JP5988190B2

JP5988190B2 - 直流配線用のコンセント

Info

Publication number: JP5988190B2
Application number: JP2011199890A
Authority: JP
Inventors: 啓介 ▲吉▼川
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2010-09-22
Filing date: 2011-09-13
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2031-09-13
Also published as: JP2012089477A; US20130194734A1; EP2621028A4; EP2621028A1; TW201225434A; WO2012038797A1

Description

本発明は、直流配線用のコンセントに関する。

近年、太陽電池や燃料電池が爆発的に普及している。これら太陽電池や燃料電池で発電される電力は直流であり、家庭用電気機器で使用したり、余剰電力を逆潮流させたりするためにインバータを用いて交流に変換している。ノート型パーソナルコンピュータや固定電話機などの電気機器は、一般的に交流を直流に変換するＡＣ／ＤＣアダプタを用いて直流で動作する。また、デスクトップ型パーソナルコンピュータや液晶テレビ受像機など、コンセントから直接電力の供給を受ける電気機器も、その内部で交流を直流に変換している。そのため、太陽電池などで発電された直流電力を、インバータを用いて一旦直流から交流に変換し、さらにＡＣ／ＤＣアダプタで交流から直流に再変換させることになる。その際、インバータやＡＣ／ＤＣアダプタなどの変換効率によっては、最初に発電された電力の約２割近くが失われてしまう。

そのため、近年では、太陽光発電設備などにより発電された直流電力をリチウムイオン電池などの蓄電池に蓄電して、この蓄電池から住宅などに設置された直流配線用のコンセントを介して電気機器に電力を供給することが提案されている。そして、このコンセントから直接直流電力の供給を受けて動作する照明機器や電気機器などの実用化が進められている。

ところで、コンセントからプラグを引き抜く際、直流系統の方が交流系統よりもアークが発弧しやすい。そのため、プラグを構成する一対の接続端子のうち、一方の接続端子がコンセント側の接続端子から離反するタイミングを、他方の接続端子がコンセントの接続端子から離反するタイミングと相違させることで、プラグとコンセントの接続端子の間でアークが発弧することを防止した直流接続装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、直流系統での電圧降下を考慮して、ＤＣ／ＤＣコンバータを備え、直流機器に対して一定の直流電圧を供給することが可能な直流配線用のコンセントも提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００９−１４６７７７号公報特開２００９−１４６８２７号公報

しかしながら、上記従来の直流接続装置において、従来の交流用コンセントや交流用プラグと同様の構造とすると、電気機器に通電している状態でもプラグをコンセントから抜くことができる。その場合、プラグの接続端子とコンセントの接続端子との間に発弧するアークが問題となる。特に、直流は交流と異なり電流及び電圧のゼロクロス点がなく、一定値を有するため、アークが発弧すると消えにくく、非常に危険である。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、直流電流を用いるプラグをコンセントに対して抜き挿しする際に、アークの発弧を確実に防止して、より安全性を向上させた直流配線用のコンセントを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、
一対の第１接続端子及び接続確認用の導電性の第３端子を有するプラグが着脱される直流配線用のコンセントであって、
ハウジングと、
前記ハウジング内に設けられ、前記一対の第１接続端子が電気的に接続される給電用の一対の第２接続端子と、
前記第２接続端子に接続された給電路を開閉するためのスイッチとコイルで構成された電路開閉部と、
前記プラグとの接続を確認する接続確認部と、
前記コイルに電力を供給するための電源とを備え、
前記接続確認部は、前記プラグの前記第３端子に対応して接触される導電性の２つの接点を備え、
前記接続確認部の前記２つの接点は、前記プラグが前記コンセントに差し込まれるときは、前記第１接続端子と前記第２接続端子が接続された後に前記プラグの前記第３端子と接触し、前記プラグが前記コンセントから引き抜かれるときは、前記第１接続端子が前記第２接続端子から離れる前に前記接続確認部の一方の接点が前記第３端子から離れるように配置されており、
前記接続確認部、前記電源及び前記コイルから成る電気回路は、前記接続確認部の２つの接点と前記プラグの前記第３端子とが接触することによって通電され、前記接続確認部の一方の接点が前記第３端子から離れることによって通電が解除され、
前記スイッチは、前記プラグが前記コンセントに差し込まれていないときは開状態であり、前記コイルの電磁作用により閉状態となるように構成されている
ことを特徴とする。

