JPH06250746A - リレー開閉制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、リレー接点の開閉を、電流が零とな
る電源波形のゼロクロス点で確実に行うようにしてリレ
ーの寿命を長くする。 【構成】リレーコイル(14)の付勢又は付勢解除時からリ
レー接点(10)の開閉までの各遅れ時間Ｔｐ、Ｔｑを計測
し、これら遅れ時間Ｔｐ、Ｔｑに基づいてリレー接点(1
0)の開閉タイミングを、電源波形のゼロクロス点よりも
各遅れ時間Ｔｐ、Ｔｑだけ前にリレーコイル(14)を付勢
又は付勢解除して電源波形のゼロクロス点に一致制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気ふとん等に用いら
れるヒータへの電力の供給・しゃ断を行うリレー開閉制
御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は電気ふとんに適用したリレー開閉
制御装置の構成図である。交流電源には、リレー接点１
を介してヒータ２が接続されると共にマイクロコンピュ
ータ３が接続されている。このうちヒータ２は、ふとん
本体（不図示）に配線されている。

【０００３】又、マイクロコンピュータ３には、ふとん
本体に配線された感熱体４が接続されると共にリレーコ
イル５が接続されている。このリレーコイル５は、付勢
及びその付勢解除によりリレー接点１を開閉するものと
なっている。

【０００４】かかる構成において、マイクロコンピュー
タ３は、感熱体４によるふとん本体の検知温度と設定温
度との温度差を無くすようにリレーコイル５を付勢及び
その付勢解除を行ってヒータ２への通電・しゃ断を行
い、ふとん本体の温度を設定温度に制御している。

【０００５】この場合、マイクロコンピュータ３は、図
１０に示すようにリレーコイル５の付勢を、電源周波数
に関係なくランダムなタイミングで行っていたり、又、
他のリレーコイル５の付勢タイミングとしては、図１１
に示すように電源周波数の１サイクル中でランダムに行
うもので、電源電圧が正極側から負極側に移る期間に行
うマイクロコンピュータがある。

【０００６】しかしながら、リレーコイル５の付勢を電
源周波数に関係なくランダムに行うと、そのリレー接点
１の開閉もランダムなタイミングとなり、例えば電源電
圧のピーク時に開閉する場合もある。このように電源電
圧のピーク時や電圧が印加された状態にリレー接点１が
開閉すると、リレー接点１を形成する金属の微粒子が飛
び、その回数が多くなると、リレー接点１の接触が不良
となる。

【０００７】又、電源電圧が正極側から負極側に移る期
間にリレー接点１を開閉する場合には、電源の極性が一
方向に印加されている状態に開閉するので、リレー接点
１における一方の接点の金属微粒子が飛び、上記同様に
リレー接点１の接触不良が発生する。

【０００８】一方、リレー接点１の開閉タイミングを電
源波形のゼロクロス点で行うようしたものがある。この
場合、リレー接点１は、リレーコイル５の付勢・付勢解
除時から遅れ時間をもって開閉するものとなっている。
従って、このリレーの遅れ時間を予めデータとして記憶
し、電源波形のゼロクロス点に到達する直前にリレーコ
イル５を付勢・付勢解除してリレー接点１をゼロクロス
点で開閉している。

【０００９】しかしながら、この方法では、初期時には
リレー接点１がゼロクロス点で開閉するが、経年変化に
よりリレー接点１の開閉の遅れ時間が一定でなくなり、
ゼロクロス点からずれて開閉するようになる。このた
め、リレー接点１の開閉時に流れる電流量が増加又は減
少し、特に電流のピーク値のときに開閉することがあ
り、リレー接点１の寿命を短くしてしまう。又、リレー
によりリレー接点の開閉する遅れ時間がそれぞれ異な
り、各リレーごとに遅れ時間のデータを記憶させること
は困難である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上のようにリレー接
点１の開閉がランダムなタイミングであり、例えば電源
電圧のピーク時に開閉すると、このときにリレー接点１
の金属微粒子が飛んで接触が不良となる。又、リレー接
点１をゼロクロス点で開閉させても、経年変化によりゼ
ロクロス点からずれて開閉するようになり、リレー接点
１の寿命を短くしてしまう。

