JP5617103B2 - 直流配電システム - Google Patents

Description

本出願は、配電システム、特に、直流（「ＤＣ」）配電システムに関する。

この出願は、２００８年４月４日に提出された米国仮出願第６１／０４２，４４９号についての優先権を要求する。

住宅向きのビルディングのようなビルディング用電気系統は交流（「ＡＣ」）および交流負荷用に設計されている。

しかしながら、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）のようないくつかの負荷は、動作のために直流を必要とする場合がある。既存のＬＥＤを点灯する解決策は、ＬＥＤランプに電力を供給すべく交流を直流に変換するために、ＬＥＤランプにおいて相当な量のエレクトロニクスを組み込んだ。他の直流負荷は、交流−直流変換を行なう電気取出口に差し込まれたＡＣアダプタを必要とする。

１つの限定しない実施形態による直流電源システムは、少なくとも１つの環境の全体にわたって直流電圧を分配するのに使用可能な直流電源、および選択的に環境発電スイッチからのワイヤレス信号に応じて直流電圧に直流負荷を連結するのに使用可能な少なくとも１つのコントローラを含む。

１つの限定しない実施形態による直流照明システムは、少なくとも１つの環境の全体にわたって直流電圧を分配するのに使用可能な直流電源、および選択的に制御信号に応じて直流電圧に直流の照明電源を連結するのに使用可能な少なくとも１つのコントローラを含む。

環境において電力を制御する方法は、交流電圧を第１の直流電圧に変換し、環境において直流電圧を分配し、第１の直流電圧を第２の直流電圧に変換し、選択的に制御信号に応じて第２の直流電圧に直流負荷を連結することを含む。

これらおよび本発明の他の特徴は、以下の明細書および図面、その簡単な説明から最も理解することができる。

図１は、第１の低圧直流配電システムを概略的に示す。 図２は、第２の直流配電システムを概略的に示す。 図３は、第３の直流配電システムを概略的に示す。 図４は、第４の直流配電システムを概略的に示す。 図５は、第５の直流配電システムを概略的に示す。 図６ａは、第１のワイヤレス交換応用を概略的に示す。 図６ｂは、第２のワイヤレス交換応用を概略的に示す。 図７は、ビルディング中の図１のシステムの用途を概略的に示す。

図１−５は、複数の直流配電システム１０ａ−ｅを概略的に示す。図１は、交流電源１２を含む第１の直流配電システム１０ａ、および交流電源１２に連結された電力変換装置１４を概略的に示す。電力変換装置１４は、交流電源１２からの交流入力電圧を直流電圧に変換するのに使用可能である。

本出願の全体にわたって、１２０Ｖ交流の交流入力電圧の例が示される。しかしながら、他の交流入力電圧を用いることができることが理解される。例えば、２２０Ｖ交流がヨーロッパの中で一般に用いられ、開示されたシステム１０ａ−ｅのいずれにも用いることができた。電力変換装置１４は、少なくとも１つの建物（例えば、図７参照）の全体にわたって複数の電力線２６を介して複数のコントローラ１６ａ−ｃに電力を供給する。

各コントローラ１６は、電力線２８によって少なくとも１つの直流負荷１８に連結される。１つの例では、直流負荷１８は、照明負荷（例えば、ＬＥＤを有する照明装置）を含む。もちろん、他の直流照明負荷、および、他の直流非照明負荷を用いることができる。さらに、図１は、各コントローラ１６に連結された単一の負荷１８を示すが、コントローラ１６が多チャンネルコントローラで、各コントローラ１６に他の多数の負荷１８を連結することができることが理解される（例えば、図６ａ−ｂ参照）。１つの例において、コントローラ１６ａ−ｃのそれぞれは、環境発電スイッチ３２からワイヤレス信号命令を受信するのに使用可能である（図６ａ−ｂ参照）。

