JP2004003742A - 電磁波抑圧型電気暖房装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発生する電磁波を有効に抑圧できる電磁波抑圧型電気暖房装置を提供することを目的とする。
【解決手段】商用電源に接続されて作動する電気カーペット、電気毛布、ひざ掛け、電気コタツ、床暖房、便座等の電気抵抗を利用した発熱体による密着型または近接型の電気暖房装置であって、商用電源から電力の供給を受け発熱体への電力の供給を制御する制御回路と、商用電源における単相電源の接地電位の中性線と活電部の活性線とを自動的に判別する極性判別手段と、極性判別手段により判別した単相電源の中性線と制御回路の接地側の電位とをキャパシタ及び／又は抵抗器を介して接続する接地点接続手段とを備えている。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般商用電源に接続されて作動する電気暖房機器の制御回路や発熱体から放射される電磁波を抑圧する機能を備えた電磁波抑圧型電気暖房装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、温度検出器とリレー等で単純に制御していた電気暖房機器も、現在では、制御部分の殆どが電子化され、きめ細かな温度制御ができるようになって、電気カーペット、電気毛布、ひざかけ、電気床暖房等に応用されている。このように電気製品の電子化によって快適な環境が得られるようになった反面、特に、電気暖房機器では、大電力を細かく制御することから、不要な電磁波が発生することになった。このような電気製品内に発生する電磁波や雑音は、電気暖房機器も含め一般に電気・電子機器の筐体や電子回路のＧＮＤ（グラウンド）側をアース線等で大地に接地することで抑圧されることが知られている。しかしながら、感電防止として、電気洗濯機、電子レンジ、冷蔵庫等の水周りに使用される電気製品用に用意されたコンセント以外アース線が供給されていないのが実情である。
【０００３】
このような、電気製品等から発生する電磁波は、近年人体への影響が話題になっているが、通常の居住環境で、健康への影響を証明するには至っていない。しかし、ＷＨＯ（世界保健機関）や、ＷＨＯとＩＬＯ（国際労働機関）に協力しているＩＣＮＩＲＰ（国際非電離放射線防護委員会）等でガイドラインを作成しており、社団法人日本電機工業会等でもガイドラインに沿って運用している。
【０００４】
ところで、日本で一般的に商用電源として使用される単相２線式の交流１００Ｖ電源は、送電線を用いて高圧（６，６００Ｖ等）で供給される交流電圧を柱上トランスや屋内外の変電設備などで、接地電位を含む単相３線式の２００Ｖ電源に変換してオフィスや一般家庭に供給され、この単相３線式の２００Ｖ電源が２系統の単相２線式の電源として、電気カーペット、電気毛布、等の各種暖房機器や、掃除機、洗濯機、冷蔵庫等の生活支援用の各種電気製品、パソコン、テレビ・音響機器、エアコン、電灯、等の各種電気・電子機器に供給されている。
【０００５】
交流電源における単相２線式の一方は、中性線（ニュートラル側）として変電設備において接地され、他方は活性線（ホット側）としてＡＣ１００Ｖの活電部になっており、ＡＣ電源コンセントの片方は中性線として差込口が長い極性付きになっている。この中性線に電気・電子機器のＧＮＤや筐体を接続すれば、発生する不要な電磁波が抑圧される。しかしながら、古い配電設備や市販のコンセントの中には極性が明確でないものもあり、電気・電子機器の電源接続において、必ずしも極性が守られているとはいえない。
【０００６】
図７は、一般の交流１００Ｖ電源の供給を示す説明図である。
