JP3742744B2 - 交流電源接地側検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電源の接地側を検出するための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
日本やその他の一定の国・地域においては、一般家庭用電源並びに、一般オフィスビルの電源は単相２線式が採用されている。この電源を利用する電気機器の筺体及びグランドは特別の場合を除き接地されずに使用されている。
特にパーソナルコンピュータにおいては、生産が別の国・地域で行われ、輸入されるケースが多く、これらのものは単相３線式を前提に生産されており、３ピン（以下、３Ｐともいう）の電源プラグを標準装備としている。
【０００３】
しかし、日本などにおいては電源仕様が単相２線式である為、そのコンセントは２ピン（２Ｐ）用であり電源を機器に供給するにあたり３Ｐプラグに２Ｐの変換アダプターを装着し、使用せざるを得ない。従って本来その機器に装備されているグランドラインは浮いた状態となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来は、グランドラインが浮いた状態となっているため、不要電磁波の漏洩を防止することができなかった。
また、交流電源のラインのうちいずれかは接地されているが、コンセントのいずれの端子が接地側の端子であるのか、一般の者には知ることが出来ない。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、電気機器を電源の接地側端子に接続して容易に接地できるようにするために、交流電源の接地側電源ラインを検出する検出装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記問題点を解決すべく、以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明の特徴は、交流電源の接地側のラインを検出するための交流電源接地側検出装置であって、交流電源に接続可能な電源端子と、電気機器（電子機器を含む）のグランドに接続可能なグランド端子と、装置のグランドに前記交流電源と接続された交流ラインのいずれか一方を選択的に接続切替するスイッチング部と、電磁波を検出するアンテナ部と、前記装置グランドと接続された交流ラインの違いによる前記電磁波のレベル差に基づいて交流ラインの接地側・非接地側を判別する判別部と、を備えている点にある。
【０００６】
また、前記判別部には、前記交流電源からのノイズの影響を受けない主信号に前記アンテナ部によって検出された電磁波信号を印加した信号を与えるのが好適である。
ここで、交流電源からのノイズの影響を受けない信号としては、例えば、交流電源とは別の電源（例えば、乾電池）によって生成した信号や、コンデンサにチャージした電圧によって生成した信号が挙げられる。
また、本装置は、筺体内部に少なくとも前記判定部を備えたものであって、前記筺体には、装置の動作に関連するスイッチが設けられ、当該スイッチの近傍に前記アンテナ部が配置されているのが好適である。この場合、電磁波を容易に検出できる。
【０００７】
さらに、具体的には、前記アンテナ部は、筺体内部であって、前記スイッチの背面側に設けられているのが好適である。
そして、前記スイッチは、前記筺体内部に設けられた回路基板に対して筺体外部から操作可能に設けられ、前記アンテナ部は、前記回路基板に形成されているのが好適である。
また、前記スイッチは、装置の動作に関連したスイッチであれば何でもよいが、検出開始を前記判別部に指示する検出開始スイッチとするのが好適である。
【０００８】
さらに、前記検出開始スイッチの操作により、主信号が発生するのが好適である。
また、前記電源端子は、コンセントに差し込み可能な２ピンのプラグであるのが好ましい。また、電気電子機器の電源プラグを差込可能なコンセント部を備えた筺体を有しているのが好ましい。
