TWI681370B

TWI681370B - 無線開關

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Publication number: TWI681370B
Application number: TW107145691A
Authority: TW
Inventors: 丸茂克也; 川島靖史; 梅木創; 小端順二; 矢野慧介
Original assignee: 日商歐姆龍股份有限公司
Priority date: 2018-01-05
Filing date: 2018-12-18
Publication date: 2020-01-01
Also published as: JP6933268B2; US20200228153A1; US10756771B2; WO2019135359A1; CN111052617B; TW201931326A; DE112018006778T5; CN111052617A; JPWO2019135359A1

Abstract

本發明之無線開關具備：可動部，其移位自如地設置；操作部，其彈性保持於可動部，於為非中立狀態時，藉由使其恢復為中立狀態之彈性力之作用而振動，使可動部朝與該振動之朝向相應之方向移位；發電部，其於可動部移位時，發電產生與其移位方向相應之極性之電壓；無線發送部，其基於發電部之發電而無線發送訊號；以及電壓供給控制電路，其係於中立狀態之操作部被操作為非中立狀態時，利用操作部之最初之狀態變化時之發電部之發電向無線發送部供給電壓，利用其後伴隨基於上述彈性力之作用進行之操作部之振動產生的發電部之發電，使向無線發送部之電壓供給無效化。

Description

無線開關

本發明係關於一種無線發送與操作者之操作或構件之抵接相應之訊號的無線開關。

於專利文獻1中示出一種動作資訊無線發送裝置，其藉由具備直流發電機及無線發送機而無需電池等電源，該直流發電機係藉由基於利用者之動作產生之可動構件之移動而發電，該無線發送機係藉由該直流發電機之發電電力而動作。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2006-237911號公報

[發明所欲解決之課題]

一直以來，例如使用一邊對移動之物品進行既定之作業一邊由作業者操作之開關、或藉由移動構件之抵接而切換狀態之限制開關。

此種開關例如設有以可傾倒之方式被彈性保持之棒狀之操作部，以便可一邊進行作業一邊操作。操作者以使該操作部傾斜、彈擊該操作部、敲擊該操作部等動作操作開關。

然而，於此種操作經彈性保持之操作部之開關中，有時會產生所謂反覆開關（telegraphing）。該反覆開關係如下現象：於操作部自中立狀態成為移位狀態後，由於因自移位狀態向中立狀態恢復時之反動而自中立狀態成為移位至相反側之動作點為止之狀態，或由於該動作反覆而導致開關持續多次作動。

上述反動係因操作部之慣性與操作部之彈性保持之協同而產生。若該反動較大，則於限制開關中亦會產生反覆開關。

尤其是，於無線發送與開關之操作相應之訊號之情形時，因反覆開關而導致針對一次開關操作產生多次發電，從而送出非期望之資料。又，就自複數個開關無線發送訊號之情形時產生之資料衝突之觀點而言，亦期望送出之資料較少。

因此，本發明之目的在於提供一種避免由反覆開關所致之多次無線發送之無線開關。 [解決課題之技術手段]

作為本發明之一例之無線開關具備：可動部，其移位自如地設置；操作部，其彈性保持於可動部，於為非中立狀態時，藉由使其恢復為中立狀態之彈性力之作用而振動，使可動部朝與該振動之朝向相應之方向移位；發電部，其於可動部移位時，發電產生與其移位方向相應之極性之電壓；無線發送部，其基於發電部之發電而無線發送訊號；以及電壓供給控制電路，其係於中立狀態之操作部被操作為上述非中立狀態時，利用操作部之最初之狀態變化時之發電部之發電向無線發送部供給電壓，利用其後伴隨基於彈性力之作用進行之操作部之振動產生的發電部之發電，使向無線發送部之電壓供給無效化。

根據該構成，於中立狀態之操作部被操作為非中立狀態之後，伴隨該操作部之振動由發電部發電產生之電壓（電力）未被供給至無線發送部，故而可抑制由反覆開關所致之多餘之無線發送。

又，於本發明之一例中，電壓供給控制電路由以下構件構成：電壓供給線，其自發電部向無線發送部供給電壓；開關元件，其相對於電壓供給線分流連接，藉由導通而切斷向無線發送部之電壓供給；以及開關元件控制電路，其將與發電部中發電產生之向無線發送部供給之電壓為相反極性之電壓充電，使開關元件導通。

