WO2011071170A1 - 直流給電装置 - Google Patents

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晃喜 後藤
高橋　寿明
高橋　健治
高橋　雄治
崇文 大石
大武　寛和
松田　光弘
北村　紀之
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東芝ライテック株式会社
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01R24/00—Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure
    • H01R24/76—Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure with sockets, clips or analogous contacts and secured to apparatus or structure, e.g. to a wall
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
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    • H01R13/639—Additional means for holding or locking coupling parts together, after engagement, e.g. separate keylock, retainer strap
    • H01R13/6395—Additional means for holding or locking coupling parts together, after engagement, e.g. separate keylock, retainer strap for wall or panel outlets
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    • H01R13/665—Structural association with built-in electrical component with built-in electronic circuit
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R2103/00—Two poles

Definitions

  • the plug blade may be provided in a device such as a plug different from the electrical load, or may be provided in the electrical load itself.
  • the connecting portion only needs to include at least a pair of connecting portions on the plus side and the minus side, and in addition to this, a ground connecting portion may be provided.
  • the locking means includes those that are mechanically locked and those that are not separated by magnetic coupling.
  • An embodiment of a DC power supply device includes: a detection unit that detects a current flowing through a connection unit; a control unit that controls locking and unlocking of the lock unit according to the amount of current detected by the detection unit; It is characterized by comprising;
  • An embodiment of the DC power supply device includes a line for supplying a DC power to an electrical load to the control unit; and depending on whether the plug blade and the connection unit are connected or disconnected. Power supply control means for turning on and off the supplied power.
  • One embodiment of the DC power supply device includes an emergency switch, and the control unit unlocks the lock unit in accordance with the operation of the emergency switch.
  • the line for supplying a DC power to the electrical load to the control unit and the line depending on whether the plug blade and the connection unit are connected or not connected.
  • Power supply control means for turning on and off the power supply via the control unit, the control unit detects the amount of current when the plug blade and the connection unit are in a connected state, and controls locking and unlocking, which is unnecessary. It is possible to eliminate power consumption.
  • the control unit unlocks the locking means according to the operation of the emergency switch, so that the current continues to flow due to an abnormality on the electrical load side or the like.
  • the lock can be forcibly released and an emergency situation can be dealt with.
  • the DC power supply device is an outlet as shown in FIG.
  • the outlet body 11 is covered with a cover plate 12 and has an opening 13.
  • the plug blade 22 protruding from the main body 21 of the plug 20 connected to the electrical load is coupled to the outlet main body 11.
  • Each plug blade 22 has a hole 23 formed therein.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1 with the plug 20 in the vicinity, and includes an inner chamber 14 surrounded by the outlet body 11.
  • a conductive blade receiver 15 as a connecting portion connected to the conductive plug blade 22 is embedded in the conductive base portion 16.
  • the blade receiver 15 is composed of two blade receiving pieces 15a, 15a having elasticity facing each other with a gap. The tip portions of the two blade receiving pieces 15a, 15a are arranged so as to face the opening 13, and each is bent outward so that the plug blade 22 can be easily inserted.
  • a cylindrical solenoid 31 is provided in a direction from the side of the blade receiver 15 in which the through hole 17 is formed to the inner wall of the outlet body 11.
  • an iron actuator 32 slides in the cylinder of the solenoid 31. It is inserted movably.
  • the actuator 32 has a columnar base portion 32A and a columnar convex piece portion 33 formed on the side surface of the base portion 32A facing the through hole 17.
  • the diameter of the convex piece portion 33 is slightly smaller than the inner diameter of the through hole 17, and the convex piece portion 33 can be inserted into and removed from the through hole 17.
  • a spring 34 as a biasing means is fixed to the side surface of the base 32A of the actuator 32 where the convex piece 33 is not formed, and the other end of the spring 34 is fixed to the inner wall of the outlet body 11.
  • the actuator 32 is biased by a spring 34 so as to be attracted toward the inner wall by the outlet body 11.
  • the solenoid 31 is connected in series between the blade receiver 15 in which the through hole 17 is formed and the power supply line 3A.
