(57)【要約】【課題】電源コードが不要で、電池の交換などのメンテナンス作業も行うことなく、効率よく駆動用電力が得られる電源装置を実現すること。【解決手段】時間変動する磁束に関連した誘導起電力を出力するように構成された複数の磁束検出素子を磁束発生体の近傍に設け、これら複数の磁束検出素子の誘導起電力をエネルギー源とすることを特徴とする電源装置である。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間変動する磁束に関連した誘導起電力を出力するように構成された複数の磁束検出素子を磁束発生体の近傍に設け、これら複数の磁束検出素子の誘導起電力をエネルギー源とすることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記磁束検出素子は、互いに直交するコアにそれぞれコイルが巻き付けられた２軸コイルを含むことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記複数の磁束検出素子は、前記磁束発生体が発生する磁束の方向に対して水平な平面上に配列されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記複数の磁束検出素子は紐状に連結され、前記磁束発生体の外周に巻き付けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源装置。
【請求項５】
前記電源装置は、
前記磁束検出素子の誘導起電力を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力を平滑するコンデンサと、
前記コンデンサの出力に基づき安定した電力を発生する安定化回路、
とを含むことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置に関し、詳しくは、電源コードを介することなく非接触で給電を行うことができ、メンテナンスも不要な電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力を駆動源とする電気機器に電力を供給する方法としては、電池あるいは商用電源と電気機器とを電源コードを介して接続することが一般に行われている。
【０００３】
ところが、電池による電力供給の場合は、蓄電された電気エネルギーを放電した後は、電池の交換や充電が必要である。したがって、定期的なメンテナンスが必要であるだけでなく、設置場所も制約されることになる。
【０００４】
そして、商用電源に電源コードを接続して電力供給を行う場合には、電気機器を電源コンセントの近くに設置するという設置場所の制約や、電源コンセント設置などの電源工事を行う必要がある。
【０００５】
これら電源コードを用いることに起因する不都合を解決する給電方法として、特許文献１に記載されているように、たとえば無線通信装置において、受信電波のエネルギーを電源エネルギーとして使用することも提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１３４９８１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、受信電波のエネルギーを電源エネルギーとして使用するのにあたっては、大きなエネルギーを取り込むためには、受信アンテナの形状を大きくする必要がある。
【０００８】
また、十分な電力を取り込むためには、長時間の受信が必要であり、その間は送信が行えないという不都合が生じる。
【０００９】
本発明は、これらの課題を解決するものであって、その目的は、電源コードを介することなく非接触で、電池の交換などのメンテナンス作業も行うことなく、効率よく駆動用電力が得られる電源装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
時間変動する磁束に関連した誘導起電力を出力するように構成された複数の磁束検出素子を磁束発生体の近傍に設け、これら複数の磁束検出素子の誘導起電力をエネルギー源とすることを特徴とする電源装置である。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１記載の電源装置において、
前記磁束検出素子は、互いに直交するコアにそれぞれコイルが巻き付けられた２軸コイルを含むことを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の電源装置において、
前記複数の磁束検出素子は、前記磁束発生体が発生する磁束の方向に対して水平な平面上に配列されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１または請求項２に記載の電源装置において、
前記複数の磁束検出素子は紐状に連結され、前記磁束発生体の外周に巻き付けられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１に記載の電源装置において、
前記電源装置は、
前記磁束検出素子の誘導起電力を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力を平滑するコンデンサと、