【００１１】そこで本発明は、リレー接点の開閉を、電
流が零となる電源波形のゼロクロス点で確実に行うよう
にしてリレーの寿命を長くすることができるリレー開閉
制御装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、リレーコイル
の付勢又は付勢解除時からリレー接点の開閉までの各遅
れ時間を計測する時間差計測手段と、この時間差計測手
段により計測された各遅れ時間に基づいてリレー接点の
開閉タイミングを交流電力のゼロクロス点に一致制御す
る接点開閉制御手段とを備えて上記目的を達成しようと
するリレー開閉制御装置である。

【００１３】

【作用】このような手段を備えたことにより、リレーコ
イルの付勢又は付勢解除時からリレー接点の開閉までの
各時間差が時間差計測手段により計測され、これら時間
差に基づいてリレー接点の開閉タイミングが、接点開閉
制御手段により電源波形のゼロクロス点に一致制御され
る。この場合、リレーコイルを付勢又は付勢解除すると
き、電源波形のゼロクロス点よりも上記各時間差だけ直
前にリレーコイルを付勢又は付勢解除する。

【００１４】

【実施例】

(1) 以下、本発明の第１実施例について図面を参照して
説明する。

【００１５】図１は電気ふとんに適用したリレー開閉制
御装置の構成図である。交流電源には、リレー接点１０
を介してヒータ１１が接続されると共にマイクロコンピ
ュータ１２が接続されている。このうちヒータ１１は、
ふとん本体に配線されている。

【００１６】又、マイクロコンピュータ１２には、ふと
ん本体に配線された感熱体１３が接続されると共にリレ
ーコイル１４が接続されている。このリレーコイル１４
は、付勢及びその付勢解除によりリレー接点１０を開閉
するものとなっている。

【００１７】上記マイクロコンピュータ１２は、感熱体
１３によるふとん本体の検知温度と設定温度との温度差
を無くすようにリレーコイル１４を付勢及びその付勢解
除を行ってヒータ１１への通電・しゃ断を行い、ふとん
本体の温度を設定温度に制御する機能を有している。

【００１８】又、マイクロコンピュータ１２は、具体的
に図２に示すように温度設定手段１２−１、温度検知手
段１２−２、温度制御手段１２−３、時間差計測手段１
２−４及び接点開閉制御手段１２−５の各機能を有して
いる。

【００１９】このうち温度設定手段１２−１はふとん本
体における所望の暖房温度を設定する機能を有するもの
であり、温度検知手段１２−２は感熱体１３の温度に応
じたインピーダンス変化をディジタル温度信号に変換す
る機能を有している。又、温度制御手段１２−３は、温
度設定手段１２−１で設定された設定温度と温度検知手
段１２−２により求められるふとん本体の検知温度とを
比較し、これら温度差をなくすリレー出力信号をリレー
コイル１４に送る機能を有している。なお、このリレー
出力信号は、リレーコイル１４の付勢及び付勢解除を示
している。

【００２０】又、時間差計測手段１２−４は、リレーコ
イル１４の付勢又は付勢解除時からリレー接点１０の開
閉までの各遅れ時間を計測する機能を有するものであ
る。具体的に時間差計測手段１２−４は、リレー接点１
０の開閉を検出するために、リレー接点１０とヒータ１
０との間におけるＡ点の通電状態（電圧変化）を検知す
る機能を有している。

【００２１】そして、時間差計測手段１２−４は、リレ
ーコイル１４の付勢時からＡ点が通電状態になる間での
時間を計測し、この時間をリレーコイル１４の付勢時か
らリレー接点１０が閉じるまでの遅れ時間Ｔｐとして内
部メモリに記憶する機能を有している。