  • the other blade receiver 15 is not formed with a through-hole 17 and is directly connected to the feed line 3B. Therefore, when the plug 20 is not inserted into the outlet body 11 as shown in FIGS. 2 and 3, no current flows through the solenoid 31. As a result, the actuator 32 is attracted toward the inner wall by the outlet body 11 by the biasing force of the spring 34 as shown in FIG.
  • the plug 20 when the plug 20 is inserted into the outlet body 11 as shown in FIG. 4, the plug 20 is connected to an electrical load, so that the power supply lines 3A and 3B in FIG.
  • the blades 22 and 22, the plug 20, and the electrical load are connected in series in a loop shape, and a current flows through the solenoid 31.
  • the actuator 32 in the solenoid 31 moves in the direction of the blade receiver 15 against the urging force of the spring 34, and the convex piece portion 33 is formed in the through hole 17 of the blade receiver 15 as shown in FIG. 4.
  • the convex piece portion 33 is not connected to the plug blade 22 even if the plug 20 is pulled out. Can't be removed and pulled out.
  • the solenoid 31, the actuator 32, the convex piece portion 33, the spring 34, the blade receiver 15, the through hole 17, the plug blade 22, and the hole 23 are plugged when a current flows through the blade receiver 15 as a connection portion. It functions as a locking means for locking the connection state between the blade 22 and the blade receiver 15 which is a connection portion.
  • FIG. 5 shows a block diagram of a main part of a DC power supply apparatus according to the second embodiment.
  • the inner chamber 14 surrounded by the outlet body 11 is provided with a control unit 40, and this control unit 40 obtains electric power via the power supply lines 3A and 3B.
  • a solenoid 31 is connected to the control unit 40, and the control unit 40 controls energization / non-energization of the solenoid 31.
  • the control unit 40 is connected to a current transformer 41 as detection means for detecting a current flowing through the blade receiver 15 as a connection unit.
  • the configuration of the locking means including the solenoid 31 and the actuator 32 is the same as the outlet that is the DC power supply device according to the first embodiment.
  • the control unit 40 obtains a detection result of the current flowing through the blade receiver 15 by the current transformer 41, and the amount of current related to the detection result exceeds a predetermined value. If the solenoid 31 is energized, the solenoid 31 is energized, otherwise it is de-energized.
  • the solenoid 31 is deenergized and the plug 20 can be inserted into the outlet body 11.
  • the plug 20 is inserted into the outlet body 11 and power is consumed in the electrical load connected to the plug 20, the current value obtained by the current transformer 41 increases, and the control unit 40 moves to the solenoid 31. Turn on the power.
  • the actuator 32 in the solenoid 31 moves in the direction of the blade receiver 15 against the urging force of the spring 34, and the convex piece portion 33 is formed in the through hole 17 of the blade receiver 15 as shown in FIG. 4. It is inserted into the hole 23 of the plug blade 22 via the plug and the plug 20 cannot be pulled out. For this reason, it is possible to avoid the risk that the plug 20 is pulled out during power feeding to the electrical load, an arc is generated, and the plug blade 22 is damaged.
  • the control unit 40 detects the value of the current flowing to the blade receiver 15 that is the connection unit, and controls locking and unlocking based on this value, so that stable operation is ensured. Can do.
  • an outlet without the emergency switch 45 is the third embodiment.
  • the third embodiment when the plug 20 is inserted into the outlet body 11, the front wall surface 25 from which the plug blade 22 of the plug 20 protrudes contacts the entire wall of the outlet body 11.
  • a connection detection switch 48 is provided on the entire wall of the outlet body 11.
  • connection detection switch 48 is connected to a line through which power is supplied from the power supply line 3B to the control unit 40. As a result, the control unit 40 is supplied with electric power according to whether the connection detection switch 48 is turned on or off.
  • the other configuration is the same as that of the second embodiment.
  • the control unit 40 when the plug 20 is inserted into the outlet body 11, power supply to the control unit 40 is started and the operation starts.
