JPH04249879A - 電子カーペット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、カーペットの電熱制
御に適応制御機能と学習制御機能をもたせた電子カーペ
ットに関する。

【０００２】

【従来の技術】熱源として電気エネルギを利用する電熱
制御装置は、暖房器具や調理器具或は衛生器具など多方
面で実用化されている。電気こたつや電子カーペットの
ような電熱制御装置が、モータ制御装置やランプ制御装
置と比較して大きく異なる点は、電熱負荷の時定数が大
きく、ある程度緩慢な制御が許容される点であり、実際
のところ、電子カーペットの電熱制御には、制御偏差の
極性に応じて負荷と電源の間を断続するいわゆるオンオ
フ制御方式が多用されている。

【０００３】図４に示した電子カーペット１は、ヒータ
線２を埋め込んだカーペット１０を希望温度に制御する
ための装置であり、通電により発熱するヒータ線２が、
トライアック等のパワースイッチ３を介して交流電源４
に接続してある。温度センサ７は、感熱樹脂材８を通し
てヒータ線２から流れる電流を感熱線９に受け、この感
熱線９に流れ込む電流値に応じてカーペット温度Ｔｃを
感知する構造であり、１本の感熱線９を蛇行させてカー
ペット１０全体に張り巡らしてあるため、温度センサ７
はカーペット全体の平均温度をカーペット温度Ｔｃとし
て検出する。温度設定器５を介して設定された希望温度
Ｔｓは、マイコン機能を搭載する演算回路６内で温度セ
ンサ７の出力であるカーペット温度Ｔｃと比較され、カ
ーペット温度Ｔｃが希望温度Ｔｓに満たない場合は、図
５の（Ａ），（Ｂ）に示したように、演算回路６からの
指令を受けてパワースイッチ３が閉成され、連続通電に
よる昇温が図られる。そして、カーペット温度Ｔｃが希
望温度Ｔｓを越えると、その時点でパワースイッチ３は
開成し、カーペット１０表面からの熱放散によりカーペ
ット温度Ｔｃが希望温度Ｔｓから数度下がるまで、その
ままの状態が維持される。演算回路６は、温度センサ７
の出力取り込み時点でカーペット温度Ｔｃが希望温度Ｔ
ｓから一定温度以上下がっている場合は、パワースイッ
チ３を閉成して連続通電による昇温を図り、カーペット
温度Ｔｃを希望温度Ｔｓに近付けるよう制御する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の電子カーペ
ット１は、カーペット温度Ｔｃが希望温度Ｔｓを越えた
ときにパワースイッチ３を開成し、カーペット１０の表
面からの熱放散によりカーペット温度Ｔｃが希望温度Ｔ
ｓから数度下がるまで、そのままの状態が維持される。 このため、実際のカーペット温度Ｔｃは、希望温度Ｔｓ
の下側に一定の幅をもった範囲で可変制御されることに
なり、カーペット表面が膚に直接暖かいと感じられる期
間（パワースイッチ３のオン期間）と、余熱だけでなん
となく暖かく感じられる期間（パワースイッチ３のオフ
期間）とがはっきりしており、体感温度変化の少ない快
適な保温効果からは遠いものであった。また、カーペッ
ト温度Ｔｃが希望温度Ｔｓの下側に振れるため、さらに
高い温度に設定しなければならず、暖房費の節約に逆行
するといった課題を抱えていた。

【０００５】さらにまた、ヒータ線２への電力供給は、
希望温度Ｔｓと実際のカーペット温度Ｔｃとの比較結果
に応じて、最大供給電力による通電を行うか又は完全に
通電を断つかのどちらかによって制御されるため、カー
ペット１０からの熱放散が最大となる厳冬期には、希望
温度Ｔｓとカーペット温度Ｔｃの間に定常的な偏差が存
在し続けたり、或はカーペット１０上に同時に多数の人
が乗ったために、カーペット１０に対する熱負荷が増え
て、やはり定常偏差が避けられなかったりすることがあ
り、またこれとは逆に秋口や春先などには、電熱容量が
熱負荷を上回るために、若干加熱し過ぎの状態となり、
快適暖房のためには希望温度Ｔｓを幾分か下げなければ
ならないことがあるといった課題を抱えていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記課題を
解決したものであり、カーペットに埋め込まれたヒータ
線に交流を通電して加熱するとともに、カーペット温度
が希望温度に一致するよう前記ヒータ線に通電する交流
を電力制御する制御手段と、前記カーペット温度と希望
温度とを定期的に比較し、比較により得られる温度差に
応じて、前記制御手段の前記温度差に対する供給電力量
を補正する補正手段を具備することを特徴とするもので
ある。

