(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から複数の電気負荷に電力を分配する配電システムであって、
複数のソケットに電力を供給する電源と、
変換されたＤＣ電力を前記電気負荷に供給する前記複数のソケットであって、各々が、各前記ソケットに接続された前記電気負荷から電力要求を受信する前記複数のソケットと、
マスタデバイスとを備え、
各前記ソケットは、
ｉ）各前記電力要求をマスタデバイスに伝送するソケット通信部と、
ｉｉ）供給された電力を受け取るとともに、受け取った前記電力を各前記電気負荷に供給される変換された前記ＤＣ電力に変換するＤＣ電力変換器と、
ｉｉｉ）前記マスタデバイスから受信した制御信号に応じて前記ＤＣ電力変換器を制御するソケットコントローラと、
を備え、
前記マスタデバイスは、
ｉ）前記ソケットから前記電力要求を受信するとともに当該ソケットに前記制御信号を伝送するマスタ通信部と、
ｉｉ）前記配電システムにより前記複数のソケットにおいて提供可能な全電力を示す電源能力情報を提供する電源能力提供部と、
ｉｉｉ）各前記ソケットによって提供される電力を、受信した前記電力要求及び前記電源能力情報に基づいて決定するとともに、決定された電力に応じて前記制御信号を生成するソケット電力決定部と、
を備える、配電システム。
【請求項２】
前記ソケット電力決定部は、前記ソケットによって連続的に提供される電力を決定し、各前記ソケットは、前記ソケットによって提供される全電力が前記配電システムによって提供可能な全電力を超過しない限り、受信した前記電力要求及び提供された前記電源能力情報に基づいて、要求された各電力を提供することが可能であると決定される、請求項１に記載の配電システム。
【請求項３】
前記マスタデバイスはさらに、前記ソケットの優先度を示す優先度情報を提供する優先度提供部を備え、前記ソケット電力決定部は、前記ソケットから受信した前記電力要求と、提供された前記電源能力情報と、提供された前記優先度情報とに基づいて、各前記ソケットによって提供される電力を決定する、請求項１に記載の配電システム。
【請求項４】
各前記ソケットは、各前記ソケットに接続された前記電気負荷に供給される電力が前記ＤＣ電力変換器によって変換されないように前記ＤＣ電力変換器を迂回するバイパスチャネルを備える、請求項１に記載の配電システム。
【請求項５】
各前記ＤＣ電力変換器は、より高いＤＣ電力を提供することのできる高ＤＣ電力変換器であり、各前記ソケットは、供給されたＤＣ電力をより低いＤＣ電力に変換する低ＤＣ電力変換器をさらに備え、各前記ソケットコントローラは、供給された電力を変換するのに前記低ＤＣ電力変換器が用いられるかどうかを制御する、請求項１に記載の配電システム。
【請求項６】
各前記ソケットは、各前記電気負荷が各前記ソケットから分離されたときに前記分離を検出する分離検出部をさらに備え、各前記ソケットコントローラは、前記分離検出部が前記分離を検出した後、供給された電力を遮断する、請求項１に記載の配電システム。
【請求項７】
各前記ソケットは、各前記ソケットをオン及びオフにする主スイッチを備え、前記主スイッチと各前記電気負荷とは、各前記電気負荷が各前記ソケットに接続されている場合には、各前記ソケットが前記電気負荷によってオンにされる、請求項１に記載の配電システム。
【請求項８】
前記主スイッチ及び各前記電気負荷は、各前記電気負荷を各前記ソケットから分離する際、前記電気負荷と各前記ソケットとの間の電気的接点が分離される前に各前記ソケットがオフにされる、請求項７に記載の配電システム。
【請求項９】
各前記ソケットは、動作モードと安全モードとで動作可能であり、故障状態を検出する故障検出部を備え、各前記ソケットコントローラは、前記故障検出部が前記故障状態を検出した場合には、前記ソケットが前記安全モードとなるように制御する、請求項１に記載の配電システム。
【請求項１０】
前記配電システムは、複数の電気負荷を同一のソケットに接続する配電デバイスを更に備え、前記配電デバイスは、
前記複数の電気負荷と接続される複数の接続部位と、
前記ソケットからの電力を各前記電気負荷に供給される変換された電力に変換するＤＣ電力変換器と、
前記ＤＣ電力変換器を制御し、各前記ソケットの前記ソケットコントローラと所要電力を交渉する配電デバイスコントローラと、
を含む、請求項１に記載の配電システム。
【請求項１１】
前記ＤＣ電力変換器は、ＤＣ電力提供部によって提供されたＤＣ電力が前記配電システム内で分配可能となるように当該ＤＣ電力提供部がソケットに接続されることを可能にするために、双方向で動作する、請求項１に記載の配電システム。
【請求項１２】
請求項１に記載の配電システム内で用いられるマスタデバイスであって、
前記配電システムのソケットから電力要求を受信するとともに当該ソケットに制御信号を伝送するマスタ通信部と、
前記配電システムにより前記複数のソケットにおいて供給可能な全電力を示す電源能力情報を提供する電源能力提供部と、
各前記ソケットによって提供される電力を、受信した前記電力要求及び前記電源能力情報に基づいて決定し、決定された前記電力に応じて制御信号を生成するソケット電力決定部と、を備える、マスタデバイス。
【請求項１３】
請求項１に記載の配電システム内で電源から複数の電気負荷に電力を分配する配電方法であって、
前記電源によって複数のソケットに電力を供給するステップと、
前記配電システムの前記ソケットに接続された前記電気負荷から、前記ソケットによって、電力要求を受信するステップと、
受信した前記電力要求を、前記ソケットによって、前記配電システムの前記マスタデバイスに伝送するステップと、
前記配電システムにより前記複数のソケットにおいて提供可能な全電力を示す電源能力情報を、前記マスタデバイスの電源能力提供部によって、提供するステップと、
各前記ソケットによって提供される電力を、受信した前記電力要求及び前記電源能力情報に基づいて決定し、決定された前記電力に応じて、前記マスタデバイスのソケット電力決定部によって、前記ソケットを制御する制御信号を生成するステップと、
前記マスタデバイスのマスタ通信部によって、前記制御信号を前記ソケットに伝送するステップと、
前記マスタデバイスから受信した各前記制御信号に応じて、前記ソケットコントローラによって、前記ソケットのＤＣ電力変換器を制御するステップと、
を備える、配電方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の配電システムを制御するコンピュータプログラムであって、前記配電システムを制御しているコンピュータ上でこのコンピュータプログラムが実行されるとき、請求項１３に記載の配電方法のステップを前記配電システムに実行させるプログラムコード手段を備える、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源からいくつかの電気負荷に電力を供給する配電システム及び方法に関する。本発明はさらに、配電システムを制御するコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許出願公開第２００７／００２９８７９号明細書は、交流（ＡＣ）電力を直流（ＤＣ）入力電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換器と、そのＤＣ入力電圧をＤＣ電源方式の各電子デバイスに提供される各ＤＣ出力電圧に変換するいくつかのＤＣ電力変換器とを備えたＤＣ配電システムを開示している。このシステムはさらに、ＤＣ電力変換器及びひいてはＤＣ電源方式の各電子デバイスに提供される各ＤＣ出力電圧を制御するコントローラを備えている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
電源からいくつかの電気負荷に電力を供給する改良された配電システム、方法、及びコンピュータプログラムを提供することが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、電源からいくつかの電気負荷に電力を分配する配電システムが提示されており、この配電システムは：
・いくつかのソケットに電力を供給する電源と、
・変換されたＤＣ電力を電気負荷に供給するいくつかのソケットであって、各々が、各ソケットに接続された電気負荷から電力要求を受信するように適合されており、且つ各々が：
ｉ）各電力要求をマスタデバイスに伝送するソケット通信部と、
ｉｉ）供給された電力を受け取るとともに、受け取った電力を変換して各電気負荷に供給される変換されたＤＣ電力にするＤＣ電力変換器と、
ｉｉｉ）マスタデバイスから受信した制御信号に応じてＤＣ電力変換器を制御するソケットコントローラと
を備えるソケットと、
・マスタデバイスであって：
