JP2012209210A - 電力分配装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直流給電システムにおいて、プラグを取り外す際に持続的にアークが発生する虞が少ない電力分配装置を提供する。
【解決手段】入力レセプタクル２２は、電源システム１０が出力するＤＣ２５０Ｖ〜４００Ｖの直流電力を受電する。入力レセプタクル２２で受電した直流電力は、複数の出力レセプタクル２１へ分配される。ＤＣ−ＤＣコンバータ２３は、入力レセプタクル２２で受電したＤＣ２５０Ｖ〜４００Ｖの直流電力の電圧（第１の直流電圧）を、それより低い例えばＤＣ１２Ｖ（第２直流電圧）に変換する。リレー２４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２３が出力するＤＣ１２Ｖの直流電圧が印加されることによって駆動される。リレー２４に対するＤＣ−ＤＣコンバータ２３の出力電圧の印加は、スイッチ２５を操作することによってＯＮ／ＯＦＦすることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、高電圧の直流電力を機器に分配する電力分配装置に関する。

情報通信技術の発展により、例えば各種コンピュータ（メインフレーム、サーバー等）やデータ通信装置等が設置されて運用されるＩＤＳ（インターネットデータセンター）等の情報通信設備においては、必要とされる電力量も増大の一途をたどっており、その消費電力の抑制が課題となっている。情報通信設備において各機器に電力を給電するシステムとしては、一般的に交流給電システムが採用されている。交流給電システムにおいては、まず商用交流電力が直流電力に変換され、情報通信設備のＵＰＳ（無停電電源システム）のバッテリに充電される。またその直流電力は、ＡＣ１００〜２００Ｖの交流電力に変換されて各機器に分配される。各機器は、分配された交流電力を直流電力に変換し、さらにその直流電力を所望の電圧の直流電力に変換する。つまり交流給電システムにおいては、合計４回の電力変換が必要になるため、電力変換による電力損失が大きいという課題がある。

近年は、情報通信設備における消費電力を削減するために、高電圧直流給電（ＨＶＤＣ）技術を用いた直流給電システムが注目されつつある。直流給電システムは、商用交流電力を直流電力に変換した後、その直流電力をそのまま各機器に分配するため、電力変換の回数は２回で済むことになる。つまり直流給電システムは、交流給電システムと比較して、電力を変換する回数を少なくすることができるため、電力変換時の損失が減少し、電力の利用効率を向上させることができる。

上記のような給電システムにおいては、電力を各機器に分配する電力分配装置（Power Distribution Unit：ＰＤＵ）が用いられる。一般的に電力分配装置には、受電した電力を複数の機器に分配する複数のレセプタクル（配電部）が設けられている。各機器は、電源ケーブルのプラグを電力分配装置のレセプタクルに接続することによって、電力分配装置から電力の供給を受ける。ここで電力分配装置のレセプタクルに接続されたプラグを取り外す際、レセプタクルとプラグとの接点開離時に生ずるアークは、例えば交流給電システムに用いられる電力分配装置において問題となることはほとんどない。これは交流電力の電圧が０Ｖになるタイミングでアークが消弧するため、極めて短時間でアークが消弧するからである。他方、直流給電システムに用いられる電力分配装置においては、レセプタクルとプラグとの接点開離時に生ずるアークは、短時間で消弧せず持続的に生ずることになってしまうため問題となる。

このような直流給電システムに用いられる電力分配装置に特有の課題を解決することを目的とした従来技術の一例としては、レセプタクルへの電力供給をＯＮ／ＯＦＦ可能に設けられたリレーと、プラグの挿抜を検出してリレーをＯＮ／ＯＦＦする機構とを備えた電力分配装置が公知である。当該従来技術によれば、レセプタクルに接続されたプラグを取り外す際、レセプタクルとプラグとの接点が開離する前にリレーがＯＦＦしてレセプタクルへの電力供給が遮断されるので、レセプタクルとプラグとの接点開離時にアーク生じることを防止することができる（例えば特許文献１を参照）。

