(57)【要約】【課題】負荷への供給電流の範囲を広げることができる直流コンセントを提供する。【解決手段】直流コンセント１は、半導体スイッチ１０と並列に接続された分流回路１１と、半導体スイッチ１０の温度を検知する温度センサ１２と、温度センサ１２での検知温度が規定温度を超えると半導体スイッチ１０を流れる電流を分流回路１１に分流させる制御回路１３とを備えている。分流回路１１は、半導体スイッチ１０のドレイン−ソース間に接続された接点Ｓ０と抵抗Ｒ０との直列回路からなり、制御回路１３では、温度センサ１２での検知温度が規定温度を超えたときに接点Ｓ０をオンする。制御回路１３は、一旦、分流回路１１の接点Ｓ０をオンして半導体スイッチ１０を流れる電流を分流回路１１に分流させると、その後、直流コンセント１からプラグ５を抜く際に押釦スイッチ３４がオフするまでは接点Ｓ０をオンに維持する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の栓刃挿入口を有し正極および負極の一対の栓刃を有するプラグを接続可能な直流電源供給用の直流コンセントであって、一方の栓刃挿入口内に配置され直流電源の一方の極に接続された第１接触子と、他方の栓刃挿入口内に配置される第２接触子と、前記第２接触子と前記直流電源の他方の極との間に挿入される半導体スイッチと、前記一方の栓刃挿入口内で前記第１接触子より奥に配置され前記半導体スイッチの制御端子に接続されており、前記栓刃および前記第１接触子を介して前記直流電源に接続されたときに前記半導体スイッチをオンする補助接触子と、前記半導体スイッチと並列に接続された分流回路と、前記半導体スイッチの温度を検知する温度センサと、前記温度センサでの検知温度が規定温度を超えると前記半導体スイッチを流れる電流を前記分流回路に分流させ、前記プラグが抜かれるまで前記分流回路に電流を流し続ける制御回路とを備えることを特徴とする直流コンセント。
【請求項２】
前記分流回路は、前記制御回路から受ける制御信号に応じて両端間の抵抗値を変化させ、前記制御回路は、前記分流回路に電流を流して所定時間経過後における前記温度センサの検知温度が規定温度を超えていれば、制御信号により前記分流回路の抵抗値を低下させることを特徴とする請求項１記載の直流コンセント。
【請求項３】
前記プラグの挿入時において前記補助接触子に前記栓刃が接触した後で前記プラグにより押操作される位置に配置されており、前記プラグの挿抜を検知する押釦スイッチが設けられ、前記制御回路は、前記押釦スイッチが前記プラグの差込を検知している期間にのみ前記分流回路への分流を可能とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直流コンセント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正極および負極の一対の栓刃を有するプラグを接続可能な直流コンセントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、この種の直流コンセントにおいて、特に高電圧の負荷を電力供給の対象とする場合などには、プラグの挿抜時に発生するアークが問題となる。そこで、高電圧の負荷を電力供給の対象とするような場合でも、プラグ挿抜時にアークが発生することのない直流コンセントが提案されている（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の直流コンセント１は、図４に示すように、直流電源の正極に接続されている第１接触子（第１の接点）２１と、負極に接続される第２接触子（第２の接点）２２とをそれぞれ栓刃挿入口３１，３２内に有し、第１接触子２１側の栓刃挿入口３１内で第１接触子２１よりも奥に補助接触子（第３の接点）２３を有する。そして、第２接触子２２と直流電源の負極との間に挿入された半導体スイッチ１０を、補助接触子２３と直流電源の負極との間に挿入された分圧抵抗Ｒ１１，Ｒ１２に生じる電位にてオンするように構成されている。
