JP5622235B2 - 直流プラグ - Google Patents

Description

本発明は、直流電流を流すための直流プラグに関するものである。

従来は，同期発電機を用いた交流電力系統（商用電源）から交流電力が一般家庭、工場、各施設に供給されている。このような交流電力系統において、交流電力を各種電気機器に供給するに際しては、接続器具であるコンセントとプラグとを介して電力の供給が行われている。一方、近年では、太陽光発電、風力発電などによる直流電力を供給する分散型電源が注目されている。また、各種電気機器において、交流をその機器の内部において一旦直流に変換して、半導体装置を用いて機器を制御するインバータ制御が広く採用されている。また、各種電気機器の電源装置としては交流を一旦直流に変換するスイッチング電源が多用されている。このような技術の変化に伴い、直流電力を供給する直流電力系統の採用が検討されはじめた。

直流電力系統と交流電力系統とでは、電力系統と各種電気機器の間に介在するプラグに要求される性能が全く異なる。従来から広く普及した交流電力系統において用いられるプラグとコンセントの組み合わせは、直流電力系統においては用いることができない。すなわち、直流の場合には、交流のように電流が零となる時刻がないため、従来のプラグを介して活電状態（導通状態）の負荷である電気機器をコンセントに接続し、コンセントから分離すると、一旦生じたアーク（アーク放電）が、消滅せずに持続する。この結果、電流も持続的に流れ続ける。そして、コンセントとプラグの損傷、電気機器の故障、さらには、火災を生じるおそれもある。よって、直流電力系統と各種電気機器との間の電流路を、従来の交流用のプラグを用いて分離・接続することは困難である。

このような問題を解決するために、直流電力系統に用いるに適したプラグである直流プラグの技術が提供されている（特許文献１を参照）。また、関連した技術として、直流の電流路の切断に適したスイッチの技術が提供されている（特許文献２）。

特開２００５−２９４０７７号公報 特開２００７−２１３８４２号公報

特許文献１に記載の直流プラグに各種電気機器を接続して電力を供給するに際しては、この直流プラグの内部に配された半導体素子に常時電流が流れるために、半導体素子において電力損失が生じるという問題があった。このために、直流プラグの小型化が困難であった。

発明が解決しようとする課題は、電力損失が少なく、サイズを小型化した、アークを発生させることがない直流プラグを提供するものである。

かかる課題を解決するため、本発明の第１観点の、直流プラグは、コンセントに接続するための入力端子と、負荷に接続するための出力端子と、前記入力端子と前記出力端子との間の直流電流が流れる直流電流路を開路または閉路とするために前記直流電流路に挿入される電子的開閉スイッチと、前記電子的開閉スイッチに対して並列に接続される並列機械的開閉スイッチと、前記並列機械的開閉スイッチと前記電子的開閉スイッチとの相互の開閉時間差を制御するスイッチ制御回路と、を備え、前記スイッチ制御回路は、前記直流電流路を閉路とするに際して、前記コンセントに前記入力端子が接続された後であって、前記電子的開閉スイッチを閉路とした後に、前記並列機械的開閉スイッチを閉路とする。

本発明の第２観点の、直流プラグは、コンセントに接続するための入力端子と、負荷に接続するための出力端子と、前記入力端子と前記出力端子との間の直流電流が流れる直流電流路を開路または閉路とするために前記直流電流路に挿入される電子的開閉スイッチと、前記電子的開閉スイッチに対して並列に接続される並列機械的開閉スイッチと、前記並列機械的開閉スイッチと前記電子的開閉スイッチとの相互の開閉時間差を制御するスイッチ制御回路と、を備え、前記スイッチ制御回路は、前記直流電流が流れている前記直流電流路を開路とするに際して、前記並列機械的開閉スイッチを開路とし、前記並列機械的開閉スイッチが開路とされることによって生じるチャタリングが収まる時間よりも長い時間以上であって、前記電子的開閉スイッチの温度が予め定める所定温度に上昇する時間よりも短い時間以内において、前記電子的開閉スイッチを開路とする。

本発明の直流プラグは、機械的開閉スイッチと電子的開閉スイッチと機械的開閉スイッチと電子的開閉スイッチを制御するスイッチ制御回路とを備える。そして、アークを発生させることなく、直流電流路を導通（閉）とする場合における電子的開閉スイッチの電力損失を小さくして、低価格で小型の直流プラグを提供することができる。

実施形態の直流プラグを用いる直流電力供給システムを示す図である。 第１実施形態の直流プラグを示す図である。 第１実施形態の直流プラグにおける、並列機械的開閉スイッチおよび電子的開閉スイッチの開閉の手順をタイミングチャートで示す図である。 図２に示す第１実施形態の直流プラグの実施例を示す図である。 第２実施形態の直流プラグを示す図である。 第２実施形態の直流プラグにおける、並列機械的開閉スイッチ、電子的開閉スイッチ、直列機械的開閉スイッチの開閉の手順をタイミングチャートで示す図である。 第３実施形態の直流プラグを示す図である。 直流プラグの第１変形例を示す図である。 直流プラグの第２変形例を示す図である。 直流プラグの第３変形例を示す図である。 直流プラグの第４変形例を示す図である。 直流プラグの第５変形例を示す図である。 直流プラグの第６変形例を示す図である。 直流プラグの第７変形例を示す図である。 第４実施形態の直流プラグを示す図である。 第５実施形態の直流プラグを示す図である。 第５実施形態の直流プラグと組み合わせて用いるコンセントを示す図である。 第５実施形態の直流プラグの別の変形例を示す図である。 第５実施形態の直流プラグの別の変形例と組み合わせて用いるコンセントを示す図である。 第６実施形態の直流プラグを示す図である。 第６実施形態の直流プラグと組み合わせて用いるコンセントを示す図である。

発明を実施するための実施形態の直流プラグは、直流電力系統と出力端子との間に直流電流路を開路または閉路とするために、電子的開閉スイッチと、電子的開閉スイッチに対して並列に接続される並列機械的開閉スイッチと、並列機械的開閉スイッチと電子的開閉スイッチとの相互の開閉時間差を制御するスイッチ制御回路と、を備える。スイッチ制御回路は、直流電流が流れる直流電流路を閉路とするに際して、電子的開閉スイッチが閉路とされた後に、並列機械的開閉スイッチを閉路とすることによって、電子的開閉スイッチの発熱を防止する。

また、スイッチ制御回路は、直流電流路を開路とするに際して、並列機械的開閉スイッチを開路とし、並列機械的開閉スイッチが開路とされることによって生じるチャタリングが収まる時間よりも長い時間以上であって、電子的開閉スイッチの温度が予め定める所定温度に上昇する時間よりも短い時間以内において、電子的開閉スイッチを開路とすることによって、アークの発生を防止する。

［直流プラグの概略］
実施形態の技術について、図面を参照して以下に説明をする。図１は、実施形態の直流プラグを用いる直流電力供給システムを示す図である。直流電力系統１０には直流発電機が接続され直流電力が供給される。直流電力系統１０には、直流プラグ２０ａ、直流プラグ２０ｂ、直流プラグ２０ｃ、直流プラグ２０ｄ直流プラグ２０ｅ、直流プラグ２０ｆ、直流プラグ２０ｇ、直流プラグ２０ｈ、直流プラグ２０ｉ、直流プラグ２０ｊ、直流プラグ２０ｋ、直流プラグ２０ｌ、直流プラグ２０ｍ、直流プラグ２０ｎが接続される（直流プラグ２０ｄ〜直流プラグ２０ｊ、直流プラグ２０ｍは図１には図示せず）。直流プラグ２０ａ〜直流プラグ２０ｎの各直流プラグは、入力端子である入力端子Ａ、入力端子Ｂ、および、出力端子である出力端子Ｃ、出力端子Ｄ、を備えている。入力端子Ａはプラス極性のプラス端子、入力端子Ｂはマイナス極性のマイナス端子、出力端子Ｃはプラス極性のプラス端子、出力端子Ｄはマイナス極性のマイナス端子である。

直流プラグ２０ａ〜直流プラグ２０ｌにはコンセント１９が接続され、直流プラグ２０ｋにはコンセント１９ａが接続され、直流プラグ２０ｎにはコンセント１９ｂが接続されて電気的な導通が図られる。例えば、コンセント１９、コンセント１９ａ、コンセント１９ｂは、各直流プラグの入力端子Ａおよび入力端子Ｂの各々と接するように、バネ機能を有し中心方向に押圧力を生じる筒状の導体を接点として有している。直流プラグ２０ａ〜直流プラグ２０ｎの入力端子Ａおよび入力端子Ｂは棒状の導体とされ、コンセントの筒状の導体に直流プラグの棒状の導体が挿入されて導通状態とされる。コンセントの接点は、従来の交流用のコンセントで用いられるようなバネ機能を有する２枚の板であっても良く、コンセントの各接点の２枚の板バネの間に直流プラグの接点としての板状の導体板が挿入されて、直流プラグとコンセントが導通するようにしても良い。

直流プラグ２０ａ〜直流プラグ２０ｋには、突起状の部材である制御スイッチ押圧部１９１がコンセント側に突き出すように設けられている。制御スイッチ押圧部１９１は、コンセントの壁面に当たって、直流プラグ２０ａ〜直流プラグ２０ｋの内部側にその位置が移動させられる。そして、この突起状の制御スイッチ押圧部１９１によって、詳細は後述する制御スイッチ１７が押される。制御スイッチ１７はプッシュスイッチであり押されているときだけ導通する。ここで、制御スイッチ１７が押されるのは、コンセント１９と直流プラグ２０ａ〜直流プラグ２０ｊとが接続された後である。直流プラグ２０ａ〜直流プラグ２０ｊの各直流プラグ内部における制御スイッチ１７の配置と、制御スイッチ押圧部１９１の先端の位置を予め定めることによって、直流プラグ２０ａ〜直流プラグ２０ｋの各直流プラグの入力端子がコンセント１９に接続された後に制御スイッチ押圧部１９１によって制御スイッチ１７が押されるようにすることができる。

このようにして、詳細は後述するが、コンセント１９と直流プラグ２０ａ〜直流プラグ２０ｋとの導通が図られた状態において、直流プラグ２０ａ〜直流プラグ２０ｋの内部でアークの発生を防止しながら直流電流路の開閉をおこなう。

図１の下から３段目のコンセント１９と直流プラグ２０ｋの組み合わせにおいては、直流プラグ２０ｋには、制御スイッチ押圧部１９１が設けられていない。また、制御スイッチとしては、スライドスイッチ１７７が用いられる。スライドスイッチ１７７は制御スイッチとして機能する。スライドスイッチ１７７には、直流プラグ２０ｋの外部から操作できるレバーが設けられている。レバーを矢印ＯＮ側にスライドさせれば、スライドスイッチ１７７は導通となり、レバーを矢印ＯＦＦ側にスライドさせれば、スライドスイッチ１７７は切断となる。このようにして、スライドスイッチ１７７のレバーを制御することによって、直流プラグ２０ｋの内部の直流電流路の導通と切断を制御することができる。また、スライドスイッチ１７７をＯＦＦとしてから、時間を置いてコンセント１９から直流プラグ２０ｋを抜くことによって、後述する回生電流によるアークの発生を防止できる。

図１の下から２段目ののコンセント１９ａと直流プラグ２０ｌの組み合わせ、図１の最下段目ののコンセント１９ｂと直流プラグ２０ｎの組み合わせにおいては、直流プラグには、制御スイッチ押圧部１９１が設けられていない。詳細は後述するが、制御スイッチ押圧部１９１を設けなくとも、コンセントと直流プラグとの間でアークの発生を防止しながら直流電流路の開閉をおこなうことができる。

「実施形態の直流プラグ」
第１実施形態の直流プラグは、直流電流が流れる直流電流路を開路または閉路とするために直流電流路に挿入される電子的開閉スイッチと、この電子的開閉スイッチに対して並列に接続される並列機械的開閉スイッチと、並列機械的開閉スイッチと電子的開閉スイッチとの相互の開閉時間差を制御するスイッチ制御回路と、を備える。そして、スイッチ制御回路は、電子的開閉スイッチが閉路とされた所定時間後に、並列機械的開閉スイッチを閉路とするものである。

