JP2011142768A - 直流給電システム用の電源コンセント、電源プラグ、開閉器および直流給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成で安価に製造でき、アークを発生させずに安全確実に接点開路ができる電源コンセント、電源プラグ、開閉器を提供する。
【解決手段】 直流電源１の正極に接続される正極側コンセント接点９ｐと、直流電源１の負極に接続される負極側コンセント接点９ｎとの間に、上記両コンセント接点９ｐ，９ｎ間に直流電源１の設定電圧以下の電圧が印加されているときは遮断状態で、直流電源１の設定電圧を超える高電圧が印加されると導通する定電圧要素１０を設けて、直流給電システム用の電源コンセント２を構成する。電源プラグ３では、正極側プラグ接点１２ｐと負極側プラグ接点１２ｎとの間に、整流ダイオード１４を逆方向に接続する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、直流給電システムに使用する電源コンセント、電源プラグ、開閉器、および直流給電システムに係り、詳しくは、直流給電システムの電源ラインにおける開路時のアーク発生防止構造に関するものである。

太陽電池や燃料電池等による分散型電源の普及に伴い、直流として３００−４００Ｖ程度の比較的高電圧である直流を負荷に給電する直流給電システムが開発されている。

このような直流給電システムは、交流給電システムと比較して、給電システムにおける高信頼化、省エネ化を実現できるものとして期待されている。

ところで、こうした直流給電システムにおいては、その電源ラインに設けられる電源コンセント、電源プラグ、開閉器等において、接点開路の操作時に電気回路中のインダクタンスが有する磁気エネルギにより接点間にアークが発生しやすいことが知られる。

そこで、従来、接点開路時におけるアークの発生を防止する各種のアーク発生防止構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−０１４４３５号公報

しかしながら、こうしたアーク発生防止構造は、接点開路の操作のほかに、事前に機械的な操作を必要とするものが多く、その事前の操作を失念するおそれもあるものとなっていた。

また、上記のように２段にわたる操作を必要とするものなので、構造が複雑で、価格的に高価になるものであった。

本発明により解決すべき課題は、低価格で簡単な構成である一方で、アークを発生させずに安全確実に接点開路ができる電源コンセント、電源プラグ、開閉器および直流給電システムを提供することである。

本発明による電源コンセントは、直流電源からの電源ラインに設けられる電源コンセントであって、直流電源の正極に接続される正極側コンセント接点と、直流電源の負極に接続される負極側コンセント接点との間に、上記両コンセント接点間に直流電源の設定電圧以下の電圧が印加されているときは遮断状態で、直流電源の設定電圧を超える高電圧が印加されると導通する定電圧要素が設けられていることを特徴とする。

上記本発明の電源コンセントにおいて、上記定電圧要素は、例えば、ツェナーダイオード、バリスタ、サージアブソーバ、サージアブソーバとバリスタとを直列にしたもの、もしくは上記の素子を含む回路やスナバ回路で構成される。

上記本発明の電源コンセントにおいては、この電源コンセントに接続されている電源プラグを引き抜くと、直流電源から当該電源コンセントに至る電源ラインのインダクタンスが有する磁気エネルギにより、正負両コンセント接点間に高電圧が印加されることになるが、その場合、両コンセント接点間にある定電圧要素が導通し電流が流れるので、高電圧は解消され、両コンセント接点間にアークが発生することはない。

この電源コンセントでは、単に定電圧要素を両コンセント接点間に回路的に付設するだけの単純な構造なので、低価格で製造することができるのみならず、接点開路の際、電源プラグを引き抜く他の操作を行う必要もないので、従来のアーク防止構造に起こりがちである事前の操作の失念といったおそれもなくなり、アークを発生させず、安全確実に接点開路ができる。

