JPH0886455A - ヒータ負荷接続切換え装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な回路構成で、短絡事故を起こすことな
くヒータを直列接続と並列接続と一方のヒータ負荷のみ
の通電にに切り替えることのできるヒータ負荷接続切換
え装置を提供する。 【構成】 交流電源１に、第１の半導体電力制御素子３
を介して第１のヒータ負荷２と第２のヒータ負荷４とを
直列に接続した回路を接続し、第１のヒータ負荷２と第
１の半導体電力素子３との直列回路に、第２の半導体電
力制御素子５を並列に接続し、第２のヒータ負荷４と第
１の半導体電力制御素子３との直列回路に、第３の半導
体電力制御素子６を並列に接続し、制御手段７によっ
て、第１のヒータ負荷２及び第２のヒータ負荷４を、直
列接続、並列接続、又はいずれか一方のみに通電するよ
うに前記半導体電力制御素子３，５，６を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はヒータ負荷接続切換え装
置に関し、更に詳細には、電気カーペットなどの暖房具
の２個のヒータ負荷を直列、並列又はいずれか一方を単
独使用するように切り換える装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電気カーペットは、従来から各種の目的
で発熱量を調節できるようにしている。例えば特開昭６
３−１８１２８５号公報は、電気カーペットの同じ発熱
面に発熱容量が異なる複数のヒータを配置し、これらの
ヒータを択一的に切り替える切替え手段を設け、通常は
低発熱容量のヒータに切り替え、発熱面の温度が低い暖
房開始時、及び、外気温度が低くなるなどして暖房中に
ヒータのオン時間が長くなったときに、高発熱容量のヒ
ータに切り替えるようにした電気暖房装置を開示してい
る。

【０００３】しかしながら、前記公報に記載の電気暖房
装置は、同一発熱面に発熱量の異なる複数のヒータを設
けるために配線が複雑となり、部品点数が増加し、しか
も、製造管理などの工数が上昇するという問題がある。
そこで、２畳相当以上の暖房面積の電気カーペットは、
発熱面を２分し、それぞれの発熱面に同じ発熱容量のヒ
ータを配置したものが従来から使用されている。

【０００４】そして、前記発熱面を２分し、それぞれに
ヒータを配置する電気カーペットにおいて、暖房開始時
には２つのヒーターを並列接続し、温度が上昇するとリ
レーを作動させてヒータを直列に接続して消費電力を少
なくすると共に、ヒータのオン時間を長くするようにし
た電気カーペットが実開平３−８９３１５号公報に開示
されている。しかしながら、この公報に記載された回路
は、直・並切替えリレーの直列側の極を、前記リレーの
一方に接続するため、直・並切替えリレーが順調に作動
しないと電源が短絡されるという問題がある。

【０００５】その他複数のヒーターを直列・並列に接続
して発熱量を調節する手段を開示したものとして、例え
ば実開昭５７−１０５５１０号公報には、電気毛布や電
気カーペットにおいて、通電初期の温度立ち上がりを速
めるために、同一面を２本の抵抗線で暖めるように配置
し、タイマーで作動するリレーによって、通電初期に前
記抵抗線を並列に接続し、一定の時間経過後に直列に切
り換えるようにした手段が開示されている。したがっ
て、この公報に記載された手段を用いると、２分した各
発熱面にそれぞれ２本の発熱線とリレーとを配置する必
要があり、部品点数が増加し、コストが上昇するという
問題がある。

【０００６】また特開昭６０−１１１８２９号公報に
は、電気カーペットを２分し、それぞれの発熱面に発熱
線を配置し、各発熱線の両端に切替えスイッチを接続
し、いずれか一方の発熱線のみ通電したり、２本の発熱
線を並列に接続して発熱量を多くしたり、直列に接続し
て発熱量を低下させたりする手段が開示されている。し
かしながらこの公報に記載された手段は、２つの切替え
スイッチの端子選択によっては電源がショートするとい
う問題がある。

【０００７】これに対して実開昭６２−１４４０８９号
公報には、２本の発熱線で１本のヒーター線を形成し、
３つのリレー接点を一斉に切り換えるリレーにより２本
の発熱線を直列又は並列に切り換えるようにした手段を
開示している。しかしながらこの公報に記載された手段
は、２分した発熱面を択一的に選択したり、発熱量を大
小に切り換える手段が開示されていない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで周知のよう
に、現在は、各種の電化製品が普及するに至り、一住居
当たりの電力消費量が増加している。前記電化製品のう
ち比較的消費電力の大きい家庭電化製品として、電気カ
ーペット、電子オーブン、大型テレビなどがあり、これ
らを同時に使用する機会が増え、使用電流が一住宅の契
約電流容量を越えブレーカーが作動し停電する機会が増
加するという問題がある。更に、パーソナルコンピュー
タやワードプロセッサなど停電すると、故障や、それま
での作業が消失するおそれのある電子機器が家庭に普及
するに至っている。この場合、電気機器の同時使用を止
めることが好ましいが、家族構成その他の事情で、電気
カーペットの使用を止めることが困難な状況にある場合
がある。

