(57)【要約】【課題】所望の電源及び負荷の組み合わせで電力伝送を行うことができる電力伝送システムを提供する。【解決手段】電力伝送システムは、第１の変調周波数で第１の電力を変調する第１の変調器と、第２の変調周波数で第２の電力を変調する第２の変調器と、複数の変調電力が合成された伝送電力を伝送させる伝送路と、第１の復調周波数で前記伝送電力を復調して第３の電力を生成する第１の復調器と、第２の復調周波数で前記伝送電力を復調して第４の電力を生成する第２の復調器とを含む。前記第１の変調周波数と前記第２の変調周波数は互いに異なる。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の変調周波数で第１の電力を変調して、第１の変調電力を生成する第１の変調器と、
第２の変調周波数で第２の電力を変調して、第２の変調電力を生成する第２の変調器と、
前記第１の変調電力と前記第２の変調電力とを含む複数の変調電力が合成された伝送電力を伝送させる伝送路と、
前記第１の変調周波数に対応する第１の復調周波数で前記伝送電力を復調して、第３の電力を生成する第１の復調器と、
前記第２の変調周波数に対応する第２の復調周波数で前記伝送電力を復調して、第４の電力を生成する第２の復調器とを含み、
前記第１の変調周波数と前記第２の変調周波数は互いに異なる、
電力伝送システム。
【請求項２】
前記第１の復調器は、複数のダイオードがフルブリッジ接続されたブリッジ回路を含む、
請求項１に記載の電力伝送システム。
【請求項３】
前記第１の復調器は、前記第１の復調周波数で共振するＬＣ回路をさらに含む、
請求項２に記載の電力伝送システム。
【請求項４】
前記第１の復調器は、複数のスイッチを含む同期整流回路を含む、
請求項１に記載の電力伝送システム。
【請求項５】
前記同期整流回路は、複数のスイッチがフルブリッジ接続されたブリッジ回路を含む、
請求項４に記載の電力伝送システム。
【請求項６】
前記第１の変調器及び前記第１の復調器に第１の共通の周波数を有する第１の基準信号を設定させ、前記第２の変調器及び前記第２の復調器に第２の共通の周波数を有する第２の基準信号を設定させる、コントローラをさらに備え、
前記第１の変調器は、前記第１の基準信号に基づいて、前記第１の電力を変調し、
前記第２の変調器は、前記第２の基準信号に基づいて、前記第２の電力を変調し、
前記第１の復調器は、前記第１の基準信号に基づいて、前記伝送電力を復調し、
前記第２の復調器は、前記第２の基準信号に基づいて、前記伝送電力を復調する、
請求項１から５のいずれか一項に記載の電力伝送システム。
【請求項７】
前記第１の基準信号及び前記第２の基準信号の少なくとも一方の位相を変化させる力率調整回路をさらに含む、
請求項６に記載の電力伝送システム。
【請求項８】
前記第１の変調器と前記伝送路との間、又は、前記第１の復調器と前記伝送路との間に、前記伝送電力の電流及び電圧の少なくとも一方を測定する電力測定器をさらに含み、
前記力率調整回路は、前記電力測定器から取得した前記伝送電力の情報に基づいて、前記位相を変化させる、
請求項７に記載の電力伝送システム。
【請求項９】
前記コントローラは、さらに、前記第１の変調器の変調動作と前記第１の復調器の復調動作とを同期させるための同期信号を、前記第１の変調器と前記第１の復調器に送信する、
請求項６に記載の電力伝送システム。
【請求項１０】
前記第１の変調器に接続された電源が生成する発電量を測定する第１の電力測定器と、
前記第１の復調器に接続された負荷が消費する電力消費量を測定する第２の電力測定器とをさらに備える、
請求項６に記載の電力伝送システム。
【請求項１１】
前記コントローラは、前記発電量及び前記電力消費量の情報に基づいて、前記第１の変調器および前記第１の復調器を制御する、
請求項１０に記載の電力伝送システム。
【請求項１２】
プロセッサと、通信回路とを備え、
前記プロセッサは、
第１の変調周波数で第１の電力を変調させて第１の変調電力を生成させるための第１の制御信号を生成し、
前記第１の制御信号を、前記通信回路を介して第１の変調器に送信し、
第２の変調周波数で第２の電力を変調させて第２の変調電力を生成させるための第２の制御信号を生成し、
前記第２の制御信号を、前記通信回路を介して第２の変調器に送信し、
前記第１の変調電力と前記第２の変調電力を含む複数の変調電力が、合成されて伝送され、
前記第１の変調周波数と前記第２の変調周波数は互いに異なる、
コントローラ。
【請求項１３】
前記プロセッサは、さらに、
前記第１の変調周波数に対応する第１の復調周波数で前記第１の変調電力を復調させるための第３の制御信号を生成し、
前記第３の制御信号を、前記通信回路を介して第１の復調器に送信し、
前記第２の変調周波数に対応する第２の復調周波数で前記第２の変調電力を復調させるための第４の制御信号を生成し、
前記第４の制御信号を、前記通信回路を介して第２の復調器に送信する、
請求項１２に記載のコントローラ。
【請求項１４】
前記第３の制御信号は、前記第１の復調器を同期整流動作させる信号を含む、
請求項１３に記載のコントローラ。
【請求項１５】
前記第１の制御信号と前記第３の制御信号は、第１の共通の周波数を有する第１の基準信号を含み、
前記第２の制御信号と前記第４の制御信号は、第２の共通の周波数を有する第２の基準信号を含む、
請求項１３に記載のコントローラ。
【請求項１６】
前記プロセッサは、さらに、前記第１の基準信号及び前記第２の基準信号の少なくとも一方の位相を変化させる、
請求項１５に記載のコントローラ。
【請求項１７】
前記プロセッサは、さらに、前記第１の変調電力の電流及び電圧の少なくとも一方の情報を取得し、前記情報に基づいて、前記位相を変化させる、
請求項１６に記載のコントローラ。
【請求項１８】
前記第１の制御信号と前記第３の制御信号は、前記第１の変調器の変調動作と前記第１の復調器の復調動作とを同期させるための同期信号を含む、
請求項１３から１７のいずれか一項に記載のコントローラ。
【請求項１９】
前記プロセッサは、さらに、
前記第１の変調器に接続された電源が生成する発電量の情報を取得し、
前記第１の復調器に接続された負荷が消費する電力消費量の情報を取得し、
前記発電量及び前記電力消費量の情報に基づいて、前記第１の制御信号および前記第３の制御信号を生成する、
請求項１３から１７のいずれか一項に記載のコントローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、変調器と復調器とを備える電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力会社からの商用電力の供給に加え、自然エネルギーによって発電された電力の供給が急激に増加しつつある。また、遠距離送電による損失を軽減させるために、局所的な小規模電力網の導入が提案されている。
【０００３】
特許文献１は、電力を非同期で融通するための多端子電力変換装置を開示している。
【０００４】
特許文献２は、他の装置と情報信号を送受信する通信部と、当該他の装置に電力を供給する電力供給部とを備える電力供給装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５６１２７１８号公報
【特許文献２】特開２０１１−９１９５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本開示は、所望の電源及び負荷の組み合わせで電力伝送を行うことができる電力伝送システム又はコントローラを提供する。
【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伝送システムは、第１の変調周波数で第１の電力を変調して、第１の変調電力を生成する第１の変調器と、第２の変調周波数で第２の電力を変調して、第２の変調電力を生成する第２の変調器と、前記第１の変調電力と前記第２の変調電力とを含む複数の変調電力が合成された伝送電力を伝送させる伝送路と、前記第１の変調周波数に対応する第１の復調周波数で前記伝送電力を復調して、第３の電力を生成する第１の復調器と、前記第２の変調周波数に対応する第２の復調周波数で前記伝送電力を復調して、第４の電力を生成する第２の復調器とを含む。前記第１の変調周波数と前記第２の変調周波数は互いに異なる。
【０００８】
なお、これらの包括的又は具体的な態様は、変調器、復調器、電力送信装置、電力受信装置、コントローラ、又は、これらの任意の組み合わせで実現されてもよく、電力伝送方法で実現されてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本開示に係る電力伝送システム又はコントローラによれば、所望の電源及び負荷の組み合わせで電力伝送を行うことができる。
【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２Ａ】図２Ａは、第１の実施形態の第１の動作例に係る電源電流の波形を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、第１の実施形態の第１の動作例に係る基準信号の波形を示す図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、第１の実施形態の第１の動作例に係る伝送電流の波形を示す図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、第１の実施形態の第１の動作例に係る整流電流の波形を示す図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、第１の実施形態の第１の動作例に係る負荷電流の波形を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、第１の実施形態の第２の動作例に係る電源電流の波形を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、第１の実施形態の第２の動作例に係る変調信号の波形を示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、第１の実施形態の第２の動作例に係る伝送電流の波形を示す図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、第１の実施形態の第２の動作例に係る復調信号の波形を示す図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、第１の実施形態の第２の動作例に係る負荷電流の波形を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、第１の実施形態の第３の動作例に係る電源電流の波形を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、第１の実施形態の第３の動作例に係る変調信号の波形を示す図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、第１の実施形態の第３の動作例に係る伝送電流の波形を示す図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、第１の実施形態の第３の動作例に係る負荷電流の波形を示す図である。
