(57)【要約】【課題】送電線に流れる電流が小さいときでも所望の電力を発電でき、電流が大きいときには余剰電力をできるだけ発生させないようにする。【解決手段】カレントトランス１０は、一次巻線としての送電線に取り付け可能な磁性コア１１と、磁性コア１１に巻回された二次巻線としての発電コイル１２と、磁性コア１１に巻回された三次巻線としての減磁コイル１３と、送電線２に電流が流れることで磁性コア１１に発生する磁束φ１の向きと逆向きの磁束φ２が発生するように減磁コイル１３を駆動する磁束低減部１８とを備えている。【選択図】図１
2020129856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次巻線としての送電線に取り付け可能な磁性コアと、
前記磁性コアに巻回された二次巻線としての発電コイルと、
前記磁性コアに巻回された三次巻線としての減磁コイルと、
前記送電線に電流が流れることで前記磁性コアに発生する磁束の向きと逆向きの磁束が発生するように前記減磁コイルを駆動する磁束低減部とを備えることを特徴とするカレントトランス。
【請求項２】
前記磁束低減部は、
前記減磁コイルに接続された複数の接点を有するスイッチ回路と、
前記送電線に電流が流れることで前記磁性コアに発生する磁束に対応する前記発電コイルの端子間電圧が閾値を超えたとき、前記端子間電圧が大きいほど前記磁性コアに流れる磁束を減磁する効果が大きくなるように、前記スイッチ回路を切り替えて前記減磁コイルの有効ターン数を制御するスイッチ制御部を含む、請求項１に記載のカレントトランス。
【請求項３】
前記減圧コイルは、少なくとも一つの中間タップを有し、
前記スイッチ回路は、前記発電コイルの端子間電圧が閾値を超えたとき、前記端子間電圧が大きいほど前記端子間電圧を減圧する効果が大きくなるように、前記減圧コイルの一端及び前記中間タップからいずれか一つを選択して前記発電コイルに接続する、請求項２に記載のカレントトランス。
【請求項４】
前記送電線に流れる電流の大きさに対する前記発電コイルの出力電圧はヒステリシス特性を有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のカレントトランス。
【請求項５】
前記磁束低減部は、
前記送電線に電流が流れることで前記磁性コアに発生する磁束に対応する前記発電コイルの端子間電圧が閾値を超えたとき、前記端子間電圧が大きいほど前記磁性コアに流れる磁束を減磁する効果が大きくなるように、前記減磁コイルに流れる電流の大きさを制御する電流制御部を含む、請求項１に記載のカレントトランス。
【請求項６】
前記磁束低減部は、
前記送電線に電流が流れることで前記磁性コアに発生する磁束に対応する前記発電コイルの端子間電圧を検出する電圧検出部と、
前記発電コイルの端子間電圧が閾値を超えたとき、前記端子間電圧が大きいほど前記磁性コアに流れる磁束を減磁する効果が大きくなるように、前記減磁コイルに流れる電流の位相を制御する位相制御部を含む、請求項１に記載のカレントトランス。
【請求項７】
前記減磁コイルは、前記発電コイルと同一方向に巻回されており、
前記減磁コイルには、前記送電線に電流が流れることで前記磁性コアに発生する磁束の向きと逆向きの磁束を発生させる電圧が印加される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のカレントトランス。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載のカレントトランスと、
前記カレントトランスに接続された電源回路とを備えることを特徴とする電磁誘導型発電装置。
【請求項９】
請求項８に記載の電磁誘導型発電装置と、
前記電磁誘導型発電装置から電力の供給を受けて前記送電線の監視動作を行うＩｏＴデバイスとを備えることを特徴とする送電線監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カレントトランス及びこれを用いた電磁誘導型発電装置並びに送電線監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
