JP2019184246A - 電気機器用安全装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電圧計測装置の計測値に基づいて動作する電気機器用安全装置において、絶縁抵抗試験のように電気機器に大きい電圧が印加された場合でも、前記電気機器内の電圧に応じて動作可能な電気機器用安全装置を提供する。【解決手段】電気機器用安全装置１は、供試体３に供給されるＰ相の電位と接地電位との間の電圧を分圧するＰ相分圧回路３２と、Ｐ相分圧回路３２で得られる分圧を計測するＰ相電圧計測装置３３と、ロック部を有する安全機構１０と、Ｐ相電圧計測装置３３によって計測された電圧が所定値未満の場合に、安全機構１０に対してロック解除信号を出力する安全機構制御部２０と、を備える。Ｐ相分圧回路３２は、供試体３に最大電圧が印加された際に得られる分圧がＰ相電圧計測装置３３の耐電圧以下になるように、直列に接続された複数の抵抗３２ａを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、電力が供給される電気機器に対する電気機器用安全装置に関する。

電力が供給される電気機器に対する安全装置が知られている。このような安全装置の一例として、例えば特許文献１には、三相モータの停止を安全機器によって検知した場合に、前記三相モータによって駆動される工作機器が設置されている作業領域への出入り口のドアスイッチのロックを解除する安全システムが開示されている。

前記特許文献１の安全システムの安全機器は、前記三相モータの各相の少なくとも２相以上の巻線の両端で検出される逆起電力に基づいて、前記三相モータが停止したか否かを判定する。

特開２００９−１１０８８号公報

上述の特許文献１のように、電力が供給される電気機器に対し、安全柵等を含む安全装置を設けることにより、電力が供給された状態の前記電気機器に作業者等が近づくことを防止できる。

前記電気機器の停止時には、内部の電荷を放電したことを確認してから前記安全装置のロックを解除することが好ましい。前記電気機器内の電荷が放電されていることを確認する方法として、前記電気機器内の残電圧を電圧計測装置によって計測する方法が考えられる。

一方、上述のような電気機器では、機器毎に所定の絶縁抵抗が要求されている。この絶縁抵抗が仕様値を満たしているかどうかを確認するために、前記電気機器の絶縁抵抗試験が行われる場合がある。この絶縁抵抗試験では、前記電気機器に対し、運転時の電圧に比べて大きい電圧が印加される場合がある。

上述のように前記電気機器内の残電圧を電圧計測装置で計測する構成の場合、前記電気機器に対する絶縁抵抗試験時に前記電圧計測装置に印加される電圧が、前記電圧計測装置の耐電圧を超える可能性がある。そのため、前記電気機器の絶縁抵抗試験時には、前記電圧計測装置を前記電気機器に対して電気的に切り離す必要がある。

このように、絶縁抵抗試験時に、前記電圧計測装置を前記電気機器から電気的に切り離すと、その間、前記電気機器の残電圧を計測できないため、上述のように前記電圧計測装置の計測値に基づいて前記安全装置のロックを解除する構成の場合、前記安全装置を正常に動作させることができない。

本発明の目的は、電圧計測装置の計測値に基づいて動作する電気機器用安全装置において、絶縁抵抗試験のように電気機器に大きい電圧が印加された場合でも、前記電気機器内の電圧に応じて動作可能な電気機器用安全装置を提供することにある。

本発明の一実施形態に係る電気機器用安全装置は、少なくとも一つの相の電力が供給される電気機器に対する安全装置である。この安全装置は、前記少なくとも一つの相のうち所定の相の電位と接地電位との間の電圧を分圧する分圧回路と、前記分圧回路で得られる分圧を計測する電圧計測装置と、解除信号に応じて解除されるロック部を有し、前記電気機器を囲むように設けられた安全機構と、前記電圧計測装置によって計測された電圧が所定値未満の場合に、前記安全機構に対して前記解除信号を出力する安全機構制御部と、を備える。前記分圧回路は、前記電気機器に最大電圧が印加された際に得られる分圧が前記電圧計測装置の耐電圧以下になるように、直列に接続された複数の抵抗要素を有する（第１の構成）。

