JP2009146779A - 直流接続装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 プラグの接続端子とコンセントの接続部を開離するに際して、接続端子と接続部の間で直流電流により生じるアークが露出することを確実に防止することのできる直流接続装置を提供する。
【解決手段】 直流駆動される電気機器に使用される接続端子を有するＤＣ配電用のプラグと、上記プラグの接続端子に電気接続される接続部５を有するＤＣ配電用のコンセント１とから成る直流接続装置である。上記コンセント１に対して上記プラグを回転させることにより上記プラグの接続端子と上記コンセント１の接続部５を開離させた後に、上記コンセント１に対して上記プラグを離間可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＤＣ配電用のプラグ及びコンセントから成る直流接続装置に関する。

従来からＡＣ配電用の接続装置として、電気機器に使用される接続端子を有するＡＣ配電用のプラグと、上記プラグの各接続端子が電気接続される接続部を有するＡＣ配電用のコンセントとから成るものが周知である（例えば特許文献１参照）。

ところで、通電中に上記コンセントから上記プラグを引き抜いて離間させ、上記プラグの接続端子を上記コンセントの接続部から開離させた場合には、接続端子と接続部の間でアークが生じることになる。ここで生じるアークは交流によるものであるため、アークが露出しても安全性等に殆ど影響はないが、上記のＡＣ配電用の直流接続装置をＤＣ配電に適用しようとする場合には、直流電流によるアークが露出することとなり、安全性等の面で影響を与える恐れがある。
特開平１０−３２６６５６号公報

本発明は上記問題点に鑑みて発明したものであって、プラグの接続端子とコンセントの接続部を開離するに際して、接続端子と接続部の間で直流電流により生じるアークが露出することを確実に防止することのできる直流接続装置を提供することを、課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明を、直流駆動される電気機器１０２に使用される接続端子３を有するＤＣ配電用のプラグ２と、上記プラグ２の接続端子３に電気接続される接続部５を有するＤＣ配電用のコンセント１とから成る直流接続装置であって、上記コンセント１に対して上記プラグ２を回転させることにより上記プラグ２の接続端子３と上記コンセント１の接続部５を開離させた後に、上記コンセント１に対して上記プラグ２を離間可能に設けたものとする。

このようにすることで、通電中にプラグ２を回転させて該プラグ２の接続端子３をコンセント１の接続部５から開離させた場合には、該回転中に接続端子３と接続部５の間に直流電流のアークは生じるものの、この段階ではまだプラグ２はコンセント１から離間可能となっていないので該アークが外部に露出することはない。

請求項１に係る発明は、プラグを回転させて接続端子と接続部とを開離させた後でないと、プラグをコンセントから離間させることができないので、通電中にプラグをコンセントから抜いて接続端子と接続部との間でアークが生じる場合であっても、この直流電流によるアークが外部に露出することがないという効果を奏する。

以下、本発明の実施形態における一例の直流接続装置を図に基づいて説明する。まず、本例の直流接続装置を用いて構成した直流配電システム全体について図４に基づいて説明し、次いで、直流接続装置について図１〜図３に基づいて更に詳述する。

以下に説明する直流配電システムの実施形態は、本発明を適用する建物として戸建て住宅の家屋を想定して説明するが、本発明の技術思想を集合住宅に適用することを妨げるものではない。家屋Ｈには、図４に示すように、直流電力を出力する直流電力供給部１０１と、直流電力により駆動される負荷としての電気機器１０２とが設けられ、直流電力供給部１０１の出力端部に接続した直流供給線路Ｗｄｃを通して電気機器１０２に直流電力が供給される。直流電力供給部１０１と電気機器１０２との間には、直流供給線路Ｗｄｃに流れる電流を監視し、異常を検知したときに直流供給線路Ｗｄｃ上で直流電力供給部１０１から電気機器１０２への給電を制限ないし遮断する直流ブレーカ１１４が設けられる。

直流供給線路Ｗｄｃは、直流電力の給電路であるとともに通信路としても兼用されており、高周波の搬送波を用いてデータを伝送する通信信号を直流電圧に重畳することにより直流供給線路Ｗｄｃに接続された機器間での通信を可能にしている。この技術は、交流電力を供給する電力線において交流電圧に通信信号を重畳させる電力線搬送技術と類似した技術である。