送電線に取り付けられてその状態を監視するＩｏＴデバイスが知られている。例えば、特許文献１には、送電線の異常振動を検出するための振動検出装置が記載されている。振動検出装置の電源には、送電線の周囲に発生する磁界の変化による電磁誘導を利用した発電装置、あるいは太陽光発電装置が用いられている。
【０００３】
また特許文献２には、電磁誘導方式の電源装置を用いた監視カメラシステムが記載されている。この監視カメラシステムは、送・配電線路に着脱可能に設けられ、電磁誘導方式で電力を生成する発電用ＣＴコアと、発電用ＣＴコアから発生した交流電力を直流電力に変換する電力変換部と、動画を撮影するカメラモジュールと、カメラモジュールの出力データを外部に伝送する無線通信モジュールとを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−９３３４２号公報
【特許文献２】特表２０１６−５１７２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図７に示すように、送電線に流れる電流は電力需要により大きく変動する。送電線に流れる電流が変動してもＩｏＴデバイスが安定的に動作するためには、送電線に流れる電流が最小値のときでもＩｏＴデバイスが動作可能な最低限の電力が常に発電されるように電磁誘導型発電装置を設計する必要がある。
【０００６】
一方、送電線に流れる電流で発電する電磁誘導型発電装置では、送電線の通電時間を変えることができないため、送電線の電流の増加と共に二次電流も増加する。そのため、図７に示すように、送電線に流れる電流Ｉが非常に大きい場合には、発電される電力も非常に大きくなる。このように発電量が増加しているにもかかわらず、ＩｏＴデバイスが一定の消費電力で動作している場合には、余分な電力が大量に発生することなるため、熱に変換するなど、何らかの方法で余剰電力を消費する必要がある。
【０００７】
しかしながら、余剰電力を熱に変換する場合、ＩｏＴデバイスの不要な温度上昇を招くことになり、ＩｏＴデバイス内の部品や素子の劣化が加速するおそれがある。また例えば、高圧送電線には数千アンペア以上の大電流が流れる場合があるが、大電流によって発生した余剰電力をすべて熱に変換することは極めて困難である。さらにＩｏＴデバイスが架空送電線に設置される場合、その設置やメンテナンスは非常に困難である。そのため、そのような場所に設置されるＩｏＴデバイスには、一度設置したら例えば１０年以上の長期間にわたって安定的に動作することが求められていることから、高温化等によるＩｏＴデバイスの特性劣化を極力防止することが望ましい。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、送電線に流れる電流が小さいときでも所望の電力を発電でき、電流が大きいときには余分な電力をできるだけ発電しないカレントトランス及びこれを用いた電磁誘導型発電装置並びに送電線監視システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明によるカレントトランスは、一次巻線としての送電線に取り付け可能な磁性コアと、前記磁性コアに巻回された二次巻線としての発電コイルと、前記磁性コアに巻回された三次巻線としての減磁コイルと、前記送電線に電流が流れることで前記磁性コアに発生する磁束の向きと逆向きの磁束が発生するように前記減磁コイルを駆動する磁束低減部とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、送電線に流れる一次電流が非常に小さいときでも所望の電力を発電でき、ＩｏＴデバイスに対して安定的に電力を供給することができる。また一次電流が非常に大きいときには、二次巻線からの出力電圧の増加は一次電流に比例せず、出力電圧の増加が抑制されるので、余剰電力の発生を抑えることができ、余剰電力を熱に変換することによる不要な温度上昇を防止することができる。これにより、電力供給を受けるＩｏＴデバイスの性能の低下等を防止することができる。
【００１１】
