JP2017108393A - 変換器、及び、コントローラ - Google Patents

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Abstract

【課題】新たな電力伝送方式を実現しうる変換器又はコントローラを提供する。【解決手段】変換器は、符号変調電力を受信する端子と、前記符号変調電力を変換符号で間欠的に変換する回路と、を備える。前記符号変調電力は、所定の電力が変調符号で符号変調されることによって生成された交流電力である。前記変換符号は、前記変調符号に基づいて生成されている。【選択図】図6

Description

本開示は、符号変調器、符号復調器又は変換器、コントローラ、並びに、それらを備える電力伝送システムに関する。
近年、遠距離送電による損失を軽減するために、局所的な小規模電力網の導入が提案されている。このような電力網に接続される電源(例えば、再生可能エネルギー電源)は、大規模な商用電力網の基幹電源よりも発電能力が乏しく、発電能力の変動が大きい傾向がある。このため、小規模電力網でエネルギーを安定的に、かつ効率的に利用するために、電力を高い伝送効率で送受電できる電力伝送システムが求められる。
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。
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。
特許第5612718号公報 特開2011−91954号公報
本開示は、新たな電力伝送方式を実現しうる符号変調器、符号復調器又は変換器、コントローラ、及び、それらを有する電力伝送システムを提供する。
本開示の一態様に係る変換器は、符号変調電力を受信する端子と、前記符号変調電力を変換符号で間欠的に変換する回路と、を備える。前記符号変調電力は、所定の電力が変調符号で符号変調されることによって生成された交流電力である。前記変換符号は、前記変調符号に基づいて生成されている。
なお、これらの包括的または具体的な態様は、電力伝送システム、電力伝送方法、符号変調器、符号復調器、又は、集積回路で実現されてもよい。
本開示によれば、新たな電力伝送方式を実現しうる符号変調、符号復調器又は変換器、コントローラ、及び、それらを有する電力伝送システムが提供されうる。
図1は、第1の参考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は、第1の参考形態に係る変調電流の波形の一例を示す図である。 図3は、変調電流の波形の比較例を示す図である。 図4Aは、第1の参考形態に係る発電電流の波形の一例を示す図である。 図4Bは、第1の参考形態に係る変調電流の波形の一例を示す図である。 図4Cは、第1の参考形態に係る復調電流の波形の一例を示す図である。 図5は、第1の参考形態に係る符号変調器の構成の一例を示すブロック図である。 図6は、第1の参考形態に係る符号復調器の構成の一例を示すブロック図である。 図7は、第1の参考形態に係る符号変調器、伝送路、及び符号復調器の構成の一例を示す模式的な回路図である。 図8Aは、第2の参考形態に係る発電電流の波形の一例を示す図である。 図8Bは、第2の参考形態に係る変調電流の波形の一例を示す図である。 図8Cは、第2の参考形態に係る復調電流の波形の一例を示す図である。 図9は、第2の参考形態に係る符号変調器の構成の一例を示す模式的な回路図である。 図10は、第2の参考形態に係る符号復調器の構成の一例を示す模式的な回路図である。 図11は、第2の参考形態の変形例に係る符号変調器の構成を示す模式的な回路図である。 図12は、第2の参考形態の変形例に係る符号復調器の構成を示す模式的な回路図である。 図13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14Aは、変調符号の時間変化の一例を示す模式図である。 図14Bは、第1の実施形態に係る第1の変換符号の時間変化の一例を示す模式図である。 図14Cは、第1の実施形態に係る第2の変換符号の時間変化の一例を示す模式図である。 図15Aは、第1の実施形態の実施例1に係る発電電流の波形を示す図である。 図15Bは、第1の実施形態の実施例1に係る変調電流の波形を示す図である。 図15Cは、第1の実施形態の実施例1に係る変換電流の波形を示す図である。 図16Aは、第1の実施形態の実施例2に係る発電電流の波形を示す図である。 図16Bは、第1の実施形態の実施例2に係る変調電流の波形を示す図である。 図16Cは、第1の実施形態の実施例2に係る第1の変換電流の波形を示す図である。 図16Dは、第1の実施形態の実施例2に係る第2の変換電流の波形を示す図である。 図17は、第2の実施形態に係る変換符号の時間変化の一例を示す模式図である。 図18は、第1及び第2の実施形態の変形例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。
以下、本開示に係る参考形態及び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。
以下で説明する種々の形態は、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。
(第1の参考形態)
[1.電力伝送システム]
図1は、第1の参考形態に係る電力伝送システム100の構成を示す。電力伝送システム100は、発電機1と、符号変調器2と、伝送路3と、符号復調器4と、負荷5と、コントローラ10とを備える。
発電機1は、電力(例えば直流電力)を発電する。符号変調器2は、発電電力を変調符号で符号変調し、これによって符号変調電力(すなわち符号変調波)を生成する。符号変調電力は、伝送路3を介して符号変調器2から符号復調器4に送電される。伝送路3は、例えば、有線伝送路である。符号復調器4は、符号変調電力を復調符号で符号復調し、これによって電力(例えば直流電力)を得る。得られた電力は、例えば、負荷5に供給される。
変調符号及び復調符号は、それぞれ、所定の符号系列からなる信号である。
符号変調電力は交流電力である。本開示において、「交流電力」とは、周期的又は非周期的に流れの方向が反転する電力であって、かつ、充分に長い時間において、電流の平均値及び/又は電圧の平均値が概ね0となるような電力を意味する。「電流(又は電圧)の平均値が概ね0である」とは、符号変調された後の電流(又は電圧)の平均値の絶対値が、所定の値よりも小さことを意味する。この所定の値は、例えば、符号変調される前の電流(又は電圧)の最大値を、変調符号の符号長で割ることによって得られる値である。交流電力は、例えば、その極性が所定の期間(例えば、ある単位期間の整数倍となる期間)毎に変化するような波形を有する。
発電機1は、例えば、電力測定器1mを有する。電力測定器1mは、発電機1の発電量を測定し、これをコントローラ10に送信する。この発電量は、例えば、発電機1から符号変調器2に送電される電力量に相当する。なお、電力測定器1mは、符号変調器2の前段に設けられてもよい。
負荷5は、例えば、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し、これをコントローラ10に送信する。この電力使用量は、例えば、符号復調器4から負荷5に送電される電力量に相当する。なお、電力測定器5mは、符号復調器4の後段に設けられてもよい。
発電機1及び負荷5は、例えば、電池やキャパシタ等の蓄電装置であってもよい。この場合、例えば、消費電力が少ない時間帯に発電された電力が蓄電され、この蓄電された電力が有効に活用されうる。これにより、システム全体の電力効率を向上させることができる。
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、コントローラ10は、符号変調器2及び符号復調器4に、指示信号を送信する。
指示信号は、符号変調器2の動作と符号復調器4の動作とを同期させるための同期信号を含む。符号変調器2に送信される指示信号は、例えば、発電電力を符号変調するタイミングを示すタイミング情報を含む、符号復調器4に送信される指示信号は、例えば、符号変調電力を符号復調するタイミングを示すタイミング情報を含む。これにより、電力の符号変調及び符号復調を正確に同期させることができる。
