JP4212568B2 - 加熱器具の電池駆動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電池を電源とする加熱器具の電池駆動制御装置に関する。

従来、温風暖房機、ガスこんろ及びガス湯沸かし器などの加熱源を有する加熱器具は、商用交流１００V電源を整流して所定の定電圧で電磁弁などの装置を駆動するように使用されているが、近時、装置のパルス駆動化、高性能化等もあって電源として乾電池が使用されるようになっている。
このため、乾電池を電源として使用した加熱器具等において、安全性の確保及び消費電流の削減等が行われている。

この種の乾電池を電源として使用した加熱器具として以下の提案がある。
特開平９−１７０７５５号公報に示すガス燃焼器では、コントロール部と電磁式安全弁の励磁コイルの間に電源切換回路を設け、運転に応じて電源切換回路のスイッチをオンオフすることによりいずれかの乾電池を選択し、制限抵抗でロスする電力を節約し、電源の電力消費を減らすと共に、電池の片減りをなくしている。

また、特開平１０−８９６７５号公報に示す燃焼器具では、点火前又は点火中に検知した乾電池電圧に応じて点火時の電磁弁又は点火手段を制御することにより、乾電池の放電末期が近づいた場合でも必要最小限度の電力で効率よく確実な着火ができるようにしている。

さらに、特開２０００−２６１８６９号公報に示す遠隔操作装置では、電源の電圧を監視しあらかじめ設定された電圧より低くなると信号を出力する電圧監視部を設け、この信号により電力を供給するＬＥＤの数を制御することにより電力を抑え、電源の寿命を延ばすようにしている。

特開平９−１７０７５５ 特開平１０−８９６７５ 特開２０００−２６１８６９

しかしながら、上記特許文献１〜３のような従来の乾電池で駆動する負荷、例えば電磁弁などの駆動制御電流を抵抗器により制御する場合には、駆動負荷の最低動作電圧と負荷抵抗値とにより、最低動作電圧時に負荷を駆動するのに必要な最低動作電流を確保できるよう最適な制限抵抗器の定数を決定している。

そのため使用器具の電池電圧が高ければ高いほど、駆動負荷には余分な電流が流れてしまい、加熱器具の電池寿命を短くしてしまうという解決すべき課題がある。

上記特許文献１に示す例では、いずれかの乾電池を選択することにより制限抵抗でロスする電力を節約しているが（特許文献１、要約書[解決手段]）、制限抵抗に余分な電流を流さないようにするためには改善の余地がある。

また上記特許文献２に示す例では、必要最小限度の電力で効率よく確実に着火できるように、点火前の乾電池電圧に応じて負荷駆動時間や負荷駆動電圧を変えたり（特許文献２、[００３４]、[００３５]、[００５９]）、乾電池寿命を電流時間積を算出することで高精度に予測し、寿命が近づいても着火性能が低下しないようにしたり（同、[００４９]）、着火時間をずらしたりして省電力化を図っているが（同、[００８２]）、それぞれの負荷の駆動に必要な電流を余分に流さないようにするためには改善の余地がある。

また上記特許文献３に示す例では、電力を供給するＬＥＤの数自体を減らして電力を抑えるようにしているが（特許文献３，要約書[解決手段]）、ＬＥＤ自体に余分な電流を流さないようにするためには改善の余地がある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、乾電池を電源とする加熱器具の負荷に余分な電流を流すことなく電池寿命を延命させることができる加熱器具の電池駆動制御装置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、本発明の加熱器具の電池駆動制御装置のうち請求項１記載の発明は、加熱器具の電源となる電池と、加熱器具を構成する負荷と、電池電圧を監視する電圧監視回路と、電圧監視回路の監視電圧に基づいて切換スイッチを開閉する制御回路とを備え、第１の制限抵抗器と、第１の制限抵抗器と並列接続された第２の制限抵抗器と、第２の制限抵抗器に直列接続された切換スイッチとからなる負荷の電流を制限する制限抵抗要素を有しており、前記第２の制限抵抗器と、この第２の制限抵抗器に直列接続された前記切換スイッチとからなる回路要素が、前記第１の制限抵抗器に複数並列接続され、 上記監視電圧に基づいて上記切換スイッチを開閉することにより負荷の最大動作電圧と上記負荷の駆動を禁止する終止電圧の途中にある電圧にて、上記制限抵抗要素の抵抗値を数段に切り換えて上記負荷の駆動制御電流を切り換えることができるようにし、上記負荷に対して最低必要電流値に近い電流値を設定できるようにした構成を有している。

