JP6195214B2

JP6195214B2 - 電気錠システム

Info

Publication number: JP6195214B2
Application number: JP2016203390A
Authority: JP
Inventors: 岡田　健治; 健治岡田; 智史梶山
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-10-17
Filing date: 2016-10-17
Publication date: 2017-09-13
Anticipated expiration: 2032-04-09
Also published as: JP2017022998A

Description

本発明は、非接触通電により電気錠に駆動電力を供給する電気錠システムに関する。

近年、集合住宅や事業施設などにおいてセキュリティシステムを導入するために、扉などの可動建材に電気錠を設置する事例が増加している。従来、可動建材に設けられた電気錠に駆動電力を供給するために、例えば壁や枠体などの固定構造体側から蝶番部分を介して可動建材側に電線を配設している。ところが、可動建材の開閉に伴い、電線の捩れや周辺部材との接触摩擦などが生じ、継続的な使用により、電線が短絡したり断線したりする虞がある。そこで、非接触給電装置を用いて、可動建材側に電力を供給することが提案されている（特許文献１参照）。

非接触給電装置は、電磁誘導方式を用いたものが一般的であり、共振型のスイッチング電源などが用いられる。より具体的には、固定構造体側に設けられ、商用電源から電力の供給を受ける給電ユニットと、可動建材側に設けられる受電ユニットで構成されている。給電ユニットは、交流電力を直流電力に変換すると共に、直流電力を所定の周波数で発振させる高周波インバータ回路と、磁気トランスの一次側コイル及びフェライトコアなどで構成されている。受電ユニットは、磁気トランスの二次側コイル及びフェライトコアと、二次側コイルに誘起された交流電力を整流する整流・平滑化回路などで構成されている。

特開２００９−５５７４５号公報

非接触給電装置を用いた電気機器としては、例えば電動歯ブラシやシェーバなどが知られているが、これらは所定の充電器に装着された状態で、非接触給電装置を用いて二次電池に充電される。そのため、充電器側に設けられた一次側コイルと電動歯ブラシやシェーバに設けられた二次側コイルの位置精度はかなり高い。それに対して、扉などの可動建材に非接触給電装置を取り付ける場合、可動建材側に設けられる受電ユニットに関しては、工場出荷時に取り付けられることが多いのに対して、固定構造体側に設けられる給電ユニットは、建築作業者により、可動建材側の受電ユニットに対向するように、現物合わせで取り付けられる。そのため、給電ユニットと受電ユニットの垂直方向における位置誤差や水平方向における隙間のばらつきはかなり大きい。給電ユニット側及び受電ユニット側のフェライトコアは、実際に必要な寸法よりも、上述の位置誤差や隙間ばらつきを許容できるように、余裕をもって大きめに造られており、給電ユニット及び受電ユニットが大型化及び高コスト化する。

また、電気錠の施錠及び解錠は、必ず扉を閉めた状態、すなわち、給電ユニットと受電ユニットが対向した状態で行われるが、電気錠を施錠又は解錠するためにモータや電磁石などのアクチュエータを駆動する必要があり、アクチュエータの駆動の際、一時的に大電力（例えば１０Ｗ程度）を必要とする。一方、電気錠が施錠又は解錠された後は、マイコンによる施錠又は解錠の確認動作及び電気錠が施錠又は解錠されたことを表示するためのＬＥＤの点灯など、必要な電力量は少なくなる。一般的な家庭においては、電気錠の施錠及び解錠は、１日当たりせいぜい数回乃至数十回程度であり、非接触給電装置は、一日のうちのほとんどを待機電力の供給に用いられているのが現状である。

さらに、非接触給電装置を構成する給電ユニット及び受電ユニットはトランスの一次側及び二次側に相当するので、非接触給電装置はオープンギャップのスイッチング電源と看なすことができ、放射ノイズが非常に大きい。そのため、特に給電ユニットには、大容量のコンデンサ（キャパシタ）や大型のコイル及びフェライトコア（インダクタ）などを用いたノイズフィルタ回路が設けられており、給電ユニットが大型化及び高コスト化する。

さらに、商用電源が停電しているときは非接触給電装置から電気錠に対して電力が供給されないため、安全面の配慮から自動解錠を余儀なくされる場合があり、セキュリティ上の問題が生じる。また、扉が開いているときも非接触給電装置から電気錠に対して電力が供給されないため、電気錠やその他の機能、例えばＬＦ帯無線を利用した認証システムを使用することができない。

