JP4974868B2 - 直流接続装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＤＣ配電用のプラグ及びコンセントからなる直流接続装置に関するものである。

家庭内で使用される電気機器にＤＣ電源タイプのものが増えていること、電源側にしても太陽電池に加えて燃料電池が家庭内に設置されることが見込まれることなどの点から、家庭内でのＤＣ配電が検討されている。

しかしＤＣ配電を行う場合、プラグ及びコンセントからなる直流接続装置においては、アーク発生が問題となる。

負荷に接続されているプラグをコンセントに差し込んでいるとともに負荷に通電している状態下でプラグをコンセントから引き抜けば、流れている電流が大である時、プラグの接続端子とこの接続端子が接続されるコンセントの接続部との間にアークが発生し、該アークが接続端子や接続部を溶損させるほか、火災の発生の虞もある。

このアーク発生を防ぐ直流接続装置として、特開２００４−１５８３３１号公報（特許文献１）にはコンセントにおける接続部を低抵抗接続部と高抵抗接続部の２つで形成するとともに、プラグの接続端子をコンセントに差し込んだ時、接続端子が高抵抗接続部に接触した後に低抵抗接続部に接触し、プラグを抜く時には接続端子と低抵抗接続部とが離れた後も接続端子は高抵抗接続部に接触しており、その後、高抵抗接続部から接続端子も離れるようにしたものが示されている。接続端子と接続部との接続が切断される直前は、高抵抗接続部を通じて接触端子に電流が流れているために、電流が制限された状態にあって、大きな電流が流れていないために、アークの発生を抑止することができるものである。

しかし、特許文献１に示されたものでは、アークの発生を抑止することはできず、アークが生じる虞が依然として高くて、接続端子や接続部が溶損してしまうことがある。
特開２００４−１５８３３１号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、アークの発生をより確実に減らすことができる直流電源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に係る直流接続装置は、直流駆動される電気機器に使用される一対の接続端子を有するＤＣ配電用のプラグと、該プラグが着脱自在で上記一対の接続端子が電気的に接続される一対の直流給電用の接続部をハウジング内部に設けたＤＣ配電用のコンセントとからなる直流接続装置であって、前記コンセントはその接続部と前記接続端子との接続の解離時に上記の対の接続部間を接続する高抵抗並列回路を備えていることに特徴を有している。

プラグをコンセントから抜く時に高抵抗並列回路で対の接続部間を接続しておくことにより、プラグ側へと流れる電流を少なくすることができる。

上記高抵抗並列回路は、上記接続端子のコンセントに対する抜き差しに伴って作動するスイッチで開閉されるものであると、プラグの抜き差し時の高抵抗並列回路の接続を確実に行うことができる。

上記高抵抗並列回路は、上記コンセント内に設けられて上記プラグに設けた出没自在な突部によって操作されるスイッチで開閉されるものであってもよい。

また、上記高抵抗並列回路は、電子スイッチング回路で開閉されるものであってもよい。

本発明においては、プラグをコンセントから抜く時、高抵抗並列回路によって対の接続部間を接続するために、高抵抗並列回路に電流が分流されてしまうものであり、従って接続端子と接続部との間に流れる電流を減ってアークの発生を減らすことができるものであり、またアークが発生したとしてもアーク量を減らすことができる。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明すると、図１は本発明に係るプラグ１とコンセント２とからなる直流接続装置を示しており、直流駆動される電気機器に使用されるプラグ１は一対の栓刃１１，１１を接続端子として備えており、コンセント２は上記栓刃１１，１１が夫々接続される一対の刃受けばね２１，２１を接続部として備えている。

ここで、一対の栓刃１１，１１と刃受けばね２１，２１は、夫々一方が陽極接続用、他方が陰極接続用であって、形状や配置によって誤接続がなされることがないようになっているのであるが、この点については省略する。

そして、上記両刃受けばね２１，２１間が抵抗ＲとスイッチＳＷとを備える高抵抗並列回路３によって接続されている。上記スイッチＳＷは、プラグ１をコンセント２から抜く時に、つまりは刃受けばね２１と栓刃１１との接続の解離時に閉じられて、刃受けばね２１，２１間に抵抗Ｒを介在させた閉回路を形成する。

上記スイッチＳＷであるが、図２はコンセント２に対するプラグ１の抜き差しに伴って作動する対のスイッチＳ１，Ｓ２で構成した場合を示している。抵抗Ｒと共にプリント基板３０上に配設されてコンセント２内に配されている両スイッチＳ１，Ｓ２は、刃受けばね２１，２１の側方に位置して刃受けばね２１，２１に接続されるプラグ１の対の栓刃１１，１１によって夫々オンオフされるものであり、図３に示すようにスイッチＳ１は常開型、スイッチＳ２は常閉型のもので形成されている上に、栓刃１１の抜き差しに伴う開閉タイミングが少しずらされている。

すなわち、図４に示すように、プラグ１をコンセント２に接続していない時には、常開型のスイッチＳ１が開いているが、プラグ１を差し込み始めると栓刃１１が刃受けばね２１に接触し始めるより少し前の時点で常開型のスイッチＳ１が栓刃１１で押されて閉じる。この時点では常閉型のスイッチＳ２は閉じたままであるために、刃受けばね２１，２１間に抵抗Ｒが挿入されたことになる。さらにプラグ１を差し込んで両栓刃１１，１１が共に刃受けばね２１に接触する状態になれば、常閉型のスイッチＳ２も栓刃１１に押されて開く。

逆にコンセント２からプラグ１を抜く時は、栓刃１１が刃受けばね２１から離れる直前の状態から離れた直後の間だけ、抵抗Ｒが刃受けばね２１，２１間に電気的に挿入されることになる。

