JP2011078267A - 直流給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】入力電圧の異なる複数の直流負荷に安定した電圧を供給すること。
【解決手段】直流電力生成部と、直流電力生成部からの電力を負荷に対して供給する直流配線系統と、直流配線系統と負荷との間に介在しソケット部およびプラグ部からなる非接触給電コンセントとを備え、ソケット部は、直流配線系統から供給される直流電圧を高周波電圧に変換する直流／交流変換部と、変換された高周波電圧が印加される１次側コイルとを備え、プラグ部は１次側コイルと電磁結合するための２次側コイルと、２次側コイルに誘起する高周波電圧を直流電圧に変換して負荷に印加する交流／直流変換部とを備え、前記ソケット部は、異なる駆動電圧で作動する複数種類の負荷に対し、対応するプラグ部を用いて電力供給可能であることを特徴とする直流給電システム。
【選択図】図４

Description

この発明は、直流給電システムに関し、特に分散電源や直流負荷を持つ一般家屋および商業施設で用いる直流給電システムに関する。

従来、一般家屋や商業施設に対する給電は、商用電力による交流給電が主体となっている。これに対し、分散電源として太陽電池や燃料電池のような直流発電装置、あるいは鉛蓄電池のような蓄電装置を設備した場合には、得られた直流電力を直流−交流電力変換装置により交流に変換して商用電力の交流給電系統に供給していた。

一方、近年、オーディオ機器、テレビ、パソコン等の直流負荷が家庭内に普及してきおり、太陽電池や燃料電池等の直流発電装置により得られる直流電力をこのような直流負荷へ給電を行う際には、従来の給電システムでは、直流発電により得られた直流電力を交流電力へ変換し、得られた交流電力を直流電力へ変換した後に直流負荷へ給電している。これに対して、直流発電装置から直流負荷へ給電するシステムとして、直流−交流電力への変換を行わずに直接直流負荷へ給電を行う直流配電システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような従来の直流給電システム（以下、従来形直流給電システムという）は、直流発電装置と、双方向電力変換装置と、直流電力変換装置とを備え、直流発電装置の出力側の端子に直流電力変換装置の入力端子が接続され、直流電力変換装置の出力端子には直流負荷を接続する多数の直流コンセントが接続されている。

特開２００３−２０４６８２号公報

しかしながら、従来形直流給電システムでは、直流電力変換装置の出力電圧が機器の最適入力電圧や、逆潮流可能な電圧との不整合が生じた際、更に直流電力変換装置が必要となる。また、商用電力系統から電力を受電する際に電力変換の回数が増えることで電力給電効率を低下させる問題がある。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、入力電圧および消費電力の異なる複数の直流負荷に対して、安定した電圧を供給することができる直流給電システムを提供するものである。

この発明は、直流電力生成部と、直流電力生成部からの電力を負荷に対して供給する直流配線系統と、直流配線系統と負荷との間に介在しソケット部およびプラグ部からなる非接触給電コンセントとを備え、ソケット部は、直流配線系統から供給される直流電圧を高周波電圧に変換する直流／交流変換部と、変換された高周波電圧が印加される１次側コイルとを備え、プラグ部は１次側コイルと電磁結合するための２次側コイルと、２次側コイルに誘起する高周波電圧を直流電圧に変換して負荷に印加する交流／直流変換部とを備え、前記ソケット部は、異なる駆動電圧で作動する複数種類の負荷に対し、対応するプラグ部を用いて電力供給可能であることを特徴とする直流給電システムを提供するものである。

この発明によれば、ソケット部毎に１次側コイルと直流／交流変換部が設けられ、負荷の駆動電圧と電力容量に応じたプラグ部が選択されるので、供給電圧の安定化が図られると共に、入力電圧が異なる直流負荷に対して容易に対応することができる。

この発明の第１実施形態を示すブロック図である。 この発明の第２実施形態を示すブロック図である。 この発明の第３実施形態を示すブロック図である。 この発明の第４実施形態を示すブロック図である。 この発明の第５実施形態を示すブロック図である。 この発明の第６実施形態を示すブロック図である。 この発明の第７実施形態を示すブロック図である。 この発明の第８実施形態を示すブロック図である。 この発明の第９実施形態を示すブロック図である。 この発明の第１実施形態に用いる非接触給電コンセントを示すブロック図である。

この発明による直流給電システムは、直流電力生成部と、直流電力生成部からの電力を負荷に対して供給する直流配線系統と、直流配線系統と負荷との間に介在しソケット部およびプラグ部からなる非接触給電コンセントとを備え、ソケット部は、直流配線系統から供給される直流電圧を高周波電圧に変換する直流／交流変換部と、変換された高周波電圧が印加される１次側コイルとを備え、プラグ部は１次側コイルと電磁結合するための２次側コイルと、２次側コイルに誘起する高周波電圧を直流電圧に変換して負荷に印加する交流／直流変換部とを備え、前記ソケット部は、異なる駆動電圧で作動する複数種類の負荷に対し、対応するプラグ部を用いて電力供給可能であることを特徴とする。

コイルとは電線を巻いた受動素子であり、これには、鉄心を有しない空芯コイルや、鉄心に電線を巻いたコアコイル、ドーナツ型の鉄心に電線を巻いたトロイダルコイルなどがある。１次側と2次側の磁束の結合により電力を給電するため、空芯コイルやコアコイルが好ましく用いられる。つまり、ここでいうコイルとは、電線を巻いた鉄心を有さない巻き線および、鉄心に電線を巻いた複合体を含む。

前記直流電力生成部から交流電力系統への逆潮流と、交流電力系統から前記非接触給電コンセントのソケット部への給電とを行う双方向電力変換装置をさらに備え、双方向電力変換装置は前記直流電力生成部と並列に前記直流配線系統に接続され、前記直流電力生成部は双方向電力変換装置が逆潮流可能な電圧以上の電圧を非接触給電コンセントと双方向電力変換装置に供給するようにしてもよい

前記非接触給電コンセントが複数の非接触給電コンセントからなり、前記直流配線系統は、単一の直流電圧を複数の非接触給電コンセントに給電するようにしてもよい。
前記１次側コイルが巻数および／または鉄心の大きさの異なる複数の１次側コイルからなり、ソケット部は、ソケット部に装着されるプラグ部の種類を検知する検知部と、検知されたプラグ部に対応した１次側コイルを前記複数の１次側コイルから選択して前記直流／交流変換部に接続する選択部を有するようにしてもよい。
前記検知部はソケット部に装着されるプラグ部の突起部のような形態的特徴に基づいてプラグ部の種類を検知するようにしてもよい。

プラグ部がプラグ部の種類を表す情報を送信する送信手段を備え、前記検知部がソケット部に装着されるプラグ部からの情報を受信する受信手段を備えてもよい。
前記直流／交流変換部は前記選択部が直流／交流変換部に１次側コイルを接続した後に、１次側コイルへ出力することが好ましい。
選択部は、負荷の電力容量に応じて１次側コイルを選択するようにしてもよい。
ソケット部は軽負荷判断手段を備え、前記直流／交流変換部は軽負荷時に１次側コイルへの入力電力を低下させるようにしてもよい。
入力電力を低下させる場合、直流／交流変換部は軽負荷時にデューティ比を小さくするようにしてもよい。

以下、図面に示す実施形態に基づいて、この発明の直流給電システムを詳細に説明する。

第１実施形態
直流給電システム
この発明に係る第１実施形態のブロック図を図１に示す。図１に示すように直流給電システム１００は、直流発電装置１０１と、直流電力変換装置１０２と、双方向電力変換装置１０３と、複数の非接触給電コンセント２００を備えている。本実施形態では直流電力生成部１０４は直流発電装置１０１と直流電力変換装置１０２と双方向電力変換装置１０３から構成される。直流発電装置１０１の出力端子１は直流電力変換装置１０２の入力端子２に接続されている。

