(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モジュラー電力管理システムにおいて、配電パネル、該配電パネル内部に収容され、電力母線手段、中性母線手段および接地母線手段を有する母線システム、該配電パネルの外部に蓄電池手段を有し、かつ上記中性母線手段および上記接地母線手段に接続するモジュールユニット、該配電パネルによる給電のための外部回路手段を接続したものであって、外部回路接続手段の一方にＤＣ外部回路手段を、他方にＡＣ外部回路手段を接続し、接続したそれぞれの回路が同時に動作できるように連結した少なくとも一対の遮断器を有する遮断器手段からなるモジュラー電力管理システム。
【請求項２】
ＤＣ給電装置手段を該モジュールユニットに接続して、これによって該蓄電池手段にＤＣ電力を供給するようにしたことを特徴とする請求項１記載のモジュラー電力管理システム。
【請求項３】
該ＤＣ給電装置手段が、該蓄電池手段を所望の電圧範囲内に維持する電圧調節器手段であることを特徴とする請求項２記載のモジュラー電力管理装置。
【請求項４】
該ＤＣ給電装置手段がコンバーター手段であることを特徴とする請求項２記載のモジュラー電力管理システム。
【請求項５】
該外部回路の一つが固有ＤＣ負荷手段であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載のモジュラー電力管理システム。
【請求項６】
電力使用現場における電力の管理方法において、電力使用現場においてＡＣ電力出力およびＤＣ電力出力の両者を出力し、ＤＣエネルギーを保存する蓄電池手段を設け、該蓄電池手段にＤＣ電力を供給して、該蓄電池手段の電圧レベルを完全充電レベル以下に維持し、そしてＡＣ電力経路およびＤＣ電力経路に遮断器手段を設けるとともに、同時に作動できるように、該遮断器手段を連結することからなることを特徴とする使用現場における電力の管理方法。
【請求項７】
該蓄電池手段と電気的に並列にフィルターコンデンサー手段を設ける工程を有し、該蓄電池手段による電池等価静電容量による接地に対するＡＣ経路と、該フィルターコンデンサーの静電容量による接地に対するＡＣ経路とが形成され、ＡＣ側からＤＣ側に対して導電接続が生じた場合には漏電による衝撃を危険レベルよりも低く維持するとともに、短絡が生じた場合には、遮断器を作動できる十分な電流を流すよう容量性リアクタンスを設定したことを特徴とする請求項６記載の電力の使用現場における管理方法。
【請求項８】
電力の使用現場における電力の管理方法において、ＤＣエネルギーを保存する蓄電池手段を設け、該蓄電池手段による電池等価静電容量による接地に対するＡＣ経路と、該フィルターコンデンサーの静電容量による接地に対するＡＣ経路とが形成され、ＡＣ経路の通電は漏電による衝撃を危険レベルよりも低く維持するとともに、短絡が生じた場合には、遮断器を作動できる十分な電流を流すよう容量性リアクタンスを設定したことを特徴とする電力使用現場における電力の管理方法。
【請求項９】
ＡＣ電力経路およびＤＣ電力経路に遮断器手段を設けるとともに、同時に作動できるように、該遮断器手段を連結することからなることを特徴とする請求項８記載の現場における電力の管理方法。
【請求項１０】
電力管理システムにおいて、蓄電池手段と、接地に対するＡＣ導電経路および接地からのＤＣ分離経路の両者を与えるフィルターコンデンサー手段と、該蓄電池手段の充電レベルを制御する手段とを組合せた電力管理システムにおいて、該フィルターコンデンサー手段が６０Ｈｚで接地との間で低インピーダンス経路を確保する大きさのキャパシタンスを与えるとともに、該蓄電池手段がいずれかの方向の電流の流れにおいて接地に対する導電性を確保する大きさの静電容量を与えることを特徴とする電力管理システム。
【請求項１１】
該蓄電池手段の充電レベルを制御する手段が電圧調節器手段で、この電圧調節器手段にＤＣ入力を与える整流器手段を備えていることを特徴とする請求項１０記載の電力管理システム。
【請求項１２】
該蓄電池手段の充電レベルを制御する手段がコンバーター手段で、このコンバーター手段にＤＣ入力を与える整流器手段を備えていることを特徴とする請求項１０記載の電力管理システム。
