KR20120037976A - 원격 제어 전력 소모 장치 및 모듈 - Google Patents

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앤드류 찰스 데이비슨
존 유진 웨스트맨
스티븐 리 플리킨저
보리스 골루보빅
무드하파 핫산-알리
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타이코 일렉트로닉스 코포레이션
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Abstract

복수의 부품이 설치되어 있으며, 복수의 부품을 제어하는 제어 회로를 포함하는 전력 소모 장치는, 원격 소스로부터 통신 신호를 수신하는 통신 모듈과, 외부 전원과 제어 회로 간에 결합된 계전기를 포함하고 외부 전원으로부터 통신 모듈로 전력을 제공하도록 외부 전원과 통신 모듈 간에 결합된 제어 모듈을 포함하고, 계전기는, 통신 신호가 계전기에 에너지를 공급하면 전력을 외부 전원으로부터 제어 회로로 송신하도록 구성된다. 본 명세서에서는, 전력 소모 장치에서 사용되는 통신 조립체도 설명하고 있다.

Description

원격 제어 전력 소모 장치 및 모듈{REMOTE CONTROLLED POWER CONSUMING DEVICE AND MODULE}
본 명세서에서 설명하는 발명은 일반적으로 에너지 소모 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 에너지 소모 장치를 위한 에너지 제어 시스템에 관한 것이다.
집에는 서로 다른 많은 유형의 에너지 소모 장치들이 존재하며, 그 중 일부는, 냉장고, 스토브, 식기 세척기, 냉동고 등의 부엌 전자기기를 포함할 수 있는 가정용 전자기기(home appliances)라 칭한다. 다른 에너지 소모 가정용 전자기기로는, 세탁기와 건조기, 온수 가열기, 조명 기기, 냉난방 및 공기정화(HVAC) 기기 등의 물품들이 있다. 이러한 에너지 소모 장치들 중 적어도 일부는, 큰 전력 사용량이 발생하지만 때로는 주택 소유자의 자유재량으로 완료될 수 있는 사이클을 갖고 있다. 예를 들어, 냉장고 및 냉동고는 자동으로 실행되는 해동 사이클을 갖고 있고, 많은 오븐들은 자동으로 동작하는 오븐 세척 사이클을 갖고 있다. 다른 경우에, 사이클 자체는 주택 소유자의 자유재량에 따른 것일 수 있으며, 예를 들어, 세척기/건조기 및 식기 세척기의 동작은 시작 특성을 지연시켰을 수 있다.
이러한 전자기기들에 대한 시작/실행 시간이 상대적인 이유는, 전기 수요 또는 부하로 인해 낮 동안 에너지 비용이 가변되기 때문이다. 전기는 킬로와트-시간(KW-hr)으로 알려져 있는 증가 단위로 판매된다. 전기 수요의 피크 동안에는, KW-hr당 비용이 최고일 수 있다. 전기 수요가 저감되는 동안에는, 예를 들어, 밤/주말에는, KW-hr당 비용이 때때로 피크 시의 비용보다 20% 내지 50% 범위로 상당히 감소될 수 있다. 그러나, 소비자는 피크 시간대/비피크 시간대(on-peak/off-peak times)가 언제인지를 명확히 알지 못한다. 또한, 많은 소비자들은 전기 수요의 피크 기간과 전기 수요가 저감된 기간 동안에 동작하는 전자기기들 간의 비용 차를 인식하지 못할 수 있다.
비피크 시간대 동안 자유재량 기능(discretionary functions)이 작동할 수 있도록, 가정용 전자기기들이 공공 기업체와 통신하여 피크 시간대/비피크 시간대가 언제인지를 알 수 있다면 유익할 것이다. 이러한 통신은 무선으로 행해질 수 있고, 또는 예를 들어 전력선을 통해 장치 내로의 통신에 의해 행해질 수 있다. 이것은 소비자와 전력 회사 모두에게 유익할 수 있다. 전자기기/장치 통신을 이용하여 소비자가 집에 없는 동안 자신의 전자기기/장치를 제어(즉, 스마트폰 또는 다른 인터넷 사용 가능 장치로부터 원격으로 온도 조절 장치의 온도를 변경)할 수 있다.
피크 시간대에는, 전력 그리드의 과부하 때문에 절전(brown-outs) 또는 정전(black-outs)이 발생하였다. 전력 회사가 전력 소모 장치를 제어할 수 있다면, 전력 회사는 전력 레벨을 철회하거나 소정의 기능으로 원격으로 지연시킬 수 있다. 공공 기업체는 전력 생산 공장을 추가로 건설하는 것을 포기할 수 있으므로, 소비자는 결국 비용을 덜 지불하게 된다.
네트워크 및/또는 네트워크의 프로토콜이 존재하지만, 전술한 목적을 위해 존재하는 것은 아니다. 예를 들어, 홈 오토메이션을 위한 첫 번째 무선 프로토콜들 중 하나는 X-10 프로토콜로 알려져 있다. 더욱 새로운 프로토콜들로는, 지그비(Zigbee™), Z-웨이브(Z-wave™), 블루투스(Bluetooth™) 및/또는 와이파이(Wi-Fi™) 등의 무선 프로토콜들이 있다. 전력 대 신호 네트워크(Signal over power networks)로는, 미국 550 Meridian Ave., San Jose, CA 95126에 소재하는 Echelon Corporation에 의해 이용가능한 LonWorks가 있다.