ｉ）ソケットから電力要求を受信するとともにソケットに制御信号を伝送するマスタ通信部と、
ｉｉ）配電システムによりいくつかのソケットにおいて提供可能な全電力を示す電源能力（ｐｏｗｅｒ  ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ）情報を提供する電源能力提供部と、
ｉｉｉ）各ソケットによって提供される電力を、受信した電力要求に基づいて、且つ電源能力情報に基づいて決定するとともに、決定された電力に応じて制御信号を生成するソケット電力決定部と
を備えるマスタデバイスと
を備える。
【０００５】
マスタデバイスがソケットからすべての電力要求を受信し、したがって全所要電力を概ね把握しているので、ソケット電力決定部は、各ソケットに提供される電力を、この知見を考慮して決定することができる。これは、各ソケットによって提供される電力の決定の改良、及びひいては全体的な電力分配の改良をもたらし得る。
【０００６】
電源は、好ましくは（ｐｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌｌｙ）ＤＣ電源である。これに対応して、ＤＣ電力変換器は、好ましくはＤＣ／ＤＣ電力変換器である。一実施形態においては、電源は、好ましくは１００Ｖよりも大きい電圧を供給するように適合される。例えば、電源は、約４００Ｖの電圧を供給するように適合され得る。そのような高い電圧を用いることには、配電損失の低減という利点がある。もっとも、電源はＡＣ電源であってもよく、ＤＣ電力変換器はＡＣ／ＤＣ電力変換器であってもよい。
【０００７】
各ソケットは、好ましくは、電力要求をアナログ的に又はデジタル的に受信するように適合される。例えば、ソケット通信部は、各電気負荷から電力要求を受信するために、各ソケットに接続された各電気負荷とも通信するように適合されてもよい。ソケット通信部は、単一のユニットであってもよく、あるいはいくつかの通信サブユニットを備えていてもよい。例えば、ソケット通信部は、マスタデバイスと通信する第１の通信サブユニットと、各ソケットに接続された各電気負荷と通信する第２の通信サブユニットとを備えていてもよい。
【０００８】
好ましくは、電気負荷は、ＤＣ／ＤＣ電力変換器を備えておらず、電力要求を各ソケットに送信するために、各ソケット通信部と通信する負荷通信部を備えている。電気負荷は、例えば、照明器具、センサ、空調ユニット、コンピュータ、テレビセット、音楽プレーヤ、プリンタ、電動歯ブラシ、シェーバ、ミキサ、ジューサ、又は他の電気デバイス、特に他のモバイル電気デバイスである。
【０００９】
マスタデバイスは、配電システムによりいくつかのソケットにおいて供給可能な全電力を示す電源能力情報を提供する電源能力提供部を備えており、ソケット電力決定部は、各ソケットによって提供される電力を、ソケットから受信した電力要求に基づいて、且つ電源能力情報に基づいて決定するように適合されている。例えば、要求された各電力が提供可能でない場合には、各ソケットによってより少ない電力が提供されるべきであることを示す制御信号が各ソケットに送信され得る。
【００１０】
ソケット電力決定部は、ソケットによって連続的に提供される電力を決定するように適合されていてもよく、各ソケットは、ソケットによって提供される全電力が配電システムによって提供可能な全電力を超過しない限り、受信した電力要求及び提供された電源能力情報に基づいて、要求された各電力を提供することが可能であると決定され得る。好ましくは、電力要求は、マスタデバイスによって受信された順序で考慮される。新たな電力要求が、全電力が配電システムによって提供可能な全電力よりも大きくなる事態をもたらす場合には、各ソケットについてより低い電力が決定されてもよく、すなわち、例えば、電力制限要求がマスタデバイスから各ソケットに送信されてもよい。
【００１１】
一実施形態においては、ソケット電力決定部は、電力要求が、全電力が配電システムによって提供可能な全電力よりも大きいことを示す場合には、電力が配電システムによって提供可能な全電力を超過することなくソケット間で均等に分配されるようにソケットによって提供される電力を決定するべく適合される。したがって、電力バジェットがソケット間で均等に配分され、電気負荷がソケットに接続されたときはいつでも、電力バジェットは再計算され得る。
【００１２】
また、マスタデバイスはさらに、ソケットの優先度を示す優先度情報を提供する優先度提供部を備えていてもよく、ソケット電力決定部は、ソケットから受信した電力要求と、提供された電源能力情報と、提供された優先度情報とに基づいて、各ソケットによって提供される電力を決定するべく適合され得る。特に、ソケット電力決定部は、電力要求が、全電力が配電システムによって提供され得る全電力よりも大きいことを示す場合には、まず、別のソケットの優先度よりも低い優先度を有するソケットにおいて提供される電力が要求された各電力と比較して低減されるようにソケットによって提供される電力を決定するべく適合され得る。
【００１３】
優先度提供部は、単に、各ソケットに接続された電気負荷から受信した優先度情報が記憶されている記憶部であってもよい。例えば、コンピュータ又は非常灯のようないくつかの負荷は、それら及びひいてはそれらが接続されているソケットがより高い優先度を有するべきであることを示し、その一方で充電器など他の負荷は、それら及びひいては充電器が接続されているソケットがより低い優先度を有することを告げるかもしれない。全体的な電力バジェットを超過すると、優先度の低い負荷のための電力がまず優先的に低減される。
【００１４】
各ソケットは、各ソケットに接続された電気負荷に供給される電力がＤＣ電力変換器によって変換されないようにＤＣ電力変換器を迂回するバイパスチャネルを備えるのが好適である。バイパスチャネルは、変換されていない電力を、可動であり得るさらなるソケットに、又は変換されていない電力を必要とする電気負荷に分配するのに有用である。すると、ＤＣ電力変換器はオフにされてもよく、それによって変換損失がなくなる。
【００１５】
各ソケットは、バイパスチャネルが用いられるバイパスモードでも、バイパスチャネルが用いられない非バイパスモードでも、動作可能であり得る。好ましくは、各ソケットコントローラは各バイパスチャネルを制御するように適合されており、すなわち、各ソケットコントローラは、各ソケットがバイパスモードで動作するのか、それとも非バイパスモードで動作するのかを制御するべく適合され得る。例えば、ソケットコントローラは、受信した電力要求に基づいてバイパスチャネルを制御するように適合されてもよい。電力要求が、各電気負荷が変換されていない電力を必要とすることを示す場合には、各ソケットコントローラは、各ソケットを、バイパスモードで動作するように制御し得る。バイパスチャネルは、プラグが各ソケットに挿入された場合には各ソケットがバイパスモードで動作するように、変換されていない電力を必要とする各電気負荷のプラグによって作動可能なメカニカルスイッチを備えていてもよい。また、一実施形態においては、各ソケットは、各電気負荷が接続可能な外部バイパスコネクタを備えていてもよく、この外部バイパスコネクタは、外部バイパスコネクタにおいて供給される電力がＤＣ電力変換器によって変換されないように、バイパスチャネルに接続されている。
【００１６】
各ＤＣ電力変換器は、より高いＤＣ電力を提供することのできる高ＤＣ電力変換器であるのがさらに好適であり、各ソケットは、供給されたＤＣ電力を、待機電力であり得る、より低いＤＣ電力に変換する低ＤＣ電力変換器をさらに備え、各ソケットコントローラは、供給された電力を変換するのに低ＤＣ電力変換器が用いられるかどうかを制御するように適合される。特に、各ソケットコントローラは、受信した電力要求に基づいて、供給された電力を変換するのに低ＤＣ電力変換器が用いられるべきかどうかを制御するように適合される。一実施形態においては、各ソケットは、各ソケットの出力電力を検知する電力センサを備えており、各ソケットコントローラは、出力電力が予め定義された閾値よりも低い場合には低ＤＣ電力変換器が用いられるべく各ソケットを制御するように適合される。低ＤＣ電力変換器は、供給されたＤＣ電力を待機ＤＣ電力に変換する待機電力変換器であると見なされてもよい。供給されたＤＣ電力をより低いＤＣ電力に変換するために高ＤＣ電力変換器が用いられる場合には、変換損失は比較的高くなるであろう。対照的に、より低いＤＣ電力を提供する追加的な低ＤＣ電力変換器を用いることによって、変換損失を低減させることができる。
【００１７】
各ソケットは、各電気負荷が各ソケットから分離されたときにこれを検出する分離検出部をさらに備えていてもよく、各ソケットコントローラは、分離検出部が分離を検出した後、供給された電力を遮断するように適合される。各ソケットコントローラは、好ましくは、供給された電力をミリ秒単位で遮断するように適合される。これは、各電気負荷を各ソケットから分離するときに発生し得る火花の可能性を減少させることができる。分離検出部は、プラグ抜去の際に先に開くリードピンを備えていてもよい。このピンは、通信目的でも、すなわち各ソケットと各電気負荷との間で通信するためにも用いられ得る。
