JP2007166740A - 給電装置及び給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、他の給電装置と共に導体線間に印加する所定の直流電圧の極性を自動的に揃える給電装置を提供する。
【解決手段】給電装置１は、起動すると、遅延時間の設定を行い、計時を開始する（Ｓ１）。そして、設定された遅延時間経過後、電圧Ｖｄを印加する（Ｓ２）。電圧Ｖｄを印加してから所定時間以内に過電流を検知すれば（Ｓ３：ＹＥＳ）、印加電圧の極性を切り替える（Ｓ４）。そして、起動してから規定時間後に、電圧Ｖｓの印加を開始する。
【選択図】図５

Description

本発明は、２線式の導体線間に所定の直流電圧を印加して、当該導体線間に接続された受電装置に電圧供給する給電装置に関する。

２線式の導体線間に、少なくとも１つの受電装置と、導体線を介して受電装置に所定の直流電圧を供給する給電装置とが複数、並列に接続された給電システムが、下記の特許文献１に開示されている。
上述の各給電装置は、導体線間に所定の直流電圧がかかるように出力電圧を自動的に調整するので、電圧供給を受けて動作する受電装置が新たに増設されることによって、システム全体における負荷が高くなって電流容量に不足が生じるような場合でも、給電装置を新たに並列接続するだけで電流容量不足を解消することができる。

また、必要な電流容量を上回るように給電装置を複数並列接続しておけば、いずれかの給電装置が故障したとしても他の給電装置の給電能力でカバーすることができるので、システムの信頼性を高めることができる。
特許第３４９８６４６号公報

ところで、上述の給電システムを動作させるためには、各給電装置によって２線式の導体線間に印加される直流電圧の極性を揃える必要がある。従来では、給電システムを構築する者が、２線ある導体線のうちどちらをプラスの極性とし他方をマイナスの極性とするかを考慮して各給電装置を導体線に接続している。
しかし、給電装置と導体線とを接続する作業は人が行うため、誤接続が起こることがある。

また、スムーズに給電システムを構築することを考えると、まず、受電装置、給電装置を所定の場所に設置し、各受電装置及び給電装置と導体線とを接続し、各給電装置を商用交流電源のコンセントに接続してから、各コンセントに商用交流電源を配電する配電盤のブレーカー（配線用遮断器）をＯＦＦからＯＮ状態にして、一斉に電源投入するといった工程が考えられる。

この場合、各給電装置は、接続された2線式の導体線間に一斉に直流電圧の印加を開始するが、もし、接続ミスによって各給電装置が導体線間に印加する直流電圧の極性が揃っていなければ、短絡状態となり過電流が流れることになる。
通常、給電装置には過電流保護機能が備わっているので、過電流による破壊の恐れはないが、どの給電装置の印加電圧の極性が反対だったのかを見直す作業を行わなければならない。

そこで、本発明は、誰でもスムーズに給電システムの構築を行うことができるように、他の給電装置と共に導体線間に印加する所定の直流電圧の極性を自動的に揃える給電装置及び給電システムを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明に係る給電装置は、２線式の導線間に所定の直流電圧を印加して、当該導線間に接続された受電装置に電圧供給する給電装置であって、時間を計時する計時手段と、起動してから、他の給電装置と共通に設定されている規定時間より短い時間が経過した時に、前記所定の直流電圧よりも低い試験用直流電圧を前記導線間に印加し、起動してから規定時間が経過した時に、前記所定の直流電圧を印加する電圧印加手段と、前記導線間に過電流が流れた場合、これを検知する過電流保護手段と、前記電圧印加手段が前記試験用直流電圧の印加を行ってから所定時間内に、前記過電流保護手段によって前記導線間に過電流が流れたことが検知された場合、当該導線間に印加する直流電圧の極性を切り替える切替手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る給電システムは、２線式の導線間に、少なくとも１つの受電装置と、請求項１〜３のいずれかに記載の給電装置が複数、並列接続されていることを特徴とする。

上記構成の給電装置は、起動するとまず、規定時間より短い時間が経過した時点で、受電装置が動作しない試験用直流電圧を導体線間に印加する。これは、受電装置が動作するような直流電圧を印加すると、過負荷による過電流が発生することがあるので、これを防止することを目的としている。
そして、給電装置が試験用直流電圧を印加してから所定時間内（基本的に瞬時）に過電流が発生した場合、この過電流は、既に他の給電装置が導体線間に直流電圧を印加していて、その印加電圧とは異なる極性で自装置が電圧を印加したことによる短絡が原因と特定できる。そこで、このような過電流が発生した場合、先に電圧を印加している給電装置と同じ極性で直流電圧を印加するように、自装置の印加電圧の極性を切り替える。