符号変調器2に送信される指示信号は、例えば、変調符号に関する符号情報を含み、符号復調器4に送信される指示信号は、例えば、復調符号に関する符号情報を含む。本開示において、「符号情報」とは、符号系列そのものであってもよいし、複数の符号系列から特定の1つを指定するための指定情報であってもよいし、符号系列を生成するためのパラメータ情報であってもよい。
例えば、コントローラ10は、符号変調器2に、変調符号の符号系列を送信し、符号復調器4に復調符号の符号系列を送信してもよい。
例えば、コントローラ10は、変調符号の符号系列を指定する指定情報を符号変調器2に送信し、符号変調器2はこの指定情報に基づいて変調符号を生成してもよい。コントローラ10は、復調符号の符号系列を指定する指定情報を符号復調器4に送信し、符号復調器4はこの指定情報に基づいて復調符号を生成してもよい。
あるいは、変調符号は符号変調器2において予め設定されていてもよく、復調符号は符号復調器4において予め設定されていてもよい。
例えば、電力伝送システム100が、複数の発電機1と、複数の符号変調器2と、複数の符号復調器4と、複数の負荷5とを備える場合を想定する。この場合、例えば、コントローラ10が、複数の符号変調器2から選択された1つに対して変調符号の符号情報を送信し、かつ、複数の符号復調器4から選択された1つに対して復調符号の符号情報を送信する。これにより、選択された符号変調器2に接続されている発電機1から、選択された符号復調器4に接続されている負荷5へ、電力が伝送されうる。
なお、図1には、発電電力、符号変調電力、及び符号復調電力の代わりに、発電電流I1、符号変調電流I2、及び符号復調電流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。
[2.符号変調電力の伝送効率]
図2は、変調電流I2の波形の例を示す。また、図3は、比較例に係る変調電流I2aの波形の例を示す。図2中の“1”と“−1”は、変調電流I2の各期間の電流値に対応する符号を示している。図3中の“1”と“0”は、変調電流I2aの各期間の電流値に対応する符号を示している。“1”と“0”からなる符号系列は、典型的な通信システムにおいて用いられる変調符号に相当する。
図2に示される例では、符号変調器2は、発電電流I1を、“1”と“−1”の符号を有する変調波(すなわち変調電流I2)に変換している。そのため、変調電流I2は交流である。この場合、変調電流I2が符号“1”を示す期間には、符号変調器2から符号復調器4へ正の電流が伝送され、変調電流I2が符号“−1”を示す期間(例えば図2中の期間Ta)には、符号変調器2から符号復調器4へ負の電流が伝送される。したがって、いずれの期間においても電力が伝送され、これにより、高い伝送効率が得られる。
図3に示される例では、変調電流I2aは、“1”と“0”の符号を有する変調波であり、交流ではない。この場合、変調電流I2aが符号“0”を示す期間(例えば図3中の期間Tb)には、変調電流I2aが0となり、電力が伝送されない。したがって、符号変調電力が交流電力でない場合、電力の伝送効率が低下する。
図2及び3の比較から、符号変調電力が交流電力である場合、特に、変調符号の符号系列が“0”を含まない場合には、高い伝送効率で電力が伝送されうることが分かる。
[3.直流電力の符号変復調]
図4A〜4Cは、それぞれ、発電電流I1、変調電流I2、復調電流I3の波形の例を示す。
図4Aに示される発電電流I1は、直流であった。
図4Bに示される変調電流I2は、発電電流I1に変調符号M1を乗算することで得られた。この例において、変調符号M1は、次に示される符号系列を有していた。
[数1]
M1=[1 -1 1 1 1 -1 -1 -1 1 -1 -1 -1 1 1]
変調符号の周波数は35kHzであり、各符号の時間幅は、{1/(35kHz)}/2=約14.3マイクロ秒であった。図4Bに示される期間Tは、変調符号M1の符号系列の1周期を示している。
図4Cに示される復調電流I3は、変調電流I2に復調符号D1を乗算することで得られた。この例において、変調符号M1と復調符号D1とは同一の符号系列を有していた。すなわち、復調符号D1は、次に示される符号系列を有していた。
[数2]
D1=[1 -1 1 1 1 -1 -1 -1 1 -1 -1 -1 1 1]
復調符号の周波数は35kHzであり、各符号の時間幅は約14.3マイクロ秒であった。
変調電流I2に復調符号D1を乗算した結果は、発電電流I1にM1×D1を乗算した結果に相当する。ここで、M1×D1は、次に示される符号系列を有する。
[数3]
M1×D1=[1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1]
したがって、図4Cに示されるように、符号変調と符号復調によって、発電電流I1と同等の直流電流が、復調電流I3として復元された。
以上説明したように、本参考形態に係る変復調方法によれば、正確に同期し、かつ、電力損失の少ない電力伝送が実現されうる。
例えば、図4Bに示されるように、変調符号M1が繰り返し使用されることにより、長時間、かつ、高効率で電力を伝送できる。
上記の例において、変調符号M1の8番目から14番目までの数字(digit)は、それぞれ、変調符号M1の1番目から7番目までの数字の正負を反転させたものに相当する。このような変調符号を用いることにより、変調電流I2の平均は0となり、直流成分のない交流のみでの伝送が実現されうる。そのため、高い伝送効率で電力が伝送されうる。
[4.符号変調器と符号復調器]
図5は、符号変調器2の構成例を示す。
図5において、符号変調器2は、通信回路21と、制御回路25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とを含む。
通信回路21は、コントローラ10からの指示信号を受信して制御IC20に出力する。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。
指示信号は、例えば、同期信号と、変調符号の符号情報とを含む。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。これらのトリガー信号及び時刻情報は、本開示における「タイミング情報」の例である。
制御IC20は、指示信号に基づいて変調符号を生成し、この変調符号に応じた制御信号をゲートドライバ22に生成させる。制御IC20は、プロセッサを含む。制御IC20は、例えばマイコンである。
ゲートドライバ22は、制御信号を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に符号変調動作を実行させる。
符号変調器2は、発電機1に接続される入力端子T1、T2と、伝送路3に接続される出力端子T3、T4とを有する。
図6は、符号復調器4の構成例を示す。
図6において、符号復調器4は、通信回路31と、制御回路35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とを含む。
通信回路31は、コントローラ10から指示信号を受信して制御IC30に出力する。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。
指示信号は、例えば、同期信号と、復調符号の符号情報とを含む。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。これらのトリガー信号及び時刻情報は、本開示における「タイミング情報」の例である。
制御IC30は、指示信号に基づいて復調符号を生成し、この復調符号に応じた制御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。
ゲートドライバ32は、制御信号を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に符号復調動作を実行させる。
符号復調器4は、伝送路3に接続される入力端子T11、T12と、負荷5に接続される出力端子T13、T14とを有する。
