JP2000504128A - 段階的供給能力を有するインテリジェント電源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電源システム（２０）は、電力分配回路（２１）、電力コンバータ回路２２、入力電力制御回路（２４）、電力利用回路（２６）および利用制御回路２８を含む。電力分配回路は、電力コンバータ回路に対する電力の供給における制限を含む。入力電力制御回路は、電力変換回路の始動を開始し制御する。電力利用回路と利用制御回路とは、第１の蓄積コンデンサ（９６）、第１の負荷（９８）および第２のコンデンサ（１１２）を含んでいる。電圧比較器（１０４）は、第２のコンデンサにおける電圧を監視して、第２のコンデンサが充分に充電される時を決定する。ゲート（１２６）は、第２のコンデンサが充分に充電される時に、電圧比較器と状態ロジックとから信号を受信してスイッチ（１０２）を閉じる。当該スイッチの閉路が、第２の負荷（１００）を第１の負荷と並列に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】 段階的供給能力を有するインテリジェント電源 １．発明の分野 本発明は、可変負荷へ給電し何等かの電力制限を持つ電力分配システムにより 給電される電源の分野に関する。特に、本発明の電源システムは、始動が適切で ある時を決定するため入力電圧を監視し、始動時の電源消費を制御し、負荷を受 持つ複数の回路要素の選択された要素に対する電力の付加あるいは除去が適切で ある時を決定するため出力電圧およびシステム条件を監視する内部回路を含んで いる。 ２．問題の記述 工業プラントにおける電力分配システムは、しばしば、電源からの電力を用い る種々の負荷に至る長い配線により接続される一定電圧の中央電源、例えばバッ テリを含んでいる。これらの長い電力分配線は、動作入力電圧を電力利用負荷へ 送り得ないほど大きくなり得る固有抵抗値を有する。電源が一定電圧であっても 、電力利用負荷は固有の線抵抗のゆえに低い入力電圧を受取り得る。他の形態の 電力分配システムの諸制約は、線抵抗値以外にも存在する。一例は、最大出力電 流または電力を制限することによって自己保護するように設計される電源である 。かかる電源もまた、充分な動作電力を電力利用負荷へ供給し得ない。かかる条 件においては、電力利用負荷もまた低い入力電圧を受取り得る。低い入力電圧の 問題は、電力利用負荷が配管系統における流体パラメータを計測するコリオリ流 量計、濃度計および粘度計のような計測計装と関連する時は、特に苛酷となる。 計測システム全体は唯一つの計器が動作状態に達し得なくても機能し得ない。シ ステム計算は１つの計器から導出される欠落値を必要とするかもしれないからで ある。更に、低い入力電圧は、１つ以上の計器に誤った読みを生じさせ得る。こ の後者の場合は、誤った読みの検出が困難あるいは不可能であるので大問題であ り、低入力電圧条件を経験した計器から得る計測データの完全性を検討せねばな らない。 コリオリ流量計、例えば、米国コロラド州ボールダーのマイクロ・モーション 社から入手可能なＥＬＩＴＥモデルＣＭＦ３００３５６ＮＵおよびモデルＣＭＦ ３００Ｈ５５１ＮＵは、しばしば、鉄道車両に積まれる流体を正確に計測するた めの流量計として有効に動作され得る。かかる用途においてコリオリ流量計へ与 えられる低入力電圧は、コリオリ流量計の出力の読みを混乱させ、おそらくは流 体を溢れさせるオーバーフローを生じ得る。このように、コリオリ流量計に対す る低入力電圧条件を最小化することが特に重要である。 コリオリ流量計は、文明圏から遠く離れた場所、例えば生産油井あるいはガス 井に対する砂漠地域、あるいは一地域の半分を覆う複数の流体保存タンクにしば しば据え付けられる。種々の計器はこのような大きな施設にわたって義務付けら れた場所に据え付けられ、電力は長い距離をカバーするため極めて長くなり得る 電力分配線によってそのような場所へ供給される。小径の配線がしばしば用いら れるという事実が、長い配線長の影響を倍加している。コスト効率がよくなり得 るが抵抗値の増加とも関連するからである。これら全ての要因が、低入力電圧の 諸問題の一因である線路抵抗の増加に寄与する。更に、新たな装置の装備と共に 、現存する電力分配線がその所期の使用の働きには不充分となることが時に生じ る。現存する電力分配線の取替え、あるいは新たな電力分配線の設置は非常にコ スト高になり得る。 低入力電圧の諸問題の最も一般的な形態は、定常の動作条件とは対照的に始動 条件と関連している。始動条件は、回路が始動する際のコンデンサの充電および インダクタの励磁というエネルギ蓄積需要の如き事柄を満たすため更に多くの電 力を必要とする大きな、時には変わり易い負荷条件で特徴付けられる。これは、 電気モータの始動期間に必要とされる過剰電力に似ている。これらの需要は、電 力利用負荷が定常状態に達する間に更に多くの入力電流を一時的に引出す。高抵 抗の電力分配線に流れる更なる始動入力電流は、電力利用負荷に与えられる入力 電圧の対応する低下を生じる結果となる。従って、始動時に引出される追加の入 力電流量を制御することが、入力電圧を不当に低いレベルにすることなく一時的 な始動需要を良好に満たすために重要である。 抵抗を持つ電力分配システムに接続される電源は、定常状態の動作需要を満た すことが可能であるが、始動時の追加のピーク需要を満たすことは必ずしも可能 ではない。