機械ラッチングリレー、および電気オートメーションで使用するためのラッチングリレーを有するハイブリッドスイッチ

本発明は、住宅および他の建築物内の器具を手動および遠隔操作するためのスイッチおよびリレーを含む電気オートメーションデバイスに関する。

住宅、事務所、公共の建築物、店舗、レストラン、および工場内の湯沸器、空気調和機、ヒータ、照明など電気器具のオンオフを切り替えるためのスイッチおよびリレーが非常によく知られている。ホームオートメーションのための周知のリレーデバイスは、一般に、所与の建物の主電気キャビネットまたはサブ電気キャビネット内に設置される。設置されたリレーは、バスライン、RFを介して、またはAC電力線を介して伝搬される制御信号によって操作される。

それらの設置を含めた従来知られているオートメーションデバイスおよびリレーのコストは非常に高い。なぜなら、電気壁ボックス内に一般に設置されたスイッチを介して電力が供給されるその標準的な一般に適用される配線から電気配線を変更しなければならないからである。これは、リレーを介して主電気キャビネットまたはサブ電気キャビネットから電気を直接供給することと明らかに対照的である。電気キャビネット内のリレーを制御するためには、電気キャビネット内のリレーの制御回路に到達しそれを操作するために、一般に使用されている標準的なスイッチが、制御スイッチ、伝搬電気信号、RF信号、AC電力線信号、および場合によっては、オープンエアのIR信号によって置き換えられる。

構造化された電気システムのそのような基礎的な変更は、非常に複雑な、コストのかかるものなっており、さらに複雑さは、設置された電気オートメーションシステムの深刻な、繰り返される故障の原因である。さらに、知られているホームオートメーションデバイスは、個々の電気器具によって消費される電力をレポートせず、家の所有者にもこれから生まれる「スマートグリッド」にも、統計をレポートするための使用可能なデータを提供しない。

米国特許第7,649,727号明細書は、一般に使用されている単極双投(SPDT)スイッチまたは双極双投(DPDT)スイッチに接続されたSPDTリレーが、一般に設置されたスイッチを介して手動で、またはホームオートメーションコントローラを介して遠隔で、電気器具または照明を切り替えることを可能にする新しい概念を導入した。SPDTスイッチおよびDPDTスイッチは、それぞれ2方向スイッチまたは4方向スイッチとしても知られる。

さらに、米国特許第7,649,727号明細書、米国特許第7,639,907号明細書、米国特許第7,864,500号明細書、米国特許第7,973,647号明細書、米国特許第8,041,221号明細書、米国特許第8,148,921号明細書、米国特許第8,170,722号明細書、米国特許第8,175,463号明細書、米国特許第8,269,376号明細書、米国特許第8,331,794号明細書、米国特許第8,331,795号明細書、米国特許第8,340,527号明細書、米国特許第8,344,668号明細書、米国特許第8,384,249号明細書、および米国特許第8,442,792号明細書は、SPDTおよびDPDTリレーまたは電流ドレインアダプタなど追加であるデバイスを介して電気器具を操作するためのホームオートメーションコントロール、接続部、およびリレーを開示している。

さらに、参照されている米国特許は、リレーを通じて、またはACアウトレットおよびプラグを通じて、または電流ドレインアダプタを通じて、器具によって消費された電力をレポートすることを詳細に開示している。電流ドレインまたは電力消費レポートは、POFまたはライトガイドとして知られているプラスチックの光ファイバケーブルを通じて光信号を介して、オープンエアでのIRまたはRFを介して、および直接またはコマンドコンバータを介してバスラインまたは他のネットワークを通じて電気信号を介して、通信される。

上記の米国特許および他の国における多数の継続中の出願は、別個のSPDTスイッチもしくはDPDTスイッチおよび/または電力ソケットおよび/または電流検知アダプタ組合せのアドオンまたは組合せを開示しており、これらはすべて、実質的に先進の住宅および他の建築物オートメーションを教示している。

しかし、現在一般に使用されているACスイッチのサイズおよび形状内で、現在のオートメーションデバイスより低いコストで構造化され、さらに設置を容易かつ簡単にする検知、計算、および電力消費レポート回路を含むスイッチとリレーの組合せを含む単一のオートメーションデバイスが求められている。

したがって、本発明の主な目的は、米国で知られている「2×4」もしくは「4×4」壁ボックスなど、または60mm丸形欧州電気壁ボックスもしくは欧州で使用されている他の矩形電気ボックスなど、複数の標準的なACスイッチおよびACアウトレット/ソケットを設置するために標準的な電気壁ボックス内に装着される、以下「標準的なACスイッチ」と称される一般に使用されているACスイッチの形状およびサイズと同様に構築された、SPDTスイッチまたはDPDTスイッチと、SPDTリレーと、電力消費測定およびレポート回路との小型の組合せを提供することである。

本発明の他の目的は、以下および特許請求の範囲において「ハイブリッドスイッチ」と称される、AC SPDTまたはDPDTスイッチをSPDTリレーおよび電力消費計算回路と組み合わせる組合せスイッチを、ハイブリッドスイッチを制御するために、またビデオインターフォンシステムもしくはショッピング端末を通じてハイブリッドスイッチを介して、および/または専用のオートメーションコントローラまたは制御ステーションを介して、消費された電力をレポートするために、参照されている米国特許および特許出願に開示されている住宅オートメーションシステムに一体化することである。ビデオインターフォンは、米国特許第5,923,363号明細書、米国特許第6,603,842号明細書、および米国特許第6,940,957号明細書に開示されており、ショッピング端末は、米国特許第7,461,012号明細書、米国特許第8,117,076号明細書、および米国特許第8,489,469号明細書に開示されている。

電力消費に影響を及ぼす別の問題は、自己動作および制御のために電力を消費する多数のリレーの使用である。住宅内、または商店内、または工場内、または公共の施設内に設置された多数のリレーは、電流および消費電力を永続的にドレインし、したがって、多数のそのようなオートメーションシステムが設置されているとき、全体的な消費電力はかなりのものになる。

2重磁化アーマチュアもしくは極または他の構造化された磁気要素を使用するラッチング電力リレーは効果であり、制御するために複雑な回路およびプログラミングを必要としている。さらに、大部分の磁気ラッチングリレーは、例として標準として16Aを備えるライティング用の一般に使用されるACスイッチ未満である最大8アンペアなど、リレー接点としっかり係合するための磁力が限られているので、限られた電流ドレインを提供することができる。

ラッチングリレーは、短い電力パルスによって操作され、オンもしくはオフ(SPST)、またはSPDTもしくはDPDTリレーを使用してチェンジオーバー状態にロックまたはラッチする。接点を係合した後には、コイルはもはや電力を消費しておらず、極は適所に磁気的にラッチされる。磁力は時間の経過につれて衰えており、最終的に接点表面を損ない、最終的に故障する。

機械ラッチング構造を介して適所にラッチされ得る2013年10月4日に出願された米国特許出願第14/045,877号明細書に開示されているものなどハイブリッドスイッチに一体化するための小型電力リレーが必要とされる。

本発明によって達成される他の実際的な目的は、異なるキーレバーを装備することができる構造と、入手可能であり、異なるスイッチ製造者によって建設/電気業界にいつも導入されている様々なデザインおよび色を含む多種多様なレバーおよび装飾カバーから任意のものを選択する自由度とを有するハイブリッドスイッチを提供することである。したがって、本発明は、そのような広範な入手可能なACスイッチデザイン、それらのパネル色、および装飾を合致させるために経験される困難を解決する。

AC器具および照明器具のための3つのタイプのスイッチ、すなわち単極単投(SPST)スイッチおよび単極双投(SPDT)スイッチが一般に使用される。SPSTスイッチは、基本的なオンオフスイッチであり、SPDTは、チェンジオーバースイッチである。SPDTスイッチは、同じホールまたは部屋の2つの入口からなど、2つの別々の位置から、照明器具など所与の器具をオンオフ切替えするために使用される。

所与のホールまたは部屋の同じ照明器具をオンオフ切替えするために3つ以上のスイッチが必要とされる場合、別のタイプの双極双投(DPDT)スイッチが使用される。DPDTスイッチまたは複数のスイッチは、2つの上記のSPDTスイッチ間で、所与の直線−交差構成(straight-cross configuration)で接続される。DPDTスイッチは、「転極」スイッチとしても知られている。

後述するように、連続的なトラベラ構成で接続された1または複数のDPDTスイッチを含む2つのSPDTスイッチは、各個々のスイッチが、他のスイッチのステータスにかかわらず、それ自体で動作することを可能にする。したがって、そのようなSPDTおよび/またはDPDTセットアップ構成で接続されているスイッチのどれも、他の接続されたスイッチのステータスにかかわらず照明器具のオンオフを切り替えることになる。これはさらに、接続されたスイッチレバーのどれについても特定のオン位置またはオフ位置がなく、オンオフを切り替えることは、スイッチレバーをその反対の位置に押すことによって、またはプッシュオン−プッシュオフキーを押すことによって達成される。

したがって、本発明の目的は、照明器具または他の電気器具を操作し、それにより「一般に使用されている」手動スイッチを介した操作を維持し、ハイブリッドスイッチのSPDTリレーを介して遠隔切替えを提供するために、または一般に使用されているDPDTスイッチおよびSPDTスイッチのチェインを介して照明器具を操作し、ハイブリッドスイッチのSPDTリレーを介して同じ遠隔切替えを提供するために、接続されているSPDTスイッチまたはDPDTスイッチにSPDTリレーを含むハイブリッドスイッチを接続することである。

本発明の他の目的は、手動のSPDTスイッチに、また2つSPDTスイッチおよび1または複数のDPDTスイッチを含むより包括的な切替えセットアップに接続されている照明器具または他の電気器具を遠隔でオンオフ切替えするためにDPDTリレーを接続することを可能にすることである。

従来技術のホームオートメーションシステムのチェイン接続されたSPDTスイッチおよびDPDTスイッチは、所与の回路のすべてのスイッチおよびリレーのステータスのデータがコントローラに送信されない限り、照明器具など器具のオンオフステータスを識別することを不可能にする。これは、コントローラに対してすべての手動スイッチの位置およびリレーのデータを記録および更新することを要求する。これは、複雑なデータ処理と、それに続く動作上の複雑化をもたらし、手動スイッチまたはリレーがシステム内でランダムに活動状態にされるたびにデータすべてを送信することを必要とし、これは、相当な、より多くのデータトラフィックおよび処理を導入する。

そのために、本発明の他の重要な目的は、器具がいつ切り替えられたか識別するために、また器具によって消費された電力に関連するデータを処理するために、ハイブリッドスイッチにAC電流センサを導入することである。これは、トロイダルまたは特別に構造化された電流トランスなど電流センサを導入することによって、またはAC活線と一直線に接続された低オーミック金属合金によって、または磁気ホールセンサ、もしくはAC活線端子を通じて電流ドレインのレベルに対応する出力信号を生成することができる任意の他の要素によって達成される。

電流センサの出力信号レベルは、mV単位で測定され、CPUによって処理することができるレベルに増幅され、増幅器とCPUは共に、ドレインされた電流のデータ、または消費された電力のデータ、またはオンオフステータスデータ、およびそれらの組合せを生成するために、ハイブリッドスイッチ内に含まれる。

本発明のハイブリッドスイッチは、リレーを操作するためのコマンドを受信するための、および器具のステータス、消費された電力、または電流ドレインに関連するデータを送信するためのトランシーバを含む。データは、識別された器具、CPUによって測定されるAC電力の正弦波曲線にわたる電圧基準に対して計時された、電流センサを通じてドレインされたAC電流のレベルに基づいて処理される。

受信コマンドおよび送信データは、バスライン、光ネットワーク、または光ケーブルのグリッドなど有線ネットワーク、2方向IRネットワーク、RFワイヤレスネットワーク、およびそれらの組合せからなる群から選択される通信ネットワークを介して供給される。

ハイブリッドスイッチのトランシーバは、2方向または双方向信号の少なくとも1方向でホームオートメーションコントローラ、ビデオインターフォン、またはショッピング端末と通信する。トランシーバおよびCPUは、接続された器具への電源オンコマンドに対して、電源オンが認められたという回答で応答するように、またはステータス、電流ドレイン、および器具によって消費された電力に関連する問い合わせに対して応答し、それにより、ホームオートメーションコントローラ、または上記で参照されている米国特許に記載の前記ビデオインターフォンもしくはショッピング端末を更新するように、またはコマンドが器具をオフに切り替えるためのものであった場合、「オフステータス」で応答するようにプログラムされる。

以下、ホームオートメーションコントローラに対する言及は、制御キー、タッチアイコンまたはタッチスクリーン、および上記で参照されている出願および米国特許に開示されているビデオインターフォンおよび/またはショッピング端末と同様の回路を有するディスプレイデバイスに対するものである。

以下および特許請求の範囲における「ハイブリッドスイッチ」および「ハイブリッドスイッチリレー」という用語は、本発明の好ましい実施形態のSPDTリレー、DPDTリレー、SPDTスイッチを有するDPDT転極リレー、DPDTスイッチ、および転極DPDTスイッチの群から選択される一体化された組合せを指す。

「SPDTハイブリッドスイッチ」という用語は、所与の負荷を手動または遠隔で操作するためのスタンドアロンの切替えデバイスを指す。

「DPDTハイブリッドスイッチ」という用語は、負荷の2つ極、すなわちAC活線および中性のACを手動または遠隔で切り替えることによって浴室または洗濯所など濡れた、または湿気のある環境で負荷を操作するためのスタンドアロンの切替えデバイスを指す。

