(57)【要約】【課題】直流電源装置の出力低下時に、直流機器への直流電力の供給を補償しながらも、長期間の使用に際してバックアップ電源の交換を不要とすることができる直流配電システムを提供する。【解決手段】直流配電システムは、電荷を蓄積するキャパシタからなるバックアップ電源４と、充電状態において直流電源装置１の出力を受けてバックアップ電源４を充電する充電回路５と、放電状態においてバックアップ電源４から放電される直流電力を直流機器１０２に供給する放電回路６と、直流電源装置１の出力を監視し当該出力が規定値を下回ると停電と判断する停電検知回路７とを備え、停電検知回路７で停電と判断されると、放電回路６内のＤＣ／ＤＣコンバータ８により前記充電状態から前記放電状態に切り替えられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源装置が接続された直流供給線路を介して直流電源装置から直流機器に直流電力を供給する直流配電システムであって、電荷を蓄積するキャパシタからなるバックアップ電源と、充電状態において直流電源装置の出力を受けてバックアップ電源を充電する充電回路と、放電状態においてバックアップ電源から放電される直流電力を直流機器に供給する放電回路と、直流電源装置の出力を監視し当該出力が規定値を下回ると停電と判断する停電検知回路と、停電と判断されると前記充電状態から前記放電状態に切り替える切替手段とを備えることを特徴とする直流配電システム。
【請求項２】
前記バックアップ電源の両端電圧に対応する電圧を監視電圧として検知し、当該監視電圧の低下に伴って予め定められている優先度の低い前記直流機器から順に前記直流供給線路からの電力供給を遮断する機器切離手段を備えることを特徴とする請求項１記載の直流配電システム。
【請求項３】
前記直流機器は、前記バックアップ電源の両端電圧に対応する前記直流供給線路からの入力電圧を監視電圧として検知し、当該監視電圧が所定の閾値を下回ると直流供給線路から自己への電力供給を遮断する機器切離手段を有することを特徴とする請求項１記載の直流配電システム。
【請求項４】
前記直流機器は、光源を点灯させる照明器具であって、前記バックアップ電源の両端電圧に対応する前記直流供給線路からの入力電圧を参照電圧として検知し、当該参照電圧の低下に応じて光源の光出力を低下させる制御手段を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の直流配電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、それぞれ直流電力により駆動される直流機器に対して直流電力を供給する直流配電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源として備える照明器具や、パーソナルコンピュータなど直流電力の供給を受けて動作する直流機器が種々提供されている。この種の直流機器のうち、商用電源等からの交流電力を供給する一般的な交流コンセントに接続して使用されるものは、整流回路を含み交流電源を直流電源に変換するＡＣ／ＤＣ変換回路を具備（内蔵あるいは外付けのＡＣアダプタに具備）することにより、交流コンセントからの電力供給で動作可能な構成を採用している（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
一方、本願出願人は、たとえば住宅などの分電盤内に配設した直流電源装置としてのＡＣ／ＤＣコンバータによって商用電源等の交流電源を直流電源に変換し、各部屋に設置され正極および負極の一対の給電部を有する直流コンセント等の直流アウトレットに対して直流供給線路を介して分電盤から直流電力を配電する直流配電システムを提案している。この直流配電システムにおいて直流機器を使用する場合、直流機器は直流コンセントに接続されることにより交流電力ではなく直流電力が供給されることとなるため、直流機器に上記ＡＣ／ＤＣ変換回路が不要になる。
【特許文献１】特開２００７−５９１５６号公報（第４−５頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した直流配電システムにおいては、交流電源から電力が供給されない期間（たとえば、商用電源の停電期間）に備えてバックアップ電源としての二次電池が設けられる。これにより、直流電源装置の出力が著しく低下（停止）した場合でも、二次電池を直流供給線路に接続することで、直流供給線路に接続されている直流機器への直流電力の供給を補償することができる。
【０００５】
