JPH09311729A

JPH09311729A - 電力制御装置

Info

Publication number: JPH09311729A
Application number: JP8130398A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Takami; 宏之高見; Yukimasa Ohira; 幸正大平; Motohiro Kageyama; 素寛陰山; Yoshitaka Hashimoto; 良孝橋本; Yoshiki Shimokaze; 芳樹下風
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1996-05-24
Filing date: 1996-05-24
Publication date: 1997-12-02
Anticipated expiration: 2016-05-24
Also published as: JP3567612B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電源電圧や電源周波数の変動による負荷への供
給電力の変動を防止する。【解決手段】調光装置ＡはトライアックＱ₁…の位相角
を調整することで位相制御を行って照明負荷Ｌ₁…を調
光する。同期回路２₁…は交流電源電圧を取り込んでゼ
ロクロスに同期した同期信号を出力する。トライアック
Ｑ₁…のスイッチング制御を行うゲート制御回路１₁…
は、操作部３からの入力信号と同期信号によって制御信
号を作成する。ゲート制御回路１₁…はトライアックＱ
₁…の導通期間における交流電源電圧の実効値を求める
積分器７と、得られた実効値と入力信号とから予め与え
られた関数に従って電源電圧が正常である場合の実効値
と実際の実効値とが略一致するような制御信号を出力す
る関数部９とを備える。よって、電源電圧や電源周波数
の変動による負荷への供給電力の変動を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子のスイ
ッチング動作によって交流電源の交流出力を断続して負
荷への供給電力の制御を行う電力制御装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子のスイッチング動
作によって交流電源の交流出力を断続して負荷への供給
電力の制御を行う電力制御装置は、例えば照明負荷に供
給する電力を調整することで調光を行う調光装置などに
広く利用されている。図２１は電力制御装置を用いた調
光装置Ａ’の従来例を示しており、変圧器を有する受電
端Ｕからの３相４線の配線Ｗ₁〜Ｗ₄と複数の照明負荷
Ｌ₁〜Ｌ₄の間に挿入され、Ｒ，Ｓ，Ｔの各相毎あるい
は各相を連動させて照明負荷Ｌ₁〜Ｌ ₄への電力制御
（調光制御）を行うものである。

【０００３】また、この調光装置Ａ’は負荷端の短絡時
に回路を保護するためのブレーカ（図示せず）、フィル
タ用のチョークコイル（図示せず）、スイッチング動作
を行う半導体素子たる双方向サイリスタ（トライアッ
ク）Ｑ₁〜Ｑ₄を備え、操作部２からの入力信号に基い
て各ゲート制御回路５０₁〜５０₄がトライアックＱ₁
〜Ｑ₄のゲートに制御信号を与えてスイッチング動作さ
せ、単位時間当たりのトライアックＱ₁〜Ｑ₄の導通時
間を制御することで受電端Ｕから照明負荷Ｌ₁〜Ｌ₄に
供給される電力を制御する、所謂位相制御方式のもので
ある。ここで、サイリスタやトライアックなどの半導体
素子は耐量が大きいため、負荷端の短絡事故発生時には
ブレーカなどで回路を遮断すれば回路素子の保護が可能
であり、また、サイリスタやトライアック等の半導体素
子が受電端Ｕからの交流出力の半サイクルごとにしかオ
ン・オフのスイッチング制御ができないため、電気的雑
音の発生防止あるいはオン・オフ時の回路素子への負担
を軽減する等の目的からフィルタ用のチョークコイルが
必要とされる。

【０００４】調光装置Ａ’には各相電圧のゼロクロスに
同期した同期信号を出力する同期回路２₁〜２₃が設け
てある。この同期回路２₁…は各相の配線Ｗ₁〜Ｗ₃か
ら取り込んだ相電圧を全波整流する整流回路４と、所定
の基準電圧を発生する基準電圧源５と、整流後の脈流電
圧を上記基準電圧と比較して相電圧のゼロクロスに同期
した同期信号を出力する比較器６とを備え、出力される
同期信号はそれぞれゲート制御回路５０₁〜５０₄に与
えられる。

【０００５】ここで、調光装置Ａ’の動作を図２２の波
形図を参照して説明すると、相電圧Ｖｉを全波整流した
脈流電圧Ｖ₁と基準電圧Ｖｒとが比較器６において比較
され、相電圧Ｖｉのゼロクロス近傍の脈流電圧Ｖ₁が基
準電圧Ｖｒを下回る期間に比較器６からパルス状の同期
信号Ｖｔが出力される。ゲート制御回路５０₁…では、
同期回路２₁…から入力される同期信号Ｖｔに基づくタ
イミングで、操作部３からの入力信号に応じた所定の期
間だけトライアックＱ₁…を導通させるようにゲートに
制御信号を出力する。その結果、調光装置Ａ’から照明
負荷Ｌ₁…への出力電圧Ｖ₀は位相制御された波形とな
る。なお、トライアックＱ₁…が導通している期間Ｔ₀
は操作部３からの入力信号の大きさによって決定され
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来例
においては、電源周波数や電源電圧の変動に対して、整
流回路４から出力される脈流電圧Ｖ₁を平滑した直流電
圧のレベルに応じて基準電圧源５から出力される基準電
圧Ｖｒを調整し、電源電圧（相電圧Ｖｉ）が低い場合に
はトライアックＱ₁…の導通期間を長く、反対に高い場
合には導通期間を短くすることにより、照明負荷Ｌ₁…
に供給される出力電圧Ｖ₀に対する電源電圧変動の影響
を相殺するように出力電圧Ｖ₀を補正している。但し、
このような補正が可能となるのは、配線Ｗ₁…から取り
込んだ電源電圧波形が正常な正弦波である場合だけであ
る。

