Current transformation power source connecting circuit device

本発明は、一般に変流器を有する電源接続装置に関し、詳細には自動オン／オフリンク機能と外部接続ソケットとを有する電力線接続装置に関する。

近年、従来型エネルギーの枯渇と環境保護に対する関心の高まりに続いて、高汚染の石炭や石油を採掘することは、引き続き阻まれている。 そのため、新エネルギーの開発は、全ての国および国際機関にとって急務である。 しかし、代替可能性のあるエネルギーが未だ待ち望まれているように、現状では新エネルギーの開発と商業化には多くの技術的な困難がある。 さらに、人口増加と工業化の急速な発展、特に情報工学の到来のため、電子製品および民生品の電力消費はエネルギー供給に深刻な問題を引き起こしている。

電子製品および民生品の電力消費、特に現代では欠くことのできないパーソナルコンピュータに関して言えば、電力を節約することは、明らかにエネルギー供給を改善することの１つである。

パーソナルコンピュータは、所定の要求を達成するため通常プリンタ、スキャナ、モデム、スクリーン等の他の周辺機器と連携して使用される。 そのため、コンピュータ本体（約１５０Ｗ）の全電力消費は、他の周辺機器が動作することにより増加する。 特に、コンピュータ本体の電源を切った後も、他の全ての周辺装置は依然として、例えば延長ライン等の電源接続装置に接続されているが、使用されてはいない。 これらの装置は使用されていないが待機モードまたは電源オンモードのままであるため、電力が浪費される可能性がある。

現状では、電源接続装置は、節電延長ラインの形式のようにスイッチ型に基づくものであるが、高い消費電力の問題があり、ＥＭＩノイズの影響を受ける。 そのため、その電力消費を改善する必要がある場合には、スイッチ型の従来の電源接続装置には別の部品を追加しなければならない。 その結果、コストと放熱が別の問題として発生する恐れがあり、放熱により生じる障害や危険の可能性がそれに応じて増加する。

さらに、従来の電源接続装置の設計では、ソケットは通常差込プラグを受容するため接続装置の表面に一列に並んでいる。 加えて、小型化のために、現代の電子製品は、電子製品の本体に内蔵されるアダプターを有していないことがある。 従って、幾つものアダプターが従来の延長ラインに込み合った状態で設置されることによって、接触が緩くなったり不十分になったりする問題が起こり、その結果使用上の不都合や危険性が起こることがある。

従来の電源接続装置の上記不都合、特に電気装置の待機状態において電力が継続的に消費されるという問題に関して、発明者は新規な電源接続装置を開発したが、電気装置を制御するため電流の変流という措置をとっている。 結果として、待機状態をなくし、電力の継続的な消費の問題を解決することもできる。 これが本発明の主な目的である。

上記目的を達成するために、本発明の１つの態様によれば、外部電源に接続される電源入力端子と、一次巻線と二次巻線とを含む変流器であって、一次巻線は主出力端子と電源入力端子の間の回路に直列に接続され、主出力端子の一端は変流器に接続され、その他端は主負荷に外部接続される変流器と、変流器の二次巻線に接続されて、変流器からの電流を整流する整流手段と、整流手段からの電圧を受け入れるスイッチング手段であって、受け入れた電圧が予め設定された値に保持されているときスイッチをオンにし、電圧が予め設定された値よりも低いときにスイッチをオフするスイッチング手段と、スイッチング手段に接続されるとともに、主出力端子に並列に接続される少なくとも１つの補助出力端子であって、他の外部負荷に接続する補助出力端子と、を備える変流電源接続回路装置が提供される。

さらに、上記態様によれば、変流電源接続回路装置は、電源入力端子と変流器の間に接続されて、電流が予め設定された値を大きく超えると通過電流を自動的に遮断する少なくとも１つの限流サーキットブレーカ手段をさらに備え、限流サーキットブレーカ手段は、手動または自動的にオン状態に復帰可能である。

