JP2014039387A

JP2014039387A - 電気機器待機電力最小化制御ユニットおよび制御システム

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Publication number: JP2014039387A
Application number: JP2012179964A
Authority: JP
Inventors: Shingo Kobayashi; 信郷小林; Masashi Mitani; 正志三谷; Hiroaki Takenobu; 弘明竹信; Satoyuki Seki; 関　　智行; Masahiro Shibusawa; 真弘渋沢; Takao Kojima; 孝男小島
Original assignee: Taisei Corp; Toko Electric Corp
Current assignee: Taisei Corp; Takaoka Toko Co Ltd
Priority date: 2012-08-14
Filing date: 2012-08-14
Publication date: 2014-02-27

Abstract

【課題】電気機器１台毎に主電源をON/OFF制御可能で、未使用時の待機電力を最小化して極限の省エネを実現することができる制御ユニットを提供し、ごく普通の汎用性のある一般的な電気機器により簡素なシステムを提供すること。
【解決手段】電気機器1台毎の主電源を制御する主電源制御スイッチと、当該制御ユニットのアドレスを記憶するCPUと、コントローラと無線または有線にて接続される通信手段と、CPU、通信手段および前記主電源制御スイッチに電源を供給する電源供給回路と、から構成され、主電源制御スイッチが電気機器1台毎の主電源をOFF制御した場合でも、CPUおよび通信手段が常時駆動されるよう、主電源制御スイッチは電源供給回路の２次側に配設された電気機器待機電力最小化制御ユニットとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気機器１台毎の主電源を制御することが可能なスイッチ機能を具備した制御ユニットに関し、より詳しくは、各電気機器の主電源をOFF制御した場合でも、CPUおよび通信機能が常時駆動するよう、主電源制御スイッチを制御ユニット内部機能への電源供給回路の２次側に設置して、電気機器を1台単位で主電源制御することにより待機電力を最小化することが可能な制御ユニットに関する。

従来、オフィスや学校などの広い空間における電気機器のON/OFF制御では、複数の機器を群管理するシステムが一般的であり制御範囲が広くなる傾向にある。このためこのシステムは、複数の電気機器を不必要に駆動する場合が多く、駆動不要の電気機器まで不必要に駆動することとなり、これが無駄なエネルギーの消費につながっていた。

この無駄なエネルギーの消費を抑えるため、例えば照明器具の分野では、図５に示される、照明器具毎にその内部にCPUを設置してアドレスを割り振り、親機となるコントローラにより照明器具を1灯単位で制御する高機能な照明制御システムが提案されている。
この照明制御システムの照明器具主電源の制御は、別途リレーを用意して、照明器具複数台のグループ単位で制御するものであり、照明器具毎の点灯、消灯はできず、個々の照明器具を消灯制御する際には調光制御により行っている。
この調光制御は、安定器に電源供給を継続する必要性があるため、その待機電力などの無駄なエネルギーを消費するという課題を有している。

上記した高機能な照明制御システムより以前の照明制御技術によれば、照明器具の点灯／消灯制御を行う場合、壁などに設置されたスイッチや、天井内や制御盤内に設置されたリレーにより、照明器具複数台をグループ化した系統毎に制御することが一般的である。
このため、系統内で使用中の照明器具が1灯でも存在した場合は、点灯の必要のない他の照明器具も点灯することになり、大きなエネルギーの無駄な消費が生じることになる。

かかる状況の下、図６に示される、照明器具を駆動する安定器と、この安定器へ調光信号を出力し、前記安定器の制御を行う照明コントローラと、この照明コントローラおよび伝送線に接続され、前記安定器の動作状態を含み前記照明コントローラ内の状態を伝達する第１の通信手段と、前記伝送線に接続された第２の通信手段と、この第２の通信手段により前記第１の通信手段からの前記照明コントローラ内の状態を受信し、前記安定器の電源を開閉制御する第１のブレーカ端末と、を備えた照明制御システムが提案された（特許文献１）。

しかしながら、このシステムは、複数の照明器具のうち何れか１台でも点灯させる場合には、安定器すべてに対し電源を供給する必要があり、照明コントローラすべてがOFFにならない限り、それぞれの安定器への電源の供給を停止できないため、安定器の待機電力の節減には限度があり省エネは十分なものとならない。

一方、空気調和機の分野においては、図７に示される、室内ユニットと室外ユニットとをつなぐ電源ラインに流れる交流電流を検出する電流検出器と、この電流検出器の検出する電流値が予め定めた基準値を上回った際に回路の連通動作を成す常開スイッチと、この常開スイッチの閉成により電源回路が室外側マイコンの作動を開始させるように構成し、室内側ユニットの電動機（ファン用）の駆動に伴って室外側マイコンを作動させるように構成して、室外側マイコンの待機電力を節減する空気調和機が提案されている。（特許文献２）

