JP6939279B2

JP6939279B2 - 配線器具

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Publication number: JP6939279B2
Application number: JP2017168970A
Authority: JP
Inventors: 寛成鳥居; 岸本　卓也; 卓也岸本; 智信益子; 拓也宮内
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2017-09-01
Filing date: 2017-09-01
Publication date: 2021-09-22
Anticipated expiration: 2037-09-01
Also published as: JP2019047351A

Description

本発明の実施形態は、配線器具に関する。

近年、住宅ではエネルギーマネージメントの観点から、例えば、外出時に消し忘れた照明などの負荷を外出先から消すニーズが増えている。このため、外部からの通信によって負荷に対するオン・オフのスイッチ操作が可能な配線器具が必要とされている。

パナソニック株式会社、「電設資材総合カタログ2016-2018」、2016年4月、p.113、「ＬＥＤお好み点灯スイッチ」

本発明が解決しようとする課題は、外部からの通信によって負荷に対するオン・オフのスイッチ操作が可能な配線器具を提供することである。

実施形態に係る配線器具は、スイッチ素子と、電源電圧生成部と、通信部と、制御部とを具備する。スイッチ素子は、交流電源と負荷との間に直列に接続され、交流電源と負荷との間の導通および非導通を制御する。電源電圧生成部は、スイッチ素子と並列に接続され、スイッチ素子がオフの場合のスイッチ素子の両端電圧から所定の電源電圧を生成する。通信部は、電源電圧生成部によって生成された電源電圧によって駆動し、外部と通信する。制御部は、通信部からの信号に応じて、スイッチ素子をオンにして交流電源と負荷との間を導通させるオンモードと、スイッチ素子をオフにして交流電源と負荷との間を非導通にさせるオフモードとを切り替えて実行する。

図１は、実施形態に係る制御システムの一例の概要を示す図である。図２は、実施形態に係る配線器具の要部構成を示す回路図である。図３は、実施形態に係る配線器具の動作の一例を説明する説明図である。図４は、実施形態に係る他の配線器具の要部構成を示す回路図である。図５は、実施形態に係る他の配線器具の要部構成を示す回路図である。

以下で説明する実施形態に係る配線器具３は、スイッチ素子４と、電源電圧生成部５と、通信部５６と、制御部５４とを具備する。スイッチ素子４は、交流電源１０と負荷２０との間に直列に接続され、交流電源１０と負荷２０との間の導通および非導通を制御する。電源電圧生成部５は、スイッチ素子４と並列に接続され、スイッチ素子４がオフの場合のスイッチ素子４の両端電圧から所定の電源電圧を生成する。通信部５６は、電源電圧生成部５によって生成された電源電圧によって駆動し、外部と通信する。制御部５４は、通信部５６からの信号に応じて、スイッチ素子４をオンにして交流電源１０と負荷２０との間を導通させるオンモードとスイッチ素子４をオフにして交流電源１０と負荷２０との間を非導通にさせるオフモードとを切り替えて実行する。

また、以下で説明する実施形態に係る配線器具３において、制御部５４は、オンモードにおいて、スイッチ素子４が断続的にオンになるようにスイッチ素子４を制御する。

また、以下で説明する実施形態に係る配線器具３において、制御部５４は、オンモードにおいて、交流電源１０の交流電圧が所定の位相角の範囲である場合にスイッチ素子４がオンになるようにスイッチ素子４を制御する。

また、以下で説明する実施形態に係る配線器具３において、制御部５４は、オンモードにおいて、交流電源１０の交流電圧のゼロクロス点から所定の位相角までの範囲でスイッチ素子４がオフになるようにスイッチ素子４を制御する。

また、以下で説明する実施形態に係る配線器具３において、電源電圧生成部５は、交流電源１０の交流電圧を整流するブリッジダイオード５０を含む。

また、以下で説明する実施形態に係る配線器具３において、ブリッジダイオード５０は、交流電圧１０を入力して整流した電圧を出力し、制御部５４は、ブリッジダイオード５０から出力される電圧に基づき、交流電源１０と負荷２０との通電状態を検出する。

