(57)【要約】【課題】受電装置の設置位置制限を緩和した電力伝送装置を提供する。【解決手段】交流電源１０１と、交流電源１０１から出力された電力が入力される入力端１０４、及び、出力端１０７を有し、電力を伝送する伝送線路１０３と、伝送線路１０３の出力端１０７に接続され、伝送線路１０３とインピーダンス整合しており、伝送線路１０３の出力端１０７まで伝送された電力を回収する電力回生装置１０８と、を有する送電装置と、伝送線路１０３から漏洩する電界または磁界を介して、結合器１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃにより非接触で電力を受電する受電装置１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃとを有する電力伝送装置。【選択図】図１
2013162625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と、
前記交流電源から出力された電力が入力される入力端、及び、出力端を有し、前記電力を伝送する伝送線路と、
前記伝送線路の前記出力端に接続され、前記伝送線路とインピーダンス整合しており、前記伝送線路の前記出力端まで伝送された前記電力を回収する電力回生装置と、
を有する送電装置と、
前記伝送線路から漏洩する電界または磁界を介して、結合器により非接触で電力を受電する受電装置と、
を有する電力伝送装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力伝送装置において、
前記交流電源は、入力された直流電力から交流電力を発生させる交流電源であり、
前記電力回生装置は、少なくとも整流装置を含み、
前記整流装置の入力端子は、前記伝送線路の前記出力端に接続され、
前記整流装置の出力端子は、前記交流電源の入力端子に接続されていることを特徴とする電力伝送装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力伝送装置において、
前記電力回生装置は、少なくとも２つの入力端子、及び、少なくとも１つの出力端子を有する合成器を有し、
前記合成器の第１の前記入力端子は、前記交流電源の出力端子と接続し、
前記合成器の第２の前記入力端子は、前記伝送線路の前記出力端と接続し、
前記合成器の前記出力端子は、前記伝送線路の前記入力端と接続している電力伝送装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電力伝送装置において、
前記送電装置は、さらに、
前記交流電源の前記出力端子と前記合成器の前記第１の入力端子の間、または、前記伝送線路の前記出力端と前記合成器の前記第２の入力端子の間の少なくとも一方に設けられた位相器を有する電力伝送装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の電力伝送装置において、
前記伝送線路の前記入力端と出力端を近接させ、前記交流電源と前記電力回生装置を近接配置した電力伝送装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電力伝送装置において、
前記交流電源と前記電力回生装置は、一筐体内に収納されている電力伝送装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の電力伝送装置において、
前記伝送線路は、等間隔で延在した２本の導線を備えた平行二線式伝送線路である電力伝送装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の送電装置。
【請求項９】
交流電源と、
前記交流電源から出力された電力が入力される入力端、及び、出力端を有し、前記電力を伝送する伝送線路と、
前記伝送線路の前記出力端に接続され、前記伝送線路とインピーダンス整合した電力回生装置と、
を有する送電装置の前記伝送線路から漏洩する電界または磁界を介して、受電装置が有する結合器により非接触で電力を受電するとともに、
前記伝送線路の前記出力端まで伝送された電力を、前記電力回生装置を利用して回収する電力伝送方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の電力伝送方法において、
前記電力回生装置を利用して回収した電力を、再び、前記伝送線路に入力する電力伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送電装置、電力伝送装置及び電力伝送方法に関し、特に送電装置に伝送線路を用いた非接触電力伝送装置および電力伝送方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
送電装置に伝送線路を用いた非接触電力伝送装置が以前から検討されている。
【０００３】
特許文献１（特開２００６−２７０７６４号公報）には、使用周波数に応じた定位置にスロットを設けた漏洩同軸ケーブルを用いる技術が開示されている。また、特許文献２（特開２０１１−０３０４１８号公報）には、コイルを線上に並べて振動磁界を発生させ電磁誘導により電力伝送する技術が開示されている。
