JPWO2016129198A1

JPWO2016129198A1 - 直流電力供給コネクタ及び直流電源装置

Info

Publication number: JPWO2016129198A1
Application number: JP2016574641A
Authority: JP
Inventors: 直森田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2015-02-13
Filing date: 2015-12-28
Publication date: 2017-11-24
Anticipated expiration: 2035-12-28
Also published as: US10454224B2; WO2016129198A1; EP3258548A1; JP6662308B2; US20180006409A1; EP3258548A4; EP3258548B1

Abstract

直流電力供給時の電力効率を低下させずに直流電力の切断時にアーク放電の発生を小規模の構成で抑制するとともに、発熱を抑えることが可能な直流電力供給コネクタを提供することを課題とする。コネクタは、正極側電極側又は負極側電極側の少なくともいずれかに、受電側の端子（１１）が挿入された状態で第１の接点（２５）に接触し、挿入されていない状態で第２の接点（２４）に接触する可動接片（２０ｃ）と、スイッチング素子（Ｔ１）を含む電流制限回路（３０）とが備えられる。電流制限回路（３０）は、可動接片（２０ｃ）が第１の接点（２５）に接触している場合はスイッチング素子（Ｔ１）に電流を流さず、可動接片（２０ｃ）が第１の接点（２５）を離れ第２の接点（２４）に繋がるまでの間に可動接片（２０ｃ）を通じて端子（１１）へ電流を流し、流れる電流を徐々に減少させる。

Description

本開示は、直流電力供給コネクタ及び直流電源装置に関する。

直流給電でも交流給電でも、電力の切断時にはアーク放電が発生する。交流の場合、所定の時間毎（例えば１０ミリ秒毎）に電圧がゼロとなる瞬間があるので、アーク放電は少なくとも上記所定の時間内（例えば１０ミリ秒以内）に自然に止まる。しかし直流給電では、ゼロ電圧となる瞬間がないため、アーク放電は自然には止まらない。

そのため、直流給電の場合に電力の切断時にアーク放電の発生を抑えることを目的とした技術が開示されている（特許文献１，２等参照）。

特開２００３−２０３７２１号公報特表２０１４−５２２０８８号公報

直流給電の場合に電力の切断時にアーク放電の発生を抑えることはもちろんであるが、アーク放電の発生を抑えるための構成が大規模なものになるのは好ましくなく、またアーク放電の発生を抑えるための構成を加えることで直流給電の最中に電力供給効率を低下させるのも好ましくない。従って、直流電力供給時の電力効率を低下させずに、直流電力の切断時にアーク放電の発生を小規模の構成で抑制することが望ましい。さらに、直流電力の切断時にアーク放電の発生を抑制する際に、発熱を抑えることも求められる。

そこで本開示では、直流電力供給時の電力効率を低下させずに直流電力の切断時にアーク放電の発生を小規模の構成で抑制するとともに、発熱を抑えることが可能な、新規かつ改良された直流電力供給コネクタ及び直流電源装置を提案する。

本開示によれば、直流電力を供給する正極側電極及び負極側電極を少なくとも備え、前記正極側電極側または負極側電極側の少なくともいずれかに、前記直流電力の供給時に直流電流が流れる受電側の端子が挿入された状態では第１の接点に接触し、前記端子が挿入されていない状態では第２の接点に接触する可動接片と、スイッチング素子を含み、前記端子が抜去される際に前記可動接片を通じて前記端子へ流れる電流を減少させる電流制限回路と、が備えられ、前記電流制限回路は、前記可動接片が前記第１の接点に接触している場合は前記スイッチング素子が電流を流さず、前記可動接片が前記第１の接点を離れ前記第２の接点に繋がるまでの間に前記可動接片を通じて前記端子へ電流が流れ、流れる電流を徐々に減少させる、直流電力供給コネクタが提供される。

また本開示によれば、直流電力を供給する直流電源と、前記直流電源からの直流電力を供給する正極側電極及び負極側電極と、を少なくとも備え、前記正極側電極側または負極側電極側の少なくともいずれかに、前記直流電力の供給時に直流電流が流れる受電側の端子が挿入された状態では第１の接点に接触し、前記端子が挿入されていない状態では第２の接点に接触する可動接片と、スイッチング素子を含み、前記端子が抜去される際に前記可動接片を通じて前記端子へ流れる電流を減少させる電流制限回路と、が備えられ、前記電流制限回路は、前記可動接片が前記第１の接点に接触している場合は前記スイッチング素子が電流を流さず、前記可動接片が前記第１の接点を離れ前記第２の接点に繋がるまでの間に前記可動接片を通じて前記端子へ電流が流れ、流れる電流を徐々に減少させる、直流電源装置が提供される。

以上説明したように本開示によれば、直流電力供給時の電力効率を低下させずに直流電力の切断時にアーク放電の発生を小規模の構成で抑制するとともに、発熱を抑えることが可能な、新規かつ改良された直流電力供給コネクタ及び直流電源装置を提供することができる。

なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。

本開示の一実施形態に係る直流電力供給システムの構成例を示す説明図である。本開示の一実施形態に係る直流電源装置１００の構成例を示す説明図である。プラグ１１がプラグ受け２０に挿入された状態を示す説明図である。電流制限回路３０の機能について説明する説明図である。図４に示した電流制限回路３０の等価回路を示す説明図である。図４に示した直流電源装置１００の構成例における電流及び電圧の推移例を示す説明図である電流制限回路３０の消費電力を示す説明図である。直流電源装置１００からプラグ１１が抜去される際の電圧と電流の変化の例を示す説明図である。直流電源装置１００の構成例を示す説明図である。直流電源装置１００の構成例を示す説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．本開示の一実施形態
１．１．背景
１．２．構成例
２．まとめ