直流電力変換装置１０２の出力端子３は双方向電力変換装置１０３の入出力端子４と非接触給電コンセント２００の入力端子５に並列に接続されており、双方向電力変換装置１０３の入出力端子４と非接触給電コンセントの入力端子５は相互に接続されている。双方向電力変換装置１０３の入出力端子６は商用電力系統１０５の入力端子７に接続されている。この実施形態では、単一の直流配線系統１０６に複数の非接触給電コンセント２００が接続されているが、複数の配線系統に非接触給電コンセント２００が接続されていてもよいし、配線系統の電圧は単一に限らず、複数種類の電圧であってもよい。たとえば、ある配線系統の電圧は２４Vで、別の配線系統の電圧は１００Vであってもよい。それぞれの配線系統毎に複数の非接触給電コンセント２００が接続されていることが好ましい。また、図示していないが、それぞれの配線系統毎に配線ブレーカーが備えられていることが好ましい。さらに、直流配線系統に漏電ブレーカーを備えていることが好ましい。配線ブレーカーおよび漏電ブレーカーは直流に対応している。以下に、直流発電装置１０１、直流電力変換装置１０２、双方向電力変換装置１０３、非接触給電コンセント２００について詳しく説明する。

直流発電装置
直流発電装置１０１としては、太陽電池、燃料電池等の再生可能エネルギーを利用した発電装置が挙げられる。これらは単独で用いられてもよいし、複数組み合わせて用いてもよい。太陽電池は太陽光により発電し、直流の電力を発生する。燃料電池は燃料として還元剤（水素、メタノール等）と酸化剤（酸素、過酸化水素）を用いて発電し、直流の電力を発生する。風力発電や水力発電などのように交流で発電した後、直流に変換して給電する発電装置を直流発電装置として用いてもよい。

直流電力変換装置
直流電力変換装置１０２は、太陽電池や燃料電池から得られる直流の出力電圧を所定の電圧に安定化する目的で用いられる。また、直流電力変換装置１０２は直流発電装置１０１が太陽電池の場合、日射に対して得られる電力量が最大になるような電流−電圧特性の動作点となる最大電力点追尾動作となるように制御することが好ましい。また、燃料電池は還元剤、酸化剤の供給状態、温度、湿度などの環境に応じて、発電効率と寿命を考慮し最適な電流−電圧特性の動作点での運転となるように制御することが好ましい。

双方向電力変換装置
双方向電力変換装置１０３は、太陽電池や燃料電池から得られる直流電力を商用電力系統へ逆潮流する方向と、電力会社からの商用の交流電力系統の電力を家屋または商業施設に給電する潮流方向との双方向に出力電圧を調整して電力を給電する装置である。

非接触給電コンセント
非接触給電コンセント２００は図１０に示すように、ソケット側、つまりソケット部２０１に直流電圧を高周波電圧に変換する直流／交流変換部２０２と、１次側コイル２０３および１次側鉄心２０４とを有し、プラグ側、つまりプラグ部２０５に２次側コイル２０６および２次側鉄心２０７と、交流電圧を直流電圧に変換して直流負荷２０９へ供給する交流／直流変換部２０８を有している。基本の回路構成はトランスを用いた絶縁型のDC／DCコンバータ回路と等価である。ここで、高周波の周波数とは、人間の可聴領域より高い、２０ｋHz以上が好ましい。また、周波数が高くなるとトランスの鉄心のヒステリシス損が大きくなることから、数百ｋHz以下の範囲であることが好ましい。

直流／交流変換部２０２は、トランジスタＱＡ，ＱＢとダイオードＤＡ，ＤＢと、コンデンサＣＡ，ＣＢからなるハーフブリッジ式のコンバータ２１１と、トランジスタＱＡ，ＱＢをＯＮ／ＯＦＦさせるパルス信号を発生するパルス信号発生装置２１２を備える。パルス信号発生装置２１２は数十ｋＨｚの高周波パルスを発生し、外部から信号Ｓをうけるとパルス周期に対するＯＮ期間の比、つまりデューティ比を変化させ、コンバータ２１１の出力する交流電圧を制御するようになっている。そして、ソケット部２０１とプラグ部２０５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路におけるトランスの１次側と２次側が分離可能に構成されたものであり、トランスの２次側と交流／直流変換部がプラグ部２０５としてソケット部２０１に着脱可能に装着される。つまり、非接触給電コンセント２００は、ソケット部２０１とプラグ部２０５のコイル２０３，２０６の電磁結合により電力の授受を行うコンセントである。

ソケット部２０１の１次側コイル２０３の巻き線数に対し、負荷によって異なる様々なプラグ部２０５のコイル２０６の巻き線数の比を変更することによって、負荷に最適な入力電圧に調整して、給電することができる。デューティ比の調整は２次側コイル２０６の出力電圧のフィードバックが必要であり、多くの場合、２次側の交流／直流変換部２０８で直流に変換された後の直流の出力電圧の情報をフォトカプラやトランス等を用いて１次側へ送り、デューティ比の制御を行っている。また、フライバック・コンバータ方式のDC／DCコンバータ回路構成を用いた非接触給電コンセントでは、２次側からのフィードバックをなくし、１次側に補助巻線を備え、１次側の帰還方式で２次側の出力電圧を推定してデューティ比を制御する制御ＩＣ（例えば、カナダ・アイワット社製iW1692型PWMコントローラ）を用いてもよい。

また、入力電圧が安定化されている場合、デューティ比は無負荷時、軽負荷時を除いて一定であることが好ましい。これにより、２次側出力電圧のフィードバック制御によるデューティ比の調整が必要でなくなり、直流／交流変換部２０２を簡単な回路構成にすることができる。効率の観点から、無負荷時、軽負荷時にはデューティ比を小さくし、更にONパルス信号の間引き動作である間欠発振動作させることが好ましい。また、負荷を接続すると2次側の出力電圧が低下し、無負荷時、軽負荷時には出力電圧が上昇する傾向がある。そのため、無負荷時、軽負荷時にはデューティ比を下げることにより、出力電圧を一定にすることが好ましい。

後述するように、複数種類の電圧の電力を負荷に給電するためのソケット部２０１に複数種類のプラグ部２０５を選択的に接続し、コイル２０３と２０６の巻線数比を調整することで異なる所望の電圧の電力を給電することができる。従って、複数種類のプラグ部２０５に対して複数種類のソケット部２０１を備える必要がなく、ソケット部２０５の設置数を低減させることができる。さらに、プラグ部２０５を接続するために適したソケット部２０１を選択する必要がないため、利用者の利便性を向上させることができる。

直流給電システムの動作
次に、図１に示す直流給電システム１００の動作について説明する。直流発電装置１０１から得られた直流電圧は上述のように不安定であるため、直流電力変換装置１０２で所定の定格電圧に安定化され直流配線系統１０６を介して一般家屋やコンビニなどの店舗や駅、商業施設等に給電される。ここで、「安定化」とは電圧の変動幅が瞬時停電を除いて、定格電圧の±６％以内であることが好ましい。

それは、現在の電力系統では電気事業法第26条および同法施行規則第44条の規定より、低圧需要家の電圧は標準電圧100Vに対しては101±6V、標準電圧200Vに対しては202±20V以内に維持する必要があるとされているからである。また、従来の商用電力系統では±１０％の電圧変動が生じる可能性があるとして、機器の電源回路の設計がなされているからである。ここでの「安定化」は従来の設計ルールを阻害することない範囲において、安定した定格電圧にて給電するようにしている。ここで、定格電圧としては１００Vや１５０Vなどのような電圧を用いてもよい。定格電圧は、配線ロスや機器の低消費電力化の観点から、比較的高電圧であることが好ましい。

直流電力変換装置１０２は直流発電装置１０１の電圧を逆潮流可能な直流電圧に変換して安定化し、給電するようになっている。一般家屋に給電する商用電力系統の電圧は交流２００Vである。従って、逆潮流可能な電圧は、逆潮流を行う装置と系統のインピーダンスのため、線間電圧ＤＣ３５０V以上が好ましい。なお、安全性を考慮したパワートランジスタやコンデンサなどの電子デバイスの選定、設計、コスト等の面からは線間電圧ＤＣ４００V以下であることが好ましい。

