JP6148237B2 - 電気照明システムの電力制御 - Google Patents

Description

本発明は、照明システムの電力を制御することに関し、パワーオーバイーサネット(登録商標)（ＰｏＥ:Power over the Ethernet(登録商標)）照明システムへの排他的ではないが特定の用途を有する。

ＬＥＤ照明器具などの一部の電気照明ユニットは、従来のメインＡＣ給電よりも低い電圧で駆動させることができ、照明ネットワーク内で低い電圧電力分布を可能にしている。

ＰｏＥは、装置との間で信号を運ぶのと同じイーサネット(登録商標)ケーブルを介し、ＰｏＥスイッチなどの供給源からｗｉ−ｆｉアクセスポイントやビデオカメラなどの給電される装置に低電圧電力を供給するために開発されている。電力及び通信の両方に１本のケーブルしか必要とされないため、ＰｏＥはネットワーク装置の導入を大幅に単純化する。電力は、典型的にはイーサネット(登録商標)ケーブルに見られる差動ペア配線上でコモンモードのＰｏＥスイッチから供給される。ＩＥＥＥ８０２．３ａｔ−２００９ＰｏＥ規格は、最大２５．５Ｗの電力が、ネットワークによって給電される装置に供給されることを許す。更に、規格化されていないＰｏＥ方式も、今まで提案され、実装されてきた。

ネットワーク照明システムにＰｏＥ技術を使用することの関心が高まりつつある。ＰｏＥは、低電圧ＤＣ電力照明システム、例えばＬＥＤ照明器具がイーサネット(登録商標)ケーブルにより共通のＰｏＥスイッチに接続されるＬＥＤベースの照明システムに電力効率の利点を与え、それはイーサネット(登録商標)ケーブルによって照明器具に供給され得る低電圧ＤＣ供給にＡＣ電源を変換するために、ＰｏＥスイッチにおいて１つの中央ＡＣ／ＤＣ変換しか必要なとされないからである。

しかしながら、常時オンであるように通常構成されるネットワークカメラ及びｗｉ−ｆｉユニットに電力を与えるＰｏＥシステムとは対照的に、照明ネットワーク内の照明器具は繰り返しオン及びオフに切り替えられる。ＰｏＥ向けに特別に設計された照明ネットワークコントローラを必要とすることも、ＰｏＥスイッチを個々にコミッショニングすることもなく非活性状態の照明器具によって消費される待機電力を最小限にするために、使用されていない照明器具へのネットワークによる給電をオフにすることが望ましい。

第１の態様では、本発明は、ネットワーク装置への給電を制御するように動作可能なネットワークスイッチであって、装置行きの信号を受信したときに装置に給電し、所定の遮断期間よりも短い期間内に装置からの連続的な信号が受け取られる間、装置に給電し続けるように構成されるネットワークスイッチを提供する。

このネットワークスイッチは、様々なネットワーク装置、例えば照明ネットワークの照明器具用の複数のポートを含むことができ、自らのポートの１つの上で通信が活性状態にあるかどうかに応答し、スイッチのポートに接続されている照明器具への電力を供給するか切断するかを決定することができる。スイッチは、照明器具が依然として活性通信モードにあるかどうかを判定するための期間によって更に構成される。

このようにして、ネットワークスイッチは、ネットワークスイッチが受け取り得る明確な電力管理コマンドに基づいて自らのポートへの給電を管理する必要はなく、むしろネットワークスイッチは、自らに接続される装置の１つに給電するかどうかを活性状態に基づき受動的なリスンベースで決定する。利点は、ネットワークスイッチが、幾らかの設定又はほんの少しのファームウェアアップデートを伴う既成のスイッチとされ得ることにある。「照明器具をオン／オフにする」などのアプリケーションメッセージを理解するネットワークスイッチを設ける必要はない。

第２の態様では、本発明は、動作用の電力及びオンにするためのコマンド信号の両方を、共通のケーブル接続部により遠隔地から受け取り、オンにすることに応答し、オフにされるまで遠隔地に信号を繰り返し送るように構成される装置を提供する。

