JP2012248140A - サーバシステムにおける直流電源の給電構造 - Google Patents

Abstract

【課題】分岐線を短絡事故を生じることもなくバスバーに対して安全に着脱でき、しかも、分岐線の着脱をワンタッチで簡便に行えるサーバシステムにおける直流電源の給電構造を提供する。
【解決手段】絶縁シート１８で被覆されたバスバー１１・１２と、両バスバー１１・１２から分岐される分岐線１３とを備えている。分岐線１３は、各バスバー１１・１２のプラスタブ１４およびマイナスタブ１５に対して、挿抜自在なコネクタープラグ２１およびコネクターソケット２２と、接続構造２３とを介して接続する。接続構造２３は、プラス導通体２４およびマイナス導通体２５と、両導通体２４・２５とともに前記各タブ１４・１５に固定される絶縁材製の端子台２６とを含む。分岐線１３に接続したコネクタープラグ２１をコネクターソケット２２に接続して、両バスバー１１・１２の電流を分岐線１３に接続されたサーバ２へ供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、サーバラックに適用されて、ラック内に配置した一群のサーバに対して直流電流を分岐供給するための給電構造に関する。

例えば、データセンターには多数個のサーバが設置されて、各種のデータが保存されている。サーバは数十台ずつサーバラックに収容されており、サーバラックにはこれらのサーバに対して直流電流を供給するための給電構造が設けられている。従来の給電構造の多くは、無停電電源装置を介して各サーバに電流を供給する関係で、ＡＣ−ＤＣコンバータ、ＤＣ−ＡＣコンバータ、ＡＣ−ＤＣコンバータ、およびＤＣ−ＤＣコンバータなどを経由して、所定の電圧に調整された直流電流を各サーバに供給している。そのため、給電構造が複雑でコストが嵩む要因になっていた。さらに、各コンバータにおける変換ロスを避けることができず、商用電源に対する変換効率は約８０パーセント前後でしかない。

こうした変換ロスを避けるために、近年では、各サーバラックに対して３８０〜４００Ｖの直流電流を供給し、ラック内に設置したＤＣ−ＤＣコンバータで電圧を調整したのちバスバーへ供給し、バスバーから分岐した分岐線を介して各サーバに電流を供給することが行われている（特許文献１参照）。このように、バスバーに対して低圧の直流電流を供給する給電構造によれば、給電構造を低コスト化できるうえ、変換ロスを低下して、変換効率を約９０パーセント前後にまで向上できる。

上記のバスバーは帯板状の銅板で形成してあり、その表面は絶縁材でラミネートしてあって、プラス側のバスバーとマイナス側のバスバーとが重ねて一体化してある。各バスバーの一側縁には分岐線を接続するためのタブが一定間隔おきに突設してあり、各タブにはねじ穴が形成してある。各分岐線に固定した接続端子を先のねじ穴にビスで締結することにより、バスバーに供給された電流を分岐線側へ分岐できる。タブは、所定の縁面間隔を確保した状態で段違い状に突設してあり、この種のバスバーは市販されている。

特開２０１０−２００２７９号公報（段落番号００１７、図１）

上記のように、各分岐線に固定した接続端子を、バスバーのタブに対してビスで締結する従来の給電構造では、一対の接続端子をタブに対して着脱する際に誤って短絡し、サーバに格納されたデータが消失するおそれがある。また、１個のサーバラックには４０〜８０台のサーバが収容してあるため、全てのサーバの接続端子をタブに締結し、あるいは分離するのに多くの手間と時間が掛かり、施工時のコストが嵩む点でも問題がある。

本発明の目的は、分岐線を短絡事故を生じることもなくバスバーに対して安全に着脱でき、しかも、分岐線の着脱をワンタッチで簡便に行えるサーバシステムにおける直流電源の給電構造を提供することにある。

