JP6231002B2 - 電気デバイス及び電力網システム - Google Patents

Description

本発明は、電気入力に依存して出力を与える電気デバイスと、電力網（power grid）システムと、電気デバイスへの電気入力として直流（ＤＣ）電圧を与える方法とに関する。本発明は、更に、電気デバイス、及び当該電気デバイスが接続される電力網システムを有する電気回路と、電気入力に依存して電気デバイスの出力を与える方法と、コンピュータプログラムとに関する。

独自のＤＣ電力網システムは、ビルディングのランプのような電気デバイスにＤＣ電圧を供給するために用いられ得る。上記ＤＣ電力網システムによって与えられるＤＣ電圧は変動し、電気デバイスは、この供給されるＤＣ電圧の変動が生じた場合に、その出力が一定であるように構成されている。例えば、ランプは、供給されるＤＣ電圧が変動してもランプにより生成される光の強度が一定であるように構成され得る。電気デバイスの出力が変更されるべきである場合、電気デバイスは、供給されるＤＣ電圧とは無関係に電気デバイスの出力を制御する対応する制御構造体を必要とする。例えば、ランプを調光（dim）する調光機能を与えるために、人間が供給されるＤＣ電圧とは無関係にランプにより生成される光の強度を変更することを可能にする追加の制御構造体が必要とされる。この追加の制御構造体は、技術的にかなり複雑であり、かなり大きい。

本発明の目的は、電気入力に依存して出力を与える電気デバイスであって、電気デバイスの出力の制御が簡易化され得る当該電気デバイスを提供することにある。

本発明の第１の観点では、電気入力に依存して出力を与える電気デバイスであって、電気入力が第１の電気入力の範囲にある場合には一定出力を与え、電気入力が第２の電気入力の範囲にある場合には、上記電気入力に依存する依存出力を与える当該電気デバイスが与えられる。

電気入力が第１の電気入力の範囲にある場合、電気デバイスは一定出力を与えるので、電気入力が第１の電気入力の範囲内で変動しても出力は一定のままである。例えば、電気デバイスは、電気入力としてのＤＣ電圧を受け取るためにＤＣ電力網システムに接続され、ＤＣ電力網システムの公称ＤＣ電圧が第１の電気入力の範囲内にある場合、ＤＣ電力網システムにより供給されるＤＣ電圧が第１の電気入力の範囲内で変動しても電気デバイスの出力は一定のままである。また、電気入力が第２の電気入力の範囲にある場合、依存出力は電気入力に依存するので、出力は、単に電気入力を使用することによって制御され、それにより、電気デバイスの出力の非常に簡単な制御を可能にする。従って、上記電気デバイスは、２つの機能を果たすように構成され得る。電気入力の起こり得る変動にもかかわらず一定の出力を与えるために、第１の電気入力の範囲において出力は一定であり、出力が電気入力により制御されることを可能にするために、第２の電気入力の範囲では出力は電気入力に依存する。

上記電気デバイスは、好ましくは電気負荷であり、上記電気入力は、好ましくは入力電圧である。電気デバイスは、電気デバイスへの電気入力を変更する変更ユニットを備えたＤＣ電力網システムから電気入力を受け取るために、該ＤＣ電力網システムに接続されることが更に好ましい。特に、上記変更ユニットは、第２の電気入力の範囲内の電気入力を変更する。これは、単にＤＣ電力網システムにより与えられるＤＣ電圧を変更することによる電気デバイスの出力の変更を可能にする。変更ユニットは、例えば、ＤＣ電力網システムの分配ケーブルと１つ又は幾つかの電気デバイスとの間に配されるか、又は交流（ＡＣ）電流を直流電流に整流する電力網システムの整流システムの一部であってもよく、変更ユニットは、例えば、変更されたＤＣ電圧を例えばビルディングの１つ又は幾つかの電気デバイスに分配するケーブルを有するＤＣ分配システムに与えられる前に対応するＤＣ電圧を変更する。

上記ＤＣ電力網システムは、好ましくは、電気デバイスが配置された例えばビルディングの独自の電力網システムである。

上記変更ユニットは、好ましくは、電気デバイスへの供給電圧とみなされ得る入力電圧を連続的に変更する。

上記電気デバイスは、好ましくはランプである。電気デバイスは、また、ファン、センサ、モータ、可変速度ドライバ等のような他の電気負荷でもあり得る。

上記電気デバイスが入力電圧、すなわち、供給電圧を与えるＤＣ電力網システムに接続されたランプである場合、入力電圧が第２の電気入力の範囲内にあれば、ランプはＤＣ電力網システムにより与えられる入力電圧を変更することにより調光され、入力電圧が第１の電気入力の範囲内にあれば、ランプの出力は電力網の変動により影響を及ぼされない。

上記電気デバイスがランプである場合、電気入力を変更することにより引き起こされる出力の変更は、ランプにより発せられる光の性質の変更である。例えば、光の強度、光の向き、光の色、ビーム幅等が、分離した制御チャネルを必要とすることなく、単にＤＣ電力網システムにより供給される電圧を変更することにより制御され得る。上記電気デバイスが他の負荷である場合、変更される対応する性質も、一般的に、他の性質である。例えば、電気デバイスがファンである場合には、ファンの向き、空気の流れの強度及び／又は温度が電気入力に依存して変更され、電気デバイスがモータである場合には、モータの速度が電気入力に依存して変更される。

