特許 7186984 スマート給電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-02

(45)【発行日】2022-12-12

(54)【発明の名称】スマート給電システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 13/00 20060101AFI20221205BHJP

   H02J 3/14 20060101ALI20221205BHJP

   H01R 31/02 20060101ALI20221205BHJP

【ＦＩ】

H02J13/00 311T

H02J3/14 130

H02J13/00 301C

H01R31/02 B

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021198942

(22)【出願日】2021-12-08

【審査請求日】2022-03-02

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】594080286

【氏名又は名称】日本フォームサービス株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】500321070

【氏名又は名称】株式会社システムトークス

(74)【代理人】

【識別番号】100074251

【弁理士】

【氏名又は名称】原田 寛

(74)【代理人】

【識別番号】100066223

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 政美

(72)【発明者】

【氏名】掛巣 慶太

(72)【発明者】

【氏名】板坂 太郎

【審査官】木村 励

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－２２６５６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２１２８４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－９８７１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１３／０２４８５５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００４－２７４９３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１７８２１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平５－１２２８５２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ １３／００

Ｈ０２Ｊ ３／１４

Ｈ０１Ｒ ３１／０２

Ｈ０１Ｒ ３１／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

各種機器に給電するアダプター本体と、通信手段を介してアダプター本体の給電状態を制御するコントロールボックスとで構成され、
アダプター本体は、機器に給電するコンセントを有する複数のタップ部と、各コンセントが給電する電流値を測定すると共に、各コンセントの給電をON/OFF制御するアダプターマイコンとを備え、
アダプターマイコンは、電流測定部で測定した各コンセントの各種機器に給電する電流値に基づく給電状態に応じて、給電切替制御部を介して他のコンセントに順次切り替えるデマンドコントロール手段を有し、
コントロールボックスは、各コンセントが給電する電流を合計した許容最大値を設定するコントロールマイコンを備え、
コントロールマイコンは、アダプターマイコンから各コンセントの給電している合計電流値を受信すると共に、許容最大値を超えないようにアダプターマイコンが各コンセントの給電ON/OFFを制御するための指令を送信するように構成したことを特徴とするスマート給電システム。

【請求項2】

前記アダプターマイコンは、前記タップ部ごとに対応して給電を制御する給電切替制御部と、前記コンセントが給電する電流値を前記タップ部ごとに対応して測定する電流測定部と、電流測定部で測定した各電流値を前記コントロールマイコンに通信する通信部とを備え、
前記タップ部は、前記コンセントと、前記コンセントの電流値を検出する電流検出回路と、前記コンセントの給電を制御する給電ON/OFF切替回路とを備え、
各コンセントから給電する電流を給電状態に応じて他のコンセントに順次切替えるデマンドコントロール手段と、各コンセントを過電流から保護する電流遮断手段と、過電流を制御できなかった場合に各コンセントをリセットするリセット手段とを有する請求項１記載のスマート給電システム。

【請求項3】

前記コントロールマイコンに温度センサーを設置し、該温度センサーと連動して周囲の温度が設定以上を検知すると通電を停止し、温度が閾値を下回ると通電を開始する感熱保護手段を備えた請求項１記載のスマート給電システム。

【請求項4】

前記アダプター本体と前記コントロールボックスとを一体にした親機を構成し、前記アダプター本体のみを子機として、一つの親機に複数の子機を通信・電源ケーブルで接続した構成とする請求項１記載のスマート給電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、たとえば教育現場で利用する複数のタブレットＰＣ等に給電する際に使用するスマート給電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

たとえば複数機器に同時に給電して各機器のバッテリーに充電する際など、給電する総電流値が電源の許容電流値を超えると過電流となり安全ブレーカーが落ちてしまい、充電は中断される。また同じ電源に接続された機器の動作も停止してしまう。そのため給電する総電流値を算出し、不足分の電流を給電するために電源側に供給電量を高める電気工事を実施する必要があった。

【0003】

また、通常の電源からでも複数機器のバッテリーを同時に充電できるようにするため、タイマーを用いて輪番充電し負荷を分散させる充電システムが提案されている。

【0004】

特許文献１に記載されている充電装置は、特定のバッテリーに一定時間充電を行った後、次のバッテリーへ同じ時間充電し、これを全てのバッテリーに順次行うものでこの充電周期を繰り返して接続された複数のバッテリー全てに充電する構成である。