일 실시예에서는, 전력 소모 장치를 제공한다. 전력 소모 장치는 전력 소모 장치에 설치된 부품들의 정상 동작을 위한 제어 회로를 포함한다. 전력 소모 장치는, 원격 소스로부터 통신 신호를 수신하는 통신 모듈과, 외부 전원과 제어 회로 간에 결합된 계전기를 포함한다. 계전기는 또한 외부 전원과 통신 모듈 간에 결합되고, 전력을 외부 전원으로부터 통신 모듈로 결합한다. 계전기는, 통신 모듈이 통신 신호에 기초하여 계전기에 에너지를 공급하면 전력을 외부 전원으로부터 제어 회로로 송신하도록 구성된다.
다른 일 실시예에서는, 전력 소모 장치에서 사용되는 통신 조립체를 제공한다. 통신 조립체는, 공공 기업체와 인터페이싱하며, 전력 소모 장치에 설치된 부품들을 제어하는 제어 회로를 갖는 전력 소모 장치의 자유재량 기능을 제어한다. 통신 조립체는, 공공 기업체로부터 통신 신호를 수신하는 통신 모듈, 및 외부 전원과 제어 회로 간에 결합된 계전기를 포함하는 제어 모듈을 포함한다. 제어 모듈은 또한 전력을 외부 전원으로부터 통신 모듈로 제공하도록 외부 전원과 통신 모듈 간에 결합된다. 계전기는, 통신 모듈이 통신 신호에 기초하여 계전기에 에너지를 공급하면 전력을 외부 전원으로부터 제어 회로로 송신하도록 구성된다.
본 명세서에서 설명하는 일 실시예에서, 전력 소모 장치는, 장치 밀봉체(enclosure), 및 통신 신호를 수신하도록 구성된 통신 모듈을 포함하고, 통신 모듈은, 통신 인터페이스와 통신하는 표준화 칩, 및 네트워크 프로토콜로 상기 통신 신호를 수신하고 표준화 칩과 통신하기 위한 프로토콜 칩을 포함한다.
다른 일 실시예에서는, 공공 기업체와 인터페이싱하고 전력 소모 장치의 자유재량 기능을 제어하기 위한 통신 모듈을 제공한다. 통신 모듈은, 전력 소모 장치와 통신하는 표준화 칩, 표준화 칩과 통신하는 프로토콜 칩, 및 프로토콜 신호를 수신하여 프로토콜 칩에 송신하기 위한 통신 입력부를 포함한다.
또 다른 일 실시예에서는, 공공 기업체와 인터페이싱하고 전력 소모 장치의 자유재량 기능을 제어하기 위한 통신 조립체를 제공한다. 통신 조립체는, 공공 기업체의 신호를 입력하고 전자기기에 의해 판독될 통신 신호를 공급하도록 제어 수단을 갖는 전자 장치를 포함하는 플러그 접속가능 모듈을 포함한다. 통신 조립체는 장치 상에 또는 장치 근처에 배치되며 장치 제어부에 전기적으로 접속되는 인터페이스를 더 포함하고, 인터페이스는 모듈과 접속가능하다.
이하, 본 발명을 첨부 도면을 참조하여 예를 들어 설명한다.
도 1은 공공 기업체 및 무선 제어 에너지 소모 장치를 도시하는 도면.
도 2는 통신 조립체의 개략도.
도 3은 통신 모듈과 모듈 인터페이스를 포함하는 도 2의 통신 조립체를 도시하는 도면.
도 4는 도 3에 도시한 통신 모듈의 외측 하우징을 도시하는 도면.
도 5는 도 4에 도시한 외측 하우징의 상부 평면도.
도 6은 무선 모듈의 제어 보드의 사시도.
도 7은 공공 기업체 및 전력선을 통해 송신되는 신호에 의해 제어되는 에너지 소모 장치의 다른 도면.
도 8은 도 1 내지 도 7에 도시한 예시적인 통신 조립체를 간략하게 도시하는 개략도.
도 1은 밀봉체(4)를 포함하는 원격 제어 에너지 소모 장치(2)를 도시한다. 밀봉체(4)는 에너지 소모 장치(2)를 나타내는 다양한 부품들, 예를 들어, 제어 회로, 모터 등을 수용하도록 구성된다. 일 실시예에서, 에너지 소모 장치(2)는 통신 조립체(6)를 이용하여 무선으로 제어된다. 선택 사항으로, 에너지 소모 장치(2)는 전력선을 통한 신호에 의해 제어되어도 된다. 우선, 도 1을 참조하여 무선 구성을 먼저 설명한다.