【０００４】
しかして、プラグ５の挿入時には、栓刃５１，５２が第１接触子２１、第２接触子２２にそれぞれ接触した後で、補助接触子２３に栓刃５１が接触し、補助接触子２３が栓刃５１および第１接触子２１を介して直流電源の正極に接続されることで半導体スイッチ１０がオンする。プラグ５を抜く際には、補助接触子２３から栓刃５１が離間し、半導体スイッチ１０がオフした後で、栓刃５１，５２が第１接触子２１、第２接触子２２から離間する。つまり、第１接触子２１、第２接触子２２に栓刃５１，５２が接離する際には半導体スイッチ１０がオフであって、第１接触子２１、第２接触子２２は通電状態にないので、プラグ５の挿抜時におけるアークの発生が防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２０３７２１号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記構成の直流コンセント１においては負荷へ供給する電流は全て半導体スイッチ１０を流れることになるから、当該電流が半導体スイッチ１０の定格電流を超えない範囲で、負荷を使用する必要がある。そのため、消費電力の比較的大きな負荷については使用できないという問題を生じる。
【０００７】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであって、負荷への供給電流の範囲を広げることができる直流コンセントを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、一対の栓刃挿入口を有し正極および負極の一対の栓刃を有するプラグを接続可能な直流電源供給用の直流コンセントであって、一方の栓刃挿入口内に配置され直流電源の一方の極に接続された第１接触子と、他方の栓刃挿入口内に配置される第２接触子と、前記第２接触子と前記直流電源の他方の極との間に挿入される半導体スイッチと、前記一方の栓刃挿入口内で前記第１接触子より奥に配置され前記半導体スイッチの制御端子に接続されており、前記栓刃および前記第１接触子を介して前記直流電源に接続されたときに前記半導体スイッチをオンする補助接触子と、前記半導体スイッチと並列に接続された分流回路と、前記半導体スイッチの温度を検知する温度センサと、前記温度センサでの検知温度が規定温度を超えると前記半導体スイッチを流れる電流を前記分流回路に分流させ、前記プラグが抜かれるまで前記分流回路に電流を流し続ける制御回路とを備えることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、制御回路は、温度センサでの検知温度が規定温度を超えると、半導体スイッチを流れる電流を分流回路に分流させ、プラグが抜かれるまで分流回路に電流を流し続けるので、半導体スイッチを流れる電流が大きくなって前記検知温度が規定温度を超えた場合には、当該電流を分流回路に分流して半導体スイッチを流れる電流を低減することができる。したがって、半導体スイッチの定格電流を超える大きな電流を負荷に流すことが可能となり、負荷への供給電流の範囲を広げることができるという利点がある。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記分流回路が、前記制御回路から受ける制御信号に応じて両端間の抵抗値を変化させ、前記制御回路が、前記分流回路に電流を流して所定時間経過後における前記温度センサの検知温度が規定温度を超えていれば、制御信号により前記分流回路の抵抗値を低下させることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、負荷への供給電流が大きく、分流回路に電流を流しても半導体スイッチを流れる電流が十分に下がらないような場合には、分流回路の抵抗値が低下して分流回路に流す電流の割合を増加させることができる。