これにより、複数の給電装置を導体線に並列接続してなる給電システムにおいて、一斉に各給電装置を起動して直流電圧の印加を開始する場合でも、各給電装置は自動的に印加電圧の極性を揃えるので、極性を気にすることなく誰でもスムーズに給電システムを構築することができる。
また、前記給電装置は、更に、起動すると、前記電圧印加手段が前記試験用直流電圧を印加する前に、前記導線間に直流電圧が印加されているかどうかの検出を行う検出手段を備え、前記検出において直流電圧が検出された場合、前記切替手段は、印加する直流電圧の極性を、検出された直流電圧の極性と同じ極性に切り替えるとしてもよい。

この構成により、他の給電装置が印加した電圧を検出することができれば、過電流検出をすることなく、正しい極性に切り替えることができる。
また、前記給電装置は、更に、起動中に、印加している直流電圧の極性を記憶する記憶手段を備え、起動を一旦停止した後、再起動したときに、前記切替手段は、前記記憶手段に記憶している極性に切り替えるとしてもよい。

この構成により、前回起動していた時の極性の記憶が残っていれば、過電流検出をすることなく、正しい極性に切り替えることができる。
ここで、前記試験用直流電圧を前記導線間に印加開始する時間は、他の給電装置とは異なるように予め設定された時間であるとしてもよい。
この構成により、他の給電装置の試験用電圧の印加タイミングとバッティングすることを防ぎ、短絡が生じた原因が自装置によるものかどうかを確実に特定することができるので、効率良く極性を揃えることができる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を用いて説明する。
＜構成＞
図１は、給電システム１００の構成を示す図である。
同図に示すように給電システム１００は、給電装置１〜３、受電装置４〜６、導体線１０、２０、配電盤３０から成る。

給電装置１〜３は、商用交流電圧を分配する配電盤３０と接続されており、導体線１０及び２０間に並列接続されている。
受電装置４〜６は、導体線１０及び２０間に並列接続されている。
配電盤３０には、ブレーカーが備わっており、ブレーカーをオフ状態からオン状態に人が行うことで、各給電装置１〜３に一斉に商用交流電圧を供給することができる。

給電装置１〜３は、受電装置４〜６に直流電圧を供給するための装置である。
各給電装置は、配電盤３０から商用交流電圧の供給を受けると、まず、試験用の直流電圧を導体線１０、２０間に印加して、各給電装置の印加電圧の極性が揃うように調整をし、規定時間後に、受電装置４〜６が動作する直流電圧を、導体線１０及び２０間に印加する。詳細な構成及び動作については後述する。

受電装置４〜６は、導体線１０及び２０を介して直流電圧の供給を受けることで動作する装置であり、例えば、照明器具、インターホン、リモコン等の端末である。これらの端末には通信回路を併せ持ち、胴体線１０及び２０に印加されている電圧に信号を重畳させることで、端末同士の通信が可能となる。
図２は、給電装置１の詳細な構成を示す図である。

なお、給電装置２、３については、給電装置１と同じ構成であるので、説明を省略する。
給電装置１は、ＡＣ／ＤＣ変換部１１、過電流保護部１２、ＤＣ／ＤＣ変換部１３、極性切替部１４、制御部１５、計時部１９を備える。
ＡＣ／ＤＣ変換部１１は、制御部１５からの制御に基づいて、商用交流電圧を直流電圧に変換する機能を有する。

過電流保護部１２は、導体線１０、２０間に過電流が発生するとこれを検知して、制御部１５に通知し、且つ、過電流を阻止するべく、一時的に導体線１０、２０間への電圧印加を遮断する機能を有する。
ＤＣ／ＤＣ変換部１３は、 制御部１５からの制御に基づいて、ＡＣ／ＤＣ変換部１１から出力された直流電圧を試験用電圧Vd若しくは動作電圧Ｖｓに変換して出力する機能を有する。