図７（ａ）は、一次側の高圧線（６，６００Ｖ等）から変圧器を用いて単相３線式２００Ｖ交流電源を取出し、一般商用電源として一般家庭やオフィスに供給する場合を示し、一般家庭やオフィス内に備え付けられた分電盤によって２系統の単層１００Ｖ交流電源を供給する場合である。単相３線式の電力供給の場合は、二次側の電源として１８０度位相の異なる２本の活性線（ホット側）と変圧器の設置されたところで大地アースに接地された中性線（ニュートラル側）とで構成されている。中性線とそれぞれの活性線間はＡＣ１００Ｖで、２本の活性線間はＡＣ２００Ｖとなっており、冷暖房能力の大きなエアコンや、夜間電力による給湯設備、電磁調理器などでＡＣ２００Ｖの電源が使用されている。
図７（ｂ）は単相２線式のＡＣ１００Ｖを供給する場合で、最近は一般家庭用としてはあまり使用されていないが古い家屋にはまだ存在している。単相２線式のＡＣ１００Ｖの場合も変圧器の設置されたところで一方が大地アースに接地され、この接地された中性線と、もう一方の活性線とで構成されている。
【０００７】
図８は、一般に使用されている電源コンセントの形状を示す概略図である。
図８（ａ）は、接地用の端子が備わった３極電源コンセントの場合で、真中の差込口が接地用の端子、２つの差込口のうち長い方が中性線用、少し短い方が活性線用である。この３極電源ソケットは、接地線が電源供給ラインと一緒に配線される場合に用いられる。
図８（ｂ）は、中性線側と活性線側とを区別した２極の電源コンセントの形状を示し、２つの差込口のうち長い方が中性線用、少し短い方が活性線用である。
図８（ｃ）は、図８（ｂ）と同様２極の電源ソケットであるが、差込口の大きさが同じなので、中性線と活性線との極性の区別ができない。近年、壁などの据付型のコンセントは極性付きが普及しつつあるが、テーブルタップなどの簡易タイプのプラグ及びコンセントでは極性の区別の無いのが多いのが実情である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、極性を守らないで接続された電気暖房機器を含む各種電気・電子機器からは不要な電磁波が多く放射されており、この電磁波による干渉のため、ＡＶ（ＡｕｄｉｏＶｉｓｕａｌ）機器などの視聴者が雑音に悩まされることや、極端な場合はＡＣ電源に接続された電気・電子機器の誤動作を引き起こすなどの問題があった。
また、コンセントの極性が曖昧なことなどから、ＡＣ１００Ｖの一次側と電気・電子機器内にある制御回路等の二次側の電源は電気的に絶縁する必要があり、さらに感電防止のための安全アース用の接地が必要な場合、あるいは不要な電磁波の抑圧や誤動作を生じないように電子・電気機器の筐体をシールドする場合などでは、別途接地用の配線をする必要があった。
以上のような問題を解決するために本発明では、単相２線式の交流電源を用いた暖房機器においても、新たな接地線などの配線を必要とせずに電磁波を有効に抑圧できる電磁波抑圧型電気暖房装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、商用電源に接続されて作動する電気カーペット、電気毛布、ひざ掛け、電気コタツ、床暖房、便座等の電気抵抗を利用した発熱体による密着型または近接型の電気暖房装置であって、前記商用電源から電力の供給を受け前記発熱体への電力の供給を制御する制御回路と、前記商用電源における単相電源の接地電位の中性線と活電部の活性線とを自動的に判別する極性判別手段と、該極性判別手段により判別した前記単相電源の中性線と前記制御回路の接地側の電位とをキャパシタ及び／又は抵抗器を介して接続する接地点接続手段とを備えることを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明は、平面状または曲面状に形成された前記発熱体の片面側または両面側を当該発熱体とは電気的に絶縁された導電性材料で覆い、該導電性材料と前記制御回路の接地側の電位とを電気的に接続することを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る電磁波抑圧型電気暖房装置の、実施の形態の具体例を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施の形態に係る電磁波抑圧型電気カーペットの構成を示すブロック図である。