「転極ハイブリッドスイッチ」、「交差ハイブリッドスイッチ」および「転極DPDTハイブリッドスイッチ」という用語は、転極ハイブリッドスイッチを介して、および少なくとも1つのSPDTスイッチを介して、および/または2重トラベララインの縦続チェインですべて接続され、接続されたスイッチのそれぞれが所与の負荷を操作する、またはそのオンオフを切り替えることができる中間のn個のDPDTスイッチを介してオンオフ切替えされる所与の負荷のための切替えデバイスを指す。

以下および特許請求の範囲における「コンタクタ」という用語は、SPDTハイブリッドスイッチおよびDPDTハイブリッドスイッチのために使用される2重接点を含む導電性支持構造、または転極DPDTハイブリッドスイッチのために使用される3重接点を含む導電性支持構造、またはPCB(プリント回路板)もしくは他の導電性構造など内部接続を介してSPDTリレーまたはDPDTリレーとSPDTスイッチまたはDPDTスイッチの間に接続されたそれらの接点を指す。

本発明の主な目的は、好ましい実施形態の説明において後述されるプッシュプッシュまたはプッシュリリーススイッチのための開示されているラッチング構造と同様の機械ラッチング構造の使用である。機械ラッチング構造は、追加された接点圧力を提供し、ラッチングのオン状態または非ラッチングのオフ状態において、20A以上のAC電流のための小型リレーの使用を可能にする。どちらの状態でも、電力はリレーコイルに供給されず、どちらかの状態で、SPDTもしくはDPDTラッチングリレーのトラベラ端子を通じて、および/または本発明のハイブリッドスイッチを介して、負荷に給電することができる、または給電されることに留意されたい。

本発明の前述の、および他の目的および特徴は、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施形態の以下の説明から明らかになろう。

従来技術のAC器具を操作するための電気SPDTリレーおよびSPDTスイッチの電気図面、接続、および絵図である。

従来技術のAC器具を操作するための電気SPDTリレーおよびSPDTスイッチの電気図面、接続、および絵図である。

従来技術のAC器具を操作するための電気SPDTリレーおよびSPDTマイクロスイッチのエンクロージャまたはケーシング、および絵図である。

米国で使用される従来技術のSPDTスイッチに取り付けるためにケーシング内に設計および構造化されたアドオンのDPDTリレーの例示的な図面を含む電気図面である。

米国で使用される従来技術のSPDTスイッチに取り付けるためにケーシング内に設計および構造化されたアドオンのDPDTリレーの例示的な図面を含む電気図面である。

米国で使用される従来技術のSPDTスイッチに取り付けるためにケーシング内に設計および構造化されたアドオンのDPDTリレーの例示的な図面を含む電気図面である。

プリント回路板上への従来技術のマイクロスイッチおよびリレーのアセンブリの図である。

本発明のSPDTリレーおよびSPDTマイクロスイッチの組合せまたは一体化を示す切断図である。

好ましい実施形態のハイブリッドSPDTスイッチおよびリレーの組み合わされた構造の斜視図である。

従来技術の要素、および周知のトグルまたはロッカ電気スイッチの動作の図である。

本発明の別のSPDTハイブリッドスイッチ−リレーを一体化するための修正された構造、コンタクタ、接点、および端子を有する図3BのSPDTロッカスイッチおよびSPDTリレーを示す切断図、分解図、および斜視図である。

転極コンタクタおよび端子の修正された構造を含む一体化されたSPDTリレーおよびDPDTマイクロスイッチを示す分解図である。

接点ステータスの組合せを強調する、SPDTリレーとの一体化されたDPDTコンタクタの4つの状態の図である。

本発明の好ましい実施形態のDPDTまたは転極ハイブリッドスイッチ−リレーの一体化された接点の電気回路図である。

分解図を示す図4Bの延長、および転極DPDTロッカスイッチとのSPDTリレーの一体化の図である。

本発明の一体化された転極DPDTハイブリッドマイクロスイッチおよびSPDTリレーのアセンブリおよびケーシングの図である。

本発明のDPDTリレーと共にDPDTマイクロスイッチを含む直線DPDTハイブリッドスイッチの斜視図である。

本発明のDPDTリレーと共にDPDTマイクロスイッチを含む直線DPDTハイブリッドスイッチの電気回路図である。

本発明のDPDTリレーと共にDPDTロッカスイッチを含む直線DPDTハイブリッドスイッチの分解図および斜視図である。

本発明のハイブリッドSPDTおよびDPDTマイクロスイッチ−リレーに使用される従来技術のロック−解放構造を示す斜視図である。

本発明のハイブリッドSPDTおよびDPDTマイクロスイッチ−リレーに使用される従来技術のロック−解放構造を示す切断図である。

本発明のハイブリッドSPDTおよびDPDTマイクロスイッチ−リレーに使用される従来技術のロック−解放構造を示す切断図である。

フレーム支持体、カバー、およびプッシュキーの変形形態と共にハイブリッドSPDTまたはDPDTスイッチおよびSPDTリレーのアセンブリを示す斜視図である。

フレーム支持体、カバー、およびプッシュキーの変形形態と共にハイブリッドSPDTまたはDPDTスイッチおよびSPDTリレーのアセンブリを示す切断図である。

フレーム支持体、カバー、およびプッシュキーの変形形態と共にハイブリッドSPDTまたはDPDTスイッチおよびSPDTリレーのアセンブリを示す切断図である。

欧州で使用されるフレーム支持体、カバー、およびプッシュスイッチの変形形態と共にハイブリッドSPDTおよびDPDTスイッチおよびSPDTリレーのアセンブリを示す斜視図である。

欧州で使用されるフレーム支持体、カバー、およびプッシュスイッチの変形形態と共にハイブリッドSPDTおよびDPDTスイッチおよびSPDTリレーのアセンブリを示す分解図である。

欧州で使用されるフレーム支持体、カバー、およびプッシュスイッチの変形形態と共にハイブリッドSPDTおよびDPDTスイッチおよびSPDTリレーのアセンブリを示す分解図である。

米国で使用されるフレーム支持体、カバー、およびプッシュスイッチの変形形態と共にハイブリッドSPDTおよびDPDTスイッチおよびSPDTリレーのアセンブリを示す斜視図である。

米国で使用されるフレーム支持体、カバー、およびプッシュスイッチの変形形態と共にハイブリッドSPDTおよびDPDTスイッチおよびSPDTリレーのアセンブリを示す分解図である。

米国で使用されるフレーム支持体、カバー、およびプッシュスイッチの変形形態と共にハイブリッドSPDTおよびDPDTスイッチおよびSPDTリレーのアセンブリを示す分解図である。

好ましい実施形態のハイブリッドSPDTおよびDPDTスイッチに含まれる制御および通信回路のブロック図である。

好ましい実施形態のハイブリッドSPDTおよびDPDTスイッチに含まれる制御および通信回路のブロック図である。

ハイブリッドスイッチ内で使用される好ましい実施形態のステータスセンサのブロック図および回路である。

本発明のハイブリッドスイッチおよび関連のデバイスを遠隔操作するためのホームオートメーショングリッドおよびネットワークを示すブロック図である。

ホームオートメーショングリッドおよびネットワーク内でコマンドおよび応答を伝搬するためのホームオートメーションディストリビュータによって提供される例示的な接続の図である。

本発明の好ましい実施形態の電流検知回路のブロック図である。

測定時間の分割が5つの正弦波周期にわたる、電力線電圧対電流の正弦波およびそれらの位相シフトの図である。

配線端子および制御回路(制御回路は図示せず)を有するソケットエンクロージャ内にやはりプラグ接続することができるケーシングサイズおよび形状に一体化された複数のハイブリッドスイッチの例示的な構造およびケーシングの図である。

配線端子および制御回路(制御回路は図示せず)を有するソケットエンクロージャ内にやはりプラグ接続することができるケーシングサイズおよび形状に一体化された複数のハイブリッドスイッチの例示的な構造およびケーシングの図である。

本発明の好ましい実施形態のSPDTおよびDPDTリレーの単極または双極のためのラッチング機構となるように適合された図8Aに示されているラッチング機構の斜視図である。

本発明の好ましい実施形態のSPDTおよびDPDTリレーの単極または双極のためのラッチング機構となるように適合された図8Bに示されているラッチング機構の切断図である。

本発明の好ましい実施形態のSPDTおよびDPDTリレーの単極または双極のためのラッチング機構となるように適合された図8Cに示されているラッチング機構の切断図である。

極が再構築され、本体が機械ラッチング構造を収容するように伸長された周知のリレーの例示的な切断図である。

本発明の好ましい実施形態のラッチングリレーの単純化された操作のステップを示す例示的な切断図である。

本発明の好ましい実施形態のSPDTラッチングリレーを有するハイブリッドスイッチを提供するSPDTリレーとスイッチの組合せの例示的な切断図である。

転極DPDTハイブリッドスイッチ、および双極ラッチング構造を含むDPDTリレー極の構造化された詳細の例示的な図である。

図1Aは、米国特許第7,649,727号明細書に開示されているものなど従来技術のリレーコイル6Lによって開かれたオートメーションSPDTリレー6に接続された単極双投(SPDT)ACスイッチ7を含む電気回路を示す。この回路は、廊下の照明を廊下の2つの端部から切り替えることなど、建物内の2つの異なる場所から照明のオンオフを切り替えるための2つのSPDT ACスイッチの2つのトラベラ端子1、2間で2本のトラベラワイヤを接続するための周知の回路の変形形態である。これらのSPDTスイッチは、2方向スイッチとしても知られており、何年もの間に十分確立されている。

図1Bに示されているSPDTスイッチ7とSPDTリレー6の従来技術の組合せは、参照の米国特許第7,649,727号明細書および他の参照されている米国特許に導入されており、住宅および他の建築物内の電気ホームオートメーション配線を単純化するための新しい電気オートメーション概念について説明している。SPDTスイッチとSPDTリレーの組合せは、オートメーションリレーを建物の主電気キャビネット内に導入することを要求する、普及しているホームオートメーションシステムとは対照的に、電気配線をその一般的な従来の構造内で維持することを可能にした。

新しい概念による既存の配線およびスイッチに対する唯一の変更は、アドオンのSPDTリレー6と、単極単投(SPST)スイッチとして知られる従来のオンオフ照明スイッチをSPDTスイッチに置き換えることである。これは、従来の機械スイッチレバーを介して手動で、またリレー制御を介して遠隔で器具または照明を操作することを可能にした。

各SPDTリレーおよびSPDTスイッチは、他方をオーバーライドしており、どちらも照明または他の負荷を独立に、制限なく切り替え、操作することができる。手動スイッチのこの独立操作は、オートメーションが何らかの理由で故障したとき手動スイッチを操作することができるので、オートメーションシステムをフェールセーフシステムに変形させた。負荷という用語は、以下、任意の電気器具または照明であるように使用される。

図1Cは、SPDTマイクロスイッチ10およびSPDTリレー6を示しており、どちらも、日本のオムロン社および多くの国の多くの他者など多数の製造者によって製造される、知られている電気デバイスである。SPDTマイクロスイッチ10は、その除去されたカバー10Cと共に、また作動レバー5Lと共に示されている。プランジャまたはキー5が、トラベラ構造化導体1Aの不可視の接点1に触れるものとして示されている極PSに触れて示されており、トラベラ構造化導体1Aは、極接点Pを端子T1に接続する。図3Bに示されて、構造化導体2Aの端子T2は、プランジャ5が持ち上げられ極PSを解放し、極アセンブリPSの接点Pが接点2に係合するとき、接点2を介して接続される。

リレー磁気コイル6Lを含むSPDTリレー6もまた、リレーカバー6Cが除去された状態で図1Cに示されている。このリレーは、アーマチュアとして知られる磁気合金ベースの構造PMによって支持された極構造PRをさらに含む。この極は、支持構造1Eの接点1に触れ、端子T1に接続して示されているが、図3Cに示されている端子C1、C2を介してコイル6Lに供給される電力が切られたとき、支持構造2Eの接点2に係合するように切り替わることになる。

リレー6とマイクロスイッチ10は、図3Aに示されているように組み合わせ、リレー6とマイクロスイッチ10を図のPCB8上にはんだ付けすることによって一体化またはハイブリッドSPDTスイッチおよびリレーを提供することができる。そのような一体化は本発明の目的であるが、これらの2つのデバイスをPCBまたは他の導電性構造上に取り付け、はんだ付けすることは1つの解決策である。一体化またはハイブリッド2方向スイッチ−リレーについては、スイッチ−リレーを図のPCB上に組み合わせることは1つの実施形態であるが、本発明の好ましい実施形態ではない。これについては後で論じる。

リレー端子T1、T2、および図のC1、C2を含むL(図3Cに図示)コイル端子は、リレー6の端子T2をSPDTスイッチ10のT2、リレー6の端子T1をスイッチ10のT1と接続するためにリレー本体6Bの下に固定装着され、一方、リレーのL(ライン)端子は、図1Aおよび図1Bに示されているAC器具に接続され、スイッチのL端子は、AC活線に接続される。

ACラインと機器の接続は、後述するように逆にされてもよい。しかし、SPDTリレーとSPDTスイッチのT1端子とT2端子が互いに接続されるとき、一体化されたスイッチおよびリレーの2つだけの残りの接続端子が負荷およびAC活線に接続するためのL端子であることは、時間と労力を切り詰めるので明らかな利点である。