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の技術の場合はスロット位置に依存して電力伝送可能な位置が決まり、特許文献２に記載の技術の場合は送電側コイル位置に依存して電力伝送可能な位置が決まるため、受電装置の設置位置に制限を生じるという問題があった。
【０００５】
一方、特許文献３（特開２０１１−０７２１７６号公報）、特許文献４（特開２００５−０４５３２６号公報）、特許文献５（特許第４２４１８４４号公報）、及び、特許文献６（特開２００８−２６９７９号公報）には、送電側伝送線路近傍に出来るエバネッセント波を受電側で受け取る技術が記載されている。これらの公報記載の技術においては、受電装置の設置位置制限を緩和する対策が施されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２７０７６４号公報
【特許文献２】特開２０１１−０３０４１８号公報
【特許文献３】特開２０１１−０７２１７６号公報
【特許文献４】特開２００５−０４５３２６号公報
【特許文献５】特許第４２４１８４４号公報
【特許文献６】特開２００８−２６９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献３、５及び６に開示の技術において、伝送線路上に受電装置が多数配置される場合、伝送線路を伝搬する電力が入力端に近い受電装置にのみ給電され、出力端に近い受電装置に届かないことを防ぐため、例えば受電装置側のインピーダンスを操作して、個々の受電装置が受け取る電力を制限する。したがって、出力端に近い受電装置まで十分に給電するため、電力はおおむね伝送線路出力端まで伝搬することとなる。
【０００８】
この際、伝送線路出力端で反射波を生じると、当該反射波と伝送線路出力端に向かう波とにより伝送線路中に定在波を生じ、その結果、伝送線路中に節を生じる。伝送線路上に節がある場合、その節の位置では受電装置が電力を取り出すことができないため、受電装置の設置位置に制限を生じる。
【０００９】
この受電装置の設置位置制限を緩和するため、前記公報記載の技術では、伝送線路の出力端を伝送線路とインピーダンス整合した終端抵抗で終端している。この構成により、伝送線路に進行波を伝搬させた際、伝送線路終端において反射波が発生することを抑制し、その結果、定在波の発生を抑制している。定在波の発生を抑制することにより、伝送線路上の節の発生も抑制できる。したがって、受電装置の設置位置制限を緩和することができる。
【００１０】
しかしながら開示の技術では、受電装置を通して使用されなかった電力はほぼ全て終端抵抗で熱として消費されてしまい、電力利用効率が悪い。ここで、「ほぼ全て」とは、伝送線路における減衰や放射、伝送線路近傍に設置された物体により吸収される電力などが存在し、それらを除いた全量という意味である。
【００１１】
また、特許文献４には、伝送線路に定在波が生じている場合においても受電装置位置に制限を生じない技術が記載されている。当該技術では、受電装置に電界結合器と磁界結合器を両方搭載し、どちらか一方の結合器を選択的に使用する。定在波を生じている場合、電界が腹の位置では磁界が節となり、電界が節の部分では磁界が腹となっているため、前者では電界結合器を、後者では磁界結合器を選択する。しかしながらこの方法では、２つの結合器とその制御装置を必要とし、受電装置の単価が高くなってしまい、多数の受電装置を配置するとシステムが極めて高くなってしまうという問題があった。
【００１２】
同様に、特許文献４に記載の技術の場合、同一種類の結合器を２か所所定の間隔で離して受電装置に設ける場合も、受電装置の単価が高くなってしまい、多数の受電装置を配置するとシステムが極めて高くなってしまうという問題があった。さらにこの場合には、特許文献４に記載の通り、波長により結合器の載置位置に制約を生じる、あるいは、受電装置のサイズが極めて大きくなるという問題があった。
【００１３】
また、同様に、特許文献４に記載の方向性結合器を用いて、定在波のうち進行波か反射波の一方のみを受信する場合も、電界結合器と磁界結合器のどちらか一方と方向性結合器の組み合わせが受電装置すべてに必要となり、受電装置の単価が高くなってしまい、多数の受電装置を配置するとシステムが極めて高くなってしまうという問題を生じる。さらにこの場合には、方向性結合器に波長依存性がある、あるいは方向性結合器のサイズは０．２５波長以上必要であって受電装置のサイズが極めて大きくなるという問題があった。
【００１４】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、受電装置の設置位置制限を緩和した電力伝送装置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】
【００１５】
本発明によれば、交流電源と、前記交流電源から出力された電力が入力される入力端、及び、出力端を有し、前記電力を伝送する伝送線路と、前記伝送線路の前記出力端に接続され、前記伝送線路とインピーダンス整合しており、前記伝送線路の前記出力端まで伝送された前記電力を回収する電力回生装置と、を有する送電装置が提供される。
【００１６】
また、本発明によれば、上記送電装置と、前記伝送線路から漏洩する電界または磁界を介して、結合器により非接触で電力を受電する受電装置と、