その結果、電源により給電される電力消費回路は、電源が始動時の追 加の需要を満たし得ないので、決して動作上の定常状態には達し得ない。例えば 、抵抗性の電力分配システムを経て電動機へ流れる大きな初期始動入力電流は、 電動機における低入力電圧を生じるため、電動機を回転させられなかったり、満 足し得る回転速度を得ることができないことになる。 クロンバーグの米国特許第５，１１９，０１４号（１９９２年）は、逐次の負 荷付加のためのシステムを記載している。このシステムは、典型的に、定常状態 の動作条件におけるよりも始動時に多くのエネルギを使用する複数の負荷を順次 付勢する。時間的に変化する信号を複数の電圧比較器へ提供するため、電圧ラン プ発生器が用いられる。各比較器は、予め定めた電圧の大きさに達する信号に応 答して作動する。電圧比較器の作動により、該電圧比較器に対応する選択された 負荷に電力が転送される。このように、複数の電動機が時間遅延シーケンスで作 動される。例えそうであっても、システムは、次の順次の負荷の作動の前に各負 荷が定常状態に達したかどうかを確認するため各負荷を監視することはできない 。このように、遅延期間は過剰に長くなければならず、さもなければ、早すぎる 負荷の作動が電源に対する過剰な需要を生じ続ける。 最小限の時間的遅延でかつ始動時に電源に対して過剰な需要を課すことなく、 異なる回路要素に順次に電力を供給するのを容易にするインテリジェントな電源 システムに対する真の必要が存続する。更に、利用可能な電力が負荷に対して動 作量の電圧または電流を提供するには不充分である時にシステムから負荷を除去 することができるインテリジェントな電源システムに対する必要が存続する。 解決法 本発明は、存在する条件を識別し、電力を印加するのが何時が適切であるか、 および特定の負荷に電力を印加する割合を決定し得るインテリジェントな電源を 提供することによって、上記の諸問題を克服する。同様に、該電源は、存在する 負荷から電力を何時除去しなければならないかを決定し、かかる条件に基いて連 続的に動作して必要に応じて電力を加え、また除去する。 広義において、本発明による電源システムは、過大な電力を引出す１つの大き な始動事象とは対照的に、一連の小さな始動事象において種々の負荷に電力を割 当てることによって、電力の割合を制御するために用いられる始動制御回路を含 んでいる。回路を最初に充電し次いで複数の回路に供給するための電力の逐次あ るいは段階的な使用が、始動時のピーク電力需要を最小化する。逐次の充電およ びその後の供給は、種々の回路分岐における動作電圧条件を直接に監視するアナ ログ回路の使用によって自動化されることが望ましい。直流で充電されるコンデ ンサは、始動時の各回路要素の逐次の電力供給を区切るタイミングの遅延または 間隔を提供するのに使用される特に望ましい構成要素である。動作条件の種々の 段階を示す種々の電圧を監視し、付加的な回路要素へ電力を与える如き次の適切 な動作を開始するために、電圧比較器が特に望ましい。 電源システムは、電力コンバータを含むことが望ましい。電力分配システムは 、電力を電源から電力分配線を介して電力コンバータへ提供する。電力利用回路 は、電力コンバータから電力を受取る。需要利用回路が、出力電圧および送信機 条件を監視し、負荷を追加するための制御を行う。入力電力制御回路が、電力コ ンバータに対する入力電圧を監視し、予め定めたターンオン閾値即ち動作入力電 圧に達する時に、制御された割合の始動信号を電力コンバータへ提供する。電力 コンバータは、信号を受信しこの信号を解釈して電力コンバータにおける対応動 作を生じる制御装置を備える。電力コンバータは、入力電力制御回路によって低 入力電圧が検出されるならば、電力利用回路に対する電力の供給を阻止する。 動作入力電圧が存在する場合に、電力コンバータは電力を電力分配システムか ら電力利用回路へ送る。同様に、電力利用回路は、電力分配システムから電力コ ンバータにより送られる電力を受取る。電力利用回路は第１の負荷と第２の負荷 とを含むが、第２の負荷は電力利用回路から最初は切離されている。第１のコン デンサと第２のコンデンサとは、第１の負荷と並列に配置される。第２のコンデ ンサには、第１のコンデンサに対して第２のコンデンサの充電を遅らせる直列抵 抗が設けられる。電圧比較器は、第２のコンデンサにおける充電を監視し、第２ のコンデンサにおける電圧が閾値レベルに達した時を示す論理信号を与える。閾 値レベルにいったん達すると、この論理信号は、システムの残部の条件を示す論 理信号と組合わされる。全ての条件が活動中であるならば、活動化信号がスイッ チを閉じる。スイッチの閉路が、第２の負荷を第１の負荷と並列に接続する。 望ましい実施の形態において、電圧比較器は、電力利用回路における電圧を監 視しつづけ、電圧がターンオフ閾値、例えばコリオリ流量計または信号送信機の 良好な動作を許容するのに不充分である電圧より低下する時は常に非活動化信号 を与える。非活動化信号の受信に応答して、第２の負荷はスイッチの開路により 切離される。 他の顕著な特徴、目的および利点は、添付図面に関して以降の論述を読めば当 業者には明らかであろう。 図面の簡単な説明 図１は、本発明による電源システムの概略回路図を示し、 図２は、図１の電源システムの始動に関する時間に依存する電圧と電流の複数 の定性的関係を示し、 図３は、図１のシステムの正常動作に対するプロセスのフロー図を示す。 