JPWO2018159544A1 - 電力伝送システム - Google Patents

Abstract

符号変調器（２）の制御回路（２０）は、第１及び第４のスイッチ回路をオンし、第２及び第３のスイッチ回路をオフする第１の状態と、第１及び第４のスイッチ回路をオフし、第２及び第３のスイッチ回路をオンする第２の状態と、第１の状態から第２の状態に遷移するとき及び第２の状態から第１の状態に遷移するとき、第１〜第４のスイッチ回路のすべてをオンする第３の状態とを符号変調回路（２３）に設定する。符号復調器（４）の制御回路（３０）は、第５及び第８のスイッチ回路をオフし、第６及び第７のスイッチ回路をオンする第４の状態と、第５及び第８のスイッチ回路をオンし、第６及び第７のスイッチ回路をオフする第５の状態と、第４の状態から第５の状態に遷移するとき及び第５の状態から第４の状態に遷移するとき、第５〜第８のスイッチ回路のすべてをオンする第６の状態とを符号復調回路（３３）に設定する。

Description

本開示は、伝送路を介して電力を送信する電力送信装置と、伝送路を介して電力を受信する電力受信装置と、電力送信装置及び電力受信装置を含む電力伝送システムとに関する。

近年、電力会社が提供する火力発電、水力発電、及び原子力発電等の従来からの電力供給に加え、太陽光発電、風力発電、及びバイオ燃料発電などに代表される再生可能エネルギー電源の導入が加速している。また、現在敷設されている大規模な商用電力網とは別に、遠距離送電による損失を軽減させることを目的として、電力の地産地消を実現する局所的な小規模電力網の導入が世界的に広がりつつある。

小規模電力網では、自然エネルギーを利用した発電機を使用し、負荷となる電気設備において高効率な電力回収をおこなうことで電力自給が可能になる。これは、砂漠のオアシス又は離島等の無電化地域を解消するための電力伝送システムとして期待が高い。

例えば特許文献１〜３は、電力線を介して電源から負荷に電力を伝送する電力伝送システムを開示している。

特許第５６１２７１８号公報 特許第５６１２９２０号公報 特開２０１１−９１９５４号公報

電力伝送システムは、電力線を介して電源から負荷に電力を伝送するために、電源から供給された電力を伝送路を介して送信する電力送信装置と、伝送路を介して電力を受信して負荷に供給する電力受信装置とを含む。このような電力伝送システムにおいて電力送信装置から電力受信装置に電力を伝送するとき、電力送信装置と電力受信装置との確実な同期が求められる場合がある。何らかの原因により電力送信装置と電力受信装置との間に遅延が生じると、電力伝送の効率が低下するおそれがある。

本開示の目的は以上の問題点を解決し、電力送信装置と電力受信装置との間の遅延による電力伝送の効率の低下を生じにくい電力送信装置を提供することにある。

本開示の一態様に係る電力送信装置は、
伝送路を介して少なくとも１つの電力受信装置に電力を送信する電力送信装置であって、
第１のリアクトルを介して電源に接続され、前記電源から電源電力の供給を受ける符号変調回路であって、所定の符号系列に基づく変調符号を用いて前記電源電力を符号変調して符号変調波を生成し、前記伝送路を介して前記符号変調波を前記電力受信装置に送信する符号変調回路と、
前記符号変調回路を制御する制御回路とを備え、
前記符号変調回路は、
前記第１のリアクトルを介して前記電源に接続される第１及び第２の端子と、
前記伝送路に接続される第３及び第４の端子と、
前記第１及び第３の端子の間に接続される第１のスイッチ回路と、
前記第２及び第３の端子の間に接続される第２のスイッチ回路と、
前記第１及び第４の端子の間に接続される第３のスイッチ回路と、
前記第２及び第４の端子の間に接続される第４のスイッチ回路とを備え、
前記制御回路は、
前記第１及び第４のスイッチ回路をオンし、前記第２及び第３のスイッチ回路をオフする第１の状態と、
前記第１及び第４のスイッチ回路をオフし、前記第２及び第３のスイッチ回路をオンする第２の状態とを前記符号変調回路に設定し、
前記第１の状態から前記第２の状態に遷移するとき及び前記第２の状態から前記第１の状態に遷移するとき、前記第１〜第４のスイッチ回路のすべてをオンする第３の状態を前記符号変調回路に設定する。

これらの包括的かつ特定の態様は、システムにより、方法により、又はシステム及び方法の任意の組み合わせにより実現してもよい。

本開示の一態様に係る電力送信装置によれば、電力送信装置と電力受信装置との間の遅延による電力伝送の効率の低下を生じにくくすることができる。

実施形態１に係る電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 図１の電力伝送システムの変調電流Ｉ２の信号波形例を示す波形図である。 比較例に係る通信システムの変調電流Ｉ２の信号波形例を示す波形図である。 図１の電力伝送システムにおける例示的な信号波形を示す波形図であり、（ａ）は発電電流Ｉ１の信号波形を示し、（ｂ）は変調電流Ｉ２の信号波形を示し、（ｃ）は復調電流Ｉ３の信号波形を示す。 図１の符号変調器２の構成を示すブロック図である。 図１の符号復調器４の構成を示すブロック図である。 図１の符号変調回路２３及び符号復調回路３３の構成を示すブロック図である。 図１の電力伝送システムにおいて直流電力を送電して直流電力を受電する実施例１に係る符号変調器２の変調符号及び符号復調器４の復調符号の一例を示す図である。 図１の電力伝送システムにおいて直流電力を送電して直流電力を受電する実施例２に係る符号変調器２の変調符号及び符号復調器４の復調符号の一例を示す図である。 実施形態２に係る電力伝送システムにおける例示的な信号波形を示す波形図であり、（ａ）は発電電流Ｉ１の信号波形を示し、（ｂ）は変調電流Ｉ２の信号波形を示し、（ｃ）は復調電流Ｉ３の信号波形を示す。 実施形態２に係る電力伝送システムの符号変調器２Ａの一部の構成を示すブロック図である。 実施形態２に係る電力伝送システムの符号復調器４Ａの一部の構成を示すブロック図である。 実施形態２に係る電力伝送システムにおいて交流電力を送電して交流電力を受電する実施例３に係る符号変調器２Ａの変調符号及び符号復調器４Ａの復調符号の一例を示す図である。 実施形態２に係る電力伝送システムにおいて直流電力を送電して直流電力を受電する実施例４に係る符号変調器２Ａの変調符号及び符号復調器４Ａの復調符号の一例を示す図である。 実施形態２の変形例に係る電力伝送システムにおいて用いる符号変調回路２３Ａのための双方向性スイッチ回路ＳＳ２１Ａの構成を示す回路図である。 実施形態２の変形例に係る電力伝送システムにおいて用いる符号変調回路２３Ａのための双方向性スイッチ回路ＳＳ２２Ａの構成を示す回路図である。 実施形態２の変形例に係る電力伝送システムにおいて用いる符号変調回路２３Ａのための双方向性スイッチ回路ＳＳ２３Ａの構成を示す回路図である。 実施形態２の変形例に係る電力伝送システムにおいて用いる符号変調回路２３Ａのための双方向性スイッチ回路ＳＳ２４Ａの構成を示す回路図である。 実施形態２の変形例に係る電力伝送システムにおいて用いる符号復調回路３３Ａのための双方向性スイッチ回路ＳＳ３１Ａの構成を示す回路図である。 実施形態２の変形例に係る電力伝送システムにおいて用いる符号復調回路３３Ａのための双方向性スイッチ回路ＳＳ３２Ａの構成を示す回路図である。 実施形態２の変形例に係る電力伝送システムにおいて用いる符号復調回路３３Ａのための双方向性スイッチ回路ＳＳ３３Ａの構成を示す回路図である。 実施形態２の変形例に係る電力伝送システムにおいて用いる符号復調回路３３Ａのための双方向性スイッチ回路ＳＳ３４Ａの構成を示す回路図である。 実施形態３に係る電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 図１５の電力伝送システムにおいて直流電力を送電して直流電力を受電する実施例５に係る符号変調器２Ａ−１の変調符号及び符号復調器４Ａ−１の復調符号の一例を示す図である。 図１５の電力伝送システムにおいて直流電力を送電して交流電力を受電する実施例６に係る符号変調器２Ａ−２の変調符号及び符号復調器４Ａ−２の復調符号の一例を示す図である。 実施形態３に係る電力伝送システムにおける例示的な信号波形を示す波形図であり、（ａ）は発電電流Ｉ１１の信号波形を示し、（ｂ）は発電電流Ｉ１２の信号波形を示し、（ｃ）は変調電流Ｉ２の信号波形を示し、（ｄ）は復調電流Ｉ３１の信号波形を示し、（ｅ）は復調電流Ｉ３２の信号波形を示す。 実施形態４に係る電力伝送システムの構成を示す回路図である。 実施形態４の比較例に係る電力伝送システムにおいて使用される変調符号ｍ１，ｍ２及び復調符号ｄ１，ｄ２を示すタイミングチャートであり、（ａ）は遅延なしの場合を示し、（ｂ）は遅延が生じた場合を示す。 実施形態４の比較例に係る電力伝送システムで遅延が生じた場合における電流の流れを示す図である。 実施形態４の実施例及び比較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。 実施形態４の比較例に係る電力伝送システムにおいて遅延なしで電力を伝送する場合の負荷電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２の変化を示すグラフである。 実施形態４の比較例に係る電力伝送システムにおいて遅延が生じた場合の負荷電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２の変化を示すグラフである。 実施形態４に係る電力伝送システムにおいて使用される変調符号ｍ１，ｍ２及び復調符号ｄ１，ｄ２を示すタイミングチャートである。 図２４の時間期間Ｐ１における電流の流れを示す図である。 図２４の時間期間Ｐ２，Ｐ４における電流の流れを示す図である。 図２４の時間期間Ｐ３における電流の流れを示す図である。 実施形態４に係る電力伝送システムにおいて同時オン時間よりも短い遅延が生じた場合の変調符号ｍ１，ｍ２及び復調符号ｄ１，ｄ２を示すタイミングチャートである。 図２８の時間期間Ｐ２ａにおける電流の流れを示す図である。 実施形態４の実施例に係る電力伝送システムにおいて遅延なしで電力を伝送する場合の負荷電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２の変化を示すグラフである。 実施形態４の実施例に係る電力伝送システムにおいて遅延が生じた場合の負荷電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２の変化を示すグラフである。 実施形態４に係る電力伝送システムが図２５及び図２７の状態にあるときの等価回路図である。 実施形態４に係る電力伝送システムが図２６の状態にあるときの等価回路図である。 図３２及び図３３の時間期間を交互に繰り返すときの出力電圧の変化を示す概略図である。 実施形態４に係る電力伝送システムにおいて同時オン時間よりも長い遅延が生じた場合の変調符号ｍ１，ｍ２及び復調符号ｄ１，ｄ２を示すタイミングチャートである。 実施形態５に係る電力伝送システムにおいて使用される変調符号ｍ１，ｍ２及び復調符号ｄ１，ｄ２を示すタイミングチャートであり、（ａ）は許容遅延時間以下の遅延が生じた場合を示し、（ｂ）は許容遅延時間を超える遅延が生じた場合を示す。 実施形態５の実施例に係る電力伝送システムにおいて許容遅延時間を超える遅延が生じていない場合の負荷電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２の変化を示すグラフである。 実施形態５の実施例に係る電力伝送システムにおいて許容遅延時間を超える遅延が生じていない場合の負荷電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２の変化を示すグラフである。 実施形態５の実施例に係る電力伝送システムにおいて許容遅延時間を超える遅延が生じた場合の負荷電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２の変化を示すグラフである。 実施形態５の実施例に係る電力伝送システムにおいて許容遅延時間を超える遅延が生じた場合の負荷電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２の変化を示すグラフである。 実施形態５の比較例に係る電力伝送システムにおいて使用される変調符号ｍ１，ｍ２及び復調符号ｄ１，ｄ２を示すタイミングチャートである。 実施形態６に係る電力伝送システムにおいて使用される変調符号ｍ１，ｍ２及び復調符号ｄ１，ｄ２を示すタイミングチャートであり、（ａ）は許容遅延時間に等しい遅延が生じた場合を示し、（ｂ）は許容遅延時間未満の遅延が生じた場合を示す。 実施形態６の実施例に係る電力伝送システムにおいて許容遅延時間を超える遅延が生じていない場合の負荷電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２の変化を示すグラフである。 実施形態４〜６に係る電力伝送システムにおいてコントローラ１０、符号変調器２、及び符号復調器４を同期させる処理を示すシーケンス図である。 実施形態７に係る電力伝送システムの構成を示す回路図である。 図４５の電力伝送システムにおいて使用されるフィルタ回路４５ａ，４５ｂを示す回路図である。 図４５の電力伝送システムにおいて使用されるフィルタ回路４５ｃを示す回路図である。 図４５の電力伝送システムにおいて使用されるフィルタ回路４５ｄを示す回路図である。 図４５の電力伝送システムにおいて使用されるフィルタ回路４５ｄを示す回路図である。 図４５〜図４９のフィルタ回路４１〜４５ｄの第１の例を示す回路図である。 図４５〜図４９のフィルタ回路４１〜４５ｄの第２の例を示す回路図である。 図４５〜図４９のフィルタ回路４１〜４５ｄの第３の例を示す回路図である。 図４５〜図４９のフィルタ回路４１〜４５ｄの第４の例を示す回路図である。 図４５〜図４９のフィルタ回路４１〜４５ｄの第５の例を示す回路図である。 図４５〜図４９のフィルタ回路４１〜４５ｄの第６の例を示す回路図である。 図４５〜図４９のフィルタ回路４１〜４５ｄの第７の例を示す回路図である。 実施形態７の第８の例に係るフィルタ回路を含む電力伝送システムの構成を示す回路図である。 実施形態７の第９の例に係るフィルタ回路を含む電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 実施形態７の第９の例に係るフィルタ回路を含む電力伝送システムの構成を示す回路図である。 実施形態８に係る電力伝送システムにおける変調符号とフィルタ回路の共振波形との関係を示すグラフである。 実施形態８に係る電力伝送システムにおけるフィルタ回路の共振を説明するための図である。 実施形態８に係る電力伝送システムにおけるフィルタ回路の共振周波数が変調クロック周波数に一致しているときの、符号変調器２の出力電圧及び符号復調器４の入力電圧の関係を示す図である。 実施形態７の比較例に係る電力伝送システムのシミュレーション結果であって、（ａ）はスイッチ素子Ｓ１、Ｓ４のゲート電圧を示し、（ｂ）はスイッチ素子Ｓ１、Ｓ４に流れる電流を示し、（ｃ）スイッチ素子Ｓ１、Ｓ４の両端電圧を示すグラフである。 実施形態７の第１の実施例に係る電力伝送システムのシミュレーション結果であって、（ａ）はスイッチ素子Ｓ１、Ｓ４のゲート電圧を示し、（ｂ）はスイッチ素子Ｓ１、Ｓ４に流れる電流を示し、（ｃ）スイッチ素子Ｓ１、Ｓ４の両端電圧を示すグラフである。 図６３及び図６４の電流及び電圧の測定方法を示す図である。 実施形態７の比較例に係る電力伝送システムのシミュレーション結果であって、スイッチ回路のダイオードＤ１０１の両端に印加される電圧を示すグラフである。 図６６の一部拡大図を示すグラフである。 実施形態７の比較例に係る電力伝送システムのシミュレーション結果であって、スイッチ回路のスイッチ素子Ｓ１０１の両端に印加される電圧を示すグラフである。 図６８の一部拡大図を示すグラフである。 実施形態７の第２の実施例に係る電力伝送システムのシミュレーション結果であって、（ａ）はスイッチ回路のダイオードＤ１０１の両端に印加される電圧を示し、（ｂ）はスイッチ回路のスイッチ素子Ｓ１０１の両端に印加される電圧を示すグラフである。 図６６〜図７０の電圧の測定方法を示す図である。 実施形態７の第３の実施例に係る電力伝送システムのシミュレーション結果であって、（ａ）スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４の両端電圧を示し、（ｂ）はスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４のゲート電圧を示し、（ｃ）はスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４に流れる電流を示すグラフである。 図７２の一部拡大図を示すグラフである。