上記第１の電気入力の範囲が、第２の電気入力の範囲内の全ての電気入力値よりも大きい電気入力値を有することも好ましい。特に、第１の電気入力の範囲及び第２の電気入力の範囲は、互いに隣り合っている。例えば、第１の電気入力の範囲は３６０から４００Ｖに及び、第２の電気入力の範囲は０から３６０Ｖに及ぶ。また、第２の電気入力の範囲は下方境界を有しており、電気入力が第２の電気入力の範囲の下方境界よりも小さい場合、電気デバイスはゼロ出力を与える。例えば、上記下方境界は、例えば１２Ｖの残留電力網電圧よりも大きい。上記下方境界は、より大きい値も有し得る。一形態では、上記下方境界は３２０Ｖであり、第２の電気入力の範囲は３２０から３６０Ｖに及び、第１の電気入力の範囲は３６０Ｖから４００Ｖに及ぶ。

上記電気デバイスは、第２の電気入力の範囲において、電気入力に対する出力の依存関係が階段関数を形成していることが更に好ましい。従って、或る段の範囲内における電気入力の小さい変動、特に、小さい電圧の変動は、電気デバイスの出力を変えない。好ましくは、或る段から他の段への円滑な移行を可能にするために、この移行は好ましくは直線的である。これは、或る段から他の段への変化の起こり得る視認性を低下させる。他の形態では、第２の電気入力の範囲における電気入力に対する出力の依存関係は、他の形を有し得る。例えば、第２の電気入力の範囲において、電気入力に対する出力の依存関係は、ヒステリシス関数又は線形関数を形成する。

一形態では、上記電気デバイスは、電気デバイスの電気入力と出力との間の所定の割り当てに依存して第２の電気入力の範囲では依存出力を与える。例えば、電気デバイスがランプである場合、第２の電気入力の範囲内の異なる電気入力は、電気入力に依存して、特に、供給されるＤＣ電圧に依存してランプが異なる色の間で切り替えられるようにランプの異なる色に割り当てられる。好ましくは、電気入力が第２の電気入力の範囲を離れた後、第１の電気入力の範囲内にある時に、第２の電気入力の範囲を離れる前に選択された最後の出力が電気デバイスにより出力される。

上記電気デバイスは、電気入力が所定の時間第２の電気入力の範囲にあった場合にのみ、電気入力を変更することにより出力が変更可能であるように構成されることが更に好ましい。これは、電気入力のフリッカの影響を低減する。

本発明の他の観点では、電気入力としてのＤＣ電圧を電気デバイスに与える電力網システムであって、与えられる上記ＤＣ電圧を変更する変更ユニットを有する当該電力網システムが与えられる。

上記電力網システムの変更ユニットは、例えば、交流電流を直流電流に整流する整流ユニットの一部であり、対応するＤＣ電圧は、変更されたＤＣ電圧を１つ又は幾つかの電気デバイスに分配するケーブルを有する分配システムにこの対応するＤＣ電圧を供給する前に変更される。変更ユニットは、上記分配システムの一部である及び／又は分配ケーブルと１つ又は幾つかの電気デバイスとの間に接続され得る。この変更ユニットは、出力を変更するスイッチ等を有する電気デバイスを必要とすることなく、かなり簡単なやり方での電気デバイスの出力の変更を可能にする。

上記変更ユニットは、設定される電気入力値を示す電気入力設定信号を受け取り、受け取った電気入力設定信号に依存して与えられるＤＣ電圧を変更する。これは、電力網システムにより供給されるＤＣ電圧の遠隔制御及び従って電力網システムに接続された電気デバイスの遠隔制御を可能にする。

本発明の他の観点では、電気デバイスと、この電気デバイスに電気入力を与える電力網システムと、電気入力を変更する変更ユニットとを有する電気回路が与えられる。この電気回路は、１つ又は幾つかの電気デバイスを有している。例えば、ランプのグループが、電力網によりランプに供給される電圧を共通して変更する共通変更ユニットに接続され得る。

好ましくは、上記電力網システムは公称電圧を有し、上記第１の電気入力の範囲がこの公称電圧を含んでいる。また、一形態では、電力網システムは公称電圧を有し、第２の電気入力の範囲の下方境界が公称電圧よりも少なくとも２０パーセント小さく、第２の電気入力の範囲の上方境界が公称電圧よりも少なくとも１０パーセント小さい。

本発明の他の観点では、電気入力に依存して電気デバイスの出力を与える方法であって、電気入力が第１の電気入力の範囲にある場合には一定出力が与えられ、電気入力が第２の電気入力の範囲にある場合には、上記電気入力に依存する依存出力が与えられる当該方法が与えられる。

電気入力としての電力網システムのＤＣ電圧を電気デバイスに与える方法であって、与えられる上記ＤＣ電圧が、上記電力網システムの変更ユニットにより変更される当該方法が本発明の他の観点である。

本発明の他の観点では、電気入力に依存して電気デバイスの出力を与えるコンピュータプログラムであって、請求項１記載の電気デバイスを制御するコンピュータ上で実行される際に、請求項１記載の電気デバイスに請求項１３記載の方法のステップを実行させるプログラムコード手段を有する当該コンピュータプログラムが与えられる。