直流供給線路Ｗｄｃは、直流電力供給部１０１を介して宅内サーバ１１６に接続される。宅内サーバ１１６は、宅内の通信網（以下、「宅内網」という）を構築する主装置であり、宅内網において電気機器１０２が構築するサブシステムなどと通信を行う。

図示例では、サブシステムとして、パーソナルコンピュータ、無線アクセスポイント、ルータ、ＩＰ電話機のような情報系の電気機器１０２からなる情報機器システムＫ１０１、照明器具のような照明系の電気機器１０２からなる照明システムＫ１０２，Ｋ１０５、来客対応や侵入者の監視などを行う電気機器１０２からなる玄関システムＫ１０３、火災感知器のような警報系の電気機器１０２からなる住警器システムＫ１０４などがある。各サブシステムは、自立分散システムを構成しており、サブシステム単独でも動作が可能になっている。

上述した直流ブレーカ１１４は、サブシステムに関連付けて設けられており、図示例では、情報機器システムＫ１０１、照明システムＫ１０２および玄関システムＫ１０３、住警器システムＫ１０４、照明システムＫ１０５に関連付けて４個の直流ブレーカ１１４を設けている。１台の直流ブレーカ１１４に複数個のサブシステムを関連付ける場合には、サブシステムごとに直流供給線路Ｗｄｃの系統を分割する接続ボックス１２１が設けられる。図示例においては、照明システムＫ１０２と玄関システムＫ１０３との間に接続ボックス１２１が設けられている。

情報機器システムＫ１０１としては、壁コンセントあるいは床コンセントの形態で家屋Ｈに先行配置（家屋Ｈの建築時に施工）されるＤＣ配電用のコンセント１に接続される電気機器１０２からなる情報機器システムＫ１０１が設けられる。コンセント１の更に詳細な構成については後述する。

照明システムＫ１０２、Ｋ１０５としては、家屋Ｈに先行配置される照明器具（電気機器１０２）からなる照明システムＫ１０２と、天井に先行配置される引掛シーリング１３２に接続する照明器具（電気機器１０２）からなる照明システムＫ１０５とが設けられる。引掛シーリング１３２には、家屋Ｈの内装施工時に施工業者が照明器具を取り付けるか、または家人自身が照明器具を取り付ける。

照明システムＫ１０２を構成する電気機器１０２である照明器具に対する制御の指示は、赤外線リモコン装置を用いて与えるほか、直流供給線路Ｗｄｃに接続されたスイッチ１４１から通信信号を用いて与えることができる。すなわち、スイッチ１４１は電気機器１０２とともに通信の機能を有している。また、スイッチ１４１の操作によらず、宅内網の別の電気機器１０２あるいは宅内サーバ１１６から通信信号により制御の指示がなされることもある。照明器具への指示には、点灯、消灯、調光、点滅点灯などがある。

上述したコンセント１、引掛シーリング１３２には、任意の電気機器１０２を接続することができ、接続された電気機器１０２に直流電力を出力するから、以下ではコンセント１、引掛シーリング１３２を区別する必要がない場合には「直流アウトレット」と呼ぶ。

これらの直流アウトレットは接触式で給電を行う。直流アウトレットに接続された電気機器１０２が通信機能を有する場合には、直流供給線路Ｗｄｃを通して通信信号を伝送することが可能になる。電気機器１０２だけではなく直流アウトレットにも通信機能が設けられている。

宅内サーバ１１６は、宅内網に接続されるだけではなく、インターネットを構築する広域網ＮＴに接続される接続口を有している。宅内サーバ１１６が広域網ＮＴに接続されている場合には、広域網ＮＴに接続されたコンピュータサーバであるセンタサーバ２００によるサービスを享受することができる。

センタサーバ２００が提供するサービスには、広域網ＮＴを通して宅内網に接続された機器（主として電気機器１０２であるが通信機能を有した他の機器も含む）の監視や制御を可能にするサービスがある。このサービスにより、パーソナルコンピュータ、インターネットＴＶ、移動体電話機などのブラウザ機能を備える通信端末（図示せず）を用いて宅内網に接続された機器の監視や制御が可能になる。

