(57)【要約】サーモスタット制御のために温度変化を磁気的に検出する方法および器具。サーモスタット制御装置（１００）は、温度変化に応答して角度位置の変化（３１２）を経験する少なくとも１つのバイメタル板（１０４）を含む。サーモスタット制御装置（１００）はホールセンサ（１１５）を伴い、これはバイメタル板（１０４）の角度位置の変化に応答して、ホールセンサ（１１５）に対する移動（３１４）を経験する複数の磁石（１３０、１３２）を含む。これで、温度変化は、磁石（１３０、１３２）の移動（３１４）に応答して自動的かつ／または電気的に検出することができ、温度変化はサーモスタット制御に使用される。
2005533357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーモスタット制御のための温度変化を磁気的に検出する方法であって、
サーモスタットと、温度変化に応答して角度位置の変化を経験する（３１２）ように構成された少なくとも１つのバイメタル板（１０４）とを含むようにサーモスタット制御装置（１００）を構成するステップと、
前記サーモスタット制御装置（１００）に、複数の磁石（１３０、１３２）を備えたホールセンサ（１１５）を関連づけさせるステップと、を含み、
前記複数の磁石（１３０、１３２）は、前記少なくとも１つのバイメタル板（１０４）の前記角度位置の前記変化に応答して、前記ホールセンサ（１１５）に相対的な移動（３１４）を経験することができ、
更に、
前記複数の磁石（１３０、１３２）の前記移動（３１４）に応答して、前記温度変化を自動的に検出し、それによってサーモスタット制御に前記温度変化を使用するステップを含む方法。
【請求項２】
更に、
前記複数の磁石（１３０、１３２）の前記移動（３１４）に応答して、前記温度変化を電気的に検出するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
更に、
前記複数の磁石（１３０、１３２）を伴う少なくとも１つのホールトランジスタ（３１６）を更に備えるように前記ホールセンサ（１１５）を構成するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
更に、
前記バイメタル板（１０４）の前記角度位置の前記変化に応答して、前記ホールトランジスタ（３１６）の状態の変化を開始するステップを含み、前記状態変化が、低い状態から高い状態への変化を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
更に、
前記サーモスタット制御装置（１００）を、電力負荷を有する炉に関連づけるステップと、
前記炉の前記電力負荷をシフトするために、前記ホールセンサ（１１５）の出力を切り換え装置と結合するステップと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
サーモスタット制御のための温度変化を磁気的に検出する方法であって、
サーモスタットと、温度変化に応答して角度位置の変化を経験する（３１２）ように構成された少なくとも１つのバイメタル板（１０４）とを含むようにサーモスタット制御装置（１００）を構成するステップを含み、
前記少なくとも１つのバイメタル板（１０４）が、前記サーモスタット制御装置（１００）内に配置されたコイル状バイメタル板（１０４）を備え、
更に、
前記サーモスタット制御装置（１００）に、少なくとも１つのその磁石を備えるホールセンサ（１１５）を関連づけるステップを含み、前記少なくとも１つの磁石が、前記少なくとも１つのバイメタル板（１０４）の前記角度位置の前記変化に応答して、前記ホールセンサ（１１５）に相対的な移動（３１４）を経験することができ、前記ホールセンサ（１１５）が、対向する磁界に直角に配置され、
更に、
前記少なくとも１つの磁石を、前記少なくとも１つのバイメタル板（１０４）の半径方向表面に配置する（３０６）ステップと、
前記少なくとも１つの磁石の前記移動（３１４）に応答して、前記温度変化を自動的に検出し、それによってサーモスタット制御に前記温度変化を使用するステップと、
前記サーモスタット制御装置（１００）に、電力負荷を有する炉および関連するマイクロプロセッサ制御回路を関連づけるステップと、
