System and method for managing power supply to circuit breaker controller

本明細書における開示対象は、配電機器に関し、特に回路遮断器の電力制御に関する。

従来の配電機器は、一般に、１つまたは複数の回路遮断器を含み、開閉装置のハウジングの引出形ユニットおよび他の電気機器に収納された、複数の回路遮断器を含むことが多い。 そのような回路遮断器は、トリップ装置を含み、トリップ装置は、ケーブル、モータ、および他の負荷の電流を測定し、これらの発熱をシミュレートすることによって、ケーブル、モータ、および他の負荷を保護する。 ほとんどの場合は、トリップ装置の前面に、ＬＣＤディスプレイとキーパッドおよび／またはボタンがある。 トリップ装置は、ＬＣＤ画面およびキーパッドボタンにより、複数のパラメータを設定される。 そのようなパラメータとして、例えば、保護レベルの表示、トリップ遅延の時間、地絡などのトリップの有効化および無効化などがある。 旧式のトリップ装置では、トリップ装置に外部電源がない場合に、プロセッサを有効化してＬＣＤディスプレイの電源をオンにするためのバッテリボタンが、キーパッド上に必要である。

従来の回路遮断器トリップ装置には、いくつかの欠点がある。 欠点の１つは、そのようなトリップ装置のキーパッドが、外部電源を使用できない場合に、バッテリをキーパッドに接続してキーパッドに電力を供給するために、独立したバッテリボタンを必要とすることである。 この機能は、トリップ装置コントローラのキーパッドおよび／または他の構成要素による、過剰または不必要な電力消費のリスクをもたらし、これはバッテリ寿命に悪影響を及ぼす。

本発明の例示的実施形態に従って構築された、回路遮断器トリップ装置内の電力を制御するシステムは、トリップ装置と動作可能に結合されて、複数の入力キーを有するユーザインタフェースと、ユーザインタフェースと動作可能に結合されて、バッテリ電源および外部電源と動作可能に結合された電力調整器と、電力制御回路とを含む。 電力制御回路は、外部電源と電力調整器との間に電気的接続が存在しない場合に、複数の入力キーのいずれかが活性化されたことに対する応答として、自動的にバッテリ電源を電力調整器に電気的に接続するように構成される。

本発明の他の例示的実施形態は、回路遮断器トリップ装置内の電力を制御する方法を含む。 この方法は、トリップ装置と動作可能に結合されたユーザインタフェースの複数の入力キーのいずれか１つを活性化するステップであって、トリップ装置は、ユーザインタフェースと動作可能に結合されてバッテリ電源および外部電源と動作可能に結合された電力調整器を含む、活性化するステップと、外部電源と電力調整器との間に電気的接続が存在しない場合に、複数の入力キーのいずれかが活性化されたことに対する応答として、自動的にバッテリ電源を電力調整器に電気的に接続するステップとを含む。

本発明のさらなる例示的実施形態は、回路遮断器トリップ装置内の電力を制御するシステムを含む。 このシステムは、バッテリ電源および外部電源と動作可能に結合されて、トリップ装置の複数の構成要素と動作可能に結合された電力調整器であって、複数の構成要素は、第１のグループの構成要素および第２のグループの構成要素を含む、電力調整器と、外部電源および第２のグループの構成要素と動作可能に結合されたスイッチであって、外部電源と電力調整器との間の電気的接続に対する応答として、閉じて、第２のグループの構成要素を電力供給装置に電気的に接続するように構成されたスイッチとを含む。

本発明の例示的実施形態の技術により、さらなる特徴および利点がもたらされる。 本明細書において本発明のその他の実施形態および態様を詳述するが、それらは特許請求の範囲に記載の発明の一部と考えられる。 以下の説明および添付図面を参照することによって、本発明の特徴および利点がさらに明らかとなる。

