(57)【要約】    本発明は、電源（１）を監視するための知的電源監視ユニット（２）であって、電力の入力用のパワー入力（２４）と、電力の出力用のパワー出力（２５）と、前記パワー入力（２４）を前記パワー出力（２５）に接続するパワーラインと、前記パワーライン上の電磁ノイズの減少用の第１ＥＭＩ／ＲＦＩフィルタ（２１）と、前記パワーラインの上の電力パラメータを監視するためや、前記第１ＥＭＩ／ＲＦＩフィルタ（２１）のパラメータを監視するための監視手段と、前記監視手段からの信号を受信及び処理し、前記監視手段からの信号を基礎とする制御信号を発行するためのデータ処理ユニット（２９）と、前記データ処理ユニット（２９）及び前記監視ユニットの外部の少なくとも一つの装置（５１）との間のデータを交換するためのデータ通信バスと、を備える知的電源監視ユニット（２）である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源（１）を監視するための知的電源監視ユニット（２）であって、
電力の入力用のパワー入力（２４）と、
電力の出力用のパワー出力（２５）と、
前記パワー入力（２４）を前記パワー出力（２５）に接続するパワーラインと、
前記パワーライン上の電磁ノイズの減少用の第１ＥＭＩ／ＲＦＩフィルタ（２１）と、
前記パワーラインの上の電力パラメータを監視するため及び／又は前記第１ＥＭＩ／ＲＦＩフィルタ（２１）のパラメータを監視するための監視手段と、
前記監視手段からの信号を受信及び処理し、前記監視手段からの信号を基礎とする制御信号を発行するためのデータ処理ユニット（２９）と、
前記データ処理ユニット（２９）及び前記監視ユニット（２）の外部の少なくとも一つの装置（５１）との間のデータを交換するためのデータ通信バスと、
を備えることを特徴とする知的電源監視ユニット（２）。
【請求項２】
前記電源は、ＡＣ電圧で、
前記監視ユニットは、
前記データ処理ユニット（２９）に低電圧ＤＣ電力を供給するためのＡＣ／ＤＣ変換（２３）を更に備えることを特徴とする請求項１記載の知的電源監視ユニット（２）。
【請求項３】
前記ＡＣ／ＤＣ変換（２３）で生成された電磁ノイズの減少用の第２ＥＭＩ／ＲＦＩフィルタ（２２）を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の知的電源監視ユニット（２）。
【請求項４】
前記監視ユニットは、
前記第２ＥＭＩ／ＲＦＩフィルタ（２２）のパラメータを更に監視することを特徴とする請求項３に記載の知的電源監視ユニット。
【請求項５】
前記電源は、３相ＡＣ電圧でることを特徴とする請求項２乃至４の一つに記載の知的電源監視ユニット（２）。
【請求項６】
前記監視ユニット（２）の外部に少なくとも一つの装置（５１）に低電圧ＤＣ電力を提供するためのＤＣ出力（２６）を更に備えることを特徴とする請求項２乃至５の一つに記載の知的電源監視ユニット（２）。
【請求項７】
前記監視手段は、前記低電圧ＤＣ電力のパラメータを更に監視することを特徴とする請求項２乃至６の一つに記載の知的電源監視ユニット（２）。
【請求項８】
前記電源は、ＤＣ電圧であり、
前記監視ユニットは、
前記データ処理ユニット（２９）に低電圧ＤＣ電力を提供するための電圧トランスを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の知的電源監視ユニット（２）。
【請求項９】
前記パワー出力（２５）からパワー入力（２４）を非接続にするためのコンタクタ（２０）を更に備え、
前記コンタクタ（２０）は、前記データ処理ユニット（２９）で制御されることを特徴とする請求項１乃至８の一つに記載の知的電源監視ユニット（２）。
【請求項１０】
前記電源（１）の少なくとも一つの保護装置（３０）から信号を受信するための少なくとも一つのインターフェースを更に備えることを特徴とする請求項１乃至９の一つに記載の知的電源監視ユニット（２）。
【請求項１１】
前記少なくとも一つの保護装置（３０）は、前記電力の過電圧イベントに対する保護用のサージプロテクタであることを特徴とする請求項１０に記載の知的電源監視ユニット（２）。