図２は、図１に示す極性判別回路のブロック図である。
図３は、図２に示す接地点接続部分の回路図である。
図４は、図１に示す電磁波抑圧型電気カーペットの一実施例を示す外観構成図である。
図５は、図４に示す電磁波抑圧型電気カーペットの要部断面図である。
図６は、従来の電気カーペットの構成を示すブロック図である。
【００１１】
本実施の形態では密着型の電気暖房装置の一例として、電気カーペットに適用した場合を基に説明する。
図６に示すように、従来の電気カーペット３１は、カーペット本体２と、制御用のコントロールボックス３３とから構成されている。
カーペット本体２は、互いに電気絶縁層を介して撚り合わされた２本の抵抗導体を平面状に形成した（図示せず）発熱体４と、この発熱体４と同軸上或いは隣合わせに近接して形成した（図示せず）温度検知用の電極線等を用いた温度検知部５から構成されている。
コントロールボックス３３内には、カーペット本体２に形成された温度検知部５からの温度情報を検出し、発熱体４に供給する電力を、制御極付双方向整流素子などの電力制御素子８により制御する制御回路３６が組込まれている。
制御回路３６は、温度検知部５からの温度検出手段、異常時の断線検出手段、及び、温度検出手段により得られた情報と温度調節手段で設定した温度条件を基にカーペット本体２に形成された発熱体４の温度を制御する制御手段とから構成されている。７は、電気カーペット３１の電源スイッチである。
【００１２】
図１は、本実施の形態に係る電磁波抑圧型電気暖房装置の一例として電気カーペットに適用したもので、電気カーペット１は、カーペット本体２と、制御用のコントロールボックス３とから構成されている。本発明は、制御回路部６に極性判別回路部９を追加して極性判別手段１１により単相電源の中性線側を判別し、制御回路部６のＧＮＤや発熱体を覆う導電性材料１３を接地点接続手段１２により中性線側に接続して不要な電磁波を抑圧するものである。カーペット本体２と制御回路６の基本的な動作は、図６に示した従来例と同じであるので重複する説明は省略する。なお、従来の電気カーペットと同一構成の部分には、本実施の形態に係る電磁波抑圧型電気カーペットでも同一の符号を用いる。
【００１３】
極性判別回路９は、極性判別手段１１と接地点接続手段１２とにより構成されており、図２にそのブロック図を示す。
図２に示す極性判別回路９は、図１に示したコントロールボックス３内に組込まれており、交番電磁界を検出する電磁界検出回路２１、検出した電磁界成分の検波回路２２、検出・検波した電磁界成分を基に極性を判別する極性判別回路２３、リレー制御回路２４、極性判別手段を作動させるための直流電源回路２５、リレー２６から構成されている。２７は接地点接続手段における接地点接続回路部である。なお、直流電源２５は、図１に示す制御回路６にも供給される。
【００１４】
次に、極性判別回路９の動作について説明する。
コントロールボックス３内の極性判別回路９には２極の電源プラグ１０を介して一般商用電源から単相１００Ｖの交流電源が供給され、リレー２６の端子ＡＣ１と端子ＡＣ２に接続されている。
リセット回路（図示せず）により初期状態にした後、予め決められたシーケンスに従いリレー制御回路２４によってリレー２６を二端子の一方、例えば端子ＡＣ１に接続し、一般商用電源の接地電位の中性線（ニュートラル側）もしくは活電部の活性線（ホット側）を、高抵抗器Ｒ１を介して二次側ＧＮＤ（グラウンド）に接続する。高抵抗器Ｒ１を介して流れる電流により交番電磁界が発生し、コントロールボックス３内の電磁界検出回路２１によりこの交番電磁界成分を検出する。
【００１５】
電源の極性判別方法としては、電界、磁界、ＧＮＤ電流などの変化を測定する方法などが考えられるが、本実施の形態ではプリント基板に形成されたループ状あるいはダイポール状の回路パターンをアンテナとして用い、内部に発生する交番磁界の強度あるいは交番電界の強度を測定し、検波回路２２を経て極性判別回路２３に入力する。