本発明の一例示的実施形態による回路遮断器を表す、配電装置アセンブリの右斜視図である。

図１の回路遮断器と結合されたトリップ装置を示す図である。

図２のトリップ装置のキーパッドの正面図である。

図１の回路遮断器のトリップ装置およびキーパッドを制御するシステムの一例示的実施形態を示す図である。

図４の回路遮断器のトリップ装置および／または制御装置への電力を制御する一例示的方法を提供するフローチャートである。

図１の回路遮断器と結合されたトリップ装置の別の例示的実施形態を示す図である。

図６の配電を制御するシステムの別の例示的実施形態を示す図である。

図６の配電を制御する別の例示的方法を提供するフローチャートである。

回路遮断器トリップ装置内の電力消費を管理するシステムおよび方法を提供する。 トリップ装置および関連付けられたキーパッドの電力および動作を制御する装置を提供する。 一実施形態では、本装置は、キーパッドのいずれかのキーまたはボタンが活性化されたときにキーパッドに電力を供給するように構成される。 別の実施形態では、本装置は、バッテリからキーパッドに電力を供給し、外部電源が使用可能かどうかを検出する。 外部電源が使用可能であれば、本装置は、バッテリを電気的に切断し、キーパッド、トリップ装置コントローラ、および／または他の回路遮断器またはトリップ装置の構成要素が外部電源から電力を供給されることを可能にする。 本明細書で用いられる「外部電源」は、任意の非バッテリ電源を意味する。 別の実施形態では、本装置は、外部電源がない場合に、電力消費を抑えるために、トリップ装置の選択された部分（例えば、キーパッドのマイクロプロセッサ、ＬＣＤ、または他の画面）だけに電力を供給するように構成される。

まず、図１を参照すると、本発明の一例示的実施形態に従って構築された配電装置アセンブリの全体が１０で示されている。 配電装置アセンブリ１０は、ハウジングまたは引出形下部構造１２を含む。 配電装置アセンブリ１０はさらに、引出形下部構造１２内に位置する回路遮断器１４の形で示された配電装置を含む。 一実施形態では、回路遮断器１４は、カセット１５に収納される。

図２を参照すると、回路遮断器１４は、トリップ装置１６と動作可能に結合され、トリップ装置１６は、マイクロコントローラまたは他のプロセッサのような制御装置１８を含み、制御装置１８によって制御される。 制御装置１８は、「電力調整器」とも称される電力供給装置２０に接続され、電力供給装置２０は、外部電源２２およびバッテリ２４に接続される。 外部電源２２は、バッテリ２４とは別個の、任意の電源であるとする。 一実施形態では、この外部電源は、トリップ装置１６を制御するマイクロコントローラ１８に接続された電力回路を介して供給される。 制御装置１８は、キーパッド２６にも接続される。

図３を参照すると、ユーザは、キーパッド２６により、トリップ装置１６の各種パラメータを設定することが可能になる。 キーパッド２６により、ユーザは、例えば、保護レベルの表示および修正、トリップ遅延の時間の修正、ならびに、様々なタイプのトリップ（例えば、地絡）の有効化または無効化を行うことが可能である。 キーパッドは、複数のボタン２８を含み、一実施形態では、保存ボタン３０を含む。 キーパッド２６はさらに、表示画面３２を含む。 一実施形態では、表示画面３２は、ＬＣＤディスプレイであるが、任意の好適なタイプのディスプレイが用いられてよい。

図４を参照すると、マイクロコントローラ１８、キーパッド２６、および／または他の回路遮断器１４またはトリップ装置１６の構成要素の電源を制御するトリップ装置制御システム３４が示されている。 システム３４は、キーパッド２６とマイクロコントローラ１８とバッテリ２４と電力供給装置２０と外部電源２２とに接続された制御回路３６を含む。

一例示的実施形態では、制御回路３６は複数のコネクタを含み、各コネクタは、キーパッド２６のボタン２８、３０からマイクロコントローラ１８へ信号を送信するために、ボタン２８、３０とそれぞれ結合される。 一例示的実施形態では、これらのコネクタは、「上」コネクタ３８、「下」コネクタ４０、「右」コネクタ４２、「左」コネクタ４４、および「保存」コネクタ４６を含む。