통신 조립체(6)는 모듈 인터페이스(8), 통신 모듈(10) 및 제어 모듈(13)을 포함한다. 에너지 소모 장치(2)는, 예를 들어, 냉장고, 급속 냉동 냉장고(deep freezer), 세척기, 건조기, 식기 세척기, 전자레인지, 및/또는 온수 가열기 등의 가정용 전자기기로서 구체화될 수 있다. 통신 조립체(6)는 도 1에 도해식으로 도시되어 있지만, 통신 조립체(6) 또는 통신 조립체의 일부는, 모듈 인터페이스(8)에 액세스할 수 있는 밀봉체(4)의 외부에 배치되어도 되지만 가시적일 필요는 없다는 점에 인식해야 한다. 예를 들어, 냉장고에 있어서, 통신 모듈(10)과 제어 모듈(13)은 냉장고의 뒷면의 외측부 상에 장착되어도 된다. 선택 사항으로, 통신 조립체(6) 또는 통신 조립체의 일부는 밀봉체(4) 내에 내장되어도 된다. 예를 들어, 제어 모듈(13)을 냉장고의 내측부 상에 장착하는 한편 통신 모듈(10)을 냉장고의 외측부 상에 장착해도 된다. 예시적인 실시예에서, 모듈 인터페이스(8)는 집의 구조적 벽이거나 전술한 바와 같이 에너지 소모 장치의 밀봉체의 벽일 수 있는 벽(12)에 부착된 것으로 도시되어 있다.
또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 공공 기업체는 통신 조립체(6)에 의해 판독될 신호(S)를 송신하는 "U"로 도시되어 있다. 도 1은 신호(S)를 공공 기업체(U)에 의해 송신하는 것으로 도시하고 있지만, 공공 기업체(U)에 의해 신호 송신기를 거주지에 또는 거주지 주위에 배치하는 것을 고려할 수 있으며, 예를 들면, 전기 계량기에 또는 전기 계량기와 함께 배치하면서 무선 신호를 거주지 근처의 위치로부터 송신하는 것을 고려할 수 있다.
이제, 도 2를 참조해 보면, 통신 조립체(6)는 벽(12)에 결합된 모듈 인터페이스(8), 통신 모듈(10) 및 제어 모듈(13)을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 제어 모듈(13)은 에너지 소모 장치의 밀봉체(4)의 내측부에 장착된다. 이에 따라, 통신 모듈(10)은 와이어 하니스(wire harness; 14)를 통해 제어 모듈(13)에 결합된다. 와이어 하니스(14)는 모듈 인터페이스(8)를 통해 무선 통신 모듈(10)에 접속된 제1 커넥터(16), 및 제어 모듈(13)에 접속된 제2 커넥터(18)를 포함한다. 선택 사항으로, 통신 모듈(10)은 제어 모듈(13)에 직접 부착되어도 되며, 이 경우, 와이어 하니스(14)는 사용하지 않는다. 예시적인 실시예에서, 제어 모듈(13)은 교류(AC) 전원(15) 등의 외부 소스로부터 전력을 수신하도록 구성된다. 이어서, 제어 모듈(13)은 통신 모듈(10)로부터 수신된 입력에 기초하여 모터(17) 등의 에너지 소모 장치(2)에 설치된 다양한 부품들에 전력을 송신하도록 또는 전력 송신을 방지하도록 구성된다. 통신 조립체(6)의 동작 특성은 이하에서 더욱 상세히 설명한다.
도 3을 참조해 보면, 모듈 인터페이스(8)는 개구부(22)를 갖는 리셉터클 하우징(20), 및 리셉터클 하우징(20)의 내측단에 위치하는 커넥터 소켓(24)을 포함한다. 이어서, 커넥터 소켓(24)은 당해 기술에 알려져 있는 바와 같이 핀 헤더에 의해 하니스에 전기적으로 접속된다. 리셉터클 하우징(20)은 하부 장착 벽(30), 측벽(32, 34), 및 상부 벽(36, 38)을 포함한다. 측벽(32, 34)은 본 명세서에서 설명하는 바와 같은 길이를 따라 설치된 정렬 리브(alignment ribs; 40), 및 래치 개구부(42)를 포함한다.
통신 모듈(10)은 외측 하우징(50) 및 커버(52)를 포함한다. 또한, 통신 모듈(10)은 신호를 송신하기 위한 소켓(24)과 상보적인 전기 커넥터(54)를 포함한다. 소켓(24)과 커넥터(54)의 조립체는 정합 구성의 임의의 형태를 취해도 되며, 예를 들어, 그 구성은 유니버설 시리얼 버스(USB) 또는 마이크로-USB 프로파일의 구성, 또는 다른 임의의 정합 구성이어도 된다.
도 4는 도 3에 도시한 하우징(50)의 사시도이다. 도 5는 하우징(50)의 측면도이다. 하우징(50)은 한 쌍의 하위 벽(60), 한 쌍의 측벽(62), 개구부(66)를 갖는 단부 벽(64), 및 단부 벽(68)을 포함한다. 하위 벽(60)은 본 명세서에서 더욱 상세히 설명하는 바와 같이 통신 보드를 장착하기 위한 장착 포스트(70)를 포함한다. 측벽(62)은, 본 명세서에서 (도 3에서 이미 도시된) 리브(40)를 사이에 수용하는 스태거형 러그(staggered lugs)가 두 줄로 도시된 정렬 부재(72)를 포함한다. 측벽(62)은 또한 도 3에 도시한 개구부(42)와 협동하는 복수의 캐치(82)를 갖는 복수의 래치(80)를 포함한다.
