JP2006187078A

JP2006187078A - 電源装置

Info

Publication number: JP2006187078A
Application number: JP2004376180A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Nishi; 栄一西
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2006-07-13

Abstract

【課題】電源への接続を複数に分散することにより負荷側でバランスを保ち、これによってブレーカダウン状態になることを未然に防止でき、常に安定的に交流電圧の供給を継続する。
【解決手段】それぞれに電源コード３Ａ，３Ｂ，３Ｃが接続され、各電源コード３Ａ，３Ｂ，３Ｃを介して商用交流電圧を入力する複数の交流電圧入力端５Ａ，５Ｂ，５Ｃと、各交流電圧入力端５Ａ，５Ｂ，５Ｃを介して入力された商用交流電圧を所定値の直流電圧に変換する各別の整流回路７Ａ，７Ｂ，７Ｃと、各整流回路７Ａ，７Ｂ，７Ｃで得られた直流電圧から商用交流電圧を生成するインバータ回路９と、このインバータ回路９に接続され、生成された商用交流電圧を外部に出力する交流電圧出力端１１とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、各家庭内、各事務所内、各ビル内などで使用され、電気機器に対する電源供給ダウンを防止するようにした電源装置に関する。

通常、各家庭内、各事務所内、各ビル内などの屋内配電では、分電盤を介して交流１００（Ｖ）または２００（Ｖ）の商用電源が供給されている。図５には、一般的な分電盤が模式的に示されている。

同図に示すように分電盤１０１は、単相三線式のもので、主幹ブレーカ１０３と、中性線１０９を挟んでＡ系統、Ｂ系統の２系統からなる分岐ブレーカ群１０５，１０７を備えて構成されている。

分岐ブレーカ（配電用遮断器とも称する）は、１つの屋内配線回路に１個設けられており、各分岐ブレーカの一般的なものは、例えば２０（Ａ）を制限電流としている。このような制限電流が、例えば２０（Ａ）である屋内配線回路には、複数のコンセントが使用され、複数の電気製品が接続されている。電気製品の中には、電子レンジ、コピー機、ポット等のように、その使用量がゆうに１０（Ａ）を超える高負荷の電化製品が存在する。これらの高負荷の電化製品がランダムに使用されると、直ぐに２０（Ａ）を超えて分岐ブレーカをダウンさせてしまう。

一方、図５に示す主幹ブレーカ１０３は、Ａ系統、Ｂ系統どちらか一方が上限を超えたときにブレーカダウンを発生させ、全ての回路に対する電源供給を遮断する。一般的に、主幹ブレーカ１０３のブレーカダウンが発生する場合、Ａ系統、Ｂ系統の偏りが原因である場合が多く、両相を使い切っての全体容量不足のブレーカダウンは少ない。これを図６を用いて詳述する。

図６はある会社（Ａ社）における系統別の電流値を２４時間に渡って測定したものをグラフ化したものである。このグラフから、Ａ系統、Ｂ系統共に時間によって不規則に変化していることが分かる。また、Ａ系統、Ｂ系統、どちらか一方が必ず他系統を上回るといった規則性もみられない。よって、時間帯によってはＡ系統とＢ系統との間で２０（Ａ）もの差異が発生している時間帯が存在する。このような相間（系統間）バランスの悪化は、上記の高負荷製品がランダムに使用されることが原因である。つまり、１０（Ａ）超が一気に片相に投入されることにより、主幹ブレーカ１０３の相間バランスの悪化を招くのである。

そこで、本発明者は先に相間バランスを最適に保持することによってブレーカダウンを防止するようにした発明を提案した（特許文献１）。
特許第３４６２１４６号

特許文献１の手法は、分電盤内における分岐ブレーカを、Ａ系統、またはＢ系統へと入れ替えることにより、主幹ブレーカの相間バランスを最適に保持し、主幹ブレーカのダウンを防止するものであった。

しかしながら、分電盤の分岐ブレーカがダウンするのを防止することはできなかった。そこで、分電盤の分岐ブレーカのダウンを防止することのできる電源装置の開発が切望されている。

本発明は上記の事情に鑑み、ブレーカダウン状態になることを未然に防止でき、常に安定的に交流電圧の供給を継続できるコンパクトな電源装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために本発明は、請求項１では、それぞれに電源コードが接続され、各電源コードを介して異なる分岐ブレーカから供給される商用交流電圧を入力する複数の交流電圧入力端と、各交流電圧入力端を介して入力された前記商用交流電圧を所定値の直流電圧に変換する各別の整流回路と、各整流回路で得られた直流電圧から商用交流電圧を生成するインバータ回路と、このインバータ回路に接続され、生成された商用交流電圧を外部に出力する交流電圧出力端とを備えたことを特徴としている。