しかし、鉛蓄電池やニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの一般に普及している二次電池は、電気エネルギを化学反応により化学エネルギに変換して蓄える方式であることから比較的寿命が短く、したがって、直流配電システムの長期間の使用に際しては、バックアップ電源としての二次電池の交換が度々必要になり、直流電源システムの使用者の負担が大きくなるという問題がある。
【０００６】
本発明は上記事由に鑑みてなされたものであって、直流電源装置の出力低下時に、直流機器への直流電力の供給を補償しながらも、長期間の使用に際してバックアップ電源の交換を不要とすることができる直流配電システム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】
【０００７】
請求項１の発明は、直流電源装置が接続された直流供給線路を介して直流電源装置から直流機器に直流電力を供給する直流配電システムであって、電荷を蓄積するキャパシタからなるバックアップ電源と、充電状態において直流電源装置の出力を受けてバックアップ電源を充電する充電回路と、放電状態においてバックアップ電源から放電される直流電力を直流機器に供給する放電回路と、直流電源装置の出力を監視し当該出力が規定値を下回ると停電と判断する停電検知回路と、停電と判断されると前記充電状態から前記放電状態に切り替える切替手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、直流電源装置の出力が規定値を下回ると停電検知回路が停電と判断し、バックアップ電源を充電する充電状態から、バックアップ電源から放電される直流電力を直流機器に供給する放電状態に切替手段によって切り替えられるので、直流電源装置の出力低下時に、バックアップ電源により直流機器への直流電力の供給を補償することができる。しかも、バックアップ電源は、電気エネルギをエネルギ変換することなく蓄積するキャパシタからなるので、化学反応を伴う二次電池に比較して寿命が長くなる。したがって、直流配電システムの長期間の使用に際しても、バックアップ電源の交換を不要とすることができるという利点がある。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記バックアップ電源の両端電圧に対応する電圧を監視電圧として検知し、当該監視電圧の低下に伴って予め定められている優先度の低い前記直流機器から順に前記直流供給線路からの電力供給を遮断する機器切離手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、バックアップ電源の両端電圧が低下すると、機器切離手段が、予め定められている優先度の低い直流機器から順に直流供給線路からの電力供給を遮断するので、全ての直流機器への電力供給を維持する場合に比較して、バックアップ電源の残存容量の低下を遅らせることができ、結果的に、優先度の高い直流機器への電力供給を延長することができる。しかも、バックアップ電源がキャパシタからなるので、バックアップ電源からの放出電流が一定であれば放電時におけるバックアップ電源の両端電圧は時間経過に伴い線形的に低下し、バックアップ電源の両端電圧を監視することでバックアップ電源の残存容量を容易に確認でき、結果的に、複数台の直流機器についてそれぞれ異なるタイミングで直流供給線路からの電力供給を遮断する制御が簡単になる。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記直流機器が、前記バックアップ電源の両端電圧に対応する前記直流供給線路からの入力電圧を監視電圧として検知し、当該監視電圧が所定の閾値を下回ると直流供給線路から自己への電力供給を遮断する機器切離手段を有することを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、バックアップ電源の両端電圧が低下すると、直流機器に設けた機器切離手段が、直流供給線路から当該直流機器への電力供給を遮断するので、全ての直流機器への電力供給を維持する場合に比較して、バックアップ電源の残存容量の低下を遅らせることができ、結果的に、監視電圧の閾値が低く設定されている直流機器への電力供給を延長することができる。しかも、バックアップ電源がキャパシタからなるので、バックアップ電源からの放出電流が一定であれば放電時におけるバックアップ電源の両端電圧は時間経過に伴い線形的に低下し、バックアップ電源の両端電圧を監視することでバックアップ電源の残存容量を容易に確認でき、結果的に、複数台の直流機器についてそれぞれ異なるタイミングで直流供給線路からの電力供給を遮断する制御が簡単になる。