本開示の基礎となった知見．
特許文献１では、電力伝送装置において複数の電力系統間において電力の融通を実現可能な連携装置が開示されている。特許文献１では、前記連携装置はコンバータとインバータを備え、送電するときには前記コンバータにより送電電力を交流から直流に変換し、電力を受け取る電力系統に接続された連携装置に電力を送電する。前記電力を受け取る電力系統の連携装置では、インバータにより所望の周波数に変換することで、前記連携装置が接続される電力系統に最適な周波数の電力を提供できる。また、特許文献２では、特許文献１に対して、電力貯蔵装置を備えた構成が開示されている。

一方、特許文献３では、電力伝送装置において複数の送電装置から複数の受電装置への電力を伝送する方法が開示されている。特許文献３では、前記複数の送電装置から、前記複数の受電装置への電力の伝送は時分割で行う。なお、特許文献３では、電力融通を実現するに当たって、前記送電装置及び受電装置間の制御通信は、無線通信で行うことで実現している。

しかしながら、特許文献１及び特許文献２において、前記連携装置は、インバータとコンバータを備え、且つ、基本的には電力融通を行う系統間の全ての組み合わせに対して個別の電力伝送ケーブルが必要になる。連携装置の構成により、電力伝送ケーブルを減らす方法も記載されているが、いずれにしても多数の電力伝送ケーブルが必要になる。これにより、敷設コストの増加、ケーブルの材料費の増加、さらには、連携装置には、接続される系統の数と同じ数のインバータとコンバータの組を備える必要がある。これらより、ケーブルのコストの増加に加え、連携装置の規模の増大によるコストの増加の恐れがある。

また、特許文献３は、複数の送電装置と受電装置間において時分割で電力を融通することが可能であり、電力伝送ケーブルの本数が少なくてすむという利点がある。しかしながら、時分割で送電することにより、複数系統間での電力の融通を同時に行うことができない。すなわち、受電側に接続された負荷の電力の要求に即座に対応できない恐れがあった。さらには、多数の電力融通を実施する場合には、１つあたりの電力融通に割り振られる時間が短くなるので、パルス的に大きな電力が電力伝送ケーブルに送電される。したがって、送ケーブルの耐電力性が求められ、コストの増加に繋がる恐れがあった。また、電力を受電できない時間帯が生じるので、受電装置に大きな電力のバッファ機能が必要となる恐れがあった。さらには、時分割での電力融通を実現するためには、複数の送電装置及び受電送置間で時間的な同期が必要であり、これを実現するためには非常に精度の高い機器間制御が求められ、システム全体としてコストの増加に繋がる恐れがあった。

前記のように、特許文献１、２はいずれも、多数の電力伝送ケーブルを用いており電力伝送の多重化による電力伝送ケーブルの省線化が実現できない。さらに、連携装置においては、電力伝送ケーブルごとにインバータとコンバータの組が必要になり、連携装置の規模を小さくすることは不可能である。このため、多くの電力系統間での電力融通は困難であった。一方、特許文献３では、電力伝送ケーブルに、複数の電力融通を時分割で行うことにより、電力伝送ケーブルの省線化が図れるが、複数の電力融通を同時に行う伝送システムを提供できない。従って、送電装置及び受電装置の小型・薄型化を図りつつ、電力伝送ケーブルの省線化を実現し、且つ、複数の送電装置から複数の受電装置への電力融通を同時に、より確実に行うことができる電力伝送システムが望まれている。

さらに、前述のように、電力伝送システムにおいて電力送信装置から電力受信装置に電力を伝送するとき、電力送信装置と電力受信装置との確実な同期が求められる場合がある。何らかの原因により電力送信装置と電力受信装置との間に遅延が生じると、電力伝送の効率が低下するおそれがある。

以上の考察により、本発明者らは、以下の発明の各態様を想到するに至った。

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を付している。

本開示の目的は、電力送信装置と電力受信装置との間の遅延による電力伝送の効率の低下を生じにくい電力送信装置、電力受信装置、及び電力伝送システムを提供することにある。実施形態１〜３では、その前提として、電力伝送システムの概要について説明する。その後、実施形態４〜８において、課題を解決する電力伝送システムについて説明する。

実施形態１．
図１は実施形態１に係る電力伝送システムの構成を示すブロック図である。図１において、実施形態１に係る電力伝送システムは、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。伝送路３は、例えば、２本の電力線を含む有線又は無線の伝送路である。