本発明による電源プラグは、直流電源からの電源ラインに設けられた電源コンセントに着脱自在に接続される電源プラグであって、電源コンセントの正極側コンセント接点に接続される正極側プラグ接点と、電源コンセントの負極側コンセント接点に接続される負極側プラグ接点との間に、整流ダイオードが逆方向に接続されていることを特徴とする。

上記本発明の電源プラグにおいては、この電源プラグを直流電源側の電源コンセントから引き抜くと、負荷やこの負荷につながる電源ラインとが有するインダクタンスの磁気エネルギにより、正負両プラグ接点間に高電圧が印加されるが、この高電圧を解消するように、両プラグ接点間にある整流ダイオードに順方向に電流が流れるので、両プラグ接点間にアークが発生することはない。この場合、電源プラグでは、単に両プラグ接点間に整流ダイオードを設けただけの単純な構造なので、低価格で製造することができる。また、電源プラグを引き抜く他の操作を行う必要もないので、アークを発生させることなく安全確実に接点開路ができる。

本発明による開閉器は、直流電源から負荷への電源ラインに設けられ、直流電源側の正極側接点および負極側接点と、負荷側の正極側接点および負極側接点とを少なくとも含み、上記両正極側接点どうしと上記両負極側接点どうしとが接続、切断される開閉器であって、直流電源側の正極側接点および負極続側接点の間には、直流電源の設定電圧を超える高電圧が上記両接点間に印加されると導通して電流を流す定電圧要素が設けられ、負荷側の正極側接点および負極側接点の間に、整流ダイオードが逆方向に接続されていることを特徴とする。

上記本発明の開閉器においては、正極側接点どうしの接続と、両負極側接点どうしの接続とを切断すると、直流電源側の正極側接点と負極側接点との間、および負荷側の正極側接点と負極側接点との間に、それぞれ高電圧が印加されることになるが、直流電源側の正極側接点と負極側接点との間では、定電圧要素に電流が流れて高電圧が解消され、アークの発生が防止される。また、負荷側の正極側接点と負極側接点との間では、整流ダイオードに電流が流れて高電圧が解消され、アークの発生が防止される。

この場合、開閉器では、直流電源側の正極側接点と負極側接点との間には定電圧要素を、また、負荷側の正極側接点と負極側接点との間に整流ダイオードを、回路的に付加するだけの単純な構造なので、低価格で製造することができる。また、同極の接点どうしの接続を切断する他の操作を行う必要もないので、アークを発生させずに安全確実に接点開路ができる。

なお、上記本発明の電源コンセントもしくは開閉器において、電源プラグの引き抜き等による接続の切断時、直流電源側の正負両接点（コンセント接点）の間の電圧が直流電源に接続されている他の機器に影響しないよう、直流電源側の正極側電源ラインには、定電圧要素の接続点より直流電源側に、電圧上昇阻止用ダイオードを設けてもよい。

本発明による直流給電システムは、直流電源から負荷への電源ラインに、上記した本発明眼による電源コンセントと、本発明による電源プラグと、本発明による開閉器とのうちの少なくとも１つを具備していることを特徴とする。

本発明によれば、アークを発生させず、安全確実に接点開路ができる電源コンセント、電源プラグ、開閉器もしくは直流給電システムを安価に提供することができる。

本発明による電源コンセントと電源プラグとを含む直流給電システムの一実施形態を示す回路構成図である。 図１の電源コンセントで使用される定電圧要素の回路図で、（Ａ）（Ｂ）は異なる例を示す。 本発明による電源コンセントと電源プラグとを含む直流給電システムの他の実施形態を示す回路構成図である。 本発明による電源コンセントを含む直流給電システムのさらに他の実施形態を示す回路構成図である。 本発明による開閉器を含む直流給電システムのさらに別の実施形態を示す回路構成図である。 本発明による電源コンセントと電源プラグとを含む直流給電システムの他の実施形態の要部を示す回路構成図である。