一例示的実施形態では、制御回路３６は、少なくとも１つの、バッテリ２４に接続されたスイッチ４８を含む。 この実施形態では、スイッチ４８とバッテリ２４との間に追加スイッチ５０が接続される。 スイッチの数は例示的であって、必要に応じて変更されてよい。

各スイッチ４８および５０は、任意のタイプのスイッチであってよく、例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のような任意のタイプのトランジスタであってよい。 例えば、スイッチ４８（Ｑ４０６）は、超小信号ＦＥＴ（ultra low level FET）であり、スイッチ５０（Ｑ４０７）は、Ｐチャネル極小信号ＦＥＴ（extremely low level FET）である。

一例示的実施形態では、電力信号ダイオード５２が、入力電力信号を与える外部電源２２およびバッテリ２４に接続され、電力信号ダイオード５２はさらに、マイクロコントローラ１８に接続され、入力電力信号に基づく出力信号をマイクロコントローラ１８に与える。 一例示的実施形態では、バッテリ２４および外部電源２２からの入力電力信号は、それぞれ「ＢＡＴＴＥＲＹ＿ＲＥＡＤ」および「５ＶＤＣ」と称され、出力信号は、「Ｖ＿ＤＥＴＥＣＴ」と称される。 別の例示的実施形態では、電力信号ダイオード５２は、「ＯＲ」論理ゲートとして構成される。

電力調整器とも称される電力供給装置２０は、バッテリ２４および／または外部電源２２から電力を受け取り、キーパッドおよび／またはマイクロコントローラ１８に電力を供給する。 一例示的実施形態では、電力供給装置２０は、電源からの信号の電圧または他の特性を所望のレベルに修正するように構成された、任意のタイプの電力調整器または他の装置である。 一例示的実施形態では、電力供給装置２０は、バッテリ２４および／または外部電源２２からの電圧を、回路３６用として選択された電圧に変換する変換器「Ｕ４０１」およびインダクタ「Ｌ４０１」を含む。 一例では、変換器Ｕ４０１は、Ｍｉｃｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｐ−ｕｐ ＤＣ／ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒであり、これは、バッテリから供給される電圧（例えば、３ボルト）を、回路３６にとって十分な電圧（例えば、５ボルト）までステップアップすることが可能である。 本明細書に記載の例示的実施形態では、電力供給装置２０は５ボルトの電圧をもたらすが、任意の好適な電圧をもたらすことが可能である。

図５は、回路遮断器トリップ装置のキーパッドおよび／または制御装置への電力を制御する例示的方法６０を示す。 方法６０は、１つまたは複数の段階６１〜６７を含む。 一例示的実施形態では、本方法は、段階６１〜６７のすべてを記載順に実行することを含む。 しかしながら、いくつかの段階を省略してもよく、段階を追加してもよく、段階の順序を変更してもよい。 本明細書に記載の例示的実施形態では、本方法は、キーパッド２６およびマイクロコントローラ１８との関連で記載される。 しかしながら、本方法６０は、トリップ装置パラメータを設定し、設定情報を表示するための、任意のタイプのトリップ装置コントローラおよび任意のタイプのキーパッドまたは他の装置との関連で実行されることが可能である。

第１の段階６１では、マイクロコントローラ１８は、キーパッド２６のボタン２８、３０が押されたことを検出する。 ボタン２８、３０のいずれもが押されても動かされてもいない場合は、マイクロコントローラ１８にもキーパッド２６にも電力が印加されない。 一例示的実施形態では、ボタン（例えば、「上」、「下」、「左」、「右」の各ボタン２８、および「保存」ボタン３０）が押されると、それぞれのコネクタ３８、４０、４２、４４、または４６を介して、信号がマイクロコントローラ１８へ送られる。

