JP7117661B2 - 負荷制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、負荷を制御するための負荷制御装置に関する。

従来、照明器具などの負荷を制御するための負荷制御装置が知られている。この種の負荷制御装置の一例として、特許文献１には、無線受信部を備えた照明器具を制御する２線式の負荷制御装置が開示されている。この負荷制御装置では、無線信号に含まれる制御信号に基づいて、照明器具のオンおよびオフを制御している。

特開２０１４－６７２０７号公報

無線受信部を備える負荷制御装置では、消費電力を削減するために、無線通信を行わないときは無線機能を停止させることがある。しかしながら、無線機能を停止させる時間が適切でないと、外部から送信された無線信号を受信できず、負荷の制御を的確に行うことができないという問題がある。

本発明は、無線信号を確実に受信し、無線通信部の消費電力を低減することができる負荷制御装置を提供することを目的とする。

本発明の負荷制御装置の一態様は、交流電源および負荷に直列に接続されたスイッチング部と、前記交流電源の交流波形を検出してゼロクロス信号を出力するゼロクロス検出部と、外部から送信された負荷制御情報を含む無線信号を受信する無線通信部と、前記ゼロクロス信号および前記無線信号に基づいて、前記スイッチング部の導通および非導通を制御する位相制御部とを備え、前記無線通信部は、前記無線通信部の駆動時間に前記無線信号を受信しないと休止状態になり、前記休止状態になってから休止時間が経過した後であって、前記無線通信部の駆動時間が開始されてから１サイクル経過した後に駆動再開する。

本発明の負荷制御装置は、無線信号を確実に受信し、無線通信部の消費電力を低減することができる。

実施の形態に係る負荷制御装置を備える負荷制御システムの概略図である。 実施の形態に係る負荷制御装置を備える負荷制御システムのブロック構成図である。 実施の形態に係る負荷制御装置の無線通信部および電源部を示すブロック構成図である。 実施の形態に係る負荷制御装置の動作を示すタイミングチャートである。

前述したように、無線受信部を備える負荷制御装置では、消費電力を削減するために、無線通信を行わないときは無線機能を停止させることがある。

しかしながら、無線機能を停止させる時間が適切でないと、外部から送信された無線信号を受信できず、負荷の制御を的確に行うことができない。

また、特許文献１に開示された負荷制御装置では、照明器具に電力が供給されていないオフ状態のときに無線受信部を休止させているが、例えば、照明器具がオン状態のときに無線受信部が作動して電力が消費されると、照明器具の点灯のために使用できる電力量が減り、照明器具の調光量等の制御可能範囲が狭くなるという問題がある。

本実施の形態の負荷制御装置は、外部から送信される無線信号を確実に受信し、無線通信部の消費電力を低減することができる。また、本実施の形態の負荷制御装置は、無線通信部の消費電力を低減し、かつ、負荷の制御可能範囲が狭くなることを抑制できる。

以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化する。

（実施の形態）
［１．負荷制御システムの構成］
まず、実施の形態に係る負荷制御装置を備える負荷制御システムについて、図１を参照しながら説明する。図１は、実施の形態に係る負荷制御装置１を備える負荷制御システム５の概略図である。

図１に示すように、負荷制御システム５は、負荷ＬＤと、交流電源ＡＣと、負荷制御装置１と、外部機器５０とによって構成されている。

交流電源ＡＣは、例えば、ＡＣ１００Ｖなどの商用電源である。

負荷ＬＤは、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を有する照明器具である。負荷ＬＤは、配線を介して交流電源ＡＣに接続されている。負荷ＬＤは、照明器具に限られず、送風機であってもよい。

負荷制御装置１は、２線式の負荷制御装置であり、負荷ＬＤおよび交流電源ＡＣに直列に接続されている。負荷制御装置１は、２つの端子ｐ１、ｐ２を有し、端子ｐ１は配線を介して交流電源ＡＣに接続され、端子ｐ２は配線を介して負荷ＬＤに接続されている。

外部機器５０は、例えば、リモートコントローラ、スマートフォンまたはタブレット端末などの携帯機器である。外部機器５０は、無線ｒ１によって、負荷制御装置１と通信可能となっている。無線ｒ１による通信方式としては、９２０ＭＨｚ帯の周波数を利用した特定小電力無線、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＷｉＦｉ（登録商標）または赤外線通信などの方式が用いられる。