さらに、前記筺体は建築物に取り付けられており、前記電源端子は、当該建築物に設けられた交流電源配線に接続されているのが好適である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、交流電源接地側検出装置１の外観を示しており、筺体２内部に装置回路が配置されて主構成されている。
筺体２ａ正面には、装置１の動作に関連したスイッチとしての検出開始スイッチ３と検出結果表示部４とが設けられている。検出結果表示部４は、３個の異なる色のＬＥＤ（緑色ＬＥＤ４Ｇ，赤色ＬＥＤ４Ｒ，黄色ＬＥＤ４Ｙ）からなる。
【００１０】
また、筺体背面２ｂには、図２に示すように、３Ｐのコンセント部５，５，５，５が４個設けられている。コンセント部５は、グランドピンを含む３Ｐの電源プラグ（パーソナルコンピュータ等の電気・電子機器の電源プラグ）を差込可能なものであって、３Ｐプラグの交流ピンが差し込まれる２つの交流端子５ａ，５ｂとグランドピンの差し込まれるグランド端子５ｃと、を備えている。
また、筺体背面２ｂには補助グランド端子６を備えている。この補助グランド端子６は、ノートパソコンなど２Ｐの電源プラグを有する機器にも対応するためのものであり、２Ｐプラグをコンセント部５に差し込み、別途、機器のグランドと補助グランド端子６を接続して使用する。
【００１１】
さらに、筺体背面２ｂからは、電源ケーブル７が延設され、図３に示すように、当該ケーブル７の先端には２Ｐの電源プラグ（電源端子）８が設けられている。
電源プラグ８に接続されているケーブル７の２本の交流ライン（第１交流ライン７ａ，第２交流ライン７ｂ）は、それぞれ各コンセント部５，５，５，５の交流端子（第１交流端子５ａ、第２交流端子５ｂ）に接続されている。このように電源プラグ８、電源ケーブル７及びコンセント部５，５，５，５に至る配線構造は、通常の移動式コンセント（テーブルタップ；延長ケーブル）と同一である。
【００１２】
なお、補助グランド端子６は、各コンセント部５，５，５，５のグランド端子５ｃとグランドライン９によって接続されている。
図４は、装置１の正面側（背面側は省略）よりの部分の断面図を示しており、この図４に示すように、前記筺体２内部には、メイン回路基板１０とスイッチ回路基板１１とが設けられている。
スイッチ回路基板１１には、図５に示す回路が形成されている。すなわち、検出開始スイッチ３と、検出結果表示部（ＬＥＤ）４Ｇ，４Ｒ，４Ｙと、電気機器から漏洩する電磁波を検出するためのアンテナ部１３と、メイン回路基板１０と接続するための端子１４が設けられている。
【００１３】
スイッチ３と、表示部４Ｇ，４Ｒ，４Ｙとは、基板１１の表面１１ａに取り付けられ、かつ筺体２の正面外部に露出するように配置されている（図４参照）。前記アンテナ部１３は、スイッチ３の背面側に設けられることによってスイッチ３近傍に位置しているので、電磁波を確実に検出することができる。すなわち、使用者がスイッチ３を手で操作（押操作）すれば、その手はスイッチ３に接触し、アンテナ部３にも非常に接近する。アンテナ部３に人が近づくと、その身体が媒介となってアンテナ部は電磁波を検出し易くなる。
【００１４】
図６に示すように、基板１１の裏面１１ｂには、スイッチ３と表示部４Ｇ、４Ｒ、４Ｙと端子１４（ａ〜ｆ）とを接続する配線が形成され、その配線の周囲にはアンテナ部１３を構成する導体面（アンテナ素子）が形成されている。図示のようにアンテナ部１３は基板裏面１１ｂの大半を占めている。
前記スイッチ３、表示部４、アンテナ部１３は、端子１４（ａ〜ｇ）からケーブル１５を介して、メイン回路基板１０の端子１６に接続されている。
図７及び図８は、メイン回路１０に形成された回路を示している。図７に示すように、スイッチ回路１１の表示部４及びスイッチ３は、制御部１８に接続されている（図５の符号ａ〜ｇは、図７のａ〜ｇにそれぞれ対応する）。すなわち、配線ａは電源Ｖｃｃに接続され、配線ｂ（ＬＥＤ４Ｙ）は抵抗Ｒ１を介して制御部１８に接続され、配線ｃ（ＬＥＤ４Ｒ）は抵抗Ｒ２を介して制御部１８に接続され、配線ｄ（ＬＥＤ４Ｇ）は抵抗Ｒ３を介して制御部１８に接続され、配線ｅ（スイッチ３）は制御部１８に接続され、配線ｆはグランドに接続されている。なお配線ｅは、スイッチ３が開のときにＨｉｇｈ信号を、閉じたときにＬｏｗレベル信号を制御部１８に与えるべく、抵抗Ｒ４を介して電源Ｖｃｃに接続されている。