【０００７】すなわち、受電端Ｕの変圧器から調光装置
Ａ’までの配線Ｗ₁…の配線長が長い場合や、負荷の容
量に対して変圧器の容量が十分でない場合などでは、受
電端Ｕの２次側の相電圧が正常な正弦波であっても、調
光装置Ａ’に取り込まれた時には図２３に示すように相
電圧Ｖｉの波形に歪が生じて非対称になってしまうこと
がある。このような場合には、整流回路４から出力され
る脈流電圧Ｖ₁も歪んでしまうから、結局、同期回路２
₁…において相電圧Ｖｉのゼロクロスを正しく検出する
ことができず、本来のゼロクロスから位相がずれた同期
信号Ｖｔ’が出力されてトライアックＱ₁…のスイッチ
ングのタイミングが狂ったり、同期信号Ｖｔ’のパルス
幅がずれることで所定の出力が得られなくなり、照明負
荷Ｌ₁…の場合にはちらつきや立ち消えなどの現象が生
じるという問題があった。

【０００８】本発明は上記問題点の解決を目的とするも
のであり、電源電圧や電源周波数の変動による負荷への
供給電力の変動を防止した電力変換装置を提供しようと
するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
目的を達成するために、交流電源から負荷への給電路に
挿入されて給電路を断続するスイッチング動作を行う半
導体素子と、入力信号に応じて半導体素子の導通期間を
決定する制御信号を出力する制御手段とを備えた電力制
御装置において、給電路の交流電源近傍から取り込んだ
交流電源電圧のゼロクロスに同期した同期信号を発生す
る同期信号発生手段を具備し、半導体素子の導通期間に
おける交流電源電圧の実効値を求める実効値演算部と、
予め与えられる関数に基づいて入力信号と交流電源電圧
の実効値とから所定の負荷供給電力が得られるような制
御信号を求める関数部とを制御手段に備えて成るもので
あり、交流電源電圧を交流電源近傍から取り込むことで
交流電源からの配線長に起因する交流電源電圧の波形歪
の影響を抑制することができ、また、このようにして取
り込まれた交流電源電圧の実効値に基づいて予め与えら
れる関数により入力信号に応じた負荷供給電力が得られ
るような制御信号を求めることにより、交流電源電圧の
変動があっても常に関数部の関数によって決まる電力、
すなわち入力信号に応じた理想的な電力を負荷に供給す
ることができ、その結果、電源電圧や電源周波数の変動
による負荷への供給電力の変動を防止できる。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、少なくとも半導体素子と制御手段並びに同期信号発
生手段を構成する回路部品とを回路基板に実装し、トロ
イダル形状のコアを有し半導体素子のスイッチング動作
によるノイズを除去するチョークコイルを回路基板の外
周縁を囲むように設けて成るものであり、チョークコイ
ルを回路基板に実装するスペースが不要となり、他の回
路部品の実装場所の自由度を大きくでき、しかも、実装
された状態の回路部品の嵩をチョークコイルの分だけ低
くできるために薄型化並びに小型化が可能となる。

【００１１】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、半導体素子のスイッチング動作によるノイズを除去
するチョークコイルと、給電路に流れる負荷電流あるい
は入力信号の少なくとも一方の時間的変化を検出する検
出手段と、検出手段によって所定レベルを越える急速な
負荷電流あるいは入力信号の時間的変化が検出された場
合にチョークコイルの両端間を短絡するスイッチ要素と
を備えたものであり、チョークコイルに流れる位相制御
された電流の急激な変化あるいは負荷への供給電力量を
決定する入力信号の急激な変化が検出手段によって検出
された場合、スイッチ要素によってチョークコイルの両
端間を短絡することにより、負荷電流や入力信号の急激
な変化によるチョークコイルの唸り音の発生が防止でき
る。

【００１２】請求項４の発明は、請求項１の発明におい
て、半導体素子並びに制御手段、同期信号発生手段が納
装された器体の表面に、制御可能な最大電力量を表示す
る表示手段を設けたものであり、使用者に最大電力量の
情報を与えて過負荷による熱的なトラブルや事故の発生
を防止することができる。請求項５の発明は、請求項１
の発明において、交流電源から負荷への給電路を入切す
るスイッチ手段を備え、外部からの信号によってスイッ
チ手段をオン／オフして成るものであり、外部からの信
号によって集中制御することが可能となり使い勝手の向
上が図れる。

【００１３】請求項６の発明は、請求項１の発明におい
て、断面形状が略矩形で且つ長手方向に沿った厚みを部
分的に厚くして成る巻線をコアの周囲に巻設して成り、
半導体素子のスイッチング動作によるノイズを除去する
チョークコイルを備えたものであり、巻線の強度がアッ
プすることでチョークコイルに通電したときの巻線の振
動を抑制し、チョークコイルから発生する騒音を低減す
ることができる。

【００１４】請求項７の発明は、請求項１の発明におい
て、帯板状の巻線をコアの周囲に巻回するとともに各層
の巻線の間に絶縁性を有する防振材を挟設して成り、半
導体素子のスイッチング動作によるノイズを除去するチ
ョークコイルを備えたものであり、チョークコイルに通
電したときの巻線の振動を抑制し、チョークコイルから
発生する騒音を低減することができる。

【００１５】請求項８の発明は、請求項１の発明におい
て、外周面に巻回される巻線を多点で支持する支持手段
が形成されたコイルボビンをコアの周囲に取着するとと
もにコイルボビンの外周面に巻線を巻回して成り、半導
体素子のスイッチング動作によるノイズを除去するチョ
ークコイルを備えたものであり、チョークコイルに通電
したときの巻線の振動を抑制し、チョークコイルから発
生する騒音を低減することができる。