【００１８】
好適な一実施形態においては、各ソケットは、各ソケットをオン及びオフにする主スイッチを備え、この主スイッチと各電気負荷とは、各電気負荷が各ソケットに接続されている場合には、各ソケットが電気負荷によってオンにされるように適合されていてもよい。したがって、各ソケットは、接続されている電気負荷がなければオフにされてもよく、電気負荷を各ソケットに接続することによってオンにされる。よって、ソケットは、各ソケットに接続された電気負荷がない場合には電力を消費せず、それによって配電システムの全体の電力消費が低減される。また、電気負荷がソケットに接続されていない場合にはソケットに電力が供給されないので、接触保護が提供される。
【００１９】
主スイッチ及び各電気負荷は、各電気負荷を各ソケットから分離する際、電気負荷と各ソケットとの間の電気的接点が分離される前に各ソケットがオフにされるように適合され得る。これもまた、火花の可能性を減少させることができる。
【００２０】
各ソケットは、動作モードと安全モードとで動作可能であるように適合され、故障状態を検出する故障検出部を備えていてもよく、各ソケットコントローラは、故障検出部が故障状態を検出した場合には、ソケットが安全モードとなるように制御するように適合され得る。故障検出部は、出力電流が予め定義された閾値電流を超過すること、出力電圧がゼロになること及び／又は予め定義された閾値電圧を下回ること、出力電力が予め定義された電力閾値を超過すること、出力電圧が予め定義された範囲内にないこと、及び電気負荷が予め定義された時間内に制御値を各ソケットに送信しないことからなるリストのうち少なくとも１つの故障状態を検出するように適合されていてもよい。出力電圧がゼロになること及び／又は予め定義された電圧閾値を下回ることは、断線を示し得る。また、各ソケットは、安全モードにおいては、各ソケットがオフにされるか又は低電力モード、特に各ソケットがより少ないＤＣ電力しか提供しない待機モードとなるように適合され得る。
【００２１】
一実施形態においては、配電システムはさらに、いくつかの電気負荷を同一のソケットに接続する配電デバイスを備え、この配電デバイスは、ａ）いくつかの電気負荷と接続されるいくつかの接続部位と、ｂ）ソケットからの電力を変換して各電気負荷に供給される変換された電力にするＤＣ電力変換器と、ｃ）ＤＣ電力変換器を制御するとともに各ソケットのソケットコントローラに所要電力を交渉する配電デバイスコントローラとを含む。また、配電デバイスは、各電気負荷が許す場合には、ＤＣ電力変換器を迂回するバイパスチャネルを備えていてもよい。
【００２２】
ＤＣ電力変換器は、ＤＣ電力提供部によって提供されたＤＣ電力が配電システム内で分配可能となるようにＤＣ電力提供部がソケットに接続されることを可能にするために、双方向で動作するように適合され得る。ＤＣ電力提供部は、例えば、光発電部である。したがって、ソケットは、ＤＣ電力を電気負荷に供給するようにだけでなく、ソケットに接続されたＤＣ電力提供部からＤＣ電力を受け取るとともに提供されたＤＣ電力をＤＣ配電システムに供給するようにも適合され得る。
【００２３】
本発明の別の一態様においては、請求項１に定義される配電システム内で用いられるマスタデバイスが提示されており、このマスタデバイスは：
・配電システムのソケットから電力要求を受信するとともにソケットに制御信号を伝送するマスタ通信部と、
・配電システムによりいくつかのソケットにおいて供給可能な全電力を示す電源能力情報を提供する電源能力提供部と、
・各ソケットによって提供される電力を、受信した電力要求に基づいて、且つ電源能力情報に基づいて決定するとともに、決定された電力に応じて制御信号を生成するソケット電力決定部と、
を備えている。
【００２４】
本発明のさらなる一態様においては、請求項１によって定義される配電システム内で電源からいくつかの電気負荷に電力を分配する配電方法が提示されており、この配電方法は：
・電源によっていくつかのソケットに電力を供給することと、
・配電システムのソケットに接続された電気負荷から、ソケットによって、電力要求を受信することと、
・受信した電力要求を、ソケットによって、配電システムのマスタデバイスに伝送することと、
・配電システムによりいくつかのソケットにおいて提供可能な全電力を示す電源能力情報を、マスタデバイスの電源能力提供部によって、提供することと、
・各ソケットによって提供される電力を、受信した電力要求に基づいて、且つ電源能力情報に基づいて決定するとともに、決定された電力に応じて、マスタデバイスのソケット電力決定部によって、ソケットを制御する制御信号を生成することと、
・マスタデバイスのマスタ通信部によって、制御信号をソケットに伝送することと、
・マスタデバイスから受信した各制御信号に応じて、各ソケットコントローラによって、ソケットのＤＣ電力変換器を制御することと、
を備えている。
【００２５】
本発明の別の一態様においては、請求項１に定義される配電システムを制御するコンピュータプログラムが提示されており、このコンピュータプログラムは、配電システムを制御しているコンピュータ上でこのコンピュータプログラムが実行されるとき、請求項１３に定義される配電方法のステップを配電システムに実行させるプログラムコード手段を備えている。
【００２６】
請求項１の配電システム、請求項１２のマスタデバイス、請求項１３の配電方法、及び請求項１４のコンピュータプログラムには、特に従属請求項に定義されているような、類似の及び／又は同一の好適な実施形態があることを理解されたい。
【００２７】
本発明の好適な実施形態は、従属請求項又は上記の実施形態と各独立請求項との如何なる組み合わせもあり得ることを理解されたい。
【００２８】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載された実施形態から明らかになるとともにこれらを参照することで解明されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】電源からいくつかの電気負荷に電力を分配する配電システムの一実施形態を概略的且つ例示的に示す。
【図２】配電システムのソケットの一実施形態を概略的且つ例示的に示す。
【図３】配電システムのマスタデバイスの一実施形態を概略的且つ例示的に示す。
【図４】配電システムの配電デバイスの一実施形態を概略的且つ例示的に示す。
【図５】配電システムの配電デバイスのさらなる一実施形態を概略的且つ例示的に示す。
【図６】配電システム内で電力を分配する配電方法の一実施形態を例示的に説明するフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、電源からいくつかの電気負荷に電力を供給する配電システムの一実施形態を概略的且つ例示的に示す。配電システム１は、ＡＣ商用（ｍａｉｎｓ）電力を電源２に提供する商用電源７を備えている。電源２は、ＡＣ商用電力をいくつかのソケット３に提供されるＤＣ電力に変換するＡＣ／ＤＣ電力変換器である。したがって、電源２は、商用電力変換器であると見なすこともできる。電源２は、商用ＡＣ電力、特に対応するＡＣ商用電圧を、供給レール３０を介して受け取り、受け取ったＡＣ商用電力をＤＣ電力に変換し、変換されたＤＣ電力を、供給レール３１を介してソケット３に提供する。電源２は、好ましくはスイッチング電源（ｓｗｉｔｃｈｅｄ  ｍｏｄｅ  ｐｏｗｅｒ  ｓｕｐｐｌｙ）である。電源２は既知の整流器段を備えていてもよく、この整流器段は、供給レール３０上の正弦波電流の歪みを最小化するために、既知の力率補正回路を含み得る。
【００３１】
別の一実施形態においては、ＤＣ電力が電源２に提供されてもよく、したがって電源２は既知のステップダウン型変換器のようなＤＣ／ＤＣ変換器を備え得る。この場合、ステップダウン型変換器のスイッチングトランジスタのデューティサイクルは、出力電圧を所望の値に制御するために、変更されてもよい。電源２は、供給レール３０とソケット３との間にガルバニック絶縁を提供するために、変圧器も備え得る。例えば、電源が提供されたＤＣ電力を別の値を有するＤＣ電力に変換する一実施形態においては、電源はフライバック変換器を備えていてもよく、フライバック変換器のスイッチングトランジスタのデューティサイクルを改変することによって、電源の出力電圧が所望の値に制御され得る。電源は無論、既知の負荷共振型変換器のような他の変換器も備えることができ、この場合、出力電圧は、スイッチング周波数を変更することによって制御され得る。
【００３２】