前記コンデンサの出力に基づき安定した電力を発生する安定化回路、
とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
これらにより、電源コードを介することなく非接触で、電池の交換などのメンテナンス作業も行うことなく、効率よく駆動用電力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明で用いる磁束検出素子の具体例を示す構成説明図である。
【図２】１個の２軸コイルＢＣを用いた電源回路の具体例図である。
【図３】複数の２軸コイルＢＣを用いた具体的な構成例を示す構成説明図である。
【図４】図３の構成における磁束方向の説明図である。
【図５】図４の各コイルにおける磁束の方向と出力電圧の関係を示す説明図である。
【図６】本発明の他の実施例を示す構成説明図である。
【図７】本発明の他の実施例を示す構成説明図である。
【図８】本発明に基づく電源装置を用いたセンサ端末の構成例図である。
【図９】本発明に基づく電源装置を用いたアクチュエータ端末の構成例図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明で用いる磁束検出素子の具体例を示す構成説明図であって、（Ａ）は２軸コイルＢＣの例を示し、（Ｂ）は３軸コイルＴＣの例を示している。
【００１８】
図１（Ａ）において、互いに直交するコア１ａ、１ｂにはそれぞれコイル２ａ、２ｂが巻き付けられていて、コイル２ａから電圧Ｖ１が出力され、コイル２ａから電圧Ｖ2が出力される。２軸コイルＢＣは、磁束発生体から発生する磁束が、２軸コイルＢＣの２軸を含む平面上を貫く場合を検出するのに好適である。
【００１９】
図１（Ｂ）において、互いに直交するコア１ａ、１ｂ、１ｃにはそれぞれコイル２ａ、２ｂ、２ｃが巻き付けられていて、コイル２ａから電圧Ｖ１が出力され、コイル２ａから電圧Ｖ2が出力され、コイル２ｃから電圧Ｖ3が出力される。３軸コイルＴＣは、磁束発生体から発生する磁束が、任意の方向を向いている場合を検出するのに好適である。
【００２０】
これら２軸コイルＢＣおよび３軸コイルＴＣは、たとえばマイクロ加工技術により外形寸法を１ｍｍ＊１ｍｍ＊１ｍｍ程度の小型部品として構成することができる。
【００２１】
図２は、１個の２軸コイルＢＣを用いた電源回路の具体例図である。２軸コイルＢＣのそれぞれのコイル２ａ、２ｂには、各コイル２ａ、２ｂに発生した起電力を整流する整流回路３ａ、３ｂが接続されている。これら整流回路３ａ、３ｂには、各整流回路３ａ、３ｂの出力を平滑するコンデンサ４ａ、４ｂが接続されている。これらコンデンサ４ａ、４ｂには、各コンデンサ４ａ、４ｂの出力に基づき安定した電力を発生する安定化回路５ａ、５ｂが接続されている。これら安定化回路５ａ、５ｂの出力は、並列接続されている。
【００２２】
図３は、複数の２軸コイルＢＣを用いた具体的な構成例を示す構成説明図である。図３において、２線ケーブル６は２本の導線７ａ、７ｂが平行状態で絶縁被覆されたものである。２線ケーブル６をたとえば商用電源の配線に用いることにより、これら２本の導線７ａ、７ｂには交流電流が流れるとともに、絶縁被覆の外周近傍にも時間変動する磁束が発生する。
【００２３】
複数の２軸コイルＢＣは、２線ケーブル６から発生する磁束の方向に対して水平であって２本の導線７ａ、７ｂに対して垂直な平面になる基板８上に、２線ケーブル６を囲むようにして配列される。なお、これら各２軸コイルＢＣには、それぞれ図２に示すような回路部品が接続されているが図示しない。
【００２４】
図４は、図３の構成で用いられる２線ケーブル６の２本の導線７ａ、７ｂの周辺における磁束方向の説明図である。図４に示すように、複数の２軸コイルＢＣには、それぞれの配置位置に応じて、それぞれ異なった方向の磁束ＦＬＸが貫通する。
【００２５】
図５は、図４に配置されている２軸コイルＢＣａ〜ＢＣｃのそれぞれの配置位置における磁束の方向と出力電圧の関係を示す説明図である。ファラデーの電磁誘導の法則により、各コイルに生じる誘導起電力Ｖｎは、コイルを貫く磁束φの単位時間当たりの変化に比例する。
【００２６】
ここで、２軸コイルＢＣａ〜ＢＣｃそれぞれのコイルの巻き数をｎとすると、各コイルに生じる誘導起電力Ｖｎは以下のように表すことができる。
【００２７】
＜２軸コイルＢＣａ＞
【００２８】
2013021783.tif 000003
【００２９】
2013021783.tif 000004
【００３０】
＜２軸コイルＢＣｂ＞
【００３１】
2013021783.tif 000005
【００３２】
2013021783.tif 000006
【００３３】
＜２軸コイルＢＣｃ＞
【００３４】
2013021783.tif 000007
【００３５】
2013021783.tif 000008
【００３６】
このように２軸コイルＢＣａ〜ＢＣｃの位置に応じて磁束φの方向が異なるが、図２の２軸コイルＢＣ１個で構成された具体例でも説明したように、平面上のいかなる方向の磁束であっても、周囲の磁束が時間変動するときに、直交する２軸のコイル２ａ、２ｂの出力を合成することにより、無駄なく、効率よく、電気エネルギーに変換することができる。
【００３７】