本発明に係る直流電源の給電構造は、絶縁シート１８で被覆されたプラス側のバスバー１１およびマイナス側のバスバー１２と、両バスバー１１・１２から分岐される分岐線１３とを備えている。分岐線１３は、各バスバー１１・１２のプラスタブ１４およびマイナスタブ１５に対して、挿抜自在なコネクタープラグ２１およびコネクターソケット２２と、接続構造２３とを介して接続する。接続構造２３は、一端がコネクターソケット２２に固定され、他端がプラスタブ１４およびマイナスタブ１５に対して接続されるプラス導通体２４およびマイナス導通体２５と、両導通体２４・２５とともに前記各タブ１４・１５に固定されてコネクターソケット２２を支持する絶縁材製の端子台２６とを含む。分岐線１３に接続したコネクタープラグ２１をコネクターソケット２２に接続して、両バスバー１１・１２の電流を分岐線１３に接続されたサーバ２へ供給する。

端子台２６は、一対の締結座３７と一対の切欠３８とを備えたプラスチック成形品で構成する。各締結座３７に、プラスタブ１４とプラス導通体２４の第１接続壁２７、およびマイナスタブ１５とマイナス導通体２５の第１接続壁２７を収容する。各切欠３８にプラス側の接続ピン３１とプラス導通体２４の第２接続壁２８、およびマイナス側の接続ピン３１とマイナス導通体２５の第２接続壁２８を収容する。接続構造２３をプラスタブ１４およびマイナスタブ１５に固定した状態において、プラス導通体２４およびマイナス導通体２５の外面を、端子台２６とコネクターソケット２２のハウジング２２ａとで覆う。

プラスタブ１４およびマイナスタブ１５に挿通したビス３４を、端子台２６の締結座３７に形成したねじ下穴３９にねじ込んで、プラス導通体２４の第１接続壁２７とマイナス導通体２５の第１接続壁２７を、プラスタブ１４およびマイナスタブ１５と端子台２６との間に挟持固定する。ねじ下穴３９の外側の開口を、コネクターソケット２２のハウジング２２ａで覆う。

プラス導通体２４およびマイナス導通体２５のいずれか一方と端子台２６との間に、サーバ２に供給される電流値を検出する電流センサー４３を配置する。センサー４３で検出した電流値の合計値に基づき、サーバ２の作動状態を制御部で制御する。

本発明においては、分岐線１３をバスバー１１・１２に対して、挿抜自在なコネクタープラグ２１およびコネクターソケット２２と、接続構造２３とを介して接続するようにした。また、プラス導通体２４およびマイナス導通体２５と、絶縁材製の端子台２６とで接続構造２３を構成して、分岐線１３はコネクタープラグ２１に、コネクターソケット２２は両導通体２４を介してプラスタブ１４、およびマイナスタブ１５に接続するようにした。このように、コネクタープラグ２１およびコネクターソケット２２と、接続構造２３とを介してバスバー１１・１２から分岐線１３を分岐する給電構造によれば、コネクタープラグ２１をコネクターソケット２２に着脱するだけで、各サーバ２をバスバー１１・１２に接続し、あるいは分離できる。従って、メンテナンスなどのためにサーバ２を着脱するような場合に、分岐線１３を短絡事故を生じることもなくバスバー１１・１２に対して安全に着脱できる。また、コネクタープラグ２１を挿抜することで分岐線１３を接続ないし分離できるので、サーバ側の接続端子をタブに対してビスで締結する必要があった従来の接続構造に比べて、分岐線１３の着脱をワンタッチで簡便に行うことができる。

一対の締結座３７と一対の切欠３８とを備えたプラスチック成形品で端子台２６を構成し、締結座３７および切欠３８に各導通体２４・２５、および両タブ１４・１５を収容すると、両導通体２４・２５の外面を、端子台２６とハウジング２２ａとで覆うことができる。従って、使用状態において両導通体２４・２５が露出するのを防止して、各導通体２４・２５が短絡し、あるいは両導通体２４・２５から漏電するのを防止できる。

