JP2007060809A - 電力補償システム - Google Patents

Abstract

【課題】 負荷の動作に十分な電力を補償することが可能な電力補償システムを提供する。
【解決手段】 電力補償システム１００−１は、電力供給を行う充電器１１２と、充電器１１２からの電力による蓄電と第１ランプ２１０−１への放電とを選択的に行う第１キャパシタ１２２及び第２キャパシタ１２４と、第１キャパシタ１２２及び第２キャパシタ１２４の電圧を検出する検出回路１２６及び１２８と、検出回路１２６及び１２８によって検出された電圧に基づいて、第１ランプ２１０−１へ放電する第１キャパシタ１２２及び第２キャパシタ１２４を順次切り換える制御部１３０、第１スイッチ１１８及び第２スイッチ１２０とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子写真方式を使用した複写機やプリンタ装置などの画像形成装置において、トナー像を記録用紙等に定着する加熱装置等の負荷に供給する電力を補償する電力補償システムに関する。

複写機やプリンタ装置等の画像形成装置は、普通紙やＯＨＰ等の記録媒体上に画像を形成する。このような画像形成装置では、画像形成の高速化や画像品質の向上、コスト低減の観点から電子写真方式が採用されることが多い。電子写真方式は、記録媒体上にトナー像を形成し、この形成したトナー像を熱及び圧力で記録媒体に定着させる方式である。定着方法としては、一般的にヒートローラ方式が採用される。ヒートローラは、ハロゲンヒータやセラミックヒータ等の発熱体が最も多く採用されており、ヒートローラと加圧ローラとを圧接して形成されるニップ部と呼ばれる部分にトナー像が転写された記録媒体を通過させることにより、当該記録媒体にトナー像が定着する。トナーを記録媒体に定着させるためのヒートローラの消費電力は、画像形成装置の排出する記録媒体の数量（例えば単位時間当たりの排出枚数）に比例して増加する。

ヒートローラの加熱効率の向上や消費電力の抑制を図る方法としては、特許文献１乃至３に提案されたものがある。例えば、特許文献１では、ヒートローラに対する電力源としてキャパシタを設け、ヒートローラの動作前にそのキャパシタを充電させておき、動作開始時にキャパシタと電源の双方からヒートローラに対して電力を供給する技術が提案されている。
特許第３５８８００６号公報 特開平１０−１０９１３号公報 特開平１０−２８２８２１号公報

しかし、上述した従来のヒートローラに対する電力供給方法では、時間経過とともにキャパシタの端子電圧が低下し、それに伴ってヒートローラの加熱量も低下するため、ヒータローラがトナーを記録媒体に定着させるために十分な温度に到達するまでに時間がかかる、あるいは、十分な温度を維持することができないという問題がある。

本発明は、前述したような従来の問題を解決するためになされたもので、負荷の動作に十分な電力を補償することが可能な電力補償システムを提供するものである。

本発明は、負荷に供給する電力を補償する電力補償システムであって、電力供給を行う電源と、前記電源からの電力による蓄電と前記負荷への放電とを選択的に行う複数の蓄電器と、前記複数の蓄電器の少なくともいずれかの電圧を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された電圧に基づいて、前記負荷へ放電する前記蓄電器を順次切り換える制御手段とを有する。

この構成により、負荷への放電により蓄電器の電圧が低下し、負荷に対して十分な電力を供給することができなくなった場合には、別の蓄電器が負荷への放電を行う等により、複数の蓄電器が順次、負荷に対して電力を供給することにより、負荷の動作に十分な電力を補償することが可能となる。

また、本発明の電力補償システムは、前記制御手段が、前記複数の蓄電器毎に設けられ、前記蓄電器と前記電源、及び、前記蓄電器と前記負荷との接続を選択的に行う複数のスイッチ部を有し、１又は複数の前記蓄電器と前記負荷とが前記１又は複数の蓄電器に対応するスイッチ部によって接続されて前記負荷への放電が行われているときに、前記検出手段により検出される前記１又は複数の蓄電器の電圧が所定値まで低下した場合に、前記１又は複数の蓄電器に対応するスイッチ部は前記１又は複数の蓄電器と前記電源とを接続し、前記１又は複数の蓄電器以外の他の前記蓄電器に対応するスイッチ部は前記他の蓄電器と前記負荷とを接続する。

