JP6465632B2

JP6465632B2 - 電気機器

Info

Publication number: JP6465632B2
Application number: JP2014243120A
Authority: JP
Inventors: 紀信坂内; 阿部　淳; 淳阿部
Original assignee: Fukuda Denshi Co Ltd
Current assignee: Fukuda Denshi Co Ltd
Priority date: 2014-12-01
Filing date: 2014-12-01
Publication date: 2019-02-06
Anticipated expiration: 2034-12-01
Also published as: JP2016104600A

Description

本発明は、車両のシガーソケット及びシガープラグを介して車両の電源を外部電源として入力可能な電気機器に関する。

車両のシガーソケットから外部電源を入力できれば、内部バッテリが消耗しても車両からの電源供給により電気機器を動作させ続けることができることから、シガーソケットから外部電源を入力する機能が備わっている携帯型電気機器が多数存在する。携帯型の酸素濃縮器もその一つである。

酸素濃縮器は、呼吸器疾患の患者が在宅で酸素を吸入する在宅酸素療法（ＨＯＴ：home oxygen therapy）に使用されるものであり、一般には、外部から空気を取り込み内部で高濃度酸素を生成して患者に供給する。携帯型の酸素濃縮器は、これを小型軽量化したものである。携帯型の酸素濃縮器については、例えば特許文献１に記載されている。

携帯型の酸素濃縮器は、内部に本体バッテリを有する。さらに、外部の予備バッテリに接続するための外部接続端子、及び、車両のシガーソケットに接続するための外部接続端子を有する。また、濃縮酸素を生成するためのコンプレッサを有する。このコンプレッサでの消費電力が大きいので、携帯型の酸素濃縮器においては、本体バッテリの容量を補うために、外部から電源を入力できることが重要な意味をもつ。患者への酸素供給の停止は、患者に苦痛を与えることにも繋がるので、携帯型の酸素濃縮器においては、外部電源の確保は非常に重要である。

特開２０１２−１８７１９２号公報

ところで、車両のシガーソケットを用いて電源供給を行うシステムにおいては、シガーソケット及び又はシガープラグの端子の劣化、シガーソケット及び又はシガープラグ内の汚れや錆によって、シガーソケットとシガープラグとの電気的な接触抵抗などが増加し、それが原因となって、シガーソケット及び又はシガープラグが溶融するといった現象が報告されている。このようにシガーソケット及び又はシガープラグの溶融が生じるのは、シガーソケットとシガープラグとの接触抵抗が高くなると、接触部分における電圧降下が生じ、接続先の電気機器の消費電力を維持するには、この電圧降下に応じた分だけ多くの電流が流れるためである。特に、このような現象は、携帯型の酸素濃縮器や冷蔵庫のような高消費電力の電気機器を接続した場合に発生しやすいと考えられる。通常、シガープラグは、プラスチックケースに覆われているため、接触部分で生じた熱がプラスチックケースに伝わると、プラスチックケースが高温となり溶融するおそれがある。このような溶融は、シガーソケットのプラスチック部分でも生じるおそれがある。

シガープラグやシガーソケットの溶融が進行すると、シガープラグやシガーソケットに電気的接続不良などが生じるおそれがある。シガープラグやシガーソケットが接続不良状態となると、電気機器が車両から電源の供給を受けることができなくなるので不都合である。特に、携帯型の酸素濃縮器においては、上述したように外部電源の確保は非常に重要であるにもかかわらず、それを確保できない状態となってしまうので甚だ不都合である。また、シガープラグが高温度になると、酸素濃縮器を利用している患者が高温となったシガープラグによって火傷するおそれもある。

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、シガープラグ及び又はシガーソケットの温度上昇、及び、それによって生じるシガープラグ及び又はシガーソケットの溶融を抑制できる、電気機器を提供する。

本発明の電気機器の一つの態様は、
内部負荷と、
車両のシガーソケット及びこれに接続されるシガープラグを介して前記車両から電源を入力して、前記車両からの電源を前記内部負荷に供給する第１の電源供給系統と、
車両電源以外の外部電源、或いは本体バッテリ電源を前記内部負荷に供給する第２の電源供給系統と、
前記内部負荷に、前記第１の電源供給系統の電源を供給するか、又は前記第２の電源供給系統の電源を供給するかを切り換える切換部と、
前記切換部の切り換え間隔及び切り換え回数に基づいて、前記第１の電源供給系統の電源供給異常を判定する判定部と、
を具備する。