【請求項１２】
前記データ処理ユニット（２９）によって前記少なくとも一つの保護装置（３１‘，３２‘）の監視を許容するために前記データ処理ユニット（２９）に接続された少なくとも一つの保護装置（３１‘，３２‘）を備えることを特徴とする請求項１乃至１１の一つに記載の知的電源監視ユニット（２）。
【請求項１３】
前記電源（１）でモジューラ統合用の単一部品として構成されていることを特徴とする請求項１乃至１２の一つに記載の知的電源監視ユニット（２）。
【請求項１４】
ハウジングで囲まれており、前記ハウジングは、全ての側面に少なくとも一つの部分が閉じられていることを特徴とする請求項１乃至１３の一つに記載の知的電源監視ユニット（２）。
【請求項１５】
請求項１乃至１４の一つに記載の知的電源監視ユニットと、
前記監視ユニットの外部の前記電源（１）の少なくとも一つの装置（５１）と、前記データ処理ユニット（２９）との間にデータ交換を許容するためのバスインターフェースと、を備えることを特徴とする電源（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気電源を監視するための知的電源監視ユニットに関するものである。本発明はまた対応する知的電源監視ユニットを備える電源に関するものである。  
【関連発明】
【０００２】
電気システム用の正しい電源の供与は、幾つかの問題を含む。
【０００３】
本発明の課題は、特に、国から国へ変化することが可能な電磁適合性や電源品質安定化に従う電源システムを設計することである。例示セットのための安定化は、電源から分布ネットワークに伝達する、電源の電磁放射や妨害可能性が維持されなくてはいけない範囲に制限する。
【０００４】
他の課題は、負荷及び電源システム自身に外部や内部イベントによる損失に対するあるレベルの保護を提供する電源システムを設計することである。外部イベントは、案内するイベント、悪い電源電圧や位相低下出力を備える。内部イベントは、例えば、過負荷や過温度状況に導き得る負荷損失の場合、電源自身で創作された、短い回路、機械の過負荷等を備える。
【０００５】
様々な部品は、これら課題を達成するために必要な保護やフィルタ機能を実現することが理解し得る。しかしながら、大抵の従来技術の解決としては、設計、材料、及び製造面で費用がかかる。
【０００６】
図１は、従来技術の電源１の典型的な機能図を示す。電源１は、例えば、電源分布ネットワークのような電源に接続され介在するライン入力１１を備えている。
この例では、供給された入力電圧は、単一又はマルチの位相のＡＣ電圧である。キャビネット１は、通常、負荷、例えば、電源の負荷出力電圧で供給・駆動可能な電気モータ又は他の電気応用機器を接続するための負荷出力１２を備えている。
電源の負荷出力電圧は、例えば、単一又はマルチの位相のＡＣ電圧で、供給入力電圧と異なる周波数や振幅を持つことが可能である。電源１は、負荷や電源の幾つかの機能パラメータを監視する様々なセンサからの信号を受信するための１以上の任意のセンス入力１３を更に備えている。センス入力に印加されるセンス信号は、例えば、電源１に異常負荷状態を示すために使用される。電源１は、更に、好ましくは、例えば、負荷からや負荷に、外部装置からや外部装置に制御信号を受信や出力するための任意の制御接続部１４を備えている。制御電源１からの制御信号は、例えば、負荷の機能を安定化するためや異常条件の場合に幾つかの適切な外部セキュリティ装置を動作させるのに使用され得る。例えば、電源で受信された制御信号は、緊急の場合には、電源オフに切り換えるのに使用さえ得る。
【０００７】
ライン入力１１の後では、電源１は、好ましくは、電源で生じるであろうイベントに対して電源１を保護する保護装置を備える。これら保護装置は、過電圧イベントに対する保護のためのサージプロテクタ３０及び過電流イベントに対する保護のためのサーキットブレーカ３２を含む。好ましくは、保護装置は、電源１の手動の電源オン／オフを許容するための安全インタラプタ３１を更に含む。電源ライン上で負荷出力１２に及び保護装置３０、３１，３２の背後の制御キャビネット１は、制御された負荷電源オンオフを許容するためのコントラクタ４０、負荷で発生されるノイズを可能な限り抑制するための電源ＥＭＩ／ＲＦＩ(電磁インターフェース／無線周波数インターフェース)フィルタ４１、及び、例えば、負荷のスピードを安定化するためのモータドライブ５０を備えている。その際、モータドライブ５０の入力は、典型的には、負荷出力１２に直接接続されている。