【０００９】そこで、実開平４−８０１３号公報に記載
された先行技術は、カーペット本体を２つに区分し、そ
れぞれの発熱面に同じ発熱容量のヒータを取り付け、全
面を発熱させる場合には前記ヒータを並列接続して電源
に接続し、半分を発熱させる場合には、それぞれ片側の
ヒータだけに電源を接続する電気カーペットにおいて、
他の電流容量の大きい電気器具を同時に使用するため
に、使用電流が契約電流容量を越える場合に、手動スイ
ッチ操作により前記ヒーターを直列に接続して電気カー
ペットの電流を抑えて契約電流容量以下とするものであ
る。

【００１０】しかしながら、この公報に記載された手段
では、スイッチ操作を誤ると電源が短絡されるので、実
際には短絡を回避できる特別スイッチを使用する必要が
あるという問題がある。本発明は、以上説明した種々の
問題を解消するために成されたものであり、簡単な回路
構成で、短絡事故を起こすことなくヒータ負荷を直列接
続、並列接続、及びいずれか一方のヒータ負荷のみ使用
することができるヒータ負荷接続切換え装置を提供する
ことを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めの本発明のヒータ負荷接続切換え装置の構成は、第１
のヒータ負荷と第１の半導体電力制御素子と第２のヒー
タ負荷とを直列に接続した回路を、交流電源に接続し、
前記第１のヒータ負荷と第１の半導体電力素子との直列
回路に、第２の半導体電力制御素子を並列に接続し、第
２のヒータ負荷と第１の半導体電力制御素子との直列回
路に、第３の半導体電力制御素子を並列に接続し、前記
第１、第２及び第３の各半導体電力制御素子をオンオフ
する制御手段を設け、第１のヒータ負荷及び第２のヒー
タ負荷を、直列接続、並列接続、又はいずれか一方のみ
単独に通電するように前記半導体電力制御素子を制御す
るものである。

【００１２】前記半導体電力素子は、例えばトライアッ
クなどの双方向性半導体電力制御素子を用いて実施して
もよく、またサイリスタなどの単方向性半導体電力制御
素子を用いて実施してもよい。また、温度センサに温度
によってインピーダンスを変化させる有機半導体からな
るプラスチック感温体を介して一対の電極を配置した構
造の従来の温度センサは、前記プラスチック感温体に直
流成分が流れると分極作用により温度−インピーダンス
特性の変化により誤差を生じる場合がある。また、単方
向性半導体電力制御素子を使用する場合には、回路の電
圧降下により、温度センサに不平衡交流が印加され、温
度センサに直流成分が流れるおそれがある。したがっ
て、単方向性半導体電力制御素子を使用する場合には、
温度センサとコンデンサとを直列に接続した回路を商用
交流電源に接続し、検出温度に誤差が発生しないように
することが好ましい。

【００１３】

【作用】３個の半導体電力制御素子を使用し、２個のヒ
ータ負荷の通電を直列、並列、又はいずれか一方のヒー
タ負荷のみ通電するように接続を切り換えるようにした
ので、電源の位相レベルで切り換え制御が可能であり、
切換スイッチやリレーによる切り換えより遙に多様な切
り換え制御ができる。例えば、１サイクル中の半波ごと
に２個のヒータ負荷への通電を交互に制御すると電力を
１／２にでき、また機械的接触部分がないので磨耗など
による接触不良のおそれがなく、きめ細かな切り換えが
てき、２個のヒータの温度差を無くすことができ、部品
点数を少なくすることができる。また電源のゼロクロ
ス、又はその近くで半導体電力制御素子を点弧して、ヒ
ータ負荷の通電を制御することにより、回路に過渡電流
を生じさせないでオンオフさせることができ、電波雑音
の発生を防止できる。

【００１４】

【実施例】以下添付の図面を参照して実施例により本発
明を説明する。図１により実施例１のトライアックを使
用したヒータ負荷接続切換え装置の基本回路を説明す
る。図において、交流電源１に、第１のヒータ負荷２、
トライアックからなる第１の半導体電力制御素子３及び
第２のヒータ負荷４を直列に接続した回路を接続し、第
１のヒータ負荷２と第１の半導体電力制御素子３とを直
列に接続した回路に、第２の半導体電力制御素子５を並
列に接続し、ワンチップマイクロコンピュータからなる
制御装置７によって、各半導体電力制御素子３，５，６
を制御するようにした。なお図１に示す符合Ｒは室温セ
ンサである。