本発明において、前記磁束低減部は、前記減磁コイルに接続された複数の接点を有するスイッチ回路と、前記送電線に電流が流れることで前記磁性コアに発生する磁束に対応する前記発電コイルの端子間電圧が閾値を超えたとき、前記端子間電圧が大きいほど前記磁性コアに流れる磁束を減磁する効果が大きくなるように、前記スイッチ回路を切り替えて前記減磁コイルの有効ターン数を制御するスイッチ制御部を含むことが好ましい。この場合において、前記減圧コイルは、少なくとも一つの中間タップを有し、前記スイッチ回路は、前記発電コイルの端子間電圧が閾値を超えたとき、前記端子間電圧が大きいほど前記端子間電圧を減圧する効果が大きくなるように、前記減圧コイルの一端及び前記中間タップからいずれか一つを選択して前記発電コイルに接続することが好ましい。特に、前記スイッチ回路は、前記発電コイルの端子間電圧が前記第１の閾値を超えたとき、前記減圧コイルの中間タップを発電コイルの一端に接続し、前記発電コイルの端子間電圧が前記第１の閾値よりも高い第２の閾値を超えたとき、前記減圧コイルの一端を前記発電コイルの一端に接続することが好ましい。これにより、ＩｏＴデバイスの動作に必要な電力を安定的に確保しつつ、余剰電力の発生を抑えることができる。
【００１２】
本発において、前記送電線に流れる電流の大きさに対する前記発電コイルの出力電圧はヒステリシス特性を有することが好ましい。これにより、スイッチング回路の不安定な動作を防止することができる。
【００１３】
本発明において、前記磁束低減部は、前記送電線に電流が流れることで前記磁性コアに発生する磁束に対応する前記発電コイルの端子間電圧が閾値を超えたとき、前記端子間電圧が大きいほど前記磁性コアに流れる磁束を減磁する効果が大きくなるように、前記減磁コイルに流れる電流の大きさを制御する電流制御部を含むことが好ましい。これにより、ＩｏＴデバイスの動作に必要な電力を安定的に確保しつつ、余剰電力の発生を抑えることができる。
【００１４】
本発明において、前記磁束低減部は、前記送電線に電流が流れることで前記磁性コアに発生する磁束に対応する前記発電コイルの端子間電圧を検出する電圧検出部と、前記発電コイルの端子間電圧が閾値を超えたとき、前記端子間電圧が大きいほど前記磁性コアに流れる磁束を減磁する効果が大きくなるように、前記減磁コイルに流れる電流の位相を制御する位相制御部を含むことが好ましい。これにより、ＩｏＴデバイスの動作に必要な電力を安定的に確保しつつ、余剰電力の発生を抑えることができる。
【００１５】
前記減磁コイルは、前記発電コイルと同一方向に巻回されており、前記減磁コイルには、前記送電線に電流が流れることで前記磁性コアに発生する磁束の向きと逆向きの磁束を発生させる電圧が印加されることが好ましい。この構成によれば、磁性コアに発電コイル及び減磁コイルを容易に巻回することができ、カレントトランスの生産性を向上させることができる。
【００１６】
また、上記課題を解決するため、本発明による電磁誘導型発電装置は、上述した本発明の特徴を有するカレントトランスと、前記カレントトランスに接続された電源回路とを備えることを特徴とする。本発明によれば、送電線に流れる電流が小さいときでも所望の電力を発電でき、電流が大きいときには余分な電力をできるだけ発電しない電磁誘導型発電装置を提供することができる。
【００１７】
さらに本発明による送電線監視システムは、上述した本発明の特徴を有する電磁誘導型発電装置と、前記電磁誘導型発電装置から電力の供給を受けて前記送電線の監視動作を行うＩｏＴデバイスとを備えることを特徴とする。本発明によれば、送電線に流れる一次電流が非常に小さいときでも所望の電力を発電でき、ＩｏＴデバイスに対して安定的に電力を供給することができる。また一次電流が非常に大きいときには、二次巻線からの出力電圧の増加は一次電流に比例せず、出力電圧の増加が抑制されるので、余剰電力の発生を抑えることができ、余剰電力を熱に変換することによる不要な温度上昇を防止することができる。これにより、電力供給を受けるＩｏＴデバイスの性能の低下等を防止することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、送電線に流れる電流が小さいときでも所望の電力を発電でき、電流が大きいときには余分な電力をできるだけ発電しないカレントトランス及びこれを用いた電磁誘導型発電装置並びに送電線監視システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態による送電線監視システムの構成を示す図である。
【図２】図２は、図１の電磁誘導型発電装置３の動作の一例を示す説明図であって、送電線２に流れる電流と電磁誘導型発電装置３の出力電圧との関係を示すグラフである。
