(57)【要約】【課題】所定範囲内の周波数の交流電流検知を簡単な回路で検出できる低周波交流電流検知装置を提供する。【解決手段】周波数検知手段２０２は、交流成分の周波数に応じた第１のパルスが入力されたとき、前記第１のパルスの立下り時に検知目的周波数以下に予め設定したパルス幅を有する第２のパルスを出力する第１の単安定マルチバイブレータ２０と、前記第２のパルスが入力されたとき、前記第２のパルスの立下り時に検知目的周波数以上に予め設定した第３のパルスを出力する第２の単安定マルチバイブレータ７と、前記第３のパルスを積分した値を出力する積分器８と、前記積分値と予め設定された検知レベルとを比較して、前記積分値が前記検知レベルに達しているとき前記低周波交流電流の検知信号を出力する比較器９とを備えた。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流架線に含まれる交流成分を変成器を介して検出する交流成分検出手段と、
前記交流成分検出手段により検出された交流成分に基づいて所定の低周波交流電流を検知する周波数検知手段と
を備えた低周波交流電流検知装置において、
前記周波数検知手段は、
前記交流成分の周波数に応じた第１のパルスが入力されたとき、前記第１のパルスの立下り時に検知目的周波数以下に予め設定したパルス幅を有する第２のパルスを出力する第１の単安定マルチバイブレータと、
前記第１の単安定マルチバイブレータにより出力された第２のパルスが入力されたとき、前記第２のパルスの立下り時に検知目的周波数以上に予め設定した第３のパルスを出力する第２の単安定マルチバイブレータと、
前記第２の単安定マルチバイブレータにより出力された第３のパルスを積分した値を出力する積分器と、
前記積分器により出力された積分値と予め設定された検知レベルとを比較して、前記積分値が前記検知レベルに達しているとき前記低周波交流電流の検知信号を出力する比較器と
を備えたことを特徴とする低周波交流電流検知装置。
【請求項２】
請求項１に記載の低周波交流電流装置において、
前記周波数検知手段を第１の周波数検知手段とし、該第１の周波数検知手段と同様の構成を有する第２の周波数検知手段を備え、
前記第１の周波数検知手段は、入力段に前記交流成分検出手段により検出された交流成分の正側の波高値と所定の第１のスレシホールドレベルとの比較の結果、正側の波高値が大きいとき前記第１のパルスを出力する正側波高値比較器を有し、
前記第２の周波数検知手段は、入力段に前記交流成分検出手段により検出された交流成分の負側の波高値と所定の第２のスレシホールドレベルとの比較の結果、負側の波高値が小さいとき前記第１のパルスを出力する負側波高値比較器を有し、
前記第１の周波数検知手段と前記第２の周波数検知手段との双方から出力される低周波交流電流の検知信号を読み取り、少なくともいずれか一方の検知信号を読み取ったとき前記検知信号を出力する論理回路と
を備えたことを特徴とする低周波交流電流検知装置。
【請求項３】
請求項１に記載の低周波交流電流検知装置において、
前記周波数検知手段の入力段に前記交流成分検出手段により検出された交流成分の負側の波形を正側に反転させて出力する絶対値回路を備えたことを特徴とする低周波交流電流検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、低周波交流電流検知装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、低周波交流電流検知装置は車両用補助電源装置等に応用されてきた。このような車両用補助電源装置の主回路は、高圧架線からパンタグラフにより電力を受電して、入力フィルタ回路、インバータ回路、絶縁降圧変圧器、および出力フィルタ回路等の構成を介して、安定した交流電力を供給している。しかしながら、高圧架線から供給される電力には低周波交流電流が混在していることがあり、これを検知して除去する必要がある。
【０００３】
したがって、上記車両用補助電源装置に応用される低周波交流電流検知装置では、高圧架線のアース側配線（帰線）から交流変成器を介して帰線に含まれる交流成分を検出し、この検出された交流成分から低周波交流電流を検知したとき検知信号を制御パルス発生回路に出力し、制御パルス発生回路は検知信号に基づいて車両用補助電源装置の主回路内のインバータ回路に制御パルスを出力することにより、高圧架線から供給される電力に混在している低周波交流電流を除去している。
