JP2006288158A - コンセント装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 トラッキング短絡や、接続機器のコード短絡の発生を防ぐ機能を備えたコンセント装置を提供する。
【解決手段】 入力電圧を維持して出力させる直送状態と入力電圧を１／１０００に降圧して出力する小出力状態とに切り替える出力切替手段４と、この出力切替手段４を制御する切替制御回路５を有し、出力切替手段４を第１抵抗素子Ｒ１、第２抵抗素子Ｒ２、及びリレー１５とで構成し、切替制御回路５に、検出した受刃２の電圧が所定の電圧範囲内であるか判断する閾値回路１８を設けた。受刃２の電圧が所定の電圧範囲から外れている間は小出力状態とし、所定の電圧範囲内であったら接続電気機器がオンされたと判断して出力切替手段４を切り替えて直送状態にした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、壁面等に設置されてコンセントとして使用されるコンセント装置、詳しくはトラッキング短絡や、接続機器のコード短絡の発生を防ぐ機能を備えたコンセント装置に関する。

通常、屋内に設けられたコンセントには常時１００Ｖの電圧が印加され、接続される電気機器に常時電圧を印加している。そのため、コンセントのプラグ接続部に塵が溜まるとトラッキング短絡が発生する危険があったし、接続機器の電源コードが損傷している場合はコード短絡により焼損する虞があった。
そのため、このような危険な状態の発生を防ぐために、トラッキング防止キャップをプラグに被せたり（例えば、特許文献１参照）、ブレーカにトラッキング検知機能を設けてトラッキング短絡を検知したら遮断するようにしたもの（例えば、特許文献２参照）があった。また、コード短絡に関しても、ブレーカやコンセントにコード短絡検知機能を設けたものが提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開平１１−１７６５０８号公報（第１図） 特開２００１−１５７３５５号公報 特開２００５−６３８０号公報

しかし、トラッキング保護機能やコード短絡保護機能をブレーカ或いはコンセントに備えることで火災発生や事故を防ぐことができても、それらの発生自体を防ぐことはできないため、トラッキングやコード短絡によるコンセントやコードの劣化を防ぐことはできなかった。
また、トラッキング防止キャップは、トラッキング短絡の発生を防止するためのものであるが、トラッキングの発生を完全に防ぐことはできなかった。

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、トラッキング短絡や、接続機器のコード短絡の発生を防ぐ機能を備えたコンセント装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する為に、請求項１に記載の発明は、プラグを接続するための受刃と、前記受刃から出力する電圧を、入力電圧を維持して出力させる直送状態と入力電圧を１／１００以下に降圧して出力する小出力状態とに切り替える出力切替手段と、前記小出力状態で前記受刃電圧を検出する受刃電圧検出手段と、前記出力切替手段を切替制御する切替制御回路とを有し、前記切替制御回路は、検出した受刃電圧が小出力状態での最大出力電圧より小さい所定の電圧範囲内であるか判定する受刃電圧判定手段を備えて、受刃電圧が所定の電圧範囲から外れている間は前記小出力状態とし、所定の電圧範囲内であったら直送状態とすることを特徴とする。
この構成により、所定の電圧範囲の設定を、受刃からの出力電流が無い小出力設定電圧の状態、及び受刃間が短絡した０ボルト状態を排除するよう設定すれば、コンセント装置に電気機器が接続されていない待機状態の時は、所定の電圧範囲から外れるので出力電圧は小出力状態となり、受刃間の電圧は小さな電圧となるため、トラッキング短絡が発生するようなことがない。また、電気機器が接続されていてもオフ状態にあれば、出力電圧は引き続き小出力状態を維持し、同様にトラッキング短絡が発生するようなことがない。更に、接続電気機器のコード短絡に対しても小出力状態を維持させることができ、コード短絡が発生しても大電流が流れる事がなく、電気火災等が発生することもない。

請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、出力切替手段は、電源入力部から受刃に至る一対の電路の一方に介在させた第１抵抗素子と、該第１抵抗素子を短絡操作する第１切替手段と、前記第１抵抗素子の受刃側と他方の電路の間に接続した第２抵抗素子と、該第２抵抗素子の切り離し操作をする第２切替手段とから成り、切替制御回路は、小出力状態で検出した受刃電圧が所定の電圧範囲内であれば、前記第１抵抗素子を短絡させ、前記第２抵抗素子を開放させて直送状態とする。
この構成により、出力切替手段を簡易な回路で構成できる。また、接続した電気機器がオンしたら出力電圧を直送状態に切り替えることができ、接続した電気機器を良好に動作させることができる。