도 6은 하우징(50)에 수용되도록 구성된 예시적인 통신 보드 또는 카드(90) 의 사시도이다. 통신 보드(90)는 인쇄 회로 기판(92), RF 안테나(94), RF 칩(96), 및 표준화 칩(98)을 포함한다. 인쇄 회로 기판(92)은 장착 포스트(70)와 마찬가지의 프로파일로 된 애퍼처(100)를 포함한다. 장착 포스트(70)는 통신 보드(90)를 부착하도록 스레드 파스너를 수용하는 스레드형 보스(threaded bosses)일 수 있고 또는 통신 보드(90)를 부착하기 위한 히트 스테이크 포스트(heat-stake posts)일 수 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 안테나(94)는, 예를 들어, 미국 특허번호 제6,087,972호에 개시되어 있으며 그 요지가 본 명세서에 참고로 원용되는 바와 같이, 인쇄 회로 기판(92)과 직접 일체형으로 되어 있다. 안테나(94)는 칩(96)과 직접 통신할 수 있다. 칩(96)은 여기서 RF 칩 또는 프로토콜 칩이라 칭한다. 칩(96)은 예를 들어, 지그비 프로토콜 등의 무선 프로토콜 언어에 대하여 특정한 것일 수 있다. 프로토콜은 통신하고자 선택하는 포맷으로 공공 기업체에 의해 선택될 수 있다. 다양한 프로토콜들에 대하여 특정한 칩들이 이미 존재하고 있으며, 예를 들어, 지그비(ZigbeeTM)의 칩들은 San Jose, CA에 소재하는 Atmel Corporation 또는 Dallas, TX에 소재하는 Texas Instruments에 의해 이용가능하다.
예시적인 실시예에서, 칩(98)은 표준화 칩이라 칭한다. 동작 동안, 칩(98)은 칩(96)의 프로토콜을 취하여 이 프로토콜을 특정 장치의 제어 언어로 표준화하도록 기능을 한다. 따라서, 특정한 장치 제조사에 의해 선택되는 제어 언어가 변경되듯이, 공공 기업체에 의해 선택되는 프로토콜이 변경되는 경우 다수의 모듈 조합을 고려할 수 있다. 따라서, 표준화 칩(98)은 프로토콜 및 장치 제어 언어에 대하여 특정한 것일 수 있으며, 또는 표준화 칩은 모든 조립체에 대하여 동일할 수 있다. 표준화 칩은 l17A Docks Corner Rd., Dayton, NJ 08810에 소재하는 Archtech Electronics Corp.에 의 해 이용가능한 유형일 수 있다.
이제, 다른 방안으로, 도 7을 참조해 보면, 공공 기업체(U)로부터의 통신은 전력선을 통해 신호(S')에 의해 직접 행해질 수 있다. 이 경우, 신호는 통신 보드(90)에 직접 통신되며, 통신 신호는 모듈 인터페이스(8)를 통해 통신 모듈(10)에 수신된 후, (도 6에 이미 도시한) 표준화 칩(98)을 통해 제어 보드로 다시 수신될 수 있다. 이 경우, 통신 모듈(10)은 안테나를 구비할 필요가 없지만, 여분(redundancy)을 위해 또는 간단한 제조를 위해 포함되어도 된다. 전력 회사로부터 장치로의 통신은 적어도 4가지 방식으로 달성될 수 있으며, 즉, 전력 회사로부터 집으로 = 유선, 집으로부터 장치로 = 유선; 전력 회사로부터 집으로 = 유선, 집으로부터 장치로 = 무선; 전력 회사로부터 집으로 = 무선, 집으로부터 장치로 = 유선; 및 전력 회사로부터 집으로 = 무선, 집으로부터 장치로 = 무선인 4가지 방식으로 달성될 수 있다.
선택 사항으로, 안테나는 통신 모듈(10)의 일부일 필요가 없다. 예를 들어, 모듈 인터페이스(8)가 에너지 소모 장치의 밀봉체(4)에 내장되는 경우에, 통신 모듈(10)은 무선 신호로부터 차폐될 수 있다. 따라서, 외부 안테나를 장치 외부에 장착하는 것도 고려하게 된다. 또한, 예를 들어, 아파트 빌딩 등의 과밀 거주 지역에서는, 암호화된 신호를 이용하는 복수의 통신 모듈을 위해 단일 안테나를 제공할 수 있다. 또한, 전력선을 통한 신호는 통신 모듈(10)을 거칠 필요가 없으며, 오히려 집 전체에 걸쳐 송신되는 전력을 이용하여 신호를 전기 장치에 직접 송신할 수 있다.
따라서, 각 에너지 소모 장치 제조사는 산업 표준화 소켓 프로파일을 갖는 모듈 인터페이스(8), 예를 들어, USB 또는 마이크로-USB를 포함할 수 있다. 이어 서, 통신 모듈(10)은, 공공 기업체에 의해 제공되고, 장치 제조사에 의해 제공되고, 또는 장치 제조사의 제어 언어 및 공공 기업체 프로토콜과 일치하도록 특정하게 설계된 제삼자에 의해 제공된다.
