JP2007174812A - 給電システム、給電装置及び終端装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動的に各給電装置が極性を揃えて所定の電圧を２線式の導体線間に印加するようにした給電システムを提供する。
【解決手段】終端装置の各端子と接続された２線式の導体線に対して、各給電装置は、起動すると試験信号をいずれか一方の導体線に送信し（Ｓ１）、その導体線から検出された電圧が、予め記憶している閾値である極性決定電圧より大きいか小さいかによって、極性を決定する（Ｓ２）。そして、各給電装置は、規定時間後に、決定された極性で動作電圧の印加を開始する（Ｓ３）。
【選択図】図６

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技術に関する。

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、誤接続することがある。

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、自動的に各給電装置が極性を揃えて所定の電圧を導体線間に印加するようにした給電システム、給電装置及び終端装置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、当該導線間に所定の直流電圧を印加して当該受電装置に電圧を供給する複数の給電装置とが並列に接続され、終端装置が各導線に接続されてなる給電システムであって、前記終端装置は、前記各導線と接続された第１の端子及び第２の端子と、
第１の端子とアースとの間に接続された第１インピーダンス値を有する第１のインピーダンス部と、
第２の端子とアースとの間に接続された前記第１インピーダンス値とは異なる第２インピーダンス値を有する第２のインピーダンス部とを備え、前記各給電装置は、起動すると、前記受電装置が動作しない前記所定の電圧よりも低い電圧の試験信号を前記導線のいずれか一方に送信する信号送信手段と、前記試験信号が送信された導線から電圧の検出を行う検出手段と、前記検出結果に基づいて、前記導線間に印加する直流電圧の極性を切り替える極性切替手段とを備えることを特徴とする。

上記構成の給電システムでは、２線式の導線の端部に終端装置が接続されており、終端装置には、インピーダンスがそれぞれ異なる第１及び第２のインピーダンス部が、第１の端子とアースとの間、第２の端子とアースとの間にそれぞれ接続されているため、第１の端子と接続した導線と第２の端子と接続した導線のそれぞれに同じ試験信号を送信した場合、各導線から検出される電圧は異なることになる。

よって、検出された電圧の大きさによって、終端装置の第１及び第２の端子と接続された２線式の導線のうち、どちらをプラス若しくはマイナスの極性で電圧印加するかを、各給電装置共通で予め決めておくことで、各給電装置は、極性を揃えることができる。
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、電圧の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、起動すると、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、前記信号送信手段は、前記記憶手段に極性の記憶がない場合に、起動してから所定時間待機し、その間に前記検出手段によって直流電圧の印加を検出することができなければ、前記試験信号を前記導線のいずれか一方に送信するとしてもよい。

この構成により、導線に給電されている状態で更に試験信号を送信することを抑制し、導線を用いて行われている可能性がある通信の阻害を防止することができる。
また、前記終端装置は、前記２線式の導線のいずれか一方に所定の直流電圧が印加されたときに、前記第１のインピーダンス部とアース間、及び前記第２のインピーダンス部とアース間の接続を切り離すスイッチング手段を更に備えるとしてもよい。

この構成により、導線間に所定の直流電圧が印加されると、各端子と接続されている第１及び第２のインピーダンス部と、アースとの接続が自動的に切断されるため、試験信号による極性の判定後、所定の直流電圧を印加することで電圧供給を開始することができる。

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、終端装置７、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。
終端装置７は、導体線１０、２０と接続されている。
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切り替えることで、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。
給電装置１〜３は、配電盤３０から商用交流電圧の供給を受けると、まず、試験信号を導体線１０、２０のいずれか一方に送信し、その送信した導体線の電圧を検出することで印加する直流電圧の極性を決定し、その後、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、導体線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。
終端装置７は、導体線１０、２０それぞれの末端のインピーダンスの不整合に伴う信号の反射、 そしてそれによる波形の歪みを防ぐ機能を有すると共に、各給電装置が印加する直流電圧の極性を揃えるための機能を有する。詳細な構成については後述する。

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、電源部１１、極性切替部１２、制御部１３、試験信号送信部１６、試験信号検出部１７を備える。

