特開 2025-24814 過負荷保護装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025024814

(43)【公開日】2025-02-21

(54)【発明の名称】過負荷保護装置

(51)【国際特許分類】

   H02H 6/00 20060101AFI20250214BHJP

   H02H 5/04 20060101ALI20250214BHJP

【ＦＩ】

H02H6/00 150

H02H5/04 110

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023129097

(22)【出願日】2023-08-08

(71)【出願人】

【識別番号】508296738

【氏名又は名称】富士電機機器制御株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】小林 玄宙

(57)【要約】

【課題】負荷保護の確度を高めた過負荷保護装置の提供を目的とする。
【解決手段】電源と負荷との間に接続されるサーマルリレーと、前記サーマルリレーに流れる電流を計測する電流計測部と、前記電流計測部が計測した電流値に基づき、前記サーマルリレーの内部に蓄積される蓄積熱量の推定値を演算する演算処理部と、を備える、漏電遮断器。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電源と負荷との間に接続されるサーマルリレーと、
前記サーマルリレーに流れる電流を計測する電流計測部と、
前記電流計測部が計測した電流値に基づき、前記サーマルリレーの内部に蓄積される蓄積熱量の推定値を演算する演算処理部と、
を備える、過負荷保護装置。

【請求項2】

前記演算処理部は、
前記電流計測部が計測した前記電流値が、前記サーマルリレーの整定電流に対して第１相対値以上の場合、前記蓄積熱量の推定値に、第１熱量を加算して、新たな前記蓄積熱量の推定値を演算する一方、
前記電流計測部が計測した前記電流値が、前記サーマルリレーの整定電流に対して第１相対値未満の場合、前記蓄積熱量の推定値に、前記第１熱量より小さな第２熱量を加算して、新たな前記蓄積熱量の推定値を演算する、
請求項１に記載の過負荷保護装置。

【請求項3】

前記演算処理部は、前記電流計測部が計測した前記電流値が、前記サーマルリレーの整定電流に対して第１相対値未満であり、かつ、前記蓄積熱量の推定値に前記第２熱量を加算した値が、第１閾値以上である場合、新たな前記蓄積熱量の推定値を前記第１閾値であると演算する、
請求項２に記載の過負荷保護装置。

【請求項4】

前記演算処理部は、前記電流計測部が計測した前記電流値が、前記サーマルリレーの前記整定電流に対して、第１相対値より小さな第２相対値未満の場合、前記蓄積熱量の推定値に、第３熱量を減算して、新たな前記蓄積熱量の推定値を演算する、
請求項２又は請求項３に記載の過負荷保護装置。

【請求項5】

前記演算処理部は、前記過負荷保護装置が遮断動作を行う前であって、前記蓄積熱量の前記推定値が、第２閾値以上である場合、第１警報信号を出力する、
請求項１に記載の過負荷保護装置。

【請求項6】

前記演算処理部から出力された前記第１警報信号に応じて動作する報知部をさらに備える、
請求項５に記載の過負荷保護装置。

【請求項7】

前記演算処理部は、前記蓄積熱量の前記推定値が、前記第２閾値より大きい第３閾値以上である場合、第２警報信号を出力する、
請求項５又は請求項６に記載の過負荷保護装置。

【請求項8】

前記演算処理部が演算した、前記蓄積熱量の推定値の推移を記憶する記憶部をさらに備える、
請求項２又は請求項３に記載の過負荷保護装置。

【請求項9】

前記電流計測部に通信可能に接続されるエッジコントローラをさらに備え、
前記演算処理部及び前記記憶部のそれぞれは、前記エッジコントローラ内に配置される、
請求項８に記載の過負荷保護装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、過負荷保護装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電源と負荷との間に接続されるサーマルリレーを備え、整定電流を超える電流が負荷に継続的に流れたことに応じて、負荷への電力供給を遮断する過負荷保護装置が知られている。特許文献１には、モータのコイルに流れる電流値から異常電流を検出した継電器（サーマルリレー）がモータを停止させ、モータの損傷を防止するモータ制御装置としての過負荷保護装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平７－７９９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

整定電流を超える電流が負荷に継続的に流れていなくても、負荷が過負荷状態に至る場合がある。そのため、負荷保護の確度を高める過負荷保護装置が要望されている。

【0005】

本開示は、負荷保護の確度を高めた過負荷保護装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第１態様では、電源と負荷との間に接続されるサーマルリレーと、前記サーマルリレーに流れる電流を計測する電流計測部と、前記電流計測部が計測した電流値に基づき、前記サーマルリレーの内部に蓄積される蓄積熱量の推定値を演算する演算処理部と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本開示の技術によれば、負荷保護の確度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係る過負荷保護装置の全体構成の一例を示すブロック図である。