【００１５】
なお、図７の回路に対応する回路ブロック図を図９に示しており、図７に加えて図９も参照すると以下の説明を容易に理解できるであろう。
アンテナ部１３（配線ｇ）は、増幅部１９の入力側に接続されている。さらに、増幅部１９の入力側には主信号発生部２０が接続されており、増幅部１９の入力には、この主信号発生部２０によって発生した主信号Ｍにアンテナ部１３で検出した電磁波信号を印加した信号が与えられる。増幅部１９によって増幅された信号は増幅信号出力線２２を介して制御部（判定部）１８に与えられる。
【００１６】
前記主信号発生部２０は、電気機器からの電磁波レベルを判別するために、交流電源からのノイズの影響を受けない信号を生成するためのものである。ここで、電源Ｖｃｃは交流電源から変圧・整流されて生成されるので、ノイズの影響を受け易く電磁波レベルを判別するための基準電位としては誤動作を招きふさわしくない。ノイズの影響を受けない信号を得るには、例えば装置に交流電源とは別途独立した電源（乾電池等）を設け、その電源から主信号を得ることもできるが、ここでは、装置の簡素化のため、コンデンサにチャージされた電圧を使用している。
【００１７】
すなわち、主信号発生部２０は、電源Ｖｃｃと装置１のグランド間に直列接続された抵抗Ｒ５とコンデンサＣ１からなり、主信号はコンデンサＣ１にチャージされた電圧（４．２Ｖ）である。
前記増幅部１９は、トランジスタＴＲで信号を増幅するものであって、ダイオードＤ１，Ｄ２、コンデンサＣ３，Ｃ４、抵抗Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９を有している。
図８は、２Ｐの電源プラグ８側の２つの交流ライン７ａ，７ｂを装置１のグランドＧＮにそれぞれ交互に接続するための回路を主に示している。
【００１８】
交流ライン７ａ，７ｂと装置１のグランドＧＮとの間は、第２スイッチング部ＳＷ２と抵抗Ｒ６を介して接続され、第２スイッチング部ＳＷ２が切り替わることにより、交流ライン７ａ，７ｂが交互にグランドＧＮに接続される。通常、第２スイッチング部は第２交流ライン７ｂ側に接続されている。
また、第２交流ライン７ｂを抵抗Ｒ１０を介してグランドライン９に接続するための第１スイッチング部ＳＷ１も設けられている。通常、第１スイッチング部ＳＷ１は開状態にある。
【００１９】
なお、抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ１０にはそれぞれコンデンサＣ５とコンデンサＣ６が並列に接続されている。
また、第１及び第２スイッチング部ＳＷ１，ＳＷ２はともにリレースイッチによって構成され、開閉・切替制御は制御部１８によって行われる。
なお、交流ライン７ａ、７ｂにはトランス２４を介して電源回路２５が接続されており、この電源回路２５は、交流電源１００Ｖから制御部１８などを動作させるための５Ｖ直流電圧ＶｃｃとリレースイッチＳＷ１，ＳＷ２を動作させるための１２Ｖ直流電圧Ｖ₁₂を発生する。
【００２０】
以下、本装置１の使用方法とその動作を説明する。
まず、電源プラグ８を交流電源（家庭・オフィスなどにあるコンセント）に接続し、コンセント部５に電子機器の３Ｐプラグを差し込み、電子機器を動作状態にする。
そして、使用者が検出開始スイッチ３を押すと、装置１が検出を行い、その結果が表示部４に表示される。
検出結果は、次の三種類がある。すなわち、▲１▼その接続状態でグランドライン９が交流電源の接地側（ニュートラル側）に接続される場合、▲２▼その接続状態ではグランドライン９が交流電源の非接地側（ホット側）に接続される場合、▲３▼検出不能の場合、である。▲１▼は不要電磁波の漏洩が検出されなかった場合であり、▲２▼は不要電磁波の漏洩が検出された場合である。検出結果▲１▼の場合には緑色ＬＥＤ４Ｇが点灯し、検出結果▲２▼の場合には赤色ＬＥＤ４Ｒが点灯し、検出結果▲３▼の場合にはＬＥＤ４Ｙが点灯する。