図２は第２の直流配電システム１０ｂを概略的に示す。図１のシステム１０ａのような単一の電力変換装置１４の代わりに、システム１０ｂは複数の電力変換装置２０ａ−ｃを含む。建物（例えば、ビルディング）の状況では、交流電圧は電力線２５伝いに分配されると良い。複数の電力変換装置２０ａ−ｃは、交流電圧を直流電圧に変換し、かつ直流電圧を電力線２６伝いにコントローラ１６に分配するのに使用可能である。コントローラ１６ａ−ｃは、電力線２８を介して負荷１８ａ−ｃに直流電圧を分配するのに使用可能である。

図３は、第１の電力変換装置２２、および第１の電力変換装置２２に連結された複数の第２の電力変換装置２４ａ−ｃを含む第３の直流配電システム１０ｃを概略的に示す。第１の電力変換装置２２は、交流電源１２からの交流入力電圧を第１の直流電圧に変換するのに使用可能であり、その第１の直流電圧は、電力線２５伝いに分配される。図３は第１の直流電圧を４０Ｖ直流として示すが、他の直流電圧を用いることができることが理解される。複数の第２の電力変換装置２４ａ−ｃは、第１の直流電圧を第１の直流電圧より高圧または低圧である第２の直流電圧に変換するのに使用可能である。第２の直流電圧は、電力線２６伝いにコントローラ１６ａ−ｃに分配される。コントローラ１６ａ−ｃは、第２の直流電圧を電力線２８伝いに負荷１８ａ−ｃに分配するのに使用可能である。

図４は、電力線２５伝いに第１の直流電圧を分配するのに使用可能な直流電源４０を含む第４の直流配電システム１０ｄを概略的に示す。直流電源４０は、例えば、太陽エネルギー源、バッテリスタック、複数のバッテリスタック、または発電機を含むと良い。複数のステップダウン直流変圧器４２ａ−ｃは、電力線２６伝いに分配すべく、直流電源４０からの第１の直流電圧を第１の直流電圧より低圧な第２の直流電圧に変換するのに使用可能である。コントローラ１６ａ−ｃは、第２の直流電圧を電力線２８伝いに負荷１８ａ−ｃに分配するのに使用可能である。もちろん、ステップダウン直流変圧器４２ａ−ｃは、ステップアップ直流変圧器であり得、第２の直流電圧は第１の直流電圧より高圧であり得る。

図５は、第１の電力変換装置２３、および第１の電力変換装置２３に連結された複数の第２の電力変換装置４１ａ−ｃを含む第５の直流配電システム１０ｅを概略的に示す。第１の電力変換装置２３は、交流電源１２からの第１の交流入力電圧を第１の交流電圧より高圧または低圧な第２の交流電圧に変換するのに使用可能である。第２の交流電圧は、電力線２５伝いに分配される。複数の第２の電力変換装置４１ａ−ｃは、第２の交流電圧を直流電圧に変換するのに使用可能である。直流電圧は、電力線２６伝いにコントローラ１６ａ−ｃに分配され、そのコントローラ１６ａ−ｃは、直流電圧を電力線２８伝いに負荷１８ａ−ｃに分配するのに使用可能である。

図６ａは、第１の例のワイヤレス交換応用３０ａを概略的に示す。環境発電スイッチ３２ａは、ワイヤレス信号を受信機３４に送信するのに使用可能であり、その受信機３４はコントローラ１６と関連づけられる。しかしながら、受信機がコントローラ１６内に含まれる必要はなく、コントローラ１６の外側に存在できることが理解される。さらに、電力変換装置（例えば、電力変換装置２０、２４など）のためにコントローラ１６がハウジングとして振る舞うことができることが理解される。

