JP2012512618A - 遠隔電力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１次巻線及び２次巻線の両者の巻線数を変更することができる電力調整器を提供する。
【解決手段】本発明によれば、電力入力線１８１と、電力入力線１８１に接続され、鉄心に巻かれた１次巻線と、該１次巻線と少なくとも一部が共用されている２次巻線と、１次巻線の所定の点に接続されて１次及び２次巻線の巻線数を特定する少なくとも１つのタップ１３２、１３３、１３４と、一端が対応するタップに接続され、他端が共通線１８３に接続された、１次及び２次巻線の両者の巻線数を変更するための少なくとも１つのスイッチング手段Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３と、１次巻線により励磁される２次巻線において発生する電力を出力する出力線１８２とを含み、いずれか１つのスイッチング手段を閉成することにより、１次巻線及び２次巻線の両者の巻線数が決定されるようにしたことを特徴とする電力調整器１３０が提供される。
【選択図】図２

Description

本発明は、電力調整器及び遠隔電力制御装置に関し、特に、遠隔で電力を制御する遠隔電力制御装置に関する。

通常、家庭用や産業用に供給される電源の場合、負荷量或いは外部環境の変化に影響される不安定な要素が多い。このような状況に対応して、安定した電力を負荷に供給するための方式が提案されており、通常は、所望の電圧に合うようにコイルを巻装するか、複数の出力タップを設けて多様な電圧を出力する。

例えば、１次巻線（通常、巻線数が固定されている）により励磁される２次巻線（通常、巻線数が固定されていない）に複数のタップ（ａ、ｂ、ｃなど）を設けることにより、様々なレベルの電圧を出力できるようにした方式が挙げられる。

この場合、２次巻線のそれぞれのタップが５Ｖずつ降圧するように設計されているとすれば、１次巻線に２２０Ｖの電圧を印加すると、第１タップ（ａ）から２００Ｖ、第２タップ（ｂ）から２０５Ｖ、第３タップ（ｃ）から２１０Ｖの電圧をそれぞれ出力端に出力することができる。即ち、バラツキが大きい離散的な出力電圧が選択的に出力される。従って、このような従来方式では、ユーザが所望する程度に精密かつ微細な電圧調整を提供することができない。

また、このような従来の方式によれば、屋外、高層建築物、危険な場所など、ユーザが近づき難い場所に電力制御装置を設置することが要求される状況では、安定して電力制御を行うことが困難である。更に、電力制御に異常が発生すれば、ユーザによる監視及び制御ができないという短所があった。

そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、１次巻線数及び２次巻線数の両者を変更して電圧を選択し、これを通じて遠隔での精密かつ微細な電力制御を可能にする遠隔制御装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、１次電源部の電圧及び電流などを監視する遠隔監視機能を利用して資料を収集し、この収集された資料に基づいて、設置場所に、より適した電力制御を可能にする遠隔制御装置を提供することにある。

更に、本発明の別の目的は、１次巻線数及び２次巻線数の両者を変更して、電圧が出力されるようにする精密かつ微細な、電圧を変換する電力調整器を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る電力調整器は、電力入力線と、一端に電力入力線が接続された１次巻線及び該１次巻線と少なくとも一部が共用されている２次巻線からなる、鉄心に巻かれた巻線と、１次巻線の所定の点に接続されて１次及び２次巻線の巻線数を特定する少なくとも１つのタップと、一端が対応するタップに接続され、他端が共通線に接続された、１次及び２次巻線の両者の巻線数を変更するための少なくとも１つのスイッチング手段と、２次巻線に接続され、１次巻線により励磁される２次巻線において発生する電力を出力するための出力線とを含み、いずれか１つのスイッチング手段を閉成することにより、１次及び２次巻線の両者の巻線数を決定するようにしたことを特徴とする。

電力調整器は、１次巻線の巻線数が２次巻線の巻線数よりも大きく、少なくとも１つのタップが１次巻線の下端から順に接続されている場合、閉成されるスイッチング手段に接続されたタップが１次巻線の下端に近いほど大きい電力を出力できる。