【請求項１３】
電力管理システムにおいて、配電箱とモジュラーユニットとの組合せからなり、該配電箱が電力母線手段、中性母線手段、接地母線手段、および該中性母線手段と該接地母線手段との間に接続した、静電容量および容積が比較的小さいＡＣバイパスフィルターコンデンサー手段を収容し、そして該モジュラーユニットが該ＡＣバイパスフィルターコンデンサー手段の静電容量および容積よりもはるかに大きい電池等価静電容量および容積を与える蓄電池手段を収容し、該蓄電池手段を該モジュラーユニット手段に収容するとともに、該中性母線手段および該接地母線手段を横断して接続したことを特徴とする電力管理システム。
【請求項１４】
該蓄電池手段にＤＣエネルギーを供給するＤＣ給電装置手段と、該蓄電池手段による給電のために、該接地母線手段と該中性母線手段との間に接続した固有ＤＣ負荷手段とを有することを特徴とする請求項１３記載の電力管理システム。
【請求項１５】
該ＤＣ給電装置手段が発電手段、光起電力手段、および代替ＤＣ源からなる群から選択した装置を有することを特徴とする請求項１４記載の電力管理システム。
【請求項１６】
該蓄電池手段の充電レベルを維持する電圧調節器手段、および該調節器手段にＤＣ入力を与える整流器手段を有することを特徴とする請求項１３から１５のいずれか１項記載の電力管理システム。
【請求項１７】
該蓄電池手段の充電レベルを維持するコンバーター手段、および該コンバーター手段にＤＣ入力を与える整流器手段を有することを特徴とする請求項１３から１６のいずれか１項記載の電力管理システム。
【請求項１８】
同時に作動できるように、連結した連結遮断器手段を有する請求項１３か１７のいずれか１項記載の電力管理システム。
【請求項１９】
該ＤＣ給電装置手段が発電手段、光起電力手段、および代替ＤＣ源からなる群から選択した装置を有することを特徴とする請求項１３から１８のいずれか１項記載の電力管理システム。
【請求項２０】
電力管理システムにおいて、蓄電池手段と、接地に対するＡＣ導電経路および接地からのＤＣ分離経路の両者を与えるフィルターコンデンサー手段と、該蓄電池手段の充電レベルを制御する手段とを組合せたものであり、該フィルターコンデンサー手段が６０Ｈｚで接地に対して低インピーダンス経路を確保する大きさの静電容量を与えるとともに、該蓄電池手段が電流流れのいずれかの方向において接地との間で導電を確保する大きさの静電容量を与え、そして該蓄電池手段の充電レベルを制御する該手段が、該蓄電池手段を該システムから取り外した場合に、接地に対する該ＡＣ導電経路を維持するのに有効であることを特徴とする電力管理システム。
【請求項２１】
該充電レベルの制御手段がＤＣ電源手段を有することを特徴とする請求項２０記載の電力管理システム。
【請求項２２】
該充電レベルの制御手段が電圧調節器手段を有することを特徴とする請求項２０記載の電力管理システム。
【請求項２３】
該充電レベルの制御手段が、エネルギー流れにおいて中間過程として高周波ＡＣを発生するコンバーター手段を有することを特徴とする請求項２０記載の電力管理システム。
【請求項２４】
該高周波ＡＣの電圧スパイクを吸収するフィルターコンデンサー手段を有することを特徴とする請求項２３記載の電力管理システム。
【発明の詳細な説明】
関連出願に対するクロスリファレンス
本出願は、１９９４年１０月２４日に出願され、１９９６年３月１９日に特許第５，５００，５６１号明細書として発行される予定の、本出願人による先願である米国特許出願第０８／３２８，５７４号の一部継続出願である。また、上記先願は、現在は放棄されているが、１９９３年９月２９日に出願された特許出願第０８／１２９，５７５号のファイルラッパー継続出願であり、さらに現在は放棄されているが、１９９２年９月１４日に出願された特許出願第０７／９４４，７８６号のファイルラッパー継続出願であり、さらに現在は放棄されているが、１９９１年１月１８日に出願された原特許出願第０７／６３８，６３７号のファイルラッパー継続出願である。
特許第５，５００，５０１号および本出願人による先願の開示は、ここでも参考として利用している。
発明の背景および要約