配電システム１のいくつかのソケット３は、変換されたＤＣ電力を電気負荷４，５に供給するように適合されており、ここで、各ソケット３は、電気負荷４，５から電力要求を受信するように適合され、図２に概略的且つ例示的に説明されているように、各電力要求をマスタデバイス９に伝送する第１の通信サブユニット８と、各電気負荷４，５と通信する第２の通信サブユニット３３とを含むソケット通信部を備えている。各ソケット３はさらに、電源２によって供給された電力を受け取るとともに受け取った電力を変換して各電気負荷４，５に供給される変換されたＤＣ電力にするＤＣ電力変換器１０と、マスタデバイス９から受信した制御信号に応じてＤＣ電力変換器１０を制御するソケットコントローラ１１とを備える。
【００３３】
図３にいくらか詳細に概略的且つ例示的に説明されているマスタデバイス９は、ソケット３から電力要求を受信するとともにソケット３に制御信号を伝送するマスタ通信部１２と、受信した電力要求に基づいて各ソケットによって提供される電力を決定するとともに決定された電力に応じて制御信号を生成するソケット電力決定部１３とを備えている。
【００３４】
電気負荷４，５は、ＤＣ／ＤＣ電力変換器は備えていないが、電力要求を送信するために、配電システム１の各ソケット３と通信する通信部３２を備えている。電気負荷４，５は、例えば、照明器具、センサ、空調ユニット、コンピュータ、プリンタ等である。電気負荷４，５は、無論、各通信部３２だけでなく、負荷コントローラや、各電気負荷が照明器具である場合には光源など、さらなる機器も備える。
【００３５】
各負荷４，５との通信、特に電力要求の受信に用いられ、通信インタフェースであるものと見なされ得る第２の通信サブユニット３３は、伝送された信号の物理構造をソケットコントローラ１１に適した信号に変換するように適合されている。第２の通信サブユニット３３は、アナログ回路又はデジタル回路を備えていてもよい。入力にバッファ、増幅器、又はインピーダンス整合回路を備えていてもよい。各負荷から／へのデータ接続を提供し、通信信号はアナログ信号又はデジタル信号であってもよい。第１の通信サブユニット８もまた、アナログ回路又はデジタル回路を備えていてもよく、入力にバッファ、増幅器、又はインピーダンス整合回路を備えていてもよい。第１の通信サブユニット８は、マスタデバイス９から／へのデータ接続を提供し、任意選択的には他のソケット３から／へのデータ接続も提供し得る。第１の通信サブユニット８によって用いられる通信信号もまた、アナログ信号又はデジタル信号であってもよい。
【００３６】
アナログ信号は電圧値又は電流値であってもよく、この電圧値又は電流値は伝送される信号の値に対応する。また、負荷側のインピーダンス値が信号手段として機能してもよい。さらに、周波数信号が信号として用いられてもよく、例えば、信号の周波数は信号値に対応し得る。パルス状信号が用いられてもよく、パルス幅及び／又はデューティサイクルは変更されてもよく、パルス幅及び／又はデューティサイクルは伝送される信号の値に対応し得る。デジタル信号は、好ましくは、マンチェスタ符号化のような既知の符号化技術を用いた直列二進符号伝送を含む。デジタル信号が用いられる場合には、伝達されるデータは、アナログ信号を用いて提供可能なコンテンツと比較してより複雑なコンテンツを含むことができる。
【００３７】
ソケット３は電源接続３４及びデータ接続３５を介して負荷４，５に接続されており、ソケット３は供給レール３１及びデータ接続３６を介して電源２に接続されており、本実施形態においては、マスタデバイス９が電源２に統合されているので、ソケット３はデータ接続３６を介してマスタデバイス９と通信できる。他の実施形態においては、マスタデバイス９は別個のデバイス、すなわち電源２に統合されていないデバイスであってもよく、この場合、マスタデバイスはデータ接続３６に直接接続され得る。
【００３８】
このように、図１に示される実施形態においては、各負荷へ及びマスタデバイスへの通信は、別個の各線３５，３６を使用する。別の一実施形態においては、データ信号は、例えば既知の電力線通信技術を用いることによって、又は各負荷により実行される負荷変調によって、分配される電力に重畳されてもよい。データ接続は、例えば無線周波数識別（ＲＦＩＤ）標準又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）標準を用いた無線電磁データ伝送接続でもあり得る。各ソケット３と各負荷４，５との間の通信の方向は、例えば、各ソケットの、特に各ＤＣ電力変換器１０の出力電圧を調整するために各負荷がフィードバックを与えることができるように、少なくとも各負荷から各ソケットへの方向である。しかしながら、各ソケットと各負荷との間の通信は、双方向でもあり得る。
【００３９】
マスタデバイス９は、配電システム１によりいくつかのソケット３において提供可能な全電力を示す電源能力情報を提供する電源能力提供部１４を備えており、ソケット電力決定部１３は、各ソケット３によって提供される電力を、ソケット３から受信した電力要求に基づいて、且つ電源能力情報に基づいて決定するように適合されている。例えば、要求された全電力が提供可能な全電力よりも大きい場合には、より少ない電力が提供されるべきであることを示す制御信号がソケット３に送信され得る。
【００４０】
ソケット電力決定部１３は、ソケット３によって連続的に提供される電力を決定するように適合されていてもよく、各ソケット３は、ソケット３によって提供される全電力が配電システム１によって提供可能な全電力を超過しない限り、受信した電力要求及び提供された電源能力情報に基づいて、要求された各電力を提供することが可能であると決定される。例えば、電力要求は、マスタデバイス９によって受信された順序で考慮されてもよい。新たな電力要求が、要求された全電力が提供可能な全電力よりも大きくなる事態をもたらす場合には、各ソケット３についてより低い電力が決定されてもよく、すなわち、例えば、電力制限要求がマスタデバイス９から各ソケット３に送信されてもよい。さらなる一例においては、ソケット電力決定部１３は、要求された全電力が提供可能な全電力よりも大きいことを電力要求が示す場合に、電力が、提供可能な全電力を超過することなく、電力を要求しているソケットの間で均等に分配されるべく、ソケット３によって提供される電力を決定するように適合されてもよい。
【００４１】
マスタデバイス９は、ソケットの優先度を示す優先度情報を提供する優先度提供部１５も備えており、ソケット電力決定部１３は、ソケットから受信した電力要求と、提供された電源能力情報と、提供された優先度情報とに基づいて、各ソケットによって提供される電力を決定するように適合されている。ソケット電力決定部１３は、電力要求が、要求された全電力が提供可能な全電力よりも大きいことを示す場合には、まず、別のソケットの優先度よりも低い優先度を有するソケットにおいて提供される電力が低減されるようにソケットによって提供される電力を決定するべく適合され得る。
【００４２】
本実施形態においては、優先度提供部１５は、ソケットに接続された電気負荷から受信した優先度情報が記憶されている記憶部である。例えば、コンピュータ又は非常灯のようないくつかの負荷は、それら及びひいてはそれらが接続されているソケットがより高い優先度を有するべきであることを示し、その一方で充電器など他の負荷は、それら及びひいてはそれらが接続されているソケットがより低い優先度を有することを告げるかもしれない。全体的な電力バジェットを超過すると、優先度の低い負荷のための電力がまず優先的に低減される。
【００４３】
したがって、電気負荷がソケットに接続されている場合には、ソケットがマスタデバイスに電力需要を告げる。マスタデバイスは、ケーブル、プラグ、及び他の相互接続についての情報を含む配電システム全体の電源能力についての情報を有しており、この電力需要が可能であるかどうかを、他のソケットの電力需要を考慮して算出する。これは、配電システムの構成要素に負荷をかけ過ぎないための賢明な手法である。十分な電力伝送が利用可能でない場合には、マスタデバイスはソケットに、電力消費を低減させ又は制限するように伝え得る。マスタデバイスは、先着順アルゴリズムで決定を行い得る。すなわち、マスタデバイスは、すべての接続されたソケットの要求された電力バジェットを順々に許可してもよく、全体的な電力制限を超過する最初のデバイスがマスタデバイスから制限要求を受ける。あるいは、利用可能な電力バジェットが、接続されているソケット間で均等に分配されてもよく、ソケットに新たな電気デバイスが接続されたときはいつでも、電力バジェットが再計算され得る。また、接続された電気負荷は、特に、以下でさらに説明される初期化フェーズの最中に電源の優先度を告げてもよく、全体的な電力バジェットを超過する場合に、コンピュータ又は非常灯のようなより高い優先度を有する電気負荷は絶えず電力を供給され、その一方で充電器のようなより低い優先度を有する電気負荷は、より少ない電力をまず受け取り得る。