【図３】図３は、本発明の第２の実施の形態による送電線監視システムの構成を概略的に示す図であって、特に電磁誘導型発電装置のカレントトランスの変形例を示すものである。
【図４】図４は、図３の電磁誘導型発電装置３の動作の一例を示す説明図であって、送電線２に流れる電流と電磁誘導型発電装置３の出力電圧との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、本発明の第３の実施の形態による送電線監視システムの構成を概略的に示す図であって、特に電磁誘導型発電装置のカレントトランスの変形例を示すものである。
【図６】図６は、図５の電磁誘導型発電装置３の動作の一例を示す説明図であって、（ａ）は送電線２に流れる電流と電磁誘導型発電装置３の出力電圧との関係を示すグラフ、（ｂ）は発電コイル１２の磁束φ１及び減磁コイル１３の磁束φ２の位相を示すグラフである。
【図７】図７は、従来の電磁誘導型発電装置の動作を示す説明図であって、送電線に流れる電流と電磁誘導型発電装置の出力電圧との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施の形態による送電線監視システムの構成を概略的に示す図である。
【００２２】
図１に示すように、送電線監視システム１は、送電線２に流れる電流によって発電する電磁誘導型発電装置３と、電磁誘導型発電装置３から電力の供給を受けて送電線２の監視動作を行うＩｏＴデバイス４とを備えている。電磁誘導型発電装置３はＩｏＴデバイス４の電源となるものであり、ＩｏＴデバイス４は電磁誘導型発電装置３の出力端子に接続されている。ＩｏＴデバイス４の種類は特に限定されず、送電線２の物理的又は電気的な状態を計測する各種センサモジュールであってもよく、遠隔監視カメラなどであってもよい。ＩｏＴデバイス４は通信機能を有し、センサやカメラで収集したデータをサーバに向けて送信することができる。
【００２３】
送電線２は架空送電線であることが好ましく、送電電圧が６６ｋＶ以上の高圧送電線であることがさらに好ましい。架空送電線は地上から数十メートル以上の高所に架設されているため、ＩｏＴデバイス４の設置やメンテナンスが極めて困難であり、さらに送電線２に流れる電流の変動範囲（ダイナミックレンジ）が５０Ａ〜３０００Ａと非常に広く、本発明の効果が顕著だからである。送電線２には商用周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の交流電流が流れており、送電線２の周囲には交番磁界が発生している。交番磁界の大きさは、送電線２に流れる電流の大きさによって変化する。
【００２４】
電磁誘導型発電装置３は、送電線２に取り付けられるカレントトランス１０と、カレントトランス１０に接続された電源回路２０とを備えている。図示しないが、電源回路２０は、カレントトランス１０からの交流出力電圧を整流する整流回路と、整流回路から出力される直流電圧を一定の電圧レベルに制限するレギュレータ回路を有している。
【００２５】
カレントトランス１０は、一次巻線としての送電線２に取り付けられた磁性コア１１と、磁性コア１１を介して送電線２に磁気結合された発電コイル１２と、発電コイル１２と共に磁性コア１１を介して送電線２に磁気結合された減磁コイル１３と、減磁コイル１３に接続されたスイッチ回路１４と、発電コイル１２の端子間電圧（出力電圧）に基づいてスイッチ回路１４を制御するスイッチ制御部１５とを有している。スイッチ回路１４及びスイッチ制御部１５は、送電線２に電流が流れることで磁性コア１１に発生する磁束φ１の向きと逆向きの磁束φ２が発生するように減磁コイル１３を駆動する磁束低減部１８を構成している。
【００２６】
磁性コア１１は例えば分割型トロイダルコアであり、送電線２がトロイダルコアの中空部を貫通するように当該送電線２に取り付けられている。発電コイル１２は磁性コア１１に所定のターン数で巻回された二次巻線であり、電源回路２０の一対の入力端子は発電コイル１２の一端１２ａ及び他端１２ｂに接続されている。
【００２７】
減磁コイル１３は磁性コア１１に所定のターン数で巻き回された三次巻線である。本実施形態による減磁コイル１３は、２つの中間タップ１３ｃ１，１３ｃ２を有しており、減磁コイル１３の一端１３ａ及び２つの中間タップ１３ｃ１，１３ｃ２はスイッチ回路１４を介して発電コイル１２の一端１２ａに接続可能に構成されている。また減磁コイル１３の他端１３ｂは発電コイル１２の他端１２ｂに接続されている。