望ましい実施の形態の詳細な記述 図１は、電源システム２０を示している。システム２０の主な構成要素は、電 力分配回路２１と、フィードバック調整された電力コンバータ回路２２と、入力 電力制御回路２４と、電力利用回路２６と、利用制御回路２８とを含む。 電力分配回路２１は、正の端子３２と負の端子３４とを持つ直流電源３０を含 むことが望ましい。実質的に一定の電圧差即ち電位差Ｖ_Sが、端子３２と端子３ ４との間に存在することが望ましい。導線３６と導線３８とは、それぞれ固有抵 抗値４０と４２を持ち、電源３０をコンバータ４４に接続する電力分配線である 。コンバータ４４は、コンバータ４４から変圧器４８に対する送電を調整する従 来の制御装置４６を含む。望ましい実施の形態では、コンバータ４４は、リニア ・テクノロジー社製のモデルＬＴ１１７１である。制御装置４６が接点５０で信 号（例えば、フィードバック信号）を受取ると、この制御装置はコンバータ４４ により分配される電力の伝送を当該信号に比例するよう調整する。接点５０にお ける更に大きな信号はコンバータ４４をして変圧器４８へ更に多くの電力を送ら させ、接点５０におけるゼロ（例えば、接地）電圧信号はコンバータ４４が変圧 器４８へ送電することを停止させる。出力電圧６４は、導線８４により演算増幅 器 ８０へフィードバックされ、演算増幅器８０により基準電圧８２から差し引かれ て導線８６にフィードバック信号を生じる。定常状態の動作条件においては、導 線８６におけるフィードバック信号は抵抗８７と導線８８を介して接点５０へ送 られる。変圧器４８は、一次巻線５２と二次巻線５４とを含んでいる。整流器５ ８は、巻線５４に接続された４個のダイオード（例えば、ダイオード６０）を含 む。一次側コンデンサ６６は、コンバータ４４の上流で導線３６と導線３８との 間に接続されている。このため、電力コンバータ回路２２は、電源３０から導線 ３６、３８を介して電力を受取り、コンバータ４４において電力をＤＣからＡＣ へ変換し、このＡＣ電圧を変圧器４８に印加し、整流器５８においてＡＣからＤ Ｃへ整流する。必要に応じてＤＣ電流を更に処理するため、別の要素（図示せず ）が変圧器４８のすぐ下流側に組込まれることが望ましい。かかる付加的な要素 は、例えば、整流器５８の出力を平滑化するフィルタと調整器とを含み得る。 入力電力制御回路２４は不足電圧ロックアウト比較器６８を含み、この比較器 は導線７０を介して導線３６に、かつ導線７２を介して導線７０に接続する。導 線７０と導線７２との間に、一次側コンデンサ６６における電圧に等しい電位差 が存在する。不足電圧ロックアウト比較器６８は、通常は閉じているが導線７０ と導線７２との間の電位差がターンオン閾値、例えば少なくとも１１ボルトに達 すると開くスイッチ７４を含んでいる。比較器６８は、導線７０、７２間の電圧 がターンオン閾値より低いターンオフ閾値（例えば、８ボルト）よりも低下する までスイッチ７４を開いた状態のままにする大電圧ヒステリシスを有する。スイ ッチ７４の閉じた位置は、接点５０を導線７８、８８を介して接地し、制御装置 ４６とコンバータ４４を介する送電を停止させる。始動前は、不足電圧ロックア ウト比較器６８のスイッチ７４は常閉状態にある。このため、導線７８と導線８ ８は接地されている。不足電圧ロックアウト比較器６８は、導線７０と導線７２ との間の電圧がターンオン閾値レベルに達すると、スイッチ７４を開く。演算増 幅器８０からの電流が、抵抗８７を介してコンデンサ９０を充電する。コンデン サ９０が抵抗８７を介して充電されるにつれ、コンデンサ９０の指数関数的充電 は接地電位から徐々に上昇する。このような充電が接点５０における徐々に上昇 する信号を導線８８により制御装置４６へ送り、制御装置４６は変圧器４８に対 し、最後に電力利用回路２６に対して送電を徐々に増すようにコンバータ４４を 調整する。この結果、電力は、ゼロから接点５０における信号がフィードバック 信号８６により決定される定常状態の動作条件まで、徐々に平滑に増加する。電 力利用回路２６は、第１の蓄積コンデンサ９６を並列に接続する負の導線９２と 正の導線９４、送信機９８およびコリオリ流量計１００を含んでいる。送信機９ ８とコリオリ流量計１００とは、例えば、コリオリ流量計１００から得た計測信 号をコントローラ（図示せず）その他の類似装置へ送出する如き共働用途に対し て設計されることが望ましい。スイッチ１０２とコイル１０３とを含むリレー１ ０１は、電流が電力利用回路２６からコリオリ流量計１００を介して流れること を阻止するよう開くことができ、あるいはスイッチ１０２は、回路２６に対して コリオリ流量計１００を追加するため閉じることができる。コリオリ流量計１０ ０は、送信機９８よりも大きな負荷を回路２６に課すことが望ましく、即ち、始 動時には送信機９８における負荷は最小負荷であり、コリオリ流量計１００によ り付加される負荷は最大負荷である。図１に示されるように、送信機９８とコリ オリ流量計１００とは対応する抵抗負荷を持つが、これら負荷はしばしば誘導特 性と容量特性をも含む複合負荷である。 利用制御回路２８は、第２の負荷が付加あるいは除去される時を制御するため 組合わされる電圧比較器１０４、アンドゲート１２６および制御ロジック１２２ を含んでいる。電圧比較器１０４は、導線９２、９４からの電圧を導線１０６、 １０８で受取る。