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明において、前記直流機器が、光源を点灯させる照明器具であって、前記バックアップ電源の両端電圧に対応する前記直流供給線路からの入力電圧を参照電圧として検知し、当該参照電圧の低下に応じて光源の光出力を低下させる制御手段を有することを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、バックアップ電源の両端電圧が低下すると、直流機器に設けた制御手段が光源の光出力を低下させることにより当該直流機器の消費電力が低下するので、直流機器が光源の光出力を一定に維持する場合に比較して、バックアップ電源の残存容量の低下を遅らせることができる。ここで、バックアップ電源はキャパシタからなるので、バックアップ電源の両端電圧はバックアップ電源の残存容量に比例する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、直流電源装置の出力低下時に、直流機器への直流電力の供給を補償しながらも、長期間の使用に際してバックアップ電源の交換を不要にすることができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下の各実施形態では、図２に示すように、たとえば住宅などの分電盤１１０内に配設したＡＣ／ＤＣコンバータ１１２によって商用電源等の交流電源ＡＣを直流電源に変換し、各部屋に設置され正極および負極の一対の給電部を有する直流コンセント１３１等の直流アウトレットに対して分電盤１１０から直流電力を配電する直流配電システムを本発明の例として説明する。
【００１７】
ここで、直流配電システムの基本構成について以下に図２を参照して簡単に説明する。
【００１８】
以下の説明では、直流配電システムを適用する建物として戸建て住宅の家屋を想定して説明するが、直流配電システムの技術思想を集合住宅に適用することを妨げるものではない。家屋Ｈには、図２に示すように、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。直流電力供給部１０１と直流機器１０２との間には、直流供給線路Ｗｄｃに流れる電流を監視し、異常を検知したときに直流供給線路Ｗｄｃ上で直流電力供給部１０１から直流機器１０２への給電を制限ないし遮断する直流ブレーカ１１４が設けられる。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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家屋Ｈに先行配置（家屋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。
【００２４】
照明システムＫ１０２、Ｋ１０５としては、家屋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、家屋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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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（給電部）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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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）に備えてバックアップ電源としての二次電池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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
この場合、家屋Ｈの各階や各部屋を単位として直流電力供給部１０１を設けることができるから、直流電力供給部１０１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。
【００４５】
以下では、上述したＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を直流電源装置の一例として説明するが、本発明の直流配電システムに用いる直流電源装置はＡＣ／ＤＣコンバータ１１２に限るものではない。ここで、直流電源装置（ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２）から出力される直流電圧の大きさは、交流の商用電源に比較して低く（たとえば２４Ｖ、５０Ｖなど）設定されている。