도 8은 특정 실시예에 따라 예시적인 에너지 소모 장치(2)에 설치된 도 1 내지 도 7에 도시한 통신 조립체(6)를 개략적으로 도시하는 간략화된 도면이다. 전술한 바와 같이, 통신 조립체(6)는 모듈 인터페이스(8), 통신 모듈(10), 및 제어 모듈(13)을 포함한다. 통신 조립체(6)는 무선으로 동작하거나 유선 접속을 이용하여 동작할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 통신 조립체(6)는 원격 조작자가 에너지 소모 장치(2)의 동작을 제어할 수 있도록 구성된다. 즉, 예시적인 실시예에 따르면, 통신 모듈(10)은, 에너지 소모 장치(2)가 동작하게 하는 전자기기 회로(140) 의 동작을 원격 제어할 수 있는 제어 회로를 제공하고, 통신 모듈(10)은 제어 모듈(13)을 통해 외부 전원(15)에 의해 전력을 공급받는다. 또한, 통신 조립체(6)는 주택 소유자 등의 현지 조작자(local operator)가 통신 조립체(6)의 동작을 무효화함으로써 에너지 소모 장치(2)를 현지에서 조작할 수 있도록 구성된다.
도 8에 도시한 바와 같이, 제어 모듈(13)은 교류 대 직류(AC-DC) 변환기(110) 및 계전기(112)를 포함한다. 계전기(112)는 스위치(120)와 코일(122)을 포함한다. 계전기(112)의 동작 동안, AC-DC 변환기(110)는 전원(15)으로부터 수신되는 AC 전력을 DC 전력으로 변환한다. 예시적인 실시예에서, AC-DC 변환기(110)는 고전압 AC 전원(15)으로부터 수신되는 전력을 스위치(120)를 다른 위치로 옮기는 데 충분한 저전압 DC 전력 레벨로 저감시키는 스텝다운(step-down) 변환기이다. 예를 들어, 일 실시예에서, AC-DC 변환기(110)는 전압 레벨을 약 120볼트 AC에서 약 50볼트 DC로 저감시킨다. 그러나, AC-DC 변환기(110)는 전압 레벨을 스위치(120)를 다른 위치로 옮기는 데 필요한 임의의 전압 레벨로 저감시키도록 구성되며 50볼트 DC는 단지 예시라는 점에 인식해야 한다.
또한, 정상 동작 동안, 전력은 AC-DC 변환기(110)로부터 직류 대 직류(DC-DC) 변환기(130)로도 송신된다. 예시적인 실시예에서, DC-DC 변환기(130)는 AC-DC 변환기(110)로부터 수신되는 전력을 무선 송수신기(132)를 작동시키는 데 충분한 저전압 레벨로 저감시키는 스텝다운 변환기이다. 예를 들어, 일 실시예에서, DC-DC 변환기(130)는 전압 레벨을 약 50볼트 DC로부터 약 3.5볼트 DC로 저감시킨다. 무선 송수신기(132)를 이용하여 통신 조립체(6)의 전체 동작을 제어한다는 점을 인식해야 한다. 따라서, AC-DC 변환기(110)와 DC-DC 변환기(130)의 조합은 모든 동작 조건 하에서 무선 송수신기(132)에 전력을 공급하도록 구성된다.
계전기(112)는 두 개의 동작 모드에서 동작하도록 구성된다. 제1 동작 모드에서, DC 전력은 코일(122)을 통해 송신되어 코일(122) 내에 전자기계를 생성한다. 전자기계로 인해, 스위치(120)가 전력이 전원(15)으로부터 전자기기 회로(140)로 송신되는 "폐쇄"(closed) 위치로부터 전력이 전원(15)으로부터 전자기기 회로(140)로 송신되지 않는 "개방"(open) 위치로 이동하게 된다. 그러나, 제2 동작 모드에서는, DC 전력이 코일(122)을 통해 송신되지 않는다. 이에 따라, 어떠한 전자기계도 생성되지 않는다. 따라서, 스위치(120)는 전력이 전원(15)으로부터 전자기기 회로(140)로 송신되지 않는 개방 위치로부터 전력이 전원(15)으로부터 전자기기 회로(140)로 송신되는 폐쇄 위치로 이동하게 된다. 이에 따라, 예시적인 실시예에서, 계전기(112)는, 코일(122)에 에너지가 공급되면 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 천이하고 이어서 코일(122)에 에너지가 공급되지 않으면 다시 폐쇄 위치로 천이하도록 구성된 "정상적으로 폐쇄된" 계전기이다.
동작 동안, 예를 들어, 공공 기업체 등의 원격 조작자가 에너지 소모 장치(2)를 조작할 수 있는 것이 바람직하다. 이러한 식으로, 공공 기업체는 전기 소모 비피크 시간대 동안 에너지 소모 장치(2)가 활성화되게 할 수 있다. 또한, 공공 기업체는 전기 소모 피크 시간대 동안 에너지 소모 장치(2)를 비활성화할 수 있다. 따라서, 공공 기업체는 에너지 소모 장치(2)를 비피크 소모 시간대 동안 활성화하면서 피크 소모 시간대 동안 전기 그리드에 대한 수요를 저감시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 계전기(112)는 전력을 전원(15)으로부터 에너지 소모 장치(2)로 물리적으로 송신하게 할 수 있다. 또한, 계전기(112)는 전력이 전원(15)으로부터 에너지 소모 장치(2)로 송신되는 것을 물리적으로 금지시킨다. 예시적인 실시예에서, 계전기(112)는 통신 모듈(10)에 의해 제어되고 조작된다.