【００１５】図２は、図１に示した基本回路を電気カー
ペット８に応用した温度制御回路である。なお、図２に
示す符合９は商用交流電源（図示せず）に接続するため
の電源プラグである。そして前記第１のヒータ負荷２及
び第２のヒータ負荷４は、従来から使用されている抵抗
線を被覆したものであり、同じ発熱容量、例えば３００
Ｗのものを使用し、電気カーペット８を等分に分割した
Ａ区とＢ区とのそれぞれに配置した。なお、前記各半導
体電力制御素子３，５，６のヒータ負荷２，４に対する
接続方法は、図の表現が図１と異なるが、実質的に同じ
である。

【００１６】そして前記Ａ，Ｂ区に跨がって１本の温度
センサ10を第１のヒータ負荷２及び第２のヒータ負荷４
に平行して配置した。温度センサ10は、図３に示すよう
に、芯糸10ａに螺旋状に線状の一次導体10ｂを巻き付
け、その上に塩化ビニールなどの有機半導体からなるプ
ラスチック感温体10ｃを被覆し、その外側から線状の二
次導体10ｄを巻き付け、その外側に絶縁体からなる外皮
10ｅを被覆したものであり、プラスチック感温体10ｃの
インピーダンス変化を、一次導体10ｂと二次導体10ｄと
の間に流れる電流を変化させて温度を検出するものであ
る。なお、印加する前記電圧は交流電圧とし、プラスチ
ック感温体10ｃが分極しないよにする。

【００１７】前記温度センサ10の一次導体10ｂの一方の
端部を、抵抗11を介して電源プラグ９の一方の極に接続
し、他方の端部を分圧抵抗12ａ，12ｂを介して電源プラ
グ９の他方の極（グランドＧ側）に接続し、両端を短絡
させた二次導体10ｄをグランドＧ側に接続して電気カー
ペット８の温度検出回路を形成した。そして分圧抵抗12
ａ，12ｂの分圧点に発生した電圧を、温度信号としてダ
イオード12ｃとコンデンサ12ｄとで形成した整流・平滑
回路を介して制御装置７に入力した。前記プラスチック
感温体10ｃは温度に対し負の温度勾配を有するため、前
記温度信号は、電気カーペット８の温度が高くなるほど
低電圧となる。

【００１８】第１のヒータ負荷２及び第２のヒータ負荷
４の接続の選択は、手動切換スイッチ13によって行うよ
うにした。手動切換スイッチ13は、発熱面をＡ，Ｂ，及
びＡ，Ｂ両方の３通りの選択ができるようにした。な
お、実施例１の制御装置７は、暖房開始、外気温度に応
じて通電時間を制御し、発熱量の調節を行うプログラム
を設けている。

【００１９】半導体電力制御素子３，５，６の点弧は、
それぞれ第１の半導体電力制御素子３を点弧回路P3によ
り、第２の半導体電力制御素子５を点弧回路P1により、
また第３の半導体電力制御素子６を点弧回路P2によりそ
れぞれ行うようにした。各点弧回路P1，P2，P3は、発光
ダイオードＬとホトトライアックＴとからなるホトカプ
ラーで、発光ダイオードＬが導通すると、発光ダイオー
ドの光でホトトライアックが導通し、それぞれ半導体電
力制御素子３，５，６を作動させることができる。

【００２０】制御装置７は、直流電源回路14に接続する
電源端子７ａ、グランド端子７ｂ、交流電源の位相信号
入力端子７ｃ、設定温度入力端子７ｄ、温度信号入力端
子７ｅ、接続切換端子７ｆ、及び各点弧回路P1，P2，P3
と接続する点弧端子７ｇ，７ｈ，７ｉを設けている。前
記位相信号入力端子７ｃは、分圧抵抗15ａ，15ｂの分圧
点に接続されており、前記設定温度入力端子７ｄは、可
変抵抗16のスライド接点端子に接続されている。

【００２１】次に図４により実施例１の接続切り換え動
作を説明する。図４は、上から電源波形、第１のヒータ
負荷２と第２のヒータ負荷４との接続方法、前記点弧回
路P1，P2，P3のパルス出力タイミングと、第１のヒータ
負荷２と第２のヒータ負荷４の通電状況との関係を示し
ている。図４から明らかなように、実施例１の点弧は電
源電圧のゼロクロスに同期して出力し、回路構成要素に
急激に過渡的な電流が流れないようにした。したがっ
て、点弧パルスは半波ごとに出力するようにした。例え
ば、Ａ区には正の半波で通電し、Ｂ区には負の半波で通
電することにより、第１のヒータ負荷２と第２のヒータ
負荷４とを同時に半分の電力に制御することができる。