図1において、コントローラ10は、伝送路3とは異なる経路で、符号変調器2及び符号復調器4に制御信号を送信している。しかし、コントローラ10は、伝送路3を介して、符号変調器2及び符号復調器4に制御信号を送信してもよい。この場合、制御信号は、例えば、符号変調電力と多重化されて伝送されうる。これにより、例えば、コントローラ10から符号変調器2及び符号復調器4への通信経路が削減され、コストが低減されうる。
図7は、符号変調器2における制御回路25及びHブリッジ回路23、並びに、符号復調器4における制御回路35及びHブリッジ回路33の構成例を示す。
図7において、Hブリッジ回路23は、フルブリッジ接続された4個のスイッチ回路SS1〜SS4を備える。例えば、スイッチ回路SS1、SS2、SS3、及びSS4は、それぞれ、スイッチS1、S2、S3、及びS4を含む。
図7において、Hブリッジ回路33は、フルブリッジ接続された4個のスイッチ回路SS11〜SS14を備える。例えば、スイッチ回路SS11、SS12、SS13、及びSS14は、それぞれ、スイッチS11、S12、S13、及びS14を含む。
スイッチS1〜S4及びS11〜S14のそれぞれは、例えば、双方向スイッチであってもよく、MOSトランジスタであってもよい。
制御回路25は、所定の符号系列m1、m2を生成する。制御回路25は、符号系列m1をスイッチS1、S4に制御信号として出力し、符号系列m2をスイッチS2、S3に制御信号として出力する。
例えば、スイッチS1〜S4は、“1”を示す信号が入力されている間、オン状態となり、“0”を示す信号が入力されている間、オフ状態となる。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。
制御回路35は、所定の符号系列d1、d2を生成する。制御回路35は、符号系列d1をスイッチS12、S13に制御信号として出力し、符号系列d2をスイッチS11、S14に制御信号として出力する。
例えば、スイッチS11〜S14は、“1”を示す信号が入力されている間、オン状態となり、“0”を示す信号が入力されている間、オフ状態となる。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。
図7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。図7において、符号変調器2と符号復調器4は、電流の流れる向きが互いに反対である点を除き、対称な構造を有する。
[5.動作]
[5−1.制御信号]
表1は、符号変調器2のスイッチS1〜S4に入力される制御信号m1、m2の符号系列の例と、符号復調器4のスイッチS11〜S14に入力される制御信号d1、d2の符号系列の例を示す。
Figure 2017108393
この例において、制御信号m1の符号系列と、制御信号d1の符号系列は、同じ符号系列c1a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、同じ符号系列c1bである。符号系列c1bは、符号系列c1aの全ビットをビット反転したものである。
[5−2.符号変調器の動作]
符号変調器2の動作について説明する。
制御信号m1が“1”であって、かつ、制御信号m2が“0”のとき、スイッチS1、S4はオン状態であり、かつ、スイッチS2、S3はオフ状態である。このとき、符号変調器2に入力された正の発電電流I1は、図7の実線矢印の方向に流れ、これにより、端子T3、T4に正の変調電流I2が流れる。すなわち、発電電流I1は“1”で符号変調される。
一方、制御信号m1が“0”であって、かつ、制御信号m2が“1”のとき、スイッチS1、S4はオフ状態であり、かつ、スイッチS2、S3はオン状態である。このとき、符号変調器2に入力された正の発電電流I1は、図7の点線矢印の方向に流れ、これにより、端子T3、T4に負の変調電流I2が流れる。すなわち、発電電流I1は“−1”で符号変調される。
なお、表1の制御信号m1、m2に基づく一連のスイッチ動作は、発電電流I1を下記の変調符号Maで符号変調する操作に相当する。
[数4]
Ma=[1 -1 1 1 1 -1 -1]
したがって、符号変調器2は、発電電流I1を変調符号Maで符号変調し、交流の変調電流I2を、端子T3、T4を介して伝送路3に出力する。
[5−3.符号復調器の動作]
符号復調器4の動作について説明する。
制御信号d1、d2は、制御信号m1、m2と同期している。したがって、正の変調電流I2が符号復調器4に入力されるとき、制御信号d1は“1”であって、かつ、制御信号d2は“0”である。このとき、スイッチS13、S12はオン状態であって、かつ、スイッチS11、S14はオフ状態である。そのため、正の変調電流I2は、図7実線矢印の方向に流れ、これにより、端子T13、T14に正の復調電流I3が流れる。すなわち、変調電流I2は“1”で符号復調される。
一方、負の変調電流I2が符号復調器4に入力されるとき、制御信号d1は“0”であって、かつ、制御信号d2は“1”である。このとき、スイッチS11、S14はオン状態であって、かつ、スイッチS12、S13はオフ状態である。そのため、負の変調電流I2は、図7の実線矢印の方向に流れ、これにより、端子T13、T14に正の復調電流I3が流れる。すなわち、変調電流I2は“−1”で符号復調される。
なお、表1の制御信号d1、d2に基づく一連のスイッチ動作は、変調電流I2を下記の復調符号Daで符号復調する操作に相当する。
[数5]
Da=[1 -1 1 1 1 -1 -1]
したがって、符号復調器4は、変調電流I2を復調符号Daで符号復調し、正の復調電流I3を端子T13、T14を介して出力する。
[5−4.制御信号の他の例]
表2は、制御信号m1、m2、d1、d2の符号系列の他の例を示す。
Figure 2017108393
表1に示される制御信号m1、m2の符号系列は、“1”の数と“0”の数が等しくない。そのため、変調符号Maの符号系列は、“1”の数と“−1”の数が等しくない。このような場合、変調電流I2の平均は0とならず、変調電流I2はわずかに直流成分を含んだ交流となる。
一方、表2において、制御信号m1、d1は、符号系列c1aと符号系列c1bが縦続に連結された符号系列[c1a c1b]を有し、制御信号m2、d2は、符号系列c1bと符号系列c1aが縦続に連結された符号系列[c1b c1a]を有する。上述の通り、符号系列c1bは、符号系列c1aの全ビットをビット反転させたものであるため、これらが連結された符号系列では、“1”の数と“0”の数とが等しくなる。これにより、変調電流I2は、直流成分を含まない交流となり、伝送効率がより高まる。なお、表2に示される制御信号m1、m2は、上記の変調符号M1に対応しており、制御信号d1、d2は、上記の復調符号D1に対応している。
(第2の参考形態)
第2の参考形態に係る電力伝送システムは、発電電力が交流であることを除き、第1の参考の形態で説明された電力伝送システム100と同じである。以下では、第2の参考形態のうち、第1の参考形態と異なる点について説明される。
[1.交流電力の符号変復調]
図8A−8Cは、それぞれ、発電電流I1、変調電流I2、復調電流I3の波形の例を示す。
図8Aに示される発電電流I1は、周波数5kHzの矩形波形を有する交流であった。図8Bに示される変調電流I2は、発電電流I1に変調符号M1を乗算することによって得られた。図8Bに示される変調電流I2は、交流であった。図8Cに示される復調電流I3は、変調電流I2に復調符号D1を乗算することによって得られた。変調符号M1及び復調符号D1は、第1の参考形態で説明されたものと同じであった。図8Cに示されるように、符号変調と符号復調によって、発電電流I1と同等の交流電流が、復調電流I3として復元された。
したがって、発電電力が交流電力の場合にも、発電電力が直流電力である場合と同様に、高い伝送効率で電力が伝送されうる。
[2.符号変調器と符号復調器]
図9は、第2参考形態に係る符号変調器2における制御回路25A及びHブリッジ回路23Aの構成例を示す。図9に示される回路は、図7に示される回路に対して、以下の点が異なる。
(1)図7に示されるスイッチ回路SS1〜SS4の代わりに、双方向スイッチ回路SS21〜SS24が設けられている。
(2)図7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、符号系列m1〜m4をHブリッジ回路23Aに制御信号として出力する。