ビス３４を締結座３７に設けたねじ下穴３９にねじ込んで、各導通体２４・２５の第１接続壁２７を、プラスタブ１４およびマイナスタブ１５と端子台２６との間に挟持固定すると、ねじ穴の加工を省くことができ、その分だけ給電構造のコストを削減できる。また、端子台２６および両導通体２４・２５を各タブ１４・１５にビス３４で締結した状態において、ねじ下穴３９の外側の開口をハウジング２２ａで覆うことにより、異物がねじ下穴３９に入込んで漏電し、あるいは短絡するのを防止できる。

両導通体２４・２５のいずれか一方と端子台２６との間に、サーバ２に供給される電流値を検出する電流センサー４３を配置し、センサー４３で検出した電流値の合計値に基づき、各サーバ２の作動状態を制御部で制御すると、一群のサーバ２が過負荷状態に陥って作動不能となるのを回避できる。従って、サーバ２に格納されたデータ等の消失を確実に防止できる。

本発明に係る直流電源の給電構造を示す正面図である。 サーバラックにおけるサーバの給電構造を示す概略正面図である。 本発明に係る給電構造の分解斜視図である。 コネクターとバスバーとの関係を示す正面図である。 図４におけるＡ−Ａ線断面図である。 図４におけるＢ−Ｂ線断面図である。

（実施例） 図１ないし図６は本発明に係るサーバシステムにおける直流電源の給電構造の実施例を示す。図２においてサーバシステムは、一群のサーバラック１と、各サーバラック１の内部に収容される４８台のサーバ２の一群などで構成してある。サーバラック１は角箱状の筐体からなり、その内部にサーバ２を搭載するためのラックや、ＬＡＮケーブルおよび給電用のケーブルラックなどが組込んである。各サーバラック１の内部には、サーバ２以外にＤＣ−ＤＣコンバータ３が配置してある。このＤＣ−ＤＣコンバータ３は、図示していない母線から供給される４００Ｖの直流電流を１２Ｖ（２００Ａ）にまで降圧して、本発明に係る給電構造を介して各サーバ２に供給する。母線は、サーバラック１が設置された床の下方空間を利用して配線してある。図示していないが、母線とＤＣ−ＤＣコンバータ３との間の給電路にはバックアップ用のバッテリが接続してある。

給電構造は、プラス側のバスバー１１とマイナス側のバスバー１２と、両バスバー１１・１２から分岐導出される分岐線１３とを備えている。バスバー１１・１２は、幅が２５ｍｍ、厚みが３ｍｍ、上下長さが１０００ｍｍの帯板状の銅板で形成してあり、その一側縁には分岐線１３を接続するためのプラスタブ１４およびマイナスタブ１５が、一定間隔おきに突設してある。バスバー１１・１２の一端には、先のＤＣ−ＤＣコンバータ３から導出された接続母線１６が接続され（図１、図２、図３参照）、さらに上下のバスバー１１・１２どうしが銅板製の接続バー１７を介して接続してある。バスバー１１・１２の各タブ１４・１５を除く外面は、例えばＰＥＴ樹脂製の絶縁シート１８でラミネートしてある。

プラス側のバスバー１１とマイナス側のバスバー１２とは、プラスタブ１４とマイナスタブ１５とが、長手方向へ位置ずれする状態で重ねられて一体化してある。この状態の４個のバスバーがサーバラック１の内壁に絶縁台１９を介して固定してあり、各バスバーごとに１２台のサーバ２まで給電できる。プラスタブ１４およびマイナスタブ１５の中央には、後述するビス３４用の挿通穴１４ａ・１５ａがそれぞれ形成してある。