於該構成中，伴隨操作部之振動產生之發電部之發電能量有效地利用於使向無線發送部之電壓供給無效化。亦即，隨著操作部之振動幅度變大，於發電部中，不僅向無線發送部供給之極性之電壓（第1極性之電壓）變大，相反極性之電壓（第2極性之電壓）亦變大。因此，於操作部之振動幅度較大時，亦可抑制多餘之無線發送。

又，於本發明之一例中，開關元件控制電路係如下電路：將防止由向無線發送部供給之第1極性之電壓所致之逆流的二極體與電容器串聯連接並連接於電壓供給線間，二極體與電容器之連接點作為控制訊號被輸出至開關元件。

於該構成中，以較少之電路元件數構成電源供給控制電路，從而實現低成本化。 [發明之效果]

根據本發明，可獲得避免由反覆開關所致之多次無線發送之無線開關。

以下，參照若干個圖對用以實施本發明之形態進行說明。

•應用例首先，一邊參照圖1，一邊對應用本發明之一例進行說明。圖1係表示本發明之實施形態之無線開關100之外觀的圖。再者，於圖1中，將於Y軸方向上觀察無線開關100時沿著X軸之方向設為右方向，將與其相反之方向設為左方向。

本實施形態之無線開關100具備殼體20、及彈性保持於該殼體20內之可動部之操作部10。

圖1係操作部10為中立之狀態。圖2（A）係使操作部10朝右方向傾斜之狀態，圖2（B）係操作部10自圖2（A）所示之狀態恢復至中立狀態之後，進而因反動而朝左方向傾斜之狀態。如此，操作部10會因自移位狀態向中立狀態恢復時之反動而自中立狀態成為朝相反方向移位之狀態。再者，並不限於相反方向，於具備某些引導構造之情形時，亦可能會朝該引導方向移位。

無線開關100具備：發電部，其伴隨基於操作部10之操作產生之可動部之移位而發電產生第1極性之電壓，且伴隨恢復時之上述可動部之移位而發電產生第2極性之電壓；以及無線發送部，其基於發電部之發電而無線發送訊號。該訊號係例如表示開關之狀態之訊號。再者，於該例中，將操作部10自朝右方向傾斜之狀態向中立狀態側擺動之方向稱為恢復，將操作部10自朝左方向傾斜之狀態向中立狀態側擺動之方向稱為反動。

無線開關100進而具備電壓供給控制電路，該電壓供給控制電路係利用基於操作部10之操作產生之可動部的最初移位時之發電部之發電而向無線發送部供給電壓，利用基於反動產生之可動部之移位時之發電部之發電，使向無線發送部之電壓供給無效化。

因此，不會因操作部10之反動時發電產生之電壓（電力）而進行多餘之無線發送。

•構成例其次，參照圖對本發明之實施形態之無線開關100之構成進行說明。如上所述，圖1係本發明之實施形態之無線開關100之外觀圖。操作部10之基部由螺旋彈簧部11構成，前端部由桿部12構成。操作部10由設置於殼體20之內部之可動部彈性保持。於殼體20之一部分設置有止動板21。於該止動板21，形成有供操作部10插通之開口22。藉由該開口22，操作部10主要朝沿著X軸方向之方向（右方向）傾斜，且不易朝與其相反之方向（左方向）傾斜。但，如圖2（B）所示，有時因於操作部10之反動時螺旋彈簧部11彎曲而殼體內部之可動部朝左方向移位。

圖3係表示無線開關100之設置於殼體內部之可動部與發電部之關係的圖。操作部10之螺旋彈簧部11之根部安裝於可動部23。可動部23係將螺旋彈簧部11之傾斜方向之移位力學轉換為沿著Z軸方向之方向之移位的致動器。於該可動部23之下方設置有發電部1。發電部1具備發電部81及發電軸82。當發電軸82於軸向（沿著Z軸方向之方向）上移位時，藉由電磁感應而發電。例如發電軸82為磁鐵，於發電部81設置有感應線圈。