スイッチング手段は、トライアック（ＴＲＩＡＣ）及び半導体リレー（ＳＳＲ）の少なくとも一方を含むことができる。

そして、本発明に係る遠隔電力制御装置は、電力調整器と、電力調整器の電力入力線及び電力出力線の少なくとも一方に接続され、入力電力及び出力電力の少なくとも一方を検出するセンサ部と、センサ部から電力の検出値を受け取って既定値と比較し、該比較の結果を参照して電力調整器の出力電力を変更する制御部とを含むことを特徴とする。

センサ部は、電力入力線及び電力出力線の少なくとも一方に印加される電流又は電圧を検出することができる。

いずれか１つのスイッチング手段の状態を切り換えることにより、制御部が電力調整器の出力電力を変更することができる。

制御部は、センサ部からの電力検出値が既定値よりも大きければ出力電圧を下げ、既定値よりも小さければ出力電圧を上げることができる。

制御部は、電力出力線に接続される負荷の起動に必要な所定時間にわたって、電力調整器の出力電力を一定に維持することができる。

制御部は、電力調整器の出力電力が変更された後、所定時間にわたって、電力調整器の出力電力を変更された出力電力に一定に維持することができる。

遠隔電力制御装置は、センサ部により検出された入力電力又は出力電力に関する情報を外部に伝送しかつ電力調整器の出力電力の変更に関する情報を外部から受信する通信部を更に含むことができる。

遠隔電力制御装置は、ユーザの入力に基づいて電力調整器の出力電力を遠隔で制御する遠隔監視制御部を更に含むことができる。

遠隔電力制御装置は、通信部から送信された情報を表示する表示部を更に含むことができる。

本発明によれば、１次巻線数及び２次巻線数の両者を変更して電圧を選択し、これを通じて遠隔での精密かつ微細な電力制御を可能にする遠隔制御装置を提供できるという効果を奏する。

また、本発明の他の効果としては、１次電源部の電圧及び電流などを監視する遠隔監視機能を利用して資料を収集し、この収集された資料に基づいて、適用場所に、より適した電力制御を可能にする遠隔制御装置を提供できることが挙げられる。

更に、本発明の別の効果としては、１次巻線数及び２次巻線数の両者を変更して、電圧が出力されるようにする精密かつ微細な電圧を変換する電力調整器を提供できることが挙げられる。

本発明の一実施形態に係る遠隔で電力を制御するための遠隔電力制御装置の回路ブロック図である。 図１の電力調整部のみを拡大した回路図である。 図２の電力調整部において第１スイッチＳ１を閉成した場合の等価回路図である。 図２の電力調整部において第２スイッチＳ２を閉成した場合の等価回路図である。 図２の電力調整部において第３スイッチＳ３を閉成した場合の等価回路図である。 本発明の一実施形態によって、１次側電力を監視して遠隔で電力を制御する過程を示す順序図である。

以下、添付する図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る遠隔で電力を制御するための遠隔電力制御装置の回路ブロック図である。この回路ブロック図の遠隔電力制御装置は、電源部１００、センサ部１１０、制御部１２０、電力調整部１３０、第１送受信部１４０、第２送受信部１５０、遠隔監視制御部１６０、負荷１７０などを含んで構成されている。これらの構成要素を説明すれば、以下の通りである。

電源部１００は電力入力端であって、各構成要素、例えば、制御部１２０、電力調整部１３０などに電力を供給する。一般に、電源部１００は、電力線から入ってくる交流電源を用いる。一般に、配電変電所（２次変電所）から送られる電気は、変圧器を通じて配電用低圧に降圧されて、ビルや工場などへ配電され、或いは配電線路を通じて柱上変圧器への配電されるが、後者の場合、電気は、柱上変圧器で再び例えば約２２０〜３８０Ｖに降圧され、各家庭へと配電される。従って、本発明の電源部１００に供給される電力は、一般に用いられる常用電源であってよい。しかし、これは例示のためのものであって、本発明はこれに限定されるものではない。