【００２８】
本実施形態において、減磁コイル１３は発電コイル１２と同じ向きで巻回されていることが好ましい。この構成によれば、磁性コア１１に発電コイル１２及び減磁コイル１３を容易に巻回することができ、カレントトランス１０の生産性を向上させることができる。
【００２９】
スイッチ回路１４は、減磁コイル１３の一端１３ａ及び中間タップ１３ｃ１，１３ｃ２から選ばれた一つの端子を発電コイル１２の一端１２ａに接続するための回路である。スイッチ制御部１５は、発電コイル１２の端子間電圧の大きさに応じてスイッチ回路１４を制御する。特に、発電コイル１２の出力電圧が小さいときには減磁コイル１３に電流を供給しないようにスイッチ回路１４の接続先をオープン接点Ｐ０に接続し、発電コイル１２の出力電圧が大きいときには出力電圧の増加に合わせて減磁コイル１３の有効ターン数が大きくなるように接点Ｐ１→接点Ｐ２→接点Ｐ３の順に切り替える。
【００３０】
送電線２に流れる電流によって磁性コア１１に時計回りの磁束φ１が発生したとき、発電コイル１２には一端１２ａ側をプラス、他端１２ｂ側をマイナスとする起電力が発生する。スイッチ回路１４が例えば接点Ｐ３に接続されている場合、減磁コイル１３の一端１３ａ及び他端１３ｂは、発電コイル１２の一端１２ａ及び他端１２ｂにそれぞれ接続されているので、減磁コイル１３にはその一端１３ａから他端１３ｂに向かう電流が流れ、この電流によって磁性コア１１には反時計回りの磁束φ２が発生する。磁束φ２の向きは磁束φ１と逆向きであるため、減磁コイル１３がないときと比べて磁束φ１が弱められ、発電コイル１２の端子間電圧は小さくなる。したがって、発電コイル１２による発電電力を小さくすることができる。
【００３１】
上記のように、スイッチ回路１４が接点Ｐ０に接続されている場合には、減磁コイル１３が動作しないので、減磁コイル１３による発電抑制効果は得られない。スイッチ回路１４が接点Ｐ１に接続されている場合には、減磁コイル１３は動作するが、減磁コイル１３の有効ターン数が小さいので、発電抑制効果は小さい。スイッチ回路１４が接点Ｐ２に接続されている場合には、減磁コイル１３の有効ターン数がより大きくなるので、スイッチ回路１４が接点Ｐ１に接続されているときよりも発電抑制効果は大きくなる。スイッチ回路１４が接点Ｐ３に接続されている場合には、減磁コイル１３の全ターンが有効となるので、発電抑制効果は最大となる。
【００３２】
図２は、電磁誘導型発電装置３の動作の一例を示す説明図であって、送電線２に流れる電流と電磁誘導型発電装置３の出力電圧との関係を示すグラフである。
【００３３】
図２に示すように、送電線２に流れる電流のダイナミックレンジが例えば５０Ａ〜３０００Ａであり、送電線２に流れる電流が５０Ａ〜７５０Ａの範囲内とき、スイッチ制御部１５はスイッチ回路１４が接点Ｐ０を選択するように制御して減磁コイル１３を無効にする。この場合、発電コイル１２の出力電圧は減磁コイル１３によって抑制されることなく、送電線２に流れる電流の変化に合わせて大きく増減する。発電コイル１２は、送電線２に流れる電流の最低値Ｉ１＝５０Ａのときに最低必要な電圧を発電するようにターン数等の条件が設定される。
【００３４】
送電線２に流れる電流が増加して７５０Ａ以上に達したことを検出したとき、スイッチ制御部１５はスイッチ回路１４が接点Ｐ１を選択するように制御して発電抑制を開始する。スイッチ制御部１５は、送電線２に流れる電流が７５０Ａ〜１５００Ａのときに接点Ｐ１、１５００Ａ〜２２５０Ａのときに接点Ｐ２、２２５０Ａ〜３０００Ａのときに接点Ｐ３が選択されるようにスイッチ回路１４を制御する。
【００３５】
