(57)【要約】【課題】コスト及び通信オーバーヘッドの増大を抑えながら、電力伝送の準備のための制御信号を送受信する。【解決手段】電力受信装置は、電力送信装置から有線伝送路を介して制御信号を受信する通信回路と、前記電力送信装置から前記有線伝送路を介して受電した変調電力を復調する復調回路と、前記制御信号が前記有線伝送路を伝搬した伝搬時間を測定し、前記伝搬時間に基づいて、前記復調回路が前記変調電力を当該変調電力の位相に同期して復調するように制御する、制御回路とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力送信装置から有線伝送路を介して制御信号を受信する通信回路と、
前記電力送信装置から前記有線伝送路を介して受電した変調電力を復調する復調回路と、
前記制御信号が前記有線伝送路を伝搬した伝搬時間を判定し、前記伝搬時間に基づいて、前記復調回路が前記変調電力を当該変調電力の位相に同期して復調するように制御する、制御回路とを備える、
電力受信装置。
【請求項２】
前記電力送信装置と前記電力受信装置は、前記電力送信装置と前記電力受信装置の時刻を同期させるための基準信号を受信し、
前記制御信号は、前記電力送信装置が前記基準信号を受信した時刻を基準として、前記電力送信装置が前記制御信号を送信した時刻を示す、第１の時刻情報を含み、
前記制御回路は、さらに、
前記電力受信装置が前記基準信号を受信した時刻を基準として、前記電力受信装置が前記制御信号を受信した時刻を示す、第２の時刻情報を取得し、
前記第１の時刻情報と前記第２の時刻情報とに基づいて前記伝搬時間を算出する、
請求項１に記載の電力受信装置。
【請求項３】
前記変調電力は、変調符号で符号変調された電力であり、
前記復調回路は、前記変調符号に対応する復調符号で前記変調電力を符号復調する、
請求項１又は２に記載の電力受信装置。
【請求項４】
前記復調符号は、直交符号を含む、
請求項３に記載の電力受信装置。
【請求項５】
前記復調回路は、４つの双方向スイッチ回路がフルブリッジ接続されたＨブリッジ回路である、
請求項３又は４に記載の電力受信装置。
【請求項６】
前記復調回路は、複数のスイッチを含み、
前記制御回路は、前記複数のスイッチをオンオフさせることにより、前記変調電力を符号復調させる、
請求項３又は４に記載の電力受信装置。
【請求項７】
前記制御回路は、さらに、前記制御信号のレベルに基づいて、前記有線伝送路が正常か異常かを判定する、
請求項１から６のいずれか一項に記載の電力受信装置。
【請求項８】
前記通信回路は、前記電力送信装置から有線伝送路を介して前記制御信号を受信した後に、前記有線伝送路を介して前記電力送信装置に肯定応答信号を送信する、
請求項１から７のいずれか一項に記載の電力受信装置。
【請求項９】
前記電力受信装置は、
前記通信回路から見た前記有線伝送路のインピーダンスを測定するインピーダンス測定回路と、
前記インピーダンスに基づいて、前記有線伝送路に対する前記復調回路及び前記通信回路のインピーダンスを整合させるインピーダンス整合回路とをさらに備える、
請求項１から８のいずれか一項に記載の電力受信装置。
【請求項１０】
前記制御信号の周波数は、前記変調電力の周波数と同じである、
請求項１から９のいずれか一項に記載の電力受信装置。
【請求項１１】
前記制御信号は、前記電力送信装置から一定間隔で送信される、
請求項１から１０のいずれか一項に記載の電力受信装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の電力受信装置を含む少なくとも１つの電力受信装置と、前記電力送信装置を含む少なくとも１つの電力送信装置とを備える、
電力伝送システム。
【請求項１３】
複数の電力受信装置と、複数の電力送信装置と、コントローラとを備える電力伝送システムであって、
前記コントローラは、
前記複数の電力送信装置の１つから前記複数の電力受信装置の１つに送信される信号の伝送損失を、前記複数の電力送信装置と前記複数の電力受信装置の組み合わせ毎に測定し、
測定された結果に基づいて、前記複数の電力送信装置と前記複数の電力受信装置の組み合わせから少なくとも１つを選択し、
選択された少なくとも１つの組み合わせのうちの１つは、請求項１から１１のいずれか一項に記載の前記電力受信装置及び前記電力送信装置との組み合わせである、
電力伝送システム。
【請求項１４】
電力受信装置から有線伝送路を介して制御信号を受信する通信回路と、
所定の電力を変調して、変調電力を前記電力受信装置に前記有線伝送路を介して送電する変調回路と、
前記制御信号が前記有線伝送路を伝搬した伝搬時間を測定し、前記伝搬時間に基づいて、前記変調電力の初期位相を決定する、制御回路とを備える、
電力送信装置。
【請求項１５】
前記変調回路は、所定の電力を変調符号で符号変調する、
請求項１４に記載の電力送信装置。
【請求項１６】
請求項１４又は１５に記載の電力送信装置を含む少なくとも１つの電力送信装置と、前記電力受信装置を含む少なくとも１つの電力受信装置とを備える、
電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、有線伝送路を介して電力を送信する電力送信装置と、有線伝送路を介して電力を受信する電力受信装置と、前記電力送信装置及び前記電力受信装置を備える電力伝送システムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力会社が提供する火力発電、水力発電、あるいは原子力発電等の商用の電力供給に加え、太陽光発電、風力発電、地熱発電といった自然エネルギーを活用した発電による電力供給が急激に増加しつつある。また、現在敷設されている大規模な商用電力網とは別に、遠距離送電による損失を軽減させることを目的とし、電力の地産地消を実現する局所的な小規模電力網が世界的に広がりつつある。
【０００３】
例えば特許文献１〜３は、電力送信装置及び電力受信装置を備える電力伝送システムを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５１９４４３５号公報
【特許文献２】特表２０１４−５０５４６０号公報
【特許文献３】特許第５２４９３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電力送信装置及び電力受信装置の間で実際に電力を伝送する場合、電力伝送の開始前に、電力伝送の準備のためのさまざまな制御信号を電力送信装置及び電力受信装置の間で送受信する必要がある。制御信号を送受信するために、追加の通信設備が必要になってコストが増大したり、通信オーバーヘッドが発生したりするという問題がある。通信オーバーヘッドが発生すると、電力を伝送可能な時間が減少する可能性がある。
【０００６】
本開示は、コスト及び通信オーバーヘッドの増大を抑えながら、電力伝送の準備のための制御信号を送受信することができる電力送信装置、電力受信装置、及び電力伝送システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様に係る電力受信装置は、電力送信装置から有線伝送路を介して制御信号を受信する通信回路と、前記電力送信装置から前記有線伝送路を介して受電した変調電力を復調する復調回路と、前記制御信号が前記有線伝送路を伝搬した伝搬時間を測定し、前記伝搬時間に基づいて、前記復調回路が前記変調電力を当該変調電力の位相に同期して復調するように制御する、制御回路とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の一態様に係る電力受信装置によれば、コスト及び通信オーバーヘッドの増大を抑えながら、電力伝送の準備のための制御信号を送受信することができる。
【０００９】
なお、これらの包括的又は具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、又は記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム、及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る電力伝送システムの構成例を示すブロック図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係る符号変調器の構成例を示すブロック図である。
【図３】図３は、第１の実施形態に係る符号復調器の構成例を示すブロック図である。
【図４】図４は、第１の実施形態に係る変調電流の信号波形例を示す波形図である。
【図５】図５は、比較例に係る通信システムの変調電流の信号波形例を示す波形図である。
【図６】図６は、第１の実施形態に係る符号変調回路及び符号復調回路の構成例を示す回路図である。
【図７Ａ】図７Ａは、第１の実施形態に係る発電電流の信号波形例を示す波形図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、第１の実施形態に係る変調電流の信号波形例を示す波形図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、第１の実施形態に係る復調電流の信号波形例を示す波形図である。
【図８】図８は、第１の実施形態の変形例１に係る符号変調回路の構成を示す回路図である。
【図９】図９は、第１の実施形態の変形例１に係る符号復調回路の構成を示す回路図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、第１の実施形態の変形例１に係る発電電流の信号波形例を示す波形図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、第１の実施形態の変形例１に係る変調電流の信号波形例を示す波形図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、第１の実施形態の変形例１に係る復調電流の信号波形例を示す波形図である。
【図１１】図１１は、第１の実施形態に係る符号変調器及び符号復調器のシーケンス図である。
【図１２】図１２は、第１の実施形態の変形例２に係る電力伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、第１の実施形態の変形例２に係る発電電流の信号波形例を示す波形図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、第１の実施形態の変形例２に係る発電電流の信号波形例を示す波形図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、第１の実施形態の変形例２に係る変調電流の信号波形例を示す波形図である。
【図１３Ｄ】図１３Ｄは、第１の実施形態の変形例２に係る復調電流の信号波形例を示す波形図である。
【図１３Ｅ】図１３Ｅは、第１の実施形態の変形例２に係る復調電流の信号波形例を示す波形図である。
【図１４】図１４は、第１の実施形態の変形例２に係る有線伝送路３の構成を示す図である。
【図１５】図１５は、第１の実施形態の変形例２に係る符号変調器及び符号復調器のシーケンス図である。
【図１６】図１６は、第１の実施形態の変形例３に係る電力伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図１７】図１７は、第１の実施形態の変形例３に係る符号変調器の構成を示すブロック図である。
【図１８】図１８は、第１の実施形態の変形例３に係る符号復調器の構成を示すブロック図である。
【図１９】図１９は、第２の実施形態に係る符号変調器の構成例を示すブロック図である。
【図２０】図２０は、第２の実施形態に係る符号復調器の構成例を示すブロック図である。
【図２１】図２１は、第２の実施形態に係るコントローラによる異常検出処理の一例を示すフローチャートである。
【図２２】図２２は、第２の実施形態に係る符号復調器による異常判定処理の一例を示すフローチャートである。
【図２３】図２３は、第２の実施形態に係るコントローラによる切断検出処理の一例を示すフローチャートである。
【図２４】図２４は、第２の実施形態に係る符号変調器による切断判定処理の一例を示すフローチャートである。
【図２５】図２５は、第２の実施形態に係るコントローラによる異常及び切断検出処理の一例を示すフローチャートである。
【図２６】図２６は、第２の実施形態の変形例に係るコントローラの構成を示すブロック図である。
【図２７】図２７は、第３の実施形態に係るコントローラによる経路決定処理の一例を示すフローチャートである。
【図２８】図２８は、第４の実施形態に係る符号変調器の構成例を示すブロック図である。
【図２９】図２９は、第４の実施形態に係る符号復調器の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（本開示の基礎となった知見）
本発明者らは、「背景技術」の欄において記載した電力伝送システムに関し、以下の問題が生じることを見いだした。
【００１２】
小規模電力網では、自然エネルギーを利用した発電機を使用し、負荷となる電気設備において高効率な電力回収をおこなうことで電力自給が可能になる。これは、砂漠のオアシス又は離島等の無電化地域の解消するための電力伝送システムとして期待が高い。
【００１３】
自然エネルギーの大半を占める太陽光発電では直流の電力が生成される。その一方で、風力及び地熱発電では交流の電力が生成される。これらの電力を負荷となる電気設備の動力として利用するために、電力の伝送手段が必要となる。現在は、発電機と負荷を有線伝送路（導体）により接続し、複数の有線伝送路が相互に接続された電力網を形成し、その中で電力を伝送している。１つの電力網内で直流の電力と交流の電力とを同時に伝送しようとすると、ぞれぞれの電力を伝送する配電設備が異なるので、電力網が非常に複雑になる。従って、電力の送電時には直流あるいは交流に揃える必要がある。