前記ホールセンサ（１１５）の出力を、前記炉の前記電力負荷をシフトさせる切り換え装置、および、前記関連するマイクロプロセッサ制御回路に結合するステップと、を含む方法。
【請求項７】
サーモスタット制御のための温度変化を磁気的に検出する器具であって、
サーモスタットと、温度変化に応答して角度位置の変化を経験する（３１２）ように構成された少なくとも１つのバイメタル板（１０４）と、を備えるサーモスタット制御装置（１００）と、
前記サーモスタット制御装置（１００）を伴うホールセンサ（１１５）と、を備え、
前記ホールセンサ（１１５）は、前記少なくとも１つのバイメタル板（１０４）の前記角度位置の前記変化に応答して、前記ホールセンサ（１１５）に相対的な移動（３１４）を経験することができる複数の磁石（１３０、１３２）を備え、
前記ホールセンサ（１１５）が、前記複数の磁石（１３０、１３２）の前記移動（３１４）に応答して、前記温度変化を自動的に検出し、それによってサーモスタット制御に前記温度変化を使用するようになされた器具。
【請求項８】
前記温度変化が、前記複数の磁石（１３０、１３２）の前記移動（３１４）に応答して電気的に検出されるようになされた、請求項７に記載の器具。
【請求項９】
前記ホールセンサ（１１５）が、前記複数の磁石（１３０、１３２）を伴う少なくとも１つのホールトランジスタ（３１６）を備える、請求項７に記載の器具。
【請求項１０】
サーモスタット制御のための温度変化を磁気的に検出する器具であって、
サーモスタットと、温度変化に応答して角度位置の変化を経験する（３１２）ように構成された少なくとも１つのバイメタル板（１０４）と、を備えるサーモスタット制御装置（１００）を備え、
前記少なくとも１つのバイメタル板（１０４）が、前記サーモスタット制御装置（１００）内に配置されたコイル状バイメタル板（１０４）を備え、更に、
前記サーモスタット制御装置（１００）を伴うホールセンサ（１１５）を備え、
前記ホールセンサ（１１５）が少なくとも１つのその磁石を備え、従って前記少なくとも１つの磁石が、前記少なくとも１つのバイメタル板（１０４）の前記角度位置の前記変化に応答して、前記ホールセンサ（１１５）に相対的な移動（３１４）を経験することができ、前記ホールセンサ（１１５）が対向する磁界に直角に配置され、
前記少なくとも１つの磁石が、前記少なくとも１つのバイメタル板（１０４）の半径方向表面に配置され（３０６）、
前記ホールセンサ（１１５）が、前記複数の磁石の前記移動（３１４）に応答して、前記温度変化を自動的に検出し、それによってサーモスタット制御に前記温度変化が使用され、
前記サーモスタット制御装置（１００）が、その電力負荷を有する炉と、関連するマイクロプロセッサ制御回路とを関連づけし、
更に、
前記炉の前記電力負荷をシフトさせる切り換え装置に結合され、且つ、前記関連するマイクロプロセッサ制御回路に結合された、前記ホールセンサ（１１５）の出力部を備える、器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概ねセンサ方法およびセンサ装置に関する。本発明は、温度感知方法および装置にも関する。本発明はさらにサーモスタット制御装置に関する。本発明はさらに磁気センサ方法および装置に関する。本発明は切り換え方法および装置、特にサーモスタット制御切り換え装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
サーモスタット制御装置は、建物、家屋、および発電所などの産業用途の暖房および冷房システムに往々にして使用されている。サーモスタット制御装置は、例えば暖房炉または空調機の送風機用電動機、通常は交流誘導電動機への電力を制御するために必要である。家庭用空調システムなどの暖房、換気および空調（ＨＶＡＣ）システムでは、システムの蒸発器コイルを通る空気流の量を制御するために、ファン速度または送風機速度を変化させることが往々にして望ましい。また、空調モードの初期作動時に、送風機は高速で作動して、特に上階に調整された空気を給送する。次に、快適空間または居住空間が冷やされると、居住者への冷気の直接送風を回避するためにファン速度を低下させることができる。