極性切替部１４は、制御部１５からの制御に基づいて、ＤＣ／ＤＣ変換部１３から出力された直流電圧の極性を切り替える機能を有する。
制御部１５は、ＡＣ／ＤＣ変換部１１、ＤＣ／ＤＣ変換部１３、極性切替部１４を制御する機能を有し、遅延時間設定部１６、判定部１７及び記憶部１８を有する。
遅延時間設定部１６は、記憶部１８に記憶されている自装置の固有情報であるシリアルナンバーに基づいて、試験用電圧Vdを印加する時間である遅延時間を設定する機能を有する。例えば、シリアルナンバーが１２３４であれば、下2桁を用いて３４ｍｓと設定する。

判定部１７は、試験用電圧Vdの印加を開始した時点から、所定時間以内、例えば、５ｍｓ以内に過電流保護部１２から過電流検知の通知を受けると、自装置が印加した試験用電圧Vdの極性が、他の給電装置によって既に印加されている導体線間の電圧の極性と異なっていることにより過電流が流れたものと判定し、記憶部１８に記憶されている電圧極性を切り替えるための情報である極性フラグを書き換える。

上述の所定時間は、誤った極性で試験電圧Ｖｄを印加した給電装置を特定するために設定された時間であり、上述の遅延時間の設定方法に応じて設定される。
例えば、極性フラグが１であれば、図２に示す接続状況において、導体線１０にプラス、導体線２０にマイナスの電圧を印加するように極性を切り替えることを意味するものとし、極性フラグが０であれば、導体線１０にマイナス、導体線２０にプラスの電圧を印加するように極性を切り替えることを意味するものとする。そして、極性フラグが１の時に、極性を切り替える判定がなされると、判定部１７は極性フラグを１から０に書き換える。

記憶部１８は、不揮発性メモリであり、各種制御プログラム、極性フラグ、シリアルナンバー、規定時間等を記憶している。極性フラグは、予めデフォルトの極性フラグが設定されており、一度起動した後は、その後の判定部１７の判定によって書き換えられた値が記憶される。
規定時間は、給電装置１〜３共通に規定された、起動から動作電圧の印加開始するまでの時間であり、遅延時間より長い時間である。

制御部１５は、記憶部１８に記憶されている極性フラグに基づいて、極性切替部１４に導体線間１０、２０に印加する直流電圧の極性を切り替えさせる極性切替信号を送る。
計時部１９は、計時する機能を有する。
図３は、極性切替部１４の回路構成を示す図である。
極性切替部１４は、ｎｐｎ型トランジスタ１４１、１４３、ｐｎｐ型トランジスタ１４２、１４４を有し、制御部１５からの極性切替信号により、各トランジスタをオン、オフ制御することで、導体線１０、２０間に印加する電圧の極性を切り替える。

例えば、図３に示すように、極性切替部１４が、制御部１５から、ｎｐｎ型トランジスタ１４１とｐｎｐ型トランジスタ１４２のベース端子にプラスの電圧Ｈをかけ、ｎｐｎ型トランジスタ１４３とｐｎｐ型トランジスタ１４４のベース端子にマイナスの電圧Ｌをかける極性切替信号を受けることで、ｎｐｎ型トランジスタ１４１をオン、 ｎｐｎ型トランジスタ１４３をオフ、ｐｎｐ型トランジスタ１４２をオフ、ｐｎｐ型トランジスタ１４４をオンの状態にし、ＤＣ／ＤＣ変換部１３からの直流電圧を、導体線１０にプラス、導体線２０にマイナスの極性で印加する。

また反対に、ｎｐｎ型トランジスタ１４１とｐｎｐ型トランジスタ１４２のベース端子にマイナスの電圧Ｌをかけ、ｎｐｎ型トランジスタ１４３とｐｎｐ型トランジスタ１４４のベース端子にプラスの電圧Ｈをかける極性切替信号を制御部１５から受けることで、極性切替部１４は、上述の極性と正反対の極性、すなわち、導体線１０にマイナス、導体線２０にプラスの極性で直流電圧を印加する。
＜動作＞
次に、給電装置１の動作について説明する。

図５は、給電装置１の動作を説明するために用いるフローチャート図である。給電装置２、３は、給電装置１と同様の動作を行うので、説明を省略する。
まず、配電盤３０から商用交流電圧が供給されることで給電装置１が起動すると、内部の計時部１９が計時を開始し、遅延時間設定部１６は、遅延時間の設定を行う（ステップＳ１）。