このように、分圧回路で得られる電圧を電圧計測装置によって計測することにより、電気機器に供給される電圧が、最大電圧であっても、前記電圧計測装置が損傷を受けることを防止できる。すなわち、前記分圧回路は、直列に接続された複数の抵抗要素によって、前記電気機器に供給される電圧を前記電圧計測装置の耐電圧以下に分圧するため、前記電圧計測装置に耐電圧よりも大きい電圧が印加されることを防止できる。これにより、前記電気機器に最大電圧が印加される場合に、前記電気機器に電力を供給する主回路から前記電圧計測装置を電気的に分離する必要がなくなる。

よって、前記電圧試験装置を前記主回路に電気的に接続した状態で、前記電気機器に対する絶縁抵抗試験などを行うことができるため、安全機構制御部は、前記電圧試験装置の計測値に応じて安全機構の駆動を制御することができる。したがって、絶縁抵抗試験のように電気機器に大きい電圧が印加された場合でも、安全装置を、前記電気機器内の電圧に応じて動作させることができる。

なお、前記電気機器に印加される最大電圧は、前記電気機器の運転時及び試験時を含めて前記電気機器に対して印加される最大の電圧であり、例えば絶縁抵抗試験時に印加される電圧などを含む。

前記第１の構成において、前記電圧計測装置は、前記分圧回路で得られる複数の分圧のうち、高い側の電位と前記接地電位との電位差が最も小さい分圧を計測する（第２の構成）。

これにより、電気機器に最大電圧が印加された場合でも、電圧計測装置に印加される電圧をより小さくすることができる。よって、前記電圧計測装置の損傷をより確実に防止できる。したがって、電気機器に最大電圧が印加された場合でも、電圧計測機器を主回路に対して電気的に分離させる必要がないため、前記安全装置を前記電気機器内の電圧に応じて動作させることができる。

前記第１または第２の構成において、前記最大電圧は、前記電気機器に対する絶縁抵抗試験時の電圧である（第３の構成）。

分圧回路に絶縁抵抗試験時の大きい電圧が印加された場合でも、上述の各構成により、電圧計測装置に印加される電圧を前記電圧計測装置の耐電圧以下にすることができる。よって、前記絶縁抵抗試験時でも、前記電圧計測装置を主回路から切り離す必要がないため、前記絶縁抵抗試験時でも安全装置を電気機器内の電圧に応じて動作させることができる。

前記第１から第３の構成のうちいずれか一つの構成において、前記電気機器は、電力変換装置を含む。前記電力は、前記電力変換装置に供給される直流電力である（第４の構成）。

これにより、電力変換装置に供給される直流電力を、単純な構成を有する分圧回路によって容易に分圧することができる。

本発明の一実施形態に係る電気機器用安全装置は、電気機器に供給される少なくとも一つの相のうち所定の相の電位と接地電位との間の電圧を分圧する分圧回路と、前記分圧回路で得られる分圧を計測する電圧計測装置と、解除信号に応じて解除されるロック部を有し、前記電気機器を囲むように設けられた安全機構と、前記電圧計測装置によって計測された電圧が所定値未満の場合に、前記安全機構に対して前記解除信号を出力する安全機構制御部と、を備える。そして、前記分圧回路は、前記電気機器に最大電圧が印加された際に得られる分圧が前記電圧計測装置の耐電圧以下になるように、直列に接続された複数の抵抗要素を有する。

これにより、前記電気機器に最大電圧を印加した場合でも、前記電圧計測装置に印加される電圧を前記電圧計測装置の耐電圧以下にすることができる。よって、前記電気機器に電力を供給する主回路から前記電圧計測装置を切り離す必要がないため、前記電気機器に最大電圧を印加した場合でも、前記電圧計測装置の計測値を用いて安全機構の駆動を制御することができる。したがって、前記電気機器に大きい電圧が印加された場合でも、前記電気機器内の電圧に応じて動作可能な安全装置が得られる。

図１は、実施形態に係る電気機器用安全装置の概略構成を示す図である。 図２は、主回路及び分圧回路の概略構成を示す回路図である。 図３は、安全機構のロック部の制御を示すフローである。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中の同一または相当部分については同一の符号を付してその説明は繰り返さない。