また、本発明の電力補償システムは、前記制御手段が、前記複数の蓄電器毎に設けられ、前記電源から対応する蓄電器への電力の供給を制御するチョッパ回路と、

前記複数の蓄電器毎に設けられ、前記蓄電器と前記負荷との接続を行う複数のスイッチ部とを有し、１又は複数の前記蓄電器と前記負荷とが前記１又は複数の蓄電器に対応するスイッチ部によって接続されて前記負荷への放電が行われているときに、前記検出手段により検出される前記１又は複数の蓄電器の電圧が所定値まで低下した場合に、前記１又は複数の前記蓄電器に対応するチョッパ回路はオン状態となって前記電源から前記１の蓄電器への電力を供給させ、前記１又は複数の蓄電器に対応するスイッチ部は前記１又は複数の蓄電器と前記負荷とを遮断するとともに、前記１又は複数の蓄電器以外の他の前記蓄電器に対応するチョッパ回路はオフ状態となって前記電源から前記他の蓄電器への電力を遮断させ、前記他の蓄電器に対応するスイッチ部は前記他の蓄電器と前記負荷とを接続する。

また、本発明の電力補償システムは、前記第１及び第２のスイッチ部が、リレー回路であり、前記制御手段は、前記検出手段により検出された前記第１の蓄電器の電圧に応じて前記第１及び第２のスイッチ部を励磁させる励磁手段を有する。

本発明によれば、複数の蓄電器が順次、負荷に対して電力を供給することにより、負荷の動作に十分な電力を補償することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態の電力補償システムについて、図面を用いて説明する。図１は、第１の電力補償システムの構成を示す図である。図１に示す電力補償システム１００−１は、トナー像を熱及び圧力で記録媒体に定着させるヒートローラ方式が採用される複写機やプリンタ装置等の画像形成装置において構成されるヒューザである。この電力補償システム１００−１は、ヒューザドラムの発熱体２００を構成する負荷としての第１ランプ（Ｌ１）２１０−１を動作させるための動作回路１０２−１、第２ランプ（Ｌ２）２１０−２を動作させるための動作回路１０４、及び、制御部１３０により構成される。

動作回路１０４は、交流電源１８２及びスイッチ１８４により構成され、これらは第２ランプ２１０−２と直列に接続されている。ヒューザドラムの動作開始時にはスイッチ１８４がオン状態になって、交流電源１８２からの電力が第２ランプ２１０−２へ供給される。スイッチ１８４は、例えば、サイリスタやトライアック等の半導体スイッチにより構成され、そのオンオフ制御は、ヒューザドラムの表面温度等に基づいて行われる。

動作回路１０２−１は、充電器１１２、ダイオード１１４、１１６、第１スイッチ（ＳＷ１）１１８、第２スイッチ（ＳＷ２）１２０、第１キャパシタ（Ｃ１）１２２、第２キャパシタ（Ｃ２）１２４、検出回路１２６及び１２８により構成される。

充電器１１２は、直流電源であり、一方の端子がダイオード１１４のアノード及びダイオード１１６のアノードに接続され、他方の端子が第１キャパシタ１２２及び１２４の一端に接続されている。

ダイオード１１４は、後述する第１キャパシタ１２２からの電流が逆流することを防止するものであり、カソードが第１スイッチ１１８の端子ｂに接続されている。同様に、ダイオード１１８は、後述する第２キャパシタ１２４からの電流が逆流することを防止するものであり、カソードが第２スイッチ１２０の端子ｂに接続されている。

第１スイッチ１１８は、接点と端子ａ及びｂとを有する。接点は第１キャパシタ１２２の他端に接続され、端子ａは第１ランプ２１０−１の一端に接続され、端子ｂは上述したようにダイオード１１４のカソードに接続されている。同様に、第２スイッチ１２０は、接点と端子ａ及びｂとを有する。接点は第２キャパシタ１２４の他端に接続され、端子ａは第１ランプ２１０−１の一端に接続され、端子ｂは上述したようにダイオード１１６のカソードに接続されている。

第１キャパシタ１２２は、蓄電器として機能するものであり、上述したように、一端が充電器１１２の他方の端子に接続され、他端が第１スイッチ１１８の接点に接続される。検出回路１２６は、この第１キャパシタ１２２と並列に接続され、当該第１キャパシタ１２２の端子間電圧を検出する。同様に、第２キャパシタ１２４は、蓄電器として機能するものであり、上述したように、一端が充電器１１２の他方の端子に接続され、他端が第２スイッチ１２０の接点に接続される。検出回路１２８は、この第２キャパシタ１２４と並列に接続され、当該第２キャパシタ１２４の端子間電圧を検出する。

制御部１３０は、検出回路１２６によって検出される第１キャパシタ１２２の端子間電圧、及び、検出回路１２８によって検出される第２キャパシタ１２４の端子間電圧に基づいて、第１スイッチ１１８及び第２スイッチ１２０のスイッチング動作を制御する。