したがって、より大きな供給電流にも対応できるようになる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記プラグの挿入時において前記補助接触子に前記栓刃が接触した後で前記プラグにより押操作される位置に配置されており、前記プラグの挿抜を検知する押釦スイッチが設けられ、前記制御回路が、前記押釦スイッチが前記プラグの差込を検知している期間にのみ前記分流回路への分流を可能とすることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、分流回路へ分流されている状態でプラグを抜く際には、補助接触子から栓刃が離間する前に、押釦スイッチがプラグの差込を検知しなくなることで分流回路への分流は停止されることになる。すなわち、半導体スイッチがオフする前に分流回路への分流が停止されるから、プラグを抜く際に分流回路を流れる電流によってアークが発生することを確実に防止できるという利点がある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、半導体スイッチを流れる電流が大きくなって半導体スイッチの温度が規定温度を超えた場合には、半導体スイッチを流れる電流を分流回路に分流させるので、半導体スイッチの定格電流を超える大きな電流を負荷に流すことができ、負荷への供給電流の範囲を広げることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態１を示す概略構成図である。
【図２】同上の動作例を示すタイムチャートである。
【図３】本発明の実施形態２の要部を示す概略回路図である。
【図４】従来例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（実施形態１）
本実施形態の直流コンセント１は、図１に示すように正極および負極の一対の栓刃５１，５２を有するプラグ５を接続対象とするものであって、これら一対の栓刃５１，５２が挿入される一対の栓刃挿入口３１，３２を前面側（図１では右側）に具備したケース３０を有している。プラグ５は直流電源Ｅを電源とする直流機器（図示せず）に接続されており、当該プラグ５を通して負荷としての直流機器への電源供給が可能となる。
【００１７】
ケース３０において正極の栓刃５１が挿入される正極側の栓刃挿入口３１内には、直流電源Ｅの正極に接続された第１接触子２１と、当該第１接触子２１よりも奥に配置された補助接触子２３とが設けられている。一方、負極の栓刃５２が挿入される負極側の栓刃挿入口３２内には、後述する半導体スイッチ１０を介して直流電源Ｅの負極に接続された第２接触子２２が設けられている。第１接触子２１、第２接触子２２、補助接触子２３はいずれもばね性を有しており、栓刃挿入口３１，３２から挿入された栓刃５１，５２に対して弾接することによって接圧を確保する。しかして、プラグ５を挿入する際には、正極の栓刃５１が第１接触子２１に接触するとともに負極の栓刃５２が第２接触子２２に接触した後、正極の栓刃５１が補助接触子２３にも接触することとなる。
【００１８】
ケース３０における両栓刃挿入口３１．３２の間には、棒状の操作子３３が挿通される操作孔（図示せず）が形成されており、プラグ５の挿入時にプラグ５によって当該操作子３３がケース３０内に押し込まれることで、ケース３０内に設けた後述の押釦スイッチ３４が押操作されるようにしてある。ここで、操作子３３はその一端部を操作孔からケース３０外に突出させる形で設けられており、当該突出した一端部がプラグ５に押されることで他端部にて押釦スイッチ３４を押操作するものとするが、操作子３３は、プラグ５と一体に形成されていて操作孔からケース３０内に挿入されるものであってもよい。