請求項１の電気デバイス、請求項９の電力網システム、請求項１１の電気回路、請求項１３及び１４の方法並びに請求項１５のコンピュータプログラムは、従属請求項において定義されているそれらと類似の及び／又は同一の好ましい形態を有することが理解されるべきである。

本発明の好ましい実施形態は、各独立請求項と従属請求項との任意の組み合わせでもあり得ることが理解されるべきである。

電気デバイス及び電力網システムの一実施形態を模式的かつ例示的に示している。 電気デバイスへの電気入力に対する電気デバイスの出力の依存関係を示している。 電気デバイスへの電気入力に対する電気デバイスの出力の依存関係を示している。 電気デバイスへの電気入力に対する電気デバイスの出力の依存関係を示している。 電気デバイスへの電気入力に対する電気デバイスの出力の依存関係を示している。 タイミング手順を例示的に示す流れ図を示している。 ＤＣ電圧を幾つかの電気デバイスに供給する電力網システムの他の実施形態を模式的かつ例示的に示している。 電気デバイスの他の実施形態を模式的かつ例示的に示している。 電気入力に依存して電気デバイスの出力を与え、電気入力としての電力網システムのＤＣ電圧を与える方法の一実施形態を例示的に示す流れ図を示している。

図１は、ＤＣ電力網システム２に接続された電気デバイス１を模式的かつ例示的に示している。電気デバイス１は、電気入力が第１の電気入力の範囲にある場合には一定出力を与え、電気入力が第２の電気入力の範囲にある場合には電気入力に依存する依存出力を与える。この実施形態では、電気デバイス１はランプであり、ランプの出力はランプにより発せられる光である。例えば、光の強度又は光の色が、この実施形態では電気デバイス１に供給されるＤＣ電圧である電気入力に依存して変更され得る。

電気デバイス１は、電気デバイス１に供給されたＤＣ電圧３５の値を検出し、光生成ユニット６を駆動する駆動ユニット５に送られる制御信号を生成する電気入力検出ユニット４を有している。上記制御信号は、駆動ユニット５により光生成ユニット６に与えられるべきであるＤＣ電圧を示している。特に、この実施形態では、電気入力検出ユニット４は、供給されたＤＣ電圧３５を測定する測定ユニット３３と、例えば、マイクロプロセッサを有し、ＤＣ電力網システム２により供給された測定ＤＣ電圧３５に依存して制御信号及び従って光生成ユニット６に与えられるＤＣ電圧を決定する制御信号決定ユニット３４とを有している。従って、制御信号決定ユニット３４は、この実施形態では、ＤＣ電力網システム２により供給された測定ＤＣ電圧が第１のＤＣ電圧の範囲にある場合には、駆動ユニット５により光生成ユニット６に与えられる一定のＤＣ電力を示す制御信号を与え、ＤＣ電力網システム２から受け取った測定ＤＣ電圧が第２のＤＣ電圧の範囲にある場合には、駆動ユニット５により光生成ユニット６に与えられる依存ＤＣ電圧を示す制御信号を与え、光生成ユニット６に与えられる上記依存ＤＣ電圧はＤＣ電力網システム２により供給される測定ＤＣ電圧に依存するものである。

ＤＣ電力網システム２は、電気デバイス１に供給されるＤＣ電圧を変更する変更ユニット３を備えている。このＤＣ電力網システム２は、例えば、電気デバイス１、特に、ランプが配置されたビルディングの独自のグリッドシステムである。変更ユニット３は、電気デバイス１に供給されるＤＣ電圧を連続的に変更する。この実施形態では、入力電圧、すなわち、ＤＣ電力網システム２により供給されるＤＣ電圧が第２のＤＣ電圧の範囲内にある場合、ランプ１は、変更ユニット３を用いることにより入力ＤＣ電圧を変更することによって調光され得る。従って、ランプ１の光強度は、ＤＣ電力網システム２により供給されるＤＣ電圧を変更することにより変更され得る。

この実施形態では、変更ユニット３は、ＤＣ電力網システム２の分配ケーブル９から受け取られるＤＣ電圧を制御する制御ユニット７を有している。特に、制御ユニット７は、ユーザインターフェース８により与えられる制御信号に従って受け取ったＤＣ電圧を変更する。ユーザインターフェース８は、ユーザが電気デバイス１に供給されるＤＣ電力を希望通りに変更することを可能にする。従って、電気デバイス１の出力は、分離した制御チャネルを有する電気デバイスを必要とすることなく、単にＤＣ電力網システム２により供給される電圧を変更することにより制御され得る。

上記第１の電気入力の範囲、すなわち、この実施形態では第１のＤＣ電圧の範囲は、第２の電気入力の範囲、すなわち、この実施形態では第２のＤＣ電圧の範囲内の全ての電圧値よりも大きい電圧値を有している。第１の電気入力の範囲及び第２の電気入力の範囲は、互いに隣り合っており、例えば、第１の電気入力の範囲は３６０から４００Ｖに及び、第２の電気入力の範囲は０から３６０Ｖに及ぶ。