【０００４】
以下に、従来の低周波交流電流検知装置の回路構成について詳細に説明する。
従来の低周波電流検知装置は、交流成分検出手段と周波数検知手段との構成に大別できる。それぞれの構成は、交流成分検出手段としては、主に高圧架線のアース側配線（帰線）に含まれる交流電流成分を検出する交流変成器、交流変成器により検出された電流を増幅する増幅器、検知周波数の下限を決定するローパスフィルタと直流成分をカットする直流カットフィルタより構成される。
【０００５】
また、周波数検知手段としては、主に交流成分検出手段により検出された交流成分の周波数に応じたパルス波形を出力する第１のコンパレータ、第１のコンパレータに対して検知条件により交流電流の所定の閾値を与えるスレシホールドレベル設定器、第１のコンパレータにより出力されたパルスの立下り時にある一定期間ｔａのパルスを出力する単安定マルチバイブレータ、単安定マルチバイブレータにより出力されたパルスを積分する積分器、積分器により積分されたパルスに基づいて低周波交流電流をある一定時間以上検知していることを判断する第２のコンパレータ、第２のコンパレータに対して検知目的の低周波交流電流の検知周波数および検知時素に応じて設定した検知レベルを与える検知レベル設定器より構成される。
【０００６】
次に、以上のような構成による従来の低周波交流電流検知装置の動作について説明する。
はじめに、交流成分検出手段の動作として、交流変成器により帰線を流れる直流電流に含まれる交流電流成分を検知し、増幅器に出力される。増幅器は、後段の回路での検知誤差を減少させるため、交流変成器により検知された交流電流を増幅する。ローパスフィルタ・直流カットフィルタでは、帰線の高周波ノイズを除去し、交流成分を出力する。
【０００７】
また、周波数検知機能の動作として、第１のコンパレータにおいてローパスフィルタ・直流カットフィルタから出力された交流電流が、低周波電流検知装置の検知条件である正側の波高値がスレシホールドレベル設定器の値以上となった場合にパルスを出力する。波高値がスレシホールドレベルの値以上となっている期間をｔとするとき、パルス幅はｔとなる。単安定マルチバイブレータは、パルスが入力され、その立下りで予め設定されたパルス幅ｔａを有するパルスを出力する。ただし、ｔａ＞ｔとなるよう設定する。なお、パルス幅ｔａは検知目的の周波数の周期以上とする。
【０００８】
このようにパルス幅ｔａを設定することにより、ｔａ＞ｔとなるパルスが入力された場合、単安定マルチバイブレータが出力するパルスがＯＦＦとなる前に、次のパルスが入力されるので、単安定マルチバイブレータの出力はＯＦＦになることなく継続して出力される。
これに対し、ｔａ＜ｔとなるパルスが入力された場合は、パルスが入力され単安定マルチバイブレータが出力するパルスがＯＦＦとなった後に、次のパルスが入力されるので、単安定マルチバイブレータが出力するパルスは断続的にＯＮ／ＯＦＦされる。
【０００９】
また、積分器は、単安定マルチバイブレータの出力を積分する。ｔａ＞ｔのパルスが入力された場合の積分器の出力は、ある一定の傾きをもって増加し続ける。ここで、第２のコンパレータに与えられる検知レベルは検知目的の低周波交流電流の検知周波数および検知時素に応じて検知レベル設定器により調整される。なお、ここでは、ｔａ＞ｔである場合を満足する検知レベルを設定した場合について説明をする。即ち、ｔａ＜ｔのパルスが入力された場合は、単安定マルチバイブレータがパルスを出力する間のみ積分値が出力され、パルスがＯＦＦとなると出力がなくなる。第２のコンパレータは、積分された値が検知レベル以上となった場合に、信号を出力する。
【００１０】
したがって、ｔａ＞ｔのパルスが入力された場合は、積分器の出力値が継続して出力されるため、第２のコンパレータの検出レベルまで達するので第２のコンパレータより低周波交流電流検知信号が出力される。
一方、ｔａ＜ｔのパルスが入力された場合、積分器出力値が断続的な出力となり第２のコンパレータの検出レベルまで達しないので、第２のコンパレータは低周波交流電流検知信号を出力しない。
以上のように、従来の低周波交流電流検知装置では、ある一定周波数以上の低周波交流電流の検知が可能であった。
