JP2011101468A

JP2011101468A - 負荷制御装置

Info

Publication number: JP2011101468A
Application number: JP2009253307A
Authority: JP
Inventors: Hirotada Higashihama; 弘忠東浜
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2011-05-19

Abstract

【課題】従来の２線式スイッチの置き換えが可能であり、且つ、接続可能な負荷に制限がない遠隔操作可能な負荷制御装置を提供する。
【解決手段】商用電源２と負荷３との間に直列に接続され、無接点スイッチ素子で構成された負荷開閉部１１と、負荷開閉部１１の無接点スイッチ素子の導通・非導通を制御するための制御回路部１３と、常時所定の信号の受信を待機し又は所定の環境の変化を検出するために待機し、所定の信号の受信又は所定の環境の変化の検出に応じた信号を制御回路部１３に出力する機能回路部１４と、負荷開閉部１１、制御回路部１３及び機能回路部１４に駆動電力を供給するための第１電源回路部１２を備え、第１電源回路部１２は、商用電源２又商用電源とは異なる交流電源４に接続され、負荷開閉部１１が商用電源２及び負荷３と直列される２つの端子Ｘ１，Ｘ２とは異なる２つの交流入力端子Ｔ１，Ｔ２を備る。
【選択図】図１

Description

本発明は、トライアックなどの無接点スイッチ素子を用いた負荷制御装置に関する。

従来から、照明装置や換気扇など負荷のオン／オフを制御するために、接点が機械的に開閉される２線式スイッチに変えて、トライアックなどの無接点スイッチ素子を用いた負荷制御装置（電子スイッチ）が実用化されている。その様な負荷制御装置は、省配線の見地から、２線式結線が一般的であり、交流電源と負荷との間に直列に接続される。このように交流電源と負荷との間に直列に接続される負荷制御装置においては、如何にして自己の回路電源を確保するかが問題となる。

一般的に、２線式の負荷制御装置５０は、図７に示すように、商用電源２と負荷３との間に直列に接続され、トライアックなどの無接点スイッチ素子で構成された負荷開閉部５１と、負荷開閉部５１に並列接続された電源回路部５２と、電源回路部５２からの電力によって駆動される制御回路部５３などで構成されている。電源回路部５２は、商用電源２からの交流電流を整流する整流部５２ａと、制御回路部５３に安定した電力を供給するための電圧安定化部５２ｂと、負荷３への電力停止状態のときに電圧安定化部５２ｂへ電力を供給するオフ電源部５２ｃと、負荷３への電力供給が行われているときに電圧安定化部５２ｂへ電力を供給するオン電源部５２ｄなどで構成されている。

オフ電源部５２ｃは、例えば抵抗とツェナーダイオードで構成された定電圧回路であり、整流部５２ａにより全波整流された脈流が入力され、その電圧値がツェナーダイオードのツェナー電圧よりも高いときだけ、ツェナー電圧が電圧安定化部５２ｂに入力される。整流部５２ａにより全波整流された脈流の電圧がツェナー電圧よりも低いときは、電圧安定化部５２ｂの入力端子間に接続されたバッファコンデンサ５２ｅが電源となって電圧安定化部５２ｂに電力を供給する。バッファコンデンサ５２ｅは充放電を繰り返す。すなわち、本来負荷３がオフの状態であっても、負荷３に電流が流れる。そのため、そのときに負荷３に流れる電流は、負荷３が誤動作しない程度の微小電流でなければならず、制御回路部５３の消費電流を小さく、オフ電源部５２ｃのインピーダンスを高く維持されるように設定されている。

ところで、本出願人は、図８に示すように、ワイヤレス受信部などの機能回路部を備え、遠隔操作によって負荷のオン／オフ制御が可能な負荷制御システムを提案している（特許文献１参照）。この負荷制御システムでは、制御回路部５３に加えて、機能回路部５４においても常時信号の受信を待機するため、負荷制御装置５０’の内部で消費される電力が増加する。換言すれば、本来負荷３がオフの状態のときに、負荷３に流れる電流が増加し、負荷３がオンの状態のときに、負荷制御装置５０’の内部出消費される電力が増加し、負荷３に供給される電力が減少する。