また、以下で説明する実施形態に係る配線器具３において、スイッチ素子４は、トライアックまたはリレーである。

また、以下で説明する実施形態に係る配線器具３において、通信部５６は、他の配線器具とマルチホップ方式で通信する。

［実施形態］
以下、添付図面を参照して、実施形態に係る配線器具について説明する。なお、実施形態において、同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略される。

［制御システム］
まず、図１を用いて、制御システム１について説明する。

図１は、実施形態に係る制御システム１の一例の概要を示す図である。図１に示す制御システム１は、宅内に設置されている家電等の制御や監視を実現するシステムである。

制御システム１は、例えば、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）と呼ばれる場合がある。また、制御システム１は、一例として、ＨＥＭＳ標準プロトコルの「ＥＣＨＯＮＥＴＬｉｔｅ」が適用される場合がある。

図１に示した制御システム１は、ホームネットワークシステム２と、ユーザ端末Ｕと、サーバＳＶとを有する。ホームネットワークシステム２と、ユーザ端末Ｕと、サーバＳＶとは、ネットワークＮＴを介して有線または無線により通信可能に接続される。ネットワークＮＴは、例えば、インターネットやイントラネットに該当する。なお、図１に示すホームネットワークシステム２、ユーザ端末Ｕ、サーバＳＶの数は、一例に過ぎず、制御システム１の構成に応じて適宜変更可能である。

ホームネットワークシステム２は、例えば、宅内や店舗内の建物内に構築され、ホームゲートウェイＧＷと、交流電源１０と負荷２０との間に直列に接続された配線器具３（３ａ，３ｂ）とを含む。なお、図１に示す配線器具３の数は、一例に過ぎない。なお、交流電源１０は、例えば、１００Ｖ、２００Ｖなどの商用交流電源である。また、負荷２０は、例えば、照明機器、空調機器、家電機器などである。

ホームゲートウェイＧＷは、ホームネットワークシステム２を外部のネットワークＮＴと通信可能に接続する通信機器である。また、ホームゲートウェイＧＷは、配線器具３ａまたは配線器具３ｂとの間において、９２０ＭＨｚ帯での無線通信を行う。

この例では、配線器具３は、交流電源１０と負荷２０との接続をオン・オフするための、片切スイッチである。なお、配線器具３は、スイッチに限られず、負荷２０を交流電源１０に接続するためのコンセントであってもよい。また、配線器具３ａと配線器具３ｂとの間において、９２０ＭＨｚ帯での無線通信を行う。つまり、本実施形態に係る配線器具３は、後述するように、他の配線器具とマルチホップ方式で通信する通信部を備える。

上記のように、本実施形態では、９２０ＭＨｚ帯で通信可能な配線器具３を用いて、マルチホップネットワークを構築している。かかるマルチホップ式の無線通信では、電波の回り込み特性が優れているため、例えば、壁や障害物がある場合でも、ホームゲートウェイＧＷと配線器具３ａまたは配線器具３ｂとの間、配線器具３ａと配線器具３ｂとの間において安定した通信を確保することができる。

また、図１において、ホームネットワークシステム２の外部に示したユーザ端末Ｕは、例えば、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Data Assistance）、タブレット端末、ＰＣ（Personal Computer）等であり、無線又は有線によりネットワークＮＴに接続される。そして、ユーザ操作に従って配線器具３に対して交流電源１０と負荷２０との接続をオン・オフする制御命令をサーバＳＶに送信することができる。

サーバＳＶは、負荷２０に関する各種情報を管理する。また、サーバＳＶは、ネットワークＮＴを介してユーザ端末Ｕから制御命令を受信した場合に、受信した制御命令をホームゲートウェイＧＷに送信する。これにより、宅内のホームゲートウェイＧＷは、ホームネットワークシステム２の外部に位置するユーザ端末Ｕから送信された制御命令を配線器具３に送信することで、交流電源１０と負荷２０との接続をオン・オフする。