【０００７】

【作用】この発明は、カーペットに埋め込まれたヒータ
線に交流を通電して加熱し、カーペット温度が希望温度
に一致するようヒータ線に通電する交流を電力制御する
とともに、カーペット温度と希望温度とを定期的に比較
し、比較により得られる温度差に応じて、温度差に対す
る供給電力量を補正することにより、交流電力を有効活
用してカーペットを効率よく電熱制御する。

【０００８】

【実施例】以下、この発明の実施例について、図１ない
し図３を参照して説明する。図１は、この発明の電子カ
ーペットの一実施例を示す回路構成図、図２は、図１に
示した回路各部の信号波形図、図３は、第１図に示した
電子カーペットの温度制御動作を説明するためのプロッ
ク線図である。

【０００９】図１に示す電子カーペット１１は、交流電
源４とヒータ線２との間に介在するパワースイッチ３を
、ゼロ電圧センサ１２の出力をクロックとする制御部１
３によって開閉制御するものである。ゼロ電圧センサ１
３は、交流電源４の出力電圧がゼロ電圧を横ぎったこと
を検出し、検出時点で図２の（Ｂ）に示すごく短いパル
ス幅のゼロクロス検出パルスを出力する。実施例では、
パワースイッチ３としてトライアックを用いているため
、ゼロ電圧センサ１２の出力ゼロクロス検出パルスと同
様、交流電源４の出力電圧と同相のゼロクロストリガパ
ルスを、交流電源４に接続したゼロクロストリガパルス
発生回路１４を介してパワースイッチ３のトリガ入力端
子に供給するようにしており、パワースイッチ３のトリ
ガ位相は、常に電源位相に一致する。

【００１０】制御部１３は、ゼロ電圧センサ１２のゼロ
クロス検出パルスを、計数時間換算で例えば１秒に満た
ないごく短い時間に相当する一定値を限度に循環的に計
数し、外部設定される任意の２計数値によって両端が規
定される一連の計数期間中、パワースイッチ３に対しゼ
ロクロストリガパルス発生回路１４を介してトリガパル
スを供給するものである。実施例では、計数上限である
１１１１の計数時点でリセット信号を出力する４ビット
カウンタ回路１５と、このカウンタ回路１５の計数値を
ラッチ回路１６がラッチする所定値と比較し、両者が一
致した時点でセット信号を出力するコンパレータ回路１
７と、このコンパレータ回路１７のセット信号とカウン
タ回路１５のリセット信号を受けてセット又はリセット
され、セット出力又はリセット出力をもってゼロクロス
トリガパルス発生回路１４を駆動するフリップフロップ
回路１８等をもって構成してある。

【００１１】ラッチ回路１６は、演算回路１９を介して
温度差Ｔｓ−Ｔｃに応じて補正された供給電力量に比例
する４ビットのデータを与えられ、次にラッチ指令が与
えられるまでの間、当該データをコンパレータ回路１７
の比較基準として保持し続ける働きをする。実施例では
、ラッチ回路１６にラッチする００００〜１１１１の４
ビットデータは、ヒータ線２に対する供給電力量Ｅに対
応しており、カーペット温度Ｔｃが設定温度Ｔｓよりも
小さい場合は増加補正され、またカーペット温度Ｔｃが
設定温度Ｔｓよりも大きい場合は減少補正される。一方
また、ゼロ電圧センサ１２の出力ゼロクロス検出パルス
を計数するカウンタ回路１５は、計数値が１１１１とな
った時点、すなわちゼロクロス検出パルスが１６個計数
された時点で、フリップフロップ回路１８に対しリセッ
ト信号を供給する。従って、電源周期の８倍に相当する
１制御周期Ｔの到来とともに、フリップフロップ回路１
８はリセットされ、同時にゼロクロストリガパルス発生
回路１４に対する駆動は停止する。その結果、パワース
イッチ３に対するゼロクロストリガパルスの供給が断た
れ、ヒータ線２に対する通電は中断する。ヒータ線２に
対する通電が中断すると、計数値１１１１を計数上限と
するカウンタ回路１５は、再度００００から計数を開始
し、その計数値がラッチ回路１６にラッチされた所定値
、ここでは００１１に一致した時点、すなわちフリップ
フロップ回路１８のリセット後４個目のゼロクロス検出
パルスが計数された時点で、コンパレータ回路１７がセ
ット信号を出力する。その結果、フリップフロップ回路
１８はセットされ、ゼロクロストリガパルス発生回路１
４が再び駆動されることで、パワースイッチ３に対して
ゼロクロストリガパルスが与えられ、ヒータ線２に対す
る通電が再開される。