【００１９】
直流電源Ｅの負極と第２接触子２２との間に挿入された半導体スイッチ１０は、その制御端子１０ａが補助接触子２３に接続されており、これにより、補助接触子２３が栓刃５１および第１接触子２１を介して直流電源Ｅに接続されたときにオンする。本実施形態では、半導体スイッチ１０としてＮチャネルのＭＯＳＦＥＴを用いており、その制御端子１０ａたるゲート端子を補助接触子２３に接続するとともに、ドレイン端子を第２接触子２２に接続し、ソース端子を直流電源Ｅの負極に接続してある。ただし、この構成に限らず、背景技術の欄で説明した従来例と同様に、補助接触子２３と直流電源Ｅの負極との間に挿入された分圧抵抗に生じる電位にて半導体スイッチ１０をオンする構成としてもよい。なお、半導体スイッチ１０にＰチャネルのＭＯＳＦＥＴを用い、図１の構成とは直流電源Ｅの正負の極性を逆にすることも考えられる。
【００２０】
これにより、直流コンセント１へのプラグ５の挿入時においては、栓刃５１，５２が第１接触子２１、第２接触子２２にそれぞれ接触した後、補助接触子２３に対して栓刃５１が接触する。このとき、補助接触子２３は正極の栓刃５１と第１接触子２１とを介して直流電源Ｅの正極に接続されることになるので、補助接触子２３に制御端子１０ａを接続した半導体スイッチ１０がオンする。一方、直流コンセント１からプラグ５を抜く際には、補助接触子２３から栓刃５１が離間して半導体スイッチ１０がオフした後で、栓刃５１，５２が第１接触子２１、第２接触子２２から離間する。このように、第１接触子２１、第２接触子２２に対して栓刃５１，５２が接離する際には既に半導体スイッチ１０がオフしているのであって、第１接触子２１、第２接触子２２は通電状態にないので、プラグ５の挿抜時に第１接触子２１−栓刃５１間および第２接触子２２−栓刃５２間にアークが生じることを防止できる。
【００２１】
ところで、本実施形態の直流コンセント１は、半導体スイッチ１０と並列に接続された分流回路１１と、半導体スイッチ１０の温度を検知する温度センサ１２と、温度センサ１２での検知温度が規定温度を超えると半導体スイッチ１０を流れる電流を分流回路１１に分流させる制御回路１３とを備えている。
【００２２】
分流回路１１は、半導体スイッチ１０のドレイン−ソース間に接続された接点Ｓ０と抵抗Ｒ０との直列回路からなり、制御回路１３では、温度センサ１２のセンサ出力を受けて制御信号により前記接点Ｓ０をオンオフ制御する。分流回路１１の接点Ｓ０としてはリレーの接点Ｓ０を用いており、制御回路１３は、検知温度が規定温度を超えたときに、制御信号によりリレーの励磁コイル（図示せず）を駆動して接点Ｓ０をオンする。しかして、温度センサ１２で検知される半導体スイッチ１０の温度が前記規定温度を上回ると、半導体スイッチ１０を流れる電流の一部Ｉ０を分流回路１１に流すことができ、結果的に、半導体スイッチ１０を流れる電流Ｉｓを低減することができる。
【００２３】
たとえば、半導体スイッチ１０のオン抵抗を０．５Ω、定格電流を３Ａと仮定した場合において、直流機器に対して４Ａの電流を供給するためには、分流回路１１には１Ａの電流Ｉ０を流す必要がある。この場合、半導体スイッチ１０の両端電圧は０．５（Ω）×３（Ａ）＝１．５（Ｖ）となることから、分流回路１１の抵抗Ｒ０としては１．５（Ｖ）／１（Ａ）＝１．５（Ω）のものを用いればよい。
【００２４】
また、制御回路１３は、上述したようにプラグ５の差込時に押操作される押釦スイッチ３４が接続されており、押釦スイッチ３４の出力によりプラグ５の挿抜を検知するように構成される。ここで、押釦スイッチ３４は、プラグ５の挿入時において補助接触子２３に対し栓刃５１が接触した後で操作子３３に押されてオンするように位置決めされており、プラグを抜く際には押釦スイッチ３４がオフした後で補助接触子２３から栓刃５１が離間するものとする。制御回路１３は、押釦スイッチ３４がプラグ５の差込を検知している期間にのみ、分流回路１１への分流を可能とする。