以下、添付した図面を参照して本発明の詳細を説明すると、図１は、本発明の一実施の形態に係る直流給電システムを示しており、この直流給電システムには本発明による電源コンセントと電源プラグとが含まれている。

図１において、１は直流電源、２は電源コンセント、３は電源プラグ、４は負荷を示す。

直流電源１と電源コンセント２とは、正極側電源ライン５ｐと負極側電源ライン５ｎとにより接続され、電源プラグ３と直流負荷４との間も、正極側電源ライン６ｐと負極側通電源ライン６ｎとにより接続されている。上記の電源ライン５ｐ，５ｎ，６ｐ，６ｎには抵抗ＲとインダクタンスＬとを有する。

電源コンセント２は、絶縁材からなるコンセント本体７に、正極側と負極側で一対のプラグ差込口８ｐ，８ｎを有し、これらプラグ差込口８ｐ，８ｎ内には、正負各電源ライン５ｐ，５ｎに接続されたコンセント接点である端子受け片９ｐ，９ｎが配備されている。

コンセント本体７内において、正負両端子受け片９ｐ，９ｎ間には定電圧要素１０が接続されている。定電圧要素１０は、常に、その両端間に直流電源１の設定電圧Ｖ１が印加されるようになっており、直流電源１０の設定電圧Ｖ１以下の電圧印加では遮断状態であるが、直流電源１０の設定電圧Ｖ１を超える高電圧の印加で導通するようになっている。

この定電圧要素１０は、例えばツェナーダイオード、バリスタ、サージアブソーバ、サージアブソーバとバリスタとを直列に接続したもの、あるいは図２（Ａ）（Ｂ）で示すような、上記の素子を含む回路やスナバ回路で構成することができる。図２（Ａ）の回路は、トランジスタ１０１とツェナーダイオード１０２とからなり、正極側電源ライン５ｐからツェナーダイオード１０２に降伏電圧を超える高電圧が印加されることで、ツェナーダイオード１０２が導通し、トランジスタ１０１では、コレクタが接続された正極側電源ライン５ｐから、エミッタが接続された負極側電源ライン５ｎに電流が流れるようになっている。

図２の（Ｂ）は、抵抗１０３とコンデンサ１０４とダイオード１０５とからなるスナバ回路であって、正極側電源ライン５ｐと負極側電源ライン５ｎとの間で、抵抗１０３とコンデンサ１０４とは互いに直列に接続され、ダイオード１０５は上記抵抗１０３とは並列で逆方向に接続されている。

電源プラグ３は、絶縁樹脂からなるプラグ本体１１から、正極側と負極側とで一対のプラグ接点であるプラグ端子１２ｐ，１２ｎを突出させ、プラグ本体１１内部では、これらプラグ端子１２ｐ，１２ｎに接続された負荷４側の正負両電源ライン６ｐ，６ｎ間に整流ダイオード１４が逆方向に、すなわち、ダイオード１４の正極が負極側プラグ端子１２ｎの側となり、ダイオード１４の負極が正極側プラグ端子１２ｐの側となるよう接続されている。

上記構成において、電源コンセント２の端子受け片９ｐ，９ｎに電源プラグ３のプラグ端子１２ｐ，１２ｎが差し込まれている状態から引き抜かれた場合に、直流電源１側の電源ライン５ｐ，５ｎが有するインダクタンスＬに流れている電流による磁気エネルギにより、端子受け片９ｐ，９ｎの間に過大な電圧が発生し、これにより、従来の、定電圧要素１０を有しない電源コンセントでは、プラグ差込口８ｐ，８ｎ間にアークが発生するのであるが、本実施形態の電源コンセント２では、両端子受け片９ｐ，９ｎ間にある定電圧要素１０が導通し電流が流れるので、高電圧は解消され、両端子受け片９ｐ，９ｎ間にアークが発生することはない。