を有する電力伝送装置が提供される。
【００１７】
また、本発明によれば、交流電源と、前記交流電源から出力された電力が入力される入力端、及び、出力端を有し、前記電力を伝送する伝送線路と、前記伝送線路の前記出力端に接続され、前記伝送線路とインピーダンス整合した電力回生装置と、を有する送電装置の前記伝送線路から漏洩する電界または磁界を介して、受電装置が有する結合器により非接触で電力を受電するとともに、前記伝送線路の前記出力端まで伝送された電力を、前記電力回生装置を利用して回収する電力伝送方法が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、受電装置の設置位置制限を緩和できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第２の実施の形態に係る電力伝送装置の構成を模式的に示した図である。
【図２】本発明の第３の実施の形態に係る電力伝送装置の構成を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、必要に応じて図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施形態の電力伝送装置は、送電装置と、受電装置とを有する。
【００２２】
送電装置は、少なくとも、交流電源と、上記交流電源の出力を入力端に接続した伝送線路と、電力回生装置とを有する。電力回生装置は、上記伝送線路の出力端に接続される。そして、電力回生装置は、上記伝送線路とインピーダンス整合している。
【００２３】
受電装置は、上記伝送線路から漏洩する電界、または磁界を介して、結合器により非接触で電力を受電する。
【００２４】
上述のように、伝送線路の出力端に上記伝送線路とインピーダンス整合した電力回生装置を具備する本実施形態の電力伝送装置によれば、交流電源から伝送線路に供給された電力のうち、受電装置で消費されなかった未使用電力を、熱として消費するのでなく、電力回生装置で電力として回収することができる。
【００２５】
なお、本実施形態の上記構成は、受電装置に新たな工夫を加えることなく実現できるので、受電装置の単価を上げずに、また、受電装置の波長依存性を緩和した状態で使用することができる。
【００２６】
さらに、本実施形態の場合、電力回生装置は伝送線路とインピーダンス整合させているため、電力の波が伝送線路の出力端で反射することを抑制できる。このため、出力端に向かう波と、出力端で反射した波とにより定在波が形成される不都合を抑制することができる。結果、本実施形態の電力伝送装置によれば、受電装置の設置位置制限を緩和することができる。
【００２７】
なお、本実施形態の電力伝送装置は、電力回生装置により回生した電力を、交流電源を駆動する電力として用いることができる。
【００２８】
かかる場合、伝送線路の入力端と出力端の位置を近接させることで、上記入力端に接続する交流電源と、出力端に接続する上記電力回生装置を近接配置してもよい。このように、上記交流電源と上記電力回生装置を近接配置すれば、交流電源と電力回生装置間の配線が容易になる。したがって、電力回生装置により回生した電力を容易に交流電源を駆動する電力に加えて用いることができる。あるいは、伝送線路の出力端に接続された電力回生装置と伝送線路の入力端とを容易に接続できる。したがって、電力回生装置により回生した電力を容易に伝送線路の入力端に加えることができる。
【００２９】
また、本実施形態の電力伝送装置は、上記交流電源として、直流電力から交流電力を発生させる交流電源を採用することができる。そして、上記電力回生装置は、少なくとも整流装置を含み、上記整流装置の入力は、上記伝送線路の出力端に接続され、上記整流装置の出力は、上記交流電源の入力に接続することができる。
【００３０】
この構成の場合、伝送線路を伝送し、出力端に出力される未使用電力は、電力回生装置内部の整流装置に入力され、直流電力に変換される。この整流装置の出力は交流電源の入力に接続され、交流電源を駆動する電力の一部として使用される。すなわち、電力回生装置により回生した電力を、容易に交流電源を駆動する電力に加えて用いることができる。
【００３１】
また、本実施形態の電力伝送装置は、電力回生装置として、上記交流電源と上記伝送線路の間に、少なくとも２つの入力端子及び少なくとも１つの出力端子を有する合成器を配置することができる。そして、上記交流電源の出力端を上記合成器の１つの入力端（第１の入力端）に接続し、上記伝送線路の出力端を上記合成器の上記入力端子と異なる入力端子（第２の入力端）に接続し、上記合成器の出力端子を上記伝送線路の入力端に接続することができる。
【００３２】
この構成の場合、伝送線路を伝送し、伝送線路の出力端に出力される未使用電力は合成器に入力され、交流電源の出力と合成器で合成されて、伝送線路の入力端に再び入力される。すなわち、電力回生装置により回生した電力を容易に伝送線路の入力端に加えて用いることができる。
【００３３】
加えて、本実施形態の電力伝送装置は、電力伝送装置において、上記交流電源と上記合成器の間か、または上記伝送線路の出力端と上記合成器の間の、少なくとも一方、または両方に、移相器を設けることができる。
【００３４】