＜１．本開示の一実施形態＞
［１．１．背景］
本開示の一実施形態について詳細に説明する前に、まず本開示の一実施形態の背景について説明する。

直流給電でも交流給電でも、電力の切断時には、電圧と電流がある所定の値以上になると、電極間の電位差によるスパークやアーク放電が発生する。交流の場合、所定の時間毎（例えば１０ミリ秒毎）に電圧がゼロとなる瞬間があるので、アーク放電は少なくとも上記所定の時間内（例えば１０ミリ秒以内）に自然に止まる。

しかし直流給電では、交流給電と違って電圧がゼロとなる瞬間がないため、アーク放電は自然には止まらない。アーク放電は、発火や金属の溶断、溶着といった接点の劣化を発生させ、電力給電の信頼性の低下や、火災等の危険がある。

そのため、直流給電の場合に電力の切断時にアーク放電の発生を抑えることを目的とした技術が開示されている。例えば、コンデンサと抵抗とを用いたスナバ回路を揺動接触子の間に接続して回避する技術が従来から提案されている。

しかし、直流給電の場合にスナバ回路を用いてアーク放電を防ぐためには、容量の大きなコンデンサと小さな抵抗を用いなければ十分な効果が得られず、十分な効果を得ようとするとスナバ回路が大型化してしまう。また、スナバ回路を用いてアーク放電を防ぐ場合、直流電力の切断後に直流電源に再度接続しようとすると、容量の大きなコンデンサにチャージされた電荷によるショート電流が大きくなり、接点が溶着してしまう。

また差込プラグをプラグ受けに抜き差しすることによって直流給電を行う場合において、アーク放電の発生を防ぐために差込プラグに機械的スイッチを設け、差込プラグをプラグ受けから抜去する際にその機械的スイッチを操作することでアーク放電の発生を防ぐ技術もある。しかし、この技術では差込プラグの抜去時に機械的スイッチの操作という煩雑な操作を利用者に強いる必要が生じる。

機械的にアーク放電を除去する方法もある。しかし機械的にアーク放電を除去するためには、接点の引き剥がし速度を上げたり、磁気回路によってアークを引き剥がしたりするなどの構造が必要となり、アーク放電を除去するための回路が大型化してしまう。

直流給電の場合に電力の切断時にアーク放電の発生を抑えることを目的とした技術として、他に上記特許文献１，２等がある。

上記特許文献１は、直流給電時に電流が流れる経路上にスイッチング素子を設け、プラグ受けからの差込プラグの抜去時にスイッチング素子をオフにすることで、アーク放電の発生を抑える技術を開示している。

しかし、特許文献１に開示されている技術では、直流給電時に電流がスイッチング素子を流れるために、直流給電時にスイッチング素子において電力が消費されるとともに、直流給電時にスイッチング素子が発熱する。

上記特許文献２も、直流給電時に電流が流れる経路上にスイッチング素子を備えるアーク吸収回路を設け、プラグ受けからの差込プラグの抜去時にスイッチング素子をオフにすることで、アーク放電の発生を抑える技術を開示している。

しかし、特許文献２で開示されている技術では、アーク吸収回路として２つのスイッチング素子や、スイッチング素子をオフにするためのタイマを設けており、アーク電力を一時的に蓄えて、その蓄えた電力を放出するための回路が必要になり、回路が大型化する。

そこで本件開示者は、上述した背景に鑑み、直流電力供給時の電力効率を低下させずに直流電力の切断時にアーク放電の発生を小規模の構成で抑制することが可能な技術について鋭意検討を行った。その結果、本件開示者は、以下で説明するように、正極側の電極に２つの接点を設け、受電側の電極との接点の切り替え時に直流電力の切断時に電極間で生じる電圧を抑制することで、直流電力供給時の電力効率を低下させずに直流電力の切断時にアーク放電の発生を小規模の構成で抑制するとともに、直流電力の切断時に発熱も抑えられることが可能な技術を考案するに至った。

以上、本開示の一実施形態の背景について説明した。続いて、本開示の実施の形態について詳細に説明する。

［１．２．構成例］
まず、本開示の一実施形態に係る直流電力供給システムの構成例について説明する。図１は、本開示の一実施形態に係る直流電力供給システムの構成例を示す説明図である。以下、図１を用いて、本開示の一実施形態に係る直流電力供給システムの構成例について説明する。

図１には、直流電力を給電する直流電源装置１００と、直流電源装置１００からの直流電力を受電する負荷１０と、を含む直流電力供給システム１の構成例が示されている。直流電源装置１００は、直流電力を給電する電源装置であり、例えば内部に蓄電池を備えて直流電力を負荷１０へ給電するものであってもよく、太陽光、風力、地熱、バイオマスその他の自然エネルギーによって発電された電力を直流電力として負荷１０へ給電するものであってもよい。

負荷１０は、直流電源装置１００から直流電力の給電を受ける際には、プラグ１１がプラグ受け２０に挿入される。そして直流電源装置１００からの直流電力の給電を停止する際には、プラグ１１はプラグ受け２０から抜去される。プラグ１１がプラグ受け２０から抜去される際に、アーク放電の抑制が考慮されていないと、上述したようにプラグ１１やプラグ受け２０の破損等に繋がる。