スイッチ回路SS21は、図7に示されるようなスイッチS1に加えて、スイッチS1と逆方向かつ並列に接続されたスイッチS21を含む。スイッチS21は、制御信号m3に応答してオンオフされる。スイッチ回路SS22は、図7に示されるようなスイッチS2に加えて、スイッチS2と逆方向かつ並列に接続されたスイッチS22を含む。スイッチS22は、制御信号m4に応答してオンオフされる。スイッチ回路SS23は、図7に示されるようなスイッチS3に加えて、スイッチS3と逆方向かつ並列に接続されたスイッチS23を含む。スイッチS23は、制御信号m4に応答してオンオフされる。スイッチ回路SS24は、図7に示されるようなスイッチS4に加えて、スイッチS4と逆方向かつ並列に接続されたスイッチS24を含む。スイッチS24は、制御信号m3に応答してオンオフされる。
スイッチS21〜S24は、例えば、MOSトランジスタである。
図10は、第2参考形態に係る符号復調器4における制御回路35A及びHブリッジ回路33Aの構成例を示す。図10に示される回路は、図7に示される回路に対して、以下の点が異なる。
(1)図7に示されるスイッチ回路SS11〜SS14の代わりに、双方向スイッチ回路SS31〜SS34が設けられている。
(2)図7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、符号系列d1〜d4をHブリッジ回路33Aに制御信号として出力する。
スイッチ回路SS31は、図7に示されるようなスイッチS11に加えて、スイッチS11と逆方向かつ並列に接続されたスイッチS31を含む。スイッチS31は、制御信号m4に応答してオンオフされる。スイッチ回路SS32は、図7に示されるようなスイッチS12に加えて、スイッチS12と逆方向かつ並列に接続されたスイッチS32を含む。スイッチS32は、制御信号d3に応答してオンオフされる。スイッチ回路SS33は、図7に示されるようなスイッチS13に加えて、スイッチS13と逆方向かつ並列に接続されたスイッチS33を含む。スイッチS33は、制御信号d3に応答してオンオフされる。スイッチ回路SS34は、図7に示されるようなスイッチS14に加えて、スイッチS14と逆方向かつ並列に接続されたスイッチS34を含む。スイッチS34は、制御信号d4に応答してオンオフされる。
スイッチS31〜S34は、例えば、MOSトランジスタである。
[3.動作]
[3−1.制御信号]
表3は、符号変調器2のスイッチS1〜S4、S21〜S24に入力される制御信号m1〜m4の符号系列の例と、符号復調器4のスイッチS11〜S14、S31〜S34に入力される制御信号d1〜d4の符号系列の例を示す。
Figure 2017108393
この例において、制御信号m1、m2、m3、及びm4の符号系列は、それぞれ、制御信号d1、d2、d3、及びd4の符号系列と同一である。表3において、符号系列c1bは、符号系列c1aの全ビットをビット反転させたものであり、符号系列c0は、全ビットが“0”の符号系列である。符号系列c1a、c1b、c0の時間幅は、交流の発電電流I1の半周期と一致している。
[3−2.符号変調器の動作]
符号変調器2の動作について説明する。ここでは、発電電流I1が、第1半周期(すなわち、1周期の前半部分)において正となり、第2半周期(すなわち、1周期の後半部分)において負となる場合を想定する。
[3−2−1.第1半周期における符号変調器の動作]
第1半周期において、スイッチS1〜S4は制御信号m1、m2によってオンオフされ、スイッチS21〜S24はオフ状態に維持される。
制御信号m1が“1”であって、かつ、制御信号m2が“0”のとき、スイッチS1、S4はオン状態であり、スイッチS2、S3がオフ状態である。このとき、正の発電電流I1は、図9の矢印A1の方向に流れ、これにより、端子T3、T4に正の変調電流I2が流れる。すなわち、発電電流I1は“1”で符号変調される。
一方、制御信号m1が“0”であって、かつ、制御信号m2が“1”のとき、スイッチS1、S4はオフ状態であり、かつ、スイッチS2、S3はオン状態である。このとき、正の発電電流I1は、図9の矢印A2の方向に流れ、これにより、端子T3、T4に負の変調電流I2が流れる。すなわち、発電電流I1は“−1”で符号変調される。
したがって、符号変調器2は、第1半周期において、端子T3、T4を介して伝送路3に交流の変調電流I2を出力する。
[3−2−2.第2半周期における符号変調器の動作]
第2半周期において、スイッチS1〜S4はオフ状態に維持され、スイッチS21〜S24が制御信号m3、m4によってオンオフされる。
制御信号m3が“1”であって、かつ、制御信号m4が“0”のとき、スイッチS21、S24はオン状態であり、かつ、スイッチS22、S24はオフ状態である。このとき、符号変調器2に入力された負の発電電流I1は、図9の矢印B1の方向に流れ、これにより、端子T3、T4に負の変調電流I2が流れる。すなわち、発電電流I1は“1”で符号変調される。
一方、制御信号m3が“0”であって、かつ、制御信号m4が“1”のとき、スイッチS21、S24はオフ状態であり、かつ、スイッチS22、S23はオン状態である。このとき、符号変調器2に入力された負の発電電流I1は、図9の矢印B2の方向に流れ、これにより、端子T3、T4に正の変調電流I2が流れる。すなわち、発電電流I1は“−1”で符号変調される。
したがって、符号変調器2は、第2半周期においても、端子T3、T4を介して伝送路3に交流の変調電流I2を出力する。
[3−2−3.補足]
表2の制御信号m1〜m4に基づく一連のスイッチ動作は、発電電流I1を下記の変調符号Mbで符号変調する操作に相当する。
[数6]
Mb=[1 -1 1 1 1 -1 -1 1 -1 1 1 1 -1 -1]
変調符号Mbにおいて、“1”の数は“−1”の数よりも多い。しかし、変調電流I2の平均は0となりうる。なぜなら、発電電流I1は第1半周期で正、第2半周期で負となり、かつ、変調符号Mbの第1半周期の部分系列と第2半周期の部分系列は同一であるためである。
[3−3.符号復調器の動作]
符号復調器4の動作について説明する。
[3−3−1.第1半周期における符号復調器の動作]
第1半周期において、スイッチS11〜S14は制御信号d1、d2によってオンオフされ、スイッチS31〜S34はオフ状態に維持される。
第1半周期において正の変調電流I2が符号復調器4に入力されるとき、制御信号d1は“1”であって、かつ、制御信号d2は“0”である。このとき、スイッチS12、S13はオン状態であって、かつ、スイッチS11、S14はオフ状態である。そのため、正の変調電流I2は、図10の矢印C1の方向に流れ、これにより、端子T13、T14に正の復調電流I3が流れる。すなわち、変調電流I2は“1”で符号復調される。
第1半周期において負の変調電流I2が符号復調器4に入力されるとき、制御信号d1は“0”であって、かつ、制御信号d2は“1”である。このとき、スイッチS12、S13はオフ状態であって、かつ、スイッチS11、S14はオン状態である。そのため、負の変調電流I2は、図10の矢印C1の方向に流れ、これにより、端子T13、T14に正の復調電流I3が流れる。すなわち、変調電流I2は“−1”で符号復調される。
したがって、符号復調器4は、第1半周期の間、端子T13、T14を介して正の復調電流I3を出力する。
[3−3−2.第2半周期における符号復調器の動作]
第2半周期において、スイッチS11〜S14はオフ状態に維持され、スイッチS31〜S34が制御信号d3、d4によってオンオフされる。
第2半周期において正の変調電流I2が符号復調器4に入力されるとき、制御信号d3は“1”であって、かつ、制御信号d4は“0”である。このとき、スイッチS32、S33はオン状態であり、かつ、スイッチS31、S34はオフ状態である。そのため、正の変調電流I2は、図10の矢印C2の方向に流れ、これにより、端子T13、T14に負の復調電流I3が流れる。すなわち、変調電流I2は“−1”で符号復調される。