さらに、変流器は、二次巻線の電流の大きさを調整する調整スイッチを付加的に備える。

さらに、本発明の別の態様によれば、外部電源に接続可能な電源入力差込プラグと、ハウジングとハウジング内に組み込まれた配線基板とを含む電気分配パネルと、電源入力差込プラグから電気を接続される負荷に分配パネルを経て分配するための複数の外部接続ソケットと、を備える電源延長ラインであって、複数の外部接続ソケットはフレキシブル接続線であり、各線の一端は電気分配パネルに接続され、他端はハウジングの外部に延長される電源延長ラインが提供される。 本発明の電源延長ラインのソケットは、従来の延長ラインとは異なり、電気分配パネルのハウジングの外部表面上には作られていない。 従って、変圧器間において延長ラインが込み合う問題や干渉する問題、それはこれらソケットに十分差し込まれない原因となるが、それを避けることができる。

また、本発明のさらに別の態様によれば、外部電源に接続可能な電源入力差込プラグと、一次巻線と二次巻線とを含み、一次巻線は主出力端子と電源差込プラグの間の回路に接続される変流器であって、主出力端子の一端は変流器に接続され主出力端子は高電力負荷に外部接続可能な変流器と、変流器に接続されて変流器からの電流を整流する整流手段と、整流手段からの電圧を受け入れるスイッチング手段であって、受け入れた電圧が予め設定された値に保持されているときスイッチをオンにし、電圧が予め設定された値よりも低いときにスイッチをオフするスイッチング手段と、それぞれソケットに接続されるとともにスイッチング手段に接続され、さらに主出力端子と並列に接続される複数の補助出力端子であって、他の負荷と外部接続可能な補助出力端子と、を備える変流電源延長ライン装置が提供される。

本発明の上記目的および効果を十分に理解するために、本発明の好適な実施形態を図面とともに以下に説明する。

図１は、本発明に係る電源接続回路装置を示す回路図である。 図２は、本発明の電源接続回路装置にしたがって構成された延長ラインを示す斜視図である。 図3は、図2の分解図である。

まず、図１に示すように、変流電源接続装置は、一次巻線と二次巻線を有して、一次巻線の一端は主負荷ソケットＡＣ２に接続される変流器Ｔ１と、一端が通過電流を受け入れるため一次巻線の他端に接続され、通過電流が予め設定された電流よりも大きなときに自動的に遮断され、通過電流が予め設定された電流以下に戻った後で自動的に正常な状態に復帰する限流サーキットブレーカＳ１と、一端がサーキットブレーカＳ１の他端に接続され、他端が電源ソケットＡＣ１に接続され、サーキットブレーカＳ１の予め設定された電流よりも大きい電流に耐える限流サーキットブレーカＳ２であって、電流が予め設定された電流を超えるとすぐに自動的に遮断されるが手動操作により正常な状態に復帰するサーキットブレーカＳ２と、誘導電流の大きさを調整するために変流器Ｔ１の二次巻線のコイル巻数を選択する電流値セレクタＳ３と、ＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換して整流する電圧を安定して制御するため、整流コンデンサＣ２とツェナーダイオード（限圧ダイオード）Ｄ１に並列に接続されかつ変流器Ｔ１の二次巻線の接点ＤＩＮ１、ＤＩＮ２に接続されるブリッジ整流器Ｄ２と、ブリッジ整流器Ｄ２に内部接続され、スイッチング機能を発生するために、すなわち、ブリッジ整流器Ｄ２のＤＣ電圧が不十分なときにリレーＵ１が遮断されるように、ブリッジ整流器Ｄ２のＤＣ電圧により駆動されるリレーＵ１と、外部電源からのサージを防止するサージ吸収器Ｃ１と、複数の電気装置Ａ３〜Ａ８等に接続する複数の外部接続並列ソケットであって、各ソケットの一端は電源ＡＣ１の他端ＡＣ−ＩＮ−Ａに接続され、各ソケットの他端は（後述する）リレーＵ１の端子ＡＣ−ＩＮ−Ｃに接続される外部接続並列ソケットと、を備える。