【００１４】
また、自然エネルギーを利用した発電機では、環境及び時間によって発電可能なエネルギーが変化する。負荷となる電気設備が必要とする電力も、その動作に応じて変化する。巨大な電力を蓄積するには膨大なコストがかかるので、電力網全体での発電量と消費量とが同じになるように制御することが必要になる。
【００１５】
また、複数の負荷がある場合には、負荷毎に必要となる電力が異なるので、負荷毎に必要な電力量を分配するような送電制御が必要になる。
【００１６】
更に、電力の売買をビジネスとして行う場合には、どの発電機からの電力が、どの電気設備に、どのくらい送電されたのかを認知する必要がある。
【００１７】
前述のように、電力送信装置及び電力受信装置の間で実際に電力を伝送する場合、電力伝送の開始前に、電力伝送の準備のためのさまざまな制御信号を電力送信装置及び電力受信装置の間で送受信する必要がある。電力伝送の準備には、例えば、以下の動作が含まれる。
・電力送信装置及び電力受信装置を互いに同期すること。
・有線伝送路の状態（異常、切断、インピーダンスなど）を検出すること。
・複数の電力送信装置及び複数の電力受信装置が存在する場合には、電力を伝送する電力送信装置及び電力受信装置の１つ又は複数の組み合わせを決定すること。
【００１８】
従来、これらの電力伝送の準備のための制御信号を送受信するために、追加の通信設備が必要になってコストが増大したり、通信オーバーヘッドが発生したりするという問題がある。
【００１９】
特許文献１は、電源供給元となるサーバと、電源供給先となるクライアントと、サーバとクライアントとを接続するラインとを有し、サーバとクライアントとの間で情報のやり取りをしながらサーバからクライアントへ電力を供給する電力供給システムを開示している。サーバは、クライアントとの間の情報のやり取り及びクライアントとの間での電力の供給の同期を取り、クライアントとの間でアドレス管理を行うために、情報のやり取りのための情報スロット及び電力の供給のための電力スロットを発生し、サーバのアドレスを含んだ同期パケットを情報スロットのタイミングで発信する機能を備える。同一のラインに他のサーバが接続された時には、同期を取っているサーバからの同期パケットの受信を他のサーバが検出することで、他のサーバは同期を取るサーバとはならない。
【００２０】
特許文献２は、無線電力送信装置からウェイクアップ要求信号及び無線電力伝送に関する同期情報を受信し、ウェイクアップ要求信号に対する応答信号を無線電力送信装置に送信するために構成されたターゲット通信部と、同期情報に含まれるタイミング情報に基づいて活性化するために構成された負荷経路スイッチと、負荷経路スイッチが活性化された場合、無線電力送信装置のソース共振器から無線電力を受信するために構成されたターゲット共振器とを備える無線電力受信装置を開示している。
【００２１】
特許文献３は、双方向に電力変換する自励式電力変換器と、自励式電力変換器を通過する電圧・電流を測定する電圧・電流測定器とを有する３以上の電力変換ユニットと、電力変換ユニットの一方の端子同士を並列に接続する共通母線と、電圧・電流測定器で測定された測定値に基づき電圧・電流・電力・周波数・位相を算出し、共通母線に流入する電力と共通母線から送出する電力との総和がゼロとなるよう複数の電力変換ユニットを協調して制御し、電力変換ユニットの他方の端子が接続された接続先間で非同期に電力融通するように電力変換ユニットを制御する制御ユニットとを備える多端子型電力変換装置を開示している。電力変換ユニットは、接続先と接続された他方の端子の電圧・周波数・位相を測定する。制御ユニットは、接続先と接続された他方の端子が交流電圧を有するときは、自励式電力変換器で変換する電力を、電圧・周波数・位相のうち少なくとも１つに関して接続先と接続された他方の端子の接続先と任意の差を持たせて同期させるよう電力変換ユニットに司令することにより、電力変換ユニットと接続先との間で任意の有効電力又は無効電力の授受を行なわせる。特許文献３によれば、電力伝送システムにおいて複数の電力送信装置から複数の電力受信装置へ電力を伝送する際、電力伝送の前後（あるいは前もしくは後）の時間区間において、発信元ＩＰアドレス、受取先ＩＰアドレス、及び取引条件の情報を含む制御信号を送受信している。
【００２２】
特許文献１及び３によれば、制御信号の送信と電力伝送とを時間的に分離して行うので、電力送信装置及び電力受信装置の同期を確実に確立することができる。しかしながら、特許文献１及び３によれば、同期の確立のみに重点が置かれ、有線伝送路の状態（異常及び切断など）を検出することは考慮されていない。このため、有線伝送路の状態を検出するためには、別途、検出用のセンサー及び検出結果の収集手段が必要となり、コストの増大及び通信オーバーヘッドをもたらす可能性がある。
【００２３】
特許文献２によれば、複数の無線電力受信装置は、無線電力送信装置から同期情報を受信して同期を確立し、各無線電力受信装置の起動及び受電のタイミングをあわせて受電の順序を決定する。これにより、時分割で電力を融通することが可能であり、複数の無線電力受信装置に電力を供給できる。しかしながら、特許文献２によれば、有線伝送路の状態（異常及び切断など）を検出することは考慮されていない。このため、有線伝送路の状態を検出するためには、コストの増大及び通信オーバーヘッドをもたらす可能性がある。さらには、複数の無線電力受信装置が同時に受電することができない。
【００２４】
以上説明したように、特許文献１〜３の発明は、電力伝送とは時分割で同期信号及び同期情報を伝送して電力送信装置及び電力受信装置の間で同期を確立するが、有線伝送路の状態を検出することができない。従って、特許文献１〜３の発明はいずれも、電力伝送の準備のための制御信号を送受信するために、追加の通信設備が必要になってコストが増大したり、通信オーバーヘッドが発生したりするという問題がある。これに対して、コスト及び通信オーバーヘッドの増大を抑えながら、電力伝送の準備のための制御信号を送受信することができる電力送信装置、電力受信装置、及び電力伝送システムが求められる。例えば、電力送信装置及び電力受信装置を互いに同期させ、有線伝送路の状態を検出し、さらに、複数の伝送経路から良好な電力伝送効率を有する伝送経路を選択することができる電力伝送システムが望まれる。
【００２５】
本開示は、コスト及び通信オーバーヘッドの増大を抑えながら、電力伝送の準備のための制御信号を送受信することができる電力送信装置、電力受信装置、及び電力伝送システムを提供する。
【００２６】
以上の考察により、本発明者らは、以下の発明の各態様を想到するに至った。
【００２７】
以下、本開示に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の参照番号を付している。
【００２８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電力伝送システムの構成を示すブロック図である。図１の電力伝送システムは、発電機１、符号変調器２、有線伝送路３、符号復調器４、負荷５、及びコントローラ１０を備える。
【００２９】
図１の電力伝送システムにおいて、発電機１で発電された直流電力（例えば発電電流Ｉ１）を符号変調器２により交流の変調符号の符号系列を用いて符号変調し、符号変調された符号変調波（例えば変調電流Ｉ２）を有線伝送路３に送電する。有線伝送路３を介して送電された、符号変調された符号変調波は、符号復調器４により交流の復調符号の符号系列を用いて直流電力（例えば復調電流Ｉ３）に符号復調されて負荷５に供給される。なお、第１の実施形態等では、発電電流Ｉ１及び復調電流Ｉ３を用いて説明しているが、本開示はこれに限らず、それぞれ発電電圧及び復調電圧であってもよい。
【００３０】
コントローラ１０は、システム同期信号、変調符号又は復調符号の符号系列、電力伝送（すなわち変調及び復調）の開始時刻及び終了時刻などを含む制御信号を、符号変調器２及び符号復調器４に送信する。システム同期信号は、符号変調器２及び符号復調器４を互いに時間的に同期させるために使用される。
【００３１】
変調符号の符号系列及び復調符号の符号系列は、コントローラ１０から符号変調器２及び符号復調器４にそれぞれ送信されてもよい。また、符号系列自体を送信するのではなく、符号系列を生成するための元データをコントローラ１０から符号変調器２及び符号復調器４に送信し、この元データに基づいて符号変調器２及び符号復調器４により変調符号の符号系列及び復調符号の符号系列をそれぞれ生成してもよい。また、変調符号の符号系列及び復調符号の符号系列は、符号変調器２及び符号復調器４にそれぞれ予め設定されていてもよい。
【００３２】
電力伝送システムが複数の発電機１及び複数の符号変調器２と複数の負荷５及び複数の符号復調器４とを備える場合、コントローラ１０から符号変調器２及び符号復調器４に送信される符号系列（又はその元データ）により、電力伝送する符号変調器２及び符号復調器４の組み合わせを指定することができる。コントローラ１０は、電力を送信すべき符号変調器２に変調符号の符号系列を送信する一方、電力を受信すべき符号復調器４に復調符号の符号系列を送信することで、当該指定した符号変調器２に接続された発電機１から当該指定した符号復調器４に接続された負荷５への電力の伝送を可能にする。
【００３３】
発電機１は電力測定器１ｍを備え、電力測定器１ｍは、発電機１の発電量であり、発電機１から符号変調器２への直流電力の電力量を測定してコントローラ１０に送る。負荷５は電力測定器５ｍを備え、電力測定器５ｍは、負荷５における電力使用量である、符号復調器４から負荷５への直流電力の電力量を測定してコントローラ１０に送る。コントローラ１０は、受信した各電力量に基づいて符号変調器２と符号復調器４の動作を制御する。例えば、発電機１の発電量が負荷５の電力使用量よりも少ない場合、コントローラ１０は電力伝送を停止してもよい。また、複数の発電機１が存在し、かつ、負荷５の電力使用量よりも大きな発電量を有する発電機１が存在する場合、コントローラ１０は、その発電機１に接続された符号変調器２から電力を送信させてもよい。
【００３４】
なお、電力測定器１ｍは、発電機１に代えて、符号変調器２の前段に設けられてもよい。また、電力測定器５ｍは、負荷５に代えて、符号復調器４の後段に設けられてもよい。
【００３５】
なお、発電機１もしくは電気設備などの負荷５は、電池、コンデンサ等の蓄電装置であってもよい。本実施形態の電力伝送システムに蓄電装置を組み込むことにより、電力消費の少ない、あるいは電力消費のない時間帯に発電された電力を有効に活用することができるようになり、全体での電力効率を向上できる。
【００３６】
図２は、図１の符号変調器２の構成を示すブロック図である。図２の符号変調器２は、制御回路２０、通信回路２１、符号生成回路２２、符号変調回路２３、電力線通信回路２４、保護回路２５、及び結合回路２６を備える。図２の符号変調器２は、発電機１に接続された入力端子Ｔ１、Ｔ２と、有線伝送路３に接続された出力端子Ｔ３、Ｔ４とを有する。
【００３７】
通信回路２１は、コントローラ１０からシステム同期信号、変調符号の符号系列（又はその元データ）、電力伝送の開始時刻及び終了時刻などを含む制御信号を受信して制御回路２０に送る。この通信回路２１は、無線通信回路であっても有線通信回路であってもよい。制御回路２０は、コントローラ１０から受信された制御信号に基づいて、符号生成回路２２により変調符号の符号系列を生成させて符号変調回路２３に出力させるとともに、符号変調回路２３の動作開始及び動作終了を制御する。符号変調回路２３は、入力端子Ｔ１、Ｔ２を介して発電機１から入力された電力を変調し、変調された電力を、出力端子Ｔ３、Ｔ４を介して有線伝送路３に出力する。
【００３８】
制御回路２０は、電力線通信回路２４、保護回路２５、及び結合回路２６を用いて、符号復調器４との間で、電力伝送の準備のための制御信号を送受信する。電力線通信回路２４は、保護回路２５及び結合回路２６を介して有線伝送路３に接続される。結合回路２６は、符号変調回路２３と出力端子Ｔ３、Ｔ４との間に挿入される。電力線通信回路２４に電力伝送に係る大きな電力が入力されると、電力線通信回路２４が故障するおそれがある。そこで、結合回路２６から電力線通信回路２４へ電力伝送に係る電力が入り込まないように、保護回路２５により電力伝送の電力を抑圧する。例えば、制御信号の周波数と電力伝送の周波数とが異なる場合には、保護回路２５は、電力伝送の電力を抑圧して制御信号のみを通過させる周波数フィルタであってもよい。あるいは、制御信号及び電力を時分割で送信する場合には、保護回路２５は、電力伝送に割り当てられた時間区間においてオフされるスイッチ回路を備えてもよい。
【００３９】
図３は、図１の符号復調器４の構成を示すブロック図である。図３の符号復調器４は、制御回路３０、通信回路３１、符号生成回路３２、符号復調回路３３、電力線通信回路３４、保護回路３５、及び結合回路３６を備える。図３の符号復調器４は、有線伝送路３に接続された入力端子Ｔ１１、Ｔ１２と、負荷５に接続された出力端子Ｔ１３、Ｔ１４とを有する。
【００４０】
通信回路３１は、コントローラ１０からシステム同期信号、復調符号の符号系列（又はその元データ）、電力伝送の開始時刻及び終了時刻などを含む制御信号を受信して制御回路３０に送る。この通信回路３１は、無線通信回路であっても有線通信回路であってもよい。制御回路３０は、コントローラ１０から受信された制御信号に基づいて、符号生成回路３２により復調符号の符号系列を生成させて符号復調回路３３に出力させるとともに、符号復調回路３３の動作開始及び動作終了を制御する。符号復調回路３３は、入力端子Ｔ１１、Ｔ１２を介して有線伝送路３から入力された電力を復調し、復調された電力を、出力端子Ｔ１３、Ｔ１４を介して負荷５に出力する。