そこで本実施形態では、直流電源装置１００は、プラグ１１がプラグ受け２０から抜去される際のアーク放電を抑制するために、プラグ１１がプラグ受け２０から抜去される際に直流電源装置１００から負荷１０へ流れる電流を抑制するための電流制限回路を備える。

直流電源装置１００は、プラグ１１がプラグ受け２０に完全に挿入され、直流電源装置１００から負荷１０へ直流電力が給電されている際には、直流電源装置１００に備えられる電流制限回路は電流を流さないような構成を有している。また、プラグ１１がプラグ受け２０から抜去される際には、電流制限回路を通じて直流電源装置１００から負荷１０へ電流を流しつつ、電流制限回路は、直流電源装置１００から負荷１０へ流れる電流を減少させる方向に機能する。

本実施形態では、直流電源装置１００に上述したような電流制限回路を備えることで、直流電力供給時の電力効率を低下させずに直流電力の切断時にアーク放電の発生を抑制することが出来る。また本実施形態に係る電流制限回路は、後述するように小規模の回路とすることが出来るので、回路規模を増大させること無く、直流電力の切断時にアーク放電の発生を抑制することが出来る。

また本実施形態では、後述するように、負荷１０のプラグ１１がプラグ受け２０に完全に挿入された状態では、電流制限回路を介さずに直流電力を負荷１０に供給し、負荷１０のプラグ１１がプラグ受け２０から抜去されると、電流制限回路を介して直流電力を負荷１０に供給するように切り替えることが可能な機構を直流電源装置１００に備える。このような機構を直流電源装置１００に備えることで、直流電力の切断時にアーク放電の発生を抑制することが出来る。

また本実施形態では、後述するように、負荷１０のプラグ１１がプラグ受け２０から抜去される際に、即座に電流制限回路を介して直流電力を負荷１０に供給するように切り替えることが可能な機構を直流電源装置１００に備える。このような機構を直流電源装置１００に備えることで、負荷１０のプラグ１１がプラグ受け２０から抜去される際の電流制限回路での発熱、特にスイッチング素子での発熱を抑えることが可能になる

以上、図１を用いて、本開示の一実施形態に係る直流電力供給システムの構成例について説明した。続いて、本開示の一実施形態に係る直流電源装置１００の具体的な構成例について説明する。

図２は、本開示の一実施形態に係る直流電源装置１００の構成例を示す説明図である。以下、図２を用いて本開示の一実施形態に係る直流電源装置１００の構成例について説明する。

図２に示したように、本開示の一実施形態に係る直流電源装置１００は、接触子２０ａ、２０ｂ、２３、２４、２５と、可動接片２０ｃと、バネ２１と、電流制限回路３０と、を含んで構成される。接触子２０ａ、２０ｂは、プラグ受け２０の内部に設けられる。また図２には、プラグ１１の一対の電極である正極側端子１１ａと負極側端子１１ｂと、が示されている。

接触子２０ａ、２０ｂは、直流電源装置１００から負荷１０へ電流を流すための導電体である。接触子２０ａ、２０ｂは、プラグ１１の一対の電極である正極側端子１１ａと負極側端子１１ｂとにそれぞれ接続されることで、直流電源装置１００から負荷１０へ電流を流す導電体である。

バネ２１は、可動接片２０ｃと接続されており、プラグ１１がプラグ受け２０に挿入された状態では、可動接片２０ｃに設けられる接触子２３が接触子２４から離れて接触子２５と接続し、プラグ１１がプラグ受け２０に挿入されていない状態では、弾性力によって、可動接片２０ｃに設けられる接触子２３が接触子２５から離れて接触子２４と接続するために設けられる。従って可動接片２０ｃはバネ２１の弾性力を利用した復帰式のスイッチとして直流電源装置１００に構成されている。

可動接片２０ｃは、接触子２０ａと接触子２３を電気的に導通する材料で形成されたものであり、支点２２を中心に所定の範囲で回動可能に構成される可動接片である。可動接片２０ｃは、上述したようにバネ２１と接続されており、プラグ１１の挿抜に応じて弾性力により接触子２３が接触子２４または接触子２５に接触するように備えられる。

図３は、プラグ１１がプラグ受け２０に挿入された状態を示す説明図である。プラグ１１がプラグ受け２０に挿入されると、図３に示したようにバネ２１が伸びて、可動接片２０ｃの接触子２３が接触子２４から離れて接触子２５と接続する。接触子２３が接触子２４から離れて接触子２５と接続すると、直流電源装置１００から負荷１０へ電流が流れる。

電流制限回路３０は、直流電源装置１００から負荷１０へ直流電力が給電されている際には電流を流さないが、接触子２３が接触子２５から離れて接触子２４と接続する際に、直流電源装置１００から負荷１０へ流れる電流を減少させるように機能する回路である。

電流制限回路３０には、プラグ１１がプラグ受け２０に完全に挿入され、接触子２３が接触子２５と接続した状態では電流が流れず、正極側端子１１ａが接触子２０ａに接続された状態で電流が流れる。従って、プラグ１１がプラグ受け２０に完全に挿入された状態では電流制限回路３０は電流を流さないので、直流電源装置１００は、直流電力供給時の電力効率を低下させずに直流電力を負荷１０へ給電することが出来る。

電流制限回路３０は、ＭＯＳＦＥＴＴ１と、コンデンサＣ１と、抵抗Ｒ１と、ダイオードＤ１と、を含んで構成される。電流制限回路３０はコンデンサＣ１を有することで電圧積分回路として機能する。