宅内サーバ１１６は、広域網ＮＴに接続されたセンタサーバ２００との間の通信と、宅内網に接続された機器との間の通信との両方の機能を備え、宅内網の機器に関する識別情報（ここでは、ＩＰアドレスを用いるものとする）の取得の機能を備える。

宅内サーバ１１６は、センタサーバ２００との通信機能を用いることにより、広域網ＮＴに接続された通信端末からセンタサーバ２００を通して宅内の機器の監視や制御を可能にする。センタサーバ２００は、宅内の機器と広域網ＮＴ上の通信端末とを仲介する。

通信端末から宅内の機器の監視や制御を行う場合は、監視や制御の要求をセンタサーバ２００に記憶させ、宅内の機器は定期的に片方向のポーリング通信を行うことにより、通信端末からの監視や制御の要求を受信する。この動作により、通信端末から宅内の機器の監視や制御が可能になる。

また、宅内の機器において火災検知など通信端末に通知すべきイベントが生じたときには、宅内の機器からセンタサーバ２００に通知し、センタサーバ２００から通信端末に対して電子メールによる通知を行う。

宅内サーバ１１６における宅内網との通信機能のうち重要な機能は、宅内網を構成する機器の検出と管理である。宅内サーバ１１６では、ＵＰｎＰ（Universal Plug and Play）を応用して宅内網に接続された機器を自動的に検出する。宅内サーバ１１６はブラウザ機能を有する表示器１１７を備え、検出した機器の一覧を表示器１１７に表示する。この表示器１１７はタッチパネル式もしくは操作部が付設された構成を有し、表示器１１７の画面に表示された選択肢から所望の内容を選択する操作が可能になっている。したがって、宅内サーバ１１６の利用者（施工業者あるいは家人）は、表示器１１７の画面上で機器の監視ないし制御が可能になる。表示器１１７は宅内サーバ１１６とは分離して設けてもよい。

宅内サーバ１１６では、機器の接続に関する情報を管理しており、宅内網に接続された機器の種類や機能とアドレスとを把握する。したがって、宅内網の機器を連動動作させることができる。機器の接続に関する情報は上述のように自動的に検出されるが、機器を連動動作させるには、機器自身が保有する属性により自動的に関係付けを行うほか、宅内サーバ１１６にパーソナルコンピュータのような情報端末を接続し、情報端末のブラウザ機能を利用して機器の関係付けを行うこともできる。

機器の連動動作の関係は各機器がそれぞれ保持する。したがって、機器は宅内サーバ１１６を通すことなく連動動作することができる。各機器について、連動動作の関係付けを行うことにより、たとえば、機器であるスイッチの操作により、機器である照明器具の点灯あるいは消灯の動作を行うことが可能になる。また、連動動作の関係付けはサブシステム内で行うことが多いが、サブシステムを超える関係付けも可能である。

ところで、直流電力供給部１０１は、基本的には、商用電源のように宅外から供給される交流電源ＡＣの電力変換により直流電力を生成する。図示する構成では、交流電源ＡＣは、分電盤１１０に内器として取り付けられた主幹ブレーカ１１１を通して、スイッチング電源を含むＡＣ／ＤＣコンバータ１１２に入力される。ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２から出力される直流電力は、協調制御部１１３を通して各直流ブレーカ１１４に接続される。

直流電力供給部１０１には、交流電源ＡＣから電力が供給されない期間（たとえば、商用電源ＡＣの停電期間）に備えて二次電池１６２が設けられている。また、直流電力を生成する太陽電池１６１や燃料電池１６３を併用することも可能になっている。交流電源ＡＣから直流電力を生成するＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を備える主電源に対して、太陽電池１６１や二次電池１６２や燃料電池１６３は分散電源になる。なお、図示例において、太陽電池１６１、二次電池１６２、燃料電池１６３は出力電圧を制御する回路部を含み、二次電池１６２は放電だけではなく充電を制御する回路部も含んでいる。