例如，當操作部10之螺旋彈簧部11自中立狀態傾斜時，發電軸82再次移位至下方，發電部1發電產生第1極性之電壓。其後，當操作部10之螺旋彈簧部11向中立狀態恢復時，發電軸82移位至上方，發電部1發電產生第2極性之電壓。進而，其後，當發電軸82藉由操作部10之反動移位至下方時，發電部1再次發電產生第1極性之電壓。操作部10之傾斜與發電軸之移位方向之關係亦可與上述相反。

圖4（A）係作為基於無線開關100之操作部10之操作產生之發電電壓之一例之波形圖。橫軸係經過時間，縱軸係發電部之發電電壓。於該例中，產生（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）所示之發電。

於圖4（A）中，如（1）所示，當於0 s之時刻對操作部10進行操作時（當使操作部10傾斜時），發電產生正電壓（上述第1極性之電壓）。如下所示，當操作者將手指移開時，操作部10藉由螺旋彈簧部11之彈性力而振動。但，於圖4（A）中，將發電電壓成為峰值之時刻表示為發電時刻。其後，如（2）所示，當經過約0.07 s時操作部10恢復時（當操作部10自操作者之手指脫離時），發電產生負電壓（上述第2極性之電壓）。其後，如（3）所示，於經過約0.09 s時，基於操作部10之反動而發電產生正電壓。進而，如（4）所示，於經過約0.1 s時，藉由自反動恢復而發電產生負電壓。其後，如（5）所示，於經過約0.11 s時，基於操作部10之反動而發電產生正電壓。其後，如（6）所示，於經過約0.12 s時，藉由自反動恢復而發電產生負電壓。

上述（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）所示之發電之發電量例如如下所述。

（1）272 μJ （2）490 μJ （3）341 μJ （4）477 μJ （5）4 μJ （6）6 μJ 如此，操作部10之最初之操作係操作部之傾斜速度相對較慢，與此相對，恢復時之速度利用了彈力而較快，因此恢復時之發電量成為最大。

圖4（B）係下文所示之對無線發送部施加之電源電壓之波形圖。如於下文詳細敍述般，於本實施形態中，以如下方式進行控制：利用（1）之發電進行無線發送，於（3）或（5）之發電下不進行無線發送。

根據本實施形態，操作部10之反動越大，則恢復時之發電量亦越大，故而於如產生較大之反動之情形時，基於反動產生之移位時之發電電壓確實地無效化。如此，恢復時之發電部之發電能量有效地利用於基於反動產生之移位時之發電電壓之無效化。

圖5（A）、圖5（B）係表示本實施形態之無線開關之電壓供給控制電路之構成之圖。

本實施形態之無線開關具備發電部1、無線發送部2及電壓供給控制電路3。發電部1之作用係如上所述。無線發送部2係將利用發電部1獲得之發電電壓（電力）作為電源，無線發送訊號。電壓供給控制電路3係利用基於操作部10之操作產生之可動部23（參照圖3）的最初移位時之發電部1之發電而向無線發送部2供給電壓，利用基於反動產生之可動部23之移位時之發電部1之發電，使向無線發送部之電壓供給無效化。

圖5（B）係表示上述電壓供給控制電路3之內部之構成例之圖。電壓供給控制電路3由以下構件構成：電壓供給線30，其自發電部1向無線發送部2供給電壓；開關元件31，其相對於該電壓供給線30分流連接；以及開關元件控制電路32，其控制該開關元件31。

開關元件控制電路32將恢復時之發電部1之發電電壓充電，使開關元件31導通。當開關元件31導通時，電壓供給線30之電壓成為大致0 V，將向無線發送部之電壓供給切斷。

藉由上述開關元件控制電路32之作用，利用圖4（A）所示之（1）之發電，對無線發送部供給電源電壓，藉此進行無線發送，於（3）或（5）之發電下不進行無線發送。

圖6係表示上述電壓供給控制電路3之更具體之構成例之電路圖。於圖6中，自發電部1向無線發送部2之電壓供給線由兩條線30H、30L構成。於發電部1發電產生第1極性之電壓時，若以電壓供給線30L為基準，則對電壓供給線30H輸出正電壓。又，於發電部1發電產生第2極性之電壓時，若以電壓供給線30L為基準，則對電壓供給線30H輸出負電壓。