このネットワーク装置は、動作用の電力及びオンにするためのコマンド信号の両方を遠隔地から受け取り、オンにすることに応答し、給電の明確な要求を一切含まず、活性状態にあることをネットワークスイッチに知らせるために単に使用される通信メッセージを遠隔地に送るように構成される照明器具であり得る。照明器具は、オフにされるまでメッセージを繰り返し送り続ける。

照明器具がオフのとき給電をオフにすることにより、照明器具及びネットワークスイッチの最小限の待機電力消費が生じる。

本発明は、ネットワーク装置への給電を制御するように動作可能なＰｏＥスイッチのプロセッサによって実行されるコンピュータプログラムも含み、このプログラムは、装置からの信号に応答し、所定の遮断期間よりも短い期間内に装置から連続的な信号が受け取られる間装置に給電する。

このプログラムは、照明器具にそのポートを介して給電するための、照明器具などのネットワーク装置行きの通信メッセージに応答することができ、通信メッセージの連続したものが所定の遮断期間よりも短い期間内に受け取られる間照明器具に給電する。本発明は、スイッチ及び照明器具のそれぞれを動作させる方法を更に含む。

本発明がより完全に理解され得るように、次に本発明の実施形態を添付図面に関して説明に役立つ例として説明する。

２つのＰｏＥスイッチによって制御されるＬＥＤ照明ネットワークの概略的ブロック図である。 ネットワーク用の照明器具の概略的ブロック図である。 ネットワークを介して送られる命令の概略図である。 スイッチ及び／又は近接検出器を含むセンサの概略的ブロック図である。 ＰｏＥスイッチによって実行される電力制御プログラムの流れ図である。

図１を参照すると、低電圧ＬＥＤ照明ネットワークが概略的に示されており、ＬＥＤ照明器具１−１．．．１−６；２−１．．．２−６がネットワーク内でセンサ３−１、３−２；４−１、４−２に接続されている。

照明器具１及びセンサ３が第１のＰｏＥスイッチ５に結合され、センサ４と共に照明器具２が第２のＰｏＥスイッチ５’に接続される。第１のＰｏＥスイッチ５及び第２のＰｏＥスイッチ５’は、これらのスイッチ間で、更には個々にアドレス指定されたＩＰデータ信号をスイッチ５、５’経由で照明器具に伝送するように動作可能な中央照明制御ユニット７との間でＩＰデータ信号を伝達できるようにするデジタルネットワーク内で接続される。中央制御ユニット７と個々の照明器具１、２との間の通信は、任意の適切なデジタル形式、例えば良く知られているデジタルアドレス指定可能照明インターフェイス（ＤＡＬＩ:Digital Addressable Lighting Interface）形式とすることができる。

ＰｏＥスイッチ５をより詳細に検討すると、図１に示すように、スイッチング素子８−１．．．８−８を含む複数の入力／出力部が、イーサネット(登録商標)ケーブル９−１．．．９−８の続きによって照明器具１及びセンサ３の個々にそれぞれ接続されている。スイッチ５は、ＡＣメイン給電１１、例えば２４０Ｖを受け取り、例えば９Ｖの低電圧ＤＣ出力を線１２上に与えるＡＣ／ＤＣ変換器１０を含み、その低電圧ＤＣ出力は、イーサネット(登録商標)ケーブル９を介して個々の照明器具及びセンサに供給するためにスイッチング素子８のそれぞれに供給される。ＤＣ電力は、関連するメモリ１４を有するプロセッサ１３の制御下で供給され、メモリ１４は、以下でより詳細に説明するようにプロセッサによって実行される電力制御プログラムを記憶する。ＤＣ電力は、ＩＥＥＥ８０２．３ａｔ−２００９ＰｏＥ規格に準拠してイーサネット(登録商標)ケーブルを介して供給され得る。

同様に、第２のＰｏＥ５’は、対応するＤＣ出力を線１２’上に与えるＡＣ／ＤＣ変換器１０’を含み、かかるＤＣ出力は、メモリ１４’内に記憶された対応する電力制御プログラムを実行するプロセッサ１３’の制御下で、スイッチング素子８−１’．．．８−８’によって照明器具２及びセンサ４のそれぞれに導かれる。ＰｏＥ５、５’は、イーサネット(登録商標)ケーブル６を介して及び中央照明制御ユニット７と通信した状態で照明ネットワーク内で接続される。