この制御部１３０の制御により、第１スイッチ１１８において接点が端子ｂと接触する場合には、充電器１１２、ダイオード１１４及び第１キャパシタ１２２によって構成される回路が導通し、第１キャパシタ１２２が充電される。一方、第１スイッチ１１８において接点が端子ａと接触する場合には、第１キャパシタ１２２及び第１ランプ２１０−１によって構成される回路が導通し、第１キャパシタ１２２から第１ランプ２１０−１への放電が行われる。一方、制御部１３０の制御により、第２スイッチ１２０において接点が端子ｂと接触する場合には、充電器１１２、ダイオード１１６及び第２キャパシタ１２４によって構成される回路が導通し、第２キャパシタ１２４が充電される。一方、第２スイッチ１２０において接点が端子ａと接触する場合には、第２キャパシタ１２４及び第１ランプ２１０−１によって構成される回路が導通し、第２キャパシタ１２４から第１ランプ２１０−１への放電が行われる。

図２は、第１スイッチ（ＳＷ１）１１８及び第２スイッチ（ＳＷ２）１２０のスイッチング動作と、それに伴う第１キャパシタ１２２及び第２キャパシタ１２４の電圧、第１ランプ（Ｌ１）２１０−１の電力の変動を示すタイミングチャートである。

図２において、当初、第１スイッチ１１８の接点は端子ｂに接触する。このため、充電器１１２、ダイオード１１４及び第１キャパシタ１２２によって構成される回路が導通する。そして、第１キャパシタ１２２が充電され、電圧が徐々に上昇し、充電が完了すると所定の電圧になる。また、第２スイッチ１２０の接点は端子ｂに接触する。このため、充電器１１２、ダイオード１１６及び第２キャパシタ１２４によって構成される回路が導通する。そして、第２キャパシタ１２４が充電され、電圧が徐々に上昇し、充電が完了すると所定の電圧になる。なお、第１キャパシタ１２２及び第２キャパシタ１２４は、同時に充電される必要はなく、別々のタイミングで充電されても良い。この場合、充電器１１２の容量は、第１キャパシタ１２２及び第２キャパシタ１２４を同時に充電する場合の半分で済む。

その後、ヒューザドラムの動作が開始されると、制御部１３０は、第１スイッチ１１８の接点を端子ａに接触させる。このため、第１キャパシタ１２２及び第１ランプ２１０−１によって構成される回路が導通し、第１キャパシタ１２２から第１ランプ２１０−１への放電が行われる。第１キャパシタ１２２が放電すると、徐々に電圧が低下し、やがて所定電圧ｘ１となる。この所定電圧ｘ１は、第１ランプ２１０−１に対してヒューザドラムの加熱に必要な最低限の電力を供給する場合における第１キャパシタ１２２の電圧である。

制御部１３０は、検出回路１２６によって検出された第１キャパシタ１２２の電圧がｘ１まで低下した場合に、第１スイッチ１１８の接点を端子ｂに接触させるとともに、第２スイッチ１２０の接点を端子ａに接触させる。このため、充電器１１２、ダイオード１１４及び第１キャパシタ１２２によって構成される回路が導通し、第１キャパシタ１２２が再度充電され、電圧が徐々に上昇する。一方、第２キャパシタ１２４及び第１ランプ２１０−１によって構成される回路が導通し、第２キャパシタ１２４から第１ランプ２１０−１への放電が行われる。第２キャパシタ１２４が放電すると、徐々に電圧が低下し、やがて所定電圧ｘ２となる。この所定電圧ｘ２は、第１ランプ２１０−１に対してヒューザドラムの加熱に必要な最低限の電力を供給する場合における第２キャパシタ１２４の電圧である。

制御部１３０は、検出回路１２８によって検出された第２キャパシタ１２４の電圧がｘ２まで低下した場合に、第１スイッチ１１８の接点を端子ａに接触させるとともに、第２スイッチ１２０の接点を端子ｂに接触させる。これにより、充電器１１２、ダイオード１１６及び第２キャパシタ１２４によって構成される回路が導通し、第２キャパシタ１２４が再度充電される。

以降も同様な動作が繰り返されて、第１キャパシタ１２２及び第２キャパシタ１２４が交互に放電することによって、第１ランプ２１０−１に電力が継続的に供給される。ヒューザドラムが動作可能な温度に到達するまでの時間は、第１ランプ２１０−１に供給される電力にほぼ比例する。従って、第１ランプ２１０−１に電力が継続的に供給されることにより、ヒューザドラムは動作開始時には迅速に温度が上昇し、その後も温度が低下することが防止される。