特許明細書や技術文献における電気用語一部の混乱やしばしば見受けられる誤解を招きやすい使用法、あるいは不正確な使用法の点からみて、そして上記米国特許第５，５００，５６１号公報でルーズに用いられる用語から区別するために、“インバーター”またはインバーター手段、“コンバーター”またはコンバーター手段、および“固有ＤＣ負荷”または固有ＤＣ負荷手段などの用語については、本明細書で使用する限りにおいて、次のように定義し直す。即ち、インバーターまたはインバーター手段については、ＤＣ電力源から付勢したときに、ＡＣ電力を搬送する装置、回路またはシステムを意味するものとする。換言すれば、整流とは逆である。コンバーターまたはコンバーター手段については、ＡＣがエネルギー流れにおける中間過程として発生されるＤＣ電力を受け取り、かつ発生する装置、回路またはシステムを意味するものとする。固有ＤＣ負荷または固有ＤＣ負荷手段については、ＤＣ電力入力に応答してＤＣ負荷として変動するＤＣ装置、回路またはシステムを意味するものとする。
上記米国特許第５，５００，５０１号は顧客側電力管理システムおよび方法に関するもので、電気事業体や公益事業体が予想される最大電気需要量をはるかに超える発電容量を維持する必要がある場合に、実質的な緩和を実現するいくつかの実施例を開示している。一般的にいって、本出願人による特許および先願は、電力管理システムに組み込んだ蓄電池としての直流電力供給手段を作動して、電気事業体にかかる過剰な電力需要量を緩和するシステムに関するものである。
要約すると、本出願人による特許出願において取り組んだ問題の核心は、顧客によって電気事業体に課せられる電力需要量は時刻、曜日、季節及び／又はどのような顧客かを始めとする、需要に影響するその他の要因に大きく依存して変動する事実にある。いわゆる無停電電力供給も提案されているが、一般に、この問題を適切かつ効率よく緩和するのには不十分である。このようなシステムは、１９９４年２月２２日に出願された、Ｌａｖｉｎなどを発明者とする米国特許第５，２８９，０４５号に例示されている。また、本出願人による先願に対して引用例として引用された文献に注意を喚起している。
このＣＩＰ出願は、全体として配電に関し、特に、例えば住宅に適用される配電に関する。後者の場合、よく知られているように、ＡＣの形で、通常は、２つの１２０ＶのＡＣ回路として、そして２４０ＶのＡＣ回路として利用できるように、ビルに２つの１２０ＶのＡＣ相を送ることを意味する分相の形で、公益事業体または電気事業体から電気エネルギーを分配する。このような３線システムでは、事業体が施工する２つの電力導電線および中性電線を使用する。これら導電線は、通常の施工法によれば、顧客の配電箱に配線し、その内部において、適当な遮断器手段を介して２つの電力母線に接続するとともに、配電箱内に収容した中性母線に直接接続する。また、配電箱には、配電箱の外部に延設する電線接続部を設けるとともに、接地母線にアースポテンシャルを設定するアースポールとの電気接続部に接続する。
本ＣＩＰ出願は、電力を効率良く使用及び／又は利用できるようにすることを課題とし、その方法にも関する。特に、本願は、対象とする位置で、この対象位置において重加電圧能力を設定することによってＤＣ電力を効率良く利用できるようにすることを課題とする。
本発明の一つの目的は、米国やその他世界中において見られるように、共通のビル配線に２種類の異なる給電システム、即ち一つはＤＣシステム、もう一つはＡＣシステムを共用できるようにすることである。
本発明の他の目的は、ＤＣ電力で作動し、かつＡＣ電力でも作動する互換性のある電力配線システムに変更を加えることなく、この電力配線システムを共通のビル配線電力アウトレットから共存させることである。このように互換性があると、例えば、２４ボルトＤＣなどの低電圧で作動する電気機器、特に固有ＤＣ負荷または固有ＤＣ負荷手段として現在作動するか、あるいは近い将来に作動する電気機器、および通常の１２０ボルトＤＣ機器として作動する電気機器を同じビルスペース内で、既設のケーブルや配線を使用して利用できる。
本発明の他の目的は、電力配線システムに連結遮断器手段の基本的考えを導入することである。