図２を参照すると、個々の照明器具１、２は、関連するメモリ１８を有するプロセッサ１７の制御下でスイッチ１６を介して低電圧ＤＣ供給を受け取る、ＬＥＤランプや照明装置１５などの低電圧照明要素をそれぞれ含む。以下の解説では、他の照明器具１、２への対応する接続が同じであるものと理解し、スイッチング素子８−１を介したＰｏＥスイッチ５へのイーサネット(登録商標)ケーブル９−１による照明器具１−１の接続及び動作についてより詳細に説明する。図２に示されているように、イーサネット(登録商標)ケーブル９は複数の差動ペア配線を含み、そのうちの２つ１９、２０が示されている。差動ペア１９は、照明器具１−１の動作を制御するためのデータを運び、ネットワークケーブル６と図２に示されている照明器具のプロセッサ１７に結合される入出力インターフェイス２１との間に及ぶ。差動ペア２０は、プロセッサ１７によって決められた期間にわたり、ＡＣ／ＤＣ変換器１０から照明器具に低電圧ＤＣ電力を与える。

各照明器具は、メモリ１８内に記憶される独自のアドレスを有する。プロセッサ１７は、インターフェイス２１を介してネットワーク６にイーサネット(登録商標)ケーブル９−１のワイヤ１９によって信号を伝送することができ、同様に、スイッチ１６の動作を制御するために、ワイヤ１９を介してネットワーク６からコマンドを受け取ることができる。

ワイヤ１９及びネットワーク６によって伝送される照明制御信号の汎用形式が図３に示されており、データグラムの伝送元であるソースアドレス及びデータグラムの宛先であるヘッダアドレスを含むヘッダビット２２を含むデータグラムを含む。ユニキャスト伝送及びブロードキャスト伝送に対応するヘッダビットがヘッダ２２内に含められ得る。このデータグラムは、伝送エラーを検出するために宛先において検査を行う際に使用される検査ビット２４と共に、宛先において実行される命令に対応するデータビット２３も含む。

図４は、センサ装置３、４の１つの構造の一例を示す。他のセンサの接続が同じであるものと理解し、イーサネット(登録商標)ケーブル９−４を介してスイッチング素子８−４に接続されるセンサ３−１の具体例が示されている。この例ではセンサ３−１が、手動操作されるスイッチ２５を含み、近接センサ２６、例えば占有者を検出するために敷地内の特定の空間に配置され、照明器具の特定のグループの動作をトリガし得るＩＲ動き検出器も含む。スイッチ２５は、特定の空間内で使用するための壁面スイッチとし得ることが理解される。個々のセンサ３、４は、所望の機能に応じてスイッチ２５若しくは近接検出器２６又はその両方を含むことができる。スイッチ２５及び近接検出器２６は、スイッチング素子８−４を介してＡＣ／ＤＣ変換器１０からの低電圧ＤＣ電力によって給電される。ＤＣ電力は通常はオンだが、センサ３−１を無効にすることが望ましい場合はプロセッサ１３によってオフにされ得る。関連するメモリ２９を有するプロセッサ２８に結合される入出力インターフェイス２７に結合されるワイヤ１９を経由し、データがセンサ３−１とネットワーク接続部６との間で伝送される。従って、スイッチ２５又は近接検出器２６が活性化されると、プロセッサ２８は図３に示すものに対応するデータグラムを作成し、このデータグラムは、動作を示すために、及び関連する照明器具をオンにするコマンドを与えるために、ＰｏＥスイッチ５及び／又は中央制御ユニット７に伝送され得る。

照明器具１の個々のものがオフにされる場合、オフにされている間の待機電力の消費を避けるために、スイッチ５のプロセッサ１３は、オフにされた各照明器具へのＤＣ電力の供給を無効にするように構成される。これにより、多くの照明器具を含むネットワークの著しい節電をもたらすことができる。