リレーＵ１の一端ＡＣ−ＩＮ−Ｃは、ソケットＡ３〜Ａ８の他端に接続され、リレーＵ１の他端ＡＣ−ＩＮ−ＤはリレーＳ１、Ｓ２と共通に接続される。

このような実施形態において、制御動作は、変流器Ｔ１の一次巻線を流れる電流の大きさにより実施されるものであり、従来技術のように変圧器の電圧により制御されるものではないことを強調する。 本発明においては、２つの限流サーキットブレーカＳ１、Ｓ２が保護を行うため設計されている。 そのような実施形態にしたがって設計される用途としては、電気装置の正常な動作を維持するため、主ソケットＡＣ２の電流は、リレーＳ１に対して予め設定される２アンペアの上限よりも低く設定される。 この主ソケットの電流がサーキットブレーカＳ１に対して予め設定した上限である２アンペアよりも大きい時には、あるいはサーキットブレーカＳ２に対して予め設定される上限である１０アンペアよりもさらに大きい時には、例えば、サーキットブレーカＳ１またはＳ２は、電気機器が焼損するのを防ぐために自動的に遮断される。

さらに、本発明をより理解するために、本発明において用いられる従来の変流器の基本的な機能を以下に説明する。 典型的な変流器は、一般に回路ループ内で直列に接続されており、一次巻線の銅線は二次巻線の銅線よりも太くなっており、一次巻線のコイル巻数は二次巻線のコイル巻数よりも何倍も少ない。 変流器の主な機能は、入力される大きな電流を小電流に変換することである。 このように、変流器および電流値設定スイッチＳ３の特徴を用いることによって、動作状況に応じ、変流器に対してスイッチＳ３をフレキシブルに構成することが可能である。 例えば、スイッチＳ３に３段階の設定機能がある場合、大電流が必要なときにスイッチＳ３を第１段階に設定し、小電流が必要なときにスイッチＳ３を第３段階に設定することが可能である。 このように、電力を節約する調整方法が達成可能である。

図２は、本発明の電力線接続回路装置に係る延長ラインの実際の製品の外観を示す３次元斜視図であり、構成部品の参照符号は図１の回路図に定義されたものと一致し、かつ同じ機能を有する。 図３は、図２の分解図であり、図２の各部品がハウジング内で組立てられてある種の延長ラインになるものを示す。 図３の主な目的は、組立品においてこれらのソケッＡ３〜Ａ８とハウジングとの間の空間的な位置関係を示すことである。 図２中の他の回路部品に関しては、実際、これらの部品は配線基板７の裏側に集中的に配置されて、中央の基板に固定されている。 したがって、これは任意の設計に属するものであるため、物理的な配置を記述することは省略する。 ハウジングは、本発明の電力線結合装置を収容するために内部空間を形成するためネジ１５等の固定部材を用いて互いに接続される上部カバー４と下部カバー６を備える。 上部カバー４上には、スイッチＳ２、ソケットＡＣ２、および上部カバー４の外周に設けられるセレクタＳ３が取り付けられている。 これらの部品の位置は上部カバー４上に特定される必要はなく、適宜配置可能である。 これら並列接続のソケットＡ３〜Ａ８に関しては、上部ハウジング４または下部ハウジング６から、すなわち、上部ハウジング４または下部ハウジング６に分けて、あるいは中央の基板５から離れて導線Ｂ３〜Ｂ８を経由してハウジングの外部まで延長されている。 これらのソケットＡ３〜Ａ８間の位置は異なる外部電気装置の寸法に適合させるためにフレキシブルに変更可能であるため、これらソケット間の干渉の不都合が解消される。 すなわち、本発明の概念は、ハウジングの表面に直接固定される従来のソケットの概念とは全く異なるものである。 例えば、大量生産のため、電源は独立に配置されることが多く、また代わりにアダプターを利用することも多い。 従来の延長ラインを用いると、これらのアダプターを差し込むことが不都合となる可能性がある。 そのため、従来の延長ラインにより生じる不都合と危険性を、本発明の利用により減少させることが可能である。 さらに、本発明は外部リードをバッファとして用いるため、本発明の実際の応用を好適に適合できるばかりでなく空間的にも余裕があるように、本発明は外部リード接続ソケットを用いる。

