JPH1042450A - 電気安全装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】小形で安全性が高く安価な電気装置を提供す
る。 【構成】商用電源より進入する外乱に対し、安全機能の
手段として、所定の溶断部を設けたチョークコイル部と
上記溶断部に挿入された第一の電圧制限素子と、上記チ
ョークコイル部の後段に第二の電圧制限素子と、整流平
滑回路と、負荷回路とを有し、前記第二の電圧制限素子
の制限電圧値を前記第一の電圧制限素子の制限電圧値以
下とし、第二の電圧制限素子の所定の制限電圧値に保持
された安全動作範囲内の確保された整流平滑回路部電圧
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、商用電源等を通して使
用される電気装置に適用される安全機能を有した電気装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、安全性に重点を置いた多くの電気
装置は図８のような構成である。以下、図面を参照して
説明する。図８において、商用電源1の両端にそれぞれ
接続点1aと1bとを設け、該1aには溶断形のヒューズ11が
あり、この後段に、前記商用電源1と並列にサージアブ
ソーバで構成される電圧制限素子2とノイズフィルタ部1
00の並列回路が接続され、さらに別の溶断形ヒューズ12
を介して直列接続のチョークコイル3と整流ダイオード8
があり、この後段に前記商用電源1と並列接続となるよ
うに平滑コンデンサ9が設けられ、接続点9aと9bとを介
して負荷回路10が接続されている。

【０００３】上記ノイズフィルタ部100は、上記商用電
源1の接続点1a−1b間にコンデンサ4を設け、この一端に
コンデンサ5の一端を、またコンデンサ4の他端にコンデ
ンサ6の一端ををそれぞれ接続し、これらコンデンサ5と
6の他端を接続し、この共通接続点を大地アースに接続
する、いわゆるデルタ形フィルタ構成としている。

【０００４】次にこの回路の動作について説明する。通
常、商用電源1の接続点1aが＋電位のときには、チョー
クコイル3と整流ダイオード8を介して、平滑コンデンサ
9に充電がなされ、この充電電荷が負荷回路10に供給さ
れる。ここで、電圧制限素子2は、商用電源1側から進入
してきた雷サージ等の外乱をこの電圧制限素子2のバリ
スタ電圧でクランプし、異常な電圧がチョークコイル3
等を介して負荷回路に伝達させないために用いられてい
る。

【０００５】また、ノイズフィルタ部100は、商用電源1
側から進入してきた高周波を含んだノイズ、および負荷
回路10側から発生したノイズをチョークコイル3との相
互作用で除去する機能を有したものとなっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】商用電源に接続された
全ての電気装置は使用環境下で発生する外乱、例えば雷
サージ、スイッチ類の開閉によって生じる開閉サージ、
高調波歪による異常電圧等によって、その供給電圧が乱
されて、それが基で生じる装置異常の危険にさらされて
いる。

【０００７】こうした場合に備えて、上記商用電源の初
段に電圧制限素子2が挿入され、上記の外乱の除去に使
用されているが、この電圧制限素子2は、一般に半導体
セラミック材料（ZnO、BaO）で作られており、外乱が非
常に大きい場合、該電圧制限素子2は破壊し、その故障
モードはショートとなるのが一般である。

【０００８】このような場合、該電気装置には商用電源
1より、非常に大きな電流が流入発熱、破裂に至るとい
った問題があり、対策として溶断形のヒューズ11、12が
装着されるが、小形の電気装置においては、取付装置及
びスペース上、該ヒューズが取付られない場合がある。
また通常の溶断形ヒューズは、その溶断特性において電
流値のみを検出して溶断するので、該装置の発火要因の
熱に対しては検出することができず、そうした場合には
特に速断する必要に対して対応できない為、別途温度ヒ
ューズが取付られる場合もある。

