(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続される電気機器の使用に応じた電力情報を，
組み立て及び組み立て後の使用を通じて簡単に把握する学習教材であって，
前記電力情報の検出機能ブロックを構成する電流変流器（ＣＴという）を用いて構成された電流検出手段と，
演算機能ブロックを構成するＩＣを用いて構成された電力情報演算手段と，
表示機能ブロックを構成するＬＥＤを用いて構成された電力情報表示手段と，
を備えるとともに，
プラグ刃とレセプタクル金具を備え，
前記ＣＴを該プラグ刃とレセプタクル金具を結ぶ電路の所定位置に該電路を貫通するよう設け，
該ＣＴと，前記演算機能ブロックと表示機能ブロックとを配設する電子基板と，がコネクタにより接続され，
前記電子基板を配置する位置決めリブとプラグ刃配設部を有するケースの所定位置に，前記電子基板とＣＴ及びプラグ刃を配設したうえ，
レセプタクル金具支持部を有するカバーを前記ケースと嵌合し，
該カバーをはさみこむように前記ケースとねじ止めされる半透明のカバーを前記カバーと嵌合して学習教材の筐体を構成し，
前記半透明のカバーから前記ＬＥＤを外部から把握することを特徴とする学習教材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件の発明は，電気を学習する際に使用される学習教材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から，特許文献１に示したような電気・電子回路を学習可能な学習教材が公知である。
【０００３】
特許文献１によれば，比較的高電圧回路と比較的低電圧回路とを共に確実に学習可能の電気・電子回路用研修装置を提供することを目的として，持運び可能な収納ケースと、収納ケースの内部に設けられ回路が形成される回路設置板と、回路設置板に区画形成された少なくとも２つの領域と、一の領域内に配置された比較的高電圧回路用の部品と、他の領域内に配置された比較的低電圧回路用の部品とを具備した電気・電子回路用研修装置であり、これにより、任意な場所で、比較的高電圧回路と比較的低電圧回路とをそれぞれ確実に学習可能であるとともに、これらの異電圧回路用の部品間の混同による回路部品の故障を、区画形成された領域により防止できる電気・電子回路用研修装置を提供したものである。
【特許文献１】特開２００２−１４９０５５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示したような研修装置においては，高電圧回路と低電圧回路とを学習可能ではあるが，学習し終わった後は，再び使用されるということが少なかった。一般的に，学習した内容は反復して覚える場合と比較して早く忘れてしまうため，学習の成果を長く記憶に留めておくためには，学習教材を反復利用する必要があるが，そのためには学習の機会を設けて再度学習する必要があったり，学習者本人が学習を行うという気になって学習を行う必要があった。
【０００５】
即ち，学習を行っている間は回路についての学習が行えるものの，一旦学習を終えた後は，再び自発的に学習を行うということは困難であった。このため，学習教材が自然と継続して使われるということは少なく，日常的に継続して用いられつつ，しかも学習者本人があまり意識せずとも結果として学習を行うことが可能な学習教材が望まれていた。
【０００６】
そこで本件の発明は，動作原理の理解が容易に行えるとともに，組み立て性に優れ，なおかつ組み立て後の使用を通じて電気に対する興味を自然と引き起こさせ，継続的に電気機器の使用電力を簡単に把握することができる学習教材を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の学習教材は，
接続される電気機器の使用に応じた電力情報を，組み立て及び組み立て後の使用を通じて簡単に把握する学習教材であって，前記電力情報の検出機能ブロックを構成する電流変流器（ＣＴという）を用いて構成された電流検出手段と，演算機能ブロックを構成するＩＣを用いて構成された電力情報演算手段と，表示機能ブロックを構成するＬＥＤを用いて構成された電力情報表示手段と，を備えるとともに，プラグ刃とレセプタクル金具を備え，前記ＣＴを該プラグ刃とレセプタクル金具を結ぶ電路の所定位置に該電路を貫通するよう設け，該ＣＴと，前記演算機能ブロックと表示機能ブロックとを配設する電子基板と，がコネクタにより接続され，前記電子基板を配置する位置決めリブとプラグ刃配設部を有するケースの所定位置に，前記電子基板とＣＴ及びプラグ刃を配設したうえ，レセプタクル金具支持部を有するカバーを前記ケースと嵌合し，該カバーをはさみこむように前記ケースとねじ止めされる半透明のカバーを前記カバーと嵌合して学習教材の筐体を構成し，前記半透明のカバーから前記ＬＥＤを外部から把握することが可能な学習教材を構成している。