（全体構成）
図１は、本発明の実施形態に係る電気機器用安全装置１の概略構成を示す図である。この電気機器用安全装置１は、例えば、電力供給部２と、電力供給部２から主回路４を介して電力が供給される供試体３とを含む装置に対して設けられる安全装置である。すなわち、電気機器用安全装置１は、供試体３に電圧が印加された状態で、作業者等が電力供給部２及び供試体３に接触しないように作業者等を保護するための装置である。

電力供給部２は、所定の電力を出力する。本実施形態では、電力供給部２は、交流電力を直流電力に変換して出力する。すなわち、電力供給部２は、供試体３に対してバッテリを模擬するように動作する。

供試体３は、例えば、自動車部品用試験装置などの試験装置に用いられる電力変換装置である。ここで、供試体３は、本発明の電気機器に含まれる。前記電気機器は、電力によって動作する機器であれば、電力変換装置だけでなく、モータ等の電動機など、電力によって動作する機器を含んでもよいし、電力変換装置以外の機器であってもよい。

図２に、主回路４の概略構成を示す。主回路４は、電力供給部２から供試体３に対して直流電力を供給する。具体的には、主回路４は、電力供給部２と供試体３とを電気的に接続するＰ相及びＮ相の２相の配線４１，４２を有する。Ｐ相及びＮ相の配線４１，４２は、それぞれ、コンデンサ４４，４５及び後述する電気機器用安全装置１の電圧計測部３０を介して、接地線４３に電気的に接続されている。すなわち、コンデンサ４４及び後述のＰ相電圧計測部３１には、Ｐ相の電位と接地電位との電位差による電圧が印加される。また、コンデンサ４５及び後述のＮ相電圧計測部３６には、Ｎ相の電位と接地電位との電位差による電圧が印加される。

（電気機器用安全装置）
電気機器用安全装置１は、例えば、電力供給部２及び供試体３を囲む安全柵等の安全機構１０を含む。電気機器用安全装置１は、供試体３の残電圧が所定値以上の場合には、安全機構１０の後述のロック部１２にロック動作させる一方、供試体３の残電圧が所定値未満の場合には、安全機構１０の後述のロック部１２にロック解除動作をさせる。なお、供試体３の残電圧は、供試体３の内部の電圧であり、例えば、供試体３の内部に蓄えられた電荷によって生じる電圧である。

詳しくは、電気機器用安全装置１は、安全機構１０と、安全機構制御部２０と、電圧計測部３０とを備える。

安全機構１０は、電力供給部２及び供試体３を囲んで設けられた安全柵等の防護部１１と、防護部１１のロック及びロック解除を行うロック部１２とを含む。

ロック部１２は、安全機構制御部２０から出力される信号に応じて、防護部１１のロック及びロック解除を行う。具体的には、ロック部１２は、供試体３の電圧が所定値以上の場合に安全機構制御部２０から出力されるロック信号に応じて、防護部１１をロックする。一方、ロック部１２は、供試体３の電圧が所定値未満の場合に安全機構制御部２０から出力されるロック解除信号（解除信号）に応じて、防護部１１のロック解除を行う。

なお、防護部１１の構成は、安全柵等の一般的な安全機構と同様の構成を有するため、詳しい説明を省略する。

安全機構制御部２０は、供試体３の残電圧に応じて、安全機構１０のロック部１２の駆動を制御する。具体的には、安全機構制御部２０は、後述の電圧計測部３０によって計測された供試体３の残電圧が所定値以上の場合には、安全機構１０のロック部１２に対してロック信号を出力する。このロック信号を受信したロック部１２は、安全機構１０の防護部１１をロックする。一方、安全機構制御部２０は、電圧計測部３０によって計測された前記電気機器の残電圧が所定値未満の場合には、安全機構１０のロック部１２に対してロック解除信号を出力する。このロック解除信号を受信したロック部１２は、安全機構１０の防護部１１をロック解除する。