従来の商用電力系統の電圧よりも、高電圧で配電することにより、給電電流が少なくなり、配線の抵抗による損失を低減することができる。配線による損失は配線の抵抗値×電流×電流で表せるため、電圧を高くして電流を低減することにより、再生可能エネルギーで得られた電力を有効に利用することができ、電気代の節約になり、経済的にメリットが生じる。また、配線の抵抗値の許容値が増え、配線の太さ、または本数を減らすことができ、施工や配線材料のコストを低減することができる。更に、エアコンや冷蔵庫、洗濯機、IHクッキングヒーター、電子レンジなどの比較的大電力を消費する家電機器をその動作電圧が高くなるように改造することが好ましく、これにより家電機器内に流れる電流が減少し、家電機器の電力損失を低下させることができる。

直流電力変換装置１０２は、逆潮流可能な直流電圧に変換することで、１台で済むが、例えば、１００Vや１５０Vの電圧で家屋内配電をした場合、双方向電力変換装置１０３で３５０V以上に昇圧しなければならず、電圧の昇圧時に変換ロスが生じる。その為、逆潮流する場合、双方向電力変換装置１０３での損失と昇圧時の変換ロスが生じ、損失が大きくなる。このように配線での損失を考慮した場合、給電電圧は高い方が好ましく、また、さらに系統への逆潮流可能な電圧以上にすることで、昇圧の変換ロスを亡くすことができるため、逆潮流可能な電圧の単一の電圧で家屋のすべての直流配線系統を給電することが好ましい。単一の電圧とすることで、直流電力変換装置の数を減らすことにもなり、コストを低減することができる。一方、非接触給電コンセント２００への給電電圧は一定に安定であることが好ましい。

給電電圧が一定かつ、安定であることにより、デューティ比を所定値に固定したときに非接触給電コンセント２００では、１次側コイル２０３と２次側コイル２０６の巻き線比で出力電圧を調整することができるようになる。2次側の出力電圧を1次側へフィードバックして給電しても当然よく、その場合においても、1次側の入力電圧が安定していることにより、2次側の出力電圧を安定に制御して出力することができる。従来形直流配電システムのように直流発電装置から得られる直流電圧を直流電力変換装置を介した後、更に従来の接触式コンセントへ給電する場合を考えると、直流電力変換装置がコンセントの数だけ必要になる。つまり、従来の一般家庭のコンセントでは、さまざまな機器の最適入力電圧に対応できるように交流１００VからACアダプタを解して、電圧変換を行っている。

また、ほとんどの機器は内部で交流を直流に変換し、最適な電圧に変換している。その電圧は様々であり、携帯電話やワンセグつきPDAは５V、ビデオカメラは９Vや１６．７V、ノートパソコンでは９．５Vや１９．５V、LED照明は形状や明るさにより、１２V、３０．３V、テレビは画面の大きさにより１６．５V、２４V、エアコンは２８０V等、様々な最適電圧が挙げられる。このような電気機器はこのように最適な電圧に設計することで小型化、薄型、軽量化、低消費電力化を実現しているが、前述の従来形直流配電システムのような構成であると、さまざまな機器に対する電圧に対して、直流電力変換装置ですべて網羅することは実質的に不可能である。

また、今後も半導体デバイスの進化により、機器の省エネ化などの進化がなされ、様々な電圧の変化が考えられるが、すでに施工してある従来形直流配電システムのような施設では、そのような電圧の変化に対応することができない。しかし、図１に示す実施形態によれば、非接触給電コンセント２００で機器毎に最適な電圧に変換して給電できる。さらに、家屋および施設内で電力の使用量が少なく、直流電力変換装置１０２を商用電力系統に接続する際、逆潮流可能な電圧で安定化されているため、高効率に逆潮流することができる。

従来型直流給電システムでは、金属と金属による機械的な接触式のコンセントを用いるため、給電中に引き抜かれた場合にアーク放電、感電、火花など危険性が伴う。また、室内に直流高電圧の配線を這わすことも危険であるため、コンセント部で感電の恐れのない電圧まで下げる必要がある。また、コンセントの直前で電圧を下げて、機械的接触式コンセントの使用が可能な電圧まで下げたとしても、上述のように、コンセントから負荷となる機器の間で各機器に最適な電圧にさらに変換する必要があるうえ、大電流が流れている場合、低電圧でもアーク放電が切れない可能性があり大変危険である。

従って、直流発電装置から機器までの間において、直流発電装置の電圧を所定の値に安定化させるための電力変換と、コンセント部で安全な電圧まで下げるための電力変換と、機器に最適な電圧に調整するための電力変換の合計３回の電力変換が必要になる。そのため、電力変換に伴う変換損失が大きくなり、直流発電装置の電力を高効率に有効利用できない。これに対し、この発明は、非接触給電コンセントを備えることにより、直流発電装置の電力を高効率に利用することができる。また、給電中にコンセントが外れても非接触で電気接点がないため、アーク放電が生じることなく、感電の恐れもなく安全である。上述のように、室内を這う電線は低電圧であることが安全上、好ましく、直流電線系統が高電圧の場合、壁や配管、筐体の中など、人が触れないように配置されていることが好ましく、本実施例に拠れば、コンセント部にて安全な電圧以下に変換してから、部屋の中を這わせることができる。

また、図示しないが、非接触給電コンセントは過電流保護機能の有するか過電流保護回路を備えていることが好ましい。過電流保護回路は１次側（ソケット側）および2次側（プラグ側）に備えられていることが更に好ましい。過電流保護回路はパワートランジスタなどのスイッチ部と入力電流検出部、制御部から構成され、入力電流検出部は所定値以上の大電流が流れた際に、制御部に信号を送り、制御部はスイッチ部に信号を送ることで、スイッチ部が開になり、そのまま開の状態を保持するよう制御することが好ましい。ソケット側においては、直流電線系統と直流／交流変換部との間に設けることが好ましい。いわゆる配線ブレーカーの機能が各非接触給電コンセントに設けられていることが好ましい。プラグ側も同様に前記過電流保護回路が備えられていることが好ましく、２次側コイル２０６と交流／直流変換部２０８の間に備えられていることが好ましい。このような構成では、１つのコンセントに障害が発生した場合、そのコンセントのみが安全に停止され、他のコンセントは継続して安定に給電することができる。

また、図１に示す直流給電システム１００では、直流電力変換装置１０２により、双方向電力変換装置１０３と非接触給電コンセント２００に安定な直流電圧を給電し、双方向電力変換装置１０３は入出力端子６を商用電力系統１０５へ、入出力端子４を非接触給電コンセント２００に接続して商用電力系統１０５への逆潮流と商用電力系統１０５から受電し、非接触給電コンセント２００への給電を可能とする。双方向電力変換装置１０３は直流発電装置１０１が十分な電力を発電し、家屋、または施設内に電力が余剰している場合は、商用電力系統１０５に連携し、逆潮流を行う。

直流発電装置１０１が発電する電力が十分でなく、家屋、または施設内での需要電力の方が大きい場合には、商用電力系統１０５から電力を非接触給電コンセント２００へ給電することができる。適当な制御コントローラをさらに備えれば、上述のように直流電力変換装置１０２と双方向電力変換装置１０３の電力供給の制御を行うこともできる。このようにして、安定して非接触給電コンセント２００へ電力を供給することができる。また、停電時に商用電力系統１０５からの電力が途絶えた際は、直流発電装置１０１から直流電力変換装置１０２を介して、非接触給電コンセント２００へ給電することができる。

