JP2013134927A - 配電装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】直流電源から機器への電力供給を、アークの発生を確実に防止し、プラグのコンセントへの着脱状態に応じてリモート制御を行う。
【解決手段】電源からコンセント及びプラグを介して負荷に電力を供給する配電装置であって、前記プラグの前記コンセントへの着脱状態を検知する検知手段と、前記直流電源と前記コンセントとの接続を開閉する開閉手段と、前記負荷に対する電力の供給又は遮断を指示する信号を受信する受信手段と、前記受信手段が受信した前記信号及び前記検知手段が検知した前記プラグの着脱状態に基づき、前記開閉手段の開閉動作を制御する制御手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、負荷に電力を供給する配電装置に関する。
ＩＴ機器から家庭用のＡＶ機器まで、多くの電気機器は直流電源により動作しているが、商用電源は交流であることから、これらの機器に電力を供給するために交流から直流への変換を必要とし、変換ロスが生じていた。そこで、近年では電力を直流で各種電気機器に給電するいわゆる直流給電が注目されている。また、省エネルギー化、システムの稼動効率化のために、リモート制御による機器への給電ＯＮ／ＯＦＦ制御が望まれている。
ここで、機器に電力を供給するプラグをコンセントに抜き差しする際に、交流電源では交流電圧がゼロになるゼロクロス部分によりアークを消弧できるが、直流電源ではゼロクロス部分が無いため、アークが発生し易く危険である。
そこで、例えば特許文献１に、プラグの着脱状態を検知してコンセントへの電源供給を制御する配電装置が開示されている。
特開２０１１−１４６３２８号公報
しかしながら、直流電源に接続する各種機器への電力供給をリモートで制御する場合には、コンセントへのプラグの着脱状態を把握した上で、各種機器への電力供給を行う必要がある。例えば、プラグが抜けた状態でリモート制御によりコンセントへの給電制御を行い、直流電源からコンセントへの給電を開始した後にプラグをコンセントに差し込むと、アークが生じる可能性がある。
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、電源、特に直流電源から機器への電力供給を、アークの発生を確実に防止し、プラグのコンセントへの着脱状態に応じてリモート制御が可能な配電装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様における配電装置は、電源からコンセント及びプラグを介して負荷に電力を供給する配電装置であって、前記プラグの前記コンセントへの着脱状態を検知する検知手段と、前記直流電源と前記コンセントとの接続を開閉する開閉手段と、前記負荷に対する電力の供給又は遮断を指示する信号を受信する受信手段と、前記受信手段が受信した前記信号及び前記検知手段が検知した前記プラグの着脱状態に基づき、前記開閉手段の開閉動作を制御する制御手段と、を備える。
本発明の実施形態によれば、特に直流電源から機器への電力供給を、アークの発生を確実に防止し、プラグのコンセントへの着脱状態に応じてリモート制御が可能な配電装置を提供できる。
実施形態の配電装置の構成を例示する概略図である。 プラグの一例を示す外観図である。 コンセントの一例を示す外観図である。 リレーの構成を例示する断面図である。
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
＜配電装置の構成＞
図１は、本実施形態に係る配電装置の構成を例示する概略図である。
本実施形態に係る配電装置は、プラグ１、コンセント３、プラグ１のコンセントへの着脱状態を検知する検知手段としての着脱センサ２、直流電源７、ブレーカ８、直流電源７とコンセント３との接続を開閉する開閉手段としてのリレー５、直流電源７から負荷に供給される電流を検知する電流検知手段としての電流センサ６、直流電源７からの直流電圧を変換して制御基板１０に給電するコンバータ９、制御基板１０を有する。直流電源７は給電経路及び給電経路内に設けられたリレー５を介してコンセント３に接続し、プラグ１がコンセント３に挿入されることで、負荷４と接続する。