ＭＯＳＦＥＴＴ１は、本実施形態ではｎ型のＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅ
ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いている。ＭＯＳＦＥＴＴ１は、接触子２３が接触子２４と接触している状態で（すなわちプラグ１１がプラグ受け２０から抜去された状態で）直流電源装置１００から正極側端子１１ａへ電流が流れる経路上に設けられる。

コンデンサＣ１は、ＭＯＳＦＥＴＴ１のドレイン端子とゲート端子との間に設けられる。また抵抗Ｒ１は、ＭＯＳＦＥＴＴ１のゲート端子とソース端子との間に設けられる。そして図２および図３に示したように、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１とは直列に接続されている。

図２および図３に示したように構成された電流制限回路３０の機能について説明する。上述したように、負荷１０に設けられたプラグ１１がプラグ受け２０に完全に挿入されると、プラグ１１の挿入によってバネ２１が伸びて、可動接片２０ｃの接触子２３が接触子２５と接続する。

可動接片２０ｃの接触子２３が接触子２５と接続した状態では、直流電源装置１００から正極側端子１１ａへ電流が流れる経路において、電流制限回路３０はバイパスされる。従って、プラグ１１がプラグ受け２０に完全に挿入された状態では電流制限回路３０に電流を流さない。そのため、プラグ１１がプラグ受け２０に完全に挿入された状態では、電流制限回路３０で電力が消費されることはない。

一方、プラグ１１がプラグ受け２０から抜去される前に（例えばプラグ１１がプラグ受け２０から抜去される直前に）、バネ２１の弾性力によって接触子２３が接触子２５から接触子２４に接続するよう切り替わると、正極側端子１１ａと接触子２０ａとの接触点の一部に電流集中が発生する。正極側端子１１ａと接触子２０ａとの接触点の一部に電流集中が発生すると、コンデンサＣ１を介してＭＯＳＦＥＴＴ１のゲート電圧を誘起させて、ＭＯＳＦＥＴＴ１をオン状態にする。

ＭＯＳＦＥＴＴ１がオン状態になると、電流制限回路３０を通じて負荷１０へ電流が流れ始めるが、電流制限回路３０を通じて負荷１０へ流れる電流が減少していくことで、正極側端子１１ａと接触子２０ａとの電位差が低減される。正極側端子１１ａと接触子２０ａとの電位差が低減されることによって、正極側端子１１ａが接触子２０ａから離れてもアーク放電の発生に至ることはない。

ＭＯＳＦＥＴＴ１のドレイン端子とソース端子との間の電圧は、ＦＥＴのゲート電圧による伝達関数に沿った電圧に収まる。プラグ１１がプラグ受け２０から抜去される前に（例えばプラグ１１がプラグ受け２０から抜去される直前に）、バネ２１の弾性力によって接触子２３が接触子２５から接触子２４に接続するよう切り替わると、コンデンサＣ１に電荷が蓄積されていく。

コンデンサＣ１の充電が進むと、ＭＯＳＦＥＴＴ１のゲート電圧が低下し、ＭＯＳＦＥＴＴ１はオフ状態に移行する。ＭＯＳＦＥＴＴ１がオフ状態に移行することでＭＯＳＦＥＴＴ１に電流が流れなくなる。ＭＯＳＦＥＴＴ１がオフ状態に移行した後に正極側端子１１ａが接触子２０ａから離れても、ＭＯＳＦＥＴＴ１に電流が流れていないので、アーク放電の発生に至ることはない。

電流制限回路３０の抵抗Ｒ１に並列に接続されたダイオードＤ１は、接触子２３が接触子２５から接触子２４へ接続するよう切り替わった場合に、抵抗Ｒ１を介さずコンデンサＣ１に蓄積された電荷を短時間に放電するために設けられる。

電流制限回路３０において、ダイオードＤ１が抵抗Ｒ１と並列に設けられることで、例えば接触子２３と、接触子２４や接触子２５との接続がチャタリングなどの現象を起こしても、電流制限回路３０の電圧積分機能が短時間で復帰できるようにしている。抵抗Ｒ１は、ＭＯＳＦＥＴＴ１のゲート端子に電圧を供給するが、電圧の供給時間はコンデンサＣ１の容量と抵抗Ｒ１の抵抗値との積の関係で決まる。

直流電源装置１００が、図２に示したように電流制限回路３０を備えるとともに、可動接片２０ｃを備えて、プラグ１１の挿抜に応じて接触子２４または接触子２５と接触するようにしたことの効果について説明する。

図４は、直流電源装置１００の構成例を示す説明図であり、電流制限回路３０の機能について説明する説明図である。図４に示したのは、説明を単純にするために、プラグ１１の挿抜によって直流電源装置１００から負荷１０を切り離すのではなく、直流電源装置１００から負荷１０を切り離す際に単極双投スイッチＳＷを用いている直流電源装置１００の構成例である。

図４に示した直流電源装置１００の構成例では、単極双投スイッチＳＷのｂ接点を、電流制限回路３０のコンデンサＣ１と抵抗Ｒ１との間の点と接続したことを特徴としている。直流電源装置１００から負荷１０を切り離す際に単極双投スイッチＳＷを用いることで、電流制限回路３０によってアーク放電やスパーク（熱アーク）の発生を抑止できる。

図５は、図４に示した電流制限回路３０の等価回路を示す説明図である。Ｒｘを直流電源装置１００の抵抗、ＲＩを負荷１０の抵抗、ｉを電流とした場合、電圧Ｖは（Ｒｘ＋ＲＩ）×ｉとなる。