この構成の場合、伝送線路出力端から出力される未使用電力と、交流電源の出力の位相が一致していない場合でも、移相器を調整することにより、位相を合わせて合成器に入力でき、未使用電力を効率よく回生できる。
【００３５】
また、本実施形態の電力伝送装置は、伝送線路として、二本の導線を平行、且つ等間隔に絶縁体被覆などで保持した平行二線式伝送線路とすることができる。
【００３６】
同軸ケーブルなどと異なり、伝送線路として特に平行二線式伝送線路を用いることにより、伝送線路から漏洩する電界、または磁界が伝送線路近傍で大きく、それらの漏洩電磁界を介した非接触電力伝送を容易に行うことができる。
【００３７】
（第２の実施の形態）
図１は本発明の第２の実施の形態を説明する模式図である。
【００３８】
本実施の形態の電力伝送装置では、交流電源１０１は直流入力端子１０２ａと１０２ｂを有し、直流電力により駆動されて交流電力を出力する。出力された交流電力は、伝送線路１０３の入力端１０４に入力され、伝送線路１０３を伝搬する。伝送線路１０３を伝搬する電力は、伝送線路１０３の近傍に配置された受電装置１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ各々に、各々が備える結合器１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃを介して受電される（受電装置の数は設計的事項）。その後、未使用のまま（いずれの受電装置にも受電されないまま）伝送線路１０３の出力端１０７まで伝搬した電力は、電力回生装置１０８の整流装置１０９に入力され、整流される。
【００３９】
整流装置１０９は、整流した直流電力を端子１１０から出力する。端子１１０は配線１１１を介して交流電源１０１の直流入力端子１０２ｂに接続される。すなわち、交流電源１０１は、図示しない直流電源から配線１１２及び直流入力端子１０２ａを介して供給される直流電力と、電力回生装置１０８から配線１１１及び直流入力端子１０２ｂを介して供給される直流電力により駆動される。
【００４０】
ここで、伝送線路１０３と電力回生装置１０８はインピーダンス整合させているので、出力端１０７における反射電力は抑制される。したがって、入力端１０４から出力端１０７に向かう電力の波と、出力端１０７で反射して入力端１０４の方に向かう電力の波とにより定在波が形成される不都合を抑制することができる。結果、本実施形態の電力伝送装置によれば、受電装置の設置位置制限を緩和することができる。
【００４１】
伝送線路１０３に沿って配置される受電装置の順序（配列順）によらず、受電電力を適切な範囲に収めるため、受電装置１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃに同じ種類の装置を使用するならば、その受電電力は伝送線路１０３を伝搬する電力より、十分小さくすることが望ましい。その場合、出力端１０７に到達する電力は大きくなる。このような大きな電力を単に終端抵抗器で熱として消費してしまうと、電力利用効率は極めて低くなってしまう。本実施の形態では、この問題を解決するため、電力回生装置１０８の整流装置１０９で回収して、交流電源の駆動電源に加えることで電力利用効率の低下を抑制することができる。
【００４２】
この際、図１の通り、伝送線路１０３の入力端１０４と出力端１０７を近接させることにより、交流電源１０１と電力回生装置１０８を近接配置することが可能となる。結果、交流電源１０１と電力回生装置１０８間の配線が容易になる。さらには交流電源１０１と電力回生装置１０８を一筺体に収め、システムの小型化と、筺体個数の減少によるシステムの低価格化を図ることができる。ここで、近接とは８０ｃｍ以内のことを意味する。
【００４３】
また、本実施形態の受電装置１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃは、すでに存在するあらゆる受電装置をそのまま使用することができる。すなわち、本実施形態の受電装置１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃにおいては、特段新たな工夫を行う必要がない。このため、受電装置の単価を上げずに、受電装置の波長依存性を緩和した電力伝送装置を提供することができる。
【００４４】
伝送線路１０３は、２本線を図示しているように、フィーダー線など既存規格の平行二線式伝送線路を用いれば、伝送線路近傍の漏洩電磁界を容易に結合器でピックアップできる。同じく広く普及している同軸ケーブルと比較した場合、同軸ケーブルは信号線がシールドに覆われており、基本的に電磁界が漏洩しない構造となっているが、平行二線式伝送線路の場合、導体からなる平行２線を伝搬する電磁界がシールドされることなく線路近傍に漏洩しているからである。さらに交流電力を伝搬する伝送線路のうち、平行二線式伝送線路は、同軸ケーブルと比較して線路による電力の減衰が小さい。この広く普及している平行二線式伝送線路を使用すれば、線路そのものが低コストのため、システムも低コストで構築できる。
【００４５】
また、このように伝送線路から漏洩する電磁界を介して給電することにより、例えば平行二線式伝送線路の絶縁被覆を透過して受電装置１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃに給電できる。このため、給電時の感電やショートといった危険性の少ない電力伝送装置を提供できる。さらに非接触で給電できるため、受電装置と伝送線路が摩擦することや接触することによる摩耗や損傷などの劣化を防止することもできる。
