JP5086682B2 - 配電システム - Google Patents

Description

本発明は、電力供給線路に直流電源から直流電力を供給し、電力供給線路に接続された直流機器を直流電力により駆動する配電システムに関するものである。

従来から、ＡＣ／ＤＣコンバータを電気機器に内蔵したり電源アダプタとして電気機器に接続することに代えて、ＡＣ／ＤＣコンバータを屋内に１台だけ設けることにより、屋内で直流電力を配電することが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

このような配電システムを採用すると、従来は、内蔵するか外付するかにかかわらず、電気機器ごとに必要であったＡＣ／ＤＣコンバータを電気機器に付属させる必要がなくなるから、電気機器の製造が容易になり、効率や力率の改善にもつながると考えられる。
特開２００４−１１２９２０号公報

しかしながら、マイクロコンピュータを代表例とする情報系あるいは通信系の電気機器と、リレーやモータを代表例とする電力系あるいは駆動系の電気機器とでは、駆動電圧が異なっており、前者では３Ｖあるいは５Ｖが多く用いられ、後者では１２Ｖあるいは２４Ｖが多く用いられている。

このような駆動電圧の相違に対応するには、ＡＣ／ＤＣコンバータから供給する電圧を、接続する電気機器に対応した駆動電圧のうちもっとも高い電圧とし、電気機器において必要に応じて降圧することが考えられるが、駆動電圧がもっとも低い電気機器では供給電圧と駆動電圧との差が大きくなるから、降圧時の損失が大きくなり、電力の利用効率の低下につながるという問題がある。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、駆動電圧の異なる電気機器への直流電力の供給を可能にするとともに電力の利用効率が高い配電システムを提供することにある。

請求項１の発明は、直流電力を供給する直流電源と、電力供給線路を通して前記直流電源から供給される直流電力により駆動される直流機器とを有し、前記直流電源は、前記電力供給線路の線間に印加する直流電圧を複数段階に可変であり、前記直流機器は、前記電力供給線路の線間に印加されている直流電圧が自己に対応しているか否かを判断する電圧検出手段と、前記電圧検出手段により自己に対応した電圧が線間に印加されていることが検出される適合期間に前記電力供給線路から直流電力を受電する電源手段とを備え、さらに、前記直流電源と前記直流機器とは通信可能であって、前記直流機器は自己に対応した電圧を直流電源に通知し、前記直流電源は、前記電力供給線路に接続されたすべての直流機器から通知された電圧の種類に応じた電圧を選択して前記電力供給線路の線間に印加する電圧選択手段を備えることを特徴とする。なお、直流機器は直流電力を受けて動作する電気機器を意味している。

請求項２の発明は、直流電力を供給する直流電源と、電力供給線路を通して前記直流電源から供給される直流電力により駆動される直流機器とを有し、前記直流電源は、前記電力供給線路の線間に印加する直流電圧を複数段階に可変であり、前記直流機器は、前記電力供給線路の線間に印加されている直流電圧が自己に対応しているか否かを判断する電圧検出手段と、前記電圧検出手段により自己に対応した電圧が線間に印加されていることが検出される適合期間に前記電力供給線路から直流電力を受電する電源手段とを備え、さらに、前記直流電源と前記直流機器とは通信可能であって、前記直流電源は、常時は通信に要する電圧を前記電力供給線路の線間に印加し、通信により前記直流機器の動作開始が通知されると前記直流機器の動作に必要な常時より高い電圧を規定した時間だけ線間に印加する電圧選択手段を備えることを特徴とする。

請求項３の発明は、直流電力を供給する直流電源と、電力供給線路を通して前記直流電源から供給される直流電力により駆動される直流機器とを有し、前記直流電源は、前記電力供給線路の線間に印加する直流電圧を複数段階に可変であり、前記直流機器は、前記電力供給線路の線間に印加されている直流電圧が自己に対応しているか否かを判断する電圧検出手段と、前記電圧検出手段により自己に対応した電圧が線間に印加されていることが検出される適合期間に前記電力供給線路から直流電力を受電する電源手段とを備え、さらに、前記直流電源と前記直流機器とは通信可能であって、前記直流電源は、常時は通信に要する電圧を前記電力供給線路の線間に印加し、通信により前記直流機器の動作開始が通知されると前記直流機器の動作に必要な常時より高い電圧を直流機器の動作期間中に間欠的に線間に印加する電圧選択手段を備えることを特徴とする。