設定した遅延時間が経過すると、制御部１５は、ＤＣ／ＤＣ変換部１３に対して、試験用電圧Ｖｄを出力するように指示する（ステップＳ２）。この時、制御部１５は極性切替部１４に対して、デフォルトの極性フラグに基づく極性切替信号を送信する。
制御部１５は、試験用電圧Ｖｄの印加を指示してから所定時間以内に過電流保護部１２から過電流の検知通知を受けると（ステップＳ３：ＹＥＳ）、上述した判定部１７の判定によって、記憶部１８に記憶されている極性フラグを書き換える。この書き換えによって、制御部１５から極性切替部１４に、極性切替信号が送られ、極性切替部１４は、送られてきた極性切替信号により極性の切り替えを行う（ステップＳ４）。

制御部１５は、試験用電圧Ｖｄの印加を指示してから所定時間以内に過電流保護部１２から過電流の検知通知を受けなければ（ステップＳ３：ＮＯ）、極性フラグの書き換えは行わない。
そして、起動してから規定時間が経過した後、制御部１５は、ＤＣ／ＤＣ変換部１３に対して、動作電圧Ｖｓを出力するように指示する（ステップＳ５）。

ここで、具体的な動作の一例を説明する。
図４は、図１に示した給電システム１００に含まれる給電装置１〜３が起動してから動作電圧の供給開始までの印加電圧状態を示すタイムチャートである。
まず、時刻Ｔ１において、配電盤３０から各給電装置１〜３に商用交流電圧の供給が行われ、各給電装置１〜３は起動する。

時刻Ｔ２において、まず、給電装置３が、起動した時に設定した遅延時間が経過したことにより、試験用電圧Ｖｄの印加を開始する。つまり、給電装置３に設定された遅延時間は、Ｔ２−Ｔ１である。
給電装置１〜３のうち、給電装置３が最初に導体線１０、２０間に試験用電圧Ｖｄの印加を開始したので、後から試験用電圧Ｖｄの印加を開始する給電装置１、２は、給電装置３が印加している試験用電圧Ｖｄの極性に合わせるように印加電圧の極性切替を行う。

次に、時刻Ｔ３において、給電装置２が、起動した時に設定した遅延時間が経過したことにより、試験用電圧Ｖｄの印加を開始する。つまり、給電装置２に設定された遅延時間は、Ｔ３−Ｔ１である。
この時、給電装置２が印加した直流電圧の極性は、給電装置３が印加している試験用電圧Ｖｄの極性と同じであるため、そのまま試験用電圧Ｖｄの印加が続行される。

次に、時刻Ｔ４において、給電装置１が、起動した時に設定した遅延時間が経過したことにより、試験用電圧Ｖｄの印加を開始する。つまり、給電装置１に設定された遅延時間は、Ｔ４−Ｔ１である。
この時、印加電圧の極性が、給電装置２、３と異なっていたため、過電流が流れることになり、各給電装置１〜３に備わる過電流保護機能が働いて、各給電装置による導体線１０、２０間への電圧印加は遮断される。

給電装置２、３は、試験用電圧Ｖｄを印加してから所定時間経過した後に過電流が検知されたので、極性の切り替えを行うことなく、Ｔ５の時点から、試験用電圧Ｖｄの印加を再開する。
給電装置１は、試験用電圧Ｖｄを印加してから所定時間以内に過電流が検知されたので、極性の切り替えを行って、Ｔ５の時点から、試験用電圧Ｖｄの印加を再開する。

そして、起動から規定時間が経過した時刻Ｔ６において、各給電装置１〜３は、一斉に動作電圧Ｖｓの印加を開始する。
各給電装置１〜３が、起動開始から規定時間後に、極性が揃った状態で一斉に動作電圧Ｖｓの印加を行うことで、受電装置の過負荷による過電流が発生することを防ぐことができる。
＜変形例＞
図６は、変形例である給電装置１Ａの構成を示す図である。

給電装置１と異なる点は、極性検出部２１が新たに備わっている点である。
また、極性切替部１４Ａが、上述の極性切替部１４と異なる点は、極性検出部２１からの出力を図３に示す指示線１４０部分に入力としている点である。
極性検出部２１は、給電装置１Ａが起動すると直ちに導体線１０、２０間に直流電圧が印加されているかどうかについて検出を行う。