また、上記のように電源コンセント２の端子受け片９ｐ，９ｎから電源プラグ３のプラグ端子１２ｐ，１２ｎが引き抜かれた場合に、電源プラグ３では、負荷４やこの負荷４につながる電源ライン６ｐ，６ｎとが有するインダクタンスの磁気エネルギにより、正負のプラグ端子１２ｐ，１２ｎ間に高電圧が印加されるが、両プラグ端子間１２ｐ，１２ｎにある整流ダイオード１４に順方向に電流が流れるので、両プラグ端子１２ｐ，１２ｎ間の高電圧は解消され、両プラグ端子１２ｐ，１２ｎ間にアークが発生することはない。

上記した図１の実施形態には、単一の電源プラグ３と１対１対応する電源コンセント２を示したが、図３に示す直流給電システムの他の実施形態では、単一の電源コンセント２で複数（２つ）の電源プラグ３，３に対応するようにしている。

すなわち、電源コンセント３では、単一のコンセント本体７１に２対のプラグ差込口８ｐ，８ｎ，８ｐ，８ｎおよび端子受け片９ｐ，９ｎ，９ｐ，９ｎが設けられ、電源ライン５ｐ，５ｎはコンセント本体７１内で２対の分岐電源ライン５１ｐ，５ｎ，５２ｐ，５２ｎに分岐して、それぞれ端子受け片９ｐ，９ｎに接続されており、対となる正極側の端子受け片９ｐと負極側の端子受け片９ｎとの間に、定電圧要素１０が接続されている。

また、図３の実施形態では、直流電源１側の正極側電源ライン（正極側の分岐電源ライン５１ｐ，５２ｐ）の、定電圧要素１０の接続点より直流電源１側に、電圧上昇阻止用ダイオード１８が設けられている。このダイオード１８は、電源プラグ３の引き抜きによる接続の切断時、直流電源１側の正負両コンセント接点９ｐ，９ｎの間の電圧が直流電源に接続されている他の機器に影響しないようにするためのものである。このような電圧上昇阻止用ダイオードは、図１の実施形態の電源コンセント２の正極側電源ライン５ｐに設けてもよい。

なお、図３の実施形態において、図１の実施形態と共通する部分には同一の符号を付して説明は省略する。

この実施形態では、単一の電源コンセント２に２つの直流負荷４，４の電源プラグ３，３を接続することができる。

図４に示す直流給電システムのさらに他の実施形態では、直流電源１側の電源ライン５ｐ，５ｎを複数（２つ）に分岐して、対となる分岐電源ライン５１ｐ，５１ｎ，５２ｐ，５２ｎのそれぞれに、一対のプラグ差込口８ｐ，８ｎおよび端子受け片９ｐ，９ｎを有する電源コンセント２が設けられており、各電源コンセント２では、端子受け片９ｐ，９ｎ間に定電圧要素１０が接続されている。

正極側の分岐電源ライン５１ｐ，５２ｐには、図示省略するが、定電圧要素１０の接続点より直流電源１側に、図３に示したような電圧上昇阻止用ダイオードを設けてもよい。なお、図１の実施形態と共通する部分には同一の符号を付している。

図５は、開閉器を含む直流給電システムを示している。開閉器１５は、直流電源１からの正負各電源ライン５ｐ，５ｎに接続された正極側接点１６ｐおよび負極側接点１６ｎと、負荷４への正負各電源ライン６ｐ，６ｎに接続された正極側接点１７ｐおよび負極側接点１７ｎとを有しており、直流電源１側の正極側接点１６ｐと負極続側接点１６ｎとの間には、直流電源１の設定電圧を超える高電圧が上記両接点１６ｐ，１６ｎ間に印加されると導通して電流を流す定電圧要素１０が設けられている。また、負荷４側の正極側接点１７ｐと負極側接点１７ｎとの間に、整流ダイオード１４が逆方向に接続されている。