コントローラ１０は、制御回路１１及び通信回路１２を備える。制御回路１１は、通信回路１２を介して符号変調器２及び符号復調器４と通信し、それらの動作を制御する。

図１の電力伝送システムにおいて、符号変調器２は電力送信装置として動作し、符号復調器４は電力受信装置として動作する。符号変調器２は、第１の電力を、所定の符号系列に基づく変調符号を用いて符号変調して符号変調波を生成し、符号変調波を、伝送路３を介して符号復調器４に送信する。符号復調器４は、符号変調器２から伝送路３を介して符号変調波を受信し、受信した符号変調波を、符号変調したときに用いた変調符号の符号系列と同じ符号系列に基づく復調符号を用いて符号復調して第２の電力を生成する。第１の電力は、例えば、発電機１で発電された直流電力であり、図１では発電電流Ｉ１として示す。符号変調波は、符号変調された交流電力であり、図１では変調電流Ｉ２として示す。第２の電力は、例えば、負荷５に供給される直流電力であり、図１では復調電流Ｉ３として示す。

図１の電力伝送システムは、さらに、電力測定器１ｍ，５ｍを備える。電力測定器１ｍは、第１の電力の電力量を測定する第１の電力測定手段である。すなわち、電力測定器１ｍは、発電機１の発電量であり、発電機１から符号変調器２へ送られる直流電力の電力量を測定する。電力測定器１ｍは、発電機１に設けられてもよく、発電機１と符号変調器２との間に設けられてもよい。電力測定器５ｍは、第２の電力の電力量を測定する第２の電力測定手段である。すなわち、電力測定器５ｍは、負荷５における電力使用量である、符号復調器４から負荷５へ送られる直流電力の電力量を測定する。電力測定器５ｍは、負荷５に設けられてもよく、符号復調器４と負荷５との間に設けられてもよい。電力測定器１ｍ，５ｍによって測定された電力量はコントローラ１０に送信される。

コントローラ１０は、電力測定器１ｍ，５ｍから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を互いに同期させるための同期信号を含む制御信号を符号変調器２及び符号復調器４に送信し、これにより、正確に同期した電力の符号変調及び符号復調を実現する。

コントローラ１０は、１つの符号系列に基づいて、変調符号を符号変調器２に設定し、復調符号を符号復調器４に設定する。符号変調器２において変調に用いるための変調符号の符号系列、並びに、符号復調器４において復調に用いるための復調符号の符号系列は、符号変調器２及び符号復調器４において予め設定されていてもよい。また、例えば、コントローラ１０は、上記制御信号において、符号変調器２において変調に用いるための変調符号の符号系列、並びに、符号復調器４において復調に用いるための復調符号の符号系列を送信してもよい。さらに、コントローラ１０は、上記制御信号において、符号系列を送信せずに、符号系列の指定情報のみを送信して符号変調器２及び符号復調器４において符号系列を生成してもよい。この場合、対向する符号変調器２と符号復調器４との間で正確に同期して符号変調及び符号復調することができる。

図２は図１の電力伝送システムの変調電流Ｉ２の信号波形例を示す波形図である。また、図３は比較例に係る通信システムの変調電流Ｉ２の信号波形例を示す波形図である。

図１の符号変調器２は、予め決められた符号系列に基づく変調符号を用いて、発電機１において発電された電力の電流を符号変調する。このとき、図２に示すように、符号変調器２は、「１」と「−１」の符号値に対応する向きに流れる電流からなる、交流の符号変調波を生成する。この符号変調波は、正の電流が流れる期間であっても、負の電流が流れる期間（例えば、図２の期間Ｔ０１）であっても、電力を伝送可能である。なお、実施形態１では、一例として直流電力を符号変調する例を示すが、後述する実施形態２に示すように交流電力を符号変調してもよい。

例えば通信で使用される比較例に係るデータ伝送システムでは、通常、図３に示すように、「１」と「０」の符号値を用いて符号変調がなされる。しかしながら、図３に示す符号変調波では、変調符号の符号値が「０」のとき（例えば、図３の期間Ｔ０２）に変調された電流もしくは電圧が０となり、電力が伝送されない時間が生じてしまう。このため、この電力が伝送されない時間の区間により、全体的に電力の伝送効率の低下を招いてしまう恐れがあった。すなわち、通信の場合には、データ等の情報を正確に同期して伝送することが望まれるので、符号復調器で「０」もしくは「１」と正確に判別できればよかったが、電力の伝送では、エネルギーの高効率利用の観点で、この電力が伝送されない時間の区間による電力の損失は許容することができなかった。以上により、図２に示すように、「１」と「−１」の符号値に対応する向きに流れる交流の符号変調波を用いることで、比較例よりも高い伝送効率で電力を伝送できる。

図４（ａ）〜図４（ｃ）は図１の電力伝送システムにおける例示的な信号波形を示す波形図である。図４（ａ）は発電電流Ｉ１の信号波形を示し、図４（ｂ）は変調電流Ｉ２の信号波形を示し、図４（ｃ）は復調電流Ｉ３の信号波形を示す。発電機１は直流の発電電流Ｉ１を生成する。符号変調器２は、変調符号ｍ０を発電電流Ｉ１に乗算することで、交流の変調電流Ｉ２を生成する。符号復調器４は、変調符号ｍ０と同一の復調符号ｄ０を変調電流Ｉ２に乗算し、これにより、発電機１で発電された直流の電力を復元して負荷５に供給することができる。

なお、図４において、Ｔ１０は変調符号ｍ０及び復調符号ｄ０の１周期分の期間を示し、以下の図面においても同様である。

図４の信号波形例では、直流の発電電流Ｉ１（図４（ａ））に対して、周波数３５ｋＨｚを有する変調符号ｍ０を乗算して、符号変調波の変調電流Ｉ２（図４（ｂ））を生成した。この場合、変調符号ｍ０の各ビットの時間長は、１／（３５ｋＨｚ）／２＝１４．２マイクロ秒であった。

変調符号ｍ０及び復調符号ｄ０の各ビットは符号値「１」又は「−１」を有する。ここで、変調符号ｍ０について、符号値「１」は、符号変調器２が入力された電流の向きと同じ向きの電流を出力することを示し、符号値「−１」は、符号変調器２が入力された電流の向きと逆向きの電流を出力することを示す。同様に、復調符号ｄ０について、符号値「１」は、符号復調器４が入力された電流の向きと同じ向きの電流を出力することを示し、符号値「−１」は、符号復調器４が入力された電流の向きと逆向きの電流を出力することを示す。

変調符号ｍ０及び復調符号ｄ０はそれぞれ一例として次式で表される。

ｍ０＝［１ −１ １ １ １ −１ −１ −１ １ −１ −１ −１ １ １］
（１）
ｄ０＝ｍ０
＝［１ −１ １ １ １ −１ −１ −１ １ −１ −１ −１ １ １］
（２）

次いで、変調符号ｍ０によって生成された符号変調波の変調電流Ｉ２に対して復調符号ｄ０を乗算する。この乗算は次式により表される。

ｍ０×ｄ０
＝［１ １ １ １ １ １ １ １ １ １ １ １ １ １］
（３）

式（３）から明らかなように、元の発電電流Ｉ１と同じ直流の復調電流Ｉ３（図４（ｃ））が得られることがわかる。

以上説明したように、本実施形態に係る符号変調器２及び符号復調器４を用いることで、正確に同期しかつ電力損失のない直流の電力伝送を実現できる。また、例えば上述の変調符号ｍ０及び復調符号ｄ０を繰り返して使用することにより、より長い時間での電力の伝送を効率よく行うことが可能になる。

さらに、変調符号ｍ０は、その前半の符号部分ｍ０ａと、その後半の符号部分ｍ０ｂとに次式のように分割することができる。

ｍ０ａ＝［１ −１ １ １ １ −１ −１］ （４）
ｍ０ｂ＝［−１ １ −１ −１ −１ １ １］ （５）

ここで、符号部分ｍ０ｂは、符号部分ｍ０ａの各ビットの符号値をそれぞれ符号反転して生成される。すなわち、符号部分ｍ０ａのあるビットの符号値が「１」であれば、符号部分ｍ０ｂの対応するビットの符号値は「−１」である。同様に、符号部分ｍ０ａのあるビットの符号値が「−１」であれば、符号部分ｍ０ｂの対応するビットの符号値は「１」である。

図５は図１の符号変調器２の構成を示すブロック図である。図５において、符号変調器２は、制御回路２０と、通信回路２１と、符号生成回路２２と、符号変調回路２３とを備える。通信回路２１は、コントローラ１０から、同期信号と、符号系列又はその指定情報を含む制御信号とを受信して、制御回路２０に出力する。ここで、同期信号は、例えば、変調開始及び変調終了のトリガー信号であってもよく、変調開始時刻及び変調終了時刻の時間情報であってもよい。制御回路２０は、上記制御信号に基づいて、符号生成回路２２により所定の符号系列に基づく変調符号を生成させて符号変調回路２３に出力させるとともに、符号変調回路２３の動作開始及び動作終了を制御する。なお、符号変調回路２３は、発電機１に接続された入力端子Ｔ１，Ｔ２（第１及び第２の端子）と、伝送路３に接続された出力端子Ｔ３，Ｔ４（第３及び第４の端子）とを有する。

図６は図１の符号復調器４の構成を示すブロック図である。図６において、符号復調器４は、制御回路３０と、通信回路３１と、符号生成回路３２と、符号復調回路３３とを備える。通信回路３１は、コントローラ１０から、同期信号と、符号系列又はその指定情報を含む制御信号とを受信して、制御回路３０に出力する。ここで、同期信号は、例えば、復調開始及び復調終了のトリガー信号であってもよく、復調開始時刻及び復調終了時刻の時間情報であってもよい。制御回路３０は、上記制御信号に基づいて、符号生成回路３２により所定の符号系列に基づく復調符号を生成させて符号復調回路３３に出力させるとともに、符号復調回路３３の動作開始及び動作終了を制御する。なお、符号復調回路３３は、伝送路３に接続された入力端子Ｔ１１，Ｔ１２（第５及び第６の端子）と、負荷５に接続された出力端子Ｔ１３，Ｔ１４（第７及び第８の端子）とを有する。

なお、図１の電力伝送システムにおいて、コントローラ１０から符号変調器２及び符号復調器４への制御信号は、伝送路３とは異なる制御信号回線で伝送されてもよく、伝送路３を用いて符号変調波と所定の多重化方式で多重化して伝送されてもよい。後者の場合において、コントローラ１０から符号変調器２及び符号復調器４への通信に使用するケーブルを削減し、コストを低減することができる。