このような構成によれば，電力情報，例えば電力量もしくは電力等を測定表示する原理を，検出，演算，表示という機能ブロックごとに容易に把握することができ，また，該機能ブロック毎に構成したため，組み立て時においても機能を理解しながら簡単に組み立てることができる学習教材を提供することが可能となる。
【０００８】
また，使用する電気機器を本学習教材に接続して使用することができ，接続した電気機器を使用した場合に該電気機器の使用に応じた電力情報，例えば消費電力量もしくは消費電力を簡単に把握することができる。また，日常的に使用することができるため，学習しようという気にならずとも，自然と使用することで電力情報の表示部の表示と相まって，電気に対する興味を引き起こすことが可能となる。
【０００９】
また，電流検出手段として，一般的に流通している電流変流器を学習教材に用いることができ，精度よく電流を計測できるとともに，安価に教材を提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の学習教材は，電流検出手段と，電力量演算手段と，電力量表示手段とを備えたことを特徴として学習教材を構成しているため，動作原理の理解が容易に行えるとともに，組み立て性に優れ，なおかつ組み立て後の使用を通じて電気に対する興味を自然と引き起こさせ，継続的に電気機器の使用電力を簡単に把握することができる学習教材を提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に本件発明の最良の実施の形態に係る学習教材について，図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１６】
図１は，本発明の学習教材１の実施の形態に係るブロック図である。図２は，本学習教材の分解斜視図で電力情報の表示手段としてＬＥＤを用いて構成した図である。図３は，本学習教材の分解斜視図で電力情報の表示手段として液晶パネルを用いて構成した図である。図４は，報知手段を設けて構成した図である。図５は，本学習教材を組み立てた後の外観斜視図である。
【００１７】
本学習教材１は，電流検出手段１０１と，該電流検出手段１０１からの出力を受けて電力情報を演算する電力情報演算手段１０２と，該電力情報演算手段１０２により演算された電力情報，例えば電力量や電力等を表示する電力情報表示手段１０３を備えて構成される。
【００１８】
電力情報としては，前述した消費電力（ｋＷ），電力量（ｋＷｈ）の他に，電圧，電流，力率など種々の情報があるが，本実施の形態では，学習教材として学習者が電気に興味を持ち，自然と継続して本学習教材を使うことを目的の一つとしているため，家庭で目にすることが多い消費電力と電力量に焦点に着目して，その情報を表示することができるような構成としている。
【００１９】
電流検出手段１０１は，電流変流器（以後ＣＴという）を用いて構成されており，電流を計測する電路に貫通させて用いる。電路に電流が流れると，ＣＴのコアに巻かれた巻き線の両端には誘導電流が発生し，該巻き線の両端に配置された抵抗に電位が発生する。電路に流れる電路に流れる電流の大きさと，前記抵抗に発生する電位の大きさの関係を予め求めておくことで，電路に流れる電流を容易に測定できるものである。
【００２０】
一般には，コアに巻かれたｎターンの二次巻き線と，貫通電線の間がｎ：１の変流比となることを利用して，出力電流を負荷抵抗に流すことで電圧信号に変換して用いる手法が用いられる。
【００２１】
電力情報演算手段１０２は，ＩＣを用いて構成されており，前記電流検出手段１０１からの出力信号を受けて，電力及び電力量を予め作成記憶されたプログラムに基づいて演算する
【００２２】
本学習教材においては，簡易に電力量及び電力を演算するために，電圧に関しては一定の１００Ｖとみなして演算を行うよう設定されている。例えば，１０Ａのヒータを１時間使用した場合の電力は１ｋＷで，電力量は１ｋＷｈとなる。
【００２３】
また，より精度よく電力量及び電力を演算するために，電流に対する電圧の位相のずれと，電流の波形を考慮するとともに，電圧値との積分を行って，有効電力を演算するように構成してもよい。
【００２４】