分岐線１３は、各バスバー１１・１２のプラスタブ１４およびマイナスタブ１５に対して、挿抜自在なコネクタープラグ２１およびコネクターソケット２２と、接続構造２３とを介して接続してある。コネクタープラグ２１およびコネクターソケット２２は市販品であり、コネクタープラグ２１に分岐線１３が接続してある。この実施例におけるコネクタープラグ２１およびコネクターソケット２２は、タイコ エレクトロニクス ジャパン合同会社製のＤ−５２００である場合を示しており、コネクタープラグ２１とコネクターソケット２２との間には接続状態を保持するためのロック構造が設けてある。コネクターソケット２２のハウジング２２ａの内部には、分岐線１３を接続するための４個の接続端子が設けてある（図４参照）。

図３に示すように接続構造２３は、一端がコネクターソケット２２に半田付けされ、他端がプラスタブ１４およびマイナスタブ１５に対して接続されるプラス導通体２４およびマイナス導通体２５と、各導通体２４・２５とともに各タブ１４・１５に固定される端子台２６とで構成する。プラス導通体２４およびマイナス導通体２５は、それぞれ銅板製のプレス成形品からなり、それぞれ平坦な第１接続壁２７および第２接続壁２８と、これら両壁２７・２８を接続する中間壁２９とで段違い状に形成してある。第１接続壁２７にはビス挿通穴３０が形成され、第２接続壁２８にはコネクターソケット２２の接続ピン３１を半田付けするための４個のピン穴３２が形成してある。先に説明したように、プラスタブ１４とマイナスタブ１５とは、厚み方向に位置ずれした状態で配置されるので、この配置形態に対応して、プラス導通体２４の中間壁２９の寸法は、マイナス導通体２５の中間壁２９の寸法より小さく設定してある。

端子台２６は絶縁性に優れたプラスチック材を素材とする射出成形品からなり、先の両導通体２４・２５と共にプラスタブ１４およびマイナスタブ１５にビス３４で締結されて、コネクターソケット２２を支持する台として機能する。図３に示すように端子台２６は、上下に長い四角ブロック状の台本体３５と、台本体３５の側縁の上下３個所から突出する絶縁腕３６とを一体に備えている。台本体３５の各タブ１４・１５との対向面には一対の締結座３７が段違い状に凹み形成してある。

上記の締結座３７の内部に、プラスタブ１４とプラス導通体２４の第１接続壁２７、およびマイナスタブ１５とマイナス導通体２５の第１接続壁２７が収容される。３個の絶縁腕３６の間は切欠３８になっており、これらの切欠３８の内部に、プラス側の接続ピン３１とプラス導通体２４の第２接続壁２８、およびマイナス側の接続ピン３１とマイナス導通体２５の第２接続壁２８を収容できる。締結座３７の中央には、先のビス３４をねじ込むためのねじ下穴３９が貫通状に形成してある。また、プラス側の締結座３７には、後述する電流センサー４３を収容するための角穴４０が貫通状に形成してある。

コネクターソケット２２および接続構造２３は、基本的に予め各バスバー１１・１２に固定する。具体的には、コネクターソケット２２の接続ピン３１を、プラス導通体２４およびマイナス導通体２５の第２接続壁２８に設けたピン穴３２に差込んで半田付けする。このとき、図６に示すように、第２接続壁２８がコネクターソケット２２のハウジング２２ａに対して小さな隙間を介して対向する状態で、接続ピン３１を第２接続壁２８に半田付けする。次に、プラス導通体２４およびマイナス導通体２５の第１接続壁２７を、端子台２６の締結座３７にあてがってコネクターソケット２２を端子台２６に仮組みし、第１接続壁２７の端縁を締結座３７の内奥壁で受止めることにより、第１接続壁２７のビス挿通穴３０とねじ下穴３９の中心同士を簡便に位置決めできる。なお、コネクターソケット２２および接続構造２３は、サーバ２の追加搭載に応じて各バスバー１１・１２に順次固定してもよい。