電源部１１は、制御部１３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ＡＣ／ＤＣ変換する機能と、得られた直流電圧を所望の電圧に変換するＤＣ／ＤＣ変換する機能、また、導体線１０、２０間に過電流が発生するとこれを遮断する過電流保護機能を有している。
極性切替部１２は、制御部１３からの制御に基づいて、電源部１１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。

試験信号送信部１６は、制御部１３からの制御に基づいて、各受電装置４〜６が動作する動作電圧より低い電圧の交流信号を生成して、導体線１０、２０のうちのいずれか一方に送信する機能を有する。図２に示す接続状況によれば、試験信号送信部１６は、導体線１０に試験信号を送信する。
試験信号検出部１７は、試験信号送信部１６によって試験信号が送信された導体線から、電圧の検出を行う機能を有する。検出結果は、制御部１３に出力される。

制御部１３は、電源部１１、極性切替部１２及び試験信号送信部１６を制御する機能を有し、記憶部１４、極性判断部１５を有する。
記憶部１４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、極性決定電圧を記憶している。
極性フラグは、電圧の極性を切り替えるための情報であり、給電装置１の出荷時にはデフォルトの極性フラグが設定されている。

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。
極性決定電圧は、閾値であり、試験信号検出部１７が検出した電圧が極性決定電圧より高いか若しくは低いかを判断するのに用いる。

極性判断部１５は、試験信号検出部１７が検出した電圧と、極性決定電圧とに基づいて極性を判断し、記憶部１８に記憶されている極性フラグの書き換えを行う。
例えば、検出した電圧が極性決定電圧より高い値である場合、極性判断部１５は、極性フラグを１に書き換え、検出した電圧が極性決定電圧より低い値である場合、極性フラグを０に書き換える。

制御部１３は、記憶部１４に記憶されている極性フラグに基づいて、極性切替部１２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。
図３は、極性切替部１２の回路構成を示す図である。
極性切替部１２は、ｎｐｎ型トランジスタ１２１、１２３、ｐｎｐ型トランジスタ１２２、１２４を有し、制御部１３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１２が、制御部１３から、ｎｐｎ型トランジスタ１２１とｐｎｐ型トランジスタ１２２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１２３とｐｎｐ型トランジスタ１２４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１２１をオン、 ｎｐｎ型トランジスタ１２３をオフ、ｐｎｐ型トランジスタ１２２をオフ、ｐｎｐ型トランジスタ１２４をオンの状態にし、電源部１１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１２１とｐｎｐ型トランジスタ１２２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１２３とｐｎｐ型トランジスタ１２４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１３から受けることで、極性切替部１２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。

図４は、終端装置７の回路構成を示す図である。
端子７１と端子７２の間には、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１が直列に接続され、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１とを接続する配線の中点から、コンデンサＣ２と抵抗Ｒ２とが並列に接続され、コンデンサＣ２及び抵抗Ｒ２とアースとの間に、スイッチ素子７０が接続されている。抵抗Ｒ２は、コンデンサＣ１、Ｃ２のインピーダンスに比べて十分大きい抵抗値を有しており、例えば、１００ＫΩである。

スイッチ７０は、動作電圧がかかるとアースとの接続を切断する機能を有するデプレッション型Ｐ−ＭＯＳ素子である。規定の電圧以上が印加されると機械的にアースから切り離す、コンパレータと機械式のリレーから成る機構等を用いてもよい。
端子７１とスイッチ素子７０との間のインピーダンスＺ１は、等価的にＺ１＝Ｒ１＋１／（ｊωＣ２）で求まる。

また、端子７２とスイッチ素子７０との間のインピーダンスＺ２は、等価的にＺ２＝１／（ｊωＣ１）＋１／（ｊωＣ２）で求まる。
図５の（ａ）は、終端装置７の端子７１と接続された導体線１０に対して、給電装置１の試験信号送信部１６が試験信号を送信する接続状況における等価回路図を示す。
図５の（ｂ）は、終端装置７の端子７２と接続された導体線２０に対して、給電装置２の試験信号送信部２６が試験信号を送信する接続状況における等価回路図を示す。