【0005】

一方、特許文献２に記載されている充電器は、複数の機器を収納庫に保管しながら各機器のバッテリーに充電する充電機能付きの収納庫である。そして、タイマーを使用して各バッテリーの充電時間を設定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０００－３２４７０９号公報

【文献】特開２０１２－１０５４７５号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところが、輪番充電によると、設定した時間になるとグループ毎の機器の充電が終了してしまうため、グループ内で充電が完了しない機器が生じる不都合があった。

【0008】

またタイマーを用いる充電では、充電する時刻、時間を予め設定する必要がある。したがって、機器の台数等に合わせて充電する時刻、時間を変更するには、その都度タイマーの設定をし直す必要がある。

【0009】

一方、特許文献１に記載の充電装置によると、複数のバッテリーを同時に、少しずつ充電するので、全ての機器が使用可能になるまでの充電時間が長くなる。しかも、一つの機器を使用する場合でも、全ての機器の充電が完了するまで待たなければならない不都合も生じる。

【0010】

特許文献２に記載の充電機能付き収納庫では、複数の機器を一つの収納庫に収納した状態で同時に充電する構成なので、充電時の発熱が原因で収納庫内の機器の故障、短寿命化に繋がる可能性がある。

【0011】

また、この収納庫は、充電器と収納庫とが一体であるから、充電する機器を増設することができない不都合もある。

【0012】

そこで、本発明は上述の課題を解消すべく案出されたもので、給電する機器が多くても追加電気工事が不要となり、すべての機器に効率良く給電することができるスマート給電システムの提供を目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明の第１の手段は、各種機器に給電するアダプター本体１０と、通信手段を介してアダプター本体１０の給電状態を制御するコントロールボックス２０とで構成され、アダプター本体１０は、機器に給電するコンセント１１Ａを有する複数のタップ部１１と、各コンセント１１Ａが給電する電流値を測定すると共に、各コンセント１１Ａの給電をON/OFF制御するアダプターマイコン１２とを備え、アダプターマイコン１２は、電流測定部１２Ｅで測定した各コンセント１１Ａの各種機器に給電する電流値に基づく給電状態に応じて、給電切替制御部１２Ｄを介して他のコンセント１１Ａに順次切り替えるデマンドコントロール手段を有し、コントロールボックス２０は、各コンセント１１Ａが給電する電流を合計した許容最大値を設定するコントロールマイコン２１を備え、コントロールマイコン２１は、アダプターマイコン１２から各コンセント１１Ａの給電している合計電流値を受信すると共に、許容最大値を超えないようにアダプターマイコン１２が各コンセント１１Ａの給電ON/OFFを制御するための指令を送信するように構成したことにある。

【0014】

第２の手段の前記アダプターマイコン１２は、前記タップ部１１ごとに対応して給電を制御する給電切替制御部１２Ｄと、前記コンセント１１Ａが給電する電流値を前記タップ部１１ごとに対応して測定する電流測定部１２Ｅと、電流測定部１２Ｅで測定した各電流値を前記コントロールマイコン２１に通信する通信部１２Ａとを備え、前記タップ部１１は、前記コンセント１１Ａと、コンセント１１Ａの電流値を検出する電流検出回路１１Ｂと、コンセント１１Ａの給電を制御する給電ON/OFF切替回路１１Ｃとを備え、各コンセント１１Ａから給電する電流を給電状態に応じて他のコンセント１１Ａに順次切替えるデマンドコントロール手段と、各コンセント１１Ａを過電流から保護する電流遮断手段と、過電流を制御できなかった場合に各コンセント１１Ａをリセットするリセット手段とを有する。

【0015】

第３の手段は、前記コントロールマイコン２１に温度センサー２６を設置し、該温度センサー２６と連動して周囲の温度が設定以上を検知すると通電を停止し、温度が閾値を下回ると通電を開始する感熱保護手段を備える。

【0016】

第４の手段は、アダプター本体１０とコントロールボックス２０とを一体にした親機１００を構成し、アダプター本体１０のみを子機２００として、一つの親機１００に複数の子機２００を通信・電源ケーブル１２０で接続する構成とする。