請求項３の発明は、請求項２に記載の発明において、第１切替手段及び第２切替手段はａ接点とｂ接点を有する１つのリレーで構成され、前記第１切替手段がａ接点、前記第２切替手段がｂ接点で構成されることを特徴とする。
この構成により、第１及び第２切替手段を、素子数を少なく簡易に構成できる。

請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の発明において、受刃から出力される出力電流を検出する出力電流検出手段を有し、切替制御回路は直送状態において検出した出力電流が所定値以下の場合には、小出力状態に復帰させることを特徴とする。
この構成により、接続した電気機器がオン状態を続ければ直送状態を維持するし、オフ状態になったら確実に小出力状態に復帰する。

請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の発明において、直送状態と小出力状態の比（小出力電圧／直送電圧）が１／２０００〜１／５００であることを特徴とする。
この構成により、電流を出力しない待機状態の受刃出力電圧が充分小さくなるので、短絡時の電流も充分小さく抑えることができる。また、小出力状態であっても、接続電気機器がオン動作した場合、その動作検出もし易い。

本発明によれば、コンセント装置に電気機器が接続されていない待機状態の時は、出力電圧は小出力状態となり、受刃間の電圧は僅かな電圧となるため、トラッキング短絡が発生するようなことがない。また、電気機器が接続されていてもオフ状態にあれば、出力電圧は引き続き小出力状態を維持するので、トラッキング短絡が発生するようなことがない。更に、接続電気機器のコード短絡に対しても小出力状態を維持させることができ、コード短絡が発生しても大電流が流れる事がなく、電気火災等が発生することもない。

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るコンセント装置の一例を示す回路図であり、１は電源１０が接続される電源接続部、２は負荷である図示しない電気機器のプラグが接続される受刃、３は本装置の各回路に電源を供給する電源回路、４は受刃２から出力する出力電圧を切り替える出力切替手段、５（５ａ，５ｂ）は出力切替手段４を切替制御する切替制御回路、６は出力電流検出手段としての変流器を示している。これらの回路は壁面内に埋設されたコンセントボックス（図示せず）に収容されている。尚、電源１０は、実際にはブレーカ出力であり、電源接続部１には図示しないブレーカから伸びた電源線が接続される。

出力切替手段４は、電源接続部１と受刃２の間に配設された一対の電路８に設けられた第１抵抗素子Ｒ１、第２抵抗素子Ｒ２の２つの抵抗素子と、この抵抗素子を切替操作する第１切替手段１３、第２切替手段１４の２つの切替手段で構成されている。具体的に、一対の電路８のうち、一方の電路に第１抵抗素子Ｒ１として１０キロオームの抵抗が直列に接続され、この第１抵抗素子Ｒ１の受刃側と他方の電路の間に第２抵抗素子Ｒ２として１０オームの抵抗が接続されている。

そして、第１及び第２切替手段１３，１４は、ａ接点とｂ接点の２接点を有する１つのリレー１５で構成されている。リレー１５は、コモン端子が第１抵抗素子Ｒ１の受刃側に接続され、ａ接点が第１抵抗素子Ｒ１の電源側、ｂ接点が第２抵抗素子Ｒ２の第１抵抗素子Ｒ１側の一端が接続されている。その結果、第１切替手段１３はリレー１５のａ接点であり、第２切替手段１４はリレー１５のｂ接点となる。尚、１５ａはリレー１５をオン操作してａ接点接続に変更させるリレー駆動コイルである。

この構成により、リレー１５がｂ接点接続状態では、第１及び第２抵抗素子Ｒ１，Ｒ２により分圧され、第２抵抗素子に印加された電圧が受刃２から出力され、入力電圧に対して１０００分の１の電圧が出力される小出力状態となる。また、ａ接点接続状態では入力電圧が受刃２から出力される直送状態となる。
このように、単純に抵抗素子により入力電圧を分圧して受刃から出力するので、出力切替手段を簡易な回路で構成できる。また、リレーのａ接点が第１抵抗素子を短絡させる第１切替手段として作用し、ｂ接点が第２抵抗素子を切り離す第２切替手段として作用するので、第１及び第２切替手段を、素子数を少なく簡易に構成できる。