【００４６】
（実施形態１）
本実施形態の直流配電システムは、図１に示すように、直流供給線路Ｗｄｃに接続される複数台（ここでは３台）の直流機器１０２に対して直流電力を供給するものであって、交流電源ＡＣを直流電源に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ１１２からなる直流電源装置１と、直流電源装置１に接続された正極および負極の一対の直流供給線路Ｗｄｃとを備えている。なお、図１では本発明に係る主要な構成のみを図示し、その他の構成（たとえば直流ブレーカ１１４）の図示は省略している。
【００４７】
図示例において、直流電源装置１は、交流電源ＡＣから供給される交流電圧を整流・平滑し、平滑後の電圧をオンオフ駆動されるスイッチング素子（図示せず）を介して出力トランスＴ１の１次巻線に印加する主回路２と、出力トランスＴ１の２次側に生じる出力を整流・平滑するダイオードＤ１，Ｄ２および平滑コンデンサＣ１とを有する。ここで、出力トランスＴ１の２次巻線は中間タップを設けて２分割され、それらの出力を整流するようにダイオードＤ１，Ｄ２が全波整流回路を形成ており、平滑コンデンサＣ１は、各ダイオードＤ１，Ｄ２のカソードと前記中間タップとの間に接続される。
【００４８】
この構成によれば、直流電源装置１は交流電源ＡＣから交流電源が供給されることにより、ダイオードＤ１，Ｄ２を介して出力端となる平滑コンデンサＣ１の両端に直流電圧（出力電圧）を発生する。さらに、直流電源装置１には、平滑コンデンサＣ１の出力を基準電圧Ｖｒｅｆとするように主回路２のスイッチング周波数やオンデューティをフィードバック制御するフィードバック回路３が設けられ、これにより、直流電源装置１の出力電圧は前記基準電圧に維持される。平滑コンデンサＣ１の両端に生じる出力電圧は、直流供給線路Ｗｄｃを介して直流機器１０２に供給される。
【００４９】
ところで、本実施形態の直流配電システムは、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）に直流機器１０２への電力供給を補償するバックアップ電源４として、上記基本構成の二次電池に代えて電荷を蓄積するキャパシタを採用している。さらに、このバックアップ電源４の充電状態において直流電源装置１の出力によってバックアップ電源４を充電する充電回路５と、放電状態においてバックアップ電源４から放電される直流電力を直流機器１０２に直流供給線路Ｗｄｃを介して供給する放電回路６と、直流電源装置１の出力電圧を監視し当該出力電圧が規定値を下回ると停電と判断する停電検知回路７とが直流配電システムに設けられている。
【００５０】
ここにおいて、放電回路６はバックアップ電源４と直流供給線路Ｗｄｃとの間に挿入されており、バックアップ電源４から出力される直流電圧を所望の大きさに変換するＤＣ／ＤＣコンバータ８と、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の正極の出力端と正極の直流供給線路Ｗｄｃとの間に介在し直流供給線路Ｗｄｃからの逆流を阻止するダイオードＤ３とで構成される。ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、停電検知回路７で停電と判断されると、充電回路５でバックアップ電源４を充電する充電状態から、バックアップ電源４の出力を直流機器１０２に供給する放電状態に切り替える切替手段としての機能を具備している。
【００５１】
したがって、たとえば商用電源ＡＣの停電や直流電源装置１の異常などにより、直流電源装置１の出力電圧が低下して前記規定値を下回ると、停電検知回路７は停電と判断し、これにより、バックアップ電源４は充電回路５により充電される充電状態から、放電回路６を介して直流機器１０２に直流電力を供給する放電状態に切り替わる。その結果、直流機器１０２への電力供給源が直流電源装置１からバックアップ電源４に切り替わることとなり、直流機器１０２への直流電力の供給はバックアップ電源４により補償される。
【００５２】
さらに、本実施形態の直流配電システムは、各直流機器１０２に予め優先度が定められており、バックアップ電源４の両端電圧に対応する電圧を監視電圧として検知し、この監視電圧の低下に伴って前記優先度の低い直流機器１０２から順に直流供給線路Ｗｄｃからの電力供給を遮断する機器切離手段を備えている。機器切離手段は、監視電圧を検知する電圧検知回路９と、直流供給線路Ｗｄｃと各直流機器１０２との間にそれぞれ挿入された切離スイッチ１０とで構成されている。
【００５３】