【００１６】請求項９の発明は、請求項１の発明におい
て、半導体素子並びに制御手段、同期信号発生手段を構
成する回路部品が内部に納装された器体と、回路部品を
冷却する冷却手段と、器体内の雰囲気温度を検出する温
度検出手段と、温度検出手段により検出される雰囲気温
度に応じて冷却手段における冷却能力を可変する冷却制
御手段とを備えたものであり、冷却制御手段によって冷
却手段の不要な電力消費を低減し、冷却手段から発生す
る騒音を抑制することができる。

【００１７】請求項１０の発明は、請求項１の発明にお
いて、垂直方向の上下両端部に吸排気用のファンを備え
たケースの内側に、少なくとも半導体素子と制御手段並
びに同期信号発生手段を構成する回路部品が取り付けら
れる複数枚の取付板を所定の間隙を設けて重ねて配設し
たものであり、回路部品から発する熱を効率的に放熱さ
せると同時に小型化が可能となる。

【００１８】請求項１１の発明は、請求項１の発明にお
いて、負荷端の短絡時に回路を遮断して保護するブレー
カと、少なくとも半導体素子と制御手段並びに同期信号
発生手段を構成する回路部品が取り付けられるインペラ
形状の放熱体と、回転軸を放熱体の軸に略一致させた冷
却用ファンとを備え、ブレーカと放熱体の間に所定の空
隙を設けて冷却用ファンを配設して成るものであり、ブ
レーカが具備する過電流検出用のバイメタルが回路部品
からの放熱で動作し、回路が誤って遮断されるような誤
動作の発生が防止できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】

（実施形態１）図１は本発明の第１の実施形態を示す概
略回路図である。本実施形態も照明負荷を調光する調光
装置に関するものであり、基本的な構成は従来例と共通
するので共通する部分には同一の符号を付して説明は省
略する。

【００２０】本実施形態の調光装置Ａは、受電端Ｕから
各照明負荷Ｌ₁〜Ｌ₄への給電路（配線Ｗ₁〜Ｗ₃）に
挿入された半導体素子たるトライアックＱ₁〜Ｑ₄と、
各トライアックＱ₁〜Ｑ₄のゲートに制御信号を出力す
るゲート制御回路１₁〜１₄と、ゲート制御回路１₁〜
１₄に対して交流電源電圧のゼロクロスに同期した同期
信号を出力する同期回路２₁〜２₃と、ゲート制御回路
１₁〜１₄に対して照明負荷Ｌ₁〜Ｌ₄の調光量を指示
する入力信号を与える操作部３とを備え、操作部３から
の入力信号に基いて各ゲート制御回路１₁〜１₄がトラ
イアックＱ₁〜Ｑ₄のゲートに制御信号を与えてスイッ
チング動作させ、単位時間当たりのトライアックＱ₁〜
Ｑ₄の導通時間を制御することで受電端Ｕから照明負荷
Ｌ₁〜Ｌ ₄に供給される電力を制御して調光を行う、所
謂位相制御方式の電力制御装置である。なお、操作部３
は有線あるいは無線で入力信号をゲート制御回路１₁…
に与えるリモコン操作器のようなものでもよい。

【００２１】同期回路２₁…は、受電端Ｕの近傍の各相
の配線Ｗ₁〜Ｗ₃から取り込んだ相電圧を全波整流する
整流回路４と、所定の基準電圧を発生する基準電圧源５
と、整流後の脈流電圧を上記基準電圧と比較して相電圧
のゼロクロスに同期した同期信号を出力する比較器６と
を備えている。ここで、本実施形態では受電端Ｕの近傍
から相電圧を取り込んでいるため、配線Ｗ₁〜Ｗ₄の配
線長が長い場合であっても常に配線Ｗ₁〜Ｗ₄による影
響を受ける前の波形歪の少ない状態の交流電源電圧を取
り込むことができる。このため、配線Ｗ₁〜Ｗ₄による
影響を受けた後の交流電源電圧を取り込んでいた従来例
に比較して、同期信号に位相ずれが生じることがなくな
るという利点がある。

【００２２】ゲート制御回路１₁…は、同期回路２₁…
の整流回路４から出力された脈流電圧をオペアンプＯＰ
₁を用いて積分して交流電源電圧の実効値を求める実効
値演算部たる積分器７と、トランジスタなどで構成され
て脈流電圧の積分器７への入力を入切するスイッチＳＷ
と、同期回路２₁…からの同期信号に応じたタイミング
にて操作部３からの入力信号に応じたパルス幅のパルス
信号を出力してスイッチＳＷをオン・オフさせるパルス
信号発生回路８と、積分器７で求めた交流電源電圧の実
効値と操作部３からの入力信号とから所定の負荷供給電
力が得られるような制御信号を求めてトライアックＱ₁
…のゲートに出力する関数部９とを備えている。ここ
で、積分器７にはトライアックＱ₁…の導通期間に対応
した期間にのみスイッチＳＷを介して脈流電圧が入力さ
れるため、積分器７から出力される実効値はトライアッ
クＱ₁…の導通期間における交流電源電圧の実効値とな
る。