【００４１】
制御回路３０は、電力線通信回路３４、保護回路３５、及び結合回路３６を用いて、符号変調器２との間で、電力伝送の準備のための制御信号を送受信する。電力線通信回路３４は、保護回路３５及び結合回路３６を介して有線伝送路３に接続される。結合回路３６は、符号復調回路３３と入力端子Ｔ１１、Ｔ１２との間に挿入される。電力線通信回路３４に電力伝送に係る大きな電力が入力されると、電力線通信回路３４が故障するおそれがある。そこで、結合回路３６から電力線通信回路３４へ電力伝送に係る電力が入り込まないように、保護回路３５により電力伝送の電力を抑圧する。例えば、制御信号の周波数と電力伝送の周波数とが異なる場合には、保護回路３５は、電力伝送の電力を抑圧して制御信号のみを通過させる周波数フィルタであってもよい。あるいは、制御信号及び電力を時分割で送信する場合には、保護回路３５は、電力伝送に割り当てられた時間区間においてオフされるスイッチ回路を備えてもよい。
【００４２】
なお、図１の電力伝送システムにおいて、コントローラ１０から符号変調器２及び符号復調器４への制御信号は、無線で、又は有線伝送路３とは異なる制御信号回線で伝送してもよく、有線伝送路３を用いて符号変調波と所定の多重化方式で多重化して伝送してもよい。後者の場合において、コントローラ１０から符号変調器２及び符号復調器４への通信に使用する通信回路２１、３１を削減し、コストを低減することができる。
【００４３】
次に、図４〜図１４を参照して、符号変調を用いた電力の変調及び復調方法について説明する。
【００４４】
図４は、図１の電力伝送システムの変調電流Ｉ２の信号波形例を示す波形図である。図５は、比較例に係る通信システムの変調電流Ｉ２ａの信号波形例を示す波形図である。
【００４５】
図１の符号変調器２は予め決められた変調符号の符号系列を用いて、発電機１において発電された電力の電流を符号変調する。このとき、図４に示すように、符号変調器２は電力を例えば“１”と“−１”をもつ変調波に変換するので、変調された符号変調波は交流となる。なお、一例として直流電力を符号変調する例を示すが、後述するように交流電力を符号変調してもよい。
【００４６】
例えば通信で使用される比較例に係るデータ伝送システムでは、通常、図５に示すように、“１”と“０”を用いて符号変調がなされる。しかしながら、図５に示す符号変調波では、変調符号が“０”のときに変調された電流もしくは電圧が０となり、電力が伝送されない期間（図５の期間Ｔｂ）が生じてしまう。このため、この電力が伝送されない期間により、全体的に電力の伝送効率の低下を招いてしまう恐れがあった。すなわち、通信の場合には、データ等の情報を正確に同期して伝送することが望まれるため、符号復調器で“０”もしくは“１”と正確に判別できればよかったが、電力の伝送では、エネルギーの高効率利用の観点で、この電力が伝送されない期間による電力の損失は許容することができなかった。以上により、図４に示すように、“１”と“−１”の符号を用いた交流の符号変調波を用いた電力伝送より、比較例に比較して高い伝送効率で電力が伝送できる。
【００４７】
図６は、図２の符号変調回路２３及び図３の符号復調回路３３の構成を示す回路図である。図６では、図示の簡単化のために、図２の結合回路２６及び図３の結合回路３６を省略している。図６において、符号変調回路２３はブリッジ形状で接続された４個のスイッチ回路ＳＳ１〜ＳＳ４を備える。スイッチ回路ＳＳ１〜ＳＳ４はそれぞれ例えばＭＯＳトランジスタで構成された方向性スイッチＳ１〜Ｓ４を備える。また、符号復調回路３３はブリッジ形状で接続された４個のスイッチ回路ＳＳ１１〜ＳＳ１４を備える。スイッチ回路ＳＳ１１〜ＳＳ１４はそれぞれ例えばＭＯＳトランジスタで構成された方向性スイッチＳ１１〜Ｓ１４を備える。
【００４８】
符号生成回路２２は、所定の符号系列ｍ１、ｍ２を生成して、符号系列ｍ１をスイッチＳ１、Ｓ４に制御信号として印加し、符号系列ｍ２をスイッチＳ２、Ｓ３に制御信号として印加する。例えば、各スイッチＳ１〜Ｓ４に制御信号「１」が印加されるときに各スイッチＳ１〜Ｓ４はオンされ、制御信号「０」が印加されるときに各スイッチＳ１〜Ｓ４はオフされる。なお、スイッチＳ１〜Ｓ４以外のスイッチについても以下同様に動作する。ここで、各スイッチＳ１〜Ｓ４は以下のように方向性を有する。スイッチＳ１はオンのときに端子Ｔ１から入力される発電電流を端子Ｔ３に出力し、スイッチＳ３はオンのときに端子Ｔ１から入力される発電電流を端子Ｔ４に出力し、スイッチＳ２はオンのときに端子Ｔ３から入力される変調電流を端子Ｔ２に出力し、スイッチＳ４はオンのときに端子Ｔ４から入力される変調電流を端子Ｔ２に出力する。
【００４９】
符号生成回路３２は、所定の符号系列ｄ１、ｄ２を生成して、符号系列ｄ１をスイッチＳ１２、Ｓ１３に制御信号として印加し、符号系列ｄ２をスイッチＳ１１、Ｓ１４に制御信号として印加する。ここで、各スイッチＳ１１〜Ｓ１４は以下のように方向性を有する。スイッチＳ１１はオンされるときに端子Ｔ１２から入力される変調電流を端子Ｔ１３に出力し、スイッチＳ１３はオンされるときに端子Ｔ１１から入力される変調電流を端子Ｔ１３に出力し、スイッチＳ１２はオンされるときに端子Ｔ１４から入力される復調電流を端子Ｔ１２に出力し、スイッチＳ１４はオンされるときに端子Ｔ１４から入力される復調電流を端子Ｔ１１に出力する。
【００５０】
なお、図６の表記においては、符号復調器４のスイッチＳ１１〜Ｓ１４において電流が流れる方向は、符号変調器２のスイッチＳ１〜Ｓ４において電流が流れる方向と逆向きとなるように記載した。
【００５１】
表１は、符号変調器２のスイッチＳ１〜Ｓ４に印加される制御信号ｍ１とｍ２の符号系列の一例、及び符号復調器４のスイッチＳ１１〜Ｓ１４に印加される制御信号ｄ１とｄ２の符号系列の一例を示す。
【００５２】
【表１】
2017201778.tif 000003
【００５３】
表１に示すように、制御信号ｍ１の符号系列ｃ１ａは、制御信号ｄ１の符号系列ｃ１ａと同一であり、制御信号ｍ２の符号系列ｃ１ｂは、制御信号ｄ２の符号系列ｃ１ｂと同一である。また、符号系列ｃ１ａと符号系列ｃ１ｂとの関係に関しては、符号系列ｃ１ａの値が“１”のとき符号系列ｃ１ｂの値を“０”となり、符号系列ｃ１ａの値が“０”のとき符号系列ｃ１ｂの値を“１”となる。
【００５４】
図６の符号変調回路２３において、スイッチＳ１、Ｓ４には符号系列ｃ１ａが印加され、スイッチＳ２、Ｓ３には符号系列ｃ１ｂが印加される。従って、スイッチＳ１、Ｓ４がオンされるとき、スイッチＳ２、Ｓ３がオフされ、スイッチＳ１、Ｓ４がオフされるとき、スイッチＳ２、Ｓ３がオンされる。これにより、スイッチＳ１、Ｓ４がオンされかつスイッチＳ２、Ｓ３がオフされるとき、有線伝送路３には“１”に対応する正の変調電流Ｉ２（図６の実線矢印）が流れる。一方、スイッチＳ１、Ｓ４がオフされかつスイッチＳ２、Ｓ３がオンされるとき、有線伝送路３には“−１”に対応する逆向きの負の変調電流Ｉ２（図６の点線矢印）が流れる。これにより、図４に示すように、直流電力の入力に対して、“−＋１”と“−１”の交流に変調した変調電流Ｉ２を有線伝送路３に伝送することができる。
【００５５】
図６の符号復調回路３３において、符号変調回路２３と同期して符号系列ｄ１、ｄ２の制御信号に応答してスイッチＳ１１〜Ｓ１４がオン又はオフされる。ここで、符号系列ｍ１と同じ符号系列ｄ１によりスイッチＳ１２、Ｓ１３がオン又はオフされ、符号系列ｍ２と同じ符号系列ｄ２によりスイッチＳ１１、Ｓ１４がオン又はオフされる。これにより、符号変調回路２３において符号系列ｍ１の値が“１”のとき、すなわち有線伝送路３に“＋１”に対応する変調電流Ｉ２が流れたときは、符号系列ｄ１の値が“１”となり、スイッチＳ１３、Ｓ１２がオンされかつスイッチＳ１１、Ｓ１４がオフされることにより、符号復調回路３３の出力端子Ｔ１３、Ｔ１４に“＋１”に対応する復調電流Ｉ３（図６の実線矢印）が流れる。また、符号変調回路２３において符号系列ｍ１の値が“０”のとき、すなわち有線伝送路３に“−１”の変調電流Ｉ２が流れたときは、符号系列ｄ１の値が“０”となり、スイッチＳ１１、Ｓ１４がオンされかつスイッチＳ１２、Ｓ１３がオフされることにより、この場合も符号復調回路３３の出力端子Ｔ１３、Ｔ１４に“＋１”に対応する復調電流Ｉ３（図６の実線矢印）が流れる。
【００５６】
表２は、符号変調器２のスイッチＳ１〜Ｓ４に印加される制御信号ｍ１とｍ２の符号系列の一例、及び符号復調器４のスイッチＳ１１〜Ｓ１４に印加される制御信号ｄ１とｄ２の符号系列の一例を示す。
【００５７】
【表２】
2017201778.tif 000004
【００５８】
符号系列ｃ１ａとｃ１ｂに関して、“１”の数と“０”の数が同じ場合には、有線伝送路３に流れる符号変調された変調電流Ｉ２は平均的に直流成分がなく、交流成分のみとなる。しかしながら、符号系列によっては、“１”の数と“０”の数を同じにすることができない場合もある。この場合には、表２に示すように、符号系列ｍ１と符号系列ｄ１を、符号系列ｃ１ａと符号系列ｃ１ｂを縦続に連結した符号系列［ｃ１ａ  ｃ１ｂ］とし、符号系列ｍ２と符号系列ｄ２を、符号系列ｃ１ｂと符号系列ｃ１ａを縦続に連結した符号系列［ｃ１ｂ  ｃ１ａ］にすることで、有線伝送路３に流れる符号変調された変調電流Ｉ２の平均値は０になり、交流成分のみの伝送ができる。これにより、変調電流Ｉ２の変調波の平均は０となり、直流成分のない交流のみでの伝送となり、伝送効率の良い電力伝送が可能となる。
【００５９】
図７Ａは図１の電力伝送システムの発電電流Ｉ１の信号波形例を示す波形図であり、図７Ｂは図１の電力伝送システムの変調電流Ｉ２の信号波形例を示す波形図であり、図７Ｃは図１の電力伝送システムの復調電流Ｉ３の信号波形例を示す波形図である。なお、図７Ｂにおいて、Ｔは変調符号の符号系列ｍ１の１周期分の期間を示し、以下の図面においても同様である。図１における符号復調器４では、符号変調のために用いた変調符号ｍ１を同一の復調符号ｄ１に乗算することで、発電機１で発電された直流の電力を復元することができる。変調符号の符号系列ｍ１及び復調符号の符号系列ｄ１はそれぞれ一例として次式で表される。
【００６０】
ｍ１＝[1 -1 1 1 1 -1 -1 -1 1 -1 -1 -1 1 1]      （１）
ｄ１＝ｍ１＝[1 -1 1 1 1 -1 -1 -1 1 -1 -1 -1 1 1]      （２）
【００６１】
この例では、直流の発電電流Ｉ１（図７Ａ）に対して、周波数７０ｋＨｚを有し、“１”と“−１”を含む変調符号の符号系列ｍ１を乗算して符号変調波の変調電流Ｉ２（図７Ｂ）を生成した。この場合、一つの符号の時間幅は、１／（７０ｋＨｚ）＝１４．２マイクロ秒であった。次いで、符号変調波の変調電流Ｉ２（符号系列ｍ１）に対して復調符号の符号系列ｄ１を乗算することで次式を得る。
【００６２】
ｍ１×ｄ１＝［1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1］      （３）
【００６３】
式（３）から明らかなように、元の直流の復調電流Ｉ３（図７Ｃ）が得られることが分かる。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態に係る符号変調器２及び符号復調器４を用いることで、正確に同期しかつ電力損失のない直流の電力伝送を実現できる。また、例えば上述の変調符号の符号系列ｍ１を繰り返して使用することにより、より長い時間での電力の伝送を効率よく行うことが可能になる。
【００６５】
さらに、変調符号の符号系列ｍ１は、その前半分となる符号系列ｍ１ａと、その後半部となる符号系列ｍ１ｂとに次式のように分割することができる。
【００６６】
ｍ１ａ＝[1 -1 1 1 1 -1 -1]      （４）
ｍ１ｂ＝[-1 1 -1 -1 -1 1 1]      （５）
【００６７】
ここで、符号系列ｍ１ｂは符号系列ｍ１ａの各値をそれぞれ符号反転した符号系列（例えば、ｍ１ａで“１”であればｍ１ｂで“−１”、ｍ１ａで“−１”であればｍ１ｂで“１”）である。このように符号系列ｍ１ａとｍ１ｂの和として符号系列ｍ１を定めることにより、変調波の平均は０となり、直流成分のない交流のみでの伝送となり、伝送効率の良い電力伝送が可能となる利点がある。
【００６８】
以上説明したように、符号変調器２の入力が直流電力である場合に、符号復調器４の符号復調回路３３の出力端子Ｔ１３、Ｔ１４において、符号変調器２に入力される発電電流Ｉ１と同じ直流の復調電流Ｉ３を引き出すことが可能になる。従って、本実施形態によれば、直流の発電電流Ｉ１を符号変調された交流の変調電流Ｉ２に変調した後、変調電流Ｉ２を有線伝送路３を介して伝送し、変調電流Ｉ２を直流の復調電流Ｉ３に復調することができる。
【００６９】
次に、図８、９、及び１０Ａ〜１０Ｃを参照して、第１の実施形態の変形例１に係る電力伝送システムによる電力の変調及び復調方法について説明する。第１の実施形態の変形例１に係る電力伝送システムは、符号変調器２の符号変調回路及び符号復調器４の符号復調回路を除いて、図１の電力伝送システムと同様に構成される。
【００７０】
図８は、第１の実施形態の変形例１に係る電力伝送システムの符号変調回路２３Ａの構成を示す回路図である。図８では、図示の簡単化のために、図２の結合回路２６を省略している。図８において、符号変調回路２３Ａは図６の符号変調回路２３と比較して以下の点が異なる。
