(57)【要約】【課題】開閉器部のところで、開閉器と電気機器の制御装置に至る２本の信号線を用いて、電気機器の出力状態の表示を行うことと接続される電気機器の出力条件の設定ができるようにすることが本発明の解決すべき課題である。【解決手段】開閉器と第１のダイオードを直列に接続したものと、表示器と定電圧ダイオードと第１のダイオードに対して逆向きの第２のダイオードを直列にしたものを電気機器の制御装置側と開閉器側を結ぶ２本の信号線に接続し、電気機器の制御装置側に発振回路、コンパレータ回路、段階電圧発生回路を設け、交流の半波で開閉器の開閉信号を検出し、もう一方の交流の半波の電圧を開閉器のオンオフの出力状態に応じて変化させ、この電圧の大きさを検出することにより出力状態を検出し表示器で出力状態を表示している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開閉器・出力状態表示部に開閉器と第1のダイオードを直列に接続したものと、複数の表示器と定電圧ダイオードを直列に接続し、前記第１のダイオードに対して流れる電流の方向が逆になるように第２のダイオードを前記複数の表示器と定電圧ダイオードと抵抗の直列回路に直列にしたものを電気機器の制御装置側と前記開閉器・出力状態表示部を結ぶ２本の信号線に接続し、前記電気機器の制御装置側に発振回路と、前記発振回路の出力を前記2本の信号線に接続し、前記2本の信号線の交流電圧波形の半波の電圧の大きさを判別するコンパレータ回路と、前記コンパレータ回路の信号を受けて動作する開閉信号回路と、前記コンパレータ回路で使用する交流の半波に対しもう一方の交流の半波の電圧を段階的に設定する段階電圧発生回路を設けたことを特徴とする出力状態表示機能付き開閉器。
【請求項２】
開閉器・出力条件設定部に開閉器と第1のダイオードを直列に接続したものと、出力条件設定器と複数の定電圧ダイオードを直列に接続し、前記第１のダイオードに対して流れる電流の方向が逆になるように第２のダイオードを前記出力条件設定器と複数の定電圧ダイオードの直列回路に直列にしたものを電気機器の制御装置側と前記開閉器・出力条件設定部を結ぶ２本の信号線に接続し、前記電気機器の制御装置側に発振回路を設け、前記発振回路の出力を前記2本の信号線に接続し、前記2本の信号線の交流電圧波形の半波の電圧の大きさを判別するコンパレータ回路と、前記コンパレータ回路の信号を受けて動作する開閉信号回路と、前記コンパレータ回路で使用する交流の半波に対しもう一方の交流の半波の電圧を検出し出力条件を選択する出力設定条件検出回路を設けたことを特徴とする出力条件設定機能付き開閉器。
【請求項３】
開閉器・出力状態表示・出力条件設定部に開閉器と第1のダイオードを直列に接続したものと、出力条件設定器と複数の定格電圧の異なる定電圧ダイオードを直列に接続し、前記定電圧ダイオードと同数の表示器を前記ダイオードと並列に接続し、前記第１のダイオードに対して流れる電流の方向が逆になるように第２のダイオードを前記出力条件設定器と複数の定電圧ダイオードと表示器の並列回路に直列に接続したものを電気機器の制御装置側と前記開閉器・出力状態表示・出力条件設定部を結ぶ２本の信号線に接続し、前記電気機器の制御装置側に発振回路を設け、前記発振回路の出力を前記2本の信号線に接続し、前記2本の信号線の交流電圧波形の半波の電圧の大きさを判別するコンパレータ回路と、前記コンパレータ回路の信号を受けて動作する開閉信号回路と、前記コンパレータ回路で使用する交流の半波に対しもう一方の交流の半波の電圧を検出し出力条件を選択する出力設定条件検出回路を設けたことを特徴とする出力状態表示・出力条件設定機能付き開閉器。
【請求項４】