【発明の効果】

【0017】

本発明のごとく、複数の機器に給電する複数のタップ部１１と、各コンセント１１Ａが給電する電流値を測定すると共に、各コンセント１１Ａの給電をON/OFF制御するアダプターマイコン１２とを備えたアダプター本体１０と、各コンセント１１Ａが給電する電流を合計した電流値が許容最大値を超えないようにアダプターマイコン１２を制御するコントロールマイコン２１を備えたコントロールボックス２０とにより各コンセント１１Ａから各種の機器に常に適正な電流値で給電することが可能になる。

【0018】

しかも、予めコントロールボックス２０で設定した許容最大値内で各コンセント１１Ａから各種機器に自動的に給電することができる。そのため、追加電気工事を実施することなく給電することができ、大幅なコスト削減を図ることができる。

【0019】

またアダプターマイコン１２は、各コンセント１１Ａから給電する電流を給電状態に応じて他のコンセント１１Ａに順次切替えるデマンドコントロール手段を有するので、複数の機器のバッテリーを充電する際には効率良く最短時間ですべての機器を効率よく充電することができる。また、充電以外に使用する場合でも、各コンセント１１Ａの給電のピークをずらして順次給電することができるので、効率の良い給電が可能になる。

【0020】

更に、アダプターマイコン１２は、各コンセント１１Ａを過電流から保護する電流遮断手段と過電流から保護できなかった場合に各コンセント１１Ａをリセットするリセット手段とを重ねて備えていることから、各タップ部１１それぞれに過電流が流れても個別に電流が遮断されるので、システムに影響を与えずに安全な使用ができる。

【0021】

更に、コントロールマイコン２１に温度センサー２６を設置し、周囲の温度が設定以上を検知すると通電を停止し、温度が閾値を下回ると通電を開始する感熱保護手段を備えたことで、隣接の機器のもらい熱で充電池の劣化や、熱暴走を引き起こすおそれも解消した。したがって、機器やバッテリーの加熱による火災予防、機器の故障防止、長寿命化が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の一実施例を示す斜視図である。

【図2】本発明のアダプター本体の一実施例を示す構成図である。

【図3】本発明のコントロールボックスの一実施例を示す構成図である。

【図4】本発明の他の使用例を示す構成図である。

【図5】本発明の他の使用例を示す斜視図である。

【図6】本発明システムの動作フロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

本発明は、例えば、教育現場で利用する複数のタブレットＰＣなどに給電し、バッテリーを充電する場合などに使用するスマート給電システムであり、通信手段を介して接続されたアダプター本体１０とコントロールボックス２０とを備えている（図１参照）。

【0024】

アダプター本体１０は各種機器に給電する複数のタップ部１１を備えた給電部材であり、コントロールボックス２０はこのアダプター本体１０の給電状態を制御する。

【0025】

これらアダプター本体１０とコントロールボックス２０は、製品として一体に設けても良く、また、別体に設けることも可能である。図示例ではアダプター本体１０とコントロールボックス２０とを一体に設けている（図１参照）。図示のアダプター本体１０は、１０個のタップ部１１を備えた構成である。このタップ部１１の数は任意に設定できる。また、この構成図ではアダプター本体１０と（図２参照）、コントロールボックス２０とを各別に示している（図３参照）。

【0026】

更に、アダプター本体１０とコントロールボックス２０とを一体にした構成を親機１００とし、アダプター本体１０のみを備えたものを子機２００とすることも可能である（図４参照）。そして、一つの親機１００に複数の子機２００を通信・電源ケーブル１２０で接続して使用することもできる（図５参照）。

【0027】

アダプター本体１０は、給電用のコンセント１１Ａを備えた複数のタップ部１１と共に、各コンセント１１Ａが給電する電流値を測定し、各コンセント１１Ａの給電をON/OFF制御するアダプターマイコン１２を備えている（図２参照）。更に、各コンセント１１Ａの近くに表示器１４を設置して各コンセント１１Ａの通電状態を示すように構成している（図１参照）。図示の表示器１４は、充電状態（充電中、充電完了、待機中）をＬＥＤランプで確認する。