【００２３】一方、関数部９は２つのオペアンプＯ
Ｐ₂，ＯＰ₃を具備し、図２に示すような交流電源電圧
Ｖｉが正常な正弦波である場合の入力信号と交流電源電
圧の実効値との関係を決める関数が予め設定されてお
り、この関数から求められる入力信号に対応した交流電
源電圧の実効値と、積分器７から入力される実際の交流
電源電圧の実効値とを比較し、その結果から交流電源電
圧が正常な正弦波である場合の実効値と実際の実効値と
が略一致するような制御信号を作成してトライアックＱ
₁…の導通角を制御している。すなわち、図３（ａ）に
示すように交流電源電圧Ｖｉに波形歪が生じた場合であ
っても、実際の交流電源電圧の実効値が上記関数により
求められる正常時の実効値と略一致するように、ゲート
制御回路１₁…において制御信号のパルス幅が補正さ
れ、照明負荷Ｌ₁…には操作部３からの入力信号に応じ
た電圧Ｖ₀が常に安定して供給される（同図（ｃ）参
照）。そのため、施工や電源の仕様が原因で発生する非
対称な電源歪に対し、ゲート制御回路１₁…の誤動作を
防止でき、且つ出力の安定化が図れる。

【００２４】ところで、本実施形態の調光装置Ａは、図
４（ａ）（ｂ）に示すように１回路分のトライアックＱ
₁…等の回路部品が平板状の取付板１０に取り付けられ
てキャビネットＣＢの内部に多数個が収納配置されるも
のであり、主に多数の照明負荷Ｌ₁…を調光するための
大容量型のものである。なお、図１の概略回路図では図
示を省略した回路保護用のブレーカＢやフィルタ用のチ
ョークコイルＣＨも取付板１０に取り付けてある。この
チョークコイルＣＨは、従来例でも説明したように、ト
ライアックＱ₁…が交流電源電圧の半サイクルごとにし
かオン・オフできないことによる電気的雑音の発生防止
あるいはオン・オフ時の回路素子への負担を軽減する等
の目的で設けられているものである。チョークコイルＣ
Ｈは、トロイダル形状あるいは円筒形状のコアの周囲に
断面形状が円形又は矩形の導体から成る巻線を巻回して
構成されているが、トライアックＱ₁…によって位相制
御され急峻に変化する電流が巻線に流れるため、電磁的
な力によって巻線自体が振動して唸り音を発生する。

【００２５】そこで、図５（ｂ）に示すように導電性材
料を圧延機によって帯板状に圧延して巻線を形成する際
に、圧延機のローラの片側あるいは両側に巻線の長手方
向に沿った溝を設けておき、巻線１１の片側面（あるい
は両側面）に凹凸を形成し巻線１１の長手方向の厚みを
部分的に厚くするようにすれば、巻線１１の強度を上げ
て上記のような巻線の振動による唸り音の発生を抑制す
ることができる。このように形成された巻線１１は矩形
枠状のコア１３に取着されたボビン１２の回りに巻回さ
れてチョークコイルＣＨが形成される。

【００２６】また、巻線の振動を抑制する他の構造とし
て、図６に示すように若干幅広の帯板状に形成された巻
線１４を円柱状のコア１６の周囲に巻回してチョークコ
イルＣＨを形成する際に、ウレタンなどの絶縁性を有す
る防振材１５を同時に巻回して巻線１４の各層の間に防
振材１５を挟設してもよい。なお、この場合にはインダ
クタンスは巻線１４の巻数を増やすことで大きくし、さ
らに巻線１４の巻初めと巻終りの両端には電極１７を接
続する。このように、巻線１４の間に防振材１５を挟設
することにより、巻線１４の振動を防振材１５によって
抑制することができる。

【００２７】あるいは、他の振動抑制構造として、コア
１９に取着されるボビン１８の外周面に多数の突起１８
ａを突設し、この突起１８ａの上に巻線２０を巻回して
チョークコイルＣＨを形成するものもある。すなわち、
巻線２０をボビン１８の外周面に突設された多数の突起
１８ａにて多点で支持することにより、巻線２０の振動
を抑制して唸り音の発生が防止できるものである。

【００２８】ところで、一般に電力制御装置における回
路部品からの発熱量は負荷の使用状況（電力制御装置か
らの出力電流）によって大幅に変化するが、従来は図４
に示すように金属製の取付板１０を放熱板に利用して放
熱を促進させるとともに、キャビネットＣＢの上部に配
設された冷却用のファン等を用いてキャビネットＣＢ内
の空気を循環させて回路部品を冷却するようになってい
た。

【００２９】これに対して、図８に示すように１回路分
のトライアックＱ₁…やブレーカＢあるいはチョークコ
イルＣＨ等の回路部品が実装されたプリント基板ＰＢ
を、複数枚が所定の間隙を設けて重ねられた取付板２１
₁，２１₂に取り付けるとともに、垂直方向の上下両端
部２２ａ，２２ｂに吸排気用のファン２３₁，２３₂が
取着されたケース２２の内部に取付板２１₁…を納装す
れば、ファン２３₁，２３₂を駆動することでケース２
２の内部において上方へ送風することにより、複数の取
付板２１₁，２１₂の間に設けられた間隙の間を通風し
て、放熱板を兼ねる取付板２１₁…から放射された熱が
効率良くキャビネットＣＢの上部へ排出され、結果的に
多数の回路部品の放熱を一括して効率よく行うことがで
きる。