本発明の電気機器の一つの態様は、
内部負荷と、
車両のシガーソケット及びこれに接続されるシガープラグを介して前記車両から電源を入力して、前記車両からの電源を前記内部負荷に供給する電源供給系統と、
前記電源供給系統を介して前記車両から入力される電源の電圧を計測する電圧計と、
前記電圧計によって計測される前記入力電圧が所定の閾値を上下動した時間間隔及び回数に基づいて、前記電源供給系統の電源供給異常を判定する判定部と、
を具備する。

本発明によれば、シガープラグ及び又はシガーソケットの温度上昇、及び、それによって生じるシガープラグ及び又はシガーソケットの溶融を抑制できる。

実施の形態に係る携帯型酸素濃縮器の全体構成を示す概略図電源供給部の構成を示す接続図警告が出力される例を示す図模擬装置の構成を示す図溶融したシガープラグに関して、そのときの切り換わり間隔の回数をログをとって調べた、実験結果を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の実施の形態は、本発明を携帯型の酸素濃縮器に適用した例である。

＜酸素濃縮器の全体構成＞
図１は、実施の形態に係る携帯型酸素濃縮器の全体構成を示す概略図である。
酸素濃縮器１は、ＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）方式により高濃度酸素を生成する。酸素濃縮器１は、空気取入部１０、コンプレッサ２０、ＰＳＡ部３０、酸素貯留部４０、及び酸素供給部５０を備えている。

酸素濃縮器１は、空気取入部１０から導入した原料空気を、コンプレッサ２０で圧縮し、これにより得た圧縮空気をＰＳＡ部３０に送出する。コンプレッサ２０及びコンプレッサ２０の下流側に接続された冷却パイプの近傍には、これらを冷却するための送風器７０が配設されている。

ＰＳＡ部３０は、酸素より窒素を早く吸着する性質を有するゼオライト等の吸着剤が充填された２本のシーブベッド（吸着塔）３３Ａ、３３Ｂを有している。シーブベッド３３Ａ、３３Ｂに圧縮空気が送り込まれて加圧状態になると、窒素が吸着されて酸素だけが通過し、高濃度酸素が生成される。一方、窒素を吸着したシーブベッド３３Ａ、３３Ｂが減圧状態（例えば大気圧）に戻されると、吸着していた窒素が脱離して放出され、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂの吸着能力が再生される。つまり、ＰＳＡ部３０において、２本のシーブベッド３３Ａ、３３Ｂで交互に加圧減圧を繰り返すことにより酸素が濃縮され、高濃度酸素を生成することができる。

ＰＳＡ部３０で生成された高濃度酸素は、一旦酸素貯留部４０の製品タンク４１に貯留された後、圧力調整部（圧力レギュレータ）４２により一定圧力に調整される。そして、高濃度酸素は酸素供給部５０の同調弁を介して患者の呼吸タイミングに同調して放出され、当該酸素濃縮器１に接続された鼻カニューラや酸素マスク等を介して使用者（患者）の体内に供給される。

加えて、酸素濃縮器１は、電源供給部１００を有する。電源供給部１００は、酸素濃縮器１の内部負荷（コンプレッサ２０、送風器７０など）に供給する電源Ｖ_＋を生成する。

＜電源供給部の詳細構成＞
図２に、電源供給部１００の詳細構成を示す。
電源供給部１００は、本体バッテリ１１０を有する。また電源供給部１００は、外部電源端子１２１、１２２を有する。外部電源端子１２１には、シガープラグ１３１及びＤＣアダプタ１３２などからなる電源ケーブルが接続される。これにより、電源供給部１００は、シガープラグ１３１を車両のシガーソケットに差し込むことにより、外部電源端子１２１から車両の電源を入力できるようになっている。実際上、車両電源として、ほぼ１２Ｖで、６Ａの電源が入力される。また電源供給１００は、外部電源端子１２２に予備バッテリ１４１を接続できるようになっている。

本体バッテリ１１０はＭＯＳＦＥＴ１１１のドレインに接続されており、予備バッテリ１４１はＭＯＳＦＥＴ１１２のドレインに接続される。ＭＯＳＦＥＴ１１１、１１２のソースは、ＭＯＳＦＥＴ１１３のドレインに接続されている。