【図2】実施形態に係る過負荷保護装置の電流計測部の構成例を示すブロック図である。

【図3】実施形態に係る過負荷保護装置のエッジコントローラの構成例を示すブロック図である。

【図4】実施形態に係る過負荷保護装置のエッジコントローラの演算処理部において演算される蓄積熱量の推定値の推移を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して実施形態に係る過負荷保護装置について説明する。理解の容易のため、図面における各部の縮尺は、実際とは異なる場合がある。平行、直角、直交、水平、垂直、上下、左右などの方向には、実施形態の効果を損なわない程度のずれが許容される。角部の形状は、直角に限られない。例えば、角部の形状は、丸みを帯びてもよい。平行、直角、直交、水平、垂直には、略平行、略直角、略直交、略水平、略垂直が含まれてもよい。

【0010】

本明細書において、「接続」とは、物理的な接続に限られず、電気的な接続の意味を含んでよい。例えば、物体Ａが物体Ｂに接続されるとは、物体Ａが物体Ｂに導電的に接続される場合に限られず、物体Ａが物体Ｃを介して物体Ｂに導電的に接続される場合を含んでよい。

【0011】

本実施形態に係る過負荷保護装置１は、整定電流を超える電流が、電源２から負荷３に継続的に流れるような場合に、負荷３への電力供給を遮断する。ここで、整定電流は、例えば、負荷３の定格電流を基準に定められてよい。また、整定電流は、それ以外の方法によって定められてよい。

【0012】

電源２として、商用の交流電力を送電する電力系統が挙げられる。また、電源２は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の３相の交流電力を送電するものであってよいし、単相の交流電力を送電するものであってもよい。さらに、電源２は、太陽電池や燃料電池等、直流電力を送電するものであってもよい。本実施形態の電源２は、３相の交流電力を送電する電力系統である。

【0013】

本実施形態の負荷３は、モータ等の電動機である。電動機の例として、加工品等の被搬送物を搬送するコンベア等の生産設備を駆動するための電動機が挙げられる。ただし、負荷３の種類は、これに限定されない。

【0014】

＜過負荷保護装置１の全体構成＞
図１を参照して、実施形態に係る過負荷保護装置１の全体構成の一例を詳細に説明する。図１は、実施形態に係る過負荷保護装置１の全体構成の一例を示すブロック図である。

【0015】

図１に示すように、過負荷保護装置１は、サーマルリレー１０と、電流計測部２０と、エッジコントローラ３０と、報知部４０と、を備える。本実施形態の過負荷保護装置１は、電源２から負荷３への電力供給を遮断する電磁接触器５０をさらに備える。サーマルリレー１０は、電磁接触器５０に接続される。サーマルリレー１０は、電磁接触器５０とともに電磁開閉器６０を構成する。

【0016】

＜サーマルリレー＞
サーマルリレー１０の構成を説明する。サーマルリレー１０は、予め定められた期間、負荷３の過負荷状態が継続していることを検出する電子式のサーマルリレーである。

【0017】

ここで、負荷３の過負荷状態とは、コンベアが、許容重量の最大値を超える重量の被搬送物を搬送している等の理由で、整定電流より大きな負荷電流が、負荷３に流れた状態をいう。過負荷状態の例として、閾値Ｔｈ１０以上の負荷電流が、負荷３に流れた状態が挙げられる。閾値Ｔｈ１０の例として、整定電流の１１０％、１１５％、１２０％等の値が挙げられる。ただし、閾値Ｔｈ１０は、適宜設定可能である。また、閾値Ｔｈ１０は、例えば、サーマルリレー１０に設けられる動作電流調整部の操作によって調整されてもよい。

【0018】

図１に示すように、サーマルリレー１０は、電源２と負荷３との間に接続される。また、サーマルリレー１０は、電磁接触器５０より負荷３側に配置される。サーマルリレー１０は、給電線１１ａ，１１ｂ，１１ｃと、電源側端子１２ａ，１２ｂ，１２ｃと、負荷側端子１３ａ，１３ｂ，１３ｃと、変流器１４ａ，１４ｂ，１４ｃと、計測回路１５と、制御回路１６と、接点回路１７と、を備える。

【0019】

計測回路１５、制御回路１６、及び接点回路１７のそれぞれは、例えば、サーマルリレー１０内に配置された回路基板に実装される。計測回路１５、制御回路１６、及び接点回路１７のそれぞれは、回路基板内に設けられた配線を介して、相互に接続される。また、サーマルリレー１０は、例えば、計測回路１５と制御回路１６との間に設けられるＡ／Ｄ変換回路等の他の回路部材を備えていてもよい。

【0020】

給電線１１ａ，１１ｂ，１１ｃのそれぞれは、サーマルリレー１０において、電源２から送電された電流を負荷３に流す電路に対応する。

【0021】

電源側端子１２ａは、電流計測部２０を通じて電源２に延びる配線２０ａに接続される。負荷側端子１３ａは、負荷３に延びる配線３ａに接続される。電源２から送電されるＵ相の相電流は、配線２０ａ、給電線１１ａ、配線３ａを通じて、負荷３に流れる。

【0022】

電源側端子１２ｂは、電流計測部２０を通じて電源２に延びる配線２０ｂに接続される。負荷側端子１３ｂは、負荷３に延びる配線３ｂに接続される。電源２から送電されるＶ相の相電流は、配線２０ｂ、給電線１１ｂ、配線３ｂを通じて、負荷３に流れる。