図７は図１の符号変調回路２３及び符号復調回路３３の構成を示すブロック図である。図７において、符号変調回路２３は、ブリッジ形状で接続された第１〜第４のスイッチ回路ＳＳ１〜ＳＳ４を備える。スイッチ回路ＳＳ１〜ＳＳ４はそれぞれ、例えばＭＯＳトランジスタで構成された方向性スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４を備える。また、符号復調回路３３は、ブリッジ形状で接続された第５〜第８のスイッチ回路ＳＳ１１〜ＳＳ１４を備える。スイッチ回路ＳＳ１１〜ＳＳ１４はそれぞれ、例えばＭＯＳトランジスタで構成された方向性スイッチ素子Ｓ１１〜Ｓ１４を備える。

符号生成回路２２は、前述のように符号変調器２を変調符号ｍ０に従って動作させるために、制御回路２０の制御下で所定の変調符号ｍ１，ｍ２を生成して、符号変調回路２３に出力する。符号変調回路２３のスイッチ素子Ｓ１，Ｓ４は変調符号ｍ１に従って制御され、符号変調回路２３のスイッチ素子Ｓ２，Ｓ３は変調符号ｍ２に従って制御される。各変調符号ｍ１，ｍ２は符号値「１」及び「０」を有する。例えば、各スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４に符号値「１」の信号が入力されるときに各スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４はオンされ、符号値「０」の信号が入力されるときに各スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４はオフされる。なお、本明細書において説明するスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４以外のスイッチ素子についても以下同様に動作する。ここで、各スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４は以下のように方向性を有する。スイッチ素子Ｓ１はオンのときに端子Ｔ１から入力される発電電流を端子Ｔ３に出力し、スイッチ素子Ｓ３はオンのときに端子Ｔ１から入力される発電電流を端子Ｔ４に出力し、スイッチ素子Ｓ２はオンのときに端子Ｔ３から入力される変調電流を端子Ｔ２に出力し、スイッチ素子Ｓ４はオンのときに端子Ｔ４から入力される変調電流を端子Ｔ２に出力する。

符号生成回路３２は、前述のように符号復調器４を復調符号ｄ０に従って動作させるために、制御回路３０の制御下で所定の復調符号ｄ１，ｄ２を生成して、符号復調回路３３に出力する。符号復調回路３３のスイッチ素子Ｓ１１，Ｓ１４は復調符号ｄ２に従って制御され、符号復調回路３３のスイッチ素子Ｓ１２，Ｓ１３は復調符号ｄ１に従って制御される。各復調符号ｄ１，ｄ２は符号値「１」及び「０」を有する。ここで、各スイッチ素子Ｓ１１〜Ｓ１４は以下のように方向性を有する。スイッチ素子Ｓ１１はオンされるときに端子Ｔ１２から入力される変調電流を端子Ｔ１３に出力し、スイッチ素子Ｓ１３はオンされるときに端子Ｔ１１から入力される変調電流を端子Ｔ１３に出力し、スイッチ素子Ｓ１２はオンされるときに端子Ｔ１４から入力される復調電流を端子Ｔ１２に出力し、スイッチ素子Ｓ１４はオンされるときに端子Ｔ１４から入力される復調電流を端子Ｔ１１に出力する。

なお、図７の表記においては、符号復調器４のスイッチ素子Ｓ１１〜Ｓ１４において電流が流れる方向は、符号変調器２のスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４において電流が流れる方向と逆向きとなるように記載した。

図８Ａは図１の電力伝送システムにおいて直流電力を送電して直流電力を受電する実施例１に係る符号変調器２の変調符号及び符号復調器４の復調符号の一例を示す図である。すなわち、図８Ａは、符号変調器２のスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４に入力される変調符号ｍ１とｍ２、及び符号復調器４のスイッチ素子Ｓ１１〜Ｓ１４に入力される復調符号ｄ１とｄ２の一例を示す。

図８Ａに示すように、変調符号ｍ１と復調符号ｄ１は互いに同一であり、それぞれ符号系列ｃ１ａからなる。また、変調符号ｍ２と復調符号ｄ２は互いに同一であり、それぞれ符号系列ｃ１ｂからなる。また、符号系列ｃ１ａのあるビットの符号値が「１」のとき、符号系列ｃ１ｂの対応するビットの符号値を「０」とし、符号系列ｃ１ａのあるビットの符号値が「０」のとき、符号系列ｃ１ｂの対応するビットの符号値を「１」とするように、符号系列ｃ１ａ及びｃ１ｂを設定する。

従って、図７のスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４、Ｓ１１〜Ｓ１４のうち、符号系列ｃ１ａのあるビットの符号値が入力されるスイッチ素子がオンされるときに、符号系列ｃ１ｂの対応するビットの符号値が入力されるスイッチ素子がオフされる。また、符号系列ｃ１ａのあるビットの符号値が入力されるスイッチ素子がオフされるとき、符号系列ｃ１ｂの対応するビットの符号値が入力されるスイッチ素子がオンされる。

図７の符号変調回路２３においては、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ４がオンされるとき、スイッチ素子Ｓ２，Ｓ３がオフされ、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ４がオフされるとき、スイッチ素子Ｓ２，Ｓ３がオンされる。これにより、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ４がオンされかつスイッチ素子Ｓ２，Ｓ３がオフされるとき、伝送路３には正の向きに、すなわち実線矢印の向きに変調電流Ｉ２が流れる。一方、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ４がオフされかつスイッチ素子Ｓ２，Ｓ３がオンされるとき、伝送路３には負の向きに、すなわち点線矢印の向きに変調電流Ｉ２が流れる。これにより、図４に示すように、符号変調器２に直流の発電電流Ｉ１が入力されたとき、交流に変調した変調電流Ｉ２を伝送路３に伝送することができる。

図７の符号復調回路３３においては、符号変調回路２３と同期して復調符号ｄ１，ｄ２に応答してスイッチ素子Ｓ１１〜Ｓ１４がオン又はオフされる。ここで、変調符号ｍ１と同じ復調符号ｄ１によりスイッチ素子Ｓ１２，Ｓ１３がオン又はオフされ、変調符号ｍ２と同じ復調符号ｄ２によりスイッチ素子Ｓ１１，Ｓ１４がオン又はオフされる。これにより、変調符号ｍ１の符号値が「１」であり、かつ変調符号ｍ２の符号値が「０」であるとき、すなわち伝送路３に正の向きの変調電流Ｉ２が流れるときは、復調符号ｄ１の符号値が「１」となり、かつ復調符号ｄ１の符号値が「０」となる。従って、スイッチ素子Ｓ１３，Ｓ１２がオンされかつスイッチ素子Ｓ１１，Ｓ１４がオフされることにより、符号復調回路３３の出力端子Ｔ１３，Ｔ１４に正の向きに、すなわち実線矢印の向きに復調電流Ｉ３が流れる。また、変調符号ｍ１の符号値が「０」であり、かつ変調符号ｍ２の符号値が「１」であるとき、すなわち伝送路３に負の向きの変調電流Ｉ２が流れるときは、復調符号ｄ１の符号値が「０」となり、かつ復調符号ｄ１の符号値が「１」となる。従って、スイッチ素子Ｓ１１，Ｓ１４がオンされかつスイッチ素子Ｓ１２，Ｓ１３がオフされることにより、この場合も、符号復調回路３３の出力端子Ｔ１３，Ｔ１４に正の向きに、すなわち実線矢印の向きに復調電流Ｉ３が流れる。

以上説明したように、図８Ａの変調符号ｍ１，ｍ２及び復調符号ｄ１，ｄ２を用いることにより、等価的に、符号変調器２は式（１）の変調符号ｍ０に従って動作し、符号復調器４は式（２）の復調符号ｄ０に従って動作する。

以上説明したように、図７及び図８Ａによれば、符号変調器２に直流の発電電流Ｉ１が入力されたとき、符号復調器４から、符号変調器２に入力される発電電流Ｉ１と同じ直流の復調電流Ｉ３を引き出すことが可能になる。従って、本実施形態１によれば、直流の発電電流Ｉ１を交流の変調電流Ｉ２に符号変調した後、変調電流Ｉ２を伝送路３を介して伝送し、変調電流Ｉ２を直流の復調電流Ｉ３に復調することができる。

図８Ｂは図１の電力伝送システムにおいて直流電力を送電して直流電力を受電する実施例２に係る符号変調器２の変調符号及び符号復調器４の復調符号の一例を示す図である。符号系列ｃ１ａとｃ１ｂに関して、符号値「１」を有するビットの個数と符号値「０」を有するビットの個数が同じ場合には、伝送路３に流れる符号変調された変調電流Ｉ２は平均的に直流成分がなく、交流成分のみとなる。しかしながら、符号系列によっては、符号値「１」を有するビットの個数と符号値「０」を有するビットの個数とが互いに異なり、直流成分が生じる場合もある。このような符号系列を用いる場合、当該符号系列と、その各ビットの符号値を反転した符号系列とを連結することにより、符号値「１」を有するビットの個数と符号値「０」を有するビットの個数が同じである変調符号及び復調符号を生成することができる。図８Ｂの例では、変調符号ｍ１と復調符号ｄ１を、符号系列ｃ１ａと符号系列ｃ１ｂを連結した符号系列［ｃ１ａ ｃ１ｂ］とし、変調符号ｍ２と復調符号ｄ２を、符号系列ｃ１ｂと符号系列ｃ１ａを連結した符号系列［ｃ１ｂ ｃ１ａ］にする。これにより、伝送路３に流れる符号変調された変調電流Ｉ２の平均値は０になり、変調電流Ｉ２は交流成分のみを含む。

なお、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。本実施形態の電力伝送システムに蓄電装置を組み込むことにより、電力消費の少ない、あるいは電力消費のない時間帯に発電された電力を有効に活用することができるようになり、全体での電力効率を向上できる。

実施形態２．
実施形態１では、直流の発電電流を符号変調して伝送する電力伝送システムについて説明した。一方、実施形態２では、交流の発電電流を符号変調して伝送する電力伝送システムについて説明する。

実施形態２に係る電力伝送システムは、図１の符号変調器２及び符号復調器４に代えて、図１０及び図１１を参照して後述する符号変調器２Ａ及び符号復調器４Ａを備える。他の部分については、実施形態２に係る電力伝送システムは、実施形態１に係る電力伝送システムと同様に構成される。

図９（ａ）〜図９（ｃ）は実施形態２に係る電力伝送システムにおける例示的な信号波形を示す波形図であり、図９（ａ）は発電電流Ｉ１の信号波形を示し、図９（ｂ）は変調電流Ｉ２の信号波形を示し、図９（ｃ）は復調電流Ｉ３の信号波形を示す。すなわち、図９は、交流（単相交流）の発電電流Ｉ１を符号変調器２Ａにより符号変調した後、変調電流Ｉ２を伝送路３を介して伝送し、変調電流Ｉ２を符号復調器４Ａにより符号復調したときの信号波形例である。