分散電源のうち太陽電池１６１や燃料電池１６３は必ずしも設けなくてもよいが、二次電池１６２は設けるのが望ましい。二次電池１６２は主電源や他の分散電源により適時充電され、二次電池１６２の放電は、交流電源ＡＣから電力が供給されない期間だけではなく必要に応じて適時に行われる。二次電池１６２の充放電や主電源と分散電源との協調は、協調制御部１１３により行われる。すなわち、協調制御部１１３は、直流電力供給部１０１を構成する主電源および分散電源から電気機器１０２への電力の配分を制御する直流電力制御部として機能する。なお、太陽電池１６１、二次電池１６２、燃料電池１６３の出力を交流電力に変換し、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２の入力電力として用いる構成を採用してもよい。

電気機器１０２の駆動電圧は機器に応じた複数種類の電圧から選択されるから、協調制御部１１３にＤＣ／ＤＣコンバータを設け、主電源および分散電源から得られる直流電圧を必要な電圧に変換するのが望ましい。通常は、１系統のサブシステム（もしくは１台の直流ブレーカ１１４に接続された電気機器１０２）に対して１種類の電圧が供給されるが、１系統のサブシステムに対して３線以上を用いて複数種類の電圧を供給するように構成してもよい。あるいはまた、直流供給線路Ｗｄｃを２線式とし、線間に印加する電圧を時間経過に伴って変化させる構成を採用することも可能である。ＤＣ／ＤＣコンバータは、直流ブレーカと同様に複数に分散して設けてもよい。

上述の構成例では、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を１個だけ図示しているが、複数個のＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を並設することが可能であり、複数個のＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を設けるときには、負荷の大きさに応じて運転するＡＣ／ＤＣコンバータ１１２の台数を増減させるのが望ましい。

上述したＡＣ／ＤＣコンバータ１１２、協調制御部１１３、直流ブレーカ１１４、太陽電池１６１、二次電池１６２、燃料電池１６３には通信機能が設けられており、主電源および分散電源や電気機器１０２を含む負荷の状態に対処する連携動作を行うことを可能にしている。この通信に用いる通信信号は、電気機器１０２に用いる通信信号と同様に直流電圧に重畳する形式で伝送する。

上述の例では主幹ブレーカ１１１から出力された交流電力をＡＣ／ＤＣコンバータ１１２により直流電力に変換するために、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を分電盤１１０内に配置しているが、主幹ブレーカ１１１の出力側において分電盤１１０内に設けた分岐ブレーカ（図示せず）で交流供給線路を複数系統に分岐し、各系統の交流供給線路にＡＣ／ＤＣコンバータを設けて系統ごとに直流電力に変換する構成を採用してもよい。

この場合、家屋Ｈの各階や各部屋を単位として直流電力供給部１０１を設けることができるから、直流電力供給部１０１を系統別に管理することができ、しかも、直流電力を利用する電気機器１０２との間の直流供給線路Ｗｄｃの距離が小さくなるから、直流供給線路Ｗｄｃでの電圧降下による電力損失を低減させることができる。また、主幹ブレーカ１１１および分岐ブレーカを分電盤１１０に収納し、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２と協調制御部１１３と直流ブレーカ１１４と宅内サーバ１１６とを分電盤１１０とは別の盤に収納してもよい。

次に、ＤＣ配電用の上記コンセント１とＤＣ配電用のプラグ２とから成る一例の直流接続装置の構成について、図１〜図３に基づいて詳述する。

図３に示すように、上記プラグ２は、直流駆動される上記電気機器１０２に使用される一対の接続端子３と、各接続端子３を支持するプラグ本体６を有するものである。また図１や図２に示すように、上記コンセント１は、コンセント本体７と、プラグ２から突設される一対の接続端子３がそれぞれ挿入及び回転されるようにコンセント本体７に形成される一対の挿入口４と、各挿入口４を通じて挿入及び回転された各接続端子３が電気接続されるようにコンセント本体７内に配置される一対の直流給電用の接続部５とを有するものである。