また、前記コンセントは、さらに、電流値を計測する電流計測部と、前記プラグを前記コンセントに固定するロック機構部と、前記接点及び前記端子の接続状態に応じて前記電路開閉部の開閉を制御すると共に、前記電流計測部において電流値が計測されると前記ロック機構部を用いて前記プラグが前記コンセントから抜けないように制御する制御部とを備えたことが好ましい。

また、前記コンセントは、電流値を計測する電流計測部と、通電状態を表示する表示部と、前記電流計測部において電流値が計測される場合に前記表示部の表示を行う制御部とをさらに備えたことが好ましい。

本発明に係る直流配線用の直流配線用のコンセントにおいて、電路開閉部は、コンセントに設けられた接続確認部により検出されるプラグとコンセントとの接続状態に基づいて給電路を開閉する。そのため、直流系統において用いられるプラグをコンセントに対して抜き挿しする際に、アークの発弧を確実に防止することができ、より安全性が向上する。

（ａ）は本発明の一実施形態に係る直流配線用のコンセント及びそれに対応するプラグの結合部分の構成を示す断面図、（ｂ）はコンセント及びプラグのブロック構成図である。参考例１に係る直流配線用のコンセント及びプラグのブロック構成図である。（ａ）は参考例２に係る直流配線用のコンセント及びプラグの概略構成を示す図、（ｂ）は同直流配線用のコンセント及びプラグのブロック構成図である。（ａ）〜（ｃ）は参考例３に係る直流配線用のコンセント及びプラグの構成及び動作を説明するための断面図である。（ａ）は参考例４に係る直流配線用のコンセント及びプラグの概略構成を示すブロック図、（ｂ）は同直流配線用のコンセント及びプラグの他の概略構成を示すブロック図、（ｃ）は同直流配線用のコンセント及びプラグの構成を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照してより詳細に説明する。図面全体において同一又は類似する部分については同一参照符号を付して説明を省略する。

（実施形態）
本発明の一実施形態に係る直流配線用のコンセント３及びそれに対応するプラグ２について、図１（ａ）及び（ｂ）を参照しつつ説明する。各図に示すように、プラグ２は、直流駆動される電気機器に接続される一対の第１接続端子２１と、コンセント３との接続確認に用いられる、金属部材などの導電性を有する接続確認用の第３端子２２を備えている。なお、このプラグ２は、直流電流を用いる照明機器、パーソナルコンピュータ、液晶テレビ受像機などの電気機器のプラグとして用いられる。

コンセント３は、例えば壁コンセント或いは床コンセントなどの形態で屋内に設置され、プラグ２が着脱自在に接続される。コンセント３のハウジングの内部には、プラグ２の第１接続端子２１と電気的に接続される直流給電用の一対の第２接続端子３０が設けられている。さらに、コンセント３は、プラグ２が接続されたことを確認する接続確認部３１と、電力線（給電路）３２と直列接続されたスイッチ３３と、通電状態でスイッチ３３を閉状態（ＯＮ）に、非通電状態でスイッチ３３を開状態（ＯＦＦ）にするコイル３４ａと、コイル３４ａに電力を供給するリレー電源３４とを備えている。ここで、スイッチ３３とコイル３４ａで電路開閉部であるリレー４５を構成する。

接続確認部３１は、プラグ２の第３端子２２と接触し電気的に接続される２つの接点Ａ及び接点Ｂを有し、プラグ２の第３端子２２がコンセント３に差し込まれることで、接続確認部３１、リレー電源３４及びコイル３４ａから成る電気回路が通電される。スイッチ３３は、プラグ２がコンセント３に差し込まれていないときには開状態（ＯＦＦ）であり、プラグ２がコンセント３に差し込まれたときにはコイル３４ａの電磁作用で閉状態（ＯＮ）となる。

次に、第１実施形態に係る直流配線用のコンセント３及びプラグ２の動作について説明する。プラグ２がコンセント３に差し込まれると、第１接続端子２１と第２接続端子３０が接続された後、プラグ２の第３端子２２が接点Ａ及び接点Ｂに繋がり、リレー電源３４からの電力がコイル３４ａに流れ、それによってスイッチ３３が閉状態（ＯＮ）になり、プラグ２への通電が開始される。一方、プラグ２が引き抜かれるときには、第１接続端子２１が第２接続端子３０から離れる前に、接続確認部３１の接点Ｂが第３端子２２から離れるので、すぐにスイッチ３３が開状態（ＯＦＦ）となり、その後、第１接続端子２１も第２接続端子３０から離れる。