【図４Ｅ】図４Ｅは、第１の実施形態の第３の動作例に係る復調信号の波形を示す図である。
【図５】図５は、第１の実施形態に係る電力伝送システムの構造例を示す回路図である。
【図６】図６は、第１の実施形態に係る電力伝送システムの別の構造例を示す回路図である。
【図７】図７は、比較例の乗算器を示す回路図である。
【図８】図８は、第２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９Ａ】図９Ａは、第２の実施形態の動作例に係る第１の電源電流の波形を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、第２の実施形態の動作例に係る第２の電源電流の波形を示す図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、第２の実施形態の動作例に係る第１の変調信号の波形を示す図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、第２の実施形態の動作例に係る第２の変調信号の波形を示す図である。
【図９Ｅ】図９Ｅは、第２の実施形態の動作例に係る伝送電流の波形を示す図である。
【図９Ｆ】図９Ｆは、第２の実施形態の動作例に係る第１の負荷電流の波形を示す図である。
【図９Ｇ】図９Ｇは、第２の実施形態の動作例に係る第２の負荷電流の波形を示す図である。
【図１０】図１０は、第２の実施形態に係る電力伝送システムの構造例を示す回路図である。
【図１１】図１１は、第２の実施形態に係る電力伝送システムの別の構造例を示す回路図である。
【図１２】図１２は、第３の実施形態に係る変調器の構成例を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、第３の実施形態に係る復調器の構成例を示すブロック図である。
【図１４】図１４は、第３の実施形態に係る電力伝送システムの第１の構造例を示す回路図である。
【図１５】図１５は、第３の実施形態の第１の動作例に係る基準信号、変調信号、及び復調信号の波形を示す図である。
【図１６】図１６は、第３の実施形態に係る変調器の第２の構造例を示す回路図である。
【図１７】図１７は、第３の実施形態に係る復調器の第２の構造例を示す回路図である。
【図１８】図１８は、第３の実施形態の第２の動作例に係る基準信号、変調信号、及び復調信号の波形を示す図である。
【図１９】図１９は、第３の実施形態の変形例に係る変調器の構造を示す回路図である。
【図２０】図２０は、第３の実施形態の変形例に係る復調器の構造を示す回路図である。
【図２１】図２１は、第４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２２】図２２は、第４の実施形態に係る変調器の構成例を示すブロック図である。
【図２３】図２３は、第４の実施形態に係る復調器の構成例を示すブロック図である。
【図２４】図２４は、第５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２５】図２５は、第５の実施形態の変形例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。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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符号及び／又は同一の名称を付している。
【００１２】
以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下に示される数値、符号、波形、素子の種類、素子の配置及び接続、信号の流れ、回路ブロックなどは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。加えて、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素は、任意の構成要素である。
【００１３】
（第１の実施形態）
［１．電力伝送システム］
図１は、第１の実施形態に係る電力伝送システム１００の構成例を示す。電力伝送システム１００は、発電機１、変調器２、伝送路３、復調器４、負荷５、及びコントローラ１０を備えている。
【００１４】
変調器２には電源として発電機１が接続され、復調器４には負荷５が接続されている。変調器２には変調周波数が予め設定され、復調器４には変調周波数と同じ復調周波数が予め設定されている。変調器２は、発電機１によって生成された電力を変調周波数で変調し、変調された電力を伝送路３に出力する。復調器４は、伝送路３から取得された電力を復調周波数で復調し、復調された電力を負荷５に出力する。すなわち、変調器２は電力送信装置として機能し、復調器４は電力受信装置として機能する。伝送路３は、例えば、有線伝送路である。
【００１５】
コントローラ１０は、変調器２から復調器４への電力伝送を制御する。コントローラ１０は、例えば、種々の制御信号を生成するためのプログラムが記録されたメモリと、そのプログラムを実行させるプロセッサを含む。コントローラ１０は、例えば、マイコンを含む。
【００１６】
変調周波数及び復調周波数は固定値であってもよい。あるいは、変調周波数及び復調周波数は、コントローラ１０の制御下で可変であってもよい。この場合、コントローラ１０は、変調周波数の情報を含む制御信号を変調器２に送り、かつ、復調周波数の情報を含む制御信号を復調器４に送る。変調周波数と復調周波数が同じであるため、変調器２及び復調器４が同期して電力の変調及び復調を行う。
【００１７】
発電機１は電力測定器１ｍを有する。電力測定器１ｍは、発電機１の発電量を測定する。負荷５は、電力測定器５ｍを有する。電力測定器５ｍは、負荷５の電力使用量を測定する。電力測定器１ｍ、５ｍは、測定された電力量をコントローラ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、発電機１から負荷５への電力伝送の可否を判断し、変調器２及び復調器４の動作を制御する。
【００１８】
発電機１は、直流電力を出力してもよく、交流電力を出力してもよい。直流の発電機１として例えば太陽光発電機があり、交流の発電機１として例えば火力、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ある。負荷５には、直流電力が入力されてもよく、交流電力が入力されてもよい。なお、伝送路３を介して変調器２から復調器４に伝送される電力は、変調周波数で変調された交流電力である。
【００１９】
発電機１から出力されて変調器２に入力される電力を「電源電力」といい、伝送路３上で伝送される電力を「伝送電力」といい、復調器４から出力されて負荷５に入力される電力を「負荷電力」という。図１には、電源電力、伝送電力、及び負荷電力の代わりに、電源電流Ｉ１、伝送電流Ｉ２、及び負荷電流Ｉ３が示されている。以下では、電流が変調／復調される例が説明されるが、本開示はこれに限定されず、例えば電圧が変調／復調されてもよい。以下の説明における「電流」は、適宜「電圧」又は「電力」に読み替えることができる。
【００２０】
［２．動作］
電源電流Ｉ１及び負荷電流Ｉ３が直流である場合と交流である場合とのそれぞれについて、電力伝送システム１００の動作を説明する。
【００２１】
［２−１．第１の動作例］
第１の動作例では、変調器２に直流の電源電流Ｉ１が入力され、復調器４から直流の負荷電流Ｉ３が出力される。
【００２２】
図２Ａ〜２Ｅは、第１の動作例における、電源電流Ｉ１、基準信号、伝送電流Ｉ２、整流電流、及び負荷電流Ｉ３の波形を示す。
【００２３】
発電機１は、図２Ａに示される直流の電源電流Ｉ１を生成し、変調器２に出力する。
【００２４】
コントローラ１０は、変調器２に、図２Ｂに示される基準信号の周波数を、変調周波数として設定する。基準信号は、例えば１ｋＨｚの正弦波である。変調器２は、電源電流Ｉ１を変調周波数で振幅変調することで伝送電流Ｉ２（すなわち変調電流）を生成し、伝送路３に出力する。図２Ｃに示されるように、伝送電流Ｉ２は、基準信号と同じ波形を有する。
【００２５】
コントローラ１０は、復調器４に、図２Ｂに示される基準信号の周波数を、復調周波数として設定する。例えば、復調器４は、復調周波数で動作する複数のスイッチを備えた同期整流回路、及び／又は、復調周波数と同一の周波数を有する電流成分を通過させるフィルタを備えている。復調器４は、復調周波数と同一の周波数を有する伝送電流Ｉ２を、伝送路３から取得する。ただし、復調器４は、復調周波数と異なる周波数を有する電流成分が伝送路３上を流れていたとしても、この電流成分を受信しない。復調器４は、伝送路３から取得された伝送電流Ｉ２を整流して、図２Ｄに示される整流電流を取得する。次いで、復調器４は、この整流電流を平滑化することで、図２Ｅに示される直流の負荷電流Ｉ３を生成し、これを負荷５に出力する。
【００２６】
［２−２．第２の動作例］
第２の動作例では、変調器２に交流の電源電流Ｉ１が入力され、復調器４から交流の負荷電流Ｉ３が出力される。この例では、発電機１が１ｋＨｚの正弦波電流を電源電流Ｉ１として生成し、負荷５が１ｋＨｚの正弦波電流を負荷電流Ｉ３として取得する場合を考える。
【００２７】
図３Ａ〜３Ｅは、第２の動作例における、電源電流Ｉ１、変調信号、伝送電流Ｉ２、復調信号、及び負荷電流Ｉ３の波形を示す。
【００２８】
発電機１は、図３Ａに示される交流の電源電流Ｉ１を生成し、変調器２に出力する。
【００２９】
コントローラ１０は、図３Ｂに示される変調信号の周波数を、変調器２の変調周波数として設定する。変調周波数は、電源電流Ｉ１の周波数よりも高い。図３Ｂに示される変調信号は、１０ｋＨｚの矩形波である。変調器２は、電源電流Ｉ１の向きを変調周波数で反転させることで電源電流Ｉ１を変調し、これにより、図３Ｃに示される伝送電流Ｉ２（すなわち変調電流）が生成される。変調器２は、伝送電流Ｉ２を伝送路３に出力する。
【００３０】