試験信号送信部１６及び２６はいずれも、同じ周波数、同じ電圧の試験信号を送信する。
また、試験信号の電圧が動作電圧以下であることから、スイッチ素子７０は、アースとの接続を維持する。
インピーダンスＺ１のインピーダンス値は、図５の（ａ）に示す接続状況で給電装置１が試験信号を送信した場合に、試験信号検出部１７が検出する電圧が極性決定電圧より大きくなるように設定されている。

よって、図５の（ａ）の接続状況で試験信号を送信して、導体線１０から電圧の検出を行うと、極性決定電圧より大きい電圧が検出されるので、極性判断部１５は、極性フラグを１とする書き込みを行い、制御部１３は、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切替部１２に極性切替信号を送信する。
一方、インピーダンスＺ２のインピーダンス値は、 図５の（ｂ）に示す接続状況で給電装置２が試験信号を送信した場合に、試験信号検出部２７が検出する電圧が極性決定電圧より小さくなるように設定されている。

よって、図５の（ｂ）の接続状況で試験信号を送信して、導体線２０から電圧の検出を行うと、極性決定電圧より小さい電圧が検出されるので、給電装置２は極性フラグを１とする書き込みを行って、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。
＜動作＞
次に、給電装置１の動作について説明する。

図６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、給電装置１の制御部１３は、試験信号送信部１６に対して試験信号を送信させる指示を行い、その指示に基づいて試験信号送信部１６は、試験信号を送信する（ステップＳ１）。

試験信号検出部１７は、試験信号が送信された導体線から電圧の検出を行い、極性判断部１５は、検出された電圧が極性決定電圧より大きいか小さいかによって、極性を決定する（ステプＳ２）。
規定時間後、給電装置１は、決定された極性で動作電圧の印加を開始する（ステップＳ３）。

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＞
変形例である給電装置１Ａについて説明する。

図７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１８が新たに備わっている点である。
極性切替部１２Ａは、極性検出部１８からの入力を受け付ける点が、上述の極性切替部１２と異なる。
極性検出部１８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８は、極性検出部１８の回路構成を示す図である。
ＯＰアンプ１８１、１８２を用いて、導体線１０、２０間に直流電圧が印加されているか
どうかを検出する。ＯＰアンプ１８１、１８２の出力は、極性切替部１２Ａに入力され、極性の切り替えに用いられる。

この給電装置１Ａを用いることで、導体線１０、２０間に既に動作電圧が印加されていることが検出されれば、その極性に合わせて、動作電圧の極性決定を行う。
図９は、給電装置１Ａの動作を示すフロー図である。
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１Ａが起動すると、給電装置１の制御部１３は、記憶部１４に極性の記憶が残っているかどうか確認する（ステップＳ１１）。記憶されていれば（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、その極性で動作電圧を印加することを極性判断部１５は決定すし（ステップＳ１６）、規定時間後、給電装置１Ａは、決定された極性で動作電圧の印加を開始する（ステップＳ１８）。

極性が記憶されていない場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、制御部１３は、所定時間、極性検出部１８が導体線１０、２０間から直流電圧を検出するかどうかを待つ待機状態となる（ステップＳ１２）。
所定時間内に導体線１０、２０間から電圧が検出された場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、極性判断部１５は、導体線１０、２０間に印加されている電圧の極性に合わせて、極性を決定し（ステップＳ１７）、規定時間後、給電装置１Ａは、決定された極性で動作電圧の印加を開始する（ステップＳ１８）。

所定時間内に導体線１０、２０間から電圧が検出されなかった場合（ステップＳ１３：ＮＯ）、制御部１３は、試験信号送信部１６に対して試験信号を送信させる指示を行い、その指示に基づいて試験信号送信部１６は、試験信号を送信する（ステップＳ１４）。
試験信号検出部１７は、試験信号が送信された導体線から電圧の検出を行い、極性判断部１５は、検出された電圧が極性決定電圧より大きいか小さいかによって、極性を決定する（ステプＳ１５）。