時間変動する周囲の磁束を、互いに直交するコアにそれぞれコイルが巻き付けられた２軸コイルを含む磁束検出素子で検出して電気エネルギーに変換できるので、電池や商用電源から電力供給を受ける場合のような電源コードの接続は不要になる。
【００３８】
複数の磁束検出素子を磁束発生体の近傍に設けることにより、磁束発生体の周囲における磁束の方向が平面上のどのような方向であっても、磁束検出素子のコイルにより無駄なく、効率よく、電気エネルギーに変換することができる。
【００３９】
磁束検出素子のコイル取り付けにあたり、高度の位置精度は不要であり、効率よく取り付け作業を行える。
【００４０】
また、磁束検出素子の検出電圧は一旦コンデンサに蓄えられるので、周囲の磁束が途切れた場合でも、電気エネルギーを連続的に出力することができる。
【００４１】
図６は、本発明の他の実施例を示す構成説明図である。図６の実施例では、ＭＥＭＳや半導体技術を用いて基板８上に多数の微小な２軸コイルＢＣを２次元アレイ状に形成配列するとともに、基板８の中央部分に２線ケーブル６を貫通させるための窓部８１を設けている。
【００４２】
図６の構成によれば、図３の基板よりも広い範囲に多数の２軸コイルＢＣが形成配列されているので、周囲の磁束をさらに無駄なく電気エネルギーに変換できる。
【００４３】
図７も、本発明の他の実施例を示す構成説明図である。図７の実施例では、磁束発生体である単線ケーブル９の磁束を検出する場合を示している。この場合、単線ケーブル９は導線１０が１本のみであることから、発生する磁束の方向は比較的単純である。したがって、２軸コイルＢＣの１軸を省略した１軸コイル構成としてもよい。図７において、コア１ａは単線ケーブル９の外周を取り巻くようにリング状に形成されていて、コア１ａの一部にコイル２ａが巻きつけられている。
【００４４】
なお、図示しないが、複数の磁束検出素子を紐状に連結して磁束発生体の外周に巻きつけるようにしてもよい。
【００４５】
本発明に基づく電源装置を用いることにより、電池交換などのメンテナンスが不要で、商用電源からの電源コードの接続による電力供給も不要なリモート端末を実現できる。
【００４６】
図８は、センサ端末の構成例を示している。本発明に基づく電源装置１００は、電源装置１００の近傍に敷設されている電源ケーブル２００を磁束供給源として、センサ３００および通信部４００に供給すべき駆動電力を生成する。
【００４７】
センサ３００としては、温度、磁界、流量、電流、湿度、空気成分、塵埃など、たとえば石油・化学・薬品・発電・上下水道などの各種プラントやオフィスなどにおける各種の物理量を電気信号として測定するものがある。センサ３００は、測定信号を通信部４００に出力する。なお、図には示していないが、電源装置１００の出力側に、コンデンサや２次電池で構成される蓄電装置を接続することにより、周囲の磁束が途切れた場合でも、長時間にわたり電気エネルギーを連続的に出力することができる。
【００４８】
通信部４００は、センサ３００が測定した測定信号を外部に送信出力する。通信部４００としては、無線通信、光通信、あるいは本発明の電源装置における磁束供給源となる電源ケーブル２００に高周波信号を重畳させてもよい。
【００４９】
図９はアクチュエータ端末の構成例であり、図８と共通する部分には同一の符号を付けている。電源装置１００は、電源装置１００の近傍に敷設されている電源ケーブル２００を磁束供給源として、アクチュエータ５００および通信部４００に供給すべき駆動電力を生成する。なお、図には示していないが、電源装置１００の出力側に、コンデンサや２次電池で構成される蓄電装置を接続することにより、周囲の磁束が途切れた場合でも、長時間にわたり電気エネルギーを連続的に出力することができる。
【００５０】
通信部４００は、外部から入力されるアクチュエータ５００を駆動するための制御信号を受信し、アクチュエータ５００に出力する。
【００５１】
アクチュエータ５００としては、たとえば石油・化学・薬品・発電・上下水道などの各種プラントやオフィスなどを構成するスイッチやバルブなどがある。
【００５２】
以上説明したように、本発明によれば、電源コードを介することなく非接触で、電池の交換などのメンテナンス作業も行うことなく、効率よく駆動用電力が得られる電源装置を実現することができ、石油・化学・薬品・発電・上下水道などの各種プラントやオフィスなどにおけるリモート端末の電源装置に好適である。
【符号の説明】
【００５３】
１ａ、１ｂ  コア
２ａ、２ｂ  コイル
３ａ、３ｂ  整流回路
４ａ、４ｂ  コンデンサ
５ａ、５ｂ  安定化回路
６  ２線ケーブル
７ａ、７ｂ  導線
８  基板
９  単線ケーブル
１０  導線
ＢＣ  ２軸コイル
ＴＣ  ３軸コイル
１００  電源装置
２００  電源ケーブル
３００  センサ
４００  通信部
【図８】
2013021783.tif 000009
【図９】
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【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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