図３は、安全機構１０のロック部１２の制御を示すフローチャートである。図３に示すように、安全機構制御部２０は、後述の電圧計測部３０によって残電圧が計測された後（ステップＳ１）、その計測値が所定値未満かどうかを判定する（ステップＳ２）。後述するように、電圧計測部３０において、供試体３の残電圧は、Ｐ相電圧計測部３１のＰ相電圧計測装置３３及びＮ相電圧計測部３６のＮ相電圧計測装置３８によって計測される。安全機構制御部２０は、Ｐ相電圧計測装置３３及びＮ相電圧計測装置３８の両方の計測値が所定値未満かどうかを判定する。

安全機構制御部２０は、前記計測値が所定値未満の場合（ステップＳ２においてＹＥＳの場合）には、安全機構１０のロック部１２にロック解除動作をさせる（ステップＳ３）一方、前記計測値が所定値以上の場合（ステップＳ２においてＮＯの場合）には、安全機構１０のロック部１２にロック動作をさせる（ステップＳ４）。

なお、安全機構制御部２０は、図３に示すフローを繰り返し行う。すなわち、安全機構制御部２０は、電圧計測部３０による残電圧の計測値を用いて、常時、安全機構１０のロック部１２の駆動を制御する。

電圧計測部３０は、供試体３の残電圧を計測する。具体的には、電圧計測部３０は、主回路４において、Ｐ相の電圧を計測するＰ相電圧計測部３１と、Ｎ相の電圧を計測するＮ相電圧計測部３６とを有する。

Ｐ相電圧計測部３１は、Ｐ相の配線４１の電位（Ｐ相の電位）と接地線４３の電位（接地電位）との電位差を計測する。具体的には、Ｐ相電圧計測部３１は、Ｐ相の配線４１と接地線４３との間に位置するＰ相分圧回路３２（分圧回路）と、Ｐ相分圧回路３２で得られる分圧を計測するＰ相電圧計測装置３３（電圧計測装置）とを有する。

Ｐ相分圧回路３２は、直列に接続された複数の抵抗３２ａ（抵抗要素）を有する。Ｐ相分圧回路３２は、Ｐ相（所定の相）の配線４１の電位と接地線４３の電位との間の電圧を分圧する。Ｐ相電圧計測装置３３は、Ｐ相分圧回路３２で得られる分圧のうち、高い側の電位と接地線４３の電位との電位差が最も小さい分圧を計測する。具体的には、Ｐ相電圧計測装置３３は、Ｐ相分圧回路３２の複数の抵抗３２ａのうち、接地線４３に対して電気的に最も近い位置に接続されている抵抗３２ａで生じる電位差を計測する。

なお、Ｐ相分圧回路３２は、Ｐ相電圧計測装置３３によって計測される分圧がＰ相電圧計測装置３３の耐電圧を超えないように、複数の抵抗３２ａによって構成されている。

Ｎ相電圧計測部３６は、Ｎ相の配線４２の電位（Ｎ相の電位）と接地線４３の電位（接地電位）との電位差を計測する。具体的には、Ｎ相電圧計測部３６は、Ｎ相の配線４２と接地線４３との間に位置するＮ相分圧回路３７（分圧回路）と、Ｎ相分圧回路３７で得られる分圧を計測するＮ相電圧計測装置３８（電圧計測装置）とを有する。

Ｎ相分圧回路３７は、直列に接続された複数の抵抗３７ａ（抵抗要素）を有する。Ｎ相分圧回路３７は、Ｎ相（所定の相）の配線４２の電位と接地線４３の電位との間の電圧を分圧する。Ｎ相電圧計測装置３８は、Ｎ相分圧回路３７で得られる分圧のうち、高い側の電位と接地線４３の電位との電位差が最も小さい分圧を計測する。具体的には、Ｎ相電圧計測装置３８は、Ｎ相分圧回路３７の複数の抵抗３７ａのうち、接地線４３に対して電気的に最も近い位置に接続されている抵抗３７ａで生じる電位差を計測する。