ＭＯＳＦＥＴ１１１、１１２のスイッチング制御は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１５０によって行われる。すなわち、ＭＯＳＦＥＴ１１１のゲートにＣＰＵ１５０からオン信号が入力されると、本体バッテリ１１０の電源がＭＯＳＦＥＴ１１３のドレインに入力され、ＭＯＳＦＥＴ１１２のゲートにＣＰＵ１５０からオン信号が入力されると、予備バッテリ１４１の電源がＭＯＳＦＥＴ１１３のドレインに入力される。ＣＰＵ１５０は、ＭＯＳＦＥＴ１１１、１１２のうちいずれか一方のみをオンするようになっている。実際には、ＣＰＵ１５０は、本体バッテリ１１０及び予備バッテリ１４１のバッテリ残量を監視できるようになっており、予備バッテリ１４１が外部電源端子１２２に接続されかつそのバッテリ残量が所要値以上の場合には、ＭＯＳＦＥＴ１１２をオンすると共にＭＯＳＦＥＴ１１１をオフする。これに対して、ＣＰＵ１５０は、予備バッテリ１４１が外部接続端子１２２に接続されていない、或いは予備バッテリ１４１のバッテリ残量が所定値未満の場合には、ＭＯＳＦＥＴ１１２をオフすると共にＭＯＳＦＥＴ１１１をオンする。

ＭＯＳＦＥＴ１１３のゲートには、外部接続端子１２１が電気的に接続されている。また、ＭＯＳＦＥＴ１１３のゲート−ソース間にはツェナーダイオード１１４が接続されている。これにより、シガープラグ１３１が車両のシガーソケット（図示せず）に差し込まれると、外部接続端子１２１から入力された車両の電源はツェナーダイオードを経由して電源Ｖ_＋として内部負荷に供給される。このとき、ＭＯＳＦＥＴ１１３のゲート−ソース間の電位差は非常に小さくなるので、ＭＯＳＦＥＴ１１３はオフ制御されて本体バッテリ１１０或いは予備バッテリ１４１からの電源は内部負荷に供給されない。これに対して、シガープラグ１３１が車両のシガーソケット（図示せず）から抜かれるなどして、外部接続端子１２１に車両の電源が入力されない場合には、ＭＯＳＦＥＴ１１３はオン制御されて本体バッテリ１１０或いは予備バッテリ１４１からの電源が電源Ｖ_＋として内部負荷に供給される。

外部接続端子１２１とＭＯＳＦＥＴ１１３との間には、電圧計１１５が接続されており、電圧計１１５によって計測された電圧はＣＰＵ１５０に送られる。

ＣＰＵ１５０は、電源Ｖ_＋として供給される車両電源とバッテリ電源との、切り換わり間隔及び切り換わり回数を、電圧計１１５によって計測された電圧に基づいて検出し、この切り換わり間隔及び切り換わり回数が所定の条件を満たすときに、インジケータ１０１に警告出力を行うことを指示する。

実際上、電圧計１１５によって計測される電圧が何ボルト以上であれば、車両電源に切り換えられ、何ボルト未満であればバッテリ電源（以下、本体バッテリ１１０及び予備バッテリ１４１からの電源をこのようにバッテリ電源と呼ぶ）に切り換えられるかは、電源供給部１００の回路の特性などに基づいて予め分かるので、その電圧値をＣＰＵ１５０に設定しておけば、ＣＰＵ１５０によって上述の切り換わり間隔及び切り換わり回数を求めることができる。例えば切り換わりの電圧値が１１Ｖであれば、ＣＰＵ１５０は電圧計１１５により計測された電圧が１１Ｖを超えたタイミング及び１１Ｖ未満となったタイミングを検出することで切り換わりタイミングを検出でき、これにより上述の切り換わり間隔及び切り換わり回数を求めることができる。

車両のシガーソケット及びこれに接続されるシガープラグを介して車両から電源を入力して、車両からの電源を内部負荷に供給する第１の電源供給系統の電源供給異常を判定する判定部としてのＣＰＵ１５０は、車両電源とバッテリ電源との所定間隔以下の切り換えが、所定回数以上行われた場合に、シガーソケットに異常が生じていると判定する。