図６は、図４に示した直流電源装置１００の構成例における電流及び電圧の推移例を示す説明図である。

直流電源装置１００から負荷１０へ直流給電が行われていない電源ＯＦＦの状態、すなわち、単極双投スイッチＳＷがｂ接点の方に接続されている状態で、直流電源装置１００に電圧が掛かる時、その電圧Ｖ２はコンデンサＣ１に掛かり、充電電流が流れる。コンデンサＣ１の容量が例えば０．１μＦ程度の場合、微小な電流は負荷１０に直接流れ、ＭＯＳＦＥＴＴ１はＯＦＦ状態を維持する。従って、ＭＯＳＦＥＴＴ１はＯＦＦ状態となっていることで、直流電源装置１００から負荷１０へ大きな電流は流れない。

図６の時刻ｔ１の時点で単極双投スイッチＳＷが押されて、導通板がａ接点に接続されると直流電源装置１００の電圧Ｖ０は全て負荷１０にかかり、電圧Ｖ０と負荷１０の電圧Ｖ１とが同等の値になると、電流制限回路３０はショート状態となる。電流制限回路３０はショート状態となると、コンデンサＣ１に蓄積された電荷は、ダイオードＤ１を介して急速に放電される。

図６の時刻ｔ２の時点で単極双投スイッチＳＷが押されて、導通板とａ接点との接続が解除されると、ＭＯＳＦＥＴＴ１のドレイン−ソース間電圧である電圧Ｖ２が上昇し始め、コンデンサＣ１に電流ｉ３が流れる。コンデンサＣ１に電流ｉ３が流れることで抵抗Ｒ１には電圧が発生し、ＭＯＳＦＥＴＴ１のゲート電圧ＶｇがＶｇ−ｏｎまで上昇するとＭＯＳＦＥＴＴ１がＯＮする。ＭＯＳＦＥＴＴ１がＯＮすると、コンデンサＣ１の充電電圧が徐々に上昇していき、直流電源装置１００から負荷１０へ流れる電流ｉ２が減少していく。

単極双投スイッチＳＷの切り替え動作が終わると、図６の時刻ｔ３の時点で単極双投スイッチＳＷの導通板とｂ接点とが接続され、ＭＯＳＦＥＴＴ１のゲート電圧Ｖｇが０Ｖとなり、直流電源装置１００から負荷１０へ流れる電流ｉ２が遮断される。ｂ接点を用いた回路での、直流電源装置１００からのプラグ１１の抜出では、ｂ接点に導通板が戻った時点で電圧積分が終わる。

上述した一連の動作により、図４に示した直流電源装置１００は、初期状態として負荷１０に直流電源装置１００の電圧Ｖ０が掛かった時に電流制限回路３０が動作することを防いでいる。また、図４に示した直流電源装置１００は、単極双投スイッチＳＷのＯＦＦ動作時は導通板が接点ａから十分離れ、接点ｂまで離れてもアーク放電が発生しない距離を確保できるとともに、電流制限回路３０の動作を止めて、余計な電力消費を抑えるとともに、スイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴＴ１の発熱を抑えている。

図７は、電流制限回路３０の消費電力を示す説明図である。電流制限回路３０の消費電力は、電圧積分の中央で最大となる。従って、電圧積分の中央より前、すなわち到達電圧が５０％未満の時点で（図７の例では２０％程度の時点で）電流が遮断されることで、電流制限回路３０での電力消費が抑えられる。

図８は、直流電源装置１００からプラグ１１が抜去される際の電圧と電流の変化の例を示す説明図であり、電流制限回路３０の両端電圧Ｖ１の電圧変化と、負荷１０にかかる電圧Ｖ２の電圧変化と、図４の電流ｉ１、ｉ２の時間変化を示す説明図である。なお図８は、図４に示したような単極双投スイッチＳＷを用いずに直流電源装置１００からプラグ１１が抜去される際の電圧と電流の変化の例を示している。

電流制限回路３０の両端電圧Ｖ１は定電圧を維持するが、プラグ１１の抜去が進むと、両端電圧Ｖ１は徐々に上昇するとともに、負荷１０にかかる電圧Ｖ２が徐々に低下する。

また、接触子２０ａ側に流れる電流ｉ１は０Ａまで急激に低下するとともに、接触子２０ｂ側に流れる電流ｉ２が０Ａから急激に上昇する。電流ｉ１は０Ａまで急激に低下するとともに、電流ｉ２が０Ａから急激に上昇することで、電流制限回路３０は、正極側端子１１ａと接触子２０ａとの間の電位差の発生を抑止している。

そして、負荷１０にかかる電圧Ｖ２及び電流ｉ２の低下が進んでおり、正極側端子１１ａと接触子２０ｂとの間の電流集中が発生する条件が無くなっている。従って、正極側端子１１ａが接触子２０ａから離れても、アーク放電の発生に至ることはない。

ここで、図４のように２つの接点を用いた回路での、直流電源装置１００からのプラグ１１の抜出では、ｂ接点に導通板が戻った時点で電圧積分が終わる。一方、図４のように２つの接点を用いた回路を用いない場合は、電流制限回路３０は、電圧値が直流電源装置１００の供給電圧と等しくなるまで積分を続ける。

従って、図４のように２つの接点を用いた回路での直流電源装置１００からのプラグ１１の抜出では、ｂ接点に導通板が戻った時点で電圧積分が終わる。ｂ接点に導通板が戻った時点で電圧積分が終わるために、図４のように２つの接点を用いた回路では、直流電源装置１００からのプラグ１１の抜出の際に電流制限回路３０での発熱を抑えることが可能になる。