なお、関連の先行技術文献として、電源オフ時の自動インバータ動作の自動発振周波数が電源周波数より高くなったことを検出する手段の構成および動作が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１１】
【特許文献１】
特開昭６１−１２４２７２号公報（第２頁、第１図、第２図）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来の低周波交流電流検知装置では、以上のように構成されているので、（１）検知対象周波数の上限が定まっている場合に、上限値以上の交流周波数電流であってもこれを検知してしまう、（２）検知目的の周波数より低い周波数の交流電流に、検知目的より高い周波数の交流電流が重畳している場合に誤検知してしまう、といった問題点があった。
【００１３】
この発明は、以上のような問題点を解決するためになされたものであり、所定範囲内の周波数の交流電流検知を簡単な回路で検出できる低周波交流電流検知装置を提供することを目的とする。
【００１４】
また、車両用に限らず、他の低周波交流電流検知を必要とする目的で、汎用的に適用できる手段を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る低周波交流検知装置は、直流架線に含まれる交流成分を変成器を介して検出する交流成分検出手段と、前記交流成分検出手段により検出された交流成分に基づいて所定の低周波交流電流を検知する周波数検知手段とを備えた低周波交流電流検知装置において、前記周波数検知手段は、前記交流成分の周波数に応じた第１のパルスが入力されたとき、前記第１のパルスの立下り時に検知目的周波数以下に予め設定したパルス幅を有する第２のパルスを出力する第１の単安定マルチバイブレータと、前記第１の単安定マルチバイブレータにより出力された第２のパルスが入力されたとき、前記第２のパルスの立下り時に検知目的周波数以上に予め設定した第３のパルスを出力する第２の単安定マルチバイブレータと、前記第２の単安定マルチバイブレータにより出力された第３のパルスを積分した値を出力する積分器と、前記積分器により出力された積分値と予め設定された検知レベルとを比較して、前記積分値が前記検知レベルに達しているとき前記低周波交流電流の検知信号を出力する比較器とを備えたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る低周波交流電流検知装置を示す構成図である。以下、本実施の形態１の低周波交流電流検知装置の構成について説明する。図１において、低周波電流検知装置は交流成分検出手段２０１と周波数検知手段２０２とを備えている。それぞれの構成は、交流成分検出手段２０１としては、主に高圧架線のアース側配線（帰線）１に含まれる交流電流成分を検出する交流変成器２、交流変成器２により検出された電流を増幅する増幅器３、検知周波数の下限を決定するローパスフィルタと直流成分をカットする直流カットフィルタからなるフィルタ４により構成される。
【００１７】
また、周波数検知手段２０２としては、主に交流成分検出手段２０１により検出された交流成分の周波数に応じたパルス波形を出力する第１のコンパレータ６、第１のコンパレータ６に対して検知条件により交流電流の所定の閾値を与えるスレシホールドレベル設定器５、第１のコンパレータ６により出力されたパルスの立下り時にある一定期間ｔ１のパルスを出力する単安定マルチバイブレータ２０、単安定マルチバイブレータ２０により出力されたパルスの立下り時にある一定期間のｔ０のパルスを出力する単安定マルチバイブレータ７、単安定マルチバイブレータ７の出力であるパルスを積分する積分器８、積分器８により積分されたパルスに基づいて低周波交流電流をある一定時間以上検知していることを判断する第２のコンパレータ９、第２のコンパレータ９に対して検知目的の低周波交流電流の検知周波数および検知時素に応じて設定した検知レベルを与える検知レベル設定器１０により構成される。
【００１８】
したがって、従来と異なる点は、単安定マルチバイブレータ２０を備えた点にある。