（１）一方向性スイッチ回路ＳＳ１〜ＳＳ４に代えてそれぞれ、ブリッジ形式で接続された４個の双方向性スイッチ回路ＳＳ２１〜ＳＳ２４を備える。
（２）符号生成回路２２に代えて、４個の符号系列ｍ１〜ｍ４を発生して制御信号として符号変調回路２３Ａに出力する符号生成回路２２Ａを備える。
【００７１】
図８の符号変調回路２３Ａにおいて、スイッチ回路ＳＳ２１は、制御信号ｍ１に応答してオンオフされる図６のスイッチＳ１に加えて、スイッチＳ１とは逆方向を有しかつ並列に接続され、制御信号ｍ３に応答してオンオフされるスイッチＳ２１を備える。スイッチ回路ＳＳ２２は、制御信号ｍ２に応答してオンオフされる図６のスイッチＳ２に加えて、スイッチＳ２とは逆方向を有しかつ並列に接続され、制御信号ｍ４に応答してオンオフされるスイッチＳ２２を備える。スイッチ回路ＳＳ２３は、制御信号ｍ２に応答してオンオフされる図６のスイッチＳ３に加えて、スイッチＳ３とは逆方向を有しかつ並列に接続され、制御信号ｍ４に応答してオンオフされるスイッチＳ２３を備える。スイッチ回路ＳＳ２４は、制御信号ｍ１に応答してオンオフされる図６のスイッチＳ４に加えて、スイッチＳ４とは逆方向を有しかつ並列に接続され、制御信号ｍ３に応答してオンオフされるスイッチＳ２４を備える。なお、スイッチＳ２１〜Ｓ２４は例えばＭＯＳトランジスタで構成される。符号変調回路２３Ａは発電機１に接続された端子Ｔ１、Ｔ２と、有線伝送路３に接続された端子Ｔ３、Ｔ４を有する。符号変調回路２３Ａには発電機１からの交流電力が入力され、符号変調回路２３Ａは交流電力を符号変調した後、符号変調された変調波を有線伝送路３に出力する。
【００７２】
図９は、第１の実施形態の変形例１に係る電力伝送システムの符号復調回路３３Ａの構成を示す回路図である。図９では、図示の簡単化のために、図３の結合回路３６を省略している。図９において、符号復調回路３３Ａは図６の符号復調回路３３と比較して以下の点が異なる。
（１）一方向性スイッチ回路ＳＳ１１〜ＳＳ１４に代えてそれぞれ、ブリッジ形式で接続された４個の双方向性スイッチ回路ＳＳ３１〜ＳＳ３４を備える。
（２）符号生成回路３２に代えて、４個の符号系列ｄ１〜ｄ４を発生して制御信号として符号復調回路３３Ａに出力する符号生成回路３２Ａを備える。
【００７３】
図９の符号復調回路３３Ａにおいて、スイッチ回路ＳＳ３１は、制御信号ｄ２に応答してオンオフされる図６のスイッチＳ１１に加えて、スイッチＳ１１とは逆方向を有しかつ並列に接続され、制御信号ｄ４に応答してオンオフされるスイッチＳ３１を備える。スイッチ回路ＳＳ３２は、制御信号ｄ１に応答してオンオフされる図６のスイッチＳ１２に加えて、スイッチＳ１２とは逆方向を有しかつ並列に接続され、制御信号ｄ３に応答してオンオフされるスイッチＳ３２を備える。スイッチ回路ＳＳ３３は、制御信号ｄ１に応答してオンオフされる図６のスイッチＳ１３に加えて、スイッチＳ１３とは逆方向を有しかつ並列に接続され、制御信号ｄ３に応答してオンオフされるスイッチＳ３３を備える。スイッチ回路ＳＳ３４は、制御信号ｄ２に応答してオンオフされる図６のスイッチＳ１４に加えて、スイッチＳ１４とは逆方向を有しかつ並列に接続され、制御信号ｄ４に応答してオンオフされるスイッチＳ３４を備える。なお、スイッチＳ３１〜Ｓ３４は例えばＭＯＳトランジスタで構成される。符号復調回路３３Ａは有線伝送路３に接続された端子Ｔ１１、Ｔ１２と、負荷５に接続された端子Ｔ１３、Ｔ１４を有する。符号復調回路３３Ａには有線伝送路３からの交流の符号変調波が入力され、符号復調回路３３Ａは符号変調波を交流の復調電力に符号復調した後、負荷５に出力する。
【００７４】
表３は、符号変調回路２３Ａの双方向スイッチ回路ＳＳ２１〜ＳＳ２４に入力される制御信号ｍ１〜ｍ４の符号系列の一例、及び符号復調回路３３Ａの双方向スイッチ回路ＳＳ３１〜ＳＳ３４に入力される制御信号ｄ１〜ｄ４の符号系列の一例を示す。
【００７５】
【表３】
2017201778.tif 000005
【００７６】
表３に示すように、制御信号ｍ１の符号系列と制御信号ｄ１の符号系列は互いに同一であり、制御信号ｍ２の符号系列と制御信号ｄ２の符号系列は互いに同一である。同様に、制御信号ｍ３の符号系列と制御信号ｄ３の符号系列は互いに同一であり、制御信号ｍ４の符号系列と制御信号ｄ４の符号系列は互いに同一である。また、直流電力の伝送のときと同様に、符号系列ｃ１ａと符号系列ｃ１ｂとの関係に関しては、符号系列ｃ１ａの値が“１”のとき符号系列ｃ１ｂの値が“０”とし、符号系列ｃ１ａの値が“０”のとき符号系列ｃ１ｂの値が“１”となるように設定する。ここで、符号系列ｃ１ａと符号系列ｃ１ｂの時間幅は交流の半周期と一致させる場合を示した。すなわち、交流の電流波形の前半部分の電流が正となる時間幅において、符号系列ｍ１と符号系列ｍ２にそれぞれ、符号系列ｃ１ａと符号系列ｃ１ｂが与えられ、スイッチＳ１〜Ｓ４が制御される。このとき、符号系列ｍ３と符号系列ｍ４は常に“０”であり、スイッチＳ２１〜Ｓ２４は切断されて電流が流れない。一方、交流の電流波形の後半部分の電流が負となる時間幅においては、符号系列ｍ１と符号系列ｍ２は常に０でありスイッチＳ１〜Ｓ４は切断されて電流が流れないが、符号系列ｍ３と符号系列ｍ４に符号系列ｃ１ａと符号系列ｃ１ｂが与えられ、スイッチＳ２１〜Ｓ２４が制御される。
【００７７】
まず、符号変調回路２３Ａの動作について以下説明する。ここでは、入力端子Ｔ１、Ｔ２に正の電流（図８の入力端子Ｔ１、Ｔ２における実線矢印Ａ１、点線矢印Ａ２）が流れる場合の動作について説明する。この場合、符号系列ｃ１ａ（図８において符号系列ｍ１）の“１”が入力されるスイッチＳ１、Ｓ４がオンされるときに、符号系列ｃ１ｂ（図８において符号系列ｍ２）の“０”が入力されるスイッチＳ２、Ｓ３がオフされる。また、符号系列ｃ１ａ（図８において符号系列ｍ１）の“０”が入力されるスイッチＳ１、Ｓ４がオフされるとき、符号系列ｃ１ｂ（図８においてｍ２）の“１”が入力されるスイッチＳ２、Ｓ３がオンされる。これにより、スイッチＳ１、Ｓ４がオンでかつスイッチＳ２、Ｓ３がオフのとき、有線伝送路３には“１”の正となる電流（図８の出力端子Ｔ３、Ｔ４における実線矢印Ａ１）が流れる一方、スイッチＳ１、Ｓ４がオフでかつスイッチＳ２、Ｓ３がオンのとき、有線伝送路３には逆向きの“−１”の負となる電流（図８の出力端子Ｔ３、Ｔ４における点線矢印Ａ２）が流れる。これにより、図１０Ｂに示すように、交流における正の電流の入力に対して、“＋１”と“−１”の交流に変調した電流を有線伝送路３に伝送することができる。
【００７８】
次に、入力端子Ｔ１、Ｔ２に負の電流（図８の入力端子Ｔ１、Ｔ２における一点鎖線矢印Ｂ１）が流れる場合の動作について以下説明する。この場合、符号系列ｃ１ａ（図８において符号系列ｍ３）の“１”が入力されるスイッチＳ２１、Ｓ２４がオンされるときに、符号系列ｃ１ｂ（図８において符号系列ｍ４）の“０”が入力されるスイッチＳ２２、Ｓ２３がオフされる。また、符号系列ｃ１ａ（図８において符号系列ｍ３）の“０”が入力されるスイッチＳ２１、Ｓ２４がオフされるとき、符号系列ｃ１ｂ（図８において符号系列ｍ４）の“１”が入力されるスイッチＳ２２、Ｓ２３がオンされる。これにより、スイッチＳ２１、Ｓ２４がオンでかつスイッチＳ２２、Ｓ２３がオフのとき、有線伝送路３には“−１”の負となる電流（図８の出力端子Ｔ３、Ｔ４における一点鎖線矢印Ｂ１）が流れる一方、スイッチＳ２１、Ｓ２４がオフでかつスイッチＳ２３、Ｓ２４がオンのとき、有線伝送路には逆向きの“＋１”の正となる電流（図８の出力端子Ｔ３、Ｔ４における二点鎖線矢印Ｂ２）が流れる。これにより、図１０Ｂに示すように、交流における負の電流の入力に対して、“−１”と“＋１”の交流に変調した電流を有線伝送路３に伝送することができる。
【００７９】
図８を参照して説明したように、符号変調回路２３Ａに正の電流が流れた場合、及び負の電流が流れた場合において、図１０Ｂの交流の変調波に変調することができる。
【００８０】
次に、図９の符号復調回路３３Ａの動作について以下説明する。まず、符号変調回路２３Ａの入力端子Ｔ１、Ｔ２に正の電流（図８の入力端子Ｔ１、Ｔ２における実線矢印Ａ１）が流れる場合を考える。このとき、符号復調回路３３Ａの入力端子Ｔ１１、Ｔ１２には、有線伝送路３を介して変調された交流の変調電流が入力されるため、正の電流（図９の入力端子Ｔ１１、Ｔ１２における実線矢印Ｃ１）及び、負の電流（図９の入力端子Ｔ１１、Ｔ１２における点線矢印Ｃ２）が入力される。符号復調回路３３Ａで正しく復調動作が行われた場合には、符号復調回路３３Ａで復調された電流は、出力端子Ｔ１３、Ｔ１４において正の電流（図９の出力端子Ｔ１３、Ｔ１４における実線矢印Ｃ１）が流れることになる。以下、これらの動作について説明する。この場合には、符号系列ｄ３と符号系列ｄ４はすべて０が入力され、スイッチＳ３１〜Ｓ３４はすべてオフされる。
【００８１】
まず、符号復調回路３３Ａの入力端子Ｔ１１、Ｔ１２に、正の電流（図９の入力端子Ｔ１１、Ｔ１２における実線矢印Ｃ１）が入力された場合の符号復調回路３３Ａの動作について説明する。ここで、符号変調回路２３Ａの入力端子Ｔ１、Ｔ２に正の電流が流れ、かつ変調波（符号復調回路３３Ａの入力端子Ｔ１１、Ｔ１２に流れる変調電流）も正の電流であるため、符号系列ｃ１ａの値は“１”である。従って、符号系列ｃ１ａ（図９において符号系列ｄ１）の“１”が入力されるスイッチＳ１２、Ｓ１３はオンされ、符号系列ｃ１ｂ（図９において符号系列ｄ２）の“０”が入力されるスイッチＳ１１、Ｓ１４はオフされる。従って、出力端子Ｔ１３、Ｔ１４には正の電流（図９の出力端子Ｔ１３、Ｔ１４における実線矢印Ｃ１）が流れる。
【００８２】
次に、符号復調回路３３Ａの入力端子Ｔ１１、Ｔ１２に、負の電流（図９の入力端子Ｔ１１、Ｔ１２における点線矢印Ｃ２）が入力された場合の符号復調回路３３Ａの動作について説明する。この場合、符号変調回路２３Ａの入力端子Ｔ１、Ｔ２に正の電流が流れ、かつ変調波（符号復調回路３３Ａの入力端子Ｔ１１、Ｔ１２に流れる電流）が負の電流であるため、符号系列ｃ１ａの値は“０”である。従って、符号系列ｃ１ａ（図９において符号系列ｄ１）の“０”が入力されるスイッチＳ１２、Ｓ１３はオフされ、符号系列ｃ１ｂ（図９において符号系列ｄ２）の“１”が入力されるスイッチＳ１１、Ｓ１４はオンされる。従って、出力端子Ｔ１３、Ｔ１４には正の電流（図９の出力端子Ｔ１３、Ｔ１４における実線矢印Ｃ１）が流れることになる。これにより、図１０Ｃに示すように、符号変調回路２３Ａに、交流における正の電流（図８の入力端子Ｔ１、Ｔ２における実線矢印Ａ１）の電流の入力に対して、符号復調回路３３Ａにより、正確に正の電流に復調された電流を負荷５に出力することができる。
【００８３】
次に、符号変調回路２３Ａの入力端子Ｔ１、Ｔ２に負の電流（図８の入力端子Ｔ１、Ｔ２における一点鎖線矢印Ｂ１）が流れる場合を考える。この場合も、符号復調回路３３Ａの入力端子Ｔ１１、Ｔ１２には、有線伝送路３を介して変調された交流の電流が入力されるため、正の電流（図９の入力端子Ｔ１１、Ｔ１２における実線矢印Ｃ１）及び、負の電流（図９の入力端子Ｔ１１、Ｔ１２における点線矢印Ｃ２）が入力される。符号復調回路３３Ａで正しく復調動作が行われた場合には、符号復調回路３３Ａで復調された電流は、出力端子Ｔ１３、Ｔ１４において負の電流（図９の出力端子Ｔ１３、Ｔ１４における点線矢印Ｃ２）が流れることになる。以下にこれらの動作について説明する。この場合には、符号系列ｄ１とｄ２はすべて０が入力され、スイッチＳ１１〜Ｓ１４はすべてオフされる。
【００８４】
まず、符号復調回路３３Ａの入力端子Ｔ１１、Ｔ１２に、負の電流（図９の入力端子Ｔ１１、Ｔ１２における点線矢印Ｃ２、符号変調回路２３Ａの入力端子Ｔ１、Ｔ２に流れる電流と同じ負の電流）が入力された場合の符号復調回路３３Ａの動作について説明する。この場合、符号変調回路２３Ａの入力端子Ｔ１、Ｔ２に負の電流が流れ、かつ変調波（符号復調回路３３Ａの入力端子Ｔ１１、Ｔ１２に流れる電流）も負の電流であるため、符号系列ｃ１ａの値は“１”である。従って、符号系列ｃ１ａ（図９において符号系列ｄ３）の“１”が入力されるスイッチＳ３２、Ｓ３３がオンされ、符号系列ｃ１ｂ（図９において符号系列ｄ４）の“０”が入力されるスイッチＳ３１、Ｓ３４はオフされる。従って、出力端子Ｔ１３、Ｔ１４には負の電流（図９の出力端子Ｔ１３、Ｔ１４における点線矢印Ｃ２）が流れる。
【００８５】
次に、符号復調回路３３Ａの入力端子Ｔ１１、Ｔ１２に、正の電流（図９の入力端子Ｔ１１、Ｔ１２における実線矢印Ｃ１）が入力された場合の符号復調回路３３Ａの動作について説明する。この場合、符号変調回路２３Ａの入力端子Ｔ１、Ｔ２に負の電流が流れ、かつ変調波（符号復調回路３３Ａの入力端子Ｔ１１、Ｔ１２に流れる電流）は正の電流であるため、符号系列ｃ１ａの値は“０”である。従って、符号系列ｃ１ａ（図９において符号系列ｄ３）の“０”が入力されるスイッチＳ３２、Ｓ３３はオフされ、符号系列ｃ１ｂ（図９において符号系列ｄ４）の“１”が入力されるスイッチＳ３１、Ｓ３４はオンされる。従って、出力端子Ｔ１３、Ｔ１４には負の電流（図９の出力端子Ｔ１３、Ｔ１４における点線矢印Ｃ２）が流れることになる。これにより、図１０Ｃに示すように、符号変調回路２３Ａに、交流における負の電流（図８の入力端子Ｔ１、Ｔ２における一点鎖線矢印Ｂ１）の電流の入力に対して、符号復調回路３３Ａにより、正確に負の電流に復調された電流を負荷５に出力することができる。
【００８６】
以上説明したように、本構成により、交流の電流を交流に変調し、有線伝送路３を介して交流を復調することができる。
【００８７】