組み合わされたSPDTスイッチおよびSPDTリレーは、単一のL端子だけが負荷を接続するために提供されるので、2本のトラベラワイヤを別のSPDTスイッチまたはリレーを接続するために使用することができない。2つのSPDTスイッチ、または2つ以上のスイッチを、所与の負荷を操作するためにスイッチの縦続ラインで接続することは、図2Aに示されているように交差または転極スイッチに形成される転極双極双投DPDT間で2重トラベララインの縦続接続を必要とする。

図2Aは、図のリレーコイル6Lによって操作されるDPDTリレー60が、接続されたラインを逆にするように構成された2つの極P2−1、P2−2のトラベラ接点と、そのトラベラ接点を通じて接続される縦続切替えチェインを示しており、同じように、S2−1、S2−2として示されているDPDTスイッチが動作する。そのような縦続切替えラインでは、図2Bおよび図2Cに示されているアドオンのリレー60の使用が、米国特許第7,649,727号明細書、および参照されている米国特許の多くの他のものに開示されている。交差DPDTスイッチをアドオンのSPDTリレーに接続することは可能であるが、本発明のSPDTハイブリッドリレーには可能でないことに留意されたい。

あらゆる場合において、米国特許第8,384,249号明細書に開示されているように別個のリレーをスイッチに追加する、および/またはそのようなリレーをスイッチに取り付けるという従来技術は、トラベラワイヤを接続すること、および/または4’’×4’’(101.6mm×101.6mm)米国ボックスとして知られている図2Cに示されているボックス14のサイズの半分、または2’’×4’’(50.8mm×101.6mm)など非常に小さい壁ボックス内にワイヤおよび配線デバイスを詰め込まなければならないことに労力を要求する。アドオンのリレーを設置することは、行うのに時間がかかり、設置コストを増大する。設置効率を改善し、それにより設置コストを低減するために、本発明のSPDTスイッチおよびSPDTリレーまたはDPDTリレーの組合せが必要とされる。

SPDTスイッチ10およびリレー6を組み合わせる、または一体化するために、最も単純な方法は、図3Aに示されているようにそれらをプリント回路板8上に装着することになる。PCBは、図3Aに示されていないが後で論じるオートメーション操作および通信回路を提供するためにも必要とされる。

SPDTリレー6をSPDTスイッチ10に取り付け、接続することから明らかなことは、これが2つのデバイスを別個のトラベラワイヤによって接続する必要を完全になくすることである。トラベラワイヤは短いジャンパワイヤにすぎないことがあり得るが、トラベラワイヤを設置することは時間がかかり、コストがかかる。

図3Aに示されている組み合わされたスイッチおよびリレー8Aは、非常に有用であり、単純な手段によって実装することができるが、図3Aに示されているハイブリッドまたは一体化されたスイッチ10およびリレー6は、ハイブリッドスイッチのサイズおよび構成要素をさらに削減することである本発明の好ましい構造ではない。

図3Bは、好ましい実施形態のうちの1つの切断図を示し、リレー本体6Bおよびマイクロスイッチ本体10Bが、トラベラ接点支持構造1A、2A、1E、2EをSPDTコンタクタ1C、2Cに組み合わせ、そのようなハイブリッドスイッチ−リレーデバイスのサイズおよびコスト全体を削減する新しいハイブリッド本体9Bに再構築されている。

コンタクタという用語は、SPDTおよびDPDTスイッチおよびリレーの直線2重接点および転極3重接点を含む導電性リンク構造を指す。

マイクロスイッチ10の2つのトラベラ接点1、2は、接点1、2および端子T1、T2をマイクロスイッチ10のモールドされた本体10B内に含む完全な導体を形成するように設計された黄銅または同様の金属合金製の丈夫な導電性構造上に固定される。同じことが、リレー本体6B内にモールドされた接点1、2および端子T1、T2を含む完全な導体を形成するように2つの導電性構造1E、2E上に添着されるリレーのトラベラ接点1、2に当てはまる。

図のように、ハイブリッドスイッチおよびリレー本体9Bは、両デバイスの接点1、2と、スイッチおよびリレーの導電性構造1A、2A、1E、2Eとを、2つのデバイスの極PS、PRの2つの接点P間で単純なリンクコンタクタ1C、2Cに一体化している。トラベラ接続がスイッチ10とリレー6のトラベラ端子間に限定されるので、トラベラ端子は必要とされない。これにより、2つのL端子だけが残り、1つはスイッチのためのもの、1つはリレーのためのものである。

図2Cに示されているボックス内の2本のトラベラワイヤを接続するために使用される4つの端子を廃止することにより、ハイブリッドスイッチの設置がより単純に、よりきれいに、より安価になる。

図3Cは、直線の組合せでの本体9B、右L形の組合せとして示されている9BR、左L形の組合せとして示されている9BLを含む異なるSPDTマイクロスイッチとリレーの組合せ20を示す。

組み合わされたアセンブリ9、9L、9Rのすべてからわかるように、リレー−スイッチ構造は単純化されており、極端子PRおよび極接点Pは、文字通り元の極PRと同じものであることが示されている。支持用磁気合金またはアーマチュアPMを含む極接点Pは、周知のリレー本体6Bの極構造と同じものであることが示されている。トラベラ端子および支持構造1E、2Eはなくされており、使用されず、一方、コイル端子C1、C2を含む磁気コア6Lを有するリレーコイルは同じままである。

同じことがマイクロスイッチ10Bに当てはまり、トラベラ接点および端子T1、T2を含む複雑な導電性トラベラ支持構造1A、2Aは、組み合わせた単純なコンタクタ1C、2Cで置き換えられ、1Cは2重接点1、2Cは2重接点2を含み、個々の本体6B、10Bは、単一の本体9Bに、9B、9BR、9BLとして示されている異なる変形形態および図6Bにおける図のカバー50など単一の組み合わされたカバーで組み合わされる。

上記の説明から、本発明のハイブリッドスイッチ−リレーにはトラベラワイヤおよび/または端子が必要とされず、組み合わせたハイブリッド本体の内側構造は単純化されることが明らかになる。

図3Bにおける図の切断された本体9Bは、図1Aに示されている電気回路を、しかしトラベララインおよび/またはトラベラ端子なしで再現する。電力をコイル6Lに印加することにより、極PRの接点Pが図のコンタクタ1Cの接点1に、またマイクロスイッチの接点1に、端子L間のハイブリッドスイッチを通じてAC電力を接続するために極PSを通じて係合されることになることは明らかである。極PSの位置を逆にする、または電力をコイル6Lから切ることにより、接続された負荷(図示せず)への電流の流れはオフになることになる。本発明のハイブリッドスイッチまたはハイブリッドリレーは、設置するのにコンパクトかつより単純にすることができることが明らかになるはずである。

図3A、図3B、図3Cにおける図のハイブリッドスイッチ−リレー構造はすべて、2つのベース6B、10Bが絵図の下部にあるままで示されており、組み合わせたベース9B、9BR、9BLも同様である。これらの絵図は、従来技術のデバイスと共にこれをいかに単純に達成することができるかを示すためになされた。同様のスイッチ−リレーの組合せが、ハイブリッド解決策の単純な組合せを可能にするために従来技術のデバイスを使用して、図4B、図6A、図6Bにさらに示されている。しかし、改善された、しかしより低い組合せコストを提供するために、多数の構造上の変更を加えることができる。

異なる構造が、リレーコイルがスイッチ接点のベースの下方に装着されて図4B、図6Aに示されている。図4Aは、SPDTトグルまたはロッカの照明または他の器具スイッチ3の周知の構造を示す。スイッチ3−1は、スイッチ本体3内に埋め込まれた2重接点−端子構造21、22、および極端子24のための支持端子23を示す。両端子21、22は、それぞれ接続端子T1、T2を提供し、支持端子23は、L端子、またはSPDTスイッチのためのAC活線を提供する。

極端子24は、その中央ピン25周りで回動しており、3−1では、T1の接点1に係合することが示されている。極24は、高い圧力が加えられた条件下で接点Pおよび接点1を維持するための十分な圧力を提供する伸長されたばね26を通じてピストン26Aによって圧力が加えられる。

その中央ピン34周りで回動可能なトグルまたはロッカレバー33が反対の方へ押されているとき、3−2で示されているばね26は、ピストン26A内で圧縮されており、ピストン−ばねの組合せは、ピストンがサドル24Aの中心点を通るまでサドル24Aに沿って全体にわたって移動している。この点で、ばねは、高い圧力で伸長することになり、まさに図1A、図1B、および図2Bに示されているように、接点2に係合し3−3で示されているT2端子にL端子を接続するために極24を他方の側にトグルし、または切り替える。

図4Aに示されているスイッチ機構および構造は、様々な内部構造を有する、また異なるレバー設計またはフェースプレート設計を有する文字通りすべての照明応用例で使用される照明スイッチとして知られるもののメーンステー(main stay)である。しかし、ばね−ピストンの移動は、何年もの間、電気照明スイッチのための一般的な構造である。

図4Bは、6−1で、スイッチの接点1、2を含むコンタクタ1Dの奥またはその背後にリレーコイル6Lおよび極PRが配置された状態で、ハイブリッドスイッチ−リレー30の切断図を示す。コンタクタ2D、1Dは、分解図6−2で、それぞれ2つの接点を含むことが示されており、極PRの接点Pに係合するように2重接点1と2重接点2を、またスイッチの極24に係合するように2つのスイッチ接点1とスイッチ接点2を組み合わせる。

6−1における図のリレー極PRのP接点は、やはり6−2にスイッチアセンブリ30の接点2を含むことが示されているコンタクタ2Dの接点2に触れている。6−1の切断図および6−2の分解図から、スイッチ本体30の構造は図3Bおよび図3Cに示されているマイクロスイッチ本体9Bと異なるが、マイクロスイッチおよびロッカ/トグルハイブリッドスイッチ−リレーの動作は同一であることが明らかである。

ハイブリッドスイッチ−リレーで使用される限られた要素および部分をよりよく理解するために、図4Bの分解図6−2および30−4は、他の要素から分離された接点およびコンタクタを示す。6−2で示されているリレーコイル6Lは、下記で述べられる構造81を介して端子Lに取り付けられて示されている磁気コアPMの極構造PR81およびアーマチュアから後退されている。同様に、2つのコンタクタ1D、2Dは、極端子または構造24への電気接点に係合しそれを提供する機械接点23Bを組み合わせる端子23Dを含む極PR81から分離されて示されている。

端子構造23Dの他端は、リベット留めされて示されており、またはミリオーム範囲内の特定の抵抗値を有するように設計および計算される低オーミック金属合金81に溶接され得る。AC電力アウトレットにおけるそのような低オーミック金属合金の使用は、米国特許出願第13,349,939号明細書に開示されている。そのような金属構造の使用の利点は著しい信頼性であり、その理由は、そのような金属合金が、電流検知応用例に使用されている他の低オーミック抵抗器のように故障しやすいものでなく、その抵抗が安定しているからである。電流ドレインおよび電力消費レポートに対する他の詳細および説明について、さらに下記で論じる。

分解図6−2は、極PR81に、また端子23Dに接続された2つの構造81を示しているが、ハイブリッドスイッチ−リレーには1つしか必要とされず、1つだけが使用される。図の2つの構造81は、そのようなハイブリッドスイッチ−リレーデバイスを設計および提供する際の任意選択の変形形態を強調するためのものである。

構造23D、23Bと組み合わされた端子81の他端は、活線または負荷を接続するためのL端子である。30−4に示されている他の構造は、接点23Bへのアクセスと、極構造24の中央回動ピン25を支持するための中央枢動穴25Aとを提供するホルダ37である。

ホルダ37は、別個の部分または構成要素ではないことに留意されたい。分解図に示されており、別個の部分として使用することができるが、好ましい実施形態のハイブリッドスイッチ構造のモールドされたケース30は、ホルダ37、コンタクタ1D、2D、構造23B、およびリレー極PRの端子LまたはPR81端子、ならびにスイッチ極端子23Aまたは23Dを、単一のモールドされたスイッチ本体30になるように組み合わせる。

図4Bの構造30および図6Aに示されている構造40は、図12A〜図12Bに示されている、電力を制御回路に提供するために必要とされるAC中性端子を示していない。そのような中性端子は、そのような端子の必要があるときいつでも含まれる。図3A〜図6Bに示されているハイブリッドスイッチ−リレー本体構造は、関連のスイッチおよびリレーの接点を組み合わせる絵図を単純化するために中性端子と共に示されていない。図4B、図5A、図6A、図6Bに示されている絵図は、制御回路80、58と、制御、電力消費レポート、およびリレー回路の給電の一体化とを示す。

上述のように、ハイブリッドSPDTリレー−スイッチは、単一の場所だけから所与の負荷のオンオフを手動で切り替えるために使用することができる。それは、別のSPDTスイッチに接続することも、転極スイッチとして知られるDPDTスイッチの縦続チェインで接続することもできない。そのような縦続チェインでは、各スイッチは、同じ所与の負荷を手動で操作することも、複数の場所からその負荷のオンオフを切り替えることもできる。

述べた理由は、チェイン接続は、2本のトラベラワイヤを介してなされ、チェインの各セグメントは、転極スイッチによって独立して「逆にする」ことができるということである。SPDTハイブリッドスイッチ−リレーは、述べたように、2つのL端子、負荷端子、および活線端子を提供する。照明器具のオンオフを切り替えることなど、複数のスイッチおよび場所から同じ所与の負荷の手動切替えを可能にするために、DPDTハイブリッド転極スイッチ−リレーが必要とされる。