【００２２】又、時間差計測手段１２−４は、リレーコ
イル１４の付勢解除時からＡ点の通電がなくなる（０電
位）間での時間を計測し、この時間をリレーコイル１４
の付勢解除時からリレー接点１０の開くまでの遅れ時間
Ｔｑとして内部メモリに記憶する機能を有している。

【００２３】接点開閉制御手段１２−５は、時間差計測
手段１２−４により計測された各遅れ時間ｐ、ｑに基づ
いてリレー接点１０の開閉タイミングを電源波形のゼロ
クロス点に一致制御する機能を有している。次に上記の
如く構成された装置の作用について図３に示すリレー制
御流れ図を参照して説明する。交流電源がステップ＃１
において投入されると、マイクロコンピュータ１２は次
のステップ＃２において電源周波数のタイミングを検出
する。

【００２４】次にマイクロコンピュータ１２の温度制御
手段１２−３は、温度設定手段１２−１で設定された設
定温度と温度検知手段１２−２により求められるふとん
本体の検知温度とを比較し、これら温度差をなくすリレ
ー出力信号をリレーコイル１４に送る（ステップ＃
３）。

【００２５】この場合、温度制御手段１２−３は、ふと
ん本体の検知温度が設定温度よりも低いので、リレーコ
イル１４に対して付勢するリレー出力信号を送出するこ
とになる。一方、時間差計測手段１２−４は、ステップ
＃４においてリレーコイル１４の付勢された時刻を記憶
し、次にＡ点の電位変化を検出する。

【００２６】そして、Ａ点の電位が高くなり、Ａ点が通
電状態になると、時間差計測手段１２−４は、リレーコ
イル１４の付勢時からＡ点の通電までの時間を計測し、
この時間を図４に示すようにリレーコイル１４の付勢時
からリレー接点１０が閉じるまでの遅れ時間Ｔｐとして
内部メモリに記憶する。これにより、交流電力がヒータ
１１に供給され、このヒータ１１の加熱によりふとん本
体の温度は上昇する。

【００２７】このふとん本体の温度上昇により、その温
度が設定温度を越えると、マイクロコンピュータ１２の
温度制御手段１２−３は、ステップ＃５においてリレー
コイル１４を付勢解除するリレー出力信号を送出する。
このとき時間差計測手段１２−４は、ステップ＃６にお
いてリレーコイル１４の付勢解除された時刻を記憶し、
次にＡ点の電位変化を検出する。

【００２８】そして、Ａ点の電位が零となり、Ａ点の通
電がなくなると、時間差計測手段１２−４は、リレーコ
イル１４の付勢解除時からＡ点の通電がなくなるまでの
時間を計測し、この時間を図４に示すようにリレーコイ
ル１４の付勢解除時からリレー接点１０が開くまでの遅
れ時間Ｔｑとして内部メモリに記憶する。このようにリ
レー接点１０が開くことによりヒータ１１への電力供給
はしゃ断され、ふとん本体の温度は低下する。

【００２９】そして、ふとん本体の温度が設定温度より
も低下すると、マイクロコンピュータ１２の温度制御手
段１２−３は、ステップ＃７においてリレーコイル１４
を付勢するリレー出力信号を送出する。

【００３０】この場合、リレー出力信号の送出は、接点
開閉制御手段１２−５により制御される。すなわち、接
点開閉制御手段１２−５は、内部メモリからリレーコイ
ル１４の付勢時からリレー接点１０が閉じるまでの遅れ
時間Ｔｐを読み出し、かつ電源周波数のタイミングを取
り、図５に示すように電源波形のゼロクロス点に達する
時刻よりも遅れ時間Ｔｐだけ前の時刻にリレー出力信号
を送出する。

【００３１】これによりリレーコイル１４は、電源波形
ゼロクロス点の時刻よりも遅れ時間Ｔｐだけ前の時刻に
付勢され、この結果、リレー接点１０は電源波形のゼロ
クロス点において閉じる。

【００３２】次にふとん本体の温度が設定温度よりも高
くなると、マイクロコンピュータ１２の温度制御手段１
２−３は、ステップ＃８においてリレーコイル１４を付
勢解除するリレー出力信号を送出する。