コントローラ１６は、選択的にスイッチ３２ａから受信機３４に送信されたワイヤレス信号に応じて電源３８に負荷３６ａ−ｃを連結する。負荷３６ａは、コントローラ１６の第１のチャンネルに連結された照明負荷であり、負荷３６ｂは、コントローラ１６の第２のチャンネルに連結された照明負荷であり、また、負荷３６ｃはコントローラ１６の第３のチャンネルに連結される。他の例として、コントローラ１６が３つより多いか少ないアイテムに連結されることが可能である。１つの環境発電スイッチは、Ｖｅｒｖｅ Ｌｉｖｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓの製品番号Ｘ３１００から利用可能であり、１つのコントローラは、Ｖｅｒｖｅ Ｌｉｖｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓの製品番号Ｘ２１１０から利用可能である。しかしながら、この特定スイッチとコントローラが用いられる必要がないであろうことが理解される。例えば、環境発電スイッチ３２ａは、照明負荷３６ａ−ｂをオンまたはオフにするための動作に使用可能な運動センサに対応することができる。

図６ｂは、複数の負荷４３ａ−ｄがコントローラ１６’の第１のチャンネルと平行して接続され、複数の負荷４４ａ−ｂがコントローラ１６’の第２のチャンネルと平行して接続され、複数の負荷４６ａ−ｃがコントローラ１６’の第３のチャンネルと平行して接続された、第２の例のワイヤレス交換応用３０ｂを概略的に示す。この例では、負荷４３ａ−ｄ、４４ａ−ｂおよび４６ａ−ｃは、受信機３４’との相互通信に対応するアドレス指定可能ないわゆる「賢い負荷」である。複数の負荷は、受信機１６’の単一のチャネルに接続されている間、そのようなアドレス指定可能な機能によって個々に制御することができる。１つの例では、コントローラ１６’は、直流電力線搬送波信号を用いて、負荷４３、４４、４６と通信する。

図１−４のシステム１０ａ−ｄは、建物（例えば、住宅向きのビルディング、商用ビルディングおよび産業ビルディング）または屋外空間のような様々な環境に適用可能である。図７は、複数の直流負荷１８に連結された、図１で示されるような複数のコントローラ１６を組み込んだ住宅向きのビルディング１００を概略的に示す。電力源１０２は、複数の電力線２６を介して複数のコントローラ１６に電力を供給する。電力源１０２は、例えば、交流電源１２および電力変換装置１４にまとめて（図１参照）、自身の交流電源１２（図２参照）、交流電源１２および第１の直流変圧器２２にまとめて（図３参照）、直流電源４０（図４参照）、または交流電源１２および電力変換装置２３（図５参照）に対応すると良い。

ビルディング１００は、例えば、システム１０ｂ（図２参照）の電力変換装置２０の１つに対応する電力変換装置１０４、システム１０ｃ（図３参照）の電力変換装置２４の１つ、システム１０ｄ（図４参照）のステップダウン直流変圧器４２の１つ、または電力変換装置４１（図５参照）の１つをさらに含む。図６に示されるように、ビルディング１００の中心位置に電力変換装置１０４を置くことが可能である。

各コントローラ１６は、ＬＥＤを含む照明装置に対応するいくらかまたはすべての様々な直流負荷１８と通信する電力線２８を有することが示される。直流負荷１８がＬＥＤ照明を含んでいる場合、システム１０ａ−ｅの利用は、内蔵の電力変換エレクトロニクスを有する高価なＬＥＤ照明の使用を回避しながら、個々に住宅向きのビルディング１００のＬＥＤ照明に直流電力を経済的に供給することができる。もちろん、前で説明されるように、他の直流負荷を用いることができる。したがって、電力源（任意に電力変換装置１０４と協力する）がビルディング１００の環境の第１の部分の全体にわたって直流電圧を分配し、コントローラ１６がビルディング１００の環境の第２の部分の全体にわたって直流電圧を分配することを理解できる。

レセプタクルは、コントローラ１６に連結されると良く、コントローラ１６の個々が電子製品に直流を供給するためにＡＣアダプタを用いなければならないことを回避することを可能にする。さらに、建物１００において直流の配線だけを必要とするように、直流を交流に変換するのに使用可能な「賢いプラグ」レセプタクルも使用することもできる。