コントローラ１０は、図３Ｄに示される復調信号の周波数を、復調器４の復調周波数として設定する。復調周波数は変調周波数に等しい。図３Ｅに示される復調信号は、１０ｋＨｚの矩形波である。復調器４は、変調器２と同期しながら、伝送路３から取得された伝送電流Ｉ２の向きを復調周波数で反転させることで伝送電流Ｉ２を復調し、これにより、図３Ｅに示される負荷電流Ｉ３が生成される。負荷電流Ｉ３は、電源電流Ｉ１と同じ波形を有する。復調器４は、負荷電流Ｉ３を負荷５に供給する。
【００３１】
［２−３．第３の動作例］
第３の動作例では、変調周波数及び復調周波数が互いに異なる点を除き、第２の動作例と同じである。この例では、発電機１が１ｋＨｚの正弦波電流を電源電流Ｉ１として生成し、負荷５が１ｋＨｚの正弦波電流を負荷電流Ｉ３として取得する場合を考える。また、この例では、変調信号は２０ｋＨｚの矩形波であり、復調信号は１０ｋＨｚの矩形波である。
【００３２】
図４Ａ〜４Ｅは、第３の動作例における、電源電流Ｉ１、変調信号、伝送電流Ｉ２、復調信号、及び負荷電流Ｉ３の波形を示す。
【００３３】
第３の動作例では、変調周波数及び復調周波数が互いに異なるので、変調器２及び復調器４において電流を反転させるタイミングが合わない。従って、図４Ｅに示されるように、復調周波数と同じ周波数を有する負荷電流Ｉ３が発生し、この負荷電流Ｉ３は、負荷５を動作させることができない。
【００３４】
復調器４は、復調周波数（例えば１０ｋＨｚ）とは異なる変調周波数（例えば２０ｋＨｚ）で変調された伝送電流Ｉ２を取得したとき、伝送電流Ｉ２を復調せず、負荷５への電力供給を停止してもよい。負荷５は、所望の周波数（例えば１ｋＨｚ）と異なる周波数（例えば１０ｋＨｚ）を有する負荷電流Ｉ３が入力されたとき、復調器４からの負荷電流Ｉ３の受電を停止してもよい。
【００３５】
［３．電力伝送システムの回路構造］
［３−１．第１の構造例］
図５は、電力伝送システム１００の第１の構造例を示す回路図である。図５では、図示の簡単化のために、電力測定器１ｍ、５ｍ及びコントローラ１０を省略している。
【００３６】
変調器２は、スイッチＳ１〜Ｓ４及びインダクタＬｔを備える。復調器４は、スイッチＳ１１〜Ｓ１４、キャパシタＣｒ、Ｃｏｕｔ、及びインダクタＬｒを備える。
【００３７】
図５に示される電力伝送システム１００において、例えば、変調器２に直流の電源電力が入力され、復調器４から直流の負荷電力が出力される。変調器２は、発電機１により生成された直流の電源電力を、スイッチＳ１〜Ｓ４をオンオフすることで変調する。変調器２は、例えばパルス幅変調を用いて、直流電力を変調する。変調器２のインダクタＬｔは、伝送路３に他の電力送信装置が接続されている場合に、当該他の電力送信装置から変調器２に電力が流れ込むことを阻止する。復調器４のキャパシタＣｒ及びインダクタＬｒは、復調周波数で共振するＬＣ共振回路を構成する。復調器４のスイッチＳ１１〜Ｓ１４は、復調周波数で動作する同期整流回路を構成する。復調器４は、ＬＣ共振回路を介して、復調周波数と同一の周波数を有する電力を伝送路３から取得する。復調器４は、取得された電力を、スイッチＳ１１〜Ｓ１４をオンオフすることで整流し、整流電力を生成する。復調器４は、次いで、整流電力をキャパシタＣｏｕｔにより平滑化することで、直流の負荷電力を生成し、これを負荷５に出力する。
【００３８】
伝送路３は、実際には、所定容量及び所定インダクタンスを有する。例えば、伝送路３が有線伝送路である場合、伝送路３のインダクタンスは、有線伝送路が長いほど、大きくなる。従って、キャパシタＣｒの容量及びインダクタＬｒのインダクタンスを決める際に、伝送路３による容量及びインダクタンスの変化分が考慮されてもよい。系の共振周波数ｆ０は、例えば、以下の式（１）で表される。
【００３９】
ｆ０＝１／（２π√（（Ｃ０＋Ｃｒ）×（Ｌ０＋Ｌｒ）））      （１）
【００４０】
式（１）において、ＣｒはキャパシタＣｒの容量を表し、ＬｒはインダクタＬｒのインダクタンスを表し、Ｃ０は伝送路３による容量の変化分を表し、Ｌ０は伝送路３によるインダクタンスの変化分を表す。
【００４１】
復調周波数をｆ０に設定する場合、式（１）に従って、キャパシタＣｒの容量及びインダクタＬｒのインダクタンスを決めることができる。これにより、伝送路３の容量及びインダクタンスに応じて、高効率で電力を伝送することができる。
【００４２】
復調器４が復調周波数で動作する同期整流回路である場合、キャパシタＣｒ及びインダクタＬｒのＬＣ共振回路は省略されてもよい。
【００４３】
図５に示される電力伝送システム１００において、例えば、変調器２には交流の電源電力が入力されてもよく、復調器４から交流の負荷電力が出力されてもよい。この場合、復調器４のキャパシタＣｏｕｔは除去される。
【００４４】
図５の電力伝送システム１００において、復調器４のキャパシタＣｒは可変な容量を有してもよい。キャパシタＣｒは、例えば、コントローラ１０の制御下で容量が変化するバリスタであってもよい。この場合、コントローラ１０は復調周波数を動的に変化させることができ、これにより、復調器４は、さまざまな異なる変調周波数で変調された電力を取得することができる。
【００４５】
［３−２．第２の構造例］
図６は、電力伝送システム１００の第２の構造例を示す回路図である。図６でも、図示の簡単化のために、電力測定器１ｍ、５ｍ及びコントローラ１０を省略している。
【００４６】
図６に示される回路は、図５に示される復調器４に代えて、復調器４Ａを備えている。復調器４Ａは、ダイオードＤ１〜Ｄ４を備えている。復調器４Ａから直流電力が出力される場合、復調器４Ａは、ダイオードＤ１〜Ｄ４を含むブリッジ回路であってもよい。この場合、復調器４Ａの復調周波数が固定されていれば、コントローラ１０は復調器４Ａを制御しなくてもよい。従って、電力伝送システム１００の構成及び動作が簡単化されうる。
【００４７】
［３−３．比較例］
ここで、電力伝送システム１００を、一般的な通信回路における信号伝送システムと比較して説明する。
【００４８】
一般的な通信回路において、電気信号の変調及び復調は、電気信号の乗算によって行われる。図７は、比較例に係る乗算器を示す。図７に示される乗算器は、混合回路である。図７の乗算器は、トランジスタＴＲ１〜ＴＲ３、抵抗Ｒ１、Ｒ２、及び端子Ｅｃ、Ｅｓ、Ｅａを備える。端子Ｅｃから局部発振信号（ＬＯ）が印加され、端子Ｅｓから中間周波信号（ＩＦ）が印加され、端子Ｅａから高周波信号（ＲＦ）が出力される。
【００４９】
変調時には、乗算器は、例えば、直流のベースバンド信号と交流の変調信号ｓｉｎ（ωｔ）とを乗算し、これによって、変調信号と同じ周波数を有する伝送信号を生成する。ここで、変調信号の周波数ｆは、ω＝２πｆを満たし、例えば１ｋＨｚである。
【００５０】
復調時には、乗算器は、伝送信号と復調信号ｓｉｎ（ωｔ）とを乗算し、これによって、復調された伝送信号１＋ｓｉｎ（２ωｔ）を生成する。復調された伝送信号の第１項「１」は、直流電流である。また、復調された伝送信号の第２項「ｓｉｎ（２ωｔ）」は、変調信号の周期で積分すると０となる。そのため、復調された伝送信号は、変調信号の周期で積分されることで平滑化され、これによって、変調前の電流のみが取り出されうる。
【００５１】
図７の乗算器を用いると、２つの入力信号を乗算した信号を生成することができる。しかしながら、この乗算器は、入力信号のエネルギーを出力電力に変換しているのではなく、他の電源から取得されたエネルギーを用いて出力電力を生成している。従って、比較例に係る乗算器は、入力された電力を伝送する電力伝送システムに使用することはできない。
【００５２】
一方、本実施形態に係る電力伝送システム１００は、図５及び図６に示されるように、スイッチＳ１〜Ｓ４を用いて電力を変調し、スイッチＳ１１〜Ｓ１４又はダイオードＤ１〜Ｄ４を用いて電力を復調している。これにより、発電機１から入力された電力を伝送路３に出力し、伝送路３から取得された電力を負荷５に出力することができる。
【００５３】
［４．効果］
以上説明したように、第１の実施形態に係る電力伝送システムによれば、変調周波数と復調周波数を等しくすることで、伝送路３を介して発電機１から負荷５に電力を伝送することができる。
【００５４】
［５．変形例］
第１の実施形態に係る電力伝送システム１００はさらに以下の変形例を有する。
【００５５】
電力測定器１ｍは、発電機１内ではなく、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内ではなく、復調器４の後段に設けられてもよい。
【００５６】
発電機１もしくは負荷５は、電池、コンデンサ等の蓄電装置であってもよい。電力伝送システム１００は、蓄電装置を備えることにより、電力消費がない、又は少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。これにより、全体での電力効率が向上しうる。
【００５７】
図２Ｂでは正弦波の変調信号を示し、図３Ｂ及び３Ｄでは矩形波の変調信号及び復調信号を示したが、変調信号及び復調信号の波形はこれらに限らない。電力伝送システム１００は、任意の波形を有する変調信号及び復調信号を使用可能である。
【００５８】
電力伝送システム１００は、電圧の変調及び復調を行ってもよい。
【００５９】
（第２の実施形態）
［１．電力伝送システム］
図８は、第２の実施形態に係る電力伝送システム１００Ａの構成例を示す。
【００６０】
電力伝送システム１００Ａは、発電機１ａ、１ｂ、変調器２ａ、２ｂ、伝送路３、復調器４ａ、４ｂ、負荷５ａ、５ｂ、及びコントローラ１０Ａを備えている。電力伝送システム１００Ａは、複数の発電機１ａ、１ｂ及び複数の負荷５ａ、５ｂから所望の組み合わせで電力伝送を行う。
【００６１】
変調器２ａ、２ｂには電源として発電機１ａ、１ｂがそれぞれ接続され、復調器４ａ、４ｂには負荷５ａ、５ｂがそれぞれ接続されている。変調器２ａには第１の変調周波数が予め設定され、復調器４ａには、第１の変調周波数と同じ第１の復調周波数が予め設定されている。変調器２ｂには第１の変調周波数とは異なる第２の変調周波数が予め設定され、復調器４ｂには第２の変調周波数と同じ第２の復調周波数が予め設定されている。変調器２ａは、発電機１ａで発生された電力を第１の変調周波数で変調し、変調された電力を伝送路３に出力する。復調器４ａは、伝送路３から取得された電力を、第１の復調周波数で復調し、復調された電力を負荷５ａに出力する。変調器２ｂは、発電機１ｂで発生された電力を第２の変調周波数で変調し、変調された電力を伝送路３に出力する。復調器４ｂは、伝送路３から取得された電力を第２の復調周波数で復調し、復調された電力を負荷５ｂに出力する。すなわち、変調器２ａ、２ｂは電力送信装置として機能し、復調器４ａ、４ｂは電力受信装置として機能する。伝送路３は、例えば、有線伝送路である。
【００６２】