前記発振回路の周波数を１Ｈｚから４５０ｋＨｚに設定した請求項１に記載の出力状態表示機能付き開閉器、請求項２に記載の出力条件設定機能付き開閉器、および請求項３に記載の出力状態表示・出力条件設定機能付き開閉器。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、開閉器のところで電気機器の出力の状態が表示できる開閉器、電気機器の出力条件の設定ができる開閉器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は開閉器において開閉器に機械的ストレスを与えることなく開閉器のオンオフの出力状態を判るようにする開閉表示器に関するものである。
【０００３】
特許文献１に記載の開閉器は、操作部にＯＮ／ＯＦＦ状態を表示した開閉表示板を設け、開閉表示板に加えられた力がバネを介して開閉器に伝達するようにして、出力状態の表示を分りやすくしたものである。
【０００４】
この方式は、開閉器の表示機構が複雑になる。また、機械的に操作しているので寿命があるなどの欠点を有している。
【０００５】
非特許文献1には電気工事で一般に使用されるパイロットランプを用いて開閉器のオンオフの出力状態を開閉器のあるところで表示する方法が記載されている。この方法では、図８に示すように開閉器のところで開閉器が「開」の状態になっている時しかパイロットランプが点灯しない。
【０００６】
開閉器が「閉」の状態をパイロットランプで点灯さすには、電気機器にパイロットランプを並列に接続して、電気機器のあるところでパイロットランプを点灯さすことになる。そのため、操作する人が開閉器のあるところで開閉器が確実に「閉」になっていることをパイロットランプで確認することはできない。もし、開閉器のあるところで「閉」になっている時でもパイロットランプを点灯させようとしたら、電線がもう１本必要となり、合計３本の電線が必要になる。
【０００７】
この方式は、開閉器のところで開閉器が「閉」の状態ではパイロットランプが点灯しないので、本当に開閉器が「閉」の状態でパイロットランプが点灯しないのか、開閉器が「閉」の状態であるにもかかわらず電源が供給されてないのでパイロットランプが点灯しないのか、どちらの原因でパイロットランプが点灯しないのか判らない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許公開２０００−２３６６０３号公報
【非特許文献１】第2種電気工事士試験  筆記試験受験テキスト  電機書院  平成21年版
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
開閉器のところで信号線を追加することなく開閉器のオンオフの出力状態を表示することと、開閉器に接続される電気機器の出力条件の設定をすることが本発明の解決すべき課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の出力状態表示機能付き開閉器は、開閉器部に開閉器とダイオードを直列に接続したものと、開閉器に直列に接続されたダイオードとは逆向きになるように表示器にもう一つにダイオードを直列にしたものを２本の信号線に接続している。
【００１１】
電気機器の制御装置側に交流矩形波の発振回路を設け、交流矩形波の出力を２本の開閉器の信号線に加えている。電気機器の制御装置側には2本の信号線の電圧の大きさを判別するコンパレータ回路と、段階電圧発生回路を設け、開閉器の信号は交流波形の半波の信号を用いてコンパレータ回路で判別し、交流のもう一方の半波に段階電圧発生回路の信号を出力し、開閉器側でこの段階電圧発生回路の信号を受けて出力状態を表示する表示器を動作させている。
【００１２】