プラグ２の一対の接続端子３は、箱型を成すプラグ本体６の一面側から平行に突設されるとともにその先端部３ａが内側に屈曲したＬ字状の栓刃から成る。また、コンセント１の一対の挿入口４は、箱型を成すコンセント本体７の一面側に並設されるものであって、両挿入口４が、コンセント本体７の一面の中心部７ａを中心として描く同一半径の円弧状に形成されている。

両挿入口４は、コンセント本体７の中心部７ａからみたときの左右方向の一方側（図示例では右側）に幅を狭く形成した幅狭部４ａを有し、同じくコンセント本体７の中心部７ａからみたときの左右方向の他方側（図示例では左側）に幅を広く形成した幅広部４ｂを有している。幅広部４ｂは幅狭部４ａと連通するとともに、幅狭部４ａに対して内向きに突出する形で幅を広げたものである。幅広部４ｂの幅は、接続端子３の先端部３ａを真っ直ぐ（つまり、プラグ２をコンセント１に対して近接離間させる方向に沿って）挿通することのできる幅であり（図２（ｂ）参照）、幅狭部４ａの幅は、接続端子３の先端部３ａを真っ直ぐは挿通することのできない幅である（図２（ｃ）、（ｄ）参照）。

したがって、この挿入口４内にＬ字状の接続端子３を挿入して引掛け係止する際には、接続端子３の先端部３ａを幅広部４ｂ内に真っ直ぐ挿入させた後に、コンセント本体７の中心部７ａが中心となるようにプラグ本体６を右回りに回転させる。これにより、接続端子３の先端部３ａは、コンセント本体７の幅狭部４ａ周縁の内側部分（つまり、中心部７ａに近い側の部分）に重複される。このコンセント本体７の幅狭部４ａ周縁の内側部分には直流給電用の接続部５を配置しており、接続端子３の先端部３ａが幅狭部４ａ側に導入されると、接続部５が接続端子３の先端部３ａと弾接して係止するようになっている。

上記構成のコンセント１及びプラグ２から成る直流接続装置においては、プラグ２の接続端子３の先端部３ａをコンセント１の挿入口４の幅広部４ｂ内にまず挿入し、次いで右回りに回転させると、接続端子３が幅狭部４ａの端部にまで至った段階で先端部３ａが接続部５と接触し、接続端子３と接続部５の間で通電可能な状態となる。また、プラグ２の接続端子３とコンセント１の接続部５とを開離させるには、まずコンセント１に対してプラグ２を左回りに回転させる。この回転によって接続端子３の先端部３ａは接続部５から開離され、幅広部４ｂにまで至ったところで、プラグ２を引き抜いてコンセント１から離間させることが可能となる。

つまり、プラグ２の接続端子３をコンセント１の接続部５に電気接続させるに際しては、コンセント１に対してプラグ２を押し付けた後に回転させた段階で初めて接続端子３と接続部５が電気接続されるように設け、且つ、プラグ２の接続端子３をコンセント１の接続部５から開離させるに際しては、コンセント１に対してプラグ２を回転させて接続端子３と接続部５を開離させた後で初めてコンセント１からプラグ２を離間させることが可能となるように設けたことで、接続端子３と接続部５の間に直流電流のアークが生じた場合であっても該アークが外部に露出することがない。したがって、通電中にプラグ２をコンセント１から抜くような場合であっても、直流電流のアークが露出することはないので安全性等は確保される。

本発明の実施形態における一例の直流接続装置のコンセントを示す正面図である。 同上のコンセントの要部を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。 同上の直流接続装置のプラグを示す斜視図である。 同上の直流接続装置を用いて構成する直流配電システムの全体説明図である。

符号の説明

１ コンセント
２ プラグ
３ 接続端子
５ 接続部
１０２ 電気機器

Claims (1)

1. 直流駆動される電気機器に使用される接続端子を有するＤＣ配電用のプラグと、上記プラグの接続端子に電気接続される接続部を有するＤＣ配電用のコンセントとから成る直流接続装置であって、上記コンセントに対して上記プラグを回転させることにより上記プラグの接続端子と上記コンセントの接続部を開離させた後に、上記コンセントに対して上記プラグを離間可能に設けたことを特徴とする直流接続装置。
   

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