(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の向きに直流電流が流れる主接点と、主接点を開閉する開閉機構と、開閉機構を釈放して主接点を開放させる引き外し手段と、主接点に前記所定の向きと逆向きの電流が流れることを防止する逆流防止手段と、逆流防止手段によって主接点に逆向きの電流が流れることを防止した状態と、主接点に逆向きの電流が流れることを許容する状態とを択一的に切り換える切換手段と、逆流防止手段よりも下流側で直流電流が流れる向きを検出する検出手段と、検出手段で検出される向きが前記所定向きに一致しているときはスイッチ要素を閉じて整流素子の両端間を短絡させ、検出手段で検出される向きが前記所定向きに一致していないときはスイッチ要素を開く制御手段とを備え、逆流防止手段は、主接点に直列接続される整流素子からなり、切換手段は、整流素子の両端間を開閉自在に短絡するスイッチ要素からなることを特徴とする回路遮断器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流配電用の回路遮断器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、直流配電用の回路遮断器として特許文献１に記載されているような直流開閉器が用いられていた。特許文献１に記載されている回路遮断器（直流開閉器）は、基本的な構成が交流配電用の回路遮断器と共通であって、所定の向きに直流電流が流れる主接点と、主接点を開閉する開閉機構と、開閉機構を釈放して主接点を開放させる引き外し手段とを備え、過負荷や短絡などの際に引き外し手段が引き外し動作することで自動的に電路を遮断するものである。
【特許文献１】特開平１０−１５４４４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述のような回路遮断器を介して分岐された分岐回路には様々な直流負荷が接続されるが、そのような直流負荷のなかには配線に直流電流を逆流させるものがある。例えば、洗濯機や冷蔵庫などの家庭用電化製品に使用されている電動機では、負荷変動により惰性回転が起きた際には回生電流が電動機から直流配線側へ出力される場合がある。このことにより直流配線部分の電圧上昇などの不要な電圧変動が引き起こされ、他の直流負荷機器に悪影響を及ぼす虞がある。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、直流配電における電流の逆流を防止することができる回路遮断器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、所定の向きに直流電流が流れる主接点と、主接点を開閉する開閉機構と、開閉機構を釈放して主接点を開放させる引き外し手段と、主接点に前記所定の向きと逆向きの電流が流れることを防止する逆流防止手段と、逆流防止手段によって主接点に逆向きの電流が流れることを防止した状態と、主接点に逆向きの電流が流れることを許容する状態とを択一的に切り換える切換手段と、逆流防止手段よりも下流側で直流電流が流れる向きを検出する検出手段と、検出手段で検出される向きが前記所定向きに一致しているときはスイッチ要素を閉じて整流素子の両端間を短絡させ、検出手段で検出される向きが前記所定向きに一致していないときはスイッチ要素を開く制御手段とを備え、逆流防止手段は、主接点に直列接続される整流素子からなり、切換手段は、整流素子の両端間を開閉自在に短絡するスイッチ要素からなることを特徴とする。
【０００６】
請求項１の発明によれば、逆流防止手段によって主接点に逆向きの電流が流れることを防止することができる。また、例えば、分岐回路に接続された非常用電源から直流負荷に給電するような場合、切換手段によって主接点に逆向きの電流が流れることを許容する状態に切り換えることで他の分岐回路に接続されている直流負荷にも非常用電源から給電することが可能になる。しかも、簡単な構成で逆流防止手段並びに切換手段が実現できる。さらに、逆流防止手段たるスイッチ要素を、主接点に流れる直流電流の向きに応じて自動的に開閉し、直流電流が逆流していないときにスイッチ要素を閉じて整流素子の両端間を短絡させているので、整流素子における電圧降下を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、直流配電における電流の逆流を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１７】