【0028】

タップ部１１の構成は、給電用のコンセント１１Ａに加え、コンセント１１Ａの電流値を検出する電流検出回路１１Ｂや、コンセント１１Ａの給電を制御する給電ON/OFF切替回路１１Ｃを備えている（図２参照）。

【0029】

アダプターマイコン１２は、各コンセント１１Ａの給電電流を測定して、その測定値をコントロールボックスに送信するもので、ＣＰＵ１２Ｂやプログラム１２Ｃを備えている。

【0030】

更に、アダプターマイコン１２は、コンセント１１Ａごとに対応して給電を制御する給電切替制御部１２Ｄや、各コンセント１１Ａが給電する電流値を測定する電流測定部１２Ｅ、あるいは、電流測定部１２Ｅで測定した各電流値をコントロールマイコン２１に通信する通信部１２Ａを備えている（図２参照）。

【0031】

そして、アダプターマイコン１２は、電流測定部１２Ｅで測定した各コンセント１１Ａの給電状態に応じて給電切替制御部１２Ｄを介して他のコンセント１１Ａに順次切替えるデマンドコントロールを行う。

【0032】

例えば、機器のバッテリーを充電する際に、バッテリーが満充電に近づきコンセント１１Ａから給電する電流が少なくなると、余剰分の電流を他のコンセント１１Ａに順次切替える。また、充電以外に使用する場合、コンセント１１Ａから給電する電流がピーク時に達する前に別のコンセント１１Ａに順次切替えるデマンドコントロールも可能である。

【0033】

更に、アダプターマイコン１２には、各コンセント１１Ａを過電流から保護する電流遮断手段を備えている。電流遮断手段は、各コンセント１１Ａが給電する電流を合計した許容最大値とは別に作動するもので、個々のコンセント１１Ａを過電流から保護する。また過電流を制御できなかった場合に各コンセント１１Ａをリセットするリセット手段を重ねて用意しているので、安全性を更に高めている。

【0034】

一方、コントロールボックス２０は、各コンセント１１Ａが給電する電流を合計した電流値が許容最大値を超えないように監視するもので、アダプター本体１０のアダプターマイコン１２を制御するコントロールマイコン２１を備えている。このコントロールマイコン２１は、アダプターマイコン１２から各コンセント１１Ａの給電している合計電流値を受信すると共に、許容最大値を超えないようにアダプターマイコン１２が各コンセント１１Ａの給電ON/OFFを制御するための指令を送信するように構成したものである。

【0035】

図示のコントロールボックス２０には、この他、動作スイッチ２２、ディップスイッチ２３、メンテナンススイッチ２４を備えている（図３参照）。このメンテナンススイッチ２４は各タップ部１１の導通を確認し各タップ部１１が使用中か否かの確認をする。

【0036】

図示のコントロールマイコン２１は、ＣＰＵ２１Ａ、プログラム２１Ｂ、通信部２１Ｃ、温度測定部２１Ｄを備えている（図３参照）。

【0037】

プログラム２１Ｂは、アダプター本体１０の各コンセント１１Ａに通電する電流を合計した許容最大値を設定する設定手段を有する。

【0038】

この設定手段は、アダプター本体１０の各コンセント１１Ａが給電可能な電流を合計した許容最大値を設定する。そして、各コンセント１１Ａの給電がこの許容最大値を超えないように制御する。

【0039】

図示例では、各コンセント１１Ａの許容最大値を設定する設定手段として、ディップスイッチ２３を使用している（図３参照）。図示のディップスイッチ２３は、設定電流を数字で表示する表示部２３Ａと、操作ボタン２３Ｂとを備えものである（図１参照）。

【0040】

使用者は、この操作ボタン２３Ｂで任意に許容最大値を設定することができる。たとえば、給電する電流の許容最大値を１～１５アンペアで設定し、設定値以上の電流が流れると各コンセント１１Ａが給電する電流を制御するようにプログラムされている。このように設定することで、許容最大値以上の電流が給電されないので、１系統あたり最大１００台の機器を同時に接続することが可能になる。