また、請求項２では、請求項１に記載の電源装置において、前記各電源コードは、分電盤を構成するそれぞれ相の異なる分岐ブレーカに接続されることを特徴としている。

また、請求項３では、請求項１または２に記載の電源装置において、バッテリ装置と、前記整流回路の出力側に設けられ、整流回路から所定値の直流電圧が出力されているか否かを監視する監視回路と、整流回路から所定値の直流電圧が出力されていない場合には、整流回路側からバッテリ装置側に切り換えてバッテリ装置の出力電圧を前記インバータ回路に供給する切換回路とを備えたことを特徴としている。

さらに、請求項４では、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電源装置において、前記各交流電圧入力端を流れる交流電流を計測する電流計と、前記各交流電圧入力端における商用交流電圧の印加状態を報知するインジケータとを備えたことを特徴としている。

さらに、請求項５では、電気機器に内蔵される電源装置において、それぞれに電源コードが接続され、各電源コードを介して異なる分岐ブレーカから供給される商用交流電圧を入力する複数の交流電圧入力端と、各交流電圧入力端を介して入力された前記商用交流電圧を所定値の直流電圧に変換する各別の整流回路と、各整流回路で得られた直流電圧を内部負荷回路に応じた電圧に変換して供給する電源供給回路とを備えたことを特徴としている。

本発明によれば、電源への接続を複数の分岐ブレーカに分散することにより、分岐ブレーカがダウン状態になることを未然に防止でき、常に安定的に交流電圧の供給を継続できる電源装置を提供することができる。

また、相が異なる分岐ブレーカに接続されることにより、主幹ブレーカにおいて相間のバランスを保ち、主幹ブレーカがブレーカダウン状態になるのを未然に防止できる。

さらに、バッテリ装置を備えているので、全ての電源供給がダウンしてもバックアップを維持することができる。

さらに、電流計とインジケータを備えることによって現状の電源供給状態を知ることができる。

さらに、電気機器の内部電源として本発明の電源装置を組み込み、各電源コードを介して異なる分岐ブレーカから商用交流電圧を入力するようにしたので、電気機器の内部負荷回路への電源供給断を確実に防止することができる。

＜第１の実施形態＞
《全体の構成》
図１は本発明による電源装置の第１の実施形態を示すブロック図である。

同図に示すように、電源装置１は、各別に電源コード３Ａ，３Ｂ，３Ｃが接続され、各電源コード３Ａ，３Ｂ，３Ｃを介して屋内配線回路Ａ，Ｂ，Ｃからの各商用交流電圧を入力する３個の交流電圧入力端５Ａ，５Ｂ，５Ｃと、各交流電圧入力端５Ａ，５Ｂ，５Ｃを介して入力された商用交流電圧を所定値である２４（Ｖ）の直流電圧に変換する各別の整流回路７Ａ，７Ｂ，７Ｃと、各整流回路７Ａ，７Ｂ，７Ｃで得られた直流電圧から１００（Ｖ）の商用交流電圧を生成するインバータ回路９と、このインバータ回路９に接続され、生成された商用交流電圧を外部に出力する交流電圧出力端１１とを備えている。

また、電源装置１は、ＤＣ２４（Ｖ）出力のバッテリ装置１３と、整流回路７Ａ，７Ｂ，７Ｃの出力側に設けられ、整流回路７Ａ，７Ｂ，７Ｃから所定値である２４（Ｖ）の直流電圧が出力されているか否かを監視するリレー回路１５と、整流回路７Ａ，７Ｂ，７Ｃから所定値の直流電圧が出力されていない場合には、リレー回路１５の接点を整流回路側からバッテリ装置側に切り換えてバッテリ装置１３の直流２４（Ｖ）の出力電圧をインバータ回路９に供給する切換回路１７とを備えている。

各電源コード３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、各屋内配線回路Ａ，Ｂ，Ｃに設けられた何れかのコンセントに差し込まれて商用の交流電圧の供給を受けるものであり、また、各屋内配線回路Ａ，Ｂ，Ｃは、図２に示す分電盤２１に接続されている。