【００４４】
マスタデバイス９は、ユーザが電力消費の低減の要求を入力することを可能にするユーザインタフェースを提供してもよい。例えば、グリッド運用者は、商用グリッドの負荷を低減するために電力消費の低減の要求を入力することができる。ユーザは、例えば実際のエネルギー価格の上昇によって、電力消費の低減を要求するかもしれない。電気負荷をエネルギー取引に用いている運用者もまた、電気負荷の電力消費の低減の請求を入力するかもしれない。このように、配電システム１は、請求側制御を可能にするように適合され得る。
【００４５】
各ソケット３は、各ソケット３に接続された各電気負荷４，５に供給される電力がＤＣ電力変換器１０によって変換されないように、ＤＣ電力変換器１０を迂回するバイパスチャネル１６をさらに備える。バイパスチャネル１６は、供給レール３１から受け取った電力を、電力レール３１に直接接続されている各ソケット３に接続されたさらなるソケットに直接分配するのに有用であり得る。バイパスチャネル１６が用いられる場合には、少なくともＤＣ電力変換器１０はオフにされてもよい。
【００４６】
各ソケット３は、バイパスチャネル１６が用いられるバイパスモードでも、バイパスチャネルが用いられない非バイパスモードでも、動作可能である。これらのモードは、受信した各電力要求に基づき、ソケットコントローラ１１によって、受信した電力要求が、各電気負荷が供給レール３１から受け取ったＤＣ電力を必要とすることを示す場合、及び、マスタデバイス９が、各ソケット３によってより少ないＤＣ電力が提供されるべきであることを示さない場合には、各ソケット３がバイパスモードで動作するように制御される。別の一実施形態においては、各ソケットは、各電気負荷が接続可能な外部バイパスコネクタも備えていてもよく、この外部バイパスコネクタは、外部バイパスコネクタにおいて供給される電力がＤＣ電力変換器１０又はさらなるＤＣ電力変換器１７によって変換されないように、すなわちバイパスコネクタにおいて供給レール３１から電力が直接提供されるように、バイパスチャネルに接続されている。
【００４７】
このように、ソケット３は、供給レール３１の電圧を各ソケット３の出力に直接送るために、各バイパスチャネルを備えている。バイパスチャネルは、この電力、特にこの電圧で動作し得る電気負荷のために使用可能である。さらに、バイパスチャネルは、電力をさらなる可動ソケットにさらに分配するため、又は電力をいくつかの負荷に分配するために使用可能である。バイパスチャネルが用いられる場合、電力変換器は、変換損失が発生し得ないようにオフにされてもよい。
【００４８】
図２に概略的且つ例示的に示されている実施形態においては、バイパスチャネル１６は、主スイッチ１８が閉じている場合に、バイパススイッチ４０を閉じることによって活性化される。ＤＣ電力変換器１０の出力及びさらなるＤＣ電力変換器１７の出力に損傷を与えないために、各電力変換器出力は、各スイッチ４３，４４を介して各負荷３の出力に接続されている。ソケットコントローラ１１は、好ましくは、バイパスチャネル１６が活性化される場合に、これらのスイッチ４３，４４を、及び任意選択的にはさらなるスイッチ４１，４２をも開けるように適合されている。したがって、ソケットコントローラ１１は、バイパスモードにおいては、主スイッチ１８及びバイパススイッチ４０が閉じ、スイッチ４３，４４及び任意選択的にはスイッチ４１，４２が開き、ＤＣ電力変換器１０，１７がオフにされるように取り仕切るべく適合されてもよい。
【００４９】
バイパスチャネル１６の活性化は、各電気負荷と各ソケットとの間の通信チャネルを用いる各電気負荷によって要求され得る。しかしながら、別の一実施形態においては、バイパスチャネルは、各ソケット内の機械的手段によって機械的に活性化されてもよい。機械的手段は、各ソケットに挿入された各電気負荷の特別な形式のプラグによって活性化されてもよい。したがって、本例においては、電力の迂回を許可する電気デバイスは、この特別な形式又は形状のプラグを有し得る。制御された出力電力、特に制御された出力電圧を必要とする他のデバイスは、特別な形式又は形状を有するこのプラグを有さないかもしれない。電力迂回の場合には各ソケットの電力変換器がオフにされるように構成され得るので、この機械的解決策は、ソケットコントローラの関与を必要としないかもしれない。この機械的解決策を提供するために、各ソケットは、ソケットの変換器の出力とバイパスチャネルとの間でソケット出力をトグルするトグルスイッチを備えていてもよい。さらなる一例においては、バイパスチャネルはさらなるピンに、すなわち外部バイパスコネクタに送られ、この場合にはバイパスチャネルを活性化及び非活性化する追加的なスイッチは不要であるかもしれない。各ソケットの迂回機能を利用したい電気負荷が、単にこのピンに接続されてもよい。
【００５０】
ＤＣ電力変換器１０はより高いＤＣ電力を提供することのできる高ＤＣ電力変換器であり、さらなるＤＣ電力変換器１７は供給されたＤＣ電力をより低いＤＣ電力に変換する低ＤＣ電力変換器である。各ソケットコントローラ１１は、各スイッチ４０…４４を作動することによって、及び／又は電力変換器１０，１７をオン及びオフにすることによって、低ＤＣ電力変換器１７が用いられるのか、高ＤＣ電力変換器１０が用いられるのか、それともバイパスチャネル１６が用いられるのかを制御するように適合されている。特に、各電気負荷は、オフにされると、非常に低い電力しか必要としないかもしれない。この場合、主電力変換器であるとも見なされ得る高ＤＣ変換器１０は、非常に非効率的に動作し、各電気負荷に送達される電力よりも多くの電力損失を発生させるであろう。こうした損失を低減するために、各ソケット３は低ＤＣ電力変換器１７を備えている。各電気負荷がオフにされると、高ＤＣ電力変換器１０がオフにされ、低ＤＣ電力変換器１７がオンにされ得る。この状況においては、低ＤＣ電力変換器１７も、供給された電圧をソケットコントローラ１１及び通信サブユニット８，３３に提供する。低ＤＣ電力変換器１７は、信号又は各電気負荷によって与えられるコマンドにより活性化され、その際、ソケットコントローラ１１は、高ＤＣ電力変換器１０をオフにし、低ＤＣ電力変換器１７をオンにし得る。低ＤＣ電力変換器１７は、好ましくは、待機電力を低ＤＣ電力として提供するように適合されるので、低ＤＣ電力変換器１７は待機電力変換器であるとも見なされ得る。
【００５１】
別の一実施形態においては、各ソケットは出力電圧を測定するセンサを備えていてもよく、ソケットコントローラは、出力電力が予め定義された閾値レベルを下回る場合には、低ＤＣ電力機能を活性化するように、特に、待機電力を提供するように適合されてもよい。出力電力を測定するセンサは、既知の電流センサ及び電圧センサであり得る。ソケットは、入力電力、すなわち供給レール３１から受け取った電力を検知するセンサも備え得る。入力電力を測定するセンサもまた、既知の電流センサ及び電圧センサであり得る。例えば、ソケットは、検知した入力電圧が予め定義された電圧範囲内である場合にのみ動作するように適合され得る。特に、ソケットコントローラ１１は主スイッチ１８を、検知した入力電圧が予め定義された入力電圧範囲内である場合にのみ閉じるように、すなわち導通させるように制御するべく適合されていてもよい。したがって、例えば過負荷状態に起因して入力電圧が最小入力電圧を下回る場合には、各ソケットは、ブラウンアウト保護を提供するために、オフにされ得る。入力電力を監視することで、各ソケットの入力電力が最大限許容される電力を決して超過しないことを保証できる。
【００５２】
各ソケット３の主スイッチ１８は、好ましくは、主スイッチ１８が開いている、すなわち導通していない場合には、電力変換器１０，１７が供給レール３１から電力を供給されず、したがって何ら電力を消費しないように適合される。主スイッチ１８が開いている場合には、各ソケット３が何ら電力を消費しない、すなわち通信部８，３３及びソケットコントローラ１１も何ら電力を消費しないのが、さらに好適である。主スイッチ１８は各電気負荷のプラグによって機械的に動作するメカニカルスイッチであってもよい。プラグが各ソケット３に差し込まれる場合には、機械的手段が主スイッチ１８を閉じてもよい。このようにすれば、使用されていないソケット３、すなわちどのデバイスにも接続されていないソケットは、電力を消費しない。さらなる一実施形態においては、各ソケットは追加的なピンを備えていてもよく、供給レール電圧が高オーミック抵抗でこのピンに接続されてもよい。また、各電気負荷のプラグは、各ソケットに差し込まれた場合、接地電位への接続を提供し得る。したがって、プラグが各ソケットに差し込まれた場合には電流が流れ、これが、各ソケットをオンにするために、リレースイッチを切り替えるべく又は半導体スイッチを各ソケットの主スイッチとして動作させるべく用いられ得る。さらなる一実施形態においては、この信号、すなわち電流の流れは電気負荷に送られてもよく、電気負荷は、この電流の流れを、各ソケットを遠隔で制御するために用いるように適合され得る。このように、一実施形態においては、各電気負荷のスイッチは、各ソケットをオン又はオフにするために用いられ得る。例えば、各電気負荷は、各ソケットを遠隔で制御するべく、各ソケットのリレースイッチを切り替えるため又は半導体スイッチを動作させるために用いられる電流の流れを切り替えることのできる手動スイッチを備えていてもよい。