開關元件控制電路32係如下電路：防逆流二極體D1與電容器C串聯連接並連接於電壓供給線30H-30L間，二極體D1與電容器C之連接點作為控制訊號被輸出至開關元件31。於該例中，開關元件31為NPN型雙極電晶體，其集電極-發射極連接於電壓供給線30H-30L間。而且，二極體D1與電容器C之連接點連接於電晶體之基極。又，於圖6所示之例中，於發電部1與無線發送部2之間之電壓供給線連接有二極體D2。

圖6所示之電壓供給控制電路3之動作係如下所述。

（a）當藉由操作部10之最初之操作，發電部1發電產生第1極性之電壓時，開關元件31不導通，第1極性之電壓被供給至無線發送部2。

（b）其後，當藉由操作部10之恢復，發電部1發電產生第2極性之電壓時，自電壓供給線30L朝電壓供給線30H方向，於二極體D1與電容器C之串聯電路中流通電流（恢復時電流）。藉由該電流，電容器C以二極體D1之陰極側為正且電壓供給線30H側為負之極性進行充電。

（c）其後，當藉由操作部10之反動而發電部1發電產生第1極性之電壓時，以發電部1→電壓供給線30H→電容器C→電晶體之基極-發射極→二極體D2→電壓供給線30L→發電部1之路徑流通開關元件控制電流。藉由流通該電流，電容器C進行放電。該電流係針對開關元件31之控制訊號。因此，開關元件31導通，將電壓供給線30H-30L間分流。藉此，針對無線發送部2之電源電壓成為大致0 V。因此，不自無線發送部2進行無線發送。電容器C之放電時間只要為上述第1極性之電壓之發電時間以上便可。圖4（A）所示之時間Ton表示該時間。Ton例如為數十ms以上且數百ms以下之時間。

（d）其後，當藉由操作部10自反動恢復而發電部1發電產生第2極性之電壓時，與上述（b）之動作同樣地，流通恢復時電流。藉由該電流，電容器C以二極體D1之陰極側為正且電壓供給線30H側為負之極性進行充電。

（e）其後，當再次藉由操作部10之反動而發電部1發電產生第1極性之電壓時，與上述（c）之動作同樣地，電容器C進行放電，開關元件31導通，將電壓供給線30H-30L間分流。藉此，針對無線發送部2之電源電壓成為大致0 V。因此，不自無線發送部2進行無線發送。

即便反覆開關進一步持續，亦反覆執行上述一系列動作，因此，最終，僅於操作部10之最初之操作時自無線發送部2進行無線發送。

於上述（a）之動作（最初之動作）中，即便於電壓供給線30H→電容器C→電晶體之基極-發射極之電流路徑中流通電流，電晶體實質上亦不會導通。於該最初之操作時，電容器C尚未被充電。亦即，未以二極體D1之陰極側成為正之極性充電，故而針對電晶體之發射極之基極電位較電晶體之基極-發射極間之閾值電壓低，電晶體不導通。換言之，以於操作部10之最初之操作時電晶體實質上不導通之方式，規定電晶體之基極-發射極間之閾值電壓及電容器C之電容。

再者，即便於上述最初之動作時在上述電流路徑中流通電流而電晶體瞬間導通，亦不會成為問題。亦即，若於上述電流路徑中流通電流，電容器C朝相反方向進行充電（電容器C之電壓供給線30H側成為正之極性之充電），伴隨於此，基極電流減少，電晶體被切斷，則向無線發送部2之電源供給電壓立即恢復。因此，若最初之動作時之電晶體之導通時間充分短，則不會成為問題。

於圖6中，二極體D2係以於發電部1發電產生第2極性之電壓時不對無線發送部2施加相反極性之電壓之方式發揮作用。但，於發電部1發電產生第2極性之電壓時，上述恢復時電流流通，故而可抑制向無線發送部2施加相反極性之峰值電壓。因此，二極體D2亦可省略。

如上所述，於操作部之恢復時及基於反動產生之操作部之移位時由發電部發電產生之電壓（電力）未被供給至無線發送部，故而可抑制由反覆開關所致之多餘之無線發送。又，與接收到自無線開關發送之電波後，藉由資料處理而去除反覆開關之資料之情形相比，亦避免了時間延遲或資料處理所需之控制部之構成複雜化。