このように、ホームネットワークシステム２を利用するユーザは、ユーザ端末Ｕを用いることで、ホームゲートウェイＧＷを介して配線器具３を屋外から制御することができる。

［配線器具の構成］
次に、図２を用いて、配線器具３の構成について説明する。なお、上記の例では、配線器具３が片切スイッチである場合についてマルチホップネットワークを説明したが、配線器具３は３路スイッチまたは４路スイッチであってもよく、かかる場合についても後述する。したがって、まず、配線器具３が片切スイッチである場合について、図２を用いて説明する。図２は、実施形態に係る配線器具３の要部構成を示す回路図である。

図２に示すように、配線器具３である片切スイッチ３０は、交流電源１０と負荷２０との間に直列に接続される。本実施形態の片切スイッチ３０は、スイッチ素子４と、電源電圧生成部５と、検出部５２と、制御部５４と、操作部５５と、通信部５６とを備える。

スイッチ素子４は、この例ではトライアックである。したがって、以下では、スイッチ素子４がトライアックである場合について説明する。なお、トライアックには「４」の符号を付すものとする。トライアック４は、第１主端子Ｔ１および第２主端子Ｔ２が交流電源１０および負荷２０に接続される。そして、トライアック４のゲート端子Ｇと第１主端子Ｔ１との間に抵抗４０が接続され、後述するブリッジダイオード５０の５１ｃ、５０ｄの両端にトランジスタ４２が接続される。

トライアック４のゲート端子Ｇにゲートトリガ電流以上の電流が流れたときに、トライアック４はオンする。オンしたトライアック４、交流電源１０および負荷２０は、閉回路をなす。第１主端子Ｔ１と第２主端子Ｔ２との間に保持電流を超える電流が流れている間には、トライアック４はオン状態を継続する。一方、第１主端子Ｔ１と第２主端子Ｔ２との間に流れる電流が保持電流を下回ると、ゲート端子Ｇへの入力にかかわらずトライアック４はオフする。

電源電圧生成部５は、トライアック４と並列に接続され、トライアック４がオフの場合のトライアック４の両端電圧から所定の電源電圧を生成する。

具体的には、電源電圧生成部５は、ブリッジダイオード５０と、電源部５３とを備える。ブリッジダイオード５０は、２つの交流入力端子５１ａ，５１ｂと、２つの直流出力端子５１ｃ，５１ｄと、を有する。ブリッジダイオード５０の一方の交流入力端子５１ａは、トライアック４の第１主端子Ｔ１に接続されている。ブリッジダイオード５０の他方の交流入力端子５１ｂは、トライアック４の第２主端子Ｔ２に接続されている。ブリッジダイオード５０の２つの直流出力端子５１ｃ，５１ｄは、電源部５３に接続されている。

ブリッジダイオード５０は、トライアック４の両端に現れる電圧を整流する。つまり、ブリッジダイオード５０は、交流入力端子５１ａ，５１ｂに入力された交流電圧を全波整流して、全波整流された電圧を直流出力端子５１ｃ，５１ｄから出力する。

電源部５３は、例えば、ダイオード、高抵抗の直列回路およびコンデンサを含む。かかる電源部５３は、ダイオードおよび高抵抗の直列回路を介してコンデンサにブリッジダイオード５０から出力された電圧を蓄積する。

また、電源部５３は、ブリッジダイオード５０から出力された電圧を降圧する。具体的には、電源部５３は、例えば、１００Ｖの交流電源１０を用いた場合、１０Ｖの直流電圧に降圧する。また、電源部５３は、制御部５４、操作部５５および通信部５６に対して生成した電源電圧を供給する。

検出部５２は、ブリッジダイオード５０の出力端の電圧を所定の閾値で比較することで、交流電源１０の交流電圧のゼロクロス点を検出する。また、検出部５２は、ブリッジダイオード５０から出力される電圧に基づき、交流電源１０と負荷２０との通電状態を検出する。かかる検出部５２の検出結果は制御部５４に与えられる。