【００５３】
さらなる一実施形態においては、電気負荷は、負荷時に、例えば遠隔制御受信器に給電する、コンデンサのような小型エネルギー貯蔵器を備える。エネルギー貯蔵器内の電荷が予め定義された下方レベルを下回る場合には、電気負荷は、電気負荷のエネルギー貯蔵器の再充電用の電力を受け取るために、各ソケットに電力要求を送信し得る。エネルギー貯蔵器が予め定義された上方レベルを越えて充電された後で、電気負荷は、電源が停止可能であることを示す要求を各ソケットに送信してもよい。エネルギー貯蔵器が、予め定義された下方レベルを上回っており充電されることを必要としない場合には、各ソケットは完全にオフにされてもよい。したがって、例えば、電気負荷の待機機能に足りる電力が、各ソケットが何ら電力を供給することを要さずに、エネルギー貯蔵器によって提供され得る。すなわち、エネルギー貯蔵器内の電荷が予め定義された下方レベルを下回るときには、各ソケットは、エネルギー貯蔵器を再充電するための電力を供給しさえすればよい。例えば、各ソケットは、電気負荷の待機機能を維持するために、２４時間のうち１分間だけ活性化状態であってもよい。
【００５４】
スイッチ４０…４４は、好ましくは、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）スイッチのような半導体スイッチである。主スイッチもまた半導体スイッチであってもよい。しかしながら、主スイッチ１８は、上述のようにメカニカルスイッチであってもよい。他のスイッチもまた、少なくとも部分的にメカニカルスイッチであってもよい。ＤＣ電力変換器１０，１７の出力にある２つのスイッチ４３，４４は、ダイオードによっても実現され得る。この場合、それらはソケットコントローラ１１によって制御されることを要さない。いくつかの種類の既知のＤＣ変換器においては、そのようなダイオードはＤＣ変換器の出力段に既に存在しているので、追加的なダイオード又はスイッチ４３，４４は必要とされないかもしれない。ＤＣ電力変換器１０，１７の一次側では、特に、ＤＣ変換器１０，１７をオフにするために、ＤＣ変換器１０，１７の動作が別の手法で、例えばＤＣ変換器１０，１７内のスイッチを用いてシャットダウン可能である場合には、スイッチ４１，４２は省略されてもよい。
【００５５】
ソケットコントローラ１１は、アナログ回路であってもよく、又はデジタル回路であってもよい。好ましくは、通信インタフェースによって提供される設定に応じて、すなわち通信サブユニット８，３３を介して受信した情報に応じて、ＤＣ電力変換器１０の出力電圧の値を設定するように適合されている。ソケットコントローラ１１は、各電気負荷から伝達された信号を各ソケットの出力電圧に関係する各ＤＣ電力変換器に必要な入力信号に変換するアルゴリズムを備えていてもよい。アナログ回路としては、ソケットコントローラ１１は、ＤＣ電力変換器１０の要求された出力電圧に比例する電圧を提供し得る。その後、各ＤＣ電力変換器１０はこの制御電圧を、電力変換器の種類に応じて、例えば適切なデューティサイクル又は周波数に変換する。デジタル回路としては、ソケットコントローラ１１は、デジタル／アナログ変換器を用いてアナログ電圧も提供し得る。もっとも、ソケットコントローラ１１は、ＤＣ電力変換器１０の１つ又はいくつかのスイッチに切替信号を直接送達してもよい。
【００５６】
ＤＣ電力変換器１０は、ＤＣ電力提供部６によって提供されたＤＣ電力が配電システム１内で分配可能となるようにＤＣ電力提供部６が各ソケット３に接続されることを可能にするために、双方向で動作するように適合されている。ＤＣ電力提供部６は、例えば、光発電部である。双方向性を可能にするために、ＤＣ電力変換器は、例えば、ステップダウン型／ステップアップ型変換器、又はガルバニック絶縁を提供する双方向フライバック変換器である。
【００５７】
各電気負荷４，５と各ソケット３との間の通信は、好ましくは、初期化フェーズ及び動作フェーズという２つのフェーズを備える。初期化フェーズの主な目的は、各電気負荷４，５によって必要とされる初期出力電圧の決定である。また、任意選択的には、各電気負荷の認可、各電気負荷の電力需要、すなわち例えば最大電力レベル、最小電力レベル、又は典型的な電力レベル、及び各電気負荷の電圧範囲のようなさらなる情報が、初期化フェーズの最中に各ソケット３と各電気負荷４，５との間で交換され得る。
【００５８】
一実施形態においては、各電気負荷が各ソケットに接続されている場合、ソケットはまず、低ＤＣ電力変換器１７によって提供され得る低い待機電圧を提供する。この待機電圧は、各電気負荷４，５が初期化フェーズの最中に通信を行うのに十分である。このフェーズの間に、電気負荷４，５からソケット３に１つ以上の値が伝送される。これらの値の意味は、値が伝送される順番に応じて各ソケット３により区別されてもよいし、あるいは、ソケット３がある値の要求を送信してもよく、するとソケット３には受信した値が要求された値であることがわかる。
【００５９】
各電気負荷４，５は、必要とされる電圧に対応する、例えば、必要とされる電圧に比例する１つの値を送信してもよい。この値を受信すると、各ソケット３は、マスタデバイス９によって却下されなければ、高ＤＣ電力変換器１０をオンにするとともに、出力電圧を制御して必要とされる電圧にしてもよい。つまり、必要とされる電圧に対応する電力要求がマスタデバイス９に伝送され、ソケット電力決定部１３が、その必要とされる電圧が提供可能であるかどうかを決定する。そうでない場合には、マスタデバイス９が、ソケット３がより小さい電圧を提供すべきであること又は全く電圧を提供するべきでないことを示す制御信号をソケット３に送信する。電圧が提供可能であれば、対応する制御信号がマスタデバイス９からソケット３へと送信されてもよく、あるいはソケット３が一定の時間待機して、その一定の時間が経過した後でマスタデバイス９からの制御信号を受信しなければ、電圧が提供可能であると推論してもよい。
【００６０】
必要とされる出力電圧について、例えばその必要とされる電圧に比例する値を送信することによって各ソケット３に通知することは、アナログ信号伝送にとって特に有利である。もっとも、この技術はデジタル信号伝送でも用いられ得る。
【００６１】
各電気負荷はさらに、各電気負荷を識別するための識別符号に対応する一連の値を伝送し得る。各ソケットは、例えばその識別符号を各ソケットに記憶されている識別符号のリストと比較することによって、又は他の既知の復号化方法によって、その一連の値によって表される識別符号が有効であるか否かを識別するように適合されていてもよい。各ソケットは、識別符号が有効な電気負荷に対応する場合にのみ、必要とされる出力電圧が印加されるように適合され得る。有効な電気負荷は、予め権限によって認可されてもよい。この手順には、配電システムを安全な状態に保つために、無効なデバイスが動作から除外され得るという利点がある。
【００６２】
各電気負荷は、追加的にさらなる値を各ソケットに伝送するように適合されていてもよく、これらのさらなる値は、例えば、電力需要、すなわち各電気負荷が要求すると思われる最大電力に対応し得る。
【００６３】
各電気負荷が示されるよりも多くの電力を引き受ける場合には、故障が検出されるかもしれず、各ソケット又は配電システム全体が、安全動作モードとも見なされ得る安全モードに入り得る。この故障検出は各ソケットコントローラによって実施可能であることから、各ソケットコントローラは、故障状態を検出する故障検出部であると見なされ得る。各電気負荷は、電気負荷の電圧範囲に対応するさらなる値を各ソケットに伝送するようにも適合可能であり、各ソケットは、故障を検出するために、電圧が伝達された電圧範囲を出たときにはこれを検出するように適合可能である。この故障検出手順も、コントローラによって実施され得る。そのような故障が検出される場合には、各ソケット又は配電システム全体が安全モードに入ってもよい。各ソケットは、出力電圧を一定の範囲内で変更するように、したがって電力伝送に影響を与えるように適合されていてもよい。これは、各ソケットの供給側での能動的な電力制御のために使用可能である。
【００６４】