図２に示すように、分電盤２１は、漏電発生時または過電流発生時等において回路を遮断する機能を有する主幹ブレーカ２３と、この主幹ブレーカ２３を介して供給される商用電圧を各屋内配線に分岐させる２系統（Ａ系統、Ｂ系統）の分岐ブレーカ２５Ａ〜２５Ｌとを備え、単相３線式で供給される商用電源を分岐させて各屋内配線回路Ａ，Ｂ，Ｃ，…に供給する。この場合、分岐ブレーカ２５Ａは屋内配線回路Ａ、分岐ブレーカ２５Ｂは屋内配線回路Ｂ、分岐ブレーカ２５Ｃは屋内配線回路Ｃのそれぞれブレーカとして機能する。そして、図３の電源装置１の各交流電圧入力端５Ａ，５Ｂ，５Ｃに接続される電源コード３Ａ，３Ｂ，３Ｃは屋内配線回路Ａ，Ｂ，Ｃに設けられたコンセントに接続されて電源供給を受けるようになっている。

図３は、第１の実施形態における電源装置１の外観構成を模式的に示す平面図である。

筐体３０の表面には、各電源コード３Ａ，３Ｂ，３Ｃに対応した電流計３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃと、これらの電流計３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに対応するインジケータ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃと、交流電圧出力端１１となるＡＣコンセント３５とが設けられている。そして、電気機器がＡＣコンセント３５に接続された状態で、屋内配線回路Ａ，Ｂ，Ｃの何れかのコンセントに接続された電源コード３Ａ，３Ｂ，３Ｃから商用の交流１００（Ｖ）電圧が交流電圧入力端５Ａ，５Ｂ，５Ｃを介して装置内に入力されると、各電流計３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃが所定の電流値を指針するとともに、対応するインジケータ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃが点灯して交流電圧の印加状態を報知するようになっている。

各電流計３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、各交流電圧入力端５Ａ，５Ｂ，５Ｃを流れる交流電流、すなわち、負荷である電気機器を流れる電流値を計測するものであり、各屋内配線回路Ａ，Ｂ，Ｃが負荷電流を均等に分担している場合にはそれぞれの電流計は負荷電流の１／３ずつを指針する。

インジケータ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃは、例えば発光ダイオードで構成され、交流電圧入力端５Ａ，５Ｂ，５Ｃに交流電圧が印加されているときに点灯し、印加されていないときに消灯する。

《動作説明》
次に、第１の実施形態の動作を説明する。

今、単相３線式の商用交流電圧が分電盤２１内に取り込まれているものとする。分電盤２１では、取り込まれた交流電圧が主幹ブレーカ２３を介して各分岐ブレーカ２５Ａ〜２５Ｌに供給され、さらに、各分岐ブレーカ２５Ａ〜２５Ｌを介して屋内配線回路Ａ，Ｂ，Ｃ，…に供給されている。

屋内配線回路Ａ，Ｂ，Ｃの各コンセントには、各種電気機器が接続され、ＡＣ１００（Ｖ）（あるいはＡＣ２００（Ｖ））の電圧が供給されている。屋内配線回路Ａ，Ｂ，Ｃの何れかが、許容電流である例えば２０Ａを超えると、対応する分岐ブレーカが遮断して安全を維持する。

この場合、例えばテレビや冷蔵庫等の家電製品であれば、ブレーカが遮断しても損害はほとんど皆無といえる。しかし、例えばパソコンやサーバ装置等の電子情報機器においては、データの破損、損失が発生して致命的な損失となってしまう。

そこで、電源装置１の各交流電圧入力端５Ａ，５Ｂ，５Ｃに接続された電源コードを各屋内配線回路Ａ，Ｂ，Ｃの何れかのコンセントに接続し、この状態で、例えばパソコンやサーバ装置等の電子情報機器の電源コードを電源装置１のコンセント３５に接続する。

各電源コード３Ａ，３Ｂ，３Ｃを介して供給された交流電圧は各別の整流回路７Ａ，７Ｂ，７Ｃで直流２４（Ｖ）に変換され、切換回路１７を介してインバータ回路９に供給される。インバータ回路９では、供給された直流２４（Ｖ）電圧を再び、商用の交流１００（Ｖ）電圧に変換して交流電圧出力端１１であるＡＣコンセント３５に出力する。そして、ＡＣ１００（Ｖ）電圧が接続された電子情報機器に供給される。