第１及び第２の変調周波数、並びに、第１及び第２の復調周波数は固定値であってもよい。それに代わって、第１及び第２の変調周波数、並びに、第１及び第２の復調周波数は、コントローラ１０Ａによって変更可能であってもよい。この場合、コントローラ１０Ａは、第１の変調周波数の情報を含む制御信号を変調器２ａに送り、かつ、第１の復調周波数の情報を含む制御信号を復調器４ａに送る。第１の変調周波数と第１の復調周波数が同じであるため、変調器２ａ及び復調器４ａが同期して電力の変調及び復調を行う。また、コントローラ１０Ａは、第２の変調周波数の情報を含む制御信号を変調器２ｂに送り、かつ、第２の復調周波数の情報を含む制御信号を復調器４ｂに送る。第２の変調周波数と第２の復調周波数が同じであるため、変調器２ｂ及び復調器４ｂが同期して電力の変調及び復調を行う。
【００６３】
発電機１ａ、１ｂ、及び負荷５ａ、５ｂは、それぞれ、電力測定器１ｍａ、１ｍｂ、５ｍａ、５ｍｂを有している。電力測定器１ｍａ、１ｍｂ、５ｍａ、５ｍｂは、測定した電力量をコントローラ１０Ａに送る。コントローラ１０Ａは、受信した各電力量に基づいて、変調器２ａ、２ｂ及び復調器４ａ、４ｂの動作を制御する。これにより、変調器２ａ、２ｂ及び復調器４ａ、４ｂの電力系統間で電力が柔軟に融通されうる。
【００６４】
発電機１ａ、１ｂは直流電力を出力しても、交流電力を出力してもよい。負荷５ａ、５ｂには直流電力が入力されても、交流電力が入力されてもよい。なお、伝送路３を介して変調器２ａ、２ｂから復調器４ａ、４ｂに伝送される電力は、変調周波数で変調された交流電力である。
【００６５】
発電機１ａから出力されて変調器２ａに入力される電力を「第１の電源電力」といい、発電機１ｂから出力されて変調器２ｂに入力される電力を「第２の電源電力」という。伝送路３上で伝送される電力を「伝送電力」という。復調器４ａから出力されて負荷５ａに入力される電力を「第１の負荷電力」といい、復調器４ｂから出力されて負荷５ｂに入力される電力を「第２の負荷電力」という。
【００６６】
図８には、第１の電源電力、第２の電源電力、伝送電力、第１の負荷電力、及び第２の負荷電力の代わりに、電源電流Ｉ１１、電源電流Ｉ１２、伝送電流Ｉ２、負荷電流Ｉ３１、及び負荷電流Ｉ３２が示されている。以下では、電流が変調／復調される例が説明されるが、本開示はこれに限定されず、例えば電圧が変調／復調されてもよい。以下の説明における「電流」は、適宜「電圧」又は「電力」に読み替えることができる。
【００６７】
［２．動作］
電力伝送システム１００Ａの一動作例を説明する。本動作例では、発電機１ａから負荷５ａに電力が伝送され、発電機１ｂから負荷５ｂに電力が伝送される。具体的には、変調器２ａ、２ｂに直流の電源電流Ｉ１１、Ｉ１２が入力され、復調器４ａ、４ｂから直流の負荷電流Ｉ３１、Ｉ３２が出力される。
【００６８】
図９Ａ〜９Ｇは、それぞれ、本動作例における、電源電流Ｉ１１、電源電流Ｉ１２、変調器２ａの変調信号、変調器２ｂの変調信号、伝送電流Ｉ２、負荷電流Ｉ３１、及び負荷電流Ｉ３２の波形を示す。
【００６９】
発電機１ａは、図９Ａに示される０．５Ａの直流の電源電流Ｉ１１を生成して、これを変調器２ａに出力する。
【００７０】
コントローラ１０Ａは、変調器２ａに対して、図９Ｃに示される１ｋＨｚの正弦波の周波数を、第１の変調周波数として設定する。変調器２ａは、電源電流Ｉ１１を第１の変調周波数で振幅変調して、変調された電流を伝送路３に出力する。
【００７１】
発電機１ｂは、図９Ｂに示される０．１Ａの直流の電源電流Ｉ１２を生成して、これを変調器２ｂに出力する。
【００７２】
コントローラ１０Ａは、変調器２ｂに対して、図９Ｄに示される１０ｋＨｚの正弦波の周波数を、第２の変調周波数として設定する。変調器２ｂは、電源電流Ｉ１２を第２の変調周波数で振幅変調して、変調された電流を伝送路３に出力する。
【００７３】
伝送路３において、変調器２ａ、２ｂから出力された電流が合成され、合成された電流は、図９Ｅに示される伝送電流Ｉ２として流れている。図９Ｅに示されるように、伝送電流Ｉ２の波形は−０．６Ａから＋０．６Ａの範囲の振幅を有している。
【００７４】
コントローラ１０Ａは、復調器４ａに対して、第１の変調周波数と同じ周波数を、第１の復調周波数として設定する。復調器４ａは、伝送電流Ｉ２のうち、第１の復調周波数（すなわち１ｋＨｚ）を有する電流成分を、伝送路３から取得する。復調器４ａは、取得された電流成分を整流及び平滑化し、図９Ｆに示される０．５Ａの直流の負荷電流Ｉ３１を生成し、これを負荷５ａに出力する。
【００７５】
コントローラ１０Ａは、復調器４ｂに対して、第２の変調周波数と同じ周波数を、第２の復調周波数として設定する。復調器４ｂは、伝送電流Ｉ２のうち、第２の復調周波数（すなわち１０ｋＨｚ）を有する電流成分を、伝送路３から取得する。復調器４ｂは、取得された電流成分を整流及び平滑化し、図９Ｇに示される０．１Ａの直流の負荷電流Ｉ３２を生成し、これを負荷５ｂに出力する。
【００７６】
図９Ａ〜９Ｇによれば、電力伝送システム１００Ａにおいて、変調及び復調が正しく行われ、発電機１ａで発電された電力が負荷５ａに伝送され、発電機１ｂで発電された電力が負荷５ｂに伝送されていることがわかる。
【００７７】
［３．効果］
電力伝送システム１００Ａにおいて、第１の変調周波数及び第１の復調周波数と、第２の変調周波数及び第２の復調周波数とは相違する。これにより、複数の発電機から選択された少なくとも１つから、複数の負荷から選択された少なくとも１つに、所望の電力を伝送することができる。復調器４ａは、第２の変調周波数を有する電流成分が伝送路３に流れていても、これを受信せず、復調器４ｂは、第１の変調周波数を有する電流成分が伝送路３に流れていても、これを受信しない。
【００７８】
電力伝送システム１００Ａによれば、複数の発電機１ａ、１ｂからの電力は、多重化された状態で、１つの伝送路３で同時に伝送され、かつ、それらの電力は、分離されて、複数の負荷５ａ、５ｂにそれぞれ送られる。
【００７９】
コントローラ１０Ａは、複数の発電機１ａ、１ｂ及び複数の負荷５ａ、５ｂの間で、動的に電力の融通を変更することもできる。
【００８０】
複数の異なる電力が共通の伝送路３を介して伝送されるため、伝送路３を簡素化することができる。例えば、伝送路３がケーブルである場合、ケーブルの本数を減らすことができる。
【００８１】
複数の変調電力が合成されて同時に伝送されるため、例えば、複数系統の電力を時分割で伝送する方式に較べて、伝送時間を短縮できる。また、各電力は周波数に応じて分離可能なため、他の電力伝送に影響を与えることなく、電力伝送を行うことができる。
【００８２】
変調器２ａ、２ｂのそれぞれには、任意の変調周波数が設定可能であり、復調器４ａ、４ｂのそれぞれには、任意の復調周波数が設定可能である。そのため、変調周波数および復調周波数の任意の組み合わせに応じて、変調器と復調器の間のペアリングを柔軟に変更することができる。例えば、発電機１ａから負荷５ｂへの電力伝送と、発電機１ｂから負荷５ａへの電力伝送とが同時に実行されてもよい。また、ペアリングのパターン数が増大しても、回路規模の大型化は抑制される。そのため、小型化の装置で電力電送が実現されうる。
【００８３】
［４．電力伝送システムの回路構造］
［４−１．第１の構造例］
図１０は、電力伝送システム１００Ａの第１の構造例を示す回路図である。図１０では、図示の簡単化のために、電力測定器１ｍａ、１ｍｂ、５ｍａ、５ｍｂ及びコントローラ１０Ａを省略している。
【００８４】
変調器２ａ、２ｂのそれぞれは、図５に示される変調器２と同様に構成され、復調器４ａ、４ｂのそれぞれは、図５に示される復調器４と同様に構成されている。変調器２ａの構成要素と変調器２ｂの構成要素は、参照番号の末尾に「ａ」又は「ｂ」を付加することにより、区別される。復調器４ａの構成要素と復調器４ｂの構成要素は、参照番号の末尾に「ａ」又は「ｂ」を付加することにより、区別される。
【００８５】
キャパシタＣｒａの容量及びインダクタＬｒａのインダクタンスは、キャパシタＣｒａ及びインダクタＬｒａを含むＬＣ共振回路が、第１の復調周波数で共振するように設定される。キャパシタＣｒｂの容量及びインダクタＬｒｂのインダクタンスは、キャパシタＣｒｂ及びインダクタＬｒｂを含むＬＣ共振回路が、第２の復調周波数で共振するように設定される。第１の復調周波数は、第２の復調周波数とは異なる。第１の復調周波数及び第２の復調周波数は、復調器４ａ、４ｂの入力インピーダンスに十分な差が生じるように設定されている。
【００８６】
復調器４ａが復調周波数で動作する同期整流回路である場合、キャパシタＣｒａ及びインダクタＬｒａのＬＣ共振回路は省略されてもよい。同様に、復調器４ｂが復調周波数で動作する同期整流回路である備える場合、キャパシタＣｒｂ及びインダクタＬｒｂのＬＣ共振回路は省略されてもよい。
【００８７】
第１の変調周波数及び第２の変調周波数が互いに整数倍の関係にある場合、伝送電流Ｉ２のうち、変調器２ａで変調された電流成分は、直交周波数分割多重と同様の原理により、変調器２ｂで変調された電流成分に対して直交する。従って、復調器４ａ及び４ｂは、ＬＣ共振回路を備えていなくても、変調器２ａ、２ｂからの電力を分離することができる。
【００８８】
［４−２．第２の構造例］
図１１は、電力伝送システム１００Ａの第２の構造例を示す回路図である。図１１では、図示の簡単化のために、電力測定器１ｍａ、１ｍｂ、５ｍａ、５ｍｂ及びコントローラ１０Ａを省略している。
【００８９】
復調器４Ａａ、４Ａｂのそれぞれは、図６に示される復調器４Ａと同様に構成されている。復調器４Ａａの構成要素と復調器４Ａｂの構成要素は、参照番号の末尾に「ａ」又は「ｂ」を付加することにより、区別される。
【００９０】
復調器４Ａａ、４Ａｂは、直流電力を出力する場合、ダイオードのブリッジ回路を備えてもよい。この場合、電力伝送システム１００Ａの構成及び動作を簡単化することができる。
【００９１】
［５．補足］
上記の説明では、２つの発電機と２つの負荷を備えた電力伝送システムを例に挙げたが、発電機の数及び負荷の数は、これに限られるものではない。本実施形態にかかる電力伝送システムは、３つ以上の発電機及び３つ以上の負荷を含んでもよい。電力伝送システムは、例えば、発電機の個数に応じた個数の変調器と、負荷の個数に応じた個数の復調器とを含む。
【００９２】
変調器及び復調器の組ごとに共通の周波数が変調周波数及び復調周波数として変調器及び復調器にそれぞれ設定される。変調器及び復調器の異なる組には異なる周波数が設定される。あるいは、複数の復調器が同じ復調周波数を用いる場合、１つの変調器から複数の復調器に電力を伝送することができる。
【００９３】
（第３の実施形態）
［１．電力伝送システム］
第３の実施形態に係る電力伝送システムは、例えば、図１に示される電力伝送システム１００と同様の構成を有する。
【００９４】
本実施形態に係る電力伝送システムは、変調器２、復調器４、及びコントローラ１０の代わりに、変調器２Ｂ、復調器４Ｂ、及びコントローラ１０Ｂを備えている。
