JP2007329046A - 直流コンセント - Google Patents

Abstract

【課題】直流コンセントにおいて、コンセント本体側の出力部に直流電圧が印加された状態でのコンセントプラグの引き抜きを防止する。
【解決手段】コンセントプラグに、先端に磁性体部分１５を有するＬ字型の通電時抜け防止極１４を設ける。通電時抜け防止極１４は、磁性体部分１５に磁力が及ばない状態では先端部が位置Ｒに付勢され、磁性体部分１５に磁力が及ぶ状態では回転して先端部が位置Ｓに変位するように構成される。コンセント本体には、コンセント本体の出力部に電圧が印加されている状態で動作する電磁石２８を設ける。電磁石２８によって発生する磁力によって通電時抜け防止極１４が回転し、これによって、コンセント本体からのコンセントプラグの抜去が防止されるようにする。
【選択図】図８

Description

本発明は、コンセントプラグとコンセント本体とから構成され、直流配電網に対してその直流配電網から直流電力の供給を受ける機器を着脱自在に電気的に接続するために用いられる直流コンセントに関する。

従来、需要家宅内の交流配電網に対して、交流電力で動作する機器を抜き差し可能に電気的に接続するために、コンセントが広く用いられている。近年、需要家宅内での配電に直流配電網を用いることが検討されている。直流配電網を導入する際には、各種の可搬型機器を抜き差し自在に接続するために、直流コンセントを設ける必要がある。ここで直流コンセントとは、直流配電網に接続するコンセント本体と、可搬型機器に接続しコンセント本体に着脱自在に差し込まれるコンセントプラグとの組み合わせからなるもののことを指す。

交流用のコンセントの場合、交流電力では数ミリ秒から十ミリ秒ごとに必ず電圧がゼロとなる瞬間が存在するため、通電状態でコンセントプラグをコンセント本体から引き抜いたとしても、アーク放電の発生が抑えられ、可搬型機器への電力供給を遮断状態とすることができる。しかしながら直流用コンセントの場合、通電状態でコンセントプラグをコンセント本体から引き抜くと、コンセント本体側の電極板（刃受け）とコンセントプラグ側の電極板（刃）との間にアーク放電が発生してこれが持続するおそれがあり、作業員の火傷や感電などのおそれや火災発生のおそれを生じる。そこで、直流コンセントでは、コンセント本体からコンセントプラグを取り外す場合に、コンセント本体からコンセントプラグが分離する前にコンセント本体内で直流電力の供給を遮断するような機構が設けられる。

図９は従来の直流コンセントの回路構成を示し、図１０はコンセントプラグの構成を示し、図１１はコンセント本体の外観を示している。図１２はこの従来の直流コンセントの動作を示す図である。

図９に示すように、コンセントプラグ１０は、正（＋）極１１と負（−）極１２とスイッチ極１３とを備えている。コンセント本体２０は、コンセントプラグ１０の正極１１及び負極１２とそれぞれ係合可能な正極２１及び負極２２と、直流配電網側と電気的に接続するための１対の入力端子２３，２４と、コンセントプラグ１０のスイッチ極１３が当接しているかしていないかに応じてＯＮ（オン）／ＯＦＦ（オフ）の信号を発生するマイクロスイッチ２５と、正側の入力端子２３と正極２１とを結ぶ導線にリレー接点２６Ａが挿入されているリレー２６と、入力端子２３，２４に接続してリレー２６に対して直流電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータ２７と、を備えている。ここで、負側の入力端子２４と負極２２とは導線によって直接接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２７は、マイクロスイッチ２５からのＯＮ／ＯＦＦの信号に基づいて動作あるいは停止するようになっている。ここで正極２１及び負極２２をコンセント本体２０の出力部３１と呼び、入力端子２３，２４をコンセント本体２０の入力部３２と呼ぶ。

図１０に示すように、コンセントプラグ１０において、正極１１と負極１２とスイッチ極１３は、同一方向に突出する棒状あるいは板（刃）状の部材として設けられている。正極１１及び負極１２は、図示しないケーブルによって、図示しない機器に電気的に接続する。