制御部５４は、操作部５５からの操作信号または通信部５６からの受信信号に応じて、トライアック４をオンにして交流電源１０と負荷２０との間を導通させるオンモードと、トライアック４をオフにして交流電源１０と負荷２０との間を非導通にさせるオフモードとを切り替えて実行する。つまり、制御部５４は、この例ではトランジスタ４２を制御することによりオンモードとオフモードとを切り替えている。

また、制御部５４は、オンモードにおいて、トライアック４が断続的にオンになるようにトランジスタ４２を制御する。また、制御部５４は、オンモードにおいて、交流電源１０の交流電圧が所定の位相角の範囲である場合にトライアック４がオンになるようにトランジスタ４２を制御する。また、制御部５４は、オンモードにおいて、トライアック４をオンにした後、電源電圧生成部５の状態に基づいてトライアック４がオフになるようにトランジスタ４２を制御する。

操作部５５は、例えば、静電容量式のタッチパネルであり、ユーザの指の接触による操作を受け付ける。かかる操作部５５は、ユーザの指の接触による操作で生じた操作信号を制御部５４へ出力する。また、操作部５５は、交流電源１０と負荷２０との間が導通した場合、操作面が光るようになっている。

通信部５６は、ホームゲートウェイＧＷまたは他の配線器具とマルチホップ方式で通信する。かかる通信部５６は、ホームゲートウェイＧＷまたは他の配線器具から受信した受信信号を制御部５４へ出力する。

［配線器具の動作例］
次に、図３を用いて、配線器具３の動作例について説明する。図３は、実施形態に係る配線器具３の動作の一例を説明する説明図である。図３では、例えば、１００Ｖの交流電源１０の電圧波形を示している。

制御部５４は、オンモードにおいて、交流電源１０の交流電圧が所定の位相角の範囲である場合にトライアック４がオンになるようトランジスタ４２を制御する。

具体的には、図３に示すように、制御部５４は、オンモードにおいて、交流電圧１０の交流電圧のゼロクロス点Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２から斜線で示す所定の位相角ｄまでの範囲でトライアック４がオンになるようにトランジスタ４２を制御する。本実施形態では、位相角ｄは３〜５度であり、かかる位相角ｄに対応する交流電圧がトライアック４のゲート端子Ｇに入力する電圧として用いられる。

［実施形態の効果］
上述してきたように、実施形態に係る配線器具３は、通信部５６からの受信信号に応じて、トライアック４をオンにして交流電源１０と負荷２０との間を導通させるオンモードとトライアック４をオフにして交流電源１０と負荷２０との間を非導通にさせるオフモードとを切り替えて実行する。これにより、外部からの通信によって負荷２０に対するオン・オフのスイッチ操作が可能である。

また、実施形態に係る配線器具３は、通信部５６がマルチホップ方式により通信を行うことで、他の配線器具に対しても、通信によって負荷２０に対するオン・オフのスイッチ操作が可能である。

なお、上述の実施形態では、スイッチ素子４としてトライアックについて説明したが、トライアックに限定されるものではなく、交流電源１０と負荷２０との間の経路を開閉するリレーであってもよい。かかるリレーであっても上述と同様に外部からの通信によって負荷２０に対するオン・オフのスイッチ操作が可能である。また、オン・オフを行うスイッチ素子４に限定されるものではなく、交流電源１０と負荷２０との間を導通および非導通を制御することができるのであれば、種々のスイッチを適用することができる。

［他の配線器具］
次に、図４および図５を用いて、他の配線器具について説明する。図４および図５は、実施形態に係る他の配線器具の要部構成を示す回路図である。具体的には、図４は、通信部５６が有る３路スイッチ３１ａと通信部５６が無い３路スイッチ３１ｂとを接続した配線器具３である。また、図５は、説明の便宜上、４路スイッチ３２のみを示しており、４路スイッチ３２の一方の接続端子９０ａ，９０ｂに通信部５６が有る３路スイッチ３１ａを接続し、４路スイッチ３２の他方の接続端子９０ｃ，９０ｂに通信部５６が無い３路スイッチ３１ｂを接続した配線器具３である。