  • the control unit 40 is connected to the blade receiver 15 by the current transformer 41. A detection result of the flowing current value is obtained. For this reason, when the plug 20 is not inserted in the outlet body 11, the control unit 40 does not consume power, and a low power consumption device can be realized.
  • an outlet provided with an emergency switch 45 is a fourth embodiment of the third embodiment.
  • the on / off information of the emergency switch 45 is given to the control unit 40.
  • the control unit 40 unlocks the lock unit in response to the operation of the emergency switch 45.
  • the locked state is set in the above-described embodiment. Therefore, it is impossible to disconnect the plug 20 from the outlet body 11.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)

Abstract

直流給電において安全に栓刃と接続部の切り離しを行う。 電気的負荷に接続された栓刃（２２）と接続する少なくとも一対の接続部である刃受（１５）と；この接続部である刃受（１５）に流れる直流電流に応じて動作し、刃受（１５）に電流が流れている場合に栓刃（２２）と接続部である刃受（１５）の接続状態をロックするロック手段と；を具備する。

Description

直流給電装置
　この発明は、コンセントやテーブルタップなどのように、各種の電気的負荷に直流給電を行うために好適な直流給電装置に関するものである。
　各種の電気機器は、外付けや内蔵の電源部により交流を直流に変換して動作している。従って、家庭内やビルなどにおいて直流供給を行うようにすれば、電気機器に外付けや内蔵の交流直流変換電源部が不要となり、せいぜい電圧変換などの機能を持てば良いので、電力の変換ロスを軽減し、構成の簡素化や小型化を図ることができる。
　更に、太陽光などの自然エネルギーを用いた発電によって得られる電気は直流であることが多く、直流給電装置の開発が急務となっている。ここで、直流給電装置においては、直流は交流のようにゼロ電位に一度戻るタイミングを持つものでなく、一定の電位を供給する。
　従って、コンセントにプラグの栓刃を挿入して電気的負荷に直流給電を行っている状態において、プラグを抜くとアークが発生し、栓刃に損傷を与えるなどの虞があり問題である。このため、電流量の目安を表示するＬＥＤを設けた電源コンセントが知られている（特許文献１参照）。
　しかしながら、上記の表示にも拘らずプラグをコンセントから抜いてしまうと、アークが発生することから、問題を根底から解決するものではなかった。
特開２００１－１９６１３８号公報
　本発明は上記のような直流給電装置の問題に鑑みなされたもので、その目的は、安全に栓刃と接続部の切り離しを行うことが可能な直流給電装置を提供することである。
　本発明の実施形態に係る直流給電装置は、電気的負荷に接続された栓刃と接続する少なくとも一対の接続部と；この接続部に流れる直流電流に応じて動作し、接続部に電流が流れている場合に栓刃と接続部の接続状態をロックするロック手段と；を具備することを特徴とする。
　栓刃は、電気的負荷とは別のプラグのような器具に備えられていても良く、また、電気的負荷自体が備えるものでも良い。接続部はプラス側とマイナス側の少なくとも一対の接続部を備えていれば良く、これ以外にアースの接続部が備えられていても良い。ロック手段は、機械的にロックするものや磁気的結合により離れなくするものなどを含む。
