JP2012191563A - 負荷制御スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】建築物の造営材に設置される負荷制御スイッチにおいて、ユーザによる簡単な工事で、正確な周波数で無線信号を送信可能として機能を向上させる。
【解決手段】無線信号を送信する無線信号送受信回路４５と、無線信号に応じて負荷を制御する開閉機能モジュール３と、開閉機能モジュール３又は無線信号送受信回路４５の近傍の気温を検知する温度検知部８、送信周波数を補正する周波数補正回路７９を備える。周波数補正回路７９は、温度検知部８によって検知された気温に基づいて局部発振器７８の局部発振周波数ｆ_LOを調整し、無線信号送受信回路４５の送信周波数を補正する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気工事士の資格を有していなくても、ユーザによって簡単に無線信号を受信できるように機能を向上させることが可能な負荷制御スイッチに関する。

近年、換気扇や照明装置などの負荷のオン及びオフをリモコン装置などによって行えるように、建築物の壁面などに設置された負荷制御スイッチに無線信号送信機能を設けたものなどが提案されている。元々、単純に負荷のオン／オフを制御する負荷制御スイッチが設置されていたと仮定して、そのような負荷制御スイッチを、無線信号送信機能を有するものに交換するには、配線工事を必要とするため、ユーザが自分で交換することはできない。従って、電気工事士の資格を有する者に依頼しなければならなかった。

一方、近年ＤＩＹ(Do It Yourself)と呼ばれるように、ホームセンターなどで部品を購入してきて、ユーザが自分で部品交換などを行うことが流行っている。現行のシステムにおいては、例えば非特許文献１に記載されているように、ユーザは、ホームセンターなどにおいて操作ハンドルの色やデザインなどを選択できる程度であり、負荷制御スイッチ本体の交換は自由にできないという煩わしさはそのままである。

また、トライアックなどの半導体スイッチ素子を主スイッチ素子とする電子スイッチの場合、無線信号送信装置や人体感知センサなどから出力される信号に応じて、負荷のオン／オフを制御することが可能である。従って、電子式の負荷制御スイッチにあらかじめ外部信号入力端子を設けておき、その電子式の負荷制御スイッチに無線信号送信装置や人体感知センサなどをユーザ自身で接続できれば、低コストで負荷制御スイッチの機能を向上させることができる。

ところで、上述した無線信号送信装置は、周囲温度の変動に伴い、局部発振器から出力される信号の周波数が変動するため、正しい周波数で無線信号を送信することが困難な場合がある。特に、上述した負荷制御スイッチは、操作ハンドルの内部及びその近傍に無線信号送信装置や負荷制御部を集約する関係上、負荷に電力を供給する負荷制御部の発熱の影響を受けやすくなり、受信周波数にずれが生じやすいという懸念がある。

パナソニック電工 電設資材カタログ ２０１０−２０１２ 第１９頁

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、配線工事を伴わずに、ユーザによって簡単な工事で正確な周波数で無線信号を送信可能として機能を向上させることが可能な負荷制御スイッチを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために発明の負荷制御スイッチは、建築物の造営材に設置され、外部から送信される無線信号を送信する無線送信部と、負荷を制御する負荷制御部と、温度を検知する温度検知部と、検知された温度に基づいて前記無線送信部の送信周波数を補正する周波数補正部を備えたことを特徴とする。

この発明において、前記負荷制御部に着脱可能に設けられ、ユーザによる操作に応じた信号を前記負荷制御部に出力する操作ハンドルを備え、前記無線送信部、温度検知部及び周波数補正部は、前記操作ハンドルに内蔵されていることが好ましい。

この発明において、前記周波数補正部は、スイッチング制御される並列に接続された複数のコンデンサと、前記温度検知部によって検知された温度に基づいて前記複数のコンデンサをスイッチング制御する容量制御部を有することが好ましい。

この発明において、前記周波数補正部は、バリキャップダイオードと、前記温度検知部によって検知された温度に基づいて前記バリキャップダイオードにアナログ電圧印加する容量制御部を有することが好ましい。