動作フェーズの最中には、電力が各電気負荷に受け渡され、出力電圧が調整され、ここで、出力電圧はマスタデバイス９及び各ソケット３によって決定される。出力電圧は、動作の間、一定値でなくてもよい。各電気負荷の必要に従って変化してもよい。例えば、各電気負荷が充電器である場合には、出力電圧は充電プロファイルに応じて制御されてもよい。出力電圧がマスタデバイス９及び各ソケット３によって制御されるので、電気負荷、すなわち本例において充電器は、追加的なＤＣ電力変換器を必ずしも必要としない。これは、追加的な変換段を回避し、材料を節約し、且つ損失を低減させる。各電気負荷は所望の出力電圧に比例する値を伝送してもよく、すると各ソケット３は、各ソケット３がマスタデバイス９によって却下されなければ、出力電圧を制御して所望の電圧値にする。例えば、マスタデバイス９が、利用可能な全電力バジェットを原因として、より小さな出力電圧が提供されるべきであることを示す場合には、各ソケット３はこの低出力電圧を各電気負荷に提供する。
【００６５】
各電気負荷は、実際の印加電圧に関する電圧差に対応する値を伝送するように適合され得る。伝送される値がゼロである限り、出力電圧は各ソケット３によって一定に保たれる。正の値は出力電圧の増大をもたらし、負の値は出力電圧の低下をもたらし得る。値が大きいほど、電圧変化は大きい。各電気負荷と各ソケットとの間のこの種の通信には、実際の電圧レベルとは無関係であり、したがって将来のバージョンへの適用がより容易であるという利点がある。そのような制御原理は、例えば、ワイヤレスパワーコンソーシアムによって発行されたモバイルデバイスの無線充電のためのＱｉ標準において適用される。この電圧差に基づく通信に関しての詳細については、同標準を参照のこと。また、動作フェーズにおいては、ある値が、一定時間間隔で絶えず、又は出力電圧の変化が必要であるときにのみ、各電気負荷から各ソケットへと伝送されてもよい。各ソケット及びマスタデバイスは、各電気負荷から次の値を受信するまで、各電気負荷から受信した最後の値に対応する出力電圧を提供しようと試みるように適合され得る。
【００６６】
上述の実施形態においては、故障検出機能は各ソケットコントローラに統合されているが、他の実施形態においては、故障検出部は各ソケット内の別個のユニットであってもよく、各ソケットコントローラは、故障検出部が故障状態を検出した場合には、安全モードで動作するように各ソケットを制御するべく適合され得る。故障状態は、出力電流が閾値を超過する場合、出力電圧がゼロになるか又は閾値電圧を下回る場合、出力電力が閾値を超過する場合、出力電圧が特定の電圧範囲内にない場合、又は各電気負荷が予め定義された時間内に値を各ソケットに送信しない場合に検出され得る。各ソケットは、故障状態が検出されたことをユーザに対して示す表示灯を備えていてもよい。各ソケットコントローラは、故障が検出された場合には、各ソケットを安全モードで動作させるために、主スイッチ１８をオフにするように適合されてもよい。各ソケットは、各電気負荷のプラグが各ソケットから取り外された場合にのみ安全モードから動作モードへと移行するように適合されてもよく、すなわち、動作モードは各ソケットからの各電気負荷のプラグ抜去時にのみリセットされ得る。さらなる一例においては、安全モードは第一に、待機モードに、特に低ＤＣ電力変換器１７のみがＤＣ電力を提供するモードに対応していてもよい。また、各ソケットはその後、上述の初期化を実施する初期化モードに入ってもよい。例えば短絡に起因して待機モードを維持することが可能でない場合には、各ソケットは主スイッチ１８をオフにする。
【００６７】
ＤＣ電力提供部６が各ソケット３に接続される場合、すなわち光発電パネル又は電池のような局所発電機が各ソケット３に接続される場合には、初期化フェーズの最中に、動作の各電力提供モードが各ＤＣ電力提供部６によって各ソケット３に告げられてもよい。したがって、配電システムは双方向の電力潮流を可能にするように適合され、各電気デバイスが電力を消費するのかそれとも電力を提供するのかは、初期化フェーズの間に各電気デバイスによって告げられ得る。配電システム１はさらに、いくつかの電気負荷２０，２１を同一の各ソケット３に接続する配電デバイス１９を備える。配電デバイス１９は、図４においてより詳細に、概略的且つ例示的に示されている。配電デバイスは、いくつかの電気負荷２０，２１と接続されるいくつかの接続部位２２，２３と、各ソケット３からの電力を変換して各電気負荷２０，２１に供給される変換された電力にするＤＣ電力変換器２４，２５と、ＤＣ電力変換器２４，２５を制御するとともに各ソケット３のソケットコントローラ１１に所要電力を交渉する配電デバイスコントローラ２６とを含む。配電デバイス１９はさらに、少なくとも電気負荷２０，２１から電力要求を受信する第１の通信サブユニット５０と、電力交渉を実施するために各ソケット３のソケットコントローラ１１と通信する第２の通信サブユニット５１とを含む分配デバイス通信部を備えている。通信サブユニット５０，５１も配電デバイスコントローラ２６によって制御される。さらに、配電デバイス１９は、やはり配電デバイスコントローラ２６によって制御されるスイッチ６０…６４を備えている。
【００６８】
このように、配電システムは、配電デバイス１９を用いることによって、マルチソケット分配、すなわちＹ分配を提供し、ここで、配電デバイス１９は、変換器を含み、好ましくはコンセントである各ソケット３に、電気負荷２０，２１が必要とする電圧を考慮して、入力電圧を交渉する。配電システム１９はさらに、各電気負荷２０，２１が許す場合には、低損失のために電圧貫通を可能にするように適合されていてもよい。この電圧貫通を提供するために、主スイッチ６２及びバイパススイッチ６５，６６は閉じられてすなわち導通されてもよく、その一方でスイッチ６０，６３は開かれてすなわち非導通とされてもよい。
【００６９】
図５は、いくつかの電気負荷２０，２１を同一の各ソケット３に接続する配電デバイスのさらなる一実施形態を概略的且つ例示的に示すものであり、これは図４を参照して上述した配電デバイス１９に代えて用いられ得る。
【００７０】
配電デバイス２９は、いくつかの電気負荷２０，２１と接続されるいくつかの接続部位２２，２３と、各ソケット３からの電力を変換して各電気負荷２０，２１に供給される変換された電力にするＤＣ電力変換部４５，４７と、ＤＣ電力変換部４５，４７を制御するとともに各ソケット３のソケットコントローラ１１に所要電力を交渉する配電デバイスコントローラ４６とを含む。配電デバイスコントローラ４６は、各ソケット３のソケットコントローラ１１に、電源２によって提供される電力がＤＣ電力変換部４５，４７にも提供されるように、各ソケット３がバイパスモードで動作すべきであることを交渉するように適合されていてもよい。
【００７１】
ＤＣ電力変換部４５，４７は、好ましくは、供給される電力を各電気負荷２０，２１に交渉し、交渉された各電力を供給するように適合される。例えば、ＤＣ電力変換部４５，４７はソケット３に類似していてもよい。とりわけ、ＤＣ電力変換部４５，４７はそれぞれ、少なくともａ）各電気負荷２０，２１と通信する、特に各電気負荷２０，２１から電力要求を受信するとともに、任意選択的にはマスタデバイス９と通信するソケット通信部と、ｂ）各ＤＣ電力変換部４５，４７に供給された電力を受け取るとともに、受け取った電力を変換して各電気負荷２０，２１に供給される変換されたＤＣ電力にするＤＣ電力変換器と、ｃ）特にマスタデバイス９から受信した制御信号に応じて、交渉された電力を提供するように各ＤＣ電力変換器を制御するコントローラとを備えていてもよい。配電デバイスコントローラ４６は、各ソケット３からより低い電力、特により低い電圧を要求するように適合されてもよく、この場合、要求されたより低い電力はＤＣ電力変換部４５，４７に印加され、これらがその電力を電気負荷２０，２１に供給される交渉された電力に変換する。配電デバイスコントローラ４６は、各ＤＣ電力変換部４５，４７が各電気負荷２０，２１に交渉した電力に応じて、より高い電力を提供するバイパスモード、又はより低い電力が提供される動作モードで動作するように各ソケット３に要求するように適合されてもよい。
【００７２】
概して、プラグがソケットから取り外される場合、危険な火花が発生し得る。配電システム１のソケット３は、好ましくは、そのような火花が回避されるように適合されている。例えば、各ソケット３は、各電気デバイス４，５，６，１９が各ソケット３から分離されたときにこれを検出する分離検出部を備えていてもよく、各ソケットコントローラ１１は、分離検出部が分離を検出した後、供給された電力を遮断するように、特に主スイッチ１８を開くように適合され得る。各ソケットコントローラ１１は、好ましくは、供給された電力をミリ秒単位で遮断するように適合される。例えば、分離検出部は、プラグ抜去の際に先に開くリードピンを備えていてもよい。このピンは、通信目的でも、すなわち各ソケット３と各電気デバイス４，５，６，１９との間で通信するためにも用いられ得る。とりわけ、リードピンは、通信目的で用いられ各電気デバイス４を各ソケット３の通信部３３と接続するピン３９であり得る。各ソケットコントローラ１１は、このリードピン３９が分離された場合に、各ソケット３をオフにするように適合されていてもよい。よって、通信部３３及びリードピン３９は、各電気デバイス４が各ソケット３から分離されたときにこれを検出する分離検出部を形成するものと見なされ得る。
