特開 2023-84576 配線機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023084576

(43)【公開日】2023-06-19

(54)【発明の名称】配線機器

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/12 20200101AFI20230612BHJP

【ＦＩ】

G01R31/12 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021198844

(22)【出願日】2021-12-07

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(74)【代理人】

【識別番号】100137235

【弁理士】

【氏名又は名称】寺谷 英作

(74)【代理人】

【識別番号】100131417

【弁理士】

【氏名又は名称】道坂 伸一

(72)【発明者】

【氏名】工藤 弘行

(72)【発明者】

【氏名】石川 哲朗

【テーマコード（参考）】

2G015

【Ｆターム（参考）】

2G015AA15

2G015AA27

2G015BA02

2G015BA04

2G015CA01

(57)【要約】

【課題】大型化を抑制することができる配線機器を提供する。
【解決手段】配線機器１は、刃受部１５と電源端子１６との間を電気的に接続する電力線と、電力線（第１電力線１１）を流れる高周波電流を高周波信号として検出する電流検出部２１と、異なる周波数帯域を有する複数の高周波信号を共通の回路構成で計測可能な計測部２２と、を備える。そして、配線機器１は、計測部２２の計測結果に基づいて電気機器５への電力供給を制御する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

刃受部と電源端子との間を電気的に接続する電力線と、
前記電力線を流れる高周波電流を高周波信号として検出する電流検出部と、
異なる周波数帯域を有する複数の前記高周波信号を共通の回路構成で計測可能な計測部と、を備え、
前記計測部の計測結果に基づいて電気機器への電力供給を制御する、
配線機器。

【請求項2】

前記計測部は、異なる周波数帯域を有する複数の高周波信号のうちの少なくとも一部が前記共通の回路構成で選択的にサンプリングされた高周波信号を計測する、
請求項１に記載の配線機器。

【請求項3】

前記計測部は、検出しようとしている周波数帯域に合わせたサンプリング周波数で計測する、
請求項１又は２に記載の配線機器。

【請求項4】

前記計測部は、スイッチを有し、
前記スイッチは、開閉を繰り返して行うことにより前記電流検出部が検出した前記高周波信号をサンプリングして出力する、
請求項１～３のいずれか１項に記載の配線機器。

【請求項5】

前記電流検出部は、静電容量センサである、
請求項１～４のいずれか１項に記載の配線機器。

【請求項6】

前記静電容量センサは、電極を有し、
前記電極は、前記電力線に対して寄生容量が発生する形で配置される、
請求項５に記載の配線機器。

【請求項7】

前記静電容量センサは、
電極を有し、
前記電極と前記電力線がコンデンサで接続されている、
請求項５又は６に記載の配線機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、配線機器に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、電路電流波形を検出する変流器と、検出した電流波形を周波数分解するＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）と、電流情報を記憶するレジスタ回路と、ＦＦＴの周波数分解結果を基にトラッキング及びアーク等の異常の発生を判断する演算回路とを有する検出装置が開示されている。この検出装置では、トラッキング放電等の異常が無く負荷電流が流れている第１の状態の電路電流波形と、トラッキング放電等の異常が発生している第２の状態の電路電流波形の情報とを基に求めた両者を識別する識別関数を用いてトラッキング放電等の異常の発生を検出することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８－２９０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、トラッキング等の異常を検出するためには、従来の検出装置では、特定の周波数ごとに専用の回路が必要となり、大型化してしまうという課題がある。

【0005】

そこで、本開示では、大型化を抑制することができる配線機器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様に係る配線機器は、刃受部と電源端子との間を電気的に接続する電力線と、前記電力線を流れる高周波電流を高周波信号として検出する電流検出部と、異なる周波数帯域を有する複数の前記高周波信号を共通の回路構成で計測可能な計測部と、を備え、前記計測部の計測結果に基づいて電気機器への電力供給を制御する。

【発明の効果】

【0007】

本開示の配線機器によれば、大型化を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施の形態に係る配線機器の回路基板の断面図と、刃受部、第１電力線及び開閉ユニット等を示す模式図である。

【図2】図２は、実施の形態に係る配線機器の第１電力線、電極及び計測部を示すブロック図である。

【図3】図３は、実施の形態に係る配線機器の回路基板を示す回路図である。

【図4】図４は、その他変形例に係る配線機器の回路基板の断面図と、刃受部、第１電力線及び開閉ユニット等を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、並びに、ステップ、ステップの順序等は、一例であって本開示を限定する主旨ではない。