以上のように、第１実施形態に係る直流配線用のコンセント３及びプラグ２では、接続確認部３１におけるプラグ２の接続状態確認とスイッチ３３のＯＮ／ＯＦＦ動作が連動するので、プラグ２が挿入されていない時には、コンセント３の第２接続端子３０間に電圧が発生しない。また、誤ってプラグ２が抜けても、プラグ２が抜け始めると同時に第３端子２２が接点Ｂから離れ、スイッチ３３がＯＦＦとなり、プラグ２を介した電気機器への通電が停止される。すなわち、第１接続端子２１が第２接続端子３０から離れる前にスイッチ３３がＯＦＦとなるので、プラグ２とコンセント３との接点部でアークが発弧することはなく、安全性が向上する。

（参考例１）
次に、参考例１に係る直流配線用のコンセント３及びプラグ２について、図２を参照しつつ説明する。参考例１に係るコンセント３は、上記実施形態の構成とは違って、計測部３５、制御部３６、及びロック機構部３７をさらに備えている。なお、コイル３４ａ及びリレー電源３４は図示を省略している。計測部３５は、電力線３２に直列接続された電流計などであり、検出された電流値を制御部３６に送信する。制御部３６は、ＣＰＵを備え、接続確認部３１においてプラグ２との接続が確認されるとリレー４５のスイッチ３３をＯＮにすると共に、計測部３５において電流値が検出される間はロック機構部３７を作動させることでプラグ２がコンセント３から抜けないようにする。ロック機構部３７は、制御部３６と接続され、制御部３６からの所定信号に基づいて自動的に開閉動作を実行する。

次に、参考例１に係る直流配線用のコンセント３及びプラグ２の動作について説明する。最初、ロック機構部３７の抜け止め機構は働いておらず、リレー４５のスイッチ３３はＯＦＦ状態である。次に、プラグ２が差し込まれると、接続確認部３１の接点Ｃとプラグ２の第３端子２２とが接触し、それによって、制御部３６はプラグ２とコンセント３との接続を検知し、開閉機構部であるリレー４５のスイッチ３３をＯＮにする。さらに、制御部３６は、計測部３５での電流値を検知すると、ロック機構部３７の抜け止め機構を働かせて、プラグ２がコンセント３から抜けないようにする。

一方、計測部３５で電流が測定されないときは、制御部３６は、ロック機構部３７を外して、プラグ２の抜き挿しが可能な状態とする。そして、制御部３６は、プラグ２がコンセント３から抜かれた状態では、接続確認部３１の接点Ｃと第３端子２２とが離れることでプラグ２とコンセント３との分離を検知してリレー４５のスイッチ３３をＯＦＦにする。あるいは、ロック機構部３７を外すと同時にリレー４５のスイッチ３３をＯＦＦにするように、制御部３６を構成してもよい。

以上のように、参考例１に係る直流配線用のコンセント３及びプラグ２では、接続確認部３１の接点Ｃとプラグ２の第３端子２２が接触した後に、計測部３５で電流を計測し、制御部３６は、計測部３５において電流が検知されるとロック機構部３７を働かせてプラグ２がコンセント３から抜けないようする。そのため、通電中に誤ってプラグ２が抜けることがなくなり、アークの発弧を防止して安全性を向上させることができる。

なお、参考例１において、上記実施形態と同様に、プラグ２がコンセント３に差し込まれる際には、接触端子２１と接触端子３０が接続された後に、プラグ２の第３端子２２が接続確認部３１の接点Ｃに接触し、プラグ２が引き抜かれる際には、接触端子２１が接触端子３０から離れる前に、接触確認部３１の接点Ｃが第３端子２２から離れるように構成されていることが望ましい。

（参考例２）
次に、参考例２に係る直流配線用のコンセント３及びプラグ２について、図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照しつつ説明する。参考例２では、コンセント３と配線用遮断器であるリモコンブレーカ４を、電力線３２及び信号線５を介して接続している。接続確認部３１は、プラグ２とコンセント３との接続状態を示すビット信号などをリモコンブレーカ４側に信号線５を介して送信する機能を有する。なお、接続確認部３１を機械的ボタンとし、その通電状態によってプラグ２とコンセント３との接続状態を確認するように構成してもよい。

次に、参考例２に係る直流配線用のコンセント３及びプラグ２の動作について説明する。最初に、プラグ２がコンセント３に差し込まれると、接続確認部３１は、プラグ２とコンセント３との接続情報を、信号線５を介してリモコンブレーカ４に送信する。そして、リモコンブレーカ４は、受信した接続情報に基づいて、接続状態がＯＮの場合にはブレーカをＯＮ（閉状態）にする。一方、プラグ２がコンセント３から抜かれる際には、接続確認部３１は、ＯＦＦに対応する接続情報をリモコンブレーカ４に送信し、当該接続情報を受信したリモコンブレーカ４はブレーカをＯＦＦ（開状態）とする。すなわち、第３実施形態におけるリモコンブレーカ４は電路開閉部として動作する。