【００３０】また、ブレーカＢには回路素子を確実に保
護するために高速で動作する所謂高速遮断品を使用して
いるが、過電流の検出用に内部に設けられたバイメタル
が上記回路部品から放射される熱によって誤動作してブ
レーカＢの不要な遮断を招くことがあるが、図９に示す
ように金属製平板状の放熱板２４ａ…をその一辺を軸と
して互いに連結することで断面羽根型のインペラ形状と
した放熱体２４の各放熱板２４ａ…に、チョークコイル
ＣＨやトライアックＱ₁…並びに各回路を構成する回路
部品などを実装し、冷却用ファン２５をその回転軸が放
熱体２４ａの軸に略一致するように取り付けるととも
に、図１０に示すようにブレーカＢと放熱体２４の間に
所定の空隙２６を設け、この空隙２６を冷却用ファン２
５の吸気口とすることにより、熱を発する回路部品とブ
レーカＢとが上記空隙２６によって隔離され、上述のよ
うなブレーカＢの誤動作が防止できる。なお、各放熱板
２４ａ…は放熱効果を高めるために多数のフィン２４ｂ
が突設してある。

【００３１】ところで上記の各ファンは、電源投入と連
動あるいは設置場所の温度検知と連動してオン・オフさ
れることが多いが、回路部品からの発熱量が負荷の使用
状況によって大幅に変化するので、負荷の稼働率によっ
ては冷却が不要な場合であってもファンが駆動され、余
計な電力が消費されたり騒音が生じるなどの不具合が生
じている。

【００３２】そこで、冷却用ファン２５を回転させるフ
ァンモータＭを図１１に示すような回路にて駆動し、不
要な電力消費や騒音の発生を防止することができる。こ
の回路は、直流電源Ｅの両端に互いに並列接続されたフ
ォトトラジスタＴｒ₁，Ｔｒ ₂と直列に直流モータから
成るファンモータＭと逆流阻止用のダイオードＤ₁の並
列回路を接続するとともに、所定の温度を越えた場合に
オンする温度検出素子ＴＨ₁，ＴＨ₂と発光ダイオード
ＬＤ₁，ＬＤ₂の直列回路を互いに並列に直流電源Ｅの
両端に接続して構成される。なお、フォトトラジスタＴ
ｒ₁と発光ダイオードＬＤ₁及びフォトトランジスタＴ
ｒ₂と発光ダイオードＬＤ₂にて各々フォトカプラが形
成されている。また、温度検出素子ＴＨ₁，ＴＨ₂は、
例えば雰囲気温度によって変化するサーミスタの抵抗値
が所定のしきい値になったときに接点が閉成されるもの
であって、それぞれ異なるしきい値が設定されている。
すなわち、この回路構成においては、雰囲気温度に応じ
て各温度検出素子ＴＨ₁，ＴＨ₂が順次オンとなり、フ
ァンモータＭに供給される電力を段階的に変化させるこ
とができ、このため、雰囲気温度に応じた冷却が可能と
なり、余計な電力が消費されたり騒音が生じるなどの不
具合が防止できる。あるいは、サーミスタの抵抗値変化
に応じた直流出力をアンプにて増幅し、それをファンモ
ータの駆動用電源として用いるようにしてもよい。この
場合には、雰囲気温度があまり上昇しておらずアンプか
らの出力電圧が出力が殆ど無いときにも、ファンを安定
して回転させることが可能な最小の電圧が印加されるよ
うにしておけばよい。

【００３３】（実施形態２）図１２は本発明の第２の実
施形態を示す外観図、図１３は同じく本実施形態の概略
回路図である。本実施形態は、回路部品が納装された合
成樹脂製の器体２７の前面に、操作部３を構成する可変
抵抗器の操作つまみ２８と、白熱灯のような照明負荷Ｌ
への電源供給を入切する入切スイッチの操作ハンドル２
９とが露設されている。なお、この器体２７は、ＪＩＳ
（日本工業規格）等において規格化されている大角形３
個用の取付枠に３個まで取り付けることができる単位寸
法の配線器具の３個分（３個モジュールという）の寸法
に対応して形成されており、壁の内側に埋め込まれたス
イッチボックスに上記取付枠を用いて取り付けられ、壁
に埋込配設されるものである。なお、３０は器体２７の
周囲を覆う化粧枠である。

【００３４】図１３に示すように、交流電源ＡＣと照明
負荷Ｌが直列に接続される端子Ｔ₁，Ｔ₂間にはトライ
アックＱ₁とフィルタ用のチョークコイルＣＨとが直列
に接続されている。トライアックＱ₁のゲートに制御信
号を与えてスイッチング制御を行うゲート制御回路３１
は、端子Ｔ₁，Ｔ₂間に印加される交流電源ＡＣの交流
電源電圧を取り込んでそのゼロクロスを検出し、可変抵
抗から成る操作部３２より入力される入力信号に応じた
電力を照明負荷Ｌに供給するようにトライアックＱ₁の
導通期間を制御する。

【００３５】一方、本実施形態においては、操作部３２
からの入力信号を微分する微分器３３と、微分器３３の
出力信号を基準電圧源３４から出力される基準電圧と比
較する比較器３５と、比較器３５の出力に応じてチョー
クコイルＣＨの両端に並列接続されたトライアックから
成るスイッチング素子Ｑ₀のスイッチング制御を行う制
御回路３６とを備えている。すなわち、実施形態１でも
説明したように、チョークコイルＣＨに位相制御された
電流を通電することで電磁的な力が生じ、チョークコイ
ルＣＨの巻線が振動して唸り音が発生するが、このよう
な唸り音のうちで定常的に発生する音はある程度許容さ
れるものの、調光量を変える場合のように操作部３２か
らの入力信号が急激に変化する際には音の大きさが急変
するために唸り音が特に大きく、著しく不快に感じられ
ることがある。そこで、本実施形態では上記のような入
力信号の急激な変化を微分器３３において検出し、比較
器３５において微分器３３の出力を基準電圧と比較して
この基準電圧を越えたときに制御回路３６からスイッチ
ング素子Ｑ₀のゲートにトリガ信号を出力して、スイッ
チング素子Ｑ₀によってチョークコイルＣＨの両端間を
短絡させている。これにより、入力信号が急激に変化し
た場合にはチョークコイルＣＨには一時的に電流が流れ
なくなり、上述のような比較的に大きな唸り音が発生す
るのを防止できるのである。なお、チョークコイルＣＨ
の両端間を短絡させる手段としては、他に半導体スイッ
チあるいはその組み合わせ、あるいはリモコンスイッ
チ、リモコンリレー並びにリモコンブレーカ等の種々の
ものが使用可能である。