【0023】

電源側端子１２ｃは、電流計測部２０を通じて電源２に延びる配線２０ｃに接続される。負荷側端子１３ｃは、負荷３に延びる配線３ｃに接続される。電源２から送電されるＷ相の相電流は、配線２０ｃ、給電線１１ｃ、配線３ｃを通じて、負荷３に流れる。

【0024】

以下、電源２から、配線２０ａ、給電線１１ａ、及び配線３ａを通じて、負荷３に流れるＵ相の相電流を「Ｕ相の負荷電流」という。電源２から、配線２０ｂ、給電線１１ｂ、及び配線３ｂを通じて、負荷３に流れるＶ相の相電流を「Ｖ相の負荷電流」という。電源２から、配線２０ｃ、給電線１１ｃ、及び配線３ｃを通じて、負荷３に流れるＷ相の相電流を「Ｗ相の負荷電流」という。また、Ｕ相の負荷電流、Ｖ相の負荷電流、及びＷ相の負荷電流を総称して、「負荷電流」という。なお、配線２０ａ、給電線１１ａ、及び配線３ａは、一連の電路であってもよい。配線２０ｂ、給電線１１ｂ、及び配線３ｂは、一連の電路であってもよい。配線２０ｃ、給電線１１ｃ、及び配線３ｃは、一連の電路であってもよい。

【0025】

変流器１４ａは、給電線１１ａに流れるＵ相の負荷電流を検出する。変流器１４ｂは、給電線１１ｂに流れるＶ相の負荷電流を検出する。変流器１４ｃは、給電線１１ｃに流れるＷ相の負荷電流を検出する。

【0026】

計測回路１５は、変流器１４ａ，１４ｂ，１４ｃのそれぞれによって検出された検出信号に基づき、電源２から負荷３に流れるＵ相、Ｖ相、及びＷ相のそれぞれの負荷電流の電流値を計測する。計測回路１５は、例えば、変流器１４ａ，１４ｂ，１４ｃのそれぞれによって検出された検出信号を積分する積分回路や、積分回路で積分された信号を増幅する増幅回路等を備える。ただし、計測回路１５の構成は、これに限定されない。

【0027】

本実施形態の計測回路１５は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のそれぞれの負荷電流の電流実効値を計測する。ただし、計測回路１５が計測するＵ相、Ｖ相、及びＷ相のそれぞれの負荷電流の電流値は、各負荷電流に対応する交流電流の電流最大値や電流平均値であってもよい。

【0028】

制御回路１６は、サーマルリレー１０の動作を制御する。本実施形態の制御回路１６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサである。制御回路１６は、サーマルリレー１０に備わるＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶媒体に記憶されたプログラムに従い、サーマルリレー１０の動作を制御するための各種の処理を実行する。ただし、制御回路１６は、プロセッサと同様の機能を実現可能な他の電子回路から構成されていてもよい。

【0029】

本実施形態の制御回路１６は、計測回路１５が計測した負荷電流の電流値を参照し、接点回路１７を制御する。具体的には、制御回路１６は、閾値Ｔｈ２０の期間継続して、負荷３が過負荷状態にあることを検出し、接点回路１７の接点をＯＮする制御信号を出力する。別途説明するように、接点回路１７に制御信号が入力されると、接点回路１７の接点がＯＮされる。それに伴い、電磁接触器５０は、電源２から負荷３への電力供給を遮断する。

【0030】

閾値Ｔｈ２０は、過負荷状態に至った後の負荷３に流れた負荷電流の電流値に対する反時限の特性曲線に応じて変化する。すなわち、閾値Ｔｈ２０は、過負荷状態に至った後の負荷３に流れた負荷電流の電流値が高まるに伴い、接点回路１７のスイッチをＯＮする時間が短くなるように設定される。

【0031】

接点回路１７は、例えば、電磁石と、電磁石の給電に応じてＯＮされる接点と、を備える。電磁石は、制御回路１６から出力された制御信号に応じて、給電される。それに伴い、接点の可動部が、電磁石に引き付けられる。その結果、接点がＯＮされる。

【0032】

接点回路１７は、電磁接触器５０に接続される。接点回路１７の接点のＯＮに応じて、接点と電磁接触器５０とを含む回路が開く。それに伴い、電磁接触器５０側の電磁石への給電が停止され、電磁接触器５０側の接点がＯＦＦされる。その結果、給電線１１ａ，１１ｂ，１１ｃのそれぞれを含む各回路が開放され、電源２から負荷３への電力供給が遮断される。この遮断動作は、過負荷保護装置１の遮断動作に対応する。

【0033】

＜電流計測部２０＞
次に、図２を参照して、電流計測部２０の構成を説明する。図２は、電流計測部２０の構成例を示す模式図である。

【0034】

図２に示すように、電流計測部２０は、配線２０ａ，２０ｂ，２０ｃのそれぞれに流れるＵ相、Ｖ相、及びＷ相の負荷電流の電流値を計測する。電流計測部２０は、サーマルリレー１０に着脱可能な構成を備える。本実施形態の電流計測部２０は、使用時、サーマルリレー１０と一体化されている。ただし、電流計測部２０は、使用時、サーマルリレー１０から構造的に分離されていてもよい。