発電機１は交流の発電電流Ｉ１を生成する。ここで、交流の発電電流Ｉ１は、一例として、２００マイクロ秒で正と負を周期的に繰り返す、周波数５ｋＨｚの矩形波形を有する。このときも、図４に示した直流の発電電流Ｉ１を符号変調したときと同様に、符号変調器２Ａは、変調符号ｍ０を発電電流Ｉ１に乗算することで、交流の変調電流Ｉ２を生成する。符号復調器４Ａは、変調符号ｍ０と同一の復調符号ｄ０を変調電流Ｉ２に乗算し、これにより、発電機１で発電された交流電力を復元して負荷５に供給することができる。

変調符号ｍ０及び復調符号ｄ０の周波数は、発電電流Ｉ１の周波数及び復調電流Ｉ３の周波数よりも高く設定される。図９の信号波形例では、交流の発電電流Ｉ１（図９（ａ））に対して、周波数３５ｋＨｚを有する変調符号ｍ０を乗算して、符号変調波の変調電流Ｉ２（図９（ｂ））を生成した。この場合、変調符号ｍ０の各ビットの時間長は、１／（３５ｋＨｚ）／２＝１４．２マイクロ秒であった。

変調符号ｍ０及び復調符号ｄ０の各ビットは符号値「１」又は「−１」を有する。交流の発電電流Ｉ１を伝送する場合、発電電流Ｉ１が正の期間（図９（ａ）の０〜１００μ秒の期間）と、発電電流Ｉ１が負の期間（図９（ａ）の１００〜２００μ秒の期間）とで、符号値「１」又は「−１」は異なる意味を有する。発電電流Ｉ１が正の期間において、変調符号ｍ０について、符号値「１」は、符号変調器２Ａが入力された電流の向きと同じ向きの電流を出力することを示し、符号値「−１」は、符号変調器２Ａが入力された電流の向きと逆向きの電流を出力することを示す。同様に、発電電流Ｉ１が正の期間において、復調符号ｄ０について、符号値「１」は、符号復調器４Ａが入力された電流の向きと同じ向きの電流を出力することを示し、符号値「−１」は、符号復調器４Ａが入力された電流の向きと逆向きの電流を出力することを示す。発電電流Ｉ１が負の期間において、変調符号ｍ０について、符号値「１」は、符号変調器２Ａが入力された電流の向きと逆向きの電流を出力することを示し、符号値「−１」は、符号変調器２Ａが入力された電流の向きと同じ向きの電流を出力することを示す。同様に、発電電流Ｉ１が負の期間において、復調符号ｄ０について、符号値「１」は、符号復調器４Ａが入力された電流の向きと逆向きの電流を出力することを示し、符号値「−１」は、符号復調器４Ａが入力された電流の向きと同じ向きの電流を出力することを示す。

変調符号ｍ０及び復調符号ｄ０はそれぞれ一例として次式で表される。

ｍ０＝［１ −１ １ １ １ −１ −１ −１ １ −１ −１ −１ １ １］
（６）
ｄ０＝ｍ０
＝［１ −１ １ １ １ −１ −１ −１ １ −１ −１ −１ １ １］
（７）

実施形態１に係る符号復調と同様に、変調符号ｍ０によって生成された符号変調波の変調電流Ｉ２に対して復調符号ｄ０を乗算する。この乗算は次式により表される。

ｍ０×ｄ０
＝［１ １ １ １ １ １ １ １ １ １ １ １ １ １］
（８）

式（８）から明らかなように、元の発電電流Ｉ１と同じ交流の復調電流Ｉ３（図８（ｃ））が得られることがわかる。

以上説明したように、本実施形態に係る符号変調及び符号復調の方法を用いることで、正確に同期しかつ電力損失のない電力伝送を実現できる。また、前記の変調符号ｍ０及び復調符号ｄ０を繰り返して使用することにより、より長い時間での電力の伝送を効率よく行うことが可能になる。

図１０は実施形態２に係る電力伝送システムの符号変調器２Ａの一部の構成を示すブロック図である。図１０の符号変調器２Ａは、図５の符号生成回路２２及び符号変調回路２３に代えて、符号生成回路２２Ａ及び符号変調回路２３Ａを備える。図１０の符号変調器２Ａは、図５の符号変調器２と同様に制御回路２０及び通信回路２１をさらに備えるが、図１０では図示の簡単化のためにこれらを省略する。

図１０の符号生成回路２２Ａ及び符号変調回路２３Ａは、図７の符号生成回路２２及び符号変調回路２３と比較して以下の点が異なる。
（１）符号生成回路２２Ａは、２つの変調符号ｍ１，ｍ２に代えて、４個の変調符号ｍ１〜ｍ４を生成して符号変調回路２３Ａに出力する。
（２）符号変調回路２３Ａは、一方向性スイッチ回路ＳＳ１〜ＳＳ４に代えてそれぞれ、ブリッジ形式で接続された第１〜第４の双方向性スイッチ回路ＳＳ２１〜ＳＳ２４を備える。

符号生成回路２２Ａは、前述のように符号変調器２Ａを変調符号ｍ０に従って動作させるために、制御回路２０の制御下で所定の変調符号ｍ１〜ｍ４を生成して、符号変調回路２３Ａに出力する。各変調符号ｍ１〜ｍ４は符号値「１」及び「０」を有する。

符号変調回路２３Ａにおいて、スイッチ回路ＳＳ２１は、変調符号ｍ１に応答してオンオフされる図７のスイッチ素子Ｓ１に加えて、スイッチ素子Ｓ１とは逆方向性を有しかつ並列に接続され、変調符号ｍ３に応答してオンオフされるスイッチ素子Ｓ２１を備える。スイッチ回路ＳＳ２２は、変調符号ｍ２に応答してオンオフされる図７のスイッチ素子Ｓ２に加えて、スイッチ素子Ｓ２とは逆方向性を有しかつ並列に接続され、変調符号ｍ４に応答してオンオフされるスイッチ素子Ｓ２２を備える。スイッチ回路ＳＳ２３は、変調符号ｍ２に応答してオンオフされる図７のスイッチ素子Ｓ３に加えて、スイッチ素子Ｓ３とは逆方向性を有しかつ並列に接続され、変調符号ｍ４に応答してオンオフされるスイッチ素子Ｓ２３を備える。スイッチ回路ＳＳ２４は、変調符号ｍ１に応答してオンオフされる図７のスイッチ素子Ｓ４に加えて、スイッチ素子Ｓ４とは逆方向性を有しかつ並列に接続され、変調符号ｍ３に応答してオンオフされるスイッチ素子Ｓ２４を備える。なお、スイッチ素子Ｓ２１〜Ｓ２４はそれぞれ、例えばＭＯＳトランジスタで構成される。符号変調回路２３Ａは、発電機１に接続された端子Ｔ１，Ｔ２（第１及び第２の端子）と、伝送路３に接続された端子Ｔ３，Ｔ４（第３及び第４の端子）を有する。符号変調回路２３Ａには発電機１からの交流電力が入力され、符号変調回路２３Ａは交流電力を符号変調した後、符号変調された変調波を伝送路３に出力する。

図１１は実施形態２に係る電力伝送システムの符号復調器４Ａの一部の構成を示すブロック図である。図１１の符号復調器４Ａは、図６の符号生成回路３２及び符号復調回路３３に代えて、符号生成回路３２Ａ及び符号復調回路３３Ａを備える。図１１の符号復調器４Ａは、図５の符号復調器４と同様に制御回路３０及び通信回路３１をさらに備えるが、図１１では図示の簡単化のためにこれらを省略する。

図１１の符号生成回路３２Ａ及び符号復調回路３３Ａは、図７の符号生成回路３２及び符号復調回路３３と比較して以下の点が異なる。
（１）符号生成回路３２Ａは、２つの復調符号ｄ１，ｄ２に代えて、４個の復調符号ｄ１〜ｄ４を生成して符号復調回路３３Ａに出力する。
（２）符号復調回路３３Ａは、一方向性スイッチ回路ＳＳ１１〜ＳＳ１４に代えてそれぞれ、ブリッジ形式で接続された第５〜第８の双方向性スイッチ回路ＳＳ３１〜ＳＳ３４を備える。

符号生成回路３２Ａは、前述のように符号復調器４Ａを復調符号ｄ０に従って動作させるために、制御回路３０の制御下で所定の復調符号ｄ１〜ｄ４を生成して、符号復調回路３３Ａに出力する。各復調符号ｄ１〜ｄ４は符号値「１」及び「０」を有する。

符号復調回路３３Ａにおいて、スイッチ回路ＳＳ３１は、復調符号ｄ２に応答してオンオフされる図７のスイッチ素子Ｓ１１に加えて、スイッチ素子Ｓ１１とは逆方向性を有しかつ並列に接続され、復調符号ｄ４に応答してオンオフされるスイッチ素子Ｓ３１を備える。スイッチ回路ＳＳ３２は、復調符号ｄ１に応答してオンオフされる図７のスイッチ素子Ｓ１２に加えて、スイッチ素子Ｓ１２とは逆方向性を有しかつ並列に接続され、復調符号ｄ３に応答してオンオフされるスイッチ素子Ｓ３２を備える。スイッチ回路ＳＳ３３は、復調符号ｄ１に応答してオンオフされる図７のスイッチ素子Ｓ１３に加えて、スイッチ素子Ｓ１３とは逆方向性を有しかつ並列に接続され、復調符号ｄ３に応答してオンオフされるスイッチ素子Ｓ３３を備える。スイッチ回路ＳＳ３４は、復調符号ｄ２に応答してオンオフされる図７のスイッチ素子Ｓ１４に加えて、スイッチ素子Ｓ１４とは逆方向性を有しかつ並列に接続され、復調符号ｄ４に応答してオンオフされるスイッチ素子Ｓ３４を備える。なお、スイッチ素子Ｓ３１〜Ｓ３４はそれぞれ、例えばＭＯＳトランジスタで構成される。符号復調回路３３Ａは、伝送路３に接続された端子Ｔ１１，Ｔ１２（第５及び第６の端子）と、負荷５に接続された端子Ｔ１３，Ｔ１４（第７及び第８の端子）を有する。符号復調回路３３Ａには伝送路３からの交流の符号変調波が入力され、符号復調回路３３Ａは符号変調波を交流の復調電力に符号復調した後、負荷５に出力する。