【００３６】ところで、フィルタ用のチョークコイルＣ
Ｈの特性はコアの断面積と巻線の巻数に依存するため、
小型化が困難である。また、操作部３２に用いられる可
変抵抗器はその操作つまみ２８が器体２７の前面の略中
央に配置されるように回路基板のほぼ中央に実装される
ことが多い。つまり、大型部品であるチョークコイルＣ
Ｈ及び可変抵抗器がともに回路基板に実装されるため、
装置全体の小型化が容易に行えない。

【００３７】そこで、図１４に示すように可変抵抗器Ｖ
Ｒや他の回路部品が実装された矩形のプリント基板３６
の外周縁を囲むようにトロイダル形状のコア３７を設
け、このコア３７の周囲に巻線３８を巻回してチョーク
コイルＣＨを形成すれば、プリント基板３６の実装面に
はチョークコイルＣＨを実装するためのスペースが不要
となり、他の回路部品を実装する場所の自由度を大きく
することができる。しかも、実装された状態の回路部品
の嵩をチョークコイルＣＨの分だけ従来例よりも低くで
き、且つコア３７の断面積も巻線３８の巻数も十分に確
保することができるため、チョークコイルＣＨの特性を
損なわずに薄型化及び小型化が可能となる。

【００３８】また、本実施形態のような調光装置におい
ては、取付枠を用いて金属製のスイッチボックスに取り
付けられるとともに１つの照明負荷Ｌを制御することを
基準に設計されているため、樹脂製のスイッチボックス
に取り付けられる場合や、図１５に示すように通常の取
付枠を左右に２個連接させるような場合には、器体２
７’内で生じる回路部品の発熱を考慮して制御可能な最
大負荷容量を軽減する必要がある。すなわち、金属製の
スイッチボックスに取り付けて単体で使用する標準状態
での最大負荷容量（定格容量）が５００Ｗとすれば、樹
脂製のスイッチボックスに取り付けて単体で使用する場
合及び金属製のスイッチボックスに取り付けて連接して
使用する場合には各々４００Ｗ、樹脂製のスイッチボッ
クスに取り付けて連接して使用する場合には２５０Ｗに
それぞれ最大負荷容量が制限される。ところが、従来は
このような各種条件における最大負荷容量の低減に関し
ては施工時の作業を説明した所謂施工説明書に記載され
ているのみであり、器体２７には通常の定格容量しか記
載されていなかった。そのため、誤った状態で使用され
た場合には過負荷による熱的なトラブルや事故が起こる
可能性があった。

【００３９】そこで、上記のようなトラブルや事故の発
生を未然に防止するため、器体２７の前面の操作つまみ
２８の下側に収納凹所３９を設け、この収納凹所３９に
所定の最大負荷容量が表示されたラベル４０をスライド
させて着脱自在に装着できるようにする。これにより、
使用状況に応じた最大負荷容量（最大電力量）の情報を
使用者に与えて過負荷による熱的なトラブルや事故の発
生を防止することができる。なお、表面に最大負荷容量
が表示され且つ裏面に粘着テープが付設されたラベルを
器体２７の前面に貼着するようにしてもよい。

【００４０】（実施形態３）上記実施形態２でも説明し
たように、交流電源ＡＣから負荷（例えば、照明器具Ｆ
Ｌ…）への給電路を入切する入切スイッチＳＷ₀を備え
た調光装置があるが（図１７及び１８参照）、このよう
な調光装置を従来周知の遠隔制御システムなどに組み込
んで、システムの中央処理装置からの時分割多重の制御
信号によって照明器具ＦＬ…のオン・オフを行ったり多
数の調光装置を集中制御しようとした場合に、調光装置
が具備する入切スイッチＳＷ₀がオフにされていると中
央処理装置からの遠隔制御が行えないという不都合があ
った。

【００４１】そこで、本実施形態では、図１９に示すよ
うに入切スイッチが挿入されていた接点間を短絡する部
品（図示せず）を具備するとともに、遠隔制御システム
の制御信号によってオン・オフされるスイッチＳＷ₂〜
ＳＷ₄を適宜箇所に設け、器体２７の前面には操作ハン
ドル２９の代わりに操作ハンドル２９が露出されていた
開口部を塞ぐ蓋４１を取着している（図２０参照）。な
お、上記短絡部品の代わりに照明器具ＦＬの点灯／消灯
の状態を表示する所謂パイロットランプを接続するよう
にしてもよい。

【００４２】上述のように本実施形態によれば、器体２
７のデザイン等を変更することなしに遠隔制御システム
への対応が可能となり、入切スイッチＳＷ₀がオフにさ
れているために中央処理装置からの遠隔制御が行えない
というような不具合の発生が防止できる。