請求項４の発明は、直流電力を供給する直流電源と、電力供給線路を通して前記直流電源から供給される直流電力により駆動される直流機器とを有し、前記直流電源は、前記電力供給線路の線間に印加する直流電圧を複数段階に可変であり、前記直流機器は、前記電力供給線路の線間に印加されている直流電圧が自己に対応しているか否かを判断する電圧検出手段と、前記電圧検出手段により自己に対応した電圧が線間に印加されていることが検出される適合期間に前記電力供給線路から直流電力を受電する電源手段とを備え、さらに、前記直流電源と前記直流機器とは通信可能であって、前記直流電源と前記直流機器との間の情報は、前記電力供給線路のうち前記直流機器に直流電力を供給している特定の２線間の電圧変化を用いて伝送することを特徴とする。
請求項５の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明において、前記電源手段は、前記適合期間の直流電力を蓄電して内部電源に用いることを特徴とする。
請求項６の発明では、請求項１ないし請求項５のいずれかの発明において、前記電力供給線路は２本の電線からなることを特徴とする。
請求項７の発明では、請求項１ないし請求項５のいずれかの発明において、前記電力供給線路は３本以上の電線からなることを特徴とする。

請求項１の発明の構成によれば、直流電源から電力供給線路に複数種の直流電圧を供給しておき、直流機器では自己に対応した電圧の直流電力を受電して動作するから、直流機器の駆動電圧と電力供給線路からの供給電圧との差を小さくするかあるいはゼロにすることができる。その結果、電力供給線路からの供給電圧を直流機器の駆動電圧に降圧する場合であっても供給電圧と駆動電圧との差が小さいことにより降圧に伴う電力の損失が少なくなり、電力の利用効率が高くなる。しかも、電力供給線路からは複数種の直流電圧を供給しているから、駆動電圧の異なる直流機器のいずれにおいても降圧に伴う電力の損失を低減することができる。

また、電力供給線路の線間の電圧を複数段階に可変にし、かつ直流機器では線間の電圧を検出して自己に対応した電圧であるときに直流電力を受電するから、２本の電線を用いるだけで複数種類の電圧を直流機器に供給することが可能になる。つまり、複数種類の電圧を供給しながらも配線資材が少なく、配線施工が容易であるとともに低コストで配線することができる。

たとえば、マイクロコンピュータなどの情報系や通信系の集積回路では、駆動電圧が３．３Ｖのものと５Ｖのものとが主流であるから、両駆動電圧に対応可能となるように２段階の電圧を電力供給線路に印加し、直流機器において適合する電圧を選択すれば、駆動電圧の異なる直流機器に対して２本の電線のみで対応することが可能になる。また、残りの電線にはリレーやモータを駆動するための電圧を印加しておけば、リレーやモータの動作時に生じる電圧変動がマイクロコンピュータなどの情報系や通信系の回路の動作に影響を与えることがなく、動作の信頼性が高くなる。さらに、リレーやモータでは要求される電圧の安定度が情報系や通信系の集積回路に比較すると低いから、情報系や通信系の集積回路に供給する電圧については直流機器の内部回路で安定化することができるように１〜２Ｖの余裕を持たせて給電し（たとえば、５Ｖと７Ｖとし）、リレーやモータに供給する電圧については直流電源から供給された電圧をそのまま用いるように使い分けることが可能である。

さらに、直流機器が直流電源と通信することによって、直流電源は電力供給線路に接続された直流機器の駆動電圧を知ることができるから、接続された直流機器で必要な電圧のみを電力供給線路に印加すればよく、直流電源から利用されない不要な電圧を出力する必要がなく、電力の利用効率が高くなる。とくに、直流電源としてＡＣ／ＤＣコンバータのような電力変換器を用いているときには、電力変換器の無駄な動作を防止して電力の利用効率を高めることができる。

請求項２の発明の構成によれば、請求項１の発明と共通の効果に加えて、直流電源は常時は通信に要する電圧を電力供給線路に印加しており、直流機器が通信によって動作開始を直流電源に通知したときにのみ、常時よりも高い電圧が規定した時間だけ線間に印加されるから、直流機器の動作時にのみ高い電圧を出力することで直流電源から無駄な電力供給が行われるのを防止できる。常時よりも高い電圧を印加する時間は、直流機器の動作に必要なエネルギが得られる時間であればよく、たとえば直流機器がラッチングリレーを備える場合には、ラッチングリレーの接点の反転に要する感動時間よりも長ければよい。