また特許文献１に開示されている従来技術においては、特に高電圧の直流電力を分配する場合に、レセプタクルへの電力供給をＯＮ／ＯＦＦするリレーの接点にアークが発生して接点に損傷等が生ずる虞がある。この場合、例えば接点に生ずるアークを消弧する機構を備えた公知の直流高電圧リレー（例えば特許文献２又は３を参照）を用いれば、そのような虞を低減させることができる。

特開２０１０−１１８１７３号公報 特開２００４−２８８６０４号公報 特開２００９−０８７９１８号公報

しかしながら特許文献１に開示されている電力分配装置は、受電した高電圧の直流電圧でそのままリレーを駆動する構成であるため、そのリレーをＯＮ／ＯＦＦする機構部分で持続的にアークが発生してしまう虞がある。つまり特許文献１に開示されている電力分配装置は、直流給電システムにおいて、レセプタクルに接続されたプラグを取り外す際に、依然として持続的にアークが発生してしまう虞がある。

このような状況に鑑み本発明はなされたものであり、その目的は、直流給電システムにおいて、プラグを取り外す際に持続的にアークが発生する虞が少ない電力分配装置を提供することにある。

＜本発明の第１の態様＞
本発明の第１の態様は、第１直流電圧の直流電力を受電する受電部と、前記受電部で受電した直流電力が供給される配電部と、前記受電部で受電した直流電力の電圧を第１直流電圧より低い第２直流電圧に変換する直流電圧変換装置と、前記受電部で受電した直流電力の前記配電部への供給を接点でＯＮ／ＯＦＦ可能に設けられ、前記直流電圧変換装置が出力する第２直流電圧が印加されて駆動されるリレーと、前記リレーに対する第２直流電圧の印加をＯＮ／ＯＦＦ可能なリレー駆動回路と、を備える電力分配装置である。

配電部からプラグを取り外す際には、リレー駆動回路によりリレーをＯＦＦし、配電部への直流電力の供給を遮断した状態で行うことによって、配電部とプラグとの間に持続的にアークが発生することを未然に防止することができる。そして受電した直流電力の電圧を第１直流電圧より低い第２直流電圧に変換する直流電圧変換装置を設け、その第２直流電圧でリレーを駆動する構成とすることによって、リレーをＯＮ／ＯＦＦさせるリレー駆動回路で持続的にアークが発生する虞を低減させることができる。

これにより本発明の第１の態様によれば、直流給電システムにおいて、プラグを取り外す際に持続的にアークが発生する虞が少ない電力分配装置を提供することができるという作用効果が得られる。

＜本発明の第２の態様＞
本発明の第２の態様は、前述した本発明の第１の態様において、前記配電部が複数設けられており、前記リレー及び前記リレー駆動回路が複数の前記配電部の各々に対応して複数設けられている、ことを特徴とした電力分配装置である。
本発明の第２の態様によれば、複数の配電部が設けられた電力分配装置において、前述した本発明の第１の態様による作用効果を得ることができる。

＜本発明の第３の態様＞
本発明の第３の態様は、前述した本発明の第１の態様又は第２の態様において、前記リレー駆動回路は、手動操作可能なスイッチを含み、前記スイッチの操作によって前記リレーをＯＮ／ＯＦＦ可能である、ことを特徴とした電力分配装置である。
本発明の第３の態様によれば、配電部からプラグを取り外す際には、スイッチを操作してリレーをＯＦＦした状態で行うことによって、配電部とプラグとの間に持続的にアークが発生することを未然に防止することができる。

＜本発明の第４の態様＞
本発明の第４の態様は、前述した本発明の第１〜第３の態様のいずれかにおいて、前記リレー駆動回路は、前記リレーが駆動状態であるときに点灯する表示灯を含む、ことを特徴とした電力分配装置である。
配電部に対するプラグの挿抜を行う操作者は、リレーの駆動状態、すなわち直流電力が配電部へ供給されている状態であるか否かを表示灯で視覚的に確実に認識することができる。したがって本発明の第４の態様によれば、直流電力が配電部へ供給されている状態で操作者が誤って配電部からプラグを取り外してしまう虞を低減させることができる。