【００４３】

【発明の効果】請求項１の発明は、交流電源から負荷へ
の給電路に挿入されて給電路を断続するスイッチング動
作を行う半導体素子と、入力信号に応じて半導体素子の
導通期間を決定する制御信号を出力する制御手段とを備
えた電力制御装置において、給電路の交流電源近傍から
取り込んだ交流電源電圧のゼロクロスに同期した同期信
号を発生する同期信号発生手段を具備し、半導体素子の
導通期間における交流電源電圧の実効値を求める実効値
演算部と、予め与えられる関数に基づいて入力信号と交
流電源電圧の実効値とから所定の負荷供給電力が得られ
るような制御信号を求める関数部とを制御手段に備えて
成るので、交流電源電圧を交流電源近傍から取り込むこ
とで交流電源からの配線長に起因する交流電源電圧の波
形歪の影響を抑制することができ、また、このようにし
て取り込まれた交流電源電圧の実効値に基づいて予め与
えられる関数により入力信号に応じた負荷供給電力が得
られるような制御信号を求めることにより、交流電源電
圧の変動があっても常に関数部の関数によって決まる電
力、すなわち入力信号に応じた理想的な電力を負荷に供
給することができ、その結果、電源電圧や電源周波数の
変動による負荷への供給電力の変動を防止できるという
効果がある。

【００４４】請求項２の発明は、少なくとも半導体素子
と制御手段並びに同期信号発生手段を構成する回路部品
とを回路基板に実装し、トロイダル形状のコアを有し半
導体素子のスイッチング動作によるノイズを除去するチ
ョークコイルを回路基板の外周縁を囲むように設けて成
るので、チョークコイルを回路基板に実装するスペース
が不要となり、他の回路部品の実装場所の自由度を大き
くでき、しかも、実装された状態の回路部品の嵩をチョ
ークコイルの分だけ低くできるために薄型化並びに小型
化が可能となるという効果がある。

【００４５】請求項３の発明は、半導体素子のスイッチ
ング動作によるノイズを除去するチョークコイルと、給
電路に流れる負荷電流あるいは入力信号の少なくとも一
方の時間的変化を検出する検出手段と、検出手段によっ
て所定レベルを越える急速な負荷電流あるいは入力信号
の時間的変化が検出された場合にチョークコイルの両端
間を短絡するスイッチ要素とを備えたので、チョークコ
イルに流れる位相制御された電流の急激な変化あるいは
負荷への供給電力量を決定する入力信号の急激な変化が
検出手段によって検出された場合、スイッチ要素によっ
てチョークコイルの両端間を短絡することにより、負荷
電流や入力信号の急激な変化によるチョークコイルの唸
り音の発生が防止できるという効果がある。

【００４６】請求項４の発明は、半導体素子並びに制御
手段、同期信号発生手段が納装された器体の表面に、制
御可能な最大電力量を表示する表示手段を設けたので、
使用者に最大電力量の情報を与えて過負荷による熱的な
トラブルや事故の発生を防止することができるという効
果がある。請求項５の発明は、交流電源から負荷への給
電路を入切するスイッチ手段を備え、外部からの信号に
よってスイッチ手段をオン／オフして成るので、外部か
らの信号によって集中制御することが可能となり使い勝
手の向上が図れるという効果がある。

【００４７】請求項６の発明は、断面形状が略矩形で且
つ長手方向に沿った厚みを部分的に厚くして成る巻線を
コアの周囲に巻設して成り、半導体素子のスイッチング
動作によるノイズを除去するチョークコイルを備えたの
で、巻線の強度がアップすることでチョークコイルに通
電したときの巻線の振動を抑制し、チョークコイルから
発生する騒音を低減することができるという効果があ
る。

【００４８】請求項７の発明は、帯板状の巻線をコアの
周囲に巻回するとともに各層の巻線の間に絶縁性を有す
る防振材を挟設して成り、半導体素子のスイッチング動
作によるノイズを除去するチョークコイルを備えたの
で、チョークコイルに通電したときの巻線の振動を抑制
し、チョークコイルから発生する騒音を低減することが
できるという効果がある。請求項８の発明は、外周面に
巻回される巻線を多点で支持する支持手段が形成された
コイルボビンをコアの周囲に取着するとともにコイルボ
ビンの外周面に巻線を巻回して成り、半導体素子のスイ
ッチング動作によるノイズを除去するチョークコイルを
備えたので、チョークコイルに通電したときの巻線の振
動を抑制し、チョークコイルから発生する騒音を低減す
ることができるという効果がある。

【００４９】請求項９の発明は、半導体素子並びに制御
手段、同期信号発生手段を構成する回路部品が内部に納
装された器体と、回路部品を冷却する冷却手段と、器体
内の雰囲気温度を検出する温度検出手段と、温度検出手
段により検出される雰囲気温度に応じて冷却手段におけ
る冷却能力を可変する冷却制御手段とを備えたので、冷
却制御手段によって冷却手段の不要な電力消費を低減
し、冷却手段から発生する騒音を抑制することができる
という効果がある。

【００５０】請求項１０の発明は、垂直方向の上下両端
部に吸排気用のファンを備えたケースの内側に、少なく
とも半導体素子と制御手段並びに同期信号発生手段を構
成する回路部品が取り付けられる複数枚の取付板を所定
の間隙を設けて重ねて配設したので、回路部品から発す
る熱を効率的に放熱させると同時に小型化が可能となる
という効果がある。

【００５１】請求項１１の発明は、負荷端の短絡時に回
路を遮断して保護するブレーカと、少なくとも半導体素
子と制御手段並びに同期信号発生手段を構成する回路部
品が取り付けられるインペラ形状の放熱体と、回転軸を
放熱体の軸に略一致させた冷却用ファンとを備え、ブレ
ーカと放熱体の間に所定の空隙を設けて冷却用ファンを
配設して成るので、ブレーカが具備する過電流検出用の
バイメタルが回路部品からの放熱で動作し、回路が誤っ
て遮断されるような誤動作の発生が防止できるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１を示す概略回路図である。