インジケータ１０１は、上記第１の電源供給系統に異常が発生していることを警告表示できる表示部やランプ、または音声で警告出力を行うスピーカなどによって構成されており、ＣＰＵ１５０からの指示に従って警告を出力する。

図３に、ＣＰＵ１５０によって上記第１の電源供給系統に電源供給異常が判定され、警告が出力される例を示す。図３において、「バッテリ電源」と記載した期間は電源Ｖ_＋として本体バッテリ１１０又は予備バッテリ１４１からの電源が供給されている期間を示し、「車両電源」と記載した期間は電源Ｖ_＋として車両からの電源が供給されている期間を示す。

図３Ａは、切り換わり間隔が５秒以下の切り換わりが、２回以上行われた場合に、上記第１の電源供給系統に電源供給異常が生じていると判定して、警告を出力する例である。

なお、図３Ｂのように、所定期間内に、所定間隔以下の切り換えが、所定回数以上行われた場合に、上記第１の電源供給系統に電源供給異常が生じていると判定してもよい。図３Ｂの例では、３０秒以内に、切り換わり間隔が５秒以下の切り換わりが、３回以上行われた場合に、上記第１の電源供給系統に電源供給異常が生じていると判定して、警告を出力するようになっている。この場合、切り換わり間隔が５秒以下の切り換わりが２回以上行われた場合に最初の警告を出力し、３０秒以内に、切り換わり間隔が４秒以下の切り換わりが、３回以上行われた場合に、次の警告を出力するようにしてもよい。

この場合、最初の警告よりも次の警告を、緊急度や重要度が高い警告としてもよい。警告に応じてインジケータの色や音声を変えることで、警告の緊急度や重要度を変えることができる。また、切り換わり間隔が短くなるほど、或いは、切り換わり回数が多くなるほど、緊急度や重要度が高い警告を出力するようにしてもよい。

本発明の発明者は、図４に示すような模擬装置を作成して実験を行った。図４では、図１及び図２との対応部分には同一の符号が付されている。図４の模擬装置では、電子付加装置２０１によって接触抵抗を模擬し、ロガー２０２によってシガープラグ１３１の電圧（図２の電圧計１１５で計測する電圧に相当する）及び端子温度を記録した。電子付加装置２０１の接触抵抗を大きくするほど、ロガー２０２に記録された電圧がバタツクことが分かった。これは、接触抵抗が大きくなるほど、酸素濃縮器１の内部負荷の動作と連動して電圧がバタツクためであると考えられる。上述の実施の形態では、このバタツキに起因して車両電源とバッテリ電源との切り換わりが頻繁に行われることを利用し、その切り換わりを監視することで異常判定を行うようにしている。

図５Ａ〜図５Ｅは、溶融したシガープラグそれぞれに関して、車両電源とバッテリ電源との切り換わり間隔の回数をログをとって調べた実験結果である。図５Ａ〜図５Ｅに示すように、これら５つの事例では、溶融したシガープラグは、いずれも５秒間隔以下の切り換わりが頻繁に起こっていることが分かった。

以上説明したように、本実施の形態によれば、車両のシガーソケット及びこれに接続されるシガープラグを介して車両から電源を入力して車両からの電源を内部負荷（２０、７０など）に供給する第１の電源供給系統（１２１、１１４）と、車両電源以外の外部電源或いは本体バッテリ電源を内部負荷（２０、７０など）に供給する第２の電源供給系統（１１０、１１１、１１２、１２２、１４１）と、内部負荷（２０、７０など）に、第１の電源供給系統の電源を供給するか、又は第２の電源供給系統の電源を供給するかを切り換える切換部（１１３）と、切換部（１１３）の切り換え間隔及び切り換え回数に基づいて、前記第１の電源供給系統の電源供給異常を判定する判定部（１５０）と、を設けたことにより、シガープラグ及び又はシガーソケットの温度上昇、及び、それによって生じるシガープラグ及び又はシガーソケットの溶融を抑制できる、酸素濃縮器１を実現できる。

また、本発明を適用することにより、温度ヒューズを用いた対策を採らなくても、シガーソケット及び又はシガープラグの過度な温度上昇を抑制できるようになる。

なお、上述の実施の形態では、車両電源とバッテリ電源との切り換わり間隔及び切り換わり回数を、電圧計１１５によって計測された電圧値に基づいて求めた場合について述べたが、本発明はこれに限らない。例えば本体バッテリ１１０や予備バッテリ１４１の出力を監視したり、切換部（１１３）の動作を監視したり、或いは切換制御部がある場合にはその制御動作を監視することで、切り換わり間隔及び切り換わり回数を求めてもよい。