次に、図５に示されている流れ図に関し、個々の照明器具に対するＤＣ給電をオフにするための手順についてより詳細に説明する。

第１のシナリオでは、空間内、例えば室内のいずれか１つのセンサがその室内の照明器具の全てを制御する。従って図１を参照すると、センサ３、４のいずれか１つの動作は照明器具１、２の全てをオンにする。このシナリオでは、センサの個々のもの、例えばセンサ３−１が自らのプロセッサ２８からインターフェイス２７及びイーサネット(登録商標)ケーブル９−４のワイヤ１９を介して信号をネットワーク６に伝送することができ、その信号は、ブロードキャスト信号を示すヘッダ２２を有する図３に示されている形式である。照明器具１、２の全てが最初はオフであるという仮定の下、ＰｏＥスイッチ５のプロセッサ１３がスイッチ３−１から伝送される信号を検出し、それに応答し、照明器具の全てに給電するために、イーサネット(登録商標)ケーブル９−１．．．９−８のワイヤ２０によって接続される装置のそれぞれへのＤＣ電力をスイッチング素子８−１．．．８−８によってオンにする。照明器具２の全てが電源投入されるように、同様のプロセスがＰｏＥスイッチ５’でも行われる。

このようにして電源投入される場合の照明器具１−１を検討すると、図２に示されているプロセッサ１７がインターフェイス２１を介してＤＣ電力をワイヤ２０から受け取り、ＬＥＤ１５をオンにするためにスイッチ１６を動作させる。更に、メモリ１８内に記憶されたルーチンの制御下で、プロセッサ１７はネットワーク６に「キープアライブ」信号を繰り返し送る。これらのキープアライブメッセージは、図３に示されている形式のブロードキャスト信号とすることができる。この「キープアライブ」信号は、関連するスイッチング素子８−１によりプロセッサ１３によって検出され、照明器具１−１からのメッセージが所定の期間Δ内で繰り返される限り、プロセッサ１３はスイッチング素子８−１に命令し、照明器具１−１にＤＣ電力を供給し続ける。さもなければ、ＤＣ電力はプロセッサ１３の制御下でスイッチング素子８−１によってオフにされる。

センサ３−１が照明器具をオフにするように動作される場合、センサ３−１は、照明器具がオフにされるべきことを示すデータペイロードを有する、図３の形式でブロードキャストメッセージをネットワーク６に伝送することによってオフ動作を行う。

照明器具１、２がスイッチオフメッセージを受け取ると、図２に示されているそれらの照明器具のプロセッサ１７がデータ２３内のスイッチオフコマンドを検出し、そのそれぞれのスイッチ１６を動作させてＬＥＤ１５を個々にオフにする。更に、各プロセッサ１７は、「キープアライブ」信号の伝送を止める。従って、例えば照明器具１−１を検討すると、所定の期間Δが終了した後、プロセッサ１３はスイッチング素子８−１を無効にし、イーサネット(登録商標)ケーブル９−１のワイヤ２０を介して照明器具１−１に供給されるＤＣ電力をオフにする。このようにして、照明器具１−１がオフにされている間通常生じる待機電力の消費が避けられる。第１のシナリオでは、ネットワーク全体によって消費される待機電力を減らすために照明器具の全てがオフにされ、電源を切られる。

しかしながら、センサ３、４のプロセッサ２８は、所定の期間Δよりも短い期間内に「キープアライブ」信号を繰り返し作り出すように構成され、そのため、スイッチによって照明器具が再度オンにされることを可能にするために動作状態のままとなる。

プロセッサ１３は、「キープアライブ」信号が所定の期間Δよりも長くやむとき、照明器具への待機電力をオフにするためにメモリ１４内に記憶された電力制御プログラムを実行する。例として照明器具１−１を検討すると、プロセッサ１３によって実行される電力制御プロセスが図５の流れ図に示されている。ステップＳ１で、照明器具１−１へのスイッチング素子８−１を経由した、照明器具をオンにするためのブロードキャスト信号の通過をプロセッサ１３が検出すると、ステップＳ２で、プロセッサ１３は線１２からのＤＣ電力が、照明器具１−１に供給するために素子８−１によってオンにされているかどうかを確認する。オンにされていない場合、ステップＳ３で電力がオンにされる。