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、停電時や扉が開かれているときでも電力の供給が可能であり、且つ、非接触給電装置を構成する給電ユニット及び受電ユニットが小型化及び低コスト化が可能な電気錠システム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、本発明に係る電気錠システムは、固定構造体側に設けられる給電ユニットと可動建材側に設けられる受電ユニットで構成され、電磁誘導により給電ユニットから受電ユニットに電力を供給する非接触給電装置と、
前記可動建材側に設けられる電気錠と、
前記可動建材側に設けられ、前記受電ユニットから出力される電力によって充電され、前記電気錠に駆動電力を供給する蓄電素子を備え、
前記給電ユニットは、ノイズフィルタ回路と、高周波インバータ回路と、磁気トランスの一次コイルを備え、
前記受電ユニットは、前記磁気トランスの二次コイルと、前記蓄電素子の充電回路と、前記蓄電素子の充電電圧を検出する充電電圧検出回路と、前記蓄電素子の充電電圧と所定電圧の第１閾値及び前記第１閾値よりも低電圧の第２閾値とを比較し、前記蓄電素子の充電電圧が前記第２閾値未満となったときに前記蓄電素子の充電を開始し、前記蓄電素子の充電電圧が前記第１閾値以上となったときに前記蓄電素子の充電を停止する充電制御回路をさらに備え、
前記受電ユニットの前記充電制御回路と前記給電ユニットの前記高周波インバータ回路の間にフォトカプラが接続され、
前記充電制御回路は、前記蓄電素子に充電するときだけ、前記給電ユニットから前記受電ユニットに対して、前記電気錠を駆動するには不十分であるが、前記蓄電素子を充電するには十分な電力が供給され、前記高周波インバータ回路に発振動作を行わせない期間中に継続して、前記フォトカプラを介して所定の信号を前記高周波インバータ回路に入力することを特徴とする。

前記充電制御回路は、前記蓄電素子の経年劣化、又はシステムエラーや部品故障など恒常的な異常を検出することが好ましい。

また、前記充電制御回路は、前記蓄電素子に対する一時的な充電異常、例えば給電ユニットと受電ユニットの間における金属異物の介在などを検出することが好ましい。

さらに、前記可動建材側に、前記蓄電素子に接続され、前記蓄電素子を充電可能な自己発電素子を設けることが好ましい。

このような構成によれば、一時的に大電力を必要とする電気錠の駆動電力は蓄電素子から供給され、非接触給電装置からは蓄電素子を充電するための小電力が長時間にわたって供給される。そのため、給電ユニットから受電ユニットに供給される電力は、従来の電気錠システムに比べて遙かに小さくて済み、給電ユニットの一次コイル及びフェライトコアや受電ユニットの二次コイル及びフェライトコアを小型化することができる。さらに、非接触給電装置から放出される放射ノイズが低減されるので、ノイズフィルタ回路の小型化も可能になる。その結果、非接触給電装置を構成する給電ユニット及び受電ユニットが小型化及び低コスト化が可能となる。さらに、可動建材側に蓄電素子が設けられているので、停電時や扉が開かれているときでも電気錠やその他の機能に対して電力の供給が可能である。

本発明の一実施形態に係る電気錠システムの一構成例を示す図。本発明の一実施形態に係る電気錠システムの他の構成例を示す図。電気錠システム及びその非接触給電装置のブロック構成図。蓄電素子の充電電圧と充電開始及び停止を管理する閾値の関係を示す図。電気錠の施錠／解錠動作における消費電力量と蓄電素子への充電電力量の関係を示す図。

本発明の一実施形態に係る電気錠システムについて説明する。図１は、蝶番によって回転支持された開閉扉にこの電気錠システムを応用した構成例を示し、図２は、引き戸にこの電気錠システムを応用した構成例を示す。

図１又は図２において、非接触給電装置８は給電ユニット１０と受電ユニット２０で構成され、給電ユニット１０は固定構造体である枠体１側に設けられ、受電ユニット２０は可動建材（扉）２側に給電ユニット１０に対向するように設けられている。可動建材２には、電気錠３と、電気錠３の施錠及び解錠を制御する電気錠制御ユニット４と、例えばリチウムイオン二次電池などの蓄電素子５と、太陽電池パネル（自己発電素子）６などが設けられている。図１では、蝶番７側に給電ユニット１０と受電ユニット２０が設けられているが、本実施形態に係る電気錠システムでは、非接触給電装置８を用いているため、電気錠３と同じ側に給電ユニット１０と受電ユニット２０を設けることも可能である。