請求項３の発明の構成によれば、請求項１の発明と共通の効果に加えて、直流電源は常時は通信に要する電圧を電力供給線路に印加しており、直流機器が通信によって動作開始を直流電源に通知したときにのみ、常時より高い電圧を直流機器の動作期間中に間欠的に線間に印加するから、直流機器の動作中にのみ高い電圧を供給することで直流電源から無駄な電力供給が行われるのを防止できる。たとえば、直流機器に設けたスイッチのオンからオフまでの間に常時よりも高い電圧を間欠的に印加することにより、液晶表示器のバックライト用として複数個直列接続した発光ダイオードの点灯などに用いることができる。

請求項４の発明の構成によれば、請求項１の発明と共通の効果に加えて、直流機器に供給する直流電力の電圧変化を用いて情報を伝送するから、電力供給と情報伝送とに電力供給線路を共用することができ、通信用に別の線路を付設する必要がない。また、有線の伝送路で高周波の搬送波を用いて情報を伝送する場合に比較すると、電力供給線路からの輻射ノイズを低減することができる。なお、電圧変化を用いて情報を伝送するには、変化させる電圧の順序や時間の長さを用いることが可能であり、また電圧値に関係なく電圧の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとの順序やタイミングを利用することが可能である。
請求項５の発明の構成によれば、適合期間に電力供給線路から受電した直流電力を蓄電して内部電源に利用するから、電力供給線路に印加される電圧が時間経過に伴って変化する場合でも直流機器の内部回路に電力を安定供給することができる。また、蓄電する電力を大きくしておけば、電力供給線路から供給される電力が一時的に遮断されても直流機器の機能を維持することが可能になる。

（実施形態１）
本実施形態は、図１（ａ）に示すように、基本的には、配電盤１に収納した直流電源１０と、直流電力により駆動される直流機器２０とを有し、直流電源１０に接続した電力供給線路Ｌｐを通して直流機器２０に直流電力を供給するものである。配電盤１には、図示しない主幹ブレーカや分岐ブレーカも収納される。

直流電源１０は、本実施形態では、商用電源のような交流電源ＡＣからの交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器１１と、スイッチング素子を用いて電圧を変換するＤＣ／ＤＣ変換器１２とを組み合わせて用いている。ＤＣ／ＤＣ変換器１２はチョッパ回路、フォワード型、フライバック型などのどの構成を用いてもよい。ＤＣ／ＤＣ変換器１２の出力電圧は電圧選択手段１３により指示される。つまり、電圧選択手段１３はマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と略称する）を主構成要素とし、スイッチング素子のオンデューティを変化させる指示を与えることによりＤＣ／ＤＣ変換器１２の出力電圧を変化させる。

なお、直流電源１０には、太陽光発電装置、風力発電装置、燃料電池、エンジン駆動の発電機などを用いた分散電源（図示せず）を併用することも可能である。ただし、以下では、分散電源についてはとくに言及せず、直流電源１０はＡＣ／ＤＣ変換器１１とＤＣ／ＤＣ変換器１２とで構成されているものとして説明する。

電力供給線路Ｌｐは２本の電線からなり、通常は屋内に先行配線される。また、２本の電線の線間にはＤＣ／ＤＣ変換器１２の出力電圧が印加される。電圧選択手段１３は、ＤＣ／ＤＣ変換器１２の出力電圧を複数段階に切り換え、図１（ｂ）に示すように、各電圧を一定時間ごとに順に選択する。図示例では、５Ｖ、７Ｖ、２４Ｖの３段階の電圧が、たとえば数十ｍｓずつ循環的に選択される。

５Ｖと７Ｖとは、マイコンのような情報系や通信系の回路（通常は集積回路）を内蔵する直流機器２に対して与えるために選択された電圧であり、この種の集積回路の主たる駆動電圧は３．３Ｖと５Ｖとであるから、直流機器２で降圧することを考慮して、これらの電圧を選択している。また、２４Ｖはラッチングリレーを動作させる電圧として選択している。直流電源１の出力電圧の電圧値や段数については、上述の例に限らず、たとえば１２Ｖも選択可能にして４段階にしてもよい。

電力供給線路Ｌｐの線間の電圧が上述のように時間経過に伴って変化するから、直流機器２０では、自己に対応した電圧を受電する必要がある。つまり、本例では、直流機器２０として駆動電圧が５Ｖ、７Ｖ、２４Ｖの３種類のものがあり、各直流機器２０では、電力供給線路Ｌｐの線間電圧が自己の駆動電圧である期間（以下、この期間を「適合期間」と呼ぶ）に受電し、他の期間には適合期間に受電した電力で動作する。