【００３３】この場合、リレー出力信号の送出は、上記
同様に接点開閉制御手段１２−５により制御される。す
なわち、接点開閉制御手段１２−５は、内部メモリから
リレーコイル１４の付勢解除時からリレー接点１０が開
くまでの遅れ時間Ｔｑを読み出し、かつ電源周波数のタ
イミングを取り、図５に示すように電源波形のゼロクロ
ス点に達する時刻よりも遅れ時間Ｔｑだけ前の時刻にリ
レー出力信号を送出する。

【００３４】これによりリレーコイル１４は、電源波形
ゼロクロス点の時刻よりも遅れ時間Ｔｑだけ前の時刻に
付勢され、この結果、リレー接点１０は電源波形のゼロ
クロス点において開く。これ以降、電源がオフとなるま
で、上記ステップ＃７及び＃８が繰り返されてふとん本
体の温度が設定温度に制御される。

【００３５】このように上記第１実施例においては、リ
レーコイル１４の付勢又は付勢解除時からリレー接点１
０の開閉までの各遅れ時間Ｔｐ、Ｔｑを計測し、これら
遅れ時間Ｔｐ、Ｔｑに基づいてリレー接点１０の開閉タ
イミングを、交流波形のゼロクロス点よりも上記各遅れ
時間Ｔｐ、Ｔｑだけ前にリレーコイル１４を付勢又は付
勢解除して電源波形のゼロクロス点に一致制御するよう
にしたので、リレー接点１０は電源波形のゼロクロス
点、つまり電圧が印加されず電流の流れのない状態に開
閉することになり、このときにリレー接点１０における
接点の金属微粒子が飛ぶことがなくなる。これにより、
リレー接点１０の接触不良等の発生が減少し、その寿命
を長くできる。

【００３６】又、リレー投入の各遅れ時間Ｔｐ、Ｔｑ
は、電源が投入される毎に新たに計測されるので、リレ
ーが経時変化しても、それに対応した各遅れ時間Ｔｐ、
Ｔｑでリレー接点１１を電源波形のゼロクロス点で確実
に開閉できる。 (2) 次に本発明の第２実施例について説明する。

【００３７】図６はリレー開閉制御装置を適用した電気
ふとんの構成図である。交流電源には、主スイッチ２０
及び第１リレー接点２１を介して面ヒータ２２が接続さ
れ、さらにこの面ヒータ２２の他端側に第２リレー接点
２３が接続されている。このうち面ヒータ２２は、図７
に示すようにふとん本体２４の内部に配置され、交流電
力の供給によりふとん本体２４の温度を上昇させるもの
となっている。又、感熱線２５が、ふとん本体２４に配
線されており、ふとん本体２４の温度に応じたインピー
ダンス変化を示すものとなっている。

【００３８】一方、温度コントローラ２６が、主スイッ
チ２０を介して交流電源に接続されている。この温度コ
ントローラ２６は、設定温度と感熱線２５により検知さ
れたふとん本体の温度とを比較し、これら温度差をなく
すようにリレーを付勢及びその付勢解除を行う機能を有
している。なお、これら第１、第２リレー接点２１、２
３は、連動して開閉するものとなっている。

【００３９】又、温度コントローラ２６は、リレーの付
勢又は付勢解除時から各リレー接点２１、２３の開閉ま
での各遅れ時間を計測する機能を有するものである。具
体的に温度コントローラ２６は、各リレー接点２１、２
３の開閉を検出するために、第１リレー接点２１とヒー
タ１０との間におけるＡ点の通電状態を検知する機能を
有している。

【００４０】そして、温度コントローラ２６は、リレー
の付勢時からＡ点が通電状態になる間での時間を計測
し、この時間を第１及び第２リレー接点２１、２３が閉
じるまでの遅れ時間として内部メモリに記憶する機能を
有している。