【００２５】
ここに、制御回路１３は、一旦、分流回路１１の接点Ｓ０をオンして半導体スイッチ１０を流れる電流を分流回路１１に分流させると、その後、直流コンセント１からプラグ５を抜く際に押釦スイッチ３４がオフするまでは接点Ｓ０をオンに維持する。要するに、半導体スイッチ１０を流れる電流を分流回路１１に分流したことで、半導体スイッチ１０を流れる電流Ｉｓが低減して温度センサ１２の検知温度が規定温度を下回ったとしても、制御回路１３は分流回路１１の接点Ｓ０をオンに維持して分流を継続する。そのため、分流回路１１の接点Ｓ０をオフすることにより半導体スイッチ１０を流れる電流Ｉｓが増加し、再び検知温度が規定温度を超えるという不具合を回避できる。
【００２６】
次に、上述した構成の直流コンセント１の動作例について図２のタイムチャートを参照して説明する。図２では半導体スイッチ１０のオンオフ状態を（ａ）、温度センサ１２の検知温度を（ｂ）、分流回路１１の接点Ｓ０のオンオフ状態を（ｃ）に示している。
【００２７】
プラグ５の挿入時（ｔ１〜ｔ３）においては、まず第１接触子２１および第２接触子２２にそれぞれ栓刃５１，５２が接触し（ｔ１）、その後、補助接触子２３に対して栓刃５１が接触する（ｔ２）。このとき、半導体スイッチ１０がオンすることにより、直流電源Ｅから直流機器への電力供給が開始する。そして、プラグ５が奥まで差し込まれることにより、操作子３３に押されて押釦スイッチ３４がオンする（ｔ３）。
【００２８】
直流機器への電源供給時には、直流機器への供給電流はオン抵抗を有する半導体スイッチ１０を流れるため、半導体スイッチ１０で熱が発生し温度センサ１２の検知温度は上昇する。供給電流の増加に伴い検知温度が規定温度Ｔａを超えると、制御回路１３は分流回路１１の接点Ｓ０をオンする（ｔ４）。これにより、半導体スイッチ１０を流れる電流が低減し、半導体スイッチ１０の発熱量が低下するため検知温度が低下する。
【００２９】
その後、プラグ５を抜く際（ｔ５〜ｔ７）には、まず押釦スイッチ３４がオフすることで制御回路１３が分流回路１１の接点Ｓ０をオフし（ｔ５）、次いで補助接触子２３から栓刃５１が離間することで半導体スイッチ１０がオフする（ｔ６）。それから、第１接触子２１、第２接触子２２から栓刃５１，５２が離間する（ｔ７）。
【００３０】
以上説明した構成によれば、半導体スイッチ１０を流れる電流Ｉｓによって半導体スイッチ１０の温度が上昇し、温度センサ１２の検知温度が規定温度Ｔａを超えた場合、半導体スイッチ１０を流れる電流の一部Ｉ０が分流回路１１に分流されることになる。そのため、半導体スイッチ１０の定格電流を超えるような比較的大きい電流を直流機器に流すことができ、直流コンセント１の供給電流の範囲を広げることができる。
【００３１】
また、接点Ｓ０がオンして分流回路１１へ分流されている状態でプラグ５が抜かれると、補助接触子２３から栓刃５１が離間する前に押釦スイッチ３４がオフするため、制御回路１３によって接点Ｓ０がオフされて分流回路１１への分流は停止する。すなわち、プラグ５を抜く際、分流回路１１への分流が停止した後、半導体スイッチ１０がオフし、最後に第１接触子２１、第２接触子２２から栓刃５１，５２が離間することになるので、プラグ５を抜く際に分流回路１１を流れる電流によってアークが発生することを確実に防止できるという利点がある。
【００３２】
なお、本実施形態では制御回路１３は押釦スイッチ３４によってプラグ５の挿抜を検知するようにしているが、この例に限らず、補助接触子２３に栓刃５１が接触したことをもってプラグ５の挿抜を検知するようにしてもよい。この場合でも、プラグ５を抜く際には分流回路１１の接点Ｓ０がオフされて分流回路１１への分流が停止した後、第１接触子２１、第２接触子２２から栓刃５１，５２が離間することになるので、アークの発生を防止できる。