しかしながら、この空気調和機は、実際には電流検出器に常に電力を供給する必要があり、また、単独の空気調和機を制御するものであって、複数の空気調和機を統合して制御する空気調和システムを構築する要素技術となるものではない。併せて、複数の空気調和機を統合して制御する自動制御システムの装置に対しても常に待機電力を供給する必要がある。

特開２０００−２８６０６４号公報特開２０１０−２４３０５９号公報

本発明は、上述した種々の課題を解決するために創作されたもので、照明器具、空気調和機等の待機電力を消費する各種電気機器を、１台毎主電源をON/OFF制御可能で、未使用時の待機電力を最小化して極限の省エネを実現することができる制御ユニットを提供することを目的とし、さらに、ごく普通の汎用性のある一般的な電気機器により簡素なシステムを構成することを可能とし、設備リニューアルにおいては既存機器を有効活用して容易かつ安価に施工可能とすることを目的としている。

請求項１に係る発明は、電気機器1台毎の主電源を制御する主電源制御スイッチと、当該制御ユニットのアドレスを記憶するCPUと、コントローラと無線または有線にて接続される通信手段と、前記CPU、前記通信手段および前記主電源制御スイッチに電源を供給する電源供給回路と、から構成された電気機器待機電力最小化制御ユニットであって、前記主電源制御スイッチが前記電気機器1台毎の主電源をOFF制御した場合でも、前記CPUおよび前記通信手段が常時駆動されるよう、前記主電源制御スイッチは前記電源供給回路の２次側に配設された電気機器待機電力最小化制御ユニットに構成した。

請求項２に係る発明は、照明器具1灯毎の主電源を制御する主電源制御スイッチと、当該制御ユニットのアドレスを記憶するCPUと、コントローラと無線または有線にて接続される通信手段と、前記CPU、前記通信手段および前記主電源制御スイッチに電源を供給する電源供給回路と、から構成された照明器具待機電力最小化制御ユニットであって、前記主電源制御スイッチが前記照明器具1灯毎の主電源をOFF制御した場合でも、前記CPUおよび前記通信手段が常時駆動されるよう、前記主電源制御スイッチは前記電源供給回路の２次側に配設された照明器具待機電力最小化制御ユニットとした。

請求項３に係る発明は、請求項２に係る照明器具待機電力最小化制御ユニットにおいて、モジュール化された調光制御回路、色温度制御回路、消費電力計測回路、初期照度補正回路、各種センサとのI/F回路のうち少なくとも１つが、用途により選択されて装備されていることを特徴としている。

請求項４に係る発明は、各空調機器の主電源を制御する主電源制御スイッチと、当該制御ユニットのアドレスを記憶するCPUと、コントローラと無線または有線にて接続される通信手段と、前記CPU、前記通信手段および前記主電源制御スイッチに電源を供給する電源供給回路と、から構成された空調機器待機電力最小化制御ユニットであって、前記主電源制御スイッチが空調機器の主電源をOFF制御した場合でも、前記CPUおよび前記通信手段が常時駆動されるよう、前記主電源制御スイッチは前記電源供給回路の２次側に配設された空調機器待機電力最小化制御ユニットとした。
なお、本明細書において空調機器とは、空調機器本体の駆動系の機器要素であれ、空調機器本体とは別体の制御系の機器要素であれ、運転を維持するために待機電力を供給する必要のある機器要素のいずれをも包含する概念である。

請求項５に係る発明は、待機電力を消費する複数台の電気機器と、前記複数台の電気機器の運転を制御する１台のコントローラと、前記電気機器1台毎の主電源を制御する主電源制御スイッチ、当該制御ユニットのアドレスを記憶するCPU、通信手段、前記CPU、前記通信手段および前記主電源制御スイッチに電源を供給する電源供給回路を具備して、前記電気機器1台毎に実装された制御ユニットと、から構成されたサブシステムが少なくとも１つ備えられた電気機器待機電力最小化システムであって、前記制御ユニットは、前記主電源制御スイッチが前記電気機器1台毎の主電源をOFF制御した場合でも、前記CPUおよび前記通信手段が常時駆動されるよう、前記主電源制御スイッチは前記電源供給回路の２次側に配設され、前記制御ユニットの通信手段は、前記コントローラと無線または有線にて接続された待機電力最小化制御システムとした。