図１１に示すように、コンセント本体２０の表面には、コンセントプラグ１０が挿し込まれる領域であるコンセントプラグ挿入部４０が設けられており、コンセントプラグ挿入部４０には、コンセントプラグ挿入部４０には、コンセントプラグ１０の正極１１、負極１２及びスイッチ極１３をそれぞれ受け入れる正極口４１、負極口４２、スイッチ極口４３が設けられ、これら正極口４１、負極口４２及びスイッチ極口４３の内部には、それぞれ、コンセント本体２０の正極２１、負極２２及びマイクロスイッチ２５が配置している。さらに、コンセント本体２０の側面には、直流配電網から入力端子２３，２４に接続されるケーブル（不図示）を受け入れるための配線引き出し口４５が設けられている。

次に、図１２を用いてこの直流コンセントの動作を説明する。

コンセント本体２０においてコンセントプラグ挿入部４０にコンセントプラグ１０を差し込むと、コンセントプラグ１０の正極１１及び負極１２はコンセント本体２０の出力部３１の正極２１及び負極２２と接触する。このとき、スイッチ極１３はマイクロスイッチ２５の操作部（ボタン）に当接しておらず、マイクロスイッチ２５はＯＦＦ状態となっており、ＤＣ／ＤＣコンバータ２７が動作していないので、リレー２６も動作せず、リレー接点２６Ａは開放状態（遮断状態）となっている。したがって、コンセントプラグ１０の正極１１及び負極１２には直流電圧は印加されない。

次に、コンセントプラグ挿入部４０に差し込んだままコンセントプラグ１０を時計回りに所定角度だけ回転させることで（時計回りにひねることで）、コンセントプラグ１０のスイッチ極１３が図１２の位置Ａにまで移動してマイクロスイッチ２５の操作部（ボタン）に当接してこれを押し込む。その結果、マイクロスイッチ２５の内部接点が投入（閉結）され、これによってマイクロスイッチ２５からのＯＮ信号がＤＣ／ＤＣコンバータ２７に供給され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２７が起動してリレー２６への直流電圧の印加を開始する。その結果、リレー接点２６Ａが導通状態となり、コンセント本体２０の出力部３１（正極２１及び負極２２）に直流電圧が印加される。したがって、直流配電網から、コンセント本体２０の入力部３２（入力端子２３，２４）、出力部３１（正極２１及び負極）、コンセントプラグ１０の正極１１及び負極１２を介して、コンセントプラグ１０に接続された機器に直流電力が供給されることとなる。

コンセントプラグ１０をコンセント本体２０から引き抜くためには、まず、コンセント本体２０の出力部３１への電圧の印加を停止させる必要があるが、それには、コンセントプラグ１０を反時計回りに回転させて（反時計回りにひねって）スイッチ極を図１２の位置Ｂにまで移動させ、マイクロスイッチ２５の内部接点を開放状態（遮断状態）とする。これによりＤＣ／ＤＣコンバータ１７が動作を停止してリレー２６への電力供給を停止し、リレー接点２６Ａが遮断状態となって、コンセント本体２０の出力部３１への電圧の印加が中止される。この状態でコンセントプラグ１０をコンセント本体２０から引き抜くことで、アーク放電の発生なく、安全に、コンセントプラグ１０をコンセント本体２０から取り外すことができる。
電気学会技術報告、第１０３１号、「直流配電網のフィージビリティ」、２７〜２８頁、社団法人電気学会、２００５年８月

しかしながら、マイクロスイッチ２５が故障してＯＦＦ信号を出せない場合や、リレー接点２６Ａが故障して電流の遮断ができない場合には、コンセントプラグ１０をコンセント本体２０から取り外そうとしてコンセントプラグ１０を反時計回りに回転してスイッチ極１３を図１２の位置Ｂにまで移動させてマイクロスイッチ２５を開放状態としても、コンセント本体２０の出力部３１には直流電圧が印加されたままとなる。この場合、作業者が、コンセント本体２０の出力部３１に電圧が印加され続けていることに気付かずにコンセントプラグ１０をコンセント本体２０から抜いてしまう可能性があり、感電やアーク放電による火傷などの危険性があった。

そこで本発明の目的は、リレー接点やマイクロスイッチの故障などがあっても、コンセント本体の出力部（正極及び負極）に電圧が印加された状態ではコンセントプラグをコンセント本体から引き抜けないようにした直流コンセントを提供することにある。