【０００３】
幾つかの電気切り換え用途に対しては、効率的かつ確実である機械的スイッチが必要である。これらの要件は、上述した家屋および建物の暖房および冷房システムのサーモスタット制御に使用する電気機械的サーモスタットでは、一般的に生じる。このような構成では、標準的なバイメタル板（バイメタルストリップ）のコイルがスイッチ起動要素を形成することができる。長年、このサーモスタットの切り換え機能は、水銀球スイッチ要素によって実行されてきた。今日使用されているサーモスタット制御装置は、温度とともに角度が変化して水銀スイッチを傾斜させるバイメタル板を使用して作動する。水銀スイッチは、水銀自体の自動水準（レベリング）性質を使用して、水銀が動くことによって電気接点を入れるか切るよう動作するようになされている。
【０００４】
水銀に基づく切り換え装置に伴う問題の１つは、水銀自体にあり、これは幾つかの危険な環境的危険要因となり、更に人間および動物に対する危険を生じる。水銀に基づくサーモスタット切り換え装置は、水銀の使用を削減するために環境問題専門家によって精密に調査されてきた。従って、水銀に基づくサーモスタット切り換え装置が完全に人気を失うのは時間の問題である。特に水銀の使用が間もなく完全に禁止されることが予想されるので、代替解決法を発見しなければならない。
【０００５】
他の解決法は、水銀の代用品を発見するか、水銀スイッチを模倣して、切り換え電極と接触するためにガラス管内で転がる金属球を使用することを含むが、それほど成功していない。他の試みは、水銀スイッチをリードスイッチと交換することを含む。この特定の方法は、幾つかの正確さの問題を招いた。他の解決法は、スナップ動作の装置を使用することを含んでいた。
【０００６】
スナップ動作スイッチは、制御装置として使用されてきた。「スナップ動作スイッチ」という用語は概ね、作動力が低いスイッチを指し、これは内部の機械的機器を使用し、プランジャ、レバー、ばねなどのスイッチの作動要素が第１位置から第２位置へと動作するのに応答して、可動接点を迅速に１つの位置から別の位置へと迅速にシフトまたはスナップさせ、可動接点と固定接点との間の電気伝導を入れるか、切ることができる。通常、これらのスイッチは、スイッチの伝導状態を変化させるためには作動要素が数ミリメートルしか動作する必要がない。このようなスイッチは通常、サーモスタットが制御する標準的な２４Ｖの交流電力を使用して、数アンペアの電流レベルで作動する。
【０００７】
しかし、サーモスタットのコイル状バイメタル板によって提供されるような、弱くてゆっくりとした（低速）起動力で起動すると、スナップ動作スイッチは、時々２つの伝導状態の間の状態で保留状態にあるか、非伝導に入る時に許容できないアーク放電が発生できるほどの低速で２つの伝導状態間を切り換わることがある。何れの状態も、許容不可能な動作の信頼性および予測性を生じることがある。更に、これらのスイッチは許容不可能なほど大きい差動を有することが多い。現在のスイッチは、バイメタル板に熱を加えることによって、それを実際に変化させる加熱回路も含む。加えられる熱の量は、通常、調節可能な巻線抵抗器を使用して調節可能である。この意味で、このような装置は室温に基づく変化に真に応答していない。また、水銀に基づく装置は、水銀の使用に伴う重量の問題を呈し、これは装置の感度に影響を及ぼすことがある。従って、本発明の発明者は、室内の気温に直接応答し、水銀に伴う重量および環境の問題も回避する温度感知式切り換え装置に対する必要性が存在することを認識した。
【０００８】
以上に基づき、本発明の発明者は、このような問題に対する解決法は、ホール効果センサを使用することによって達成できると結論し、これはホール効果に従い作動するセンサ装置である。ホール効果は磁気感知の技術分野でよく知られている。ホール効果センサは通常、ホール発電機の使用に基づき、これは通常、エドウィンホールによって発見された効果に基づく機能を有する磁界依存性の半導体を備える。この効果は「ホール効果」として知られ、磁界中を移動する電荷担体に作用するローレンツ力によって引き起こされる。ホール効果は、材料を通って移動する電荷担体が、加えられた磁界のせいで偏向を経験した時に発生する。この偏向の結果、磁界および電流の方向を横断している材料の側に測定可能な電位差が生じる。