【0035】

図１に示すように、電流計測部２０は、電源２とサーマルリレー１０との間に接続される。ただし、電流計測部２０の位置は、電源２とサーマルリレー１０との間に限定されない。例えば、電流計測部２０は、サーマルリレー１０と負荷３との間に接続されていてもよい。

【0036】

図２に示すように、電流計測部２０は、変流器２１ａ，２１ｂ，２１ｃと、計測回路２２と、通信回路２３と、を備える。また、電流計測部２０は、例えば、計測回路２２から出力される信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路等の他の回路部材をさらに備えていてもよい。なお、電流計測部２０は、変流器２１ａ，２１ｂ，２１ｃに代えて、他の電流センサを備えていてもよい。他の電流センサの例として、シャント抵抗（チップ抵抗）やロゴスキーセンサが挙げられる。

【0037】

変流器２１ａは、配線２０ａに接続される。変流器２１ａは、配線２０ａに流れるＵ相の負荷電流を検出する。変流器２１ａは、Ｕ相の負荷電流の検出信号を計測回路２２に出力する。変流器２１ｂは、配線２０ｂに接続される。変流器２１ｂは、配線２０ｂに流れるＶ相の負荷電流を計測する。変流器２１ｂは、Ｖ相の負荷電流の検出信号を計測回路２２に出力する。変流器２１ｃは、配線２０ｃに接続される。変流器２１ｃは、配線２０ｃに流れるＷ相の負荷電流を計測する。変流器２１ｃは、Ｗ相の負荷電流の検出信号を計測回路２２に出力する。

【0038】

計測回路２２は、例えば、変流器２１ａ，２１ｂ，２１ｃのそれぞれから出力された検出信号を積分する積分回路と、積分回路で積分された検出信号を増幅する増幅回路とを備える。ただし、計測回路２２の構成は、これに限定されない。

【0039】

具体的には、計測回路２２は、変流器２１ａから出力された検出信号に基づき、配線２０ａに流れたＵ相の負荷電流の電流値を計測する。また、計測回路２２は、変流器２１ｂから出力された検出信号に基づき、配線２０ｂに流れたＶ相の負荷電流の電流値を計測する。また、計測回路２２は、変流器２１ｃから出力された検出信号に基づき、配線２０ｃに流れたＷ相の負荷電流の電流値を計測する。計測回路２２は、負荷電流の電流値を含む信号を、通信回路２３に出力する。

【0040】

通信回路２３は、エッジコントローラ３０と通信可能に接続される。通信回路２３は、負荷電流の電流値を含む信号を、エッジコントローラ３０に出力する。

【0041】

本実施形態の計測回路２２が計測する電流値は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のそれぞれの負荷電流の電流実効値である。ただし、計測回路２２は、交流電流に対応する各負荷電流の電流最大値、電流平均値を計測するものであってもよい。

【0042】

＜エッジコントローラ３０＞
次に、図３及び図４を参照して、エッジコントローラ３０の構成を説明する。図３は、エッジコントローラ３０の構成例を示すブロック図である。図４は、エッジコントローラ３０の演算処理部３１において演算される蓄積熱量の推定値の推移を示すグラフである。

【0043】

図３に示すように、エッジコントローラ３０は、電流計測部２０に接続される。エッジコントローラ３０は、電流計測部２０から出力された負荷電流の電流値を示す信号を取得する。また、エッジコントローラ３０は、報知部４０に接続される。エッジコントローラ３０は、過負荷保護装置１が遮断動作を行う前に発報される警報情報等の各種情報を報知部４０に出力する。エッジコントローラ３０は、クラウドサーバ等の情報処理装置に、通信ネットワークを介して接続されていてもよい。

【0044】

図３に示すように、エッジコントローラ３０は、演算処理部３１と、記憶部３２と、通信部３３と、を備える。演算処理部３１、記憶部３２、及び通信部３３のそれぞれは、バス３５を介して、相互に接続される。なお、本実施形態の演算処理部３１及び記憶部３２のそれぞれは、エッジコントローラ３０の構成部として、一体化されているが、構造的に、互いに分離されていてもよい。

【0045】

演算処理部３１は、各種の演算処理を実行し、エッジコントローラ３０を制御する。演算処理部３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサである。ただし、演算処理部３１は、プロセッサと同様の演算処理機能を有する他の電子回路であってもよい。

【0046】

ところで、コンベアによって搬送される被搬送物の重量が一時的に増えるような場合、負荷３の状態も一時的に過負荷状態に至る場合がある。しかしながら、閾値Ｔｈ２０の期間、負荷３の過負荷状態が継続していない等の理由で、過負荷保護装置１が遮断動作を行わない場合、電源２から負荷３への電力供給は遮断されない。その結果、負荷３は、過負荷状態のまま動作を続ける。演算処理部３１は、過負荷保護装置１の遮断動作とは別に、負荷３を保護するための処理を実行する。