本発明によれば、直流給電システムにおいて、プラグを取り外す際に持続的にアークが発生する虞が少ない電力分配装置を提供することができるという作用効果が得られる。

直流給電システムの概略構成図。 カバーを外して内部が視認可能な状態の電力分配装置の平面図。 電力分配装置の正面図。 電力分配装置の回路図。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
尚、本発明は、以下説明する実施例に特に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変形が可能であること言うまでもない。

＜直流給電システム＞
給電システムの一例としての直流給電システム１００の構成について、図１を参照しながら説明する。
図１は、直流給電システム１００の概略構成図である。

直流給電システム１００は、例えば各種コンピュータ（メインフレーム、サーバー等）やデータ通信装置等が設置されて運用されるＩＤＳ等の情報通信設備に設置される給電システムである。直流給電システム１００は、電源システム１０、電力分配装置（ＰＤＵ）２０及び複数の負荷機器３０で構成されている。

電源システム１０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１、充電器１２、バッテリ１３及びＤＣ−ＤＣコンバータ１４を備えている。
ＡＣ／ＤＣコンバータ１１は、ＡＣ２００Ｖの商用交流電力をＤＣ２５０Ｖ〜４００Ｖの直流電力に変換する電力変換装置である。ＡＣ／ＤＣコンバータ１１が出力する直流電力は、電力分配装置２０へ出力されるとともに、充電器１２へ出力される。充電器１２は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１が出力する直流電力の一部をバッテリ１３に充電する。バッテリ１３に充電された電力は、例えば商用交流電力の停電時に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４を介して電力分配装置２０へ出力される。ＤＣ−ＤＣコンバータ１４は、バッテリ１３の出力電圧をＤＣ２５０Ｖ〜４００Ｖに変換して電力分配装置２０へ出力する。

電力分配装置２０は、複数の出力レセプタクル２１を備えており、その複数の出力レセプタクル２１を介して、電源システム１０から受電したＤＣ２５０Ｖ〜４００Ｖの直流電力を複数の負荷機器３０に分配する。電力分配装置２０の構成については後述する。

負荷機器３０は、例えばメインフレームやサーバー等の情報通信装置である。負荷機器３０は、プラグ３１が先端に設けられた電源ケーブル３２及びＤＣ−ＤＣコンバータ３３を備えている。負荷機器３０は、電力分配装置２０の出力レセプタクル２１にプラグ３１を嵌合させることによって、ＤＣ２５０Ｖ〜４００Ｖの直流電力が電源ケーブル３２を介してＤＣ−ＤＣコンバータ３３へ供給される。ＤＣ−ＤＣコンバータ３３は、電力分配装置２０から分配されたＤＣ２５０Ｖ〜４００Ｖの直流電力をその負荷機器３０に対応する直流電圧（例えばＤＣ４８Ｖ）に変換する。負荷機器３０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３３が出力する直流電圧で動作する。

＜電力分配装置（ＰＤＵ）＞
本発明に係る電力分配装置２０の構成について、図２〜図４を参照しながら説明する。 図２は、カバーを外して内部が視認可能な状態の電力分配装置２０の平面図である。図３は、電力分配装置２０の正面図である。図４は、電力分配装置２０の回路図である。

電力分配装置２０は、複数の出力レセプタクル２１、入力レセプタクル２２、ＤＣ−ＤＣコンバータ２３、複数のリレー２４、複数のスイッチ２５及び複数のＬＥＤ表示灯２６を備えており、これらが筐体２に収容されて構成されている。

