(57)【要約】【課題】  本発明は、非接触で電力と信号の両方を伝送するシステムに関し、磁気コアを貫通する伝送線から非接触状態で、電力と信号とを得る事ができる電子回路を設けることによって、伝送線に対し任意の数の電子回路を設置することのできるシステムを提供しようとするものである。【解決手段】  本発明は以上の点に着目し、１本の伝送線２に互いに周波数の異なる電力伝送用交流と、信号のキャリアとなるキャリア交流とマスター１から流し、この伝送線が貫通するスレーブ３、４の環状のコア６，７に２次巻線８を有する電子回路を設ける事によって、伝送線２を介して電力と信号とを非接触で送ることのできるようにした。【選択図】図１
2015061314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の環状磁気コアとそれを貫通し他の部分と非接触状態の伝送線から構成され、導体を介して前記磁気コアの発生する磁束から起電力を得る２次巻き線から電力を供給される電子回路を有し、前記電子回路に前記伝送線と磁気結合を介して電力および信号伝送を双方向的に行うようにし、電力の伝送を貫通する伝送線を直接駆動することにより実現したことを特徴とする非接触電力・信号伝送システム。
【請求項２】
電力供給を貫通する非接触状態の伝送線をトランスの２次巻き線として、トランス結合で供給する事を特徴とする請求項１記載の非接触電力・信号伝送システム
【請求項３】
電力供給と信号伝送を行う非接触状態の伝送線を並列に形成し、おのおのの磁気コアの２次巻き線に設置された電子回路に対して、電力および信号伝送を伝送線と磁気結合を介して双方向的に行うことを特徴とする請求項１記載の非接触電力・信号伝送システム。
【請求項４】
貫通する非接触状態の伝送線としてリッツ線を使用することにより周波数特性を改善したことを特徴とする請求項１記載の非接触電力・信号伝送システム。
【請求項５】
磁気コアの２次巻き線に接続された電子回路に信号伝送する伝送方式としてにスペクトラム拡散方式を使用することを特徴とする請求項１記載の非接触電力・信号伝送システム。
【請求項６】
前記システムを筒状のパイプ内に設置し、おのおののユニットに、温度、圧力、方位、傾斜などを検出するセンサを複数セット設置し各ユニットのデータを信号処理することで、地盤の滑りなどの予知するシステムを構成したことを特長とする非接触電力・信号伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、非接触で電力と信号の両方を伝送するシステムに関し、磁気コアを貫通する伝送線から非接触状態で、電力と信号とを得る事ができる電子回路を設けることによって、伝送線に対し任意の数の電子回路を設置することのできるシステムを得る事を図るものである。
【背景技術】
【０００２】  従来より、電力と信号とを非接触状態で、本体から供給されるものがあった。例えば集積回路（以下「ＩＣ」と書く）を有するＩＣカードでは、内部のＩＣが動作するための電力を受けながら、カード内部のＩＣと本体との間でデータの送受を行うようになっているものがある。このような物の例としてフェリカ・カードと言われるＩＣカードが普及している。【０００３】  このようなものは取り扱う電力も小さく、また常時接続するものではないため、例えば計測装置に用いることができないという問題がある。ある程度の電力を伝え、かつ信号も伝えることのできる技術として、特許文献１に開示されたものがある。【０００４】  特許文献１に開示されたものは、磁気透過率の互いに異なる部分を有するコアに、電力伝送用のコイルと、信号伝送用のコイルを設け、非接触で電力の供給と信号の送受信をするようにしている。【０００５】  しかしながら、特許文献１に開示された物は、１つの電力供給伝送線に、複数の電力被供給電子回路を接続するのは容易ではない。なぜなら、電力供給伝送線にコイルを接続する必要があり、接続される電子回路の数を増減させるには、電力供給伝送線を切断して、コイルの接続を行う必要が生じる。本発明は、このような問題がなく、電力供給伝送線を環状のコアに挿入し貫通させるだけで、電力の供給と信号の送受信を行うことができるものである。