本発明の他の目的は、ＡＣ電圧回路網だけでなくＤＣ電圧回路網の“高圧”側および“低圧”側を中断する機能の連結遮断器手段に重加電圧能力を付与することである。
言い換えれば、上記の目的のためには、ＡＣ経路に一つの遮断器手段を、そしてＤＣ電流経路に第２の遮断器手段を利用することができる。
本発明の他の目的は、ＤＣ電源の一方の側に接続する一方の遮断器手段を介して、そしてＤＣ電力源の他方の側に接続する第２遮断器手段を介して配線をループ化する固有ＤＣ負荷手段を提供することである。
本発明の他の目的は、複数のＤＣ電源手段、即ち発電機手段、光起電力手段、風力タービン手段などからのＤＣエネルギー入力で、それぞれ単独で機能する各種の方法で機能するように、居住区か（移動式か固定式の）住宅に配電箱を取り付けた後は、単純な入力接続のみが必要な装置を提供することである。
本発明の他の目的は、フィルターコンデンサー手段と蓄電池手段を電気的に並列に組合せた装置であって、上記フィルターコンデンサー手段が接地に対して制限されたＡＣ経路として機能し、静電容量を調節することによって、６０Ｈｚにおいて接地に対して低インピーダンス経路を確保し、そして上記蓄電池手段が電流を逆方向に流し、接地に対するＡＣ導電の必要性を満足する装置を提供することである。即ち、蓄電池手段およびその関連ＤＣ電源が接地に対するＤＣ分離経路および接地に対するＡＣ連続経路の両者を与える一方で、フィルターコンデンサー手段が接地に対して制限されたＡＣ経路を与える。
本発明の他の目的は、配電箱内部にフィルターコンデンサー手段を配線接続するとともに、本発明のモジュールユニット内に蓄電池手段を収容した、前記各目的を満足するシステムを提供することである。
本発明の他の目的は、中性母線手段、電力母線手段、接地母線手段、および静電容量が制限され、かつ容量が小さいため、接地に対して制限されたＡＣ経路を与えるフィルターコンデンサー手段を収容した配線箱と、上記フィルターコンデンサー手段に比較してキャパシタンスがかなり小さく、また容量が大きいため、電流を逆方向に導電でき、接地に対してＡＣ導電を行なうことができる蓄電池手段を収容したモジュラー電力システムモジュールユニットとを組合せたものを提供することである。
本発明の他の目的は、固有ＤＣ装置または負荷に建物側ＤＣ電力を給電する実際的な方法を提供することである。
本発明の他の目的は、山側をクリップし、かつ谷側を均一とするために、蓄電池手段を使用することによって、顧客の最大電力需要量を最小限に抑えることである。
本発明の他の目的は、静電容量および容積がきわめて大きい、電池等価容量を与える蓄電池手段を有し、この蓄電池手段を、蓄電池の充電レベルを制御する電圧調節器手段またはコンバーター手段と組合せたモジュラーユニットを提供することである。
本発明の他の目的は、蓄電池手段の蓄電容量を利用する固有ＤＣ負荷手段と組合せる、前記各目的を満足するシステムを提供することである。
本発明の他の目的は、再充電可能な蓄電池手段を使用するモジュラーシステムにおいて、この蓄電池手段を過充電または充電不足による損傷から保護するフィルター作用および電圧調節を目的とする臨界変換回路の必須要素として上記蓄電池手段を使用するとともに、上記蓄電池手段により電力を固有ＤＣ負荷手段に供給するモジュラーシステムを提供することである。
本発明の他の目的は、中性母線手段、電力母線手段、接地母線手段、および静電容量が制限され、かつ容積が小さいため、接地に対して制限されたＡＣ経路を与え、かつＤＣを遮断するフィルターコンデンサー手段を収容した配線箱と、上記フィルターコンデンサー手段に比較して静電容量がかなり小さく、また容量が大きい蓄電池手段、および上記蓄電池手段の蓄電容量を引き出す固有ＤＣ負荷手段を収容したモジュラー電力システムモジュールユニットとを組合せたものを提供することである。
本発明の更なる他の目的は、接地に対して理想的なＡＣ経路に合わせて、上記蓄電池手段の電池等価容量をきわめて大きくし、そして上記フィルターコンデンサーの静電容量を接地に対する制限されたＡＣ経路に合わせてきわめて小さくするが、十分な電流を流して、最悪な事態における漏電を衝撃による危険レベルよりもかなり低く維持するとともに、十分な電流を流して、短絡が生じた場合に、適切な遮断器を作動できる程度には大きくすることである。