ここにおいて、図１の例では、バックアップ電源４の両端電圧そのものを監視電圧としているが、たとえば図３に示すように、直流供給線路Ｗｄｃの終端（直流電源装置１から遠い方の端部）に電圧検知回路９を設け、直流供給線路Ｗｄｃの終端電圧を監視電圧として検知するようにしてもよい。図３の構成では、バックアップ電源４の両端電圧が直流供給線路Ｗｄｃの終端電圧に反映されるように、放電回路６のＤＣ／ＤＣコンバータ８を省略し、停電検知回路７が停電と判断したときにバックアップ電源４の正極端の接続先を充電回路５から放電回路６（ダイオードＤ３）に切り替える切替手段としての切替スイッチＳＷを設けてある。
【００５４】
電圧検知回路９は、複数段階の閾値がそれぞれ各切離スイッチ１０と対応付けて記憶されており、監視電圧が各閾値を下回るごとに当該閾値に対応する切離スイッチ１０をオフさせる機能を有する。ここで、閾値は、対応する切離スイッチ１０に接続された直流機器１０２の前記優先度が高いものから順に小さい値に設定されており、これにより、監視電圧の低下に伴って優先度の低い直流機器１０２から順に直流供給線路Ｗｄｃから切り離されることになる。
【００５５】
以上説明した構成の直流配電システムによれば、直流電源装置１の出力低下時に、直流機器１０２への電力供給源をバックアップ電源４に切り替えることにより、直流機器１０２への直流電力の供給を補償することができる。しかも、バックアップ電源４は、電荷を蓄積するキャパシタからなるものであって、二次電池のように電気エネルギを化学反応により化学エネルギに変換して蓄えるものではないから、二次電池に比較して充放電のサイクル寿命が長く（理論的には半永久的）なり、したがって、直流配電システムの長期間の使用に際しても、バックアップ電源４の交換が不要になるという利点がある。
【００５６】
さらにまた、機器切離手段を設けたことにより、バックアップ電源４の両端電圧が低下すると、優先度の低い直流機器１０２から順に直流供給線路Ｗｄｃから切り離すようにしてあるので、全ての直流機器１０２への電力供給を維持する場合に比べて、バックアップ電源４の残存容量の低下を遅らせることができる。ここに、キャパシタからなるバックアップ電源４は、周知のように放電時において放出電流が一定であれば両端電圧が時間経過に伴い線形的（リニア）に低下するから、上述したように切離スイッチ１０ごとに閾値を設定し、切離スイッチ１０を順次オフさせるという制御が簡単になる。
【００５７】
つまり、参考例として図４に示すように、キャパシタに代えて二次電池をバックアップ電源４’として用いた構成では、バックアップ電源４’の両端電圧は時間経過に対して非線形に変化するため、バックアップ電源４’の両端電圧に基づいて切離スイッチ１０をオフさせるタイミングを決定することは難しく、図４のようにバックアップ電源４’の残存容量を検出する残存容量検出回路１１を別途設ける必要がある。これに対し、バックアップ電源４をキャパシタとした本実施形態では、バックアップ電源４の両端電圧に基づいて切離スイッチ１０をオフさせるタイミングを容易に決定することができる。なお、図４の参考例では、図３の例と同様に、停電検知回路７が停電と判断したときにバックアップ電源４’の接続先を充電回路５から放電回路６に切り替える切替スイッチＳＷを設けてある。
【００５８】
ところで、上記直流配電システムの他の構成例として、図５に示すようにバックアップ電源４を各直流機器１０２ａ〜１０２ｃ（以下、特に区別しないときには単に直流機器１０２という）にそれぞれ配設することも考えられる。図５の構成では、直流機器１０２の例として、光源としての発光ダイオードＬＥＤを点灯させるＬＥＤ点灯回路１２を具備した照明器具を示しており、ＬＥＤ点灯回路１２に電力供給する形でバックアップ電源４を設けてある。なお、図５に示す直流機器１０２のうち、直流機器１０２ａでは充電回路５、放電回路６、停電検知回路７の図示を省略し、直流機器１０２ｃでは停電検知回路７の図示を省略している。直流機器１０２ｂにおいては、スイッチ１３が、バックアップ電源４の出力をＬＥＤ点灯回路１２に供給する放電回路６としての機能を兼ねている。
【００５９】
図５において、各直流機器１０２は、各々の入力電圧に基づいて直流電源装置１の出力電圧を監視する停電検知回路７を有し、当該監視電圧が規定値を下回ると停電と判断して切替手段としてのスイッチ１３を反転する。スイッチ１３が反転すると、充電回路５によりバックアップ電源４が充電される充電状態から、放電回路６を介してバックアップ電源４の出力をＬＥＤ点灯回路１２に供給する放電状態に切り替わる。しかして、直流電源装置１の出力の低下時においても、ＬＥＤ点灯回路１２への直流電力の供給を維持することができる。
【００６０】