【０００９】また、商用電源1側から進入した外乱は電
圧制限素子2によってそのバリスタ電圧でクランプされ
るが、このバリスタ電圧は流れる電流が大きければ大き
い程大きいものとなる。したがってクランプ電圧がチョ
ークコイル3を介して以後の負荷回路10へ伝達されるこ
とになる。ここでは上記チョークコイル3に蓄えられた
磁束の反転による誘導電圧が整流ダイオード8を通して
平滑コンデンサ9に該クランプ電圧以上の電圧で商用電
源1に重畳、充電されるので、負荷回路10には非常に大
きな電圧が供給され、負荷回路10を構成する回路を破壊
する場合がある。これは最近の電子装置の発達で該負荷
回路10を構成する部品の電子部品の最大定格電圧を越す
ことにより、永久破壊に至り、且つショート故障の発生
確率が大きいものとなっているため、該電気装置の信頼
性を低下させ、該装置全体への発火等への危険性が大き
いものとなっている。

【００１０】以上のように最悪の場合を想定すれば、上
記回路には電流ヒューズ11、12以外にも温度ヒューズ等
を装着する必要が生じ、これにしたがい取付性や取付ス
ペース上の問題が生じ、さらにコストも高価になるとい
う欠点がある。

【００１１】さらには、チョークコイル3のインダクタ
ンスと平滑コンデンサ9のキャパシタからなるLC直列共
振回路の共振によって負荷回路に大きな電圧が印加さ
れ、負荷回路を構成する半導体素子の最大定格電圧を超
過し該半導体素子の破壊に至らしめるといった問題もあ
る。

【００１２】本発明は上記課題に鑑み、上記欠点を除去
して、小形で安全性が高く安価な電気装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は従来の回路で使
用される一般的なチョークコイルの代わりに溶断部を設
けたチョークコイルと電圧制限素子の組合わせ使用した
ものである。

【００１４】上記問題点を解決するために、本発明の電
気装置は、商用電源より進入する外乱に対し、安全機能
の手段として、所定の溶断部を設けたチョークコイル部
と上記溶断部に挿入された第一の電圧制限素子と、上記
チョークコイル部の後段に第二の電圧制限素子と、整流
平滑回路と、負荷回路とを有し、前記第二の電圧制限素
子の制限電圧値を前記第一の電圧制限素子の制限電圧値
以下とし、第二の電圧制限素子の所定の制限電圧値に保
持された安全動作範囲内の確保された整流平滑回路部電
圧とすることができることを特徴としている。

【００１５】即ち、商用電源と、チョークコイルと、ノ
イズフィルタ部と、整流平滑回路と、負荷回路とを備
え、外乱からの保護のために電圧制限素子を有する電気
装置において、前記電圧制限素子を少なくとも２個以上
備え、当該チョークコイルが少なくとも一つの中間タッ
プを備え、二種類以上の導体線をそれぞれの所定タップ
間を介して、所定数巻回されて直列的に形成され、上記
導体線の少なくとも一種類を過電流溶断可能なものとし
たことを特徴とする電気安全装置とする。

【００１６】

【作用】上記構成により、本発明の電気装置は商用電源
側よりの雷サージ等の外乱に対し、第１の電圧制限素子
で所定の制限電圧値に低下させた後次段のチョークコイ
ルへ伝達されるが、上記と同様に第２の電圧制限素子で
所定の制限電圧値にさらに低下保持されて整流平滑回路
を介して負荷回路に伝えられるので、上記負荷回路は規
定の電圧値が維持され常に安全動作が確保できる。

【００１７】また、前記雷サージ等の外乱が非常に大き
いエネルギーを有したものであった場合、あるいは負荷
回路での何らかの異常で過電流の発生や破壊が生じた場
合、チョークコイルに設けられた溶断部が過電流及び温
度異常動作に伴って溶断作用し、発火等の状態から装置
を開放する安全作用を有する。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１から図７を用
いて説明する。図１は本発明の一実施例の基本回路図
を、図２は本発明の一実施例とするチョークコイルの概
略構造図を、図３はチョークコイルの結線図を、図４か
ら図７は本発明の他の実施例をそれぞれ示している。