図３は、第２の電力補償システムの構成を示す図である。図３に示す電力補償システム１００−２は、ヒューザドラムの発熱体を構成する第１ランプ（Ｌ１）２１０−１を動作させるための動作回路１０２−２、第２ランプ２１０−２を動作させるための動作回路１０４、及び、制御部１３０により構成される。動作回路１０４は、図１に示す電力補償システム１００−１と同様であるのでその説明は省略する。

動作回路１０２−２は、充電器１１２、第１キャパシタ（Ｃ１）１２２、第２キャパシタ（Ｃ２）１２４、検出回路１２６、１２８、チョッパ回路１３２−１、チョッパ回路１３２−２、第１スイッチ（ＳＷ１）１４８及び第２スイッチ（ＳＷ２）１５０により構成される。一方、動作回路１０４は、交流電源１８２及びスイッチ１８４により構成される。これらのうち、チョッパ回路１３２−１は、ＮＰＮ型の第１トランジスタ（ＴＲ１）１３３、ダイオード１３４、鉄心入りインダクタンス１３５、キャパシタ１３６及びダイオード１３７により構成される。同様に、チョッパ回路１３２−２は、ＮＰＮ型の第２トランジスタ（ＴＲ２）１４３、ダイオード１４４、鉄心入りインダクタンス１４５、キャパシタ１４６及びダイオード１４７により構成される。 動作回路１０２−２において、充電器１１２は、直流電源であり、一方の端子がチョッパ回路１３２−１内のトランジスタ１３３及びチョッパ回路１３２−２内の第１トランジスタ１４３のコレクタに接続され、他方の端子が接地されている。

チョッパ回路１３２−１において、第１トランジスタ１３３のベースは制御部１３０に接続され、エミッタはダイオード１３４のカソード及び鉄心入りインダクタンス１３５の一端に接続されている。ダイオード１３４の他端は接地されている。また、鉄心入りインダクタンス１３５の他端は、キャパシタ１３６の一端及びダイオード１３７のアノードに接続されている。キャパシタ１３６の他端は接地されている。同様に、チョッパ回路１３２−２において、第２トランジスタ１４３のベースは制御部１３０に接続され、エミッタはダイオード１４４のカソード及び鉄心入りインダクタンス１４５の一端に接続されている。ダイオード１４４の他端は接地されている。また、鉄心入りインダクタンス１４５の他端は、キャパシタ１４６の一端及びダイオード１４７のアノードに接続されている。キャパシタ１４６の他端は接地されている。

第１キャパシタ１２２は、蓄電器として機能するものであり、一端がダイオード１３７のカソードと第１スイッチ１４８の一端とに接続され、他端が接地されている。検出回路１２６は、この第１キャパシタ１２２と並列に接続され、当該第１キャパシタ１２２の端子間電圧を検出する。同様に、第２キャパシタ１２４は、蓄電器として機能するものであり、一端がダイオード１４７のカソードと第２スイッチ１５０の一端とに接続され、他端が接地されている。検出回路１２８は、この第２キャパシタ１２４と並列に接続され、当該第２キャパシタ１２４の端子間電圧を検出する。第１スイッチ１４８及び第２スイッチ１５０は、例えば、リレー、トランジスタ、ＦＥＴ、ＩＧＢＴ等であり、他端が第１ランプ２１０−１１の一端に接続されている。

制御部１３０は、検出回路１２６によって検出される第１キャパシタ１２２の端子間電圧、及び、検出回路１２８によって検出される第２キャパシタ１２４の端子間電圧に基づいて、第１トランジスタ１３３及び第２トランジスタ１４３のスイッチング動作と、第１スイッチ１４８及び第２スイッチ１５０のスイッチング動作とを制御する。

この制御部１３０の制御により、第１トランジスタ１３３のベースがハイレベルとなってチョッパ回路１３２−１がオンとなり、第１スイッチ１４８がオフとなる場合には、充電器１１２と第１キャパシタ１２２が導通し、当該第１キャパシタ１２４が充電される。一方、第１トランジスタ１３３のベースがローレベルとなってチョッパ回路１３２−１がオフとなり、第１スイッチ１４８がオンとなる場合には、第１キャパシタ１２２から第１ランプ２１０−１への放電が行われる。一方、制御部１３０の制御により、第２トランジスタ１４３のベースがハイレベルとなってチョッパ回路１３２−２がオンとなり、第２スイッチ１５０がオフとなる場合には、充電器１１２と第２キャパシタ１２４が通電し、当該第２キャパシタ１２４が充電される。一方、第２トランジスタ１４３のベースがローレベルとなってチョッパ回路１３２−２がオフとなり、第２スイッチ１５０がオンとなる場合には、第２キャパシタ１２４から第１ランプ２１０−１への放電が行われる。