　本発明に係る直流給電装置の一実施形態は、接続部に流れる電流を検出する検出手段と；検出手段の検出した電流の量に応じてロック手段のロックとロック解除とを制御する制御部と；を具備することを特徴とする。
　本発明に係る直流給電装置の一実施形態は、電気的負荷に給電する直流を制御部へ与えるラインと；栓刃と接続部が接続状態か非接続状態であるかに応じて前記ラインを介した給電をオンオフする給電制御手段と；を具備することを特徴とする。
　本発明に係る直流給電装置の一実施形態は、緊急スイッチを備え、制御部は、緊急スイッチの操作に応じてロック手段のロック解除を行うことを特徴とする。
　上記において緊急スイッチは、緊急時に操作するものであり、特別な機能を備えている必要はない。
　本発明に係る直流給電装置の一実施形態は、接続部に流れる直流電流に応じて動作し、接続部に電流が流れている場合に栓刃と接続部の接続状態をロックするので、電流が流れている場合に栓刃と接続部の切り離しを行うことは不可能であり、安全に栓刃と接続部の切り離しを行うことが可能となる。
　本発明に係る直流給電装置の一実施形態によれば、接続部に流れる電流を検出する検出手段の検出した電流の量に応じてロック手段のロックとロック解除とを制御するので、電流量に応じたロックとロック解除とがなされ、より安全に栓刃と接続部の切り離しを行うことが可能となる。
　本発明に係る直流給電装置の一実施形態によれば、電気的負荷に給電する直流を制御部へ与えるラインと、栓刃と接続部が接続状態か非接続状態であるかに応じて前記ラインを介した給電をオンオフする給電制御手段とを具備するので、制御部は栓刃と接続部が接続状態のときに電流量を検出してロックとロック解除とを制御することになり、不要な電力消費をなくすることが可能である。
　本発明に係る直流給電装置の一実施形態によれば、制御部は、緊急スイッチの操作に応じてロック手段のロック解除を行うので、電気的負荷側の異常などにより電流が流れ続けているような場合に、強制的にロック解除でき、緊急事態にも対処可能である。
本発明に係る直流給電装置としてのコンセントと、プラグの実施例を示す斜視図。 プラグを近接させた状態における図１のＡ－Ａ断面図。 本発明に係る直流給電装置としてのコンセントの第１の実施形態の構成図。 図２の状態からプラグを挿入したときの断面図。 本発明に係る直流給電装置としてのコンセントの第２の実施形態の構成図。 本発明に係る直流給電装置としてのコンセントの第３及び第４の実施形態の斜視図。 本発明に係る直流給電装置としてのコンセントの第３及び第４の実施形態の構成図。
　以下添付図面を参照して、本発明に係る直流給電装置の実施形態を説明する。各図において同一の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。各実施形態に係る直流給電装置としては、図１に示されるようなコンセントとする。コンセント本体１１にカバープレート１２が被せられて、開口部１３を有する。このようなコンセント本体１１に対し、電気的負荷に接続されているプラグ２０の本体２１から突出した栓刃２２を結合する。各栓刃２２には、孔２３が穿設されている。
　図２は、プラグ２０を近接させた図１のＡ－Ａ断面であり、コンセント本体１１により囲繞された内室１４を備える。内室１４には、導電性の栓刃２２と接続する接続部としての導電性の刃受１５が導電性の基部１６に埋設されている。刃受１５は、弾性を有する二枚の刃受片１５ａ、１５ａが空隙を持って向かい合わせて構成されている。二枚の刃受片１５ａ、１５ａの先端部は、開口部１３に臨むように配置され、それぞれが外側へ折り曲げられて、栓刃２２が容易に挿入可能に構成されている。
　図２は、栓刃２２が挿入されていない状態であり、刃受１５における先端部の外側へ折り曲げられた部分より基部１６に近い部分においては、二枚の刃受片１５ａ、１５ａが接触した状態となっている。刃受１５の少なくとも一方において、二枚の刃受片１５ａ、１５ａ間に栓刃２２が挿入された状態で、栓刃２２に形成された孔２３と一致する位置に透孔１７が形成されている。