表４は、符号変調回路２３Ａの双方向スイッチ回路ＳＳ２１〜ＳＳ２４に入力される制御信号ｍ１〜ｍ４の符号系列の一例、及び符号復調回路３３Ａの双方向スイッチ回路ＳＳ３１〜ＳＳ３４に入力される制御信号ｄ１〜ｄ４の符号系列の一例を示す。
【００８８】
【表４】
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【００８９】
図８の符号変調回路２３Ａと図９の符号復調回路３３Ａに対して、表４に示すように、符号系列ｍ３、ｍ４、ｄ３、ｄ４に“０”を与え、符号系列ｍ３、ｍ４、ｄ３、ｄ４が入力されるスイッチＳ２１〜Ｓ２４、Ｓ３１〜Ｓ３４をオフにすると、図６の符号変調回路２３と符号復調回路３３と同一の回路構成を実現できる。すなわち、表４に示すように、符号系列ｍ１とｍ２、符号系列ｄ１とｄ２にそれぞれ、符号系列ｃ１ａとｃ１ｂからなる符号系列を与えることで、図７Ａ〜７Ｃに示した直流電力伝送を実現することができる。これにより、図８の符号変調回路２３Ａと図９の符号復調回路３３Ａを用いて、符号系列ｍ１〜ｍ４、ｄ１〜ｄ４を変更することで、直流の電力伝送及び交流の電力伝送の両方に対応することが可能な優れた電力伝送システムを実現できる。直流の発電機１の例として、太陽光発電が挙げられ、交流の発電機の例としては、火力、水力、風力、原子力、潮力等のタービン等の回転による発電機が挙げられる。
【００９０】
図１０Ａは第１の実施形態の変形例１に係る電力伝送システムの発電電流Ｉ１の信号波形例を示す波形図であり、図１０Ｂは第１の実施形態の変形例１に係る電力伝送システムの変調電流Ｉ２の信号波形例を示す波形図であり、図１０Ｃは第１の実施形態の変形例１に係る電力伝送システムの復調電流Ｉ３の信号波形例を示す波形図である。すなわち、図１０Ａ〜１０Ｃは、交流の発電電流Ｉ１を符号変調器２により符号変調した後、変調電流Ｉ２を有線伝送路３を介して伝送し、変調電流Ｉ２を符号復調器４により符号復調したときの信号波形例である。
【００９１】
ここで、交流の発電電流Ｉ１は、一例として、２００マイクロ秒で正と負を周期的に繰り返す、周波数５ｋＨｚの矩形波形を用いた。このときも、図７Ａ〜７Ｃに示した直流の発電電流Ｉ１を符号変調したときと同様に、符号復調器４は、受信した変調電流Ｉ２に対して、符号変調に用いた変調符号と同一の復調符号を乗算することで、図１０Ａ〜１０Ｃに示すように、発電機１で発電された交流電力を復元することができる。ここで、符号変調器２の変調符号ｍ１は、一例として次式で表される。
【００９２】
ｍ１＝[1 -1 1 1 1 -1 -1 -1 1 -1 -1 -1 1 1]      （６）
【００９３】
交流の発電電流Ｉ１（図１０Ａ）に対して、周波数７０ｋＨｚを有し、“１”と“−１”を含む変調符号ｍ１を乗算して符号変調波の変調電流Ｉ２（図１０Ｂ）を生成した。この場合、一つの符号の時間幅は、１／（７０ｋＨｚ）＝１４．２マイクロ秒であった。符号復調器４の復調符号ｄ１は次式で表される。
【００９４】
ｄ１＝ｍ１＝[1 -1 1 1 1 -1 -1 -1 1 -1 -1 -1 1 1]      （７）
【００９５】
直流電力に対する符号復調と同様に、変調符号ｍ１に対して復号符号ｄ１を乗算することにより、次式の復調結果の符号を得る。
【００９６】
ｍ１×ｄ１＝［1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1］      （８）
【００９７】
式（８）から明らかなように、元の交流電力が得られることが分かる。
【００９８】
以上説明したように、本実施形態に係る符号変調及び符号復調の方法を用いることで、正確に同期してかつ電力損失のない電力伝送を実現できる。また、図１０Ａ〜１０Ｃに示すように、前記の符号系列ｍ１を繰り返すことにより、より長い時間での電力の伝送を効率よく行うことが可能になる。
【００９９】
図８及び図９では、双方向性スイッチ回路ＳＳ２１〜ＳＳ３４のそれぞれが、互いに並列に接続された１対のスイッチにより構成されていたが、双方向性スイッチ回路ＳＳ２１〜ＳＳ３４のそれぞれは、直列に接続された１対のスイッチによって構成されてもよい。この場合、各スイッチにはダイオードが並列に接続され、各双方向性スイッチ回路において１対のダイオードは互いに逆向きに接続される。各スイッチは例えば、スイッチに並列に接続された寄生（ボディ）ダイオードを含むＭＯＳトランジスタで構成されてもよい。各スイッチ回路を例えばＭＯＳトランジスタのスイッチと１つのダイオードで実現すると、１つの双方向性スイッチ回路において４つの半導体素子（２つのＭＯＳトランジスタと２つのダイオード）が必要になる。一方、ＭＯＳトランジスタには特性の良い逆特性ダイオードが内蔵されたパッケージが普及しており、２つの半導体素子で１つの双方向スイッチ回路を構成することで小型化できる。
【０１００】
次に、図１の電力伝送システムにおいて電力伝送の準備のため、特に、符号変調器２及び符号復調器４を同期させるための制御信号を送受信する動作について説明する。
【０１０１】
特許文献１〜３では、電力伝送システム全体の時間的な同期について説明されている。しかしながら、符号変調により変調された電力を伝送する場合には、電力伝送システム全体で時間的に同期するだけでなく、符号変調器２から符号復調器４への伝搬時間を考慮して、符号復調器４の復調動作が受信した電力の位相に同期することが求められる。符号復調器４の復調動作が受信した電力の位相に同期していなければ、受信した電力を復調する際に損失が発生する。図１の電力伝送システムでは、符号変調器２の電力線通信回路２４と符号復調器４の電力線通信回路３４とが互いに通信することにより、この位相同期を実現する。
【０１０２】
図１の電力伝送システムでは、発電機１で発電した電力は符号変調器２で変調され、変調された電力は有線伝送路３を介して符号復調器４に伝送されて復調され、復調された電力は負荷５に供給される。ここで、符号復調器４の位相同期について、図１に示すように、符号変調器２及び符号復調器４の間の有線伝送路３が経路長Ｌ１を有し、符号復調器４で復調された電力を有線伝送路３を介して伝送するためにΔｔ１秒の伝搬時間がかかる場合を例に説明する。この場合、符号変調器２の変調開始時刻から符号復調器４の復調開始時刻をΔｔ１秒だけ遅らせることで、有線伝送路３を伝送されてきた変調電力が符号復調器４に達する時刻にタイミングを合わせて復調動作を開始し、図７Ａ〜７Ｃ及び図１０Ａ〜１０Ｃに示したように電力を効率よく復調することができる。以上説明したように、図１の電力伝送システムでは、符号復調器４の復調動作を受信した電力の位相に確実に同期させることが重要となる。
【０１０３】
図１１は、図１の電力伝送システムにおける符号変調器２及び符号復調器４の同期を示すシーケンス図である。ここでは、同期を確立するための制御信号は、符号変調器２の電力線通信回路２４より送信され、有線伝送路３を介して符号復調器４の電力線通信回路３４で受信される。符号復調器４は、有線伝送路３を介して符号変調器２から制御信号を受信することにより、有線伝送路３を介する符号変調器２から符号復調器４までの伝搬時間Δｔ１を測定する。
【０１０４】
具体的には、例えば、コントローラ１０から、電力伝送システム全体の同期をとるための基準信号としてシステム同期信号を送信し、符号変調器２及び符号復調器４をそれぞれコントローラ１０に予め同期させる。これにより、符号変調器２及び符号復調器４はシステム同期時刻ｔ０において互いに時間的に同期する。符号変調器２は、符号復調器４の復調動作を受信した電力の位相に同期させるための制御信号として、ビーコンを符号復調器４に送信する。ビーコンは、システム同期時刻ｔ０を基準とする当該ビーコンの送信時刻（又は、システム同期時刻ｔ０から送信時刻までの時間長Δτ０）を示す情報を含む。符号復調器４は、ビーコンを受信して、システム同期時刻ｔ０を基準とするその受信時刻（又は、システム同期時刻ｔ０から受信時刻までの時間長Δτ１）を決定する。符号復調器４は、有線伝送路３における伝搬時間Δｔ１を、Δｔ１＝Δτ１−Δτ０により求める。符号復調器４の制御回路３０は、符号復調回路３３の復調開始時刻を、符号変調回路２３の変調開始時刻（すなわち電力の送信開始時刻）から伝搬時間Δｔ１だけ遅らせる。符号復調器４は、有線伝送路３を介して符号変調器２から電力を受信したとき、伝搬時間Δｔ１に基づいて当該電力の位相に同期して当該電力を復調する、これにより、符号変調器２から受信した電力の位相に同期して電力を効率よく復調することができる。
【０１０５】
なお、システム同期信号は、コントローラ１０から送信される信号に限られるものでなく、例えば、ＧＰＳ信号あるいは標準電波（電波時計）のような他の信号源から送信された信号を使用してもよい。これにより、電力伝送システム全体のより正確な同期が可能となる利点がある。さらには、コントローラ１０からシステム同期信号を送信する機能を備える必要がないので、コントローラ１０のコストを削減する効果がある。
【０１０６】
次に、図１２、１３Ａ〜１３Ｅ、１４、及び１５を参照して、第１の実施形態の変形例２に係る電力伝送システムについて説明する。ここでは、電力伝送システムが複数の発電機、複数の符号変調器、複数の符号復調器、及び複数の負荷を備える場合における符号変調器及び符号復調器の間の同期の確立について説明する。
【０１０７】
図１２は、第１の実施形態の変形例２に係る電力伝送システムの構成を示すブロック図である。図１２の電力伝送システムは、発電機１−１、１−２、符号変調器２−１、２−２、有線伝送路３、符号復調器４−１、４−２、負荷５−１、５−２、及びコントローラ１０Ａを備える。図１２の発電機１−１、１−２は図１の発電機１と同様にそれぞれ構成される。図１２の符号変調器２−１、２−２は図１の符号変調器２と同様にそれぞれ構成される。図１２の符号復調器４−１、４−２は図１の符号復調器４と同様にそれぞれ構成される。図１２の負荷５−１、５−２は図１の負荷５と同様にそれぞれ構成される。発電機１−１、１−２において発電された電力はそれぞれ符号変調器２−１、２−２で変調される。変調された電力は互いに合成されて有線伝送路３を介して伝送される。伝送された電力は符号復調器４−１、４−２でそれぞれ復調され、復調された電力は負荷５−１、５−２にそれぞれ供給される。図１２の電力伝送システムは、２つの発電機１−１、１−２及び２つの負荷５−１、５−２を含む電力伝送システムにおいて、所望の発電機及び負荷の組み合わせで電力を伝送する。
【０１０８】
図１３Ａは図１２の電力伝送システムに係る発電電流Ｉ１１の信号波形例を示す波形図であり、図１３Ｂは図１２の電力伝送システムに係る発電電流Ｉ１２の信号波形例を示す波形図であり、図１３Ｃは図１２の電力伝送システムに係る変調電流Ｉ２の信号波形例を示す波形図であり、図１３Ｄは図１２の電力伝送システムに係る復調電流Ｉ３１の信号波形例を示す波形図であり、図１３Ｅは図１２の電力伝送システムに係る復調電流Ｉ３２の信号波形例を示す波形図である。符号変調器２−１及び符号復調器４−１は、互いに対応する変調符号の符号系列及び復調符号の符号系列をそれぞれ使用する。符号変調器２−２及び符号復調器４−２は、互いに対応する変調符号の符号系列及び復調符号の符号系列であって、符号変調器２−１及び符号復調器４−１のものとは異なる符号系列をそれぞれ使用する。例えば、符号変調器２−１及び符号復調器４−１の符号系列と、符号変調器２−２及び符号復調器４−２の符号系列とは、互いに直交する。直交符号系列として、例えば、Ｇｏｌｄ系列、ｍ系列等を使用可能である。これにより、符号変調器２−１から符号復調器４−１に電力を伝送し、符号変調器２−２から符号復調器４−２に電力を伝送することができる。符号変調器２−１によって変調された電力及び符号変調器２−２によって変調された電力は、有線伝送路３上でいったん合成されても、符号復調器４−１及び符号復調器４−２により分離して復調することができる。
【０１０９】
図１４は、図１２の有線伝送路３の構成を示す図である。図１２の有線伝送路３は、その部分となる有線伝送路３ａ〜３ｅを含む。有線伝送路３ａ〜３ｅはそれぞれ、経路長Ｌ２ａ〜Ｌ２ｅを有する。有線伝送路３ａは符号変調器２−１に接続され、有線伝送路３ｂは符号変調器２−２に接続される。有線伝送路３ｄは符号復調器４−１に接続され、有線伝送路３ｅは符号復調器４−２に接続される。図１４に示すように、有線伝送路３において、ある符号変調器からある符号復調器への経路長が、別の符号変調器から別の符号復調器への経路長とは異なる場合がある。図１４の場合、例えば、符号変調器２−１から符号復調器４−１までの経路は有線伝送路３ａ、３ｃ、３ｄで構成されるので、合計の経路長はＬ２ａ＋Ｌ２ｃ＋Ｌ２ｄとなる。また、符号変調器２−２から符号復調器４−２までの経路は有線伝送路３ｂ、３ｃ、３ｅで構成されるので、合計の経路長はＬ２ｂ＋Ｌ２ｃ＋Ｌ２ｅとなる。その他の経路の経路長も同様に定まり、符号変調器２−１から符号復調器４−２までの経路の経路長はＬ２ａ＋Ｌ２ｃ＋Ｌ２ｅとなり、符号変調器２−２から符号復調器４−１までの経路の経路長はＬ２ｂ＋Ｌ２ｃ＋Ｌ２ｄとなる。この場合は、電力伝送に用いるすべての経路について、符号復調器４−１、４−２の復調動作を受信した電力の位相に同期させるための制御信号を送受信する必要がある。
【０１１０】
図１５は、図１２の電力伝送システムにおける符号変調器２−１、２−２及び符号復調器４−１、４−２の同期を示すシーケンス図である。図１５のシーケンスは、符号変調器及び符号復調器の異なる組み合わせについてビーコンの送受信を繰り返すことを除いて、図１１のシーケンスと同様である。
【０１１１】