外部機器５０は、負荷制御情報を含む無線信号を負荷制御装置１に送信する。負荷制御情報は、例えば負荷ＬＤが照明器具である場合、照明器具の調光または調色を指示するための情報である。この無線信号は、ユーザが外部機器５０に所定の操作入力を行うごとに、負荷制御装置１に送信される。負荷制御装置１は、外部機器５０から送信された無線信号に基づいて、負荷ＬＤの作動を制御する。

［２．負荷制御装置の構成］
次に、実施の形態に係る負荷制御装置１について、図２～図４を参照しながら説明する。図２は、負荷制御装置１を備える負荷制御システム５のブロック構成図である。

図２に示すように、負荷制御装置１は、スイッチング部１１と、ゼロクロス検出部１２と、位相制御部１３と、無線通信部１４と、電源部１５とを備えている。

スイッチング部１１は、負荷ＬＤに対する電力供給の有無を切り替える回路であり、交流電源ＡＣおよび負荷ＬＤに直列に接続されている。スイッチング部１１は、１つのスイッチ素子または直列接続された複数のスイッチ素子を有している。スイッチ素子は、例えば、電界効果トランジスタである。スイッチング部１１の一端は、端子ｐ１に接続され、スイッチング部１１の他端は、端子ｐ２に接続されている。スイッチング部１１は、交流電源ＡＣおよび負荷ＬＤとともにループ経路を形成している。

ゼロクロス検出部１２は、交流電源ＡＣの交流波形の位相を検出する位相検出回路である。交流波形の位相は、例えば、端子ｐ１とスイッチング部１１の一端との間の電流波形から検出してもよいし、交流電源ＡＣの両端の電圧波形から検出してもよい。本実施の形態では、ゼロクロス検出部１２は、交流波形が電圧０Ｖに交差するタイミングを検出し、このタイミングでゼロクロス信号を出力する。ゼロクロス信号は、位相制御部１３および無線通信部１４のそれぞれに出力される。

無線通信部１４は、例えば無線モジュールによって構成され、無線ｒ１によって外部機器５０と通信する。無線通信部１４は、外部機器５０から送信された無線信号を受信し、無線信号に含まれる負荷制御情報を位相制御部１３に出力する。

無線通信部１４は、演算処理回路１４ａおよびシリアル通信回路１４ｂを有している。演算処理回路１４ａは、無線信号に含まれる負荷制御情報を位相制御部１３に引き渡すための信号処理回路であり、受信した無線信号を増幅する回路、無線信号の電波の周波数を変換する回路および無線信号を符号化する回路などを含む。演算処理回路１４ａは、電源部１５から電力またはクロックが供給されることで駆動し、電源部１５から電力またはクロックが供給停止されることで休止する。シリアル通信回路１４ｂは、ゼロクロス信号が出力されるタイミングに基づいて、演算処理回路１４ａにて処理した負荷制御情報に関する信号を、位相制御部１３に伝送する。具体的に無線通信部１４は、後述する位相制御部１３がスイッチング部１１を非導通とする時間帯に、無線信号に含まれる負荷制御情報を位相制御部１３に出力する。

位相制御部１３は、ゼロクロス信号および無線信号に基づいて、スイッチング部１１の導通および非導通を制御する。例えば位相制御部１３は、ゼロクロス信号が出力されるタイミングと、無線信号に含まれる照明器具の調光操作量とに基づいて、スイッチ素子の導通および非導通のタイミングを制御する。これにより、位相制御部１３は負荷ＬＤである照明器具を調光制御する。なお、位相制御部１３は、逆位相制御方式によって負荷ＬＤの作動を制御してもよいし、順位相制御（正位相制御）方式によって負荷ＬＤの作動を制御してもよい。

位相制御部１３は、演算処理回路１３ａおよびシリアル通信回路１３ｂを有している。演算処理回路１３ａは、無線通信部１４の演算処理回路１４ａが作動する時間と異なる時間に作動する。すなわち、演算処理回路１３ａおよび演算処理回路１４ａのそれぞれは、互いに独立して作動する。例えば演算処理回路１３ａは、ゼロクロス信号のタイミングと照明器具の調光操作量とを演算処理することで、スイッチング部１１を導通させる時間帯および非導通とする時間帯を求める。そしてシリアル通信回路１３ｂは、ゼロクロス信号が出力されるタイミングに基づき、上記で求めた導通および非導通に関する指示信号をスイッチング部１１に伝送する。

電源部１５は、交流電源ＡＣから供給された電力に基づいて、無線通信部１４および位相制御部１３を駆動するための電力を無線通信部１４および位相制御部１３のそれぞれに供給する。