図6Aには、転極DPDTスイッチ−リレー本体アセンブリ40が示されており、分解図40−2は、極、端子、コンタクタ、およびDPDTスイッチ−リレーアセンブリ40に使用される他の構造化物品を示す。

また、図6Aは、転極DPDTハイブリッドスイッチ−リレー40の本体構造および詳細を示す。このDPDTセットアップでは、リレー6は、同一のリレーコイルおよびコア6Lと、接点Pを極PR81、磁気合金またはアーマチュアPM、および低オーミック合金構造81と組み合わせる同一のリレー極構造とを使用する。構造23Aの接続端子T1を使用し、図4Bの構造23Dを置き換えることができ、上記および下記で参照されている電流検知低オーミック合金部分81を組み合わせる。

図の2つの角度のDPDTスイッチ40L、40Rは、2つの回動極24および2つのホルダ37を使用し、どちらも図4Bの回動極24およびホルダ37と同一である。23Aおよび23Gとして示されている回動極を接続する端子は、2本のトラベラワイヤT1、T2を接続するために使用される。同様または同一の端子を、図4BのSPDTハイブリッドスイッチと共に使用することができる。図4Bに示されている端子23Dは、Lノミネーション、すなわち負荷または活線と共に使用することができ、またはLノミネーションと共に図6Aの端子23Aとすることができよう。DPDTハイブリッドスイッチ−リレーについては、低オーミック合金構造81が、6−3に示されている端子PR81に対してのみ導入されて示されており、図6Aの40Rでは、PCB81の奥に示されており、端子81Bを介して81CでPCB、増幅器IC1入力にはんだ付けされている。

DPDTハイブリッドアセンブリに使用される端子23Aと端子23Gとの違いは、接続端子T2と接続端子Lの間に必要とされる距離を提供することである。この理由で、端子23Gは、その端子T2を端子Lから離すように構造化される。しかし、同様に、両トラベラ端子について同一の構造23Aを使用し、端子Lを端子T2から、または中性端子(図示せず)から離してDPDTセンブリ40Rの後部内で異なる位置にシフトすることによって極PR81を再構築することが可能である。

図6Aの分解図40−2における図の接点は、ある意味では図4Bのコンタクタ2D、1Dの延長された転極構造である2つのコンタクタ2G、1Gを含む。2つのコンタクタ2G、1Gのそれぞれは、それぞれ異なる接点2R、1Rを備える。追加された2つの接点2R、1Rは、接点1、2の左に示されており、反対の位置、すなわち2対1Rおよび1対2Rにあり、したがってそれらは転極接点である。

図4Bに示されているハイブリッドスイッチ30L/30Rと同様に、図6Aに示されているDPDTハイブリッドスイッチ−リレーが、モールドされた構造40C、40L、40R内にカプセル封じされ、分解図の部分およびアセンブリを1つの中実のモールドされたケース40内に組み合わせる。

40−Cには、4つの接点1、2、1R、2Rが、すべてスイッチ−リレーアセンブリの前部表面上にモールドされて示されており、スイッチ−リレーアセンブリは、回動トグルまたはロッカスイッチ極24のためのホルダである2つのモールドされたホルダ37なしで示されている。図のモールドされたアセンブリ40Lは、DPDT手動スイッチが、トグルする極24を通じてどのように動作するようにされるかを明らかに示す。これらのトグルする極は、それらの中央ピン25を通じて中央枢動穴25A内に取り付けられる。

図4Bおよび図6Aは、PCBを電流検知構造に取り付け、はんだ付けするための2つの装着穴81Cを有するPCB80を示す。このPCBは、制御通信および電力消費レポート全体を組み合わせており、30Rおよび40Rに示されている小さいケーシング内に組み立てられる。組み合わされた小さい構造は、モールドされたスイッチ−リレー、ならびにその電気制御および通信回路を、標準的な、または一般的な電気壁ボックス内に設置することができるサイズおよび形状にある一般に使用されているエンクロージャまたはパッケージ内に組み立てることを可能にする。

低オーミック合金製の図の構造81は、構造81を図のプリント回路板80に取り付けるために2つのはんだピン81Bを含む。図5Aおよび図6Bの示されているPCB58、58Aと同様のPCB80は、SPDTリレーをそのコイル6Lを介して操作するための、また負荷によってドレインされた電流および/または消費された電力を、ハイブリッドスイッチ−リレーを通じて処理およびレポートするための制御、処理、および通信回路を導入するために必要とされる。

図5Aおよび図6Bは、分解図と、転極DPDTマイクロスイッチおよびSPDTリレーの接点を組み合わせるために使用される構造とを示す。DPDTマイクロスイッチは、双極PS1、PS2を含み、その接点Pおよび周知の支持構造はベース50B内に埋め込まれている、またはモールドされている。接点構造またはコンタクタ1H、2Hは、分解図で示されている。

コンタクタ1Hは、1つはリレー極PR81のためのもの、1つは極PS2のためのものである2重接点1と、極PS1のためのものである逆にされた接点1Rとを含む。コンタクタ2Hは、1つはリレー極PR81のためのもの、1つは極PS2のためのものである2重接点2と、極PS1のためのものである逆にされた接点2Rとを含む。

図5Aの示されている本体アセンブリは、リレーコイル6Lと、磁気金属合金支持体またはアーマチュア構造PMを有する極PR81と、リベット81Aを介して極PR81にリベット留めされた、または他の方法で極PRに溶接された低オーミック合金構造81とをさらに含む。電流検知構造は、構造化されたはんだピン81Bを介してPCB58Aに、PCBアセンブリ58Aの対応する穴81C内にはんだ付けされる。

本体50Bの下に装着される図のPCB58は、所与のハイブリッドリレー−スイッチアセンブリのための延長PCBまたは主PCBとすることができ、または必要とされなくてもよく、制御、通信、および電力消費レポート回路全体をPCB58A上に装着することができる。

端子Lおよび2つの端子T1、T2は、上記で参照されている接続端子と同一である。これらの端子は、すべて多数の図面においてねじタイプの端子であることが示されているが、代わりに異なるタイプの配線端子を使用することができる。ねじのないセルフロックまたはスナップインとして知られる端子、または電気ワイヤを1つのスイッチから別のスイッチに縦続チェインで接続するための2重セルフロック端子、または縦続の電気ワイヤを1つのスイッチから別のスイッチに接続するためのねじタイプ端子、またはスイッチ、電力アウトレット、ならびに他の装着および/もしくは配線された電気器具など電気配線デバイスに使用され知られている端子が含まれる。

図5Bは、埋め込まれる、モールドされる、または他の方法でハイブリッド本体50Bに取り付けられるコンタクタ1H、H2の接点の切断図を、リレー極PRおよびスイッチ極PS1/2の4つの切断図5B−1〜5B−4と共に示す。スイッチ極PS1、PS2は、プランジャ55を介して共に動作しており、したがって、PS1、PS2の接点は、上側の2と1Rまたは下側1と2Rの接点と共に係合して常に示されている。

図5Bは、リレー極PRの位置対スイッチ極PS1/PS2の位置について4状態の組合せ5B−1〜5B−4を示す。図5Cから、4つの位置の2つは、トラベラワイヤT1、T2への直線接続を提供し、他の2つは接続を逆にし、または交差させ、SPDTリレーの接点2は、極PS2に、または極PS1に接続することになり、一方SPDTリレーの接点1は、極PS1に、または極PS2に接続することになることが明らかになるはずである。しかし、2つの極PS1、PS2は、プランジャ55を介して共に操作されるので、2つのトラベラ端子T1、T2は、直線および逆だけの2つの状態で接続されることになる。

図5Cは、転極DPDTハイブリッドスイッチ−リレーの電気回路図である。図2Bの従来技術に示されているものなど知られている交差または転極リレーは、2対のトラベラ端子を介してトラベラワイヤの縦続対と交差することに留意されたい。さらに、従来技術のトラベララインの縦続チェインは、SPDTスイッチおよびアドオンのDPDTまたは転極リレーを使用し、2つの壁ボックス空間および多数の端子を介した多数の相互接続ワイヤを占有する。

図5Cに示されている回路は、任意の知られている単一の米国または欧州電気壁ボックスのサイズおよび形状に合う小さいケース50内にパッケージされる図6Bの単一のハイブリッドスイッチ−リレーデバイス51を介してすべてを行い、絶対的な最小限の配線が、図5Aに示されている3つの端子T1、T2、Lだけで示されている。含まれており後で論じる中性ワイヤ端子は示されていない。

図6Bのハイブリッドデバイス51Aは、ベース50B上への図5Aの分解図に示されている構造の組立てを示しており、プランジャ55を使用して2重マイクロスイッチ極PS1、PS2を操作する。

同じハイブリッドデバイス50Bが、アセンブリ51A、プランジャ55、および従来技術の作動レバー5Lを収容するためのエンクロージャまたはボックス50内にカプセル封じまたはパッケージされて示されている。

アセンブリ51は、レバー支持体61と、下記でさらに述べられ、図8A、図8B、および図8Cに示されているロック解放デバイス60とを含むパッケージされたデバイスとしてハイブリッドDPDT転極マイクロスイッチ−リレーを示す。

図のハイブリッドDPDTデバイス51は、後述する設定スイッチ57−1〜57−n、LEDインジケータ54、制御、通信および電力消費レポート回路(51には図示せず)をさらに含む。

ハイブリッドDPDTまたはSPDTスイッチ−リレーは、ハイブリッドデバイス、装飾カバー、キーレバー、またはプッシュキーを支持するためにフレームに取り付けられるように構造化される同様のエンクロージャまたはボックス50内にカプセル封じまたはパッケージすることも、知られている米国4’’×2’’(101.6mm×50.8mm)ボックスもしくは欧州丸形60mm壁ボックス、または異なるサイズの矩形ボックスなど、一般に使用されている電気壁ボックス内に設置することもできる。

図8A、図8B、および図8Cは、機械ラッチングデバイス60としても知られる周知のロック解放デバイスを示す。図8A〜図8Cに示されている知られているロック解放機構は、所与の入力もしくは電気機器の所与の機能を選択するために、または昔のテレビチューナのTVチャンネルを手動で選択するために使用される手動プッシュキーに使用される。この機構は、個々に各キー棒材内に埋め込まれる。後述するように、SPDTリレー極、またはDPDTリレーの双極をラッチングするために同様のラッチング構造が使用される。

従来技術の機構を示す図8Cは、プッシュツーロック、プッシュツーリリース、およびプッシュプッシュの組合せである図9Aのプッシュキー70を介してハイブリッドスイッチ−リレー51を楽に、わずかな力で機械的に作動するためのレバー支持体61を含む図5Dに示されている構造60に、非常に単純なロック解放を組み合わせることによって生み出される特徴について述べるために導入されている。

図8Aは、プッシュスイッチ(図示せず)の棒材のモールドされたロック解放くぼみの部分を示す。図8A〜図8Cで参照されているキー棒材67は、スイッチそれ自体の一部ではなく、くぼみと共にロック解放構造を形成するガイドロックリンク66のための経路を形成するくぼみまたは溝69を含むプッシュロッドまたは棒材である。

ガイドロックリンクの一端は、ガイド中心点66Aとして示されている位置で保持され、ガイドロックリンクは、ロック点69Bと解放点69Cの間で棒材移動を制限する溝またはくぼみ69A内で移動する。ガイドロックリンクの他端は、ロック点69Cと解放点69Bの間で反時計回り移動でくぼみ69に沿って移動している。

ばねホルダ67Bによって、およびキー本体60によって定位置に保持されたばね62は、2重機能を提供し、1つは、指で押してプッシュキーをロック位置にロックするのと反対側の解放位置に向かうキー60に対する解放力である。ばね62の他の機能は、ガイドリンク66の移動を図8Cに示されているくぼみ69を通じて反時計回り回転で操向するように設計された68A〜68Dとして示されているくぼみ高所およびリッジを通じて、棒材がどちらかの方向へ移動されガイドロックリンク66が左右および上下に強制的に移動されるとき、ガイドロックリンク66を共に図8Bに示されているそのくぼみ69、69A内で維持することである。

ガイドロックリンクは、棒材67の前後移動を、くぼみ69Aの長さに、またロック位置または点69Bおよび開放位置69Cの2つの位置だけに制限している。

くぼみ経路69内での棒材67の移動は、ロックするための指による、および解放するためのばね圧力による強制的な動きである。反時計回り移動は、ロック解除するための阻止リッジ68A、68B、およびロックするための68C、68Dによって生み出される。リッジは、時計回り方向での移動を防止し、それぞれロック点および解放点または位置69C、69Bの2つだけの静止点はそのままである。

上記の従来技術の2つの位置機構、またはプランジャ55に係合するためのレバー支持体61など機械構造をロックまたはラッチするために適用される任意の他の知られているロック−解放機構を使用することができる。図の従来技術は、3つの移動部分だけを使用する好ましい低コスト機構であり、モールドされたキー本体60はキー棒材67およびレバー支持体61を1つの部分として、ばね62を別の部分として、またガイドロックリンク66を第3の部分として含み、そのような単純な機構は、非常に信頼性がある。

キーガイド60A、棒材容器67A、ばねホルダ67B、ガイド移動範囲66B、およびガイド中心点として示されている要素は、ハイブリッドスイッチ−リレーのモールドされたエンクロージャ50内に含まれており、個々の要素または部分ではない。これは、キー60、ばね62、およびガイドロックリンク66を含む機構全体を、下記でさらに述べられるプッシュツーロック、プッシュツーリリース、およびプッシュプッシュの3つのキー機能をハイブリッドスイッチ−リレーに提供するための唯一の移動部分とする。