本発明の他の目的は、エネルギー流れにおける中間過程として高周波ＡＣを発生し、この高周波ＡＣの電圧スパイクを吸収する特殊なコンデンサー手段を設けたコンバーター手段と組合せる、前記各目的を満足する構成を提供することである。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の二重電圧に関する基本的考え、連結遮断器手段の基本的考え、およびモジュラーの基本的考えを示す図である。
図２は、蓄電池手段の充電レベルを制御する一つの手段として、本出願人による先願に開示されている線形電圧調節器および制御インターフェースを利用した本発明を示す図である。
図３は、遮断器手段の使用状態、およびＤＣ発光回路だけでなく、関連する補助ＤＣ装置およびインバーターのループ化状態を示す図であるが、配電箱は単純化して図示してある。
図４は、整流器からＤＣ給電し、蓄電池手段に出力を与えるコンバーターを示す図で、フィルターコンデンサーを電気的に並列配置してある。
発明の詳細な説明
図１
まず、図１について説明する。図１は、本発明の部分回路図で、通常の３線システムまたは分相システムを示す。このシステムは、電気事業体ＥＵが配線することができる電気事業体電力線電線Ｌ１およびＬ２と中性電線Ｎとを有し、これら電線は、（移動式か固定式の）住居、住宅などの配電箱ＥＤＢまで延設する。図示の配電箱はかなり簡単な形で示してある。配電箱ＥＤＢについては、電気事業体からのケーブルまたは電線、あるいは他の事業体への、または他の事業体からのケーブルまたは電線を貫通する通常のノックアウト式開口を備え、電線Ｌ１およびＬ２を電力会社または電気事業体の遮断器１０および１２に接続することによって、内部の電力母線Ｐ１およびＰ２、ＡＣ配電箱ＤＢＡ内の住宅回路ＡＬおよびＤＣ配電箱ＤＢＤ内に接続した住宅回路固有負荷手段ＬＭを、電気事業体ＥＵからの過剰な電圧またはサージから保護するようになっていることを述べれば十分である。また、中性電線Ｎは、配電箱ＥＢＤの内部接地母線ＧＢに直接接続しない中性母線ＮＢに内部で接続する。
図示の通常の電気アウトレットＥＯ１の電気プラグ穴２０、２２および２４を配電箱ＥＤＢのノックアウト式開口に挿入する電線Ｗ２０、Ｗ２２およびＷ２４によって接続するとともに、それぞれ遮断器１４、中性母線ＮＢおよび接地母線ＧＢに接続する。なお、上記遮断器１０および１２は、配電箱ＥＤＢの通常のヒンジ式フロントパネルを開いた時に、スナップ嵌めする通常の形式の遮断器である。これは、従来より使用されているヒューズレセプタクルよりもはるかに好ましいものである。いずれにせよ、本発明のモジュラー特性のために、図示のように、接地母線ＧＢに接続する配電箱ＥＢＤ内に貫通する接地母線配線ＧＢ３０との接続部Ｊ１をもつ配線Ｂ２６によって接続した正端子をもつ蓄電池手段ＳＢを使用することができる。蓄電池手段ＳＢの負端子は配線Ｂ２８によって接続するが、この配線の中性母線配線ＮＢ３２との接続部Ｊ２は配電箱ＥＤＢの内部で、図示のように、中性母線ＮＢに接続する。
電線接続Ｗ２０、Ｗ２２およびＷ２４が図示のようになっているため、電気プラグＰＬ１の差し込み突起部２０’、２２’および２４’を使用して、ＡＣ負荷ＡＬに配電箱ＤＢＡによって電力を供給することができる。同様に、電気プラグＰＬ２を使用して、固有ＤＣ負荷手段に配電箱ＤＢＤによって電力を供給することができる。
図１は、配電箱ＥＤＢの外部にあるため、次に説明するいくつかの驚くべき利点を実現する基本モジュラーユニットＭを示す図である。この基本モジュラーユニットＭは再充電可能な蓄電池手段ＳＢからなり、ＤＣ電力を消費負荷が利用できなくなると、蓄電池容量が引き出される。この蓄電池手段ＳＢは深い充電サイクルで電解質の沸騰開始点に達する充電値に充電可能であるため、電池充電手段はこのような充電値を実現できるものでなければならない。換言すれば、この充電水準を過充電や充電不足を招くことなく実現できなければならない。