図示のように、スイッチ回路１４を切り替えて減圧レベル（発電抑制効果）を下げる（例えば接点Ｐ１→Ｐ０に切り替える）際に用いる閾値は、減圧レベルを上げる（接点Ｐ０→Ｐ１に切り替える）際に用いる閾値（例えば７５０Ａ）よりも低い値（例えば７００Ａ）に設定される。このように、送電線２に流れる電流の大きさに対する発電コイル１２の出力電圧にヒステリシス特性を持たせるにより、スイッチ回路１４の不安定な動作（チャタリング）を防止することができる。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態による送電線監視システム１は、ＩｏＴデバイス４に電力を供給する電磁誘導型発電装置３を備え、電磁誘導型発電装置３のカレントトランス１０は、送電線２に電流が流れることで磁性コア１１に発生する磁束φ１の向きと逆向きの磁束φ２が発生するように減磁コイル１３を制御するので、送電線２に流れる電流が小さいときには所望の電力を発電でき、電流が大きいときには余分な発電を抑制することができる。またカレントトランス１０は、発電コイル１２の端子間電圧が大きいほど当該端子間電圧を減圧する効果が大きくなるように、減磁コイル１３の有効ターン数を段階的に大きくするので、送電線２に流れる電流の変動範囲が広い場合であっても余剰電力の発生を十分に抑制することができる。したがって、余剰電力を熱に変換することによる不要な温度上昇を防止することができる。これにより、電力供給を受けるＩｏＴデバイス４の性能の低下等を防止することができる。
【００３７】
図３は、本発明の第２の実施の形態による送電線監視システムの構成を概略的に示す図であって、特に電磁誘導型発電装置のカレントトランスの変形例を示すものである。
【００３８】
図３に示すように、本実施形態による送電線監視システム１の特徴は、電磁誘導型発電装置３を構成するカレントトランス１０の減磁コイル１３が電流制御部１６によって制御される点にある。電流制御部１６は、送電線２に電流が流れることで磁性コア１１に発生する磁束φ１の向きと逆向きの磁束φ２が発生するように減磁コイル１３を駆動する磁束低減部を構成している。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００３９】
電流制御部１６は、発電コイル１２の端子間電圧を検出し、端子間電圧に比例した制御電流を出力する。この制御電流は減磁コイル１３に入力され、制御電流に比例した大きさの磁束φ２を発生させる。すなわち、発電コイル１２の端子間電圧が大きいときには磁束φ２が大きくなるので、磁束φ１を弱める効果は大きくなり、発電コイル１２の端子間電圧が小さいときには磁束φ２が小さくなるので、磁束φ１を弱める効果は小さくなる。したがって、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【００４０】
図４は、電磁誘導型発電装置３の動作の一例を示す説明図であって、送電線２に流れる電流と電磁誘導型発電装置３の出力電圧との関係を示すグラフである。
【００４１】
図４に示すように、送電線２に流れる電流が小さく（例えば５０Ａ〜７５０Ａ）、これにより発電コイル１２の出力電圧が閾値よりも低いことを検出した電流制御部１６は制御電流を出力せず、減磁コイル１３を無効にする。この場合、発電コイル１２の出力電圧は、減磁コイル１３によって抑制されることなく、送電線２に流れる電流の変化に合わせて大きく増減する。
【００４２】
発電コイル１２の出力電圧レベルから送電線２に流れる電流が閾値以上（７５０Ａ以上）であることを検出したとき、電流制御部１６は、減磁コイル１３に制御電流を供給して発電抑制を開始する。制御電流の大きさは発電コイル１２の出力電圧（送電線電流の大きさ）に比例して大きくなるので、発電コイル１２の出力電圧が大きいほど発電抑制効果を高めることができる。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態による送電線監視システム１は、ＩｏＴデバイス４に電力を供給する電磁誘導型発電装置３を備え、電磁誘導型発電装置３のカレントトランス１０は、送電線２に電流が流れることで磁性コア１１に発生する磁束φ１の向きと逆向きの磁束φ２が発生するように減磁コイル１３を制御するので、送電線２に流れる電流が小さいときでも所望の電力を発電でき、電流が大きいときには余分な発電を抑制することができる。またカレントトランス１０は、発電コイル１２の端子間電圧が大きいほど当該端子間電圧を減圧する効果が大きくなるように、減磁コイル１３に供給する制御電流の大きさを制御するので、送電線２に流れる電流の変動範囲が広い場合であっても余剰電力の発生を十分に抑制することができる。したがって、余剰電力を熱に変換することによる不要な温度上昇を防止することができる。これにより、電力供給を受けるＩｏＴデバイス４の性能の低下等を防止することができる。