なお、上述した例ではＭＯＳＦＥＴＴ１としてｎ型のＭＯＳＦＥＴを用いており、正極側に電圧積分機能を有する電流制限回路３０を配置していたが、本開示は係る例に限定されるものではない。ｐ型のＭＯＳＦＥＴを用いて、負極に電圧積分機能を有する電流制限回路３０を配置してもよい。

また、上述した例では正極と負極とによる２線式での直流電力の給電の場合を示したが、正極、中性、負極による３線式での直流電力の給電の場合にも電圧積分機能を有する電流制限回路３０を配置してもよい。３線式での直流電力の給電の場合は、正極と負極の両極に電流制限回路３０を配置することで、プラグの抜去時のアーク放電の発生を抑制することが出来る。

また上述した例では、可動接片２０ｃは、バネ２１の弾性力を利用した復帰式のスイッチとして直流電源装置１００に設けられているが、本開示は係る例に限定されるものではない。例えば直流電源装置１００にボタンを設け、プラグ１１の挿抜の際にプラグ１１によって当該ボタンが操作されることで、可動接片２０ｃの接触先が接触子２４と接触子２５とで切り替わるようにしてもよい。

続いて、図２に示した直流電源装置１００の別の構成例について説明する。図９は、本開示の一実施形態に係る直流電源装置１００の構成例を示す説明図である。図９に示した直流電源装置１００は、スナップスイッチとして接触子２０ａ及び可動接片２０ｃを構成しており、プラグ１１の挿入に応じて接触子２０ａが所定の範囲で回動可能となるよう構成されている。

図９に示した直流電源装置１００の作用について説明する。プラグ１１が直流電源装置１００のプラグ受け２０に完全に挿入されていない状態では、バネ２１の弾性力により、接触子２０ａは手前側（図９の実線で示した位置）に位置する。接触子２０ａが手前側に位置することで、可動接片２０ｃは接触子２４と接触している。可動接片２０ｃは接触子２４と接触しているため、直流電源装置１００は電流制限回路３０によって負荷１０へ流れる電流が制限された状態となっている。

プラグ１１の正極側端子１１ａの挿入に伴って接触子２０ａが内側に押し込まれると、可動接片２０ｃが接触子２５と接触する。可動接片２０ｃが接触子２５と接触することで、直流電源装置１００は、電流制限回路３０を迂回して、電流を負荷１０へ流すことが可能になる。なお実際には、可動接片２０ｃが接触子２５と接触して、直流電源装置１００から負荷１０へ直流電力が給電されている際には、ＭＯＳＦＥＴＴ１のゲート−ソース間はショートされ、コンデンサＣ１を通してのみ電流が流れる。

そして、プラグ１１が直流電源装置１００のプラグ受け２０から抜去されると、バネ２１の弾性力により、接触子２０ａが手前側に戻る。接触子２０ａが手前側に戻ることで可動接片２０ｃは再び接触子２４と接触する。可動接片２０ｃが接触子２４と接触することで、直流電源装置１００は電流制限回路３０を通じて電流を負荷１０へ流すが、その電流は図８に示したように、時間とともに小さくなる。

直流電源装置１００が図９に示したように構成されていることで、プラグ１１が直流電源装置１００のプラグ受け２０から抜去される際に、バネ２１の弾性力を用いて、電流制限回路３０での電流の遮断時間を待たずに可動接片２０ｃの接触先を接触子２５から接触子２４に切り替えることが出来る。

本実施形態に係る直流電源装置１００は、バネ２１の弾性力を用いて、電流制限回路３０での電流の遮断時間を待たずに可動接片２０ｃの接触先を接触子２５から接触子２４に切り替えることで、プラグ１１が直流電源装置１００のプラグ受け２０から抜去される際の電流制限回路３０での発熱、特にスイッチング素子のＭＯＳＦＥＴＴ１での発熱を抑えることが可能になる。

なお図９では、接触子２０ａ及び可動接片２０ｃがバネ２１の弾性力を用いたスナップスイッチとして構成されている例を示したが、本開示は係る例に限定されるものではない。シーソー方式のトグルスイッチとして接触子２０ａ及び可動接片２０ｃが構成されてもよく、スプリング反転方式のトグルスイッチとして接触子２０ａ及び可動接片２０ｃが構成されてもよい。

続いて、図２に示した直流電源装置１００の別の構成例について説明する。図１０は、本開示の一実施形態に係る直流電源装置１００の構成例を示す説明図である。図１０に示した直流電源装置１００は、マイクロスイッチとして接触子２０ａ及び可動接片２０ｃが構成されており、プラグ１１の挿入に応じて接触子２０ａが所定の範囲で押下されるよう構成されている。

図１０に示した直流電源装置１００の作用について説明する。プラグ１１が直流電源装置１００のプラグ受け２０に完全に挿入されていない状態では、バネ２１の弾性力により、接触子２０ａは押下されておらず、可動接片２０ｃは接触子２４と接触している。可動接片２０ｃは接触子２４と接触しているため、直流電源装置１００は電流制限回路３０によって負荷１０へ流れる電流が制限された状態となっている。