図２は、対応する第１及び第２の電気入力の範囲を例示的に示している。図２は、ＤＣ電力網システム２によりランプ１に供給されるＤＣ電圧Ｕ_ｉｎに依存するランプ１によって発せられる光の正規化強度を示している。第２の電気入力の範囲１０では、発せられる光の強度は、ＤＣ電力網システム２により供給されるＤＣ電圧Ｕ_ｉｎとともに直線的に増加する。第１の電気入力の範囲１１では、ランプ１は、一定の最大強度Ｉ_ｍａｘを有する光を発する。

他の実施形態では、電気入力が第２の電気入力の範囲の下方境界よりも小さい場合、電気デバイス１はゼロ出力を与える。例えば、第２の電気入力の範囲の下方境界は、例えば、１２Ｖの残留電力網システム電圧よりも大きい。対応する第１及び第２の電気入力の範囲が、図３に例示的に示されている。図３において、第２の電気入力の範囲１２では、ランプ１により発せられる光の強度はＤＣ電力網システム２により供給される増加するＤＣ電圧Ｕ_ｉｎとともに直線的に増加し、第１の電気入力の範囲１３では、ランプ１により発せられる光の強度は最大強度Ｉ_ｍａｘである。第２の電気入力の範囲１２は、この実施の形態では特に１２Ｖであるゼロよりも大きい下方境界を有している。これは、光の生成を伴うことなく例えば１２Ｖの小さい電圧を制御信号決定ユニット３４、特に、制御信号決定ユニット３４のマイクロコントローラに供給することを可能にする。しかしながら、他の実施形態では、第２の電気入力の範囲の下方境界は、より大きい値も有し得る。例えば、下方境界は３２０Ｖであり、第２の電気入力の範囲は３２０から３６０Ｖに及び、第１の電気入力の範囲は３６０Ｖから４００Ｖに及ぶ。

更に他の形態では、電気デバイス１は、第２の電気入力の範囲において電気入力に対する出力の依存関係が階段関数を形成するように構成され、或る段から他の段への移行は好ましくは直線的である。そのような階段関数は、図４に模式的かつ例示的に示されている。

図４では、第２の電気入力の範囲１４において、ランプ１により発せられる光の強度の依存性は、ＤＣ電力網システム２により供給されるＤＣ電圧Ｕ_ｉｎに階段状の形で依存している。ランプ１がＤＣ電力網システム２により供給されるＤＣ電圧Ｕ_ｉｎとは無関係に最大強度Ｉ_ｍａｘを有する光を発する第１の電気入力の範囲１５は、参照符号１５により示されている。階段（ステップ）関数は、或る段の範囲内の小さい電圧の変動が光の強度を変えないという利点を有する。制御信号決定ユニット３４により生成される対応する制御信号は、電気デバイスの出力の対応する変化、この実施の形態では、より長い時間にわたって光生成ユニット６により生成される光の強度の変化を分配するために、ローパスフィルタにかけられる。このローパスフィルタリングは、図４に示されている階段状の関数のほぼ垂直の部分により規定される電圧範囲内において、ＤＣ電圧がほんのわずかに変化する場合に存在し得るかなり大きい光強度の変化の視認性の低下をもたらす。

更に他の形態では、電気デバイス１は、第２の電気入力の範囲においてＤＣ電力網システム２により供給されるＤＣ電圧に対する出力、すなわち、ランプ１により発せられる光の強度の依存関係がヒステリシス関数を形成するように構成される。そのようなヒステリシス関数は、図５に模式的かつ例示的に示されている。このヒステリシス関数は、例示的な関数の輪（circle）により以下に説明される。

例示的な関数の輪の初めにランプ１は或る動作点１８において動作し、ＤＣ電力網システム２により供給されるＤＣ電圧が増加すると、まず光の強度は一定のままであることが仮定される。或る所定の閾値電圧を超えると、光の強度、すなわち、駆動ユニット５により光生成ユニット６に与えられる電圧又は電力は増加する。この或る所定の閾値電圧は、ポイント１９において達せられる。ポイント２０で始まって、ＤＣ電力網システム２により供給されるＤＣ電圧は、もはや増加せず、まずポイント２１に対応する電圧まで減少する。供給されるＤＣグリッド電圧は減少したが、光の強度は低下しておらず、一定のままである。この時、ランプ１は、しばらくの間、ポイント２１周辺において動作する。小さい電圧の変動は、光の強度を変えない。光の強度、すなわち、駆動ユニット５により光生成ユニット６に与えられる電力又は電圧を減少させるために、ＤＣグリッド電圧は、ポイント２２における電圧を下回らなければならない。ＤＣグリッド電圧が更に減少すると、強度は、例えば、ポイント２３における光の強度に達する。このポイント２３においてＤＣグリッド電圧が再度増加すると、開始点１８が達せられる。この特徴は、調光の目的によく適している。

上記ヒステリシス関数は、２本の平行なライン２４、２５により規定され、第１のライン２５は、動作点が第１のライン２５上にあり、ＤＣグリッド電圧が増加する場合に光強度の依存性を規定し、第２のライン２４は、動作点が第２のライン２４上にあり、ＤＣグリッド電圧が減少する場合に光強度の依存性を規定する。動作点が第１のライン２５上にあり、ＤＣグリッド電圧が減少する場合、光の強度は、動作点が第２のライン２４に達するまで最初は一定のままである。すなわち、動作点がＤＣグリッド電圧軸に平行であるラインに沿って動く。動作点が第２のライン２４上にあり、ＤＣグリッド電圧が増加する場合には、光の強度は、動作点が第１のライン２５に達するまで一定のままである。