本実施形態の回路遮断器は、図１に示すように電源側端子１並びに負荷側端子２と、電源側端子１と負荷側端子２を接続する主回路ＭＣに設けられた主接点３と、主接点３を開閉する開閉機構４と、開閉機構４を釈放して主接点３を開放させる引き外し装置５と、主接点３と負荷側端子２との間の主回路ＭＣに挿入された整流素子（ダイオード）６と、整流素子６に並列接続されたスイッチ要素７と、これらの構成要素を収納した絶縁性の容器（図示せず）とを備え、電源側端子１から負荷側端子２に向かう所定の向き（以下、「正規の向き」と呼ぶ。）に直流電流が流れるものである。
【００１８】
開閉機構４は容器の外に露出する操作ハンドル（図示せず）の手動操作によって主接点３を開放・投入するとともに、引き外し装置５によって釈放されることで自動的に主接点３を開放するものである。引き外し装置５は、過負荷電流又は短絡電流が主回路ＭＣに流れた場合に開閉機構４を釈放して主接点３を開放させるものである。但し、このような開閉機構４並びに引き外し装置５は従来周知であるから詳細な構造についての図示並びに説明を省略する。
【００１９】
整流素子６は、主回路ＭＣに対して正規の向きと反対の向き（以下、「逆向き」と呼ぶ。）に電流が流れることを防止するものであって、本実施形態における逆流防止手段に相当する。スイッチ要素７は、容器の外に露出する操作部（図示せず）の手動操作によってオン・オフされ、オンのときに整流素子６の両端間を短絡し、オフのときに整流素子６の両端間を開放するものである。すなわち、逆流防止手段（整流素子６）によって主接点３に逆向きの電流が流れることを防止した状態と、主接点３に逆向きの電流が流れることを許容する状態とをスイッチ要素７をオン・オフすることで切り換えることができる。
【００２０】
上述のように構成される本実施形態の回路遮断器は、図２に示すような直流配電用の分電盤（住宅盤）ＰＢの分岐開閉器ＳＢに使用される。この住宅盤ＰＢは、扉付のボックス１００内に主開閉器ＭＢ、母線（導電バー）、母線から分岐された分岐回路毎に設けられる複数の分岐開閉器ＳＢ１，ＳＢ２，…が収容されて構成されている。例えば、図示例では分岐開閉器ＳＢ１を介して分岐された分岐回路に二次電池からなる非常用電源２００が接続され、分岐開閉器ＳＢ２，…を介して分岐された分岐回路にはそれぞれ直流負荷Ｌが接続されている。
【００２１】
ここで、直流負荷Ｌのなかには配線に直流電流を逆流させるものがあるが、このような直流負荷Ｌが接続される分岐回路の分岐開閉器ＳＢ２においては、スイッチ要素７をオフすることで主接点３に逆向きの電流が流れることを整流素子６で防止することができ、他の分岐回路に接続された直流負荷Ｌなどに悪影響が及ぶのを未然に防ぐことができる。
【００２２】
一方、非常用電源２００が接続された分岐回路の分岐開閉器ＳＢ１においては、スイッチ要素７をオンすることで主接点３に逆向きの電流が流れることを許容しておく。すなわち、主開閉器ＭＢに接続されている主電源（図示せず）が停電した際、スイッチ要素７を介して分岐開閉器ＳＢ１の主接点３に逆向きの電流を流すことで非常用電源２００から他の分岐回路に接続されている直流負荷Ｌに給電することが可能となる。
【００２３】
ところで、上述の説明ではスイッチ要素７のオン・オフを手動操作で行う構成を例示したが、当該構成ではダイオードからなる整流素子６において電圧降下が生じてしまい、負荷側端子２に印加される電圧が当該電圧降下分だけ低下してしますことになる。
【００２４】
そこで、主接点３に流れる直流電流の向きが正規の向きであるときにスイッチ要素７をオンして整流素子６の両端間を短絡すれば、整流素子６による電圧降下を防ぐことができる。例えば、図３に示すように整流素子６の下流側（主接点３に対して負荷側端子２に近い側）に直流電流センサ８を設けるとともに、直流電流センサ８で検出する直流電流の流れる向きに応じてスイッチ要素７をオン・オフする制御部９を設ければよい。直流電流センサ８は従来周知のものであって、主回路ＭＣが貫通したリング状のコアと、コアの途中に挿入されたホール素子とを具備し、ホール素子の出力電圧に基づいて主回路ＭＣに流れる電流の向きを検出することができる。
【００２５】
また制御部９はマイコンあるいは論理回路で構成され、直流電流センサ８で検出される電流の向きが正規の向きに一致しているときはスイッチ要素７をオンして（閉じて）整流素子６の両端間を短絡させ、直流電流センサ８で検出される電流の向きが正規の向きに一致していないときはスイッチ要素７をオフして（開いて）電流の逆流を防止する。
【００２６】
上記構成によれば、逆流防止手段たるスイッチ要素７を、主接点３に流れる直流電流の向きに応じて自動的に開閉し、直流電流が逆流していないときにスイッチ要素７を閉じて整流素子６の両端間を短絡させているので、整流素子６における電圧降下を防ぐことができる。
【００２７】
尚、整流素子６として使用するダイオードは、引き外し装置５によって主接点３が引き外されるのに要する時間（遮断時間＜例えば、０．１秒程度＞）と主回路ＭＣに流れる定格電流との積で表される遮断容量を満足する必要がある。