第２実施形態の直流プラグは、直流電流が流れる直流電流路を開路または閉路とするために直流電流路に挿入される電子的開閉スイッチと、この電子的開閉スイッチに対して並列に接続される並列機械的開閉スイッチと、この電子的開閉スイッチとこの並列機械的開閉スイッチとに対して直列に接続される直列機械的開閉スイッチと、並列機械的開閉スイッチと直列機械的開閉スイッチと電子的開閉スイッチの３つのスイッチの相互の開閉時間差を制御するスイッチ制御回路と、を備える。そして、スイッチ制御回路は、直流電流が流れる直流電流路を閉路とするに際して、直列機械的開閉スイッチが閉路とされた所定時間後に、電子的開閉スイッチを閉路とし、最後に並列機械的開閉スイッチを閉路とする。また、直流電流が流れる直流電流路を開路とするに際して、並列機械的開閉スイッチが開路とされた所定時間後に、電子的開閉スイッチを開路とし、最後に直列機械的開閉スイッチを開路とするものである。

第３実施形態の直流プラグは、直流電流が流れる直流電流路を開路または閉路とするために直流電流路に挿入される電子的開閉スイッチと、この電子的開閉スイッチに直列に接続される直列機械的開閉スイッチと、電子的開閉スイッチとこの直列に接続される機械的開閉スイッチとで形成される直列接続回路に対して並列に接続される並列機械的開閉スイッチと、並列機械的開閉スイッチと直列機械的開閉スイッチと電子的開閉スイッチの３つのスイッチの相互の開閉時間差を制御するスイッチ制御回路と、を備える。そして、スイッチ制御回路は、直流電流が流れる直流電流路を閉路とするに際して、直列機械的開閉スイッチが閉路とされた所定時間後に、電子的開閉スイッチを閉路とし、最後に並列機械的開閉スイッチを閉路とする。また、直流電流が流れる直流電流路を開路とするに際して、並列機械的開閉スイッチが開路とされた所定時間後に、電子的開閉スイッチを開路とし、最後に直列機械的開閉スイッチを開路とするものである。

実施形態の変形の形態（以下実施形態の変形例と記載する）の直流プラグは、第１実施形態ないし第３実施形態の直流プラグに対して、さらには、電子的開閉スイッチと直列機械的開閉スイッチのみを有する実施形態の直流プラグに対して転流ダイオードの付加、または、回生ダイオードの付加をするものである。転流ダイオードの付加は、直流プラグ内部に形成される直流スイッチを切断した直後における逆起電圧の発生を防止することを解決課題とする。回生ダイオードの付加は、負荷であるモータに生じた電力を、直流プラグを介して直流電力系統に対して電力回生をおこなうことを解決課題とする。

第４実施形態の直流プラグは、上述した第１実施形態ないし第３実施形態およびこれらの変形例のすべての実施形態との組み合わせにおいて実施することができるものである。第４実施形態の直流プラグでは、スイッチ制御回路を制御するトリガー信号をスライドスイッチによって付与するものである。このスライドスイッチは直流プラグの外部から操作できるレバーを備える。このレバーを操作して、直流プラグ内の直流電流路を開路とした後、回生電力を電源系統に戻し終わった後にコンセントから直流プラグを抜くことによって回生電力を電源系統に有効に戻すとともにコンセントと直流プラグの間にアークが発生することを防止できる。

第５実施形態の直流プラグは、上述した第１実施形態ないし第３実施形態およびこれらの変形例のすべての実施形態との組み合わせにおいて実施することができるものである。第５実施形態の直流プラグでは、上述した実施形態に、さらに、コンセントの電磁波発射部（送信部）から直流プラグに対して発射された、所定パスワードを含む情報を受信して所定パスワードを再生する受信部を備えるものである。そして、所定パスワードの再生が可能となる所定距離にコンセントが接近するよりもより離間した距離において、直流プラグの入力端子とコンセントの接続が開始され、受信部で所定パスワードを再生した後にスイッチ制御回路は直流プラグ内の直流電流路を閉路とするものである。また、所定パスワードの再生が可能となる所定距離よりもコンセントが離間した距離においても、直流プラグとコンセントの電気的接続が維持され、受信部で所定パスワードの再生ができなくなるとスイッチ制御回路は直流プラグ内の直流電流路を開路とするものである。

第６実施形態の直流プラグは、上述した第１実施形態ないし第３実施形態およびこれらの変形例のすべての実施形態との組み合わせにおいて実施することができるものである。第６実施形態の直流プラグでは、上述した実施形態に、さらに、静電容量検出部を備えるものである。そして、静電容量検出部で静電容量の変化に基づいて検出されるコンセントと直流プラグの離間距離である所定離間距離より離間した距離において直流プラグの入力端子とコンセントの接続が開始され、所定離間距離以内となるとスイッチ制御回路は直流プラグ内の直流電流路を閉路とするものである。また、静電容量検出部で静電容量の変化に基づいて検出されるコンセントと直流プラグの離間距離である所定離間距離より離間した距離において直流プラグとコンセントの電気的接続が維持され、コンセントとの離間距離が所定離間距離以内ではなくなるとスイッチ制御回路は直流プラグ内の直流電流路を開路とするものである。

以下に第１実施形態の直流プラグないし第６実施形態の直流プラグ、さらには、これらの実施形態の変形の形態について詳細に説明をする。第１実施形態の直流プラグでは並列機械的開閉スイッチ、第２実施形態の直流プラグおよび第３実施形態の直流プラグでは並列機械的開閉スイッチと直列機械的開閉スイッチとを直流プラグの一構成要素とする。第４実施形態、第５実施形態の直流プラグ、実施形態の直流プラグの変形例においても、これらを一構成要素としているのでこれらの機械的開閉スイッチについてまず説明をする。

機械的開閉スイッチは、導電体で形成された２つの接点を有し、電流が流れる経路である直流電流路に機械的開閉スイッチは挿入され、機械的開閉スイッチの各々の接点は２つに分断された直流電流路に各々接続されている。２つの接点が相互に接触して閉状態となることによって直流電流路が形成され、２つの接点が離間して開状態となることによって直流電流路が切断されるようになされている。

第１実施形態の直流プラグ、および、第２実施形態の直流プラグでは、後述する機械的開閉スイッチ１６は、後述する電子的開閉スイッチ１５に対して並列接続されるので、機械的開閉スイッチ１６は、並列機械的開閉スイッチ１６とも記載してその機能を明確にする。また、第３実施形態の直流プラグでは機械的開閉スイッチ１６は、機械的開閉スイッチ１６１を介してではあるが電子的開閉スイッチ１５に対して並列接続されるので、第３実施形態の直流プラグにおいても並列機械的開閉スイッチ１６と記載する。

第２実施形態の直流プラグでは、機械的開閉スイッチ１６１は、並列機械的開閉スイッチ１６と電子的開閉スイッチ１５の並列接続回路に直列に接続されており、少なくとも電子的開閉スイッチ１５に対して直列接続されているので、機械的開閉スイッチ１６１は、直列機械的開閉スイッチ１６１とも記載してその機能を明確にする。また、第３実施形態の直流プラグでは、機械的開閉スイッチ１６１は、電子的開閉スイッチ１５に対して直列接続されているので、機械的開閉スイッチ１６１は、同様に、直列機械的開閉スイッチ１６１とも記載してその機能を明確にする。

ここで、並列機械的開閉スイッチにおける並列とは、直流電流路中に配された電子的開閉スイッチと機械的開閉スイッチとに電流が分流する（一方に分流する電流が０である場合も含む）接続態様を意味するものである。すなわち、電子的開閉スイッチと機械的開閉スイッチとを並列に接続すると、電子的開閉スイッチの抵抗値は、機械的開閉スイッチの抵抗値よりも高いので、直流電流路に流れる電流の多くは機械的開閉スイッチに流れる。また、電子的開閉スイッチが抵抗として機能するのではなく、一定のオン電圧（導通時のスイッチ両端の電圧）を有する素子として機能する場合には、オン電圧が０に近い機械的開閉スイッチにのみ電流は流れる。

また、直列機械的開閉スイッチにおける直列とは、直流電流路中に配された電子的開閉スイッチに流れる電流が、機械的開閉スイッチに流れるような接続態様を意味するものである。すなわち、電子的開閉スイッチと機械的開閉スイッチとを直列に接続する場合には、いずれか、一方が切断する（開となる）と、この電子的開閉スイッチと機械的開閉スイッチとが直列接続された部分の直流電流路には電流が流れることはない。安全規格等で機械的開閉スイッチの設置を義務づけている電気機器においては、このような直列接続を用いることによってこの義務に対応できることとなる。

（第１実施形態の直流プラグ）
図２は第１実施形態の直流プラグを示す図である。図２に沿って第１実施形態の、内部に直流スイッチを有する直流プラグ２０ａについて説明する。直流プラグ２０ａは、負荷３０ａ（図１を参照）に出力端子Ｃおよび出力端子Ｄとの各々が接続されて用いられる。

直流プラグ２０ａは、並列機械的開閉スイッチ１６と、電子的開閉スイッチ１５と、スイッチ制御回路１４と、制御スイッチ１７と、を備えている。そして、この並列機械的開閉スイッチ１６と電子的開閉スイッチ１５とは並列に接続され、並列機械的開閉スイッチ１６および電子的開閉スイッチ１５の並列接続回路が、入力端子Ｂと出力端子Ｄとの間の直流電流路に挿入されている。

負荷は、電気機器である。電気機器は静止機器（例えば、テレビジョン受像機）のみならず、回転機器（例えば、冷蔵庫のコンプレッサ）であっても良く、回転機器としては、例えば、直流モータ、インバータなどの電力変換器を介して駆動する交流モータが、例として挙げられる。直流プラグ２０ａの並列機械的開閉スイッチ１６および電子的開閉スイッチ１５は、直流電流が流れる直流電流路を開路（直流電流路が形成されない状態）または閉路（直流電流路が形成される状態）とするために挿入されている。

すなわち、並列接続された並列機械的開閉スイッチ１６および電子的開閉スイッチ１５は、並列機械的開閉スイッチ１６および電子的開閉スイッチ１５のいずれもが、入力端子Ｂの側のマイナス側の母線１３に挿入され、直流プラグ２０ａを介在して直流電力系統１０と負荷３０ａとの間に直列に接続されている。このために、並列機械的開閉スイッチ１６または電子的開閉スイッチ１５のいずれか一方を閉（導通）とすると直流電流路は導通（閉路）とされ、並列機械的開閉スイッチ１６および電子的開閉スイッチ１５の両方を開（切断）とすると直流電流路は切断（開路）とされる。この開閉の動作によって、負荷３０ａへの電力供給を絶ち、または、負荷３０ａに直流電力系統１０からの電力を供給することができる。

しかしながら、後述するように、並列機械的開閉スイッチ１６の接点間におけるアークの発生と、並列機械的開閉スイッチ１６、電子的開閉スイッチ１５の開閉の順序は密接に関係している。なお、図２では並列機械的開閉スイッチ１６および電子的開閉スイッチ１５が、マイナス側の母線１３に挿入されているが、入力端子Ａの側のプラス側の母線１２に挿入しても同様な作用効果を奏する。

スイッチ制御回路１４は、並列機械的開閉スイッチ１６と電子的開閉スイッチ１５との両者の相互の開閉時間差を制御する。このとき、制御スイッチ１７は開閉を行い、スイッチ制御回路１４に対して、並列機械的開閉スイッチ１６および電子的開閉スイッチ１５の開閉の契機となるトリガー信号を与える。制御スイッチ１７は、コンセント１９によって制御スイッチ押圧部１９１の先端が押されて操作されるスイッチである（図１を参照）。