請求項１に係る発明によれば、照明器具、空調機器等の待機電力を消費する各種電気機器を、１台毎主電源をON/OFF制御可能で、未使用時の待機電力を最小化して極限の省エネを実現することができる制御ユニットを提供することができる。

請求項２に係る発明によれば、照明器具を消灯したとき、安定器に対する電源供給を不要として待機電力を最小化して極限の省エネを実現することができる。

請求項３に係る発明によれば、調光制御回路、色温度制御回路、消費電力計測回路、初期照度補正回路、各種センサとのI/F回路がモジュール化されているので、用途によって適宜のモジュールを選択して制御ユニットに実装することができ、簡易・安価に制御ユニットを製造することができる。

請求項４に係る発明によれば、各空調機器に対する待機電力を節減することが可能となり、省エネに大きく貢献することができる。

請求項５に係る発明によれば、ごく普通の汎用性のある一般的な電気機器に単に待機電力最小化制御ユニットを付加的に設ける簡素なシステムを構築して、運転を停止する電気機器については、待機電力をほとんど消費しない安価なシステムとすることができ、設備リニューアルを既存設備を有効活用して容易かつ安価に施工することができる。

本発明の電気機器の待機電力最小化制御ユニットの構成図である。本発明の照明器具の待機電力最小化制御システムの構成図である。本発明の照明器具の拡張機能を有する待機電力最小化制御ユニットの構成図である。本発明の拡張機能を含めた電気機器の待機電力最小化制御システムの構成図である。従来の照明制御システム（１）の構成例を示す図である。従来の照明制御システム（２）の構成例を示す図である。従来の空調制御システムの構成例を示す図である。

≪待機電力最小化制御ユニット（主機能）≫
図１を参照して、制御ユニットの主機能について説明する。
制御ユニットは、主電源制御スイッチとCPUと通信手段と電源供給回路とから構成され、各電気機器に対応して機器の外部または内部に実装される。
主電源制御スイッチは、電気機器1台毎の主電源をON/OFF制御するとともに各電気機器に電源を供給する。
CPUは、制御ユニット自身のアドレスを記憶しており、コントローラに無線または有線にて接続された通信手段を介してコントローラから出力される制御ユニットのアドレス信号とON/OFF信号に基づいて該当する電気機器のON/OFF制御を実行する。
電源供給回路は、CPU、通信手段および主電源制御スイッチに電源を供給するものであるが、主電源制御スイッチを電源供給回路の２次側に配置している。

この制御ユニットが、例えば一般的な照明器具の外部か内部のいずれかに各照明器具に対応して１つずつ実装され、複数の照明器具の制御ユニットが１つのコントローラに接続された照明制御システムが構築された場合、コントローラが特定の照明器具を消灯する信号を出力したときは、対応する電気機器の主電源制御スイッチがOFF制御されて、一般的には常時供給される安定器に対する電源供給が停止される一方、主電源制御スイッチが電源供給回路の２次側に設置することにより、当該電気機器の主電源をOFF制御した場合でもCPUと通信手段は常時駆動されるようにしてある。

特定の照明器具の安定器に対する供給を含む電源供給を停止して消灯した場合でも、CPUと通信手段は常時駆動されているから、コントローラとの信号のやり取りや照明器具の特定には支障が生じない。
このように、この制御ユニットは、照明器具等の電気機器の待機電力を最小化して徹底した省エネを達成することができるのである。

オフィスや学校などの広い空間における照明制御システムにおいて、照明器具１つ毎に本発明の制御ユニット１つを組み込む。
そして、この制御ユニットに電力供給するとともに、親機であるコントローラと無線または有線によって通信可能に接続することにより、CPUと通信手段に対する通電を維持したままで、安定器に電力供給する主電源をON/OFF制御して、照明器具の待機電力を最小化する電気機器待機電力最小化制御システムを構築する。

≪待機電力最小化制御システム（主機能）≫
この電気機器待機電力最小化制御システムは、例えば照明制御システムの分野では、従来行われている照明器具の系統（グループ）毎の主電源制御や、照明器具1灯単位での調光制御における照明器具の0%調光制御時、すなわち調光制御による消灯時、におけるエネルギーの無駄な消費を、照明器具外部あるいは内部に実装した制御ユニットによって照明器具１灯毎の主電源をON/OFF制御することにより、極限まで削減することができるものである。