【００１６】
次に、リレー制御回路２４を介してリレー２６を先に接続した方と異なる端子ＡＣ２に接続し、端子ＡＣ１に接続した場合と同様に、交番磁界の強度あるいは交番電界の強度を測定し、検波回路２２を経て極性判別回路２３に入力する。
【００１７】
極性判別回路２３では、これらの端子ＡＣ１に接続した場合と端子ＡＣ２に接続した場合との測定値の比較により、交番磁界の強度あるいは交番電界の強度が高い測定値を示した方を活性線（ホット側）と判別し、低い測定値を示した方を接地電位の中性線（ニュートラル側）と判別する。
また、予め定められた閾値を超えたレベルの交番電磁界を検出することで活性線と判別することもできるので、この場合は検出した時点で活性線と中性線を判別することができる。
【００１８】
交番電磁界の検出による判別結果を基に、リレー制御回路２４を介してリレー２６を中性線側と判別した端子に接続すると共に、図３に示すリレー２７１、キャパシタＣ及び抵抗器Ｒからなる接地点接続回路２７を介して一般商用電源の中性線と、コントロールボックス３の二次側ＧＮＤとを接続する。また、コントロールボックス３内の極性判別回路９の二次側ＧＮＤは、制御回路６の二次側ＧＮＤとも接続されており、さらに、電気的に絶縁された状態でカーペット本体の発熱体４を覆っている導電性材料１３とも電気的に接続されている。
【００１９】
これらの接続によりコントロールボックス３内及びカーペット本体２で発生する不要電磁波あるいは蓄積された電荷を一般商用電源の接地電位の中性線側へ放出でき、コントロールボックス３及びカーペット本体２から放射される電磁波を抑圧することができる。
【００２０】
図４は、一実施例としての電磁波抑圧型電気カーペットの外観を示しており、極性判別回路９と制御回路６とを有するコントローラボックス３と、カーペット本体２とが図示していないコネクタにより接続されている。
カーペット本体２には、コントローラボックス３内の制御回路６により電力制御される発熱体４と、発熱体４に近接して温度検知部５とが平面状に形成・配設されており、温度検知部５からの温度検出情報と予め設定された温度設定情報とを基に温度調節される。
また、発熱体４及び温度検知部５に用いられる抵抗導体は、絶縁被膜で覆われており、これらの発熱体４および温度検知部５は、図５の要部断面図に示すように導電性材料の表布１３ａ及び芯地１３ｂにより両面側から挟み込まれ一体に形成されている。
表布１３ａ及び芯地１３ｂに用いる導電性材料１３には、炭素繊維や、導電性樹脂あるいは金属コーティングした導電性繊維を編み込んだもの、導電性樹脂等をコーティングしたパイル糸を打ち込んだ布地等を用いることができる。
発熱体４や温度検出部５をこの導電性材料１３によって覆うことによって、電磁波シールド（遮蔽）効果が生じ、カーペット本体２から発生・放射される電磁波成分は、コントローラボックス３内の二次側ＧＮＤを介して商用電源の中性線側に放出し抑圧することができる。
発熱体４や温度検出部５からの電磁波抑圧のために、カーペット本体の導電性材料１３に代わって、導電性繊維を編み込んだものやパイル糸を打ち込んだ、カーペット本体２を覆うカーペットカバー１４を、コントローラボックス３内の二次側ＧＮＤと電気的に接続してもよい。
【００２１】
人体に対する密着型あるいは近接型の電気暖房装置として電気カーペットを一例に説明してきたが、同様な構成は、電気毛布、ひざ掛け、便座、床暖房、電気コタツ等に適用できる。床暖房では、導電性材料として、発熱体と一体に形成する必要がなく、新たに導電性シート等を用いることができるので、より電磁波シールド効果の高い材料を選択できる。
電気カーペットの例では、説明の簡略化のため発熱体や温度検知部として１系統で説明したが、省電力のために半分ずつ２系統に分割して温度制御する場合にも適用できる。電気毛布の場合は、胸側と足側の温度設定や、睡眠前と睡眠後との温度設定を変える必要があり、より細かな温度制御が必要なので、発熱体や温度検知部も多系統になる。