センサ部１１０は、電源部１００と電力調整部１３０との間に位置し、電源部１００から電力調整部１３０側に流れる電流を検出する。即ち、センサ部には電流センサが備えられている。もちろん、電流を検出するのではなく、電圧センサ部１１１を設けて電圧を検出するようにしてもよい。従って、センサ部１１０は、電流又は電圧を検出するか、或いは電流及び電圧を同時に検出して、その検出値を制御部１２０に伝送する。

もちろん、本発明では、理解の便宜上、図面上で電力調整部１３０に入力される電力を検出することを説明したが、電力調整部１３０から出力される電力を検出するようにしてもよい。もちろん、この際にも、電流又は電圧を検出するか、或いは電流及び電圧を同時に検出することが可能である。

また、電力調整部１３０の出入力いずれも検出することができるセンサ部１１０を構成することも可能である。

制御部１２０は通常、マイクロプロセッサ及び複数のメモリ素子などで構成されている。従って、信号及びデータを処理し、これらを遠隔電力制御装置内の構成要素と交換する。そのために、データ及びプログラムなどが格納されており、遠隔電力の制御のためのアルゴリズムが実行される。

即ち、制御部１２０は、センサ部１１０から、検出された電流又は電圧に関するデータを受信して、このデータと既定のデータとを比較し、測定された電流又は電圧が既定値よりも高いか又は低い場合には電力調整部１３０に制御信号を伝送して電力を制御し、前記のような制御過程に関する情報を、第１送受信部１４０を通じて第２送受信部１５０に伝送する。このような電力調整過程については、図６に示す順序図を参照して後述する。

電力調整部１３０は、制御部１２０からコマンドを受け取り、電圧を昇圧又は降圧して負荷１７０側に安定した電力を供給する役割を果たす。もちろん、電力調整部１３０は、電源部１００から電力の供給を受けることができる。このように、昇圧又は降圧する過程を行うための回路図が図２に示されている。これについては、図２〜図５を参照して後述する。

また、図１の構成を説明すれば、遠隔制御のために、第１送受信部１４０、第２送受信部１５０、遠隔監視制御部１６０が含まれている。第１送信部１４０及び第２受信部１５０は、データ及び信号を送受信するために、有線ＬＡＮ又はＲＳ−４８５などの有線通信を利用することができ、ブルートゥース、無線ＬＡＮ、ワイブリー（wibree）、赤外線通信などの無線通信を利用することもできる。

従って、第１送受信部１４０は、制御部１２０から検出された電流又は電圧に関するデータを受け取り、これを第２送受信部１５０に伝送し、第２送受信部１５０からは、遠隔監視制御部１６０から送信されたユーザ設定値又は変更値などの情報を受信する。

遠隔監視制御部１６０は、制御部１２０から送られてきた情報に基づいて、電力制御が安定的に行われているかに関する情報を、ユーザにリアルタイムで提供する役割を果たす。そのために、遠隔監視制御部１６０にもマイクロプロセッサ及びメモリなどが備えられており、データ及びプログラムが格納されていて、これを通じて遠隔監視アルゴリズムが実行される。

また、ユーザの便宜上、表示装置を取り付けることができる。もちろん、伝送されたデータに基づいて変更できるように、入力装置を備えてもよい。これと共に、遠隔監視制御部１６０には第２送受信部１５０が備えられており、第２送受信部１５０は、データ及び信号などの情報を第１送受信部１４０と送受信する。

図２は、図１の遠隔電力制御装置で電力を調整するための電力調整部のみを拡大した回路図である。電力調整部には、巻線１３１、第１タップ１３２、第２タップ１３３、第３タップ１３４、第１スイッチ１３６、第２スイッチ１３７、第３スイッチ１３８などが含まれている。もちろん、これ以外にも、巻線１３１に接続された入力線１８１、出力線１８２、共通線１８３があるが、これらの構成要素は既知であるので、これ以上の説明は省略する。

以下では、このような電力調整部の動作を説明する。オートトランス（単巻変圧器）の場合、巻線は通常１つの鉄心に巻かれており、１次巻線上の所定の点にタップを設けることにより、所定長さを有する２次巻線が形成される。