図３は、電気錠システム及びその非接触給電装置８のブロック構成を示す。上記のように、非接触給電装置８は給電ユニット１０と受電ユニット２０で構成され、給電ユニット１０は、例えば共振型スイッチング電源の一次側（入力側）に相当し、受電ユニット２０は二次側（出力側）に相当する。給電ユニット１０は、商用電源９に接続され、例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの交流電力が入力される。給電ユニット１０は、ノイズフィルタ回路１１と、高周波インバータ回路１２と、磁気トランスの一次コイル１３などで構成されている。ノイズフィルタ回路１１は、例えば電源投入時の突入電流を低減するサーミスタ素子、サージ吸収素子（バリスタ）、ノイズ電圧を低減させるためのＬＣフィルタ回路素子などで構成されている。高周波インバータ回路１２は、入力された交流電力を直流電力に変換する整流・平滑化回路と、直流電力を所定の周波数に発振させる発振回路などで構成されている。高周波インバータ回路１２の種類としては、特に限定されるものではなく、プッシュプル型、ハーフブリッジ型、フルブリッジ型などのインバータ回路を用いることができる。受電ユニット２０は、磁気トランスの二次コイル２１、ダイオードブリッジ及び平滑コンデンサなどで構成された整流・平滑化回路２２、充電回路２３、充電電圧検出回路２４、充電制御回路２５などで構成されている。なお、図示していないが、レギュレータなどの電圧安定化素子をさらに設けてもよい。

給電ユニット１０側の一次コイル１３及びそのフェライトコア（図示せず）は、給電ユニット１０の筐体１０ａ（図１参照）のうち、受電ユニット２０と対向する面１０ｂの内側に配置されている。また、受電ユニット２０側の二次コイル２１及びそのフェライトコア（図示せず）は、受電ユニット２０の筐体２０ａのうち、給電ユニット１０と対向する面２０ｂの内側に配置されている。そのため、例えば図１に示すように、可動建材（扉）２を閉じた状態では、給電ユニット１０側の一次コイル１３と受電ユニット２０側の二次コイル２１が互いに対向し合い、非接触給電装置８の磁気トランスを構成する。また、給電ユニット１０の筐体１０ａの受電ユニット２０と対向する面１０ｂには、例えばフォトカプラ（ＰＣ）３０を構成する発光素子又は受光素子が設けられており、受電ユニット２０の筐体２０ａの給電ユニット１０と対向する面２０ｂには、上記フォトカプラ３０を構成する受光素子又は発光素子が設けられている。このフォトカプラ３０は、受電ユニット２０の充電制御回路２５と高周波インバータ回路１２との間に接続されている。後述するように、フォトカプラ３０を介して所定の信号が充電制御回路２５から高周波インバータ回路１２に入力されているとき又は入力されていないときに、高周波インバータ回路１２は発振動作を行う。

充電回路２３は、整流・平滑化回路２２と太陽電池パネル６に接続されており、必要に応じて、整流・平滑化回路２２又は太陽電池パネル６から出力される直流電力を用いて蓄電素子５を充電する。充電電圧検出回路２４は、蓄電素子５の充電電圧を検出し、検出信号を充電制御回路２５に入力する。充電制御回路２５は、例えば、マイコン及びメモリなどで構成され、あらかじめメモリに、蓄電素子５の充電電圧と比較される所定電圧の第１閾値及び第１閾値よりも低電圧の第２閾値が記憶されている。図４に示すように、充電制御回路２５は、蓄電素子５の充電電圧と第１閾値及び第２閾値とを比較し、充電電圧が第２閾値未満の低電圧状態となったときに蓄電素子５の充電を開始し、充電電圧が第１閾値以上の高電圧状態となったときに蓄電素子５の充電を停止する。すなわち、充電制御回路２５は、蓄電素子５の充電電圧を常に一定の範囲に維持するように機能する。なお、施錠／解錠動作中に蓄電素子５の充電電圧が第２閾値未満の低電圧状態となったときも同様である。

ここで、蓄電素子５が太陽電池パネル６からの直流電力によって充電されるとき及び蓄電素子５に充電をしないときは、高周波インバータ回路１２による発振動作は不要である。換言すれば、高周波インバータ回路１２による発振動作を行わせるときは、太陽電池パネル６から直流電力が出力されていないか又は不十分であり、且つ、蓄電素子５の充電電圧が低下しているときである。そこで、充電制御回路２５は、高周波インバータ回路１２による発振動作を行わせるときだけ、フォトカプラ３０を介して所定の信号を高周波インバータ回路１２に入力する。あるいは、高周波インバータ回路１２による発振動作を行わせないときに、充電制御回路２５から、フォトカプラ３０を介して所定の信号を高周波インバータ回路１２に入力するように構成してもよい。このように、高周波インバータ回路１２の発振を必要最小限に抑制することにより、商用電源９の消費電力を低減させると共に、非接触給電装置８からの空間ノイズ輻射を抑制することができる。