【0041】

また、設定手段に使用するスイッチ類として、図示例のディップスイッチ２３の他各種スイッチの使用が可能である。また、可変抵抗器、設定プログラム等を使用することもできる。

【0042】

一方、リセット手段は、各コンセント１１Ａが許容電流値を超えるとシステムをリセットして初期状態に戻す手段である。このリセット手段は、コントロールマイコン２１からアダプターマイコン１２に許容最大値を超える通信情報があると、アダプターマイコン１２はシステムをリセットして初期状態に戻す手段である。

【0043】

更に、コントロールマイコン２１に温度センサー２６を備えている（図３参照）。そして、この温度センサー２６と連動し、機器周辺の温度が設定温度以上を検知すると充電を停止し、閾値を下回ると再度充電開始する感熱保護手段を有する。

【0044】

本発明は、主に各種機器に給電して機器のバッテリーを充電するのに好適である。例えば、学校等のタブレットやノートPCなどに備わっている多数のバッテリーを充電する際に極めて好適である。

【0045】

図６は、本発明システムを充電器として使用した場合の動作フローを示している。まず、許容最大値となる許容電流値をコントロールマイコン２１で設定する。この場合1～15Aの範囲で任意に設定可能になる。次に各コンセント１１Ａに充電する機器を接続し、１番のコンセント１１Ａから順次充電をスタートする。

【0046】

次に、各コンセント１１Ａの充電が、許容電流値を超えるか否かをコントロールマイコン２１が判断し、超えない場合に新たなコンセントを開放し、超えた場合には新たなコンセント１１Ａを開放しない。

【0047】

そして、全ての機器が充電完了したか確認し、充電完了した場合に機器を返却して新たな機器を再接続して充電を開始する。このとき、現在の使用電流は表示部２３Ａに表示されている。そして、使用電流の合計が許容電流値を超えるとシステムがリセットされ、表示器１４のLEDが全消灯し、初期状態に戻る。

【0048】

更に、バッテリー充電以外の各種機器への給電も可能になる。例えば、工場の電動工具、倉庫の支援ロボット、パワースーツ、物流の電動アシスト自転車、電動台車、ドローン、商業施設の携帯端末、官公庁の無線機、医療のサージカルクリッパー、電気凝固ペン止血ツール、美容、健康の電動美顔器、電動脱毛器、電動歯ブラシ、電動ひげそり、電動頭皮マッサージ器、充電式ヘアアイロン、エンタメのゲーム機、生活の電動泡立て器、電動キックボード、カメラ、等々への給電である。

【0049】

尚、図示例の各構成は、本発明の一実施例に過ぎず、アダプター本体１０やコントロールボックス２０の構成は、本発明の要旨を変更しない範囲で任意に変更することができる。

【符号の説明】

【0050】

１０ アダプター本体
１１ タップ部
１１Ａ コンセント
１１Ｂ 電流検出回路
１１Ｃ 給電ON/OFF切替回路
１１Ｄ 表示器
１２ アダプターマイコン
１２Ａ 通信部
１２Ｂ ＣＰＵ
１２Ｃ プログラム
１２Ｄ 給電切替制御部
１２Ｅ 電流測定部
１２Ｆ 表示器制御部
１３ 雷サージ保護装置
１４ 表示器
２０ コントロールボックス
２１ コントロールマイコン
２１Ａ ＣＰＵ
２１Ｂ プログラム
２１Ｃ 通信部
２１Ｄ 温度制御部
２２ 動作スイッチ
２３ ディップスイッチ
２３Ａ 表示部
２４ メンテナンススイッチ
２５ 電源ジャック
２６ 温度センサー
１００ 親機
１１０ 子機
１２０ 通信・電源ケーブル

【要約】

【課題】追加電気工事が不要ですべての機器に効率良く給電することができ、すべての機器に効率良く給電することができるスマート給電システムを提供する。
【解決手段】アダプター本体１０とコントロールボックス２０とで構成する。アダプター本体１０に複数の給電用のタップ部１１とアダプターマイコン１２を備える。アダプターマイコン１２は各タップ部１１が給電する電流値を測定する。コントロールボックス２０にコントロールマイコン２１を備える。コントロールマイコン２１は各タップ部１１が許容最大値を超えないように制御する。
【選択図】 図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】