第２の段階６２で、マイクロコントローラ１８は、電力供給装置２０に外部電源２２が接続されているかどうかを調べる。 一例示的実施形態では、マイクロコントローラ１８は、「５ＶＤＣ」信号と称される信号を外部電源２２から受け取った場合には、外部電源２２が電力供給装置２０に接続され、電力供給装置２０に電力を供給するものと断定する。 一例示的実施形態では、外部電源２２からの５ＶＤＣ信号は、電力信号ダイオード５２に入力され、電力信号ダイオード５２は、外部電源２２に対応するＶ＿ＤＥＴＥＣＴ信号を出力する。 別の例示的実施形態では、マイクロコントローラ１８は、Ｖ＿ＤＥＴＥＣＴ信号が外部電源２２に対応することを、外部電源２２に対応する電圧レベルを認識することによって、認識する。

第３の段階６３では、外部電源２２からの信号が受け取られた場合に、マイクロコントローラ１８は、外部電源２２から電力を引き出し、バッテリ２４を回路３６に接続しない。 例えば、マイクロコントローラ１８は、「ロー」に設定された、「ＢＡＴＴＥＲＹ＿ＯＮ＿ＯＦＦ」信号と称される信号をスイッチ４８に供給する。 すなわち、この信号は、スイッチ４８の閾値電圧より低い電圧を有するか、別の何らかの形で、スイッチ４８を閉じるのに不十分である。 このようにして、バッテリ２４は、電力供給装置２０から切断されたままとなり、マイクロコントローラ１８またはキーパッド２６の電源として使用されない。

第４の段階６４では、マイクロコントローラ１８およびキーパッド２６は、通常動作モードで（すなわち、外部電源２２からの電力だけを利用して）動作している。

第５の段階６５では、外部電源２２から５ＶＤＣ信号が受け取られなかった場合に、マイクロコントローラ１８は、スイッチ４８に「ハイ」のＢＡＴＴＥＲＹ＿ＯＮ＿ＯＦＦ信号、すなわち、スイッチ４８を閉じるのに十分な電圧をスイッチ４８の両端に与える信号を供給する。 スイッチ４８が閉じられると、バッテリ２４が電力供給装置２０に接続され、電力供給装置２０に電力を供給する。 例示的実施形態では、スイッチ４８が閉じられると、スイッチ５０も閉じられて、バッテリ２４が接続される。

例示的実施形態では、第５の段階６５は、ボタン２８、３０が押されると、直ちに実行される。 この例示的実施形態では、ボタン２８、３０を押すと、スイッチ４８を閉じてバッテリ２４を電力供給装置２０に接続するのに十分な電圧がスイッチ４８の両端に与えられる。 したがって、この例示的実施形態では、第５の段階６５は、外部電源２２が電力供給装置２０に接続されているかどうかを調べる前に実行される。 そして、電力供給装置２０は、マイクロコントローラ１８に電力を供給する。

第６の段階６６では、マイクロコントローラ１８およびキーパッド２６は、バッテリ／ユーザモードで（すなわち、バッテリ２４からの電力だけを利用して）動作する。

第７の段階６７では、ボタン２８、３０のいずれかが押されてから、選択された時間が経過した場合に、ＢＡＴＴＥＲＹ＿ＯＮ＿ＯＦＦ信号がローに設定され、マイクロコントローラ１８は、スイッチ４８を開いて、バッテリ２４を電力供給装置２０から切断し、これによって、システムがオフになる。 選択された時間は、ユーザが所望する、任意の選択された時間（例えば、１０秒）であってよい。