根據本實施形態，如圖6所示，以較少之電路元件數構成電壓供給控制電路3，故而可構成低成本之無線開關。

圖7（A）、圖7（B）係表示與圖6所示之電壓供給控制電路3不同之構成例之圖。於圖7（A）所示之例中，於二極體D1與電容器C之連接點和電晶體之基極間插入有電阻元件R1。又，於圖7（B）所示之例中，於二極體D1與電容器C之連接點和電晶體之基極間插入有電阻元件R1，且於電晶體之基極-發射極間連接有電阻元件R2。除此以外，均與圖6所示之構成相同。

如此，亦可於開關元件控制電路32與開關元件31之間設置電阻元件或電阻電路。根據該電阻元件R1之電阻值與電容器C之電容，電容器C之放電時間常數大致確定。亦即，根據該放電時間常數而開關元件31之導通時間確定，故而只要根據電容器C之電容與電阻元件R1之電阻值適當規定開關元件31之導通時間便可。該開關元件31之導通時間較佳為較圖4（A）所示之第2次之後之第1極性電壓之持續時間長。如上所述，圖4（A）所示之時間Ton為開關元件31之導通時間。藉此，可確實地阻止由第1極性之多餘之電壓所致之無線發送部2之動作（誤動作）。

又，尤其是，於圖7（B）所示之例中，電阻元件R1、R2之分壓電壓被施加至電晶體之基極-發射極間，故而上述將操作部10之最初操作時之電晶體之基極-發射極間電壓規定為較閾值電壓低之操作變得容易。

圖8（A）、圖8（B）均為使用MOS-FET作為開關元件31之例。該等例係N通道MOS-FET，汲極連接於電壓供給線30H，源極連接於電壓供給線30L，二極體D1與電容器C之連接點連接於閘極。

於圖8（A）中，電阻元件R2構成電容器C之放電電流路徑，並且產生向MOS-FET之閘極-源極間施加之電壓。關於除開關元件以外之構成，圖8（A）、圖8（B）分別相當於圖7（A）、圖7（B）。

如此，亦可對開關元件31使用MOS-FET。

圖9（A）、圖9（B）、圖9（C）係表示發電部1與無線發送部2之間之二極體D2之若干個連接位置之例的圖。於二極體D2，連接位置並不限於圖6所示者。如圖9（A）、圖9（B）、圖9（C）所示，只要於發電部1發電產生第2極性之電壓時不會對無線發送部2施加相反極性之電源電壓之位置插入二極體D2便可。

圖10（A）、圖10（B）係使用與圖6或圖8（A）、圖8（B）所示之開關元件31類型不同之開關元件之例。圖10（A）係使用PNP型雙極電晶體作為開關元件31之例。圖10（B）係使用P通道MOS-FET作為開關元件31之例。於圖10（B）中，電阻元件R2構成電容器C之放電電流路徑，並且產生向MOS-FET之閘極-源極間施加之電壓。

圖10（A）之電路之動作係如下所述。

（b）其後，當藉由操作部10之恢復，發電部1發電產生第2極性之電壓時，自發電部1自電壓供給線30L朝電壓供給線30H方向，於二極體D1與電容器C之串聯電路中流通電流（恢復時電流）。藉由該電流，電容器C以二極體D1之陽極側為負且電壓供給線30L側為正之極性進行充電。

（c）其後，當藉由操作部10之反動而發電部1發電產生第1極性之電壓時，以發電部1→電壓供給線30H→電晶體之基極-發射極→電容器C→電壓供給線30L→發電部1之路徑流通開關元件控制電流。藉由流通該電流，電容器C進行放電。該電流係針對開關元件31之控制訊號。因此，開關元件31導通，將電壓供給線30H-30L間分流。藉此，針對無線發送部2之電源電壓成為大致0 V。

（d）其後，當藉由操作部10自反動恢復，發電部1發電產生第2極性之電壓時，與上述（b）同樣地動作。

（e）其後，當再次藉由操作部10之反動而發電部1發電產生第1極性之電壓時，與上述（c）同樣地動作。

圖10（B）之電路之動作與圖10（A）之情形基本上相同，但於上述（c）中，以發電部1→電壓供給線30H→電阻元件R2→電容器C→電壓供給線30L→發電部1之路徑流通開關元件控制電流。