【００２１】
使用者は検出結果を確認し、結果▲１▼の場合にはそのまま使用し、結果▲２▼の場合には、電源プラグ８の極を逆にして差し込み直して使用し、結果▲３▼の場合にはもう一度検出開始スイッチ３を押して検出を行えばよい。
次に検出動作の手順を詳細に説明する。まず、検出開始スイッチ３が押される（ＯＮになると）と、制御部１８に検出開始信号（リセット信号）が与えられ、制御部１８がリセットされる（すなわちスイッチ３はリセットスイッチである）。さらに、制御部１８は主信号発生部２０のコンデンサＣ１にＬｏｗ信号を与え、このコンデンサＣ１をディスチャージし（通常はチャージされている）、コンデンサＣ１の電位を０Ｖまで下げる。スイッチ３がＯＦＦになると、再びコンデンサＣ１にＨｉｇｈ信号を与えコンデンサＣ１をチャージアップし、４．２Ｖの主信号Ｍを発生する。
【００２２】
この主信号Ｍには、スイッチ３に触れた使用者の身体を媒介としてアンテナ部１３で検出した電磁波（ノイズ）が印加される（図１０の判定部への入力波形参照）。
主信号Ｍの発生とともに、第２スイッチング部ＳＷ２の切替が開始される。図１０に示すように、アンテナ部１３によって検出される電磁波は、第２スイッチング部ＳＷ２がどちらの交流ライン７ａ，７ｂと接続されているかによって異なる。
【００２３】
すなわち、第２スイッチング部ＳＷ２が接地側の交流ライン７ａ，７ｂに接続されている場合には、検出される電磁波（ノイズ）が小さくなり、非接地側の交流ライン７ａ，７ｂに接続されている場合には、検出される電磁波（ノイズ）が大きくなる。
したがって、第２スイッチング部ＳＷ２を切り替えて、検出される電磁波レベルの小さい方の接続状態が接地状態であり、検出される電磁波レベルの大きい方の接続状態が非接地状態であることが判る。これが本発明の接地側検出の基本原理である。
【００２４】
主信号Ｍに電磁波が印加されると、主信号Ｍは電磁波ノイズによりリップル信号となり、その脈動が大きいほどノイズが大きいことになる。図１０に示す例では、第２スイッチング部ＳＷ２が第１交流ライン７ａに接続されている間は判定部としての制御部１８への入力信号の脈動が大きく、電磁波レベルが高いことが判る。また、第２スイッチング部ＳＷ２が第２交流ライン７ａに接続されている間は脈動が比較的小さく、電磁波レベルが低いことが判る。
判定部１８は、このレベル差を検出して、ノイズの少ない交流ライン７ａ，７ｂが接地側であり、ノイズの多い交流ライン７ａ，７ｂが非接地側であることが判別できる。ここまでが判別処理である。
【００２５】
なお、本実施形態における判別部１８は、ＴＴＬレベル（１．２Ｖ以下の信号が入力された場合にＬｏｗを出力し、２．５Ｖ以上の信号が入力された場合にＨｉｇｈ信号を出力し、１．２Ｖ〜２．５Ｖの間は出力が不確定となる）で動作しており、ノイズが多い場合にはリップル信号が１．２Ｖ以下となってＬｏｗを検出し、ノイズが少ない場合にはリップル信号が１．２Ｖ以下とならずにＨｉｇｈを検出して、ノイズ差を判別することができる。
そして、接地側と判別された交流ラインが第２交流ライン７ｂであれば、第２交流ライン７ｂは第２スイッチング部ＳＷ２によって通常接続される方のラインであるから、そのまま電気・電子機器を使用しても電磁波の漏洩が少なく、「良い接続状態」といえる。すなわち、これは先に説明した検出結果▲１▼であり、第１スイッチング部ＳＷ１をＯＮして第２交流ライン７ｂとグランドライン９とを接続するとともに、緑色ＬＥＤ４Ｇが点灯する。
【００２６】
また、接地側と判別された交流ラインが第１交流ライン７ａであれば、第１交流ライン７ａは第２スイッチング部ＳＷ２によって通常接続されていないから、第１スイッチング部ＳＷ１をＯＮすれば、非接地側である第２交流ライン７ｂをグランドライン９と接続することになり、そのまま電気・電子機器を使用すれば不要電磁波が漏洩し、「悪い接続状態」といえる。すなわち、これは、先に説明した検出結果▲２▼であり、第１スイッチング部ＳＷ１をＯＮすることなく、赤色ＬＥＤ４Ｒが点灯する。