図３は、第１実施形態における、制御スイッチ１７の操作、並列機械的開閉スイッチ１６および電子的開閉スイッチ１５の開閉の手順をタイミングチャートで示す図である。図３（Ａ）は制御スイッチ１７が開である切断（切断状態）と閉である導通（導通状態）を示し、図３（Ｂ）は電子的開閉スイッチ１５が開である切断（切断状態）と閉である導通（導通状態）を示し、図３（Ｃ）は並列機械的開閉スイッチ１６が開である切断（切断状態）と閉である導通（導通状態）を示すものである。横軸は時刻ｔを示すものである。図３を参照して、制御スイッチ１７の操作、電子的開閉スイッチ１５および並列機械的開閉スイッチ１６の開閉の動作を説明する。

まず、直流プラグ２０ａによって直流電流路を閉路とする場合の手順を説明する。制御スイッチ１７が制御スイッチ押圧部１９１によって押され、制御スイッチ１７を切断から導通に変化させる（図３（Ａ）の時刻ｔ１を参照）。スイッチ制御回路１４は、制御スイッチ１７の操作によって発生するトリガー信号に基づき並列機械的開閉スイッチ１６および電子的開閉スイッチ１５を切断から導通に変化させる（図３（Ｂ）の時刻ｔ１、図３（Ｃ）の時刻ｔ２を参照）。すなわち、図３（Ｂ）に示すように、制御スイッチ１７が導通（閉）となると、電子的開閉スイッチ１５は、原理的には動作遅れなく、実際の半導体素子ではごく僅かの動作遅れを有して導通（閉）となる。一方、図３（Ｃ）に示すように、制御スイッチ１７が導通（閉）となると、並列機械的開閉スイッチ１６は時刻ｔ１から予め定めた所定時間τ１の後の時刻ｔ２に導通（閉）となる。ここで、時刻ｔ１と時刻ｔ２の間の所定時間τ１の間は、電子的開閉スイッチ１５のみが導通する。そして所定時間τ１の間は電子的開閉スイッチ１５において電力損失が発生するので、電子的開閉スイッチ１５の温度が予め定める所定温度以上（例えば、６０℃以上）に上昇しないような短い時間に所定時間τ１は設定されている。

所定時間τ１は電子的開閉スイッチ１５の動作遅れ以上であれば良い。所定時間τ１の長さを長くすることによって、電子的開閉スイッチ１５が十分に導通した後（電子的開閉スイッチ１５のオン電圧が十分に低くなった後）に並列機械的開閉スイッチ１６を導通させることを確保できる。このように所定時間τ１を設定することによって並列機械的開閉スイッチ１６の接点に高電圧が印加されたまま回路を閉とし、その結果として、接点に熱損失が生じるようなことはない。

つまり、所定時間τ１の最大許容時間は、電子的開閉スイッチ１５の許容温度によって定まり、所定時間τ１の最小許容時間は、電子的開閉スイッチ１５の導通速度によって定まる。さらに、所定時間τ１が長くなればなるほど、直流電流路中の電子的開閉スイッチ１５に生じる電力損失は大きくなる。以上を勘案して、所定時間τ１は定められる。

このようにして、並列機械的開閉スイッチ１６が電子的開閉スイッチ１５よりも先に導通しないようにしている。仮に、並列機械的開閉スイッチ１６が電子的開閉スイッチ１５よりも先に導通する場合には、並列機械的開閉スイッチ１６の接点にアークが発生して接点の損傷を生じるおそれがある。特に、接点のチャタリングによってアークが発生する可能性は倍加する。ここで、チャタリングとは、並列機械的開閉スイッチ１６の接点が切り替わった際に、微細で非常に速い機械的振動によって、接点が接触と非接触とを繰り返し直流電流路に流れる電流を切断・導通させようとする現象であり、例えば、１〜１００ｍｓ（ミリセカンド）程度持続する現象である。

直流プラグ２０ａの直流電流路を導通とする場合に、上述したようにして、直流プラグ２０ａの内部でアークの発生が生じないのみならず、突起状の制御スイッチ押圧部１９１によって、制御スイッチ１７が押されて閉（導通）となるに際しては、入力端子Ａおよび入力端子Ｂのいずれもがコンセント１９に接続された状態となった後であるので、直流プラグ２０ａとコンセント１９との間でもアークが発生することはない（図１の直流プラグ２０ａとコンセント１９の位置関係を参照）。

次に、直流プラグ２０ａによって直流電流路を開路とする場合の手順を説明する。ここで、負荷３０ａに電流の供給が断たれている場合、すなわち、負荷３０ａの内部において電流路を切断する操作がおこなわれた場合にはコンセント１９から直流プラグ２０ａを抜いても大きな問題は生じない。問題となるのは、負荷３０ａに電流が流れている状態においてコンセント１９から直流プラグ２０ａを抜く場合である。

コンセント１９から直流プラグ２０ａを抜く過程において、制御スイッチ押圧部１９１が制御スイッチ１７を押さなくなり、制御スイッチ１７を導通から切断に変化させる（図３（Ａ）の時刻ｔ３を参照）。スイッチ制御回路１４は、制御スイッチ１７の操作によって発生するトリガー信号に基づき並列機械的開閉スイッチ１６を導通から切断に変化させる（図３（Ｃ）の時刻ｔ３を参照）。また、スイッチ制御回路１４は、制御スイッチ１７の操作によって発生するトリガー信号に基づき並列機械的開閉スイッチ１６を導通から切断に変化させて時刻ｔ３から所定時間τ２後の時刻ｔ４に電子的開閉スイッチ１５を導通から切断に変化させる。ここで、時刻ｔ３と時刻ｔ４との間の所定時間τ２は、並列機械的開閉スイッチ１６のチャタリングが収まる時間よりも長い時間以上に設定されるとともに、所定時間τ２は、電子的開閉スイッチ１５の温度が予め定める所定温度に上昇する時間よりも短い時間以内に設定する。さらに、直流プラグ２０ａとコンセント１９との接触が絶たれる前に電子的開閉スイッチ１５が切断するようにするのが直流プラグ２０ａとコンセント１９との間におけるアークの発生を防止する点から望ましい。

このような手順で、導通から切断とする場合においては、所定時間τ２は、並列機械的開閉スイッチ１６のチャタリングが収まる時間よりも長い時間に設定されている。よって、並列機械的開閉スイッチ１６のチャタリングが収まった後、並列機械的開閉スイッチ１６が完全に開となった時点において、未だ電子的開閉スイッチ１５は閉となっている。そのために、所定時間τ２以内の時間において、電子的開閉スイッチ１５が、例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴの場合には、電子的開閉スイッチ１５の抵抗値は小さく、電子的開閉スイッチ１５の両端に生じる電圧は小さい。よって、所定時間τ２以内の時間において、並列機械的開閉スイッチ１６の接点にチャタリングが生じたとしても、所定時間τ２より長い時間が経てばチャタリングは収まっているので並列機械的開閉スイッチ１６の接点間におけるアークの発生はない。さらに、直流プラグ２０ａとコンセント１９との接触が絶たれる前に電子的開閉スイッチ１５が切断するようにして、直流プラグ２０ａとコンセント１９の間でアークが発生しないようにするのが望ましい。このような観点から、並列機械的開閉スイッチ１６のチャタリングが収まる時間と等しい時間に所定時間τ２を定めるのが最も望ましい。

また、電子的開閉スイッチ１５がＭＯＳ−ＦＥＴではなく、例えば、バイポーラトランジスタの場合には、接点の両端には、電子的開閉スイッチ１５のオン電圧以上の電圧が生じることはない。よって、並列機械的開閉スイッチ１６の接点間におけるアークの発生はない。

所定時間τ２は、発熱の観点から見ると、電子的開閉スイッチ１５の温度が予め定める所定温度（例えば、安全規格で定める温度、半導体の定格で定める温度）に上昇する時間よりも短い時間に設定されるので、電子的開閉スイッチ１５は、安全な低い温度を維持し、また、熱破壊することがない。そして、電子的開閉スイッチ１５を開とする時点で直流電流路は切断（開）の状態とされる。つまり、所定時間τ２の最小許容時間は、並列機械的開閉スイッチ１６のチャタリング持続時間であり、所定時間τ２はチャタリング持続時間以上の時間とされる。さらに、所定時間τ２が長くなればなるほど、直流電流路中の電子的開閉スイッチ１５に生じる電力損失は大きくなる。以上を勘案して、所定時間τ２は定められる。

また、所定時間τ２の最大許容時間は、直流電流が負荷３０ａに流れている活電状態においてコンセント１９から直流プラグ２０ａを抜く際の直流プラグ２０ａとコンセント１９の間におけるアークの発生を防止する観点からも定められる。ここで、直流電流が負荷３０ａに流れている活電状態においてコンセント１９から直流プラグ２０ａを抜くことは、異常な取り扱いと言えるが、一般ユーザがこのような取り扱いをすることも十分に考えられるので、このような場合の対処を予めしておくことは望ましいことである。つまり、所定時間τ２の最大許容時間は、制御スイッチ押圧部１９１が制御スイッチ１７を押さなくなってから、直流プラグ２０ａとコンセント１９との接触が絶たれるまでの時間に関係をする。

直流プラグ２０ａの直流電流路を切断とする場合に、上述したように適切に所定時間τ２を定めれば、直流プラグ２０ａの内部で並列機械的開閉スイッチ１６の接点におけるアークの発生が生ぜず、電子的開閉スイッチ１５における発熱も許容範囲にすることができる。のみならず、突起状の制御スイッチ押圧部１９１によって、制御スイッチ１７が押されていない開（切断）（図１の直流プラグ２０ｃとコンセント１９の位置関係を参照）から直流プラグ２０ａの直流電流路が電子的開閉スイッチ１５によって開とされるまで、直流プラグ２０ａとコンセント１９との接触が絶たれるとすることによって、直流電流が流れている直流電流路を開路とするに際しても、直流プラグ２０ａとコンセント１９との間でもアークが発生することはない。

要するに第１実施形態の直流プラグでは、並列機械的開閉スイッチ１６の導通する時間を前後方向（より前の時刻から（前方向）より後の時刻まで（後方向））に覆うように、電子的開閉スイッチ１５の導通する時間を定めるものである。そして、前方向に覆う時間である所定時間τ１と後方向に覆う時間である所定時間τ２とは、電子的開閉スイッチ１５の温度が予め定める所定温度に上昇する時間よりも短い時間以内に設定するとともに、電子的開閉スイッチ１５に生じる電力損失が無視できる時間とする。また、所定時間τ２は、並列機械的開閉スイッチ１６のチャタリングが収まる時間よりも長い時間以上に設定するものである。このようにして、電子的開閉スイッチ１５が導通している間は、この直流プラグの入力端子と出力端子との間は導通とされる。これによって、並列機械的開閉スイッチ１６の接点間におけるアークの発生を防止する。

最も望ましくは、導通速度が速い電子的開閉スイッチ１５を用いて、所定時間τ１を可能な限り短くし、かつ、並列機械的開閉スイッチ１６のチャタリングが収まる時間と等しい時間に所定時間τ２を設定する。これによって、（所定時間τ１＋所定時間τ２）＜（制御スイッチ押圧部１９１が制御スイッチ１７を押さなくなってから、直流プラグ２０ａとコンセント１９との接触が絶たれるまでの時間）、となる関係を成立させることが可能とされる。このようにして、素早く、コンセント１９から直流プラグ２０ａを引き抜いた場合にも、直流プラグ２０ａとコンセント１９との間でのアークの発生を防止することができる。

図４は、図２に示す直流プラグ２０ａの回路例を示す図である。図４を参照して、直流プラグ２０ａのより具体的な構成の一例を説明する。並列機械的開閉スイッチ１６の一実施例である並列機械的開閉スイッチ１６ａは、電気接点を機械的に開閉する継電器（リレー）５０と、継電器５０を駆動するバイポーラトランジスタ５１を有して、バイポーラトランジスタ５１を介して、継電器５０のコイル巻線に流す電流を制御することができるようになされている。例えば、コイル巻線に電流を流す場合に接点が閉とされ、コイル巻線に電流を流さない場合に接点が開とされる。