【００１９】図１において、商用電源1の両端には接続
点1aと1bがあり、接続点1a側にはチョークコイル3が設
けられている。このチョークコイルは巻線部3Aと巻線部
3Bとから構成され、この両巻線部の接続部には、前記商
用電源1と並列接続になるように、サージアブソーバで
構成される第一の電圧制限素子と、ノイズフィルタ部10
0とが設けられている。また、チョークコイル3の後段に
は、整流ダイオード8があり、この整流ダイオード8の前
段には第二の電圧制限素子7と、また整流ダイオード8の
後段には平滑コンデンサ9とがそれぞれ前記商用電源1に
並列接続されるように設けられている。さらにこの平滑
コンデンサ9の後段には接続点9aと9bを介して負荷回路1
0が接続されている。

【００２０】上記ノイズフィルタ部100は、巻線部3A-3B
間にコンデンサ4を接続し、このコンデンサ4の一端にコ
ンデンサ5の一端を、またコンデンサ4の他端にコンデン
サ6の一端ををそれぞれ接続し、これらコンデンサ5と6
の他端を接続し、この共通接続点を大地アースに接続す
る、いわゆるデルタ形フィルタ構成としている。また、
前記整流ダイオード8と平滑コンデンサ9とによって整流
平滑回路200が形成されている。

【００２１】なお、前記チョークコイル3は図２と図３
に示す構成となっており、前述の通り巻線部は3Aと3Bと
から形成され、3Aは溶断性を有する導体線で、また、3B
はチョークコイルとしての性能を引き出す絶縁皮膜付導
体線のマグネットワイヤ32により形成されている。ま
た、巻線部3Aの導体線31は絶縁皮膜付型である必要はな
く巻回した線に短絡することがなければ何ら問題はな
い。

【００２２】図３に示すように巻線部3Aの導体線は、チ
ョークコイル3の温度上昇時の最高温度を示す部位近辺
のコア34上にタップ35aより巻回され35b間より引き出さ
れ、その後一般的なマグネットワイヤでなる絶縁皮膜付
半導体3Bがタップ35bと35c間に所定巻回される。

【００２３】また、図４乃至図７に示す回路図は、前記
チョークコイル3に代えて、チョークコイルとしての働
きの他にさらにノイズフィルタ部100の機能を付加した
コイル30に置き換えたものであり、上記コイル30と相乗
効果を増すノイズフィルタ部100の配置側を示したもの
であるが、これらの回路については周知の技術であるの
で説明は省略する。

【００２４】次に図１に示した回路の動作について説明
するが、周知のように、本実施例は通常動作としてはチ
ョークインプット型の直流電源として、負荷回路10に接
続供給されるものであるので詳細説明は省略し、本発明
の主眼点安全動作について説明する。

【００２５】商用電源1より雷サージ等の外乱が進入し
てきた場合、チョークコイル3の溶断性の導体線で構成
された巻線部3Aを介して、第一の電圧制限素子2が作動
し、上記外乱に電圧制限を加え、後段回路部の保護を行
うことになるが、上記外乱が非常に大きなものであり、
上記第一の電圧制限素子をも破壊するものにあっては、
この第一の電圧制限素子2のショート故障による発火等
の危険回避上、上記チョークコイル3の巻線部3Aの溶断
により、外乱進入源及び商用電源1より回路開放し、安
全動作が確保される。

【００２６】なお、上記チョークコイル3の巻線3Aの導
体線材としては、感温形溶断特性を有したものを使用す
ることにより、異常時の発熱に対する速応性は実に良好
になることはいうまでもない。

【００２７】また、前記外乱進入に対し、第一の電圧制
限素子2は作動するがチョークコイル3の巻線部3Aの溶断
がない場合には、該チョークコイル3に蓄えられたエネ
ルギーが磁束反転により後段の整流ダイオード8と平滑
コンデンサ9の直列接続からなる整流平滑回路200への印
加電圧が通常動作時に比べ大きくなり、負荷回路10の最
大定格電圧を越えることのないように、第二の電圧制限
素子7により、該電圧に制限を加え、負荷回路10の正常
動作を確保することができる。