【先行技術文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２６４４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  上記の説明のとおり特許文献１に開示された従来の非接触電力・信号伝送システムは、コアに巻かれたコイルを直接、電力供給伝送線に接続する必要があり、水が掛かる可能性がある場所やじん埃の多い場所で使用するには問題の多いものであった。また電力の供給を行う伝送線と、信号の送受を行う信号線との両方を設ける必要があり、配線が容易でない場所で使用するのも問題であった。【０００８】  この対策として、電力の供給を行う伝送線や信号の送受を行う信号線と、電子回路との間を非接触状態で接続する事が求められる。また電力の供給を行う伝送線と信号の送受を行う信号線とを１本の伝送線にして、設置現場での作業をより容易にする事が求められる。【０００９】  本発明は以上の点に着目し、１本の伝送線に互いに周波数の異なる電力伝送用交流と、信号のキャリアとなるキャリア交流とを流し、この伝送線が貫通する環状のコアに２次巻線を有する電子回路を設ける事によって、伝送線を介して電力と信号とを非接触で送ることのできる非接触電力・信号伝送システムを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  以上の課題を解決するため、本発明の非接触電力・信号伝送システムは複数の環状磁気コアとそれを貫通し他の部分に対し非接触状態である伝送線から構成され、導体を介して磁気コアの発生する磁束から起電力を得る２次巻き線から電力を供給される電子回路を有し、電子回路に前記伝送線と磁気結合を介して電力および信号伝送を双方向的に行うようにし、電力の伝送を貫通する伝送線を直接駆動することにより実現する事によって、電力と信号とを非接触状態で伝送可能にした。
【発明の効果】
【００１１】  本発明の非接触電力・信号伝送システムは、例えば長い管の中に種々のセンサ及びそれを制御する電子回路を挿入して、管の傾斜や温度などを測定する場合に、センサや電子回路の管内への設置が容易となる。【００１２】  つまり本発明の非接触電力・信号伝送システムは、環状の磁気コアを有し、そのコアに電力の供給を受ける受電コイルと、信号の送受を行う信号コイルとを設けている。このため、環状のコアの中心に伝送線を挿入することによって、伝送線を介して非接触で電力の供給及び信号の送受を行うことができる。【００１３】  例えば地震の予測などのために、地中に管を打ち込み、その管の中に傾斜センサや振動センサや温度センサなどを挿入する場合、地中の打ち込んだ管の中に地下水などが浸入する可能性がある。このような場合に本発明の非接触電力・信号伝送システムであると、電力の供給や信号の送受を非接触で行えるため、電子回路を防水しておけば地下水の浸入も問題がない。【００１４】  さらに本発明の非接触電力・信号伝送システムは、１本の伝送線に対し、任意の数の電子回路を接続することができ、状況に合わせて接続される電子回路の数も増減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】  本発明の非接触電力・信号伝送システム実施例の原理を示す接続図である。
【図２】  本発明の非接触電力・信号伝送システムの要部を示す斜視図である。
【図３】  伝送線として銅撚線を使った場合の特性図である。
【図４】  伝送線としてリッツ線を使った場合の特性図である。
【図５】  本発明の非接触電力・信号伝送システムの他の実施例の原理を示す接続図である。
【図６】  本発明の非接触電力・信号伝送システムのさらに他の実施例の原理を示す接続図である。
【図７】  本発明の非接触電力・信号伝送システムを地震予測装置に応用した場合の接続図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】  本発明の請求項１に記載の発明は、複数の環状磁気コアとそれを貫通し他の部分に対し非接触状態である伝送線から構成され、導体を介して前記磁気コアの発生する磁束から起電力を得る２次巻き線から電力を供給される電子回路を有し、前記電子回路に前記伝送線と磁気結合を介して電力および信号伝送を双方向的に行うようにし、電力の伝送を貫通する伝送線を直接駆動することにより実現する事によって、電力と信号とを非接触状態で伝送可能な非接触電力・信号伝送システムを得ることができる。
【実施例１】
【００１７】  以下本発明の非接触電力・信号伝送システムの実施例について図に沿って詳細に説明する。図１は本発明の非接触電力・信号伝送システムの原理を示す接続図である。１マスターであり、伝送線２を介してスレーブ３〜Ｎ（この実施例では、各スレーブをセンサ「Ｓｅｎｓｏｒ」としている）に対して電力の供給と信号の送受を行う。【００１８】  マスター１も各Ｓｅｎｓｏｒ３〜Ｎは全て環状のコア５〜７を有している。そして伝送線２は、各環状のコア５〜７の中を貫通している。各環状のコア５〜７の詳細は図２に示すとおりである。各環状のコア５〜７は２次コイル８を有している。マスター１の２次コイルは交流電源回路（後述する）に接続され、各Ｓｅｎｓｏｒ３〜Ｎは全て環状のコア５〜７の２次コイルは電子回路（後述する）に接続されている。【００１９】  以上のように全体として、１つのマスターコアから、他のスレーブコアに、１ターン・ループ・トランスを構成し、各モジュールに信号と電力を供給する構成である。以下これを「１線式電力・信号伝送方式」と呼ぶ。