切替制御回路５は、第２抵抗素子Ｒ２に印加される電圧、即ち小出力状態で受刃２から出力される電圧を検出してリレー１５を切替制御する第１制御回路５ａと、受刃２に接続された電気機器に供給される電流を検出してリレー１５を切替制御する第２制御回路５ｂとから構成されている。

第１制御回路５ａは、第２抵抗素子に印加される電圧を検出して、その電圧信号を絶対値化する受刃電圧検出手段としての絶対値回路１７、上限値及び下限値が設定されて入力電圧信号がその設定された所定の電圧範囲の値であれば、信号を出力する受刃電圧判定手段としての閾値回路１８、リレー１５をオン操作する第１リレー駆動回路１９等を有している。
一方、第２制御回路５ｂは、変流器６により検出した出力電流を信号化して増幅する増幅回路２１、検出した電圧信号が所定値以上であるか判断する比較回路２２、リレー１５をオン操作する第２リレー駆動回路２３等を有している。

このような回路を備えたコンセント装置は次のように動作する。まず、受刃２に電気機器が接続されていない初期状態では、リレー１５はオフの状態の待機状態にあり、リレー接点はｂ接点に接続されている。従って、受刃２からは入力電圧が第１及び第２抵抗素子Ｒ１，Ｒ２で分圧され、入力電圧に対して１／１０００の電圧が出力される小出力状態となっている。例えば、入力電圧が１００ボルトの場合、０．１ボルトの電圧が受刃２から出力される。
尚、閾値回路１８は、待機状態では動作しないよう所定の電圧範囲が設定され、その上限値は小出力状態の出力電圧より小さくなるよう設定されている。

そして、電気機器が接続されても、オフ状態にあり受刃２から電流の出力がない状態では、出力電圧は抵抗による分圧電圧を維持するため、引き続き閾値回路１８の入力電圧信号は所定の電圧範囲に無く、閾値回路１８は信号を出力せず第１リレー制御回路１９は動作しない。従って、リレー１５はｂ接点接続を維持し、小出力状態を持続する。
更に、電気機器が接続されても出力電流が無いので、第２制御回路５ｂも動作せず、第２リレー駆動回路２３は動作しない。

一方、小出力状態で受刃２間が短絡した場合（例えば、コード短絡が発生した場合）、第２抵抗素子Ｒ２の印加電圧はほぼ０ボルトとなり、閾値回路１８に入力される電圧信号は、所定の電圧範囲の下限から外れる。そのため、閾値回路１８は動作せず出力信号が発生しない。従って、リレー１５は動作せず小出力状態を維持する。
この動作から明らかなように、閾値回路１８で設定されている所定の電圧範囲の上限値は、第１及び第２抵抗素子Ｒ１，Ｒ２の抵抗比で分圧される電圧値（ここでは０．１ボルト）より小さく設定されている。また、下限値は、受刃２間の短絡或いはそれに近い状態が発生した場合に、電気機器の動作電流と間違えて直送状態に切り替わらないように設定されている。

このように、コンセント装置に電気機器が接続されていなければ、出力電圧は小出力状態であり、受刃間は微小な電圧が印加されているだけなので、トラッキング短絡が発生するようなことがない。また、電気機器が接続されていてもオフ状態にあれば、出力電圧は引き続き小出力状態を維持するので、トラッキング短絡が発生するようなことがないし、この状態でコード短絡が発生しても、大電流が流れないので電気火災等が発生することもない。

次に、接続された電気機器がオン状態となった場合を説明する。電気機器がオンすると、出力電流の発生により、第１抵抗素子Ｒ１による電圧降下が大きくなり、第２抵抗素子Ｒ２に印加される電圧（受刃間電圧）は０．１ボルトより充分小さくなる。
この第２抵抗素子Ｒ２の印加電圧の減少は、閾値回路１８により検出される。受刃間電圧が減少することで、閾値回路１８に入力される電圧信号が小さくなり所定の電圧範囲に入ってくる。すると、閾値回路１８が動作して信号を出力し、第１リレー駆動回路１９が動作する、その結果、リレー１５がオンしてａ接点に切り替わり、第１抵抗素子Ｒ１の両端が短絡されると共に、第２抵抗素子Ｒ２がオープンされ直送状態となる。