制御キャビネット１は、ＡＣ／ＤＣ変換器４３を更に備え、その入力は、安全装置３０，３１，３２を超えて電源１内部の電源線に接続される。好ましくは、コンバータ４３の入力は、入力コンバータ４３によってそのＡＣ入力上に発生されたノイズ抑制用のＡＣ／  ＤＣ入力ＥＭＩ／ＲＦＩフィルタ４２の入力電圧部に接続されている。ＡＣ／ＤＣ変換器４３は、電源１を制御や予め定義されたプログラムによるＳＩＴをランする制御ユニット５１に好ましい低い電圧ＤＣ電源を提供する。制御ユニット５１は、典型的には、センス入力１３からセンス信号を受信し、制御接続部１４の制御信号を送信や受信する。その時、制御ユニット５１は、受信されたセンスや制御信号を考慮して電源１を安定化する。
【０００８】
変形例では、少なくとも保護要素３０，３１、３２の部分は、例えば、サージプロテクタ３０やサーキットプロテクタ３２は、制御ユニット５１に接続された補助スイッチを更に備え、これより、これら保護要素３０，３２が電源側のイベントで駆動される場合に、自動アラーム、サービス又は他の反応、を可能にする。
これら信号接続は、矢印３００，３２０で図２に示されている。
【０００９】
システムデザインの頻繁な精密な面は、異なるシステムユニットで発生されたノイズの十分な減少である。フィルタ部品だけでなく置換及びワイヤ状況は、全てのＥＭＩ／ＲＦＩ抑制結果に影響する。従って、不適切なシステム設計の解析及び最適化のためのＥＭＣスペシャリストのサービスを利用することが必要である。
【００１０】
それ故、本発明の目的は、電源システムの設計で大変容易に許容する装置を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、電源の機能の統合管理用に許容する電源管理装置を提供することである。
【発明の簡単な概要】
【００１２】
（１）本発明によれば、以下の手段によって、これら目的が達成される。
【００１３】
電源を監視するための知的電源監視ユニットであって、
電力の入力用のパワー入力と、
電力の出力用のパワー出力と、
前記パワー入力を前記パワー出力に接続するパワーラインと、
前記パワーライン上の電磁ノイズの減少用の第１ＥＭＩ／ＲＦＩフィルタと、
前記パワーラインの上の電力パラメータを監視するためや、前記第１ＥＭＩ／ＲＦＩフィルタのパラメータを監視するための監視手段と、
前記監視手段からの信号を受信及び処理し、前記監視手段からの前記信号を基礎とする制御信号を発行するためのデータ処理ユニットと、
前記データ処理ユニット及び前記監視ユニットの外部の少なくとも一つの装置との間のデータを交換するためのデータ通信バスと、
を備えることを特徴とする知的電源監視ユニットである。
（２）本発明によれば、この知的電源監視ユニットを持つ電源の手段によって、これら目的が達成される。
【００１４】
本発明の電源の前端モジュールは、知的電源監視ユニット（ＩＰＭＵ）と呼ばれ、好ましくは、ＥＭＩ及びＲＦＩ減少手段、低ＤＣ電圧電源、及び電源の動作の正確で精密な制御を許容する高性能の監視及び診断手段を統合する。都合の良い通信手段ばかりでなく正しい統合されたＥＭＣ解決を更に提供し、これにより、モジュールについてのインターフェース及びその部品が大変単純化されるにつれて、従来技術に比べ設計の複雑性の大規模の減少及びコストを許容する。
【００１５】
（３）本発明の好ましい実施例によれば、本発明の電源の前端モジュールの更なる利点は、例えば、サージプロテクタ、サーキットブレーカ、コンタクタや他の機能のような更なる機能が、例えば、サーキットブレーカ又は信号装置を直接制御するためにモジュールと容易に統合され工業標準通信インターフェースに接続されるように、そのモジューラリティである。