負荷制御装置には様々な負荷が接続される可能性があるが、例えばグローランプ及び安定器を用いた従来の蛍光灯装置などのようにインピーダンスが高い負荷が接続された場合、本来負荷３がオフ状態であるべきにもかかわらず負荷３がオンしたり（すなわち、蛍光灯が点灯したり）、本来負荷３がオン状態であるべきにもかかわらず負荷３がオンできなかったり（すなわち、蛍光灯が点灯しなかったり）する可能性がある。従って、上記図８に示すような負荷制御システムでは、接続可能な負荷に制限があり、従来の２線式スイッチを簡単に置き換えることはできないという問題を有している。特に、既存のオフィスビルなどにおいては、圧倒的多数のグローランプ及び安定器を用いた従来の蛍光灯装置が使用されており、従来の２線式スイッチを遠隔操作可能な負荷制御装置に置き換えることを妨げる要因となっている。

そのため、例えば図９に示すように、商用電源２から直接電源回路部５２に電力を引き込むようにした３線式の負荷制御装置５０”も提案されている。３線式の負荷制御装置５０”の場合、負荷３がオフの状態のときには負荷３に電流は流れないので、接続される負荷３に制限はなく、また、負荷３の誤動作なども生じない。しかしながら、配線が複雑であり、同様に、従来の２線式スイッチを簡単に置き換えることはできない。

さらに、非住宅系構造物においては、交流１００Ｖ系と交流２００Ｖ系が混在している場合もあり、負荷開閉部と電源回路部を絶縁する必要があり、電源回路部用の電源を負荷用電源とは異なった電源から供給した方がよい場合もある。

特開２００７−１７４０９５号公報

本発明は、上記従来例の問題を解決するためになされたものであり、従来の２線式スイッチの置き換えが可能であり、且つ、接続可能な負荷に制限がない遠隔操作可能な負荷制御装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、商用電源と負荷との間に直列に接続され、無接点スイッチ素子で構成された負荷開閉部と、前記負荷開閉部の前記無接点スイッチ素子の導通・非導通を制御するための制御回路部と、常時所定の信号を受信するために待機し又は所定の環境の変化を検出するために待機し、前記所定の信号の受信又は前記所定の環境の変化の検出に応じた信号を前記制御回路部に出力する機能回路部と、前記負荷開閉部、前記制御回路部及び前記機能回路部に駆動電力を供給するための第１電源回路部を備えた負荷制御装置であって、前記第１電源回路部は、前記商用電源又前記商用電源とは異なる交流電源に接続され、前記負荷開閉部が前記商用電源及び前記負荷と直列される２つの端子とは異なる２つの交流入力端子を備えたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の負荷制御装置において、前記第１電源回路部は、直流電源に接続される２つの直流入力端子をさらに有し、前記商用電源とは異なる電源は、この負荷制御装置の外部に設けられた直流電源であることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１に記載の負荷制御装置において、前記第１電源回路部は、直流電源に接続される２つの直流入力端子をさらに有し、前記商用電源とは異なる電源は、この負荷制御装置の内部に設けられた電池であることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１に記載の負荷制御装置において、前記２つの交流入力端子には、プラグを介して前記商用電源又前記商用電源とは異なる交流電源に接続されたコンセントから電力が供給されることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の負荷制御装置において、前記負荷開閉部に接続され、前記商用電源から電力の供給を受け、前記負荷開閉部、前記制御回路部及び前記機能回路部に駆動電力を供給するための第２電源回路部をさらに備え、前記制御回路部及び前記機能回路部における消費電流が所定の値よりも少ないときは、前記第２電源回路部から前記負荷開閉部、前記制御回路部及び前記機能回路部に駆動電力を供給し、前記消費電流が前記所定の値以上であるときは、前記第１電源回路部から前記負荷開閉部、前記制御回路部及び前記機能回路部に駆動電力を供給することを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項２に記載の負荷制御装置において、前記商用電源とは異なる電源である直流電源は、その出力電圧が可変であり、前記制御回路部は、前記２つの直流入力端子から入力される直流電圧と所定の閾値を比較し、前記２つの直流入力端子から入力される直流電圧が前記所定の閾値以上のときに負荷をオンさせ、前記２つの直流入力端子から入力される直流電圧が前記所定の閾値未満のときに負荷をオフさせることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、第１電源回路部は、商用電源、負荷及び負荷開閉部の直列回路とは絶縁されており、商用電源とは異なる電源から電力が供給される場合はもちろんのこと、負荷と同じ商用電源から電力が供給される場合であっても、商用電源及び負荷と直列される２つの端子とは異なる２つの交流入力端子から電力が供給される。従って、負荷制御装置の内部での消費電力の大小は、負荷に流れる電流に全く影響を及ぼさず、負荷制御装置に接続される負荷の種類が制限されることはない。また、グローランプ及び安定器を用いた従来の蛍光灯装置などのインピーダンスが大きい負荷が接続されても、誤動作することなく、正常にオン／オフ制御される。