【００２８】ノイズフィルタ部100はチョークコイル3と
の組合わせにより、高調波ノイズを抑制するために設け
られたものであり、その動作および作用は周知技術によ
るものであり、上記ノイズフィルタ部100の外乱に対す
る保護は明らかに第一の電圧制限素子によって確保され
ている。

【００２９】図４乃至図７の回路においては、高調波ノ
イズ抑制を目的として上記チョークコイル構成を変更し
たものと、上記ノイズフィルタ部100との組合わせによ
る接続図の実施例を示したので、明らかに本発明の応用
展開例であるので説明は省略する。なお、整流平滑回路
200は全波整流形のものでも同上の効果が得られるのは
勿論である。また、前記第二の電圧制限素子7は半導体
セラミック形電圧制限素子により構成してもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明は溶断性を有する導体線と汎用のマグネットワイヤを
使用した導体線からなるチョークコイルと、電圧制限素
子との所定構成により、商用電源側から進入する雷サー
ジ等の外乱に対し通常時はチョークコイルの電流抑制作
用と電圧制限素子の電圧制限作用により負荷回路はその
規定範囲内の電圧が確保できるので正常動作が保証され
る。

【００３１】また、上記外乱がその電圧制限素子の許容
範囲を越えてショート故障モードを伴った破壊となった
場合においても、上記チョークコイルの溶断性の導体線
の溶断動作により商用電源側から負荷回路側を完全解放
し、安全性が確保できる。

【００３２】さらに上記構成の回路は構成が極めて単純
で、部品点数の削減により低コストで高い信頼性を保持
し、且つ異常時に対しても確実な安全性を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の概略結線図を示す

【図２】図１のチョークコイルの概略構造図を示す

【図３】図２のチョークコイルの電気結線図を示す

【図４】本発明の第２実施例とする結線実施例を示す

【図５】本発明の第３実施例とする結線実施例を示す

【図６】本発明の第４実施例とする結線実施例を示す

【図７】本発明の第５実施例とする結線実施例を示す

【図８】従来の実施例の結線図

【符号の説明】

図において同一符号は同一、または相当部分を示す。 １ 商用電源 ３ チョークコイル ３Ａ、３Ｂ 巻線部 １００ ノイズフィルタ部 ２００ 整流平滑回路 ３１ 導体線 ３２ マグネットワイヤ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 商用電源と、チョークコイルと、ノイズ
   フィルタ部と、整流平滑回路と、負荷回路とを備え、外
   乱からの保護のために電圧制限素子を有する電気装置に
   おいて、前記電圧制限素子を少なくとも２個以上備えた
   ことを特徴とする電気安全装置。
2. 【請求項２】 チョークコイルが少なくとも一つの中間
   タップを備え、二種類以上の導体線をそれぞれの所定タ
   ップ間を介して、所定数巻回されて直列的に形成され、
   上記導体線の少なくとも一種類を過電流溶断可能なもの
   としたことを特徴とする請求項１記載の電気安全装置。
3. 【請求項３】 商用電源と、チョークコイルと、ノイズ
   フィルタ部と、整流平滑回路と、負荷回路とを備え、外
   乱からの保護のために電圧制限素子を有する電気装置に
   おいて、商用電源に接続されるチョークコイルが外乱に
   より溶断可能な巻線部とチョークコイルの作用を有する
   巻線部とから構成され、当該両巻線部の間に第一の電圧
   制限素子と、両巻線部の後段に第２の電圧制限素子とを
   有し、当該第二の電圧制限素子の制限電圧値を前記第一
   の電圧制限素子の制限電圧値以下とし、整流平滑回路部
   の電圧が前記第二の電圧制限素子の所定の制限電圧値に
   保持されたことを特徴とする電気安全装置。