つまり、アークが発生する虞のある状態の時だけ、スイッチＳＷが閉じて抵抗Ｒを含む高抵抗並列回路３がコンセント２の刃受けばね２１，２１間に接続されるものであり、そしてこの高抵抗並列回路３が接続されたならば、電流が分流されて栓刃１１側へと流れる電流が減少するものであり、このためにアークの発生を減らすことができるとともに、アークが発生したとしてもアーク量を減らすことができる。

図５に他例を示す。ここでのスイッチＳＷは、単独で形成されているとともに、対の刃受けばね２１，２１の間に配設されている。また、プラグ１は図６に示すようにこのプラグ１を摘む時に指を当てる面となるところに押し釦１５を備えているとともに、対の栓刃１１，１１間には上記押し釦１５の押し込み操作によって突出するピン１６を備えている。なお、押し釦１５及びピン１６は図７に示すように、夫々復帰ばね１７，１８で付勢されているために、押し釦１５を押していない状態では、ピン１６はプラグ１内に収容された状態にある。

今、プラグ１をコンセント２に差した状態では、図７(a)に示すように、スイッチＳＷは開いた状態にある。しかし、プラグ１を抜くためにプラグ１を摘んだ時、図７(b)に示すように、押し釦１５が押されてピン１６が突出するとともに、このピン１６によってスイッチＳＷが閉じられて刃受けばね２１，２１間が高抵抗並列回路３が接続されるものであり、プラグ１をコンセント２から抜いてしまえば図７(c)に示すようにスイッチＳＷは復帰してオフとなる。

ここではプラグ１を抜く時の操作に伴って半自動的に高抵抗並列回路３が刃受けばね２１に接続されるものを示したが、例えば引っ掛け式の抜け止め型コンセント２と対応するプラグ１とにおいて、プラグ１を抜き差し可能な位置にした時だけプラグ１から常時突出しているピン１６によってオンとなるスイッチＳＷを設けることで、自動化させることができる。

高抵抗並列回路３は電子スイッチング回路で形成してもよい。図８は図２に示した例を制御回路３１とこの制御回路３１によって通電状態の開閉がなされる通電回路３２とからなる電子スイッチング回路に置き換えた場合の例を示している。この場合、スイッチＳ１，Ｓ２は共に常開型のものを用いたり、高抵抗並列回路３で刃受けばね２１，２１間を接続している時間を任意に設定したりすることができる。

以上の例では、プラグ１及びコンセント２がＡＣ配電に用いられるものと同様の形態の接続端子（栓刃１１）及び接続部（刃受けばね２１）を備えたもので示したが、図示例のような形状のものに限定されるものでない。

次に上記のような直流接続装置を必要とするＤＣ配電のシステム例を参考までに図９に示す。なお、図示例は戸建て住宅の家屋を想定したものであるが、集合住宅にも適用することができる。

家屋Ｈには、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直流機器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を通して直流機器１０２に直流電力が供給される。直流電力供給部１０１と直流機器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給電線路Ｗｄｃ上で直流電力供給部１０１から直流機器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、宅内網において直流機器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直流機器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直流機器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直流機器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直流機器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）される直流コンセント１３１に接続される直流機器１０２からなる情報機器システムＫ１０１が設けられる。

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（直流機器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（直流機器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を構成する直流機器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は直流機器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、宅内網の別の直流機器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。

上述した直流コンセント１３１、引掛シーリング１３２には、任意の直流機器１０２を接続することができ、接続された直流機器１０２に直流電力を出力するから、以下では直流コンセント１３１、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、直流機器１０２に直接設けた接触子（図示せず）または接続線を介して設けた接触子（図示せず）が差し込まれる差込式の接続口が器体に開口し、接続口に差し込まれた接触子に直接接触する接触子受けが器体に保持された構造を有している。すなわち、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直流機器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。直流機器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（主として直流機器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直流機器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。

直流機器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に接続された直流機器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直流機器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、直流機器２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直流機器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。

本発明の実施の形態の一例の概略断面図である。 同上のコンセントを示しており、(a)は水平断面図、(b)は縦断面図、(c)は高抵抗並列回路の正面図である。 同上の具体例の回路図である。 同上の動作説明図である。 他例を示すもので、(a)(b)は断面図である。 同上の斜視図である。 (a)(b)(c)は同上のプラグの断面図である。 別の例のブロック回路図である。 ＤＣ配電システムのブロック図である。

符号の説明

１ プラグ
２ コンセント
３ 高抵抗並列回路
１１ 栓刃
２１ 刃受けばね

Claims (4)

1. 直流駆動される電気機器に使用される一対の接続端子を有するＤＣ配電用のプラグと、該プラグが着脱自在で上記一対の接続端子が電気的に接続される一対の直流給電用の接続部をハウジング内部に設けたＤＣ配電用のコンセントとからなる直流接続装置であって、前記コンセントはその接続部と前記接続端子との接続の解離時に上記の対の接続部間を接続する高抵抗並列回路を備えていることを特徴とする直流接続装置。
2. 上記高抵抗並列回路は、上記接続端子のコンセントに対する抜き差しに伴って作動するスイッチで開閉されるものであることを特徴とする請求項１記載の直流接続装置。
3. 上記高抵抗並列回路は、上記コンセント内に設けられて上記プラグに設けた出没自在な突部によって操作されるスイッチで開閉されるものであることを特徴とする請求項１または２記載の直流接続装置。
4. 上記高抵抗並列回路は、電子スイッチング回路で開閉されるものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の直流接続装置。

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