電子的開閉スイッチ１５の一実施例である電子的開閉スイッチ１５ａは、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｉｔｏｒ：モスエフイーテー）５３と、バイポーラトランジスタ５４とを主要な構成部品とし形成される。抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２の接続点とバイポーラトランジスタ５４のコレクタとをＭＯＳ−ＦＥＴ５３のゲートに接続して、ＭＯＳ−ＦＥＴ５３は、直流電流路を開閉するようになされている。ここで、電子的開閉スイッチ１５ａを開路とする場合には、ゲート電圧を下げて、ドレインとソースとの間を高抵抗とし、電子的開閉スイッチ１５ａを閉路とする場合には、ゲート電圧を上げて、ドレインとソースとの間を低抵抗とするようになされている。

スイッチ制御回路１４の一実施例であるスイッチ制御回路１４ａは、デジタルロジック回路１８と周辺回路で構成される。抵抗Ｒ４は、デジタルロジック回路１８に対して動作電圧を供給するためのものであり、動作電圧は、ゼナーダイオードＺＤとコンデンサＣとで定電圧化が図られている。制御スイッチ１７の両端の一方には抵抗Ｒ３が接続され、他方には母線１３が接続される。制御スイッチ１７の切断と導通との変化をトリガー信号として発生させ、トリガー信号は、デジタルロジック回路１８の信号入力端子Ｉに入力される。デジタルロジック回路１８は信号出力端子Ｏ１と信号出力端子Ｏ２とを具備し、信号出力端子Ｏ１からの信号は、バイポーラトランジスタ５１のベースに印加され、信号出力端子Ｏ２からの信号は、バイポーラトランジスタ５４のベースに印加されるようになされている。このようなスイッチ制御回路１４の一実施例であるスイッチ制御回路１４ａによって、図３のタイミングチャートに示す動作を実現できる。なお、信号出力端子Ｏ１からの信号のレベルがハイレベルのときに継電器５０の接点が閉とされ、信号出力端子Ｏ２からの信号のレベルがローレベルのときには、ＭＯＳ−ＦＥＴ５３のドレインとソースとの間を低抵抗とするように、すなわち、電子的開閉スイッチ１５ａを閉路とするようになされている。

上述した回路例において、電子的開閉スイッチとして、ＭＯＳ−ＦＥＴを用い、このＭＯＳ−ＦＥＴを駆動する回路部としてバイポーラトランジスタを用いたが、この両者の組み合わせにおいて、ＭＯＳ−ＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ等の半導体デバイスをいかなるように組み合わせても同様な効果を得ることができる。例えば、電子的開閉スイッチとして、バイポーラトランジスタを用い、このバイポーラトランジスタを駆動する回路部としてＭＯＳ−ＦＥＴを用いることもできるものである。

（第２実施形態の直流プラグ）
図５は第２実施形態の直流プラグを示す図である。図５には第２実施形態の、内部に直流スイッチを有する直流プラグ２０ｂを示す。第２実施形態の直流プラグ２０ｂは、直流電流が流れる直流電流路を開路または閉路とするために直流電流路に挿入される並列機械的開閉スイッチ１６および直列機械的開閉スイッチ１６１と、電子的開閉スイッチ１５と、スイッチ制御回路１４１と、を備えている。ここで、直列機械的開閉スイッチ１６１は、電子的開閉スイッチ１５と直列に接続されるので、上述したように直列機械的開閉スイッチと称される。

第２実施形態の直流プラグの特徴は、第１実施形態における直流電流路の閉路状態における電力損失が小さいという特徴を維持しながら、さらに、直流電流路の電子的開閉スイッチ１５に対して直列に直列機械的開閉スイッチ１６１を挿入して、直流電流路の切断をより確実なものとして、より安全性を向上するものである。

第２実施形態の直流プラグ２０ｂにおける並列機械的開閉スイッチ１６および直列機械的開閉スイッチ１６１は、第１実施形態の直流プラグ２０ａにおける並列機械的開閉スイッチ１６と同様の構成を有しており、第２実施形態の直流プラグ２０ｂにおける電子的開閉スイッチ１５は、第１実施形態の直流プラグ２０ａにおける電子的開閉スイッチ１５と同様の構成を有している。

そして、この並列機械的開閉スイッチ１６と電子的開閉スイッチ１５とは並列に接続され、この並列接続回路と直列機械的開閉スイッチ１６１とは直列に接続されている。よって、並列機械的開閉スイッチ１６と電子的開閉スイッチ１５との並列接続回路とこの並列接続回路に対して直列接続される直列機械的開閉スイッチ１６１とで形成される直列接続回路が、直流プラグ２０ｂに配置されている。

図６は、制御スイッチ１７の操作、並列機械的開閉スイッチ１６、電子的開閉スイッチ１５および直列機械的開閉スイッチ１６１の開閉の手順をタイミングチャートで示す図である。図６（Ａ）は、制御スイッチ１７の切断（切断状態）と導通（導通状態）を示し、図６（Ｂ）は、直列機械的開閉スイッチ１６１の切断（切断状態）と導通（導通状態）を示し、図６（Ｃ）は、電子的開閉スイッチ１５の切断（切断状態）と導通（導通状態）を示し、図６（Ｄ）は、並列機械的開閉スイッチ１６の切断（切断状態）と導通（導通状態）を示すものである。横軸は時刻ｔを示すものである。このような制御はスイッチ制御回路１４１によって行われる。

ここで、図６（Ｃ）と図６（Ｄ）に表された、電子的開閉スイッチ１５の切断（切断状態）および導通（導通状態）と並列機械的開閉スイッチ１６の切断（切断状態）と導通（導通状態）との相互の関係は、図３（Ｂ）と図３（Ｃ）に表されたものと同様である。つまり、図６と図３とに示す並列機械的開閉スイッチ１６は、図６と図３とに示すに示す電子的開閉スイッチ１５に対して同様の時間関係を有して動作する。

つまり、電子的開閉スイッチ１５が導通となる時刻ｔ６から所定時間τ４の後である時刻ｔ７に並列機械的開閉スイッチ１６は導通するが、所定時間τ４（図６を参照）と所定時間τ１（図３を参照）とは同じ基準に基づき定められる。また、並列機械的開閉スイッチ１６が切断となる時刻ｔ８から所定時間τ５の後である時刻ｔ９に電子的開閉スイッチ１５は切断するが、所定時間τ５（図６を参照）と所定時間τ２（図３を参照）とは同じ基準に基づき定められる。

図６を参照して、まず、直流プラグ２０ｂの内部の直流電流路を閉路とする場合の手順を説明する。

制御スイッチ押圧部１９１が制御スイッチ１７を押して、制御スイッチ１７を切断から導通に変化させる（図６（Ａ）の時刻ｔ５を参照）。スイッチ制御回路１４１は、制御スイッチ１７の操作によって発生するトリガー信号に基づき直列機械的開閉スイッチ１６１を切断から導通に変化させる（図６（Ｂ）の時刻ｔ５を参照）。すなわち、図６（Ｂ）に示すように、制御スイッチ１７が導通（閉）となると、直列機械的開閉スイッチ１６１は導通（閉）となる。ここで、直列機械的開閉スイッチ１６１が導通しても、電子的開閉スイッチ１５、並列機械的開閉スイッチ１６のいずれもが開であるので、直列機械的開閉スイッチ１６１に電流が流れることはない。そして、スイッチ制御回路１４１は、時刻ｔ５から所定時間τ３後に電子的開閉スイッチ１５を導通させる。

直列機械的開閉スイッチ１６１と電子的開閉スイッチ１５とが導通する時刻ｔ６において直流電流路は閉となり負荷３０ｂに電力が供給される。ここで、時刻ｔ５と時刻ｔ６との間の所定時間τ３の長さは、直列機械的開閉スイッチ１６１の接点のチャタリングが収まる（消滅する）までの時間よりも長くしている。このようにして、直列機械的開閉スイッチ１６１の接点にアークが生じることを防止している。

このような手順で、切断から導通とする場合においては、直列機械的開閉スイッチ１６１を閉とする時点では、未だ電子的開閉スイッチ１５は開となっており、直列機械的開閉スイッチ１６１の接点に電圧が加わることはないのでチャタリングが生じたとしても、直列機械的開閉スイッチ１６１の接点にアークが生じることはない。

上述したように、電子的開閉スイッチ１５と並列機械的開閉スイッチ１６との相互の動作の時間関係は、第１実施形態におけると同様であるが、以下に説明をする。電子的開閉スイッチ１５が導通となる時刻ｔ６から予め定めた所定時間τ４の後の時刻ｔ７に並列機械的開閉スイッチ１６は導通（閉）となる。ここで、所定時間τ４は、電子的開閉スイッチ１５の温度が予め定める所定温度以上に上昇しないような短い時間であることが望ましい。

電子的開閉スイッチ１５の動作遅れが全く無く、スイッチ制御回路１４１からの制御信号によって直に導通状態となる場合には、所定時間τ４は、０であっても良いが、所定時間τ４の長さを長くすることによって、電子的開閉スイッチ１５が十分に導通した後（電子的開閉スイッチ１５のオン電圧が十分に低くなった後）に並列機械的開閉スイッチ１６を導通させることを確保できる。仮に、並列機械的開閉スイッチ１６が電子的開閉スイッチ１５よりも先に導通する場合には、並列機械的開閉スイッチ１６の接点のチャタリングによってアークが発生する可能性があり、このような制御は採用できない。

次に、直流プラグ２０ｂの内部の直流電流路を開路とする場合の手順を説明する。制御スイッチ押圧部１９１が制御スイッチ１７を押さなくなり、制御スイッチ１７を導通から切断に変化させる（図６（Ａ）の時刻ｔ８を参照）。スイッチ制御回路１４１は、制御スイッチ１７の操作によって発生するトリガー信号に基づき並列機械的開閉スイッチ１６を導通から切断に変化させる（図６（Ｃ）の時刻ｔ８を参照）。また、スイッチ制御回路１４１は、制御スイッチ１７の操作によって発生するトリガー信号に基づき並列機械的開閉スイッチ１６を導通から切断に変化させてから所定時間τ５後の時刻ｔ９に電子的開閉スイッチ１５を導通から切断に変化させる。ここで、所定時間τ５は、並列機械的開閉スイッチ１６のチャタリングが収まる時間よりも長い時間以上に設定されるとともに、電子的開閉スイッチ１５の温度が予め定める所定温度に上昇する時間よりも短い時間以内に設定される。さらに、所定時間τ５が長くなればなるほど、直流電流路中の電子的開閉スイッチ１５に生じる電力損失は大きくなる。以上を勘案して、所定時間τ５は定められる。

そして、電子的開閉スイッチ１５を開路とした後である所定時間τ６の後に、直列機械的開閉スイッチ１６１を開路とする。ここで、所定時間τ６は０であっても良いが、所定時間τ６の長さを長くすることによって、電子的開閉スイッチ１５が十分に切断した後に直列機械的開閉スイッチ１６１を切断させることを確保できる。

このような手順で、導通から切断とする場合においては、並列機械的開閉スイッチ１６を開とする時点では、未だ電子的開閉スイッチ１５は閉となっており、並列機械的開閉スイッチ１６の接点にチャタリングが生じたとしても、並列機械的開閉スイッチ１６の接点の両端には、電子的開閉スイッチ１５のオン電圧以上の電圧が生じることはなく、この接点間におけるアークの発生はない。そして、電子的開閉スイッチ１５を開とする時点で直流電流路は切断（開）の状態とされる。

そして、最後に、直列機械的開閉スイッチ１６１を切断（開）とすることによって直流電流路の切断をより確実なものとする。直列機械的開閉スイッチ１６１の切断は、時刻ｔ９よりも所定時間τ６遅れた時刻ｔ１０に行われるようにスイッチ制御回路１４１が制御をする。電子的開閉スイッチ１５の切断（開）が十分の行われた後（電子的開閉スイッチ１５が完全にオフ状態となった後）に行うように、所定時間τ６の長さを選択するのが望ましい。つまり、電子的開閉スイッチ１５の動作遅れが大きい場合には、所定時間τ６を長くして、直列機械的開閉スイッチ１６１の接点がダメージを受けないようにする。