図１２Ａは実施形態２に係る電力伝送システムにおいて交流電力を送電して交流電力を受電する実施例３に係る符号変調器２Ａの変調符号及び符号復調器４Ａの復調符号の一例を示す図である。すなわち、図１２Ａは、符号変調回路２３Ａの双方向性スイッチ回路ＳＳ２１〜ＳＳ２４に入力される変調符号ｍ１〜ｍ４、及び符号復調回路３３Ａの双方向性スイッチ回路ＳＳ３１〜ＳＳ３４に入力される復調符号ｄ１〜ｄ４の一例を示す。

図１２Ａに示すように、変調符号ｍ１と復調符号ｄ１は互いに同一であり、変調符号ｍ２と復調符号ｄ２は互いに同一である。同様に、変調符号ｍ３と復調符号ｄ３は互いに同一であり、変調符号ｍ４と復調符号ｄ４は互いに同一である。また、直流電力の伝送のときと同様に、符号系列ｃ１ａのあるビットの符号値が「１」のとき、符号系列ｃ１ｂの対応するビットの符号値を「０」とし、符号系列ｃ１ａのあるビットの符号値が「０」のとき、符号系列ｃ１ｂの対応するビットの符号値を「１」とするように、符号系列ｃ１ａ及びｃ１ｂを設定する。

図１２Ａでは、符号系列ｃ１ａと符号系列ｃ１ｂの時間長を交流の発電電流Ｉ１の半周期と一致させる場合を示した。交流の発電電流Ｉ１が正の期間（図１２Ａの例では、各周期の前半の期間）において、変調符号ｍ１，ｍ２はそれぞれ符号系列ｃ１ａ，ｃ１ｂからなり、一方、変調符号ｍ３，ｍ４の符号値は常に「０」である。交流の発電電流Ｉ１が負の期間（図１２Ａの例では、各周期の後半の期間）において、変調符号ｍ１，ｍ２の符号値は常に「０」であり、一方、変調符号ｍ３，ｍ４はそれぞれ符号系列ｃ１ａ，ｃ１ｂからなる。各周期の前半の期間のビットと各周期の後半の期間のビットとを連結することにより、１周期分の変調符号ｍ１〜ｍ４がそれぞれ生成される。これにより、各周期の前半の期間では、スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４は変調符号ｍ１，ｍ２に従ってオンオフされ、一方、スイッチ素子Ｓ２１〜Ｓ２４は切断されて電流が流れない。また、各周期の後半の期間では、スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４は切断されて電流が流れず、一方、スイッチ素子Ｓ２１〜Ｓ２４は変調符号ｍ３，ｍ４に従ってオンオフされる。変調符号ｍ１〜ｍ４と同様に、１周期分の復調符号ｄ１〜ｄ４もまた、各周期の前半の期間のビットと各周期の後半の期間のビットとを連結することにより生成される。

ここで、符号変調回路２３Ａの動作について以下説明する。

まず、入力端子Ｔ１，Ｔ２において正の向きに、すなわち実線矢印Ａ１の向きに発電電流Ｉ１が流れる場合の動作について説明する。この場合、変調符号ｍ１の符号値「１」が入力されるスイッチ素子Ｓ１，Ｓ４がオンされるときに、変調符号ｍ２の符号値「０」が入力されるスイッチ素子Ｓ２，Ｓ３がオフされる。また、変調符号ｍ１の符号値「０」が入力されるスイッチ素子Ｓ１，Ｓ４がオフされるとき、変調符号ｍ２の符号値「１」が入力されるスイッチ素子Ｓ２，Ｓ３がオンされる。これにより、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ４がオンでかつスイッチ素子Ｓ２，Ｓ３がオフのとき、伝送路３には正の向きに、すなわち実線矢印Ａ１の向きに変調電流Ｉ２が流れる。一方、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ４がオフでかつスイッチ素子Ｓ２，Ｓ３がオンのとき、伝送路３には負の向きに、すなわち点線矢印Ａ２の向きに変調電流Ｉ２が流れる。これにより、交流の発電電流Ｉ１のうちの正の期間の電流が符号変調回路２３Ａに入力されているとき、図９（ｂ）に示すように、交流の変調電流Ｉ２を伝送路３に伝送することができる。

次に、入力端子Ｔ１，Ｔ２において負の向きに、すなわち一点鎖線矢印Ｂ１の向きに発電電流Ｉ１が流れる場合の動作について以下説明する。この場合、変調符号ｍ３の符号値「１」が入力されるスイッチ素子Ｓ２１，Ｓ２４がオンされるときに、変調符号ｍ４の符号値「０」が入力されるスイッチ素子Ｓ２２，Ｓ２３がオフされる。また、変調符号ｍ３の符号値「０」が入力されるスイッチ素子Ｓ２１，Ｓ２４がオフされるとき、変調符号ｍ４の符号値「１」が入力されるスイッチ素子Ｓ２２，Ｓ２３がオンされる。これにより、スイッチ素子Ｓ２１，Ｓ２４がオンでかつスイッチ素子Ｓ２２，Ｓ２３がオフのとき、伝送路３には負の向きに、すなわち一点鎖線矢印Ｂ１の向きに変調電流Ｉ２が流れる。一方、スイッチ素子Ｓ２１，Ｓ２４がオフでかつスイッチ素子Ｓ２２，Ｓ２３がオンのとき、伝送路３には正の向きに、すなわち二点鎖線矢印Ｂ２の向きに変調電流Ｉ２が流れる。これにより、交流の発電電流Ｉ１のうちの負の期間の電流が符号変調回路２３Ａに入力されているとき、図９（ｂ）に示すように、交流の変調電流Ｉ２を伝送路３に伝送することができる。

図１０を参照して説明したように、符号変調回路２３Ａは、交流の発電電流Ｉ１のうちの正の期間及び負の期間のそれぞれにおいて、図９（ｂ）に示すように、交流の変調電流Ｉ２を生成することができる。

次に、図１１の符号復調回路３３Ａの動作について以下説明する。

まず、符号変調回路２３Ａの入力端子Ｔ１，Ｔ２において正の向きに、すなわち実線矢印Ａ１の向きに発電電流Ｉ１が流れる場合を考える。このとき、符号復調回路３３Ａの入力端子Ｔ１１，Ｔ１２には、伝送路３を介して、正の向き及び負の向きに流れる交流の変調電流Ｉ２が入力される。符号復調回路３３Ａが正しく復調動作を行った場合には、符号復調回路３３Ａの出力端子Ｔ１３，Ｔ１４において正の向きに、すなわち実線矢印Ｃ１の向きに復調電流Ｉ３が流れることになる。以下、これらの動作について説明する。この場合には、復調符号ｄ３と復調符号ｄ４の符号値はすべて「０」であり、スイッチ素子Ｓ３１〜Ｓ３４はすべてオフされる。

まず、符号変調回路２３Ａの入力端子Ｔ１，Ｔ２において正の向きに発電電流Ｉ１が流れ、かつ、符号復調回路３３Ａの入力端子Ｔ１１，Ｔ１２において正の向きに、すなわち実線矢印Ｃ１の向きに流れる変調電流Ｉ２が入力された場合の符号復調回路３３Ａの動作について説明する。この場合、符号系列ｃ１ａの符号値は「１」であり、符号系列ｃ１ｂの符号値は「０」である。従って、復調符号ｄ１の符号値「１」が入力されるスイッチ素子Ｓ１２，Ｓ１３はオンされ、復調符号ｄ２の符号値「０」が入力されるスイッチ素子Ｓ１１，Ｓ１４はオフされる。従って、出力端子Ｔ１３，Ｔ１４には正の向きに、すなわち実線矢印Ｃ１の向きに復調電流Ｉ３が流れる。

次に、符号変調回路２３Ａの入力端子Ｔ１，Ｔ２において正の向きに発電電流Ｉ１が流れ、かつ、符号復調回路３３Ａの入力端子Ｔ１１，Ｔ１２において負の向きに、すなわち点線矢印Ｃ２の向きに流れる変調電流Ｉ２が入力された場合の符号復調回路３３Ａの動作について説明する。この場合、符号系列ｃ１ａの符号値は「０」であり、符号系列ｃ１ｂの符号値は「１」である。従って、復調符号ｄ１の符号値「０」が入力されるスイッチ素子Ｓ１２，Ｓ１３はオフされ、復調符号ｄ２の符号値「１」が入力されるスイッチ素子Ｓ１１，Ｓ１４はオンされる。従って、出力端子Ｔ１３，Ｔ１４には正の向きに、すなわち実線矢印Ｃ１の向きに復調電流Ｉ３が流れることになる。これにより、交流の発電電流Ｉ１のうちの正の期間の電流が符号変調回路２３Ａに入力されているとき、符号復調回路３３Ａにより、図９（ｃ）に示すように、正しく正の極性を有するように復調された復調電流Ｉ３を負荷５に出力することができる。

次に、符号変調回路２３Ａの入力端子Ｔ１，Ｔ２において負の向きに、すなわち一点鎖線矢印Ｂ１の向きに発電電流Ｉ１が流れる場合を考える。この場合も、符号復調回路３３Ａの入力端子Ｔ１１，Ｔ１２には、伝送路３を介して、正の向き及び負の向きに流れる交流の変調電流Ｉ２が入力される。符号復調回路３３Ａが正しく復調動作を行った場合には、符号復調回路３３Ａの出力端子Ｔ１３，Ｔ１４において負の向きに、すなわち点線矢印Ｃ２の向きに復調電流Ｉ３が流れることになる。以下、これらの動作について説明する。この場合には、復調符号ｄ１とｄ２の符号値はすべて「０」であり、スイッチ素子Ｓ１１〜Ｓ１４はすべてオフされる。

まず、符号変調回路２３Ａの入力端子Ｔ１，Ｔ２において負の向きに発電電流Ｉ１が流れ、かつ、符号復調回路３３Ａの入力端子Ｔ１１，Ｔ１２において負の向きに、すなわち点線矢印Ｃ２の向きに流れる変調電流Ｉ２が入力された場合の符号復調回路３３Ａの動作について説明する。この場合、符号系列ｃ１ａの符号値は「１」であり、符号系列ｃ１ｂの符号値は「０」である。従って、復調符号ｄ３の符号値「１」が入力されるスイッチ素子Ｓ３２，Ｓ３３がオンされ、復調符号ｄ４の符号値「０」が入力されるスイッチ素子Ｓ３１，Ｓ３４はオフされる。従って、出力端子Ｔ１３，Ｔ１４には負の向きに、すなわち点線矢印Ｃ２の向きに復調電流Ｉ３が流れる。