また本発明の電気機器待機電力最小化制御システムは、既存の照明器具や空調機器等の電気機器に外付けあるいは内装してコントローラと通信可能に接続するだけで構築することが可能であるから、既存の電気機器の種類を問わず適用可能である。
このため、汎用性が極めて高く特に既存設備のリニューアルでは、既存の電気機器をそのまま使用することも可能であり、リニューアルコストを大幅に削減することができることから、システムの幅広い普及が見込まれる。

この制御ユニットを具備した照明器具の待機電力最小化システムの構成例について、図２を参照して説明する。
照明器具は、新設・既設を問わず、また、待機電力を消費するものであればいかなる種類のものであってもよい。
電源制御機能を具備する制御ユニットは、各照明器具に内装されていてもよいが、本例では各照明器具に外付けされている。
この制御ユニットは、親機となるコントローラと共通の電力線から電力の供給を受けており、無線あるいは有線により上位機器であるコントローラと通信可能に接続されている。

コントローラは、制御対象である制御ユニット（子機）と無線または有線にて接続され制御情報もしくは状態情報を伝送する通信手段と、制御対象の複数台の制御ユニットを管理し、また接続された各種センサなどの状態情報を集約して制御情報として演算するCPUと、当該システム外の監視制御設備、例えばBEMSや中央監視設備との通信をおこなうI/F部と、これら各機器要素に電源を供給する電源部と、から構成されていて、CPUは、各制御ユニットに対応するアドレスを記憶している。
このアドレスは、コントローラの群管理用の系統別のグループに区分されて設定されており、コントローラは、この区分設定を変更可能に構成されている。
また、コントローラは、制御対象とする照明器具の台数自体を増減可能に構成されている。
このため、オフィス等のレイアウト変更にも柔軟かつ迅速に対応可能である。

なお、図２に示されたシステムは、例示的に群管理用の１つの系統を示していて、実際にはこのコントローラ（親機）には図示を省略する他の系統が接続されているものであり、本発明の実質的な１つのサブシステムを構成している。
そして、本発明の電気機器待機電力最小化システムは、少なくとも１つのサブシステムを具備するものであり、通常複数のサブシステムを具備しているものである。

コントローラが、照明器具をアドレスにより特定して消灯する信号を出力したときは、対応する照明器具のCPUは通信回路を介して信号を受信して、主電源制御スイッチをOFF制御して、点灯時供給していた安定器に対する電源供給を停止する。
コントローラは、制御ユニットにこの処理を実行させることにより、照明器具を1灯単位でのON/OFF制御を実現するものである。

照明器具の安定器に対する電源供給が停止されたとしても、主電源制御スイッチが電源供給回路の２次側に設置されていることから、当該照明器具のCPUと通信手段は常時駆動するようにされている。

このように、照明消灯時においては、制御ユニットはCPUや通信部など必要最低限の機能のみで運用することから、照明器具1灯単位での主電源制御を行って、照明器具安定器の待機電力を節減して、待機電力の最小化を行うものである。

この制御ユニットは、新設・既設を問わず、また、待機電力を消費するものであればいかなる種類の照明器具にも適用可能であり、設備リニューアル時に既存の照明器具をそのまま使用して後付けすればよいから、極めて汎用性が高くリニューアルのための設備投資額を著しく小さくすることができる。

以上の構成例の説明は、制御ユニットを照明器具に適用した実施態様についてのものであるが、この制御ユニットは、待機電力を消費する空調機器等の他の電気機器に適用した実施態様とすることもできる。
なお、この構成例については、照明器具に適用した制御システムと重複するので説明を割愛する。

≪拡張機能を備えた制御ユニットと制御システム≫
次いで、制御ユニットの拡張機能について、図３．４を参照して説明する。
この拡張機能を具備する制御ユニットは、上記した主機能を有する制御ユニットの機能に加えて、消費電力計測機能および電源供給を含む各種センサとのインターフェイス機能を有しており、照明器具固有の機能として、初期照度補正機能、色温度制御機能および調光制御機能を有するものである。

これら各機能はモジュール化されており、制御ユニットは、用途に応じて必要な機能を選択的に組み合わせて実装可能に構成されている。

照明器具の調光制御機能は、PWM、DALIなど各種制御通信仕様に対応させることにより、例えば、徐々に増光しあるいは徐々に減光する増光／減光の傾き制御、人検知センサで人の通り抜けを検知したときにすぐに点灯あるいは増光せずに一定時間現状を維持する（制御を待機する）マスク制御や人検知センサでの滞在情報を取得後初期は照度変化を人が気付かない小さな変化率で徐々に増光し一定時間後速やかに適正照度で点灯する通り抜け制御（傾き二段制御）などを実行することが可能である。