第2半周期において負の変調電流I2が符号復調器4に入力されるとき、制御信号d3は“0”であって、かつ、制御信号d4は“1”である。このとき、スイッチS32、S33はオフ状態であって、かつ、スイッチS31、S34はオン状態である。そのため、負の変調電流I2は、図10の矢印C2の方向に流れ、これにより、端子T13、T14に負の復調電流I3が流れる。すなわち、変調電流I2は“1”で符号復調される。
したがって、符号復調器4は、第2半周期の間、端子T13、T14を介して負の復調電流I3を出力する。言い換えると、符号復調器4は、復調電流I3は、第1半周期において正となり、第2半周期において負となるような交流を生成し、その波形は発電電流I1の波形と概ね一致する。
[3−3−3.補足]
表2の制御信号d1〜d4に基づく一連のスイッチ動作は、変調電流I2を下記の復調符号Dbで符号復調する操作に相当する。
[数7]
Db=[1 -1 1 1 1 -1 -1 1 -1 1 1 1 -1 -1]
[4.動作の変形例]
表4は、符号変調器2のスイッチS1〜S4、S21〜S24に入力される制御信号m1〜m4の符号系列の変形例と、符号復調器4のスイッチS11〜S14、S31〜S34に入力される制御信号d1〜d4の符号系列の変形例を示す。
Figure 2017108393
表4に示される制御信号m3、m4、d3、d4は、スイッチS21〜S24、S31〜S34をオフ状態に維持する。これにより、図9に示されるHブリッジ回路23A及び図10に示されるHブリッジ回路33Aは、それぞれ、図7に示されるHブリッジ回路23及び33と同一の回路となる。
加えて、表4に示される制御信号m1、m2、d1、d2は、表2に示される制御信号m1、m2、d1、d2と同一である。そのため、本参考形態に係る符号変調器2及び符号復調器4は、第1の参考形態で説明されたような直流電力の変復調を実現することができる。
したがって、本参考形態に係る符号変調器及び符号復調器は、制御信号を変更することで、直流電力の変復調と、交流電力の変復調の両方に対応しうる。
直流電力を生成する発電機1は、例えば、太陽光発電機であってもよい。交流電力を生成する発電機1は、例えば、タービンの回転を利用する発電機であってもよい。そのような発電機の例としては、火力発電機、水力発電機、風力発電機、原子力発電機、及び潮力発電機が挙げられる。
[5.符号変調器と符号復調器の変形例]
図11は、第2参考形態に係る符号変調器2におけるHブリッジ回路23Bの変形例を示す。図11に示されるHブリッジ回路23Bは、図9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。
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Di1、及びダイオードDi11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Di1は、スイッチS41に並列に接続されている。ダイオードDi11は、スイッチS51に並列に接続されている。ダイオードDi1は、端子T3から端子T1に電流を流す。ダイオードDi11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。
制御回路25Aは、制御信号m1をスイッチS41、S44に出力し、制御信号m2をスイッチS42、43に出力し、制御信号m3をスイッチS51、S54に出力し、制御信号m4をスイッチS52、53に出力する。制御信号m1〜m4は、例えば、表3に示されるものであってもよい。
図12は、第2参考形態に係る符号復調器4におけるHブリッジ回路33Bの変形例を示す。図12に示されるHブリッジ回路33Bは、図10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。
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Di21、及びダイオードDi31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Di21は、スイッチS61に並列に接続されている。ダイオードDi31は、スイッチS71に並列に接続されている。ダイオードDi21は、端子T13から端子T12に電流を流す。ダイオードDi31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。
制御回路35Aは、制御信号d1をスイッチS62、S63に出力し、制御信号d2をスイッチS61、64に出力し、制御信号d3をスイッチS72、S73に出力し、制御信号d4をスイッチS71、74に出力する。制御信号d1〜d4は、例えば、表3に示されるものであってもよい。
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Di1〜Di4、Di11〜Di14、Di21〜Di24、Di31〜Di34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。
(第1の実施形態)
以下では、第1の実施形態のうち、参考形態と異なる点について説明される。
[1.電力伝送システム]
図13は、第1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は、電力伝送システム100に比較して以下の点が異なる。
(1)符号復調器4の代わりに、符号復調器4a、4bが設けられている。
(2)負荷5の代わりに、負荷5a、5bが設けられている。負荷5a、5bは、それぞれ、電力測定器5ma、5mbを有する。
(3)コントローラ10の代わりに、コントローラ10Aが設けられている。コントローラ10Aは、符号変調器2に対して、発電電力を変調符号で符号変調させ、符号復調器4a、4bに対して、符号変調電力を、変調符号に基づく変換符号で変換させる。
変換符号は、例えば、変調符号に対応する復調符号に基づいて生成された符号である。
コントローラ10Aは、変調符号及び/又は復調符号から変換符号を生成し、その後、生成された変換符号の符号情報を符号復調器4a、4bに送ってもよい。あるいは、コントローラ10Aは、変調符号及び/又は復調符号の符号情報と、復調符号の符号系列の少なくとも一部を変更させる指示とを、符号復調器4a、4bに送ってもよい。後者の場合、変換符号は、符号復調器4a、4bによって生成される。
コントローラ10Aは、例えば、指示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、プログラムを実行するプロセッサと、指示信号を送信する通信回路とを含む。コントローラ10Aは、例えばマイコンであってもよい。
なお、参照番号4a、4bで示されるブロックは、厳密な意味での符号復調動作は行わないが、ここでは、説明の簡便のため、符号復調器と呼ばれる。本実施形態で説明される符号復調器4a、4bは、本開示における「変換器」の一例である。符号復調器4a、4bは、例えば、制御信号d1〜d4の符号系列を除いて、図10に示される符号復調器4と同様の構造を有する。
電力伝送システム100Aは、例えば、発電機1の電力供給量、及び/又は、負荷5a、5bの電力需要に応じて、発電機1の発電電力とは異なる電力を、負荷5a、5bに分配できる。
発電機1は、所定の電力を発電する。符号変調器2は、発電された電力を符号変調する。符号変調された電力は、伝送路3を介して、符号変調器2から符号復調器4a、4bに送電される。符号復調器4a、4bのそれぞれは、符号変調電力を、所定の変換符号で変換する。変換された電力は、それぞれ負荷5a、5bに供給される。
[2.動作]
[2−1.有効時間幅の制御]
図14Aは、変調符号の時間変化を示す模式図である。図14A中のΔTは、変調符号の1ビットあたりの時間幅を示している。ここでは、一例として、復調符号の符号系列が変調符号の符号系列と等しい場合を想定する。この場合、図14Aは、復調符号の時間変化を示していると見なされうる。
例えば、コントローラ10A又は符号復調器4aは、図14Aに示される変調符号(又は復調符号)に基づいて、図14Bに示される変換符号を生成する。図14Bに示される変換符号は、時間幅ΔTの期間の一部(図中のΔt1の期間)において、“1”又は“−1”を示す。この変換符号に応じて、例えば、符号復調器4aが、変換動作と休止動作とを周期ΔTで繰り返す。休止動作の間、符号復調器4aは、電力を出力しない。これにより、発電電力の波形が周期的かつ部分的に復元される。言い換えると、符号復調器4aは、間欠的かつ周期的に変換電力を出力する。その結果、負荷に供給される電力量が所望の値に調整されうる。