直流プラグ２０ｂの直流電流路を導通、切断とする場合に、上述したようにして、直流プラグ２０ｂの内部でアークの発生が生じない。さらに望ましくは、第１実施形態において説明したと同様に、所定時間τ４を可能な限り短くし、かつ、並列機械的開閉スイッチ１６のチャタリングが収まる時間と等しい時間に所定時間τ５を設定する。これによって、素早く、コンセント１９から直流プラグ２０ｂを引き抜いた場合にも、（所定時間τ４＋所定時間τ５）＜（制御スイッチ押圧部１９１が制御スイッチ１７を押さなくなってから、直流プラグ２０ｂとコンセント１９との接触が絶たれるまでの時間）の関係を維持することが可能とされ、直流プラグ２０ｂとコンセント１９との間でのアークの発生を防止することができる。

要するに第２実施形態の直流プラグでは、並列機械的開閉スイッチの導通する時間を前後方向に覆うように、電子的開閉スイッチの導通する時間を定める。また、電子的開閉スイッチの導通する時間を前後方向に覆うように、直列機械的開閉スイッチの導通する時間を定める。ここで、直列機械的開閉スイッチの接点のチャタリングが収まる時間、電子的開閉スイッチの導通する時間を前方向に覆うにしている。このようにして、電子的開閉スイッチ１５が導通している間は、この直流プラグは導通とされる。

（第３実施形態の直流プラグ）
図７は、第３実施形態の直流プラグを示す図である。図７に第３実施形態の直流プラグとしての直流プラグ２０ｃを示す。第２実施形態の直流プラグ２０ｃは、直流電流が流れる直流電流路を開路または閉路とするために直流電流路に挿入される並列機械的開閉スイッチ１６および直列機械的開閉スイッチ１６１と、電子的開閉スイッチ１５と、スイッチ制御回路１４１と、を備えている。第３実施形態の直流プラグの特徴は、第１実施形態における直流電流路の導通状態における電力損失が小さいという特徴を維持しながら、さらに、直流電流路に直列に直列機械的開閉スイッチ１６１を挿入して、直流電流路の切断をより確実なものとして、より安全性を向上するものである。

第３実施形態の直流プラグ２０ｃにおける並列機械的開閉スイッチ１６および直列機械的開閉スイッチ１６１は、第１実施形態の直流プラグ２０ａにおける並列機械的開閉スイッチ１６と同様の構成を有しており、第３実施形態の直流プラグ２０ｃにおける電子的開閉スイッチ１５は、第１実施形態の直流プラグ２０ａにおける電子的開閉スイッチ１５と同様の構成を有している。

そして、この直列機械的開閉スイッチ１６１と電子的開閉スイッチ１５とは直列に接続され、この直列接続回路と並列機械的開閉スイッチ１６とは並列に接続されている。よって、直列機械的開閉スイッチ１６１と電子的開閉スイッチ１５との直列接続回路とこの直列接続回路に対して並列接続される並列機械的開閉スイッチ１６とで形成される並列接続回路が、直流プラグ２０ｃに配置されている。

母線１３に挿入されている機械的開閉スイッチと電子的開閉スイッチの接続態様に着目して、図５に示す第２実施形態の直流プラグと図７に示す第３実施形態の直流プラグとを対比する。図５に示す第２実施形態の直流プラグと図７に示す第３実施形態の直流プラグのいずれにおいても直列機械的開閉スイッチ１６１と電子的開閉スイッチ１５とは直列に接続されている。また、図５に示す第２実施形態の直流プラグでは、並列機械的開閉スイッチ１６は、電子的開閉スイッチ１５と並列に接続されており、図７に示す第３実施形態の直流プラグでは、並列機械的開閉スイッチ１６は、直列機械的開閉スイッチ１６１を介して、電子的開閉スイッチ１５と並列に接続されている。

第２実施形態の直流プラグ２０ｂと第３実施形態の直流プラグ２０ｃのこのような接続態様の共通性から、第３実施形態における、制御スイッチ１７の操作、並列機械的開閉スイッチ１６、電子的開閉スイッチ１５および直列機械的開閉スイッチ１６１の開閉の手順を示すタイミングチャートは図６と同様なものとなるので、再び図６を参照して説明をする。

図６（Ａ）は、制御スイッチ１７の切断（切断状態）と導通（導通状態）を示し、図６（Ｂ）は、直列機械的開閉スイッチ１６１の切断（切断状態）と導通（導通状態）を示し、図６（Ｃ）は、電子的開閉スイッチ１５の切断（切断状態）と導通（導通状態）を示し、図６（Ｄ）は、並列機械的開閉スイッチ１６の切断（切断状態）と導通（導通状態）を示すものである。横軸は時刻ｔを示すものである。このような制御はスイッチ制御回路１４１によって行われる。

つまり、電子的開閉スイッチ１５が導通となる時刻ｔ６から所定時間τ４の後である時刻ｔ７に並列機械的開閉スイッチ１６は導通するが、所定時間τ４（図６を参照）と所定時間τ１（図３を参照）とは同じ基準に基づき定められる。また、第１機械的開閉スイッチが切断となる時刻ｔ８から所定時間τ５の後である時刻ｔ９に電子的開閉スイッチ１５は切断するが、所定時間τ５（図６を参照）と所定時間τ２（図３を参照）とは同じ基準に基づき定められる。また、所定時間τ３（図６を参照）と所定時間τ６（図６を参照）とは、第２実施形態におけると同様の意味内容を有する時間である。

第３実施形態の直流プラグ２０ｃの開閉の手順は、第２実施形態に示したものと同様であるので説明を省略する。

直流プラグ２０ｃの直流電流路を導通、切断とする場合に、上述したようにして、直流プラグ２０ｃの内部でアークの発生が生じない。第２実施形態において説明をしたのと同様に、さらに、望ましくは、所定時間τ４を可能な限り短くし、かつ、並列機械的開閉スイッチ１６のチャタリングが収まる時間と等しい時間に所定時間τ５を設定することによって、直流プラグ２０ｃとコンセント１９との間でアークが発生する危険性を最小とすることができる。

要するに第３実施形態の直流プラグでは、並列機械的開閉スイッチ１６の導通する時間を前後方向に覆うように、電子的開閉スイッチ１５の導通する時間を定める。また、電子的開閉スイッチ１５の導通する時間を前後方向に覆うように、直列機械的開閉スイッチ１６１の導通する時間を定める。ここで、機械的開閉スイッチ（直列機械的開閉スイッチ）の接点のチャタリングが収まる時間、電子的開閉スイッチの導通する時間を前方向に覆うにしている。

上述した、第１実施形態の直流プラグないし第３実施形態の直流プラグのいずれにおいても、直流電流が流れる直流電流路を開路または閉路とするために、直流電流路に挿入される電子的開閉スイッチと、電子的開閉スイッチに対して並列に接続される並列機械的開閉スイッチと、並列機械的開閉スイッチと電子的開閉スイッチとの相互の開閉時間差を制御するスイッチ制御回路と、を備えており、スイッチ制御回路は、電子的開閉スイッチが閉路とされた所定時間後に、並列機械的開閉スイッチを閉路とするものである。

このようにすることによって、並列機械的開閉スイッチを閉路とするに際して、チャタリングによって、並列機械的開閉スイッチの接点にアークを生じさせることがない。また、電子的開閉スイッチが閉路とされた所定時間後に、並列機械的開閉スイッチを閉路とするので、この所定時間の間のみ電子的開閉スイッチには電流が流れ、電子的開閉スイッチの温度上昇が防止できる。そして、並列機械的開閉スイッチおよび電子的開閉スイッチの小型化、さらには、電子的開閉スイッチに設けられるヒートシンクの小型化が図られる。

また、スイッチ制御回路は、直流電流が流れる直流電流路を開路とするに際しては、並列機械的開閉スイッチを開路とし、並列機械的開閉スイッチが開路とされることによって生じるチャタリングが収まる時間よりも長い時間以上であって、電子的開閉スイッチの温度が予め定める所定温度に上昇する時間よりも短い時間以内において、電子的開閉スイッチを開路とするものである。

また、上述した、第２実施形態の直流プラグおよび第３実施形態の直流プラグのいずれにおいても、電子的開閉スイッチと並列機械的開閉スイッチとに加えて、電子的開閉スイッチに直列に接続される直列機械的開閉スイッチを備えており、直流電流が流れる直流電流路を閉路とするに際しては、直列機械的開閉スイッチが閉路とされることによって生じるチャタリングが収まる時間よりも長い所定時間後に、電子的開閉スイッチを閉路とするものである。

また、直流電流が流れる直流電流路を開路とするに際しては、電子的開閉スイッチを開路とした後に、直列機械的開閉スイッチを開路とするものである。

このようにすることによって、第２実施形態の直流プラグおよび第３実施形態の直流プラグのいずれにおいても、第１実施形態の直流プラグと同様に、電子的開閉スイッチが閉路とされた所定時間後に、並列機械的開閉スイッチを閉路とするので、並列機械的開閉スイッチを閉路とするに際して、チャタリングによって、並列機械的開閉スイッチの接点にアークを生じさせることがない。また、この所定時間の間のみ電子的開閉スイッチには電流が流れ、電子的開閉スイッチの温度上昇が防止できる。そして、並列機械的開閉スイッチおよび電子的開閉スイッチの小型化、さらには、電子的開閉スイッチに設けられるヒートシンクの小型化が図られる。加えて、直列機械的開閉スイッチと電子的開閉スイッチとが直流電流路に直列に配置されるので、直列機械的開閉スイッチを開とすることによって、直列機械的開閉スイッチの２つの接点は離間され、物理的に直流電流路が切断され、安全性がより高まる。さらに、直列機械的開閉スイッチは最後に開とされるので、直列機械的開閉スイッチの接点にアークを生じさせることがない。

「実施形態の直流プラグの変形例」
（電力回生回路付直流プラグ）
第１実施形態の直流プラグないし第３実施形態の直流プラグにおいて、直流プラグ２０ａの出力端子Ｃと出力端子Ｄから負荷３０ａまでの配線が長く配線がインダクタンスを有する場合、直流プラグ２０ｂの出力端子Ｃと出力端子Ｄから負荷３０ｂまでの配線が長く配線がインダクタンスを有する場合、または、直流プラグ２０ｃの出力端子Ｃと出力端子Ｄから負荷３０ｃまでの配線が長く配線がインダクタンスを有する場合においては、各負荷の側、母線の側、または、各直流プラグ（直流プラグ２０ａ、直流プラグ２０ｂ、直流プラグ２０ｃ）の側、のいずれかに逆起電圧の発生に対する特別の配慮を払うことが直流プラグに対して高電圧の印加を防止する観点より解決すべき課題となる。また、負荷がモータ等のインダクタンス成分を有する負荷である場合には、配線が短くとも同様の配慮をすることが望ましい。さらに、負荷がモータである場合には、生じる起電力をどのようにして有効活用するかが解決すべき課題となる。

つまり、各直流プラグの出力側にインダクタンス負荷（インダクタンス成分を有する負荷）が接続される場合には、上述した各直流プラグの内部に設けられた直流スイッチとして機能するスイッチの切断直後において、大きな逆起電圧が、出力端子Ｃと出力端子Ｄとの間に印加されることとなる。この逆起電圧によって、各直流プラグの各直流スイッチおよび線路上の他の機器が影響を受け、各直流プラグの各直流スイッチおよび他の機器が破壊に至る場合もあり得る。

このような逆起電圧が発生することを防止するためには、負荷の内部に転流ダイオードを設けておくことが望ましい。転流ダイオードの作用により大きな逆起電圧の発生を防止することができる。なお、負荷の内部に転流ダイオードを設けるか否かは、負荷である電気機器の製造者の意思によるので、電気機器の内部に転流ダイオードが設けられない場合もあり得る。この場合には、直流プラグから負荷に至るまでの線路中、または、直流プラグの内部に逆起電圧に対する対策を施すこととなる。