図４は、第１トランジスタ（ＴＲ１）１３３及び第２トランジスタ（ＴＲ２）１４３、第１スイッチ（ＳＷ１）１１８及び第２スイッチ（ＳＷ２）１２０のスイッチング動作と、それに伴う第１キャパシタ１２２及び第２キャパシタ１２４の電圧、第１ランプ（Ｌ１）２１０−１の電力の変動を示すタイミングチャートである。

図２において、当初、第１トランジスタ１３３はオン、第１スイッチ１４８はオフとなっている。このため、充電器１１２と第１キャパシタ１２２が通電し、当該第１キャパシタ１２２が充電され、電圧が徐々に上昇し、充電が完了すると所定の電圧になる。また、第２トランジスタ１４３はオン、第２スイッチ１５０はオフとなっている。このため、充電器１１２と第２キャパシタ１２４が通電し、当該第２キャパシタ１２４が充電され、電圧が徐々に上昇し、充電が完了すると所定の電圧になる。なお、第１キャパシタ１２２及び第２キャパシタ１２４は、同時に充電される必要はなく、別々のタイミングで充電されても良い。

その後、ヒューザドラムの動作が開始されると、制御部１３０は、第１トランジスタ１３３をオフ、第１スイッチ１４８をオンとする。このため、第１キャパシタ１２２から第１ランプ２１０−１への放電が行われる。第１キャパシタ１２２が放電すると、徐々に電圧が低下し、やがて所定電圧ｘ１となる。

制御部１３０は、検出回路１２６によって検出された第１キャパシタ１２２の電圧がｘ１まで低下した場合に、第１トランジスタ１３３をオン、第１スイッチ１４８をオフとするとともに、第２トランジスタ１４３をオフ、第２スイッチ１５０をオンとする。このため、充電器１１２と第１キャパシタ１２２が導通し、当該第１キャパシタ１２２が再度充電され、電圧が徐々に上昇する。一方、第２キャパシタ１２４から第１ランプ２１０−１への放電が行われる。第２キャパシタ１２４が放電すると、徐々に電圧が低下し、やがて所定電圧ｘ２となる。制御部１３０は、検出回路１２８によって検出された第２キャパシタ１２４の電圧がｘ２まで低下した場合に、第１トランジスタ１３３をオフ、第１スイッチ１４８をオンとするとともに、第２トランジスタ１４３をオン、第２スイッチ１５０をオフとする。このため、第１キャパシタ１２２から第１ランプ２１０−１への放電が行われるとともに、充電器１１２と第２キャパシタ１２４が導通し、当該第２キャパシタ１２４が再度充電される。

以降も同様な動作が繰り返されて、第１キャパシタ１２２及び第２キャパシタ１２４が交互に放電することによって、第１ランプ２１０−１に電力が継続的に供給されるこのため、ヒューザドラムは動作開始時には迅速に温度が上昇し、その後も温度が低下することが防止される。

図５は、第３の電力補償システムの構成を示す図である。図５に示す電力補償システム１００−３は、ヒューザドラムの発熱体を構成する第１ランプ（Ｌ１）２１０−１を動作させるための動作回路１０２−３、及び、第２ランプ２１０−２を動作させるための動作回路１０４により構成される。動作回路１０４は、図１に示す電力補償システム１００−１と同様であるのでその説明は省略する。

動作回路１０２−３は、充電器１１２、第１キャパシタ（Ｃ１）１２２、第２キャパシタ（Ｃ２）１２４、検出回路１２６、接点１ａ及び１ｂを有する第１リレー回路（ＲＹ１）１５１、接点２ａ及び２ｂを有する第２リレー回路（ＲＹ２）１５２、ダイオード１５４、１５６、第１開閉器１５８及び第２開閉器１６０により構成される。

動作回路１０２−３において、充電器１１２は、直流電源であり、一方の端子が第１リレー回路１５１の接点１ｂ及び第２リレー回路１５２の接点２ｂに接続され、他方の端子が第１キャパシタ１２２及び１２４の一端に接続されている。