また、上述の実施の形態では、車両電源とバッテリ電源の切り換わり間隔及び切り換わり回数に基づいて、第１の電源供給系統の電源供給の異常を判定した場合について述べたが、第１の電源供給系統の電圧変動に基づいて、第１の電源供給系統の電源供給異常を判定してもよい。具体的には、車両からの入力電圧の所定の閾値に対する上下変動の時間間隔及び回数に基づいて、第１の電源供給系統の電源供給異常を判定してもよい。

また、上述の実施の形態では、第１の電源供給系統が異常であると判定したときにインジケータ１０１から警告を出力する場合について述べたが、第１の電源供給系統が異常であると判定したときに内部負荷への車両電源の供給を遮断するようにしてもよい。

さらに、上述の実施の形態では、本発明を携帯型の酸素濃縮器に適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、車両のシガーソケットに接続可能な電気機器に広く適用できる。本発明は、コンプレッサのような高負荷（高消費電力）の部品を有する携帯型の酸素濃縮器や冷蔵庫に特に好適である。何故なら、シガーソケットの温度上昇は、このような高負荷（高消費電力）の部品を有する電気機器を接続した場合に、より生じ易いからである。

上述の実施の形態による、第１の電源供給系統の電源供給異常の判定は、シガーソケットとシガープラグとの接触抵抗が原因となって生じる溶融だけでなく、シガーソケット単独、或いは、シガープラグ単独での抵抗が原因となって生じる溶融も抑制できる。

上述の実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することの無い範囲で、様々な形で実施することができる。

本発明は、携帯型の酸素濃縮器のような、車両のシガーソケットを介して車両の電源を外部電源として入力可能な電気機器に適用し得る。

１酸素濃縮器
２０コンプレッサ
３０ＰＳＡ部
１００電源供給部
１０１インジケータ
１１０本体バッテリ
１１１、１１２、１１３ＭＯＳＦＥＴ
１１４ツェナーダイオード
１１５電圧計
１２１、１２２外部電源端子
１３１シガープラグ
１３２ＤＣアダプタ
１４１予備バッテリ

Claims

内部負荷と、
車両のシガーソケット及びこれに接続されるシガープラグを介して前記車両から電源を入力して、前記車両からの電源を前記内部負荷に供給する第１の電源供給系統と、
車両電源以外の外部電源、或いは本体バッテリ電源を前記内部負荷に供給する第２の電源供給系統と、
前記内部負荷に、前記第１の電源供給系統の電源を供給するか、又は前記第２の電源供給系統の電源を供給するかを切り換える切換部と、
前記切換部の切り換え間隔及び切り換え回数に基づいて、前記第１の電源供給系統の電源供給異常を判定する判定部と、
を具備する電気機器。
前記判定部は、
前記切換部による所定間隔以下の切り換えが、所定回数以上行われた場合に、前記第１の電源供給系統に異常が生じていると判定する、
請求項１に記載の電気機器。
前記判定部は、
所定期間内に、前記切換部の所定間隔以下の切り換えが、所定回数以上行われた場合に、前記第１の電源供給系統に異常が生じていると判定する、
請求項１に記載の電気機器。
さらに、前記判定部が前記第１の電源供給系統に異常が生じていると判定した場合に警告を発するインジケータを具備する、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電気機器。
前記切換部は、前記判定部によって前記第１の電源供給系統に異常が生じていると判定された場合に、前記内部負荷への前記第１の電源供給系統からの電源供給を遮断する、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電気機器。
前記内部負荷は、コンプレッサを有する、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電気機器。
内部負荷と、
車両のシガーソケット及びこれに接続されるシガープラグを介して前記車両から電源を入力して、前記車両からの電源を前記内部負荷に供給する電源供給系統と、
前記電源供給系統を介して前記車両から入力される電源の電圧を計測する電圧計と、
前記電圧計によって計測される前記入力電圧が所定の閾値を上下動した時間間隔及び回数に基づいて、前記電源供給系統の電源供給異常を判定する判定部と、
を具備する電気機器。