本発明の実施形態は開示されたが、当業者はある変更がこの発明の範囲内で行われるだろうということを認識するだろう。その理由のために、以下の特許請求の範囲は本発明の正確な範囲および内容を決定することが理解されるべきである。

Claims (12)

1. 交流電源を含む直流電源であって、少なくとも１つの環境にわたって直流電圧を分配するのに使用可能な直流電源と、
   前記交流電源に連結された第１の電力変換装置と、
   前記第１の電力変換装置の出力に連結された第２の電力変換装置と、
   選択的に１つ以上の環境発電スイッチからのワイヤレス信号に応じて前記直流電圧に直流負荷を連結するのに使用可能な少なくとも１つのコントローラと、
   を備えることを特徴とする直流電力システム。
2. 前記直流負荷は、少なくとも１つの発光ダイオードを有する照明装置を含む請求項１に記載の直流電力システム。
3. 前記少なくとも１つの環境は、少なくとも１つのビルディングを含む請求項１に記載の直流電力システム。
4. 前記直流電源は、バッテリとジェネレータの少なくとも１つを含む請求項１に記載の直流電力システム。
5. 前記直流電源は、前記交流電源からの電圧を前記直流電圧に変換するのに使用可能な少なくとも１つの電力変換装置と、を含む請求項１に記載の直流電力システム。
6. 前記少なくとも１つの電力変換装置は、
   前記交流電源からの電圧を第１の直流電圧に変換するのに使用可能で、前記少なくとも１つの環境の第１の部分にわたって前記第１の直流電圧を分配するのに使用可能な少なくとも１つの第１の電力変換装置と、
   前記第１の電力変換装置に連結され、前記第１の直流電圧を第２の直流電圧に変換するのに使用可能で、前記少なくとも１つの環境の第２の部分にわたって前記第２の直流電圧を分配するのに使用可能な少なくとも１つの第２の電力変換装置と、
   を含み、
   前記第２の直流電圧は、前記第１の直流電圧より高圧または低圧である請求項５に記載の直流電力システム。
7. 前記直流電源は、
   第１の交流電圧を有する前記交流電源と、
   前記交流電源に連結され、前記第１の交流電圧を前記第１の交流電圧より高圧または低圧な第２の交流電圧に変換するのに使用可能な前記第１の電力変換装置と、
   前記第２の交流電圧を前記直流電圧に変換するのに使用可能で、前記少なくとも１つの環境にわたって前記直流電圧を分配するのに使用可能な前記第２の電力変換装置と、
   を含む請求項１に記載の直流電力システム。
8. 前記直流電源からの前記直流電圧は、前記少なくとも１つの環境の第１の部分にわたって分配され、第２の直流電圧は、前記少なくとも１つの環境の第２の部分にわたって分配される請求項１に記載の直流電力システム。
9. 交流電源に連結された第１の電力変換装置を使用して交流電圧を第１の直流電圧に変換し、
   前記第１の直流電圧を第２の直流電圧に変換し、
   少なくとも１つの環境にわたって前記第１の直流電圧と前記第２の直流電圧とを分配し、
   第１のコントローラによって選択的に１つ以上の環境発電スイッチからのワイヤレス信号に応じて前記第２の直流電圧に少なくとも１つの個々に制御可能な直流負荷を連結することを特徴とする少なくとも１つの環境において電力を制御する方法。
10. 前記少なくとも１つの個々に制御可能な直流負荷は、少なくとも１つの発光ダイオードを有する照明装置を含む請求項９に記載の少なくとも１つの環境において電力を制御する方法。
11. 前記第１のコントローラは、複数の電源制御装置チャンネルを含む請求項９に記載の少なくとも１つの環境において電力を制御する方法。
12. 前記複数の電源制御装置チャンネルそれぞれは、前記少なくとも１つの個々に制御可能な直流負荷の１つへの電力の制御に使用可能である請求項１１に記載の少なくとも１つの環境において電力を制御する方法。

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