この実施形態においては、太陽電池パネル６からの直流電力によっても蓄電素子５の充電が可能であるため、充電制御回路２５は、過充電防止回路として機能し、充電回路２３の起動及び停止を制御する。太陽電池パネル６が設けられていないときは、充電回路２３を常時充電可能状態としておき、充電制御回路２５は、蓄電素子５に充電するときだけ高周波インバータ回路１２を発振させるように、高周波インバータ回路１２を制御するように構成してもよい。

次に、電気錠３の施錠／解錠動作における消費電力量と蓄電素子５への充電電力量の関係を図５に示す。図５において、実線は電気錠３及び電気錠制御ユニット４などによる消費電力量の大まかな時間変化を表し、一点鎖線は蓄電素子５に充電するために非接触給電装置８によって消費される充電電力量の大まかな時間変化を表す。なお、電気錠制御ユニット４などによる待機電力量は一定であると仮定する。電気錠３を施錠又は解錠する場合、電気錠を駆動するためのモータや電磁石などのアクチュエータが駆動される。アクチュエータの駆動により短時間ではあるが大きな電流が流れ、負荷が最大となる。一方、電気錠３が施錠又は解錠された後は、電気錠制御ユニット４のマイコンによる施錠又は解錠の確認動作及び電気錠が施錠又は解錠されたことを表示するためのＬＥＤの点灯など、必要な電力量は少なくなる。

本実施形態に係る電気錠システムにおいては、電気錠３及び電気錠制御ユニット４に対する電力供給は蓄電素子５によって行われ、電気錠３の施錠／解錠動作に応じて、蓄電素子５からの放電量は変化する。ところが、非接触給電装置８は、蓄電素子５の充電にのみ用いられ、直接電気錠３及び電気錠制御ユニット４に対する電力供給は行わない。そのため、蓄電素子５に充電するために非接触給電装置８によって消費される充電電力量は、ほぼ一定である。また、非接触給電装置８の消費電力量、すなわち、給電ユニット１０から受電ユニット２０に対して供給される電力は、電気錠３を駆動するには不十分であるが、蓄電素子５を充電するには十分な電力であればよい。

このように、給電ユニット１０から受電ユニット２０に供給される電力は、従来の電気錠システムに比べて遙かに小さくて済み、給電ユニット１０の一次コイル１３及びそのフェライトコアや受電ユニット２０の二次コイル２１及びそのフェライトコアは、従来のものに比べて小型のもので十分である。省電力化に伴い、非接触給電装置８から放出される放射ノイズが低減されるので、ノイズフィルタ回路１１の小型化も可能になる。その結果、非接触給電装置８を構成する給電ユニット１０及び受電ユニット２０も小型化及び低コスト化が可能となる。

さらに、可動建材２側に蓄電素子５が設けられているので、商用電源９が停電した場合であっても、直ちに電気錠３を解錠する必要はない。すなわち、停電時の自動解錠に乗じた不審者の侵入を防ぐことができる。さらに、太陽電池パネル６が発電可能であれば、商用電源９が長時間停電し続けているときでも、電気錠３の機能を維持することができる。さらに、近年、ＬＦ帯無線を利用した認証システムと電気錠システムを組み合わせて、認証リモコンキーを所有するユーザが可動建材２から所定範囲内に接近しただけで、自動的に電気錠を解錠することが提案されている。このシステムをさらに応用し、可動建材（扉）２が開かれているときに、認証リモコンキーを所有しない人物が屋内に侵入しようとすると、警報を鳴らすことも可能である。例えば、人体感知センサが人を感知しているにも拘わらず、認証システムから認証信号が出力されないときは、不審者が侵入しようとしている可能性があるので、警報音を出力する。逆に、人体感知センサが人を感知し、且つ、認証システムから認証信号が出力されると、関係者が入室しようとしていると推定できるので、警報音とは異なる音声を出力すればよい。この場合、扉が開かれているときでも認証システムなどその他の機能に対して、蓄電素子５から電力を供給することができる。