図8Bに示されているように、ロックと解放の間の距離は、図8Cに示されている最大移動65の距離である。実際には、そのような移動は、4〜5mmにわたって伸ばされる。レバー支持体61が4〜5mmのストローク移動によってロックおよび解放していることになるそのようなロック−解放移動では、可撓性レバー5Lの端部が、図3A〜図3CのSPSTまたはSPDTマイクロスイッチおよび図6Bの51を操作するための完璧なストローク移動である。

上記で参照されている構造または異なるロック−解放機構構造は、SPDTリレーとのSPDTまたはDPDTスイッチであるハイブリッドスイッチの組合せを操作することを可能にし、2方向切替え、キー60を介した、または装飾キーを介した手動切替え、およびSPDTリレーをそのコイル6Lを通じて操作することによる遠隔切替えを可能にする。同様に、トグルもしくはロッカSPDTスイッチ30またはDPDTスイッチ40を使用するハイブリッドスイッチ−リレー組合せは、低コストで簡単に製造し、好都合に設置および使用することができることは言うまでもなく明らかである。

図7A〜図7Cに示されている直線DPDTは、AC活線およびAC中性線の両ACラインのオンオフを切り替えるために建築物および住宅内の濡れた部屋またはゾーンに使用されるDPST(双極単投)スイッチを置き換えるために必要とされる。一部の国では、浴室または洗濯コーナ内の照明、ヒータ、および湯沸器は双極スイッチを介して切り替えられなければならないことが一般的、または確立された規則である。

そのような直線応用例について、本発明は、その要件を十分に満たし、2重ACラインの手動作動および遠隔作動を提供する。

図7Aは、絶縁体構造PPおよびアーマチュアPMDによって支持され、ベース90DP内に一体化されたリレーコイル6Lによって操作される2つの極PR1、PR2とリンクされたマイクロスイッチの2極PS1、PS2を含むDPDTハイブリッドスイッチ200を示す。また、4つのコンタクタ1C、2C、1U、2Uも示されている。実際、DPDTハイブリッドスイッチ200は、図6Bの単一のコイル6Lおよびアクチュエータ55によって共に操作される2つのSPDTハイブリッドスイッチ20を含む。

図7Bは、手動キーを介して、また遠隔で活線および中性線である2重ACラインを切り替えるための必要に完璧に合う図1Aの従来技術の回路の延長であるハイブリッドスイッチ200の電気回路図を示す。

図7Cは、図6Aの示されている転極ハイブリッドスイッチ40Rの延長であるトグルする、またはロッカDPDTハイブリッドスイッチ40DPを示す。40DPハイブリッドスイッチは、2つの極PR1、PR2を互いに、またアーマチュアそれ自体から絶縁するために絶縁本体PPと共に構築される2重リレー極PR−1、PR−2、およびアーマチュアPMDを除いて、ハイブリッドスイッチ40Rと同様に動作し構造化される。

他の違いは、2つの転極コンタクタ1G、2Gの、4つの直線コンタクタ1C、2C、1U、2Uとの置き換え、N、L、T1、T2からN、L、L(負荷)、NL(中性負荷)への端子の変更である。変更された要素は、図7Cの分解図40DPおよびパッケージされた、またはケーシングアセンブリ40C−2、40R−2に示されている。

上記の説明から、上記で参照されている転極DPDTハイブリッドスイッチ40R、51は、SPDTリレーおよびDPDTスイッチを含むことが示されているが、転極DPDTハイブリッドスイッチは、2つのリレー極PR1、PR2を含むDPDTリレーおよび単極24を含むSPDTスイッチを一体化することができることもまた明らかなはずである。さらに述べると、転極DPDTハイブリッドスイッチは、単極スイッチ20、30を含むSPDTスイッチを、図7Aおよび図7Cに記載され示されているものなどDPDT2重リレー極PR1、PR2と一体化することができる。

ACスイッチおよびACアウトレットなど電気配線デバイスは、建設業界内で建築家およびインテリアデザイナによって受け入れられる、または承認される色の選択を含めて、装飾キーおよびカバーデザインと共に提供される。したがって、配線デバイス製造者は、所与のスイッチによって操作される負荷のステータスを示すためのLEDの使用を含めて、電気スイッチのために異なるカバー、キー、現代的な色の範囲を提供するように努力している。

したがって、異なる製造者のカバーおよびキーによって取り付けられるように適合することができる、またはプッシュキー70のストップガイド70Aを支持するためのホルダ59A表面のガイド受け59Bを含めて、図9Aの示されているスナップイン取付け構造50Cおよびその相手方ロック構造50Dなど所与のハイブリッドスイッチ−リレーエンクロージャに単純に取り付けることによって合わせることができるホルダ、カバー、キーの範囲を備えることができる所与のエンクロージャまたはパッケージ内でハイブリッドスイッチ−リレーアセンブリを提供することが好ましい。

図9Aは、本体59A、ガイド受け59B、および自己ロック構造50Dを含む保持フレーム上に装着されて示されている選択されたカバー59を使用するハイブリッドSPDTスイッチ−リレー20およびハイブリッドDPDTスイッチ−リレー51を示す。図10Aおよび図10Bは、カバー89A、89Bを含む欧州デバイスサイズ内にハイブリッドスイッチ−リレー30または40のケーシングを含むモールドされたフレーム本体87A、87Bを示す。

図11Aおよび図11Bは、カバー99Aまたは99Bと、周知のロッカキー90または92と共に使用するために標準的な4’’×2’’(101.6mm×50.8mm)米国壁ボックス内にハイブリッドスイッチ−リレーを装着するために構造化されたフレーム本体97A、97Bとを示す。カバー99Aまたは99Bは米国で広く使用されており、カバー99Aは、取り付けるための見えるねじ頭を使用して示されている。カバー99Bは、見せられるねじ頭なしにきれいな装飾カバー99Bを取り付けるためにスナップオンベース99Cを取り付けるように隠されたねじが使用される、知られている装飾カバーである。

同様に、図9A、図9B、および図9Cに示されているハイブリッドSPDTマイクロスイッチ−リレー、およびDPDTマイクロスイッチ−リレーは、ハイブリッドマイクロスイッチSPDT20およびDPDT51を欧州の丸形または矩形の壁ボックス内に装着するためにフレーム59、59A、59Dが合わされたケーシング50を使用する。図のキー70、72はプッシュキーであり、オンまたはオフの切替えアクションのためにキーを内向きに押すことによって操作される。

図9Bに示されているキー72は、プッシュツーロックおよびプッシュツーリリースモードで動作しており、キー表面は、ロックされているか解放されているか識別可能である。これは、図5Cのキー60上に自己取付けされる自己ロックホルダ73をキー72に提供することによって達成され、したがって、キーは、図9Bにおけるロック位置72Lおよび解放位置72Rと称される、4〜5mmなどストローク移動と共に停留している。キーは、指で押すアクション中により良好なバランスおよび安定性をキーに提供するために、ばね−ピストン構造75/75Aによって支援されて示されている。

図の他のキー70は、キー60に取り付けられず、このキーは、図の4つのばねのような構造70Bによって、または図9Bの75および75Aのようなキーの内側表面上に装着されたばねおよびピストンによって支持される。キー70は、ホルダ59A表面上に示されているガイド受け59B内に挿入された4つのストップガイド70Aをさらに含み、それにより、キー70は、キー60をロックするように押されたとき、全体にわたって押し戻され、4つのストップガイドによって停留されることになる。

したがって、キー70は、ハイブリッドスイッチがロック位置にあるか、それとも解放位置にあるかにかかわらず、その固定された停留位置にあるとなり、したがって、キーは、カバー59Dと同一平面の停留位置にキーがあるままであるため、プッシュプッシュキーと呼ばれる。

キー70または72は、合致する、または異なるデザインおよび仕上げ、色合いもしくは色、テクスチャを有することができ、ならびに/またはインジケータ窓74および/もしくはIR伝搬窓74W付き、もしくはなしである。IR通過フィルタは、ポリカーボネートなど、濃い灰色または文字通り黒に染色された透過性プラスチック材料である。そのような染色された透過性材料製のモールドされたキー70またはカバー59は、そのようなキーまたはカバーを通じて無線のIR信号の伝搬を可能にすることになる。

また、たとえば、ばねのような構造ベースが図9A〜図9Cに示されているそのIR透過性窓74Wになるように、無線のIR信号を通すために染色された透過性材料製であるばねのような構造70Bをモールドすることが可能である。

ハイブリッドスイッチリレー51の前部表面上に示されているインジケータ54は、負荷によってドレインされる電流または消費される電力が実質的に低減される「スタンバイ」状態など、そのステータスの著しい変化を含めて、負荷のオンオフステータスを示す。緑、赤、黄、または青などインジケーション色が、キー70、72の表面インジケータの薄い半透過性窓74を通じて投影される。

同じことは、多数の形状に設計および構造化され、図4Aに示されているロッカキー本体33、またはそれぞれ対応する容器穴84H、94H内に合うキー80、82のピン80Aおよびキー90、92の90Aなど自己ロック取付けに関連する詳細を含む図10A、図10B、図11A、図11Bに示されているロッカキー本体83、84、93、94上へロッカスイッチに取り付けられ得るロッカキーにも当てはまる。また、それぞれキー本体のロックオン構造84B、94Bに取り付けられるロックフック80B、82B、90B、92Bも示されている。

図のキー本体80、90のそれぞれは、SPDTスイッチの単一のロッカ極24をトグルするために、それぞれ単一のピストン86、96を含み、一方、キー本体82、92のそれぞれは、キー本体84または94のストップ棒材84Aをハイブリッドスイッチケース30または40のストップ棒材84Sと係合することによって、DPDTスイッチの2重ロッカ極24をトグルするために2重ピストン86−1、86−2、または96−1、96−2を含む。

また、図10A〜図10Cは、図6Aの40−Cに示されているインジケータ44と一直線であるキー本体84内の透過性窓84Wおよびインジケータの薄い半透過性窓80Wを示す。

分解図10A、10B、11A、11Bに示されているキー本体のそれぞれは、キーロックフック80B、82B、90B、92Bを支持するための上記で参照されているロックオン構造84B、92Bと、モールドされたケーシング30、40の中央回動ソケット85、95内にそれぞれ添着される2重枢動軸または短いシャフト84C1/2、94C1/2とをさらに含む。図10Cおよび図11Cは、それぞれキー80または90を指で押すことによって操作される組み立てられたロッカスイッチを示す。

ロッカスイッチ30または40のためのカバーは、プッシュスイッチまたは任意の他の装飾形状のために図9Aに示されているカバー59と同じカバーデザイン、形状、およびサイズとすることができる。カバー59、89、または99は、1つより多いスイッチもしくはハイブリッドスイッチならびに/またはハイブリッドスイッチおよび他のスイッチの組合せを含む壁ボックス内に装着される複数のハイブリッドスイッチを設置するために設計および提供され得る。カバーは、好ましくは、同じ壁ボックス内に装着される電力アウトレットを含む複数のハイブリッドおよび一般的なスイッチを覆うために設計および提供されるべきである。

図12Aは、図3B、図3C、図4Bのハイブリッドスイッチ−リレー10、20、または30の極PSおよび2つの接点1、2を含むSPDTスイッチを通じて手動で、またコイル6L、極PR、および2つの接点1、2を介して遠隔で、照明器具またはヒータなどAC器具を操作するためのオンオフ切替え回路のブロック図を示す。

図の2つのトラベラ接点を介して図12Aおよび図12BのSPDTまたはDPDTスイッチとSPDTリレーを組み合わせることは、リレーコイル6Lを介して遠隔に、また図9Aおよび図10Aの手動スイッチキー70またはキー80を介して手動でAC器具の2つの独立したオンオフ切替えを提供するためのものである。

しかし、ハイブリッドスイッチ20、30、40、または51の遠隔切替えは、信頼性問題を提示し、器具のエラーのない遠隔切替えのためには、器具の動作ステータスを知ることが必要である。切り替わるようにリレーに指令する前に器具電力がオンであるかそれともオフであるか知ることが必要である。器具ステータスなしでは、SPDTまたはDPDTリレーを逆にすると、器具電力を所期のコマンドの反対に切り替えることがあり得る。

たとえば、ヒータまたは照明がオフに切り替えられていることを知らずにオフに切り替えるようにリレーに指令すると、ヒータまたは照明をオンに切り替えることがあり得る。そのような基本的な理由のために、手動でランダムに操作される未知のSPDTまたはDPDT手動スイッチ位置に対してリレーコイルステータスに依拠することは可能でない。

さらに、SPDTリレー制御が真に信頼性があるものになるためには、照明または器具からコントローラに伝搬される、照明またはAC器具の電流ドレインまたはオンオフステータスに関連する、返される確認またはデータを供給することが必要である。これは、2方向または双方向通信、ハイブリッドスイッチリレーまたは器具それ自体への制御コマンド、および器具またはハイブリッドスイッチリレーからコントローラへの返される確認、ステータス、電流ドレインデータ、または電力消費データを要求する。

リアルタイムの電流ドレインまたは電力消費データを発電所および電力ディストリビュータに通信する必要は、ホームオートメーションの考慮すべき点にとって中核的な話題および主目的であり、現在、信号またはデータコネクティビティおよびスマートグリッドプログラムの主題に関して世界中で議論されている。