従って、本発明の場合、１次巻線数及び２次巻線数の両者を変更できるようにするために、第１タップ１３２、第２タップ１３３、第３タップ１３４は、１次巻線の互いに異なる所定の点にそれぞれ接続され、これらの各タップに対応して、第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２、第３スイッチＳ３が接続され、これらのスイッチは共通線１８３に接続されている。もちろん、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３は、スイッチング動作ができるように、例えばリレー、ＴＲＩＡＣ、ＳＣＲ、ＩＣのような回路などによって実現されてもよい。

以下では、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３が共通線１８３に接続される場合の等価回路図について説明する。まず、第１スイッチＳ１が閉成された場合の例が図３に示されている。即ち、第１タップ１３２に接続された第１スイッチＳ１が閉成されると、第１タップ１３２が共通線１８３に接続され、これにより、１次巻線数Ｎ１及び２次巻線数Ｎ２が生成される。

もちろん、この場合、１次巻線数Ｎ１にかかる電圧はＶ１であり、２次巻線数Ｎ２にかかる電圧は、Ｖ２＝Ｖ１＊Ｎ２／Ｎ１である。即ち、１次巻線数Ｎ１に比例して２次巻線数Ｎ２が構成され、１次巻線数Ｎ１により２次巻線数Ｎ２が励磁されて、出力電圧Ｖ２が生成される。

次に、図４を参照して説明すれば、以下の通りである。もちろん、図４は、図２の電力調整部で第２スイッチＳ２を閉成した場合の等価回路図である。即ち、第２タップ１３３に接続された第２スイッチＳ２が閉成されると、第２タップ１３３が共通線１８３に接続され、これにより、１次巻線数Ｎ３及び２次巻線数Ｎ４が生成される。

もちろん、この場合、１次巻線数Ｎ３にかかる電圧はＶ１であり、２次巻線数Ｎ４にかかる電圧は、Ｖ２＝Ｖ１*Ｎ４／Ｎ３である。

ここで、Ｖ１及びＶ２は、第１スイッチＳ１が閉成された場合に第１タップ１３２にかかる電圧とは異なる。図のように、巻線数の長さがそれぞれ異なるので、これに入力される電圧も異なり、出力される電圧も異なる。もちろん、以下で説明する第３スイッチＳ３及び第３タップ１３２の場合にも、入力電圧、出力電圧はいずれも異なる。

従って、１次巻線数Ｎ３に比例して２次巻線数Ｎ４が構成され、１次巻線数Ｎ３により２次巻線数Ｎ４が励磁されて、出力電圧Ｖ２が生成される。これを説明する図面が図４に示されている。

最後に、図５を参照して説明すれば、以下の通りである。図５は、図２の電力調整部で第３スイッチＳ３を閉成した場合の等価回路図である。即ち、第３タップ１３４に接続された第３スイッチＳ３が閉成されると、第３タップ１３４が共通線１８３に接続され、従って、１次巻線数Ｎ５及び２次巻線数Ｎ６が生成される。

もちろん、この場合、１次巻線数Ｎ５にかかる電圧はＶ１であり、２次巻線数Ｎ６にかかる電圧は、Ｖ２＝Ｖ１＊Ｎ６／Ｎ５である。

図２及び図３〜図５を参照して更に説明すれば、各巻線数の分割比率は１：７：１：１であり、各スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３が閉成されるときの巻線数の比は、以下の通りである。
１）第１スイッチＳ１閉：１次巻線数に対する２次巻線数の比＝Ｎ２／Ｎ１
２）第２スイッチＳ２閉：１次巻線数に対する２次巻線数の比＝Ｎ４／Ｎ３
３）第３スイッチＳ３閉：１次巻線数に対する２次巻線数の比＝Ｎ６／Ｎ５

従って、Ｎ２／Ｎ１：Ｎ４／Ｎ３：Ｎ６／Ｎ５は、順に９／１０：８／９：７／８＝０．９：０．８８：０．８７となる。従って、以下の通り表現され得る。Ｎ２／Ｎ１＞Ｎ４／Ｎ３＞Ｎ６／Ｎ５。