【００１２】なお、カウンタ回路１５は１６個の半波を
計数したときにリセットされるため、電源周波数を仮に
５０サイクルとした場合に、８／５０秒が１制御周期Ｔ
となる。従って、カウンタ回路１５に設定される一定値
１１１１は、計数時間換算で１秒の数分の一程度のごく
短い時間に相当し、それだけ短いサイクルでもって負荷
変動に対応できると言える。

【００１３】ところで、演算回路１９に接続された温度
設定器２０は、ここでは電子ボリューム等で構成されて
おり、ボリューム操作により設定された希望温度Ｔｓは
、演算回路１９内で温度センサ７によりサンプリングさ
れたカーペット温度Ｔｃと比較される。このとき、演算
回路１９は、比較により得られる温度差Ｔｓ−Ｔｃに対
応する補正値ΔＥを加算又は減算した電力がヒータ線２
に供給されるよう、ラッチ回路１６に与えるデータを可
変し、制御部１３が支配するパワースイッチ３の通電率
Ｔｏｎ／Ｔを可変制御する。

【００１４】実施例では、供給電力量を負荷状態に適応
させて可変する構成をとっており、このため演算回路１
９には、希望温度Ｔｓと実際のカーペット温度Ｔｃとの
温度差Ｔｓ−Ｔｃに対応した基準供給電力量Ｅｏを格納
したＲＯＭ２１と、このＲＯＭ２１が記憶する基準供給
電力量Ｅｏを初期供給電力量として与えられる一方、適
応制御課程で刻々と変わり行く供給電力量Ｅを最新の供
給電力の補正値ΔＥで更新しつつ記憶するＲＡＭ２２が
接続してある。電熱制御系としてみた電子カーペット１
１のブロック線図は、図３に示した通りであり、ＲＯＭ
２１は電子カーペット１１を最初に使用するときに演算
回路１９が必要とする基準供給電力Ｅｏを与え、ＲＡＭ
２２は最初にＲＯＭ２１から与えられる基準供給電力量
Ｅｏを記憶した後は、次からは演算回路１９から直接与
えられる最新の供給電力量Ｅを記憶する。

【００１５】ここで、ＲＡＭ２２に格納される最新の電
力供給量Ｅは、演算回路１９がカーペット温度Ｔｃと希
望温度Ｔｓとを定期的に比較し、カーペット温度Ｔｃが
設定温度Ｔｓよりも小さい場合は補正値ΔＥを加算し、
またカーペット温度Ｔｃが設定温度Ｔｓよりも大きい場
合は、補正値ΔＥを減算するというように、直前の制御
成果を踏まえつつ電熱制御系の状態に適応させて決定さ
れる。従って、例えばカーペット１０からの熱放散が最
大となる厳冬期にあっては、演算回路１９が温度差Ｔｓ
−Ｔｃに対応する供給電力量Ｅを通常よりも大に補正し
、希望温度Ｔｓとカーペット温度Ｔｃの間に生ずる定常
偏差を排除することができる。また、カーペット１０上
に同時に多数の人が乗ったために、カーペット１０に対
する熱負荷が増えたときも、同様に定常偏差を排除する
ことができ、さらにまた電熱容量が熱負荷を上回る秋口
や春先などには、基準供給電力量Ｅｏを通常よりも小さ
くすることで、カーペット温度Ｔｃが希望温度Ｔｓより
も高めに保たれて定常偏差を残すといった不都合を回避
することができる。

【００１６】このように、上記電子カーペット１１は、
カーペット１０上の人の数や、季節によって変わる周囲
温度といったカーペット１０からの熱放散要因が変動し
たときに、この変動に合わせて制御態様を自動的に適応
させることができ、適応制御により交流電力を有効活用
してカーペット１０を効率よく電熱制御することができ
る。また、補正手段である演算回路１９が最新の供給電
力量ＥをＲＡＭ２２に更新登録するため、適応制御に必
要な制御データを学習保存させることができ、これによ
りカーペット１０上の人の数が変動してカーペット１０
の熱負荷が変わったり、或はまた季節の変化とともに部
屋の平均温度が変わったりして熱放散量が変化したとき
などに、電源の投入と同時に適切な電熱制御を実施する
ことができる。