【００２８】
上述のように本実施形態によれば、直流配電における分岐開閉器として使用するのに好適な回路遮断器が実現できる。
【００２９】
ところで、本実施形態の回路遮断器を用いた直流配電システムの別のシステム構成例を図４に示す。当該システムは、戸建て住宅や集合住宅などの種々の住宅Ｈに適用されるものである。この住宅Ｈには、直流電力を出力する直流電力供給部１０１と、直流電力により駆動される負荷としての直流機器１０２とが設けられ、直流電力供給部１０１の出力端部に接続した直流供給線路Ｗｄｃを通して直流機器１０２に直流電力が供給される。そして、直流電力供給部１０１と直流機器１０２との間に、本実施形態の回路遮断器（以下では「直流ブレーカ」と呼ぶ。）１１４が設けられる。
【００３０】
直流供給線路Ｗｄｃは、直流電力の給電路であるとともに通信路としても兼用されており、高周波の搬送波を用いてデータを伝送する通信信号を直流電圧に重畳することにより直流供給線路Ｗｄｃに接続された機器間での通信を可能にしている。この技術は、交流電力を供給する電力線において交流電圧に通信信号を重畳させる電力線搬送技術と類似した技術である。
【００３１】
直流供給線路Ｗｄｃは、直流電力供給部１０１を介して宅内サーバ１１６に接続される。宅内サーバ１１６は、宅内の通信網（以下、「宅内網」という）を構築する主装置であり、宅内網において直流機器１０２が構築するサブシステムなどと通信を行う。
【００３２】
図示例では、サブシステムとして、パーソナルコンピュータ、無線アクセスポイント、ルータ、ＩＰ電話機のような情報系の直流機器１０２からなる情報機器システムＫ１０１、照明器具のような照明系の直流機器１０２からなる照明システムＫ１０２，Ｋ１０５、来客対応や侵入者の監視などを行う直流機器１０２からなるインターホンシステムＫ１０３、火災感知器のような警報系の直流機器１０２からなる住警器システムＫ１０４などがある。各サブシステムは、自立分散システムを構成しており、サブシステム単独でも動作が可能になっている。
【００３３】
上述した直流ブレーカ１１４は、サブシステムに関連付けて設けられており、図示例では、情報機器システムＫ１０１、照明システムＫ１０２およびインターホンシステムＫ１０３、住警器システムＫ１０４、照明システムＫ１０５に関連付けて４個の直流ブレーカ１１４を設けている。１台の直流ブレーカ１１４に複数個のサブシステムを関連付ける場合には、サブシステムごとに直流供給線路Ｗｄｃの系統を分割する接続ボックス１２１が設けられる。図示例においては、照明システムＫ１０２とインターホンシステムＫ１０３との間に接続ボックス１２１が設けられている。
【００３４】
情報機器システムＫ１０１としては、壁コンセントあるいは床コンセントの形態で住宅Ｈに先行配置（住宅Ｈの建築時に施工）される直流コンセント１３１に接続される直流機器１０２からなる情報機器システムＫ１０１が設けられる。
【００３５】
照明システムＫ１０２、Ｋ１０５としては、住宅Ｈに先行配置される照明器具（直流機器１０２）からなる照明システムＫ１０２と、天井に先行配置される引掛シーリング１３２に接続する照明器具（直流機器１０２）からなる照明システムＫ１０５とが設けられる。引掛シーリング１３２には、住宅Ｈの内装施工時に施工業者が照明器具を取り付けるか、または家人自身が照明器具を取り付ける。
【００３６】
照明システムＫ１０２を構成する直流機器１０２である照明器具に対する制御の指示は、赤外線リモコン装置を用いて与えるほか、直流供給線路Ｗｄｃに接続されたスイッチ１４１から通信信号を用いて与えることができる。すなわち、スイッチ１４１は直流機器１０２とともに通信の機能を有している。また、スイッチ１４１の操作によらず、宅内網の別の直流機器１０２あるいは宅内サーバ１１６から通信信号により制御の指示がなされることもある。照明器具への指示には、点灯、消灯、調光、点滅点灯などがある。
【００３７】
上述した直流コンセント１３１、引掛シーリング１３２には、任意の直流機器１０２を接続することができ、接続された直流機器１０２に直流電力を出力するから、以下では直流コンセント１３１、引掛シーリング１３２を区別する必要がない場合には「直流アウトレット」と呼ぶ。
【００３８】
これらの直流アウトレットは、直流機器１０２に直接設けた接触子（図示せず）または接続線を介して設けた接触子（図示せず）が差し込まれる差込式の接続口が器体に開口し、接続口に差し込まれた接触子に直接接触する接触子受けが器体に保持された構造を有している。すなわち、直流アウトレットは接触式で給電を行う。直流アウトレットに接続された直流機器１０２が通信機能を有する場合には、直流供給線路Ｗｄｃを通して通信信号を伝送することが可能になる。直流機器１０２だけではなく直流アウトレットにも通信機能が設けられている。
【００３９】