【０００９】
ホール効果の最初の実践的用途の１つは、１９５０年代のマイクロ波電力センサとしての用途であった。その後に半導体産業が発達し、その大量生産の能力が向上するにつれ、大量の製品にホール効果の構成要素を使用することが実現可能となった。例えばＨｏｎｅｙｗｅｌｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｃ．（「Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ」）は、ニュージャージー州Ｍｏｒｒｉｓｔｏｗｎに本社がある企業で、ホール効果用途の先導者であった。１９６８年に、ＨｏｎｅｙｗｅｌｌのＭＩＣＲＯＳＷＩＴＣＨ部門が、ホール効果を使用してソリッドステートのキーボードを生産したのである。往々にして、ホール効果感知素子とそれに関連する電子回路を組み合わせて１つの集積回路にし、そのホール効果センサを形成する。「ホール効果センサ」および「ホールセンサ」という用語は、一般的に同じタイプのデバイスを指すために交換可能な状態で使用されていることに留意されたい。従って、ホールセンサは磁気感知の技術分野ではよく知られている。
【００１０】
ホールセンサの最も単純な形態では、ホール素子は、電流の流れる方向に対して直角の出力接続部を有する導電性材料の薄いシートから構築することができる。ホール効果素子は、磁界に入れると反応し、磁界の強度に比例する出力電圧を生成する。ホール効果素子と、それに関連する信号を調整、増幅する電子機器との組み合わせをホール効果変換器と呼ぶことがある。
【００１１】
幾つかのタイプのホール効果センサが現在、商業、消費者および産業の用途に使用されている。例えばＨｏｎｅｙｗｅｌｌは、ディジタルおよびアナログのホール効果位置センサ、磁気抵抗ディジタルセンサホール効果羽根センサ、歯車センサ、ホール効果基本スイッチ、およびその様々なタイプの磁石を含む一群のソリッドステート位置センサを生産している。このようなソリッドステート位置センサは、信頼性が高く、高速で寿命が長いセンサであり、他の電子回路とそのまま互換性がある。これらのセンサは、磁界の強度に比例するディジタルまたはアナログの出力を生成することにより、磁界の存在または中断に応答する。ディジタルおよびアナログの「センサ専用」装置は、永久磁石または電気磁石からの磁界によって作動する。
【００１２】
このようなセンサに関連する起動モードは、通常は使用する磁石のタイプによって決定される。例えば、空隙を通過する羽根またはプラスチックのプランジャに装着した磁石は、一体の磁気位置センサを操作することができる。このような位置センサは、正確で確実な出力を必要とする用途に従って実装することができる。これらはブラシレスＤＣモータ、需要メータ、溶接機器、自動販売機、家庭用電気器具、コンピュータなどに見られる。典型的な用途には、点火タイミング、電力感知、弁の位置決め、ロボット工学の制御、電流感知、直線または回転運動の検出、長さの測定、流れの感知、回転数感知、およびセキュリティシステムがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従って、本明細書で開示する本発明は、従来のサーモスタット制御装置、特に水銀に基づくこのような装置に関連する問題に対する独自の解決法を提供することを目的とする。本発明は基本的に、水銀スイッチのスイッチおよび温度構成要素を電気機械的解決法で置換することにより、水銀スイッチの必要性をなくす。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の以下の要約は、本発明に特有の革新的な特徴の幾つかの理解を促進するように提供されるものであって、全てを説明するものではない。本発明の様々な態様は、明細書全体、請求の範囲、図面および要約所を全体として考察することにより、十分に理解することができる。
【００１５】
従って、本発明の１つの態様により、改良されたセンサの方法および装置が提供される。
従って、本発明の別の態様により、温度感知方法および器具が提供される。