本発明では矩形波の交流信号の正の半波と負の半波をそれぞれ開閉信号と開閉器のオンオフの出力状態を判別する信号として割り当て、電気機器の制御回路と開閉器な間に、開閉器の信号と開閉器のオンオフの出力状態を表示する信号の2種類の信号を伝送している。また、２本の信号線でオンオフなどの出力の開閉状態を表す信号だけでなく、電気機器の出力の強弱などの出力のレベルの状態を表す信号や、電気機器の出力を設定する出力条件の設定信号を開閉信号以外の信号として取り扱うことも可能である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の実施例の開閉器では、信号線を追加することなく開閉器のオンオフの出力状態を表示することや、電気機器の出力条件設定を行うことが可能になる。また、開閉器のオンオフの出力状態を表示することと電気機器の出力条件設定を同時に行うことも開閉器のところで可能になる。
【００１４】
電気機器の制御装置と開閉器を結ぶ２本の信号線を使って出力状態の表示と出力条件設定を可能にしているので、出力状態を表示するためや出力条件設定のために新たな信号線を追加することはない。
【００１５】
本発明によると、電気機器の制御装置と開閉器を結ぶ２本の信号線の形状も重量も増えないので移動作業が容易になる。出力の状態を確認するために電気機器の制御装置のところまで移動する必要がなくなるため、作業の効率化や機動性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の出力状態表示機能付き開閉器の構成
【図２】本発明の出力状態表示機能付き開閉器の具体回路
【図３】本発明の出力条件設定機能付き開閉器の構成
【図４】本発明の出力条件設定機能付き開閉器の具体回路
【図５】本発明の出力状態表示・出力条件設定機能付き開閉器の構成
【図６】本発明の出力状態表示・出力条件設定機能付き開閉器の操作パネル外観
【図７】本発明の出力状態表示機能付き開閉器の動作を説明するタイムチャート
【図８】電気工事におけるパイロットランプの異時点滅と同時点滅の結線図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に本発明の出力状態表示機能付き開閉器の構成を、図２に図１の構成要素の具体回路を示す。図３に本発明の出力条件設定機能付き開閉器の構成を、図４に図３の構成要素の具体回路を示す。図１に示す出力状態表示機能付き開閉器の構成と、図3に示す出力条件設定機能付き開閉器の構成の違いは、出力条件を表示する機能を出力条件切り換え機能に置き換えただけである。図５は本発明の出力状態表示・出力条件設定機能付き開閉器の構成を示している。図５の出力状態表示・出力条件設定機能付き開閉器では、図１の出力状態表示する回路部品と図３の出力条件を設定する回路部品を開閉器の近くに設け、出力状態を表示することと出力条件の設定が開閉器側で同時に行えるようにしたものである。
【００１８】
図１と図２は本発明の出力状態表示機能付き開閉器の構成と具体回路を示している。まず、図１と図２を用いて出力状態を表示する機能の動作について説明する。図１と図２において、１は開閉器・出力状態表示部、1-1は第１のダイオード、1-2は第2のダイオード、1-3の開閉器が閉状態動作するは発光ダイオード、1-4の開閉器が開状態と閉状態で動作する発光ダイオード、1-5は開閉器、1-6は定電圧ダイオード、1-7は抵抗、1-8は抵抗、2は２本の信号線、3は段階電圧発生回路、4は発振回路、5はコンパレータ回路、6は開閉信号回路である。
【００１９】
図２において、3-1はダイオード、3-2は開閉器の閉状態の時動作するは定電圧ダイオード、3-3は開閉器の開状態の時動作するは定電圧ダイオード、3-4はリレーの接点、4-1は抵抗、4-2は抵抗、4-3は抵抗、4-4は抵抗、4-5は抵抗、4-6はコンデンサ、4-7はＯＰアンプ、5-1は抵抗、5-2は抵抗、5-3はダイオード、5-4はＯＰアンプ、5-5はダイオード、5-6はコンデンサ、6-1はリレー、6-2はリレーの接点、6-3はトランジスタである。
【００２０】
１の開閉器・出力状態表示部で1-5の開閉器と1-2のダイオードを直列に接続し2の２本の信号線に接続し、1-4の開閉器が開状態と閉状態で動作する発光ダイオードと1-7の抵抗を直列に接続したものと、1-3の開閉器が閉状態動作する発行ダイオードと1-6の定電圧ダイオードと1-8の抵抗を直列にしたものを並列にして、1-1のダイオードを直列に接続したものを2の２本の信号線に接続している。1-1のダイオードと1-2のダイオードは向きが互いに逆になるようにしている。