次に、符号変調回路２３Ａの入力端子Ｔ１，Ｔ２において負の向きに発電電流Ｉ１が流れ、かつ、符号復調回路３３Ａの入力端子Ｔ１１，Ｔ１２において正の向きに、すなわち実線矢印Ｃ１の向きに流れる変調電流Ｉ２が入力された場合の符号復調回路３３Ａの動作について説明する。この場合、符号系列ｃ１ａの符号値は「０」であり、符号系列ｃ１ｂの符号値は「１」である。従って、復調符号ｄ３の符号値「０」が入力されるスイッチ素子Ｓ３２，Ｓ３３はオフされ、復調符号ｄ４の符号値「１」が入力されるスイッチ素子Ｓ３１，Ｓ３４はオンされる。従って、出力端子Ｔ１３，Ｔ１４には負の向きに、すなわち点線矢印Ｃ２の向きに復調電流Ｉ３が流れることになる。これにより、交流の発電電流Ｉ１のうちの負の期間の電流が符号変調回路２３Ａに入力されているとき、符号復調回路３３Ａにより、図９（ｃ）に示すように、正しく負の極性を有するように復調された復調電流Ｉ３を負荷５に出力することができる。

以上説明したように、図１２Ａの変調符号ｍ１〜ｍ４及び復調符号ｄ１〜ｄ４を用いることにより、等価的に、符号変調器２Ａは式（６）の変調符号ｍ０に従って動作し、符号復調器４Ａは式（７）の復調符号ｄ０に従って動作する。

以上説明したように、図１０、図１１、及び図１２Ａによれば、符号変調器２Ａに交流の発電電流Ｉ１が入力されたとき、符号復調器４Ａから、符号変調器２Ａに入力される発電電流Ｉ１と同じ交流の復調電流Ｉ３を引き出すことが可能になる。従って、本実施形態２によれば、交流の発電電流Ｉ１を交流の変調電流Ｉ２に符号変調した後、変調電流Ｉ２を伝送路３を介して伝送し、変調電流Ｉ２を交流の復調電流Ｉ３に復調することができる。

図１２Ｂは実施形態２に係る電力伝送システムにおいて直流電力を送電して直流電力を受電する実施例４に係る符号変調器２Ａの変調符号及び符号復調器４Ａの復調符号の一例を示す図である。ここで、図１０の符号変調回路２３Ａと図１１の符号復調回路３３Ａにおいて、図１２Ｂに示すように、変調符号ｍ３、ｍ４及び復調符号ｄ３、ｄ４の符号値を常に「０」に設定することによりスイッチ素子Ｓ２１〜Ｓ２４，Ｓ３１〜Ｓ３４をオフにする。これにより、図１０の符号変調回路２３Ａと図１１の符号復調回路３３Ａを、図７の符号変調回路２３と符号復調回路３３としてそれぞれ動作させることができる。従って、図１２Ｂに示すように、変調符号ｍ１，ｍ２及び復調符号ｄ１，ｄ２を符号系列ｃ１ａ，ｃ１ｂから生成することで、図４に示した直流電力伝送を実現することができる。このように、変調符号ｍ１〜ｍ４及び復調符号ｄ１〜ｄ４を変更することで、図１０の符号変調回路２３Ａと図１１の符号復調回路３３Ａを用いて、直流の電力伝送及び交流の電力伝送の両方をサポートすることが可能な優れた電力伝送システムを実現できる。

直流の発電機１は、例えば、太陽光発電装置を含む。交流の発電機１は、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を含む。

上述のように、実施形態２に係る電力伝送システムは、互いに同一の変調符号及び復調符号を用いることにより、直流の発電電流Ｉ１を変調して伝送し、直流の復調電流Ｉ３に復調することができ、さらに、交流の発電電流Ｉ１を変調して伝送し、交流の復調電流Ｉ３に復調することができる。また、実施形態２に係る電力伝送システムは、変調符号とは異なる復調符号を用いることにより、直流の発電電流Ｉ１を変調して伝送し、交流の復調電流Ｉ３に復調することができ、さらに、交流の発電電流Ｉ１を変調して伝送し、直流の復調電流Ｉ３に復調することができる。

図１０の符号変調回路２３Ａ及び図１１の符号復調回路３３Ａは、双方向性スイッチ回路ＳＳ２１〜ＳＳ２４，ＳＳ３１〜ＳＳ３４を備えているので、可逆である。すなわち、符号変調回路２３Ａは、符号復調回路としても動作可能であり、端子Ｔ３，Ｔ４から入力された変調電流を復調して端子Ｔ１，Ｔ２から出力する。符号復調回路３３Ａは、符号変調回路としても動作可能であり、端子Ｔ１３，Ｔ１４から入力された発電電流を変調して端子Ｔ１１，Ｔ１２から出力する。これにより、符号復調回路３３Ａを備えた符号復調器４Ａから、符号変調回路２３Ａを備えた符号変調器２Ａへ、電力を伝送することができる。

図１０〜図１１では、双方向性スイッチ回路ＳＳ２１〜ＳＳ３４はそれぞれ、互いに逆の向きの電流を流すように並列に接続された各１対のスイッチ素子（Ｓ１，Ｓ２１；Ｓ２，Ｓ２２；Ｓ３，Ｓ２３；Ｓ４，Ｓ２４；Ｓ１１，Ｓ３１；Ｓ１２，Ｓ３２；Ｓ１３，Ｓ３３；Ｓ１４，Ｓ３４）により構成された例を示した。代替として、双方向性スイッチ回路ＳＳ２１〜ＳＳ３４は、以下の図１３Ａ〜図１４Ｄに示すように直列に接続された各１対のスイッチ素子（Ｓ４１，Ｓ５１；Ｓ４２，Ｓ５２；Ｓ４３，Ｓ５３；Ｓ４４，Ｓ５４）によっても構成することができる。図１３Ａ〜図１４Ｄにおいて、各図において上から下に向かう方向を「正方向」といい、下から上に向かう方向を「負方向」という。

図１３Ａは実施形態２の変形例に係る電力伝送システムにおいて用いる符号変調回路２３Ａのための双方向性スイッチ回路ＳＳ２１Ａの構成を示す回路図である。図１３Ａにおいて、スイッチ回路ＳＳ２１Ａは、図１０のスイッチ回路ＳＳ２１に対応し、
（１）負方向に電流を流すダイオードＤ１が並列に接続され、変調符号ｍ１に基づいてオンオフするスイッチ素子Ｓ４１と、
（２）正方向に電流を流すダイオードＤ１１が並列に接続され、変調符号ｍ３に基づいてオンオフするスイッチ素子Ｓ５１と
が直列に接続されて構成される。

図１３Ｂは実施形態２の変形例に係る電力伝送システムにおいて用いる符号変調回路２３Ａのための双方向性スイッチ回路ＳＳ２２Ａの構成を示す回路図である。図１３Ｂにおいて、スイッチ回路ＳＳ２２Ａは、図１０のスイッチ回路ＳＳ２２に対応し、
（１）負方向に電流を流すダイオードＤ２が並列に接続され、変調符号ｍ２に基づいてオンオフするスイッチ素子Ｓ４２と、
（２）正方向に電流を流すダイオードＤ１２が並列に接続され、変調符号ｍ４に基づいてオンオフするスイッチ素子Ｓ５２と
が直列に接続されて構成される。

図１３Ｃは実施形態２の変形例に係る電力伝送システムにおいて用いる符号変調回路２３Ａのための双方向性スイッチ回路ＳＳ２３Ａの構成を示す回路図である。図１３Ｃにおいて、スイッチ回路ＳＳ２３Ａは、図１０のスイッチ回路ＳＳ２３に対応し、
（１）負方向に電流を流すダイオードＤ３が並列に接続され、変調符号ｍ２に基づいてオンオフするスイッチ素子Ｓ４３と、
（２）正方向に電流を流すダイオードＤ１３が並列に接続され、変調符号ｍ４に基づいてオンオフするスイッチ素子Ｓ５３と
が直列に接続されて構成される。

図１３Ｄは実施形態２の変形例に係る電力伝送システムにおいて用いる符号変調回路２３Ａのための双方向性スイッチ回路ＳＳ２４Ａの構成を示す回路図である。図１３Ｄにおいて、スイッチ回路ＳＳ２４Ａは、図１０のスイッチ回路ＳＳ２４に対応し、
（１）負方向に電流を流すダイオードＤ４が並列に接続され、変調符号ｍ１に基づいてオンオフするスイッチ素子Ｓ４４と、
（２）正方向に電流を流すダイオードＤ１４が並列に接続され、変調符号ｍ３に基づいてオンオフするスイッチ素子Ｓ５４と
が直列に接続されて構成される。

図１４Ａは実施形態２の変形例に係る電力伝送システムにおいて用いる符号復調回路３３Ａのための双方向性スイッチ回路ＳＳ３１Ａの構成を示す回路図である。図１４Ａにおいて、スイッチ回路ＳＳ３１Ａは、図１１のスイッチ回路ＳＳ３１に対応し、
（１）正方向に電流を流すダイオードＤ３１が並列に接続され、復調符号ｄ２に基づいてオンオフするスイッチ素子Ｓ６１と、
（２）負方向に電流を流すダイオードＤ２１が並列に接続され、復調符号ｄ４に基づいてオンオフするスイッチ素子Ｓ７１と
が直列に接続されて構成される。

図１４Ｂは実施形態２の変形例に係る電力伝送システムにおいて用いる符号復調回路３３Ａのための双方向性スイッチ回路ＳＳ３２Ａの構成を示す回路図である。図１４Ｂにおいて、スイッチ回路ＳＳ３２Ａは、図１１のスイッチ回路ＳＳ３２に対応し、
（１）正方向に電流を流すＤ３２が並列に接続され、復調符号ｄ１に基づいてオンオフするスイッチ素子Ｓ６２と、
（２）負方向に電流を流すダイオードＤ２２が並列に接続され、復調符号ｄ３に基づいてオンオフするスイッチ素子Ｓ７２と
が直列に接続されて構成される。

図１４Ｃは実施形態２の変形例に係る電力伝送システムにおいて用いる符号復調回路３３Ａのための双方向性スイッチ回路ＳＳ３３Ａの構成を示す回路図である。図１４Ｃにおいて、スイッチ回路ＳＳ３３Ａは、図１１のスイッチ回路ＳＳ３３に対応し、
（１）正方向に電流を流すダイオードＤ３３が並列に接続され、復調符号ｄ１に基づいてオンオフするスイッチ素子Ｓ６３と、
（２）負方向に電流を流すダイオードＤ２３が並列に接続され、復調符号ｄ３に基づいてオンオフするスイッチ素子Ｓ７３と
が直列に接続されて構成される。