예를 들어, 제1 동작 모드에서, 공공 기업체가 에너지 소모 장치(2)를 비활성화하고자 하고 이에 따라 피크 사용량 시간대 동안 전기 소모를 저감하려는 경우, 공공 기업체는 도 1에 도시한 공공 기업체(U)로부터의 신호를 송신한다. 신호(S)는 송수신기(132)에 의해 수신된다. 수신 신호(S)에 응답하여, 송수신기(132)는 신호(S2)를 스위치(136)에 송신한다. 예시적인 실시예에서, 스위치(136)는 "온"(ON) 구성에 위치하거나 "오프"(OFF) 구성에 위치하는 2-위치 스위치이다. 스위치(136)는 예를 들어 MOSFET일 수 있다. 스위치(136)가 송수신기(132)에 의해 활성화되면, 스위치는 온 위치에 있게 된다. 온(ON) 위치에서, 전력은 전원(15)으로부터 코일(122)을 통해 송신되어 코일(122) 내에 전자기계(electromagnetic field)를 생성한다. 전자기계로 인해, 스위치(120)가 전력이 전원(15)으로부터 회로(140)로 송신되는 폐쇄 위치로부터 전력이 전원(15)으로부터 회로(140)로 송신되지 않는 개방 위치로 이동하게 된다.
선택 사항으로, 공공 기업체가 에너지 소모 장치(2)를 재활성화하거나 에너지를 재공급하려 하고 이에 따라 에너지 소모 장치(2)가 비피크 사용량 시간대 동안 동작할 수 있게 하는 경우, 공공 기업체는 도 1에 도시한 공공 기업체(U)로부터의 신호를 송신한다. 신호(S)는 송수신기(132)에 의해 수신된다. 수신 신호(S)에 응답하여, 송수신기(132)는 신호(S2)를 스위치(136)에 송신하여 스위치(134)를 오프 위치에 두게 한다. 오프 위치에서는, 전력이 전원(15)으로부터 코일(122)을 통해 송신되지 않아 코일(122) 내에 전자기계가 발생하지 않는다. 따라서, 정상적으로 폐쇄된 스위치인 스위치(120)는 전력이 전원(15)으로부터 회로(140)로 송신되지 않는 개방 위치로부터 전력이 전원(15)으로부터 회로(140)로 송신되는 폐쇄 위치로 이동하게 된다. 스위치(120)는 정상적으로 폐쇄된 스위치이기 때문에, 단순히 스위치(134)를 오프 위치에 둠으로써 스위치(120)를 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 옮길 수 있다는 점을 인식해야 한다. 더욱 구체적으로, 일 실시예에서는 공공 기업체로부터 송수신기(132)로 신호를 송신하여 스위치(120)를 폐쇄하는 것을 설명하고 있지만, 다른 일 실시예에서는 공공 기업체로부터 송수신기(132)로의 신호 송신을 중단함으로써 스위치(120)를 폐쇄 위치에 둘 수 있다.
제3 동작 모드에서, 통신 조립체(6)는, 공공 기업체가 에너지 소모 장치(2)를 비활성화하는 신호를 송신하고 이에 따라 피크 사용량 시간대 동안의 전기 소모를 저감하려는 경우 로컬 조작자 또는 주택 소유자가 에너지 소모 장치(2)를 재활성화할 수 있게 하는 무효화 스위치(override switch; 138)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 스위치(138)는 에너지 소모 장치(2)의 외측에 위치하는, 푸시 버튼 스위치 또는 소정의 등가 전기 스위치이다. 동작 동안, 공공 기업체가 에너지 소모 장치(2)를 비활성화하는 신호를 미리 송신한 경우, 전술한 바와 같이, 로컬 조작자 또는 주택 소유자는, 스위치(138)를 활성화하여, 공공 기업체에 의해 송신되고 송수신기(132)에서 통신 조립체(6)에 의해 수신되는 커맨드를 무효화할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 통신 조립체(6)는, 공공 기업체 커맨드가 로컬 조작자에 의해 무효화되었다는 시각적 표시(indication) 또는 가청 표시를 제공하는 신호를 공공 기업체에 또는 로컬 조작자에게 송신할 수 있다.
물론, 다른 특정 실시예들에 따르면, 통신 신호는 도 7에 대하여 설명한 바와 같이 전력선을 통해 공공 기업체로부터 송신될 수 있고, 통신 신호는 외부 전원(15)의 AC로부터 탭오프되어 도 8에 도시한 DC 전력/계전기 제어 와이어 접속을 통해 통신 모듈(10)에 송신된다. 다양한 실시예들에 따르면, 공공 기업체에 의해 송신되는 통신 신호는 전력 소모 장치의 자유재량 기능을 조절한다.