本発明の直流コンセントは、正極、負極、スイッチ極及び通電時抜け防止極を有するコンセントプラグと、コンセントプラグが着脱可能なコンセント本体とから構成され、コンセント本体は、コンセントプラグの正極及び負極とそれぞれと接触可能な本体側正極及び本体側負極を有する出力部と、出力部に接続する主回路の接続・遮断を行うリレー接点と、リレー接点を動作させるリレーと、リレーに電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、スイッチ極の当接の有無に応じてＤＣ／ＤＣコンバータにＯＮ／ＯＦＦの信号を送信してＤＣ／ＤＣコンバータの出力開始及び停止を制御するマイクロスイッチと、出力部に直流電圧が印加されている状態で通電時抜け防止極に作用する作用手段と、を備え、作用手段が通電時抜け防止極に作用している状態では通電時抜け防止極がコンセント本体から抜け出せないように構成され、これによって、出力部に電圧が印加されている状態ではコンセント本体からのコンセントプラグの抜去が防止される。

本発明では、コンセント本体の出力部に直流電圧が印加されているときには通電時抜け防止極が動作してコンセントプラグの抜去が防止されるので、作業者は、感電やアーク放電による火傷などの心配なく、作業を行うことができるようになる。

本発明の直流コンセントでは、コンセント本体出力部に電圧が印加されている状態ではコンセントプラグが抜けないようにすることで、作業者の安全が確保される。

次に、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の一形態の直流コンセントにおけるコンセントプラグの構成を示し、図２はこのコンセントプラグに設けられる通電時抜け防止極の構成を示し、図３はこの直流コンセントにおけるコンセント本体の外観を示し、図４はこの直流コンセントの回路構成を示している。

本実施形態の直流コンセントは、図９〜図１２に示した従来の直流コンセントにおいて、コンセントプラグ１０に通電時抜け防止極１４を設け、コンセント本体２０に電磁石２８と通電時抜け防止極口４４とを設けたものである。本実施形態の直流コンセントを示す図１〜図８において、図９〜図１２におけるものと同じ構成要素には、同じ参照符号が付与されている。

通電時抜け防止極１４は、図１に示すように、コンセントプラグ１０において正極１１、負極１２及びスイッチ極１３に近接して設けられており、正極１１、負極１２及びスイッチ極１３と延びる方向と同じ方向に延びる第１の部分と、この第１の部分の先端において第１の部分に直交する方向に延びる第２の部分とからなるＬ字型の形状を有している。第２の部分の先端部は磁性体からなる磁性体部分１５であり、通電時抜け防止極１４の残余の部分は非磁性体から構成されている。通電時抜け防止極１４は、その第１の部分を回転軸（軸Ｘとする）として、軸Ｘの周りに例えば９０°の回転角で回転できるように構成されている。具体的には、通電時抜け防止極１４の根元には通電時抜け防止極１４を付勢するバネ１６が設けられており、外力が作用しない状態では、通電時抜け防止極１４の先端部が位置Ｒに位置し、外部から力が加わると、例えば、磁性体部分１５に磁力が加わると、軸Ｘの周りに９０°回転して通電時抜け防止極１４の先端部が位置Ｓに位置するように構成されている。外部からの力の印加がなくなると、バネ１６の作用によって通電時抜け防止極１４の先端部は位置Ｒに戻ることになる。

コンセント本体２０の通電時抜け防止極口４４は、コンセントプラグ１０がコンセント本体２０のコンセントプラグ挿入部４０に挿し込まれたときに、上述した通電時抜け防止極１４を受け入れるためのものである。ここで通電時抜け防止極４４は、バネ１６の作用によって先端部が位置Ｒにある状態の通電時抜け防止極１４を受け入れるような形状を有している。通電時抜け防止極１４が通電時抜け防止極口４４に挿し込まれた状態で、通電磁抜け防止極１４の先端部（磁性体部分１５）に外力が加わって通電時抜け防止極１４が回転し、その先端部が位置Ｓに位置するようになった場合には、通電時抜け防止極１４の先端部が引っ掛かることによって通電磁抜け防止極口４４から通電時抜け防止極１４が抜けないように、通電時抜け防止極口４４は構成されている。