≪プラグ≫
図２は、本実施形態におけるプラグ１の一例を示す外観図である。
プラグ１は、負荷４に接続するコード１０１、栓刃１０２，１０３，１０４、プラグカバー１０５、着脱センサ２ａを有し、コンセント３に挿入されることで負荷４に電力を供給する。
栓刃１０２，１０３，１０４は、それぞれプラグカバー１０５の端面から突出する様に設けられている。栓刃１０２は＋極、栓刃１０３は接地極、栓刃１０４は−極であり、各栓刃１０２，１０３，１０４は導電性が良好な例えば黄銅等で形成されている。プラグカバー１０５は、例えば絶縁性の樹脂等で形成され、栓刃１０２，１０３，１０４とコード１０１とが接続する部分をカバーする。コード１０１は、プラグカバー１０５の内部で栓刃１０２，１０３，１０４に接続し、プラグカバー１０５から負荷４までの間は、例えば絶縁性の樹脂等で覆われている。なお、プラグ１の構成はこれに限るものではなく、例えば接地極を持たない２極タイプのプラグを用いることも可能である。
≪コンセント≫
図３は、本実施形態におけるコンセントの一例を示す外観図である。
コンセント３は、プラグ１の栓刃１０２，１０３，１０４がそれぞれ挿入される刃受け３０１，３０２，３０３、着脱センサ２ｂを有し、プラグ１が挿入されることでプラグ１を介して負荷４に電力を供給する。コンセント３は１個のプラグ１が接続される１口用のコンセントである。
配電装置は１つ又は複数のコンセント３を備えて構成することが可能であり、本実施形態に係る配電装置では複数のコンセント３を備えて構成され、プラグ１及びコンセント３を介して複数の負荷４への電力供給を制御できる。
≪着脱センサ≫
本実施形態におけるプラグ１とコンセント３は、プラグ１がコンセント３に挿入された状態で対向する位置にそれぞれ着脱センサ２ａ，２ｂを備えている。着脱センサ２ａ，２ｂは、プラグ１のコンセント３への着脱状態を検知し、検知した着脱状態に対応する信号を送信する。
本実施形態における着脱センサ２ａ，２ｂはホール素子を用いた磁気センサであり、プラグ１の着脱センサ２ａは磁性体、コンセント３の着脱センサ２ｂはホール素子を有している。着脱センサ２ａ，２ｂは、プラグ１の着脱センサ２ａがコンセント３の着脱センサ２ｂに接近したことによる磁界変化を電圧変化として検出することで、プラグ１のコンセント３への着脱状態を検知する。
着脱センサ２ａ，２ｂは、プラグ１の各栓刃１０２，１０３，１０４がそれぞれコンセント３の各刃受け３０１，３０２，３０３に完全に差し込まれた状態を挿入状態として検知し、プラグ１の各栓刃が少しでもコンセント３から抜けて外部に露出した状態を外れた状態として検知する。プラグ１がコンセント３に確実に挿入された場合にのみ負荷４への給電を行い、負荷４への給電中にプラグ１がコンセント３から外れることによりアークが発生するのを防止するためである。
なお、着脱センサ２ａ，２ｂは磁気センサに限るものではなく、例えば、光センサ、圧電センサ、或いは、静電容量方式や抵抗膜方式のセンサ等を用いることもできる。
≪リレー≫
図１に示す様に、本実施形態に係る配電装置は、直流電源７とコンセント３との間の給電経路内にリレー５が設けられており、リレー５が給電経路の接続を開閉することで直流電源７からコンセント３への通電又は遮断が行われる。
図４は、本実施形態におけるリレー５の構成を例示する断面図である。図中に示す方向Ｒは、二組の接点ＳＬ、ＳＲが隣接して配置される方向である左右方向の右方を指し、方向Ｓは固定接点５０２に対する可動接点５０３の接離方向の接近方向を指し、方向Ｕは左右方向及び接離方向に垂直な上下方向の上方向を指す。