【図２】同上の動作を説明するための波形図である。

【図３】同上の動作を説明するための波形図である。

【図４】（ａ）は同上の設置状態を説明する図、（ｂ）
は同上の構造を示す斜視図である。

【図５】同上におけるチョークコイルの構造を示し、
（ａ）は平面図、（ｂ）は巻線の斜視図である。

【図６】同上におけるチョークコイルの他の構造を示す
斜視図である。

【図７】同上におけるチョークコイルのさらに別の構造
を示す平面図である。

【図８】同上の他の構造を示す断面図である。

【図９】同上のさらに他の構造を示す斜視図である。

【図１０】同上の構造を示す一部破断した側面図であ
る。

【図１１】同上における冷却用ファンの駆動回路を示す
回路図である。

【図１２】実施形態２を示す正面図である。

【図１３】同上を示す概略回路図である。

【図１４】同上におけるチョークコイルの構造を示し、
（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。

【図１５】同上における他の構造を示す正面図である。

【図１６】同上の要部を示す一部破断した斜視図であ
る。

【図１７】実施形態３を説明するための説明図である。

【図１８】実施形態３を説明するための説明図である。

【図１９】実施形態３を示すブロック図である。

【図２０】同上を示す正面図である。

【図２１】従来例を示す概略回路図である。

【図２２】同上の動作を説明するための波形図である。

【図２３】同上の動作を説明するための波形図である。

【符号の説明】

Ａ調光装置Ｌ₁… 照明負荷１₁… ゲート制御回路２₁… 同期回路３操作部７積分器８パルス信号発生器９関数部ＳＷスイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者橋本良孝大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者下風芳樹大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電源から負荷への給電路に挿入され
て給電路を断続するスイッチング動作を行う半導体素子
と、入力信号に応じて半導体素子の導通期間を決定する
制御信号を出力する制御手段とを備えた電力制御装置に
おいて、給電路の交流電源近傍から取り込んだ交流電源
電圧のゼロクロスに同期した同期信号を発生する同期信
号発生手段を具備し、半導体素子の導通期間における交
流電源電圧の実効値を求める実効値演算部と、予め与え
られる関数に基づいて入力信号と交流電源電圧の実効値
とから所定の負荷供給電力が得られるような制御信号を
求める関数部とを制御手段に備えて成ることを特徴とす
る電力制御装置。
【請求項２】少なくとも半導体素子と制御手段並びに
同期信号発生手段を構成する回路部品とを回路基板に実
装し、トロイダル形状のコアを有し半導体素子のスイッ
チング動作によるノイズを除去するチョークコイルを回
路基板の外周縁を囲むように設けて成ることを特徴とす
る請求項１記載の電力制御装置。
【請求項３】半導体素子のスイッチング動作によるノ
イズを除去するチョークコイルと、給電路に流れる負荷
電流あるいは入力信号の少なくとも一方の時間的変化を
検出する検出手段と、検出手段によって所定レベルを越
える急速な負荷電流あるいは入力信号の時間的変化が検
出された場合にチョークコイルの両端間を短絡するスイ
ッチ要素とを備えたことを特徴とする請求項１記載の電
力制御装置。
【請求項４】半導体素子並びに制御手段、同期信号発
生手段が納装された器体の表面に、制御可能な最大電力
量を表示する表示手段を設けたことを特徴とする請求項
１記載の電力制御装置。
【請求項５】交流電源から負荷への給電路を入切する
スイッチ手段を備え、外部からの信号によってスイッチ
手段をオン／オフして成ることを特徴とする請求項１記
載の電力制御装置。
【請求項６】断面形状が略矩形で且つ長手方向に沿っ
た厚みを部分的に厚くして成る巻線をコアの周囲に巻設
して成り、半導体素子のスイッチング動作によるノイズ
を除去するチョークコイルを備えたことを特徴とする請
求項１記載の電力制御装置。
【請求項７】帯板状の巻線をコアの周囲に巻回すると
ともに各層の巻線の間に絶縁性を有する防振材を挟設し
て成り、半導体素子のスイッチング動作によるノイズを
除去するチョークコイルを備えたことを特徴とする請求
項１記載の電力制御装置。
【請求項８】外周面に巻回される巻線を多点で支持す
る支持手段が形成されたコイルボビンをコアの周囲に取
着するとともにコイルボビンの外周面に巻線を巻回して
成り、半導体素子のスイッチング動作によるノイズを除
去するチョークコイルを備えたことを特徴とする請求項
１記載の電力制御装置。
【請求項９】半導体素子並びに制御手段、同期信号発
生手段を構成する回路部品が内部に納装された器体と、
回路部品を冷却する冷却手段と、器体内の雰囲気温度を
検出する温度検出手段と、温度検出手段により検出され
る雰囲気温度に応じて冷却手段における冷却能力を可変
する冷却制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１
記載の電力制御装置。
【請求項１０】垂直方向の上下両端部に吸排気用のフ
ァンを備えたケースの内側に、少なくとも半導体素子と
制御手段並びに同期信号発生手段を構成する回路部品が
取り付けられる複数枚の取付板を所定の間隙を設けて重
ねて配設したことを特徴とする請求項１記載の電力制御
装置。
【請求項１１】負荷端の短絡時に回路を遮断して保護
するブレーカと、少なくとも半導体素子と制御手段並び
に同期信号発生手段を構成する回路部品が取り付けられ
るインペラ形状の放熱体と、回転軸を放熱体の軸に略一
致させた冷却用ファンとを備え、ブレーカと放熱体の間
に所定の空隙を設けて冷却用ファンを配設して成ること
を特徴とする請求項１記載の電力制御装置。