본 명세서에서는 가정용 전자기기 등의 전력 소모 장치의 동작을 제어하기 위한 예시적인 통신 조립체를 설명하고 있다. 통신 조립체는 전력 소모 장치와 일체형으로 될 수 있으며, 공공 기업체를 전력 소모 장치에 접속하기 위한 효율적인 방법을 제공한다. 통신 조립체는, 전력 소모 장치의 제조사가 비교적 저 비용으로 종래의 전자기기를 수정하여 수요-응답-준비(demand-response-ready) 상태로 될 수 있도록 쉽게 설치된다. 또한, 통신 조립체는 어느 때라도 종래의 전자기기로 재조절될 수 있다. 예를 들어, 인터페이스 장치(8)와 제어 모듈(13)은 공장에서 설치될 수 있는 반면, 통신 모듈(10)은 나중에 설치되어도 된다. 통신 모듈을 나중에 설치함으로써 원격 조작자가 현재의 KW 사용량 기준에 기초하여 가장 최근의 동작 소프트웨어를 포함하는 통신 모듈을 이용할 수 있다. 또한, 통신 모듈이 설치된 후 KW 사용량 기준이 변경되면, 원격 사용자는 갱신된 통신 모듈을 설치하거나, 무선 송수신기를 통해 갱신된 소프트웨어를 다운로드함으로써 현재 설치된 통신 모듈을 다시 프로그래밍한다.
더욱 구체적으로, 계전기(112), AC-DC 변환기(110), 및 DC-DC 변환기(130)는 공장에서 종래의 전자기기에 설치될 수 있다. 이어서, 통신 모듈(10)은 소유자의 주거지 등에 설치될 수 있다. 동작 동안, 신호가 원격 소스나 공공 기업체로부터 송신되면, 통신 모듈(10)은 MOSFET 스위치(136)를 활성화한다. MOSFET은 비교적 높은 전류가 코일(122)에 흐르게 하여 계전기 스위치(120)를 개방할 수 있고, 이에 따라 계전기 스위치는 AC 전원(15)을 전자기기 회로(140)로부터 접속 해제함으로써 전자기기를 비활성화한다. 또한, AC-DC 변환기(110)는, 계전기 스위치(120)가 개방 위치에 있더라도 통신 모듈(10)에 전력을 공급하여 원격 신호가 통신 모듈(10)에 의해 수신되고 동작할 수 있게 한다.
본 발명을 예시적인 설계를 갖는 것으로서 설명하였지만, 본 발명의 사상과 범위 내에서 본 발명을 더 수정해도 된다. 따라서, 본 출원은 본 발명의 일반적인 원리를 이용하여 본 발명의 임의의 변동, 이용, 또는 적응을 포함하려는 것이다. 또한, 본 출원은 본 발명으로부터의 이러한 수정을 관습이나 관행에 속하는 것으로서 포함하려는 것이다.

Claims (32)

  1. 복수의 부품이 설치되어 있으며 상기 복수의 부품의 정상 동작을 위한 제어 회로를 포함하는 전력 소모 장치로서,
    원격 소스로부터 통신 신호를 수신하는 통신 모듈, 및
    외부 전원과 상기 제어 회로 간에 결합되고, 또한 상기 외부 전원과 상기 통신 모듈 간에 결합되고, 전력을 상기 외부 전원으로부터 상기 통신 모듈로 결합하는 계전기를 포함하고,
    상기 계전기는, 상기 통신 모듈이 상기 통신 신호에 기초하여 상기 계전기에 에너지를 공급하면 전력을 상기 외부 전원으로부터 상기 제어 회로로 송신하도록 구성된, 전력 소모 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력 소모 장치는 가정용 전자기기(home appliance)를 포함하는, 전력 소모 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 통신 신호는 무선 신호를 포함하는, 전력 소모 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전력 소모 장치는 상기 외부 전원을 통해 전력 그리드에 전기적으로 결합되고,
    상기 통신 모듈은 상기 전력 그리드에 의해 소모되는 KW 시간에 기초하여 상기 계전기를 동작시키는, 전력 소모 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 계전기와 상기 통신 모듈 간에 결합된 스위치를 더 포함하고,
    상기 통신 모듈은 상기 스위치를 활성화하여 상기 계전기에 에너지를 공급하는, 전력 소모 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 통신 신호는 공공 기업체로부터의 무선 신호를 포함하고, 상기 무선 신호에 기초하여 상기 전력 소모 장치의 자유재량 기능(discretionary functions)을 조절하는, 전력 소모 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 외부 전원과 상기 계전기 간에 결합된 AC-DC 변환기를 더 포함하고,
    상기 AC-DC 변환기는 상기 외부 전원으로부터 제1 전압을 수신하고 상기 계전기에 낮은 제2 전압을 출력하도록 구성된, 전력 소모 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 AC-DC 변환기와 상기 통신 모듈 간에 결합된 DC-DC 변환기를 더 포함하고,
    상기 DC-DC 변환기는 상기 AC-AC 변환기로부터 제1 전압을 수신하고 상기 통신 모듈에 낮은 제2 전압을 출력하도록 구성된, 전력 소모 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전력 소모 장치 상에 또는 상기 전력 소모 장치에 인접하여 배치된 통신 인터페이스를 더 포함하고,
    상기 통신 모듈은 상기 통신 인터페이스 내에 삽입되도록 구성된, 전력 소모 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 통신 인터페이스는 표준화 포트(standardized port)인, 전력 소모 장치.