【００４４】
図５は、本発明の第３の実施の形態による送電線監視システムの構成を概略的に示す図であって、特に電磁誘導型発電装置のカレントトランスの変形例を示すものである。
【００４５】
図５に示すように、本実施形態による送電線監視システム１の特徴は、電磁誘導型発電装置３を構成するカレントトランス１０の減磁コイル１３が位相制御部１７によって制御される点にある。位相制御部１７は、送電線２に電流が流れることで磁性コア１１に発生する磁束φ１の向きと逆向きの磁束φ２が発生するように減磁コイル１３を駆動する磁束低減部を構成している。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００４６】
位相制御部１７は、発電コイル１２の端子間電圧を検出し、端子間電圧に比例した位相差を持った制御電流を出力する。この位相がずれた制御電流は減磁コイル１３に入力され、磁束φ１に対して位相がずれた磁束φ２を発生させる。すなわち、発電コイル１２の端子間電圧が小さいときには磁束φ１−φ２間の位相差が小さいので、磁束φ１を弱める効果は小さくなり、発電コイル１２の端子間電圧が大きいときには磁束φ１−φ２間の位相差が大きくなるので、磁束φ１を弱める効果は大きくなる。したがって、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【００４７】
図６は、電磁誘導型発電装置３の動作の一例を示す説明図であって、（ａ）は送電線２に流れる電流と電磁誘導型発電装置３の出力電圧との関係を示すグラフ、（ｂ）は発電コイル１２の磁束φ１及び減磁コイル１３の磁束φ２の位相を示すグラフである。
【００４８】
図６（ａ）に示すように、送電線２に流れる電流が小さく（例えば５０Ａ〜７５０Ａ）、これにより発電コイル１２の出力電圧が閾値よりも低いことを検出した位相制御部１７は制御電流を出力せず、減磁コイル１３を無効にする。この場合、発電コイル１２の出力電圧は、減磁コイル１３によって抑制されることなく、送電線２に流れる電流の変化に合わせて大きく増減する。
【００４９】
発電コイル１２の出力電圧レベルから送電線２に流れる電流が閾値以上（７５０Ａ以上）であることを検出したとき、位相制御部１７は、減磁コイル１３に制御電流を供給して発電抑制を開始する。図６（ｂ）に示すように、送電線２に電流が流れることで発電コイル１２に発生する磁束φ１と制御電流が流れることで減磁コイル１３に発生する磁束φ２との位相差は発電コイル１２の出力電圧（送電線電流の大きさ）に比例して大きくなるので、発電コイル１２の出力電圧が大きいほど発電抑制効果を高めることができる。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態による送電線監視システム１は、ＩｏＴデバイス４に電力を供給する電磁誘導型発電装置３を備え、電磁誘導型発電装置３のカレントトランス１０は、送電線２に電流が流れることで磁性コア１１に発生する磁束φ１の向きと逆向きの磁束φ２が発生するように減磁コイル１３を制御するので、送電線２に流れる電流が小さいときでも所望の電力を発電でき、電流が大きいときには余分な発電を抑制することができる。またカレントトランス１０は、発電コイル１２の端子間電圧が大きいほど当該端子間電圧を減圧する効果が大きくなるように、減磁コイル１３に供給する制御電流の位相を制御するので、送電線２に流れる電流の変動範囲が広い場合であっても余剰電力の発生を十分に抑制することができる。したがって、余剰電力を熱に変換することによる不要な温度上昇を防止することができる。これにより、電力供給を受けるＩｏＴデバイス４の性能の低下等を防止することができる。
【００５１】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００５２】
例えば、上記実施形態においては、減磁コイル１３が発電コイル１２と同じ向きで巻回された構成を例に挙げたが、減磁コイル１３が発電コイル１２と逆向きで巻回された構成であってもよい。また減磁コイル１３に設けられる中間タップの数も特に限定されず、いくつであってもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１    送電線監視システム