符号変調器２−１、２−２からビーコンを送信する場合、符号復調器４−１、４−２のそれぞれにおいて、符号変調器２−１から送信されたビーコンと符号変調器２−２から送信されたビーコンとを識別する必要がある。たとえば、ビーコンを識別するために、符号変調器２−１、２−２からビーコンを時分割で送信してもよい。まず、符号変調器２−１からビーコンを送信し、符号復調器４−１、４−２のそれぞれは、図１１のシーケンスと同様に、符号変調器２−１から受信した電力の位相に同期して電力を復調する。次に、符号変調器２−２からビーコンを送信し、符号復調器４−１、４−２は、図１１のシーケンスと同様に、符号変調器２−２から受信した電力の位相に同期して電力を復調する。ビーコンを時分割で送信する場合、ビーコン間の分離が容易であり、且つ、もっとも確実に同期を確立できるという利点がある。
【０１１２】
また、ビーコンを識別するために、符号変調器２−１、２−２ごとに互いに異なる固有符号（ＩＤ）を割り当て、ビーコンに固有符号を付与して送信してもよい。さらには、ビーコンを識別するために、符号変調器２−１、２−２ごとに互いに異なる周波数を割り当て、割り当てられた周波数を有するビーコンを送信してもよい。このように、ビーコンに固有符号（ＩＤ）を付与して送信する場合、もしくは、ビーコンを異なる周波数で送信する場合には、ビーコンを同じ時間に多重して送信することができるので、同期形成にかかる時間を短縮できるという効果がある。
【０１１３】
図１５のシーケンスによれば、図１２のように電力伝送システムが複数の符号変調器及び複数の符号復調器を備える場合であっても、符号復調器４−１、４−２の復調動作を受信した電力の位相に同期させ、電力を効率よく復調することができる。
【０１１４】
次に、図１６〜図１８を参照して、第１の実施形態の変形例３に係る電力伝送システムについて説明する。
【０１１５】
図１６は、第１の実施形態の変形例３に係る電力伝送システムの構成を示すブロック図である。図１６の電力伝送システムは、発電機１−１、１−２、符号変調器２、２Ｂ、有線伝送路３−１〜３−３、符号復調器４、４Ｂ、負荷５−１、５−２、及びコントローラ１０Ｂを備える。図１６の電力伝送システムでは、複数の有線伝送路３−１〜３−３が縦続接続されている。ここでは、２つの発電機１−１、１−２において発電した電力をそれぞれ負荷５−１、５−２に供給する例を示す。
【０１１６】
ここで、図１６の符号変調器２は図２と同様に構成され、図１６の符号復調器４ｂは図３と同様に構成される。また、図１７及び図１８に、符号変調器２Ｂ及び符号復調器４Ｂの構成の一例を示すブロック図をそれぞれ示す。
【０１１７】
図１７は、図１６の符号変調器２Ｂの構成を示すブロック図である。図１７に示すように、符号変調器２Ｂは、図２の符号変調器２と同様の構成要素を備える。図１７の端子Ｔ２１〜Ｔ２４は図２の端子Ｔ１〜Ｔ４にそれぞれ対応する。図１７の符号変調器２Ｂと図２の符号変調器２との違いは、符号変調器２Ｂを有線伝送路３−１、３−２の間に縦続接続することを可能にするため、追加の入力端子Ｔ２５、Ｔ２６を備えている点にある。図１７の符号変調器２Ｂの動作は図２の符号変調器２と同様であるので、再度の説明は省略する。以上により、符号変調器２Ｂを有線伝送路３−１、３−２の間に縦続接続することが可能となり、縦続接続された電力伝送システムを構築できるという効果がある。
【０１１８】
図１８は、図１６の符号復調器４Ｂの構成を示すブロック図である。図１８に示すように、符号復調器４Ｂは、図３の符号復調器４と同様の構成要素を備える。図１８の端子Ｔ３２〜Ｔ３４は図３の端子Ｔ１１〜Ｔ１４にそれぞれ対応する。図１８の符号復調器４Ｂと図３の符号復調器４との違いは、符号復調器４Ｂを有線伝送路３−２、３−３の間に縦続接続することを可能にするため、追加の出力端子Ｔ３５、Ｔ３６を備えている点にある。図１８の符号復調器４Ｂの動作は図３の符号復調器４と同様であるので、再度の説明は省略する。以上により、符号復調器４Ｂを有線伝送路３−２、３−３の間に縦続接続することが可能となり、縦続接続された電力伝送システムを構築できるという効果がある。
【０１１９】
例えば、発電機１−１で発電された電力は符号変調器２で変調され、有線伝送路３−１、符号変調器２Ｂ、及び有線伝送路３−２を介して伝送され、伝送された電力は符号復調器４Ｂで復調されて負荷５−２に出力される。また、発電機１−２で発電された電力は符号変調器２Ｂで変調され、有線伝送路３−２、符号復調器４Ｂ、及び有線伝送路３−３を介して伝送され、伝送された電力は符号復調器４で復調されて負荷５−１に出力される。
【０１２０】
符号変調器２及び符号復調器４Ｂは、互いに対応する変調符号の符号系列及び復調符号の符号系列をそれぞれ使用する。符号変調器２Ｂ及び符号復調器４は、互いに対応する変調符号の符号系列及び復調符号の符号系列であって、符号変調器２及び符号復調器４Ｂのものとは異なる符号系列をそれぞれ使用する。これにより、符号変調器２から符号復調器４Ｂに電力を伝送し、符号変調器２Ｂから符号復調器４に電力を伝送することができる。符号変調器２によって変調された電力及び符号変調器２Ｂによって変調された電力は、有線伝送路３−２上でいったん合成されても、符号復調器４及び符号復調器４Ｂにより分離して復調することができる。
【０１２１】
図１６の電力伝送システムにおいて、符号復調器４、４Ｂの復調動作を受信した電力の位相に同期させるための動作は、図１２の電力伝送システムのもの（図１５を参照）と同様である。
【０１２２】
以上に説明したように、第１の実施形態に係る電力伝送システムによれば、符号変調器及び符号復調器の間でビーコンを送受信することにより、コスト及び通信オーバーヘッドの増大を抑えながら、符号復調器の復調動作を受信した電力の位相に同期させることができる。これにより、電力損失が少なく、高い電力伝送効率を有する電力伝送システムを提供することが可能になる。
【０１２３】
なお、図１１及び図１５では、符号変調器から符号復調器にビーコンを送信する例を挙げて説明したが、これに限られるものでなく、符号復調器から符号変調器にビーコンを送信してもよい。この場合、符号変調器は、図１１及び図１５と同様にコントローラからシステム同期信号を受信することにより、符号復調器に予め時間的に同期する。符号復調器はビーコンを送信する。符号変調器は、有線伝送路３を介して符号復調器からビーコンを受信することにより、有線伝送路３を介する符号変調器から符号復調器での伝搬時間を測定する。符号変調器は、符号復調器が有線伝送路を介して符号変調器から受信した電力の位相に同期して当該電力を復調するように、符号変調器から送信する電力の初期位相を伝搬時間に基づいて決定する。符号変調器は、決定された初期位相を有するように変調された電力を送信する。これにより、コスト及び通信オーバーヘッドの増大を抑えながら、符号復調器の復調動作を受信した電力の位相に同期させることができる。これにより、電力損失が少なく、高い電力伝送効率を有する電力伝送システムを提供することが可能になる。
【０１２４】
電力伝送システムが１つの符号変調器及び複数の符号復調器を備える場合、符号変調器から各符号復調器にビーコンを送信することにより、各符号復調器は符号変調器から送信された電力の位相に同期して電力を復調することができる。また、電力伝送システムが複数の符号変調器及び１つの符号復調器を備える場合、符号復調器から各符号変調器にビーコンを送信することにより、各符号変調器は、符号復調器が受信した電力の位相に同期して当該電力を復調するように決定された初期位相を有する電力を送信することができる。
【０１２５】
（第２の実施形態）
第２の実施形態では、電力伝送システムにおける電力伝送の準備のため、特に、有線伝送路の状態として、有線伝送路の異常及び切断を検出するための制御信号を送受信する動作について説明する。
【０１２６】
図１９は、第２の実施形態に係る符号変調器２Ｃの構成を示すブロック図である。図１９の符号変調器２Ｃは、図２の符号変調器２の構成要素に加えて、信号レベル測定回路２７を備える。符号変調器２Ｃは、図２１、図２３、又は図２５を参照して後述する処理を実行するコントローラ１０Ｃと通信する。
【０１２７】
図２０は、第２の実施形態に係る符号復調器４Ｃの構成を示すブロック図である。図２０の符号復調器４Ｃは、図３の符号復調器４の構成要素に加えて、信号レベル測定回路３７を備える。符号復調器４Ｃは、図２１、図２３、又は図２５を参照して後述する処理を実行するコントローラ１０Ｃと通信する。
【０１２８】
第２の実施形態に係る電力伝送システムにおいて、符号変調器及び符号復調器の一方のみが信号レベル測定回路を備えていればよい。従って、以下の説明では、図１２の電力伝送システムにおいて、図１２の符号復調器４−１、４−２に代えて図２０の符号復調器４Ｃに対応する符号復調器４Ｃ−１、４Ｃ−２が設けられている場合を考える。
【０１２９】
図２１及び図２２を参照して、電力伝送の経路における異常箇所を検出する処理について説明する。符号変調器２−１、２−２と符号復調器４Ｃ−１、４Ｃ−２との組み合わせごとに、その間の経路における異常箇所を検出する。ここでは、有線伝送路３の異常箇所を検出するための制御信号を符号変調器２−１、２−２から符号復調器４Ｃ−１、４Ｃ−２に送信する場合について説明する。
【０１３０】
図２１は、第２の実施形態に係るコントローラ１０Ｃによって実行される異常検出処理を示すフローチャートである。
【０１３１】
ステップＳ１において、コントローラ１０Ｃは、符号変調器２−１、２−２のうち、１つの符号変調器を選択する。ステップＳ２において、コントローラ１０Ｃは、有線伝送路３の異常を検出するための制御信号として、選択された符号変調器からビーコンを送信させる。
【０１３２】
ステップＳ２で送信されたビーコンは、有線伝送路３を介して符号復調器４Ｃ−１、４Ｃ−２によって受信される。符号復調器４Ｃ−１、４Ｃ−２は、図２２を参照して後述する異常判定処理を実行することにより、異常判定信号をコントローラ１０Ｃに送る。
【０１３３】
ステップＳ３において、コントローラ１０Ｃは、符号復調器から異常判定信号を受信する。ステップＳ４において、コントローラ１０Ｃは、すべての符号復調器４Ｃ−１、４Ｃ−２から異常判定信号を受信したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ５に進み、ＮＯのときはステップＳ３に戻る。
【０１３４】
ステップＳ５において、コントローラ１０Ｃは、すべての符号変調器２−１、２−２からビーコンを送信させたか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ７に進み、ＮＯのときはステップＳ６に進む。ステップＳ６において、コントローラ１０Ｃは、他の１つの符号変調器を選択し、ステップＳ２〜Ｓ５を繰り返す。
【０１３５】
ステップＳ７において、コントローラ１０Ｃは、符号復調器４Ｃ−１、４Ｃ−２から受信された異常判定信号に基づいて、異常箇所を含む経路を用いた電力伝送を停止する。ステップＳ８において、コントローラ１０Ｃは、符号復調器４Ｃ−１、４Ｃ−２から受信された異常判定信号に基づいて、異常箇所を含まない経路を用いた電力伝送を開始又は継続する。
【０１３６】
図２２は、図２０の符号復調器４Ｃの制御回路３０によって実行される異常判定処理を示すフローチャートである。
【０１３７】
ステップＳ１１において、制御回路３０は、符号変調器２−１、２−２のうちの１つから、有線伝送路３を介してビーコンを受信する。ステップＳ１２において、制御回路３０は、受信したビーコンの信号レベルと、予め決められた基準信号レベルとの差の絶対値を計算する。基準信号レベルは、例えば、電力、電圧振幅、又は電流振幅で表される。
【０１３８】
基準信号レベルは、制御回路３０の内部のメモリに予め格納される。基準信号レベルは、ビーコンの信号レベルの予測値を表す固定値であってもよく、先行する一定の時間期間にわたって受信されたビーコンの信号レベルであってもよい。固定値の基準信号レベルを用いる場合には、メモリを軽減できるという効果がある。一方、一定の時間期間にわたって受信された基準信号レベルを用いる場合には、経時的変化を含む長期的な異常を検出できるという効果がある。
【０１３９】
ステップＳ１３において、制御回路３０は、差の絶対値が所定のしきい値を超えたか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ１４に進み、ＮＯのときはステップＳ１５に進む。ステップＳ１４において、制御回路３０は、ビーコンの発信元の符号変調器との間に異常箇所が存在すると判定する。ステップＳ１５において、制御回路３０は、ビーコンの発信元の符号変調器との間に異常箇所が存在しないと判定する。従って、符号復調器４は、有線伝送路３を介して符号変調器２から受信したビーコンの信号レベルと、所定の基準信号レベルとの差が所定のしきい値を超えるとき、有線伝送路３に異常箇所が存在すると判定する。
【０１４０】
ステップＳ１６において、制御回路３０は、判定結果を示す異常判定信号をコントローラ１０Ｃに送信する。
【０１４１】
符号復調器４Ｃの制御回路３０は、符号変調器２−１、２−２からビーコンを受信するごとに、ステップＳ１１〜Ｓ１６を繰り返す。
【０１４２】
図２３及び図２４を参照して、電力伝送の経路における切断箇所を検出する処理について説明する。符号変調器２−１、２−２と符号復調器４Ｃ−１、４Ｃ−２との組み合わせごとに、その間の経路における切断箇所を検出する。ここでは、有線伝送路３の切断箇所を検出するための制御信号を符号変調器２−１、２−２から符号復調器４Ｃ−１、４Ｃ−２に送信する場合について説明する。
【０１４３】
図２３は、第２の実施形態に係るコントローラ１０Ｃによって実行される切断検出処理を示すフローチャートである。ステップＳ２１において、コントローラ１０Ｃは、符号変調器２−１、２−２のうち、１つの符号変調器を選択する。ステップＳ２２において、コントローラ１０Ｃは、有線伝送路３の切断を検出するための制御信号として、選択された符号変調器からビーコンを送信させる。