したがって、直流機器２０は、図１（ａ）に示すように、電力供給線路Ｌｐの線間に印加されている電圧が自己に対応しているか否かを判断する電圧検出手段２１と、適合期間に電力供給線路Ｌｐから直流電力を受電する電源手段２２とを備える。ラッチングリレーを動作させる直流機器２０であれば、適合期間がラッチングリレーの感動時間よりも長ければ、ラッチングリレーを動作させることが可能であるから、内部回路２３は適合期間にのみ動作すればよい。

電圧検出手段２１は、たとえば、図１（ｃ）のように、電力供給線路Ｌｐから電源手段２２への給電経路に挿入されたスイッチング素子ＳＷ１（図示例はトランジスタ）のベースに他のスイッチング素子ＳＷ２を接続し、電力供給線路Ｌｐの線間の電圧について駆動電圧の上限と下限とをツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２で検出し（ＺＤ１が上限、ＺＤ２が下限を規定する）、上限と下限との範囲内の電圧が印加されているときにスイッチング素子ＳＷ１をオンにする構成を採用すればよい。

図示例では、ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧（上限）を超えると、スイッチング素子ＳＷ２がオンになりスイッチング素子ＳＷ１をオフにする。また、ツェナーダイオードＺＤ２のツェナー電圧（下限）を下回ると、スイッチング素子ＳＷ１にバイアスがかからずにスイッチング素子ＳＷ１がオフになる。上限と下限との間では、スイッチング素子ＳＷ２がオフ、スイッチング素子ＳＷ１がオンになる。

コンパレータによる電圧比較では電力供給が必要になるが、上述の構成では、電圧比較によりスイッチング素子ＳＷがオンになるから、電極供給線路Ｌｐの線間に電圧を印加するだけで動作させることができる。

一方、情報系や通信系の集積回路を備える直流機器２０のように、適合期間だけではなく継続的に動作させる必要がある場合には、適合期間に受電した電力を蓄電し、次の適合期間まで内部回路２３の動作を維持する必要がある。また、電力供給線路Ｌｐの線間の電圧が時間とともに変動しているから、内部回路２３の動作には電圧の安定化が必要である。そこで、電圧手段２２には、蓄電のためのコンデンサＣ（二次電池でもよい）と、３端子レギュレータのような定電圧回路Ｒｇとを設けている。

この直流機器２０では、５Ｖあるいは７Ｖの電圧が電力供給線路Ｌｐの線間に印加されたことを電圧検出手段２１が検出すると、適合期間にコンデンサＣに蓄電し、さらに定電圧回路Ｒｇで電圧を安定化させて内部回路２３に供給する。内部回路２３の消費電力と適合期間とコンデンサＣの容量との関係が適正に設計してあれば、内部回路２３に電力を安定供給することができ、適合期間にコンデンサＣに蓄電した電荷を用いて次の適合期間まで内部回路２３を継続して動作させることができる。また、コンデンサＣの容量を大きくしておけば、電力供給線路Ｌｐから供給される直流電力が一時的に遮断されても、コンデンサＣの電荷で直流機器２０を継続して動作させることができ、交流電源ＡＣの停電時でも直流機器２０の機能を維持することが可能になる。

本実施形態では、電力供給線路Ｌｐの線間に印加する電圧を一定時間ごとに変化させているから、駆動電圧の異なる直流機器２０にほぼ均等に直流電力を受電させることができる。また、適合期間が一定であり、コンデンサＣに蓄電する時間とコンデンサＣから放電する時間とがほぼ一定しているから、コンデンサＣを含む電源手段２２の設計が容易である。

本実施形態では、電力供給線路Ｌｐに印加する電圧を一定時間ごとに循環的に変化させているが、一定時間ごとに循環的に電圧を変化させることは必須ではなく、直流機器２０の各駆動電圧ごとの消費電力の合計に応じて、線間に印加する各電圧ごとの時間に長短を付けたり、単位時間において各電圧を電力供給線路Ｌｐの線間に印加する回数を変化させてもよい。

上述したように、電力供給線路Ｌｐの線間に複数段階の電圧を時間をずらして印加し、各直流機器２０では自己に対応した電圧が印加されている適合期間に受電するから、受電した供給電圧と内部回路２３の駆動電圧との差が小さいかゼロになり、定電圧回路Ｒｇでの降圧に伴う電力の損失を小さく電力の利用効率が高くなる。また、電力供給線路からは複数段階の直流電圧を供給しているから、駆動電圧の異なる直流機器２０のいずれにおいても降圧に伴う損失を小さくすることができる。そして、２本の電線のみで駆動電圧の異なる直流機器２０に複数段階の電圧を供給するから、複数段階の電圧を供給しながらも配線資材が少なくなる。その結果、配線施工が容易であり、低コストで配線することができる。