【００３３】
（実施形態２）
本実施形態の直流コンセント１は、図３に示すように分流回路１１の構成が実施形態１の直流コンセント１とは相違する。
【００３４】
すなわち、本実施形態では分流回路１１は、第１の接点Ｓ１および抵抗Ｒ１，Ｒ２の直列回路と、第２の接点Ｓ２および抵抗Ｒ３，Ｒ４の直列回路と、第３の接点Ｓ３および抵抗Ｒ５，Ｒ６の直列回路とを半導体スイッチ１０と並列に接続している。そのため、第１〜第３の接点Ｓ１〜Ｓ３をオンオフすることにより、半導体スイッチ１０の両端間には異なる組み合わせの抵抗Ｒ１〜Ｒ６が接続される。
【００３５】
制御回路１３は、第１〜第３の接点Ｓ１〜Ｓ３を各別にオンオフ制御することで、分流回路１１の抵抗値を変化させることができる。たとえば、第１の接点Ｓ１がオンで第２，第３の接点Ｓ２，Ｓ３がオフの場合、抵抗Ｒ１，Ｒ２の合成抵抗で分流回路１１の抵抗値が決まり、第１，第２の接点Ｓ１，Ｓ２がオンで第３の接点Ｓ３がオフの場合、抵抗Ｒ１〜Ｒ４の合成抵抗（＜Ｒ１，Ｒ２の合成抵抗）で分流回路１１の抵抗値が決まる。一方、第１〜第３の接点Ｓ１〜Ｓ３が全てオンの場合、抵抗Ｒ１〜Ｒ６の合成抵抗（＜Ｒ１〜Ｒ４の合成抵抗）で分流回路１１の抵抗値が決まる。ここで、制御回路１３は温度センサ１２の検知温度に基づいて分流回路１１の抵抗値を決定する。
【００３６】
本実施形態では、制御回路１３は、プラグ５を接続後、温度センサ１２の検知温度が最初に規定温度を超えた場合、制御信号により第１の接点Ｓ１のみをオンする。その後、所定時間が経過しても検知温度が規定温度以下に下がらない場合、制御回路１３は制御信号により第１の接点Ｓ１に加えて第２の接点Ｓ２もオンにする。そして、さらに所定時間が経過しても検知温度が規定温度以下に下がらない場合、制御回路１３は制御信号により第１，第２の接点Ｓ１，Ｓ２に加えて第３の接点Ｓ３もオンにする。
【００３７】
たとえば、半導体スイッチ１０のオン抵抗を０．５Ω、定格電流を３Ａ、抵抗Ｒ１，Ｒ３，Ｒ５をそれぞれ１Ω、抵抗Ｒ２，Ｒ４，Ｒ６をそれぞれ０．５Ωと仮定した場合、第１の接点Ｓ１をオンすることで直流機器への供給電流を４Ａまで拡大することができる。つまり、半導体スイッチ１０に３Ａの電流Ｉｓ、分流回路１１に１Ａの電流Ｉ０を流すことにより、合計４Ａの電流を直流機器に流すことができる。同様に、第１，第２の接点Ｓ１，Ｓ２をオンすれば同供給電流を５Ａまで拡大することができ、第１〜第３の全接点Ｓ１〜Ｓ３をオンすれば同供給電流を６Ａまで拡大することができる。これらの場合、各抵抗Ｒ１〜Ｒ６を流れる電流Ｉ１〜Ｉ３は１Ａ以下となるため、各抵抗Ｒ１〜Ｒ６の発熱量を１Ｗ以下に抑えることができる。
【００３８】
以上説明したように、分流回路１１の抵抗値を可変としたことにより、直流機器への供給電流が大きく、分流回路１１に電流を流しても半導体スイッチ１０を流れる電流が十分に下がらないような場合には、分流回路１１の抵抗値を低下させて分流回路１１に流す電流の割合を増加させることができる。その結果、半導体スイッチ１０に流れる電流を半導体スイッチ１０の定格電流以下に抑えながらも、より広範囲の供給電流に対応できるという利点がある。
【００３９】
なお、上述した分流回路１１は一例に過ぎず、抵抗の発熱量を考慮して各抵抗の抵抗値や接続関係を変更することで、より大きな供給電流に対応させることも可能である。その他の構成および機能は実施形態１と同様である。
【符号の説明】
【００４０】
１  直流コンセント
５  プラグ
１０  半導体スイッチ
１１  分流回路
１２  温度センサ
１３  制御回路
３４  押釦スイッチ
Ｅ  直流電源
Ｒ０  抵抗
Ｓ０  接点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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