【００１７】また、パワースイッチ３が電源周期の８倍
を１周期とする制御周期Ｔのうち、１２／１６・Ｔをオ
ン期間Ｔｏｎとし、残りの４／１６・Ｔをオフ期間Ｔｏ
ｆｆとする開閉動作を行うため、カーペット温度Ｔｃを
希望温度Ｔｓに保つための電力制御を、１秒の数分の一
程度のごく短い制御周期Ｔを単位にきめ細かに実施する
ことができ、ヒータ線２の熱時定数が大きいために、従
来はきめ細かな制御対象とはされていなかった電熱制御
系ではあるが、正確で誤差の少ない温度制御が可能であ
る。また、１制御周期Ｔに占める通電期間Ｔｏｎを制限
することで、消費電力の制御が自在に可能であり、従っ
てブレーカ容量に制約のある一般家庭での使用にさいし
ても、電力選択によりブレーカ容量を越えない安全かつ
効率的な電力消費が可能であり、炊飯器やアイロン等の
比較的電力消費の大きな家庭用電気機器等を、安心して
併用することができる。また、ゼロクロストリガパルス
発生回路１４によるパワースイッチ３のトリガ位相は電
源位相に一致しているため、ラジオノイズ等を発生する
ことはない。

【００１８】なお、上記実施例において、カウンタ回路
１５としては、４ビットに限らず、２ビット又は３ビッ
ト、或は５ビット以上のものを用いることができ、電力
制御における分解能に応じたビット数を採用するとよい
。さらにまた、フリップフロップ回路１８は、セット入
力端子にカウンタ回路１５を接続し、リセット入力端子
にコンパレータ回路１７を接続してもよく、その場合ラ
ッチ回路１６のラッチデータは、負荷２に対する通電終
了時期に対応するため、希望温度が高くなるにつれてラ
ッチデータも大きな値をとる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明は、カー
ペットに埋め込まれたヒータ線に交流を通電して加熱し
、カーペット温度が希望温度に一致するよう前記ヒータ
線に通電される交流を電力制御するとともに、カーペッ
ト温度と希望温度とを定期的に比較し、比較により得ら
れる温度差に応じて供給電力量を補正する構成としたか
ら、温度差に対する供給電力量が固定されていた従来の
電子カーペット等と異なり、カーペット上の人の数や、
季節によって変わる周囲温度といったカーペットからの
熱放散要因が変動したときに、この変動に合わせて電熱
制御系の制御態様を自動的に適応させることができ、適
応制御により交流電力を有効活用してカーペットを効率
よく電熱制御することができる等の優れた効果を奏する
。

【００２０】また、この発明は、補正手段に最新の補正
結果を更新登録され、記憶内容を随時読み出すことので
きるＲＡＭを設けたことにより、上記適応制御に必要な
制御データを学習させて保存し、常に最新の学習成果が
活用できるので、カーペット上の人の数が変動してカー
ペットの熱負荷が変わったり、或は季節の変化とともに
部屋の平均温度が変わったりして熱放散量が変化したと
きなどに、適応制御に必要な最新の制御データを読み出
し、電源を投入した直後から直ちに適切な電熱制御を実
施することができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の電子カーペットの一実施例を示す回
路構成図である。

【図２】図１に示した回路各部の信号波形図である。

【図３】図１に示した電子カーペットの温度制御動作を
説明するためのプロック線図である。

【図４】従来の電子カーペットの一例を示す回路構成図
である。

【図５】図４に示した電子カーペットの温度制御経過を
示す波形図である。

【符号の説明】

２　　ヒータ線 ３　　パワースイッチ ４　　交流電源 １０　　カーペット １１　　電子カーペット １３　　制御部 １９　　演算回路 ２０　　温度設定器 ２１　　ＲＯＭ ２２　　ＲＡＭ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　カーペットに埋め込まれたヒータ線に
   交流を通電して加熱するとともに、カーペット温度が希
   望温度に一致するよう前記ヒータ線に通電する交流を電
   力制御する制御手段と、前記カーペット温度と希望温度
   を定期的に比較し、比較により得られる温度差に応じて
   、前記制御手段の前記温度差に対する供給電力量を補正
   する補正手段を具備することを特徴とする電子カーペッ
   ト。
2. 【請求項２】　　前記補正手段は、最新の補正結果を更
   新登録され、記憶内容を随時読み出すことができるＲＡ
   Ｍを有することを特徴とする請求項１記載の電子カーペ
   ット。