他の応用例として、充電制御回路２５は、蓄電素子５の経年劣化、恒常的な異常、一時的な充電異常を検出することができる。一般的に、二次電池の充放電回数に限界があることは知られているので、例えば、充電制御回路２５は、充電回路２３を起動した回数などから、蓄電素子５の充放電回数をカウントすることができる。あるいは、充電電圧検出回路２４は、蓄電素子５の充電電圧を常時モニタしているので、充電制御回路２５は、充電時の波形の傾きの変化や充電間隔などから蓄電素子５の経年劣化の度合いを推定することができる。一般的に、蓄電素子５が劣化していないときは、充電時の波形の傾きが急で、充電間隔が長い。一方、蓄電素子５が劣化してくると、充電時の波形の傾きが緩やかになり、充電間隔が短くなる。蓄電素子５が経年劣化したと推定されると、例えばＬＥＤを点灯させて、ユーザに蓄電素子５の寿命が近いことなどを通知することができる。また、蓄電素子５に液漏れなどの恒久的な異常が発生したときは、一定時間を経過しても蓄電素子５の充電電圧が上記第２閾値以上に上昇しないので、例えばＬＥＤを点滅させるなどして、直ちに異常発生を通知することができる。これらの場合のＬＥＤの駆動電力は、蓄電素子５からではなく、非接触給電装置８から供給することができる。

さらに、枠体１と可動建材２の隙間にチラシや回覧板などが挟まれ、この異物が磁界の作用を妨げる金属物であった場合、給電ユニット１０から受電ユニット２０に十分な電力が供給されず、蓄電素子５の充電に支障をきたすような一時的な異常も起こりうる。このような状態が長時間続くと、蓄電素子に充電されていた電力がやがて放電され、電気錠制御ユニット４や電気錠３を駆動することができなくなる。また、非接触給電装置８から電力を供給することができないので、ＬＥＤを点滅させることもできなくなる。この場合、同時にフォトカプラ３０を介して所定の信号を充電制御回路２５から高周波インバータ回路１２に入力することもできなくなる。従って、フォトカプラ３０を利用して枠体１と可動建材２の隙間にチラシや回覧板などが挟まれたことを検出し、蓄電素子５に十分な電力が残されている間に警報音を出力することも可能である。

１枠体（固定構造体）
２可動建材（扉）
３電気錠
４電気錠制御ユニット
５蓄電素子
６太陽電池パネル（自己発電素子）
８非接触給電装置
９商用電源
１０給電ユニット
１１ノイズフィルタ回路
１２高周波インバータ回路
１３（磁気トランスの）一次コイル
２０受電ユニット
２１（磁気トランスの）二次コイル
２２整流・平滑化回路
２３充電回路
２４充電電圧検出回路
２５充電制御回路
３０フォトカプラ

Claims

固定構造体側に設けられる給電ユニットと可動建材側に設けられる受電ユニットで構成され、電磁誘導により給電ユニットから受電ユニットに電力を供給する非接触給電装置と、
前記可動建材側に設けられる電気錠と、
前記可動建材側に設けられ、前記受電ユニットから出力される電力によって充電され、前記電気錠に駆動電力を供給する蓄電素子を備え、
前記給電ユニットは、ノイズフィルタ回路と、高周波インバータ回路と、磁気トランスの一次コイルを備え、
前記受電ユニットは、前記磁気トランスの二次コイルと、前記蓄電素子の充電回路と、前記蓄電素子の充電電圧を検出する充電電圧検出回路と、前記蓄電素子の充電電圧と所定電圧の第１閾値及び前記第１閾値よりも低電圧の第２閾値とを比較し、前記蓄電素子の充電電圧が前記第２閾値未満となったときに前記蓄電素子の充電を開始し、前記蓄電素子の充電電圧が前記第１閾値以上となったときに前記蓄電素子の充電を停止する充電制御回路をさらに備え、
前記受電ユニットの前記充電制御回路と前記給電ユニットの前記高周波インバータ回路の間にフォトカプラが接続され、
前記充電制御回路は、前記蓄電素子に充電するときだけ、前記給電ユニットから前記受電ユニットに対して、前記電気錠を駆動するには不十分であるが、前記蓄電素子を充電するには十分な電力が供給され、前記高周波インバータ回路に発振動作を行わせない期間中に継続して、前記フォトカプラを介して所定の信号を前記高周波インバータ回路に入力することを特徴とする電気錠システム。
前記充電制御回路は、前記蓄電素子の経年劣化又は恒常的な異常を検出することを特徴とする請求項１に記載の電気錠システム。
前記充電制御回路は、前記蓄電素子に対する一時的な充電異常を検出することを特徴とする請求項１に記載の電気錠システム。
前記可動建材側に、前記蓄電素子に接続され、前記蓄電素子を充電可能な自己発電素子を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の電気錠システム。