【0010】

各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されてはいない。したがって、例えば、各図において縮尺等は必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

【0011】

（実施の形態）
＜構成及び機能：配線機器１＞
図１は、実施の形態に係る配線機器１の回路基板２０の断面図と、刃受部１５、第１電力線１１及び開閉ユニット１３等を示す模式図である。図２は、実施の形態に係る配線機器１の第１電力線１１、電極２１ａ及び計測部２２を示すブロック図である。

【0012】

図１及び図２に示すように、本実施の形態の配線機器１は、電気機器５への電力供給を行うことができるコンセントである。具体的には、配線機器１は、電気機器５のプラグが挿し込まれることで、電気機器５に電力を供給することができる。電気機器５は、例えば、テレビジョン、照明装置、冷蔵庫等である。

【0013】

配線機器１は、第１電力線１１と、第２電力線１２と、開閉ユニット１３と、回路基板２０とを備える。

【0014】

第１電力線１１は、刃受部１５と電源端子１６との間を電気的に接続する。具体的には、第１電力線１１の一端は、刃受部１５と電気的に接続され、第１電力線１１の他端は、開閉ユニット１３と電気的に接続されている。このため、第１電力線１１の他端は、開閉ユニット１３内の電源端子１６と電気的に接続されている。本実施の形態では、２つの刃受部１５を例示しているため、２本の第１電力線１１は、２つの刃受部１５と一対一で対応するように、２つの刃受部１５と開閉ユニット１３との間に電気的に接続されている。第１電力線１１は、電力線の一例である。

【0015】

ここで、刃受部１５は、電気機器５のプラグが挿し込まれる配線機器１の挿し込み孔の内部に設けられている端子部材である。刃受部１５は、第１電力線１１等を介して商用電源と電気的に接続される。例えば、配線機器１には、Ｌ相の刃受部１５及びＮ相の刃受部１５が設けられている。刃受部１５は、本実施の形態における配線機器１の構成要素に含まれていてもよい。

【0016】

ここで、電源端子１６は、商用電源に接続される外部電源線が電気的及び機械的に接続される接続部である。電源端子１６は、本実施の形態における配線機器１の構成要素に含まれていてもよい。

【0017】

また、第１電力線１１は、回路基板２０から所定距離だけ離間した状態で、回路基板２０と対向するように配置されている。ここで、所定距離とは、数ｍｍ又は数ｃｍ等である。

【0018】

第２電力線１２は、開閉ユニット１３と回路基板２０とを電気的に接続する。具体的には、第２電力線１２の一端は、開閉ユニット１３と電気的に接続され、第２電力線１２の他端は、回路基板２０と電気的に接続されている。

【0019】

開閉ユニット１３は、電源端子１６から刃受部１５までの電力供給路の開閉を行うことができるスイッチ１３ａを有している。スイッチ１３ａは、第１電力線１１上に設けられ、破線で示すように回路基板２０の制御部によって制御されることで、第１電力線１１を開閉することができる。つまり、開閉ユニット１３は、電力供給路において、閉路状態から開路状態に切り替えたり、開路状態から閉路状態に切り替えたりすることができる。

【0020】

回路基板２０は、基板２０ａと、電流検出部２１と、電極２１ａと、計測部２２とを有している。

【0021】

基板２０ａには、電流検出部２１、電極２１ａ、計測部２２等が配置されている。基板２０ａは、第１電力線１１と対向するように配置されている。

【0022】

電流検出部２１は、第１電力線１１を流れる高周波電流を高周波信号として検出する。電流検出部２１は、静電容量センサである。電流検出部２１は、電極２１ａと第１電力線１１とをコンデンサで結合してもよい。電流検出部２１は、電極２１ａを有している。

【0023】

電極２１ａは、第１電力線１１に対して寄生容量が発生する形で、第１電力線１１の近傍に配置されている。具体的には、電極２１ａは、第１電力線１１と所定距離離間した状態で、第１電力線１１と対向するように回路基板２０に配置されている。また、電極２１ａは、破線で示す絶縁フィルムに覆われていてもよいため、第１電力線１１と間接的又は直接的に対向している。また、電極２１ａが第１電力線１１に対して寄生容量が発生するということは、言い換えれば、電流検出部２１の電極２１ａと第１電力線１１との間が電気的に容量結合されているということである。