２    送電線
３    電磁誘導型発電装置
４    ＩｏＴデバイス
１０    カレントトランス
１１    磁性コア
１２    発電コイル
１２ａ    発電コイルの一端
１２ｂ    発電コイルの他端
１３    減磁コイル
１３ａ    減磁コイルの一端
１３ｂ    減磁コイルの他端
１３ｃ１，１３ｃ２    減磁コイルの中間タップ
１４    スイッチ回路
１５    スイッチ制御部
１６    電流制御部
１７    位相制御部
１８    磁束低減部
２０    電源回路
Ｐ０〜Ｐ３    スイッチ回路の接点
φ１，φ２    磁束
【図１】
2020129856.tif 000003
【図２】
2020129856.tif 000004
【図３】
2020129856.tif 000005
【図４】
2020129856.tif 000006
【図５】
2020129856.tif 000007
【図６】
2020129856.tif 000008
【図７】
2020129856.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】令和2年6月24日(2020.6.24)
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次巻線としての送電線に取り付け可能な磁性コアと、
前記磁性コアに巻回された二次巻線としての発電コイルと、
前記磁性コアに巻回された三次巻線としての減磁コイルと、
前記送電線に電流が流れることで前記磁性コアに発生する磁束の向きと逆向きの磁束が発生するように前記減磁コイルを駆動する磁束低減部とを備えることを特徴とするカレントトランス。
【請求項２】
前記磁束低減部は、
前記減磁コイルに接続された複数の接点を有するスイッチ回路と、
前記送電線に電流が流れることで前記磁性コアに発生する磁束に対応する前記発電コイルの端子間電圧が閾値を超えたとき、前記端子間電圧が大きいほど前記磁性コアに流れる磁束を減磁する効果が大きくなるように、前記スイッチ回路を切り替えて前記減磁コイルの有効ターン数を制御するスイッチ制御部を含む、請求項１に記載のカレントトランス。
【請求項３】
前記減圧コイルは、少なくとも一つの中間タップを有し、
前記スイッチ回路は、前記発電コイルの端子間電圧が閾値を超えたとき、前記端子間電圧が大きいほど前記端子間電圧を減圧する効果が大きくなるように、前記減圧コイルの一端及び前記中間タップからいずれか一つを選択して前記発電コイルに接続する、請求項２に記載のカレントトランス。
【請求項４】
前記送電線に流れる電流の大きさに対する前記発電コイルの出力電圧はヒステリシス特性を有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のカレントトランス。
【請求項５】
前記磁束低減部は、
前記送電線に電流が流れることで前記磁性コアに発生する磁束に対応する前記発電コイルの端子間電圧が閾値を超えたとき、前記端子間電圧が大きいほど前記磁性コアに流れる磁束を減磁する効果が大きくなるように、前記減磁コイルに流れる電流の大きさを制御する電流制御部を含む、請求項１に記載のカレントトランス。
【請求項６】
前記磁束低減部は、
前記送電線に電流が流れることで前記磁性コアに発生する磁束に対応する前記発電コイルの端子間電圧を検出する電圧検出部と、
前記発電コイルの端子間電圧が閾値を超えたとき、前記端子間電圧が大きいほど前記磁性コアに流れる磁束を減磁する効果が大きくなるように、前記減磁コイルに流れる電流の位相を制御する位相制御部を含む、請求項１に記載のカレントトランス。
【請求項７】
前記減磁コイルは、前記発電コイルと同一方向に巻回されており、
前記減磁コイルには、前記送電線に電流が流れることで前記磁性コアに発生する磁束の向きと逆向きの磁束を発生させる電圧が印加される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のカレントトランス。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載のカレントトランスと、
前記カレントトランスに接続された電源回路とを備えることを特徴とする電磁誘導型発電装置。