図６を参照すると、回路遮断器１４は、トリップ装置１６と動作可能に結合され、トリップ装置１６は、マイクロコントローラ１８を含み、マイクロコントローラ１８によって制御される。 制御回路３６は、キーパッド２６および電力供給装置２０に接続され、さらに、バッテリ２４および外部電源２２に接続される。 制御回路３６には、非必須構成要素７０が結合される。 そのような非必須構成要素７０は、例えば、キーパッド２６によるトリップ装置パラメータの変更などの、選択された機能を作用させることが不必要であると考えられるすべての構成要素を含んでおり、したがって、バッテリ電力を温存するために、選択された機能の実行中にバッテリ電力から切り離されることが可能である。 電力スイッチ７２が、非必須構成要素７０を電力供給装置２０に電気的に接続し、また、電力スイッチ７２は外部電源２２に接続される。 動作時に、外部電源２２が電力供給装置２０に電気的に接続され、電力供給装置２０に電力を供給する場合、外部電源２２はさらに、電力スイッチ７２の両端に電圧を印加して電力スイッチ７２を閉じ、本明細書において「５ＶＤＣ＿ＮＯＲＭＡＬ」と称される電力を非必須構成要素７０に供給する。 外部電源２２が電力供給装置２０から切断される場合は、電力スイッチ７２は開いたままとなるので、「５ＶＤＣ＿ＢＡＴＴ」と称されるバッテリ電力だけが使用可能である場合には、必須構成要素だけが電力供給装置２０に接続される。

図７を参照すると、電力スイッチ７２の例示的実施態様を提供する電力回路７４が示されている。 電力回路７４は、電力供給装置２０と外部電源２２との間の接続を可能にする。 電力回路７４は、外部電源２２からの電力を電力供給装置２０に供給するスイッチ７２を含む。

一例示的実施形態では、スイッチ７２（Ｑ４０１）は、任意のタイプのスイッチであってよく、例えば、ＦＥＴのような任意のタイプのトランジスタであってよい。

図８は、回路遮断器トリップ装置のキーパッドおよび／または制御装置への電力を制御する例示的方法８０を示す。 方法８０は、１つまたは複数の段階８１〜８３を含む。 一例示的実施形態では、本方法は、段階８１〜８３のすべてを記載順に実行することを含む。 しかしながら、いくつかの段階を省略してもよく、段階を追加してもよく、段階の順序を変更してもよい。 本明細書に記載の例示的実施形態では、本方法は、キーパッド２６およびマイクロコントローラ１８との関連で説明されている。 しかしながら、本方法８０は、トリップ装置パラメータを設定し、設定情報を表示するための、任意のタイプのトリップ装置コントローラおよび任意のタイプのキーパッドまたは他の装置との関連で実行されることが可能である。

第１の段階８１では、外部電源２２が電力供給装置２０に印加されているかどうかを調べる。 外部電源２２が印加されていない場合は、マイクロコントローラ１８、キーパッド２６、および／または動作に必須と考えられている他の構成要素にのみ、バッテリ２４からの電圧信号５ＶＤＣ＿ＢＡＴＴが接続される。 そのような必須構成要素は、例えば、キーパッド２６によるトリップ装置パラメータの変更などの、所望の機能を作用させることが必要であると考えられるすべての構成要素を含み、トリップ装置のすべての構成要素に電力を供給するわけではない。

外部電源２２が印加されている場合には、第２の段階８２で、スイッチ７２が閉じられ、外部電源２２からの電圧信号が、信号５ＶＤＣ＿ＮＯＲＭＡＬとして、非必須構成要素を含む、制御回路３６に接続されているすべての構成要素に印加される。

外部電源２２が印加されていない場合には、第３の段階８３で、スイッチ７２は開いたままとなり、非必須構成要素は電力供給装置２０から切断される。 バッテリ２４が電力供給装置２０に接続されている場合には、マイクロコントローラ１８およびキーパッド２６などの必須構成要素にのみ、電圧信号５ＶＤＣ＿ＢＡＴＴが印加される。

本明細書に記載の例示的実施形態では、５ＶＤＣ＿ＮＯＲＭＡＬおよび５ＶＤＣ＿ＢＡＴＴのような５ボルト直流信号が記載されている。 本明細書に記載の電圧レベルは、これらの例示的実施形態に示されているレベルに限定されない。 本明細書に記載のシステムでは、任意の所望の電圧レベルを用いることが可能である。