第１リレー回路１５１の接点１ａと接点１ｂは直列に接続されており、これら接点１ａ、１ｂの間に第１キャパシタ１２２の他端が接続されている。また、接点１ａはダイオード１５４のアノードに接続されている。同様に、第２リレー回路１５２の接点２ａと接点２ｂは直列に接続されており、これら接点２ａ、２ｂの間に第２キャパシタ１２４の他端が接続されている。また、接点２ａはダイオード１５６のアノードに接続されている。なお、第１リレー回路１５１及び第２リレー回路１５２の代わりに半導体スイッチを用いてもよい。

ダイオード１５４及び１５６は、第１ランプ２１０−１の一端に接続されている。これらダイオード１５４及び１５６は、第１キャパシタ１２２からの電流が第２キャパシタ１２４に流れ込むこと、及び、第２キャパシタ１２４からの電流が第１キャパシタ１２２に流れ込むことを防止するものである。

検出回路１２６は、例えば比較回路であり、第１キャパシタ１２２と並列に接続され、当該第１キャパシタ１２２の端子間電圧を、予め定められた値と比較する。第１開閉器１５８は、例えば、トランジスタやＦＥＴ等により構成されており、第１リレー回路１５１の接点１ｂ及び第１キャパシタ１２２と並列に接続されている。この第１開閉器１５８は、検出回路１２６による第１キャパシタ１２２の端子間電圧についての検出結果に応じて、第１リレー回路１５１を励磁する。第１リレー回路１５１は、励磁されていない状態では、接点１ｂがオンとなり、励磁された状態では、接点１ｂがオフとなる。

同様に、第２開閉器１６０は、第２リレー回路１５２の接点２ｂ及び第２キャパシタ１２４と並列に接続され、検出回路１２６による第１キャパシタ１２２の端子間電圧についての検出結果に応じて、第２リレー回路１５２を励磁する。第２リレー回路１５２は、励磁されていない状態では、接点２ａがオンとなり、励磁された状態では、接点２ａがオフとなる。

図２は、第１リレー回路（ＲＹ１）１５１及び第２リレー回路（ＲＹ２）１５２のスイッチング動作と、それに伴う第１キャパシタ１２２及び第２キャパシタ１２４の電圧、第１ランプ（Ｌ１）２１０−１の電力の変動を示すタイミングチャートである。

図２において、当初、第１開閉器１５８及び第２開閉器１６０による励磁は行われていない。従って、第１リレー回路１５１の接点１ｂ（ＲＹ１−１ｂ）はオン、接点１ａ（ＲＹ１−１ａ）はオフとなっている。このため、充電器１１２、接点１ｂ及び第１キャパシタ１２２によって構成される回路が導通する。そして、第１キャパシタ１２２が充電され、電圧が徐々に上昇し、充電が完了すると所定の電圧（ここではＨ：ハイレベル）になる。一方、第２リレー回路１５２の接点２ｂ（ＲＹ２−２ｂ）はオフ、接点２ａ（ＲＹ２−２ａ）はオンとなっている。このため、第２キャパシタ１２４、接点２ａ、ダイオード１５６及び第１ランプ２１０−１によって構成される回路が導通するが、第２キャパシタ１２４は未充電で電圧がＬ：ローレベルであるため、放電は行われない。

その後、ヒューザドラムの動作が開始されると、検出回路１２６は、第１キャパシタ１２２の電圧がハイレベルであることを検出し、検出結果を第１開閉器１５８及び第２開閉器１６０へ出力する。

第１開閉器１５８は、第１キャパシタ１２２の電圧がハイレベルである場合、第１リレー回路１５１を励磁する。これにより、第１リレー回路１５１内の接点１ｂがオフとなる。その後、第１開閉器１５８は、接点１ａをオンにする。これにより、第１キャパシタ１２２、接点１ａ、ダイオード１５４及び第１ランプ２１０−１によって構成される回路が導通する。そして、第１キャパシタ１２２から第１ランプ２１０−１への放電が行われ、第１キャパシタ１２２の電圧が徐々に低下する。

一方、第２開閉器１６０は、第１キャパシタ１２２の電圧がハイレベルである場合、第２リレー回路１５２を励磁する。これにより、第２リレー回路１５２内の接点２ａがオフとなる。その後、第２開閉器１６０は、接点２ｂをオンにする。これにより、充電器１１２、接点２ｂ及び第２キャパシタ１２４によって構成される回路が導通する。そして、第２キャパシタ１２４が充電され、電圧が徐々に上昇する。

第１キャパシタ１２２の放電により当該第１キャパシタ１２２の電圧がローレベルになると、検出回路１２６は、これを検出し、検出結果を第１開閉器１５８及び第２開閉器１６０へ出力する。