規定時間後、給電装置１Ａは、決定された極性で動作電圧の印加を開始する（ステップＳ１８）。
＜補足＞
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。すなわち、
（１）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。
（２）終端装置７の回路構成は上述の回路構成に限定されず、導体線１０、２０と接続するための終端装置の各端子に、それぞれインピーダンス値が異なるインピーダンス部がアースとの間に接続されている構成のものであればよい。
（３）各給電装置１〜３が送信する試験信号は、交流信号に限らず、直流信号であってもよい。
（４）上述の実施の形態では、終端装置７を、導体線１０、２０の端部に接続していたが、導体線１０、２０のどの部分に接続してもよい。
（５）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。 終端装置７の回路構成を示す図である。 （ａ）終端装置７の端子７１と接続された導体線１０に対して、給電装置１の試験信号送信部１６が試験信号を送信する接続状況における等価回路図である。（ｂ）終端装置７の端子７２と接続された導体線２０に対して、給電装置２の試験信号送信部２６が試験信号を送信する接続状況における等価回路図である。 給電装置１の動作を示すフロー図である。 給電装置１Ａの構成を示す図である。 極性検出部１８の回路構成を示す図である。 給電装置１Ａの動作を示すフロー図である。

符号の説明

１〜３ 給電装置
４〜６ 受電装置
７ 終端装置
１０、２０ 導体線
１１ 電源部
１２ 極性切替部
１３ 制御部
１４ 記憶部
１５ 極性判断部
１６ 試験信号送信部
１７ 試験信号検出部
３０ 配電盤
７０ スイッチ
１００ 給電システム

Claims (6)

1. ２線式の導線間に、少なくとも１つの受電装置と、当該導線間に所定の直流電圧を印加して当該受電装置に電圧を供給する複数の給電装置とが並列に接続され、終端装置が各導線に接続されてなる給電システムであって、
   前記終端装置は、
   前記各導線と接続された第１の端子及び第２の端子と、
   第１の端子とアースとの間に接続された第１インピーダンス値を有する第１のインピーダンス部と、
   第２の端子とアースとの間に接続された前記第１インピーダンス値とは異なる第２インピーダンス値を有する第２のインピーダンス部とを備え、
   前記各給電装置は、
   起動すると、前記受電装置が動作しない前記所定の電圧よりも低い電圧の試験信号を前記導線のいずれか一方に送信する信号送信手段と、
   前記試験信号が送信された導線から電圧の検出を行う検出手段と、
   前記検出結果に基づいて、前記導線間に印加する直流電圧の極性を切り替える極性切替手段とを備える
   ことを特徴とする給電システム。
2. 終端装置が接続された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を供給する給電装置であって、
   起動すると、前記受電装置が動作しない前記所定の電圧よりも低い電圧の試験信号を前記導線のいずれか一方に送信する信号送信手段と、
   前記試験信号が送信された導線から電圧の検出を行う検出手段と、
   前記検出結果に基づいて、前記導線間に印加する直流電圧の極性を切り替える極性切替手段とを備える
   ことを特徴とする給電装置。
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２記載の給電装置。
4. 前記給電装置は、更に、
   起動すると、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、
   前記信号送信手段は、前記記憶手段に極性の記憶がない場合に、起動してから所定時間待機し、その間に前記検出手段によって直流電圧の印加を検出することができなければ、前記試験信号を前記導線のいずれか一方に送信することを特徴とする請求項３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、当該導線間に所定の直流電圧を印加して当該受電装置に電圧を供給する複数の給電装置とが並列に接続された給電システムに用いられる終端装置であって、
   前記各導線と接続する第１の端子及び第２の端子と、
   第１の端子とアースとの間に接続された第１インピーダンス値を有する第１のインピーダンス部と、
   第２の端子とアースとの間に接続された前記第１インピーダンス値とは異なる第２インピーダンス値を有する第２のインピーダンス部とを備える
   ことを特徴とする終端装置。
6. 前記２線式の導線のいずれか一方に所定の直流電圧が印加されたときに、前記第１のインピーダンス部とアース間、及び前記第２のインピーダンス部とアース間の接続を切り離すスイッチング手段を更に備えることを特徴とする請求項４記載の終端装置。

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