本発明をコンピュータとその周辺機器などの装置に用いようとする場合、最初に、電源を供給可能なソケットに差込プラグＡＣ１を差し込み、露出しているスイッチＳ２を手動でスイッチオンする。 ソケットＡＣ２に接続されたメインコンピュータ（図示せず）の電源を入れると、電源からの電流が、サージによる危険性を防止するサージ吸収器Ｃ１を流れ、さらに保護スイッチＳ１を経由して変流器Ｔ１に流れる。 １つの実施形態において、例えば１つのコンピュータの電力消費に適合させるために、電流値設定スイッチＳ３を第一段階に設定可能である。 ここで、変流器の二次巻線の２つの接点ＤＩＮ１、ＤＩＮ２は、それぞれブリッジ整流器Ｄ２に接続されており、ソケットＡＣ１からのＡＣ電圧はブリッジ整流器を用いて整流され、リレーＵ１の動作を維持するように、ツェナーダイオードＤ１と整流コンデンサＣ２を用いて例えば１２ＶのＤＣ電圧に変換可能である。

リレーＵ１の動作により、端子ＡＣ−ＩＮ−ＢはＡＣ−ＩＮ−Ｃと導通し、これにより複数の並列ソケットＡＣ３〜ＡＣ８は、対応するソケットＡＣ３〜ＡＣ８に接続された各電気装置に電気を供給するために導通可能となる。

反対に、メインコンピュータの電源を切ると、変流器Ｔ１の一次巻線中を流れる電流は小さくなり、変流器Ｔ１の二次巻線の誘導電圧はリレーＵ１の動作電圧よりも小さくなる。 これにより、リレーが開き、リレーＵ１の端子ＡＣ−ＩＮ−Ｃは電気がなくなる。 従って、ソケットＡ３〜Ａ８のそれぞれも電気がなくなる。 このように、これらのソケットＡ３〜Ａ８と接続される電気装置は電力を消費しないので、本発明は節電の目的と効果を達成することができる。

[実験例]
産業面において本発明の価値を明らかにするために、図２の延長ラインを具体的な設計データに基づき製造し、節電の程度を評価した。

（Ａ）メインコンピュータの電源を入れる：
動作電流ＡＣ＝１Ａ、リレーＵ１の動作電圧＝１２Ｖ、および負荷＝４００Ω、
（変流器Ｔ１の）一次巻線：二次巻線＝４５ターン：１５００ターン＝３：１００、
二次巻線の電流：１Ａ×３／１００＝３０ｍＡ。
整流後、電流は３０ｍＡであり、リレーＵ１の負荷に印加される電圧＝３０ｍＡ×４００Ω＝１２Ｖ、その後リレーＵ１の動作を開始する。
リレーＵ１の電力消費：３０ｍＡ×１２Ｖ＝０．３６Ｗ。

（Ｂ）メインコンピュータの電源を切る：
動作電流ＡＣ＝０．２Ａ、リレーＵ１の動作電圧＝１２Ｖ、および負荷＝４００Ω、
Ｔ１の二次巻線の電流：０．２Ａ×３／１００＝６ｍＡ。
整流後、電流は６ｍＡであり、リレーＵ１に印加される電圧＝６ｍＡ×４００Ω＝２．４Ｖ、その後電圧が不十分なためリレーＵ１が開く。
ここで、リレーＵ１の電力消費：６ｍＡ×２．４Ｖ＝０．０１４Ｗ。

次に、上記を基に実際の応用例を説明する。
電源が１１０Ｖの条件下において、テーブルトップコンピュータの電力消費は、電源を入れた場合：１５０Ｗ、電源を切った場合あるいは待機の場合：５〜１０Ｗである。

（Ａ１）コンピュータの電源を入れた場合、ループの電流は１５０Ｗ/１１０Ｖ＝１．３６Ａである。 スイッチＳ１は最初に安全状態を確保する。 電流がＴ１の一次巻線中を流れた後、一次巻線：二次巻線＝４５ターン：１５００ターンの比においては、Ｔ１の二次巻線の誘導電流は４０．９ｍＡである。 整流後、リレーＵ１の負荷４００Ωに印加される電圧は４０．９ｍＡ×４００Ω＝１６．３６Ｖである。 １２ＶのツェナーダイオードＤ１により保護されているため、リレーＵ１の動作が開始されて電力を周辺装置に供給する。
（Ｐ１）電源オンでのリレーＵ１の電力消費：４０．９ｍＡ×１６．３６Ｖ＝０．６７Ｗ。