  11. 공공 기업체와 인터페이싱하고, 전력 소모 장치에 설치된 복수의 부품을 제어하는 제어 회로를 구비하는 상기 전력 소모 장치의 자유재량 기능을 제어하기 위한 통신 조립체로서,
    공공 기업체로부터 통신 신호를 수신하는 통신 모듈, 및
    외부 전원과 상기 제어 회로 간에 결합된 계전기를 포함하고, 전력을 상기 외부 전원으로부터 상기 통신 모듈로 제공하도록 상기 외부 전원과 상기 통신 모듈 간에도 결합된 제어 모듈을 포함하고,
    상기 계전기는, 상기 통신 모듈이 상기 통신 신호에 기초하여 상기 계전기에 에너지를 공급하면 전력을 상기 외부 전원으로부터 상기 제어 회로로 송신하도록 구성된, 통신 조립체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전력 소모 장치는 가정용 전자기기를 포함하는, 통신 조립체.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 통신 신호는 무선 신호를 포함하는, 통신 조립체.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 전력 소모 장치는 상기 외부 전원을 통해 전력 그리드에 전기적으로 결합되도록 구성되고,
    상기 공공 기업체는 상기 전력 그리드에 의해 소모되는 KW 시간에 기초하여 상기 계전기를 동작시키는, 통신 조립체.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 계전기와 상기 통신 모듈 간에 결합된 스위치를 더 포함하고,
    상기 통신 모듈은 상기 스위치를 활성화하여 상기 계전기에 에너지를 공급하는, 통신 조립체.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 통신 신호는 공공 기업체로부터의 무선 신호를 포함하고,
    상기 통신 모듈은 상기 무선 신호에 기초하여 상기 전력 소모 장치의 자유재량 기능을 조절하도록 구성된, 통신 조립체.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 외부 전원과 상기 계전기 간에 결합된 AC-DC 변환기를 더 포함하고,
    상기 AC-DC 변환기는 상기 외부 전원으로부터 제1 전압을 수신하고 상기 계전기에 낮은 제2 전압을 출력하도록 구성된, 통신 조립체.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 AC-DC 변환기와 상기 통신 모듈 간에 결합된 DC-DC 변환기를 더 포함하고,
    상기 DC-DC 변환기는 상기 AC-AC 변환기로부터 제1 전압을 수신하고 상기 통신 모듈에 낮은 제2 전압을 출력하도록 구성된, 통신 조립체.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 전력 소모 장치 상에 또는 상기 전력 소모 장치에 인접하여 배치된 통신 인터페이스를 더 포함하고,
    상기 통신 모듈은 상기 통신 인터페이스 내에 삽입되도록 구성된, 통신 조립체.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 통신 인터페이스는 표준화 포트인, 통신 조립체.
  21. 제11항에 있어서,
    상기 통신 신호는, 상기 외부 전원으로부터의 교류(AC)로부터 탭오프(tapped-off)되어 직류(DC) 전력/계전기 제어 와이어 접속부(DC power/relay control wire connection)를 통해 상기 통신 조립체에 송신되는 전력선 통신 신호를 포함하는, 통신 조립체.
  22. 제11항에 있어서,
    상기 통신 신호는 공공 기업체로부터의 전력선 통신 신호를 포함하고,
    상기 통신 모듈은 상기 전력선 통신 신호에 기초하여 상기 전력 소모 장치의 자유재량 기능을 조절하도록 구성된, 통신 조립체.
  23. 통신 입력부를 갖는 전력 소모 장치로서,
    전력 소모 장치 밀봉체(enclosure), 및
    통신 신호를 수신하도록 구성된 통신 모듈을 포함하고,
    상기 통신 모듈은,
    상기 전력 소모 장치와 통신하는 표준화 칩, 및
    네트워크 프로토콜로 상기 통신 신호를 수신하고, 상기 표준화 칩과 통신하기 위한 프로토콜 칩을 포함하는, 전력 소모 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 통신 신호는 무선으로 수신되는, 전력 소모 장치.
  25. 제24항에 있어서,
    무선 프로토콜 신호를 수신하고 상기 신호를 상기 프로토콜 칩에 송신하기 위한 프로토콜 안테나를 더 포함하는, 전력 소모 장치.
  26. 제23항에 있어서,
    상기 통신 신호는 전력선을 통해 수신되는, 전력 소모 장치.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 프로토콜 칩과 상기 프로토콜 안테나를 위한 프로토콜은 지그비(Zigbee), Z-웨이브(Z-wave), X-10, 블루투스(Bluetooth) 또는 와이파이(Wi-Fi)로 이루어진 그룹 중 하나인, 전력 소모 장치.
  28. 제25항에 있어서,
    상기 프로토콜 칩과 상기 프로토콜 안테나는 통신 모듈 내에 수용되고,
    상기 통신 모듈은 플러그 접속가능한(pluggable), 전력 소모 장치.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 플러그 접속가능한 통신 모듈과 인터페이싱하도록 상기 전력 소모 장치 밀봉체 상에 또는 상기 전력 소모 장치 밀봉체에 인접하여 배치된 통신 인터페이스를 더 포함하는, 전력 소모 장치.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 통신 인터페이스는 표준화 포트인, 전력 소모 장치.
  31. 제25항에 있어서,
    상기 프로토콜 안테나는 RF 안테나인, 전력 소모 장치.
  32. 제25항에 있어서,
    상기 프로토콜 안테나는 상기 전력 소모 장치의 자유재량 기능을 조절하도록 공공 기업체로부터 신호를 수신할 수 있는, 전력 소모 장치.
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