なお、直流電源１０の構成として、スイッチング素子を備えるＤＣ／ＤＣ変換器１２を用い、電圧選択手段１３によりスイッチング素子のオンデューティを制御する指示を与える例を示したが、出力電圧の異なる複数個の定電圧回路を設け、電力供給線路Ｌｐに印加する定電圧回路を選択する構成を採用してもよい。また、スイッチング素子を備えるＤＣ／ＤＣ変換器１２を用いる場合には、各段階の電圧の境界において急峻に変化させるのではなく、滑らかな電圧変化となるように制御してもよい。この構成を採用すれば、ノイズの発生を抑制することができる。

（実施形態２）
実施形態１は、電力供給線路Ｌｐに印加する電圧を直流電源１０が決めているから、電力供給線路Ｌｐに印加される電圧で動作する直流機器２０が存在しない場合でも、電力供給線路Ｌｐには当該電圧が印加されることになる。たとえば、駆動電圧が５Ｖと２４Ｖとの直流機器２０が電力供給線路Ｌｐに接続されているが、駆動電圧が７Ｖである直流機器２０が接続されていなくとも、電力供給線路Ｌｐには７Ｖの電圧を印加する期間が設けられるから、電力の無駄な損失が生じる。電力供給線路Ｌｐに接続する直流機器２０の駆動電圧が既知であれば、直流電源１０の出力電圧のうち不要な電圧が印加されないように直流電源１０の設定を変更することが考えられるが、直流機器２０が電力供給線路Ｌｐに対して着脱されるものであると、直流電源１０の設定を変更する構成では対応するのが難しい。

そこで、本実施形態では、図２に示すように、直流電源１０に電源通信手段１４を設けるとともに、直流機器２０に機器通信手段２４を設け、直流電源１０と直流機器２０との間で通信を可能とし、直流機器２０が通信によって自己に対応した電圧を直流電源１０に通知し、直流電源１０の電圧選択手段１３では直流機器２０から通知された電圧のみを出力するようにしている。つまり、電圧選択手段１３は、直流機器２０から通知された電圧の種類に応じて電力供給線路Ｌｐに印加する電圧を決める。この動作により、電力供給線路Ｌｐには直流機器２０で使用しない電圧は印加されず、電力の無駄な損失を防止することができる。

ただし、直流電源１０と直流機器２０との間で通信を行うから、直流機器２０において通信を行うための電力は確保する必要がある。通信には通信系の集積回路を動作させる必要があるから、電力供給線路Ｌｐには、常時は通信系の集積回路の動作を確保するための電圧、たとえば５Ｖを印加しておき、駆動電圧が電力供給線路Ｌｐに常時印加されている電圧よりも高い駆動電圧（たとえば、２４Ｖ）の直流機器２０が接続され、当該直流機器２０から通信により２４Ｖの電圧が要求されると、図３（ａ）に示すように、一定の時間間隔で間欠的かつ定期的に２４Ｖを印加するのである。もちろん、駆動電圧が２４Ｖである直流機器２０が接続されなければ、電力供給線路Ｌｐに２４Ｖの電圧は印加されない。

この動作は、たとえば、直流機器２０において、液晶表示器のバックライト用として直列接続された複数個の発光ダイオードを備えるときに、２４Ｖの電圧を発光ダイオードの直列回路に印加する場合などに適用できる。

上述したように、情報系や通信系の集積回路には２種類の駆動電圧があるから、図３（ｂ）のように、電力供給線路Ｌｐの線間に、常時は、５Ｖと７Ｖとの電圧を交互に周期的に印加しておき、駆動電圧が２４Ｖである直流機器２０の接続が通知されると、定期的に２４Ｖを印加する構成を採用してもよい。

ところで、直流電源１０と直流機器２０との間の通信には、電力供給線路Ｌｐとは独立した情報線路を設ける構成を採用してもよいが、２本の電線で施工するために電力供給線路Ｌｐを情報伝送の通信路に兼用するのが望ましい。電力供給線路Ｌｐを通信路に兼用するには、電力供給線路Ｌｐに用いる高周波の搬送波を直流電圧に重畳する。

また、直流電源１０から直流機器２０に情報伝送を行うときには、電力供給線路Ｌｐに印加する電圧の変化を利用して情報伝送を行ってもよい。たとえば、変化させる電圧の順序や時間の長さをビット値に割り当てることが可能である。ただし、電力供給線路Ｌｐに印加される電圧値は様々であるから、電圧の高低の変化方向と各電圧を印加する期間の長さとを用いて情報を伝送するのが望ましい。つまり、電圧値に関係なく電圧の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとの順序やタイミングを利用するのが望ましい。