２次電圧は、下式の通りである。

即ち、第１スイッチＳ１が閉成された際に最大の電力（即ち、電圧又は電力；本明細書では混用されている）が２次巻線に伝送され、第２スイッチＳ２が閉成された際に、より小さな電力が２次巻線に伝送され、第３スイッチＳ３が閉成された際に最小の電力が２次巻線に伝送される。

従って、従来の電力調整器で２次巻線数のみを変更するのとは異なり、本発明は１次巻線数及び２次巻線数が共に変更されるので、より精密な電力調整が可能である。即ち、上記で説明した通り、巻線数比が０．８８、０．８７のように精密かつ微細になる。これとは異なり、従来の技術方式による場合には、上記と同一の１次巻線数の比率で上記の２次電圧の比率に合う製品を作りたいとき、２次巻線数を正確に巻装しなければならない。例えば、０．８８の比率を得るためには、１次巻線数１０に対して２次巻線数が８．８に相当するように２次巻線を巻装しなければならないが、これは製作が困難であり、過度に細かい作業が要求される。

本発明は、３つのタップ及びこれらに接続された３つのスイッチにより構成されているが、これは本発明の理解を促すためのものであって、これより多くのタップ及びスイッチにより構成することも可能である。

次に、このような電力を変更する過程を、図６及び図１を参照して説明する。図６は、本発明の一実施形態に従い、１次側電力を監視して遠隔で電力を制御する過程を示す順序図である。

身の回りには、例えばモータを用いた負荷或いはランプなど、初期起動（始動）時に必要な電力条件と初期起動完了後に必要な電力条件とが異なる製品があり得る。従って、初期化過程（ステップＳ６００）があり、その後、図１の制御部１２０は、負荷を安定させるために一定時間に定格電力、即ち、図１の電源部１００から出力される電力を、一定時間（第１の一定時間と呼ぶ）にわたって維持することになる（ステップＳ６１０）。

第１の一定時間が維持された後、図１の制御部１２０は、検出された入力電力が定格電力よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ６２０）。

判断の結果、入力電力が定格電力よりも大きければ、制御部１２０は、出力電力を下げる制御信号を電力調整部１３０に伝送して出力電力を変更させ（ステップＳ６２１）、この変更電力を一定時間（第２の一定時間と呼ぶ）にわたって維持する（ステップＳ６２２）。その後、再びステップＳ６２０が繰り返される。

そうではなく、ステップＳ６２０で、判断の結果、入力電力が定格電力よりも大きくなければ、制御部１２０は、入力電力が定格電力よりも小さいか否かを判断する（ステップＳ６３０）。

判断の結果、入力電力が定格電力よりも小さければ、制御部１２０は、出力電力を上げる制御信号を電力調整部１３０に伝送して出力電力を変更させ（ステップＳ６３１）、この上昇変更された電力を第２の一定時間維持する（ステップＳ６２２）。その後、再びステップＳ６２０が繰り返される。

そうではなく、ステップＳ６３０で、判断の結果、入力電力が定格電力よりも小さくなければ、この入力電力を出力電力に一定時間（第３の一定時間と呼ぶ）にわたって維持する（ステップＳ６４０）。即ち、入力電力を変更せず、出力電力で負荷１７０に印加するようになる。

前記制御過程について、図１の電源部１００から電力調整部１３０への入力電力を検出する場合を例に挙げて説明したが、本発明は、前述したように、出力電力を検出して電力を制御することも可能である。

理解を促すために、図６で記述された制御過程について更に説明すれば、初期起動時に必要な一定時間は、定格電力を供給して、起動に無理にならないように電力を伝送し、起動が完了した後は、正常動作に必要な負荷条件に合うように電力を伝送できるように、電力を上げ下げすることで、負荷が円滑に動作し、適用場所に合うように運転されるようにする。