図７は、極性検出部２１の回路構成を示す図である。
ＯＰアンプ１９１、１９２を用いて、導体線１０、２０間に直流電圧が印加されているか
どうかを検出し、ＯＰアンプ１９１、１９２の出力は、極性切替部１４Ａに入力され、極性の切り替えを行う。

この給電装置１Ａを用いることで、導体線１０、２０間に既に印加されている試験用電圧Ｖｄの極性に合わせて、直流電圧の印加を行うことができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものでないことは、勿論である。
例えば、上述の給電装置１〜３は、自機のシリアルナンバーに基づいて、遅延時間の設定を行っていたが、予め個々の給電装置に、固有の遅延時間を設定しておいてもよい。例えば、給電装置１の遅延時間は、１０ｍｓ、給電装置２の遅延時間は、１５ｍｓというようにそれぞれ異なる遅延時間を予め設定することが考えられる。

また、給電装置１が起動を一旦停止した後、再起動した場合、前回起動していた時の極性フラグが記憶として残っていれば、その極性フラグが示す極性で電圧を印加するとしてもよい。
更に、本発明をＥＭＩＴ（Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｍｉｃｒｏ Ｉｎｔｅｒｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）と称する機器組み込み型のネットワーク技術に適用することもできる。

例えば、他の端末がインターネット上に設けられたセンターサーバ経由でマイコン搭載の組み込み機器である ＥＭＩＴ端末を遠隔制御・監視するシステムや、或いは、センターサーバを介することなく、例えば、ＥＭＩＴソフトウェアがインストールされた端末が、直接ＥＭＩＴ端末にアクセスして遠隔制御・監視するシステム等に適用することができる。

給電システム１００の構成を示す図である。 給電装置１の構成を示す図である。 極性切替部１４の回路構成を示す図である。 各給電装置の印加電圧状態を示すタイムチャート図である。 給電装置１の動作を示すフロー図である。 変形例の給電装置１Ａの構成を示す図である。 極性検出部２１の回路構成を示す図である。

符号の説明

１〜３ 給電装置
４〜６ 受電装置
１０、２０ 導体線
１１ ＡＣ／ＤＣ変換部
１２ 過電流保護部
１３ ＤＣ／ＤＣ変換部
１４ 極性切替部
１５ 制御部
１６ 遅延時間設定部
１７ 判定部
１８ 記憶部
１９ 計時部
３０ 配電盤
１００ 給電システム

Claims (5)

1. ２線式の導線間に所定の直流電圧を印加して、当該導線間に接続された受電装置に電圧供給する給電装置であって、
   時間を計時する計時手段と、
   起動してから、他の給電装置と共通に設定されている規定時間より短い時間が経過した時に、前記所定の直流電圧よりも低い試験用直流電圧を前記導線間に印加し、起動してから規定時間が経過した時に、前記所定の直流電圧を印加する電圧印加手段と、
   前記導線間に過電流が流れた場合、これを検知する過電流保護手段と、
   前記電圧印加手段が前記試験用直流電圧の印加を行ってから所定時間内に、前記過電流保護手段によって前記導線間に過電流が流れたことが検知された場合、当該導線間に印加する直流電圧の極性を切り替える切替手段とを備える
   ことを特徴とする給電装置。
2. 前記給電装置は、更に、
   起動すると、前記電圧印加手段が前記試験用直流電圧を印加する前に、前記導線間に直流電圧が印加されているかどうかの検出を行う検出手段を備え、
   前記検出において直流電圧が検出された場合、前記切替手段は、印加する直流電圧の極性を、検出された直流電圧の極性と同じ極性に切り替える
   ことを特徴とする請求項１記載の給電装置。
3. 前記給電装置は、更に、
   起動中に、印加している直流電圧の極性を記憶する記憶手段を備え、
   起動を一旦停止した後、再起動したときに、前記切替手段は、前記記憶手段に記憶している極性に切り替える
   ことを特徴とする請求項１記載の給電装置。
4. 前記試験用直流電圧を前記導線間に印加開始する時間は、他の給電装置とは異なるように予め設定された時間であることを特徴とする請求項１記載の給電装置。
5. ２線式の導線間に、少なくとも１つの受電装置と、請求項１〜３のいずれかに記載の給電装置が複数、並列接続されている給電システム。

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