また、図１０に示す１次側コイル２０３とプラグ側コイル２０６の巻き数比で電圧を調整可能であるため、直流高電圧のみの家屋内配線（壁や床、天井など、人に触れられないように工夫した配線）とすることができ、配線ロスの低減による再生可能エネルギーの高効率利用、配線材や施工コストなどのコスト削減が可能となる。更に、家電機器にとって最適な電圧で動作させることができるようになり、LED照明器具や家電機器に内蔵されたDC/DCコンバータの削減も可能となる。

従来形直流給電システムでは複数の電圧を家屋内に引き回すことによる施工のコスト化、複数種類の電圧のコンセントが必要になり、必要以上のコンセントの数が設定されるだけでなく、家屋の施工後に家電機器の最適動作電圧が変化した場合、コンセントから家電機器の間で直流電力変換器が必要となる。直流電力変換器は電力変換時に損失が発生するため、直流発電装置から家電機器までの間に電力変換される数が多いと損失が増え、電力を高効率で利用できない。トータル損失は直流電力変換機の効率の掛け算になるため、例えば、効率９０％の電力変換器を２つ使って変換した場合、９０％×９０％＝８１％となり、損失は１９％となる。また、従来形直流給電システムでは接続される機器の電圧があらかじめ用意されていない場合、商用電力系統から双方向電力変換機とコンセント部の電力変換機と更にもうひとつ電力変換器が必要となり、３回の電力変換を経て給電することとなり、電力損失が大きい。

直流発電装置に関して、燃料電池は一定の電力を発電するのは適しているが、負荷が急激に増減する場合、追従できず、商用系統電力からの給電を受けることが少なくない。また、太陽電池や風力発電、水力発電は天候や季節の影響を受けるなど、商用系統電力からの給電を受けることが少なくない。この発明のシステムではどのような電圧の機器が接続されても、直流発電装置１０１から直流電力変換装置１０２により、高電圧で給電された後、非接触給電コンセント２００での２回の電力変換で給電することができる。

また、商用電力系統１１５から給電される場合も、商用電力系統１０５から双方向電力変換装置１０３と非接触給電コンセント２００での２回の電力変換で給電することができる。従来の家電機器は商用コンセントの交流１００VをACアダプタや家電機器内部で各家電機器に最適な電圧に調整していた。しかし、この発明による非接触給電コンセントを使用することにより、商用コンセントからの電圧を機器内部で変換せず、非接触給電コンセントで変換可能となり、家電機器のアダプタまたは家電機器内部の電力変換器を削減することができる。このため、家電機器の小型、軽量化、低コスト化が可能となる。

第２実施形態
直流給電システム
図２にこの発明の第２の実施形態のブロック図を示す。直流給電システム１１０は、直流発電装置１０１と、双方向直流電力変換装置１０８と、双方向電力変換装置１０３と、非接触給電コンセント２００と、蓄電装置１０７を備えている。直流発電装置１０１の出力端子１と蓄電装置１０７の充放電端子１０は双方向直流電力変換装置１０８の入出力端子８に接続されている。双方向直流電圧変換装置１０８の入出力端子９は双方向電力変換装置１０３の入出力端子４と非接触給電コンセント２００の入力端子５に並列に接続されており、双方向電力変換装置１０３の入出力端子４と非接触給電コンセント２００の入力端子５は相互に接続されている。双方向電力変換装置の入出力端子６は商用電力系統１０５の入出力端子７に接続されている。

蓄電装置
蓄電装置１０７としてはリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池、レドックスフロー二次電池、NAS電池などの種々の二次電池、電気二重層キャパシタなどが適用される。

双方向直流電力変換装置
図２に示されている双方向直流電力変換装置１０８は直流発電装置１０１と蓄電装置１０７からの電力を家屋、または施設内に給電する方向と、直流発電装置１０１が停止時に商用電力系統１０５の電力を蓄電装置１０７へ蓄電する方向の双方向の入出力を実現することができる。双方向直流電力変換装置１０８は、蓄電装置１０７から非接触給電コンセント２００と双方向電力変換装置１０３に電力を供給する際に、図１の直流電力変換装置１０２と同様に逆潮流可能な電圧に変換して給電することができる。

この実施形態によれば、直流発電装置１０１に並列に蓄電装置１０７が接続されていることにより、安定して家庭内に直流発電装置１０１により発電した電力を供給することができる。また、急激な負荷変動により、直流発電装置１０１の運転動作状態が急激に変化することを抑えることができ、直流発電装置１０１の寿命を長くすることができる。直流発電装置１０１に蓄電装置１０７を直接接続することによって、充放電効率を高め、電力変換装置が不要となって、低コスト化を実現することができる。

図示しない、制御コントローラを用いて、直流発電装置１０１の発電電力および蓄電装置１０７の充電状態をモニターし、直流発電装置１０１の発電電力が家屋、または施設が要求する電力に対して十分にある場合、蓄電装置１０７に充電しながら、双方向直流電力変換装置１０８を通って、非接触給電コンセント２００へ給電することができる。蓄電装置１０７に十分な電力が蓄電されている場合、双方向電力変換装置１０３から商用電力系統１０５へ、逆潮流することもできる。直流発電装置１０１の出力端子１にはダイオードまたはスイッチ素子が設けられ、直流発電装置１０１に逆電圧が印加されないように制御されることが好ましい。

直流発電装置１０１の電力が家屋、または施設が要求する電力に対して十分でない場合は、蓄電装置１０７と直流発電装置１０１から双方向直流電力変換装置１０８を通って、非接触給電コンセント２００と双方向電力変換装置１０３に給電することができる。直流発電装置１０１が発電しない場合は、蓄電装置１０７から双方向直流電力変換装置１０８を通って、非接触給電コンセント２００と双方向電力変換装置１０３に給電することができる。直流発電装置１０１からの蓄電装置１０７への充電電力が所定値以下の場合は、商用電力系統１０５から非接触給電コンセント２００へ給電し、直流発電装置１０１は蓄電装置１０７への充電を行い、双方向直流電力変換装置１０８は入出力端子９から出力しない。また、直流発電装置１０１の発電電力が所定値以下の場合、商用電力系統１０５の電力から双方向直流電力変換装置１０８をとおって、入出力端子８から蓄電装置１０７へ充電する。非接触給電コンセント２００の動作は第１実施形態と同様である。

第３実施形態
図３に本発明の第３実施形態のブロック図を示す。直流給電システム１２０は、直流発電装置１０１と、直流電力変換装置１０２と、双方向電力変換装置１０３と、双方向電力変換装置１０３ａと、非接触給電コンセント２００と、蓄電装置１０７を備えている。直流発電装置１０１の出力端子１は直流電力変換装置１０２の入力端子２に接続されており、蓄電装置１０７の充放電端子１０は双方向電力変換装置１０３ａの入出力端子４ａに接続されている。直流電力変換装置１０２の出力端子３は双方向電力変換装置１０３の入出力端子４と双方向電力変換装置１０３ａの入出力端子６ａと非接触給電コンセント２００の入力端子５に並列に接続されている。双方向電力変換装置１０３の入出力端子４と非接触給電コンセント２００の入力端子５は相互に接続されている。双方向電力変換装置１０３の入出力端子６は商用電力系統１０５の入出力端子７に接続されている。

図３に図示されている双方向電力変換装置１０３ａは蓄電装置１０７からの電力を家屋、または施設内に給電する方向と、直流発電装置１０１や商用電力系統１０５の電力を蓄電する方向の双方向の入出力を実現する。双方向電力変換装置１０３ａは蓄電装置１０７から非接触給電コンセント２００や双方向電力変換装置１０３に電力を供給する際に、直流電力変換装置１０２と同様に逆潮流可能な電圧に変換して給電するようになっている。

図示しない、制御コントローラを用いて、直流発電装置１０１と蓄電装置１０７と商用電力系統１０５の各電力供給源からの出力電力をコントロールするようになっている。直流発電装置１０１の発電電力が家屋、または施設が要求する電力に対して十分にある場合、直流電力変換装置１０２と双方向電力変換装置１０３ａを通って、蓄電装置１０７に充電しながら、非接触給電コンセント２００へ給電することができる。また、電力会社に直流の発電装置１０１の発電電力を買い取ってもらえるような場合には、双方向電力変換装置１０３を通って、逆潮流することが好ましい。