【0024】

この構成によれば、第１電力線１１を流れる高周波電流が変化することで、電極２１ａと第１電力線１１との間に発生する電荷量が変化する。このため、電流検出部２１は、電極２１ａを介して電荷量の変化を検出することができる。つまり、電気機器５のプラグ及び配線機器１にトラッキング現象及びアーク放電が発生すると、第１電力線１１に高周波電流が流れるため、電流検出部２１は、第１電力線１１に流れた高周波電流に起因する電荷量の変化（高周波信号）を検出することができる。

【0025】

計測部２２は、異なる周波数帯域を有する複数の高周波信号を共通の回路構成で計測可能である。つまり、計測部２２は、異なる周波数帯域を有する複数の高周波信号を１つのＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）で計測可能である。

【0026】

計測部２２は、異なる周波数帯域を有する複数の高周波信号のうちの、共通の回路構成で選択的にサンプリングされた少なくとも一部の高周波信号を計測することができる。また、計測部２２は、複数の高周波信号の全てを計測することもできる。

【0027】

また、計測部２２は、検出しようとしている周波数帯域に合わせたサンプリング周波数で計測する。つまり、計測部２２は、サンプリング周波数を変動させながら高周波信号を計測する。これにより、異なる周波数帯域を有する複数の高周波信号のそれぞれを計測するための検知部を基板２０ａに搭載しなくてもよくなる。例えば、１ＭＨｚをサンプリング周波数とした場合、周波数帯域とは、０．９ＭＨｚ～１．１ＭＨｚとなる。つまり、周波数帯域は、サンプリング周波数を基準として、サンプリング周波数×０．９～サンプリング周波数×１．１の間で定義してもよい。なお、本実施の形態で例示したサンプリング周波数と周波数帯域とはあくまでも一例であり、本実施の形態の数値に限定されない。

【0028】

また、回路基板２０は、周波数帯域の幅を可変する機能を有する。つまり、計測部２２が計測する高周波信号の周波数帯域を大きくしたり、小さくしたりすることができる。また、回路基板２０は、周波数帯域において複数の高周波信号をサンプリングする場合、サンプリングする周波数の数を増やしたり、減らしたりすることができる。つまり、計測部２２は、選択的にサンプリングした高周波信号を計測することができる。

【0029】

これにより、回路基板２０は、計測部２２の計測結果に基づいて電気機器５への電力供給を制御することができる。

【0030】

＜回路基板２０の回路構成＞
図３は、実施の形態に係る配線機器１の回路基板２０を示す回路図である。

【0031】

図３に示すように、回路基板２０の計測部２２は、電源２２ａと、第１スイッチ２３ａと、第２スイッチ２３ｂと、第１抵抗２４ａと、第２抵抗２４ｂと、コンデンサ２５と、出力端子２６とを有している。

【0032】

電源２２ａは、第１抵抗２４ａとグランドとの間に接続されている。電源２２ａは、第１抵抗２４ａ側に一定の電流を供給することが可能である。

【0033】

第１抵抗２４ａは、第１スイッチ２３ａと電源２２ａとの間に接続されている。

【0034】

第１スイッチ２３ａは、第１抵抗２４ａと第２スイッチ２３ｂとの間に接続されている。また、第１スイッチ２３ａは、図示しない電源によって開閉駆動する。また、第１スイッチ２３ａが繰り返して開閉されることにより、電源２２ａから電極２１ａに電荷（電圧）が段階的に供給される。なお、第１スイッチ２３ａは、回路基板２０に設けられている制御回路によって開閉が制御されてもよい。第１スイッチ２３ａは、スイッチの一例である。

【0035】

第２スイッチ２３ｂは、第２抵抗２４ｂ及びコンデンサ２５と、第１スイッチ２３ａ及び電極２１ａとの間に接続されている。第２スイッチ２３ｂは、図示しない電源によって開閉駆動する。第２スイッチ２３ｂが繰り返して開閉されることにより、電極２１ａに蓄積された電荷（電流検出部２１が検出した高周波信号）は、サンプリングされてコンデンサ２５に段階的に蓄積される。なお、第２スイッチ２３ｂは、回路基板２０に設けられている制御回路によって開閉が制御されてもよい。第２スイッチ２３ｂは、スイッチの一例である。