【００１６】
本発明の更に別の態様によれば、サーモスタット制御装置ならびにその方法および器具が提供される。
本発明の更に別の態様によれば、磁気センサの方法および器具が提供される。
【００１７】
本発明の以上およびその他の態様は、次に説明するように達成することができる。そのサーモスタット制御のための温度変化を磁気検出する方法および装置を、本明細書で開示する。サーモスタット制御装置は、温度変化に応答して角度位置の変化を経験する少なくとも１枚のバイメタル板を含むように構成することができる。サーモスタット制御装置は、概ねホールセンサを伴い、これはホールセンサに対する動作を、バイメタル板の角度位置の変化に応答して経験する１つまたは複数の磁石を含む。次に温度変化は、磁石の動作に応答して自動的および／または電気的に検出することができる。従って、そのサーモスタット制御のために温度変化を使用する。
【００１８】
ホールセンサは１つまたは複数のホールトランジスタを含むことができる。このようなホールトランジスタは本明細書で説明する磁石を伴う。従って、バイメタル板の角度位置の変化に応答して、ホールトランジスタの状態変化が発生し得る。このような状態変化は、概ね低い状態から高い状態への変化を含む。サーモスタット制御装置は概ね、その電力負荷を有する炉を伴う。このようなサーモスタット制御装置は、その炉を制御するためにマイクロプロセッサ制御回路も伴うことができる。
【００１９】
ホールセンサの出力を使用して、幾つかのサーモスタット制御操作を遂行することができる。例えば、炉の電力負荷をシフトするために、ホールセンサの出力部を切り換え装置に結合することができる。例えば、ホールセンサと切り換え装置との結合は、継電器（例えば低電流継電器）またはコイル（例えば磁気リードスイッチ）を使用して遂行することができる。また、ホールセンサは、対向する磁界に対して直角に配置することができる。ホールセンサの磁石は、プラスのガウスからマイナスのガウスへの突然の線形変化が概ね確立されるように、相互に対して近傍に配置した１つまたは複数の磁石を含むよう配置することができる。磁石は、バイメタル板の半径方向の表面に配置することが好ましく、これはそのサーモスタット制御装置内に配置したコイル状バイメタル板として構成することができる。
【００２０】
本発明の新規の特徴は、本発明の以下の詳細な説明を検証することにより、当業者に明白になるか、本発明の実践によって修得することができる。しかし、本発明の詳細な説明および提示された特定の例は、本発明の特定の実施形態を示すが、例示のためのみに提供されたものであることを理解されたい。本発明の詳細な説明および請求の範囲から、本発明の精神および範囲内で様々な変化および改造が当業者には明白になるからである。
【００２１】
それぞれの図全部にて同様の参照番号が同一の、または機能的に類似した要素を指し示すものとされ、本願に組み込まれてその一部を形成する添付図面が、本発明を更に例示し、本発明の詳細な説明とともに、本発明の原理を説明する働きをする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
これらの非制限的な例で検討する特定の値および構成は、変更することができ、本発明の実施形態を例示するためにのみ言及され、本発明の範囲を制限するものではない。
図１は、本発明の好ましい実施形態により実装することができるソリッドステートサーモスタット制御装置１００の上面図を示す。図２は、本発明の好ましい実施形態により図１で示したソリッドステートサーモスタット制御装置１００の等角斜視図１００を示す。サーモスタット制御装置１００は、支持ハウジング１０２（例えばプラスチック本体）、および温度変化に応答して角度位置の変化を経験するように構成された感熱性バイメタル板１０４を含むよう構成することができる。
【００２３】