第１開閉器１５８は、第１キャパシタ１２２の電圧がローレベルである場合、第１リレー回路１５１内の接点１ａをオフとする。その後、第１開閉器１５８は、第１リレー回路１５１の励磁を停止する。これにより、第１リレー回路１５１内の接点１ｂがオンとなる。このため、充電器１１２、接点１ｂ及び第２キャパシタ１２４によって構成される回路が導通する。そして、第１キャパシタ１２２が再充電され、電圧が徐々に上昇する。

一方、第２開閉器１６０は、第１キャパシタ１２２の電圧がローレベルである場合、第２リレー回路１５２内の接点２ｂをオフとする。その後、第２開閉器１６０は、第２リレー回路１５２の励磁を停止する。これにより、第２リレー回路１５２内の接点２ａがオンになる。このため、第２キャパシタ１２４、接点２ａ、ダイオード１５６及び第１ランプ２１０−１によって構成される回路が導通し、第２キャパシタ１２４から第１ランプ２１０−１への放電が行われる。

以降も同様な動作が繰り返されて、第１キャパシタ１２２及び第２キャパシタ１２４が交互に放電することによって、第１ランプ２１０−１に電力が継続的に供給される。このため、ヒューザドラムは動作開始時には迅速に温度が上昇し、その後も温度が低下することが防止される。 なお、図５に示す電力補償システム１００−３の代わりに、図７に示す電力補償システム１００−４を用いてもよい。電力補償システム１００−４では、検出回路１２８に代えて検出回路１２８が設けられている。この検出回路１２８は、第２キャパシタ１２４と並列に接続され、当該第２キャパシタ１２４の端子間電圧を検出する。第１開閉器１５８及び第２開閉器１６０は、この検出回路１２８による第２キャパシタ１２４の電圧の検出結果に基づいて、電力補償システム１００−３の場合と同様に、第１リレー回路１５１及び第２リレー回路１５２のスイッチング動作を制御する。

一般に、キャパシタでは、図８に示すように出力電圧Ｖｏｕｔは負荷条件と時間の経過に伴って低下する。このため、定電圧駆動の負荷に対しては、図９（ａ）に示すようにキャパシタの後段に昇圧回路を接続して、図９（ｂ）に示すように、昇圧回路の後段の電圧を安定化させたり、図１０（ａ）に示すようにキャパシタの後段に降圧回路を接続して、図１０（ｂ）に示すように、降圧回路の後段の電圧を安定化させたりする必要がある。

このような場合、２個以上のキャパシタを組み合わせて、一方は充電、他方は放電を行い、図１１に示すように交互に切り替えて出力することにより出力電圧を安定化することが可能となる。リップルを小さくするためには、キャパシタの容量を大きくして切替時間を短くするか、又はキャパシタの数量を２個以上の複数個にして切替数を多くする等の対処を行えばよい。

また、直流電力を必要とする負荷に電力を供給する場合、負荷が例えばモータ負荷等の起動時は大電流を必要とするが、定常回転状態になると電力を多く必要としない場合には、（１）起動時には充電時間と放電時間の間隔を短くして大電力を供給すること、及び、（２）定常回転時には充電時間と放電時間の間隔を長くすることにより、小電力を長い時間にわたり供給することが可能となる。このように、モータ等の起動時には充放電間隔を短く、定常回転時には充放電間隔を長くすることにより、負荷変動の大きな負荷に対して、電源供給能力を大きくすることなく、キャパシタの充放電能力を活用することが可能となる。

なお、上述した実施形態では、蓄電器として第１キャパシタ１２２及び第２キャパシタ１２４を用いたが、更にキャパシタを設けて電力補償システムを構成してもよい。また、蓄電器として、キャパシタの代わりに２次電池を用いてもよい。

以上、説明したように、本発明に係る電力補償システムは、負荷の動作に十分な電力を補償することが可能となり、電力補償システムとして有用である。

第１の電力補償システムの構成を示す図である。 第１の電力補償システムの動作を示すタイミングチャートである。 第２の電力補償システムの構成を示す図である。 第２の電力補償システムの動作を示すタイミングチャートである。 第３の電力補償システムの構成を示す図である。 第３の電力補償システムの動作を示すタイミングチャートである。 第４の電力補償システムの構成を示す図である。 キャパシタの出力電圧の一例を示す図である。 昇圧回路と当該昇圧回路の後段の電圧の一例を示す図である。 降圧回路と当該降圧回路の後段の電圧の一例を示す図である。 キャパシタの充放電と負荷側出力電圧及び電源側充電電圧の対応関係を示す図である。