制御回路部、機能回路部、第１電源回路部では、一般的に直流電流で駆動されているが、請求項２の発明によれば、商用電源とは異なる電源として、外部の直流電源から直接直流で電力が供給されるので、整流回路や高圧回路などによる電力のロスを低減することができる。直流電源としては、一般的なＡＣ／ＤＣコンバータなどを用いることができる。

請求項３の発明によれば、第１電源回路部の電源として内蔵電池を使用しているので、第１電源回路部と外部電源との配線作業が不要になる。

一般的に、照明用のスイッチなどと共に、建築物の壁面には電源コンセントが設けられている。請求項４の発明によれば、プラグを介してコンセントから第１電源回路部に電力を供給するので、壁面の見た目は多少悪くなるが、壁の裏面などに配線を引き回す必要が無く、配線工事が容易になる。

請求項５の発明によれば、従来の２線式負荷制御装置の電源回路部と同じ第２電源回路部をさらに有しており、従来の負荷制御装置ではオン／オフ制御できなかった負荷が接続されたときだけ第１電源回路部から負荷開閉部、制御回路部及び機能回路部に駆動電力を供給するので、この負荷制御装置に接続される負荷の種類などを考慮することなく配線作業を行うことができる。さらに、この負荷制御装置に接続される負荷が、従来の負荷制御装置でもオン／オフ制御できる負荷であることがあらかじめ分かっているときは、第１電源回路部に電源を接続する必要が無くなる。

請求項６の発明によれば、外部の直流電源から第１電源回路部に電力を供給すると同時に、負荷のオン／オフ制御を行うことができる。所定の閾値は、制御回路部及び機能回路部の駆動可能な電圧の範囲内（例えば数Ｖ〜十数Ｖ）で適宜設定することができる。

本発明の一実施形態に係る負荷制御装置の構成を示すブロック図。上記一実施形態における配線例を示す図。参考例として、３線式負荷制御装置の配線例を示す図。上記一実施形態に係る負荷制御装置の他の構成例を示す図。上記一実施形態に係る負荷制御装置のさらに他の構成例を示す図。上記一実施形態に係る負荷制御装置のさらに他の構成例を示す図。従来の２線式負荷制御装置の構成を示すブロック図。遠隔操作によって負荷のオン／オフ制御が可能な従来の負荷制御装置の構成を示すブロック図。３線式負荷制御装置の構成を示すブロック図。

本発明の一実施形態に係る負荷のオン／オフ制御が可能な負荷制御装置について説明する。図１は、本実施形態に係る負荷制御装置の一構成例を示す。図１に示す負荷制御装置１Ａは、商用電源２と負荷３との間に直列に接続され、トライアックなどの無接点スイッチ素子で構成された負荷開閉部１１と、負荷開閉部１１の無接点スイッチ素子の導通・非導通を制御するための制御回路部１３と、常時所定の信号を受信するために待機し又は所定の環境の変化を検出するために待機し、所定の信号の受信又は所定の環境の変化の検出に応じた信号を制御回路部１３に出力する機能回路部１４と、負荷開閉部１１、制御回路部１３及び機能回路部１４に駆動電力を供給するための第１電源回路部１２を備えている。第２電源回路部については後述する。

第１電源回路部１２は、商用電源２又商用電源２とは異なる交流電源４に接続され、負荷開閉部１１が商用電源２及び負荷３と直列される２つの端子Ｘ１，Ｘ２とは異なる２つの交流入力端子Ｔ１，Ｔ２を備えている。第１電源回路部１２は、商用電源２、負荷３及び負荷開閉部１１で構成される直列回路とは絶縁されている。すなわち、負荷３がオフの状態であっても、第１電源回路部１２には商用電源２又商用電源２とは異なる交流電源４から電力が供給され、制御回路部１３及び機能回路部１４に待機電力が供給される。その際、負荷３には電流は全く流れない。また、負荷３がオフ状態のときと負荷３がオン状態のときとで、第１電源回路部１２に流れる電流を区別する必要はないので、整流部及び変圧部を備えた一般的なＡＣ／ＤＣコンバータ回路と同様の回路構成を有していればよい（公知につき図示せず）。