上記のように位置決めした状態の端子台２６を、各導通体２４・２５の第１接続壁２７のそれぞれがプラスタブ１４およびマイナスタブ１５に接合する状態でバスバー１１・１２に仮組する。最後に、各タブ１４・１５の挿通穴１４ａ・１５ａに挿通したビス３４を、ねじ下穴３９にねじ込むことにより、バスバー１１・１２と端子台２６を一体化でき、同時にコネクターソケット２２を各導通体２４・２５を介してバスバー１１・１２と一体化できる。

ビス３４で締結された状態の第１接続壁２７は、図５に示すように端子台２６と各タブ１４・１５との間に挟持固定されて、締結座３７で覆われている。また、第２接続壁２８は切欠３８に収容されて、各絶縁腕３６の外面よりも凹んだ位置に位置している（図６参照）。このように、第２接続壁２８を各絶縁腕３６の外面よりも凹んだ位置に位置させて、他物が第２接続壁２８に接触するのを極力避けるために、第２接続壁２８とハウジング２２ａとが小さな隙間を介して対向する状態で、接続ピン３１を第２接続壁２８に半田付けしている。全体的に見ると、プラス導通体２４およびマイナス導通体２５の外面は、端子台２６とコネクターソケット２２のハウジング２２ａとで覆われている。また、ハウジング２２ａの一部は、台本体３５の外面で支持されて、ねじ下穴３９の外側の開口を覆い隠している。従って、異物がねじ下穴３９に入込んで漏電し、あるいは短絡するのをよく防止できる。

各サーバ２に供給される電流量を測定するために、プラスタブ１４に対応する締結座３７に設けた角穴４０に電流センサー４３を配置して、第２接続壁２８の電流使用量を検出できるようにしている。電流センサー４３はホール素子からなり、通電に伴って発生する第２接続壁２８における磁界の大きさに応じて出力信号を出力する。電流センサー４３の出力信号は、図示していない制御部へ出力され、各サーバ２の電流値の合計値に基づき、サーバ２の作動状態を制御部で制御する。具体的には、サーバラック１内の全サーバ２の消費電力の合計値が所定値を越える場合に、制御部は各サーバ２に対する作動負荷を減少して、他のサーバラック１内のサーバ２へ負荷を分配する。

以上のように、各サーバ２の分岐線１３を、コネクタープラグ２１およびコネクターソケット２２と、接続構造２３とを介して接続すると、コネクタープラグ２１をコネクターソケット２２に対して挿抜するだけで、各サーバ２をバスバー１１・１２に接続し、あるいは分離できる。従って、メンテナンスや、サーバ２の追加搭載などのために、サーバ２をサーバラック１から着脱するような場合に、分岐線１３を短絡事故を生じることもなくバスバー１１・１２に対して安全に着脱できる。また、コネクタープラグ２１を挿抜するだけで分岐線１３を接続ないし分離できるので、サーバ側の接続端子をタブに対してビスで締結する必要があった従来の接続構造とは異なり、分岐線１３の着脱をワンタッチで簡便に行うことができる。とくに、データセンターを構築する際に、予めコネクターソケット２２をバスバー１１・１２に組付けておくことにより、各サーバ２をサーバラック１に組付けるための手間と時間を減らして、施工コストを減少できる。

上記の実施例ではコネクタープラグ２１およびコネクターソケット２２が、タイコ エレクトロニクス ジャパン合同会社製である場合について説明したがその必要はなく、顧客の要望に応じて他社から市販されているコネクタープラグとコネクターソケットを適用することができる。例えば、分岐線１３のコネクタープラグ２１に対する接続形態には、ねじ式、ばね式、圧着端子式などがあるが、顧客に指定された接続形態のコネクタープラグを使用することができる。その場合には、コネクターソケット２２の接続ピン３１の配置形態に対応してピン穴３２を第２接続壁２８に形成しておく。このように、本発明に係る給電構造によれば、顧客の要望に応じて分岐線１３のコネクタープラグ２１に対する接続構造を適宜選択できるので、とくに一群のサーバ２を収容するサーバラック１の給電構造として好適な直流電源の給電構造を提供できる。