他の実施形態では、電気デバイスの出力は、他のやり方でも電気入力に依存し得る。特に、電気デバイスは、電気デバイスの電気入力と出力との間の所定の割り当てに依存して第２の電気入力の範囲において依存出力を与える。例えば、上記電気デバイスはランプであり、上記割り当てはＤＣグリッド電力とランプにより発せられる光の色との関係を規定する。

電気デバイス１は、更に、電気入力が所定の時間第２の電気入力の範囲にあった場合のみ出力が変更されるように構成され得る。この電気デバイスは、例えば、ＤＣグリッド電圧が第２の電気入力の範囲にあった時間を測定するタイミングユニットを有しており、電気デバイスの出力は、この測定時間が所定の時間閾値よりも大きい場合にのみ変更される。これは、電気デバイスの出力に及ぼすＤＣグリッド電圧のフリッカの起こり得る影響を低減する。そのようなフリッカは、例えば、容量性負荷が接続する時に、例えば、短いスパイクが分配ケーブル９上に存在する場合に生じる。

図６は、電気入力が所定の時間第２の電気入力の範囲にあった場合にのみ電気デバイスの出力が変更されるように制御信号を例えば光生成ユニットの駆動ユニットに与える制御信号決定ユニットのマイクロコントローラと測定ユニットとの起こり得る相互作用を模式的に説明する流れ図を示している。

ステップ４０１において、制御信号決定ユニットのタイミングユニットがリセットされる。ステップ４０２において、測定ユニットが電気入力、特に、ＤＣグリッド電圧を測定し、ステップ４０３では、制御信号決定ユニットが、電気入力が第２の電気入力の範囲内にあるか否かを決定する。測定された電気入力が第２の電気入力の範囲内にない場合、ステップ４０１に進む。測定された電気入力が第２の電気入力の範囲内にある場合は、次のステップ４０４において、タイミングユニットにより示されるような予め設定された時間が終わっているか否かが決定される。上記時間が終わっていなければ、このタイミング手順はステップ４０２に続く。時間が終わっていれば、ステップ４０５において、測定された電気入力に従って制御信号が決定され、決定された制御信号が例えば、光生成ユニットの駆動ユニットに与えられる。

一実施形態では、ステップ４０２ないし４０４により規定されるループが行われている間に、測定電気入力の起こり得る変化が所定の閾値よりも小さいかどうかが更に決定される。この変化は、当該パーセンテージが生じた時間により分割される測定電気入力の変更のパーセンテージとして測定され得る。この変化が所定の閾値よりも大きいと、タイミングユニットは再度リセットされ、上記手順がステップ４０１で再度始まる。これは、第２の電気入力の範囲におけるノイズ及び小さい妨害（disturbance）のフィルタリングを可能にする。

図７は、ＤＣ電力網システムの更に他の実施形態を模式的かつ例示的に示している。このＤＣ電力網システム１０２は、ＤＣグリッド電圧を幾つかの電気デバイス１０１に供給する。ＤＣ電力網システム１０２は、交流電流１２８を直流電流に整流する整流器１２９を備えた整流ユニット１２７を有している。ＤＣ電力網システム１０２は、ビルディング１２６の独自のグリッドシステムであり、外部グリッドの交流電流１２８が整流器１２９によりＤＣ電圧に整流される。整流ユニット１２７は、更に、整流ＤＣ電圧を変更する変更ユニット１０３を有している。変更されたＤＣ電圧は、分配ケーブル１０９を有する分配システムを介して電気デバイス１０１に供給されるＤＣグリッド電圧である。変更ユニット１０３は、ユーザがＤＣグリッド電圧を変更することを可能にするユーザインターフェースを有している。図７に示されている実施形態では、ユーザがＤＣグリッド電圧を設定することを可能にするために、データ接続部１３１を介して変更ユニット１０３と接続される電気入力設定ユニット１３０が与えられている。電気入力設定ユニット１３０は、ビルディング１２６から離れて位置する外部ユニットであってもよいし、ビルディング１２６の中に位置する内部ユニットであってもよい。一実施形態では、電気入力設定部１３０は、ＤＣグリッド電圧がインターネットを介して変更され得るようにインターネットを介して変更ユニット１０３と接続される。

上述したＤＣ電力網システム２、１０２は、好ましくは、例えば３８０Ｖの公称電圧を有している。上記第１の電気入力の範囲は、好ましくは、各ＤＣ電力網システムの公称電圧を含んでいる。第２の電気入力の範囲の下方境界が公称電圧よりも少なくとも２０パーセント小さいことが更に好ましく、第２の電気入力の範囲の上方境界は、好ましくは、公称電圧よりも少なくとも１０パーセント小さい。