本実施形態において、変換符号の1ビットあたりの時間幅とは、符号変調電力が変換される継続期間の幅(例えば、図14BのΔt1)を意味する。本開示において、この時間幅は、「有効時間幅」と呼ばれる場合がある。有効時間幅Δt1は、変調符号の1ビットあたりの時間幅ΔTに対して、0<Δt1<ΔTを満たす。
[2−2.実施例1]
実施例1として、発電機1によって発電された100mAの交流が、50mAの直流に変換されて負荷5aに供給される例について説明する。
実施例1では、図13に示される電力伝送システム100Aが用いられた。符号変調器2は、図9に示される回路を備え、符号復調器4a、4bのそれぞれは、図10に示される回路を備えていた。
符号変調器2の制御信号m1〜m4は、上記の表3に示されるm1〜m4符号系列を有していた。符号復調器4aの制御信号d1〜d4は、上記の表4に示される符号系列を有していた。符号復調器4bは、全てのスイッチがオフ状態に維持された。
制御信号m1〜m4の周波数は35kHzであり、1ビットあたりの時間幅ΔTは、{1/(35kHz)}/2=約14.3マイクロ秒であった。制御信号d1〜d4の有効時間幅Δt1は、0.5×ΔT=約7.1マイクロ秒であった。
図15A〜15Cは、実施例1に係る、発電電流I1、変調電流I2、変換電流I31の波形を示す。
図15Cにおいて、変換電流I31は、約14.3マイクロ秒の周期で繰り返されるパルス電流であり、各パルスの電流値は100mA、時間幅は約7.1マイクロ秒であった。この変換電流I31は、例えば、平滑回路によって平滑化されることによって、50mAの直流となる。
なお、図15A、図15Bの波形には脈流成分が表れているが、この脈流は、変調電流の一部が符号復調器4bで反射されることによって生じたものである。
実施例1における復調符号と変換符号との関係について補足する。
第1半周期(0〜100マイクロ秒)において、符号復調器4aの制御信号d1〜d4は、符号変調器2の制御信号m1〜m4と一致している。すなわち、第1半周期において、制御信号d1〜d4は、符号復調器4aに、符号復調動作と休止動作とを周期的に繰り返させる。その結果、第1半周期では、正の発電電流I2の一部が、正の電流I31として周期的に復元される。
一方、第2半周期(100〜200マイクロ秒)において、符号復調器4aの制御信号d1〜d4は、符号変調器2の制御信号m1〜m4と一致していない。そのため、制御信号d1〜d4は、符号復調器4aに、復調動作とは異なる所定の変換動作と休止動作とを周期的に繰り返させる。この所定の変換動作は、変調電流I2を符号復調させて、さらに、電流の向きを反転させる操作に相当する。その結果、第2半周期では、負の発電電流I2の一部が、正の電流I31に周期的に変換されている。なお、第2半周期の変換符号は、第2半周期の復調符号をビット反転させたものに相当する。
本開示における「変換符号」は、復調符号そのものに有効時間幅を設定したものだけに限定されず、復調符号に基づく所定の符号に有効時間幅を設定したものをも含む。
[2−3.有効時間幅の相補的な制御]
電力伝送システム100Aにおいて、符号復調器4aが上述の休止動作を行っている間に、符号復調器4bが符号復調動作を行ってもよい。例えば、符号復調器4aと符号復調器4bとが、相補的に符号変調電力を変換してもよい。
例えば、コントローラ10A又は符号復調器4bは、図14Aに示される変調符号(又は復調符号)に基づいて、図14Cに示される変換符号を生成する。図14Cに示される変換符号は、時間幅ΔTの期間の一部(図中のΔt2の期間)において“1”又は“−1”を示す。図14B及び図14Cに示されるとおり、符号復調器4aで用いられる第1の変換符号の有効時間幅Δt1と、符号復調器4bで用いられる第2の変換符号の有効時間幅Δt2は、互いに相補的な関係にある。これにより、符号復調器4a、4bは、符号変調電力を交互に出力する。その結果、負荷5a、5bに供給される電力量が所望の値に調整されうる。
第1の変換符号の有効時間幅Δt1、第2の変換符号の有効時間幅Δt2、変調符号の1ビットあたりの時間幅ΔTは、例えば、次の関係を満たす。
[数8]
Δt1+Δt2≦ΔT
0<Δt1<ΔT
0<Δt2<ΔT
例えば、Δt1+Δt2=ΔTが成り立つとき、符号復調器4a、4bは、完全に相補的に動作する。例えば、Δt1=0.4×ΔT、かつ、Δt2=0.6×ΔTであってもよく、あるいは、Δt1=0.6×ΔT、かつ、Δt2=0.4×ΔTであってもよい。
例えば、Δt1+Δt2<ΔTが成り立つとき、符号復調器4a、4bは、所定のデッドタイムを挟んで、相補的に動作する。例えば、Δt1=0.4×ΔT、かつ、Δt2=0.5×ΔTであってもよく、あるいは、Δt1=0.5×ΔT、かつ、Δt2=0.4×ΔTであってもよい。
[2−4.実施例2]
実施例2として、発電機1によって発電された100mAの交流の一部が、50mAの直流に変換されて負荷5aに供給され、残部が50mAの直流に変換されて負荷5aに供給される例について説明する。
実施例2では、実施例1と同様の電力伝送システム100Aが用いられた。符号変調器2の制御信号m1〜m4、及び、符号復調器4aの制御信号d1〜d4は、実施例1と同様であった。
符号復調器4bの制御信号d1〜d4は、上記の表4に示される符号系列を有していた。制御信号d1〜d4の有効時間幅Δt2は、0.5×ΔT=約7.1マイクロ秒であった。
図16A〜16Dは、実施例2に係る、発電電流I1、変調電流I2、変換電流I31、変換電流I32の波形を示す。
図16C及び16Dにおいて、変換電流I31、I32のそれぞれは、約14.3マイクロ秒の周期で繰り返されるパルス電流であった。変換電流I31が100mAであるとき、変換電流I32は0mAであり、変換電流I32が0mAであるとき、変換電流I32は100mAであった。これらの変換電流I31、I32のそれぞれは、例えば、平滑回路によって平滑化されることによって、50mAの直流となる。
(第2の実施形態)
以下では、第2の実施形態のうち、参考形態及び第1の実施形態と異なる点について説明される。第2の実施形態に係る電力伝送システムは、第1の実施形態に係る電力システムと同様である。
[1.動作]
[1−1.変調符号と復調符号の相関度の変更]
図17は、変換符号の時間変化を示す模式図である。ここでは、一例として、復調符号の符号系列が変調符号の符号系列と等しい場合を想定する。この場合、図17に示される変換符号は、図14Aに示される復調符号の符号系列の4番目のビットを変更したものに相当する。この変換符号に応じて、例えば、符号復調器4aが、4番目のビットに相当する期間において休止し、その他のビットに相当する期間において符号復調動作を行う。これにより、発電電力の波形が部分的に復元される。言い換えると、符号復調器4aは、間欠的に変換動作を行い、これにより、間欠的に変換電力を出力する。その結果、負荷に供給される電力量が所望の値に調整されうる。
変換符号は、例えば、変調符号に対応する復調符号の一部を変更することによって生成される。変換符号は、復調符号と所定の相関度を有する。変換符号と復調符号との相関度は、変換符号の各ビット値が復調符号又は変調符号の対応するビット値と一致する割合である。相関度は、0より大きく、1よりも小さい。この相関度は、変換符号のビット数をNとするとき、i/N(i=1,・・・,N−1)の離散的な値をとり得る。相関度の最小値は1/Nであり、最大値は(N−1)/Nである。比較的大きな電力を伝送する場合には、例えば、相関度は0.5より大きく、かつ、1より小さくてもよく、0.7より大きく、かつ、1より小さくてもよい。一方、比較的小さな電力を伝送する場合には、例えば、相関度は0より大きく、かつ、0.3より小さくてもよく、0より大きく、かつ、0.5より小さくてもよい。
[1−2.動作例]
本動作例では、発電機1によって発電された直流が、所定の波形を有する電流に変換されて負荷5aに供給される例について説明する。