上記の実施例では、分岐線１３がサーバ２から直接導出してある場合について説明したが、その必要はなく、挿抜自在なコネクターを介して分岐線１３とサーバ２が接続してあってもよい。

２ サーバ
１１ プラス側のバスバー
１２ マイナス側のバスバー
１３ 分岐線
１４ プラスタブ
１５ マイナスタブ
２１ コネクタープラグ
２２ コネクターソケット
２３ 接続構造
２４ プラス導通体
２５ マイナス導通体
２６ 端子台
３４ ビス
３７ 締結座
３８ 切欠
４３ 電流センサー

Claims (4)

1. 絶縁シート（１８）で被覆されたプラス側のバスバー（１１）およびマイナス側のバスバー（１２）と、両バスバー（１１・１２）から分岐される分岐線（１３）とを備えており、
   分岐線（１３）は、各バスバー（１１・１２）のプラスタブ（１４）およびマイナスタブ（１５）に対して、挿抜自在なコネクタープラグ（２１）およびコネクターソケット（２２）と、接続構造（２３）とを介して接続されており、
   接続構造（２３）は、一端がコネクターソケット（２２）に固定され、他端がプラスタブ（１４）およびマイナスタブ（１５）に対して接続されるプラス導通体（２４）およびマイナス導通体（２５）と、両導通体（２４・２５）とともに前記各タブ（１４・１５）に固定されてコネクターソケット（２２）を支持する絶縁材製の端子台（２６）とを含み、
   分岐線（１３）に接続したコネクタープラグ（２１）をコネクターソケット（２２）に接続して、両バスバー（１１・１２）の電流を分岐線（１３）に接続されたサーバ（２）へ供給するサーバシステムにおける直流電源の給電構造。
2. 端子台（２６）が、一対の締結座（３７）と一対の切欠（３８）とを備えたプラスチック成形品で構成されており、
   各締結座（３７）に、プラスタブ（１４）とプラス導通体（２４）の第１接続壁（２７）、およびマイナスタブ（１５）とマイナス導通体（２５）の第１接続壁（２７）が収容されており、
   各切欠（３８）にプラス側の接続ピン（３１）とプラス導通体（２４）の第２接続壁（２８）、およびマイナス側の接続ピン（３１）とマイナス導通体（２５）の第２接続壁（２８）が収容されており、
   接続構造（２３）をプラスタブ（１４）およびマイナスタブ（１５）に固定した状態において、プラス導通体（２４）およびマイナス導通体（２５）の外面が、端子台（２６）とコネクターソケット（２２）のハウジング（２２ａ）とで覆われている請求項１に記載のサーバシステムにおける直流電源の給電構造。
3. プラスタブ（１４）およびマイナスタブ（１５）に挿通したビス（３４）を、端子台（２６）の締結座（３７）に形成したねじ下穴（３９）にねじ込んで、プラス導通体（２４）の第１接続壁（２７）とマイナス導通体（２５）の第１接続壁（２７）とが、プラスタブ（１４）およびマイナスタブ（１５）と端子台（２６）との間に挟持固定されており、
   ねじ下穴（３９）の外側の開口が、コネクターソケット（２２）のハウジング（２２ａ）で覆われている請求項２に記載のサーバシステムにおける直流電源の給電構造。
4. プラス導通体（２４）およびマイナス導通体（２５）のいずれか一方と端子台（２６）との間に、サーバ（２）に供給される電流値を検出する電流センサー（４３）が配置されており、
   前記センサー（４３）で検出した電流値の合計値に基づき、サーバ（２）に対する電流供給状態を制御部で制御する請求項２または３に記載のサーバシステムにおける直流電源の給電構造。

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