参照されている米国特許および図12Aおよび図12Bの示されている回路図は、それぞれドライバ107、109、105、103−1、103−2を通じて、返されるデータの受信を含めて器具を遠隔で操作するために、ツイストペア132を介した双方向バスラインと、IR送信機および受信機109A/109Bを介したIRならびにアンテナ106(無線)を介したRFと、ライトガイドまたは光ファイバケーブル130を通じた2つの光トランシーバ104を介した光通信とを開示する。

ワイヤレスIR通信およびRF通信は単純であると気付かれるが、それらはあまり信頼性がなく、たとえば室内での障害物の移動または配置は、参照されている特許および出願に開示されているIR遠隔制御リピータからのコマンドを含めて、所与の器具へのIR遠隔オンオフコマンドの見通し線を妨害することがある。器具の返される確認および/またはオンオフコマンドそれ自体が、妨害され、信頼できないものになり得る。

RFは、他の住宅に、また他の住宅から侵入することによって誤って送受信することがあり、および/またはRF信号は、必ずしも住宅全体をカバーせず、コマンドもしくは返されるデータは、所期のそれらの送信先に通信されない、もしくは到達しない。住宅の多数の器具およびACアウトレットをカバーするためのRFネットワークは、電気設置者のトレーニングおよびノウハウをはるかに越える広範、複雑、かつ正確なアドレッシングを必要とする。

上述の他の基本的な信頼性問題は、ハイブリッドスイッチおよび/または縦続のSPDTまたはDPDTスイッチのオンまたはオフ状態を不明瞭にする図12Aおよび図12Bに示されているSPDT PS1またはDPDT PS1/PS2の未知の状態である。したがって、手動SPDTまたはDPDTスイッチの正確なオンオフ状態を有することができないことは、システム信頼性問題を提示する。後述するように、通信およびコイル6Lから6L−nの状態を制御し、電流ドレイン信号が供給されるCPU101は、電流ドレインまたはオンオフステータス検知に基づいて負荷とのトラベラ接続を識別することが可能である。さらに、共にパッケージされた複数のハイブリッドスイッチのために、CPUは、ドレインされた電流の信号およびステータス検出器信号の組合せの供給を受けることができる。

電流センサ100およびステータスセンサ100Aの導入は、電気スイッチの信頼性のあるオンオフステータスを、参照されている米国特許および出願に開示されているACデバイスを制御する専用コントローラ、ビデオインターフォン、またはショッピング端末に提供するための解決策である。

誘導による電流センサ、磁気ホール検知回路、低オーミック抵抗もしくは金属合金、または他の知られている電流検知回路および方法のいずれかである電流センサ100は、器具のステータスに関連するデータを、POF130、見通し線内でのIR、無線でのRF、またはバスラインもしくはネットワークを介した電気信号を介して伝搬するために、リアルタイムで器具ステータスを識別する。バスライン内のツイストペア132の使用もまた、電気キャビネット内で、または区分された壁ボックス内に設置して低電圧接続をAC電力配線およびコネクタから分けるために分離または区分して構築されるとき可能である。

リアルタイムの電流ドレインデータは、負荷ステータスを識別し、コントローラがエラーなく明確に照明または他の器具のオンオフを切り替えることを可能にする。さらに、それは、住宅、事務所、または他の店舗もしくは組織がそれらのリアルタイムの電流ドレインまたは電力消費を電力提供者または発電所の電力スマートグリッドにレポートするためのベースを提供する。

リレーコイル6L、CPU101、および他の内部回路のためのDC電力は、必要とされる低いDC電圧および電流を出力するための知られているスイッチング電源回路を使用して、および/またはDCアナログ電圧レギュレータ、または米国特許第8,444,124号明細書で参照されているものなど他の小電流電源回路を使用して、小電源IC回路から供給され得る。リレーコイル電力消費は1Wの整数分の一であるが、磁気または機械的ラッチング極PRおよびアーマチュアPMをコイル6Lと共に使用することは、ラッチングリレーが短いパルスによって作動され、したがって電力消費を節約し、内部電源からのDC電流ドレインおよび熱を低減するので、有利である。機械的にラッチングされるリレーを使用するラッチングリレーおよびハイブリッドスイッチについて下記でさらに述べる。

一般的な照明スイッチは、AC中性線に接続せず、AC活線および負荷線だけを使用し、一般に、2本のワイヤだけが導管内および照明スイッチ壁ボックス内に見出される。

一方、すべての知られている電気配線の既存の規則、コード、および規制は、導管および電気壁ボックス内へのAC中性線の無制限の導入を許しており、本発明のハイブリッドスイッチ−リレーなど任意の、およびすべてのAC切替えならびに他のACデバイスおよび回路へのそのようなAC中性線の接続を含む。

上記の説明から、本発明のSPDTハイブリッドスイッチ−リレーデバイスは、標準的な電気ACボックス内に設置することができ、一般に設置される電気システムの基本配線に対する著しい変更なしに、低コストで簡単に電気コードおよび規則に準拠して配線され、中性線、および双方向通信のための光ケーブル、無線のIRまたはRFのうちの1つの追加を必要とすることが明らかになる。

参照されている米国特許は、光アクセスへの光ケーブルの直接取付けを開示している。POFケーブル端は、光ケーブル130の縦続チェインを通じて伝搬される光信号を介して、また見通し線内となるように調整されたIRによって、および/またはワイヤレスRF信号によって、および/またはバスライン132を介した電気信号によって制御するために、1方向または単方向、および2方向または双方向、およびそれらの組合せとして開示されているアクセス104を介して光トランシーバ103に、切断された表面が直接取り付けられることを可能にするために鋭利なギロチンカッタによって終端される。

参照されている米国特許の教示から、電流センサもしくはAC切替えデバイスなどACデバイスまたはACアウトレットは、器具または負荷が位置する建物の部屋またはゾーンを含む器具の詳細事項に関連するアドレスと共に設定され得ることも明らかになる。

設定は、図12Aおよび図12Bに示されているものなど設定セレクタ108−1〜108−nを介して、ならびに/またはそのような詳細事項および/またはアドレスをCPU101に含まれるメモリ内にダウンロードすることを介して処理される。これは、RF信号、IR無線信号を介して、光ケーブルを通じた光信号を介して、およびACデバイスのオプトポートと呼ばれる1もしくは複数のライトガイドアクセス内にハンドヘルドデバイスを介して、またはローディングコネクタもしくは端子を介して直接、ダウンロードすることを含む。

本発明のハイブリッドスイッチ−リレーによる別の特徴は、CPU101のプログラミング、および「2重キーイング」もしくは「3重キーイング」をハイブリッドスイッチのキー70、80、もしくは90に、または「オン−オフ−オン」もしくは「オフ−オン−オフ」など「2重アクション」をスイッチのレバーに割り当てるための方法にある。割当ては、下記でさらに述べるように、建物内の照明のグループもしくはすべてまたは他の器具のグループのオンオフを切り替えるために、個々に設置された、またはトラベラワイヤによってSPDTおよび/またはDPDTスイッチと接続されたハイブリッドスイッチのいずれかに適用可能である。

図12Aおよび図12Bは、電流センサ100を示し、図12Cは、ステータスセンサ100Aを示す。図のステータスセンサ100Aは、図12Aおよび図12Bのハイブリッドデバイスを操作するために必要とされない。なぜなら、極PRを通じて負荷と直列で接続された電流センサ100が、負荷を通じて電流ドレインを明確に識別し、したがってエラーのないステータスを提供することになるからである。

電流センサ100と対照的にステータスセンサ100Aは、電流ドレイン値またはデータを提供しないが、SPDTおよび/またはDPDTスイッチ位置に対してトラベララインのステータスを識別し、AC活線電力が負荷から断ち切られるとき信号を出力することによって、ステータスデータを提供する。簡単に言えば、ステータスセンサは、負荷がT1またはT2トラベララインの一方に接続され、AC活線が他方のトラベララインに供給されるとき信号を出力する。

図12Cは、本発明の好ましい実施形態のステータスセンサ100Aの概念回路の電気回路図またはブロック図を示し、共に高いオーム値を有する2つの示されている検知抵抗器R2、R3が、SPDTリレーの2つの端子1、2に接続されている。R2およびR3は、共にそれらの他端で直列抵抗器R4を介してFET Q1ゲートに、またツェナーダイオードD1を介して接地に接続される。見やすくするために、接地電位、およびCPUに給電するために電源102によって供給されるDC極性、リレー、およびハイブリッドデバイス20、30、40、51、または200の他の回路は、AC活線に接続される。接地DC電位および正のDCまたはVCCは、たとえば+12Vもしくは+5V、またはAC活線に対して測定されて+nVである。

AC活線は、極端子PRに直接接続され、したがって図12Cに示されているように極PR、PSが接点2と係合されたとき、負荷と活線が接続され、センサ抵抗器R3はDC接地電位にあり、FET Q1ゲート信号はゼロであり、FET Q1をオフ状態で保つ。極PRが接点1と係合するように切り替えられたとき、負荷は、R3およびR2を介して活線Lに接続されることになり、中性線Nに固定接続されている負荷は、中性線を、代わりにセンサ抵抗器R2、R3を介してAC活線と直列で接続することになる。

得られる分圧器R2、R3(負荷の抵抗は無視できる)は、R4およびツェナーD1を通じてわずかな電流を接地に提供し、適切な電圧電位をFETゲートに提示しFET Q1をオンに切り替え、ゲートのソース極は、ハイ状態信号をCPU101のI/Oポートに供給し、負荷がオフに切り替えられることを識別する。

CPU101のメモリは、CPUがエラーなしにリレーを操作するために必要とされる両ステータスを記憶し、それにより、個々の接点T1またはT2端子は、キー70、80、もしくは90によって、またはインターネットを通じてPCネットワークを介したコマンドを含めてオプトポート、IR、RF、もしくはバスラインを介して図13Aに示されているオートメーションコントローラ250から受信されるコマンドによって、または下記で述べられるように、縦続チェインでDPDTハイブリッドスイッチリレーに接続されたSPDTまたはSPDTスイッチ(図示せず)によるキーイングを含む2重もしくは3重キーイングなど、プログラムされたように繰り返されるキーイングによって、オンコマンドまたはオフコマンドと相応する。

参照されている米国特許第8,269,376号明細書は、ハイブリッドスイッチを介して、および/またはハイブリッドスイッチに縦続チェインで接続されたSPDTまたはDPDT機械スイッチを介して「オン−オフ−オン」または「オフ−オン−オフ」に切り替えることによって、照明または他の器具など負荷を、個々、負荷のグループ、および負荷または所与の器具のすべてでオンオフを切り替えるための方法および装置を教示している。

ハイブリッドスイッチは、縦続の光ファイバもしくはRFを介して直接、ならびに図13Aおよび図13Bに示されている、キーパッド150もしくはタッチパッドもしくはタッチスクリーンを含む専用コントローラ、ビデオインターフォンモニタ、もしくはショッピング端末を含むホームオートメーションのコントローラ250を介して、ならびに/またはホームオートメーションディストリビュータ140を介して、照明または他の器具である個々の、グループの、またはすべての所与の負荷にオンまたはオフを指令している。

図12Aおよび図12Bにおける図のハイブリッドスイッチ20、30、40、51のそれぞれ、およびハイブリッドスイッチ200(図示せず)は、縦続のトランシーバ103およびPOF130のためのオプトポート104、IRトランシーバ109およびRFトランシーバ105、バスラインドライバ107、電流センサ100、ステータスセンサ100A、設定セレクタ108−1〜108−nなど多数の回路を含むことができる。

必ずしもすべての回路が必要とされず、たとえば縦続のライトガイドまたはPOFが使用されないとき、単一のオプトポート104だけが必要とされ、IRまたはRFコマンドだけが使用されるとき、オプトポートは使用されず、IR 109またはRF 105トランシーバだけがハイブリッドスイッチ−リレーに含まれることは明らかである。

参照されている米国特許および出願による教示と同様に、ハイブリッドスイッチおよび/または負荷が設置または操作される部屋またはゾーンを含むハイブリッドスイッチ−リレーのための設定、器具の識別、および他の操作詳細は、設定セレクタ108−1〜108−nを介して、またはオプトポート104を通じた光ダウンロード、IRトランシーバ109を介したIRダウンロード、もしくはRFトランシーバ105を介したRFダウンロードを介して設定され得る。ダウンロードおよび設定は、後述するように、照明または器具のグループ、およびすべての照明および所与の器具のオンオフを切り替えるためのプログラムを含む。

したがって、異なるハイブリッドスイッチ20、30、40、51、200の回路内に設定セレクタ108−1〜108−nおよびステータスセンサ100Aまたは電流センサ100を含めることは、所期の目的で変わる可能性があり、必ずしもすべての図の回路が必要とされず、含まれない。

スタンドアロンのSPDTハイブリッドスイッチについては、または建物内に設置された縦続のDPDTおよびSPDT手動スイッチに接続された単一の転極DPDTハイブリッドスイッチについては、詳細事項およびアドレス設定の、また同時にシステムコントローラの必要が全くない。

これに反して、住宅の単一のハイブリッドスイッチのそのようなセットアップは、たとえばAC活線を介してオンオフコマンドを伝搬し、X10として知られるAC制御信号を介して、またはアーマチュアまたは極が、下記でさらに述べるように磁気的または機械的ラッチングタイプであるときコイルへの単純な短い駆動パルスを介して、制御可能なコイル6LのアーマチュアPMを作動させるために、非常に低コストのオンオフ遠隔コントローラ(図示せず)を介して操作することができる。