上記の開閉器１５では、接点開路の際、直流電源１側の正極側接点１６ｐと負極側接点１６ｎとの間に生じる高電圧を、定電圧要素１０により解消し、アークの発生を防止できる。また、負荷４側の正極側接点１７ｐと負極側接点１７ｎとの間に生じる高電圧も、整流ダイオード１４により解消されて、アークの発生が防止される。

また、図６に本発明の他の実施の形態を示す。この実施の形態においては、電源コンセント２の端子受け片９ｐと定電圧要素１０との間に一対の開放片１８ａ，１８ｂからなる開放バー１８を設け、電源プラグ３を電源コンセント２に差し込んでいないときは、定電圧要素１０を直流電源１から切り離すことで定電圧要素１０での電力消費を無くし、電源プラグ３を電源コンセント２に差し込んだときは、プラグ端子１２ｐ，１２ｎと一体に動く（一体に動く機構の図示を略する）短絡バー１９を上記一対の開放片１８ａ，１８ｂ間に入り込ませて当該開放片１８ａ，１８ｂを電気的に短絡して、当該定電圧要素１０が上記機能を果たせるようになしている。これら開放バー１８と短絡バー１９とにより、電源プラグ３を電源コンセント２に対して、差し込んでいないときは、定電圧要素１０を直流電源１から切り離し、差し込んでいるときは定電圧要素１０を直流電源１に接続する定電圧要素接続切り離し手段を構成する。

１ 直流電源
２ 電源コンセント
３ 電源プラグ
４ 負荷
５ｐ，５ｎ 直流電源側の電源ライン
６ｐ，６ｎ 負荷側の電源ライン
９ｐ，９ｎ 端子受け片（コンセント端子）
１０ 定電圧要素
１２ｐ，１２ｎ プラグ端子（プラグ接点）
１４ 整流ダイオード
１５ 開閉器
１６ｐ，１６ｎ 直流電源側の接点
１７ｐ，１７ｎ 負荷側の接点

Claims (5)

1. 直流電源からの電源ラインに設けられる電源コンセントであって、
   直流電源の正極に接続される正極側コンセント接点と、直流電源の負極に接続される負極側コンセント接点との間に、上記両コンセント接点間に直流電源の設定電圧以下の電圧が印加されているときは遮断状態で、直流電源の設定電圧を超える高電圧が印加されると導通する定電圧要素が設けられている、ことを特徴とする直流給電システム用の電源コンセント。
2. 直流電源からの電源ラインに設けられた電源コンセントに着脱自在に接続される電源プラグであって、
   電源コンセントの正極側コンセント接点に接続される正極側プラグ接点と、電源コンセントの負極側コンセント接点に接続される負極側プラグ接点との間に、整流ダイオードが逆方向に接続されている、ことを特徴とする直流給電システム用の電源プラグ。
3. 直流電源から負荷への電源ラインに設けられ、直流電源側の正極側接点および負極側接点と、負荷側の正極側接点および負極側接点とを少なくとも含み、上記両正極側接点どうしと上記両負極側接点どうしとが接続、切断される開閉器であって、
   直流電源側の正極側接点および負極続側接点の間には、直流電源の設定電圧を超える高電圧が上記両接点間に印加されると導通して電流を流す定電圧要素が設けられ、負荷側の正極側接点および負極側接点の間に、整流ダイオードが逆方向に接続されている、ことを特徴とする直流給電システム用の開閉器。
4. 直流電源から負荷への電源ラインに、請求項１に記載の電源コンセントと、請求項２に記載の電源プラグと、請求項３に記載の開閉器とのうちの少なくとも１つを具備している、ことを特徴とする直流給電システム。
5. 電源プラグを電源コンセントに対して、差し込んでいないときは、定電圧要素を直流電源から切り離し、差し込んでいるときは定電圧要素を直流電源に接続する定電圧要素接続切り離し手段を設けた、ことを特徴とする請求項４に記載の直流給電システム。

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