ステップＳ４で、ブロードキャスト信号がネットワークスイッチを通過した時点のタイムスタンプＴｓが読み取られ、プロセッサ１３によって実行されるタイマプロセスが、時点Ｔｍａｘ＝Ｔｓ＋Δまで実行されるように設定され、但しΔは、システムが照明器具１−１からの連続的な「キープアライブ」信号を待つ最長期間である。

連続的な任意の「キープアライブ」信号が素子８−１を介して照明器具１−１から受け取られる前にタイマが終了したかどうかを確認するために、ステップＳ６でタイマがプロセッサ１３によって確認される。タイムアウトが発生した場合、ステップＳ７で、照明器具１−１のスイッチング素子８−１においてＤＣ電力がオフにされる。タイムアウトより前に「キープアライブ」信号が受け取られる場合、このプロセスはステップＳ４に戻り、スイッチング素子８−１において「キープアライブ」信号が受け取られる時点にタイムスタンプを設定する。ステップＳ５で新たなタイマが設定され、タイマの値はＴｍａｘ＝Ｔｓ＋Δに設定される。キープアライブ信号は、プロセッサ１７が「キープアライブ」電力要求信号の生成を止めるように照明器具１−１をオフにするスイッチオフ信号がネットワーク６から受け取られるまで、所定の期間Δよりも短い期間の中で連続的に作り出され、「キープアライブ」電力要求信号の生成が止められた後、ステップＳ６で検出されるようにタイマが終了し、ステップＳ７でワイヤ２０上のＤＣ電力が節電のためにオフにされる。タイマの設置はステップＳ５で行われる。

この第１のシナリオでは、ＰｏＥスイッチ５、５’が、宛先アドレスを読み取る必要なしにスイッチ３、４からのスイッチオン及びスイッチオフブロードキャストメッセージを通過させることが理解され、そのため、スイッチング素子８、８’のコミッショニングが行われる必要がない。

第２のシナリオでは、センサ３−１、３−２が、ＰｏＥスイッチ５に関連する照明器具、即ち照明器具１−１．．．１−６だけを制御する。同様に、スイッチ４−１、４−２は、ＰｏＥスイッチ５’に関連する照明器具だけを制御する。次にＰｏＥスイッチ５の動作について説明し、ＰｏＥスイッチ５’も同様の方法で動作することが理解される。第２のシナリオでは、センサ３−１、３−２を照明器具１−１．．．１−６に関連させるために、コミッショニングプロセスが最初に実行される。しかしながら、個々のスイッチング素子８−１．．．８−８及びプロセッサ１３は、図５の流れ図に従ってそれぞれの照明器具への信号トラフィックに応答するだけで良いので、ＰｏＥスイッチ５はそれ自体ではコミッショニングされる必要はない。第２のシナリオでは、受信側照明器具１−１．．．１−６のそれぞれのアドレスが図３に示されているデータグラムのヘッダ２２内に組み入れられた状態で、センサ３−１、３−２がユニキャストメッセージを送る。

記載した照明ネットワークの利点は、ＰｏＥスイッチが、記載した電力制御プログラムをそのプロセッサメモリ内に含むように、従来のＰｏＥスイッチのファームウェアを修正することによって実装され得ることである。更に、初期ネットワークコミッショニングプロセスの一部としてＰｏＥスイッチをコミッションする必要がない。

「含む」という語は他の要素又はステップを排除せず、「a」又は「an」という不定冠詞は複数形を排除しないことが理解される。単一のプロセッサが、特許請求の範囲に列挙される幾つかのアイテムの機能を実現しても良い。或る手段が互いに異なる従属請求項の中で列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組合せが有利に使用されてはならないことを示すものではない。特許請求の範囲の中の如何なる参照符号も、特許請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきでない。

本願では特許請求の範囲が特定の特徴の組合せとして形式化されているが、本発明の開示の範囲は、本明細書で明示的に又は黙示的に開示した任意の新規の特徴若しくは任意の新規の特徴の組合せ、又はその任意の一般化も、それが任意の請求項の中でここに権利を主張するのと同じ発明に関係しようがしまいが、親発明が軽減する同じ技術的課題の幾らか又は全てを軽減するかどうかを問わず含むことを理解すべきである。本出願人らは、本願又は本願から導き出される更なる任意の出願を実施する間に、かかる特徴及び／又は特徴の組合せについて新たな請求項を形式化できることをここに通知する。