そのような単純な操作については、コイル6Lは、駆動パルスによって駆動され、前記磁気アーマチュアを作動させ、または図17B、図18A、および図18Bに示されている極PR−Eをラッチングし、そのラッチング位置を逆にし、それにより負荷ステータスをオンからオフに、またはオフからオンに逆にすることができる。他の制御回路は必要とされず、使用されない。

ハイブリッドスイッチは、電気キャビネット内に設置することができ、コイル6Lは、遠隔で作動される極PRでアーマチュアPMを作動させるために低電圧またはAC電力に接続することができ、そのような遠隔作動のためには、さらなる回路は必要とされず、使用されない。

ステータスセンサ100Aに対する電流センサ100、または両方の使用の問題は、測定および計算されたドレインされる電流および/または消費される電力をレポートする特定の要件および/または必要を含む。電流センサ100もしくはステータスセンサ100Aまたは両方の使用は、単に技術的問題ではなく、リアルタイムで電力消費をレポートすることを要求することなど、商業上および/または将来の規制遵守を含む。

たとえば、電力消費をリアルタイムでレポートするために、電流センサ100の代わりにステータスセンサ100Aを使用することが可能である。これは、ユーザが、CPU101のメモリ内に、負荷の指定された電力消費をインストールすることを可能にすることによって達成される。これは、必ずしも測定されたものでなくメモリ内に記録および記憶された電力消費をレポートすることを可能にする。

ステータスセンサは住宅の照明または空気調和など個々の負荷、負荷のグループ、およびすべての負荷の制御に十分適しているが、好ましい解決策は、電力消費またはドレインされた電流の値を提供するために電流センサ101を使用することである。

オンオフを切り替えるためのコマンドと、同様のコマンドと、住宅内のステータスおよび電力消費レポートを含むコマンド応答とは、高速である必要はない。これに反して、50ボーなど低速が一般的であり、無線の見通し線内のIRコマンドのための標準である。

POFを介した光信号に異なる速度を適用することは誤りであり、この低速は、無線のIRとPOFを介した可視光の両光信号にとって好ましい速度である。低速は、シグナリング速度能力だけを含むのではなく、リレーおよび機械スイッチの極を介した電力切替え時間は、ミリ秒で測定され、このタイミングは、500ボーの低速に合っており、特に応答する要素および回路が返信の用意ができていないとき、より高速で制御コマンドおよび応答を提供するメリットはなく、またはほとんどない。さらに電力消費計算は低速であり、これについては後で参照する。

上記で参照されているように、ハイブリッドスイッチ−リレーは、住宅内の照明のグループもしくはすべての照明、または器具の他のグループおよび器具の他のグループのすべてのオンオフを切り替えるように操作され得る。これは、図13Aに示されている住宅オートメーショングリッドまたはネットワーク、および図13Bに示されているオートメーション信号ディストリビュータを通じたコマンドの伝搬を要求する。

上記の説明から、回路およびプログラムの異なる組合せを、多数の変形形態を操作モードに提供するために使用し適用することができることは明らかである。

本発明のハイブリッドスイッチ−リレーは、ハイブリッドスイッチキー70、80、82、90、または92を介して、また縦続チェインで本発明のDPDTハイブリッドスイッチ−リレーに接続されるSPDTスイッチおよび/またはDPDTスイッチの手動スイッチレバーのいずれか1つまたは複数を介して、建物の照明のすべてまたは所与の負荷の他のグループもしくはクラスタのすべてを含めて、照明のグループもしくはクラスタまたは他の所与の負荷のグループもしくはクラスタのオンオフを切り替えるためのコマンドを生成し伝搬するようにプログラムされる。

説明および特許請求の範囲における「クラスタ」という用語は、照明または他の「所与の」器具もしくは負荷の任意のグループを指し、「所与の負荷」という用語は、ヒータ、空気調和機、ファン、照明、またはカーテンおよびブラインドなど任意のタイプの器具を指す。

住宅の照明のグループまたはすべてのオンオフを切り替えるためのコマンドは、ライトガイド(POF)を介した光信号、見通し線内での直接またはIRリピータを介した無線のIR信号、バスラインを介した、また電力供給を有するバスラインを介した電気信号、およびそれらの任意の組合せから選択された双方向信号のいずれかを使用してハイブリッドスイッチから伝搬され得る。

参照されている米国特許第8,269,376号明細書は、異なる周知のブランドによって製造された標準的なSPDTまたはDPDTスイッチを開示しており、また、トラベラワイヤT1、T2によって縦続チェインで接続された壁ボックス内への組み合わされたAC切替えデバイスおよびAC手動SPDTスイッチの装着方法を示す。

照明のグループおよび照明のすべてを切り替えるための開示されているプロセスは、繰り返されるキーイング、または別の方法で、スイッチステータスを逆にするために、プッシュ、押下、ロッカ、クリック、トグル、スライド、回動、または任意の他の作動アクションである機械SPDTまたはDPDTスイッチを作動することであり、これらのすべてが本発明のハイブリッドスイッチ−リレーに、また関連のSPDTおよび/またはDPDTスイッチに当てはまる。

CPU101は、ステータスセンサ100Aを介して、または図14AのCPU101のI/O Cポートに供給される電流センサ100によって検出された電流ドレインレベルの変化を介して、スイッチステータスの変化を計時するようにプログラムされる。たとえば、ステータスが「オフ状態」であり、ハイブリッドスイッチキーが照明をオンに切り替えるように作動されたとき、ステータスまたは電流ドレインの変化が、CPU101によるタイミングプログラムを開始する。タイミングプログラムまたはタイマは、たとえば1秒または500msecの持続時間の間、活動状態にされ、これは、繰返しキーイングのための「待ち持続時間」である。

1秒または500msec持続時間内、キーイングが繰り返された場合、これは実際、ステータスを再び逆にするが、プログラムされたCPU101は、コイル6Lを操作し、極PRステータスを直ちに再逆転し、第1の逆ステータス(この例の照明オン状態)を維持し、同時に、ホームオートメーショングリッドまたはネットワークにコマンドを供給し、システムコントローラを介して、または設定キーもしくは所与のハイブリッドスイッチ−リレーのメモリを介して直接、プログラムされた照明の所与のグループをオンに切り替える。

複数の一体化されたスイッチを含むハイブリッドスイッチ、および照明のグループまたはすべての照明が、すべてまたは部分的に、同じ一体化された複数のハイブリッドスイッチに接続されたとき、CPUは、それらの照明、またはそこに直接接続された他の負荷を直接操作し、オートメーショングリッドを介して照明または負荷の他のグループまたはすべてにコマンドを伝搬する。

同じことは、最初のスイッチ作動が、照明をオフに切り替えることであり、1秒または500msec内の次の作動が、ステータスを逆にすることであり、CPUは、リレーコイル6Lから6L−nを操作し、オフ状態を維持し、設定された他の照明の照明のグループをオフに切り替えるためのコマンドを供給する逆転処理に当てはまる。

第2の作動が検出されたとき、CPU101によるタイマまたはタイミングプログラムは、別の1秒(例として)の間、タイマを再始動するようにリセットされ、延長された1秒内に、状態の新しい作動または転極が生じた場合、リレーコイルは、前の状態を維持し、場合によってはすべての照明をオンまたはオフに切り替えるためにオートメーショングリッドまたはネットワークを通じてコマンドを供給するように指令される。

作動が生じず、最初のタイミングまたは延長されたタイミングであるタイマプログラムのいずれか(1秒の例)中に検出されないとき、タイミングまたはタイマプログラムがリセットされ、スイッチ操作は、その基本操作モードに戻り、トラベラを逆にする、すなわちオンオフを切り替える。

電流センサ100およびステータスセンサ100Aが共に負荷ステータスを検知しているとき、トラベララインを介してハイブリッドスイッチに接続された、SPDTおよび/またはDPDT機械スイッチである縦続のスイッチのいずれかの変化がタイマプログラムを開始する。スイッチの1つのいずれかを作動させることは、トラベララインおよび負荷ステータスを逆にし、それによりCPU101の繰返しキーイングタイマプログラムを開始することになる。

これは、照明または器具のグループまたはすべてのオンオフを切り替えることが、ハイブリッドスイッチと縦続チェインで接続された個々の標準的な各機械SPDTまたはDPDTスイッチによって操作されることを明らかにする。

ハイブリッドスイッチインジケータは、タイマステータス、ならびにプログラムされた負荷、負荷のグループ、およびすべての負荷のオンオフ状態を示すために所与の色で点灯するようにプログラムされる。

図14Aは、電流ドレイン信号をCPU101のI/Oポートに供給するためのブロック図である。AC活線は、VCCの負極であることが上述されている回路接地に接続されて示されている。

信号増幅器IC1は、上記で構造81と称される電流ドレイン抵抗器R81から供給される電流ドレイン信号を増幅するために直列で接続された周知の比例増幅器またはデュアル増幅器ICである。増幅器IC1は、演算増幅器またはオペアンプとしても知られる2つの増幅器を組み合わせ、各増幅器は、たとえば100倍まで増幅するように設定され、したがって、直列の2つは、10,000増幅倍率まで提供することができる。1〜500mAによって生成される信号の比例増幅および100mAから20Aのドレインは、増幅器IC1の線形範囲内に十分にあることになる。

CPU101は、アナログ/デジタルプロセッサと、アナログ−デジタルおよびデジタル−アナログコンバータポート、デジタルポート、ならびにアナログポートとを含む。CPU101は、8ビットまたは16ビット、およびメモリを含む低電力消費プロセッサなど、低コストで一般に入手可能なCPUである。

増幅された電流信号は、増幅器IC1からポートI/O Cに供給され、増幅制御ステータス、およびデジタルへの変換されたアナログ電流信号に関連するデータに基づいて、CPUは、センサの指定された範囲の中央または最も線形の範囲内にある受信信号と相応するプログラムされた最適な増幅を得るために増幅器IC1の増幅倍率を、I/O Aポートを介して調整するようにプログラムされる。

負荷、たとえば蛍光灯または洗濯機のモータは、純粋なオーミックまたは抵抗性負荷でない。非オーミック負荷は、電圧曲線と電流曲線の間で位相のシフトを引き起こし、ならびに/または高電力のデジタルスイッチング電力および負荷によって曲線を歪ませる。図14Bは、2つの正弦波曲線、すなわち電圧曲線180〜186および電流曲線190〜196を示し、これらは、コイルおよびコンデンサを含む負荷によって引き起こされて、ランダムな角度だけシフトされる。

電圧曲線190〜196は、大きなオーミック分圧器R6、R5を介して中性AC端子NからCPUのI/OVに供給される基準電圧の曲線であり、R6の値は、0.5〜1.0MΩなどの範囲内にあり、R5の値は数KΩであり、米国電力線の120V/60Hzまたは欧州電力線の230V/50Hzなど電力線電圧を表す最適な基準信号レベルを提供する。電流曲線190〜196は、増幅された電流信号、および電流ドレイン値の正確な基準である。

基準電圧曲線のゼロ交差180は、電力消費読取りの処理のための開始位置または時点である。電流位相シフトは、電流曲線のゼロ交差の逸脱から明らかである。

図のゼロ交差180は、負から正への交差点であり、それと同時に、電流曲線の開始点時間190は、負曲線のピークに近い、または90°を超える位相シフトにあることが示されている。

図14Bに示されている処理は、5つの基準サイクル181〜185、および位相シフトされた5つの電流サイクル191〜195の測定である。測定位置または時点は、電圧時点について181−1、182−1、183−2、184−3、および185−4として電圧曲線の上に散在する10個の点として図13Bに示されており、電流曲線にわたるまさにその時点が、192−4、193−5、194−6、195−8として示されている。

処理の終了位置または時点は、180および196として示されている。図の時間間隔は、50Hzについて20msec、60Hzについて16.6msecである。垂直の線は、1つのサイクルを10の時点に分割し、したがって、各時点間の間隔は、1サイクルを10で割った期間である。

1サイクル(Hz)中の時間間隔または測定点の数は、測定の精度に直接関係し、同じことができるが、1回の測定における測定されたACサイクルの数に当てはまる。どちらもなすべき判断であり、より高い精度は、1回の測定におけるより多くの測定ACサイクル(Hz)、および時間間隔の低減または測定点の数の増大を必要とする。

電力消費は、各時点で同時に測定された値に基づいて作成され、電圧が基準とされるタイミングに基づいて各サイクルごとに合計された、計算された正弦波の積V×Aのグラフである。図13Bにおける図の5つのサイクル181〜185は、たとえば2秒ごとに繰り返される測定の1回の例である。計算の回が2秒ごとに実施されるようにプログラムされているとき、5つの測定されるサイクルの合計が、50Hzについて20、60Hzについて24の係数で乗算されることになる(50:5/秒×2秒)または(60:5/秒×2秒)。これは、2秒内で消費される電力を表すことになる。

上記によって、本発明の電流センサによる電力消費計算は、共に多数のIC製造者から入手可能な低コストの中央処理装置(CPU)またはアナログ/デジタルプロセッサによって単純化および実施することができることは明らかなはずである。また、本発明の電流センサは、サイズを小さくし、ACハイブリッドスイッチ−リレーおよび他の電気配線デバイス内に合わせ、電力消費レポートに対して正確、実際的、かつ低コストの解決策を提供することができることも明らかなはずである。