（Ｂ１）本発明を用いることにより、コンピュータの電源を切った場合あるいは待機の場合、ループの電流は１０Ｗ／１１０Ｖ＝９０．９ｍＡである。 Ｔ１における巻線の比＝４５ターン：１５００ターンにおいて、Ｔ１の二次巻線の誘導電流は２．７ｍＡである。 リレーＵ１の負荷４００Ωに印加される電圧は２．７ｍＡ×４００Ω＝１．０８Ｖである。 その後、リレーＵ１の動作電流が電源オフにより減少するため、Ｕ１が開く。 周辺装置用のソケットＡＣ３〜ＡＣ８の電気も同様に遮断される。
（Ｐ２）電源オフでのリレーＵ１の電力消費：２．７ｍＡ×１．０８Ｖ＝０．００３Ｗ。
（Ｐ３）待機状態での一般的な周辺装置の電力消費：
ＬＣＤモニター：５．１ｗ／ｈｒ
スキャナ： ０．３ｗ／ｈｒ
プリンタ： ６．９ｗ／ｈｒ
スピーカ： １６．２ｗ／ｈｒ
ＡＤＳＬ装置： ５．１ｗ／ｈｒ
合計： ３３．６ｗ／ｈｒ
（Ｅｎｅｒｇｙ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｃｏｎｏｍｉｃ Ａｆｆａｉｒｓのデータによる）

（勤務時間：午前８：００〜午後１７：００、５日／週）
（Ｐ４）１週間のうち、勤務時間にコンピュータの電源を入れると、本発明の装置は電力＝Ｐ１×９（時間）×５（日）＝０．６７ｗ×４５（時間）＝３０．１５ｗを消費する。
（Ｐ５）１週間のうち、勤務時間以外の時間にコンピュータの電源を切ると、本発明の装置は電力＝Ｐ２×（１５（時間）×５（日）＋２４（時間）×２（日））＝０．００３Ｗ×１２３（時間）＝０．３７Ｗを消費する。
（Ｐ６）１週間のうち、本発明の装置を用いた後、周辺機器は勤務時間以外の時間で電力＝Ｐ３×（１５（時間）×５（日）＋２４（時間）×２（日））＝３３．６ｗ×１２３（時間）＝４１３２．８ｗを節約できる。
（Ｐ７）１週間のうち、勤務時間および勤務時間以外の時間で節約される電力の合計値は：Ｐ６−Ｐ４−Ｐ５＝４１３２．８Ｗ−３０．１５ｗ−０．３７Ｗ＝４１０２．３Ｗである。
これにより、年間に節約される電力は：４１０２．３Ｗ×５２（周）＝２１３３１９．６Ｗである。 この電力がコンピュータシステムのみにより単純に節約される。 １０セットまたは１０セットより多くのコンピュータシステムがあれば、本発明は省エネルギーおよびコスト効果をもたらす。

市場で入手可能なほとんどの延長ラインは、本発明の変流モードとは異なるスイッチングモードを使用している。 比較表を一覧にすると、以下のようになる。

以上のように本発明の好適な実施形態を説明したが、これらの実施形態は例示であり、本発明を限定するものではない。

例えば、Ａ／ＶハイファイＴＶ等のＡ／Ｖ装置では、ＴＶの周辺装置としてＤＶＤビデオレコーダ／プレーヤ、ハイファイアンプ、ＴＶゲームなどが存在する。 変流電源延長ラインは節電に対して優れた効果をもたらすことができる。

さらに、本発明の上記の変流電源延長ラインを除く、変流器関連回路の部分を取り出すことが可能であるが、これによって残りの部分が単純な延長ラインの用として残される。 節電には効果がないが、空間配置においては比較的大きな利便性がある。 本発明を上記好適な実施形態により説明したが、添付の請求項の範囲及び精神の範囲内において変形及び変更が可能であることが、当業者には認識可能である。

本発明に係る電源接続回路装置を示す回路図である。

本発明の電源接続回路装置にしたがって構成された延長ラインを示す斜視図である。

図2の分解図である。

符号の説明

Ｔ１ 変流器 Ｓ１ 限流サーキットブレーカ Ｓ２ 限流サーキットブレーカ Ｓ３ 電流値セレクタ Ａ３〜Ａ８ 外部接続ソケット Ｕ１ リレー Ｄ１ ツェナーダイオード Ｄ２ ブリッジ整流器 Ｃ１ サージ吸収器 Ｃ２ 整流コンデンサ