このように電力供給線路Ｌｐに印加する電圧を利用して情報伝送を行うと、高周波の搬送波を用いる場合に比較して電力供給線路Ｌｐからの輻射ノイズを低減することができる。他の構成および動作は実施形態１と同様である。

（実施形態３）
実施形態２は、電力供給線路Ｌｐに接続される直流機器２０の駆動電圧に関する情報を収集した後に、直流機器２０の駆動電圧に応じた電圧を電力供給線路Ｌｐに印加しているが、接続されていても動作しないときには動作用の駆動電圧は不要である。本実施形態は、直流機器２０から要求されたときにだけ、必要な電圧を電力供給線路Ｌｐに印加することによって、電力の損失をより低減させた例を示す。

ところで、常時よりも高い駆動電圧（たとえば、２４Ｖ）を要求する直流機器２０には、ラッチングリレーを負荷として備える直流機器２０のように動作させる電力を単発的に供給すればよいものと、発光ダイオードやモータを負荷として備える直流機器２０のように電力を継続的に供給することが必要なものとがある。

いま、スイッチを備える直流機器２０と、ラッチングリレーや発光ダイオードのような負荷を備える直流機器２０とを電力供給線路Ｌｐに接続し、スイッチの操作により負荷を動作させる場合を想定する。前者のように単発的に電力を供給する場合には、図４（ａ）のように、スイッチの操作に対して直流機器２０では単発的に２４Ｖの電圧を印加するように直流電源１０に要求する。この要求に応答して図４（ｂ）のように２４Ｖの電圧が電力供給線路Ｌｐに印加されると、負荷を備える直流機器２０に駆動用の直流電力が供給されるから、図４（ｃ）のように、ラッチングリレーなどを駆動することができる。この場合、２４Ｖの電圧を印加する時間はラッチングリレーの感動時間よりも長ければよい。

一方、後者のように継続的に電力を供給する場合には、図５（ａ）のようにスイッチのオン操作に対して直流機器２０では継続的に２４Ｖの電圧を印加するように直流電源１０に要求する。直流電源１０は、この要求に応答して図５（ｂ）のように、間欠的かつ周期的に２４Ｖの電圧を電力供給線路Ｌｐに印加する。この状態は、スイッチがオフ操作されるまで継続する。したがって、スイッチのオン操作からオフ操作までの期間において、負荷を備える直流機器２０に対して２４Ｖの電圧を継続して間欠的に供給することができ、負荷の動作を継続することができる。たとえば、負荷として発光ダイオードを複数個直列接続したものを用いる場合には、この動作によって点灯状態を継続することができる。

上述の動作では、情報系や通信系の集積回路用に、たとえば５Ｖを電力供給線路Ｌｐの線間に常時印加しているが、電力供給線路Ｌｐの線間に５Ｖと７Ｖとの電圧を交互に周期的に印加してもよい。つまり、実施形態３の動作について図３（ｂ）に示した動作とし、直流機器２０からの要求に応じて単発的あるいは間欠的に２４Ｖの電圧を電力供給線路Ｌｐの線間に印加するのである。他の構成および動作は上述した実施形態と同様である。

（実施形態４）
上述した各実施形態では電力供給線路Ｌｐが２本の電線からなり、複数段階の電圧を時間をずらして時分割的に電力供給線路Ｌｐの線間に印加する動作について説明したが、本実施形態は、図６に示すように、電力供給線路Ｌｐが３本以上の電線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃからなる構成例を示す。直流電源１０は、電力供給線路Ｌｐの異なる２本の電線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ間に印加する電圧が２種類以上に設定されている。図示例では、１本の電線Ｌｃを基準電位（接地電位）の基準線とし、他の２本の電線Ｌａ，Ｌｂには基準線Ｌｃとの間にそれぞれ異なる電圧を印加している。そのため、直流電源１０には、出力電圧の異なる２個のＤＣ／ＤＣ変換器１２ａ，１２ｂを設け、両ＤＣ／ＤＣ変換器１２ａ，１２ｂの接地側を共通に接続して３線として出力を取り出している。３本の電線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃはシースに収納してケーブルを構成するのが施工上は望ましいが、３本の電線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃが独立していてもよい。

この構成では、たとえば電線Ｌａと基準線Ｌｃとの線間に発光ダイオードのような負荷を駆動する２４Ｖの電圧を印加し、電線Ｌｂと基準線Ｌｃとの線間に情報系や通信系の集積回路用の５Ｖの電圧を印加する。直流機器２０は、自己の駆動電圧に応じて、電線Ｌａと基準線Ｌｃとの２線あるいは電線Ｌｂと基準線Ｌｃとの２線から受電する。また、情報系や通信系の回路と発光ダイオードのような負荷とをともに備える直流機器では、３線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃから受電し、基準線Ｌｃと他の２本の電線Ｌａ，Ｌｂとの間の電圧を内部回路２３で利用する。