抵抗１１０はコンデンサ１１２と直列に接続されている。導線 １１４は、コンデンサ１１２から導線９４への電流は許容するが導線１１４を通 って導線９４からコンデンサ１１２へ流れる電流は許容しないダイオード１１６ を介して、コンデンサ１１２を正の導線９４に接続する。ダイオード１１６は、 電力利用回路２６への電力の遮断時に、蓄積された電荷のコンデンサ９６および 送信機９８の負荷への流出によってコンデンサ１１２が放電し得ることを保証す る。このことは、コンデンサ１１２の電荷レベルがコンデンサ９６の電荷レベル より遅れるように、コンデンサ１１２が始動時にコンデンサ９６の電圧より小さ いかこれに等しい電圧に充電されねばならないので重要である。電圧比較器１０ ４は、導線１０６、１０８からの電圧がコリオリ流量計１００の動作に充分な大 きさに達した時を決定する。そのとき、電圧比較器１０４は、導線１１８により 活動化信号を制御論理回路１２２へ与える。制御論理回路１２２は、送信機９８ の一体部分であることが望ましいが、図１では別個の要素として示される。導線 １２４は制御論理回路１２２をアンドゲート１２６に接続する。アンドゲート１ ２６の出力は導線１２８によりスイッチ１０２に接続され、下記の論理テーブル を有する。 つまり、論理値１を表わす活動化信号が、導線１１８、１２０により電圧比較 器１０４の出力からアンドゲート１２６へ印加される。この信号は、導線１１８ により制御論理回路１２２に対しても与えられる。制御論理回路１２２はまた、 送信機ステータス情報１２１をも受取る。送信機ステータス情報１２１は、実際 に、送信機９８により全て生成される電力利用回路２６の種々の構成要素のステ ータスを示す複数の論理入力を含む。例えば、送信機９８は、診断ルーチンの完 了時に、コリオリ流量計１００が給電されてはならないことを示す送信機ステー タス情報１２１により信号を制御論理回路１２２へ送ることができる。論理値１ が導線１１８により電圧比較器１０４から与えられ、送信機ステータス情報１２ １が問題なしを示すならば、制御論理回路１２２は導線１２４により論理値１を 与えるので、２つの論理値１が入力導線１２０、１２４へ与えられる。アンドゲ ート１２６はターンオンして、導線１２８へ論理値１を表わす活動化電圧を印加 する。この活動化電圧はリレー１０１へ印加され、スイッチ１０２を閉じる。同 様に、入力導線１２０、１２４のいずれかがアンドゲート１２６に論理値１を表 わす信号を与えない場合に、アンドゲート１２６がスイッチ１０２を開く論理値 ０（即ち、非活動化信号）を生成する。 図２は、導線３６によるコンバータ４４の入力における入力電流（Ｉ₁）と、 導線３６、４８間のコンバータ４４の入力における入力電圧（Ｖ₁）と、導線９ ４、９２間の電力利用回路２６における出力電圧（Ｖ₀）との間にシステム２０ の始動時に存在する例示的な時間に依存する関係を示している。図３は、システ ム２０の動作を示すプロセス・フロー図を示している。以下の論議で強調される のは、図１のシステム構成要素の相互作用から生じる、図２における時間依存関 係の関連におけるシステム２０の動作である。 図２および図３のステップＰ２００（ｔ＜ｔ₀）において、電源システム２０ は最初はオフラインである。この状態では、システム２０は、電源３０から切断 されていたかあるいは電源３０に全く接続されなかったゆえに、充電を必要とす る。電源３０の切離しと再接続は、コンバータ４４または電源３０における手動 スイッチ（図示せず）により行われることが望ましい。スイッチ７４は、かかる オフライン状態では常閉である。スイッチ７４を介する接地への接続のために導 線８８が論理値０を接点５０へ与えるので、電力利用回路２６は動作状態になら ない。同様に、コンデンサ９０における電荷は導線７８とスイッチ７４により流 出してしまう。スイッチ１０２は、この段階では常閉であり、従ってコリオリ流 量計１００は電力利用回路から切離されている。 ステップＰ２０２（ｔ₀＜ｔ＜ｔ₁）においては、電力は最初に時間ｔ₀（図２ 参照）において電源３０からシステム２０へ与えられる。時間ｔ₁に導線７０、 ７２における電圧が動作電圧に達するまで、一次側コンデンサ６６は充電され、 不足電圧ロックアウト比較器６８はスイッチ７４を閉路位置に維持する。 不足電圧ロックアウト比較器６８が導線７０、７２間の値が予め定めたターン オン閾値レベル即ち強さに等しいかあるいはこれを越えたことを決定した結果と して、ステップＰ２０４（ｔ＝ｔ₁）において、不足電圧ロックアウト比較器６ ８は時間ｔ₁においてスイッチ７４を開く。この予め定めた電圧閾値は、コンバ ータ４４に動作入力電圧（Ｖ₁）を与えるよう選択される。スイッチ７４が開く と、入力電力制御回路２４における接地７６への接続が除去される。 ステップＰ２０６（ｔ₁＜ｔ＜ｔ₂）において、電力が電力利用回路２６へ送ら れるに伴って出力電圧（Ｖ₀）は徐々に増加する。この時は電力利用回路２６は 電圧がないので、演算増幅器８０は、基準電圧源８２からフィードバック電圧８ ４を差し引いてフィードバック電圧８６を生じる。演算増幅器８０からの電流は 、抵抗８７と導線８８を介してコンデンサ９０を徐々に充電する。コンデンサ９ ０の電圧は、導線８８により接点５０へ送られ、徐々に増加する電圧を制御装置 ４６へ与える。制御装置４６は、コンバータ４４をして電源３０から更に多くの 電力を導線３６、３８により変圧器４８へ徐々に送らしめる。