電気カーペットや床暖房に適用する導電性材料は片面側だけでもよいが、電気毛布では、人体に対する影響を考慮した場合、両面側共に導電性材料で覆うことが望ましいことは明らかである。
また、電気コタツ等で使用する発熱体は曲面状に形成しても構わないし、電磁波抑圧のための導電性材料も曲面状の発熱体に沿って覆って形成することができる。
発熱体としては、対撚線のものや同軸上でコイル状に形成した線状コイルヒーターを平面状に展開・形成したものを基に説明したが、最近は、炭素繊維を用いた面上発熱体や、温度が高くなると電流を流しにくくするＰＴＣ（正温度係数）特性を有する安全性に優れた面上発熱体を使用したものもあり、本発明はこの面上発熱体にも適用することができることは勿論である。
【００２２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、商用電源に接続されて作動する電気カーペット、電気毛布、ひざ掛け、電気コタツ、床暖房、便座等の電気暖房機器を使用する際に、これらの電気暖房機器内の制御回路や発熱体などから発生・放射する電磁波を抑圧することができるので、周りの電気・電子機器への影響や誤動作を防止する効果がある。特に身体と殆ど接するような電気毛布、電気カーペットなどの密着型、あるいは電気コタツなどの近接型の電気暖房機器を使用する場合には、健康上の影響も軽減できるので安全衛生上も有効である。
また、広い面積から電磁波を放射する発熱体全面を導電性材料で覆っているので、さらに電磁波を抑圧する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る電磁波抑圧型電気カーペットの構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す極性判別回路のブロック図である。
【図３】図２に示す接地点接続部分の回路図である。
【図４】図１に示す電磁波抑圧型電気カーペットの一実施例を示す外観構成図である。
【図５】図４に示す電磁波抑圧型電気カーペットの要部断面図である。
【図６】従来の電気カーペットの構成を示すブロック図である。
【図７】一般の交流１００Ｖ電源の供給を示す図で、図７（ａ）は単相３線式、図７（ｂ）は単相２線式の説明図である。
【図８】一般に使用されている電源コンセントの形状を示す図で、図８（ａ）は極性付き３極電源コンセント、図８（ｂ）は極性付き２極電源コンセント、図８（ｃ）は無極性の２極電源コンセントの概略図である。
【符号の説明】
１　　電磁波抑圧型電気カーペット
２　　カーペット本体
３　　コントローラボックス
４　　発熱体
５　　温度検知部
６　　制御回路
８　　電力制御素子
９　　極性判別回路
１１　　極性判別手段
１２　　接地点接続手段
１３　　導電性材料

Claims (2)

1. 商用電源に接続されて作動する電気カーペット、電気毛布、ひざ掛け、電気コタツ、床暖房、便座等の電気抵抗を利用した発熱体による密着型または近接型の電気暖房装置であって、
   前記商用電源から電力の供給を受け前記発熱体への電力の供給を制御する制御回路と、
   前記商用電源における単相電源の接地電位の中性線と活電部の活性線とを自動的に判別する極性判別手段と、
   該極性判別手段により判別した前記単相電源の中性線と前記制御回路の接地側の電位とをキャパシタ及び／又は抵抗器を介して接続する接地点接続手段とを備えることを特徴とする電磁波抑圧型電気暖房装置。
2. 平面状または曲面状に形成された前記発熱体の片面側または両面側を当該発熱体とは電気的に絶縁された導電性材料で覆い、該導電性材料と前記制御回路の接地側の電位とを電気的に接続することを特徴とする請求項１に記載の電磁波抑圧型電気暖房装置。

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