【００２１】
電気機器の制御装置側に4の発振回路を設け、この出力の交流矩形波の信号を2の２本の信号線に加えている。4の発振回路は、4-7のＯＰアンプを用いた無安定マルチバイブレータで構成している。4-1から4-5までは抵抗、4-6は発振用のコンデンサはマルチバイブレータを構成するための電子部品である。
【００２２】
5のコンパレータ回路において基準電圧として5-1と5-2の抵抗で分圧される電圧を5-4のＯＰアンプの非反転入力に加え、1-5の開閉器が閉の状態になったとき５のコンパレータ回路の出力が「高」になるようしている。このＯＰアンプの出力が「高」になると5-5のダイオードを介して5-6のコンデンサが充電され、平滑された直流電圧が6の出力開閉信号回路の6-3のトランジスタのベースに加えられる。そうなるとトランジスタがＯＮし、6-1のリレーがオン状態になり、6-2のリレーの接点を通して電気機器に1-5の開閉器が「閉」になっていることを伝えている。
【００２３】
図７の本発明の出力状態表示機能付き開閉器のタイムチャートを用いて動作を説明すると、1-5の開閉器が「閉」になった時の2の２本の信号線の線間の電圧波形は正の半波が０ボルトになるので、５のコンパレータの出力は「高」となる。
【００２４】
コンパレータ回路の出力が「高」になると、6-1のリレーのコイルに電圧がかかり3の段階電圧発生回路の3-4のリレーの接点が閉じる。3-2の開閉器の閉状態の時動作する定電圧ダイオードが3-1のダイオードを介して2の２本の信号線間に接続されているので、２本の信号線間の電圧は、図７に示すように交流矩形波の負の半波の波高値が3-2の開閉器の閉状態の時動作する定電圧ダイオードでクランプされることになる。3-3の開閉器の開状態の時動作する定電圧ダイオードの降服電圧は、3-2の開閉器の閉状態の時動作する定電圧ダイオードの降服電圧より低く設定されている。
【００２５】
交流矩形波の負の半波の波高値が3-2の開閉器の閉状態の時動作する定電圧ダイオードでクランプされると、1の開閉器・出力状態表示部の1-3の開閉器が閉状態動作する発光ダイオードが点灯し、1-5の開閉器が「閉」になっていることを表示させる。
【００２６】
1-5の開閉器が「開」の状態であると、3の段階電圧発生回路の3-4のリレーの接点が常時「閉」の接点が閉じているので3-3の開閉器の開状態の時動作する定電圧ダイオードが3-1のダイオードを介して2の２本の信号線間に接続されることになる。この時２本の信号線間の電圧は、図７に示すように交流矩形波の負の半波の波高値が3-3の開閉器の開状態の時動作する定電圧ダイオードでクランプされることになる。
【００２７】
交流矩形波の負の半波の波高値が3-3の開閉器の開状態の時動作する定電圧ダイオードでクランプされると、1の開閉器・出力状態表示部の1-3の開閉器が閉状態動作する発光ダイオードと1-4の開閉器が開状態と閉状態で動作する発行ダイオードが同時に点灯し、1-5の開閉器が「開」の状態であることを表示させる。
【００２８】
本発明では、1-5の開閉器のオンオフの出力状態に応じて矩形波の負の半波の振幅が変化させ、この矩形波の負の半波の振幅を開閉器のオンオフの出力状態に対応させている。この負の半波の振幅を開閉器の近傍で検出し、対応する発光ダイオードを発光させ出力状態を表示している。
【００２９】
本発明の実施例では、1-5開閉器が「開」の状態の時、発光ダイオード２個の同時点灯させ、「閉」の状態を１個の発光ダイオードの点灯とした。発光色の異なる発光ダイオードを用いることにより、開の状態と「閉」の状態で色を変えることも可能である。また、２個の発光ダイオードの同時点灯をするのではなく、波高値が高い時低い波高値で動作する発光ダイオードを点灯させないようにする方法も可能ある。