本発明の加熱器具の電池駆動制御装置では、電池電圧を監視し、負荷の駆動電流を設定する制限抵抗値を切り換えることにより、負荷の駆動に必要な最低必要電流値に近い電流値を設定できるという効果を有する。
したがって本発明では余分な電流を流さないので電池の寿命が延びる。

本発明の加熱器具の電池駆動制御装置は、加熱器具の電源となる電池と、加熱器具を構成する負荷と、電池電圧を監視する電圧監視回路と、電圧監視回路の監視電圧に基づいて切換スイッチを開閉する制御回路とを備え、第１の制限抵抗器と、第１の制限抵抗器と並列接続された一以上の第２の制限抵抗器と、一以上の第２の制限抵抗器それぞれに対応して直列接続された切換スイッチとからなる負荷の電流を制限する制限抵抗要素を有しており、監視電圧に基づいて切換スイッチを開閉することにより制限抵抗要素の抵抗値を切り換えて負荷の駆動に必要な最低必要電流値に近い電流値を設定できるようにしている。

このような構成の本発明の加熱器具の電池駆動制御装置では、電圧監視回路にて電池電圧を監視し、器具を構成する負荷の最大動作電圧と最小動作電圧の途中にある電圧にて、負荷の制限抵抗値を数段に切り換えて、負荷の駆動制御電流を切り換える。
このようにして負荷に余分な電流を流すことなく、電池寿命を延命させることが可能になる。

以下、図１から図７に基づき、実質的に同一又は対応する部材には同一符号を用いて本発明による加熱器具の電池駆動制御装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明に係るガスこんろを示す斜視図である。
本実施形態では加熱器具としてガスこんろを例に挙げて説明するが、加熱器具はガスこんろに限らず、例えば、湯沸かし器などのように加熱源を有するものであって電池駆動される負荷を有するものであればよい。

図１を参照して、本実施形態に係るガスこんろ１は、台所のカウンタートップ２に開設した開口３に上面開放の薄型矩形状のこんろ本体４を落とし込んで、吊設されるドロップインこんろで、こんろ本体４の上面の開口を塞ぐ天板５に開設した前寄りの左の開口に標準バーナ６a、右の開口に大バーナ６ｂ、後寄りの中央の開口に小バーナ６ｃを臨ませるとともに、こんろ本体の略中央部内に設置された扉７ａで開閉されるグリル７の上下にバーナ（図示せず）を臨ませ、こんろ本体４の前面の右左に出入り自在に設けられたつまみ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄを押すことによって、バーナ６ａ、６ｂ、６ｃ及びグリルバーナ６ｄを着火するようになっている。

左バーナ６ａは、揚げもの等の複数の調理に使えるバーナで、この左バーナ６ａには、五徳に載置した鍋底にばねで上方向に付勢した上下動自在な感熱ヘッドで接触して、鍋底の温度を検知する鍋底温度センサ９と、鍋によって感熱ヘッドが押し下げられたときの感熱ヘッドに接続されたリード線の動きを鍋底温度センサの支持体に設けた磁石を利用した検出機構で検出して、五徳上の鍋の有無を検知する鍋検知センサ１０（図２参照）とが設けられている。

鍋底温度センサ９は、鍋の加熱温度を設定したり、制御したりするのに使用され、鍋検知センサは、鍋が載置されていない状態で加熱するのを防ぐために使用される。
右バーナ６ｂ、後バーナ６ｃにも、このような鍋底温度センサ、鍋検知センサが備えられいる。