この発明において、前記無線送信部及び前記周波数補正部の一部は、ＰＬＬシンセサイザを含んで構成されることが好ましい。

この発明において、外部に無線信号を受信する無線受信部をさらに備えることが好ましい。

この発明において、前記周波数補正部は、前記無線受信部の受信周波数を補正することが好ましい。

本発明の負荷制御スイッチによれば、温度検知部によって検知された温度に基づいて、周波数補正部が無線送信部の送信周波数を補正するので、正確な周波数で無線信号を送信することができる。また、配線工事を伴わずに、ユーザによって簡単な工事で無線信号を送信可能として機能を向上させることが可能となる。

本発明の一実施形態による負荷制御スイッチの機械的構成を示す斜視図。 同負荷制御スイッチの電気的構成を示すブロック図。 同負荷制御スイッチに適用される局部発振器及び周波数補正回路の具体的な構成例を示すブロック図。 局部発振器及び周波数補正回路の変形例を示すブロック図。 局部発振器及び周波数補正回路の別の変形例を示すブロック図。

本発明の一実施形態に係る負荷制御スイッチについて説明する。図１は、本実施形態に係る負荷制御スイッチ１の基本構成を示す図である。負荷制御スイッチ１は、壁面や柱等の造営材に埋め込まれて設置され、電線５が接続される端子モジュール２、スイッチ機能を有する開閉機能モジュール（負荷制御部）３、操作ハンドル４等により構成される。電線５の例としては、例えばＶＶＦ(Vinyl insulated Vinyl sheathed Flat-type cable:６００Ｖビニル絶縁ビニルシースケーブル平型)などが挙げられる。

端子モジュール２は、絶縁被覆が剥がされた電線５の心線５１が挿入されるインレット２１と、開閉機能モジュール３のソケット３１が挿入されるアウトレット２２を備えている。インレット２１は、電線５の心線５１が挿入されると自動的にロックがかかるような、従来の負荷制御スイッチのものと同様である。アウトレット２２の構造は特に限定されず、単なる電気接点であってもよいし、コンセントのような構造であってもよい。後者の場合、感電を防止するため、アウトレット２２にスライド式のシャッターが設けられていてもよい。なお、図１では、端子モジュール２として２線式のものを例示しているが、３線式のものであってもよい。端子モジュール２は、電気工事士など専門知識を有するものによって設置されるものであり、本実施形態の構成によれば、端子モジュール２が一旦設置されると、通常は交換されない。なお、端子モジュール２は、開閉機能モジュール３が分離されている分、従来の負荷制御スイッチよりも小さい。そのため、従来の取り付け枠に取り付けられる場合は、アダプター６などが使用される。

開閉機能モジュール３は、半導体スイッチ素子を主スイッチ素子とする電子スイッチである。開閉機能モジュール３の操作ハンドル４が装着される装着面３２には、操作ハンドル４によって操作されるプッシュオン／プッシュオフ・スイッチ３３が設けられている。また、開閉機能モジュール３の装着面３２には、操作ハンドル４の背面４１に設けられた軸受け４２と嵌合される支軸３４が設けられている。操作ハンドル４の背面４１には、軸受け４２が支軸３４に嵌合された状態、すなわち、操作ハンドル４が開閉機能モジュール３に装着された状態で、プッシュオン／プッシュオフ・スイッチ３３と当接される突起４３が設けられている。操作ハンドル４は、支軸３４（又は軸受け４２）に対して非対称に形成されているプッシュオン／プッシュオフ・スイッチ３３のばねによって、通常は一方向に偏って保持されている。

上記非特許文献１などから周知のように、操作ハンドル４の大きさは、取り付け枠に取り付けられる負荷制御スイッチの数によって決定される。例えば、取り付け枠に負荷制御スイッチが１個だけ取り付けられる場合、シングルと呼ばれるように、化粧プレートに形成された矩形開口とほぼ同じ大きさの操作ハンドルが使用される。また、取り付け枠に負荷制御スイッチが２個取り付けられる場合、ダブルと呼ばれるように、化粧プレートに形成された矩形開口の高さ方向寸法の１／２の大きさの操作ハンドルが使用される（幅方向寸法は同じ）。さらに、取り付け枠に負荷制御スイッチが３個取り付けられる場合、トリプルと呼ばれるように、化粧プレートに形成された矩形開口の高さ方向寸法の１／３の大きさの操作ハンドルが使用される。従来と同じく、複数の色やデザインのものから選択できることは言うまでもない。