本発明の重要な特徴は、フィルターコンデンサーＦＣに関連して、蓄電池手段ＳＢに固有な“電池等価静電容量”を複合的に利用する点にある。蓄電池手段ＳＢが示す単位容量当たりの“電池等価静電容量”は著しい大きさを持つ。この点を説明するために、標準的なフィルターコンデンサーはμＦ単位の測定静電容量（即ち、５０μＦ）をもち、かつ配電箱ＤＢに簡単に装着できる容量を持つものとする。この場合、蓄電池手段は電池等価静電容量が少なくとも１０，０００Ｆとなるはずである。蓄電池手段のこの高い電池等価静電容量はＡＣリップルフィルター作用にとってはきわめて有効であるが、配電箱ＥＤＢ内に組み込むには容量が大きすぎる。さらに重要なことは、接地に対して理想的なＡＣ経路になることである。蓄電池手段ＳＢを取り外した場合、たとえ一時的であっても、フィルターコンデンサーによって与えられる接地に対する制限されたＡＣ経路が接地に対して十分なＡＣ経路を与えるには不十分になるが、ＤＣ電源ＤＣＰＳやその等価物が存在すると、十分な経路が形成することになる。また、１２ボルトの深い充放電サイクルの鉛−酸電池手段ＳＢ、即ち容量が１立方フィートの電池手段ＳＢで置き換えると、相対的な“電池等価静電容量”が少なくとも１０，０００Ｆになる。言い換えれば、このような蓄電池手段ＳＢは、引き出される電流に一致する大きさの接地に対してきわめて大きくかつ十分なＡＣ経路を与えるとともに、フィルターコンデンサーＦＣが与える接地に対する制限されたＡＣ経路が、依然として、各地の電気法令を満足するために本質的に必要である。これら２つのコンデンサーは相互に関連して作動し、そしていずれも各地の電気法令を満足するために本質的に必要である。電池手段ＳＢは逆方向に電流を流し、これに対応して、接地に対するＡＣ導電およびその関連するＤＣ電源がさらに接地からのＤＣ分離経路を与える必要性を満足する。また、フィルターコンデンサーＦＣが、電池手段ＳＢが作動不能になった場合に、第２の、制限されたＡＣ経路を与える。後者の場合は、フィルターコンデンサーＦＣの静電容量を調節して、容量性リアクタンスＸｃを十分に低くし、十分な電流を流すことによって、最悪な事態における漏電を衝撃による危険性よりもかなり低く抑えるとともに、器具の短絡が発生した場合には、十分な電流を流して対応する遮断器を作動する。
なお、通常、配電箱ＥＤＢ内にフィルターコンデンサーＦＣを配線接続するが、蓄電池手段と平行にモジュールユニットＭ内に組み込んでもよい。
図１から理解できるように、電力母線Ｐ２にはＡＣ電力が供給されているので、配線Ｗ２０およびＷ２２ではＡＣ電位を利用することができ、また蓄電池手段ＳＢが存在するため、配線Ｗ２２および配線Ｗ２４ではＤＣ電位を利用できる。従って、プラグ穴２０および２２を電気プラグＰＬ１の差し込み突起部２０’および２２’を介して配電箱ＤＢＡのＡＣ負荷手段ＡＬに接続することができ、またプラグ穴２２および２４を電気プラグＰＬ２の差し込み突起部２２’’および２４’’を介して配電箱ＤＢＤの固有ＤＣ負荷手段ＬＭに接続することができる。
前述したように、図１をいくぶん簡略化して描いてある理由は、ただ一つのＡＣ電力母線Ｐ２のみを接続しているからである。なお、他の異なる接続も図示することは可能である。また、図示によれば、配線Ｗ２２およびＷ２４の間で、ただ一つのＤＣ電力を利用できる。なお、電気出力ＥＯ１をさらに複雑にすることもでき、ＡＣ電力出力およびＤＣ電力出力をかなり高くすることができる。これらについては、以下に詳しく説明する。
図２
図２について説明すると、図示の回路は、整流をダイオード８２および８４によって行なう本出願人による上記先願明細書に添付した図３とほぼ同じである。これらダイオードは、制御インターフェース（図でも同様）と関連して作動する電圧調節器部分（図でも同様）のＴＥＥ回路９４、９０、９２に給電して、接続部ＡでＤＣを出力する。このように、本発明の重要な特徴、即ち、図２における４６などの固有ＤＣ負荷手段や図３における電子的に（ＤＣ）安定化した蛍光発光回路ＦＬを作動する蓄電池の充電レベルを所望レベルに維持することが実現できる。なお、米国特許第５，５００，５０１号明細書に記載されているように、３種類の作動モードがある。