また、蓄電装置１０７に十分な電力が蓄電されている場合、直流発電装置１０１の電力を直流電力変換装置１０２から双方向電力変換装置１０３を通って、商用電力系統１０５へ逆潮流することが好ましい。直流発電装置１０１の電力が家屋、または施設が要求する電力に対して十分でない場合は、蓄電装置１０７から双方向直流電力変換装置１０３ａを通って、非接触給電コンセント２００と双方向電力変換装置１０３に給電することができる。その際、商用電力系統１０５へは逆潮流せずに、直流発電装置１０１が発電する電力が家屋、および施設の要求消費電力に対して、不足する分のみを蓄電装置１０７から給電することができる。

直流発電装置１０１が発電しない場合は、蓄電装置１０７から双方向直流電力変換装置１０３ａを通って、非接触給電コンセント２００に給電することができる。直流発電装置１０１が家屋、または施設が要求する電力に対して不十分で、且つ、蓄電装置１０７の充電電力が所定値以下の場合は、商用電力系統１０５から双方向電力変換装置１０３と双方向電力変換装置１０３ａをとおって蓄電装置１０７への充電と、双方向電力変換装置１０３をとおって非接触給電コンセント２００への給電とを行うことができる。直流発電装置１０１はその出力しうる電力を直流電力変換装置１０２をとおって非接触給電コンセント２００へ給電し、かつ双方向電力変換装置１０７をとおって蓄電装置１０７への充電を行うことができる。その他の動作は第１実施形態と同様である。

この実施形態によれば、直流発電装置１０１と直流電力変換装置１０２に対し、並列に蓄電装置１０７と双方向電力変換装置１０３ａが接続されていることにより、安定して家庭内に直流発電装置１０１により発電した電力を供給することができるとともに、直流電力変換装置１０２により直流発電装置１０１の運転動作を最適化することができる。また、蓄電装置１０７への最適な充放電制御を行うことにより、蓄電装置１０７の寿命を長くすることができる。

第４実施形態
図４は、本発明の直流給電システムに用いられる非接触給電コンセントの他の例を示すブロック図である。図４（ａ）と（ｂ）に示される非接触給電コンセント２００ａはソケット部２０１ｃを備え、ソケット部２０１ｃは直流／交流変換部２０２ｃ，２０２ｄ、第１の１次側コイル２０３ｃ、第２の１次側コイル２０３ｄ、第１の１次側鉄心２０４ｃ、第２の１次側鉄心２０４ｄ、制御部３０、第１のリレー接点３３、第２のリレー接点３４、第１の検知部３１、第２の検知部３２を有する。そして、ソケット部２０１ｃには、図４（ａ）に示すプラグ部２０５ｃ又は図４（ｂ）に示すプラグ部２０５ｄが選択的に装着される。プラグ部２０５ｃは、２次側コイル２０６ｃ、２次側鉄心２０７ｃ、交流／直流変換部２０８ｃ、検知対象部３５を有する。また、プラグ部２０５ｄは、２次側コイル２０６ｄ、２次側鉄心２０７ｄ、交流／直流変換器２０８ｄ、検知対象部３６を有する。なお、ソケット部２０１ｃにおいて、第１の１次側コイル２０３ｃは、第１の１次側鉄心２０４ｃに巻きつけられ、第１のリレー接点３３を介し直流／交流変換部２０２ｃと電気的に接続されている。第２の１次側コイル２０３ｄは、第２の１次側鉄心２０４ｄに巻きつけられ、第２のリレー接点３４を介して直流／交流変換部２０２ｄと電気的に接続されている。そして、直流／交流変換部２０２ｃ，２０２ｄは、それぞれ図１０に示すコンバータ２１１とパルス発生装置２１２を備える。

本実施例ではそれぞれのコイルに２つの直流／交流変換部２０２ｃ，２０２ｄを備えたが、必ずしも２つ備える必要はなく、１つの直流／交流変換部からリレーを介して、第１の１次側コイル２０３ｃ、第２の１次側コイル２０３ｄに接続し、リレーの切り替えによって１次側コイルを選択して、高周波交流を選択的に印加する構成にしてもよい。

第１の１次側コイル２０３ｃと第１の１次側鉄心２０４ｃは、それぞれ第２の１次側コイル２０３ｄと第２の１次側鉄心２０４ｄと大きさが異なっており、第１の１次側コイル２０３ｃ、第１の１次側鉄心２０４ｃ、第２の１次側コイル２０３ｄ、第２の１次側鉄心２０４ｄは１つのソケット部２０１ｃに収容されている。このような構成にすることで、１つのソケット部２０１ｃで第１の１次側コイル２０３ｃおよび第２の１次側コイル２０３ｄに適した消費電力の直流負荷に効率よく給電することができる。

また、第１の１次側コイル２０３ｃと第２の１次側コイル２０３ｄに適した消費電力の需要を満たすため各コイルを有するソケット部を設ける必要がなく、施工工事やコンセントの使用数を低減させることができる。また、異なる消費電力の直流負荷のプラグ部を共通のソケット部２０１ｃに接続できるため、ユーザーの利便性も向上させることができる。

第２の１次側鉄心２０４ｄは第１の１次側鉄心２０４ｃよりも小さいので、第２の１次側鉄心２０４ｄは、図４に示すように第１の１次側鉄心２０４ｃの２本の脚部の間に収まるように重ねられて配置される。このように配置することでソケット部２０１ｃの体積を小さくすることができる。第１の１次側コイル２０３ｃと第２の１次側コイル２０３ｄは、図４に示すように同一方向になるように重ねて配置してもよいが、第１の１次側コイル２０３ｃと第２の１次側コイル２０３ｄを交差させて重ねてもよい。

また、１次側鉄心２０４ｃ，２０４ｄを重ねずに並列に並べて配置してもよい。そして、コンセント部にプラグ部を接続した場合、２次側の鉄心が対応する１次側の鉄心に合致し、検知部により、１次側のコイルが選択されることが好ましい。

また、第１の１次側コイル２０３ｃと第２の１次側コイル２０３ｄのまき数は同じであっても良いし、異なっていても良い。一般にノートPCや携帯機器などの小電力の機器は電圧が低く、４００V程度の高電圧から１２Vや２４Vへ降圧する場合の１次側のコイルと２次側のコイルの巻き数の比は１００対３や１００対６になる。そのため、１次側コイルでは巻き数を多くすることにもなる。この時、巻き数が多くなると銅損と呼ばれる配線の抵抗が大きくなるが、小電力のため、電流が少なく、損失を減らすための配線の選択肢が広い。しかしながら、大電力の機器では大電流が流れるため、巻き数が多いことは抵抗損失が大きくなるため、好ましくない。掃除機や電子レンジなどの比較的大電力の機器を直流給電システムで駆動する場合、機器への給電電圧を高く（例えば、交流１００Vの整流電圧である１４１V程度）することにより電流を抑えることができるため、抵抗損失を低く抑えられる点で好ましく、その場合、１次側と２次側の巻き数比は２対１や３対１等に低く抑えることができる。その場合、１次側コイルの巻き数は少なくすることができ、抵抗損失を低減することができる。このように、１次側に異なる巻き数のコイルを複数備えることで、複数種類のコンセントソケットを用いずに、共通のコンセントソケットにおいても、異なる様々な電圧および消費電力の機器に高効率に給電することが可能になる。

また、第１の１次側鉄心２０４ｃと第２の１次側鉄心２０４ｄは互いの磁束の影響を大きく受けない距離だけ離れていることが好ましい。また鉄心２０４ｃと２０４ｄの間に防磁シールドを備え、互いの磁束の影響を大きく受けないようにしてもよい。この実施形態では、２種類のコイルおよび鉄心を有するソケット部を例示したが、利用する直流負荷の消費電力範囲に応じて３種類以上のコイルおよび鉄心を備えることもできる。また、鉄心を用いずに異なる径のコイルのみを備えた空芯コイルを用いることもできる。