【0036】

第２抵抗２４ｂは、グランドと、第２スイッチ２３ｂとの間に接続されている。

【0037】

コンデンサ２５は、抵抗と並列に接続されている。

【0038】

出力端子２６は、第２スイッチ２３ｂとコンデンサ２５との間、かつ、第２抵抗２４ｂ及びコンデンサ２５との間に接続されている。

【0039】

また、第１スイッチ２３ａと第２スイッチ２３ｂとを接続する配線上の接点Ｐは、電極２１ａと接続されている。

【0040】

この回路基板２０では、まず第２スイッチ２３ｂを開路状態にし、第１スイッチ２３ａの開閉を所定の周波数で行うことで、電源２２ａからの電力が電極２１ａと第１電力線１１との間に電荷として蓄えられる。このとき、電極２１ａと第１電力線１１とは疑似的にコンデンサとして振舞う。なお、電極２１ａと第１電力線１１とを接続する別のコンデンサをさらに設けてもよい。

【0041】

次に、電極２１ａと第１電力線１１との間に電荷が溜まると、第１スイッチ２３ａを開路状態にして、第２スイッチ２３ｂの開閉を所定の周波数で行うことで、電極２１ａと第１電力線１１との間に蓄えられた電荷がコンデンサ２５に段階的に溜まることで、出力端子２６の電位を計測することができる。

【0042】

出力端子２６には、例えば、図示しない比較器等が設けられ、比較器は、出力端子２６の電位が０の状態から所定の閾値に至るまでの時間をモニタリングする。トラッキング及びアーク等によって第１電力線１１に高周波電流が流れた場合において、特定の周波数でサンプリングするときに、同一の周波数で測定電位が変動すると電荷がコンデンサ２５に移動し易くなる。このため、第１電力線１１に高周波電流が流れていない場合に比べて、第１電力線１１に高周波電流が流れた場合では、出力端子２６の電位が０の状態から所定の閾値に至るまでの時間が短くなる。このように、回路基板２０の計測部２２は、複数の高周波信号を計測することができる。

【0043】

＜作用効果＞
次に、本実施の形態における配線機器１の作用効果について説明する。

【0044】

例えば、電気機器のプラグをコンセントに差し込んだ状態が長期化すると、プラグ周辺に埃が溜まる。溜まった埃に湿気による水滴が付着すると、埃及び水滴により電路が形成され、プラグの刃の両極間に電流が流れることがある。プラグの刃の両極間を電流が流れると、水滴への通電から水滴の蒸発よる電流遮断に至るまでの時間が瞬時となり、瞬時に電流遮断が起きることでアークが発生することがある。アークの発生によって、プラグ表面が炭化した導電路（トラック）が形成されてしまう。これにより、炭化した導電路に電流が流れる（トラッキング）。アークは非常に不安定な導電路であるため、電流値は複数の周波数を含みながら大きく変動する。このため、電流は、異なる周波数帯域を有する複数の高周波信号となる。

【0045】

従来の配線機器では、トラッキング及びアークを検出する場合、異なる周波数帯域を有する複数の高周波信号を計測するための専用の回路を複数設ける必要があった。また、従来の配線機器では、例えばバンドパスフィルタを用いた場合、周波数帯域は固定されてしまうため、計測したい周波数帯域を変更することはできない。このため、広い周波数帯域を計測したり、複数の高周波信号を計測したりする場合、従来の配線機器では、複数の専用の回路によって、大型化してしまう。特に、従来の配線機器では、計測すべき高周波信号の数が多ければ多いほど、それぞれの高周波信号に対応する多くの専用の回路を配線機器に搭載する必要があり、配線機器１の大型化に拍車がかかる恐れがある。

【0046】

そこで、本実施の形態の配線機器１は、刃受部１５と電源端子１６との間を電気的に接続する電力線（第１電力線１１）と、電力線を流れる高周波電流を高周波信号として検出する電流検出部２１と、異なる周波数帯域を有する複数の高周波信号を共通の回路構成で計測可能な計測部２２と、を備える。そして、配線機器１は、計測部２２の計測結果に基づいて電気機器５への電力供給を制御する。