【0047】

具体的には、図４に示すように、演算処理部３１は、電流計測部２０が計測した負荷電流の電流値に基づき、サーマルリレー１０の内部に蓄積される蓄積熱量の推定値を演算する。演算処理部３１は、配線２０ａに流れるＵ相の負荷電流に基づき、蓄積熱量の推定値Ｑ１１（以下、単に「蓄積熱量Ｑ１１」という）を演算する。また、演算処理部３１は、配線２０ｂに流れるＶ相の負荷電流に基づき、蓄積熱量の推定値Ｑ１２（以下、単に「蓄積熱量Ｑ１２」という）を演算する。また、演算処理部３１は、配線２０ｃに流れるＷ相の負荷電流に基づき、蓄積熱量の推定値Ｑ１３（以下、単に「蓄積熱量Ｑ１３」という）の推定値を演算する。

【0048】

演算処理部３１は、蓄積熱量Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３のうちの最大の蓄積熱量を、サーマルリレー１０の内部の蓄積熱量とみなすようにしてもよい。以下では、演算処理部３１は、蓄積熱量Ｑ１１を、サーマルリレー１０の内部の蓄積熱量とみなす場合に関して説明する。ただし、蓄積熱量Ｑ１２が最大である場合、演算処理部３１は、蓄積熱量Ｑ１２を、サーマルリレー１０の内部の蓄積熱量とみなす。また、演算処理部３１は、蓄積熱量Ｑ１３が最大である場合、蓄積熱量Ｑ１３を、サーマルリレー１０の内部の蓄積熱量とみなす。

【0049】

図４を参照して、蓄積熱量Ｑ１１の演算の一例を説明する。ここで、図４に示されるグラフの横軸は、演算処理部３１が演算を開始した時点からの経過時間を示す。また、図４に示されるグラフの左側の縦軸は、電流計測部２０が計測した負荷電流の電流値Ｉを示す。図４に示されるグラフの右側の縦軸は、蓄積熱量Ｑ１１を示す。線Ｌ１は、負荷電流の電流値Ｉの推移を示す。線Ｌ２は、蓄積熱量Ｑ１１の推移を示す。

【0050】

演算処理部３１は、電流計測部２０が順次計測した複数の負荷電流の電流値Ｉ（以下、単に「負荷電流Ｉ」という）に対応する複数の熱量の推定値Ｑ（以下、単に「熱量Ｑ」という）を演算するとともに、複数の熱量Ｑの総和から蓄積熱量Ｑ１１の推定値を演算する。

【0051】

具体的には、演算処理部３１は、最新の演算時点で参照した負荷電流Ｉの大きさが、以下の条件（１）～条件（３）のいずれに該当するかを判定し、該当する条件ごとに決められた算出方法を用いて、蓄積熱量Ｑ１１を演算する。なお、別途説明する条件（１）のように、負荷電流Ｉが相対的に小さい場合、サーマルリレー１０の内部の温度が下がるものとみなす。すなわち、負荷電流Ｉから換算される熱量Ｑを負の値とみなす。これに対して、別途説明する条件（２）及び条件（３）のように、条件（１）に比べて、負荷電流Ｉが相対的に大きい場合、サーマルリレー１０の内部の温度が上がるものとみなす。すなわち、負荷電流Ｉから換算される熱量Ｑを正の値とみなす。これらのことから、「複数の熱量Ｑの総和」とは、演算処理部３１が、負の値の熱量Ｑのそれぞれを減算するとともに、正の値の熱量Ｑのそれぞれを加算することを意味する。

【0052】

［条件（１）］
負荷電流Ｉが、整定電流の８０％未満である場合、演算処理部３１は、式（１）により、蓄積熱量Ｑ１１を演算する。図４に示す時点ｔ０から時点ｔ１での負荷電流Ｉが、条件（１）の負荷電流Ｉに対応する。なお、「整定電流の８０％」は、「第２相対値」の一例である。時点ｔ０は、演算処理部３１が、蓄積熱量Ｑ１１の演算を開始した時点である。

【0053】

Ｑ１１（ｎ）＝Ｑ１１（ｎ－１）－γ ・・・ （１）
ただし、「Ｑ１１（ｎ）＜０」となる場合、演算処理部３１は、「Ｑ１１（ｎ）＝０」と演算する。

【0054】

図４の場合、時点ｔ０から時点ｔ１の期間では、蓄積熱量Ｑ１１（ｎ）は、「０」から増えない。

【0055】

ここで、「Ｑ１１（ｎ）」は、「新たな蓄積熱量」の一例である。「Ｑ１１（ｎ－１）」は、新たな蓄積熱量Ｑ１１（ｎ）の一度前に演算された蓄積熱量である。また、「γ」は、演算処理部３１が、最新の演算時点で参照した負荷電流Ｉに基づき演算した熱量Ｑに対応する。式（１）において、「γ」に（－１）が乗じられているため、条件（１）の場合、サーマルリレー１０の内部の温度が下がるものとみなされる。「γ」は、式（２）により、算出される。