なお、Ｎ相分圧回路３７は、Ｎ相電圧計測装置３８によって計測される分圧がＮ相電圧計測装置３８の耐電圧を超えないように、複数の抵抗３７ａによって構成されている。

図１に示すように、Ｐ相電圧計測装置３３及びＮ相電圧計測装置３８の計測値は、安全機構制御部２０に入力される。安全機構制御部２０は、Ｐ相電圧計測装置３３及びＮ相電圧計測装置３８から出力された計測値に基づいて、既述のように安全機構１０のロック部１２を制御する。

上述のように、Ｐ相電圧計測装置３３によってＰ相の配線４１の電位と接地線４３の電位との電位差の分圧を計測することにより、Ｐ相の配線４１の電位を直接計測する場合に比べて、Ｐ相電圧計測装置３３に印加される電圧を小さくすることができる。Ｐ相分圧回路３２はＰ相電圧計測装置３３に耐電圧よりも大きい電圧が印加されないように分圧を生じるため、主回路４のＰ相の配線４１に、供試体３に供給される最大電圧が印加された場合でも、Ｐ相電圧計測装置３３に耐電圧よりも大きい電圧が印加されることを防止できる。

同様に、Ｎ相電圧計測装置３８によってＮ相の配線４２と接地線４３の電位との電位差の分圧を計測することにより、Ｎ相の配線４２の電位を直接計測する場合に比べて、Ｎ相電圧計測装置３８に印加される電圧を小さくすることができる。Ｎ相分圧回路３７はＮ相電圧計測装置３８に耐電圧よりも大きい電圧が印加されないように分圧を生じるため、主回路４のＮ相の配線４２に、供試体３に供給される最大電圧が印加された場合でも、Ｎ相電圧計測装置３８に耐電圧よりも大きい電圧が印加されることを防止できる。

ところで、一般的に、電気機器の電気絶縁性を確認するために、前記電気機器に対して絶縁抵抗試験が行われる場合がある。この絶縁抵抗試験では、前記電気機器に対して通常運転時に比べて大きい電圧が印加される。そのため、主回路の各相の電圧を電圧計測装置によって計測する場合には、前記電圧計測装置に耐電圧以上の電圧が印加されないように、絶縁抵抗試験時に主回路から前記電圧計測装置を電気的に切り離す必要がある。

これに対し、上述のように、Ｐ相電圧計測装置３３によって、Ｐ相の配線４１と接地線４３との電位差の分圧を計測するとともに、Ｎ相電圧計測装置３８によって、Ｎ相の配線４２と接地線４３との電位差の分圧を計測することにより、上述の絶縁抵抗試験のように供試体３に対して大きい電圧が印加される場合でも、Ｐ相電圧計測装置３３及びＮ相電圧計測装置３８にそれぞれ耐電圧よりも大きい電圧が印加されることを防止できる。

よって、上述の絶縁抵抗試験のように供試体３に対して大きい電圧が印加される場合に、Ｐ相電圧計測装置３３及びＮ相電圧計測装置３８を主回路４から切り離す必要がない。これにより、上述の絶縁抵抗試験のように供試体３に対して大きい電圧が印加される場合でも、Ｐ相電圧計測装置３３及びＮ相電圧計測装置３８から出力された計測値に基づいて、安全機構１０のロック部１２を駆動制御することができる。

したがって、上述の絶縁抵抗試験のように供試体３に対して大きい電圧が印加される場合でも、Ｐ相電圧計測装置３３及びＮ相電圧計測装置３８から出力された計測値（供試体３の残電圧）に基づいて、電気機器用安全装置１を動作させることができる。

また、本実施形態では、上述のように、絶縁抵抗試験時でも、Ｐ相電圧計測装置３３によってＰ相分圧回路３２の分圧を計測するとともに、Ｎ相電圧計測装置３８によってＮ相分圧回路３７の分圧を常時計測する。これにより、Ｐ相及びＮ相で必要な絶縁抵抗をＰ相分圧回路３２及びＮ相分圧回路３７の抵抗３２ａ，３７ａによって確保できない場合でも、Ｐ相電圧計測装置３３及びＮ相電圧計測装置３８の内部の絶縁抵抗によって、必要な絶縁抵抗を容易に得ることができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