【００４１】又、温度コントローラ２６は、リレーの付
勢解除時からＡ点の通電がなくなる（０電位）間での時
間を計測し、この時間を第１及び第２リレー接点２１、
２３が開くまでの遅れ時間として内部メモリに記憶する
機能を有している。

【００４２】さらに、温度コントローラ２６は、計測さ
れた各遅れ時間Ｔｐ、Ｔｑに基づいて第１及び第２リレ
ー接点２１、２３の開閉タイミングを電源波形のゼロク
ロス点に一致制御する機能を有している。

【００４３】一方、主スイッチ２０と第１リレー接点２
１との間には、ダイオードからなる整流回路２７が接続
されている。この整流回路２７の出力端子間には、コン
デンサＣ及び抵抗Ｒの並列回路が接続されている。又、
この整流回路２７の負極側の出力端子は、高抵抗Ｒｈを
介して第１リレー接点２１と面ヒータ２２との間に接続
されている。次に上記の如く構成された電気ふとんの作
用について説明する。

【００４４】主スイッチ２０が閉じられて交流電源が投
入されると、温度コントローラ１２は、設定温度と感熱
線２５により検知されるふとん本体２４の温度とを比較
し、これら温度差をなくすようにリレーを付勢及びその
解除を実行する。この場合、温度コントローラ１２は、
ふとん本体２４の検知温度が設定温度よりも低いので、
リレーを付勢する。このリレー付勢により第１及び第２
リレー接点２１、２３は、閉じる。

【００４５】このとき、温度コントローラ１２は、リレ
ーの付勢した時刻を記憶し、次にＡ点の電位変化を検出
する。このＡ点の電位が高くなって通電状態になると、
温度コントローラ１２は、リレーの付勢時からＡ点通電
までの時間を計測し、この時間をリレーの閉じるときの
遅れ時間として内部メモリに記憶する。

【００４６】このように第１及び第２リレー接点２１、
２３が閉じることにより、交流電力が面ヒータ２２に供
給され、この面ヒータ２２の加熱によりふとん本体２４
の温度は図８に示すように上昇する。このふとん本体の
温度上昇により、その温度が設定温度Ｔｓを越えると、
温度コントローラ１２は、リレーの付勢を解除する。

【００４７】このとき温度コントローラ１２は、リレー
の付勢解除された時刻を記憶し、次にＡ点の電位変化を
検出する。そして、このＡ点の電位が零となり、Ａ点の
通電がなくなると、温度コントローラ１２は、リレーの
付勢解除時からＡ点の通電がなくなるまでの時間を計測
し、この時間をリレーの開くときの遅れ時間として内部
メモリに記憶する。このように第１及び第２リレー接点
２１、２３が開くことにより面ヒータ２２への電力供給
はしゃ断され、ふとん本体２４の温度は低下する。

【００４８】一方、第１及び第２リレー接点２１、２３
の両スイッチが開いている期間、面ヒータ２２への電力
供給はしゃ断されるが、交流電源からの交流電力は整流
回路２７により全波整流され、この整流電力がコンデン
サＣ及び抵抗Ｒに供給される。

【００４９】これにより、コンデンサＣには、電荷が図
６に示す極性、つまり高抵抗Ｒｈ側が負極性となるよう
に蓄積される。従って、このコンデンサＣの負電位が、
高抵抗Ｒｈを通して面ヒータ２２に供給される。

【００５０】この結果、面ヒータ２２の全面が、負電位
「−」に帯電される。このように面ヒータ２２の全面が
負電位となると、図７に示すようにふとん本体２４上に
居る人体は、マイナスイオン化される。

【００５１】ところで、人体がマイナスイオン化され、
血液中にマイナスイオンが多くなると、新陳代謝が活発
化して健康になることはよく知られているところであ
る。すなわち、皮膚にマイナスイオンを吹き付けると、
皮膚面の毛孔や汗線が拡張して大きくなり、かつ細胞の
膜も孔やしわが拡張してものを通しやすい状態となる。
このように新陳代謝が活発になれば、人体は健康とな
る。