【００９５】
［２．変調器と復調器の構成］
図１２は、変調器２Ｂの構成を示す。
【００９６】
変調器２Ｂは、制御回路２５と、通信回路２１と、Ｈブリッジ回路２３とを備える。制御回路２５は、例えば、制御ＩＣ２０と、ゲートドライバ２２とを備える。
【００９７】
通信回路２１は、コントローラ１０Ｂから制御信号を受信して、これを制御回路２５に送る。通信回路２１は、例えば、アンテナと、同調回路と、検波器とを含む。
【００９８】
制御信号は、例えば、同期信号と変調周波数の情報とを含む。同期信号は、例えば、変調を開始させるトリガー信号であってもよいし、変調を終了させるトリガー信号であってもよい。あるいは、同期信号は、例えば、変調を開始すべき時刻を示す時刻情報であってもよいし、変調を終了すべき時刻を示す時刻情報であってもよい。
【００９９】
制御ＩＣ２０は、制御信号に基づいて所定の変調信号を生成し、この変調信号に応じた複数のゲート信号をゲートドライバ２２に生成させる。制御ＩＣ２０は、プロセッサを含み、例えばマイコンである。
【０１００】
ゲートドライバ２２は、ゲート信号をＨブリッジ回路２３に出力し、これにより、Ｈブリッジ回路２３の動作を制御する。
【０１０１】
変調器２Ｂは、発電機１に接続された入力端子Ｔ１、Ｔ２と、伝送路３に接続された出力端子Ｔ３、Ｔ４とを有する。
【０１０２】
図１３は、復調器４Ｂの構成を示す。
【０１０３】
復調器４Ｂは、制御回路３５と、通信回路３１と、Ｈブリッジ回路３３とを備える。制御回路３５は、例えば、制御ＩＣ３０と、ゲートドライバ３２とを備える。
【０１０４】
通信回路３１は、コントローラ１０Ｂから制御信号を受信して、これを制御回路３５に送る。通信回路３１は、例えば、アンテナと、同調回路と、検波器とを含む。
【０１０５】
制御信号は、例えば、同期信号と復調周波数の情報とを含む。同期信号は、例えば、復調を開始させるトリガー信号であってもよいし、復調を終了させるトリガー信号であってもよい。あるいは、同期信号は、例えば、復調を開始すべき時刻を示す時刻情報であってもよいし、復調を終了すべき時刻を示す時刻情報であってもよい。
【０１０６】
制御ＩＣ３０は、制御信号に基づいて所定の復調信号を生成し、この復調信号に応じた複数のゲート信号をゲートドライバ３２に生成させる。制御ＩＣ３０は、プロセッサを含み、例えばマイコンである。
【０１０７】
ゲートドライバ３２は、ゲート信号をＨブリッジ回路３３に出力し、これにより、Ｈブリッジ回路３３の動作を制御する。
【０１０８】
復調器４Ｂは、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。
【０１０９】
コントローラ１０Ｂから変調器２Ｂ及び復調器４Ｂへの制御信号は、伝送路３とは異なる経路で送信されてもよく、あるいは、電力伝送と多重化されて、伝送路３を介して送信されてもよい。後者の場合には、コントローラ１０Ｂから変調器２Ｂ及び復調器４Ｂへの通信経路（例えばケーブル）が削減され、コストが低減されうる。
【０１１０】
［３．回路構造と動作］
［３−１．第１の構造例］
図１４は、本実施形態に係る電力伝送システムの第１の構造例を示す回路図である。図１４では、図示の簡単化のために、発電機１、負荷５、通信回路２１、３１、及び、コントローラ１０Ｂを省略している。
【０１１１】
図１４において、Ｈブリッジ回路２３は、ブリッジ形式で接続された４個のスイッチ回路ＳＳ１〜ＳＳ４を備える。スイッチ回路ＳＳ１〜ＳＳ４は、例えば、単方向性スイッチとして機能する。例えば、スイッチ回路ＳＳ１〜ＳＳ４は、それぞれ、スイッチＳ１〜Ｓ４を含む。スイッチＳ１〜Ｓ４は、例えばＭＯＳトランジスタである。
【０１１２】
図１４において、Ｈブリッジ回路３３は、ブリッジ形式で接続された４個のスイッチ回路ＳＳ１１〜ＳＳ１４を備える。スイッチ回路ＳＳ１〜ＳＳ４は、例えば、単方向性スイッチとして機能する。例えば、スイッチ回路ＳＳ１１〜ＳＳ１４は、それぞれ、スイッチＳ１１〜Ｓ１４を含む。スイッチＳ１１〜Ｓ１４は、例えば、ＭＯＳトランジスタである。
【０１１３】
制御回路２５は、所定の変調信号ｍ１、ｍ２を生成する。制御回路２５は、変調信号ｍ１をスイッチＳ１、Ｓ４に制御信号として印加し、変調信号ｍ２をスイッチＳ２、Ｓ３に制御信号として印加する。
【０１１４】
例えば、スイッチＳ１〜Ｓ４は、変調信号「１」が入力されている間、オン状態となり、変調信号「０」が入力されている間、オフ状態となる。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。
【０１１５】
スイッチＳ１がオン状態のとき、端子Ｔ１から端子Ｔ３に電流が流れる。スイッチＳ３がオン状態のとき、端子Ｔ１から端子Ｔ４に電流が流れる。スイッチＳ２がオン状態のとき、端子Ｔ３から端子Ｔ２に電流が流れる。スイッチＳ４がオン状態のとき、端子Ｔ４から端子Ｔ２に電流が流れる。
【０１１６】
制御回路３５は所定の復調信号ｄ１、ｄ２を生成する。制御回路３５は、復調信号ｄ１をスイッチＳ１２、Ｓ１３に制御信号として印加し、復調信号ｄ２をスイッチＳ１１、Ｓ１４に制御信号として印加する。
【０１１７】
スイッチＳ１１がオン状態のとき、端子Ｔ１２から端子Ｔ１３に電流が流れる。スイッチＳ１３がオン状態のとき、端子Ｔ１１から端子Ｔ１３に電流が流れる。スイッチＳ１２がオン状態のとき、端子Ｔ１４から端子Ｔ１２に電流が流れる。スイッチＳ１４がオン状態のとき、端子Ｔ１４から端子Ｔ１１に電流が流れる。
【０１１８】
なお、図１４において、Ｈブリッジ回路３３のスイッチＳ１１〜Ｓ１４において電流が流れる方向は、Ｈブリッジ回路２３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されている。図１４において、実線矢印で示される方向に流れる電流は、正の電流と見なされる。
【０１１９】
［３−２．第１の動作例］
図１４に示される電力伝送システムを参照して、変調器２Ｂに直流電力が入力され、復調器４Ｂから直流電力が出力される場合の動作を、第１の動作例として説明する。
【０１２０】
図１５は、変調信号ｍ１、ｍ２及び復調信号ｄ１、ｄ２の生成を説明する図である。
【０１２１】
コントローラ１０Ｂは、例えば、変調器２Ｂ及び復調器４Ｂに、共通の基準信号ｍ０を予め設定させる。すなわち、変調器２Ｂの基準信号ｍ０と、復調器４Ｂの基準信号ｍ０は、共通の周波数及び共通の位相を有する。制御回路２５は、基準信号ｍ０を生成し、基準信号ｍ０から変調信号ｍ１、ｍ２を生成する。制御回路３５は、基準信号ｍ０を生成し、基準信号ｍ０から復調信号ｄ１、ｄ２を生成する。
【０１２２】
変調信号ｍ１及び復調信号ｄ１は、基準信号ｍ０が正となる期間には「１」となり、基準信号ｍ０が負となる期間には「０」となる。変調信号ｍ２及び復調信号ｄ２は、基準信号ｍ０が正となる期間には「０」となり、基準信号ｍ０が負となる期間には「１」となる。
【０１２３】
スイッチＳ１、Ｓ４がオン状態であり、かつ、スイッチＳ２、Ｓ３がオフ状態であるとき、Ｈブリッジ回路２３に入力された正の電源電流は、図１４の実線矢印の方向に流れ、これにより、端子Ｔ３、Ｔ４に正の伝送電流が流れる。
【０１２４】
スイッチＳ１、Ｓ４がオフ状態であり、かつ、スイッチＳ２、Ｓ３がオン状態であるとき、Ｈブリッジ回路２３に入力された正の電源電流は、図１４の点線矢印の方向に流れ、これにより、端子Ｔ３、Ｔ４に負の伝送電流が流れる。
【０１２５】
したがって、Ｈブリッジ回路２３は、入力された直流の電源電力を交流電力に変調し、変調された電力を伝送電力として伝送路３に出力する。
【０１２６】
復調信号ｄ１、ｄ２は、変調信号ｍ１、ｍ２と同期している。すなわち、伝送路３に正の伝送電流が流れるとき、復調信号ｄ１が「１」となり、復調信号ｄ２が「０」となる。このとき、スイッチＳ１３、Ｓ１２はオン状態であり、かつ、スイッチＳ１１、Ｓ１４はオフ状態である。そのため、Ｈブリッジ回路３３に入力された正の伝送電流は、図１４の実線矢印の方向に流れ、これにより、端子Ｔ１３、Ｔ１４に正の負荷電流が流れる。
【０１２７】
一方、伝送路３に負の伝送電流が流れるとき、復調信号ｄ１が「０」となり、復調信号ｄ２が「１」となる。このとき、スイッチＳ１１、Ｓ１４はオン状態であり、かつ、スイッチＳ１２、Ｓ１３はオフ状態である。そのため、Ｈブリッジ回路３３に入力された負の伝送電流は、図１４の実線矢印の方向に流れ、これにより、端子Ｔ１３、Ｔ１４に正の負荷電流が流れる。
【０１２８】
したがって、Ｈブリッジ回路３３は、入力された交流の伝送電力を正の直流電力に変調し、変調された直流電力を負荷電力として負荷５に出力する。
【０１２９】
第１の動作例によれば、変調器２Ｂは、直流の電源電流を交流の伝送電流に変調して伝送路３に出力し、復調器４Ｂは、伝送路３から伝送電流を取得し、伝送電流を直流の負荷電流に復調する。これにより、発電機１から負荷５に直流電力を伝送することができる。
【０１３０】
なお、変調信号が「１」となる時間の総和と変調信号が「０」となる時間の総和とが同じであれば、この変調信号によって変調された電流は、平均的に直流成分をもたず、交流成分のみとなる。そのため、伝送路３に流れる伝送電流は、交流電流となる。これにより、伝送路３及び負荷５のインダクタンスを有する場合であっても、直流成分に起因する不要な電圧上昇を防止できる。
【０１３１】
第１の動作例では、１組の変調器及び復調器の間で電力を伝送する場合について説明されたが、複数組の変調器及び復調器の間でそれぞれ電力を伝送する場合にも応用されうる。この場合、例えば、基準信号ｍ０の周波数が組毎に相違するように設定される。これにより、周波数に基づいて変調器及び復調器の組を識別し、伝送された電力を各組毎に分離することができる。さらに、ある組の基準信号の周波数は、他の組の基準信号の周波数の整数倍に設定されてもよい。これにより、各組の復調器において、最低の周波数の周期で積分すると、他の組の変調器から伝送された電力は０になる。従って、宛先以外の復調器において復調される電力に影響を与えることなく、電力を伝送することができる。
【０１３２】
［３−３．第２の構造例］
本実施形態に係る電力伝送システムの第２の構造例について、図１６及び１７を参照して説明する。
【０１３３】
図１６は、第２の構造例に係るＨブリッジ回路２３Ａ及び制御回路２５Ａを示す。図１６に示される回路は、図１４に示される回路と比較して以下の点が異なる。
（１）図１４に示されるスイッチ回路ＳＳ１〜ＳＳ４の代わりに、図１６に示される双方向性スイッチ回路ＳＳ２１〜ＳＳ２４が設けられている。
（２）図１４に示される制御回路２５の代わりに、制御回路２５Ａが設けられている。制御回路２５Ａは、４個の変調信号ｍ１〜ｍ４を生成して、Ｈブリッジ回路２３Ａに出力する。
【０１３４】