図１０に示したように、直流電源装置１００の接触子２０ａ及び可動接片２０ｃがマイクロスイッチとして構成されていることで、プラグ１１が直流電源装置１００のプラグ受け２０から抜去される際に、バネ２１の弾性力を用いて、電流制限回路３０での電流の遮断時間を待たずに可動接片２０ｃの接触先を接触子２５から接触子２４に切り替えることが出来る。図１０に示した直流電源装置１００は、電流制限回路３０での電流の遮断時間を待たずに可動接片２０ｃの接触先を接触子２５から接触子２４に切り替えることで、プラグ１１が直流電源装置１００のプラグ受け２０から抜去される際の電流制限回路３０での発熱、特にスイッチング素子のＭＯＳＦＥＴＴ１での発熱を抑えることが可能になる。

なお図１０では、バネ２１の弾性力を用いたマイクロスイッチとして接触子２０ａ及び可動接片２０ｃが構成されている例を示したが、本開示は係る例に限定されるものではない。コイルばね方式のマイクロスイッチとして接触子２０ａ及び可動接片２０ｃが構成されてもよく、反転ばね方式のマイクロスイッチとして接触子２０ａ及び可動接片２０ｃが構成されてもよい。

＜２．まとめ＞
以上説明したように本開示の一実施形態によれば、直流電源装置１００から負荷１０へ直流給電が行われている際に直流電源装置１００からプラグ１１が抜去されると、直流電源装置１００から負荷１０へ流れる電流を徐々に低下させる方向に機能し、直流電源装置１００からプラグ１１が抜去された際のアーク放電の発生を抑制できる電流制限回路３０を備えた直流電源装置１００が提供される。

電流制限回路３０は、直流電源装置１００にプラグ１１が完全に挿入された状態では電流を流さない。電流制限回路３０は、直流電源装置１００にプラグ１１が完全に挿入された状態では電流を流さないことで、直流電源装置１００から負荷１０へ直流給電が行われている際に電力を消費することが無いので、電力の供給効率を低下させることが無い。

そして電流制限回路３０は、直流電源装置１００からプラグ１１が抜去される際にＭＯＳＦＥＴＴ１のドレイン−ソース間に発生する電位差により生じる電流によって電荷をコンデンサＣ１で蓄積し、コンデンサＣ１での電荷の蓄積によってＭＯＳＦＥＴＴ１のゲート電圧を上昇させて、ＭＯＳＦＥＴＴ１をオンする。

電流制限回路３０は、コンデンサＣ１での電荷の蓄積によってＭＯＳＦＥＴＴ１がオンされることによって直流電源装置１００から負荷１０への電流をＭＯＳＦＥＴＴ１を通じて流すことで、それまでプラグ１１の電極が接触していた接触子との間の電位差の発生を抑止して、直流電源装置１００からプラグ１１が抜去された際のアーク放電の発生を抑制することが出来る。

また本開示の一実施形態に係る直流電源装置１００は、負荷１０のプラグ１１がプラグ受け２０に完全に挿入された状態では、電流制限回路３０を介さずに直流電力を負荷１０に供給し、負荷１０のプラグ１１がプラグ受け２０から抜去されると、電流制限回路３０を介して直流電力を負荷１０に供給するように切り替えることが可能な可動接片２０ｃを備える。可動接片２０ｃは、例えば図２等に示したように、バネ２１の弾性力を利用した復帰式のスイッチとして直流電源装置１００に設けられる。

本開示の一実施形態に係る直流電源装置１００は、プラグ１１の挿抜に応じて上述したように作用する可動接片２０ｃを備えることで、電流制限回路３０での電流の遮断時間を待たずに可動接片２０ｃの接触先を接触子２５から接触子２４に切り替えることができる。

本開示の一実施形態に係る直流電源装置１００は、バネ２１の弾性力を用いて、電流制限回路３０での電流の遮断時間を待たずに可動接片２０ｃの接触先を接触子２５から接触子２４に切り替えることで、プラグ１１が直流電源装置１００のプラグ受け２０から抜去される際の電流制限回路３０での発熱、特にスイッチング素子のＭＯＳＦＥＴＴ１での発熱を抑えることが可能になる。