電力情報表示手段１０３は，表示する情報に合わせてＬＥＤもしくは表示液晶パネルを用いて構成されており，ＩＣにより演算された消費電力をＬＥＤの段階的な点灯／消灯により表示したり，もしくは電力量を数値で表示するように設けられている。
【００２５】
電力情報表示手段１０３として，複数のＬＥＤを用いて構成した場合，ＩＣにより電力の大きさに応じて，段階的に点灯もしくは消灯を行うよう制御される。本実施例ではＬＥＤは６個設けており，これらのＬＥＤが電力の大きさに応じて段階的に点灯もしくは消灯を行い視覚的に消費電力を把握することができる。
【００２６】
これらの，電流検出手段１０１，電力情報演算手段１０２，電力情報表示手段１０３は，検出，演算，表示という機能ブロックに分かれているため，学習者は電流の検出，電力情報の演算，電力情報の表示という機能を個々に理解しながら組み立てていくことが可能である。
【００２７】
次に図２には，本学習教材１の分解構造図を示している。なお，電力情報の表示として電力表示手段１０３１を備えた例を示している。
【００２８】
本学習教材１の筐体は，内部に電子基板等の部品を収納するケース２と，該ケース２に嵌合するカバー３と，該カバー３と嵌合するとともにカバー３をはさみこむようにして，ケース２とねじ止めされる半透明のカバー４から構成されている。
【００２９】
ケース２には，コンセントに差し込まれる一対のプラグ刃５を配設するプラグ刃配設部６と，カバー３には該プラグ刃と導電体で接続されるレセプタクル金具５１を支持するレセプタクル金具支持部７が設けられており，また，ケース２には，一方のプラグ刃から，該プラグ刃と対応するレセプタクル金具５１までの電路を貫通するように設けられるＣＴ８と，ＣＴ配設部が設けられている。ＣＴ８は，プラグ刃５を内側に貫通するよう仮装着された状態で，ケース２の所定位置に挿入され，ケースに設けられたＣＴ配設部と，プラグ刃の一端の突部９で支持固定される。
【００３０】
前記ＣＴ８の出力部は電子基板１０にコネクタを用いて接続されており，学習者は容易に電流検出の機能をもつＣＴと，電力演算の機能ならびに電流表示の機能を持つ電子基板１０とを接続して組み立てすることができる。
【００３１】
電子基板１０には，電力情報である電力量を演算するＩＣ２００と，電力情報表示手段であるＬＥＤ群２０１が配設されている。この他，電源回路が設けられており，交流電源を直流電源に変換し，演算手段等に電源を供給する。カバー３には，該ＬＥＤ群の各々のＬＥＤの位置と対応する位置に孔が設けられており，半透明カバー４を通して，電子基板１０に設けられたＬＥＤの点灯もしくは消灯の状態が把握できるようになっている。半透明カバー４は適宜透明カバーに変更して構成してよい。
【００３２】
ケース２には，電子基板１０を所定の位置に配設するための位置決めリブａ１１とリブａ１２とが設けられてあり，電子基板１０の，前記位置決めリブａ１１とリブａ１２と対応する位置には，該リブを逃げてスライド配置できるよう設けられた凹部ａ１３及び凹部ｂ１４が設けられている。
【００３３】
これにより学習者は，学習教材１の組み立てに際し，電子基板１０をケース２の所定の位置に容易に配設することが可能であり，不用意に電子基板に力を加えたり，ケースとカバーの嵌合部分にはさみこんでしまい，基板に配設している部品等を破損して動作しなくなるおそれが極力低減できる。
【００３４】
本実施例では，前述したように，一番下側のＬＥＤを電源表示としており，学習教材の電源が入っている状態では，一番下側のＬＥＤが常に点灯した状態となっている。点灯は演算手段によって行うよう構成している。これは，学習教材１に電源が入っていることを知らせるとともに，学習教材の存在を自然とＰＲできるという効果を奏する。
【００３５】
６個のＬＥＤは消費電力に応じて，それぞれ以下に示すように電力量演算手段２００から点灯もしくは消灯の制御を受ける。それぞれのＬＥＤをＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６とする。
【００３６】
まず，消費電力が１０Ｗ未満の場合には，Ｌ１のみ点灯を行う。
消費電力が１０Ｗ以上５０Ｗ未満の場合にはＬ１とＬ２の点灯を行う。
消費電力が５０Ｗ以上１００Ｗ未満の場合にはＬ１とＬ２と，Ｌ３の点灯を行う。
消費電力が１００Ｗ以上５００Ｗ未満の場合にはＬ１とＬ２とＬ３とＬ４の点灯を行う。
消費電力が５００Ｗ以上１５００Ｗ未満の場合にはＬ１とＬ２とＬ３とＬ４とＬ５の点灯を行う。
消費電力が１５００Ｗ以上の場合にはＬ１とＬ２とＬ３とＬ４とＬ５とＬ６の点灯を行う。
【００３７】