第１の検知部３１および第２の検知部３２は、プラグ部のソケット部への接続の有無と接続されたプラグ部の種類を検知する機能を有している。制御部３０は第１および第２の検知部３１，３２によりプラグ部２０５ｃ，２０５ｄが装着されていないと判断した場合、直流／交流変換部２０２ｃ，２０２ｄに信号を送り、直流／交流変換部２０２ｃ，２０２ｄをスタンバイ状態にして、その出力を停止させる。これにより、プラグ部２０５ｃを抜いた状態において、ソケット部２０１ｃの消費電力を削減することができる。

図４（ａ）に示すように、ソケット部２０１ｃにプラグ部２０５ｃが接続され、検知部３１が検知対象部３５を検知し、制御部３０が第１の検知部３１からプラグ部２０５ｃが接続されたという信号を受け取ると、制御部３０はリレー接点３３を閉じる。それによって、第１の１次側コイル２０３ｃが選択される。次に、直流／交流変換部２０２ｃがスタンバイ状態から復帰し、高周波電圧が第１の１次側コイル２０３ｃへ印加され、２次側鉄心２０７ｃに巻かれた２次側コイル２０６ｃの出力は、交流／直流変換部２０８ｃを介して直流負荷２０９ｃへ供給される。

逆に、プラグ部２０５ｃの取り外し時は、制御部３０が検知部３１を介してプラグ部２０５ｃが取り外されたと判断すると、まず、制御部３０は直流／交流変換部２０２ｃへ信号を送り、直流／交流変換部２０２ｃをスタンバイ状態に戻して、コイル２０３ｃへの給電を停止させる。その後、制御部３０はリレー接点３３を開く。これにより、プラグ部２０５ｃが不意に取り外されたとき、電流が流れた状態でのリレー接点の開閉を避けることができ、リレー接点におけるアークの発生を回避することができる。

また、図４（ｂ）に示すように、ソケット部２０１ｃにプラグ部２０５ｄが接続されると、検知部３２が検知対象部３６を検知する。制御部３０が第２の検知部３２からプラグ部２０５ｄが接続されたという信号を受け取ると、制御部３０はリレー接点３４を閉じる。それによって第２の１次側コイル２０３ｄが選択される。次に、直流／交流変換部２０２ｄはスタンバイ状態から復帰し、高周波電圧が第２の１次側コイル２０３ｄへ印加され、２次側鉄心２０７ｄに巻かれた２次側コイル２０６ｄの出力は、交流／直流変換部２０８ｄを介して直流負荷２０９ｄへ供給される。

また、プラグ部２０５ｄの取り外し時には、制御部３０がプラグ部２０５ｄが取り外されたと、検知部３２を介して判断すると、制御部３０は直流／交流変換部２０２ｄをスタンバイ状態に戻してコイル２０３ｄへの給電を停止する。その後、制御部３０はリレー接点３４を開くようになっている。

第１の検知部３１および第２の検知部３２としては、磁気センサーや、圧力センサーなどがあり、それらに対応するマグネットや、圧力を与える突起部のような検知対象部３５，３６がプラグ部２０５ｃ，２０５ｄに備えられることによって、第１および第２の検知部３１，３２はプラグ部２０５ｃ，２０５ｄの接続と種類を検知することができる。第１の検知部３１と第２の検知部３２はプラグ部２０５ｃ，２０５ｄにおいて互いに異なる位置に配置される。つまり、第１の１次側コイル２０３ｃに適した消費電力を有する直流負荷２０９ｃへ直流電力を給電するプラグ部２０５ｃには、ソケット部２０１ｃへの接続時に第１の検知部３１に検知されるように検知対象物３５が配置される。第２の１次側コイル２０３ｄに適した消費電力を有する直流負荷２０９ｄへ直流電力を給電するプラグ部２０５ｄには、ソケット部２０１ｃへの接続時に第２の検知部３２に検知されるように検知対象部３６が配置される。

したがって、第１の１次側コイル２０３ｃに適した消費電力を有する直流負荷２０９ｃのプラグ２０５ｃが接続されると、第１の１次側コイル２０３ｃへ高周波電流が供給される。また、第２の１次側コイル２０３ｄに適した消費電力を有する直流負荷２０９ｄのプラグ部２０５ｄが接続されると、第２の１次側コイル２０３ｄへ高周波電流が供給される。このような構成をとることで、共通のソケット部２０１ｃへ消費電力の異なるプラグ部２０５ｃ又は２０５ｄを接続しても、それに適した１次側コイル２０３ｃ又は２０３ｄが選択されて、高周波電流が供給されるため、直流負荷２０９ｃ又は２０９ｄへの給電効率を高めることができ、消費電力を節減することが可能となる。

また、この実施形態においては、前述のように、第１の１次側コイル２０３ｃおよび第１の１次側鉄心２０４ｃは、それぞれ第２の１次側コイル２０３ｄおよび第２の１次側鉄心２０４ｄと大きさがそれぞれ異なっており、第１の１次側鉄心２０４ｃは第２の１次側鉄心２０４ｄよりも大きく、第１の１次側鉄心２０４ｃに巻きつけられる第１の１次側コイル２０３ｃは、第２の１次側鉄心２０４ｄに巻きつけられる第２の１次側コイル２０３ｄよりも大きなコイル径を有している。そこで、図４の非接触給電コンセント２００ａでは、ソケット部２０１ｃに対して、鉄心サイズとコイル径が対応するようにプラグ部２０５ｃ，２０５ｄが組合される。

従って、プラグ部２０５ｃ，２０５ｄのコイル径に応じて電力を効率よく直流負荷２０９ｃ，２０９ｄに給電することができる。そのため、小負荷の機器に対し、小型のプラグを用いることで、小型軽量化し、持ち運びが容易になる。また、鉄心の大きさでプラグのコストに大きく影響するため、低コストのコンセントを提供することができる。鉄心の大きさは給電可能な電力に起因するため、大電力の機器には大きな鉄心を用い、小電力の機器には小さな鉄心を用いることができる。なお、必ずしも鉄心は必要でなく、１次側および２次側のコイルに鉄心を用いない空心コイルを用いてもよい。

また、非接触給電コンセントに接続される負荷、つまり機器の消費電力によって、鉄心の大きさを変えることで、非接触給電コンセントでの給電効率を向上させることができる。鉄心には鉄損（コアロス）と呼ばれる交流で磁化したときに失われるエネルギー損失が存在し、ヒステリシス損と渦電流損に分けられる。ヒステリシス損は鉄心の磁区が交番磁界によって磁界の向きを変えるときの損失であり、渦電流損は鉄心の中に生じる渦電流によって生じる損失である。そのため、鉄心に巻いたコイルに交流を印加したときに、固定の損失が生じる。鉄損はヒステリシス損の割合が多く、ヒステリシス損は鉄損の大きさに比例して大きくなる。

大電力の機器がつながるときは大きな鉄心が必要なため、固定損失が大きくなるが、例えば、１ｋWの大電力の消費電力の機器に対しては、鉄損が１０Wあっても、１％の損失であるが、同じ鉄心を用いた場合に、２０Wの小電力の消費電力の機器に対しては鉄損が１０Wあると、それだけで損失が３３％程度低下になってしまう。そのため、２０Wの小電力の消費電力の機器に対しては小さな鉄心を用いて、鉄損を小さくすることにより、高効率に機器に給電することができる。

本実施形態では、説明を簡略化するため、１つの非接触給電コンセントのソケット部に２種類のコイルおよび鉄心を備えた例を説明したが、利用する直流負荷の消費電力範囲に応じて３種類以上のコイルおよび鉄心を備えていてもよい。