コンバータ４４は 、導線３６、３８におけるＤＣ電流をＡＣへ変換する。変圧器４８は、この電圧 を電力利用回路２６により使用される動作レベルへ変換する。整流器５８はＡＣ をＤＣへ変換する。コンバータ４４を介する電力の漸増が、入力電流（Ｉ₁）の 漸増を生じる結果となる。漸増する入力電流（Ｉ₁）は、一定電圧の電源３０の 端子３２から電力分配抵抗４０およびコンバータ４４への導線３６を介してコン バータ４４へ送られる。同様に、同じ漸増する入力電流（Ｉ₁）は、コンバータ ４４から導線３８および電力分配抵抗４２を介して電源３０の端子３４へ戻る。 入力電流（Ｉ₁）は、電力分配抵抗４０および４２に漸増する電圧降下を生じて 、導線３６、３８間の入力電圧（Ｖ₁）の対応する減少を生じさせる。この期間 Ｐ２０６において、蓄積コンデンサ９６は充電を開始し、増大する出力電圧（Ｖ₀ ）を電力利用回路２６の送信機９８へ与える。 時間ｔ＝ｔ₂において、第１の蓄積コンデンサ９６の充電が完了する。利用制 御回路２８における第２のコンデンサ１１２の充電は部分的に完了する。スイッ チ１０２は開状態を継続し、コリオリ流量計１００を電力利用回路２６から切離 す。第１の蓄積コンデンサ９６と送信機９８とが、導線９２、９４から電力を受 取る。第２のコンデンサ１１２は導線１０６、１０８から電力を受取る。コンデ ンサ９６、１１２が同じサイズである時、適切な遅れを保証する大きさである直 列抵抗１１０を設けることにより第２のコンデンサ１１２の充電が遅延されるの で、第１の蓄積コンデンサ９６が最初に充電される。コンデンサ９０による入力 電力の制御された増加がいったん完了すると、制御装置４６に変圧器４８へのコ ンバータ４４の送電を調整させるための信号を接点５０に生じるフィードバック 調整されたコンバータ２２によって、出力電圧（Ｖ₀）は一定に維持される。 ステップＰ２０８（ｔ₂＜ｔ＜ｔ₃）において、コンデンサ９６が充電された後 は蓄積要素を充電する入力電力の必要が減じるので、第２のコンデンサ１１２を 充電するプロセスが継続され、入力電流（Ｉ₁）が若干低減する。入力電流（Ｉ₁ ）の減少は入力電圧（Ｖ₁）の僅かな増加を生じる。 ステップＰ２１０（ｔ＝ｔ₃）において、電圧比較器１０４は、導線１０６、 １０８間の第２のコンデンサ１１２における電圧差がコリオリ流量計１００を動 作させるのに充分であること、即ち、（スイッチ１０２が開いた）電力利用回路 ２６における電圧が予め定めた閾値まで形成されたことをｔ₃において決定する 。従って、ｔ₂において電圧比較器１０４は、論理値１を表わす電圧信号を導線 １１８、１２０によりアンドゲート１２６および制御論理回路１２２へ与える。 対応する論理値１が導線１２４により制御論理回路１２２から受取られるまで、 アンドゲート１２６はまだスイッチ１０２を閉じ得ない。 ステップＰ２１２（ｔ₃＜ｔ＜ｔ₄）において、全ての蓄積容量が充電され負荷 が一定であるので、電力需要は一定である。このため、制御論理回路１２２が送 信機のステータス情報１２１から全ての条件がコリオリ流量計１００の始動のた め十分であることを決定するｔ₃からｔ₄の間隔にわたり、Ｖ₁およびＩ₁にプラト ーが存在する。ｔ₃からｔ₄の間隔における遅延は、例えば、送信機９８が自己診 断アルゴリズムを実行するか、あるいは内部要素を動作温度に加熱することを許 容し得る。あるいはまた、ｔ₃からｔ₄までのプラトー間隔を除くことができる。 ステップＰ２１４（ｔ₄＜ｔ＜ｔ₅）において、時間ｔ＝ｔ₄において制御論理 回路１２２は論理値１を導線１２４に与える。このため、アンドゲート１２６は 、スイッチ１０２を閉じる出力電圧を与える。この瞬間に電力利用回路２６はコ リオリ流量計１００の複合負荷を含むように再定義される。コリオリ流量計１０ ０は、動作を開始するにつれて電力を消費する。コリオリ流量計１００は、電動 機の動作と同様に動作する、内部的管振動器装置（図示せず）を含む。即ち、ｔ₄ からｔ₅の時間間隔において入力電流（Ｉ₁）に対して大きな初期需要が生じ、電 圧Ｖ₁における対応的な降下を生じる。 ｔ₅からｔ₆にかけて、振動器はその最適な周波数および振幅に達し、対応する 入力電圧（Ｖ₁）の増加につれて入力電流（Ｉ₁）に対する需要が低減する。シス テム２０は、ｔ₆からｔ₇までの間隔において実質的に定常状態で動作する（ステ ップＰ２２０）。 ステップＰ２１６において、電圧比較器１０４は第２のコンデンサ１１２にお ける電圧を連続的に監視し、電圧が境界値より低下するかどうかを判定する。こ の境界値は、スイッチ１０２を閉じる信号を電圧比較器１０４をして送らせる閾 値より約３０％小さいことが望ましいが、この電圧は依然として送信機９８およ びコリオリ流量計１００の動作のために許容し得る。ステップＰ２１６において 電圧がこの境界値よりも降下するならば、ステップＰ２２２が生じ、さもなけれ ばステップＰ２１８が生じる。 ステップＰ２２２においては、電圧比較器１０４は導線１１８、１２０におけ るその出力を論理値０を反映するように変化させる。つまり、スイッチ１０２が 開かれてコリオリ流量計１００に対応する負荷を電力利用回路２６から除去する 。従って、システム２０のアナログ回路はステップＰ２０８に存在したものと実 質的に同じ状態に置かれ、スイッチ１０２の閉路の必要条件としてコンデンサ１ １２が充電される。 