【0056】

γ＝Ｉ^Ｃ１ ・・・ （２）
ここで、Ｃ１は、実数である。Ｃ１は、負荷電流Ｉの大きさを考慮して決められた定数であってよい。なお、「γ」は、「第３熱量」の一例である。

【0057】

［条件（２）］
負荷電流Ｉが、整定電流の８０％以上１１５％未満である場合、演算処理部３１は、式（３）により、蓄積熱量Ｑ１１を演算する。図４に示す時点ｔ１から時点ｔ２での負荷電流Ｉが、条件（２）の負荷電流Ｉに対応する。

【0058】

Ｑ１１（ｎ）＝Ｑ１１（ｎ－１）＋β ・・・ （３）

【0059】

このとき、演算処理部３１は、Ｑ１１（ｎ）と閾値Ｔｈ１（第１閾値）とを比較する。演算処理部３１は、比較の結果、Ｑ１１（ｎ）が、閾値Ｔｈ１（第１閾値）未満の場合、式（３）に基づき、蓄積熱量Ｑ１１（ｎ）を演算する。これに対して、演算処理部３１は、Ｑ１１（ｎ）が、閾値Ｔｈ１（第１閾値）以上の場合、式（３）とは異なり、Ｑ１１（ｎ）を閾値Ｔｈ１と同一の値として演算する。この場合、Ｑ１１（ｎ）は、閾値Ｔｈ１を超えない。閾値Ｔｈ１は、適宜設定可能な値である。閾値Ｔｈ１の例として、過負荷保護装置１の遮断動作の開始に対応する閾値Ｔｈ３（閾値Ｔｈ３については別途説明する）の５０％～６０％の範囲内の値が挙げられる。例えば、閾値Ｔｈ１を、閾値Ｔｈ３の５５％とした場合、演算処理部３１は、Ｑ１１（ｎ）を、閾値Ｔｈ３の５５％の値として演算する。

【0060】

図４に示すように、時点ｔ１から時点ｔ２の期間では、演算処理部３１が、式（３）に基づき、蓄積熱量Ｑ１１（ｎ）を演算する場合、サーマルリレー１０の内部の温度が上がるものとみなされる。すなわち、蓄積熱量Ｑ１１（ｎ）は、一度前に演算された蓄積熱量Ｑ１１（ｎ－１）から「β」だけ増える。「β」は、演算処理部３１が、最新の演算時点で参照した負荷電流Ｉに基づき演算した熱量Ｑに対応する。なお、「β」は、「第２熱量」の一例である。

【0061】

βは、式（４）により、算出される。

【0062】

β＝Ｉ^Ｃ２ ・・・ （４）
ここで、Ｃ２は、実数である。Ｃ２は、負荷電流Ｉの大きさを考慮して決められた定数であってよい。

【0063】

［条件（３）］
負荷電流Ｉが、整定電流の１１５％以上である場合、演算処理部３１は、式（５）により、蓄積熱量Ｑ１１を演算する。図４に示す時点ｔ２から時点ｔ３での負荷電流Ｉが、条件（３）の負荷電流Ｉに対応する。

【0064】

Ｑ１１（ｎ）＝Ｑ１１（ｎ－１）＋α ・・・ （５）

【0065】

式（５）によって蓄積熱量Ｑ１１が演算される場合は、負荷３の状態が過負荷状態に至っている場合に対応する。なお、「整定電流の１１５％」は、「第１相対値」の一例である。

【0066】

図４に示すように、時点ｔ２から時点ｔ３の期間では、サーマルリレー１０の内部の温度がさらに上がるものとみなされ、蓄積熱量Ｑ１１（ｎ）は、一度前に演算された蓄積熱量Ｑ１１（ｎ－１）から「α」だけ増える。「α」は、「β」より大きな値である。「α」は、演算処理部３１が、最新の演算時点で参照した負荷電流Ｉに基づき演算した熱量Ｑに対応する。なお、「α」は、「第１熱量」の一例である。

【0067】

「α」は、式（６）により、算出される。

【0068】

α＝Ｉ^Ｃ３ ・・・ （６）
ここで、Ｃ３は、Ｃ２より大きな実数である。Ｃ３は、負荷電流Ｉの大きさを考慮して決められた定数であってよい。

【0069】

蓄積熱量Ｑ１１に関する上記の算出方法によれば、演算処理部３１は、整定電流に対する負荷電流Ｉの相対値（整定電流に対応する負荷電流Ｉの百分率）に応じて、加算又は減算する熱量Ｑを変化させる。これにより、負荷３の状態を適切に反映した蓄積熱量Ｑ１１を演算することができる。その結果、負荷３の保護の確度を高めることができる。