第５実施形態
図５は第５実施形態、つまり、図４に示す非接触給電コンセントの変形例を示すブロック図である。
図５のコンセント２００ｆにおいては、図４のソケット部２０１ｃがソケット部２０１ｈに、図４のプラグ部２０５ｃ，２０５ｄがプラグ部２０５ｊ，２０５ｋにそれぞれ置換されている。そして、図４ではプラグ部２０５ｃ，２０５ｄは外形が同じ大きさを有するが、図５においてはプラグ部２０５ｊ，２０５ｋはそれぞれ鉄心２０７ｃ，２０７ｄのサイズに対応するように異なる大きさを有している。また、ソケット部２０１ｈは、図５に示すように、大きさの異なるプラグ部２０５ｊ，２０５ｋを選択的に接続可能な接続構造を有する。その他の構成は図４に示すコンセントと同等であり、動作は第４実施形態と同様である。
この実施形態では、小電力機器用のプラグ部はコイル及び鉄心の大きさに対応して、小さなプラグにすることができるので、プラグ部の小型、軽量、低コスト化が可能となる。また、図５のように１口のコンセントのソケット部に様々な大きさのプラグを接続しても、２次側コイルに適した１次側のコイルを選択して給電することができるので、様々な電圧および消費電力の機器に対して高効率に給電することが可能となる。

第６実施形態
図６は、本発明の直流給電システムに用いられる非接触給電コンセントの他の例を示すブロック図である。図６（ａ），（ｂ）に示される非接触給電コンセント２００ｂは、第４の実施形態の図４（ａ），（ｂ）における非接触給電コンセント２００ａの第１のリレー接点３３と、第２のリレー接点３４と、制御部３０と、第１の検知部３１と、第２の検知部３２との代わりに、第１押ボタンスイッチ３７、第２押ボタンスイッチ３８を備え、プラグ部２０５ｃ，２０５ｄの検知対象部３５，３６の代わりに突起部３５ａ，３６ａを備える。それ以外は、第４実施形態と同様の構成である。

直流／交流変換部２０２ｃと第１の１次側コイル２０３ｃは第１押ボタンスイッチ３７を介して接続され、直流／交流変換部２０２ｄと第２の１次側コイル２０３ｄは第２押ボタンスイッチ３８を介して接続されている。第１押ボタンスイッチ３７および第２押ボタンスイッチ３７は、それぞれプラグ部２０５ｅ，２０５ｆの接続時に突起部３５ａ，３６ａに押込まれることによって閉じるようになっている。第１押ボタンスイッチ３７又は第２押ボタンスイッチ３８が閉じることによって、それぞれ第１の１次側コイル２０３ｃ又は第２の１次側コイル２０３ｄへ高周波電圧が供給される。第１押ボタンスイッチ３７と第２押ボタンスイッチ３８は、ソケット部２０１ｄの異なる位置に配置され、第１の１次側コイル２０３ｃからの供給電力に適した直流負荷２０９ｃのプラグ部２０５ｅの突起部３５ａが、プラグ部２０５ｅのソケット部２０１ｄへの接続時に第１押ボタンスイッチ３７を押し込むように配置される。

また、第２の１次側コイル２０３ｄからの供給電力に適した直流負荷２０９ｄのプラグ部２０５ｆの突起部３６ａが、プラグ部２０５ｆのソケット部２０１ｄへの接続時に第２押ボタンスイッチ３８に押し込むように配置される。また、このような構成をとることによって、ソケット部２０１ｄには制御回路やセンサーを必要とせず、プラグ部２０５ｅ，２０５ｆにも特別な検知対象部を必要せずに、プラグ部に応じて適当な１次側コイル２０３ｃ，２０３ｄを選択することができ、コンセントの小型化や低コスト化を図ることができる。

第７実施形態
図７は、本発明の直流給電システムに用いられる非接触給電コンセントの他の例を示すブロック図である。図７に示される非接触給電コンセント２００ｃのプラグ部２０５ｇは、図４に示す実施形態において、図４（ａ）に示すプラグ部２０５ｃに発光素子３９と、発光素子駆動回路４０と、出力電流検出回路４１とを追加したものであり、ソケット部２０１ｅは、図４（ａ），（ｂ）に示すソケット部２０１ｃに、受光素子４２と信号処理回路４３とを追加したものである。

出力電流検出回路４１は直流負荷２０９ｃに流れる負荷電流値を検出し、発光素子駆動回路４０に信号を送る。発光素子駆動回路４０は信号を受信後、負荷電流が所定の電流値以下であることを判断した時、発光素子３９に電流を流し、受光素子４２に光信号を送る。受光素子４２は光信号を電気信号に変換して信号処理回路４３を介して直流／交流変換部２０２ｃへ送る。直流／交流変換部２０２ｃは図１０に示すようにデューティ比を制御するパルス信号発生回路２１２を備えており、負荷電流値が所定の電流値以下の場合は無負荷乃至軽負荷状態にあると判断し、デューティ比を小さくして１次コイル２０３ｃに高周波電圧を印加する。出力電流値が所定値以上の時にはデューティ比を通常値に戻して、給電する。なお、図４（ｂ）に示すプラグ部２０５ｄにプラグ部２０５ｇと同様に発光素子３９と、発光素子駆動回路４０と、出力電流検出回路４１を追加して、上述のようにデューティ比を制御してもよい。

第８実施形態
図８は、本発明の直流配給電システムに用いられる非接触給電コンセントの他の例を示すブロック図である。図８に示される非接触給電コンセント２００ｄのソケット部２０１ｆは、図４に示す実施形態のソケット部２０１ｃに、入力電流検出回路４４を追加したものである。例えば、リレー接点３３が閉の時、直流負荷２０９ｃに電流が流れると、直流／交流変換部２０２ｃへの入力電流を入力電流検出回路４４が検知し、直流／交流変換部２０２ｃへ信号を送る。

これにより、直流／交流変換部２０２ｃは入力電流検出回路４４からの情報を基に直流負荷２０９ｃが軽負荷であるか否かを判断する。軽負荷の状態にあると判断した場合には、デューティ比を小さくして１次コイル２０３ｃに高周波電圧を印加する。軽負荷でない時にはデューティ比を通常値に戻して給電する。これにより、軽負荷時に１次コイルに流れる電流値を小さくすることができ、それにより、鉄心の磁束の変化を小さくすることができ、鉄心の損失を低減することができる。これにより、軽負荷時にも高効率で給電することが可能となる。リレー接点３４が閉の時は、直流／交流変換部２０２ｃと１次コイル２０３ｃが、それぞれ直流／交流変換部２０２ｄと１次コイル２０３ｄに代わるだけで、動作は同様である。

第９実施形態
図９は、本発明の直流給電システムに用いられる非接触給配電コンセントの他の例を示すブロック図である。図９（ａ），（ｂ）に示される非接触給電コンセント２００ｅのソケット部２０１ｇは、図４に示す実施形態における非接触給電コンセント２００ａのソケット部２０１ｃの第２の検知部３２の代わりに１次側通信手段４５を備え、図９（ａ）のプラグ部２０５ｈは２次側通信手段４６と記憶素子４７を備え、図９（ｂ）のプラグ部２０５ｉは図４の検知対象部３６の代わりに検知対象部３５を備え、さらに２次側通信手段４６と記憶素子４７を備える。それ以外は図４の実施形態のソケット部２０１ｃ、プラグ部２０５ｃ，２０５ｄと同様の構成である。

１次側通信手段４５と２次側通信手段４６は、互いに通信を行う機能を有しており、その手段としては、例えば、赤外光などを利用した光通信手段、誘導磁界を利用した通信手段などが挙げられる。ソケット部２０１ｇにプラグ部２０５ｈ又は２０５ｉが接続された際に、互いに通信可能となるように、１次側通信手段４５と２次側通信手段４６は、配置される。