本実施形態におけるリレー５は、方向Ｒに並列する二の固定接点５０２と、二の固定接点５０２のそれぞれに対応して各接離方向に変位可能な二の可動接点５０３とからなる左右一対の二組の接点ＳＬ、ＳＲと、二組の接点ＳＬ、ＳＲのそれぞれの外周側に配置された接離方向と垂直をなして方向Ｕと反対方向を指向する極性方向を有する二の永久磁石５０４と、二の永久磁石４の極性方向及び接離方向のそれぞれと平行をなす二の強磁性体５０５と、を含み、二組の接点ＳＬ、ＳＲに通電されるそれぞれの直流電流において、永久磁石５０４に基づいて作用する力の方向と、強磁性体５０５に基づいて作用する力の方向が、同一であることとしている。また、接点ＳＬと接点ＳＲのそれぞれの接離方向が相互に平行であるように二組の接点ＳＬと接点ＳＲは隣接させて配置される。
リレー５は、接点ＳＬ、ＳＲの開閉に伴って、固定接点５０２と可動接点５０３との間のギャップに発生するアークを、永久磁石５０４の発生する方向Ｕと反対方向に指向する磁束と、アークが電流としての機能を有することによりアーク周りに渦状に発生する矢印の磁束との相互作用により、フレミングの左手の法則に従う電磁力が発生して、接点ＳＬにおいては方向Ｒと反対方向に、接点ＳＲにおいては方向Ｒに偏向させて吹き飛ばすことができる。また、強磁性体５０５により電磁力の発生する方向と同じ方向にアークを引き付ける引き付け力を作用させて、電磁力と引き付け力の双方の作用に基づいて、アークをより確実に一旦強磁性体５０５に導いて吸収させることができる。
これによって、固定接点５０２及び可動接点５０３のいずれか一方から他方にアークが到達するまでに、アークを強磁性体５０５に経由させることができ、アークのエネルギーを電気的及び熱的に強磁性体５０５に吸収させて消弧することができる。
リレー５は、図４に示す構成に限るものではなく、直流電源５からコンセント３への給電路内で接点を開閉することが可能であれば一般的な構成のリレーを用いても良い。
≪電流センサ≫
電流センサ６は、直流電源７から負荷４に供給される電流を検知するホール素子型の電流センサである。電流センサ６は、リング状のギャップ付鉄芯とホール素子とを有し、被検出電流の導通によって生じる磁束を鉄芯で収束し、その磁束をホール素子で電圧信号に変換して電流値を検出する。なお、電流センサ６には、磁気抵抗素子を用いたＭＲ型のセンサや、或いはシャント抵抗を用いるセンサ等を用いることもできる。
≪制御基板≫
制御基板１０は、直流電源７の電圧を検知する電圧検知手段としての電圧センサ１１、配電装置の環境温度を検知する温度検知手段としての温度センサ１２、リレー制御部１３、消費電力算出部１４、補正部１５、表示部１６、Ｉ／Ｏ部１７の各機能を実現する回路が実装されている。
電圧センサ１１は直流電源７の電圧を検知する機能を有し、温度センサ１２は配電装置の環境温度を検知する機能を有する。
消費電力算出部１４は、電流センサ６が検知した電流に、電圧センサ１１が検知した電圧を乗ずることによって、負荷４で消費された電力量を算出する。また、本実施形態における電流センサ６は、ホール素子の温度依存性により、検知する電流が環境温度によって変化する。そこで、温度センサ１２が検知する配電装置の環境温度に基づいて、補正部１５が電流センサ６により検知される電流を補正し、消費電力算出部１４が補正された電流に基づいて消費電力量を算出する。表示部１６は、消費電力算出部１４が算出した消費電力量、負荷４への給電状態等を表示することができる。
リレー制御部１３は、リレー５の開閉動作を制御する制御手段であり、リレー５の接点を閉じることで、負荷４にプラグ１及びコンセント３を介して電力を供給し、リレー５の接点を開けることで、負荷４への電力を遮断することができる。
Ｉ／Ｏ部１７は、有線及び／又は無線回線等のデータ伝送路により構築されたＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）等のネットワーク１８を介して接続される通信機能を有するＰＣ１９等の周辺機器との間の入出力回路である。Ｉ／Ｏ部１７は、負荷４に対する電力の供給又は遮断を支持する信号を受信する受信手段及びリレー制御部１３にリレー５の制御信号を送信する送信手段として機能する。また、着脱センサ２が検知したプラグ１のコンセント３への着脱状態、リレー制御部１３による負荷４への給電状態、消費電力算出部１４が算出した消費電力量等を、ネットワーク１８を介して接続するＰＣ１９に出力することができる。
