JP6817563B2 - 電力伝送システム及びコントローラ - Google Patents
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Description
[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。
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。
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。
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。
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。
[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。
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。
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。
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。
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。
[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。
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。
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。
[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。
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。
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。
[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。
図12は、変調器2Bの構成を示す。
[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。
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。
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。
(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。
(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。
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。
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。
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。
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。
[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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
前記復調周波数は可変である。
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。
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
Claims (15)
- 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有線伝送路と、
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、
前記第1の変調器、前記第2の変調器、前記第1の復調器、及び前記第2の復調器を制御するコントローラとを含み、
前記コントローラは、プロセッサと、通信回路とを備え、
前記プロセッサは、
前記第1の変調周波数で第1の電力を変調させて前記第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前記第1の変調器に送信し、
前記第2の変調周波数で第2の電力を変調させて前記第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前記第2の変調器に送信し、
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前記第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前記第2の復調器に送信し、
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り、
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、
電力伝送システム。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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1から5のいずれか一項に記載の電力伝送システム。 - 前記第1の変調器と前記有線伝送路との間、又は、前記第1の復調器と前記有線伝送路との間に、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6に記載の電力伝送システム。 - 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1から5のいずれか一項に記載の電力伝送システム。 - 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1から5のいずれか一項に記載の電力伝送システム。 - 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9に記載の電力伝送システム。 - 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、有線伝送路を介して互いに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り、
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、
コントローラ。 - 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11に記載のコントローラ。 - 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12に記載のコントローラ。 - 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11から12のいずれか一項に記載のコントローラ。 - 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11から13のいずれか一項に記載のコントローラ。
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