【0047】

これによれば、異なる周波数帯域を有する複数の高周波信号を１つの計測部２２によって計測することができる。

【0048】

したがって、この配線機器１では、大型化を抑制することができる。その結果、本実施の形態の配線機器１では、従来技術のように、複数の専用の回路を配線機器に設ける必要もない。このため、従来技術のように複数の専用の回路を設けた配線機器に比べて、本実施の形態の配線機器１では、小型化を実現することができ、配線機器１の製造コストの高騰化を抑制することができる。このような配線機器１は、どのようなコンセントに対しても適用することができるため、汎用性が高い。

【0049】

特に、本実施の形態の配線機器１では、計測すべき高周波信号の数が多くても、大型化を抑制することができる。

【0050】

また、本実施の形態の配線機器１において、計測部２２は、異なる周波数帯域を有する複数の高周波信号のうちの、共通の回路構成で選択的にサンプリングされた少なくとも一部の高周波信号を計測する。

【0051】

これによれば、サンプリング周波数を変動させながら計測部２２が複数の高周波信号のうちの一部の高周波信号を計測することができ、全ての高周波信号を計測することもできる。このように、複数の高周波信号を１つの計測部２２によって計測することができるため、この配線機器１では、大型化を抑制することができる。

【0052】

また、本実施の形態の配線機器１において、計測部２２は、検出しようとしている周波数帯域に合わせたサンプリング周波数で計測する。

【0053】

これによれば、計測部２２は、検出しようとしている周波数帯域にサンプリング周波数を合わせることができる。これにより、複数の高周波信号を１つの計測部２２によって計測することができるため、この配線機器１では、大型化を抑制することができる。

【0054】

また、本実施の形態の配線機器１において、計測部２２は、スイッチ（第１スイッチ２３ａ及び／又は第２スイッチ２３ｂ）を有する。そして、スイッチは、開閉を繰り返して行うことにより電流検出部２１が検出した高周波信号をサンプリングして出力する。

【0055】

これによれば、スイッチの開閉を繰り返して行うことで、高周波信号をサンプリングすることができる。

【0056】

また、本実施の形態の配線機器１において、電流検出部２１は、静電容量センサである。

【0057】

これによれば、高周波信号の検出を静電容量センサで実現できるため、簡単な構成で実現することができる。

【0058】

また、本実施の形態の配線機器１において、電流検出部２１は、電極２１ａを有する。そして、電極２１ａは、電力線に対して寄生容量が発生する形で配置される。

【0059】

これによれば、第１電力線１１を流れる高周波電流を容易に検出することができる。また、配線機器１では、静電容量センサを用いることで、大型化を抑制することができる。

【0060】

（その他変形例等）
以上、本開示について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これら実施の形態等に限定されるものではない。

【0061】

例えば、実施の形態の配線機器１ａにおいて、図４に示すように、電流検出部２１は、電極２１ａを有する。そして、電流検出部２１は、電極２１ａと電力線とがコンデンサ４０で接続されていてもよい。図４は、その他変形例に係る配線機器１の回路基板２０の断面図と、刃受部１５、第１電力線１１及び開閉ユニット１３等を示す模式図である。

【0062】

これによれば、静電容量センサの電極２１ａと第１電力線１１とが電荷を介して結合することで、第１電力線１１を流れる高周波電流の変化を検出することができる。つまり、第１電力線１１を流れる異常電流の検知強度を向上させることができる。また、静電容量センサとして電極２１ａを用いるだけで、既存の第１電力線１１と電極２１ａとで静電容量センサを形成することができるため、配線機器１の大型化を抑制することができる。

【0063】

また、上記で用いた数字は、全て本開示を具体的に説明するために例示するものであり、本開示の実施の形態は例示された数字に制限されない。

【0064】

その他、実施の形態に対して当業者が思いつくそれぞれの種変形を施して得られる形態、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。

【符号の説明】

【0065】

１、１ａ 配線機器
５ 電気機器
１１ 第１電力線（電力線）
１５ 刃受部
１６ 電源端子
２１ 電流検出部
２１ａ 電極
２２ 計測部
２３ａ 第１スイッチ（スイッチ）
２３ｂ 第２スイッチ（スイッチ）
４０ コンデンサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】