ＡＣ入力があると、図２に示す電圧調節器が、モジュールユニットＭ内に収容され、かつ接続部Ｊ１およびＪ２（図１を参照）に接続された、蓄電池手段ＳＢの充電レベルを維持する一つの手段として作用する。いうまでもなく、電灯負荷４６は、接地母線ＧＢと、図３の場合と同様に、中性母線ＮＢに接続された遮断器Ｂ５およびＢ６との間でループ化されたループ化電灯回路ＦＬなどの固有ＤＣ負荷手段である。図１のＤＣ電源ＤＣＰＳは図２の光起電力パネル手段ＰＶであり、そして図１および図２のいずれにもインバーター手段ＩＮＶを図示してある。また、図２には、配電箱ＥＤＢを完全には示していないが、これは図示の混乱を避けるために、図示を単純化したためである。
図３
図３に単純化し、かつ整理した形で示した配電箱ＥＤＢは、主に、連結遮断器の基本的な考え、固有ＤＣ負荷手段のループ化の基本的な考え、および負荷源手段の使用の基本的考えを示す図である。配電箱ＥＤＢについては概略を示し、接地母線ＧＢ、中性母線ＮＢおよび電力母線Ｐ２はいずれも図示してある。ＤＣ安定化蛍光発光固有ＤＣ負荷手段ＦＬは、配電箱ＥＤＢから生じる配電器盤ＤＢＤの一つの実施例を有する。各ループ化ＷＤＢＤ５４およびＷＤＢＤ５６は中性母線ＮＢ（−ＤＣ）の間にあり、遮断器Ｂ５およびＢ６を通って接地母線ＧＢ（＋ＤＣ）に接続する。４つの電気出力手段ＷＯ１、ＥＯ２、ＥＯ３およびＥＯ４を図示しており、いずれも同一である。ただ、２つの配線Ｗ２０については、それぞれ遮断器手段Ｂ１およびＢ３を介して電力母線Ｐ２に接続する。２つの配線Ｗ２２についても同様で、それぞれ遮断器手段Ｂ２およびＢ４を介して中性母線ＮＢに接続する。２つの遮断器Ｂ１およびＢ３それぞれは図１の遮断器１４に対応し、一方２つの遮断器Ｂ２およびＢ４それぞれは図１の遮断器１３に対応する。遮断器Ｂ１およびＢ２はそれぞれＡＣ経路およびＤＣ経路に“属す”ものである。
電気プラグＰＬ１及び／又はＰＬ２は、前述したように、差し込み突起部２０’、２２’、２４’及び／又は２０’’、２２’’、２４’’を用いて、電気出力に差し込むことができる。
ＤＣ電源ＤＣＰＳはＤＣ発電機および光起電力パネル手段ＰＶとして図示してある。光起電力パネル手段は、調節器４０で調節した後、分離ダイオードＤ２を介して接続部Ａまで延長し、この接続部Ａには、分離ダイオードＤ１を介してＤＣ発電機ＤＣＰＳの正側を接続する。接続部Ａについては、遮断器Ｂ８を介して接地母線ＧＢに接続する。一方、インバーター５０からのＡＣ入力については、配線Ｗ５０によって中性母線ＮＢに、そして配線Ｗ５２を介して遮断器Ｂ７に接続する。固有ＤＣ負荷手段のループ化によって、対応する配線の電流搬送能が倍加する。一方、ＡＣ経路およびＤＣ経路を遮断器手段に対して連結すると、二重加電圧を実施できるので、安全性が高くなる。
上記を反復するためには、本発明のモジュラーの基本的な考えが、蓄電池手段ＳＢおよびフィルターコンデンサー手段ＦＣである別々な手段を設けるという点で、きわめて重要である。蓄電池手段ＳＢは、接地に対するすぐれたＡＣ経路を表し、きわめて大きな電池等価静電容量をもつ。また、フィルターコンデンサー手段ＦＣは、接地に対して制限されたＡＣ経路を表す、きわめて小さな静電容量をもつ。このフィルターコンデンサー手段ＦＣについては、静電容量を調節して、容量性リアクタンスＸｃを十分に小さくし、十分な電流を流すことによって、最悪な事態における漏電を衝撃による危険性よりもかなり低く抑えるとともに、器具の短絡が発生した場合には、十分な電流を流して対応する遮断器（複数の場合もある）を作動する。既に述べたように、フィルターコンデンサーＦＣの静電容量は５０μＦ程度である。
図４
図４は、効率がきわめて高い切り替え式コンバーターを具体化した、好ましい形式のコンバーターである回路を示す図である。この形式のＤＣ対ＤＣ給電装置が高い効率を同時に達成できるからである。図４に入力機構を示すが、そのうちの一部は参照符号では示していないが、機能については図示してある。また、図示の出力機構については、いずれも参照符号では示していないが、機能については図示してある。いずれの場合も、意味するところが明白であるため、これら機構の追加的な詳しい説明や参照符号は必要ないと考えられる。