【００１６】
（４）上述の機能性を達成するために、本発明の知的電源監視ユニット（ＩＰＭＵ）は、好ましくは、ＩＰＭＵの部品を監視、もっと一般的には、電源動作や好ましくは標準バスインターフェースを介して外部の制御ユニットと外部装置で通信を許容するためのデータ処理手段と、
前記データ処理手段にソフトウェア要素がランされるときに、ＩＰＭＵの機能や動作を定義するためのデータ格納装置に格納されるソフトウェア要素と、
例えば、パラメータや変数を格納して格納するためのメモリと、
外部使用だけでなく内部用の好ましくは低電圧ＤＣ電力の付与用のＡＣ／ＤＣ変換器と、
ＡＣ／ＤＣ変換器用だけでなく負荷に電源ライン上のノイズをフィルタするためのＥＭＩ／ＲＦＩフィルタと、
を備えることを特徴とする知的電源監視ユニット（２）である。
【００１７】
その可撓性の構成のために、本発明の電源の監視ユニットは、更にコンタクタ、サーキットブレーカやサージプロテクタを更に統合するために可能性を持つ特定のトポロジにおいて異なる適用の構成やＩＰＵのデータ処理ユニットにリンクするためにこのような外部装置の補助スイッチのため及び制御入力のコンタクタのための接続手段を提供するのを許容する。
【発明の実施の形態】
【００１８】
本発明の理解をより良くするために添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１９】
図３は、本発明の実施の形態による知的電源監視ユニットを備える電源の機能図を示す。
【００２０】
電源１は、好ましくは、ライン入力部１１を備え、電源、例えば、電源分布ネットワークに、そして、例えば、負荷出力部１２で供給された負荷電圧によって供給され駆動可能な電気モータ又は他の電気応用機器の負荷を直接又は間接接続するための負荷出力部１２に直接又は間接的に接続されるのを許容する。しかしながら、この例では、ライン入力部１１に応用された入力電圧及び負荷出力部１２で利用可能な負荷電圧は、異なる周波数や振幅を持つことができる。入力電圧が好ましくは一定の場合には、特に、負荷電圧の周波数や振幅は、好ましくは、負荷駆動のために変化され得る。
【００２１】
電源１は、例えば、外部センサからの信号を受信するための任意のセンス入力部１３を更に備える。好ましい実施例では、外部センサは、負荷や環境、例えば、室温では、負荷のモータ回転や他の関連するパラメータのような様々なパラメータを測定する。そのとき、センス入力部１３に印加されるセンス信号は、好ましくは、測定パラメータの値を表す信号や異常条件がセンサで検知される場合、例えば、予め定められたスレシホールドを超える１以上の測定パラメータの場合には警報信号である。図３では、単純化目的からセンス入力部１３は、単一入力として表される。しかしながら、当業者は、平行な１つの信号より多く受信するために一つの電気接続部より多くを備えると理解している。例えば、これら接続部は、好ましくは、標準的な電気コネクタのような１以上の接続要素に分類され得る。
【００２２】
電源1は、制御信号を制御キャビネット１及び／から受信や送信用の制御接続部１４を、好ましくは、更に備える。制御キャビネット１内部では、制御接続部１４は、負荷電圧、例えば、その振幅や周波数の特性を制御するプログラマブル論理回路（ＰＬＣ）５１に接続される。制御信号は、負荷の実際の要求に適用するための負荷電圧を修正するために、例えば、使用される。単純化目的から、制御接続部１４は、単一入力としても表される。当業者は、この接続部は、例えば、平行な１つの制御信号より多くを受信及び送信するために一つの電気接続部より多くを備えると理解している。必要な接続部は、好ましくは、例えば、標準的な電気コネクタのような１以上の接続要素に分類され得る。
【００２３】
本発明によれば、電源１は、バス接続部１５を好ましくは更に備え、その目的は以下に詳細に説明する。
【００２４】
入力側では、電源１は、電源システムを保護するための保護装置や電源（ソース）側、例えば、分布ネットワーク上で発生する異常電気状況に対する負荷を好ましくは備える。保護装置は、例えば、過電圧エベントに対しての保護用のサージプロテクタ３０及び過電流エベントに対しての保護用のサージプロテクタ３０を含む。好ましくは、保護装置は、電源１の手動電源オンオフを許容するための安全インターラプタ３１を含む。