この場合、電流計３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃは、各屋内配線回路Ａ，Ｂ，Ｃに流れる電流を指針しており、例えば、電子情報機器の負荷電流が６（Ａ）であれば、１／３ずつの２（Ａ）を指針する。このとき、各インジケータ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃが全て点灯する。この状態で、もし屋内配線回路Ａが許容電流をオーバーして分岐ブレーカ２５Ａが遮断したとしても、屋内配線回路Ｂ，Ｃから電源が供給されることとなり、電子情報機器が電源断に陥ることはない。この場合、電流計３１Ｂは０（Ａ）となり、インジケータ３３Ａも消灯する。このとき、電流計３１Ｂ，３１Ｃはそれぞれ３（Ａ）を指針する。つまり、屋内配線回路Ｂ，Ｃのそれぞれで負荷電流を半分ずつ負担することとなる。

この状態でさらに、屋内配線回路Ｂも許容電流をオーバーして、分岐ブレーカ２５Ａに加えて分岐ブレーカ２５Ｂも遮断したとすると、屋内配線回路Ｃから電源が供給されることとなり、電子情報機器が電源断に陥ることはない。この場合、電流計３１Ａ，３１Ｂは共に０（Ａ）となり、インジケータ３３Ａ，３３Ｂも共に消灯する一方、電流計３１Ｃは６（Ａ）を指針する。つまり、屋内配線回路Ｃが全負荷電流を負担することとなる。

一方、整流回路７Ａ，７Ｂ，７Ｃの出力電流はリレー回路１５によって監視されており、整流回路７Ａ，７Ｂ，７Ｃから電流が供給されなくなると、すなわち、屋内配線回路Ａ，Ｂ，Ｃが全てブレーカダウンした状態となると、リレー回路１５はこれを検知して切換回路１７の接点をバッテリ装置１３側に切り換える。これによってバッテリ装置１３から直流２４（Ｖ）がインバータ回路９に供給されるので、インバータ回路９からは継続してＡＣ１００（Ｖ）が出力されることとなる。

このように、第１の実施形態によれば、電源装置１のＡＣコンセント３５に接続された電子情報機器は、分岐ブレーカ２５Ａ〜２５Ｌのいずれか複数から電源の供給を受けるため、仮に、供給を受けているいずれかの分岐ブレーカがダウンしても他の分岐ブレーカから電源が供給され、電源断を確実に防止することができる。すなわち、負荷側では複数の分岐ブレーカから電源の供給を受けるので、各分岐ブレーカの負荷が軽減される。このため、各分岐ブレーカに対する消費電力は低下し、その結果、これまで、導入するに当たって電源容量が問題となっていた大型サーバ、コピー機、電子レンジ、エアコン等の導入を容易に行うことが可能となる。また、全ての分岐ブレーカがダウンしてもバッテリ装置１３によりバックアップされるので、電源断をより確実に防止することができる。さらに、異なる系統の分岐ブレーカを使用することにより、系統間（相間）バランスを最適に保持することによって主幹ブレーカ２３のダウンを防止することが可能となる。

《変形例》
上記第１の実施形態では、３本の電源コード３Ａ，３Ｂ，３Ｃを使用して３つの回路から電源の供給を受けるように構成したが、本発明はこれに限られず、２本の電源コードを使用して２つの回路から電源の供給を受けるようにしても良く、あるいは、４本以上の電源コードを使用して４つ以上の回路から電源の供給を受けるようしても良い。

また、整流回路７Ａ，７Ｂ，７Ｃおよびバッテリ装置１３は直流２４（Ｖ）を出力するように構成したが、これに限られず、例えば、直流１２（Ｖ）、直流４８（Ｖ）等、インバータ装置９によって安定的に交流１００（Ｖ）が生成できる電圧値であればどのような値であっても良い。

また、インジケータ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃは、第１の実施形態では、発光ダイオードで構成し、交流電圧入力端に交流電圧が印加されているときに点灯し、印加されていないときに消灯するようにしたが、印加状態が不安定なときには点滅させることも可能である。また、点灯、消灯に限られず、アイコン等の絵文字によって報知するようにしても良い。

＜第２の実施形態＞
図４は本発明による電源装置の第２の実施形態を示す構成図である。

第２の実施形態における電源装置４１は、各電気機器の電源として内蔵される構成となっている。すなわち、２本の電源コード４３Ａ，４３Ｂがそれぞれ接続される交流電圧入力端４５Ａ，４５Ｂと、各交流電圧入力端４５Ａ，４５Ｂを介して入力された商用交流電圧を所定値の直流電圧に変換する各別の整流回路４７Ａ，４７Ｂと、各整流回路４７Ａ，４７Ｂで得られた直流電圧を内部負荷回路に供給する電源供給回路としてのＤＣ−ＤＣコンバータ回路４９Ａ，４９Ｂ，４９Ｃとを備えている。ＤＣ−ＤＣコンバータ回路４９Ａ，４９Ｂ，４９Ｃは、内蔵する負荷回路に適合する電圧や電流を生成して供給するものである。