図２は、商用電源２から第１電源回路部１２に電力を供給する場合の配線例を示す。２線式の場合、例えば建築物の天井裏などに設けられたジョイントボックス５から壁裏のスイッチボックスまで２芯ゲーブルが引き込まれており、負荷制御装置１の端子Ｘ１，Ｘ２に２芯ケーブルが接続される。その場合、壁面に設けられたコンセント６からプラグ７を介して第１電源回路部１２に電力が供給される。壁面の見た目は多少悪くなるが、ジョイントボックス５から壁の裏面などに新たな配線を引き回す必要が無く、配線工事が容易になる。図３は、参考例として、３線式の負荷制御装置１Ｓの配線例を示す。３線式の場合、あらかじめジョイントボックス５からスイッチボックスまで３芯ケーブルを引き込んでおく必要があるため、既存の２線式スイッチを簡単に置き換えることはできない。

機能回路部１４としては、電波や赤外線などによる無線を介して、外部装置、例えば、焦電式の人体感知センサやユーザによって操作されるリモートコントロール装置から負荷制御信号を受信するためのワイヤレス受信装置や、人体感知センサ自体などを例示することができる。これらの機能回路部１４は、常時所定の信号を受信し又は所定の環境の変化を検出するために、アンテナ装置やセンサなどが機能している。そのため、機能回路部１４において常時待機電力が消費されている。あるいは、負荷制御装置１Ａの消費電力を増加させる原因として、音や光によって負荷３の動作状態を通報するスピーカや発光素子の使用などが考えられる。

図４は、本実施形態に係る負荷制御装置の他の構成例を示す。図４に示す負荷制御装置１Ｂでは、第１電源回路部１２は、直流電源に接続される２つの直流入力端子Ｔ３，Ｔ４をさらに有している。そして、商用電源２とは異なる電源（直流電源）として、例えばＡＣ／ＤＣコンバータなどの直流電源８が接続されている。さらに、直流電源８がＡＣ／ＤＣコンバータの場合、壁面に設けられたコンセントなどを介して、商用電源２から電力を得ている。このように、負荷制御装置１Ｂの外部の直流電源８から直接直流で電力が供給されるので、整流回路や高圧回路などによる電力のロスを低減することができる。また、将来的に、家庭用として低圧の直流電源が実用化された場合には、そこから電力を得ることも可能である。

さらに、直流電源８として、出力電圧が可変な直流電源を用いることができる。一般的に、制御回路部１３や機能回路部１４は半導体素子を中心として構成されており、その駆動電圧は数Ｖから十数Ｖ程度である。そこで、直流電源８に電圧切り換えスイッチを設け、半導体素子の駆動可能範囲内で出力電圧を２段階に切り換える。制御回路部１３は、直流入力端子Ｔ３，Ｔ４から入力される直流電圧と所定の閾値を比較し、入力される直流電圧が所定の閾値以上のときに負荷３をオンさせ、入力される直流電圧が所定の閾値未満のときに負荷をオフさせる用に制御することができる。それによって、外部の直流電源８から第１電源回路部に電力を供給すると同時に、負荷３のオン／オフ制御を行うことができる。すなわち、負荷制御装置１Ｂから操作ハンドルＳＷを省略することも可能である。

図５は、本実施形態に係る負荷制御装置のさらに他の構成例を示す。図５に示す負荷制御装置１Ｃでは、第１電源回路部１２は、直流電源に接続される２つの直流入力端子Ｔ３，Ｔ４をさらに有し、直流電源としての電池９を内蔵している。電池９として、例えば長寿命のリチウム電池などを使用すれば、一定期間、例えば数年間電池交換をせずに、第１電源回路部１２に電力を供給し続けることができる。あるいは、電池９として、充電可能な２次電池を用い、定期的に交流入力端子Ｔ１，Ｔ２に商用電源２を接続して電池９を充電するように構成してもよい。後者の場合、第１電源回路部１２に充電機能が設けられていることが条件となる。あるいは、第１電源回路部１２に、別の充電用の端子を設け、充電用アダプタを接続するように構成してもよい。いずれにせよ、電池９を第１電源回路部１２の電源とすることにより、第１電源回路部１２と外部電源との配線作業が不要になる。

図６は、本実施形態に係る負荷制御装置のさらに他の構成例を示す。図５に示す負荷制御装置１Ｄでは、従来の２線式負荷制御装置５０の電源回路部５２と同様の構成を有し、商用電源２から電力の供給を受け、負荷開閉部１１、制御回路部１３及び機能回路部１４に駆動電力を供給するための第２電源回路部１５をさらに備えている。制御回路部１３及び機能回路部１４における消費電流が所定の値よりも少ないときは、第２電源回路部１５から負荷開閉部１１、制御回路部１３及び機能回路部１４に駆動電力を供給し、消費電流が所定の値以上であるときは、第１電源回路部１２から負荷開閉部１１、制御回路部１３及び機能回路部１４に駆動電力を供給する。