【００２５】
出力側では、電源１は，例えば、入力電圧を負荷供給及び可能な限り駆動に必要な負荷電圧に変換するためのモータドライブ５０を備えている。モータドライブ５０は、好ましくは、外部装置によって対応する入力１３，１４に印加されるセンスや制御信号に負荷電圧を安定化するためのモータドライブ５０に対する信号を送信するＰＬＣ５１で制御される。
【００２６】
本発明によれば、電源１は、電源１の動作を監視およびＰＬＣ５１に低電圧ＤＣ電力を任意供給するための知的電源監視ユニット（ＩＰＭＵ）２を備える。好ましい実施例では、知的電源監視ユニット（ＩＰＭＵ）２は、保護装置３０，３１，３２及びモータドライブ５０間で接続される。従って、外部イベントから電源(ソース)側に可能な限り発生して保護される。監視装置２は、様々な動作パラメータを監視や、異常や危険状況が検知される場合に、適切な制御信号を発行するためのデータ処理ユニット２９を備える。
【００２７】
監視装置２は、好ましくは、制御された負荷電源オンオフを許容するためのコンタクタ２０、負荷で発生されたノイズの抑制用の第１ＥＭＩ／ＲＦＩ(電磁インターフィアレンス／無線周波数インターフィアレンス)フィルタ２１と、監視装置２内部の前記データ処理ユニット２９及び監視装置２外部のＰＬＣ５１に供給される低電圧ＤＣ電力に入力電圧の一部を変換するためのＡＣ／ＤＣ変換２３を更に備える。監視装置２は、前記ＡＣ／ＤＣ変換２３で生成されたノイズの抑制用の第２ＥＭＩ／ＲＦＩフィルタ２２を好ましくは、更に含む。
【００２８】
本発明によれば、データ処理ユニット２９は、例えば、ＡＣ入力２４及びＡＣ及びＡＤ出力２５及び２６での夫々の電圧を感知することで監視ユニットの動作パラメータを監視する。監視ユニットは、第１及び第２ＥＭＩ／ＲＦＩフィルタ２１、２２、例えば、誘導部品の磁性コアの飽和レベル、フィルタ入出力等でのノイズレベルのパラメータを可能な限り更に監視する。
【００２９】
この監視は、例えば、監視パラメータは適切なセンサ又は他の測定装置(図示せず)の援助で測定され、これらセンサの出力信号は、電源が通常状態で動作するかどうか決定するために処理するデータ処理ユニット２９に供給される。
【００３０】
異常状況、例えば、高ノイズレベル、コア飽和等が検知されるならば、例えば、
ＡＣ／ＤＣ変換２３の動作パラメータを修正するために、データ処理ユニット２９は、好ましくは、適切な制御信号を発行する。
【００３１】
好ましくは、監視ユニット２の外部装置への信号は、好ましくは通常工業標準に従う通信バスに送信される。但し、所有通信アルゴリズムが発明の範囲内で使用可能である。従って、データ処理ユニット２９は、好ましくは、この通信バスでＰＬＣ５１と通信する。従って、制御や通信信号は、監視ユニット２内の部品の動作パラメータを直接監視するデータ処理ユニット２９と、電源外からのセンス信号を受信し、モータドライブ５０を直接監視するＰＬＣ５１との間で交換され得る。それ故、全ての監視信号は、電源の動作パラメータを適用するためにその時最も適切な信号を発行や緊急時に完全スイッチオンオフし得る監視ユニット２内で中央化され処理される。通信バスは、データ処理ユニット２９で、好ましく処理される。
【００３２】
監視ユニット２は、少なくとも一つの部分が全側面で閉じられるハウジング内に全ての構成要素が好ましくは含まれる単一部品として好ましくは形成される。
【００３３】
好ましくは、電源１の他の部品にそのインターフェースを許容するために標準コネクタ又は他の接続要素は、ハウジングの壁に提供される。データバスコネクタは好ましくは通信バスインターフェース２７用に使用される間は、適切な電源コネクタは、特に、ＡＣ入力２４用、ＡＣ出力２５用、低電圧ＤＣ出力２６用に使用され得る。
【００３４】