図８は、電気デバイスの更に他の実施形態を模式的かつ例示的に示している。図８に示されている電気デバイス２０１もまた、測定ユニット２３３及び制御信号決定ユニット２３４を備えた電気入力検出ユニット２０４を有するランプである。測定ユニット２３３は、図８には示されていないＤＣ電力網システムから受け取ったＤＣグリッド電圧２３５を測定する。制御信号決定ユニット２３４は、測定されたＤＣグリッド電圧に依存して制御信号を決定する。制御信号は、駆動ユニット２０５を介して光生成ユニット２０６に与えられる電圧を示すものである。測定ユニット２３３は、好ましくは、デジタルＤＣグリッド電圧値を制御信号決定ユニット２３４に与えるアナログ−デジタル変換器を有している。制御信号決定ユニット２３４は、好ましくは、制御信号を決定するマイクロコントローラを有している。制御信号決定ユニット２３４は、ＤＣグリッド電圧が第１の電気入力の範囲にある場合には、決定される制御信号が電気デバイス２０１の一定出力をもたらし、ＤＣグリッド電圧が第２の電気入力の範囲にある場合には、ＤＣグリッド電圧に依存する依存出力をもたらすように構成されている。

電気デバイス２０１は、更に、ＤＣグリッド電圧２３５を測定ユニット２３３、制御信号決定ユニット２３４及び駆動ユニット２０５を駆動するのに適した他のＤＣ電圧に変換する補助コンバータ２３２を有している。

既に上述したように、第２の電気入力の範囲、特に、第２の電圧の範囲の下方境界は、かなり高い場合もある。この場合には、電気デバイス内の補助コンバータ２３２は、補助電力又は必要以上の入力電圧の範囲を生成する必要がない。また、その場合、ＤＣ電力網の同じ分配上でのランプ又は換気ファン若しくはセンサのような他の電気デバイスを動作させることが可能であり、各駆動ユニットが第２の電圧範囲の下方境界よりも低い電圧範囲内で作動することができる場合、これらのランプ又は他の電気デバイスの少なくとも幾つかはＤＣグリッド電圧により制御されない。

以下の実施形態では、電気入力としての電力網システムのＤＣ電圧を電気デバイスに与え、電気入力に依存して電気デバイスの出力を与える方法が、図９に示されている流れ図を参照して説明される。

ステップ３０１において、ＤＣ電力網システムがＤＣグリッド電圧を与える。ステップ３０２において、このＤＣグリッド電圧は、例えば、図１及び図７を参照して上記に説明されたＤＣ電力網システムの変更ユニット３及び１０３を用いることにより変更される。ステップ３０３では、電気デバイスは、変更されたＤＣグリッド電圧に従って出力を与える。特に、電気デバイスは、変更されたＤＣグリッド電圧が第１の電気入力の範囲内にある場合には一定出力を与え、変更されたＤＣグリッド電圧が第２の電気入力の範囲内にある場合には、変更されたＤＣグリッド電圧に依存する依存出力を与える。

一実施形態では、ＤＣ電力網システムのＤＣグリッド電圧を変更する変更ユニットは、ＤＣグリッド電圧を中央で変更するＤＣ電力網システムの中央制御装置である。電気デバイスのグループがＤＣ電力網システムの共通変更ユニットに接続されるサブグリッドが規定され得る。特に、電気回路は、ＤＣ電力網システム及び幾つかの電気デバイスを有し、電気デバイスはＤＣ電力網システムの同じ変更ユニット又は異なる変更ユニットに接続され得る。

ＤＣ電力網システムのＤＣグリッド電圧が変動する場合、図１を参照して上述したランプは、ランプの光強度を一定に保つことを可能にする。一方、光強度は、供給されるＤＣグリッド電圧を変化させることにより制御される。従って、例えば、上記ランプは、追加の調光制御チャネルを有するランプを必要とすることなく調光され得る。

例えば、ＤＣ電力網システムを有するビルディングの外部の遠隔ユニット又はビルディング内の内部ユニットである上述した電気入力設定ユニットは、ＤＣ電力網システムの電力管理を改善するために用いられ得る。例えば、電圧の減少は、通常、ＤＣ電力網システムの負荷の増大を示す。グリッドの負荷が一定の電力特性を有している場合、負荷電流が増加し、ＤＣ電力網システムは不安定になり、クラッシュする。例えば、ＤＣ電力網システムの中央電力変換器が、例えば、図１及び図７を参照して上記に説明した変更ユニット３及び１０３を有しているので電圧の低減とともに負荷電力を減少させる可能性を有する場合、ＤＣ電力網システムは、電圧低下に向かうことなく安定に保たれる。従って、特に、遠隔電気入力設定ユニットを介してＤＣグリッド電圧を変更する変更ユニットは、追加の通信チャネルを伴うことなく、ローカルスマートグリッドの機能を可能にする。

上記第１の電圧の範囲、すなわち、第１の電気入力の範囲は、好ましくは、ＤＣ電力網システムの公称電圧範囲を含むように規定される。この第１の電圧の範囲は、好ましくは、公称ＤＣ電圧及び数パーセントのこの電圧からの偏差で規定される。例えば、第１の電圧の範囲は、ＤＣ電力網の公称電圧及び１０パーセントの考えられる偏差（Ｕ_ｎｏｍ±１０％）により規定される。好ましくは、第２の電圧の範囲、すなわち、第２の電気入力の範囲は、第２の電圧の範囲につながる第１の電圧の範囲よりも低い電圧の範囲である。第２の電気入力の範囲では、ランプの電力の特徴は、好ましくは、少なくとも単調増加しており、これは、より高い供給電圧、すなわち、より高いＤＣグリッド電圧が、より高いランプ電力、すなわち、駆動ユニットにより光生成ユニットに与えられるより高い電力をもたらすことを意味する。更により好ましくは、この特徴は線形的である。