本動作例では、図13に示される電力伝送システム100Aが用いられる。符号変調器2は、図7に示されるHブリッジ回路23及び制御回路25を備える。符号復調器4a、4bのそれぞれは、図7に示されるHブリッジ回路33及び制御回路35を備える。
符号変調器2の制御信号m1、m2、及び、符号復調器4aの制御信号d1、d2は、例えば、下記の表5に示される符号系列を有する。符号復調器4bは、例えば、全てのスイッチがオフ状態に維持される。
Figure 2017108393
表5において、制御信号d1、d2の4番目のビットは、それぞれ、制御信号m1、m2の4番目のビットが反転したものに相当する。制御信号d1、d2の9番目のビットは、それぞれ、制御信号m1、m2の9番目のビットが反転したものに相当する。制御信号d1、d2の4番目及び9番目以外のビットのそれぞれは、制御信号m1、m2の対応するビットと一致する。その結果、符号復調器4aは、4番目及び9番目のビットに相当する期間においては電流を出力せず、その他のビットに相当する期間において復調電流を出力する。
(その他の実施形態)
本開示は、上記の参考形態及び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及び第2の参考形態、及び第1の実施形態において、制御信号、変調符号、復調符号、及び変換符号のそれぞれの符号系列は、1以上の直交Gold系列から構成されているが、これに限定されない。例えば、変調符号、復調符号、及び変換符号のそれぞれは、他の直交符号であってもよい。他の直交符号の例としては、m系列が挙げられる。
第1及び第2の参考形態、及び第1の実施形態において、制御信号、変調符号、復調符号、及び変換符号のそれぞれの符号長は、7ビットまたは14ビットであったが、これに限定されない。第2の実施形態において、制御信号は、10ビットであったが、これに限定されない。符号長が長いほど、より多くの直交符号が生成されうる。また、符号長を長くすることで、相互相関がより小さくなり、電力の分離がより正確に行える。
第1の実施形態の実施例1及び2において、符号変調器および符号復調器は、それぞれ、図9及び10に示される回路であるものとして説明されたが、これらは、例えば、図7に示される回路であってもよい。この場合、符号変調器及び符号復調器の回路構成が簡略化され、低コスト化及び装置の小型化が実現されうる。第2の実施形態の動作例において、符号変調器および符号復調器は、図7に示される回路であるものとして説明されたが、これらは、例えば、図9及び10に示される回路であってもよい。
第1及び第2の参考形態、並びに、第1及び第2の実施形態において例示された符号復調器は、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。
第1及び第2の参考形態、並びに、第1及び第2の実施形態において、コントローラは、符号変調器及び符号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、符号変調器及び符号復調器の少なくとも1つに組み込まれていてもよい。
第1及び第2の参考形態、並びに、第1及び第2の実施形態において、電流が符号変復調される例が示されたが、電圧が符号変復調されてもよく、電流及び電圧が変復調されてもよい。
第1及び第2の参考形態、並びに、第1及び第2の実施形態において、符号変調器に発電電流が入力される例が示されたが、発電電流は「入力電力」の一例である。
第2の参考形態において、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。
第1及び第2の実施形態では、1つの発電機と2つの負荷を備えた電力伝送システムが例示されたが、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。
電力伝送システムが複数の符号変調器と複数の符号復調器とを備える場合、複数の符号変調電力が共通の伝送路を介して同時に伝送されうる。この場合、例えば、伝送路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。また、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、符号変復調方式によれば、各電力は独立して伝送されるため、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。変調符号および復調符号の任意の組み合わせに応じて、符号変調器と符号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。そのため、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。
第1及び第2の参考形態、並びに、第1及び第2の実施形態において、伝送路は、有線伝送路又は無線伝送路であってもよく、有線伝送路と無線伝送路とが組み合わされたものであってもよい。
図18は第1及び第2の実施形態の変形例に係る電力伝送システム100Bの構成を示す。電力伝送システム100Bは、無線システム40、50a、50bと、有線伝送路45を含む。有線伝送路45の一端は、無線システム40に接続され、他端は、複数に分岐して、無線システム50a、50bに接続される。無線システム40は、無線送信機41と、無線伝送路42と、無線受信機43とを含む。無線システム50aは、無線送信機51aと、無線伝送路52aと、無線受信機53aとを含む。無線システム50bは、無線送信機51bと、無線伝送路52bと、無線受信機53bとを含む。
無線送信機41は、入力された符号変調電力に応じて所定の搬送波を所定の変調方式で変調し、変調波を無線伝送路42を介して無線受信機43に無線伝送する。無線受信機43は、無線伝送路42を介して受信した無線伝送波を、対応する復調方式で復調し、復調波を出力する。無線システム50a、50bについても、同様の動作を行う。無線伝送の変調方式の例としては、振幅変調方式、及び、PSK変調方式が挙げられる。
(実施形態の概要)
第1の態様に係る電力受信装置は、
第1の電力を所定の変調符号を用いて符号変調して交流の符号変調波を発生して送信する符号変調器を備える電力送信装置から送電される、電力を含む交流の符号変調波を、有線伝送路を介して受信する電力受信装置であって、
受信した交流の符号変調波を前記変調符号に対応する復調符号とは異なる復調符号を用いて符号復調して、前記第1の電力の電力量とは異なる電力量を有する第2の電力に変換して出力する符号復調器を備える。
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、上記符号復調に用いる復調符号は、当該復調符号の有効時間幅が前記変調符号の有効時間幅よりも小さくなるように構成されることで前記第2の電力を調整する。
第3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、上記符号復調に用いる復調符号は、当該復調符号の少なくとも一部が前記変調符号から変更されるように構成されることで前記第2の電力を調整する。
第4の態様に係る電力受信装置は、第1〜第3の態様のうちのいずれか1つに係る電力受信装置において、前記変調符号及び前記復調符号は所定の直交符号である。
第5の態様に係る電力伝送システムは、
第1の電力を所定の変調符号を用いて符号変調して交流の符号変調波を発生して送信する符号変調器を備える電力送信装置と、
第1〜第4の態様のうちのいずれか1つの電力受信装置とを備える。
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、前記第1の電力は交流電力であり、前記第2の電力は直流電力と交流電力とのうちの少なくとも1つである。
第7の態様に係る電力伝送システムは、第5又は第6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符号変調器を符号復調器として用い、
前記電力受信装置の符号復調器を符号変調器として用いることで逆方向で電力を伝送する。
第8の態様に係る電力伝送システムは、第5〜第7の態様のうちのいずれか1つに係る電力伝送システムにおいて、
前記符号変調器は、前記変調符号を生成する第1の生成回路を備え、
前記符号復調器は、前記復調符号を生成する第2の生成回路を備える。