前記実施形態では、電力供給部２から供試体３に対して２相の電力を供給する。しかしながら、電力供給部から供試体に供給される電力は、交流電力であってもよい。また、電力供給部から供試体に対して３相以上の電力を供給してもよい。

なお、電力供給部から供試体に供給される電力が３相以上の電力の場合、電圧計測装置は、多相の交流電力の周波数を検知可能な構成を有する。この場合、前記電圧計測部は、各相において、エイリアシングによる誤検知を防止するように、所定周波数成分をカットして計測する。

前記実施形態では、Ｐ相電圧計測装置３３は、Ｐ相分圧回路３２で得られる分圧のうち、高い側の電位と接地線４３の電位との電位差が最も小さい分圧を計測する。Ｎ相電圧計測装置３８は、Ｎ相分圧回路３７で得られる分圧のうち、高い側の電位と接地線４３の電位との電位差が最も小さい分圧を計測する。しかしながら、Ｐ相電圧計測装置及びＮ相電圧計測装置は、耐電圧以下の分圧であれば、Ｐ相分圧回路３２及びＮ相分圧回路３７のいずれの分圧を計測してもよい。

前記実施形態では、Ｐ相分圧回路３２及びＮ相分圧回路３７は、それぞれ、直列に接続された複数の抵抗によって構成されている。しかしながら、Ｐ相分圧回路及びＮ相分圧回路の少なくとも一方が、抵抗成分を有する半導体素子など、抵抗以外の素子によって構成されていてもよい。

前記実施形態では、供試体３に最大電圧が印加される場合として、供試体３の絶縁抵抗試験時を挙げている。しかしながら、前記実施形態の構成は、絶縁抵抗試験時以外に、供試体に最大電圧が印加される場合にも適用可能である。

前記実施形態では、電力供給部２及び供試体３が、安全柵等の防護部１１によって囲まれている。しかしながら、供試体のみが安全柵等によって囲まれていてもよい。

本発明は、電力が供給される電気機器に対する安全装置に利用可能である。

１ 電気機器用安全装置
２ 電力供給部
３ 供試体（電気機器）
４ 主回路
１０ 安全機構
１１ 防護部
１２ ロック部
２０ 安全機構制御部
３０ 電圧計測部
３１ Ｐ相電圧計測部
３２ Ｐ相分圧回路（分圧回路）
３２ａ 抵抗（抵抗要素）
３３ Ｐ相電圧計測装置（電圧計測装置）
３６ Ｎ相電圧計測部
３７ Ｎ相分圧回路（分圧回路）
３７ａ 抵抗（抵抗要素）
３８ Ｎ相電圧計測装置（電圧計測装置）
４１ Ｐ相の配線
４２ Ｎ相の配線
４３ 接地線

Claims (4)

1. 少なくとも一つの相の電力が供給される電気機器に対する安全装置であって、
   前記少なくとも一つの相のうち所定の相の電位と接地電位との間の電圧を分圧する分圧回路と、
   前記分圧回路で得られる分圧を計測する電圧計測装置と、
   解除信号に応じて解除されるロック部を有し、前記電気機器を囲むように設けられた安全機構と、
   前記電圧計測装置によって計測された電圧が所定値未満の場合に、前記安全機構に対して前記解除信号を出力する安全機構制御部と、
   を備え、
   前記分圧回路は、前記電気機器に最大電圧が印加された際に得られる分圧が前記電圧計測装置の耐電圧以下になるように、直列に接続された複数の抵抗要素を有する、電気機器用安全装置。
2. 請求項１に記載の電気機器用安全装置において、
   前記電圧計測装置は、前記分圧回路で得られる複数の分圧のうち、高い側の電位と前記接地電位との電位差が最も小さい分圧を計測する、電気機器用安全装置。
3. 請求項１または２に記載の電気機器用安全装置において、
   前記最大電圧は、前記電気機器に対する絶縁抵抗試験時の電圧である、電気機器用安全装置。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載の電気機器用安全装置において、
   前記電気機器は、電力変換装置を含み、
   前記電力は、前記電力変換装置に供給される直流電力である、電気機器用安全装置。

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