【０１４４】
ステップＳ２２で送信されたビーコンは、有線伝送路３を介して符号復調器４Ｃ−１、４Ｃ−２によって受信される。各符号復調器４Ｃ−１、４Ｃ−２の電力線通信回路３４は、有線伝送路３を介して符号変調器２−１、２−２からビーコンを受信したとき、有線伝送路３を介して符号変調器２−１、２−２にＡＣＫ信号（肯定応答信号）を送信する。符号変調器２−１、２−２は、図２４を参照して後述する切断判定処理を実行することにより、切断判定信号をコントローラ１０Ｃに送る。
【０１４５】
ステップＳ２３において、コントローラ１０Ｃは、符号変調器から切断判定信号を受信する。ステップＳ２４において、コントローラ１０Ｃは、すべての符号変調器２−１、２−２からビーコンを送信させたか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２６に進み、ＮＯのときはステップＳ２５に進む。ステップＳ２５において、コントローラ１０Ｃは、他の１つの符号変調器を選択し、ステップＳ２２〜Ｓ２４を繰り返す。
【０１４６】
ステップＳ２６において、コントローラ１０Ｃは、符号変調器２−１、２−２から受信された切断判定信号に基づいて、切断箇所を含む経路を用いた電力伝送を停止する。ステップＳ２７において、コントローラ１０Ｃは、符号変調器２−１、２−２から受信された切断判定信号に基づいて、切断箇所を含まない経路を用いた電力伝送を開始又は継続する。
【０１４７】
図２４は、第２の実施形態に係る符号変調器２の制御回路２０によって実行される切断判定処理を示すフローチャートである。
【０１４８】
ステップＳ３１において、制御回路２０は、コントローラ１０Ｃから切断判定処理の実行を指示する制御信号を受信する。ステップＳ３２において、制御回路２０は、ビーコンを送信する。
【０１４９】
ビーコンを受信した符号復調器４Ｃ−１、４Ｃ−２は、ＡＣＫ信号を送信する。
【０１５０】
ステップＳ３３において、制御回路２０は、各符号復調器４Ｃ−１、４Ｃ−２からＡＣＫ信号を受信したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ３４に進み、ＮＯのときはステップＳ３５に進む。ステップＳ３４において、制御回路２０は、ＡＣＫ信号の発信元の符号復調器との間に切断箇所が存在しないと判定する。ステップＳ３５において、制御回路２０は、タイムアウトしたか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ３６に進み、ＮＯのときはステップＳ３３に戻る。ステップＳ３６において、制御回路２０は、ＡＣＫ信号を受信しなかった符号復調器との間に切断箇所が存在すると判定する。
【０１５１】
ステップＳ３７において、制御回路２０は、判定結果を示す切断判定信号をコントローラ１０Ｃに送信する。
【０１５２】
図２５を参照して説明するように、電力伝送システムは、異常箇所の検出と切断箇所の検出との両方を行ってもよい。
【０１５３】
図２５は、第２の実施形態に係るコントローラ１０Ｃによって実行される異常及び切断検出処理を示すフローチャートである。図２５の処理は、図２１の処理及び図２３の処理の組み合わせである。
【０１５４】
ステップＳ４１において、コントローラ１０Ｃは、符号変調器２−１、２−２のうち、１つの符号変調器を選択する。ステップＳ４２において、コントローラ１０Ｃは、選択された符号変調器からビーコンを送信させる。
【０１５５】
ビーコンは符号復調器４Ｃ−１、４Ｃ−２によって受信される。符号復調器４Ｃ−１、４Ｃ−２は、図２２の異常判定処理を実行して異常判定信号をコントローラ１０Ｃに送り、また、有線伝送路３を介して符号変調器２−１、２−２にＡＣＫ信号を送信する。
【０１５６】
ステップＳ４３において、コントローラ１０Ｃは、符号復調器から異常判定信号を受信する。ステップＳ４４において、コントローラ１０Ｃは、すべての符号復調器から異常判定信号を受信したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ４６に進み、ＮＯのときはステップＳ４３に戻る。
【０１５７】
ステップＳ４５において、コントローラ１０Ｃは、符号変調器から切断判定信号を受信する。
【０１５８】
ステップＳ４６において、コントローラ１０Ｃは、すべての符号変調器２−１、２−２からビーコンを送信させたか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ４８に進み、ＮＯのときはステップＳ４７に進む。ステップＳ４７において、コントローラ１０Ｃは、他の１つの符号変調器を選択し、ステップＳ４２〜Ｓ４６を繰り返す。
【０１５９】
ステップＳ４８において、コントローラ１０Ｃは、異常箇所又は切断箇所を含む経路を用いた電力伝送を停止する。ステップＳ４９において、コントローラ１０Ｃは、異常箇所及び切断箇所を含まない経路を用いた電力伝送を開始又は継続する。
【０１６０】
コントローラ１０Ｃが図２５の処理を実行するとき、符号変調器２−１、２−２及び符号復調器４Ｃ−１、４Ｃ−２は、図２１〜図２４を参照して説明した場合と同様に動作する。
【０１６１】
図２５に示すように、異常箇所の検出と切断箇所の検出とを同時に行うことで、処理時間を短縮することができる。図２５の処理によれば、図２１のステップＳ２及び図２３のステップＳ２２が図２５のステップＳ４２にまとめられているので、異常箇所の検出と切断箇所の検出との両方を行っても、ビーコンによる通信オーバーヘッドの増大を抑えることができる。
【０１６２】
次に、有線伝送路の異常及び切断を検出する例を示す。例えば、符号変調器２−１からビーコンを送信し、符号変調器２−１と符号復調器４−１との間に異常箇所又は切断箇所が存在し、符号変調器２−１と符号復調器４−２との間に異常箇所が存在しないと判定され、符号変調器２−２からビーコンを送信し、符号変調器２−２と符号復調器４−１との間に異常箇所又は切断箇所が存在し、符号変調器２−２と符号復調器４−２との間に異常箇所が存在しないと判定された場合を考える。この場合、図１４の有線伝送路３ｄに異常があると判定することができる。また、例えば、符号変調器２−１からビーコンを送信し、符号変調器２−１と符号復調器４−１、４−２との間に異常箇所又は切断箇所が存在し、符号変調器２−２からビーコンを送信し、符号変調器２−２と符号復調器４−１、４−２との間に異常箇所が存在しないと判定された場合を考える。この場合、図１４の有線伝送路３ａに異常があると判定することができる。以上のように、第２の実施形態によれば、有線伝送路３の異常箇所又は切断箇所を特定でき、その修復及び復旧をより早く実現できるという効果がある。
【０１６３】
図２１〜図２５の処理を実行することにより、コントローラ１０Ｃは、有線伝送路３の異常及び切断を検出し、異常箇所又は切断箇所を含む経路を用いた電力伝送を停止し、異常箇所及び切断箇所を含まない経路を用いた電力伝送を開始又は継続することができる。
【０１６４】
図２６は、第２の実施形態の変形例に係るコントローラ１０Ｄの構成を示すブロック図である。図２６のコントローラ１０Ｄは、計算回路４１及びメモリ４２を備える。メモリ４２は、符号復調器４Ｃ−１、４Ｃ−２で受信されたビーコンの信号レベルを蓄積する。符号復調器４Ｃ−１、４Ｃ−２は、異常判定信号とともに、又は、異常判定信号に代えて、受信したビーコンの信号レベルをコントローラ１０Ｃに送信する。計算回路４１は、符号復調器４Ｃ−１、４Ｃ−２から新たにビーコンの信号レベルを受信したとき、メモリ４２に蓄積された信号レベルと比較することにより、有線伝送路３の異常箇所の検出及び劣化箇所の予測を高精度に行うことができる効果がある。
【０１６５】
第２の実施形態に係る電力伝送システムによれば、有線伝送路３の異常箇所又は切断箇所を特定することができる。さらに、受信されたビーコンの信号レベルを以前に受信されて蓄積されたビーコンの信号レベルと比較することにより、異常箇所の予測及び検出が可能な優れた電力伝送システムを実現できるという効果がある。
【０１６６】
なお、図２１〜図２５では、符号変調器から符号復調器にビーコンを送信する例を挙げて説明したが、これに限られるものでなく、符号復調器から符号変調器にビーコンを送信してもよい。この場合、図１２の電力伝送システムにおいて、図１２の符号変調器２−１、２−２に代えて図１９の符号変調器２Ｃに対応する符号変調器２Ｃ−１、２Ｃ−２が設けられる。この場合も、符号変調器から符号復調器にビーコンを送信する場合と同様の効果が得られる。
【０１６７】
（第３の実施形態）
第３の実施形態に係る電力伝送システムでは、電力伝送システムにおける電力伝送の準備のため、特に、複数の電力送信装置及び複数の電力受信装置が存在する場合に、電力を伝送する電力送信装置及び電力受信装置の１つ又は複数の組み合わせ（すなわち経路）を決定する動作について説明する。
【０１６８】
第３の実施形態に係る電力伝送システムでは、図１２の電力伝送システムにおいて、図１２の符号変調器２−１、２−２に代えて図１９の符号変調器２Ｃに対応する符号変調器２Ｃ−１、２Ｃ−２が設けられ、図１２の符号復調器４−１、４−２に代えて図２０の符号復調器４Ｃに対応する符号復調器４Ｃ−１、４Ｃ−２が設けられている場合を考える。
【０１６９】
図２７は、第３の実施形態に係るコントローラによって実行される経路決定処理を示すフローチャートである。図２７の処理では、まず、符号変調器２Ｃ−１、２Ｃ−２と符号復調器４Ｃ−１、４Ｃ−２との組み合わせごとに、その間の経路における伝送損失を測定する。ここでは、符号変調器及び符号復調器の組み合わせを決定するための制御信号を符号変調器２Ｃ−１、２Ｃ−２から符号復調器４Ｃ−１、４Ｃ−２に送信する場合について説明する。
【０１７０】
ステップＳ５１において、コントローラ１０Ｃは、符号変調器２Ｃ−１、２Ｃ−２のうち、１つの符号変調器を選択する。ステップＳ５２において、コントローラ１０Ｃは、符号変調器及び符号復調器の組み合わせを決定するための制御信号として、選択された符号変調器からビーコンを送信させる。ステップＳ５３において、コントローラ１０Ｃは、選択された符号変調器から、ビーコンを送信したときの信号レベルを受信する。
【０１７１】
ステップＳ５２で送信されたビーコンは、有線伝送路３を介して符号復調器４Ｃ−１、４Ｃ−２によって受信される。符号復調器４Ｃ−１、４Ｃ−２は、受信したビーコンの信号レベルをコントローラ１０Ｃに送信する。
【０１７２】
ステップＳ５４において、コントローラ１０Ｃは、符号復調器から信号レベルを受信する。ステップＳ５５において、コントローラ１０Ｃは、すべての符号復調器から信号レベルを受信したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ５６に進み、ＮＯのときはステップＳ５４に戻る。
【０１７３】
ステップＳ５６において、コントローラ１０Ｃは、すべての符号変調器からビーコンを送信させたか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ５８に進み、ＮＯのときはステップＳ５７に進む。ステップＳ５７において、コントローラ１０Ｃは、他の１つの符号変調器を選択し、ステップＳ５２〜Ｓ５６を繰り返す。
【０１７４】
ステップＳ５８において、コントローラ１０Ｃは、各経路の伝送損失を計算する。符号変調器２Ｃ−１から送信したビーコンの信号レベルがＰ１ａであり、符号変調器２Ｃ−１から送信され、符号復調器４Ｃ−１、４Ｃ−２で受信されたビーコンの信号レベルがそれぞれＰ２ａ、Ｐ２ｂであるとする。また、符号変調器２Ｃ−２から送信したビーコンの信号レベルがＰ１ｂであり、符号変調器２Ｃ−２から送信され、符号復調器４Ｃ−１、４Ｃ−２で受信されたビーコンの信号レベルがそれぞれＰ３ａ、Ｐ３ｂであるとする。ビーコンを送信したときの信号レベルと、ビーコンを受信したときの信号レベルとの比が、各経路の伝送損失となる。すなわち、符号変調器２Ｃ−１と符号復調器４Ｃ−１との間の経路の伝送損失ＬａａはＰ２ａ／Ｐ１ａであり、符号変調器２Ｃ−１と符号復調器４Ｃ−２との間の経路の伝送損失ＬｂａはＰ２ｂ／Ｐ１ａである。すなわち、符号変調器２Ｃ−２と符号復調器４Ｃ−１との間の経路の伝送損失ＬａｂはＰ３ａ／Ｐ１ｂであり、符号変調器２Ｃ−２と符号復調器４Ｃ−２との間の経路の伝送損失ＬｂｂはＰ３ｂ／Ｐ１ｂである。
【０１７５】
ステップＳ５９において、コントローラ１０Ｃは、伝送損失が低くなる経路の組み合わせを決定する。
【０１７６】
第３の実施形態に係る電力伝送システムによれば、複数の電力送信装置及び複数の電力受信装置が存在する場合に、電力を伝送する電力送信装置及び電力受信装置の１つ又は複数の組み合わせを決定することができる。
【０１７７】
第３の実施形態に係る電力伝送システムによれば、符号変調器２Ｃ−１、２Ｃ−２及び符号復調器４Ｃ−１、４Ｃ−２のすべての組み合わせについて有線伝送路３の伝送損失を取得する。これにより、伝送損失のより少ない経路を選択して高効率の電力伝送を行うことができるという効果がある。これにより、より高効率の電力伝送を実現できる優れた電力伝送システムを提供することができる。
【０１７８】
伝送損失は、コントローラ１０Ｃで計算されることに限定されず、符号復調器４Ｃ−１、４Ｃ−２によって決定されてもよい。この場合、符号復調器４Ｃ−１、４Ｃ−２は、ビーコンを送信したときの信号レベルを符号変調器２Ｃ−１、２Ｃ−２から取得する。
【０１７９】
図２７では、符号変調器から符号復調器にビーコンを送信する例を挙げて説明したが、これに限られるものでなく、符号復調器から符号変調器にビーコンを送信してもよい。この場合、この場合も、符号変調器から符号復調器にビーコンを送信する場合と同様の効果が得られる。