さらに、負荷がモータ（電動機）である場合には、起電力を電力系統の側に戻す回生ダイオードを設けることが、より望ましい。転流ダイオード自体、回生ダイオード（電力回生ダイオード）自体は、公知技術である。しかしながら、電子的開閉スイッチ、または、機械的開閉スイッチによって電力系統と負荷との間の直流電流路が切断されてしまう直流プラグにおいて、どのようにして、転流ダイオード、回生ダイオードの技術を利用するかについては、まだ、知られていない。

以下における実施形態は、さらに、転流ダイオード、回生ダイオードを付加する直流プラグを提供するものである。そして、逆起電圧の発生を防止し、起電力を電力系統の側に戻すという課題を解決するものである。

各直流プラグにおける逆起電圧に対する対策としては、各直流プラグの内部であって、出力端子Ｃと出力端子Ｄとの間に転流ダイオードを予め設けるようにすることができる。

図８は、直流プラグの第１変形例を示す図である。図８示す直流プラグ２０ｄでは、直流プラグの内部に転流ダイオードとして機能するダイオードＤｆを設けた図である。図８に示す直流プラグ２０ｄの各部については、ダイオードＤｆ以外は図２に示す直流プラグ２０ａと同様であるので、説明を省略する。ダイオードＤｆは、出力端子Ｃと出力端子Ｄとの間に逆バイアスとなるように設ければよく、その位置は厳密に特定されるものではない。このように、直流プラグ２０ｄの内部にダイオードＤｆを逆バイアスとなるように設けることによって、インダクタンスを有する負荷３０ｄ（図示せず）の直流電流路を開とした直後にダイオードＤｆに順方向電流を流し、逆起電圧の発生を防止して、直流プラグ２０ａが破壊することを防止できる。

回生ダイオードについては、直流プラグ２０ｄでは、電子的開閉スイッチとしてＭＯＳ−ＦＥＴ３５を用いる場合には、ＭＯＳ−ＦＥＴ３５の逆バイアスとされるボディダイオード（図４を参照）が回生ダイオードの作用を果すことになる。よって、必ずしも、回生ダイオードを付加する必要はない。電子的開閉スイッチとしてバイポーラトランジスタを用いる場合には、ボディダイオードと同位置に回生ダイオードを設けることになる。このようにして、直流プラグ２０ｄが開となった直後には、通常動作時には逆バイアスとされるボディダイオードに、回生電流を流して負荷３０ｄに生じる電力を電力系統に回生することができる。

図９は、直流プラグの第２変形例を示す図である。図９に示す直流プラグ２０ｅは、図５に示す直流プラグ２０ｂに対して、転流ダイオードとして機能するダイオードＤｆと回生ダイオードとして機能するダイオードＤｒとを接続している。ダイオードＤｒは、入力端子Ｂと出力端子Ｄとの間に逆バイアスとなるように接続されている。また、ダイオードＤｆは、出力端子Ｃと出力端子Ｄとの間に逆バイアスとなるように接続されている。

このような構成を採用して、インダクタンスを有する負荷３０ｅ（図示せず）の直流電流路を開とした直後に、ダイオードＤｆに順方向電流を流し、逆起電圧の発生を防止して、直流プラグ２０ｅが破壊することを防止することができる。また、ダイオードＤｒに順方向電流を流して負荷３０ｅに生じる電力を電力系統に回生することができる。

図１０は、直流プラグの第３変形例を示す図である。図１０に示す直流プラグ２０ｆは、図７に示す直流プラグ２０ｃに対して、転流ダイオードとして機能するダイオードＤｆと回生ダイオードとして機能するダイオードＤｒとを接続している。ダイオードＤｒは、入力端子Ｂと出力端子Ｄとの間に逆バイアスとなるように接続されている。また、ダイオードＤｆは、出力端子Ｃと出力端子Ｄとの間に逆バイアスとなるように接続されている。

このような構成を採用して、インダクタンスを有する負荷３０ｆ（図示せず）の直流電流路を開とした直後に、ダイオードＤｆに順方向電流を流し、逆起電圧の発生を防止して、直流プラグ２０ｆが破壊することを防止することができる。また、ダイオードＤｒに順方向電流を流して負荷３０ｆに生じる電力を電力系統に回生することができる。

図１１は、直流プラグの第４変形例を示す図である。図１１に示す直流プラグ２０ｇは、電子的開閉スイッチ１５と直列機械的開閉スイッチ１６１に対して、転流ダイオードとして機能するダイオードＤｆと回生ダイオードとして機能するダイオードＤｒとを接続している。ダイオードＤｒは、入力端子Ｂと出力端子Ｄとの間に逆バイアスとなるように接続されている。また、ダイオードＤｆは、出力端子Ｃと出力端子Ｄとの間に逆バイアスとなるように接続されている。

直流プラグ２０ｇでは、スイッチ制御回路１１４は、直流電流が流れる直流電流路を閉路とするに際しては、直列機械的開閉スイッチ１６１が閉路とされた後に、電子的開閉スイッチ１５を閉路とし、直流電流が流れる直流電流路を開路とするに際しては、電子的開閉スイッチ１５が開路とされた後に、直列機械的開閉スイッチ１６１を開路とするものである。このようにして直列機械的開閉スイッチ１６１にアーク放電が生じるのを防止できる。このようにして、電子的開閉スイッチ１５が導通している間は、この直流プラグは導通とされる。

このような構成を採用して、インダクタンスを有する負荷３０ｇ（図示せず）の直流電流路を開とした直後に、ダイオードＤｆに順方向電流を流し、逆起電圧の発生を防止して、直流プラグ２０ｇが破壊することを防止する。また、ダイオードＤｒに順方向電流を流して負荷３０ｇに生じる電力を電力系統に回生することができる。

図１２は、直流プラグの第５変形例を示す図である。図１２に示す直流プラグ２０ｈは、図５に示す直流プラグ２０ｂに対して、転流ダイオードとして機能するダイオードＤｆと回生ダイオードとして機能するダイオードＤｒとを接続している。ダイオードＤｒは、直列機械的開閉スイッチ１６１に並列に逆バイアスとなるように接続されている。また、ダイオードＤｆは、出力端子Ｃと出力端子Ｄとの間に逆バイアスとなるように接続されている。

このような構成を採用して、インダクタンスを有する負荷３０ｈ（図示せず）の直流電流路を開とした直後に、ダイオードＤｆに順方向電流を流し、逆起電圧の発生を防止して、直流プラグ２０ｈが破壊することを防止できる。また、ダイオードＤｒと電子的開閉スイッチ１５のボディダイオードとに順方向電流を流して負荷３０ｈに生じる電力を電力系統に回生することができる。

図１３は、直流プラグの第６変形例を示す図である。図１３に示す直流プラグ２０ｉは、図７に示す直流プラグ２０ｃに対して、転流ダイオードとして機能するダイオードＤｆと回生ダイオードとして機能するダイオードＤｒとを接続している。ダイオードＤｒは、直列機械的開閉スイッチ１６１に並列に逆バイアスとなるように接続されている。また、ダイオードＤｆは、出力端子Ｃと出力端子Ｄとの間に逆バイアスとなるように接続されている。

このような構成を採用して、インダクタンスを有する負荷３０ｉ（図示せず）の直流電流路を開とした直後に、ダイオードＤｆに順方向電流を流し、逆起電圧の発生を防止して、直流プラグ２０ｉが破壊することを防止できる。また、ダイオードＤｒと電子的開閉スイッチ１５のボディダイオードとに順方向電流を流して負荷３０ｉに生じる電力を電力系統に回生することができる。

図１４は、直流プラグの第７変形例を示す図である。図１４に示す直流プラグ２０ｊは、電子的開閉スイッチ１５と直列機械的開閉スイッチ１６１に対して、転流ダイオードとして機能するダイオードＤｆと回生ダイオードとして機能するダイオードＤｒを接続している。ダイオードＤｒは、機械的開閉スイッチ（直列機械的開閉スイッチ）１１６に逆バイアスとなるように接続されている。また、ダイオードＤｆは、出力端子Ｃと出力端子Ｄとの間に逆バイアスとなるように接続されている。

直流プラグ２０ｊでは、スイッチ制御回路１１４は、直流電流が流れる直流電流路を閉路とするに際しては、直列機械的開閉スイッチ１６１が閉路とされた後に、電子的開閉スイッチ１５を閉路とし、直流電流が流れる直流電流路を開路とするに際しては、電子的開閉スイッチ１５が開路とされた後に、直列機械的開閉スイッチ１６１を開路とするものである。このようにして直列機械的開閉スイッチ１６１にアーク放電が生じるのを防止できる。このようにして、電子的開閉スイッチ１５が導通している間は、この直流プラグは導通とされる。

また、上述の構成を採用して、インダクタンスを有する負荷３０ｊ（図１を参照）の直流電流路を開とした直後に、ダイオードＤｆに順方向電流を流し、逆起電圧の発生を防止して、直流プラグ２０ｊが破壊することを防止できる。また、ダイオードＤｒと電子的開閉スイッチ１５のボディダイオードとに順方向電流を流して負荷３０ｊに生じる電力を電力系統に回生することができる。

上述した、実施形態の変形例では、直流プラグの出力端の両端に、逆バイアスとなるように接続されるダイオードＤｆ（転流ダイオード）を備える。さらに、電子的開閉スイッチに対して逆バイアスとなるように並列に接続されるダイオードＤｒ（回生ダイオード）、または、電子的開閉スイッチと直列機械的開閉スイッチの直列接続回路に対して逆バイアスとなるように並列に接続されるダイオードＤｒ（回生ダイオード）、もしくは、機械的開閉スイッチに対して逆バイアスとなるように並列に接続されるダイオードＤｒ（回生ダイオード）を備えるようにしている。

上述した、実施形態の変形例では、転流ダイオードとして機能するダイオードＤｆと、回生ダイオードとして機能するダイオードＤｒとの両方を設けるとして説明をした。しかしながら、負荷がインダクタンス成分（例えば、転流ダイオードの両端から負荷までの配線インダクタンス成分、負荷自体のインダクタンス成分）を有する場合においては、転流ダイオードのみを設ける場合でも、直流プラグの出力端子間に生じる逆起電圧の発生を防止することができる。また、負荷がモータ（電動機）で起電力を生じる場合においては、回生ダイオードのみを設ける場合でも、回生電力を電力系統に戻すことができる。

転流ダイオードと回生ダイオードとの両方を設ける場合には、上述したように、負荷がインダクタンス成分を有する場合、負荷がモータである場合を含み、さらに、広範囲な種類の負荷に対して、直流プラグの出力端子間に生じる逆起電圧の発生を防止し、または／および、回生電力を電力系統に戻すことができる。

例えば、負荷がモータである場合には以下のように転流ダイオードと回生ダイオードの各々が時間差を有して動作をする。直流プラグを切断した直後に、配線インダクタンス成分およびモータの巻線のインダクタンス成分に起因する逆起電圧が発生しようとするが、転流ダイオードによってこの逆起電圧の発生を防止することができるとともに、転流ダイオードに流れる順方向電流によってモータは回転させられる。その後、転流ダイオードの順方向電流が無くなれば、モータは発電機となり、回生ダイオードに順方向電流が流れて回生電力を電力系統に戻すことができる。

（直流プラグにおける各直流スイッチの挿入箇所の変形例）
第１実施形態の直流プラグないし第３実施形態の直流プラグ、および、転流ダイオード、回生ダイオードを有する実施形態の直流プラグの変形例においては、機械的開閉スイッチと電子的開閉スイッチは、いずれも、入力端子Ｂと出力端子Ｄとの間に挿入されるものとして説明をした。しかしながら、機械的開閉スイッチと電子的開閉スイッチと回生ダイオードとは、入力端子Ａと出力端子Ｃとの間に挿入するようにしても、所望の効果を生じさせることができる。つまり、母線１２と母線１３のいずれの側に、直列機械的開閉スイッチまたは/および並列機械的開閉スイッチと、電子的開閉スイッチと、回生ダイオードと、を挿入しても、同一の効果を得ることができる。