符号の説明

１００−１、１００−２、１００−３、１００−４ 電力補償システム
１０２−１、１０２−２、１０２−３、１０２−４、１０４ 動作回路
１１２ 充電器
１１４、１１６、１３４、１３７、１４４、１４７、１５４、１５６ ダイオード
１１８、１４８ 第１スイッチ
１２０、１５０ 第２スイッチ
１２２ 第１キャパシタ
１２４ 第２キャパシタ
１２６、１２８ 検出回路
１３０ 制御部
１３２−１、１３２−２ チョッパ回路
１３３ 第１トランジスタ
１３５、１４５ 鉄心入りインダクタンス
１３６、１４６ キャパシタ
１４３ 第２トランジスタ
１５１ 第１リレー回路
１５２ 第２リレー回路
１５８ 第１開閉器
１６０ 第２開閉器
１８２ 交流電源
１８４ スイッチ
２００ 発熱体
２１０−１ 第１ランプ
２１０−２ 第２ランプ

Claims (5)

1. 負荷に供給する電力を補償する電力補償システムであって、
   電力供給を行う電源と、
   前記電源からの電力による蓄電と前記負荷への放電とを選択的に行う複数の蓄電器と、
   前記複数の蓄電器の少なくともいずれかの電圧を検出する検出手段と、
   前記検出手段によって検出された電圧に基づいて、前記負荷へ放電する前記蓄電器を順次切り換える制御手段と、
   を有することを特徴とする電力補償システム。
2. 前記制御手段は、
   前記複数の蓄電器毎に設けられ、前記蓄電器と前記電源、及び、前記蓄電器と前記負荷との接続を選択的に行う複数のスイッチ部を有し、
   １又は複数の前記蓄電器と前記負荷とが前記１又は複数の蓄電器に対応するスイッチ部によって接続されて前記負荷への放電が行われているときに、前記検出手段により検出される前記１又は複数の蓄電器の電圧が所定値まで低下した場合に、前記１又は複数の蓄電器に対応するスイッチ部は前記１又は複数の蓄電器と前記電源とを接続し、前記１又は複数の蓄電器以外の他の前記蓄電器に対応するスイッチ部は前記他の蓄電器と前記負荷とを接続することを特徴とする請求項１に記載の電力補償システム。
3. 前記制御手段は、
   前記複数の蓄電器毎に設けられ、前記電源から対応する蓄電器への電力の供給を制御するチョッパ回路と、
   前記複数の蓄電器毎に設けられ、前記蓄電器と前記負荷との接続を行う複数のスイッチ部とを有し、
   １又は複数の前記蓄電器と前記負荷とが前記１又は複数の蓄電器に対応するスイッチ部によって接続されて前記負荷への放電が行われているときに、前記検出手段により検出される前記１又は複数の蓄電器の電圧が所定値まで低下した場合に、前記１又は複数の前記蓄電器に対応するチョッパ回路はオン状態となって前記電源から前記１の蓄電器への電力を供給させ、前記１又は複数の蓄電器に対応するスイッチ部は前記１又は複数の蓄電器と前記負荷とを遮断するとともに、前記１又は複数の蓄電器以外の他の前記蓄電器に対応するチョッパ回路はオフ状態となって前記電源から前記他の蓄電器への電力を遮断させ、前記他の蓄電器に対応するスイッチ部は前記他の蓄電器と前記負荷とを接続することを特徴とする請求項１に記載の電力補償システム。
4. 前記制御手段は、
   第１の前記蓄電器と前記電源、及び、前記第１の蓄電器と前記負荷との接続を選択的に行う第１のスイッチ部と、
   第２の前記蓄電器に対応して設けられ、前記第２の蓄電器と前記電源、及び、前記第２の蓄電器と前記負荷との接続を選択的に行う第２のスイッチ部とを有し、
   前記検出手段により検出される前記第１の蓄電器の電圧が第１の所定値まで低下した場合に、前記第１のスイッチ部は、前記第１の蓄電器と前記電源とを接続し、前記第２のスイッチ部は、前記第２の蓄電器と前記負荷とを接続し、
   前記検出手段により検出される前記第１の蓄電器の電圧が第２の所定値まで上昇した場合に、前記第１のスイッチ部は、前記第１の蓄電器と前記負荷とを接続し、前記第２のスイッチ部は、前記第２の蓄電器と前記電源とを接続することを特徴とする請求項１に記載の電力補償システム。
5. 前記第１及び第２のスイッチ部は、リレー回路であり、
   前記制御手段は、前記検出手段により検出された前記第１の蓄電器の電圧に応じて前記第１及び第２のスイッチ部を励磁させる励磁手段を有することを特徴とする請求項４に記載の電力補償システム。
   

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