ここでこの装置を地震の検知装置に応用する場合は、地中深くに各スレーブを設置する必要があり、１ターン・ループの全長は３０ｍにも達する。【００２０】  各スレーブの環状のコアは、地中に打ち込まれる管に挿入される物であり、できるだけ小さい方が望ましい。よって、環状のコアは数ｃｍの長さで構成される。よって、全体として大きな漏洩磁束が発生するトランスとなる。漏洩磁束は電力と信号の伝送効率を著しく減少させるため、最小とする事が必須である。漏洩磁束＝伝送路長／磁束密度／コア長で表される。解決方法としては磁束密度を大きく、コア長を長くする事が必要である。今、漏洩磁束１０％を目標とすると、透磁率＞１００００とすると、コア長＞３ｃｍが必要となってくる。【００２１】  環状のコアとして、次のように選定する。透磁率＞１００００のコアとしては日立金属株式会社製のファインメット（商品名）が最も適している。その次の候補としてＭｎ−Ｚｎコアがある。ファインメットは金属コアで、Ｍｎ−Ｚｎコアはフェライトコアであるので、一般にファインメットのほうが高価となり、コスト比は１０倍の差がある。従って、性能／コスト比での選択が重要である。ファインメット（ＦＴ−３ＫＬ）とＭｎ−Ｚｎコア（Ｔ３８）のインピーダンス特性を調査した結果、本発明の実施には実質的に同一特性であることが判明したため、本発明の実施にはＭｎ−Ｚｎコアを用いる。【００２２】  マスター１の２次コイルに接続された交流電源回路は、例えば周波数１００ＫＨｚ〜４００ＫＨｚの発振器の出力をアンプで増幅した物を用いる事ができる。この交流電源回路からの電力を効率よく各スレーブの２次コイルに伝えるために、伝送線の選択を行った。【００２３】  伝送線として、銅撚線（６５／０．２５）とリッツ線（６００／０．０４）とのインピーダンス特性を調べた。その結果を図３及び図４に示す。リッツ線は同撚線の１／４の低インピーダンス特性を示した。これは５ｍの長さで試験した結果なので３０ｍの長さになると倍（３０ｍ／５ｍ）となる。つまり３０ｍであると、銅撚線であるとインピーダンスが２．９オームとなり、リッツ線では１．２３���ームとなる。ここで、例えば伝送線に１．５Ａｒｍｓの電流が流れるとすると、両者の電圧降下差は約２Ｖである。さらにこの実験で使用した銅撚線とリッツ線の断面積が４倍差があったので、リッツ線は低インピーダンスであり、長い管路内に挿入するのに適している。【００２４】  以上の実施例ではマスター１も伝送線２に対して非接触としたが、図５に示すようにマスター１は伝送線２に直接接続することも可能である。この場合はマスター１の伝送線２への接続点の防水が必要であるが、効率が良くなる。【００２５】  またさらに図６に示すように、マスター１に対して１つのスレーブ３を１つのループ状の伝送線２で連結し、スレーブ３に対して他のスレーブ４を他のループ状の伝送線で連結する事も可能である。この場合も伝送線２に対して各スレーブは非接触状態で接続される。またスレーブの数の増減が容易である。【００２６】  次に以上の全ての実施例共通のデータの伝送について説明する。伝送線２には電力と信号との両方を流すため、電力線通信（「Ｐｏｗｅｒ  ｌｉｎｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ」或いは「Ｐｏｗｅｒ  ｌｉｎｅ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ」と呼ばれる）を採用する。本発明の実施例では、１００ＫＨｚ〜４００ＫＨｚの帯域でスペクトラム拡散通信を用いる。このようなＰＬＣ或いはＰＬＴの技術は１チップＩＣが市販されており、容易に実現できる。【００２７】  以上の本発明の非接触電力・信号伝送システムを地震の予測システムに応用した場合の例を図７に示す。マスター１は地表に設置し、スレーブ２〜ｎは地中に設置する。各スレーブには傾斜センサや振動センサを設け、常に地中の特定の場所の傾斜や振動を計測し、マスター１にデーター・ロガーを設けておくと、長期間のデータの収集が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】  本発明の非接触電力・信号伝送システムは、以上のように地中などに設置する装置に対し、電力の供給とデータの送受とを非接触状態で行う事ができるため、信頼性を高くすることができる。
【符号の説明】
【００２９】１            マスター
２            伝送線
３、４        スレーブ
５，６，７    環状のコア
【図１】
2015061314.tif 000003
【図２】
2015061314.tif 000004
【図３】
2015061314.tif 000005
【図４】
2015061314.tif 000006
【図５】
2015061314.tif 000007
【図６】
2015061314.tif 000008
【図７】
2015061314.tif 000009