このような構成によれば、従来の負荷制御装置５０ではオン／オフ制御できなかった負荷３が接続されたときだけ第１電源回路部１２から負荷開閉部１１、制御回路部１３及び機能回路部１４に駆動電力が供給されるので、この負荷制御装置１Ｄに接続される負荷３の種類などを考慮することなく配線作業を行うことができる。さらに、この負荷制御装置１Ｄに接続される負荷３が、従来の負荷制御装置５０でもオン／オフ制御できる負荷であることがあらかじめ分かっているときは、第１電源回路部１２に商用電源２又は商用電源以外の交流電源４を接続する必要が無くなる。

なお、商用電源２としては、住宅系として交流１００Ｖ、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚが一般的であるが、非住宅系として三相三線交流（２００Ｖ）や、住宅系及び非住宅系で使用可能な単相三線交流（１００Ｖ，２００Ｖ）などを用いることができる。また、三相三線交流や単相三線交流の場合は、第１電源回路部１２用の交流電源として、負荷３に直列接続された商用電源２とは異なる系統の電源を用いることが好ましい。

さらに、負荷制御装置１Ａ〜１Ｄに、負荷のオン／オフ状態を表示するためのＬＥＤなどの表示装置を設けることも可能である。ＬＥＤなどの表示装置も、負荷制御装置の内部での消費電力を増加させるものであるため、本発明に係る負荷制御装置の電源構造が有効となる。

１Ａ〜１Ｄ負荷制御装置
２商用電源
３負荷
４商用電源以外の交流電源
６コンセント
７プラグ
８直流電源
９電池
１１負荷開閉部
１２第１電源回路部
１３制御回路部
１４機能回路部
１５第２電源回路部
Ｔ１，Ｔ２交流入力端子
Ｔ３，Ｔ４直流入力端子

Claims

商用電源と負荷との間に直列に接続され、無接点スイッチ素子で構成された負荷開閉部と、前記負荷開閉部の前記無接点スイッチ素子の導通・非導通を制御するための制御回路部と、常時所定の信号を受信するために待機し又は所定の環境の変化を検出するために待機し、前記所定の信号の受信又は前記所定の環境の変化の検出に応じた信号を前記制御回路部に出力する機能回路部と、前記負荷開閉部、前記制御回路部及び前記機能回路部に駆動電力を供給するための第１電源回路部を備えた負荷制御装置であって、
前記第１電源回路部は、前記商用電源又前記商用電源とは異なる交流電源に接続され、前記負荷開閉部が前記商用電源及び前記負荷と直列される２つの端子とは異なる２つの交流入力端子を備えたことを特徴とする負荷制御装置。
前記第１電源回路部は、直流電源に接続される２つの直流入力端子をさらに有し、前記商用電源とは異なる電源は、この負荷制御装置の外部に設けられた直流電源であることを特徴とする請求項１に記載の負荷制御装置。
前記第１電源回路部は、直流電源に接続される２つの直流入力端子をさらに有し、前記商用電源とは異なる電源は、この負荷制御装置の内部に設けられた電池であることを特徴とする請求項１に記載の負荷制御装置。
前記２つの交流入力端子には、プラグを介して前記商用電源又前記商用電源とは異なる交流電源に接続されたコンセントから電力が供給されることを特徴とする請求項１に記載の負荷制御装置。
前記負荷開閉部に接続され、前記商用電源から電力の供給を受け、前記負荷開閉部、前記制御回路部及び前記機能回路部に駆動電力を供給するための第２電源回路部をさらに備え、
前記制御回路部及び前記機能回路部における消費電流が所定の値よりも少ないときは、前記第２電源回路部から前記負荷開閉部、前記制御回路部及び前記機能回路部に駆動電力を供給し、前記消費電流が前記所定の値以上であるときは、前記第１電源回路部から前記負荷開閉部、前記制御回路部及び前記機能回路部に駆動電力を供給することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の負荷制御装置。
前記商用電源とは異なる電源である直流電源は、その出力電圧が可変であり、
前記制御回路部は、前記２つの直流入力端子から入力される直流電圧と所定の閾値を比較し、前記２つの直流入力端子から入力される直流電圧が前記所定の閾値以上のときに負荷をオンさせ、前記２つの直流入力端子から入力される直流電圧が前記所定の閾値未満のときに負荷をオフさせることを特徴とする請求項２に記載の負荷制御装置。