こんろ本体４の前面の左のつまみ８ｄの下には、ガスこんろ電源の乾電池を収容する電池室１１が設けられ、右のつまみ８ａ〜８ｃの下には、操作スイッチがシートキーで形成された薄厚・フラットタイプの操作表示パネル１３が設けられており、この操作表示パネル１３は、前端の蓋１４を押し込むと係止手段が外れて、ばねの力で前方に突出するように出入自在に構成されている。

図２はガスこんろのガス回路（ａ）及び制御用電気回路（ｂ）の概略図である。
図２（ａ）を参照して、ガス回路２０は、ガスこんろ１のガス導入路２１が元栓２３の下流側に標準バーナ６ａ、大バーナ６ｂ、小バーナ６ｃ及びグリルバーナ６ｄへ分岐しており、各分岐路には電磁安全バルブ２５とガス流量を調節する電動バルブ２７とが設けられている。

各バーナの近傍にはバーナの燃焼を監視する炎検知センサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄと、火花放電する点火装置３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅと、鍋底の温度を監視する温度センサ９と、鍋検知センサ１０とが設けられている。

また図２（ｂ）を参照して、ガスこんろ１の制御用電気回路３０は、制御回路４０と、電源となる電池４１と、制御回路４０により制御される昇圧回路４２、イグナイタ４３、ブザー４４、音声IC４５、音声増幅回路４６、リレー４７、スピーカ４８、リセット回路４９及び電池電圧監視回路５０を備える。
なお、図２（ｂ）中、Trは各負荷を駆動制御するためのスイッチングトランジスタを、Ra及びRbは抵抗器を示す。

制御回路４０には、炎検知センサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、温度センサ９及び鍋検知センサ１０の各信号が入力され、ガス回路の元栓２３、電磁安全バルブ２５及び電動バルブ２７は制御回路４０により制御されている。

さらに制御回路４０には、各バーナ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの点火及び消火と、火力調節の機能を兼備した操作つまみ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄが接続されており、点火の有無をも監視する炎検知センサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄの信号が入力されるようになっている。
ここで、バーナ６ａに対応する、操作つまみを８ａ、炎検知センサを３１ａと示し、他のバーナも同様の規則で符号を付した。

図３は電池駆動制御装置を示す参考回路構成図である。
電池駆動制御装置５２は、プログラム可能なマイクロプロセッサ及びメモリを有する制御回路４０と、電源となる電池４１と、制御回路４０を駆動する昇圧回路４２と、抵抗器Ra及びRbを有する電圧監視回路５０と、第１の制限抵抗器Ｒ１と、第２の制限抵抗器Ｒ２と、電圧監視回路５０の監視電圧に基づいて制御回路４０により制御される切換スイッチＳＷ１とからなる制限抵抗要素を備え、負荷６５に最適な駆動制御電流を流すようになっている。

第２の制限抵抗器Ｒ２と切換スイッチＳＷ１とは直列接続された一回路要素を構成し、この一回路要素が第１の制限抵抗器Ｒ１と並列接続されて負荷６５の電流を制限する制限抵抗要素を構成している。
電圧監視回路５０は予め設定された切換電圧及び終止電圧を監視する回路である。
切換スイッチＳＷ１はトランジスタなどのスイッチング素子である。

負荷６５は図２で示した電磁安全バルブ、電動バルブ、イグナイタ等であり、駆動に必要な最低電流以上が必要であり、終止電圧以下で駆動できなくなる。
負荷６５の第１の制限抵抗器Ｒ１は、電池電圧が所定値（例えば、１．３Ｖ）以上のとき負荷に最低必要な電流を流すことにより、余分な電流を流さないように決定される。

第２の制限抵抗器Ｒ２は、切換スイッチＳＷ１がオンすることにより第１の制限抵抗器Ｒ１と並列に接続されて電気抵抗が低下し流れる負荷電流が増加する。この並列時の電気抵抗は電池電圧が低下しても負荷が駆動されるのに最低必要な電流が流れるように決定される。