次に、上記構成による本実施の形態１に係る低周波交流電流検出装置の動作について説明する。交流成分検出手段２０１の動作については、従来の技術と同様であるため説明を省略する。周波数検知手段２０２の動作は、第１のコンパレータ６においてローパスフィルタ・直流カットフィルタからなるフィルタ４より出力された交流電流が、低周波交流電流検知装置の検知条件である正側の波高値がスレシホールドレベル設定器５の値以上となった場合に第１のパルスを出力する。波高値がスレシホールドレベルの値以上となっている期間をｔとするとき、パルス幅はｔとなる。
【００１９】
単安定マルチバイブレータ２０は、パルス幅ｔの第１のパルスが入力されるとパルスの立下りで、予め設定されたパルス幅ｔ１の第２のパルスを出力する。ただし、パルス幅はｔ１＜ｔとなるように設定する。なお、第１のパルスは周波数検知目的の周波数の周期以下とする。
また、単安定マルチバイブレータ７は、単安定マルチバイブレータ２０により出力された第２のパルスの立下りで、予め設定されたパルス幅ｔ０の第３のパルスを出力する。ただし、パルス幅はｔ＜ｔ０となるように設定する。なお、第１のパルスは検知目的周波数の周期以上とする。
【００２０】
したがって、単安定マルチバイブレータ２０に入力される第１のパルスのパルス幅がｔ１＜ｔ＜ｔ０の範囲内である場合には、単安定マルチバイブレータ２０は単安定マルチバイブレータ７のパルスがＯＦＦする前に次のパルスを出力するために単安定マルチバイブレータ７の出力は継続して出力される。
積分器８は、単安定マルチバイブレータ７からの継続出力を積分するので、その出力はある一定の傾きをもって増加し続ける。第２のコンパレータ９は、積分された値が検知レベル設定器１０により設定された検知レベル以上となった場合に、検知信号を出力する。
【００２１】
以上より、ｔ１＜ｔ＜ｔ０のパルス幅を有する第１のパルスが入力されると積分器８の出力値が継続して出力されるため第２のコンパレータ９の検出レベル１０まで達するので、第２のコンパレータ９より低周波交流電流検知信号が出力される。
【００２２】
一方、単安定マルチバイブレータ２０に入力される第１のパルスのパルス幅がｔ＜ｔ１の範囲である場合には、第１のコンパレータ６は単安定マルチバイブレータ２０により出力される第２のパルスがＯＦＦする前に、次の第１のパルスを出力するため、単安定マルチバイブレータ２０の出力は継続して出力される。単安定マルチバイブレータ７は、単安定マルチバイブレータ２０の出力パルスである第２のパルスの立下りで本来なら第３のパルスを出力するが、単安定マルチバイブレータ２０の出力が継続されているため、第３のパルスを出力できない。よって、積分器８は、単安定マルチバイブレータ７からの第３のパルス出力がないため、出力が０となる。第２のコンパレータ９は、積分器８からの出力が０であるため、低周波交流電流検知信号を出力しない。
【００２３】
以上のように、本実施の形態１に係る低周波交流電流検出装置によれば、単安定マルチバイブレータ２０を追加したことにより、検知上限値を設定することができ、従来機能とあわせて検知上下限の設定ができるため、任意範囲の周波数の低周波交流電流成分を検出できる。
【００２４】
実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２に係る低周波交流電流検知装置を示す構成図である。図２において、図１と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。
周波数検知機能２０３は、周波数検知機能２０２とコンパレータ３０の信号入力先が異なるだけで構成・動作原理は同じである。
コンパレータ３０で、ローパスフィルタ・直流カットフィルタからなるフィルタ４より出力された交流電流が、低周波電流検知装置の検知条件である負側の波高値をスレシホールドレベル５の値と比較し、スレシホールドレベル５の値以下となった場合、信号を出力する。論理ＯＲ３１は、周波数検知手段２０２、および周波数検知手段２０３の出力のＯＲをとり、いずれかの出力が有る場合に検知信号を出力する。
【００２５】
次に、上記構成による本実施の形態２に係る低周波交流電流検知装置の動作について説明する。交流成分検出手段２０２の動作については、上記実施の形態１と同じである。
コンパレータ３０で、ローパスフィルタ・直流カットフィルタからなるフィルタ４より出力された交流電流が、低周波交流電流検知装置の検知条件である負側の波高値がスレシホールドレベル５の値以下となった場合、パルスを出力する。