以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。

なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
直流電力を供給する正極側電極及び負極側電極を少なくとも備え、
前記正極側電極側または負極側電極側の少なくともいずれかに、
前記直流電力の供給時に直流電流が流れる受電側の端子が挿入された状態では第１の接点に接触し、前記端子が挿入されていない状態では第２の接点に接触する可動接片と、
スイッチング素子を含み、前記端子が抜去される際に前記可動接片を通じて前記端子へ流れる電流を減少させる電流制限回路と、
が備えられ、
前記電流制限回路は、前記可動接片が前記第１の接点に接触している場合は前記スイッチング素子が電流を流さず、前記可動接片が前記第１の接点を離れ前記第２の接点に繋がるまでの間に前記可動接片を通じて前記端子へ電流が流れ、流れる電流を徐々に減少させる、直流電力供給コネクタ。
（２）
前記可動接片は弾性体の弾性力によって前記端子が挿入されていない状態では前記第２の接点に接触する、前記（１）に記載の直流電力供給コネクタ。
（３）
前記可動接片は、前記が弾性体の弾性力を用いたスナップスイッチとして構成される、前記（２）に記載の直流電力供給コネクタ。
（４）
前記可動接片は、前記が弾性体の弾性力を用いたマイクロスイッチとして構成される、前記（２）に記載の直流電力供給コネクタ。
（５）
前記正極側電極または前記負極側電極は、前記端子が挿入された状態で前記可動接片を第１の接点に接触させ、前記端子が挿入されていない状態で前記可動接片を第２の接点に接触させる、前記（１）〜（４）のいずれかに記載の直流電力供給コネクタ。
（６）
前記電流制限回路は、前記第１の接点と前記第２の接点との間の電位差を徐々に上昇させることで前記直流電力を受電する機器の正極と負極との間の電位差を減少させ、前記可動接片と前記端子との間に流れる電流を減少させる、前記（１）〜（５）のいずれかに記載の直流電力供給コネクタ。
（７）
前記スイッチング素子は、前記可動接片が前記第１の接点に接続されなくなった時点でオン状態になり、前記可動接片が前記第２の接点に接続された状態で前記可動接片を通じて前記端子へ流れる電流を減少させる、前記（６）に記載の直流電力供給コネクタ。
（８）
前記電流制限回路は、前記可動接片が前記第１の接点に接続されなくなった時点で充電が開始され、前記可動接片が前記第２の接点に接続された状態で前記スイッチング素子のゲート電圧を上昇させる容量素子を備える、前記（７）に記載の直流電力供給コネクタ。（９）
直流電力を供給する直流電源と、
前記直流電源からの直流電力を供給する正極側電極及び負極側電極と、
を少なくとも備え、
前記正極側電極側または負極側電極側の少なくともいずれかに、
前記直流電力の供給時に直流電流が流れる受電側の端子が挿入された状態では第１の接点に接触し、前記端子が挿入されていない状態では第２の接点に接触する可動接片と、
スイッチング素子を含み、前記端子が抜去される際に前記可動接片を通じて前記端子へ流れる電流を減少させる電流制限回路と、
が備えられ、
前記電流制限回路は、前記可動接片が前記第１の接点に接触している場合は前記スイッチング素子が電流を流さず、前記可動接片が前記第１の接点を離れ前記第２の接点に繋がるまでの間に前記可動接片を通じて前記端子へ電流が流れ、流れる電流を徐々に減少させる、直流電源装置。

１：直流電力供給システム
１０：負荷
１１：プラグ
１１ａ：正極側端子
１１ｂ：負極側端子
２０：プラグ受け
２０ａ、２０ｂ：接触子
２０ｃ：可動接片
２１：バネ
２２：支点
２３、２４、２５：接触子
３０：電流制限回路
１００：直流電源装置

Claims

直流電力を供給する正極側電極及び負極側電極を少なくとも備え、
前記正極側電極側または負極側電極側の少なくともいずれかに、
前記直流電力の供給時に直流電流が流れる受電側の端子が挿入された状態では第１の接点に接触し、前記端子が挿入されていない状態では第２の接点に接触する可動接片と、
スイッチング素子を含み、前記端子が抜去される際に前記可動接片を通じて前記端子へ流れる電流を減少させる電流制限回路と、
が備えられ、
前記電流制限回路は、前記可動接片が前記第１の接点に接触している場合は前記スイッチング素子が電流を流さず、前記可動接片が前記第１の接点を離れ前記第２の接点に繋がるまでの間に前記可動接片を通じて前記端子へ電流が流れ、流れる電流を徐々に減少させる、直流電力供給コネクタ。
前記可動接片は弾性体の弾性力によって前記端子が挿入されていない状態では前記第２の接点に接触する、請求項１に記載の直流電力供給コネクタ。
前記可動接片は、前記が弾性体の弾性力を用いたスナップスイッチとして構成される、請求項２に記載の直流電力供給コネクタ。
前記可動接片は、前記が弾性体の弾性力を用いたマイクロスイッチとして構成される、請求項２に記載の直流電力供給コネクタ。
前記正極側電極または前記負極側電極は、前記端子が挿入された状態で前記可動接片を第１の接点に接触させ、前記端子が挿入されていない状態で前記可動接片を第２の接点に接触させる、請求項１に記載の直流電力供給コネクタ。
前記電流制限回路は、前記第１の接点と前記第２の接点との間の電位差を徐々に上昇させることで前記直流電力を受電する機器の正極と負極との間の電位差を減少させ、前記可動接片と前記端子との間に流れる電流を減少させる、請求項１に記載の直流電力供給コネクタ。
前記スイッチング素子は、前記可動接片が前記第１の接点に接続されなくなった時点でオン状態になり、前記可動接片が前記第２の接点に接続された状態で前記可動接片を通じて前記端子へ流れる電流を減少させる、請求項６に記載の直流電力供給コネクタ。
前記電流制限回路は、前記可動接片が前記第１の接点に接続されなくなった時点で充電が開始され、前記可動接片が前記第２の接点に接続された状態で前記スイッチング素子のゲート電圧を上昇させる容量素子を備える、請求項７に記載の直流電力供給コネクタ。
直流電力を供給する直流電源と、
前記直流電源からの直流電力を供給する正極側電極及び負極側電極と、
を少なくとも備え、
前記正極側電極側または負極側電極側の少なくともいずれかに、
前記直流電力の供給時に直流電流が流れる受電側の端子が挿入された状態では第１の接点に接触し、前記端子が挿入されていない状態では第２の接点に接触する可動接片と、
スイッチング素子を含み、前記端子が抜去される際に前記可動接片を通じて前記端子へ流れる電流を減少させる電流制限回路と、
が備えられ、
前記電流制限回路は、前記可動接片が前記第１の接点に接触している場合は前記スイッチング素子が電流を流さず、前記可動接片が前記第１の接点を離れ前記第２の接点に繋がるまでの間に前記可動接片を通じて前記端子へ電流が流れ、流れる電流を徐々に減少させる、直流電源装置。