また、遠隔検針を通じて得た資料に基づいて、初期条件及び電力変換のための条件及び判断を臨機応変に変えることができる。

以上、添付の図面を参照して本発明の好適な一実施形態を説明したが、本発明の範囲は、このような実施形態に限定されず、数多くの変形形態が可能であることは、当業者であれば理解できるであろう。従って、本発明の範囲は、添付の請求請求の範囲及びその均等物により画定されるべきである。

１００ 電源部
１１０ センサ部
１２０ 制御部
１３０ 電力調整部
１３１ 巻線
１３２ 第１タップ
１３３ 第２タップ
１３４ 第３タップ
Ｓ１ 第１スイッチ
Ｓ２ 第２スイッチ
Ｓ３ 第３スイッチ
１４０ 第１送受信部
１５０ 第２送受信部
１６０ 遠隔監視制御部
１７０ 負荷

Claims (12)

1. 電力調整器であって、
   電力入力線と、
   一端に前記電力入力線が接続された１次巻線及び該１次巻線と少なくとも一部が共用されている２次巻線からなる、鉄心に巻かれた巻線と、
   前記１次巻線の所定の点に接続されて前記１次及び２次巻線の巻線数を特定する少なくとも１つのタップと、
   一端が対応する前記タップに接続され、他端が共通線に接続された、前記１次及び２次巻線の両者の巻線数を変更するための少なくとも１つのスイッチング手段と、
   前記２次巻線に接続され、前記１次巻線により励磁される前記２次巻線において発生する電力を出力するための出力線とを含み、
   いずれか１つの前記スイッチング手段を閉成することにより、前記１次及び２次巻線の両者の巻線数を決定するようにしたことを特徴とする電力調整器。
2. 前記１次巻線の巻線数が前記２次巻線の巻線数よりも大きく、前記少なくとも１つのタップが１次巻線の下端から順に接続されている場合、閉成されるスイッチング手段に接続されたタップが１次巻線の下端に近いほど大きい電力を出力できるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電力調整器。
3. 前記スイッチング手段が、トライアック（ＴＲＩＡＣ）及び半導体リレー（ＳＳＲ）の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１に記載の電力調整器。
4. 請求項１に記載の電力調整器と、
   前記電力調整器の電力入力線及び電力出力線の少なくとも一方に接続され、入力電力及び出力電力の少なくとも一方を検出するセンサ部と、
   前記センサ部から電力の検出値を受け取って既定値と比較し、該比較の結果を参照して前記電力調整器の出力電力を変更する制御部とを含むことを特徴とする遠隔電力制御装置。
5. 前記センサ部が、前記電力入力線及び前記電力出力線の少なくとも一方に印加される電流又は電圧を検出することを特徴とする請求項４に記載の遠隔電力制御装置。
6. いずれか１つの前記スイッチング手段の状態を切り換えることにより、前記制御部が前記電力調整器の出力電力を変更するようにしたことを特徴とする請求項４に記載の遠隔電力制御装置。
7. 前記制御部が、前記センサ部からの前記電力検出値が既定値よりも大きければ前記出力電圧を下げ、既定値よりも小さければ前記出力電圧を上げるようにしたことを特徴とする請求項４に記載の遠隔電力制御装置。
8. 前記制御部が、前記電力出力線に接続される負荷の起動に必要な所定時間にわたって、前記電力調整器の前記出力電力を一定に維持するようにしたことを特徴とする請求項４に記載の遠隔電力制御装置。
9. 前記制御部が、前記電力調整器の前記出力電力が変更された後、所定時間にわたって、前記電力調整器の出力電力を前記変更された出力電力に一定に維持するようにしたことを特徴とする請求項４に記載の遠隔電力制御装置。
10. 前記センサ部により検出された前記入力電力又は前記出力電力に関する情報を外部に伝送しかつ前記電力調整器の前記出力電力の変更に関する情報を外部から受信する通信部を更に含むことを特徴とする請求項４に記載の遠隔電力制御装置。
11. ユーザの入力に基づいて前記電力調整器の前記出力電力を遠隔で制御する遠隔監視制御部を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の遠隔電力制御装置。
12. 前記通信部から送信された情報を表示する表示部を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の遠隔電力制御装置。

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