電源部１５は、スイッチング部１１に並列に接続された整流回路１５ａと、整流回路１５ａで変換された電力を充電および放電する電力供給回路１５ｂとを有している。整流回路１５ａは、交流電源ＡＣから供給された交流電圧を直流に変換する。電力供給回路１５ｂは、例えば、バッファコンデンサを有している。電力供給回路１５ｂは、位相制御部１３がスイッチング部１１を非導通としているときに、交流電源ＡＣから供給された電力を蓄え、位相制御部１３がスイッチング部１１を導通させているときに、蓄えた電力を位相制御部１３および無線通信部１４に供給する。

ここで、無線通信部１４と電源部１５との関係、および、負荷制御装置１の動作について説明する。図３は、無線通信部１４および電源部１５を示すブロック構成図である。図４は、負荷制御装置１の動作を示すタイミングチャートである。

図３に示すように、無線通信部１４は、駆動時間Ｔ１を計測する第１計時部１４ｃと、休止時間Ｔ２を計測する第２計時部１４ｄと、後述する停止指令および供給指令を出力する指令出力部１４ｅとを備える。駆動時間Ｔ１は、無線通信部１４が駆動され、無線信号が受信可能になっている時間である。休止時間Ｔ２は、無線通信部１４の駆動が一部停止され、休止になっている時間である（図４の（ｂ）参照）。

第１計時部１４ｃ、第２計時部１４ｄおよび指令出力部１４ｅは、電源部１５から常に電力が供給され駆動している。一方、演算処理回路１４ａおよびシリアル通信回路１４ｂは、電源部１５から電力が供給されず休止しているときがある。以下において、演算処理回路１４ａおよびシリアル通信回路１４ｂが駆動しているときを無線通信部１４が駆動状態であるとし、演算処理回路１４ａおよびシリアル通信回路１４ｂが休止しているときを無線通信部１４が休止状態であるとする。この無線通信部１４の駆動および休止について、図４のタイミングチャートを参照しながら説明する。

図４の（ａ）には、外部から所定の時刻に無線信号が送信されている様子が示されている。無線信号は、ユーザが外部機器５０に所定の操作入力を行うごとに、所定の時間、送信される。無線信号の送信時間Ｔ０は、例えば５０ｍｓ以上５００ｍｓ以下である。

また図４の（ｃ）には、ゼロクロス信号が定期的に出力されている様子が示されている。本実施の形態では、図４の（ｂ）に示すようにゼロクロス信号を基準として、無線通信部１４の動作タイミングが設定されている。

例えば無線通信部１４は、ゼロクロス信号に基づいて、駆動状態および休止状態となる時間が設定される。無線通信部１４が駆動状態となる時間帯は、位相制御部１３がスイッチング部１１に信号出力する時間帯と異なる時間帯に設定される。無線通信部１４が駆動状態となる時間帯は、第１計時部１４ｃで計測する駆動時間Ｔ１で定められ、休止状態となる時間帯は、第２計時部１４ｄで計測する休止時間Ｔ２で定められる。無線通信部１４は、駆動状態にあるときは無線信号を受信できるが、休止状態にあるときは無線信号を受信できない。

無線通信部１４は、駆動時間Ｔ１に無線信号を受信していないと判断した場合に、演算処理回路１４ａへの電力供給またはクロック供給を停止する停止指令を電源部１５に出力する。また、無線通信部１４は、休止時間Ｔ２が経過したと判断した場合に、演算処理回路１４ａへの電力供給またはクロック供給を再開する供給指令を電源部１５に出力する。

これにより無線通信部１４は、駆動時間Ｔ１の間に無線信号を受信しないと、駆動時間Ｔ１が経過した後に休止状態となる。また、休止状態となってから休止時間Ｔ２が経過した後に駆動再開する。無線通信部１４の駆動および休止のサイクルタイムは、無線信号を確実に受信できるようにするため、送信時間Ｔ０よりも短くなるように設定されている。具体的には、駆動時間Ｔ１と休止時間Ｔ２との合計値は、無線信号の送信時間Ｔ０よりも短い。駆動時間Ｔ１は、例えば１０ｍｓ以上４０ｍｓ以下である。

このように負荷制御装置１では、無線通信部１４が駆動時間Ｔ１に無線信号を受信しないと休止状態になることで、無線通信部１４の消費電力を削減することができる。また、駆動時間Ｔ１と休止時間Ｔ２との合計時間を送信時間Ｔ０よりも短くすることで、外部から送信された無線信号を確実に受信し、無線通信部１４の消費電力を削減することができる。