宅内サーバ１１６は、宅内網に接続されるだけではなく、インターネットを構築する広域網ＮＴに接続される接続口を有している。宅内サーバ１１６が広域網ＮＴに接続されている場合には、広域網ＮＴに接続されたコンピュータサーバであるセンタサーバ２００によるサービスを享受することができる。
【００４０】
センタサーバ２００が提供するサービスには、広域網ＮＴを通して宅内網に接続された機器（主として直流機器１０２であるが通信機能を有した他の機器も含む）の監視や制御を可能にするサービスがある。このサービスにより、パーソナルコンピュータ、インターネットＴＶ、移動体電話機などのブラウザ機能を備える通信端末（図示せず）を用いて宅内網に接続された機器の監視や制御が可能になる。
【００４１】
宅内サーバ１１６は、広域網ＮＴに接続されたセンタサーバ２００との間の通信と、宅内網に接続された機器との間の通信との両方の機能を備え、宅内網の機器に関する識別情報（ここでは、ＩＰアドレスを用いるものとする）の取得の機能を備える。
【００４２】
宅内サーバ１１６は、センタサーバ２００との通信機能を用いることにより、広域網ＮＴに接続された通信端末からセンタサーバ２００を通して宅内の機器の監視や制御を可能にする。センタサーバ２００は、宅内の機器と広域網ＮＴ上の通信端末とを仲介する。
【００４３】
通信端末から宅内の機器の監視や制御を行う場合は、監視や制御の要求をセンタサーバ２００に記憶させ、宅内の機器は定期的に片方向のポーリング通信を行うことにより、通信端末からの監視や制御の要求を受信する。この動作により、通信端末から宅内の機器の監視や制御が可能になる。
【００４４】
また、宅内の機器において火災検知など通信端末に通知すべきイベントが生じたときには、宅内の機器からセンタサーバ２００に通知し、センタサーバ２００から通信端末に対して電子メールによる通知を行う。
【００４５】
宅内サーバ１１６における宅内網との通信機能のうち重要な機能は、宅内網を構成する機器の検出と管理である。宅内サーバ１１６では、ＵＰｎＰ（Universal Plug and Play）を応用して宅内網に接続された機器を自動的に検出する。宅内サーバ１１６はブラウザ機能を有する表示器１１７を備え、検出した機器の一覧を表示器１１７に表示する。この表示器１１７はタッチパネル式もしくは操作部が付設された構成を有し、表示器１１７の画面に表示された選択肢から所望の内容を選択する操作が可能になっている。したがって、宅内サーバ１１６の利用者（施工業者あるいは家人）は、表示器１１７の画面上で機器の監視ないし制御が可能になる。表示器１１７は宅内サーバ１１６とは分離して設けてもよい。
【００４６】
宅内サーバ１１６では、機器の接続に関する情報を管理しており、宅内網に接続された機器の種類や機能とアドレスとを把握する。したがって、宅内網の機器を連動動作させることができる。機器の接続に関する情報は上述のように自動的に検出されるが、機器を連動動作させるには、機器自身が保有する属性により自動的に関係付けを行うほか、宅内サーバ１１６にパーソナルコンピュータのような情報端末を接続し、情報端末のブラウザ機能を利用して機器の関係付けを行うこともできる。
【００４７】
機器の連動動作の関係は各機器がそれぞれ保持する。したがって、機器は宅内サーバ１１６を通すことなく連動動作することができる。各機器について、連動動作の関係付けを行うことにより、たとえば、機器であるスイッチの操作により、機器である照明器具の点灯あるいは消灯の動作を行うことが可能になる。また、連動動作の関係付けはサブシステム内で行うことが多いが、サブシステムを超える関係付けも可能である。
【００４８】
ところで、直流電力供給部１０１は、基本的には、商用電源のように宅外から供給される交流電源（商用電力系統）ＡＣの電力変換により直流電力を生成する。図示する構成では、交流電源ＡＣは、分電盤１１０に内器として取り付けられた主幹ブレーカ（主開閉器）１１１を通して、スイッチング電源を含むＡＣ／ＤＣコンバータ１１２に入力される。ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２から出力される直流電力は、協調制御部１１３を通して各直流ブレーカ１１４に接続される。
【００４９】
直流電力供給部１０１には、交流電源ＡＣから電力が供給されない期間（たとえば、商用電源ＡＣの停電期間）に備えて二次電池１６２が設けられている。また、直流電力を生成する太陽電池１６１や燃料電池１６３を併用することも可能になっている。交流電源ＡＣから直流電力を生成するＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を備える主電源に対して、太陽電池１６１や二次電池１６２や燃料電池１６３は分散電源になる。なお、図示例において、太陽電池１６１、二次電池１６２、燃料電池１６３は出力電圧を制御する回路部を含み、二次電池１６２は放電だけではなく充電を制御する回路部も含んでいる。