点線で囲み、参照符号５０１で示すブロックは、コンデンサー５０５に接続部５０１’で給電する代表的な全波整流器ブリッジ回路（即ち、インバーターの逆である）である。これの目的は、回路５０１の整流リップル成分を減らし、接続部５０１’と導線５０１ｖとの間に存在するフィルター処理入力電圧をコンバーター手段に送ることである。
整流器回路５０１の下流にあり、整流器回路５０１からのフィルター処理ＤＣが給電されている、図示のコンバーター回路は、部分５２１内に接続部５２１’および５２１’’を有する。これら接続部間に抵抗／コンデンサー対５２１ｒおよび５２１ｃを接続する。この対はさらに接続部５２１’’’を有する。接続部５２１’’’は、パルス幅変調回路（ＰＷＭ）５０３に正の電圧Ｖｃｃを供給する導線５２１ｖに接続する。この接続部により、ダイオード５２１ｄ２と接続部５２１’’との間に接続した、並列抵抗／コンデンサーとの接続部をもつダイオード５２１ｄ１に給電する。
このコンバーターはパルス幅変調回路（ＰＷＭ）５０３を利用して、スイッチングトランジスタ回路５０８を制御して、サイクル電流までの変圧器５０６の一次側を介して導線５０８ｖに存在する過渡電圧スパイクを変圧器５０６の一次巻線Ｌ１およびＬ２に印加し、これによって“コンバーター”を定義する際に上記したように、“エネルギー流れにおける中間過程としてＡＣが発生する”。変圧器５０６の二次側は巻線Ｌ３およびＬ４によって表す。
回路５０９は、パルス幅変調回路５０３と変圧器５０６の二次側にある制御手段５２２との間にある光学的絶縁リンクであり、変圧器５０６の一次側のパルス幅変調回路５０３から発生する導線５０９ｖの制御電圧が二次側の制御手段５２２に入力を与え、パルス幅変調回路ＰＭＷ５０３に影響を与えるが、二次回路からの漏電はない。例えば、変圧器５０６による変換周波数は２０，０００〜１００，０００Ｈｚであり、これら過渡電圧を吸収するために特殊なコンデンサー５１７が必要であること示している。なお、コンデンサー５１７を使用する場合、そのキャパシタンスは例えば１μＦである。
二次巻線Ｌ４が回路５１４を駆動し、整流器５０１にコンデンサー５０５を加えてフィルター作用の場合と同様に、制御手段５２２に導線５１４ｖにおいてＤＣ出力、この場合には適正なＤＣ入力を与える。制御手段５２２は出力導線５２２２ｏを光学的リンク５１０に接続して、本出願人による先願に従って電圧制御の３つの作動モードを制御する。即ち、光学的アイソレーター５１０リンクが“オン”の場合には、光起電力手段５２０からＤＣ電流を流すモードが作動する。即ち、光起電力手段５２０のみからＤＣ電力入力のいずれか、あるいは両者が得られ、また光起電力手段５２０から部分的または共用ＤＣ電力入力が得られる。光学的アイソレーター５１０リンクが“オフ”の場合には、別な電源からのみＤＣ電力入力が得られる（即ち光起電力入力はない）残りのモードが作動する。
上記モードは、接続部Ｊ１およびＪ２を横断するＤＣ電圧によって、（あるいはこれら接続部に接続した蓄電池手段などの再充電可能なＤＣ機構の存在によって）制御する。この場合、現在の趨勢としては、モード１で再充電可能なＤＣ機構にのみＤＣ電力を入力し、モード２で共用ＤＣ電力を入力し、そしてモード３で再充電可能なＤＣ機構にＤＣ電力を入力しない。即ち、導線５２３および５２４を図４に示したＤＣ源のいずれかに接続するか、図１または図３のＤＣＰＳなどのＤＣ電源に接続すると、システムの作動は十分になり、意図した作用効果を満足する。
言い換えれば、蓄電池手段に印加されるＤＣ電圧は、図２の抵抗３６、４２、４３、４４、４５、６８、７０、７４および７６の、あるいは図４の５１１、５１２、５１３および５１５を始めとする抵抗の影響を受けるフィードバックに依存するものである。
これは、本発明によるシステムへの入力が微弱な場合にも当てはまる。例えば、ＡＣ電力かＤＣ電力のいずれかの利用できる時間が限られている場合には、あるいは機構からのみ離れている場所で利用できる場合には、蓄電池手段にＤＣ電力を供給するために、図に示したいくつの構成が有効である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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