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当該電力伝送システムを制御するコントローラを備え、
前記コントローラは前記符号変調器に対して、前記変調符号を生成するための制御信号、変調開始時刻及び変調終了時刻を出力し、
前記コントローラは前記符号復調器に対して、前記復調符号を生成するための制御信号、復調開始時刻及び復調終了時刻を出力し、
前記符号変調器は前記変調符号を生成するための制御信号、変調開始時刻及び変調終了時刻に基づいて前記第1の電力を符号変調し、
前記符号復調器は前記復調符号を生成するための制御信号、復調開始時刻及び復調終了時刻に基づいて前記第2の電力に符号復調する。
第10の態様に係る電力伝送システムは、第9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、前記第1の電力の電力量を計測する第1の電力測定手段を備え、
前記電力受信装置は、前記第2の電力の電力量を計測する第2の電力測定手段を備える。
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符号変調器と複数の符号復調器を備え、
前記コントローラは、前記第1の電力測定手段により計測された前記第1の電力の電力量及び前記第2の電力測定手段により計測された前記第2の電力の電力量に基づいて、前記複数の符号変調器と前記複数の符号復調器の動作を制御することで、前記複数の符号変調器と前記複数の符号復調器の電力系統間で電力を融通する。
第12の態様に係る電力伝送システムは、第11の態様に係る電力伝送システムにおいて、
前記電力送信装置の符号変調器と前記有線伝送路との間に挿入される第1の無線電力伝送システムと、
前記有線伝送路と前記電力受信装置の符号復調器との間に挿入される第2の無線電力伝送システムとのうちの少なくとも1つを備える。
第13の態様に係る電力伝送システムは、
入力電力を変調符号で符号変調して符号変調電力を生成する符号変調器と、
前記符号変調電力を送信する無線送信機とを備える。
第14の態様に係る電力伝送システムは、
符号変調電力を受信する無線受信機と、
前記符号変調電力を復調符号で符号復調して出力電力を生成する符号復調器とを備える。
第15の態様に係る電力伝送システムは、
第13の態様に係る前記符号変調器及び前記無線送信機と、第14の態様に係る前記無線受信機及び前記符号復調器とを備える。
第16の態様に係る電力伝送システムは、第15の態様に係る電力伝送システムにおいて、
前記無線送信機から送られる前記符号変調電力を受信する別の無線受信機と、
前記別の無線受信機に接続された有線伝送路と、
前記有線伝送路に接続され、前記無線受信機に前記符号変調電力を送信するた別の無線送信機とをさらに備える。
本開示によれば、電力伝送システムにおいて、送電元となる発電機と送電先となる電力負荷の組み合わせと融通電力量を能動的に指定した上で、複数の組み合わせの間での電力融通を1つの電力有線伝送路上で同時かつ独立に行うことができる。
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。
1、1a、1b 発電機
2、2a、2b 符号変調器
3 伝送路
4、4a、4b 符号復調器
5、5a、5b 負荷
1m、1ma、1mb、5m、5ma、5mb 電力測定器
10、10A、10B コントローラ
10A1 有効時間幅調整コントローラ
10A2 符号変更コントローラ
20、30 制御IC
21、31 通信回路
22、32 ゲートドライバ
23、23A、23B、33、33A、33B Hブリッジ回路
25、35、25A、35A 制御回路
100、100A、100B 電力伝送システム
40、50a、50b 無線システム
41、51a、51b 無線送信機
42、52a、52b 無線伝送路
43、53a、53b 無線受信機
d1〜d4 制御信号
D1、Da、Db 復調符号
Di1〜Di4、Di11〜Di14、Di21〜Di24、Di31〜Di34 ダイオード
I1、I11、I12 発電電流
I2 変調電流
I3、I31、I32 復調電流
m1〜m4 制御信号
M1、Ma、Mb 変調符号
S1〜S4、S11〜S14、S21〜S24、S31〜S34、S41〜S44、S51〜S54、S61〜S64、S71〜S74 スイッチ
SS1〜SS4、SS11〜SS14、SS21〜SS24、SS31〜SS34、SS21A〜SS24A、SS31A〜SS34A スイッチ回路
SW1、SW2 スイッチ
T1〜T4、T11〜T14 端子

Claims (15)

  1. 符号変調電力を受信する端子と、
    前記符号変調電力を変換符号で間欠的に変換する回路と、を備え、
    前記符号変調電力は、所定の電力が変調符号で符号変調されることによって生成された交流電力であり、
    前記変換符号は、前記変調符号に基づいて生成されている、
    変換器。
  2. 前記変換符号は、前記変調符号に対応する復調符号から生成されている、
    請求項1に記載の変換器。
  3. 前記回路は、前記変調符号の1ビットあたりの時間幅に等しい周期で、前記周期よりも短い時間幅を有するパルス波形の電力を繰り返し出力する、
    請求項1又は2に記載の変換器。
  4. 前記回路は、
    前記周期の一部において、前記符号変調電力を前記変換符号の対応するビットで変換して、変換された電力を出力し、
    前記周期の残部において、電力を出力しない、
    請求項3に記載の変換器。
  5. 前記回路は、
    前記変換符号の少なくとも1つのビットに応じて、電力を出力せず、
    前記変換符号のその他のビットに応じて、前記符号変調電力を変換して、変換された電力を出力する、
    請求項1に記載の変換器。
  6. 前記変換符号の各ビット値が前記変調符号の対応するビット値と一致する割合は、0.5より大きく、かつ、1より小さい、
    請求項1に記載の変換器。
  7. 前記回路は、複数のスイッチを含む、
    請求項1に記載の変換器。
  8. 前記複数のスイッチをオンオフさせる複数の制御信号を生成する制御回路をさらに含み、
    前記回路は、前記複数の制御信号に基づいて前記符号変調電力を間欠的に変換する、
    請求項7に記載の変換器。
  9. 前記変調符号は、直交符号を含む、
    請求項1から8のいずれか一項に記載の変換器。
  10. プロセッサと、通信回路とを備え、
    前記プロセッサは、
    第1の電力を変調符号で符号変調させるための第1の指示信号を生成し、
    前記第1の指示信号を、前記通信回路を介して符号変調器に送信し、
    符号変調電力を前記変調符号に基づく第1の変換符号で間欠的に変換させるための第2の指示信号を生成し、
    前記第2の指示信号を、前記通信回路を介して第1の変換器に送信し、
    前記符号変調器と前記第1の変換器は伝送路を介して接続されており、
    符号変調された電力は交流電力である、
    コントローラ。
  11. 前記プロセッサは、前記変調符号に対応する復調符号から、前記第1の変換符号を生成する、
    請求項10に記載のコントローラ。
  12. 前記プロセッサは、前記第1の変換符号の1ビットあたりの時間幅を、前記変調符号の1ビットあたりの時間幅よりも短く設定する、
    請求項10又は11に記載のコントローラ。
  13. 前記プロセッサは、前記復調符号の少なくとも1つのビットを変更することで、前記変換符号を生成する、
    請求項11に記載のコントローラ。
  14. 前記プロセッサは、さらに、
    前記符号変調電力を前記変調符号に基づく第2の変換符号で間欠的に変換させるための第3の指示信号を生成し、
    前記第3の指示信号を、前記通信回路を介して第2の変換器に送信し、
    前記符号変調器と前記第2の変換器は伝送路を介して接続されている、
    請求項11に記載のコントローラ。
  15. 前記プロセッサは、第1の変換器及び第2の変換器に前記符号変調電力を交互に変換させる、
    請求項14に記載のコントローラ。
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