【００２２】また第１の半導体電力制御素子のみを点弧
すれば、第１のヒータ負荷２と第２のヒータ負荷４とが
直列接続されて通電されるので、負荷抵抗が並列のとき
の４倍となり電力が１／４となる。このように多様な制
御を容易に行うことができる。したがって、暖房開始時
期の温度立ち上げのワット数を大きくし、室温の高低、
設定温度の高低によりワット数をフル電力、１／２電
力、１／４電力の高・中・低３段に切り換えるなどの制
御を行うことができる。

【００２３】図５は実施例２のヒータ負荷接続切換え回
路であり、各半導体電力制御素子３，５，６に単方向性
半導体素子、例えばサイリスタを使用し、点弧用素子に
発光ダイオードを発光させることにより導通するホトト
ランジスタとダイオードを使用し、温度センサ10に直列
にコンデンサ17を直列接続し、第１のヒータ負荷２及び
第２のヒータ負荷４のワット数を４００Ｗのものを使用
した外は実施例１と同様に形成した。したがって、同様
の部材には同じ符合を付し説明を省略する。

【００２４】図６に示す動作図により実施例２の接続切
り換え動作を説明する。実施例２は半導体電力制御素子
３，５，６に単方向性素子を使用したために、片サイク
ルのみの通電時は回路の電圧降下により温度センサに不
平衡交流が印加されるおそれがあるので、直流成分除去
用のコンデンサ17を温度センサと直列に接続した。実施
例２の制御態様数は、実施例１の場合より少なくなって
いるものの、電源電圧サイクルの位相レベルで接続切り
換え制御ができるため、リレーなどの機械的スイッチを
用いる場合より遙にきめこまやかな多様な切り換え制御
を行うことができる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明のヒータ負荷
接続切換え装置は、２個のヒータ負荷の接続切り換えを
３個の半導体電力制御素子によって行うようにしたので
以下の効果が得られる。 電源の位相レベルで接続切り換え制御を行うことが
可能となり、機械的スイッチを用いるより遙にきめこま
やかで温度差がなく、しかも多様な切り換えが可能であ
る。したがって、発熱容量を大きくして暖房初期の温度
立ち上がりを速くしたり、外気温の上下により、発熱容
量を調節したり、契約電流超過のおそれのある場合に、
電気カーペットの発熱面積を小さくすることなく発熱容
量を低下させるなどの調節が可能である。

【００２６】 電源のゼロクロス、又はその近くの時
点でヒータ負荷の接続切り換えを行うことができるの
で、接続切り換え時に、回路に過渡的電流が発生するお
それがなく、電波雑音の無い切り換えができる。 無接点スイッチを用いたので磨耗などによる接触不
良のおそれがない。 部品点数を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１のヒータ負荷接続切換え装置
の基本回路である。

【図２】図１の基本回路を用いた電気カーペットの温度
制御回路図である。

【図３】図２に使用した温度センサの構造を説明するた
め一部を破断して示した斜視図である。

【図４】実施例１の動作説明図である。

【図５】本発明の実施例２のヒータ負荷接続切換え装置
を用いた電気カーペットの温度制御回路図である。

【図６】実施例２の動作説明図である。

【符号の説明】 １ 交流電源 ２ 第１のヒータ
負荷 ３ 第１の半導体電力制御素子 ４ 第２のヒータ
負荷 ５ 第２の半導体電力制御素子 ６ 第３の半導体
電力制御素子 ７ 制御装置 ８ 電気カーペッ
ト 10 温度センサ P1 点弧回路 P2 点弧回路 P3 点弧回路 Ｔ トリガーダイオード

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１のヒータ負荷と第１の半導体電力制
   御素子と第２のヒータ負荷とを直列に接続した回路を、
   交流電源に接続し、前記第１のヒータ負荷と第１の半導
   体電力素子との直列回路に、第２の半導体電力制御素子
   を並列に接続し、第２のヒータ負荷と第１の半導体電力
   制御素子との直列回路に、第３の半導体電力制御素子を
   並列に接続し、前記第１、第２及び第３の各半導体電力
   制御素子をオンオフする制御手段を設け、第１のヒータ
   負荷及び第２のヒータ負荷を、直列接続、並列接続、又
   はいずれか一方のみ単独に通電するように前記半導体電
   力制御素子を制御するヒータ負荷接続切換え装置。
2. 【請求項２】 前記半導体電力制御素子が双方向性半導
   体電力制御素子である請求項１記載のヒータ負荷接続切
   換え装置。
3. 【請求項３】 前記半導体電力制御素子が単方向性半導
   体電力制御素子である請求項１記載のヒータ負荷接続切
   換え装置。
4. 【請求項４】 温度によってインピーダンスを変化させ
   る有機半導体からなるプラスチック感温体を介して一対
   の電極を配置した温度センサとコンデンサとを直列に接
   続した回路を商用交流電源に接続し、前記プラスチック
   感温体を貫通して直流電流が流れないように形成した請
   求項３記載のヒータ負荷接続切換え装置。