ステップＰ２１８においては、不足電圧ロックアウト比較器６８は導線３６、 ３８間の入力電圧（Ｖ₁）を連続的に監視して、電圧がターンオフ閾値よりも低 下するかどうかを判定する。このターンオフ閾値は、不足電圧ロックアウト比較 器６８をしてスイッチ７４を開かせて始動を開始させるターンオン閾値より著し く小さいことが望ましいが、送信機９８の動作のためには許容し得る。ステップ Ｐ２１８において電圧がかかるターンオフ閾値よりも低下するならば、ステップ Ｐ２２４が生じ、さもなければ、システムはステップＰ２２０の安定状態に止ま る。 ステップＰ２２４においては、不足電圧ロックアウト比較器６８がスイッチ７ ４を閉じるので、接点５０は導線８８により接地される（例えば、ゼロになる） 。 接地信号は制御装置４６により受取られ、コンバータ４４をして変圧器４８に対 する送電を停止させる。閉じられたスイッチ７４はまた、コンデンサ９０を導線 ７８により接地するので、コンデンサ９０を放電させる。したがって、システム ２０のアナログ回路は、ステップＰ２０２に存在したものと実質的に同じ状態に 置かれ、入力電圧（Ｖ₁）は送信機９８の動作のため許容され得る電圧より低く なる。 簡単にするため、ステップＰ２１６およびＰ２１８は逐次事象として図３に示 されるが、これらステップは実際には連続的な監視を行っており、任意の時点で 以降のステップＰ２２２およびＰ２２４をそれぞれ生じ得る。ステップＰ２１８ およびＰ２２４は、電力が加えられた後は、全てのステップを無効にする（Ｐ２ ００）。 電力コンバータ回路２２を付加的な負荷と組合わせて動作させることが望まし いことがある。本発明は、例えば、送信機９８およびコリオリ流量計１００と並 列に接続される第３の負荷（図示せず）を考慮する。この場合、利用制御回路２ ８はこの第３の負荷に対して模写される。この模写された利用制御回路は、模写 された回路におけるスイッチ１０２が第３の負荷に流れる電流を制御することを 除いて、回路２８と同じである。更に、模写された回路における抵抗１１０は、 回路２８の抵抗１１０より大きな抵抗値を有する。更なる複合負荷、例えば負荷 １３０もまた、経路１３２、１３４に電力コンバータ回路２２からの電力を迂回 させるよう接続することができる。（特に、負荷１３０の始動時の）この電力の 流出は、導線３６、３８間での対応する入力電圧（Ｖ₁）の低下を生じる。入力 電圧（Ｖ₁）が不足電圧ロックアウト比較器６８に対するターンオフ閾値より高 い状態を維持するならば、動作は変更されずに継続する。入力電圧（Ｖ₁）が不 足電圧ロックアウト比較器６８に対するターンオフ閾値より低下するならば、シ ステム２０のアナログ回路はステップＰ２２４において存在したものと実質的に 同じ状態に置かれる。この結果はステップＰ２０２であり、入力電圧（Ｖ₁）は 送信機９８の動作のため許容し得る電圧より低くなる。 電源システム２０は、利用制御回路２８を持たない従来技術システムとは非常 に異なる方法で動作する。従来技術システムには、導線１２１、１０６、１０８ および１１４からリレー１０１に至る利用制御回路２８の全ての要素は存在しな い。スイッチ１０２は、存在する場合は、常に閉じている。先に述べたように、 コリオリ流量計１００は、１対の管を振動させる振動器を含んでいる。この振動 器は電動機と類似する。これは、電動機が非常に高い初期電流サージを生じるが 、動作振動周波数および振幅に達すると、電流は低減したレベルで安定する。コ リオリ流量計１００内部の流動管の振動は、計測操作の欠くことのできない特徴 である。コリオリ流量計１００の始動時の高い電力需要は、コンバータ４４の入 力にそれに対応する等しい電力需要を生じる。増加した電力需要は増加した入力 電流（Ｉ₁）を生じ、この入力電流は一定電圧の電源３０の端子３２からコンバ ータ４４へ流れ、電力分配抵抗４０および導線３６を経てコンバータ４４へ流入 する。同様に、同じ増加する入力電流（Ｉ₁）がコンバータ４４から導線３８お よび電力分配抵抗４２を経て電源３０の端子３４へ戻る。この増加した入力電流 （Ｉ₁）は、電力分配抵抗４０、４２に増加する電圧低下を生じ、導線３６、３ ８間にそれに対応する入力電圧の低下（Ｖ₁）を生じさせる。大きな入力電流（ Ｉ₁）により生じる前記電圧低下は、振動器をその設計振動周波数および振幅へ 駆動するためにコリオリ流量計１００により要求される電力を供給するには不充 分な入力電圧（Ｖ₁）と入力電流（Ｉ₁）がコンバータ４４において得られるとい う状況を生じることがある。このため、コンデンサ９６は、送信機９４およびコ リオリ流量計１００に対する動作電圧まで充分に充電されることはない。 当業者は、本文に記述した如き望ましい実施の形態が本発明の真の範囲および 趣旨から逸脱することなく明らかな修正が可能であることを理解されよう。従っ て、本発明は、その発明における全ての権利を保護するために均等論に依存する ものであることを宣言する。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９８年２月１９日（１９９８．２．１９） 【補正内容】 抵抗を持つ電力分配システムに接続される電源は、定常状態の動作需要を満た すことが可能であるが、始動時の追加のピーク需要を満たすことは必ずしも可能 ではない。その結果、電源により給電される電力消費回路は、電源が始動時の追 加の需要を満たし得ないので、決して動作上の定常状態には達し得ない。