「配電部」としての出力レセプタクル２１は、電源システム１０が出力するＤＣ２５０Ｖ〜４００Ｖの直流電力を負荷機器３０へ分配するものであり、負荷機器３０のプラグ３１が嵌合する開口部が筐体２の前面に露出した状態で配設されている。「受電部」としての入力レセプタクル２２は、電源システム１０が出力するＤＣ２５０Ｖ〜４００Ｖの直流電力を受電する。入力レセプタクル２２で受電した直流電力は、複数の出力レセプタクル２１へ供給される。「直流電圧変換装置」としてのＤＣ−ＤＣコンバータ２３は、入力レセプタクル２２で受電したＤＣ２５０Ｖ〜４００Ｖの直流電力の電圧（第１の直流電圧）を、それより低い例えばＤＣ１２Ｖ（第２直流電圧）に変換する。

リレー２４は、複数の出力レセプタクル２１に個々に対応して複数設けられている。リレー２４は、直列に接続された２つの駆動コイルＬ１、Ｌ２、独立した２つの接点Ｓ１、Ｓ２を含む。接点Ｓ１は、出力レセプタクル２１への直流電力供給経路の＋側に直列に接続されている。接点Ｓ２は、出力レセプタクル２１への直流電力供給経路の−側（ＧＮＤ側）に直列に接続されている。つまりリレー２４は、入力レセプタクル２２で受電したＤＣ２５０Ｖ〜４００Ｖの直流電力の出力レセプタクル２１への供給を接点Ｓ１、Ｓ２でＯＮ／ＯＦＦ可能に設けられている。

２つの駆動コイルＬ１、Ｌ２に直流電圧が印加されていない非駆動状態では、リレー２４は、２つの接点Ｓ１、Ｓ２が開いてＯＦＦした状態となる。そしてリレー２４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２３が出力するＤＣ１２Ｖの直流電圧が２つの駆動コイルＬ１、Ｌ２に印加されることによって駆動され、それによって２つの接点Ｓ１、Ｓ２が閉じてＯＮした状態となる。このリレー２４は、接点Ｓ１、Ｓ２にアークが発生して接点Ｓ１、Ｓ２に損傷等が生ずる虞を低減させる観点から、接点Ｓ１、Ｓ２に生ずるアークを消弧する機構を備えた公知の直流高電圧リレーを用いるのが好ましい。

「リレー駆動回路」を構成するスイッチ２５は、複数のリレー２４に個々に対応して複数設けられており、筐体２の前面に露出した状態で手動操作可能に配設されている。スイッチ２５は、リレー２４の駆動コイルＬ２とＤＣ−ＤＣコンバータ２３のＧＮＤ端子との間に直列に接続されている。リレー２４に対するＤＣ−ＤＣコンバータ２３の出力電圧（第２直流電圧：例えばＤＣ１２Ｖ）の印加は、このスイッチ２５を操作することによってＯＮ／ＯＦＦすることができる。つまりスイッチ２５を操作することによって、リレー２４をＯＮ／ＯＦＦすることができ、それによって出力レセプタクル２１への直流電力の供給をＯＮ／ＯＦＦすることができる。

「表示灯」としてのＬＥＤ表示灯２６は、複数のスイッチ２５に個々に対応して複数設けられており、筐体２の前面に露出した状態で点灯状態を前面から視認可能に配設されている。ＬＥＤ表示灯２６は、ＬＥＤ（発光ダイオード）を含み、ＤＣ−ＤＣコンバータ２３の出力端子の＋側にＬＥＤのアノード端子が接続され、リレー２４の駆動コイルＬ２とスイッチ２５との間にＬＥＤのカソード端子が接続されている。つまりＬＥＤ表示灯２６は、スイッチ２５がＯＮされてリレー２４が駆動状態（ＯＮ状態）であるときに点灯する。したがって出力レセプタクル２１に対する負荷機器３０のプラグ３１の挿抜を行う操作者は、リレー２４の駆動状態、すなわちＤＣ２５０Ｖ〜４００Ｖの直流電力が出力レセプタクル２１へ供給されている状態であるか否かをＬＥＤ表示灯２６で視覚的に確実に認識することができる。