開閉機能モジュール３の内部には、回路基板３５が設けられており、回路基板３５にはトライアックなどの半導体スイッチ素子などで構成された制御回路３６が実装されている。ユーザによって操作ハンドル４が操作されると、プッシュオン／プッシュオフ・スイッチ３３がオン又はオフされ、それに伴って負荷がオン又はオフされる。

操作ハンドル４の内部には、回路基板４４が設けられており、回路基板４４に無線信号送受信回路４５及びアンテナ４６及び４７が実装されている。さらに、開閉機能モジュール３の装着面には、複数（例えば３つを例示）の第１接点３７が設けられており、操作ハンドル４の背面４１には、第１接点３７と接触する複数（一般的には同数）の第２接点（ばね片）４８が設けられている。それによって、第１接点３７及び第２接点４８を介して、電子スイッチの制御回路３６と無線信号送受信回路４５が接続される。無線信号送受信回路４５は、アンテナ４６又は４７を介して無線信号を送受信する。図１に示す実施形態では、無線信号送受信回路４５の駆動電力は、第１接点３７及び第２接点４８を介して、電子スイッチから供給される。

アンテナ４６及び４７は、ほぼ同一の部品がそれぞれ直交するように配置されており、いずれか一方のみを選択して使用するように構成されている。周知のように、リモコン装置（図示せず）などから送信される電波は、水平偏波成分と垂直偏波成分を含んでおり、周囲の電波環境に応じて、いずれか受信状態のよい方のアンテナ４６又は４７を選択することができる。アンテナ４６又は４７の選択は、ユーザによるスイッチの手動的な切り換えであってもよいし、無線信号送受信回路４５による自動的な切り換えであってもよい。

例えば、白熱灯やＬＥＤなどの照明装置が負荷として接続される場合、負荷制御スイッチに調光機能を持たせることが効果的である。その場合、電子スイッチの制御回路３６にさらに調光回路を設け、無線信号送受信回路４５によりリモコン装置から送信される調光信号を受信し、調光回路は調光信号に応じて負荷である照明装置を調光制御するように構成すればよい。

図２は、負荷制御スイッチ１の回路構成を示している。無線信号送受信回路（無線受信部、無線送信部）４５は、ＲＦフィルタ７１、ローノイズアンプ７２、ミキサ７３、ＩＦフィルタ７４、ＩＦアンプ７５、復調部７６、制御部７７、局部発振器７８、周波数補正回路７９、パワーアンプ８０、スイッチ８１，８２等によって構成される。

ＲＦフィルタ７１は、アンテナ４６，４７を介して受信したＲＦ信号に帯域制限をかける。ローノイズアンプ７２は、ＲＦフィルタ７１を濾波したＲＦ信号を増幅する。ミキサ７３は、ローノイズアンプ７２から出力された高周波ｆ_RFのＲＦ信号と、局部発振器７８によって生成された局部発振周波数ｆ_LOの信号を混合して、中間周波数ｆ_IFのＩＦ信号を出力する。ＩＦフィルタ７４は、ミキサ７３から出力されたＩＦ信号に帯域制限をかける。ＩＦアンプ７５は、ＩＦフィルタ７４を濾波したＩＦ信号を増幅する。復調部７６は、ＩＦアンプ７５から出力されたＩＦ信号を検波し、対応する信号を制御部７７に出力する。制御部７７は、無線信号送受信回路４５の各部の動作を制御する。例えば、制御部７７は、復調部７６から入力された信号に応じて、開閉機能モジュール３を制御することにより、負荷の動作を制御する。