（第４実施形態の直流プラグ）
図１５は、第４実施形態の直流プラグを示す図である。第４実施形態の直流プラグ２０ｋは、上述した第１実施形態ないし第３実施形態およびこれらの変形例のすべての実施形態との組み合わせにおいて実施することができるものである。

第４実施形態の直流プラグ２０ｋは、制御スイッチ押圧部１９１と制御スイッチ１７ともう一個の制御スイッチとして機能するスライドスイッチ１７７が用いられる。またスイッチ制御回路２１４は、図２に説明した第１実施形態のスイッチ制御回路１４と同様に機能する。スイッチ制御回路１４と異なる点は、制御スイッチ１７またはスライドスイッチ１７７のいずれかが開とされると、直流電流路を開とする一連の動作が開始する点である。また、制御スイッチ１７およびスライドスイッチ１７７の両方が閉とされないと直流電流路を閉とする一連の動作が開始しない点においても、スイッチ制御回路１４とは異なる。

よって、上述した各々の実施形態の説明、図３、図６のタイミングチャートにおける、制御スイッチ１７が閉の状態は、制御スイッチ１７およびスライドスイッチ１７７の両方が閉と読み替えられる。また、図３、図６のタイミングチャートにおける、制御スイッチ１７が開の状態は、制御スイッチ１７またはスライドスイッチ１７７のいずれかが開と読み替えられる。スライドスイッチ１７７には、直流プラグ２０ｋの外部から操作できるレバーが設けられている。レバーを矢印ＯＮ側にスライドさせれば、スライドスイッチ１７７は導通（閉）となり、レバーを矢印ＯＦＦ側にスライドさせれば、スライドスイッチ１７７は切断（開）となる。

制御スイッチ１７に加えてスライドスイッチ１７７のレバーを制御することによって、直流プラグ２０ｋの内部の直流電流路の導通と切断を制御することができる。よって、スライドスイッチ１７７をＯＦＦとしてから、回生電流を、コンセントを介して直流電力系統１０に戻し、その後にコンセント１９から直流プラグ２０ｋを抜いて、回生電力を電源系統に有効に戻すとともにコンセント１９と直流プラグ２０ｋの間にアークが発生することを防止できる。さらに、スライドスイッチ１７７を操作することなく直流プラグ２０ｋをコンセントから抜いた場合にも、制御スイッチ１７の作用によって、直流プラグ２０ｋとコンセントの間における、回生電流によるアークの発生の危険性を上述したようにして小さくできる。

（第４実施形態の変形例の直流プラグ）
第４実施形態の直流プラグ２０ｋの変形例（図示はしない）について説明をする。第４実施形態の直流プラグ２０ｋの変形例は、第４実施形態の直流プラグ２０ｋにおいて、制御スイッチ押圧部１９１を設けることなく、制御スイッチ１７を常時、開状態としたものと等価なものである。また、第１実施形態の直流プラグ２０ａにおいて、制御スイッチ１７に替えて、制御スイッチとして機能するスライドスイッチ１７７が用いられものと等価なものでもある。よって、上述した各々の実施形態の説明、図３、図６のタイミングチャートにおける、制御スイッチ１７はスライドスイッチ１７７と読み替えられる。

スライドスイッチ１７７のレバーを制御することによって、直流プラグの内部の直流電流路の導通と切断を制御することができる。また、スライドスイッチ１７７をＯＦＦとしてから、回生電流を、コンセントを介して直流電力系統１０に戻し、その後にコンセントから直流プラグを抜いて、回生電力を電源系統に有効に戻すとともにコンセントと直流プラグの間にアークが発生することを防止できる。第４実施形態の変形例の直流プラグは、上述した第１実施形態ないし第３実施形態およびこれらの変形例のすべての実施形態との組み合わせにおいて実施することができるものである。

（第５実施形態の直流プラグ）
図１６は第５実施形態の直流プラグを示す図である。図１６に示す第５実施形態の直流プラグ２０ｌは、第１実施形態の直流プラグ２０ａに対して、突起状の制御スイッチ押圧部１９１と、制御スイッチ１７とに替えて、受信部４２が用いられている。受信部４２が所定パスワードを検出した場合には、直流プラグ２０ａにおいて、突起状の制御スイッチ押圧部１９１によって、制御スイッチ１７が押されて閉（導通）となると同様のトリガー信号がスイッチ制御回路１４に対して送出される。ここで、受信部４２への電力は入力端子Ａと入力端子Ｂとから供給される。

図１７は、第５実施形態の直流プラグと組み合わせて用いるためのコンセントを示す図である。図１７に示すコンセント１９ａは、電磁波発射部４１（送信部）と所定パスワードを保存したメモリ４６を有している。

第５実施形態の直流プラグ２０ｌとコンセント１９ａとの作用を説明する。コンセント１９ａの電磁波発射部４１において電磁波に変調を施して、直流プラグ２０ｌの受信部４２に対して送信される。電磁波発射部４１には所定パスワードを記憶したメモリ４６が接続されており、所定パスワードを含む情報で変調を受けた電磁波が電磁波発射部４１から送出される。所定パスワードは、例えば、１ｍｓ（ミリ秒）毎に繰り返して送出される。

直流プラグ２０ｌの受信部４２と電磁波発射部４１（送信部）との距離が所定パスワードを検出可能なほど接近している場合には、受信部４２は１ｍｓ毎に所定パスワードを検出する。そして、直流プラグ２０ｌの受信部４２は所定パスワードを受信し続ける限り、直流プラグ２０ａにおいて、突起状の制御スイッチ押圧部１９１によって、制御スイッチ１７が押されて閉（導通）となり続けると同様に作用する。なお、受信部４２は１ｍｓの間は前の状態を保持するモノマルチ回路の機能を有しており、１ｍｓ毎に所定パスワードが受信され後、１ｍｓの間は制御スイッチ１７が押されて閉となり続けると同様に作用する。

このパスワードには、直流プラグ２０ｌが要望する直流電圧の値、要望する電流量等が含まれている。このパスワードが予め定める所定のパスワードである場合、すなわち、コンセント１９ａが出力しようとしている直流電圧、コンセント１９ａの許容電流が、直流プラグ２０ｌに接続されている負荷３０ｌ（図１を参照）が所望する電圧と等しく、所望する電流よりも大きな場合に直流プラグ２０ｌの内部の直流電流路は導通とされ、負荷３０ｌに電力が供給される。

さらに、直流プラグ２０ｌとコンセント１９ａとの対抗する面の間の離間距離について説明する。。直流プラグ２０ｌの受信部４２とコンセント１９ａの電磁波発射部４１とは、絶縁壁面を介して対抗配置されている。図１６に記載の絶縁材壁面と図１７に記載の絶縁材壁面との離間距離が所定距離以下であれば、直流プラグ２０ｌにおいてパスワードの読み取りが可能である。この所定距離は、コンセント１９ａから出力される電磁波の強度に依存するものである。例えば、所定距離は２ｍｍ（ミリ・メータ）と非常に小さくされており、この所定距離以内でなければ、直流プラグ２０ｌとコンセント１９ａの間では通信ができないようになされている。この距離は、直流プラグ２０ｌの入力端子Ａおよび入力端子Ｂとコンセント１９ａの接続が開始される距離よりも小さく設定されている。そのために、パスワードの通信が可能な状態では、すでに、直流プラグ２０ｌの入力端子Ａおよび入力端子Ｂとコンセント１９ａの接続が確保されている。

つまり、所定パスワードの再生が可能となる所定距離に直流プラグ２０ｌとコンセント１９ａとが接近するよりもより離間した距離において、直流プラグ２０ｌの入力端子Ａおよび入力端子Ｂとコンセント１９ａとの接続が開始され、その後、受信部４２で所定パスワードを再生して、スイッチ制御回路１４は直流プラグ２０ｌの内部で上述した所定手順の動作をさせる制御をして直流電流路を閉路とする。よって、直流プラグ２０ｌの直流電流路を閉とするに際して、直流プラグ２０ｌの内部でアークが発生することもなく、直流プラグ２０ｌとコンセント１９ａの間でアークが発生することもない。

また、スイッチ制御回路１４は、受信部４２において所定パスワードの再生ができなくなると、直流プラグ２０ｌの直流電流路を開とするように上述した所定手順の動作の制御をする。このときに、所定パスワードの再生ができなくなる直流プラグ２０ｌの受信部４２とコンセント１９ａの電磁波発射部４１との離間距離である所定距離は２ｍｍであるが、この所定距離よりも離間した距離においても、直流プラグ２０ｌの入力端子Ａおよび入力端子Ｂとコンセント１９ａの接続が維持されいる。よって、直流プラグ２０ｌの直流電流路を開とするに際して、直流プラグ２０ｌの内部でアークが発生することもない。

また、負荷３０ｌに通電中において、いきなり、コンセント１９ａから直流プラグ２０ｌを引き抜いた場合においても、所定パスワードを直流プラグ２０ｌが再生できなくなり、直流プラグ２０ｌの直流電流路を開とするように上述した所定手順の動作の制御をする。よって、このような場合にも、直流プラグ２０ｌとコンセント１９ａの間でアークが発生する危険性を最小にすることができる。

また、同じ形状のコンセントとプラグとを用い、複数の電圧が給電される複数個の直流電源系統を設ける場合においても、特定の直流電源系統に属するコンセントには、予め定められた、その特定の直流電源系統に固有の所定パスワードを受信可能な直流プラグにしか給電できない。よって、直流電源系統毎に電力を供給可能な直流プラグが特定される。このようにしておけば、電力系統毎に使用電力の平準化が図られ直流電流系統の効率的な利用が可能となる。また、電気料金の管理も簡単となる。

万一、電源電圧が異なる間違った直流電源系統に直流プラグを挿入したとしても直流プラグの受信部から得られるパスワードが、その直流電源系統に特定された所定パスワードではない場合には、直流プラグは通電を開始しないのであるから、負荷の破壊を防止し、安全性を高めることができる。

このように、第５実施形態では、パスワードを保存したメモリと電磁波発射部を有するコンセントを用いる。そして、直流プラグは受信部を設けるものである。このように、制御スイッチに替えて、上述した各々の実施形態においても受信部を設けるようにすれば、すべての実施形態についても同様の作用と効果を得ることができる。

（第５実施形態の変形の直流プラグ）
第５実施形態の直流プラグの変形例としては種々の変形例が可能である。以下の変形例では、いずれも、突起状の制御スイッチ押圧部１９１と、制御スイッチ１７とに替えて、直流プラグとコンセントとの間で通信をする種々の通信装置が用いられる。通信装置は、直流プラグとコンセントとのに分離して設けられ、直流プラグ側には受信部が用いられている。第５実施形態の直流プラグと同様に、この受信部は、直流部プラグの入力端子Ａおよび直流プラグの入力端子Ｂがコンセントに挿入された後に動作を開始する。

つまり、第５実施形態の直流プラグの変形例は、第５実施形態と同様に、所定パスワードの再生が可能となる所定距離にコンセントが接近するよりもより離間した距離において、入力端子とコンセントの接続が開始され、受信部で所定パスワードを再生した後にスイッチ制御回路は直流電流路を閉路とする。また、所定パスワードの再生が可能となる所定距離よりもコンセントが離間した距離において、入力端子とコンセントの接続が維持され、受信部で所定パスワードの再生ができなくなるとスイッチ制御回路は直流電流路を開路とする。