以上説明した本発明に係る電力分配装置２０において、出力レセプタクル２１から負荷機器３０のプラグ３１を取り外す際には、スイッチ２５を操作してリレー２４をＯＦＦし、出力レセプタクル２１への直流電力の供給を遮断した状態で行う。それによって出力レセプタクル２１とプラグ３１との間に持続的にアークが発生することを未然に防止することができる。そして本発明に係る電力分配装置２０は、電源システム１０から受電したＤＣ２５０Ｖ〜４００Ｖの直流電力の電圧（第１直流電圧）をより低い例えばＤＣ１２Ｖ（第２直流電圧）に変換するＤＣ−ＤＣコンバータ２３が設けられており、その低い電圧でリレー２４を駆動する構成となっている。それによってリレー２４をＯＮ／ＯＦＦさせるスイッチ２５で持続的にアークが発生する虞を低減させることができる。

このようにして本発明によれば、直流給電システム１００において、負荷機器３０のプラグ３１を取り外す際に持続的にアークが発生する虞が少ない電力分配装置２０を提供することができる。

また本発明の「リレー駆動回路」は、リレー２４に対するＤＣ−ＤＣコンバータ２３の出力電圧の印加をＯＮ／ＯＦＦ可能なものであれば、どのような回路であってもよく、上記実施例のスイッチ２５に特に限定されないのは言うまでもない。例えば出力レセプタクル２１に対するプラグ３１の挿抜を電気的又は機械的に検出し、出力レセプタクル２１とプラグ３１との接点が開離する前にリレー２４が自動的にＯＦＦする回路構成としても良い。この場合は、例えば機械式スイッチや接点等でリレー２４をＯＮ／ＯＦＦする回路構成とすることもできるし、電磁リレーやソリッドステートリレーでリレー２４をＯＮ／ＯＦＦする回路構成とすることもできるし、トランジスタやＦＥＴ等の半導体スイッチでリレー２４をＯＮ／ＯＦＦする回路構成とすることもできる。

また本発明においては、上記説明した実施例のように、リレー２４が駆動状態（ＯＮ状態）であるときに点灯する「表示灯」（ＬＥＤ表示灯２６）を設けるのが好ましい。これは本発明に必須の要素ではないが、そのような構成とすることによって、直流電力が出力レセプタクル２１へ供給されている状態で、操作者が誤って出力レセプタクル２１からプラグ３１を取り外してしまう虞を低減させることができる。

１０ 電源システム
２０ 電力分配装置
２１ 出力レセプタクル
２２ 入力レセプタクル
２３ ＤＣ−ＤＣコンバータ
２４ リレー
２５ スイッチ
２６ ＬＥＤ表示灯
３０ 負荷機器
３１ 負荷機器のプラグ
１００ 直流給電システム
Ｌ１、Ｌ２ リレーの駆動コイル
Ｓ１、Ｓ２ リレーの接点

Claims (4)

1. 第１直流電圧の直流電力を受電する受電部と、
   前記受電部で受電した直流電力が供給される配電部と、
   前記受電部で受電した直流電力の電圧を第１直流電圧より低い第２直流電圧に変換する直流電圧変換装置と、
   前記受電部で受電した直流電力の前記配電部への供給を接点でＯＮ／ＯＦＦ可能に設けられ、前記直流電圧変換装置が出力する第２直流電圧が印加されて駆動されるリレーと、
   前記リレーに対する第２直流電圧の印加をＯＮ／ＯＦＦ可能なリレー駆動回路と、を備える電力分配装置。
2. 請求項１に記載の電力分配装置において、前記配電部が複数設けられており、前記リレー及び前記リレー駆動回路が複数の前記配電部の各々に対応して複数設けられている、ことを特徴とした電力分配装置。
3. 請求項１又は２に記載の電力分配装置において、前記リレー駆動回路は、手動操作可能なスイッチを含み、前記スイッチの操作によって前記リレーをＯＮ／ＯＦＦ可能である、ことを特徴とした電力分配装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の電力分配装置において、前記リレー駆動回路は、前記リレーが駆動状態であるときに点灯する表示灯を含む、ことを特徴とした電力分配装置。

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