添付の特許請求の範囲に含まれる他の修正形態及び改変形態が当業者に明らかになる。

Claims (15)

1. ネットワーク装置への給電を制御するネットワークスイッチであって、前記装置行きの信号を受信したときに前記装置に給電し、前記装置により自発的に繰り返し送られる信号が、所定の遮断期間よりも短い期間内に受け取られる間、前記装置に給電し続ける、ネットワークスイッチ。
2. オンにするように前記装置に命令するコマンド信号を遠隔スイッチング装置から受け取り、受け取りに応答して前記装置に対する給電をオンにする、請求項１に記載のネットワークスイッチ。
3. 前記装置に前記コマンド信号をルーティングする、請求項２に記載のネットワークスイッチ。
4. 前記装置に給電し、前記装置から信号を受け取るためのイーサネット(登録商標)ケーブルに接続される入出力部を含む、請求項２又は３に記載のネットワークスイッチ。
5. それぞれの装置に接続するための複数の前記入出力部を含み、前記入出力部が、前記装置への電力を個々に切り替えるためのそれぞれのスイッチング素子と、メインＡＣ電源入力部と、前記スイッチング素子によって切り替えられるＤＣ電力を選択的に前記装置に与えるためのＡＣ／ＤＣ電源とを含む、請求項４に記載のネットワークスイッチ。
6. 前記遮断期間内に受け取られる場合、前記装置から受け取られる前記信号に応答し、前記装置に給電するように前記スイッチング素子を動作させるプロセッサを含む、請求項５に記載のネットワークスイッチ。
7. 動作用の電力及びオンにするためのコマンド信号の両方を、共通のケーブル接続部により遠隔地から受け取り、オンにすることに応答し、オフにされるまで前記遠隔地に信号を自発的に繰り返し送る、装置。
8. 照明装置の動作を制御するためのスイッチと、前記コマンド信号に応答して前記スイッチを動作させて前記照明装置をオンにし、前記スイッチがオフにされるまで前記遠隔地に前記共通のケーブル接続部により信号を繰り返し送るプロセッサとを含む、前記照明装置を動作させるための照明器具を含む、請求項７に記載の装置。
9. 前記共通のケーブル接続部がイーサネット(登録商標)ケーブルを受ける、請求項７又は８に記載の装置。
10. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の少なくとも１つのネットワークスイッチ、及び請求項７乃至９のいずれか一項に記載の複数の装置を含む、ネットワーク。
11. 前記装置が独自のネットワークアドレスを有し、オンにするためのコマンド信号が、オンにされる前記装置の前記アドレスを含み、前記スイッチが前記装置への前記給電を制御するために前記アドレスに応答する、請求項１０に記載のネットワーク。
12. 装置への給電を制御するＰｏＥスイッチのプロセッサによって実行されるコンピュータプログラムであって、前記プログラムは前記装置からの信号に応答し、前記装置により自発的に繰り返し送られる信号が、所定の遮断期間よりも短い期間内に受け取られる間、前記装置に給電する、コンピュータプログラム。
13. 装置への給電を制御するためにネットワークスイッチを動作させる方法であって、前記装置に信号を通すステップと、前記装置により自発的に繰り返し送られる信号が、所定の遮断期間よりも短い期間内に受け取られる間、前記装置に給電するステップとを含む、方法。
14. 動作用の電力及び装置をオンにするためのコマンド信号の両方を供給する共通のケーブル接続部によりネットワークスイッチに結合される前記装置を動作させる方法であって、前記装置をオンにすることに応答し、前記装置がオフにされるまで信号を自発的に繰り返し送るステップを含む、方法。
15. 前記共通の接続部を介してスイッチオフコマンドを受け取るステップと、前記スイッチオフコマンドに応答して前記信号を送るステップを停止するステップとを含む、請求項１４に記載の方法。