負荷の駆動を禁止する終止電圧として例えば電池の最大電圧（未使用時の電圧）の５０％を目安として決定した。また、切換スイッチＳＷ１をオンにする切換電圧は、電池の最大電圧の８０％を目安として決定した。これらの目安は負荷の許容度や安全性等の重要度に応じて適宜決定される。

次に電池駆動制御装置５２の作用について説明する。
図３で示した例は一段の切換スイッチを有する電池駆動制御装置であり、制限抵抗を切り換えて負荷への電流を切り換える切換電圧を１．３V、最大電圧１．６Vの電池一個で駆動する場合を説明する。

図４は電池電圧−負荷電流特性を示す図であり、■は図３で示した切換スイッチＳＷ１がオフの場合を示し、△は切換スイッチＳＷ１がオンの場合を示す。

第１の制限抵抗器Ｒ１の電気抵抗値を例えば１００Ωにし、第２の制限抵抗器Ｒ２を１００Ωとして１．３V以下になったとき切換スイッチＳＷ１をオンにすれば負荷の制限抵抗要素の制限抵抗値は５０Ωとなって電流値が増加し、負荷の駆動に必要な最低電流を確保することができる。

図３では、電池電圧が１．３V以上１．６V以下の高い電池電圧のときには、制限抵抗値を高く設定することができ、その結果、余分な電流を流すことなく、電池の消耗を抑えることができる。
また、電池電圧が終止電圧０．８Ｖ以上１．３Ｖ未満の場合には、制限抵抗値を小さく設定して電流値を上げることにより、負荷の駆動に必要な最低必要電流を確保することができる。

次に電池駆動制御装置５２の動作を詳細に説明する。
図３を参照して、先ず、電池駆動制御装置５２の制御回路４０は、電圧監視回路５０により電池電圧が予め設定された切換電圧１．３V以上１．６V以下の場合に切換スイッチＳＷ１をオフに制御し、第１の制限抵抗器Ｒ１のみにより負荷６５に電流を流している。

図４の■に示すように、加熱器具の使用による電池電圧の低下にともなって、負荷電流は徐々に下降していく。
そして、電池電圧が１．３Vになったとき、制御回路４０は電圧監視回路５０の信号に基づいて切換スイッチＳＷ１をオンにし、負荷電流を増加させて、負荷の終止電圧の０．８V以上１．３V未満の間で負荷の駆動に必要な最低必要電流以上に維持している。

図５は切換スイッチを２段設けた実施形態２に係る電池駆動制御装置を示す図である。
実施形態２に係る電池駆動制御装置５４は、切換スイッチを２段設けたもので、他の構成は上記と同様である。

図５を参照して、実施形態２に係る電池駆動制御装置５２は、負荷の制限抵抗要素として、第１の制限抵抗器Ｒ１と、第２の制限抵抗器Ｒ２と直列接続された第１の切換スイッチＳＷ１とで構成する第１の回路要素と、第３の制限抵抗器Ｒ３と直列接続された第２の切換スイッチＳＷ２とで構成する第２の回路要素とを有し、第１の制限抵抗器Ｒ１、第１の回路要素及び第２の回路要素は並列接続されている。
この場合、制限抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は同じ抵抗値とした。

第１の切換電圧は図３で説明したものと同様の１．３V、第２の切換電圧は１．０Vとする。
このとき、１．３V以上１．６Vまでは第１の切換スイッチＳＷ１及び第２の切換スイッチＳＷ２はオフであり、１．０V以上１．３V以下は第１の切換スイッチＳＷ１はオンであるが第２の切換スイッチＳＷ２はオフであり、１．０V以下終止電圧０．８Ｖ以上は第１の切換スイッチＳＷ１及び第２の切換スイッチＳＷ２はオンである。