スイッチ回路ＳＳ２１は、図１４のスイッチＳ１に加えて、スイッチＳ１とは逆方向かつ並列に接続されたスイッチＳ２１を備える。スイッチＳ２１は、変調信号ｍ３に応答してオンオフされる。スイッチ回路ＳＳ２２は、図１４のスイッチＳ２に加えて、スイッチＳ２とは逆方向かつ並列に接続されたスイッチＳ２２を備える。スイッチＳ２２は、変調信号ｍ４に応答してオンオフされる。スイッチ回路ＳＳ２３は、図１４のスイッチＳ３に加えて、スイッチＳ３とは逆方向かつ並列に接続されたスイッチＳ２３を備える。スイッチＳ２３は、変調信号ｍ４に応答してオンオフされる。スイッチ回路ＳＳ２４は、図１４のスイッチＳ４に加えて、スイッチＳ４とは逆方向かつ並列に接続されたスイッチＳ２４を備える。スイッチＳ２４は、変調信号ｍ３に応答してオンオフされる。
【０１３５】
スイッチＳ２１〜Ｓ２４は例えばＭＯＳトランジスタである。
【０１３６】
Ｈブリッジ回路２３Ａは発電機１に接続された端子Ｔ１、Ｔ２と、伝送路３に接続された端子Ｔ３、Ｔ４を有する。Ｈブリッジ回路２３Ａには、発電機１からのベースバンドの交流電力が入力される。Ｈブリッジ回路２３Ａは、交流電力を変調した後、変調された電力を伝送路３に出力する。
【０１３７】
図１６において、矢印Ａ１、Ｂ２で示される方向に流れる電流は、正の電流と見なされ、矢印Ａ２、Ｂ１で示される方向に流れる電流は、負の電流と見なされる。すなわち、図１６において、端子Ｔ２よりも端子Ｔ１の電位が高いときの電流の向きを正であるとし、逆向きを負であるとする。
【０１３８】
図１７は、第２の構造例に係るＨブリッジ回路３３Ａ及び制御回路３５Ａを示す。図１７に示される回路は、図１４に示される回路と比較して以下の点が異なる。
（１）図１４に示されるスイッチ回路ＳＳ１１〜ＳＳ１４の代わりに、図１７に示される双方向性スイッチ回路ＳＳ３１〜ＳＳ３４が設けられている。
（２）図１４に示される制御回路３５の代わりに、制御回路３５Ａが設けられている。制御回路３５Ａは、４個の復調信号ｄ１〜ｄ４を生成して、Ｈブリッジ回路３３Ａに出力する。
【０１３９】
スイッチ回路ＳＳ３１は、図１４のスイッチＳ１１に加えて、スイッチＳ１１とは逆方向かつ並列に接続されたスイッチＳ３１を備える。スイッチＳ３１は、復調信号ｄ４に応答してオンオフされる。スイッチ回路ＳＳ３２は、図１４のスイッチＳ１２に加えて、スイッチＳ１２とは逆方向かつ並列に接続されたスイッチＳ３２を備える。スイッチＳ３２は、復調信号ｄ３に応答してオンオフされる。スイッチ回路ＳＳ３３は、図１４のスイッチＳ１３に加えて、スイッチＳ１３とは逆方向かつ並列に接続されたスイッチＳ３３を備える。スイッチＳ３３は、復調信号ｄ３に応答してオンオフされる。スイッチ回路ＳＳ３４は、図１７のスイッチＳ１４に加えて、スイッチＳ１４とは逆方向かつ並列に接続されたスイッチＳ３４を備える。スイッチＳ３４は、復調信号ｄ４に応答してオンオフされる。
【０１４０】
スイッチＳ３１〜Ｓ３４は例えばＭＯＳトランジスタである。
【０１４１】
Ｈブリッジ回路３３Ａは伝送路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。Ｈブリッジ回路３３Ａには伝送路３からの交流電力が入力される。Ｈブリッジ回路３３Ａは変調された電力をベースバンドの交流電力に復調した後、負荷５に出力する。
【０１４２】
図１７において、矢印Ｃ１で示される方向に流れる電流は、正の電流と見なされ、矢印Ｃ２で示される方向に流れる電流は、負の電流と見なされる。すなわち、図１７において、端子Ｔ１４よりも端子Ｔ１３の電位が高いときの電流の向きを正であるとし、逆向きを負であるとする。
【０１４３】
［３−４．第２の動作例］
図１６に示される変調器２Ｂと図１７に示される復調器４Ｂとを含む電力伝送システムを参照して、変調器２Ｂに交流電力が入力され、復調器４Ｂから交流電力が出力される場合の動作を、第２の動作例として説明する。
【０１４４】
図１８は、基準信号と要素信号ａ、ｂとの関係を示す。表１は、本動作例における変調信号ｍ１〜ｍ４及び復調信号ｄ１〜ｄ４を示す。
【０１４５】
【表１】
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【０１４６】
制御回路２５Ａは、基準信号ｍ０から、図１８に示されるような要素信号ａ、ｂを生成する。制御回路３５Ａも同様に、基準信号ｍ０から、要素信号ａ、ｂを生成する。要素信号ａは、基準信号ｍ０が正となる期間には「１」となり、基準信号ｍ０が負となる期間には「０」となる。要素信号ｂは、基準信号ｍ０が正となる期間には「０」となり、基準信号ｍ０が負となる期間には「１」となる。
【０１４７】
制御回路２５Ａは、要素信号ａ、ｂ及びゼロ信号から１つを選択し、選択される信号を適宜切り替えることによって、変調信号ｍ１〜ｍ４を生成する。制御回路３５Ａは、要素信号ａ、ｂ及びゼロ信号から１つを選択し、選択される信号を適宜切り替えることによって、復調信号ｄ１〜ｄ４を生成する。
【０１４８】
表１によれば、変調信号ｍ１〜ｍ４及び復調信号ｄ１〜ｄ４は以下のように生成される。電源電流の向きと負荷電流の向きとが同じであれば、Ｈブリッジ回路２３Ａを流れる電流の向きと、Ｈブリッジ回路３３Ａを流れる電流の向きとが同じになるように、各スイッチが制御される。一方、電源電流の向きと負荷電流の向きとが逆であれば、Ｈブリッジ回路２３Ａを流れる電流の向きと、Ｈブリッジ回路３３Ａを流れる電流の向きとが反対になるように、各スイッチが制御される。これにより、例えば、変調器２Ｂに交流電力が入力され、復調器４Ｂから交流電力が出力される場合に、電源電流及び負荷電流の方向性を問わず、変調及び復調することができる。
【０１４９】
以下で説明される本動作例では、電源電流及び負荷電流が同一波形の交流である場合を想定する。この動作例では、表１のうちパターン（ｉ）及び（ｉｖ）が選択的に採用される。
【０１５０】
変調器２ＢのＨブリッジ回路２３Ａの動作について以下説明する。
【０１５１】
まず、端子Ｔ１、Ｔ２に正の電源電流が流れる場合について説明する。この場合、表１のパターン（ｉ）に示されるように、スイッチＳ２１〜Ｓ２４は、ゼロ信号である変調信号ｍ３、ｍ４によって、オフ状態に維持される。一方、スイッチＳ１、Ｓ４及びスイッチＳ２、Ｓ３は、変調信号ｍ１、ｍ２に応じて、相補的にオンオフされる。スイッチＳ１、Ｓ４がオン状態であり、かつ、スイッチＳ２、Ｓ３がオフ状態であるとき、電源電流は図１６の矢印Ａ１の方向に流れ、端子Ｔ３、Ｔ４から正の伝送電流が出力される。一方、スイッチＳ１、Ｓ４がオフ状態であり、かつ、スイッチＳ２、Ｓ３がオン状態であるとき、電源電流は図１６の矢印Ａ２の方向に流れ、端子Ｔ３、Ｔ４から負の伝送電流が出力される。
【０１５２】
次に、端子Ｔ１、Ｔ２に負の電源電流が流れる場合について説明する。この場合、表１のパターン（ｉｖ）に示されるように、スイッチＳ１〜Ｓ４は、ゼロ信号である変調信号ｍ１、ｍ２によって、オフ状態に維持される。一方、スイッチＳ２１、Ｓ２４及びスイッチＳ２２、Ｓ２３は、変調信号ｍ３、ｍ４に応じて、相補的にオンオフされる。スイッチＳ２１、Ｓ２４がオン状態であり、かつ、スイッチＳ２２、Ｓ２３がオフ状態であるとき、電源電流は図１６の矢印Ｂ１の方向に流れ、端子Ｔ３、Ｔ４から負の伝送電流が出力される。一方、スイッチＳ２１、Ｓ２４がオフ状態であり、かつ、スイッチＳ２２、Ｓ２３がオン状態であるとき、電源電流は図１６の矢印Ｂ２の方向に流れ、端子Ｔ３、Ｔ４から正の伝送電流が出力される。
【０１５３】
これにより、変調器２Ｂは、入力された交流の電源電流を変調し、変調された電流を、交流の伝送電流として、伝送路３に出力することができる。
【０１５４】
なお、変調器２Ｂは、正の直流電流が入力された場合であっても、交流の伝送電流を出力することができ、負の直流電流が入力された場合であっても、交流の伝送電流を出力することができる。
【０１５５】
復調器４ＢのＨブリッジ回路３３Ａの動作について以下説明する。
【０１５６】
第１に、端子Ｔ１、Ｔ２に正の電源電流が入力され、かつ、端子Ｔ１１、Ｔ１２に、正の伝送電流が入力される場合について説明する。この場合、表１のパターン（ｉ）に示されるように、スイッチＳ３１〜Ｓ３４は、ゼロ信号である復調信号ｄ３、ｄ４によって、オフ状態に維持される。一方、スイッチＳ１１、Ｓ１４は、復調信号ｄ１の「１」が入力されて、オン状態となり、スイッチＳ１２、Ｓ１３は、復調信号ｄ２の「０」が入力されて、オフ状態となる。従って、伝送電流は図１７の矢印Ｃ１の方向に流れ、端子Ｔ１３、Ｔ１４から正の負荷電流が出力される。
【０１５７】
第２に、端子Ｔ１、Ｔ２に正の電源電流が入力され、かつ、端子Ｔ１１、Ｔ１２に、負の伝送電流が入力される場合について説明する。この場合、表１のパターン（ｉ）に示されるように、スイッチＳ３１〜Ｓ３４は、ゼロ信号である復調信号ｄ３、ｄ４によって、オフ状態に維持される。一方、スイッチＳ１２、Ｓ１３は、復調信号ｄ１の「０」が入力されて、オフ状態となり、スイッチＳ１１、Ｓ１４は、復調信号ｄ２の「１」が入力されて、オン状態となる。従って、伝送電流は図１７の矢印Ｃ１の方向に流れ、端子Ｔ１３、Ｔ１４から正の負荷電流が出力される。
【０１５８】
第３に、端子Ｔ１、Ｔ２に負の電源電流が入力され、かつ、端子Ｔ１１、Ｔ１２に、負の伝送電流が入力される場合について説明する。この場合、表１のパターン（ｉｖ）に示されるように、スイッチＳ１１〜Ｓ１４は、ゼロ信号である復調信号ｄ１、ｄ１によって、オフ状態に維持される。一方、スイッチＳ３２、Ｓ３３は、復調信号ｄ３の「１」が入力されて、オン状態となり、スイッチＳ３１、Ｓ３４は、復調信号ｄ４の「０」が入力されて、オフ状態となる。従って、伝送電流は図１７の矢印Ｃ２の方向に流れ、端子Ｔ１３、Ｔ１４から負の負荷電流が出力される。
【０１５９】
第４に、端子Ｔ１、Ｔ２に負の電源電流が入力され、かつ、端子Ｔ１１、Ｔ１２に、正の伝送電流が入力される場合について説明する。この場合、表１のパターン（ｉｖ）に示されるように、スイッチＳ１１〜Ｓ１４は、ゼロ信号である復調信号ｄ１、ｄ１によって、オフ状態に維持される。一方、スイッチＳ３２、Ｓ３３は、復調信号ｄ３の「１」が入力されて、オン状態となり、スイッチＳ３１、Ｓ３４は、復調信号ｄ４の「０」が入力されて、オフ状態となる。従って、伝送電流は図１７の矢印Ｃ２の方向に流れ、端子Ｔ１３、Ｔ１４から負の負荷電流が出力される。
【０１６０】
以上により、変調器２Ａに正の電源電流が入力された場合には、復調器４Ａから正の負荷電流が出力され、変調器２Ａに負の電源電流が入力された場合には、復調器４Ａから負の負荷電流が出力される。すなわち、復調器４Ａは、復調によって、電源電流に相当する交流電力を復元できる。
【０１６１】
［４．補足］
第３の実施形態に係る電力伝送システムによれば、発電機１から入力された電力を伝送路３に出力し、伝送路３から取得された電力を負荷５に出力することができる。