電磁石２８は、通電時抜け防止極口４４の内部に配置するとともに、コンセント本体２０の出力部３１、すなわち正極２１と負極２２とに電気的に接続している。そして、正極２１と負極２２との間に直流電圧が印加されている場合に、電磁石２８は、通電磁抜け防止極口４４内の通電時抜け防止極１４の磁性体部分１５に対して作用し、通電時抜け防止極１４を上述した位置Ｓにまで回転させる磁力を発生する。

次に、この直流コンセントの動作を説明する。

コンセント本体２０においてコンセントプラグ挿入部４０にコンセントプラグ１０を差し込むと、コンセントプラグ１０の正極１１及び負極１２はコンセント本体２０の出力部３１の正極２１及び負極２２と接触する。このとき、スイッチ極１３はマイクロスイッチ２５の操作部（ボタン）に当接しておらず、マイクロスイッチ２５は投入されずにＯＦＦ状態となっている。コンセント本体２０の出力部３１には直流電圧が印加されていないため、図５に示すように、電磁石２８は磁力を発生せず、通電時抜け防止極１４の先端部はは電磁石２８側に引き寄せられない。この状態では、コンセントプラグ１０を引き抜くことが可能である。

次に、コンセントプラグ挿入部４０に差し込んだままコンセントプラグ１０を時計回りに所定角度だけ回転させることで（時計回りにひねることで）、コンセントプラグ１０のスイッチ極１３がマイクロスイッチ２５のボタンに当接し、マイクロスイッチ２５がオン状態すなわち投入される。その結果、従来の場合と同様にリレー接点２６Ａが閉結して（導通状態となって）、出力部３１に直流電圧が印加されることになる。この結果、電磁石２８に電流が流れて電磁石２８は磁力を発生し、図６に示すように、通電時抜け防止極１４は、軸Ｘを中心に回転して先端（磁性体部分１５）が電磁石２８に引き寄せられる。

その後、コンセントプラグ１０をコンセント本体２０から引き抜くためには、まず、コンセント本体２０の出力部３１への電圧の印加を停止させる必要があるが、それには、コンセントプラグ１０を反時計回りに回転させて、マイクロスイッチ２５の内部接点を開放状態（遮断状態）とする。マイクロスイッチ２５が開放状態となってリレー接点２６Ａが正常に回路を遮断したときには、コンセント本体２０の出力部３１には直流電力が印加されていないため、電磁石２８は磁力を発生しない。このため、通電時抜け防止極１４には電磁石２８による力が加わっておらず、図７に示すように、バネ１６のために通電時抜け防止極１４は回転する前の位置（位置Ｒ）に戻る。したがって、コンセントプラグ１０をコンセント本体２０から引き抜くことができる。

ここで、スイッチ極１３がマイクロスイッチ２５のボタンから離れ、マイクロスイッチ２５が本来ならば開放状態となっている場合に、マイクロスイッチ２５自体の故障によって、あるいはマイクロスイッチ２５は開放状態となっているがリレー接点２６Ａにおける故障によって、リレー接点２６Ａが正常に回路を遮断できなかった場合のことを考える。この場合には、コンセント本体２０の出力部３１に直流電圧が印加されているため、電磁石２８は磁力を発生し続けており、そのため、通電時抜け防止極１４の先端部は、図８に示すように、電磁石２８に引き付けられ続けている。この状態では、コンセントプラグ１０をコンセント本体２０から引き抜こうとしても、通電時抜け防止極１４がコンセント本体２０に引っ掛かることとなって、引き抜くことができない。したがって、出力部３１に直流電力が印加されている状態でのコンセントプラグ１０のコンセント本体２０からの抜去を防止することができる。

ここで、コンセント本体２０への給電を停止するなどしたことによりコンセント本体２０の出力部３１への電圧印加が停止すると、通電時抜け防止極１４は初期位置（位置Ｒ）に戻り、図７に示した場合と同様に、コンセントプラグ１０をコンセント本体２０から引き抜くことが可能になる。

以上、本発明の好ましい実施形態の直流コンセントを説明したが、本発明の直流コンセントでは、コンセントプラグ１０側の通電時抜け防止極１４として、先端部に磁性体部分を有しないものを使用することができる。その場合には、コンセント本体２０において、上述した電磁石の代わりに、コンセント本体２０の出力部３１に電圧が印加されている状態で通電時抜け防止極１４を回転させてその先端部を初期位置（位置Ｒ）とは異なる位置（位置Ｓ）に変位させるモータを使用することができる。