上述した実施形態では、電気デバイスは、好ましくはランプであったが、電気デバイスは、ファン、センサ、モータ等のような他の電気負荷でもあり得る。

上述した実施形態では、電気入力を変更することにより引き起こされる出力の変更は光強度の変更であるが、他の実施形態では、光の他の性質も変更され得る。例えば、光の向き、光の色等が、電気入力に依存して変更され、制御される。電気デバイスが他の負荷である場合、変更され得る対応する性質も、一般的に、他の性質である。例えば、電気デバイスがファンである場合、ファンの向き及び／又は換気強度、特に、ファンの回転速度が電気入力に依存して変更され得る。

上述した実施形態では、電力網システムはＤＣ電力網システムであるが、電力網システムは他の種類の電力網システムでもあり得る。例えば、電力網システムは、ケーブルにおける可聴ノイズ又は高周波成分を低減するために、本発明を使用することができるＡＣ電力網システムであり得る。例えば、電力変圧器のハム音（humming）及び／又は光源を駆動する駆動ユニットにおける磁気成分のような磁気成分により引き起こされるノイズ及び／又は電力変換器のハム音は、ＡＣ電源電力網システムにより供給されるＡＣ電源の振幅を減少させることにより低減され得る。電源スイッチにおいて生成され得るケーブルの高周波成分、すなわち、望ましくない妨害無線周波放射は、供給されるＡＣグリッド電圧の振幅を減少させることにより低減され得る。

電気回路が、変更可能なＤＣグリッド電圧を伴うＤＣ電力網システムと、ＤＣ電力網システムに接続される幾つかの電気デバイスとを有する場合、全ての電気デバイスが第１の電圧の範囲で一定出力であり、第２の電圧の範囲で依存出力であるという概念を実現している必要はない。変更されたＤＣグリッド電圧が各電気デバイスにより必要とされるＤＣ電圧の範囲外である場合、幾つかの電気デバイスは、例えば、単に当該電気デバイス自体をスイッチオフにするように構成され得る。

上述した実施形態では、変更ユニットは、ユーザが電気デバイスに供給されるＤＣ電圧を変更することを可能にするユーザインターフェースを有しているが、他の実施形態では、変更ユニットは、例えば、センサにより検出されるイベント又は状態に基づいて電気デバイスに供給されるＤＣ電圧を変更するようにも構成され得る。すなわち、例えば、変更ユニットは、センサにより検出され得る或るイベント又は状態と電気デバイスに供給されるＤＣ電圧との間の割り当てを有する。例えば、ＤＣ電圧は、光センサにより検出される周囲の光の強度に依存して又は動きセンサにより検出される動きに依存して変化し、例えば、動きがもはや検出されないと、ＤＣ電圧は減少する。また、変更ユニットは、所定のタイムスケジュールに依存して電気デバイスに供給されるＤＣ電圧を変更するようにも構成され得る。

上述した実施形態では、電気デバイスは、出力を与える専ら単一のユニットを有しているが、他の実施形態では、電気デバイスは、出力を与える１つよりも多いユニットも有し得る。例えば、電気デバイスは、光生成ユニットを有するだけではなく、ファンも有するランプである。その場合、電気デバイスは、例えば、光生成ユニットの種々の出力と一方ではファンとの、他方では電気入力、特に、ＤＣグリッド電圧との割り当てを記憶ユニットに含んでいる。一実施形態では、上記第２の電気入力の範囲内の幾つかの電圧の範囲が規定され、これらの幾つかの電圧の範囲が光生成ユニットの光の種々の色又はファンの種々の回転速度に割り当てられ得る。例えば、３つの異なる電圧範囲が３つの異なる回転速度に割り当てられ、２つの他の異なる電圧範囲が２つの異なる光の色に割り当てられる。電気入力が第２の電気入力の範囲を離れると、電気デバイスの出力は、好ましくは、常に第２の電気入力の範囲を離れる前に最後に選択された出力のままである。

電気デバイスの出力は、或る電圧が電気デバイスに供給される時間にも依存し得る。例えば、或る時間の長さ及び或るＤＣ電圧が、電気デバイスの或る出力に割り当てられる。電圧が、またオプションで電気デバイスに電圧を供給する時間の長さもが、単一の出力強度又は出力色のような単一の出力値だけではなく、一連の出力値にも割り当てられ得る。例えば、或るグリッド電圧が、またオプションで或る時間の長さもが、光生成ユニットにより生成される一連の光の色に割り当てられる。或る電圧が或るシーケンスに割り当てられ、グリッド電圧がこの或る電圧に達する毎に、電気デバイスの出力はシーケンスの次の要素に従って変更されることも規定され得るか、又は、或る電圧が電気デバイスに供給される間、出力は一定速度で所定の一連の色のような所定の一連の出力の特徴に従って変更されることが規定され得る。例えば、電気デバイスは、静的な又は動く光のパターンである種々の光のパターンを投影するゴボ（Gobo）プロジェクタである。各光のパターンは、対応する電圧をゴボプロジェクタに供給することにより選択され得る。例えば、ゴボプロジェクタは、例えば２５０Ｖ±５％の第１のＤＣ電圧がゴボプロジェクタに供給される場合には、第１の光のパターンが投影されるように構成され、例えば２８０Ｖ±５％の第２のＤＣ電圧が達せられる毎に、所定の一連の光のパターンの次の光のパターンが投影される。ゴボプロジェクタは、更に、例えば、３２０ないし３６０Ｖの電圧範囲内に調光領域を与えるように構成され、対応するＤＣ電圧をゴボプロジェクタに供給することにより、まず所望の光のパターン、すなわち、所望のゴボが選択され、その後、所望の光強度が設定され得る。