プラグ部２０５ｈ又は２０５ｉがソケット部２０１ｇに接続されていない状態では、リレー接点３３，３４は開の状態である。プラグ部２０５ｈ又は２０５ｉがソケット部２０１ｇに装着されることで、検知部３１から、制御部３０へ信号が送られ、第１および第２のリレー接点３３，３４の両方が閉の状態となる。その後、直流／交流変換部２０２ｃ，２０２ｄにより、高周波電圧が第１および第２の１次側コイル２０３ｃ，２０３ｄに予備的に印加される。このような制御を行うことで、プラグ部２０５ｈ，２０５ｉが接続されていないときに、ソケット部２０１ｇの待機時消費電力を削減することができる。また、予備的に高周波電圧を印加する際、周波数を通常の電力給電時よりも低く、また、デューティ比も通常よりも小さいことが好ましい。こうすることで出力電流を押さえられ、２次側に負荷の接続されていない１次側コイルに流れる電流が小さくなるため、損失を低減することができる。

このように電流を抑えながら起動し、予備的に印加される電圧により第２の鉄心２０７ｃ又は２０７ｄで発生される磁界によって、２次側コイル２０６ｃ又は２０６ｄに高周波電流が発生し、交流/直流変換部２０８ｃ又は２０８ｄを経て直流負荷２０９ｃ又は２０９ｄへ給電され、所定値まで電圧が上昇する。その電力により、プラグ部２０５ｈ又は２０５ｉに備えられた記憶素子４７の情報を２次側通信手段４６から１次側通信手段４５に通信し、接続されたプラグ部２０５ｈ又は２０５ｉを認証する。制御部３０はその情報に基づいて、最適な１次側のコイルを選択するようにリレー接点３４，３３のいずれかを開く。

つまり、制御部３０は、直流負荷２０９ｃ又は２０９ｄの消費電力に適した給電を行うことが可能な１次側コイル２０３ｃ又は２０３ｄへ高周波電流が供給されるように、リレー接点３３，３４の開閉制御を行う。リレー接点３３，３４が選択された後、１次側コイルへ所定の周波数およびデューティ比にて動作し、2次側へ電力を供給する。このような構成をとることによって、共通のソケット部２０１ｇへ消費電力の異なるプラグ部２０５ｈ又は２０５ｉを接続しても、ソケット部２０１ｇとプラグ部間の通信手段によって、適した１次側コイル２０３ｃ又は２０３ｄを選択することができ、高周波電流が適した１次側コイルへ供給されるため、直流負荷への給電効率を高めることができ、消費電力量を削減することが可能となる。

また、図示しないが、本発明の直流給電システムにおいて、同一の一般家屋または商業施設内に交流電力系統および従来の交流用コンセントを備え、ある一部の機器においては、直接、電力会社からの商用の交流電力系統から電力を受電するようにしても当然良い。さらに、機器の改造等により、直流配線系統の電圧がそのまま機器の入力電圧に適応可能である場合、本発明の直流給電システムにおいて、直流配線から直接、機器に接続する構成を含んでいても当然良い。そのような機器としては、頻繁に給電の接続部の着脱を行わず、設置場所が定まっている機器、例えば、エアコン、IH、エコキュート（登録商標）、洗濯機、床暖房などが好ましい。その場合、着脱機構は容易に着脱できない機構とし、更に筐体のカバー等により、接続部が抜けたり、破損しないよう保護されていることが好ましい。

１ 出力端子
２ 入力端子
３ 出力端子
４ 入出力端子
５ 入力端子
６ 入出力端子
７ 入力端子
８ 入出力端子
９ 入出力端子
１０ 充放電端子
３０ 制御部
３１ 検知部
３２ 検知部
３３ リレー接点
３４ リレー接点
３５ 検知対象部
３５ａ 突起部
３６ 検知対象部
３６ａ 突起部
３７ 第１押ボタンスイッチ
３８ 第２押ボタンスイッチ
３９ 発光素子
４０ 発光素子駆動回路
４１ 出力電流検出回路
４２ 受光素子
４３ 信号処理回路
４４ 入力電流検出回路
４５ １次側通信手段
４６ ２次側通信手段
４７ 記憶素子
１００ 直流給電システム
１０１ 直流発電装置
１０２ 直流電力変換装置
１０３、１０３ａ 双方向電力変換装置
１０４ 直流電力生成部
１０５ 商用電力系統
１０６ 直流配線系統
１０７ 蓄電装置
１０８ 双方向直流電力変換装置
１１０ 直流給電システム
１２０ 直流給電システム
２００、２００ａ〜２００ｅ 非接触給電コンセント
２０１、２０１ｃ〜２０１ｈ ソケット部
２０２、２０２ｃ〜２０２ｄ 直流／交流変換部
２０３、２０３ｃ〜２０３ｄ １次側コイル
２０４、２０４ｃ〜２０４ｄ １次側鉄心
２０５、２０５ｃ〜２０５ｋ プラグ部
２０６、２０６ｃ〜２０６ｄ ２次側コイル
２０７、２０７ｃ〜２０７ｄ ２次側鉄心
２０８、２０８ｃ〜２０８ｄ 交流／直流変換部
２０９、２０９ｃ〜２０９ｄ 直流負荷
２１１ コンバータ
２１２ パルス信号発生回路

Claims (10)

1. 直流電力生成部と、直流電力生成部からの電力を負荷に対して供給する直流配線系統と、直流配線系統と負荷との間に介在しソケット部およびプラグ部からなる非接触給電コンセントとを備える直流給電システムであって、前記ソケット部は、直流配線系統から供給される直流電圧を高周波電圧に変換する直流／交流変換部と、変換された高周波電圧が印加される１次側コイルとを備え、前記プラグ部は、１次側コイルと電磁結合するための２次側コイルと、２次側コイルに誘起する高周波電圧を直流電圧に変換して負荷に印加する交流／直流変換部とを備え、前記ソケット部は、異なる駆動電圧で作動する複数種類の負荷に対応する複数種類のプラグ部を用いることで、前記複数種類の負荷に対し電力を供給することを特徴とする直流給電システム。
2. 前記直流電力生成部から交流電力系統への逆潮流と、交流電力系統から前記非接触給電コンセントのソケット部への給電とを行う双方向電力変換装置をさらに備え、双方向電力変換装置は前記直流電力生成部と並列に前記直流配線系統に接続され、前記直流電力生成部は、少なくとも前記双方向電力変換装置が逆潮流可能な電圧以上の電圧で非接触給電コンセント及び／または双方向電力変換装置に電力を供給することを特徴とする請求項１に記載の直流給電システム。
3. 前記非接触給電コンセントが複数の非接触給電コンセントからなり、前記直流配線系統は、単一の直流電圧を複数の非接触給電コンセントに給電することを特徴とする請求項１又は２に記載の直流給電システム。
4. 前記１次側コイルが巻数および／または鉄心の大きさの異なる複数の１次側コイルからなり、ソケット部は、ソケット部に装着されるプラグ部の種類を検知する検知部と、検知されたプラグ部に対応した１次側のコイルを前記複数の１次側コイルから選択して前記直流／交流変換部に接続する選択部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の直流給電システム。
5. 前記検知部はソケット部に装着されるプラグ部の形態的特徴に基づいてプラグ部の種類を検知することを特徴とする請求項４に記載の直流給電システム。
6. プラグ部がプラグ部の種類を表す情報を送信する送信手段を備え、前記検知部がソケット部に装着されるプラグ部からの情報を受信する受信手段を備えることを特徴とする請求項４に記載の直流給電システム。
7. 前記直流／交流変換部は、前記選択部が直流／交流変換部に１次側コイルを接続した後に、１次側コイルへ出力することを特徴とする請求項４に記載の直流給電システム。
8. 前記選択部は、負荷の電力容量に応じて１次側コイルを選択することを特徴とする請求項４に記載の非接触直流給電システム。
9. ソケット部は軽負荷判断手段を備え、前記直流／交流変換部は軽負荷時に１次側コイルへの入力電力を低下させることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の直流給電システム。
10. 直流／交流変換部は軽負荷時にデューティ比を小さくすることを特徴とする請求項９に記載の非接触直流給電システム。

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