　上記透孔１７が形成された刃受１５の側部からコンセント本体１１による内壁の方向には、筒状のソレノイド３１が設けられており、ソレノイド３１の筒内には例えば鉄製のアクチュエータ３２が摺動可能に挿入されている。アクチュエータ３２は、柱状の基部３２Ａと、この基部３２Ａにおける、透孔１７と対向する側面に形成された円柱状の凸片部３３とを有している。この凸片部３３の径は、透孔１７の内径より僅かに小さく、凸片部３３は透孔１７内に挿抜可能である。
　アクチュエータ３２の基部３２Ａにおける、凸片部３３が形成されていない側面には、付勢手段であるバネ３４の一端部が固着されており、バネ３４の他端部はコンセント本体１１による内壁に固定されている。アクチュエータ３２は、バネ３４によってコンセント本体１１による内壁方向に引き付けられるように付勢されている。
　ソレノイド３１は図３に示されるように、透孔１７が形成された刃受１５と、給電ライン３Ａとの間に直列に接続される。他方の刃受１５には透孔１７が形成されておらず、給電ライン３Ｂが直接接続されている。従って、図２や図３のようにプラグ２０がコンセント本体１１に挿入されていない場合には、ソレノイド３１に電流が流れない。この結果、アクチュエータ３２は図２に示すようにバネ３４の付勢力によりコンセント本体１１による内壁の方向に引き付けられ、ソレノイド３１内に止まる。
　上記に対し、図４に示すようにプラグ２０がコンセント本体１１に挿入されると、プラグ２０が電気的負荷に接続されているので、図３の給電ライン３Ａと３Ｂとは、ソレノイド３１、栓刃２２、２２、プラグ２０及び電気的負荷を介してループ状に直列に接続され、ソレノイド３１に電流が流れる。この結果、ソレノイド３１内のアクチュエータ３２はバネ３４の付勢力に抗して刃受１５の方向へ移動し、図４に示されているように、凸片部３３は刃受１５の透孔１７を介して栓刃２２の孔２３へ挿入される。
　このように、凸片部３３が刃受１５の透孔１７を介して栓刃２２の孔２３へ挿入されているロック状態では、プラグ２０を引き抜こうとしても、凸片部３３が栓刃２２の移動を阻止し、引き抜くことはできない。このように、ソレノイド３１、アクチュエータ３２、凸片部３３、バネ３４、刃受１５、透孔１７、栓刃２２、孔２３は、接続部である刃受１５に電流が流れている場合に栓刃２２と接続部である刃受１５の接続状態をロックするロック手段として機能する。
　図４に示されるロック状態において、例えば電気的負荷においてスイッチ等により給電路が開放されたり、電源側のブレーカ（図示しない）が遮断されたりすると、ソレノイド３１に電流が流れなくなり、アクチュエータ３２はバネ３４の付勢力によりソレノイド３１内に引き戻され、ロック状態が解除される。この結果、凸片部３３が栓刃２２の移動を阻止することはなく、プラグ２０を容易に引き抜くことができる。
　図５には、第２の実施形態に係る直流給電装置の要部ブロック図が示されている。コンセント本体１１により囲繞された内室１４には、制御部４０が備えられ、この制御部４０は、給電ライン３Ａ、３Ｂを介して電力を得ている。制御部４０にはソレノイド３１が接続され、制御部４０がソレノイド３１に対する通電・非通電の制御を行う。また、制御部４０には、接続部である刃受１５に流れる電流を検出する検出手段としてのカレントトランス４１が接続されている。ソレノイド３１やアクチュエータ３２を含むロック手段の構成は第１の実施形態に係る直流給電装置であるコンセントと変らない。
　この第２の実施形態に係る直流給電装置であるコンセントでは、制御部４０がカレントトランス４１によって刃受１５に流れる電流の検出結果を得ており、この検出結果に係る電流量が所定値を超えた場合にソレノイド３１に対する通電を行い、それ以外においては非通電とする。
　従って、図５に示されるようにプラグ２０がコンセント本体１１に挿入されていない状態では、ソレノイド３１が非通電とされ、プラグ２０をコンセント本体１１に挿入することが可能である。これに対し、プラグ２０をコンセント本体１１に挿入し、プラグ２０に接続された電気的負荷において電力消費がなされると、カレントトランス４１によって得られる電流値は大きくなり、制御部４０はソレノイド３１への通電を行う。
　この結果、ソレノイド３１内のアクチュエータ３２はバネ３４の付勢力に抗して刃受１５の方向へ移動し、図４に示されているように、凸片部３３は刃受１５の透孔１７を介して栓刃２２の孔２３へ挿入され、プラグ２０を抜くことができないロック状態となる。このため、電気的負荷に給電中にプラグ２０を抜いてアークが生じ栓刃２２を損傷するという危険を回避できる。