バイメタル板１０４は、鉄材料から形成することができ、温度ダイアル（図１では図示せず）の中心ピボット１１２の近傍に配置することができる。温度ダイアルを回転すると、歯車ラック１１６がコイルの形態で配置されたバイメタル板１０４の位置を回転させる。サーモスタット制御装置１００は、スナップオン式受け穴１０９、１１１および１１３も含み、これは関連する温度補償およびサーモスタット回路の金属ブラケットを受けることができる。このような温度補償回路を本明細書では図示せず、詳細に説明もしないことは、当業者に容認されるであろう。なぜなら、そのような構成は、その温度制御に使用するホール装置を指向する本発明の本質部分ではないからである。
【００２４】
サーモスタット制御装置１００は、追加的に穴１０８を含み、これは前述した温度補償回路を支持するブラケットを受けることができる。このような温度補償回路の使用は、本発明によると必要ではないことに留意されたい。本明細書で説明するホール構成により、サーモスタット制御装置１００が室温の空気で作動できるからである。従って、穴１０８およびスナップオン式受け穴１０９、１１１および１１３は任意選択の機構であり、本発明の幾つかの実施形態で使用することができ、本発明の他の実施形態の実装には不必要である。また、サーモスタット制御装置１００は支持棒１１９を含み、これは、上述したように、本発明の好ましい実施形態によると必ずしも使用しない前述の温度補償回路を支持するねじおよびブラケットまたは他の締め付け具を接続することができる。従って、支持棒１１９も任意選択の機構である。
【００２５】
ホールタワー１１５は１つまたは複数のホール感知素子を保持する。従って、ホールタワー１１５は通常、本発明によるホールセンサを備える。ホールタワー１１５およびそれに組み込まれたホールセンサは、対応する２つの磁石１３０および１３２の反対側に配置される。磁石１３０および１３２は反対の極性を有する。例えば、本発明の所望の実施形態に応じて、磁石１３０は磁石１３２の北極に対面する南極を有することができる。磁石１３０および１３２は、ホルダ１１４によって支持され、これは非鉄材料から形成することができる。ホルダ１１４は、バイメタル板１０４が通常は磁石１３０および１３２の近傍にあるので、非鉄材料から形成することが好ましい。従って、ホルダ１１４は磁石１３０および１３２を保持するばかりでなく、磁石１３０および１３２をバイメタル板１０４から磁気的に分離する働きもする。
【００２６】
サーモスタット制御装置１００は通常、ホールタワー１１５によって維持されたホールセンサを伴い、これは磁気効果センサ（つまりホールセンサ）の感知場を通過する設計通りの形状の強磁性目標物体の存在または不在から影響を受ける磁界の変化に応答する。ホールタワー１１５に組み込まれたホールセンサは、電気出力信号を提供することができ、これはその後の電子機器によって必要に応じて更に調整して、その適切な感知および制御信号を生成することができる。関連づけする電子機器は、ホールセンサのパッケージ（つまりホールタワー１１５）自体に搭載するか、外付けすることができる。
【００２７】
本発明に関連して使用するホールセンサは通常、バイメタル板１０４の角度位置の変化に応答して固定ホールセンサ（つまりホールタワー１１５）に対する移動を経験する２つ以上の磁石１３０および１３２を伴う。これで、磁石の動作に応答して温度変化を自動的および／または電気的に検出することができる。例えば家屋、オフィスまたは他の建物の暖房または冷房システムのサーモスタット制御に使用するのは、まさしくこの温度変化である。
【００２８】
ホールセンサは、１つまたは複数の磁石１３０および１３２を伴うホールトランジスタを含むように構成することができる。ホールトランジスタの状態変化は、バイメタル板１０４の角度位置の変化に応答して生じ得る。このような状態変化は通常、低い状態から高い状態への変化を含む。サーモスタット制御装置１００は、その電力負荷を有する炉（図示せず）または冷却システムとも連結することができる。このような炉の実施例は、ＨＶＡＣ暖房および冷房システムで使用するＨＶＡＣ炉である。このようなＨＶＡＣ炉は、空調に対する要求がある場合は全速電力入力端子に、暖房に対する要求がある場合は第２または暖房端子に接続するサーモスタット継電器を含むＨＶＡＣ炉基板を装備することができる。ホールセンサの出力は、炉または冷却システムの電力負荷をシフトする切り換え装置に結合することができる。ホールタワー１１５内のホールセンサと切り換え装置との結合は、例えば継電器（低電流継電器など）を使用して遂行することができる。このような結合は、磁気リードスイッチなどのコイルを使用して遂行することもできる。