【００３０】
本発明は、交流矩形波の正の半波と負の半波にそれぞれ異なる信号に割り当て、２種類の信号の伝送を可能にしている。２本の信号線は、一般に開閉器と電気機器の制御装置の間を接続するために使用されているので、出力状態の表示信号を伝送するための新たに信号線は必要としない。
【００３１】
本発明の図１と図２に示す実施例では、交流の半波のうち一方の半波を開閉信号用とし、もう一方の半波を出力状態表示信号用としたが、この半波を出力状態の表示信号とするのではなく、出力条件設定器の設定信号とすることも可能である。図３と図４は、本発明の出力条件設定機能付き開閉器の構成を表すものである。開閉器側の出力条件設定器の設定値により２本の信号線の負の半波の波高値を変え、この波高値を電気機器の制御装置側に設けた出力条件検出回路で検出し、どの出力条件が出力条件設定器で設定されているかを判断している。
【００３２】
図１と図３の違いは、図１の出力状態表示機能付き開閉器は、出力状態を表示さすための信号を、図３の出力条件設定機能付き開閉器では、出力条件の設定状態を伝送するための信号を送っている。図７の波形を表すタイムチャートの負の交流の半波の波高値が、図１の出力状態表示機能付き開閉器では出力状態によって、図３の出力条件設定機能付き開閉器では、出力条件設定の設定値によって変化するようにしている。
【００３３】
図５の本発明の出力状態表示・出力条件設定機能付き開閉器は、開閉器と第1のダイオードを直列に接続したものと、出力条件設定器と定格電圧の異なる定電圧ダイオードを直列に接続し、表示器を並列に接続し、第１のダイオードに対し逆向きの第２のダイオードを出力条件設定器と定電圧ダイオードと表示器の並列回路に直列に接続し、電気機器の制御装置側を結ぶ２本の信号線に接続している。図５の出力状態表示・出力条件設定機能付き開閉器の電気機器の制御装置側の構成は、図３に示すものと同じである。
【００３４】
図５の出力状態表示・出力条件設定機能付き開閉器は、負の交流の半波の波高値を出力条件切り換え器によって変化させ、電気機器の制御装置側でこの波高値を検出して出力を切り換えている。また、選択された出力条件は開閉器側で発光ダイオードを点灯させ、操作者にどの出力条件が選択されているか表示させている。
【００３５】
図５に示す出力状態表示・出力条件設定機能付き開閉器の一例の操作パネルは、図６のようなものである。図６に示す操作パネルの上段が開閉器、中段が出力条件設定部、下段が出力状態表示部である。この例では、出力条件の設定の数を「強」「中」「弱」の３個としている。この一例においても、開閉器の信号、出力条件設定信号を既存の２本の信号線で伝送し、その出力の状態を３個の発光ダイオードで表示している。
【００３６】
図１の本発明の出力状態表示機能付き開閉器の出力状態の表示部はＯＮ／ＯＦＦの２種類の出力状態を表示させているが、接続される電気機器の出力の強弱などの設定状態を表示させることも、２種類以上の出力状態を表示させることも可能である。例えば、高い所にある窓に取り付ける換気扇の「強」「中」「弱」などの出力設定状態を表示させることも可能である。
【００３７】
電気機器の出力を設定する時、3個以上の出力設定状態がある場合でも、交流の半波の波高値を出力設定状態の数に合わせて変えてやることにより、複数の出力状態を開閉器のところで表示するが可能である。この負の半波を出力調整信号の伝達する方法として、波高値が変化するのではなく”1”か”0”の2進数のデジタル量をシリアル伝送して送ることも可能である。また、連続的にこの波高値を変化させ、電気機器の制御装置側の出力条件検出回路で負の半波の欠けている部分を平滑回路で補うことにより出力の連続調整も可能である。また、応用として開閉器の信号を伝達している正の半波の波高値を可変させて、この波高値に出力状態や出力条件の設定値の信号を載せることも可能である。
【００３８】