図２に示すように、スイッチ８２がアンテナ４６，４７とＲＦフィルタ７１を接続し、スイッチ８１が局部発振器７８とミキサ７３を接続しているとき、無線信号送受信回路４５は、無線受信部として機能する。一方、スイッチ８２がアンテナ４６，４７とパワーアンプ８０を接続し、スイッチ８１が局部発振器７８とパワーアンプ８０を接続しているとき、無線信号送受信回路４５は、無線送信部として機能する。スイッチ８１，８２は、制御部７７によって制御され、無線信号送受信回路４５の機能を切り替える。例えば、外部のリモコン装置等から送信された無線信号を無線信号送受信回路４５の受信機能により受信して、その応答信号を送信機能によりリモコン装置等に送信する際に、スイッチ８１，８２が動作する。また、ユーザによって操作ハンドル４が操作され開閉機能モジュール３によって負荷が制御されるとき、スイッチ８１，８２を制御することにより負荷の動作状態を示す信号を無線信号送受信回路４５の送信機能を用いてリモコン装置等に送信可能である。

パワーアンプ８０は、無線信号送受信回路４５が無線送信部として機能するとき、局部発振器７８から出力された信号を増幅する。パワーアンプ８０によって増幅された信号は、アンテナ４６，４７を介して外部に送出される。このとき、アンテナ４６，４７からは、局部発振器７８によって生成された局部発振周波数ｆ_LOの信号が出力される。

局部発振器７８によって生成される局部発振周波数ｆ_LOは、無線信号送受信回路４５が無線受信部として機能するとき、又は無線送信部として機能するときに応じて異なる周波数となる。具体的には、周波数f_RFの信号を受信するときは、ｆ_LO＝f_RF-f_IF（又はｆ_LO＝ｆ_RF+ｆ_IF）、周波数ｆ_RFの信号を送信するときはｆ_LO＝f_RFとなる。このようなｆ_LOの制御は制御部７７によって行われる。

開閉機能モジュール３は、商用交流電源から負荷に電力を供給する回路内に設けられ、負荷の動作に応じて発熱する。ところが、図１に示した負荷制御スイッチ１の構造上、負荷制御部としての開閉機能モジュール３の近傍に無線信号送受信回路４５が設けられることとなるため、局部発振器７８は開閉機能モジュール３の発熱の影響を受けやすくなる。すなわち、局部発振器７８から出力される信号の周波数は、周囲温度の変動に伴い変動するため、無線信号送受信回路４５が無線受信部として機能するとき、正しい周波数で無線信号を受信することが困難な場合がある。同様に、無線信号送受信回路４５が無線送信部として機能するとき、正しい周波数で無線信号を送信することが困難な場合がある。また、負荷制御スイッチ１が設置される環境の温度変動が大きい場合は、同様の問題が生ずる。

そこで、本実施形態においては、操作ハンドル４を構成する箱体の内部で局部発振器７８の近傍に温度検知部８が設けられ、さらには、局部発振器７８から出力される信号の周波数を補正するための周波数補正回路７９がさらに装備される。温度検知部８は、局部発振器７８の近傍に配設され、局部発振器７８の近傍の気温を検知し、制御部７７に出力する。ここでいう近傍とは、局部発振器７８によって生成される信号の周波数ｆ_LOがその周囲環境の温度の影響を受ける程度に近接した領域をいい、負荷の消費電力等によって変わる。

制御部７７は、温度検知部８によって検知された気温に基づいて周波数補正回路７９を制御する。周波数補正回路７９は、制御部７７の制御に応じて局部発振器７８から出力される信号の周波数を補正する。これにより、ミキサ７３信号から出力されるＩＦ信号の周波数ｆ_IFが補正される。すなわち、無線信号送受信回路４５が無線受信部として機能するとき、その受信周波数が正しく補正される。同様に、無線信号送受信回路４５が無線送信部として機能するとき、その送信周波数ｆ_LOが正しく補正される。