なお、無線通信部１４は、駆動時間Ｔ１内に無線信号を受信すると、無線信号の送信が終わるまで、すなわち、無線通信部１４が無線信号を受信しなくなるまで駆動状態を継続する。そして、無線信号を受信しなくなると休止状態になり、駆動時間Ｔ１が開始してから１サイクル経過した後に駆動再開する。

図４の（ｄ）には、位相制御部１３からスイッチング部１１に出力される信号の出力タイミングが示されている。位相制御部１３は、第１計時部１４ｃおよび第２計時部１４ｄと異なる計時部を有しており、ゼロクロス信号を基準として時刻ｔｄ１～ｔｄ２のときに、スイッチング部１１を導通とする信号を出力する。位相制御部１３は、スイッチング部１１を介して負荷ＬＤを作動制御する。

図４の（ｅ）には、無線通信部１４から位相制御部１３に出力される信号の出力タイミングが示されている。無線通信部１４は、ゼロクロス信号を基準として時刻ｔｅ１～ｔｅ２のときに、所定の信号を位相制御部１３に出力する。時刻ｔｅ１～ｔｅ２は、前述した時刻ｔｄ１およびｔｄ２を含まない時間帯である。このように無線通信部１４から位相制御部１３に出力する信号の出力タイミングを、位相制御部の出力変化タイミングと一致させないことで、負荷ＬＤの意図しない変動を抑制することができる。

［３．効果等］
本実施の形態に係る負荷制御装置１は、交流電源ＡＣおよび負荷ＬＤに直列に接続されたスイッチング部１１と、交流電源ＡＣの交流波形を検出してゼロクロス信号を出力するゼロクロス検出部１２と、外部から送信された負荷制御情報を含む無線信号を受信する無線通信部１４と、ゼロクロス信号および無線信号に基づいて、スイッチング部１１の導通および非導通を制御する位相制御部１３とを備える。無線通信部１４は、無線通信部１４の駆動時間Ｔ１に無線信号を受信しないと休止状態になり、休止状態になってから休止時間Ｔ２が経過した後に駆動再開する。駆動時間Ｔ１と休止時間Ｔ２との合計時間は、無線信号の送信時間Ｔ０よりも短い。

このように、無線通信部１４が駆動時間Ｔ１に無線信号を受信しないと休止状態になることで、無線通信部１４の消費電力を削減することができる。また、駆動時間Ｔ１と休止時間Ｔ２との合計時間を送信時間Ｔ０よりも短くすることで、外部から送信された無線信号を確実に受信し、無線通信部１４の消費電力を削減することができる。また、例えば、無線通信部１４から位相制御部１３に出力する信号の出力タイミングを、位相制御部１３の出力変化タイミングと一致させないことで、負荷ＬＤの意図しない変動を抑制することができる。

また、位相制御部１３および無線通信部１４のそれぞれは、互いに独立して作動する演算処理回路１３ａ、１４ａを有していてもよい。

これによれば、位相制御部１３と無線通信部１４とが互いに競合して作動することを抑制することができる。これにより、位相制御部１３から負荷ＬＤに出力される制御信号にずれが生じることを抑制し、負荷ＬＤに意図しない変動が発生することを抑制できる。

また、負荷制御装置１は、さらに、交流電源ＡＣから供給された電力に基づいて、無線通信部１４および位相制御部１３を駆動するための電力を無線通信部１４および位相制御部１３のそれぞれに供給する電源部１５を備える。無線通信部１４は、駆動時間Ｔ１に無線信号を受信していないと判断した場合に、無線通信部１４の演算処理回路１４ａへの電力供給またはクロック供給を停止する停止指令を電源部１５に出力し、休止時間Ｔ２が経過したと判断した場合に、当該演算処理回路１４ａへの電力供給またはクロック供給を再開する供給指令を電源部１５に出力してもよい。

このように、無線通信部１４が無線信号を受信していない場合に、演算処理回路１４ａへの電力供給を停止することで、無線通信部１４の消費電力を削減することができる。これにより、負荷ＬＤの制御可能範囲が狭まることを抑制できる。

また、無線通信部１４は、駆動時間Ｔ１を計測する第１計時部１４ｃと、休止時間Ｔ２を計測する第２計時部１４ｄと、停止指令および供給指令を出力する指令出力部１４ｅとを備えていてもよい。