直送状態となることで、接続されている電気機器は正常な動作を開始し、受刃２からは電気機器動作電流が良好に出力される。そして、この出力電流が変流器６により検出され、第２制御回路５ｂは第２リレー駆動回路２３をオンさせ、リレー１５はオン動作を継続する。こうして、第２抵抗素子Ｒ２がオープンとなり第１リレー駆動回路１９がオフしてもリレー１５はオンし続ける。その後、出力電流が無くなったら、或いは微小な電流値に変化して、比較回路２２の出力が停止したら、第２リレー駆動回路２３は停止してリレー１５はオフし、ｂ接点接続に戻る。その結果、小出力状態となる。
尚、比較回路２２は、電路８や、電源コードに入り込むノイズ等により電気機器がオン状態にあると判断するのを防止する為の回路である。

このように、接続した電気機器がオンしたら出力電圧が直送状態に切り替わるので、電気機器は良好に動作する。また、電気機器がオフされたら確実に小出力状態に復帰するので、引き続きトラッキング短絡の発生を防ぐことができる。

尚、上記実施形態は、第１抵抗素子と第２抵抗素子の比（第２抵抗素子／第１抵抗素子）を１／１０００としているが、比を近づけて１／１００としても良く、１ボルト程度の出力電圧であっても、トラッキングが発生する事がないし、コード短絡が発生しても大事には至らない。しかし、待機時の電力消費を考慮すると待機電圧は小さい方が良いため、１／５００以下（０．２Ｖ以下）が好ましいし、接続電気機器の動作を判断するためには、待機電圧はある程度必要であり、小出力状態でも１／２０００以上（０．０５Ｖ以上）とするのが好ましい。

また、第１抵抗素子を１０キロオーム、第２抵抗素子を１０オームとしているが、具体的な抵抗値としてはこれに限定するものではない。但し、抵抗値が大きければ、接続電気機器がオン状態となった場合の検出が難しくなるし、抵抗値が小さければ、コンセント装置内での消費電力が大きくなってしまう。
更に、出力切替手段を２つの抵抗素子Ｒ１，Ｒ２と１つのリレー１５で構成しているが、二次電圧を変更可能としたトランスを用いることもできるし、第１切替手段と第２切替手段を独立した開閉器で構成しても良い。

本発明に係るコンセント装置の実施形態の一例を示す回路図である。

符号の説明

１・・電源接続部、２・・受刃、４・・出力切替手段、５・・切替制御回路、５ａ・・第１制御回路、５ｂ・・第２制御回路、６・・変流器（出力電流検出手段）、８・・電路、１３・・第１切替手段、１４・・第２切替手段、１５・・リレー（第１切替手段、第２切替手段）、１７・・絶対値回路（受刃電圧検出手段）、１８・・閾値回路（受刃電圧判定手段）、Ｒ１・・第１抵抗素子、Ｒ２・・第２抵抗素子。

Claims (5)

1. プラグを接続するための受刃と、前記受刃から出力する電圧を、入力電圧を維持して出力させる直送状態と入力電圧を１／１００以下に降圧して出力する小出力状態とに切り替える出力切替手段と、前記小出力状態で前記受刃電圧を検出する受刃電圧検出手段と、前記出力切替手段を切替制御する切替制御回路とを有し、
   前記切替制御回路は、検出した受刃電圧が小出力状態での最大出力電圧より小さい所定の電圧範囲内であるか判定する受刃電圧判定手段を備えて、受刃電圧が所定の電圧範囲から外れている間は前記小出力状態とし、所定の電圧範囲内であったら直送状態とすることを特徴とするコンセント装置。
2. 出力切替手段は、電源入力部から受刃に至る一対の電路の一方に介在させた第１抵抗素子と、該第１抵抗素子を短絡操作する第１切替手段と、前記第１抵抗素子の受刃側と他方の電路の間に接続した第２抵抗素子と、該第２抵抗素子の切り離し操作をする第２切替手段とから成り、
   切替制御回路は、小出力状態で検出した受刃電圧が所定の電圧範囲内であれば、前記第１抵抗素子を短絡させ、前記第２抵抗素子を開放させて直送状態とする請求項１記載のコンセント装置。
3. 第１切替手段及び第２切替手段はａ接点とｂ接点を有する１つのリレーで構成され、前記第１切替手段がａ接点、前記第２切替手段がｂ接点で構成される請求項２記載のコンセント装置。
4. 受刃から出力される出力電流を検出する出力電流検出手段を有し、切替制御回路は直送状態において検出した出力電流が所定値以下の場合には、小出力状態に復帰させる請求項１乃至３の何れかに記載のコンセント装置。
5. 小出力状態と直送状態の比（小出力電圧／直送電圧）が１／２０００〜１／５００である請求項１乃至４の何れかに記載のコンセント装置。

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