【０１６２】
コントローラ１０Ｂは、変調器２Ｂ及び復調器４Ｂのそれぞれに、基準信号の周波数を指定する情報を送ってもよく、基準信号自体を送ってもよい。あるいは、コントローラ１０Ｂは、変調器２Ｂ及び復調器４Ｂに、それぞれ、変調信号及び復調信号を送ってもよい。いずれの場合にも、変調器２Ｂ及び復調器４Ｂを同期させ、電力の正確な変調及び復調を実現することができる。
【０１６３】
図１６に示される変調器２Ｂと図１７に示される復調器４Ｂを含む電力伝送システムは、例えば、変調器２Ｂに直流電力が入力されたときに、復調器４Ｂから直流電力を出力することができる。この場合、変調信号ｍ３及びｍ４と復調信号ｄ３及びｄ４は常に「０」に設定され、これにより、スイッチＳ２１〜Ｓ２４、Ｓ３１〜Ｓ３４はオフ状態に維持される。これにより、図１６のＨブリッジ回路２３Ａ及び図１７のＨブリッジ回路３３Ａは、図１４のＨブリッジ回路２３及びＨブリッジ回路３３と実質的に同じである。したがって、例えば、第１の動作例で説明された動作が可能となる。すなわち、図１６に示される変調器２Ｂと図１７に示される復調器４Ｂを含む電力伝送システムは、変調信号及び復調信号を変更することで、直流の電力伝送及び交流の電力伝送の両方を行うことができる。
【０１６４】
［５．変形例］
図１９は、本実施形態の変形例に係るＨブリッジ回路２３Ｂを示す。図１９に示されるＨブリッジ回路２３Ｂは、図１６に示される双方向スイッチ回路ＳＳ２１〜ＳＳ２４の代わりに、双方向スイッチ回路ＳＳ２１Ａ〜ＳＳ２４Ａを備える。
【０１６５】
双方向スイッチ回路ＳＳ２１Ａは、スイッチＳ４１、スイッチＳ５１、ダイオードＤ４１、及びダイオードＤ５１を含む。スイッチＳ４１及びスイッチＳ５１は直列に接続されている。ダイオードＤ４１は、スイッチＳ４１に並列に接続されている。ダイオードＤ５１は、スイッチＳ５１に並列に接続されている。ダイオードＤ４１は、端子Ｔ３から端子Ｔ１に電流を流す。ダイオードＤ５１は、端子Ｔ１から端子Ｔ３に電流を流す。双方向スイッチ回路ＳＳ２２Ａ〜ＳＳ２４Ａは、双方向スイッチ回路ＳＳ２１Ａと類似の構造を有するため、その説明が省略される。
【０１６６】
制御回路２５Ａは、変調信号ｍ１をスイッチＳ４１、Ｓ４４に出力し、変調信号ｍ２をスイッチＳ４２、４３に出力し、変調信号ｍ３をスイッチＳ５１、Ｓ５４に出力し、変調信号ｍ４をスイッチＳ５２、５３に出力する。変調信号ｍ１〜ｍ４は、例えば、表１に示されるものであってもよい。
【０１６７】
図２０は、本実施形態の変形例に係るＨブリッジ回路３３Ｂを示す。図２０に示されるＨブリッジ回路３３Ｂは、図１７に示される双方向スイッチ回路ＳＳ３１〜ＳＳ３４の代わりに、双方向スイッチ回路ＳＳ３１Ａ〜ＳＳ３４Ａを備える。
【０１６８】
双方向スイッチ回路ＳＳ３１Ａは、スイッチＳ６１、スイッチＳ７１、ダイオードＤ６１、及びダイオードＤ７１を含む。スイッチＳ６１及びスイッチＳ７１は直列に接続されている。ダイオードＤ６１は、スイッチＳ６１に並列に接続されている。ダイオードＤ７１は、スイッチＳ７１に並列に接続されている。ダイオードＤ６１は、端子Ｔ１３から端子Ｔ１２に電流を流す。ダイオードＤ７１は、端子Ｔ１２から端子Ｔ１３に電流を流す。双方向スイッチ回路ＳＳ３２Ａ〜ＳＳ３４Ａは、双方向スイッチ回路ＳＳ３１Ａと類似の構造を有するため、その説明が省略される。
【０１６９】
制御回路３５Ａは、復調信号ｄ１をスイッチＳ６２、Ｓ６３に出力し、復調信号ｄ２をスイッチＳ６１、６４に出力し、復調信号ｄ３をスイッチＳ７２、Ｓ７３に出力し、復調信号ｄ４をスイッチＳ７１、７４に出力する。復調信号ｄ１〜ｄ４は、例えば、表１に示されるものであってもよい。
【０１７０】
スイッチＳ４１〜Ｓ４４、Ｓ５１〜Ｓ５４、Ｓ６１〜Ｓ６４、Ｓ７１〜Ｓ７４は、例えばＭＯＳトランジスタであってもよい。その場合、ダイオードＤ４１〜Ｄ４４、Ｄ５１〜Ｄ５４、Ｄ６１〜Ｄ６４、Ｄ７１〜Ｄ７４は、例えば、ＭＯＳトランジスタのボディダイオードであってもよい。これにより、双方向スイッチ回路ＳＳ２１Ａ〜ＳＳ２４Ａ、ＳＳ３１Ａ〜ＳＳ３４Ａが小型化されうる。
【０１７１】
（第４の実施形態）
図２１は、第４の実施形態に係る電力伝送システム１００Ｃの構成例を示す。
【０１７２】
電力伝送システム１００Ｃは、発電機１、変調器２Ｃ、伝送路３、復調器４Ｃ、負荷５、コントローラ１０Ｃ、及び力率測定器１１、１２を備えている。発電機１、負荷５は、それぞれ、電力測定器１ｍ、５ｍを有する。伝送路３は、例えば、有線伝送路である。
【０１７３】
力率測定器１１は、変調器２Ｃ及び伝送路３の間における電流の位相及び電圧の位相を測定する。力率測定器１２は、伝送路３及び復調器４Ｃの間における電流の位相及び電圧の位相を測定する。これにより、力率測定器１１、１２は、変調された電力の力率を測定する。力率測定器１１、１２は、測定された電流の位相及び電圧の位相の情報をコントローラ１０Ｃに送る。
【０１７４】
コントローラ１０Ｃは、取得した電流の位相及び電圧の位相の情報に基づいて、変調された電力の力率を向上させるための制御信号を生成し、変調器２Ｃ及び復調器４Ｃに送る。
【０１７５】
図２２は、変調器２Ｃの構成例を示す。
【０１７６】
図２２において、変調器２Ｃの制御回路２５Ｃは、制御ＩＣ２０Ｃ、ゲートドライバ２２Ｃ、及び、力率調整回路２４を含む。制御回路２５Ｃには、所定周波数及び所定位相を有する基準信号ｍ０が設定される。力率調整回路２４は、この基準信号ｍ０の位相を変化させることにより、変調された電力の力率を変化させることができる。制御回路２５Ｃは、コントローラ１０Ｃから通信回路２１を介して、変調された電力の力率を向上させるための制御信号を受信する。例えば、力率調整回路２４は、制御ＩＣ２０Ｃの制御下で、変調された電力の力率を向上させるように、ゲートドライバ２２Ｃで用いられる基準信号ｍ０の位相を変化させる。これにより、変調信号ｍ１、ｍ２の位相が調整される。Ｈブリッジ回路２３は、位相が調整された変調信号ｍ１、ｍ２に従って電力を変調する。
【０１７７】
図２３は、復調器４Ｃの構成を示す。
【０１７８】
図２３において、復調器４Ｃの制御回路３５Ｃは、制御ＩＣ３０Ｃ、ゲートドライバ３２Ｃ、及び、力率調整回路３４を含む。制御回路３５Ｃには、所定周波数及び所定位相を有する基準信号ｍ０が設定される。力率調整回路３４は、この基準信号ｍ０の位相を変化させることにより、復調される電力の力率を変化させることができる。制御回路３５Ｃは、コントローラ１０Ｃから通信回路３１を介して、復調された電力の力率を向上させるための制御信号を受信する。例えば、力率調整回路３４は、制御ＩＣ３０Ｃの制御下で、復調される電力の力率を向上させるように、ゲートドライバ３２Ｃで用いられる基準信号ｍ０の位相を変化させる。これにより、復調信号ｄ１、ｄ２の位相が調整される。Ｈブリッジ回路３３は、位相が調整された復調信号ｄ１、ｄ２に従って電力を復調する。
【０１７９】
変調された電力の力率を向上させることにより、及び／又は、復調される電力の力率を向上させることにより、伝送路３を介した電力伝送の効率が向上しうる。
【０１８０】
変調器２Ｃ及び復調器４Ｃの一方のみが力率調整回路を備えてもよい。電力伝送システム１００Ｃにおいて、力率測定器１１、１２の一方が省略されてもよい。
【０１８１】
力率測定器１１は、変調器２Ｃに含まれてもよく、力率測定器１２は復調器４Ｃに含まれてもよい。力率測定器１１、１２は、変調された電力の電流の位相及び電圧の位相の一方のみを測定してもよく、他方は変調器２Ｃ及び復調器４Ｃにより測定されてもよい。
【０１８２】
（第５の実施形態）
［１．電力伝送システム］
図２４は、第５の実施形態に係る電力伝送システム１００Ｄの構成例を示す。図２４の電力伝送システム１００Ｄは、発電機１ａ、１ｂ、変復調器２Ｄ、伝送路３、変復調器４Ｄ、負荷５ａ、５ｂ、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、及びコントローラ１０Ｄを備えている。発電機１ａ、１ｂ、及び、負荷５ａ、５ｂは、それぞれ、電力測定器１ｍａ、１ｍｂ、５ｍａ、５ｍｂを有する。
【０１８３】
図１６に示される変調器２Ｂ及び図１７に示される復調器４Ｂは、双方向スイッチ回路を備えているので、変調にも復調にも使用可能である。したがって、変復調器２Ｄ及び４Ｄがこのような回路構造を有することにより、電力伝送システム１００Ｄは、電力を双方向に伝送することができる。
【０１８４】
図２４において、伝送路３の一方側に、発電機１ａ、負荷５ｂ、スイッチＳＷ１、変復調器２Ｄが設けられ、他方側に、発電機１ｂ、負荷５ａ、スイッチＳＷ２、変復調器４Ｄが設けられる。ここで、スイッチＳＷ１、ＳＷ２はコントローラ１０Ｄにより制御される。
【０１８５】
所定の期間Ｔ１において、コントローラ１０ＤはスイッチＳＷ１、ＳＷ２をともに接点ａ側に切り替える。このとき、発電機１ａは、電源電力を変復調器２Ｄに送電する。変復調器２Ｄは、電源電力を変調して、変調された電力を伝送路３を介して変復調器４Ｄに伝送する。変復調器４Ｄは、伝送された電力を復調して、復調された電力を負荷５ａに供給する。
【０１８６】
所定の期間Ｔ２において、コントローラ１０ＤはスイッチＳＷ１、ＳＷ２をともに接点ｂ側に切り替える。このとき、発電機１ｂは、電源電力を変復調器４Ｄに送電する。変復調器４Ｄは、電源電力を変調して、変調された電力を伝送路３を介して変復調器２Ｄ伝送する。変復調器２Ｄは、伝送された電力を復調して、復調された電力を負荷５ｂに供給する。
【０１８７】
電力伝送システム１００Ｄによれば、電力を双方向に伝送することで、余ったエネルギーを必要なところで消費することができるようになり、電力伝送システムとしての全体エネルギー効率が向上しうる。
【０１８８】
電力伝送システム１００Ｄにおいて、発電機１ａから負荷５ａへの電力伝送と、発電機１ｂから負荷５ｂへの電力伝送とは、時分割で任意に選択されてもよい。
【０１８９】
［２．変形例］
図２５は、第５の実施形態の変形例に係る電力伝送システム１００Ｅの構成を示す。
【０１９０】
電力伝送システム１００Ｅは、図２４の電力伝送システム１００Ｄに比較して以下の点が異なる。
（１）発電機１ａ、負荷５ｂ、及びスイッチＳＷ１の代わりに、電力測定器６ｍと回転機６とが設けられている。回転機６は、発電機モードと電動機（負荷）モードの動作モードを有する。
（２）発電機１ｂ、負荷５ａ、及びスイッチＳＷ２の代わりに、電力測定器７ｍと回転機７とが設けられている。回転機７は、発電機モードと電動機（負荷）モードの動作モードを有する。
（３）コントローラ１０Ｅは、電力測定器６ｍ、７ｍからの各電力量を受信し、これに応答して、変復調器２Ｄ、４Ｄの動作を制御する。
【０１９１】