これによれば、無線通信部１４の第１計時部１４ｃ、第２計時部１４ｄ、および指令出力部１４ｅを用いて演算処理回路１４ａへの電力供給を停止することができるので、無線通信部１４の作動が位相制御部１３の作動に影響を及ぼすことを抑制することができる。これにより、位相制御部１３から負荷ＬＤに出力される制御信号にずれが生じることを抑制し、負荷ＬＤに意図しない変動が発生することを抑制できる。

また、位相制御部１３および無線通信部１４のそれぞれは、ゼロクロス信号に基づいて通信を行うシリアル通信回路１３ｂ、１４ｂを有していてもよい。

このように、位相制御部１３および無線通信部１４のそれぞれがシリアル通信回路１３ｂ、１４ｂを有することで、無線通信部１４と位相制御部１３とが互いに競合して作動することを抑制することができる。これにより、位相制御部１３から負荷ＬＤに出力される制御信号にずれが生じることを抑制し、負荷ＬＤに意図しない変動が発生することを抑制できる。

また、無線通信部１４は、位相制御部１３がスイッチング部１１を導通から非導通へ、または非導通から導通へ切り替えるタイミングと重ならないように、無線信号に含まれる負荷制御情報を位相制御部１３に出力してもよい。

これによれば、位相制御部１３から負荷ＬＤに出力される制御信号にずれが生じることを抑制することができる。これにより、負荷ＬＤに意図しない変動が発生することを抑制できる。

（その他の形態）
以上、負荷制御装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態における構成要素および機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

例えば、スイッチング部１１のスイッチ素子は、Ｎチャネル型の電界効果トランジスタであってもよいし、Ｐチャネル型の電界効果トランジスタであってもよい。また、スイッチ素子は、トライアックであってもよい。

１ 負荷制御装置
１１ スイッチング部
１２ ゼロクロス検出部
１３ 位相制御部
１３ａ 演算処理回路
１３ｂ シリアル通信回路
１４ 無線通信部
１４ａ 演算処理回路
１４ｂ シリアル通信回路
１４ｃ 第１計時部
１４ｄ 第２計時部
１４ｅ 指令出力部
１５ 電源部
ＡＣ 交流電源
ＬＤ 負荷
ｒ１ 無線
Ｔ０ 送信時間
Ｔ１ 駆動時間
Ｔ２ 休止時間
ｔｄ１、ｔｄ２、ｔｅ１、ｔｅ２ 時刻

Claims (6)

1. 交流電源および負荷に直列に接続されたスイッチング部と、
   前記交流電源の交流波形を検出してゼロクロス信号を出力するゼロクロス検出部と、
   外部から送信された負荷制御情報を含む無線信号を受信する無線通信部と、
   前記ゼロクロス信号および前記無線信号に基づいて、前記スイッチング部の導通および非導通を制御する位相制御部と
   を備え、
   前記無線通信部は、
   前記無線通信部の駆動時間に前記無線信号を受信しないと休止状態になり、前記休止状態になってから休止時間が経過した後であって、前記無線通信部の駆動時間が開始されてから１サイクル経過した後に駆動再開する
   負荷制御装置。
2. 前記位相制御部および前記無線通信部のそれぞれは、互いに独立して作動する演算処理回路を有する
   請求項１に記載の負荷制御装置。
3. さらに、前記交流電源から供給された電力に基づいて、前記無線通信部および前記位相制御部を駆動するための電力を前記無線通信部および前記位相制御部のそれぞれに供給する電源部を備え、
   前記無線通信部は、前記駆動時間に前記無線信号を受信していないと判断した場合に、前記無線通信部の前記演算処理回路への電力供給またはクロック供給を停止する停止指令を前記電源部に出力し、前記休止時間が経過したと判断した場合に、当該演算処理回路への電力供給またはクロック供給を再開する供給指令を前記電源部に出力する
   請求項２に記載の負荷制御装置。
4. 前記無線通信部は、前記駆動時間を計測する第１計時部と、前記休止時間を計測する第２計時部と、前記停止指令および前記供給指令を出力する指令出力部とを備える
   請求項３に記載の負荷制御装置。
5. 前記位相制御部および前記無線通信部のそれぞれは、前記ゼロクロス信号に基づいて通信を行うシリアル通信回路を有する
   請求項１～４のいずれか１項に記載の負荷制御装置。
6. 前記無線通信部は、前記位相制御部が前記スイッチング部を導通から非導通へ、または非導通から導通へ切り替えるタイミングと重ならないように、前記無線信号に含まれる前記負荷制御情報を前記位相制御部に出力する
   請求項１～５のいずれか１項に記載の負荷制御装置。

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