なお、上記実施形態では、放電回路６にＤＣ／ＤＣコンバータ８を具備する例を示したが、バックアップ電源４に複数のキャパシタを設け、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の代わりに、キャパシタ間の接続関係を切り換えることで出力を調節するバンク切換回路を設けてもよい。
【００６１】
（実施形態２）
本実施形態の直流配電システムは、バックアップ電源４の両端電圧に対応する電圧を監視電圧として検知し、この監視電圧の低下に伴って優先度の低い直流機器１０２から順に直流供給線路Ｗｄｃからの電力供給を遮断する機器切離手段を、図６に示すように直流供給線路Ｗｄｃに接続される各直流機器１０２に設けた点が実施形態１と相違する。なお、図６の構成において、機器切離手段以外の構成および機能は実施形態１で説明した図３の構成と同様である。
【００６２】
すなわち、本実施形態では、電圧検知回路９が直流機器１０２内に設けられており、各直流機器１０２における直流供給線路Ｗｄｃからの入力電圧を監視電圧として監視し、当該監視電圧が所定の閾値を下回ると切離スイッチ１０をオフするように構成される。ここにおいて、閾値は直流機器１０２ごとに設定されており、前記優先度が高いものから順に小さい値に設定される。これにより、バックアップ電源４の両端電圧の低下に伴って優先度の低い直流機器１０２から順に直流供給線路Ｗｄｃから切り離されることになる。
【００６３】
また、本実施形態の他の構成例として、図７に示すように各直流機器１０２Ａ，１０２Ｂ（以下、特に区別しないときには単に直流機器１０２という）が光源としての発光ダイオードＬＥＤを点灯させるＬＥＤ点灯回路１２を具備した照明器具である場合に、各直流機器１０２の入力電圧（参照電圧）の低下に応じて発光ダイオードＬＥＤの光出力を低下させるための制御手段を直流機器１０２に付加してもよい。図示例において、制御手段は上述の電圧検知回路９と、電圧検知回路９で検知された監視電圧を前記参照電圧として、当該参照電圧の大きさに応じてＬＥＤ点灯回路１２の出力を制御する出力制御回路１４とで構成される。さらに、直流機器１０２Ｂにおいては、停電検知回路７も入力端間に配設されており、直流電源装置１の出力電圧が規定値を下回った時点で、電圧検知回路９の出力にかかわらず、停電検知回路７にて停電と判断し出力制御回路１４によりＬＥＤ点灯回路１２の出力を急激に低下させるように構成されている。
【００６４】
したがって、図８に示すように時刻ｔ０で直流電源装置１の出力電圧が既定値を下回ることにより停電検知回路７が停電と判断し、直流機器１０２への電力供給源がバックアップ電源４に切り替わると、バックアップ電源４が放電を開始することによりバックアップ電源４の両端電圧Ｖ４は低下するものの、両端電圧Ｖ４の低下に伴い、直流機器１０２Ａの発光ダイオードＬＥＤの光出力（図中一点鎖線で示す）および直流機器１０２Ｂの発光ダイオードＬＥＤの光出力（図中二点鎖線で示す）が低下するので、バックアップ電源４の残存容量の低下を遅らせることができる。
【００６５】
すなわち、停電と判断される時刻ｔ０の前後で、両直流機器１０２における発光ダイオードＬＥＤの光出力が一定に維持される場合には、バックアップ電源４の両端電圧Ｖ４は図中破線で示すようにリニアに低下するが、上述のように発光ダイオードＬＥＤの光出力を低下させることで両直流機器の消費電力が低下するので、バックアップ電源４の残存容量の低下が遅れてバックアップ電源４による電力供給の持続時間を延ばすことができる。特に、直流機器１０２Ｂにおいては、直流電源装置１の出力電圧が規定値を下回った時点ｔ０で、ＬＥＤ点灯回路１２の出力を急激に低下させるから、バックアップ電源４による電力供給の持続時間を大幅に延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施形態１の構成を示す概略図である。
【図２】同上の直流配電システムの全体構成を示すシステム構成図である。
【図３】同上の他の構成例を示す概略図である。
【図４】同上の参考例を示す概略図である。
【図５】同上のさらに他の構成例を示す概略図である。
【図６】本発明の実施形態２の構成を示す概略図である。
【図７】同上の他の構成例を示す概略図である。
【図８】同上の動作説明図である。
【符号の説明】
【００６７】
１  直流電源装置
４  バックアップ電源
５  充電回路
６  放電回路
７  停電検知回路
８  ＤＣ／ＤＣコンバータ
１０２，１０２ａ〜１０２ｃ，１０２Ａ，１０２Ｂ  直流機器
Ｗｄｃ  直流供給線路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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