上記構成において、電源装置４１の各交流電圧入力端４５Ａ，４５Ｂに接続された電源コード４３Ａ，４３Ｂを各屋内配線回路の何れかのコンセントに接続し、これによって、各電源コード４３Ａ，４３Ｂを介して異なる分岐ブレーカから供給される商用交流電圧を電源装置４１内に入力する。入力された商用交流電圧は、各別の整流回路４７Ａ，４７Ｂで所定電圧（例えば、１２Ｖ）の直流電圧に変換される。変換された直流電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路４９Ａ，４９Ｂ，４９Ｃに供給される。

各ＤＣ−ＤＣコンバータ回路４９Ａ，４９Ｂ，４９Ｃでは、内部負荷回路に応じた電圧、電流が生成され、電気機器の各内部負荷回路に供給される。

この状態で、もし、電源コード４３Ａがコンセントから外れたとしても、または電源コード４３Ａが接続されている屋内配線回路が許容電流をオーバーして分岐ブレーカが遮断したとしても、電源コード４３Ｂが接続されている屋内配線回路から電源が供給されることとなり、電気機器の内部負荷回路への電源供給が絶たれることはない。

このように、第２の実施形態によれば、電気機器の内部電源として電源装置４１を組み込み、各電源コード４３Ａ，４３Ｂを介して異なる分岐ブレーカから商用交流電圧を入力するようにしたので、電気機器の内部負荷回路への電源供給断を確実に防止することができる。

なお、図４おいて、電源装置４１には電源コード４３Ａ、４３Ｂの２本、すなわち、２つの屋内配線回路から電源が供給されるように構成したが、勿論、３本以上の電源コードを介して３以上の屋内配線回路から電源が供給されるように構成しても良い。

本発明による電源装置の第１の実施形態を示す構成ブロック図である。本発明による電源装置が接続される分電盤の構成図である。本発明による電源装置の外観構成を模式的に示す平面図である。本発明による電源装置の第２の実施形態を示す構成ブロック図である。分電盤の構成示す説明図である。２４時間の系統別電流の測定グラフである。

符号の説明

１，４１：電源装置
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，４３Ａ，４３Ｂ：電源コード
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ：交流電圧入力端
７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，４７Ａ，４７Ｂ：整流回路
９：インバータ回路
１１：交流電圧出力端
１３：バッテリ装置
１５：リレー回路（監視回路）
１７：切換回路
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ：電流計
３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ：インジケータ
４９Ａ，４９Ｂ，４９Ｃ：ＤＣ−ＤＣコンバータ回路（電源供給回路）

Claims

それぞれに電源コードが接続され、各電源コードを介して異なる分岐ブレーカから供給される商用交流電圧を入力する複数の交流電圧入力端と、
各交流電圧入力端を介して入力された前記商用交流電圧を所定値の直流電圧に変換する各別の整流回路と、
各整流回路で得られた直流電圧から商用交流電圧を生成するインバータ回路と、
このインバータ回路に接続され、生成された商用交流電圧を外部に出力する交流電圧出力端と、
を備えたことを特徴とする電源装置。
請求項１に記載の電源装置において、
前記各電源コードは、分電盤を構成するそれぞれ相の異なる分岐ブレーカに接続されることを特徴とする電源装置。
請求項１または２に記載の電源装置において、
バッテリ装置と、
前記整流回路の出力側に設けられ、整流回路から所定値の直流電圧が出力されているか否かを監視する監視回路と、
整流回路から所定値の直流電圧が出力されていない場合には、整流回路側からバッテリ装置側に切り換えてバッテリ装置の出力電圧を前記インバータ回路に供給する切換回路と、
を備えたことを特徴とする電源装置。
請求項１乃至３の何れか１項に記載の電源装置において、
前記各交流電圧入力端を流れる交流電流を計測する電流計と、
前記各交流電圧入力端における商用交流電圧の印加状態を報知するインジケータと、
を備えたことを特徴とする電源装置。
電気機器に内蔵される電源装置において、
それぞれに電源コードが接続され、各電源コードを介して異なる分岐ブレーカから供給される商用交流電圧を入力する複数の交流電圧入力端と、
各交流電圧入力端を介して入力された前記商用交流電圧を所定値の直流電圧に変換する各別の整流回路と、
各整流回路で得られた直流電圧を内部負荷回路に応じた電圧に変換して供給する電源供給回路と、
を備えたことを特徴とする電源装置。