例えば 、抵抗性の電力分配システムを経て電動機へ流れる大きな初期始動入力電流は、 電動機における低入力電圧を生じるため、電動機を回転させられなかったり、満 足し得る回転速度を得ることができないことになる。 クロンバーグの米国特許第５，１１９，０１４号（１９９２年）は、逐次の負 荷付加のためのシステムを記載している。このシステムは、典型的に、定常状態 の動作条件におけるよりも始動時に多くのエネルギを使用する複数の負荷を順次 付勢する。時間的に変化する信号を複数の電圧比較器へ提供するため、電圧ラン プ発生器が用いられる。各比較器は、予め定めた電圧の大きさに達する信号に応 答して作動する。電圧比較器の作動により、該電圧比較器に対応する選択された 負荷に電力が転送される。このように、複数の電動機が時間遅延シーケンスで作 動される。例えそうであっても、システムは、次の順次の負荷の作動の前に各負 荷が定常状態に達したかどうかを確認するため各負荷を監視することができない 。このように、遅延期間は過剰に長くなければならず、さもなければ、早すぎる 負荷の作動が電源に対する過剰な需要を生じ続ける。複数の負荷への電力を制御 する方法を教示するドイツ国特許第３３４６７７３号も注目されたい。 最小限の時間的遅延でかつ始動時に電源に対して過剰な需要を課すことなく、 異なる回路要素に順次に電力を供給するのを容易にするインテリジェントな電源 システムに対する真の必要が存続する。更に、利用可能な電力が負荷に対して動 作量の電圧または電流を提供するには不充分である時にシステムから負荷を除去 することができるインテリジェントな電源システムに対する必要が存続する。 ダイオード１１６は、電力利用回路２６への電力の遮断時に、蓄積された電荷の コンデンサ９６および送信機９８の負荷への流出によってコンデンサ１１２が放 電し得ることを保証する。このことは、コンデンサ１１２の電荷レベルがコンデ ンサ９６の電荷レベルより遅れるように、コンデンサ１１２が始動時にコンデン サ９６の電圧より小さいかこれに等しい電圧に充電されねばならないので重要で ある。この発明が解決すべき課題は、第１の負荷（およびコンデンサ９６）にお ける電圧が第２の負荷を動作させるのに充分であるときまで、第２の負荷（コリ オリ流量計１００）への電力の印加を遅らせることである。コンデンサ９６、抵 抗１１０およびコンデンサ１１２が遅延手段として動作し、コリオリ流量計１０ ０を動作させるための充分な電力が存在するまでコリオリ流量計１００が活動化 されないことを保証する。電圧比較器１０４は、導線１０６、１０８からの電圧 がコリオリ流量計１００の動作に充分な大きさに達した時を決定する。そのとき 、電圧比較器１０４は、導線１１８により活動化信号を制御論理回路１２２へ与 える。制御論理回路１２２は、送信機９８の一体部分であることが望ましいが、 図１では別個の要素として示される。導線１２４は制御論理回路１２２をアンド ゲート１２６に接続する。アンドゲート１２６の出力は導線１２８によりスイッ チ１０２に接続され、下記の論理テーブルを有する。 請求の範囲 １．制限された電力供給を種々の負荷に割当てる際に使用される始動遅延回路を 有する電源システム（２０）であって、 電力入力回路（２１）と、 電力を前記電力入力回路へ供給する手段（３０）と、 第１の負荷（９８）と第２の負荷（１００）とを有する、前記電力入力回路（ ２１）から電力を受信する手段（２６）と、 前記電力入力回路に印加された入力側電圧の振幅を検出する手段（６６、６８ ）と、 前記振幅の前記検出に応答して、前記印加された電圧が第１の閾値より小さな 振幅を持つ時に、前記電力入力回路（２１）から前記第１の負荷（９８）に対す る送電を阻止し、前記振幅が前記第１の閾値と少なくとも等しい時に、前記第１ の負荷（９８）に対する送電を許容する手段（６８、８０）と、 前記第２の負荷（１００）に対する電力の印加を制御する手段（１０２、１２ ２、１２６）と を含むシステムにおいて、 前記第１の負荷（９８）と並列の第１の蓄積コンデンサ（９６）と、前記第１ の負荷（９８）と並列の、第２のコンデンサ（１１２）と直列抵抗（１１０）と の直列組合わせとを含む遅延手段（９６、１１０、１１２）と、 前記第２のコンデンサ（１１２）における電圧が第２の閾値に達した時に、前 記第２の負荷（１００）を動作させるに充分な動作電圧が前記第１の負荷（９８ ）に存在する時を表わす活動化信号（１１８）を与える手段（１０４） を特徴とし、 前記第２の負荷に対する電力の印加を制御する前記手段が、前記第２の負荷（ １００）を動作させるに充分な前記動作電圧が前記第１の負荷（９８）に存在す る時まで前記第２の負荷（１００）への電力の印加が遅延されるように、前記活 動化信号（１１８）に応答する ことを特徴とする電源システム。 ２．前記遅延手段が、前記活動化信号の受信に応答してスイッチを閉じて前記第 ２の負荷を前記受信手段の一部としてオンラインにする手段（１２６）を含む請 求項１記載のシステム。 ３．前記第１の負荷が制御論理装置を持つ送信機であり、前記第２の負荷がコリ オリ流量計である請求項２記載のシステム。 ４．前記閉じる手段が、前記電圧比較器と前記制御論理装置とに接続された入力 端子を持つアンドゲートを含む請求項２記載のシステム。 ５．