本発明では開閉器がオンされた時は、矩形波信号の正の半波の信号が０ボルトになることを電気機器の制御装置側の5のコンパレータ回路にて開閉器がオンされたことを判断し、6の開閉信号回路で電気機器に伝えている。しかし、この方式は図７に示すように開閉器が押されてから実際に6の開閉信号回路から開閉信号が電気機器に伝えられるまで最大で交流の矩形波信号の半サイクル遅れが生じる。
【００３９】
本発明の実施例で交流矩形波信号の周波数が低すぎると、開閉器を押してから実際に制御装置側で開閉信号が出力されるまで時間がかかる。この時間が長過ぎると作業の効率が悪くなり、機器と作業者の一体感が損なわれ操作する人に嫌われる。逆に周波数が高すぎると空中を伝搬して電波障害を与えてしまう可能性がある。ここでは実験的に交流矩形波信号の交流周波数は１Ｈｚから４５０ｋＨｚが適切であることが判ったので、ここでは１Ｈｚから４５０ｋＨｚまでに選んでいる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
この発明は、開閉器のオンオフなどの出力状態の表示も、接続される電気機器の出力条件の設定も信号線を追加することなく開閉器のところで行うことができる。この機能を利用すると作業性が向上する産業用の機器として次のようなものが挙げられる。
（１）アーク溶接機
（２）大型換気扇
（３）ホイストクレーン
（４）速度調整機能の付いた電動シャッター
特に広い作業場で使用する電気機器であって、操作する者がアクセスしにくいところに設置してある電気機器に適用されるとその効果は大である。そのため、産業上の利用の可能性は高い。
【符号の説明】
【００４１】
１  開閉器・出力状態表示部
1-1  第１のダイオード
1-2  第2のダイオード
1-3  開閉器が閉状態で動作する発光ダイオード
1-4  開閉器が開状態と閉状態で動作する発光ダイオード
1-5  開閉器
1-6  定電圧ダイオード
1-7  抵抗
1-8  抵抗
2  ２本の信号線
3  段階電圧発生回路
3-1  ダイオード
3-2  開閉器の閉状態の時動作する定電圧ダイオード
3-3  開閉器の開状態の時動作する定電圧ダイオード
3-4  リレーの接点
4  発振回路
4-1  抵抗
4-2  抵抗
4-3  抵抗
4-4  抵抗
4-5  抵抗
4-6  コンデンサ
4-7  ＯＰアンプ
5  コンパレータ回路
5-1  抵抗
5-2  抵抗
5-3  ダイオード
5-4  ＯＰアンプ
5-5  ダイオード
5-6  コンデンサ
6  開閉信号回路
6-1  リレー
6-2  リレーの接点
6-3  トランジスタ
7  電気機器の制御装置
10  開閉器・出力条件設定部
10-1  第1のダイオード
10-2  第2のダイオード
10-3  第1の条件を設定する定電圧ダイオード
10-4  第2の条件を設定する定電圧ダイオード
10-5  開閉器
10-6  出力条件切り換え器
30  出力条件検出回路
30-1  ダイオード
30-2  第1の条件を選択するホトダイオード
30-3  第2の条件を選択するホトダイオード
30-4  定電圧ダイオード
30-5  抵抗
30-6  抵抗
80  開閉器・出力状態表示・出力条件設定部
80-1  第１のダイオード
80-2  第2のダイオード
80-3  第1の出力条件を設定する定電圧ダイオード
80-4  第2の出力条件を設定する定電圧ダイオード
80-5  開閉器
80-6  出力条件切り換え器
80-7  抵抗
80-8  抵抗
80-9  第1の出力条件を設定が選ばれたことを表示する発光ダイオード
80-10  第２の出力条件を設定が選ばれたことを表示する発光ダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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