最後，上述實施形態之說明於所有方面均為例示，並非限制性者。對發明所屬技術領域中具有通常知識者而言可適當變形及變更。

例如，於圖1、圖2（A）、圖2（B）等所示之例中，示出藉由操作者之操作而無線發送表示該動作之訊號之開關，但亦可同樣地應用於藉由限制開關用止塊之抵接進行開關操作時產生反覆開關之限制開關等。

又，例如圖6等所示之二極體D1亦可為LED。於此情形時，於在二極體D1（LED）中流通恢復時電流時該二極體D1（LED）會發光，故而可將該LED兼用作表示存在操作部之操作之顯示器。

C‧‧‧電容器D1‧‧‧防逆流二極體D2‧‧‧二極體R1、R2‧‧‧電阻元件1‧‧‧發電部2‧‧‧無線發送部3‧‧‧電壓供給控制電路10‧‧‧操作部11‧‧‧螺旋彈簧部12‧‧‧桿部20‧‧‧殼體21‧‧‧止動板22‧‧‧開口23‧‧‧可動部30、30H、30L‧‧‧電壓供給線31‧‧‧開關元件32‧‧‧開關元件控制電路81‧‧‧發電部82‧‧‧發電軸100‧‧‧無線開關

圖1係表示本發明之實施形態之無線開關之外觀的圖。圖2（A）係使操作部10朝右方向傾斜之狀態，圖2（B）係操作部10自圖2（A）所示之狀態恢復至中立狀態之後，進而因反動而朝左方向傾斜之狀態。圖3係表示無線開關100之設置於殼體內部之可動部與發電部之關係之圖。圖4（A）係作為基於無線開關100之操作部10之操作產生之發電電壓之一例的波形圖。圖4（B）係向無線發送部施加之電源電壓之波形圖。圖5（A）、圖5（B）係表示本實施形態之無線開關之電壓供給控制電路之構成的圖。圖6係表示電壓供給控制電路3之更具體之構成例之電路圖。圖7（A）、圖7（B）係表示與圖6所示之電壓供給控制電路3不同之構成例之圖。圖8（A）、圖8（B）均為使用MOS-FET作為開關元件31之例。圖9（A）、圖9（B）、圖9（C）係表示發電部1與無線發送部2之間之二極體D2之若干個連接位置之例之圖。圖10（A）、圖10（B）係使用與圖6或圖8（A）、圖8（B）所示之開關元件31類型不同之開關元件之例。

10‧‧‧操作部

11‧‧‧螺旋彈簧部

12‧‧‧桿部

20‧‧‧殼體

21‧‧‧止動板

22‧‧‧開口

100‧‧‧無線開關

Claims

一種無線開關，其具備：可動部，其移位自如地設置；操作部，其彈性保持於上述可動部，於為非中立狀態時，藉由使其恢復為中立狀態之彈性力之作用而振動，使上述可動部朝與該振動之朝向相應之方向移位；發電部，其於上述可動部移位時，發電產生與其移位方向相應之極性之電壓；無線發送部，其基於上述發電部之發電而無線發送訊號；以及電壓供給控制電路，其係於上述中立狀態之上述操作部被操作為上述非中立狀態時，利用上述操作部之最初之狀態變化時之上述發電部之發電向上述無線發送部供給電壓，利用其後伴隨基於上述彈性力之作用進行之上述操作部之振動產生的上述發電部之發電，使向上述無線發送部之電壓供給無效化。
如請求項1所述之無線開關，其中上述電壓供給控制電路由以下構件構成：電壓供給線，其自上述發電部向上述無線發送部供給電壓；開關元件，其相對於上述電壓供給線分流連接，藉由導通而切斷向上述無線發送部之電壓供給；以及開關元件控制電路，其將與上述發電部中發電產生之向上述無線發送部供給之電壓為相反極性之電壓充電，使上述開關元件導通。
如請求項2所述之無線開關，其中上述開關元件控制電路係如下電路：將防止由向上述無線發送部供給之極性之電壓所致之逆流的二極體與電容器串聯連接並連接於上述電壓供給線間，上述二極體與上述電容器之連接點作為控制訊號被輸出至上述開關元件。