計算された、消費された電力の値は、システムコントローラに対してプログラムされたようにレポートするために、CPU内に含まれるメモリ内で記憶および更新される。計算された電力消費値は、負荷または器具の詳細事項および負荷および/またはハイブリッドスイッチの場所を含む事前定義のプログラムされたプロトコルに変換される。メモリ内の記憶され更新されたデータは、コード化されたプロトコルである。

参照されている米国特許第8,170,722号明細書は、電力消費プロトコルのコード化、およびプロトコルレポートの信号構造を開示している。コマンド構造は、電力消費、負荷の詳細事項、およびその場所をレポートするために必要なデータすべてを含む、5バイトしか含まない短いコマンドとなるように設計される。

上述のように、電力消費の処理は、その期間が50Hzについて100msecまたは0.1秒、60Hzについて83msecである5サイクルに及ぶ低速の測定/読取りプロセスである。電力消費レポートのために建物または住宅内で高速ネットワークを使用するメリットはない。

上記すべてから、SPDTまたはDPDTハイブリッドスイッチ−リレーは、サイズおよび形状が標準的な壁ボックス内に設置するのに合うように、また、回路に電力を提供するための中性ワイヤに加えて、2つのAC活線および負荷ワイヤだけによって負荷に接続されるようにすることができることが明らかなはずである。

さらに、ハイブリッドスイッチは、プッシュキー、トグルキー、もしくはロッカキー、または任意の他の知られているスイッチキーによって操作することができること、およびハイブリッドスイッチは、ハイブリッドスイッチキーのマルチキーイングもしくは繰返しキーイング、またはハイブリッドスイッチ−リレーにトラベラワイヤの縦続チェインで接続される1または複数のスイッチのキーによって、プログラムされたように個々の負荷、負荷のグループ、およびすべての負荷のオンオフを切り替えることができることが明らかである。

図15Aおよび図15Bは、単一のベース50Bn上に構造化され、単一のエンクロージャ40n、50n内にパッケージされる複数のハイブリッドスイッチを示す。組み合わされ一体化されたスイッチ−リレーのそれぞれは、単一の一体化されたスイッチ20、30、40、または50と同一であるが、複数の負荷すべてに給電するために単一のAC活線端子Lを配線することができることが例外であり、これは、配線接続および労力を切り詰めるので有利である。

一体化されたスイッチのそれぞれに異なる負荷を割り当てることも、すべてを照明など同じタイプに割り当てることもできる。各負荷の詳細事項および場所の割当ておよび設定は、設定スイッチを介して、および/またはそのようなデータをメモリ内にインストールまたはロードすることを介して、上記で参照されているのと同じである。

図12Aおよび図12Bに示されているCPU101は、各コイル6Lから6L−nを個々に、コイルのグループを、すべてのコイルを、およびそれらの組合せを操作することができる。インジケータ54−1から54−nは、CPUを介して個々に駆動されるが、インジケータのすべてまたはグループは、各極端子に個々に接続された複数の負荷の各負荷のステータスに従って駆動される。複数の負荷を最小の制御部分で操作する単一のカプセル封じされたスイッチ、および端子を接続する最小の配線を有するというこの能力は、本発明のもう1つの明らかな利点である。

図15Aは、共通のベース50Bn内にモールドされたn個のスイッチ−リレー構造を示し、すべての他の要素は、単一のハイブリッドスイッチと共に上記で参照されている。図のn個のハイブリッドスイッチエンクロージャ50nは、n個の負荷端子に直接接続され得る。図のエンクロージャ500−1は、n個の負荷のためのn個のピン505−1〜505−nを含めて、AC活線501−1および中性(図示せず)のための2つのプラグインピンを含んでいる。図のエンクロージャアセンブリ500−1は、配線端子のないプラグインタイプであり、プラグイン構造504のためのソケットは、AC活線のための2ピンソケット503−1および中性のための503−2、負荷ピン503−1〜503−nのためのn個のピンソケット502−1〜502−nを含む。構造504は、図6B、図12A、および図12Bに示されている制御回路(図15Aには図示せず)をも含み、その結果、500−1エンクロージャアセンブリ全体をソケット内にプラグインすることができ、配線は、すべて図のAC活線、中性、およびn個の負荷端子を介してソケットの後部側で完了される。フレームカバー50Dnは、n個のハイブリッドスイッチアセンブリ500−1のために提供された図9Aのフレームカバー50Dと同様である。

図15Bは、構造30または構造40と同じであるが、n個のスイッチ−リレー一体化を可能にするように拡大された構造40n内に格納されたn個のスイッチを示す。

スイッチアセンブリ40nは、アセンブリエンクロージャ40nを装着することを可能にするフレーム87Bと同様であるフレームカバー87D上に設置される。キー84Dは、n個のハイブリッドスイッチに合うようにサイズ設定され、フレームカバー89Dおよびキーカバー82Dと同じであり、これらはすべて、本発明の複数の、またはマルチハイブリッドスイッチのサイズに合うように調整される。

図4Bの構造81は、それぞれ複数のハイブリッドスイッチのそれぞれのために使用することができ、および/または共通の構造81は、すべての個々のハイブリッドスイッチのために使用することができること、ならびに共通の構造81と複数のステータスセンサとは、接続されたn個の負荷のそれぞれのステータスを検出するために組み合わせることができ、個々の電流は、メモリ内で計算および記憶されることに留意することも重要である。

ハイブリッドスイッチは、負荷ステータス、負荷によってドレインされる電流、および/または負荷によって消費された電力を検出およびレポートすることができ、POF(プラスチック光ファイバ)を介した双方向光信号、無線のIR信号、無線のRF信号、およびバスラインまたは電力供給を有するバスラインを介した電気信号の少なくとも1方向で通信することができることも明らかなはずである。

図16A、図16B、および図16Cは、図1Cのマイクロスイッチ10のためのプッシュプッシュまたはプッシュツーロックまたはプッシュツーリリースキーをラッチングするために使用される図8Aから図8Cに示されているロック−解放デバイスと同様のラッチングデバイス700を示す。図のラッチングデバイスまたは構造700は、SPDTリレー極用の極容器707およびDPDTリレーの双極用の極容器702と、図18Bに示されているリレーのモールドされたベース600または900DPの一部分または一部である棒材67と、ばね62と、ガイドロックリンク66とを備える。

ロック−解放構造は、図8Aから図8Cおよび図9Aから図9Cのマイクロスイッチ60の操作に関連して上述したロックおよび解放機構ならびに操作ステップと同様である。しかし、デバイス700のラッチング構造のためのキー60は、単一の取付け701ホルダを介して単極に、また図16Aの容器702の伸長された上側カバーの上部に示されている2重ホルダ701−1、701−2を介してDPDTリレーの双極に取り付けられる容器707または容器702によって置き換えられている。

他の点では、図17A、図17B、図18A、および図18Bに示されている極は、棒材67がロック位置にあるとき、またはコイル6Lが短い電力パルス持続時間で通電されることによって磁気合金極PM−Eと組み合わされた極PR−Eが引かれたときラッチングされる。図17Aは、ラッチングデバイス700を示していないが、再構築された極PR−EおよびPM−Eを示しており、極PR−Eは、その下側で極PM−Eに取り付けられる。

極PM−Eの下側表面に極PR−Eを取り付けることにより、図17BのA3に示されているように、極PR−Eがラッチングデバイス700によってラッチングされたとき極PM−Eをわずかに解放することが可能になる。極PR−Eはしっかりラッチングされる(接点Pが接点1にしっかり係合している)が、極PM−Eはもはやコイル6Lの磁力によって引かれず、極PR−Eのばねのような構造によってわずかに上向きに引かれる。

図17Aに示されているリレー6Eと図1Cに示されている従来技術のリレー6との別の違いは、極PR−Eおよび極PM−Eの長さである。リレー6Eは、ラッチングデバイス700に内側空間を提供するための伸長された、または細長いリレー構造であり、極に柔軟性をもたらし、その結果、極PR−Eのラッチングがなされ、コイル6Lに供給される電力パルスが切られた、すなわち極PM−Eがもはやコイル6Lの磁気コアに吸引されないとき、極PM−Eへの自由な解放伸長を可能にするように、より長い極を構造化することができる。

上記の理由で、図17Aのリレー6Eは、それぞれコイルへの連続的な電力供給または電力切断を介して、コイル6Lによって操作されるその2つの位置、すなわちオンまたはオフだけで示されている。

図17Bは、ラッチング構造700によってラッチングされるラッチングリレー6LAの基本的な4つの状態を示す。A1は、その常時オフ状態にあるリレー6LAを示し、極PR−Eの接点Pは接点2と係合され、端子Lを端子トラベラT2と接続する。

A2は、200msecなど短い持続時間を有する電力パルス、または1秒内もしくは数秒内の他の長さの電力パルスによって給電されるリレーを示す。どちらの極PR−Eも、磁気的に引かれ、コイル6Lのコアと係合し、接点Pは、接点1と係合するようにラッチングデバイス700によってラッチングされ、活線端子Lをトラベラ端子T1と接続する。

電力パルス持続時間の終了時、磁力が切られ、極PM−Eは、もはやコイル6Lの磁気コアによって吸引されない。この状態は、極PM−Eをその磁気ロック状態からわずかに解放し、ラッチングデバイス700のラッチング状態を解放するために必要とされるわずかな機械的移動範囲を与える。容器707に対するこのわずかな圧力が必要とされ、図8Aから図8Cに示されているロック−解放デバイスに関連して十分に上述されている。

上述のわずかな移動は、ガイドロックリンクをそのロック位置から解放し、解放ステップを開始する。図17BのA4に示されているコイル6Lに電力パルスを新たに供給することにより、解放ステップを開始するためにいま容器707の最初の押す移動を提供している磁極PM−Eは、図17BのA5に示されている接点2との接点Pの速い係合のために追加の圧力を提供するばね62の圧力をも使用して、再係合され、端子Lをトラベラ端子T2と接続する。

図17Bに示されているように、極PR−Eは、極リムを容器707の上部カバーのホルダ701内に摺動することにより図16Aのホルダ701に合うように相補的なリム711と共に構造化される。この構成によって、ラッチングデバイス700をリレー6Eに導入することが簡単になる。しかし、極PR−Eを容器707の上部に物理的に取り付けるために、際限のない異なる構造を設計し提供することができる。

さらに、容器707と共に棒材67を逆にし、ラッチングデバイス700を同じように操作することも同様に可能である。これら2つは、ピストンのようなアクションで対合され、それらの位置を逆にすることは、設計上の選択事項である。さらに、ボールペンなど他のラッチングデバイスは、回転構造によってインアウト式のペンアクションのための単純なラッチングを使用する。変わりに、回転円板を介した他のラッチングを使用することができる。多数のラッチングデバイスが知られているが、重量、容易さ、および本発明の構造的な単純さを考えると、好ましい実施形態は、図16Aから図18Bに示されているラッチング構造の使用である。

図18Aは、共にコンタクタ1C、2Cを介してリンクされたSPDTラッチングリレーとマイクロスイッチ極PSを組み合わせるハイブリッドスイッチリレー300を示す。ラッチングデバイス700は、ベース900Bに取り付けられて部分的に示されており、他の点では、隣り合って並ぶハイブリッドスイッチリレー300の斜視図は、図3Cに示され述べられているハイブリッドスイッチ20と同一である。

図18Aの切断図は、リレーを除いて図3Bに示されているハイブリッドスイッチリレーと同様であるハイブリッドスイッチリレー300を示し、このリレーは、より短い極PR、PMに対して、修正されたより長い構造化された極PR−E、PM−E、および極PR−Eが極PM−Eの下方に装着される位置を有する細長いリレーであり、図17BのA3に示されているように電力パルスが切られたとき極PR−Eをラッチングするために必要とされる小さな移動を提供し、極の接点とコンタクタとの間で微小な移動を強制する。

他の明らかな違いは、ハイブリッドスイッチ300の極PR−Eが極PM−Eの下側表面に取り付けられることである。最後は、共にハイブリッドスイッチをラッチングハイブリッドリレーおよびスイッチに変形する、極PR−Eへのラッチングデバイス700の導入である。

図18Bは、転極DPDTハイブリッドスイッチおよびラッチングDPDTリレー400を示す。DPDTリレー401は、双極PR1−E、PR2−Eの単純化された図であり、2重リム構造711−1、711−2を介して、ラッチングデバイス700の容器の上部カバーに取り付けられて示されている。

双極PR1−E、PR2−Eは、PM−E極の下に絶縁体層(図示せず)を備える単一のPM−E極に取り付けられ、これらの2つの極は2つの電気的に分離された極であるためそれらに適切な絶縁を提供し、他の点では、ラッチングリレーを有するハイブリッドスイッチは、転極コンタクタ1H、2Hを有する図5Aに示され述べられている、または直線コンタクタC1、C2、U1、U2を有する図7Aに示され述べられているリレーを有するハイブリッドスイッチと同様である。ここでもやはり、極PR1−E、PR2−Eは、より長く、図5A(SPDTリレー)および図7A(DPDTリレー)に示されている上側表面ではなく、磁極PME−DPの下部表面に取り付けられているが、他の点では、ラッチングおよび解放機構、およびラッチングリレーがもたらす多数の他の利点を除いて、同じように動作する。

これは、電力の浪費がないこと、より低い動作温度、磁気ラッチングリレーの劣化など劣化のない安定かつ確実な保持動作、および実質的に低いコストを含む。

当然ながら、前述の開示は、本発明の好ましい実施形態だけに関すること、および本開示のために選択された本明細書の本発明の例のすべての変更および修正を包含することが意図されており、それらの修正は、本発明の範囲からの逸脱を構成しないことを理解されたい。