【００２９】
また、ホールセンサは、対向する磁界に直角に配置することができる。ホールセンサの磁石は、プラスのガウスからマイナスのガウスへの突然の線形変化が通常確立されるように、相互の近傍に配置された１つまたは複数の磁石を含むように配置することができる。磁石１３０および１３２は、バイメタル板の半径方向表面に配置することが好ましく、これはサーモスタット制御装置自体の中に配置されたコイル状のバイメタル板として構成することができる。
【００３０】
図３は、本発明の好ましい実施形態によりサーモスタット制御装置を実装する一般的方法を示す操作の高レベル流れ図３００を示す。図１および図２で示したサーモスタット制御装置１００のようなサーモスタット制御装置は、ブロック３０２で示すように、１つまたは複数のバイメタル板を含むように構成することができる。サーモスタット制御装置は通常、内部にバイメタル板を配置できるサーモスタットを含む。その後にブロック３０４で示すように、サーモスタット制御装置は、ホールセンサを含むように構成することもできる。本明細書で説明するサーモスタット制御装置は、ブロック３０６で示すように少なくとも１つの磁石を備えることができ、これは図３０８で示すようにプラスのガウスからマイナスのガウスへの突然の線形変化が確立されるように、相互に非常に近く配置される。例えば、相互の近傍に配置された２つ以上の磁石が、この突然の線形変化を提供し、そのサーモスタット切り換え機能を提供することができる。
【００３１】
１つまたは複数のホールセンサおよびバイメタル板に関連してこのような切り換え機能を提供するために、１つの磁石を使用することもできる。それでも、本発明により追加の磁石の構成も実装できることを認識することができる。例えば、プラスのガウスの狭いピークを検出する１つまたは複数のホールセンサに関連して、磁界が対向する３つの磁石を配置することができる。また、ブロック３０６で示すように、磁石は通常、バイメタル板（つまりコイル状バイメタル板）の放射状表面に配置する。ブロック３１０で示すように、ホールセンサは、プラスからマイナスのガウスへの突然の線形変化をディジタルで測定することができる。ホールセンサが対向する磁界に対して直角に位置決めされているからである。ホールセンサは、前述したように１つまたは複数のホールトランジスタも含むことに留意されたい。その後、ブロック３１２で示すように、サーモスタットが示す温度変化により、バイメタル板が角度位置を変化させ、これによってブロック３１４で示すように磁石がホールセンサに対して移動する。この移動により、ホールトランジスタの状態が変化して、バイメタル板が温度差を示すと必ずホールトランジスタの状態が低い状態から高い状態へと動く。
【００３２】
従って本発明によると、サーモスタットは、サーモスタットに関連した温度変化に応答して角度位置の変化を経験する１つまたは複数のバイメタル板を含むように構成することができる。サーモスタットは通常、ホールセンサを伴い、これはバイメタル板の角度位置の変化に応答してホールセンサに対する移動を経験する複数の磁石を含む。次に、磁石の動作に応答して、温度変化を自動的および／または電気的に検出することができ、温度変化は、そのサーモスタット制御に使用される。
【００３３】
従って、本発明は、プラスからマイナスのガウスへの突然の線形変化を確立できるよう、少なくとも２つの磁石を相互に非常に近く組み込むことによって、ホール磁気センサの原理を使用する。ホールセンサは、この突然の線形変化をディジタルで測定することができ、これは対向する磁界に直角に配置される。サーモスタット内に配置されたコイル状バイメタル板の半径方向表面にホールセンサの磁石を配置することにより、感知磁気関係を構築することができる。温度変化によってバイメタル板が角度位置を変化させ、これによって磁石が固定されたホールセンサに対して移動する。この移動により、バイメタル板が温度差を示すと必ずホールトランジスタの状態が低い状態から高い状態へと変化する。次に、ホールセンサの出力を炉の高力負荷をシフトさせる切り換え装置に結合かつ／または統合することができる。これは、低電流継電器、死点上でスイッチの接点を押すために使用できるエネルギを有するコイル、または磁気リードスイッチを操作するコイルなどの幾つかの結合技術を使用して遂行することができる。