本実施形態に係る配電装置により負荷４への電力供給を行う場合には、配電装置から離れたＰＣ１９でプラグ１のコンセント３への着脱状態及び負荷４への給電状態を確認した上で、ＰＣ１９を操作して負荷４への電力の供給又は遮断を指示する信号を送信する。リレー制御部１３は、Ｉ／Ｏ部１７が受信したＰＣ１９からの信号に基づいて、リレー５の開閉動作を行う。
ここで、着脱センサ２によりプラグ１がコンセント３から抜けた状態であることが検知されている間は、ＰＣ１９から電力の供給を指示する信号が入力されても、リレー制御部１３はリレー５の接点を開けた状態に制御して直流電源７からの電力供給を遮断する。着脱センサ２によりプラグ１がコンセント３に挿入された状態であることが検知され、且つ、負荷４に対する電力の供給を指示する信号がＩ／Ｏ部１７に入力された場合にのみ、リレー制御部１３がリレー５の接点を閉じる様に制御して負荷４に電力の供給を行う。
また、負荷４への電力の供給を行っている場合に、プラグ１がコンセント３から外されることを着脱センサ２が検知すると、リレー制御部１３はリレー５の接点を開ける様に制御し、負荷４への電力供給を遮断する。
＜まとめ＞
以上で説明した様に、本実施形態に係る配電装置では、リレー制御部１３がプラグ１のコンセント３への着脱状態及び負荷４への電力の供給又は遮断を指示する信号に基づいてリレー５の開閉動作を制御することで、プラグ１とコンセント３との間のアークの発生を確実に防止し、負荷４への電力供給を遠隔地から操作することが可能になる。
また、リレー５が固定接点と可動接点の近傍に永久磁石及び強磁性体を備えることで、直流電源７を用いた構成においてもリレー内における接点開離時のアークを消弧することができる。したがって、より安全性が高く、耐久性に優れた配電装置を提供することが可能であり、長期に渡って安定して負荷４への給電を制御することができる。
さらに、負荷４による消費電力量を確認した上で、負荷４への電力供給を遮断する等の判断をすることができるため、省エネルギー化、システムの稼動効率化を図ることが可能である。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態に挙げた構成等に、その他の要素との組み合わせなど、ここで示した構成に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
１ プラグ
２ 着脱センサ（検知手段）
３ コンセント
４ 負荷
５ リレー（開閉手段）
６ 電流センサ（電流検知手段）
７ 直流電源
１１ 電圧センサ（電圧検知手段）
１２ 温度センサ（温度検知手段）
１３ リレー制御部（制御手段）
１４ 消費電力算出部（消費電力算出手段）
１５ 補正部（補正手段）
１７ Ｉ／Ｏ部（受信手段）

Claims (3)

  1. 直流電源からコンセント及びプラグを介して負荷に電力を供給する配電装置であって、
    前記プラグの前記コンセントへの着脱状態を検知する検知手段と、
    前記直流電源と前記コンセントとの接続を開閉する開閉手段と、
    前記負荷に対する電力の供給又は遮断を指示する信号を受信する受信手段と、
    前記受信手段が受信した前記信号及び前記検知手段が検知した前記プラグの着脱状態に基づき、前記開閉手段の開閉動作を制御する制御手段と、
    を備えることを特徴とする配電装置。
  2. 前記直流電源から前記負荷に供給される電流を検知する電流検知手段と、
    前記直流電源の電圧を検知する電圧検知手段と、
    前記電流検知手段が検知した電流及び前記電圧検知手段が検知した電圧から、消費電力量を算出する消費電力算出手段と、
    を備えることを特徴とする請求項１に記載の配電装置。
  3. 前記配電装置の環境温度を検知する温度検知手段と、
    前記温度検知手段が検知した前記環境温度に基づいて、前記電流検知手段が検知した電流を補正する補正手段と、
    を備えることを特徴とする請求項２に記載の配電装置。
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