　更に、電気的負荷においてスイッチ等がオフとされると、カレントトランス４１によって得られる電流値は小さくなり、これを検出した制御部４０がソレノイド３１への通電を止める。この結果、アクチュエータ３２はバネ３４の付勢力によりソレノイド３１内に引き戻され、ロック状態が解除される。この第２の実施形態によれば、制御部４０が接続部である刃受１５へ流れる電流値を検出して、これに基づきロック及びロック解除の制御を行うので、安定した動作を確保することができる。
　次に第３の実施形態に係る直流給電装置を説明する。図６、図７において、緊急スイッチ４５が備えられていないコンセントが第３の実施形態である。第３の実施形態では、プラグ２０をコンセント本体１１に挿入したときに、プラグ２０の栓刃２２が突出している前方壁面２５が、コンセント本体１１の全面壁に当接する。このコンセント本体１１の全面壁に接続検出スイッチ４８が設けられている。
　上記接続検出スイッチ４８は、電源供給ライン３Ｂから制御部４０へ電源供給がなされるラインに接続されている。この結果、制御部４０は、接続検出スイッチ４８のオンオフに応じて電力の供給を受ける。これ以外の構成は第２の実施形態の構成に等しい。
　上記の第３の実施形態であるコンセントでは、プラグ２０がコンセント本体１１に挿入されたときに、制御部４０へ給電が開始されて動作を始め、制御部４０がカレントトランス４１によって刃受１５に流れる電流値の検出結果を得る。このため、プラグ２０がコンセント本体１１に挿入されていない場合には制御部４０が電力消費を行うことがなく、低電力消費の装置を実現できる。
　図６、図７に示されるように、第３の実施例に対し、緊急スイッチ４５が備えられたコンセントが第４の実施形態である。緊急スイッチ４５のオンオフ情報は、制御部４０へ与えられる。制御部４０は、緊急スイッチ４５の操作に応じてロック手段のロック解除を行う。
　つまり、カレントトランス４１により所定の電流値が検出されている場合において、例えば、電気的負荷側に不具合が発生しており、給電を停止したいような場合に、前述の実施形態ではロック状態となっており、プラグ２０をコンセント本体１１から切り離すことは不可能である。
　このような場合に、緊急スイッチ４５を操作すると、これを検出して制御部４０はソレノイド３１への通電を停止する。これにより、アクチュエータ３２が復旧し、プラグ２０をコンセント本体１１から切り離すことが可能となる。この場合には、電気的負荷側に電流が流れており、プラグを抜くときにアークが発生する可能性があるが、緊急事態であり、不具合を生じた電気的負荷に電流を流し続けるよりも安全を図ることができる。
１１　コンセント本体　　　　　　　　１５　刃受
１７　透孔　　　　　　　　　　　　　２０　プラグ
２１　本体　　　　　　　　　　　　　２２　栓刃
２３　孔　　　　　　　　　　　　　　３１　ソレノイド
３２　アクチュエータ　　　　　　　　３４　バネ
４０　制御部　　　　　　　　　　　　４１　カレントトランス
４５　緊急スイッチ　　　　　　　　　４８　接続検出スイッチ

Claims (4)

  1. 電気的負荷に接続された栓刃と接続する少なくとも一対の接続部と；
    　この接続部に流れる直流電流に応じて動作し、接続部に電流が流れている場合に栓刃と接続部の接続状態をロックするロック手段と；
    　を具備することを特徴とする直流給電装置。
  2. 接続部に流れる電流を検出する検出手段と；
    　検出手段の検出した電流の量に応じてロック手段のロックとロック解除とを制御する制御部と；
    　を具備することを特徴とする請求項１に記載の直流給電装置。
  3. 電気的負荷に給電する直流を制御部へ与えるラインと；
    　栓刃と接続部が接続状態か非接続状態であるかに応じて前記ラインを介した給電をオンオフする給電制御手段と；
    　を具備することを特徴とする請求項２に記載の直流給電装置。
  4. 緊急スイッチを備え、制御部は、緊急スイッチの操作に応じてロック手段のロック解除を行うことを特徴とする請求項２または３に記載の直流給電装置。
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