このように電力量演算手段１０２はＬＥＤの点灯制御を行う。消費電力が小さい範囲では，制御の区分を細かく分けているが，これは消費電力が低い電気機器を使用した際にも消費電力の目安が分かるとともに，ＬＥＤの点灯もしくは消灯を行うことで学習者の興味を惹くためである。また，消費電力が大きな電気機器を使用して１５００Ｗを超えた場合には全てのＬＥＤが点灯を行い，定格をオーバーしていることを知らせる。これにより，学習者はそのような電気機器をコンセントにつないで使用してはいけないことが把握できる。なお，より注意を促すために，消費電力が１５００Ｗを超えた場合には一部もしくは全てのＬＥＤを点滅させて，学習者に視覚的に訴えかけるよう構成してもよい。
【００３８】
図３には第二の実施の形態として，電力情報表示手段として液晶を用いて構成した学習教材の外観分解構造図を示している。前述した消費電力の情報を表示するＬＥＤの部分に代えて液晶パネル３０１を用いて構成したものである。プラグ刃やケース等，前述した実施の形態と共通する部分については説明を省略する。
【００３９】
電子基板１０のＩＣ２００と，液晶パネルは電気的に接続されている。液晶パネルはカバー３の内側に配設されている。演算手段１０２であるＩＣには液晶パネル駆動回路が設けられており，該液晶パネル３０１には演算された電力量が数値で表示されるように構成されている。
【００４０】
カバー３には，液晶パネル３０１に対応する位置に外部から該液晶パネル３０１が視認できるように孔部が設けられており，液晶パネル３０１に表示された電力情報を視認することが可能である。なお，液晶パネルの表面は，カバー４により外部から保護されるように構成されている。
【００４１】
該液晶パネル３０１に表示する電力情報としては，前記演算手段１０２で演算される電力量（ｋＷｈ）の他，消費電力（Ｗ，ｋＷ）を数値で表示してもよい。
【００４２】
また，電気に対してどれくらいの費用が発生しているのかを簡易的に把握する手段として，電力量（ｋＷｈ）に電力量料金単価（円）を掛けて得られる量を費用として数値で表示するように電力量演算手段に演算させるよう構成してもよい。このように，費用に関する情報を液晶パネル３０１に表示させることで，学習者は電気と費用（円）を関連付けて把握することができ，より電気に対する興味を惹くことができる。
【００４３】
また，演算手段のプログラム領域に余裕がある場合には，より実際に沿った電気の使用に係る費用を演算させる例として，電力会社等で一般的に用いられている三段階料金制度を演算プログラムに適用させて構成してもよい。即ち，電気の使用量に応じて，電力量料金単価に格差を設けて演算させる。
【００４４】
第一段階は，電力量が１２０ｋＷｈまでは電力量料金単価が例えば１８円，
第二段階は，電力量が１２０ｋＷｈを超えて３００ｋＷｈまでは電力量料金単価が例えば２０円，
第三段階は，電力量が３００ｋＷｈを超えると電力量料金単価が例えば２２円となるというように段階を追って費用を演算する。
【００４５】
これにより，学習者は電気機器の使用に際して，トータルでどれくらいの費用がかかったかを容易に把握することができる。また，場合によっては電気の使用を節約することにより地球温暖化防止の意識を持つことにつながり環境意識を持つことにつながる可能性が考えられる。
【００４６】
また，単純に費用を表示させる他，電子基板１０に設けられた演算手段の記憶部（内部メモリ）や外部メモリに過去の所定期間の使用電力量を記憶させておき，現在の使用電力量と比較演算させることにより，費用の差を数値で表示させてもよいし，日常的に利用する身近なものに換算して文字で表示させるよう構成してもよい。例えば，費用の差を「缶ジュースｎ本分」（ｎは０以上の整数）とか，「お菓子ｎ個分」等，ものに換算して表示させるよう構成してもよい。
【００４７】
図4には報知手段４０１を設けた実施の形態を示している。前述した学習教材に報知手段としてブザーもしくはスピーカーを追加して構成したものである。ブザーもしくはスピーカの駆動は，前述した電力量演算手段１０２により行われる。また，スピーカから報知する音声データについては予め前記電力量演算手段１０２の記憶部に記憶している。
【００４８】
まず，報知手段として，ブザーを用いる場合について説明を行う。ブザーを用いる場合には例えば，ブザーが鳴っている時間や，鳴らす時間の間隔を変化させて学習者に報知する。消費電力の大きさに応じて，段階的な変化が把握できるよう，本学習教材では，
まず，
消費電力が１０Ｗ未満の場合には，５秒間隔で，０．５秒の間鳴り，