照明器具の色温度制御機能は、照明器具の色温度を調整することにより、照明器具の色温度制御を行うことができる。

また、照明器具の消費電力計測機能は、照明器具1灯毎の消費電力データを上位機器であるコントローラに送信することによって、例えばBEMSなどのエネルギー管理システムへ情報提供して、エネルギー使用の最小単位レベルでの電力消費動向を掌握することができ、消費電力情報を極限まで細分化し、より効率的な省エネ対策・制御に役立てることができる。

さらに、照明器具の初期照度補正機能は、供用開始時の照度過剰を抑制して適正化し、所定時間経過毎に照度を少しずつUPして、照明器具の使用期間を通じての照度を一定に保つ機能である。

さらにまた、各種センサとのI/F機能は、これら各種センサに対する電源供給機能と通信機能を併せ持つものであり、明るさ／人検知などの各種センサを接続可能な機能である。明るさセンサや人検知センサを組み合わせた各種制御により，さらに大きな省エネ効果を期待することができる。

なお、図４に示されている空調機器コントローラに接続された制御ユニットは、図１に示された主機能のみを備えた制御ユニットであり、空調機器に対する電源供給を停止して空調機器全体の待機電力を最小化している。

また、図４に示されたシステムは、図２に示されたものと同様に、このコントローラ（親機）には図示を省略する他の系統が接続され、本発明の実質的な１つのサブシステムを構成するものである。
そして、本発明の電気機器待機電力最小化システムは、少なくともこのサブシステムを１つ具備しており、通常複数のサブシステムを具備しているものである。

Claims

電気機器1台毎の主電源を制御する主電源制御スイッチと、当該制御ユニットのアドレスを記憶するCPUと、コントローラと無線または有線にて接続される通信手段と、前記CPU、前記通信手段および前記主電源制御スイッチに電源を供給する電源供給回路と、から構成された電気機器待機電力最小化制御ユニットであって、
前記主電源制御スイッチが前記電気機器1台毎の主電源をOFF制御した場合でも、前記CPUおよび前記通信手段が常時駆動されるよう、前記主電源制御スイッチは前記電源供給回路の２次側に配設された電気機器待機電力最小化制御ユニット。
照明器具1灯毎の主電源を制御する主電源制御スイッチと、当該制御ユニットのアドレスを記憶するCPUと、コントローラと無線または有線にて接続される通信手段と、前記CPU、前記通信手段および前記主電源制御スイッチに電源を供給する電源供給回路と、から構成された照明器具待機電力最小化制御ユニットであって、
前記主電源制御スイッチが前記照明器具1灯毎の主電源をOFF制御した場合でも、前記CPUおよび前記通信手段が常時駆動されるよう、前記主電源制御スイッチは前記電源供給回路の２次側に配設された照明器具待機電力最小化制御ユニット。
モジュール化された調光制御回路、色温度制御回路、消費電力計測回路、初期照度補正回路、各種センサとのI/F回路のうち少なくとも１つが、用途により選択されて装備されていることを特徴とする請求項２の１に記載された照明器具待機電力最小化制御ユニット。
各空調機器の主電源を制御する主電源制御スイッチと、当該制御ユニットのアドレスを記憶するCPUと、コントローラと無線または有線にて接続される通信手段と、前記CPU、前記通信手段および前記主電源制御スイッチに電源を供給する電源供給回路と、から構成された空調機器待機電力最小化制御ユニットであって、
前記主電源制御スイッチが前記空調機器１台毎の主電源をOFF制御した場合でも、前記CPUおよび前記通信手段が常時駆動されるよう、前記主電源制御スイッチは前記電源供給回路の２次側に配設された空調機器待機電力最小化制御ユニット。
待機電力を消費する複数台の電気機器と、
前記複数台の電気機器の運転を制御する１台のコントローラと、
前記電気機器1台毎の主電源を制御する主電源制御スイッチ、当該制御ユニットのアドレスを記憶するCPU、通信手段、前記CPU、前記通信手段および前記主電源制御スイッチに電源を供給する電源供給回路を具備して、前記電気機器1台毎に実装された制御ユニットと、
から構成されたサブシステムが少なくとも１つ備えられた電気機器待機電力最小化システムであって、
前記制御ユニットは、前記主電源制御スイッチが前記電気機器1台毎の主電源をOFF制御した場合でも、前記CPUおよび前記通信手段が常時駆動されるよう、前記主電源制御スイッチは前記電源供給回路の２次側に配設され、
前記制御ユニットの通信手段は、前記コントローラと無線または有線にて接続された待機電力最小化制御システム。