開示された実施形態に対する他の変形例が、図面、この開示及び添付の特許請求の範囲の研究から特許請求の範囲に係る発明を実行する際に当業者により理解され、実施され得る。

特許請求の範囲において、「有する」という語は他の構成要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「a」又は「an」は複数を排除するものではない。

単一のユニット又はデバイスは、特許請求の範囲に列挙されている幾つかのアイテムの機能を果たし得る。或る方策が互いに異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの方策の組み合わせが有利に用いられないことを示してはいない。

例えば、上述した方法に従う光生成ユニットの駆動ユニットに与えられる制御信号の決定のような決定及び／又は電気デバイス及び電力網システムの制御は、コンピュータプログラムのプログラムコード手段として及び／又は専用ハードウェアとして実現され得る。

コンピュータプログラムは、他のハードウェアとともに又は他のハードウェアの一部として与えられる光記憶媒体又はソリッドステート媒体のような適切な媒体に記憶及び／又は配布され得るが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介してのような他の形態でも配信され得る。

特許請求の範囲におけるいかなる参照符号もが範囲を限定するように解釈されるべきではない。

本発明は、電気入力に依存して出力を与える電気デバイスに関するものである。電気デバイスは、電気入力が第１の電気入力の範囲にある場合には一定出力を与え、電気入力が第２の電気入力の範囲にある場合には、電気入力に依存する依存出力を与える。従って、出力は、好ましくはＤＣグリッド電圧である電気入力が第１の電気入力の範囲内で変動する場合でさえも一定のままである。また、第２の電気入力の範囲において、電気デバイスの追加の制御構造体を必ずしも必要とすることなく、単にＤＣグリッド電圧のような電気入力を制御することにより出力が制御され得る。よって、電気入力の変動に対する抵抗及び出力の制御性が、かなり簡単なやり方で実現され得る。

Claims (9)

1. 直流（ＤＣ）電力網システムからの電気入力に依存して出力を与える電気デバイスであって、前記電気入力が第１の電気入力の範囲にある場合には一定出力を与え、前記電気入力が第２の電気入力の範囲にある場合には、前記電気入力に依存する依存出力を与え、前記第２の電気入力の範囲において、前記電気入力に対する前記出力の依存関係が階段関数若しくはヒステリシス関数を形成し、及び／又は、前記電気入力が所定の時間前記第２の電気入力の範囲内にあった場合にのみ、前記出力は、前記電気入力を変更することにより変更可能である、当該電気デバイス。
2. 前記電気入力が入力電圧である、請求項１記載の電気デバイス。
3. 前記電気入力を前記ＤＣ電力網システムから受け取るために、前記ＤＣ電力網システムに接続され、前記ＤＣ電力網システムが、当該電気デバイスへの前記電気入力を変更する変更ユニットを備えた、請求項１記載の電気デバイス。
4. 前記第１の電気入力の範囲が、前記第２の電気入力の範囲内の全ての電気入力値よりも大きい電気入力値を有する、請求項１記載の電気デバイス。
5. 当該電気デバイスの前記電気入力と出力との間の所定の割り当てに依存して、前記第２の電気入力の範囲において前記依存出力を与える、請求項１記載の電気デバイス。
6. 請求項１記載の電気デバイスと、
   電気入力を前記電気デバイスに与える前記ＤＣ電力網システムと、
   前記電気入力を変更する変更ユニットと
   を有する、電気回路。
7. 前記ＤＣ電力網システムが公称電圧を有し、前記第１の電気入力の範囲が前記公称電圧を含む、請求項６記載の電気回路。
8. 直流（ＤＣ）電力網システムからの電気入力に依存して電気デバイスの出力を与える方法であって、前記電気入力が第１の電気入力の範囲にある場合には一定出力が与えられ、前記電気入力が第２の電気入力の範囲にある場合には、前記電気入力に依存する依存出力が与えられ、前記第２の電気入力の範囲において、前記電気入力に対する前記出力の依存関係が階段関数若しくはヒステリシス関数を形成し、及び／又は、前記電気入力が所定の時間前記第２の電気入力の範囲内にあった場合にのみ、前記出力は、前記電気入力を変更することにより変更可能である、当該方法。
9. 電気入力に依存して電気デバイスの出力を与えるコンピュータプログラムであって、請求項１記載の電気デバイスを制御するコンピュータ上で実行される際に、請求項１記載の電気デバイスに請求項８記載の方法のステップを実行させるプログラムコード手段を有する、当該コンピュータプログラム。

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