【0070】

上記の例では、蓄積熱量Ｑ１１の算出方法を決定するための条件を３つとしている。ただし、蓄積熱量Ｑ１１の算出方法を決定するための条件は、３つに限定されない。また、条件（１）～条件（３）のそれぞれを定める、整定電流に対する負荷電流Ｉの第１相対値や第２相対値は、適宜変更可能である。また、条件（１）～条件（３）において、さらに別の条件を加えてもよい。演算処理部３１は、蓄積熱量Ｑ１２，Ｑ１３のそれぞれを演算するにあたり、蓄積熱量Ｑ１１と同様の処理を実行する。

【0071】

演算処理部３１は、蓄積熱量Ｑ１１（Ｑ１２，Ｑ１３）を参照し、過負荷保護装置１が遮断動作を行う前に、プレアラーム情報を報知部４０に出力することが好ましい。演算処理部３１は、過負荷保護装置１が遮断動作を行う前に、報知部４０にプレアラーム情報を出力することで、電源２から負荷３への電力供給の遮断タイミングが近づいていることを、外部に知らせることができる。これにより、負荷３の状態が過負荷状態から脱するための処置が早期に行われ、過負荷保護装置１の遮断動作とは別に、負荷３を保護することができる。その結果、負荷３の保護の確度を高めることができる。また、負荷３の停止に伴い、コンベア等の生産設備を停止させる事態を防ぐ。これにより、生産設備の停止に起因する経済的な損失を防止できる。

【0072】

演算処理部３１は、プレアラーム情報を報知部４０に出力するか否かを判定する際、蓄積熱量Ｑ１１と閾値Ｔｈ２（第２閾値）とを比較し、比較の結果、蓄積熱量Ｑ１１が閾値Ｔｈ２以上となったタイミングで、プレアラーム情報を出力するようにしてもよい。図４の場合、演算処理部３１は、時点ｔ４で、プレアラーム情報を出力する。なお、プレアラーム情報は、「第１警報信号」の一例である。

【0073】

演算処理部３１は、蓄積熱量Ｑ１１を参照し、過負荷保護装置１が遮断動作を行うタイミングにあわせて、本アラーム情報を報知部４０に出力することが好ましい。これにより、電源２から負荷３への電力供給が遮断されたことを、外部に知らせることができる。

【0074】

演算処理部３１は、本アラーム情報を報知部４０に出力するか否かを判定する際、蓄積熱量Ｑ１１と閾値Ｔｈ３（第３閾値）とを比較し、比較の結果、蓄積熱量Ｑ１１が閾値Ｔｈ３以上となったタイミングで、本アラーム情報を出力するようにしてもよい。図４の場合、演算処理部３１は、時点ｔ３で、本アラーム情報を出力する。なお、閾値Ｔｈ３は、閾値Ｔｈ１を設定する際の基準値であってもよい。

【0075】

閾値Ｔｈ３は、閾値Ｔｈ２より大きな値の閾値である。閾値Ｔｈ３に対する閾値Ｔｈ２の相対値は、適宜設定可能である。一例として、閾値Ｔｈ３の値の７０％～９０％、より好ましくは、７５％～８５％の値を、閾値Ｔｈ２とすることが挙げられる。なお、本アラーム情報は、「第２警報信号」の一例である。

【0076】

記憶部３２は、演算処理部３１で実行されるプログラム等を記憶する不揮発性の記憶媒体である。また、記憶部３２は、演算処理部３１が演算した蓄積熱量Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３の時系列的な推移を記憶することが好ましい。記憶部３２の例として、フラッシュメモリ等のＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）が挙げられる。

【0077】

記憶部３２が、蓄積熱量Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３の時系列的な推移を記憶することで、負荷３の稼働状況や、負荷３によって駆動される生産設備の稼働状況等を適切に監視することができる。すなわち、蓄積熱量Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３ごとの熱量の推移を、可視化することができる。その結果、負荷３によって駆動する生産設備の運用を最適化することができる。

【0078】

通信部３３は、電流計測部２０及び報知部４０等の他の構成部との通信を行うための通信インターフェースである。具体的には、通信部３３は、電流計測部２０が計測した負荷電流の電流値の情報を取得する。また、通信部３３は、負荷電流の電流値の情報を演算処理部３１に出力する。通信部３３は、演算処理部３１から出力されたプレアラームや本アラームの情報を報知部４０に出力する。

【0079】

以上、エッジコントローラ３０の構成を説明した。なお、演算処理部３１、記憶部３２、通信部３３のそれぞれは、エッジコントローラ３０とは異なる他の情報処理装置に備わるものであってもよい。他の情報処理装置の例として、パーソナルコンピュータや、生産設備の操作者や運用者が携帯する携帯端末が挙げられる。

【0080】

＜報知部４０＞
次に、報知部４０の構成を説明する。報知部４０は、エッジコントローラ３０に接続され、エッジコントローラ３０から出力される各種の情報に基づき報知動作を行う部材である。報知部４０の例として、警報音を発するブザーや警報ランプを点灯する灯具が挙げられる。本実施形態の報知部４０は、演算処理部３１から出力されたプレアラーム情報や本アラーム情報に基づき、報知動作を行う。なお、報知部４０は、サーマルリレー１０と一体化されていてもよい。