第１変形例としては、直流プラグ２０ｌの受信部４２に替えて超音波を受信する受信部とし、コンセントの電磁波発射部４１に替えて超音波発射部をパスワードの送信をする送信部とすることができる。このようにして、第５実施形態と同様の効果を得ることができる。また、超音波（超音波発振素子を有する超音波発射部と超音波検出器を有する超音波受信部の組み合わせ）を用いるのみならず、赤外線（赤外線発光素子とフォトダイオードの組み合わせ）を用いて、プラグから送出されるパスワードを復調することもできる。さらに、所定パスワードとしては、特別のコード化した信号に限るものではなく、他と区別できるものであれば良い。例えば、単に、周波数、波長が、予め定める所定の値とされるものであっても良い。

図１８は第５実施形態の直流プラグの別の変形例である第２変形例の直流プラグ２０ｍを示す図である。図１９は直流プラグ２０ｍに対応して用いられるコンセントを示す図である。

コンセント１９ｂでは、メモリ４６に記憶された所定パスワードに応じて、電界発生部４５（送信部）において電界を発生させ導電板Ｐｃ２に伝える。直流プラグ２０ｍにおいては、受信部４３は導電板Ｐｃ１に接続され電界の変化を検出して、さらに、所定パスワードを再生して所定パスワードを再生したことをスイッチ制御回路１４に知らせる。その後の処理は第５実施形態と同様におこなわれる。

要は、第５実施形態の直流プラグでは、コンセントから送出されるパスワードを受信して再生する受信部を備える。そして、所定パスワードの再生が可能となる所定距離にコンセントが接近するよりもより離間した距離において、入力端子とコンセントの接続が開始され、受信部で所定パスワードを再生した後にスイッチ制御回路は直流電流路を閉路とするようにすれば良い。また、所定パスワードの再生が可能となる所定距離よりもコンセントが離間した距離において、入力端子とコンセントの接続が維持され、受信部で所定パスワードの再生ができなくなるとスイッチ制御回路は直流電流路を開路とすれば良い。従って、上述したように、電磁波、電界を用いるのみならず超音波を用いることもできる。

（第６実施形態の変形の直流プラグ）
図２０は、第６実施形態の直流プラグを示す図であり、図２１は、第６実施形態の直流プラグと組み合わせて用いるコンセントを示す図である。第６実施形態の直流プラグ２０ｎでは、第１実施形態の突起状の制御スイッチ押圧部１９１と、制御スイッチ１７とに替えて、非接触で直流プラグ２０ｎとコンセント１９ｃとの間の距離を検出する。

コンセント１９ｃには導電板Ｐｃ５が設けられている。直流プラグ２０ｎには、静電容量検出部４７が設けられ、静電容量検出部４７には導電板Ｐｃ３（第１導電板）と導電板Ｐｃ４（第２導電板）とが接続されている。静電容量検出部４７は、導電板Ｐｃ３と導電板Ｐｃ４との間の静電容量を検出する。導電板Ｐｃ３と導電板Ｐｃ４との間の静電容量は、直流プラグ２０ｎとコンセント１９ｃの間の離間距離が小さくなる程大きくなる。導電板Ｐｃ３と導電板Ｐｃ４との間の静電容量が所定容量を超えたときに、静電容量検出部４７はスイッチ制御回路１４に対して接近信号を送出する。接近信号は、直流プラグとコンセントとの距離が所定距離以内となったことを知らせる信号である。

接近信号の検出が開始される所定距離にコンセントが接近するよりもより離間した距離において、入力端子とコンセントの接続が開始され、静電容量検出部４７で接近信号を検出した後にスイッチ制御回路は直流電流路を閉路とする。また、接近信号の検出が可能となる所定距離よりもコンセントが離間した距離において、入力端子とコンセントの接続が維持され、静電容量検出部４７で接近信号の検出ができなくなるとスイッチ制御回路は直流電流路を開路とする。

（第７実施形態の変形の直流プラグ）
図１に示す実施形態の直流プラグ（直流プラグ２０ａ、直流プラグ２０ｂ、直流プラグ２０ｃ、直流プラグ２０ｋ）では、制御スイッチ押圧部１９１は、直流プラグの側に設けられている。しかしながら、制御スイッチ押圧部１９１を直流プラグの側ではなく、コンセント１９の側に設けるようにしても良い。コンセント１９から伸びるように制御スイッチ押圧部１９１を突起状に設け、直流プラグの側には制御スイッチ押圧部１９１が挿入されるガイド孔を設ける。そして、このガイド孔に沿って挿入されるコンセント１９の側の制御スイッチ押圧部１９１が制御スイッチ１７を押すようにしても良い。図８に示す直流プラグ２０ｄ、図９に示す直流プラグ２０ｅ、図１０に示す直流プラグ２０ｆ、図１１に示す直流プラグ２０ｇ、図１２に示す直流プラグ２０ｈ、図１３に示す直流プラグ２０ｉ、図１４に示す直流プラグ２０ｊ、の各直流プラグにおいても、同様に直流プラグの側には制御スイッチ押圧部１９１が挿入されるガイド孔を設けて、このガイド孔に沿って挿入されるコンセント１９の側の制御スイッチ押圧部１９１が制御スイッチ１７を押すようにしても良い。

上述した種々の実施形態に開示された個々の技術を組み合わせた、新たな実施形態も実施可能である。また、本発明は上述した実施形態およびこれらを組み合わせた実施形態の範囲に限られるものではない。

１０ 電力系統、 １２、１３ 母線、 １４、１４ａ、１１４、１４１ スイッチ制御回路、 １５、１５ａ 電子的開閉スイッチ、 １６、１６１、１６ａ 機械的開閉スイッチ（並列機械的開閉スイッチ）、 １７ 制御スイッチ、 １８ デジタルロジック回路、 １９、１９ａ コンセント、 ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉ、２０ｊ、２０ｌ 直流プラグ、 ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆ、３０ｇ、３０ｈ、３０ｉ、３０ｊ、３０ｋ、３０ｌ 負荷、 ４１ 電磁波発射部（送信部）、 ４２、４３ 受信部、 ４５ 電界発生部（送信部）、 ４６ メモリ、 ４７ 静電容量検出部、 ５０ 継電器、 ５１、５４ バイポーラトランジスタ、 ５３ ＭＯＳ−ＦＥＴ（モスエフイーテー）、 １７７ スライドスイッチ、 １９１ 制御スイッチ押圧部、 Ａ、Ｂ 入力端子、 Ｃ、Ｄ 出力端子、 Ｄｆオ ダイード（転流ダイオード）、 Ｄｒ ダイオード（回生ダイオード）、 Ｉ 信号入力端子、Ｏ１、Ｏ２ 信号出力端子、 Ｐｃ１、Ｐｃ２、Ｐｃ３、Ｐｃ４、Ｐｃ５ 導電板、 Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ 抵抗、 ｔ、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６、ｔ７、ｔ８、ｔ９、ｔ１０、 時刻 τ１、τ２、τ３、τ４、τ５、τ６ 所定時間、 ＺＤ ゼナーダイオード

Claims (7)

1. コンセントに挿入することによって前記コンセントと接続可能な入力端子と、
   負荷に接続するための出力端子と、
   前記入力端子と前記出力端子との間の直流電流が流れる直流電流路を開路または閉路とするために前記直流電流路に挿入される、電子的開閉スイッチと前記電子的開閉スイッチに対して並列に接続される並列機械的開閉スイッチと前記電子的開閉スイッチに対して直列に接続される直列機械的開閉スイッチと、
   前記並列機械的開閉スイッチと前記電子的開閉スイッチと前記直列機械的開閉スイッチとの相互の開閉時間差を制御するスイッチ制御回路と、
   前記直流電流路を開路または閉路とするために、前記スイッチ制御回路に対して前記電流路を開路または閉路とする契機となるトリガー信号を与えるトリガー手段と、を備え、
   前記スイッチ制御回路は、
   前記コンセントに前記入力端子を挿入して前記直流電流路を閉路とするに際して、
   前記コンセントと前記入力端子とを接続し、
   前記コンセントと前記トリガー手段との離間距離が所定距離よりも小さくなり前記直流電流路を閉路とするための前記トリガー信号を検出し、
   前記直列機械的開閉スイッチを閉路とし、
   前記直列機械的開閉スイッチが閉路とされることによって生じるチャタリングが収まる時間よりも長い時間後に、前記電子的開閉スイッチを閉路として前記直流電流路を閉路とし、
   前記電子的開閉スイッチの温度が予め定める所定温度に上昇する時間よりも短い時間後に、前記並列機械的開閉スイッチを閉路とし、
   前記コンセントから前記入力端子を抜いて前記直流電流路を開路とするに際して、
   前記コンセントと前記トリガー手段との離間距離が前記所定距離以上となり前記直流電流路を開路とするための前記トリガー信号を検出し、
   前記並列機械的開閉スイッチを開路とし、
   前記並列機械的開閉スイッチが開路とされることによって生じるチャタリングが収まる時間よりも長い時間以上であって、前記電子的開閉スイッチの温度が予め定める所定温度に上昇する時間よりも短い時間後に、前記電子的開閉スイッチを開路として前記直流電流路を開路とし、
   前記直列機械的開閉スイッチを開路とし、
   前記コンセントと前記入力端子との接続を断つ、
   直流プラグ。
2. さらに、前記出力端子の両端に、逆バイアスとなるように接続される転流ダイオードを備える、
   請求項１に記載の直流プラグ。
3. 前記電子的開閉スイッチと前記直列機械的開閉スイッチとの直列接続回路に対して、逆バイアスとなるように並列に接続される回生ダイオードを備える、
   請求項１に記載の直流プラグ。
4. 前記トリガー手段は、
   前記コンセントから送出されるパスワードを受信して再生する受信部を備え、
   前記コンセントに前記入力端子を挿入して前記直流電流路を閉路とするに際して、
   前記コンセントと前記受信部との離間距離が所定距離よりも小さくなり前記受信部で前記パスワードを再生できると、前記スイッチ制御回路に対して前記直流電流路を閉路とするための前記トリガー信号を送出し、
   前記コンセントから前記入力端子を抜いて前記直流電流路を開路とするに際して、
   前記離間距離が所定距離以上となり前記受信部で前記パスワードを再生できなくなると、前記スイッチ制御回路に対して前記直流電流路を開路とするための前記トリガー信号を送出する、
   請求項１に記載の直流プラグ。
5. 前記トリガー手段は、
   前記コンセントに設けられる導電板に対面する、第１導電板と第２導電板と、
   前記第１導電板と前記第２導電板との間の静電容量を検出して、前記静電容量が所定容量を超えたときに近接信号を検出する静電容量検出部と、を備え、
   前記コンセントに前記入力端子を挿入して前記直流電流路を閉路とするに際して、
   前記コンセントと、前記第１導電板と前記第２導電板との離間距離が所定距離よりも小さくなり前記近接信号を検出すると前記スイッチ制御回路に対して前記直流電流路を閉路とするための前記トリガー信号を送出し、
   前記コンセントから前記入力端子を抜いて前記直流電流路を開路とするに際して、
   前記離間距離が所定距離よりも大きくなり前記近接信号を検出ができなくなると前記スイッチ制御回路に対して前記直流電流路を開路とするための前記トリガー信号を送出する、
   請求項１に記載の直流プラグ。
6. 前記トリガー手段は、
   前記制御回路に接続される制御スイッチと、
   前記制御スイッチを押圧可能な制御スイッチ押圧部と、を備え、
   前記コンセントに前記入力端子を挿入して前記直流電流路を閉路とするに際して、
   前記コンセントと前記制御スイッチとの離間距離が所定距離よりも小さくなると前記制御スイッチを押圧して前記スイッチ制御回路に対して前記直流電流路を閉路とするための前記トリガー信号を送出し、
   前記コンセントから前記入力端子を抜いて前記直流電流路を開路とするに際して、
   前記コンセントと前記制御スイッチとの離間距離が所定距離以上となると前記制御スイッチを押圧しなくなり前記スイッチ制御回路に対して前記直流電流路を開路とするための前記トリガー信号を送出する、
   請求項１に記載の直流プラグ。
7. 前記パスワードは、前記コンセントから出力される直流電圧の値または前記コンセントの許容電流を含む、請求項４に記載の直流プラグ。