従って、監視ユニット２は、電源の設計に大変役に立つ適切なインターフェースを持つ電源内にモジューラで簡単に統合され得る。監視ユニット２は、好ましくは、電源１の正しい動作及び効率良い保護に必要な全ての監視機能を提供する。それ故、設計者は、更なる設計を必要としない単一のモジュールとして本発明の監視ユニット２を統合し得る。
【００３５】
好ましい実施例では、例えば、電源の動作を安定化や他の電源で制御されるようにするために、電源１の監視ユニット２と共に、例えば、負荷、制御ステーション等の通信を許容するために、通信バスは、第２バスインターフェース１５を介して電源1外部からアクセス可能である。好ましくは、通信バスは、工業標準に従っており、バスインターフェース１５は、標準インターフェースであって、コンパチブルなバスインターフェースを備える外部装置は、監視ユニット２に接続され通信され得る。
【００３６】
図４に図示された実施の形態の変形例では、監視ユニット２は、保護装置３０、３１‘，３２‘を更に監視する。この変形例によれば、保護装置の一部、例えば、インタラプタ３１‘及びサーキットブレーカ３２‘は、他の保護装置、例えば、サージプロテクタ３０が監視ユニットの外部にある間、監視ユニット２に統合される。好ましくは、外部保護要素３０もまた、監視ユニットで監視され、例えば適用なインターフェース２８を介してデータ処理ユニット２９に信号を発行可能である。
【００３７】
更に、監視、保護や機能は、例えば、特定の応用の特殊な要求に依存している本発明の監視ユニット２内に統合され得る。
【００３８】
従って、図４の変形例では、監視ユニット２は、対応する保護装置３０、３１‘，３２‘が例えば電源（ソース）側の外部ハザードイベント発生のために作動するときに、データ処理ユニット２９に信号を発行する補助スイッチを備える保護装置３０、３１‘，３２‘を更に監視する。それ故、このような信号を受信するデータ処理ユニット２９は、例えば、コンタクタ２０を動作することで負荷をスイッチオフし得る。
【００３９】
上述の実施形態では、入力電圧及び負荷電圧の両方は、モノ又はマルチ相電圧、例えば、３相電圧である。しかしながら、本発明の監視装置２は、ＤＣ入力電圧やＤＣ出力で作用する電源供給にも適する。従って、ＡＣ／ＤＣ変換２３は、必要用ならば、ＤＣ／ＤＣ変換器で取替え可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】従来技術の電源の機能図を示す。
【図２】他の従来技術の電源の機能図で、制御ユニットに接続され得る補助スイッチを提供する保護要素を持ち、自動警報、サービス又は他の反応を可能とする。
【図３】本発明の実施の形態による知的電源監視ユニットを備える電源の機能図を示す。
【図４】本発明の他の実施の形態による知的電源監視ユニットを備える電源の機能図を示す。
【符号の説明】
【００４１】
１      電源（制御キャビネット）
２      知的電源監視ユニット（ＩＰＭＵ）
１１    ライン入力部
１２    負荷出力部
１３    センス入力部（外部装置によって対応する入力）
１４    受信や送信用の制御接続部（外部装置によって対応する入力）
１５    バス接続部（第２バスインターフェース）
２０    コンタクタ
２１    第１ＥＭＩ／ＲＦＩ(電磁インターフィアレンス／無線周波数インターフィアレンス)フィルタ
２２    第２ＥＭＩ／ＲＦＩフィルタ
２３    ＡＣ／ＤＣ変換
２４    ＡＣ入力
２５，２６  ＡＣ及びＡＤ出力
２７    データバスコネクタ（好ましくは通信バスインターフェース）
２９    データ処理ユニット
３０    保護用のサージプロテクタ（保護装置）
３１，３２  保護装置
３１‘  保護装置（インタラプタ）
３２‘  保護装置（サーキットブレーカ）
３１    安全インタラプタ
５０    モータドライブ
５１    プログラマブル論理回路（ＰＬＣ）
【図１】
2009507456.tif 000002
【図２】
2009507456.tif 000003
【図３】
2009507456.tif 000004
【図４】
2009507456.tif 000005
【国際調査報告】
2009507456.tif 000006
2009507456.tif 000007