【００２７】
また、ノイズレベルなどの都合により、判別部１８がうまく接地側を判別できなかった場合は、先の検出結果▲３▼として、黄色ＬＥＤ４Ｙが点灯する。
図１０の例では、第２交流ライン７ｂ側がノイズが少なく、接地側であると判別され、スイッチング部ＳＷ１がＯＮし、緑色ＬＥＤ４Ｇが点灯する。
なお、第１交流ライン７ａが接地側であると判別された場合には、制御部１８によって第２スイッチング部ＳＷ２を第１交流ライン７ａ側に接続維持させるようにしてもよい。この場合、電源プラグ８が交流電源にどのように接続されていても、接地側と検出されたラインをグランドライン９に接続することができ、本装置１を自動接地装置として使用することができる。
【００２８】
図１１は、本発明の第２実施形態に係る装置１を示している。この装置１は、第１実施形態と異なり、電源ケーブル７が設けられておらず、筺体２００の背面から２つの電源ピン２０８ａが突設されて、住宅やビルの壁などに設けられたコンセント２１０に差し込み可能なプラグ２０８を構成している。また、この第２実施形態では、装置のコンセント部５，５、スイッチ３及びＬＥＤ４は、筺体２００の正面２００ａに集中して配置されている。
したがって、本実施形態の装置１は、コンセント２１０に直接差込できるタイプの分配式コンセントのように使用することができる。
【００２９】
なお、本実施形態においても、スイッチ回路基板１１がスイッチ３の背面側に設けられている。また、説明を省略した点については第１実施形態と同様である。 図１２は、本発明の第３実施形態に係る装置１を示している。この装置１は、住宅やビル等の建築物の壁等に埋設され、通常のコンセントのように使用できるものである。つまり、筺体３００の正面３００ａに装置のコンセント部５，５、スイッチ３及びＬＥＤ４が配置され、この正面３００ａが壁Ｗから露出するように、取り付けられている。なお、筺体３００は、壁から露出する正面部分があれば足り、装置１の回路基板などを全て覆う必要はない。また、装置１の電源端子は、建築物の配線施工時等に建物の交流電源配線３１０と接続されている。なお、本実施形態において説明を省略した点については、第１及び第２実施形態と同様である。
【００３０】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、判別部は、ＴＴＬレベルで判別する必要はなく、例えば、電磁波信号の印加された主信号をコンパレータによって一の基準電圧と比較するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、アンテナ部１３を、スイッチ基板１１の裏面に設けたアンテナ素子によって構成したが、このような独立したアンテナ素子が無くとも回路自体がノイズを拾うことができるので、本発明においてアンテナ素子を別途設けることは必須ではなく、回路自体がアンテナ部としての役割を果たす場合には、アンテナ素子を省略することができる。回路配線はそれ自体ノイズを拾うアンテナ部の役割を有しているからである。なお、別途アンテナ素子があれば検出精度が上がるので好適である。
【００３１】
また、コンセント部５の数は、少なくとも１個以上であればよいが複数個が好適である。
また、本装置１は電磁波漏洩防止の目的以外に、接地による感電防止にも使用することができる。また、接地されることによる電気電子機器の安定した動作確保にも役立つ。
さらに、本装置１は、コンピュータだけでなく、テレビ、ビデオ等の映像機器、オーディオ等の音響機器、安定した動作が要求される医療機器等の電源コンセントとして広く利用できる。
【００３２】
【発明の効果】
以上本発明によれば、機器から発生する電磁波をアンテナ部で検出して、電磁波のレベルの低い方を接地側と判別することにより、容易に交流電源の接地側を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る交流電源接地側検出装置の斜視図である。
【図２】検出装置の背面図である。
【図３】検出装置の回路構成概略図である。