消費電力が１０Ｗ以上５０Ｗ未満の場合には３秒間隔で，０．５秒の間鳴り，
消費電力が５０Ｗ以上１００Ｗ未満の場合には２秒間隔で，０．５秒の間鳴り，
消費電力が１００Ｗ以上５００Ｗ未満の場合には１秒間隔で，０．５秒の間鳴り，
消費電力が５００Ｗ以上１５００Ｗ未満の場合には０．５秒間隔で，０．５秒の間鳴り，
消費電力が１５００Ｗ以上の場合には０．２秒間隔で，０．５秒の間鳴るように構成している。
このように，消費電力の大きさに応じて，段階的にブザーのなる間隔が短くなるよう構成しているため，電力表示手段であるＬＥＤの点灯や，もしくは電力量表示手段である液晶パネルの表示と相まって，聴覚的に消費電力の大きさを把握することが可能である。
【００４９】
なお，ブザーの報知間隔や，報知時間についてはそのパターンを適宜定めるとよい。
【００５０】
次に，報知手段として，スピーカを用いる場合について説明を行う。スピーカを用いる場合については，音声合成により，そのときの消費電力もしくは電力量等を報知させるように構成する。
【００５１】
例えば，消費電力が３５Ｗであるときには，１０の位である「３」と，１の位である「５」と，単位の「Ｗ」を音声合成により「ゲンザイ  サン  ジュウ  ゴ  ワット  デス」と報知させるようプログラムにより電力量演算手段に演算させるよう構成している。
【００５２】
また，消費電力の大きさに応じて，消費電力が定格に近くなった，または定格をオーバーした場合には，「電気の使いすぎです。電気の使用を控えてください」等のメッセージを報知するように構成してもよい。
【００５３】
音声で報知することにより，学習者は，ＬＥＤの表示もしくは液晶の表示と相まって，より直感的に電気機器の使用に伴い消費する電力の大きさを把握することがでるとともに，電気を使いすぎる状態を体感して理解することができる。
【００５４】
図５には，本学習教材を組み立て後の外観斜視図を示している。本体には電気機器のプラグ刃を接続するためのプラグ差込口が設けられているため，普段からよく使用する電気機器を接続して用いることにより，手軽に消費電力や電力量といった電力情報を自然と把握することができる。
【００５５】
本発明の学習教材は，電流検出手段と，電力量演算手段と，電力量表示手段とを備えたことを特徴として学習教材を構成しているため，動作原理の理解が容易に行えるとともに，組み立て性に優れ，なおかつ組み立て後の使用を通じて電気に対する興味を自然と引き起こさせ，継続的に電気機器の使用電力を簡単に把握することができる学習教材を提供することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
学習する側の年齢や学習到達度または対象者に応じて，表示・報知する電力に関する情報以外の情報を表示・報知するように構成することで，例えば消費電力や電力量，費用の表示・報知に加えて，二酸化炭素への換算を行うことで環境意識を向上させることに応用できたり，原油量への換算を行うことでコスト意識を持たせることに応用できたりと，対象者に応じた興味を惹く内容を表示することにより，学習教材の使用対象を広げて電気に対する興味を自然と持つことができる可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態に係る学習教材のブロック構成図である。
【図２】第一の実施の形態を表す分解構造図である。
【図３】第二の実施の形態を表す分解構造図である。
【図４】報知手段を備えた例を表す分解構造図である。
【図５】組み立て後の外観斜視図を示した図である。
【図６】従来の学習教材を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  学習教材
１０１  電流検出手段
１０２  電力情報演算手段
１０３  電力情報表示手段
２  ケース
３  カバー
４  半透明カバー
５  プラグ刃
６  プラグ刃配設部
７  レセプタクル金具支持部
８  変流器（ＣＴ）
９  ＣＴ配設部
１０  電子基板
１１  リブａ
１２  リブｂ
１３  位置決め凹部ａ
１４  位置決め凹部ｂ
２００  ＩＣ
２０１  電力表示部
３０１  電力量表示部
３０２  孔部
４０１  報知手段
【図１】
0004812358.tif 000002
【図２】
0004812358.tif 000003
【図３】
0004812358.tif 000004
【図４】
0004812358.tif 000005
【図５】
0004812358.tif 000006
【図６】
0004812358.tif 000007