制御回路３６および／または電力制御回路７０は、任意の数およびタイプの構成要素を含んでよい。 図１および図３は実施例を示しており、実施例では、種々の抵抗、コンデンサ、トランジスタ、ダイオード、インダクタなどを含む。 これらの実施例は、抵抗Ｒ４０１、Ｒ４０２、Ｒ４０６、Ｒ４１０、Ｒ４１５、Ｒ４１６、Ｒ４２１〜Ｒ４３３、およびＲ４４２〜Ｒ４４６を含む。 実施例はさらに、コンデンサＣ４０１、Ｃ４０４、Ｃ４０６〜Ｃ４１２、Ｃ４１９、およびＣ４２１、ダイオードＤ４０３〜４０７、インダクタＬ４０１、変換器Ｕ４０１、ならびにトランジスタＱ４０１、Ｑ４０２、Ｑ４０６、およびＱ４０７を含む。 本制御回路の構成は例示的なものに過ぎず、バッテリとの接続を制御するために、任意の好適な構成を用いることが可能である。

本明細書に記載のシステムおよび方法は、先行技術のシステムに対して多くの点で有利である。 先行技術のシステムでは、一般に、外部電源がない場合にバッテリを作動させるための、独立した「バッテリ」ボタンを含んでいた。 本明細書に記載のシステムおよび方法では、キーパッド上の任意のボタンを押すことによってバッテリが自動的に始動するため、そのような制御が不要になる。 さらに、本明細書に記載のシステムおよび方法は、先行技術のシステムに比べて、電力消費を抑える。

本システムおよび方法は、バッテリによる電力消費を抑えて、バッテリ寿命を延ばす。 一実施形態では、本システムは、外部電源が使用可能かどうかを調べて特定し、使用可能であれば、電源を自動的にバッテリから外部電源に切り換える。 別の実施形態では、本システムは、外部電源がない場合に、所望の機能に必要な、選択された「必須」構成要素だけに電力を供給する。 これによっても、バッテリの電力および寿命が温存される。 先行技術のトリップ装置は、一般に、キーパッドが活性化されると、すべてのハードウェア機能を有効化するため、電力消費量が大きくなり、寿命が短くなる。

本明細書で開示された実施形態の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、またはこれらの何らかの組み合わせの形で実施可能である。 一例として、開示された実施形態の１つまたは複数の態様は、例えばコンピュータで使用可能な媒体を有する製造物（例えば、１つまたは複数のコンピュータプログラム製品）に含まれることが可能である。 上記媒体は、その中で、例えば、本発明の機能を提供し、容易にする、コンピュータ可読プログラムコード手段を実施している。 上記製造物は、コンピュータシステムの一部分として含まれること、または単独で販売されることが可能である。 さらに、開示された実施形態の機能を実行するマシン実行可能な命令からなる少なくとも１つのプログラムを具体的に実施する、少なくとも１つのマシン可読プログラム記憶装置が提供されることが可能である。

概して、本明細書は最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示しており、当業者は、装置またはシステムを製造および使用し、かつ具体的な方法を実行して本発明を実施することができる。 本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲により規定されており、当業者が想到する他の実施例も含み得る。 そのような他の実施例は、請求の範囲に記載の用語と同じ構造要素の場合、あるいは請求の範囲に記載の用語とはわずかに異なるが同等の構造要素を含む場合、本発明の例示的実施形態の範囲内のものとされる。

１０ 配電装置アセンブリ １２ ハウジング／引出形下部構造 １４ 回路遮断器 １５ カセット １６ トリップ装置 １８ 制御装置／マイクロコントローラ ２０ 電力供給装置 ２２ 外部電源 ２４ バッテリ ２６ キーパッド ２８ ボタン ３０ 保存ボタン ３２ 表示画面 ３４ トリップ装置制御システム ３６ 制御回路 ３８、４０、４２、４４、４６ コネクタ ４８ スイッチ ５０ スイッチ ５２ 電力信号ダイオード ６０ 例示的方法 ６１−６７ 段階 ７０ 非必須構成要素 ７２ 電力スイッチ ７４ 電力回路 ８０ 例示的方法 ８１−８３ 段階