【００５０】
分散電源のうち太陽電池１６１や燃料電池１６３は必ずしも設けなくてもよいが、二次電池１６２は設けるのが望ましい。二次電池１６２は主電源や他の分散電源により適時充電され、二次電池１６２の放電は、交流電源ＡＣから電力が供給されない期間だけではなく必要に応じて適時に行われる。二次電池１６２の充放電や主電源と分散電源との協調は、協調制御部１１３により行われる。すなわち、協調制御部１１３は、直流電力供給部１０１を構成する主電源および分散電源から直流機器１０２への電力の配分を制御する直流電力制御部として機能する。なお、太陽電池１６１、二次電池１６２、燃料電池１６３の出力を交流電力に変換し、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２の入力電力として用いる構成を採用してもよい。
【００５１】
直流機器１０２の駆動電圧は機器に応じた複数種類の電圧から選択されるから、協調制御部１１３にＤＣ／ＤＣコンバータを設け、主電源および分散電源から得られる直流電圧を必要な電圧に変換するのが望ましい。通常は、１系統のサブシステム（もしくは１台の直流ブレーカ１１４に接続された直流機器１０２）に対して１種類の電圧が供給されるが、１系統のサブシステムに対して３線以上を用いて複数種類の電圧を供給するように構成してもよい。あるいはまた、直流供給線路Ｗｄｃを２線式とし、線間に印加する電圧を時間経過に伴って変化させる構成を採用することも可能である。ＤＣ／ＤＣコンバータは、直流ブレーカと同様に複数に分散して設けてもよい。
【００５２】
上述の構成例では、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を１個だけ図示しているが、複数個のＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を並設することが可能であり、複数個のＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を設けるときには、負荷の大きさに応じて運転するＡＣ／ＤＣコンバータ１１２の台数を増減させるのが望ましい。
【００５３】
上述したＡＣ／ＤＣコンバータ１１２、協調制御部１１３、直流ブレーカ１１４、太陽電池１６１、二次電池１６２、燃料電池１６３には通信機能が設けられており、主電源および分散電源や直流機器１０２を含む負荷の状態に対処する連携動作を行うことを可能にしている。この通信に用いる通信信号は、直流機器２に用いる通信信号と同様に直流電圧に重畳する形式で伝送する。
【００５４】
上述の例では主幹ブレーカ１１１から出力された交流電力をＡＣ／ＤＣコンバータ１１２により直流電力に変換するために、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を分電盤１１０内に配置しているが、主幹ブレーカ１１１の出力側において分電盤１１０内に設けた分岐ブレーカ（図示せず）で交流供給線路を複数系統に分岐し、各系統の交流供給線路にＡＣ／ＤＣコンバータを設けて系統ごとに直流電力に変換する構成を採用してもよい。
【００５５】
この場合、住宅Ｈの各階や各部屋を単位として直流供給部１を設けることができるから、直流供給部１を系統別に管理することができ、しかも、直流電力を利用する直流機器１０２との間の直流供給線路Ｗｄｃの距離が小さくなるから、直流供給線路Ｗｄｃでの電圧降下による電力損失を低減させることができる。また、主幹ブレーカ１１１および分岐ブレーカを分電盤１１０に収納し、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２と協調制御部１１３と直流ブレーカ１１４と宅内サーバ１１６とを分電盤１１０とは別の盤に収納してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図２】同上を分岐開閉器に用いた住宅盤を含む直流配電システムのシステム構成図である。
【図３】本発明の他の実施形態を示すブロック図である。
【図４】同上を用いる他の直流配電システムのシステム構成図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  電源側端子
２  負荷側端子
３  主接点
４  開閉機構
５  引き外し装置
６  整流素子（逆流防止手段）
７  スイッチ要素（切換手段）
【図１】
0005059653.tif 000002
【図２】
0005059653.tif 000003
【図３】
0005059653.tif 000004
【図４】
0005059653.tif 000005