図２５において、回転機６が発電機モードで動作するとき、回転機７は電動機モードで動作する。このとき、変復調器２Ｄは変調器として動作し、変復調器４Ｄは復調器として動作する。一方、回転機７が発電機モードで動作するとき、回転機６は電動機モードで動作する。このとき、変復調器４Ｄは変調器として動作し、変復調器２Ｄは復調器として動作する。
【０１９２】
なお、回転機６又は７は、例えば、負荷回路に置き換えられてもよい。
【０１９３】
（その他の実施形態）
本開示は、上記の実施形態で説明された具体例に限定されない。本開示技術は、種々の形態で説明された特定の例に限定されず、それらの形態に対して、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った形態をも含む。また、本開示は、複数の形態が組み合わされた形態をも含む。
【０１９４】
上記の実施形態において例示された変調器、復調器、コントローラは、任意の電力伝送システムの中で使用されてもよく、特定のシステムに限定されない。
【０１９５】
上記の実施形態において、コントローラは、変調器及び復調器の外部に存在するものとして説明されたが、本開示はこれに限定されない。コントローラの機能の少なくとも一部は、変調器及び復調器の少なくとも１つに組み込まれていてもよい。また、変調器及び復調器の少なくとも１つの構成は、コントローラに組み込まれていてもよい。例えば、力率調整回路は、変調器及び復調器の外部に存在してもよい。
【０１９６】
第３の実施形態において、双方向スイッチ回路が２つのスイッチを含む例が示されたが、双方向スイッチ回路は、例えば、単一の双方向スイッチで構成されていてもよい。
【０１９７】
（実施形態の概要）
第１の態様に係る電力伝送システムは、
少なくとも１つの電力送信装置及び少なくとも１つの電力受信装置を含み、有線伝送路を介して前記各電力送信装置から前記各電力受信装置に電力を伝送する電力伝送システムにおいて、
前記各電力送信装置は、当該電力送信装置に予め設定された変調周波数で電力を変調する変調器を備え、前記各電力送信装置は、前記変調された電力を前記有線伝送路に出力し、
前記各電力受信装置は、前記有線伝送路から取得された電力を当該電力受信装置に予め設定された復調周波数で復調する復調器を備える。
【０１９８】
第２の態様に係る電力伝送システムは、第１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、１組又は複数組の前記電力送信装置及び前記電力受信装置を含み、
前記電力送信装置及び前記電力受信装置の組ごとに１つの周波数が前記変調周波数及び前記復調周波数として前記電力送信装置及び前記電力受信装置にそれぞれ設定され、前記電力送信装置及び前記電力受信装置の異なる組には異なる周波数が前記変調周波数及び前記復調周波数としてそれぞれ設定される。
【０１９９】
第３の態様に係る電力伝送システムは、第１又は第２の態様に係る電力伝送システムにおいて、
前記各電力送信装置から前記各電力受信装置への電力伝送を制御するコントローラをさらに備える。
【０２００】
第４の態様に係る電力伝送システムは、第３の態様に係る電力伝送システムにおいて、
前記変調器は、前記変調周波数を有する第１の基準信号を生成し、前記第１の基準信号に従って電力を変調し、
前記復調器は、前記復調周波数を有する第２の基準信号を生成し、前記第２の基準信号に従って電力を復調する。
【０２０１】
第５の態様に係る電力伝送システムは、第４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、前記変調された電力の力率を向上するように、前記第１の基準信号の位相又は前記第２の基準信号の位相を変化させる力率調整手段をさらに備える。
【０２０２】
第６の態様に係る電力伝送システムは、第５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、前記電力送信装置及び前記有線伝送路の間又は前記有線伝送路及び前記電力受信装置の間における電流及び電圧を測定する第１の測定手段をさらに備える。
【０２０３】
第７の態様に係る電力伝送システムは、第３〜第６のうちの１つの態様に係る電力伝送システムにおいて、
前記コントローラは、
前記変調周波数と、変調の開始時刻及び終了時刻とを通知する制御信号を前記変調器に送り、
前記復調周波数と、復調の開始時刻及び終了時刻とを通知する制御信号を前記復調器に送り、
前記変調器は前記制御信号に従って電力を変調し、
前記復調器は前記制御信号に従って電力を復調する。
【０２０４】
第８の態様に係る電力伝送システムは、第３〜第７のうちの１つの態様に係る電力伝送システムにおいて、
前記電力送信装置は、前記変調器に接続された電源から前記変調器に入力可能な電力の電力量を測定する第２の測定手段を備え、
前記電力受信装置は、前記復調器に接続された負荷で消費される電力の電力量を測定する第３の測定手段を備える。
【０２０５】
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、複数の前記電力送信装置及び複数の前記電力受信装置を含み、
前記コントローラは、前記第２の測定手段により測定された電力量及び前記第３の測定手段により測定された電力量に基づいて、前記各電力送信装置及び前記各電力受信装置の動作を制御することで、複数の前記電力送信装置及び複数の前記電力受信装置の電力系統間で電力を融通する。
【０２０６】
第１０の態様に係る電力伝送システムは、第３〜第９のうちの１つの態様に係る電力伝送システムにおいて、
前記電力送信装置から前記電力受信装置に対して電力を順方向に伝送することに代えて、
前記電力送信装置の変調器を復調器として動作させ、
前記電力受信装置の復調器を変調器として動作させることで、前記電力受信装置から前記電力送信装置に対して電力を逆方向に伝送する。
【０２０７】
第１１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において、
前記電力送信装置は、
当該電力送信装置に予め設定された変調周波数を有する基準信号を生成し、前記基準信号に従って電力を変調する変調器と、
前記変調された電力の力率を向上するように、前記基準信号の位相を変化させる力率調整手段とを備える。
【０２０８】
第１２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において、
前記電力受信装置は、
当該電力受信装置に予め設定された復調周波数を有する基準信号を生成し、予め設定された変調周波数で前記電力送信装置により変調されて前記有線伝送路から取得された電力を前記基準信号に従って復調する復調器と、
前記変調されて前記有線伝送路から取得された電力の力率を向上するように、前記基準信号の位相を変化させる力率調整手段をさらに備える、
を備える。
【０２０９】
第１３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において、
前記電力受信装置は、予め設定された変調周波数で前記電力送信装置により変調されて前記有線伝送路から取得された電力を当該電力受信装置に予め設定された復調周波数で復調する復調器を備え、
前記復調器は、前記復調周波数で共振するＬＣ共振回路を備える。
【０２１０】
第１４の態様に係る電力受信装置は、第１３の態様に係る電力受信装置において、
前記復調周波数は可変である。
【０２１１】
第１５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において、
前記電力受信装置は、予め設定された変調周波数で前記電力送信装置により変調されて前記有線伝送路から取得された電力を当該電力受信装置に予め設定された復調周波数で復調する復調器を備え、
前記復調器は、複数のスイッチを備える同期整流回路を備える。
【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、例えば、太陽光発電、風力発電、水力発電等の発電機から、鉄道車両、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、１ａ、１ｂ    発電機
２、２ａ、２ｂ、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ    変調器
２Ｄ、４Ｄ    変復調器
３    伝送路
４、４ａ、４ｂ、４Ａ、４Ａａ、４Ａｂ、４Ｂ、４Ｃ    復調器
５、５ａ、５ｂ    負荷
１ｍ、１ｍａ、１ｍｂ、５ｍ、５ｍａ、５ｍｂ、６ｍ、７ｍ    電力測定器
６、７    回転機
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ    コントローラ
１１、１２    力率測定器
２０、２０Ｃ、３０、３０Ｃ    制御ＩＣ
２１、３１    通信回路
２２、２２Ｃ、３２、３２Ｃ    ゲートドライバ
２３、２３Ａ、２３Ｂ、３３、３３Ａ、３３Ｂ    Ｈブリッジ回路
２４、３４    力率調整回路
１００、１００Ａ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ    電力伝送システム
２５、２５Ａ、２５Ｃ、３５、３５Ａ、３５Ｃ    制御回路
Ｃｒ、Ｃｒａ、Ｃｒｂ、Ｃｏｕｔ、Ｃｏｕｔａ、Ｃｏｕｔｂ    キャパシタ
Ｄ１〜Ｄ４、Ｄ１ａ〜Ｄ４ａ、Ｄ１ｂ〜Ｄ４ｂ、Ｄ１１〜Ｄ１４、Ｄ２１〜Ｄ２４、Ｄ３１〜Ｄ３４、Ｄ４１〜Ｄ４４、Ｄ５１〜Ｄ５４、Ｄ６１〜Ｄ６４、Ｄ７１〜Ｄ７４    ダイオード
Ｌｔ、Ｌｔａ、Ｌｔｂ、Ｌｒ、Ｌｒａ、Ｌｒｂ    インダクタ
Ｓ１〜Ｓ４、Ｓ１ａ〜Ｓ４ａ、Ｓ１ｂ〜Ｓ４ｂ、Ｓ１１〜Ｓ１４、Ｓ１１ａ〜Ｓ１４ａ、Ｓ１１ｂ〜Ｓ１４ｂ、Ｓ２１〜Ｓ２４、Ｓ３１〜Ｓ３４、Ｓ４１〜Ｓ４４、Ｓ５１〜Ｓ５４、Ｓ６１〜Ｓ６４、Ｓ７１〜Ｓ７４、ＳＷ１、ＳＷ２    スイッチ
ＳＳ１〜ＳＳ４、ＳＳ１１〜ＳＳ１４、ＳＳ２１〜ＳＳ２４、ＳＳ３１〜ＳＳ３４、ＳＳ２１Ａ〜ＳＳ２４Ａ、ＳＳ３１Ａ〜ＳＳ３４Ａ    スイッチ回路
Ｔ１〜Ｔ４、Ｔ１１〜Ｔ１４    端子
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図９Ｆ】
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【図９Ｇ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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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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