以上のように、参考例２に係る直流配線用のコンセント３及びプラグ２では、接続確認部３１によりプラグ２の接続が確認されていない時には、リモコンブレーカ４のブレーカがＯＦＦ（開状態）になっている。そのため、コンセント３の第２接続端子３０間には電圧が発生せず、アークの発弧を防止することができる。また、電路開閉機構であるリモコンブレーカ４がコンセント３の外部に設けられるので、コンセント３の構成を簡素化することができる。

なお、参考例２においても、上記第１実施形態と同様に、プラグ２がコンセント３に差し込まれる際には、接触端子２１と接触端子３０が接続された後に、接続確認部３１によりプラグの完全に挿入されたことを確認して、その情報をリモコンブレーカ４に送信し、プラグ２が引き抜かれる際には、接触端子２１が接触端子３０から完全に離れる前に、接続確認部３１によりプラグの引き抜き開始を確認して、その情報をリモコンブレーカ４に送信するように構成することが望ましい。

（参考例３）
次に、参考例３に係る直流配線用のコンセント３及びプラグ２について、図４（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ説明する。参考例３におけるプラグ２は、抜け止め機構であるロック機構部２３を備えている。コンセント３は、接続確認部となる可動片３８と、ロック機構部２３のロック動作に伴う可動片３８の動きによって、機械的に電力線３２の接続状態をＯＮ／ＯＦＦする開閉機構３９を備えている。第４実施形態では、コンセント３に設けられた開閉機構３９が、電路開閉部として動作する。

参考例３に係る直流配線用のコンセント３及びプラグ２の動作について説明する。図４（ａ）はプラグ２がコンセント３に差し込まれる前の状態、図４（ｂ）はプラグ２がコンセント３に差し込まれただけの状態を示す。図４（ｃ）はロック機構部２３が動作された通電状態を示す。可動片３８の先端部、すなわちロック機構部２３と当接される部分がテーパ状に形成されており、ばね３８ａによって所定方向（図中上向き）に付勢されている。開閉機構３９は、固定部材３９ｂと回転部材３９ｃ及び固定部材３９ｂと回転部材３９ｃにそれぞれ設けられた一対の接点３９ａで構成されている。回転部材３９ｃは、一端が可動片３８の後端部に当接し、可動片３８の変位に伴って回転軸３９ｄの周りに回転される。固定部材３９ｂ及び回転部材３９ｃは、それぞれ電力線３２（図１など参照）に接続されている。

図４（ａ）又は図４（ｂ）に示す状態では、接続確認部である可動片３８は動作していない。そのため、電路開閉部である開閉機構３９の一対の接点３９ａは離反しており、電力線３２は非通電状態である。そして、図４（ｃ）に示すように、プラグ２のロック機構部２３を動作させると、すなわち、プラグ２がコンセント３に挿入された状態でロック機構部２３がプラグ２からコンセント３の方向（図中右側）に移動させると、可動片３８がばね３８ａの付勢力に逆らって図中下方に移動される。それにより、可動片３８が、開閉機構３９の回転部材３９ｃを反時計方向に回転させ、回転部材３９ｃ側の接点３９ａが固定部材３９ｂ側の接点３９ａに接触し、電力線３２が通電状態となる。図４（ｃ）に示す通電状態では、プラグ２は、ロック機構部２３によりコンセント３から抜けないように固定されている。

一方、プラグ２をコンセント３から引き抜くには、ロック機構部２３を解除する必要がある。すなわち、プラグ２がコンセント３に挿入された状態で、ロック機構部２３をコンセント３からプラグ２の方向（図中左側）に移動させると、可動片３８がばね３８ａの力により図中上方に移動する。それにより、可動片３８が回転部材３９ｃを押している状態が解除され、回転部材３９ｃ側の接点３９ａが固定部材３９ｂ側の接点３９ａから離反し、電力線３２が非通電状態となる。なお、回転部材３９ｃは、図示しないばねによって時計方向に回転するように付勢されているものとする。