【００５２】この後、ふとん本体２４の温度が設定温度
Ｔｓよりも低下すると、温度コントローラ２６は、内部
メモリからリレーの付勢時から各リレー接点２１、２３
がが閉じるまでの遅れ時間を読み出し、かつ電源周波数
のタイミングを取り、電源波形のゼロクロス点に達する
時刻よりも遅れ時間Ｔｐだけ前の時刻にリレーを付勢す
る。これにより各リレー接点２１、２３は、電源波形の
ゼロクロス点において閉じる。

【００５３】再び、ふとん本体の温度が設定温度よりも
高くなると、温度コントローラ２６は、内部メモリから
リレーの付勢解除時から各リレー接点２１、２３が開く
までの遅れ時間を読み出し、上記同様に電源波形のゼロ
クロス点に達する時刻よりもこの遅れ時間だけ前の時刻
にリレーを付勢解除する。これにより各リレー接点２
１、２３は、電源波形のゼロクロス点において開く。一
方、各リレー接点２１、２３が開くと、上記同様に面ヒ
ータ２２は負電位に帯電し、ふとん本体２４上に居る人
体に対してマイナスイオン化する。

【００５４】このように上記第２実施例においては、コ
ンデンサＣに電荷を蓄積してその負電極側を、面ヒータ
２２への通電しゃ断時に接続して負電位とするようにし
たので、面ヒータ２２の負電位によりふとん本体２４上
の人体に対してマイナスイオンかすることができ、人体
の新陳代謝を活発化することができる。又、これと共に
電気ふとん本来の温熱効果を人体に与えることができ
る。従って、人体に対する温熱効果及びマイナスイオン
効果を同時に行うことができる。

【００５５】一方、各リレー接点２１、２３を電源波形
のゼロクロス点で確実に開閉することができ、これによ
り上記第１実施例と同様に各リレー接点２１、２３の接
触不良等の発生を減少できてその寿命を長くできる。

【００５６】なお、本発明は上記各実施例に限定される
ものでなくその要旨を変更しない範囲で変形してもよ
い。例えば、上記各実施例では電気ふとんに適用した場
合について説明したが、電気カーペットや電気毛布等に
適用してもよい。

【００５７】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、リ
レー接点の開閉を、電流が零となる電源波形のゼロクロ
ス点で確実に行うようにしてリレーの寿命を長くするこ
とができるリレー開閉制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるリレー開閉制御装置を電気ふと
んに適用した場合の第１実施例を示す構成図。

【図２】同装置におけるマイクロコンピュータの機能ブ
ロック図。

【図３】同装置におけるリレー開閉流れ図。

【図４】同装置におけるリレー遅れ時間を示すタイミン
グ図。

【図５】同装置におけるリレー接点の開閉タイミングを
示す図。

【図６】本発明に係わるリレー開閉制御装置を電気ふと
んに適用した場合の第２実施例を示す構成図。

【図７】同電気ふとんの外観図。

【図８】同電気ふとんにおける面ヒータの負電位の帯電
タイミングを示す図。

【図９】従来装置の構成図。

【図１０】同装置の動作タイミング図。

【図１１】同装置の動作タイミング図。

【符号の説明】 １０…リレー接点、 １１…ヒータ、 １２…マイクロコンピュータ、 １２−４…時間差計測手段、 １２−５…接点開閉制御手段、 １４…リレーコイル、 ２１…第１リレー接点、 ２２…面ヒータ、 ２３…第２リレー接点、 ２６…温度コントローラ、 ２７…整流回路、 Ｃ…コンデンサ、 Ｒ…抵抗、 Ｒｈ…高抵抗。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リレーコイルの付勢又は付勢解除時から
   リレー接点の開閉までの各遅れ時間を計測する時間差計
   測手段と、この時間差計測手段により計測された各遅れ
   時間に基づいて前記リレー接点の開閉タイミングを電源
   波形のゼロクロス点に一致制御する接点開閉制御手段と
   を具備したことを特徴とするリレー開閉制御装置。