図３は、局部発振器７８及び周波数補正回路７９の具体的な構成例を示している。局部発振器７８と周波数補正回路７９とは、一体的に統合されて無線信号送受信回路４５に設けられる。すなわち、周波数補正回路７９は、無線信号送受信回路４５内に設けられていてもよい（図４に係る変形例も同様）。局部発振器７８は、水晶振動子７８ａ及び発振回路７８ｂ等によって構成される。周波数補正回路７９は、並列に接続された複数のコンデンサ７９ａと各コンデンサ７９ａをスイッチング制御するスイッチ（容量制御部）７９ｂ等によって構成される。各スイッチ７９ｂは、制御部（容量制御部）７７から出力された制御信号に応じて開閉し、各コンデンサ７９ａの接続状態を制御する。すなわち、各スイッチ７９ｂの接続状態を適宜制御することにより、周波数補正回路７９の容量が変更され、これに伴い発振回路７８ｂから出力される信号の周波数ｆ_LOが補正される。複数のコンデンサ７９ａ及びスイッチ７９ｂは、スイッチングコンデンサ（スイッチトキャパシタ:Switched capacitor）によって構成できる。このようなスイッチングコンデンサを用いた構成は半導体に集積し易いので、周波数補正回路７９の小型化・低コスト化を図ることができる。

図４は、局部発振器７８及び周波数補正回路７９の変形例を示している。本変形例において、周波数補正回路７９は、水晶振動子７８ａの両端に接続された一対のコンデンサ７９ｃ及びバリキャップダイオード（可変容量ダイオード）７９ｄ等によって構成される。バリキャップダイオード７９ｄのアノードはグランドに接続され、カソードには制御部（容量制御部）７７から出力されるアナログ電圧が入力される。制御部７７は、温度検知部８によって検知された気温に基づいて、周波数補正回路７９の制御信号としてバリキャップダイオード７９ｄのカソードにアナログ電圧を出力する。バリキャップダイオード７９ｄは、制御部７７から入力されたアナログ電圧に応じて、自身の容量を変える。これに伴い周波数補正回路７９の容量が変更され、発振回路７８ｂから出力される信号の周波数ｆ_LOが補正される。

上記変形例の構成によれば、制御部７７から入力されるアナログ電圧によって周波数補正回路７９の容量を無段階に制御できるので、発振回路７８ｂから出力される信号の周波数ｆ_LOが無段階に補正することができる。

図５は、局部発振器７８及び周波数補正回路７９の変形例を示している。本変形例においては、ＰＬＬシンセサイザ９０によって図２に示した局部発振器７８及び周波数補正回路７９が構成され、無線信号送受信回路４５に設けられる。ＰＬＬシンセサイザ９０の一例としては、フラクショナルＮ型のＰＬＬシンセサイザが挙げられる。

ＰＬＬシンセサイザ９０は、基準発振器９０ａ、固定分周器９０ｂ、電圧制御発振器（ＶＣＯ）９０ｃ、可変分周器９０ｄ、位相比較器９０ｅ、チャージポンプ９０ｆ、ループフィルタ９０ｇ等によって構成される。基準発振器９０ａから固定分周器９０ｂを介して出力された基準発振信号と電圧制御発振器９０ｃから可変分周器９０ｄを介して出力された信号が、位相比較器９０ｅによって比較され、両者の位相差に応じた信号が出力される。このとき、可変分周器９０ｄには、温度検知部８によって検知された気温に基づく制御信号（周波数設定情報）が制御部７７から入力される。可変分周器９０ｄは、制御部７７から入力された制御信号に応じて、周波数補正回路７９の電圧制御発振器９０ｃから入力される信号を分周する。

チャージポンプ９０ｆは、位相比較器９０ｅから出力された信号を電圧に変換する。ループフィルタ９０ｇは、チャージポンプ９０ｆから出力された電圧信号を平均化する。このループフィルタ９０ｇから出力された電圧信号は、電圧制御発振器９０ｃに帰還される。電圧制御発振器９０ｃは、ループフィルタ１０３から入力された電圧信号に応じた周波数で発振する出力信号を生成する。上記構成においては、制御部７７から入力された制御信号によって可変分周器９０ｄの分周比が制御され、電圧制御発振器９０ｃから出力される信号の周波数ｆ_LOが補正される。