まず、図４に示す配線器具３について説明する。図４に示す配線器具３は、通信部５６が有る３路スイッチ３１ａと通信部５６が無い３路スイッチ３１ｂと接続端子７０ａ，７０ｂを介して接続したものである。通信部５６が有る３路スイッチ３１ａは、図２に示す片切スイッチ３０の構成に主に切り替え部６を付加した構成であるため、切り替え部６について説明する。

切り替え部６は、スイッチ６０と、第１端子６１ａと、第２端子６１ｂと、第１端子６１ａと第２端子６１ｂとの間に接続された抵抗７とを含む。

スイッチ６０は、第１端子６１ａ、第２端子６１ｂのいずれかを選択的に接続する。かかるスイッチ６０は、リレー５７によって切り替えられる。リレー５７は、制御部５４から出力される制御信号によって開閉する。

一方、通信部５６が無い３路スイッチ３１ｂは、通信部５６が無い他は３路スイッチ３１ａと同じ構成にある。つまり、図４に示す配線器具３は、３路スイッチ３１ａ側にマルチホップ方式の通信機能を持たせている。

ここで、３路スイッチ３１ａ，３１ｂにそれぞれ設けられた抵抗７の役割について説明する。本実施形態では、抵抗７の両端に生じるドロップ電圧を用いて、トライアック４のゲート端子Ｇに入力する電圧を確保している。

上述した図４に示す配線器具３においても、図２に示す配線器具３と同様に、外部からの通信によって負荷２０に対するオン・オフのスイッチ操作が可能である。

次に、図５に示す配線器具３について説明する。図５に示す配線器具３は、４路スイッチ３２のみを示しており、４路スイッチ３２の一方の接続端子９０ａ，９０ｂに通信部５６が有る３路スイッチ３１ａを接続し、４路スイッチ３２の他方の接続端子９０ｃ，９０ｂに通信部５６が無い３路スイッチ３１ｂを接続したものである。

４路スイッチ３２は、通信部５６が無い３路スイッチ３１ａを２つ組み合わせた構成に主に切り替え部８を付加した構成であるため、切り替え部８について説明する。また、４路スイッチ３２の切り替え部８は、３路スイッチ３１ａ，３１ｂの切り替え部６を２つ組み合わせた構成である。

切り替え部８は、第１スイッチ８０と、第１端子８１ａと、第２端子８１ｂと、第２スイッチ８２と、第３端子８３ａと、第４端子８３ｂと、第１端子８１ａと第３端子８３ａとの間に接続された抵抗９とを含む。

第１スイッチ８０は、第１端子８１ａ、第２端子８１ｂのいずれかを選択的に接続する。第２スイッチ８２は、第３端子８３ａ、第４端子８３ｂのいずれかを選択的に接続する。かかる第１スイッチ８０および第２スイッチ８２は、リレー５７によって切り替えられる。リレー５７は、制御部５４から出力される制御信号によって開閉する。

ここで、４路スイッチ３２に設けられた抵抗９の役割について説明する。かかる抵抗９についても、３路スイッチ３１ａ，３１ｂにそれぞれ設けられた抵抗７と同様に、抵抗９の両端に生じるドロップ電圧を用いて、トライアック４のゲート端子Ｇに入力する電圧を確保している。

上述した図５に示す配線器具３においても、図２に示す配線器具３と同様に、外部からの通信によって負荷２０に対するオン・オフのスイッチ操作が可能である。

なお、上述した４路スイッチ３２では、一方の接続端子９０ａ，９０ｂに通信部５６が有る３路スイッチ３１を接続し、他方の接続端子９０ｃ，９０ｂに通信部５６が無い３路スイッチ３１ｂを接続しているが、これに限られない。

例えば、４路スイッチ３２の一方の接続端子９０ａ，９０ｂに通信部５６が有る４路スイッチ３２を接続し、他方の接続端子９０ｃ，９０ｂに通信部５６が無い４路スイッチ３２を接続してもよい。