【００４６】
なお、図示していないが、インピーダンス整合回路やアイソレータ、保護回路、制御回路などは必要に応じて適宜挿入される。また、交流電源１０１、電力回生装置１０８、配線１１２を介して交流電源１０１に直流電力を供給する直流電源を含め、必要に応じて装置は一つの筺体に収められる。
【００４７】
（第３の実施の形態）
図２は本発明の第３の実施の形態を説明する模式図である。
【００４８】
本実施の形態の電力伝送装置では、交流電源１０１の出力は電力回生装置１０８の入力端子２０１に接続される。電力回生装置１０８は少なくとも移相器２０２ａ、２０２ｂと、合成器２０３を含む。入力端子２０１から入力された電力は移相器２０２ａを通して合成器２０３から出力される。合成器２０３から出力された交流電力は、伝送線路１０３の入力端１０４に入力され、伝送線路１０３を伝搬する。伝送線路１０３を伝搬する電力は伝送線路１０３の近傍に配置された受電装置１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ各々に、各々が備える結合器１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄを介して受電される（受電装置の数は設計的事項）。その後、未使用のまま（いずれの受電装置にも受電されないまま）伝送線路１０３の出力端１０７まで伝搬した電力は、電力回生装置１０８に入力される。
【００４９】
入力された電力は移相器２０２ｂを通して合成器２０３に入力され、交流電源１０１の出力に重畳されて、伝送線路１０３の入力端１０４に入力される。移相器２０２ａと２０２ｂは、各々交流電源１０１の出力と伝送線路１０３の出力端１０７から出力される電力の位相を揃えるために設置されている。移相器２０２ａ、２０２ｂのいずれか一方がある場合、必ずしも他方は必要ではない。移相器を用いずに、伝送線路１０３の長さを調節することでも位相を揃えることはできるが、その場合、伝送線路１０３の長さが制限される。
【００５０】
ここで、伝送線路１０３と電力回生装置１０８はインピーダンス整合させているので、出力端１０７における反射電力は抑制される。したがって、入力端１０４から出力端１０７に向かう電力の波と、出力端１０７で反射して入力端１０４の方に向かう電力の波とにより定在波が形成される不都合を抑制することができる。結果、本実施形態の電力伝送装置によれば、受電装置の設置位置制限を緩和することができる。
【００５１】
伝送線路１０３に沿って配置される受電装置の順序（配列順）によらず、受電電力を適切な範囲に収めるため、受電装置１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄに同じ種類の装置を使用するならば、その受電電力は伝送線路１０３を伝搬する電力より、十分小さくすることが望ましい。その場合、出力端１０７に到達する未使用電力は大きくなる。このような大きな電力を単に終端抵抗器で熱として消費してしまうと、電力利用効率は極めて低くなってしまう。本実施の形態では、この問題を解決するため、電力回生装置１０８を通して回収して、交流電源の出力に重畳して再利用することにより電力利用効率の低下を抑制することができる。
【００５２】
また、本実施形態の受電装置１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄは、すでに存在するあらゆる受電装置をそのまま使用することができる。すなわち、本実施形態の受電装置１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄにおいては、特段新たな工夫を行う必要がない。このため、受電装置の単価を上げずに、受電装置の波長依存性を緩和した電力伝送装置を提供することができる。
【００５３】
なお、図示していないが、インピーダンス整合回路やアイソレータ、保護回路、制御回路などは必要に応じて適宜挿入される。また、交流電源１０１、電力回生装置１０８などの装置は、必要に応じて一つの筺体に収められる。
【００５４】
以上、本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態および実施例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【００５５】
１０１  交流電源
１０２ａ、１０２ｂ  直流入力端子
１０３  伝送線路
１０４  入力端
１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ  受電装置
１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄ  結合器
１０７  出力端
１０８  電力回生装置
１０９  整流装置
１１０  端子
１１１、１１２  配線
２０１  入力端子
２０２ａ、２０２ｂ  移相器
２０３  合成器
【図１】
2013162625.tif 000003
【図２】
2013162625.tif 000004