本実施形態の構成では、電力供給線路Ｌｐに印加されている電圧が時間変化しないから、直流機器２０はどの電線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃに接続するかを選択するだけで自己に適合する電圧を受電することができ、しかもＤＣ／ＤＣ変換器１２ａ，１２ｂにおいて出力電圧が安定化されていれば、直流機器２０では電圧の安定化が不要になる。その結果、実施形態１などにおいて必要であった電圧検出手段２１や電源手段２２を省略することが可能になる。

なお、上述の構成例では、電線Ｌａ，Ｌｂの線間電圧を利用すれば、７Ｖの電圧を得ることが可能であるが、ＤＣ／ＤＣ変換器１２ａ，１２ｂの故障などによって、電線Ｌａ，Ｌｂのいずれかと基準線Ｌｃとの間が短絡すると、駆動電圧が低電圧である直流機器２０に高電圧が印加されるなどの問題を生じる可能性があるので、このような構成を採用する場合には、直流電源１０の保護回路（図示していないが過負荷に対する保護を行う）においてこの種の事故を考慮する必要がある。これに対して、本実施形態は、基準線Ｌｃを共通にし、基準線Ｌｃの基準電位に対して他の電線Ｌａ，Ｌｂに印加される電圧の極性を同じにしているので、上述のような問題が生じることはなく、保護回路の構成が簡単になる。他の構成および動作は実施形態１と同様である。

（実施形態５）
実施形態４は、３本以上（例示は３本）の電線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの線間に印加する電圧が時間変化させていないが、本実施形態は、基準線Ｌｃと他の少なくとも１本の電線Ｌａ，Ｌｂとの間の電圧を実施形態１と同様に時間変化させるものである。たとえば、直流機器２０に用いる情報系や通信系の内部回路２３の駆動電圧に３．３Ｖと５Ｖとの２種類がある場合には、電線Ｌｂと基準線Ｌｃとの間に５Ｖと７Ｖとの電圧を交互に周期的に印加しておき、直流機器２０には実施形態１と同様に電圧検出手段２１と電源手段２２とを設けて、自己の駆動電圧に対応する電圧が線間に印加されているときに受電し、電源手段２２に蓄電して内部回路２３に直流電力を供給する。この構成によって、情報系や通信系の回路の駆動電圧が複数種類であっても、２線で直流電力を供給することができる。

また、他の１本の電線Ｌａと基準線Ｌｃとの線間は、リレーや発光ダイオードやモータなどを負荷に備える直流機器２０を駆動するように電圧を設定する。直流機器２０に設ける負荷の種類にもよるが、この電圧は必ずしも時間変化させる必要はなく固定でもよい。この電圧を固定している場合の電圧の関係を図７に示す。

この構成では、リレーや発光ダイオードやモータなどのように要求される電圧の安定度が情報系や通信系の回路に比較して低い負荷と、情報系や通信系の回路との給電経路を分離しているから、負荷の動作による電圧変動がマイコンなどの情報系や通信系の回路の動作に影響せず、動作の信頼性が高くなる。また、情報系や通信系の回路を駆動する電圧については直流機器２０の内部回路で安定化することができるように１〜２Ｖの余裕を持たせて給電し（たとえば、５Ｖと７Ｖとし）、リレーやモータに供給する電圧については直流電源１０から供給された電圧をそのまま用いるように使い分けることが可能である。

また、基準線Ｌｃの基準電位に対する線間の電圧を時間変化させる電線Ｌｂについては、実施形態２、３などに示したように、接続されている直流機器２０と直流電源１０との間で通信を可能にし、直流機器２０の駆動電圧に応じて直流電源１０が印加する電圧を決定する構成を採用してもよい。たとえば、基準線Ｌｃと電線Ｌｂとの間の電圧を上述のように２段階（５Ｖと７Ｖ）から選択可能としておき、接続された直流機器２０の駆動電圧が５Ｖのものだけであれば、５Ｖを印加してもよい。また、電線Ｌａと基準線Ｌｃとの間には通常は電圧を印加せず、通信によって直流機器２０からの要求があるときにのみ、対応する電圧を電線Ｌａと基準線Ｌｃとの間に単発的あるいは連続的あるいは継続して間欠的に印加する構成を採用してもよい。他の構成および動作は上述した各実施形態と同様である。