【図４】検出装置の正面側の側断面図である。
【図５】スイッチ回路基板の回路図である。
【図６】スイッチ回路基板の背面図である。
【図７】メイン回路基板に形成された回路の一部を示す図である。
【図８】メイン回路基板に形成された回路の他の一部を示す図である。
【図９】電磁波を検出する回路構成を示すブロック図である。
【図１０】装置の動作を示す波形図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る交流電源接地側検出装置を示す斜視図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る交流電源接地側検出装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 交流電源接地側検出装置
２ 筺体
３ 検出開始スイッチ
４ ＬＥＤ
５ コンセント部
５ｃ グランド端子
６ 補助グランド端子
７ 電源ケーブル（電源端子）
７ａ 第１交流ライン
７ｂ 第２交流ライン
８ （２Ｐ）電源プラグ
９ グランドライン
１１ （スイッチ）回路基板
１３ アンテナ部
１８ 制御部
２０ 主信号発生部
Ｍ 主信号
ＳＷ２ （第２）スイッチング部

Claims (10)

1. 交流電源の接地側のラインを検出するための交流電源接地側検出装置であって、
   交流電源に接続可能な電源端子（８）と、
   電気電子機器のグランドに接続可能なグランド端子（５ｃ，６）と、
   装置のグランド（ＧＮ）に前記交流電源と接続された交流ライン（７ａ，７ｂ）のいずれか一方を選択的に接続切替するスイッチング部（ＳＷ２）と、
   電磁波を検出するアンテナ部（１３）と、
   前記装置グランドと接続された交流ライン（７ａ，７ｂ）の違いによる前記電磁波のレベル差に基づいて交流ライン（７ａ，７ｂ）の接地側・非接地側を判別する判別部（１８）と、
   を備えていることを特徴とする交流電源接地側検出装置。
2. 前記判別部（１８）には、前記交流電源からのノイズの影響を受けない主信号（Ｍ）に前記アンテナ部（１３）によって検出された電磁波信号を印加した信号が与えられることを特徴とする請求項１記載の交流電源接地側検出装置。
3. 筺体（２）内部に少なくとも前記判定部（１８）を備えた請求項１又は２に記載の交流電源接地側検出装置であって、
   前記筺体（２）には、装置の動作に関連するスイッチ（３）が設けられ、
   当該スイッチ（３）の近傍に前記アンテナ部（１３）が配置されている。
4. 前記アンテナ部（１３）は、筺体（２）内部であって、前記スイッチ（３）の背面側に設けられていることを特徴とする請求項３記載の交流電源接地側検出装置。
5. 前記スイッチ（３）は、前記筺体（２）内部に設けられた回路基板（１１）に対して筺体（２）外部から操作可能に設けられ、前記アンテナ部（１３）は、前記回路基板（１１）に形成されていることを特徴とする請求項３又は４記載の交流電源接地側検出装置。
6. 前記スイッチ（３）は、検出開始を前記判別部（１８）に指示する検出開始スイッチであることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の交流電源接地側検出装置。
7. 前記検出開始スイッチ（３）の操作により、主信号（Ｍ）が発生することを特徴とする請求項６記載の交流電源接地側検出装置。
8. 前記電源端子は、コンセントに差し込み可能な２ピンのプラグであることを特徴とする請求項１記載の交流電源接地側検出装置。
9. 電気電子機器の電源プラグを差込可能なコンセント部（５）を備えた筺体（２，２００，３００）を有していることを特徴とする請求項１記載の交流電源接地側検出装置。
10. 前記筺体（３００）は建築物に取り付けられており、前記電源端子は、当該建築物に設けられた交流電源配線（３１０）に接続されていることを特徴とする請求項９記載の交流電源接地側検出装置。

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