【0081】

＜作用効果＞
本実施形態によれば、電流計測部２０によって、サーマルリレー１０とは別に計測された負荷電流の電流値に基づき、演算処理部３１が蓄積熱量Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３のそれぞれを演算する。これにより、過負荷保護装置１が遮断動作を行う前の負荷３の過負荷状態を適切に検出することができる。その結果、負荷３の保護の確度を高めることができる。

【0082】

また、本実施形態によれば、演算処理部３１は、サーマルリレー１０の整定電流に対する負荷電流の相対値に応じて、蓄積熱量Ｑ１１（Ｑ１２，Ｑ１３）に加算する熱量Ｑを変化させる。具体的には、演算処理部３１は、整定電流に対する負荷電流の相対値が第１相対値以上となり、負荷３の状態が過負荷状態に至った場合、相対的に大きな第１熱量を蓄積熱量Ｑ１１（Ｑ１２，Ｑ１３）に加算し、新たな蓄積熱量Ｑ１１（Ｑ１２，Ｑ１３）を演算する。これにより、負荷３の過負荷状態を素早く検出できる。これに対して、演算処理部３１は、整定電流に対する負荷電流の相対値が第１相対値未満であり、負荷３の状態が過負荷状態に近づいた場合、第１熱量より小さな第２熱量を蓄積熱量Ｑ１１（Ｑ１２，Ｑ１３）に加算し、新たな蓄積熱量Ｑ１１（Ｑ１２，Ｑ１３）を演算する。これにより、負荷３の状態が過負荷状態に至る前の誤検出を抑制するとともに、負荷３が過負荷状態に至った段階で素早く過負荷状態を検出することができる。さらに、演算処理部３１は、整定電流に対する負荷電流の相対値が第１相対値未満であり、かつ、新たな蓄積熱量Ｑ１１（Ｑ１２，Ｑ１３）が、第１閾値（閾値Ｔｈ１）以上である場合、新たな前記蓄積熱量Ｑ１１（Ｑ１２，Ｑ１３）を第１閾値と同一の値であると演算する。これにより、負荷３の状態が過負荷状態に至る前の誤検出を、より高い確度で抑制することができる。

【0083】

また、本実施形態によれば、演算処理部３１は、整定電流に対する負荷電流の相対値が、第１相対値より小さな第２相対値未満の場合、第３熱量を減算する。これにより、負荷３の状態が過負荷状態に至る前の誤検出を抑制することができる。

【0084】

また、本実施形態によれば、演算処理部３１は、過負荷保護装置１が遮断動作を行う前に、第１警報信号（プレアラーム情報）を出力する。また、報知部４０は、演算処理部３１から出力された第１警報信号に応じて動作する。これにより、電源２から負荷３への電力供給の遮断タイミングが近づいていることを、外部に知らせることができる。その結果、コンベア上の被搬送物の重量を低減するなど、負荷３の状態が過負荷状態から脱するための処置を早期に行うことができる。すなわち、過負荷保護装置１の遮断動作とは別に、負荷３を過負荷状態から保護することができる。したがって、負荷３の保護の確度を高めることができる。また、負荷３の停止に伴い生産設備を停止させる事態を防ぐ。これにより、生産設備の停止に起因する経済的な損失を防止できる。

【0085】

また、本実施形態によれば、演算処理部３１は、蓄積熱量Ｑ１１（Ｑ１２，Ｑ１３）が、第２閾値（閾値Ｔｈ２）より大きい第３閾値（閾値Ｔｈ３）以上である場合、第２警報信号を出力する。これにより、電源２から負荷３への電力供給の遮断タイミングが近づいていることを、都度、外部に報知することができる。また、演算処理部３１の第２警報信号の出力タイミングが、電源２から負荷３への電力供給の遮断タイミングと同期する場合、電源２から負荷３への電力供給が遮断されることを、外部に知らせることができる。

【0086】

また、本実施形態によれば、記憶部３２が、蓄積熱量Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３の時系列的な推移を記憶することで、蓄積熱量Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３ごとの推移を、可視化することができる。その結果、負荷３によって駆動する生産設備の運用を最適化することができる。

【0087】

また、本実施形態によれば、電流計測部２０に通信可能に接続されるエッジコントローラ３０が、演算処理部３１及び記憶部３２のそれぞれを備える。そのため、サーマルリレー１０の制御回路１６とは別に、エッジコントローラ３０によって、蓄積熱量Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３が演算される。その結果、サーマルリレー１０の制御回路１６で蓄積熱量Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３を演算する場合に比べて、制御回路１６にかかる計算処理の負担を軽減することができる。言い換えれば、エッジコントローラ３０によって、蓄積熱量Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３の演算スピードを高められる結果、負荷３の過負荷状態を素早く検出することができる。

【0088】

以上の通り、実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の組み合わせ、省略、置き換え、変更などを行うことが可能である。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0089】

１ 過負荷保護装置
２ 電源
３ 負荷
１０ サーマルリレー
２０ 電流計測部
３０ エッジコントローラ
３１ 演算処理部
３２ 記憶部
４０ 報知部
５０ 電磁接触器
６０ 電磁開閉器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】