（ａ）は実施形態１を示す構成図、（ｂ）は同上の電圧変化を示す動作説明図である。 （ａ）は実施形態２を示す構成図である。 同上の電圧変化の例を示す動作説明図である。 実施形態３の一つの動作例の動作説明図である。 同上の他の動作例の動作説明図図である。 実施形態４を示す構成図である。 実施形態５の電圧変化の例を示す動作説明図である。

符号の説明

１０ 直流電源
１１ ＡＣ／ＤＣ変換器
１２ ＤＣ／ＤＣ変換器
１２ａ，１２ｂ ＤＣ／ＤＣ変換器
１３ 電圧選択手段
１４ 電源通信手段
２０ 直流機器
２１ 電圧検出手段
２２ 電源手段
２３ 内部回路
２４ 機器通信手段
Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ 電線
Ｌｃ 基準線
Ｌｐ 電力供給線路

Claims (7)

1. 直流電力を供給する直流電源と、電力供給線路を通して前記直流電源から供給される直流電力により駆動される直流機器とを有し、前記直流電源は、前記電力供給線路の線間に印加する直流電圧を複数段階に可変であり、前記直流機器は、前記電力供給線路の線間に印加されている直流電圧が自己に対応しているか否かを判断する電圧検出手段と、前記電圧検出手段により自己に対応した電圧が線間に印加されていることが検出される適合期間に前記電力供給線路から直流電力を受電する電源手段とを備え、さらに、前記直流電源と前記直流機器とは通信可能であって、前記直流機器は自己に対応した電圧を直流電源に通知し、前記直流電源は、前記電力供給線路に接続されたすべての直流機器から通知された電圧の種類に応じた電圧を選択して前記電力供給線路の線間に印加する電圧選択手段を備えることを特徴とする配電システム。
2. 直流電力を供給する直流電源と、電力供給線路を通して前記直流電源から供給される直流電力により駆動される直流機器とを有し、前記直流電源は、前記電力供給線路の線間に印加する直流電圧を複数段階に可変であり、前記直流機器は、前記電力供給線路の線間に印加されている直流電圧が自己に対応しているか否かを判断する電圧検出手段と、前記電圧検出手段により自己に対応した電圧が線間に印加されていることが検出される適合期間に前記電力供給線路から直流電力を受電する電源手段とを備え、さらに、前記直流電源と前記直流機器とは通信可能であって、前記直流電源は、常時は通信に要する電圧を前記電力供給線路の線間に印加し、通信により前記直流機器の動作開始が通知されると前記直流機器の動作に必要な常時より高い電圧を規定した時間だけ線間に印加する電圧選択手段を備えることを特徴とする配電システム。
3. 直流電力を供給する直流電源と、電力供給線路を通して前記直流電源から供給される直流電力により駆動される直流機器とを有し、前記直流電源は、前記電力供給線路の線間に印加する直流電圧を複数段階に可変であり、前記直流機器は、前記電力供給線路の線間に印加されている直流電圧が自己に対応しているか否かを判断する電圧検出手段と、前記電圧検出手段により自己に対応した電圧が線間に印加されていることが検出される適合期間に前記電力供給線路から直流電力を受電する電源手段とを備え、さらに、前記直流電源と前記直流機器とは通信可能であって、前記直流電源は、常時は通信に要する電圧を前記電力供給線路の線間に印加し、通信により前記直流機器の動作開始が通知されると前記直流機器の動作に必要な常時より高い電圧を直流機器の動作期間中に間欠的に線間に印加する電圧選択手段を備えることを特徴とする配電システム。
4. 直流電力を供給する直流電源と、電力供給線路を通して前記直流電源から供給される直流電力により駆動される直流機器とを有し、前記直流電源は、前記電力供給線路の線間に印加する直流電圧を複数段階に可変であり、前記直流機器は、前記電力供給線路の線間に印加されている直流電圧が自己に対応しているか否かを判断する電圧検出手段と、前記電圧検出手段により自己に対応した電圧が線間に印加されていることが検出される適合期間に前記電力供給線路から直流電力を受電する電源手段とを備え、さらに、前記直流電源と前記直流機器とは通信可能であって、前記直流電源と前記直流機器との間の情報は、前記電力供給線路のうち前記直流機器に直流電力を供給している特定の２線間の電圧変化を用いて伝送することを特徴とする配電システム。
5. 前記電源手段は、前記適合期間の直流電力を蓄電して内部電源に用いることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の配電システム。
6. 前記電力供給線路は２本の電線からなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の配電システム。
7. 前記電力供給線路は３本以上の電線からなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の配電システム。

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