【００７３】
代替的には、主スイッチ１８及び各電気デバイスは、各電気デバイスを各ソケットから分離する際、電気的接点が分離される前に各ソケットがオフにされるように適合されてもよい。したがって、各ソケットの総数を検知するように、且つ電気的接点が開く前に引き抜きの際に開くように、メカニカルスイッチが搭載されてもよい。このようにして、スイッチは、プラグ抜去動作時の火花に対する保護のために、使用されていないソケットの完全な非活性化及び電子的なスイッチオフに用いられ得る。代替的又は追加的には、光学手段又は追加的な接点がプラグ抜去動作を検出する分離検出部として用いられてもよく、プラグ抜去動作が検出された場合には、各ソケットは即座にオフにされ得る。各ソケットが、プラグ挿入動作時にまず所要電力を交渉するように適合されている場合には、接点における電圧レベルはそのプラグ挿入動作の間は低く保たれ、火花は発生しない。このように、接点における低電力を用いた電力交渉は、火花及び接触保護特徴であるとも見なされ得る。
【００７４】
以下においては、配電システム内で電源からいくつかの電気負荷に電力を供給する配電方法の一実施形態が、図６に示されるフローチャートを参照して、例示的に説明される。
【００７５】
ステップ１０１において、配電システムのソケットは、ソケットに接続された電気負荷から電力要求を受信する。ステップ１０２において、受信された電力要求は、配電システムのマスタデバイスに伝送される。ステップ１０３において、マスタデバイスのソケット電力決定部は、各ソケットによって提供される電力を、受信した電力要求に基づいて決定するとともに、決定された電力に応じてソケットを制御する制御信号を生成する。特に、マスタデバイスは、要求された全電力が提供可能な全電力よりも大きくないかどうかを決定し、要求された全電力が提供可能な全電力よりも大きくない場合には、ソケットがその要求された電力を提供することを可能にし得る。ステップ１０４において、ソケットのＤＣ電力変換器は、マスタデバイスによって生成された各制御信号及び各ソケットコントローラによる各電力要求に応じて制御される。例えば、マスタデバイスから受信した制御信号が、各ＤＣ電力変換器が要求された各電力を提供できることを示す場合には、ＤＣ電力変換器はこの電力を提供するように制御される。
【００７６】
既知の消費者デバイス、すなわち既知の電気負荷は、それ自体がＤＣ電源を有する。これは、電力は一般的には供給設備において高電圧ＡＣ電力として分配されるためである。また、消費者デバイスは一般的に、それ自体が一定の電圧及び電力レベルに対する要求を有する。こうした個別の電源は、消費者デバイスに追加的な費用を上乗せするものであり、一般的には費用を理由として長寿命であるようには設計されない。図１を参照して上述した配電システムは、個別の電源を除去するとともに、消費者デバイスに追加的な電源デバイスを設けることなく、電源設備であるとも見なされ得る配電システムに、消費者デバイスが直接接続されることを可能にしている。これは、重量の軽減及び電子機器廃棄物の量の減少をもたらし得る。
【００７７】
個別の電源の問題への対処として、いくつかの解決策が知られている。例えば、ＩＥＥＥ組織はＵＰＡＭＤ（モバイルデバイス用汎用電力アダプタ）標準を提案しており、これは、ユニバーサルプラグを説明するものであって、コンセントにも用いられ得る。パワー・オーバ・イーサネット（登録商標）標準は、中央変換器及び中央変換器に星形のケーブル分配で接続されたソケットを定義しており、ここで、各ソケットは独自のケーブルを必要とするので、中央変換器と電気負荷との間が長距離になり、対応するケーブル損失がもたらされる。このため、各ソケットにおける電力は制限される。また、広く普及しているＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）ソケットも、固定電圧を送達するコンセントとして利用可能である。しかしながら、これらの解決策は、接続されたデバイスの必要にシームレスに適応する可変電圧を提供しない。また、待機行動も説明しておらず、ソケットの供給側で電力潮流を制限又は制御する方法も提供しない。対照的に、図１を参照して上述した配電システムは、可変電圧を可能にし、待機行動を提供し、且つソケットの供給側で電力潮流を制限すること又は制御することを可能にする。
【００７８】
配電システムは好ましくは分配損失を制限するための高電圧分配を備えており、ソケットは、好ましくはＤＣコンセントであって、高電圧分配電圧を変換して接続された各電気負荷が必要とする電圧にする電力変換器を含む。提供される電圧は可変であり、接続された各電気負荷からのデジタル若しくはアナログフィードバックによって、又は接続された各電気負荷との交渉によって設定され得る。配電システムは、建物内で電力を分配するために用いられてもよい。これは、職業上の用途及び住宅向けの用途を含み得る。ソケットは好ましくはコンセントである。しかしながら、他の種類のソケットであってもよい。
【００７９】
上述の実施形態においては、各ソケットと各電気負荷との間の電力伝送は有線での電力伝送であり、各ソケットと各電気負荷との間の通信は有線での通信であるが、他の実施形態においては、電力伝送及び／又は通信は無線であってもよい。例えば、各電気負荷は、Ｑｉ標準又はＲｅｚｅｎｃｅ標準を介して無線給電され得る。ソケットは、例えば、本例においては電気負荷であるロボット掃除機のための無線ドックであってもよく、ロボット掃除機は、壁上の各地点に接触したとき、すなわち各ソケットに電力要求を無線で送信し各ソケットから電力を無線で受け取るのに十分なほど各ソケットに接近したときに、再充電される。ソケットは、各ソケットから電力を無線で受け取ることが可能な電気負荷を支持するテーブル又は他の家具に内蔵されてもよい。特に、ソケットは、厨房機器に電源供給するために、厨房表面に内蔵されてもよい。
【００８０】
図面、開示、及び添付の特許請求の範囲を分析することにより、当業者は、開示の実施形態の変形形態を理解及び実施することができる。
【００８１】
請求項中、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」等の用語は他の要素又はステップを除外せず、要素は複数を除外しない。
【００８２】
単一のユニット又はデバイスが、請求項内に列挙された複数のアイテムの機能を果たしてもよい。単にいくつかの手段が互いに異なる従属請求項に記載されているからといって、これらの手段の組み合わせを好適に使用することができないとは限らない。
【００８３】
１つ又はいくつかのユニット又はデバイスによって実施される、制御信号の生成、電力交渉動作、通信動作等の動作は、任意の他の数のユニット又はデバイスによっても実施され得る。配電方法に従ったこれらの動作及び／又は配電システムの制御は、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／又は専用のハードウェアとして実現されてもよい。
【００８４】
コンピュータプログラムは、適切な媒体、例えば他のハードウェアとともに又はその一部として供給される光学記憶媒体又はソリッドステート媒体等で保存／供給されてもよいが、他の形式で、例えば、インターネット又は他の有線若しくは無線テレコミュニケーションシステム等を介して供給されてもよい。
【００８５】
請求項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解釈されるべきではない。
【００８６】
本発明は、電源からいくつかの電気負荷にソケットを介して電力を分配する配電システムに関する。ソケットは電気負荷から電力要求を受信し、その電力要求を、受信した電力要求に基づいて各ソケットにより提供される電力を制御するマスタデバイスに伝送する。マスタデバイスがソケットからすべての電力要求を受信し、したがって全所要電力を概ね把握しているので、マスタデバイスは、各ソケットによって提供される電力を、この知見を考慮して決定することができる。これは、各ソケットによって提供される電力の決定の改良と、ひいては全体的な電力分配の改良とをもたらし得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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