図６は実施形態２の電池電圧−負荷電流特性を示す図である。
図６に示すように、実施形態２に係る電池駆動制御装置５４では、切換スイッチの段数が多いと負荷電流を小刻みに調整でき、電流値を常に負荷の最低必要電流付近に維持させることができるため、より電池の消耗を減らすことができ、器具の電池寿命がさらに長くなる。

次に参考形態について説明する。
図７は参考形態に係る電池駆動制御装置を示す図である。
図７を参照して、参考形態に係る電池駆動制御装置５６は、多段の制限抵抗を切り換える構成ではなく、可変抵抗器７０の電気抵抗を変えることにより電流値を設定し、電池電圧が高いときに余分な電流を流さないようにしたものである。

可変抵抗器７０の場合、切換電圧に応じたきめ細かい制限抵抗を設定可能である。
したがって、参考形態に係る電池駆動制御装置５６では、電流値を極めて負荷の最低必要電流に近づけて設定でき、ほぼフラットな形の電池電圧−負荷電流特性にすることが可能である。

以上のように、本発明に係る加熱器具の電池駆動制御装置は、電池電圧が低下した場合でも負荷に最低必要電流以上を流すことができ、また電池電圧が高いときには余分な電流を流さないので、電池の寿命を延ばす電池駆動制御装置として極めて有用である。

本発明に係るガスこんろを示す斜視図である。 ガスこんろのガス回路（ａ）及び制御用電気回路（ｂ）の概略図である。 電池駆動制御装置を示す参考回路構成図である。 図３に係る電池電圧−負荷電流特性を示す図であり、■は切換スイッチオフの場合、△は切換スイッチオンの場合を示す。 切換スイッチを２段設けた実施形態２に係る電池駆動制御装置を示す図である。 実施形態２の電池電圧−負荷電流特性を示す図である。 参考形態に係る電池駆動制御装置を示す図である。

符号の説明

１…ガスこんろ、２…カウンタトップ、３…開口、４…こんろ本体、５…天板、
６ａ…標準バーナ、６ｂ…大バーナ、６ｃ…小バーナ、６ｄ…グリルバーナ、７…グリル、７a…扉、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ…操作つまみ、９…鍋底温度センサ、
１０…鍋検知センサ、１１…電池室、１３…操作表示パネル、１４…蓋、２０…ガス回路、２１…ガス導入路、２３…元栓、２５…電磁安全バルブ、２７…電動バルブ、３０…制御用電気回路、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ…炎検知センサ、
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ…点火装置、４０…制御回路、４１…電池、
４２…昇圧回路、４３…イグナイタ、４４…ブザー、４５…音声IC、４６…音声増幅回路、４７…リレー、４８…スピーカ、４９…リセット回路、５０…電池電圧監視回路、５２、５６…電池駆動制御装置、６５…負荷、７０…可変抵抗器、Ｒ１…第１の制限抵抗器、
Ｒ２…第２の制限抵抗器、Ｒ３…第３の制限抵抗器、ＳＷ１…第１の切換スイッチ、
ＳＷ２…第２の切換スイッチ

Claims (1)

1. 加熱器具の電源となる電池と、加熱器具を構成する負荷と、電池電圧を監視する電圧監視回路と、この電圧監視回路の監視電圧に基づいて切換スイッチを開閉する制御回路とを備え、
   第１の制限抵抗器と、この第１の制限抵抗器と並列接続された第２の制限抵抗器と、この第２の制限抵抗器に直列接続された上記切換スイッチとからなる上記負荷の電流を制限する制限抵抗要素を有しており、
   前記第２の制限抵抗器と、この第２の制限抵抗器に直列接続された前記切換スイッチとからなる回路要素が、前記第１の制限抵抗器に複数並列接続され、
   上記監視電圧に基づいて上記切換スイッチを開閉することにより負荷の最大動作電圧と上記負荷の駆動を禁止する終止電圧の途中にある電圧にて、上記制限抵抗要素の抵抗値を数段に切り換えて上記負荷の駆動制御電流を切り換えることができるようにし、上記負荷に対して最低必要電流値に近い電流値を設定できるようにした加熱器具の電池駆動制御装置。

Images