本発明の一形態の直流コンセントにおけるコンセントプラグの構成を示す図であって、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は図１（Ａ）の矢印Ｐから見た図である。 コンセントプラグにおける通電時抜け防止極の構成を示す図であって、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は図２（Ａ）の矢印Ｐから見た図である。 本発明の一形態の直流コンセントにおけるコンセント本体の外観を示す斜視図である。 本発明の一形態の直流コンセントの回路構成を示す回路図である。 直流コンセントの動作を説明する図であって、マイクロスイッチが投入される前の状態を示す図である。 直流コンセントの動作を説明する図であって、マイクロスイッチが投入された時点での状態を示す図である。 直流コンセントの動作を説明する図であって、マイクロスイッチが開放されて出力部に電圧が印加されなくなった状態を示す図である。 直流コンセントの動作を説明する図であって、マイクロスイッチが開放されたが出力部に電圧が印加され続けている状態を示す図である。 従来の直流コンセントの回路構成を示す回路図である。 従来の直流コンセントにおけるコンセントプラグの構成を示す図であって、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は図１０（Ａ）の矢印Ｐから見た図である。 従来の直流コンセントにおけるコンセント本体の外観を示す斜視図である。 従来の直流コンセントの動作を説明する図である。

符号の説明

１０ コンセントプラグ
１１，２１ 正極
１２，２２ 負極
１３ スイッチ極
１４ 通電時抜け防止極
１５ 磁性体部分
１６ バネ
２０ コンセント本体
２３，２４ 入力端子
２５ マイクロスイッチ
２６ リレー
２６Ａ リレー接点
２７ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２８ 電磁石
３１ 出力部
３２ 入力部
４０ コンセントプラグ挿入部
４１ 正極口
４２ 負極口
４３ スイッチ極口
４４ 通電時抜け防止極口
４５ 配線引き出し口

Claims (3)

1. 正極、負極、スイッチ極及び通電時抜け防止極を有するコンセントプラグと、前記コンセントプラグが着脱可能なコンセント本体とから構成され、
   前記コンセント本体は、前記コンセントプラグの正極及び負極とそれぞれと接触可能な本体側正極及び本体側負極を有する出力部と、前記出力部に接続する主回路の接続・遮断を行うリレー接点と、前記リレー接点を動作させるリレーと、前記リレーに電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記スイッチ極の当接の有無に応じて前記ＤＣ／ＤＣコンバータにＯＮ／ＯＦＦの信号を送信して前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力開始及び停止を制御するマイクロスイッチと、前記出力部に直流電圧が印加されている状態で前記通電時抜け防止極に作用する作用手段と、を備え、
   前記作用手段が前記通電時抜け防止極に作用している状態では前記通電時抜け防止極が前記コンセント本体から抜け出せないように構成され、これによって、前記出力部に電圧が印加されている状態では前記コンセント本体からの前記コンセントプラグの抜去が防止される、直流コンセント。
2. 前記通電時抜け防止極は、先端のみ磁性体で形成されたＬ字型に形成され、前記磁性体に磁力が及ばない状態では前記先端が第１の位置に付勢され、前記磁性体に磁力が及ぶ状態では前記先端が第２の位置に変位するように回転可能に構成され、
   前記作用手段は、前記コンセント本体の出力部に電圧が印加されている状態で動作する電磁石であり、
   前記電磁石によって発生する磁力によって前記通電時抜け防止極が回転して前記先端が前記第２の位置に移動し、これによって、前記コンセント本体からの前記コンセントプラグの抜去が防止される、請求項１に記載の直流コンセント。
3. 前記通電時抜け防止極は、Ｌ字型に形成されるとともに、初期状態では通電時抜け防止極の先端が初期位置に付勢されるように回転可能に保持され、
   前記作用手段は、前記コンセント本体の出力部に電圧が印加されている状態で前記通電時抜け防止極を回転させて前記先端を前記初期位置とは異なる位置に変位させるモータであり、
   前記モータによって前記先端の位置が変位することによって、前記コンセント本体からの前記コンセントプラグの抜去が防止される、請求項１に記載の直流コンセント。

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