参考例３に係る直流配線用のコンセント３及びプラグ２では、プラグ２がコンセント３から自由に抜き挿しできないロック機構部２３のロック状態では、開閉機構３９の接点３９ａが常に接触状態になっている。また、プラグ２がコンセント３から自由に抜き挿しできるロック機構部２３の解除状態では、開閉機構３９の接点３９ａが常に離反状態になっている。そのため、通電状態において誤ってプラグ２が引き抜かれることはなく、プラグ２を抜く場合においても、アークの発弧を防止して安全性を向上させることができる。

（参考例４）
次に、参考例４に係る直流配線用のコンセント３及びプラグ２について、図５（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ説明する。図５（ａ）に示すように、参考例４のコンセント３は、電流を計測する計測部３５と、計測部３５からの電流値を表示する表示部４１と、表示部４１を制御する制御部４０を備えている。また、図５（ｂ）に示すように、プラグ２も、電流を計測する計測部２４と、計測部２２からの電流値を表示する表示部２６と、表示部２６を制御する制御部２５を備えている。なお、図５（ｃ）に示すように、表示部２６及び４１は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）であってもよいし、あるいは液晶表示素子であってもよい。表示部２６及び４１がＬＥＤの場合には、通電時に赤色点灯させ、非通電時に緑色点灯させてもよいし、通電時に点灯させ、非通電時に消灯させてもよい。また、表示部２６及び４１が液晶表示素子の場合には、電流値を表示させてもよい。さらに、これら計測部、表示部及び制御部は、コンセント３とプラグ２の何れか一方にだけ設けられていてもよい。

参考例４に係る直流配線用のコンセント３及びプラグ２では、通電状態をプラグ２の表示部２６又はコンセント３の表示部４１の少なくとも一方に表示することができるので、使用者が通電中にプラグ２を抜かないように注意を喚起することができる。さらに、第５実施形態に係る構成を上記実施形態の構成と組合せて使用することができる。例えば、図５（ａ）に示す表示部４１を第２実施形態の構成に適用する場合、制御部４０の機能を参考例１の制御部３６に加えてもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態及び参考例について説明したが、本発明はこれらの特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲の範疇において様々な変更及び修正を加えることができることは言うまでもない。

２プラグ
３コンセント
４リモコンブレーカ
２１第１接続端子
２２第３端子
２３，３７ロック機構部
２４，３５計測部
２５，３６，４０制御部
２６，４１表示部
３０第２接続端子
３１接続確認部
３２電力線
３３スイッチ
３４リレー電源
３８可動片
３８ａばね
３９開閉機構
３９ａ接点
３９ｂ固定部材
３９ｃ回転部材
３９ｄ回転軸
４５リレー

Claims

一対の第１接続端子及び接続確認用の導電性の第３端子を有するプラグが着脱される直流配線用のコンセントであって、
ハウジングと、
前記ハウジング内に設けられ、前記一対の第１接続端子が電気的に接続される給電用の一対の第２接続端子と、
前記第２接続端子に接続された給電路を開閉するためのスイッチとコイルで構成された電路開閉部と、
前記プラグとの接続を確認する接続確認部と、
前記コイルに電力を供給するための電源とを備え、
前記接続確認部は、前記プラグの前記第３端子に対応して接触される導電性の２つの接点を備え、
前記接続確認部の前記２つの接点は、前記プラグが前記コンセントに差し込まれるときは、前記第１接続端子と前記第２接続端子が接続された後に前記プラグの前記第３端子と接触し、前記プラグが前記コンセントから引き抜かれるときは、前記第１接続端子が前記第２接続端子から離れる前に前記接続確認部の一方の接点が前記第３端子から離れるように配置されており、
前記接続確認部、前記電源及び前記コイルから成る電気回路は、前記接続確認部の２つの接点と前記プラグの前記第３端子とが接触することによって通電され、前記接続確認部の一方の接点が前記第３端子から離れることによって通電が解除され、
前記スイッチは、前記プラグが前記コンセントに差し込まれていないときは開状態であり、前記コイルの電磁作用により閉状態となるように構成されている
ことを特徴とする直流配線用のコンセント。
前記コンセントは、さらに、電流値を計測する電流計測部と、前記プラグを前記コンセントに固定するロック機構部と、前記接点及び前記端子の接続状態に応じて前記電路開閉部の開閉を制御すると共に、前記電流計測部において電流値が計測されると前記ロック機構部を用いて前記プラグが前記コンセントから抜けないように制御する制御部とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の直流配線用のコンセント。
前記コンセントは、電流値を計測する電流計測部と、通電状態を表示する表示部と、前記電流計測部において電流値が計測される場合に前記表示部の表示を行う制御部とをさらに備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の直流配線用のコンセント。