上記変形例のようにＰＬＬシンセサイザ９０を用いた構成は半導体に集積し易いので、周波数補正回路７９を小型化・低コスト化を図ることができる。また、回路を構成する部品の個体差によらず周波数の補正量を一意に決定できるので、周波数を補正するための制御が容易となる。

以上のように、本実施形態の負荷制御スイッチ１によれば、温度検知部８によって検知された局部発振器７８の近傍の気温に基づいて、周波数補正回路７９が局部発振器７８から出力される信号の周波数を補正する。これにより、正確な周波数で無線信号を受信又は送信することができる。また、配線工事を伴わずに、ユーザによって簡単な工事で無線信号を受信又は送信可能として機能を向上させることが可能となる。

また、無線信号送受信回路４５、温度検知部８及び周波数補正回路７９が操作ハンドル４に内蔵されているので、負荷制御スイッチ１の構成の簡素化及び小型化を容易に図ることができる。また、既存の開閉機能モジュール３を用いつつ、操作ハンドル４のみの対応で正確な周波数で無線信号を受信又は送信することができるようになる。

なお、本発明は上記実施形態の構成に限られることなく、少なくとも温度検知部８によって検知された気温に基づいて無線信号送受信回路４５の受信又は送信周波数を補正可能に構成されていればよい。また、本発明は種々の変形が可能であり、例えば、無線信号送受信回路４５は、送信機能のみを有する構成であってもよい。この場合は、ＲＦフィルタ７１、ローノイズアンプ７２、ミキサ７３、ＩＦフィルタ７４、ＩＦアンプ７５、復調部７６等の構成は不要となる。また、温度検知部８は、開閉機能モジュール３の近傍の気温を検知するように、開閉機能モジュール３の近傍に配設されていてもよい。また、温度検知部８が検知する温度は、それらの近傍の気温に限られることなく、開閉機能モジュール３又は局部発振器７８そのものの温度、又はそれらを収容する箱体内部の温度であってもよい。さらには、開閉機能モジュール３の発熱を検知する構成であってもよい。また、温度検知部８及び周波数補正回路７９は、無線信号送受信回路４５の内部又は外部のいずれに設けられていてもよい。

１ 負荷制御スイッチ
３ 開閉機能モジュール（負荷制御部）
４ 操作ハンドル
８ 温度検知部
４５ 無線信号送受信回路（無線受信部、無線送信部）
７７ 制御部（周波数補正部、容量制御部）
７９ 周波数補正回路（周波数補正部、容量制御部）
９０ ＰＬＬシンセサイザ

Claims (7)

1. 建築物の造営材に設置され、外部に無線信号を送信する無線送信部と、
   負荷を制御する負荷制御部と、温度を検知する温度検知部と、検知された温度に基づいて前記無線受信部の受信周波数を補正する周波数補正部を備えたことを特徴とする負荷制御スイッチ。
2. 前記負荷制御部に着脱可能に設けられ、ユーザによる操作に応じた信号を前記負荷制御部に出力する操作ハンドルを備え、
   前記無線受信部、温度検知部及び周波数補正部は、前記操作ハンドルに内蔵されていることを特徴とする請求項１に記載の負荷制御スイッチ。
3. 前記周波数補正部は、スイッチング制御される並列に接続された複数のコンデンサと、前記温度検知部によって検知された温度に基づいて前記複数のコンデンサをスイッチング制御する容量制御部を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の負荷制御スイッチ。
4. 前記周波数補正部は、バリキャップダイオードと、前記温度検知部によって検知された温度に基づいて前記バリキャップダイオードにアナログ電圧印加する容量制御部を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の負荷制御スイッチ。
5. 前記無線送信部及び前記周波数補正部の一部は、ＰＬＬシンセサイザを含んで構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の負荷制御スイッチ。
6. 外部から送信される無線信号を受信する無線受信部をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の負荷制御スイッチ。
7. 前記周波数補正部は、前記無線受信部の受信周波数を補正することを特徴とする請求項６に記載の負荷制御スイッチ。

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