前記遅延手段が、前記第２のコンデンサにおける電圧を前記受信手段におけ る動作条件を表わす電圧と比較して、前記受信手段における非動作電圧条件を表 わす非活動化信号を与える手段を含む請求項１記載のシステム。 ６．前記遅延手段が、前記非活動化信号の受信に応答してスイッチを開いて前記 第２の負荷をオフラインにさせる手段を含む請求項５記載のシステム。 ７．前記第１の負荷が制御論理装置（１２２）を持つ送信機であり、前記第２の 負荷がコリオリ流量計である請求項６記載のシステム。 ８．前記開く手段が、前記電圧比較器と前記制御論理装置とに接続された入力端 子を有するアンドゲートを含む請求項７記載のシステム。 ９．前記電力入力回路が、ＤＣ／ＡＣ電力コンバータ（４４）と変圧器（４８） と整流器（５８）とを含み、電源から得た直流電圧を変化させる手段を提供する 請求項１記載のシステム。 １０．前記電力入力回路における電圧が予め定めたレベルより低下する時に前記 電力入力回路から前記受信手段への送電を終了する手段（６８）を備える請求項 １記載のシステム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ， ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ Ｘ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ， ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 サムソン，アラン アメリカ合衆国コロラド州80513，バーソ ード，モーリーン・ドライブ 1001

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．制限された電力供給を種々の負荷に割当てる際に使用される始動遅延回路を 有する電源システムにおいて、 電力入力回路と、 電力を前記電力入力回路へ供給する手段と、 第１の負荷と第２の負荷とを有し、前記電力入力回路から電力を受信する手段 と、 前記電力入力回路に印加された入力側電圧の振幅を検出する手段と、 前記振幅の前記決定に応答して、前記印加された電圧が閾値より小さな振幅を 持つ時に前記電力入力回路から前記第１の負荷に対する送電を阻止し、前記振幅 が前記閾値と少なくとも等しい時に前記第１の負荷に対する前記送電を許容する 手段と、 動作電圧が前記第１の負荷に存在する時を表わす活動化信号を与える手段と、 前記活動化信号の受信に応答して、前記動作電圧が前記第１の負荷に存在する 時まで前記第２の負荷に対する電力の印加を遅延させる手段と を備える電源システム。 ２．前記受信手段における電圧が境界値より低下する時、前記第２の負荷を前記 受信手段から切離す手段を備える請求項１記載のシステム。 ３．前記遅延手段が、前記第１の負荷に並列である第１の蓄積コンデンサと前記 第２の負荷と直列抵抗が前置された第２のコンデンサとを含む請求項１記載のシ ステム。 ４．前記遅延手段が、前記第２のコンデンサにおける電圧を前記第１の負荷およ び前記第２の負荷の動作電圧を表わす電圧と比較する手段を含む請求項３記載の システム。 ５．前記遅延手段が、前記活動化信号の受信に応答してスイッチを閉じて前記第 ２の負荷を前記受信手段の一部としてオンラインにする手段を含む請求項４記載 のシステム。 ６．前記第１の負荷が制御論理装置を持つ送信機であり、前記第２の負荷がコリ オリ流量計である請求項５記載のシステム。 ７．前記閉じる手段が、前記電圧比較器と前記制御論理装置とに接続された入力 端子を持つアンドゲートを含む請求項５記載のシステム。 ８．前記遅延手段が、前記第２のコンデンサの電圧を前記受信手段における動作 条件を表わす電圧と比較して、前記受信手段における非動作電圧条件を表わす非 活動化信号を与える手段を含む請求項３記載のシステム。 ９．前記遅延手段が、前記非活動化信号の受信に応答してスイッチを開いて前記 第２の負荷をオフラインにさせる手段を含む請求項８記載のシステム。 １０．前記第１の負荷が制御論理装置を持つ送信機であり、前記第２の負荷がコ リオリ流量計である請求項９記載のシステム。 １１．前記開く手段が、前記電圧比較器と前記制御論理装置とに接続された入力 端子を有するアンドゲートを含む請求項１０記載のシステム。 １２．前記電力入力回路が、ＤＣ／ＡＣ電力コンバータと変圧器と整流器とを含 み、電源から得た直流電圧を変化させる手段を提供する請求項１記載のシステム 。 １３．前記電力入力回路における電圧が予め定めたレベルより低下する時に前記 電力入力回路から前記受信手段への送電を終了する手段を備える請求項１記載の システム。 １４．始動時の過剰に高い電力需要を避けるためシステム負荷の増加を制御する 方法において、 第１の負荷と並列の第１の蓄積コンデンサを充電するステップと、 前記第１の負荷と並列である抵抗と第２のコンデンサとの直列接続に電圧差を 確立するステップと、 閾値レベルに達した前記電圧差を表わす活動化信号を提供するステップと、 前記活動化信号の受信に応答して、前記第１の負荷と並列に第２の負荷を接続 するステップと を含む方法。 １５．前記確立するステップが前記第２のコンデンサに対する電流を遅延させる ステップを含む請求項１４記載の方法。 １６．前記提供するステップが前記電圧を監視するステップを含む請求項１４記 載の方法。 １７．前記電圧が境界値よりも低下する時に前記第２の負荷を切離すステップを 含む請求項１４記載の方法。