【００３４】
本発明は、オフィスおよび建物に関連する暖房および冷房システムなどのサーモスタット制御用途のホールセンサを使用しているので、幾つかの利点を提示する。本発明が独特であるのは、他の電子センサ制御方法および装置と比較して、ホールセンサが非常に低い供給電流で作動できるからである。ホールセンサの出力は約２０ｍÅであり、これはスイッチの接点を閉じるのに必要な余分なエネルギでコイル（例えばバイメタルのコイル）を駆動するのに十分なほど強力であり、これによって本明細書で開示するサーモスタット制御装置を有用にするのに必要な高力切り換え機能を供給する。
【００３５】
しかし、このタイプのエネルギは、バイメタル板の機械的構成のみからは入手不可能である。歴史的に、炉回路からの電力「窃盗」が、電子サーモスタットを使用する用途の１０％で問題になっていることを、当業者は認識することができる。本明細書で開示する方法および器具は、作動に数マイクロアンペア（１０〜１００ｕÅ）の電流しか必要とせず、従って電力窃盗の問題の実際的意味を低下させる。
【００３６】
今日使用されている一部のサーモスタット制御装置は、温度で角度が変化するバイメタル板を介して作動し、それによって水銀スイッチを傾斜させ、従って水銀は水銀自体の水準性質を使用して電流を通すか切るよう移動することができる。このようなタイプの装置の主な問題の１つは、水銀が劣悪な環境で、人間にとって有害なことであり、米国および他の諸国の法律が現在、その使用を禁止するよう立案されている。既に説明したように、他の解決法には、水銀を置換するか、球がスイッチ電極と接触して、水銀スイッチを模倣するように、ガラス管内に回転自在に配置した金属球を使用することなどがあった。これらの試みは、温度の正確さおよび接点閉鎖の問題のために失敗している。
【００３７】
他の試みには、水銀スイッチ自体をリードスイッチで置換することがあった。この方法にも正確さの問題があった。効率的なサーモスタット制御装置の正確さ要件は、このような装置が１．５度以内で作動することを要求する。本明細書で説明する本発明は、水銀スイッチをホール切り換え装置で置換することにより、約５０％高い正確さを可能にし、前述した問題を解決する。上述した接点閉鎖方法は、継電器および／またはコイル／機械的スイッチを組み込むことによって電子的にも適合する。本発明は、切り換えおよび温度感知機能を電気機械的解決法で置換することによって、水銀スイッチの必要性もなくす。
【００３８】
本明細書で述べた実施例は、本発明およびその実際的用途を最前に説明し、それによって当業者が本発明を作成し、使用できるようにするために提示されている。しかし、以上の説明および実施例は例示のみのために提示されていることが、当業者には認識される。本発明の他の変形および改造が当業者には明白であり、このような変形および改造を含むことが、請求の範囲の意図するところである。以上のような説明は、網羅的であるか、本発明の範囲を制限するようには意図されていない。請求の範囲から逸脱することなく、以上の教示に鑑みて多くの改造および変形が可能である。本発明の使用は、異なる特徴を有する構成要素を含むことができることが想定される。本発明の範囲は、全ての態様の同等品を十分に認識して、請求の範囲によって定義されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の好ましい実施形態によるソリッドステートサーモスタット制御装置の上面図を示す。
【図２】本発明の好ましい実施形態により図１で示したソリッドステートサーモスタット制御装置の等角斜視図を示す。
【図３】本発明の好ましい実施形態によるサーモスタット制御装置を実装する一般的方法を示す操作の高レベル流れ図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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