【０１８０】
（第４の実施形態）
第４の実施形態に係る電力伝送システムでは、電力伝送システムにおける電力伝送の準備のため、特に、有線伝送路に対する符号変調器及び符号復調器のインピーダンスを測定して整合させる動作について説明する。
【０１８１】
図２８は、第４の実施形態に係る符号変調器２Ｅの構成を示すブロック図である。図２８の符号変調器２Ｅは、図２の符号変調器２の構成要素に加えて、インピーダンス測定回路２８及びインピーダンス整合回路２９を備える。インピーダンス測定回路２８は、電力線通信回路２４から見た有線伝送路３のインピーダンスを測定する。インピーダンス整合回路２９は、インピーダンス測定回路２８によって測定されたインピーダンスに基づいて、有線伝送路３に対する符号復調回路３３及び電力線通信回路２４のインピーダンスを整合させる。
【０１８２】
図２９は、第４の実施形態に係る符号復調器４Ｅの構成を示すブロック図である。図２９の符号復調器４Ｅは、図３の符号復調器４の構成要素に加えて、インピーダンス測定回路３８及びインピーダンス整合回路３９を備える。インピーダンス測定回路３８は、電力線通信回路３４から見た有線伝送路３のインピーダンスを測定する。インピーダンス整合回路３９は、インピーダンス測定回路３８によって測定されたインピーダンスに基づいて、有線伝送路３に対する符号復調回路３３及び電力線通信回路３４のインピーダンスを整合させる。
【０１８３】
第４の実施形態に係る電力伝送システムでは、図１２の電力伝送システムにおいて、図１２の符号変調器２−１、２−２に代えて図２８の符号変調器２Ｅに対応する符号変調器２Ｅ−１、２Ｅ−２が設けられ、図１２の符号復調器４−１、４−２に代えて図２８の符号復調器４Ｅに対応する符号復調器４Ｅ−１、４Ｅ−２が設けられている場合を考える。
【０１８４】
符号変調器２Ｅ−１は、有線伝送路３に対する符号変調器２Ｅ−１のインピーダンスを測定するための制御信号として、ビーコンを送信する。まず、符号変調器２Ｅ−１において、他の符号変調器２Ｅ−２及び符号復調器４Ｅ−１、４Ｅ−２がビーコンを送信していないとき、電力線通信回路２４からビーコンを送信する。インピーダンス測定回路２８は、符号変調器２Ｅ−１と有線伝送路３との接続点において反射されて戻ってきたビーコンの振幅Ａｒ及び位相φｒを測定する。ここで、振幅Ａｒ及び位相φｒの値は、電力線通信回路２４から送信されたビーコンの振幅及び位相で規格化されている。すなわち、このとき、反射係数Γは次式で表される。
【０１８５】
Γ＝Ａｒ・ｅｘｐ（ｊ・φｒ）
【０１８６】
したがって、有線伝送路３の規格化インピーダンスＺａは次式で表される。
【０１８７】
Ｚａ＝（１＋Γ）／（１−Γ）
【０１８８】
反射係数Γを計算するとき、実際には、ビーコンが保護回路２５及び結合回路２６を通過する際に生じる振幅の変化及び位相の変化をさらに考慮する。
【０１８９】
以上により、符号変調器２Ｅ−１から有線伝送路３を見たときのインピーダンスを取得することができる。次いで、インピーダンス整合回路２９により、符号変調器２Ｅ−１のインピーダンスを、有線伝送路３のインピーダンスＺａの複素共役になるように調整する。これにより、符号変調器２Ｅ−１から出力する電力を反射なく全て送信することが可能になる。すなわち、符号変調器２Ｅ−１からみた有線伝送路３のインピーダンスを測定することで、電力伝送の効率を最大化できるという効果がある。
【０１９０】
他の符号変調器２Ｅ−２及び符号復調器４Ｅ−１、４Ｅ−２も符号変調器２Ｅ−１と同様に、有線伝送路３に対するインピーダンスを測定して整合させる。
【０１９１】
第４の実施形態に係る電力伝送システムによれば、有線伝送路に対する符号変調器及び符号復調器のインピーダンスを測定して整合させることができる。符号変調器２Ｅ−１、２Ｅ−２と有線伝送路３との間において電力が反射することなく、かつ、有線伝送路３と符号復調器４Ｅ−１、４Ｅ−２との間において電力が反射することなく、符号変調器２Ｅ−１、２Ｅ−２から符号復調器４Ｅ−１、４Ｅ−２に電力を伝送することが可能になる。これにより、電力伝送の効率を最大化できるという効果が得られる。
【０１９２】
インピーダンス測定回路２８、３８は結合回路２６、３６と一体化されてもよい。これにより、ビーコンが保護回路及び結合回路を通過する際に生じる振幅の変化及び位相の変化を考慮する必要がなくなり、より簡単且つ正確に有線伝送路３のインピーダンスを測定することが可能になり、電力伝送効率の良い電力伝送システムを提供できるという効果がある。
【０１９３】
第１から第４の実施形態に係る電力伝送システムによれば、ビーコンの送受信のみで、同期、有線伝送路の状態の検出、経路決定、インピーダンス整合のすべてを達成できる。ビーコン信号を送受信するだけなので、コスト及び通信オーバーヘッドの増大が生じにくい。
【０１９４】
第１から第４の実施形態に係る電力伝送システムによれば、符号変調器及び符号復調器の間の同期を確立することで電力の変調及び復調を正確に実現することができ、さらには、有線伝送路の異常及び切断の検出が可能であり、かつ、伝送効率の良い有線伝送路を選択することで、同時に高効率な電力伝送を可能にする優れた電力伝送システムを提供する。
【０１９５】
さらに、負荷となる電気設備が複数あり、送電経路が複数ある場合には、経路の安全性確認（異常及び切断の検出）、さらには、伝送路の品質評価により、より安全で電力伝送効率の高い送電経路を探索することが可能になる。
【０１９６】
本開示の態様によると、送電される電力をより確実に識別及び分離し、より安全性の高い伝送経路を選択できる電力伝送システムを提供できる。
【０１９７】
なお、第１から第４の実施形態に係る電力伝送システムによれば、ビーコンの周波数は、電力伝送の周波数と同一であってもよい。これにより、特に第３及び第４の実施形態では、電力伝送の周波数における有線伝送路の伝送損失及び有線伝送路のインピーダンスを取得することが可能になり、より正確な伝送損失及びインピーダンスの測定が可能となるという効果がある。
【０１９８】
さらには、第１から第４の実施形態に係る電力伝送システムによれば、ビーコンは、所定の一定時間の間隔で継続的に送信されてもよい。これにより、有線伝送路の継続的な特性を取得することができ、間欠送信による消費電力を削減することができるという効果がある。
【０１９９】
第１から第４の実施形態では、１つ又は２つの発電機と１つ又は２つの負荷を備えた電力伝送システムを例に挙げて説明したが、これに限られるものではない。１つの発電機と２つ以上の負荷を備えた構成、更には、２つの以上の発電機と２つ以上の負荷で構成される電力伝送システムを構成することも可能である。この場合には、多数の電力伝送を１つの伝送路にまとめて送電することが可能となり、伝送路の敷設コストの減少、伝送路の本数削減によるコスト減少等の効果がある。
【０２００】
なお、第１から第４の実施形態に係る電力伝送システムにおいては、一例として直流の電流及び／又は交流の電流を変調した例を示したが、これに限られるものではない。直流の電圧あるいは、交流の電圧を変調することも可能であり、同様の効果が得られる。
【０２０１】
（実施形態の概要）
第１の態様に係る電力受信装置は、
有線伝送路を介して電力送信装置から電力を受信する電力受信装置であって、
前記電力送信装置は、所定の変調方式で電力を変調して前記有線伝送路を介して前記電力受信装置に送信し、
前記電力受信装置は、
前記有線伝送路を介して前記電力送信装置から受信した電力を前記変調方式に対応する復調方式で復調する復調回路と、
前記有線伝送路を介して前記電力送信装置から受信した制御信号を受信する通信回路とを備え、
前記電力受信装置は、
前記電力送信装置に予め時間的に同期し、
前記有線伝送路を介して前記電力送信装置から前記制御信号を受信することにより、前記有線伝送路を介する前記電力送信装置から前記電力受信装置までの伝搬時間を測定し、
前記有線伝送路を介して前記電力送信装置から電力を受信したとき、前記伝搬時間に基づいて当該電力の位相に同期して当該電力を復調する。
【０２０２】
第２の態様に係る電力受信装置は、第１の態様に係る電力受信装置において、
前記電力受信装置は、前記有線伝送路を介して前記電力送信装置から受信した前記制御信号の信号レベルと、所定の基準信号レベルとの差が所定のしきい値を超えるとき、前記有線伝送路に異常箇所が存在すると判定する。
【０２０３】
第３の態様に係る電力受信装置は、第１又は第２の態様に係る電力受信装置において、
前記通信回路は、前記有線伝送路を介して前記電力送信装置から前記制御信号を受信したとき、前記有線伝送路を介して前記電力送信装置に肯定応答信号を送信する。
【０２０４】
第４の態様に係る電力受信装置は、第１〜第３のうちの１つの態様に係る電力受信装置において、
前記電力受信装置は、
前記通信回路から見た前記有線伝送路のインピーダンスを測定するインピーダンス測定回路と、
前記インピーダンス測定回路によって測定されたインピーダンスに基づいて、前記有線伝送路に対する前記復調回路及び前記通信回路のインピーダンスを整合させるインピーダンス整合回路とを備える。
【０２０５】
第５の態様に係る電力受信装置は、第１〜第４のうちの１つの態様に係る電力受信装置において、
前記制御信号の周波数は、前記電力送信装置によって変調された電力の周波数と同じである。
【０２０６】
第６の態様に係る電力受信装置は、第１〜第５のうちの１つの態様に係る電力受信装置において、
前記電力送信装置は前記制御信号を一定の時間間隔で送信する。
【０２０７】
第７の態様に係る電力受信装置は、第１〜第６のうちの１つの態様に係る電力受信装置において、
前記変調方式及び前記復調方式はそれぞれ、所定の符号系列による符号変調方式及び符号復調方式である。
【０２０８】
第８の態様に係る電力伝送システムは、
第１〜第７のうちの１つの態様に係る少なくとも１つの電力受信装置と、
所定の変調方式で電力を変調して有線伝送路を介して前記電力受信装置に送信する少なくとも１つの電力送信装置とを備える。
【０２０９】
第９の態様に係る電力伝送システムは、第８の態様に係る電力伝送システムにおいて、
前記電力伝送システムは、複数の電力送信装置と、第１〜第７のうちの１つの態様に係る電力受信装置を複数有する電力受信装置群と、コントローラとを備え、
前記複数の電力受信装置の各電力受信装置は、前記有線伝送路を介して前記複数の電力送信装置の各電力送信装置から受信した前記制御信号の信号レベルを測定し、
前記コントローラは、
前記各電力送信装置が前記制御信号を送信したときの信号レベルと、前記複数の電力受信装置の各電力受信装置によって測定された信号レベルとに基づいて、前記電力送信装置及び前記電力受信装置の組み合わせごとに前記有線伝送路の伝送損失を計算し、
前記有線伝送路の伝送損失を低減するように、前記電力送信装置及び前記電力受信装置の組み合わせを決定する。
【０２１０】
第１０の態様に係る電力送信装置は、
有線伝送路を介して電力受信装置に電力を送信する電力送信装置であって、
前記電力送信装置は、
所定の変調方式で電力を変調して前記有線伝送路を介して前記電力受信装置に送信する変調回路と、
前記有線伝送路を介して前記電力受信装置から受信した制御信号を受信する通信回路とを備え、
前記電力受信装置は、前記有線伝送路を介して前記電力送信装置から受信した電力を前記変調方式に対応する復調方式で復調し、
前記電力送信装置は、
前記電力受信装置に予め時間的に同期し、
前記有線伝送路を介して前記電力受信装置から前記制御信号を受信することにより、前記有線伝送路を介する前記電力送信装置から前記電力受信装置までの伝搬時間を測定し、
前記電力受信装置が前記有線伝送路を介して前記電力送信装置から受信した電力の位相に同期して当該電力を復調するように、前記電力送信装置から送信する電力の初期位相を前記伝搬時間に基づいて決定する。
【０２１１】
第１１の態様に係る電力伝送システムは、
第１０の態様に係る少なくとも１つの電力送信装置と、
有線伝送路を介して前記電力送信装置から受信した電力を前記変調方式に対応する復調方式で復調する少なくとも１つの電力受信装置とを備える。
【産業上の利用可能性】
【０２１２】
本開示に係る電力伝送システムは、太陽光発電、風力発電、水力発電等の発電機から鉄道、ＥＶ車両等へ電力を伝送することに有用である。
【符号の説明】
【０２１３】
１、１−１、１−２…発電機、
１ｍ、１ｍ−１、１ｍ−２、５ｍ、５ｍ−１、５ｍ−２…電力測定器、
２、２−１、２−２、２Ｂ、２Ｃ、２Ｅ…符号変調器、
３、３ａ〜３ｅ、３−１〜３−３…有線伝送路、
４、４−１、４−２、４Ｂ、４Ｃ、４Ｅ…符号復調器、
５、５−１、５−２…負荷、
１０、１０Ａ〜１０Ｄ…コントローラ、
２０…制御回路、
２１…通信回路、
２２…符号生成回路、
２３…符号変調回路、
２４…電力線通信回路、
２５…保護回路、
２６…結合回路、
２７…信号レベル測定回路、
２８…インピーダンス測定回路、
２９…インピーダンス整合回路、
３０…制御回路、
３１…通信回路、
３２…符号生成回路、
３３…符号復調回路、
３４…電力線通信回路、
３５…保護回路、
３６…結合回路、
３７…信号レベル測定回路、
３８…インピーダンス測定回路、
３９…インピーダンス整合回路、
４１…計算回路、
４２…メモリ、
Ｓ１〜Ｓ３４…スイッチ、
ＳＳ１〜ＳＳ３４、ＳＳ２１Ａ〜ＳＳ３４Ａ…スイッチ回路、
Ｔ１〜Ｔ３６…端子。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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