かかる形態の配線器具３であっても、図２に示す配線器具３と同様に、外部からの通信によって負荷２０に対するオン・オフのスイッチ操作が可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１制御システム
１０交流電源
２０負荷
３配線器具
４スイッチ素子
５電源電圧生成部
５０ブリッジダイオード
５２検出部
５３電源部
５４制御部
５５操作部
５６通信部

Claims

交流電源と負荷との間に直列に接続され、前記交流電源と前記負荷との間の導通および非導通を制御するスイッチ素子と；
前記スイッチ素子と並列に接続され、前記スイッチ素子がオフの場合の前記スイッチ素子の両端電圧に基づいて所定の電源電圧を生成する電源電圧生成部と；
前記電源電圧生成部によって生成された前記電源電圧によって駆動し、外部と通信する通信部と；
前記通信部からの信号に応じて、前記スイッチ素子をオンにして前記交流電源と前記負荷との間を導通させるオンモードと、前記スイッチ素子をオフにして前記交流電源と前記負荷との間を非導通にさせるオフモードとを切り替えて実行する制御部と；
を具備し、
前記電源電圧生成部は、
交流入力端子が前記スイッチ素子の両端に接続され、直流出力端子がトランジスタの両端に接続されるブリッジダイオードを有し、
前記制御部は、
前記トランジスタを制御することにより前記オンモードおよび前記オフモードを切り替える、
ことを特徴とする配線器具。
前記制御部は、前記オンモードにおいて、前記スイッチ素子が断続的にオンになるように前記スイッチ素子を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の配線器具。
前記制御部は、前記オンモードにおいて、前記交流電源の交流電圧が所定の位相角の範囲である場合に前記スイッチ素子がオンになるように前記スイッチ素子を制御する、
ことを特徴とする請求項２に記載の配線器具。
前記制御部は、前記オンモードにおいて、前記交流電源の交流電圧のゼロクロス点から前記所定の位相角までの範囲で前記スイッチ素子がオンになるように前記スイッチ素子を制御する、
ことを特徴とする請求項３に記載の配線器具。
前記ブリッジダイオードは、前記交流電源の交流電圧を整流する、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の配線器具。
前記ブリッジダイオードは、前記交流電圧を入力して整流した電圧を出力し、
前記制御部は、前記ブリッジダイオードから出力される電圧に基づき、前記交流電源と前記負荷との通電状態を検出する、
ことを特徴とする請求項５に記載の配線器具。
前記スイッチ素子は、トライアックまたはリレーである、
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の配線器具。
前記通信部は、他の配線器具とマルチホップ方式で通信する、
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の配線器具。
交流電源と負荷との間において、他の配線器具とともに直列に接続される配線器具であって、
前記交流電源と前記負荷との間に直列に接続され、前記交流電源と前記負荷との間の導通および非導通を制御するスイッチ素子と；
前記スイッチ素子と並列に接続され、前記スイッチ素子がオフの場合の前記スイッチ素子の両端電圧に基づいて所定の電源電圧を生成する電源電圧生成部と；
前記電源電圧生成部によって生成された前記電源電圧によって駆動し、外部と通信する通信部と；
前記通信部からの信号に応じて、前記スイッチ素子をオンにして前記交流電源と前記負荷との間を導通させるオンモードと、前記スイッチ素子をオフにして前記交流電源と前記負荷との間を非導通にさせるオフモードとを切り替えて実行する制御部と；
前記スイッチ素子と、前記他の配線器具との間に直列に接続される切り替え部と；
を具備し、
前記切り替え部は、
接続先である前記他の配線器具に対して並列に配置された第１端子および第２端子に対して選択的に接続するスイッチと、前記第１端子および前記第２端子の間に接続される抵抗とを有し、
前記制御部は、
前記第１端子および前記第２端子のうち、前記スイッチの接続先を切り替える制御を行うとともに、前記抵抗の両端に生じる電圧により前記スイッチ素子のゲート端子へ電圧を入力する
ことを特徴とする配線器具。