出力された信号は上記実施の形態１と同様の動作にて処理され、パルス幅ｔがｔ１＜ｔ＜ｔ０となるパルスが入力された場合、積分器８の出力値が継続して出力されるためコンパレータ９の検出レベルまで達するので、コンパレータ９より、低周波交流電流検知信号が出力される。
【００２６】
パルス幅ｔがｔ＜ｔ１の範囲に有る場合には、コンパレータ９は、積分器８の出力が０であるため、低周波交流電流検知信号を出力できない。
論理ＯＲ３１は、周波数検知機能２０２、および、周波数検知機能２０３の出力のＯＲをとり、いずれかの出力が有る場合に検知信号を出力する。
【００２７】
このように、本実施の形態２では、周波数検知手段２０３、論路ＯＲ３１を追加することにより、交流変成器２により検出された交流成分を波形の正側、負側の両方で周波数検知するので、複数の低周波交流電流が重畳している場合、または、半波整流回路出力波形のように正負非対称である波形が重畳している場合であっても、低周波交流電流を検知できる。
【００２８】
実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３に係る低周波交流電流検知装置を示す構成図である。図３において、図１対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。図３において、新たな構成として周波数検知手段２０２の入力段に絶対値回路４０を備え、交流変成器２により検出された交流成分の負側の波形を正側に反転させるものである。
【００２９】
次に、本実施の形態３に係る低周波交流電流検知装置の動作について説明する。
交流成分検出手段２０１の動作については、従来の技術と同じである。
絶対値回路４０で、検出された交流成分の負側の波形を正側に反転させる。
これ以降の基本的動作は、上記実施の形態１と同じであるが、負側波形が検知されるようになったため、コンパレータ６の出力パルスの周期ｔが１／２となる。よって、単安定マルチバイブレータ２０、および７の出力パルス周期ｔ０、ｔ１は、実施の形態１，２に比較して、それぞれ１／２にする必要が有る。
【００３０】
このように、本実施の形態３では絶対値回路４０を追加することにより、検出レベルが同じであるにもかかわらず、正負あわせて２倍のパルス数で低周波交流電流成分の有無を判断するため、より精度良く低周波交流電流を検出できる。
【００３１】
なお、上記実施の形態１〜３は、低周波交流電流検知装置の単体の構成および動作について説明してきたが、従来と同様に車両用補助電源装置等に応用できることは言うまでもない。
【００３２】
【発明の効果】
この発明に係る低周波交流電流検知装置によれば、周波数検知手段は、交流成分の周波数に応じた第１のパルスが入力されたとき、第１のパルスの立下り時に検知目的周波数以下に予め設定したパルス幅を有する第２のパルスを出力する第１の単安定マルチバイブレータと、第１の単安定マルチバイブレータにより出力された第２のパルスが入力されたとき、第２のパルスの立下り時に検知目的周波数以上に予め設定した第３のパルスを出力する第２の単安定マルチバイブレータとを備えたことにより、低周波交流電流の検知目的周波数の検知上限と検知下限を任意に設定でき、所定範囲内の周波数の交流電流検知を簡単な回路で構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る低周波交流電流検知装置の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係る低周波交流電流検知装置の構成図である。
【図３】この発明の実施の形態３に係る低周波交流電流検知装置の構成図である。
【符号の説明】
１　アース側配線（帰線）、２　交流変成器、３　増幅器、４　フィルタ、５スレシホールドレベル設定器、６　コンパレータ、７　単安定マルチバイブレータ、８　積分器、９　コンパレータ、１０　検知レベル設定器、２０　単安定マルチバイブレータ、３０　コンパレータ、３１　論理ＯＲ、４０　絶対値回路、２００　低周波交流電流検知装置、２０１　交流成分検出手段、２０２　周波数検知手段、２０３　周波数検知手段。
【図１】
2004120858.tif 000003
【図２】
2004120858.tif 000004
【図３】
2004120858.tif 000005