図１４Ｄは実施形態２の変形例に係る電力伝送システムにおいて用いる符号復調回路３３Ａのための双方向性スイッチ回路ＳＳ３４Ａの構成を示す回路図である。図１４Ｄにおいて、スイッチ回路ＳＳ３４Ａは、図１１のスイッチ回路ＳＳ３４に対応し、
（１）正方向に電流を流すダイオードＤ３４が並列に接続され、復調符号ｄ２に基づいてオンオフするスイッチ素子Ｓ６４と、
（２）負方向に電流を流すダイオードＤ２４が並列に接続され、復調符号ｄ４に基づいてオンオフするスイッチ素子Ｓ７４と
が直列に接続されて構成される。

図１３Ａ〜図１４Ｄにおいて、スイッチ素子Ｓ４１〜Ｓ７４は例えばＭＯＳトランジスタで構成され、それぞれ並列にＭＯＳトランジスタの寄生（ボディ）ダイオードＤ１〜Ｄ３４を使用することも可能である。図１３Ａ〜図１４Ｄの各スイッチ回路ＳＳ２１Ａ〜ＳＳ３４Ａを、例えばＭＯＳトランジスタのスイッチ素子と１つのダイオードで実現すると、１つの双方向性スイッチ回路ＳＳ２１Ａ〜ＳＳ３４Ａで２つのＭＯＳトランジスタと２つのダイオードが必要になる。一方、ＭＯＳトランジスタには特性の良い逆特性ダイオードが内蔵されたパッケージが普及しており、これを用いれば２つのスイッチ素子で１つの双方向性スイッチ回路ＳＳ２１Ａ〜ＳＳ３４Ａを構成でき小型化が可能となる。

実施形態３．
実施形態１及び２では、１つの発電機１から１つの負荷５に電力を伝送する電力伝送システムについて説明した。一方、実施形態３では、複数の発電機から複数の負荷に電力を伝送する電力伝送システムについて説明する。

図１５は実施形態３に係る電力伝送システムの構成を示すブロック図である。図１５において、実施形態３に係る電力伝送システムは、複数の発電機１−１，１−２と、複数の符号変調器２Ａ−１，２Ａ−２と、伝送路３と、複数の符号復調器４Ａ−１，４Ａ−２と、複数の負荷５−１，５−２と、コントローラ１０Ａとを備える。

コントローラ１０Ａは、制御回路１１及び通信回路１２Ａを備える。制御回路１１は、通信回路１２Ａを介して符号変調器２Ａ−１，２Ａ−２及び符号復調器４Ａ−１，４Ａ−２と通信し、それらの動作を制御する。

図１５の電力伝送システムにおいて、符号変調器２Ａ−１，２Ａ−２は電力送信装置としてそれぞれ動作し、符号復調器４Ａ−１，４Ａ−２は電力受信装置としてそれぞれ動作する。符号変調器２Ａ−１，２Ａ−２のうちの各１つの符号変調器は、第１の電力を、所定の符号系列に基づく変調符号を用いて符号変調して符号変調波を生成し、符号変調波を、伝送路３を介して符号復調器４Ａ−１，４Ａ−２のうちの１つの符号復調器に送信する。符号復調器４Ａ−１，４Ａ−２のうちの各１つの符号復調器は、符号変調器２Ａ−１，２Ａ−２のうちの１つの符号変調器から伝送路３を介して符号変調波を受信し、受信した符号変調波を、符号変調したときに用いた変調符号の符号系列と同じ符号系列に基づく復調符号を用いて符号復調して第２の電力を生成する。第１の電力は、例えば、発電機１−１，１−２で発電された電力であり、図１５では発電電流Ｉ１１，Ｉ１２として示す。符号変調波は、符号変調された交流電力であり、図１５では変調電流Ｉ２として示す。第２の電力は、例えば、負荷５−１，５−２に供給される電力であり、図１では復調電流Ｉ３１，Ｉ３２として示す。

ここで、図１５の符号変調器２Ａ−１，２Ａ−２及び符号復調器４Ａ−１，４Ａ−２は、実施形態２に係る符号変調器２Ａ及び符号復調器４Ａと同様に構成され、同様に動作する。

図１５の電力伝送システムは、さらに、電力測定器１ｍ−１，１ｍ−２，５ｍ−１，５ｍ−２を備える。電力測定器１ｍ−１，１ｍ−２は、第１の電力の電力量を測定する第１の電力測定手段である。すなわち、電力測定器１ｍ−１，１ｍ−２は、発電機１−１，１−２の発電量であり、発電機１−１，１−２から符号変調器２Ａ−１，２Ａ−２へ送られる電力の電力量を測定する。電力測定器５ｍ−１，５ｍ−２は、第２の電力の電力量を測定する第２の電力測定手段である。すなわち、電力測定器５ｍ−１，５ｍ−２は、負荷５−１，５−２における電力使用量である、符号復調器４Ａ−１，４Ａ−２から負荷５−１，５−２へ送られる電力の電力量を測定する。電力測定器１ｍ−１，１ｍ−２，５ｍ−１，５ｍ−２によって測定された電力量はコントローラ１０Ａに送信される。

コントローラ１０Ａは、電力測定器１ｍ−１，１ｍ−２，５ｍ−１，５ｍ−２から受信した各電力量に基づいて、符号変調器２Ａ−１，２Ａ−２及び符号復調器４Ａ−１，４Ａ−２の動作を制御する。例えば、コントローラ１０Ａは、符号変調器２Ａ−１，２Ａ−２及び符号復調器４Ａ−１，４Ａ−２を互いに同期させるための同期信号を含む制御信号を符号変調器２Ａ−１，２Ａ−２及び符号復調器４Ａ−１，４Ａ−２に送信し、これにより、正確に同期した電力の符号変調及び符号復調を実現する。

コントローラ１０Ａは、符号変調器２Ａ−１，２Ａ−２のうち、電力を送信すべき符号変調器に対して変調符号の符号系列又はその指定情報を送信する一方、符号復調器４Ａ−１，４Ａ−２のうち、電力を受信すべき符号復調器に対して復調符号の符号系列又はその指定情報を送信する。例えば、符号変調器２Ａ−１から符号復調器４Ａ−１に電力を伝送する場合、コントローラ１０Ａは、１つの符号系列に基づいて、変調符号を符号変調器２Ａ−１に設定し、復調符号を符号復調器４Ａ−１に設定する。それと同時に符号変調器２Ａ−２から符号復調器４Ａ−２に電力を伝送する場合、コントローラ１０Ａは、異なるもう１つの符号系列に基づいて、変調符号を符号変調器２Ａ−２に設定し、復調符号を符号復調器４Ａ−２に設定する。複数の符号変調器２Ａ−１，２Ａ−２から複数の符号復調器４Ａ−１，４Ａ−２に同時に電力を伝送する場合、互いに低相関である（例えば、互いに直交する）複数の符号系列を用いてもよい。

これにより、複数の発電機１−１，１−２から複数の負荷５−１，５−２へ電力を伝送することができる。

発電機１−１，１−２で発電された電力を負荷５−１，５−２へ伝送するための符号変調器２Ａ−１，２Ａ−２及び符号復調器４Ａ−１，４Ａ−２の例示的な動作について、以下に説明する。

実施形態３において、発電機１−１及び１−２の出力電力が直流であり、負荷５−１の入力電力が直流であり、負荷５−２への入力電力が交流である場合を示す。すなわち、発電機１−２から負荷５−２への電力伝送が、直流から交流への変換動作となる。

図１６Ａは図１５の電力伝送システムにおいて直流電力を送電して直流電力を受電する実施形態３に係る符号変調器２Ａ−１の変調符号及び符号復調器４Ａ−１の復調符号の一例を示す図である。また、図１６Ｂは図１５の電力伝送システムにおいて直流電力を送電して交流電力を受電する実施形態３に係る符号変調器２Ａ−２の変調符号及び符号復調器４Ａ−２の復調符号の一例を示す図である。

図１６Ａは、符号変調器２Ａ−１及び符号復調器４Ａ−１のスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４４に入力される変調符号及び復調符号を示す。ここで、変調符号ｍ１ａ〜ｍ４ａは、それぞれ図１０に示した符号変調回路２３Ａの変調符号ｍ１〜ｍ４に対応し、復調符号ｄ１ａ〜ｄ４ａは、それぞれ図１１に示した符号復調回路３３Ａの復調符号ｄ１〜ｄ４に対応する。この場合、図１２Ｂを用いて説明した通り、変調符号ｍ３ａ、ｍ４ａ及び復調符号ｄ３ａ、ｄ４ａの符号値を常に「０」に設定することによりスイッチ素子Ｓ２１〜Ｓ２４，Ｓ３１〜Ｓ３４はオフされる。また、変調符号ｍ１ａ、ｍ２ａ及び復調符号ｄ１ａ、ｄ２ａは、図１２Ｂを用いて説明した通り、符号系列ｃ１ａと符号系列ｃ１ｂから生成される。

さらに、図１６Ｂに、符号変調器２Ａ−２と符号復調器４Ａ−２のスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４４に入力される変調符号及び復調符号を示す。ここで、変調符号ｍ１ｂ〜ｍ４ｂは、それぞれ図１０に示した符号変調回路２３Ａの変調符号ｍ１〜ｍ４に対応し、復調符号ｄ１ｂ〜ｄ４ｂは、それぞれ図１１に示した符号復調回路３３Ａの復調符号ｄ１〜ｄ４に対応する。この場合、変調符号ｍ３ｂ、ｍ４ｂの符号値を常に「０」に設定することによりスイッチ素子Ｓ２１〜Ｓ２４はオフされる。また、変調符号ｍ１ｂ、ｍ２ｂ及び復調符号ｄ１ｂ〜ｄ４ｂは、符号系列ｃ２ａと符号系列ｃ２ｂから生成される。電流の符号変調及び符号復調の原理は、実施形態１〜２と同様であるので、ここでは説明は省略する。

以下では、図１７を参照して、複数の発電機１−１，１−２から複数の負荷５−１，５−２に電力を伝送する動作について説明する。

図１７（ａ）〜図１７（ｅ）は、実施形態３に係る電力伝送システムにおける例示的な信号波形を示す波形図である。図１７（ａ）は発電電流Ｉ１１の信号波形を示し、図１７（ｂ）は発電電流Ｉ１２の信号波形を示し、図１７（ｃ）は変調電流Ｉ２の信号波形を示し、図１７（ｄ）は復調電流Ｉ３１の信号波形を示し、図１７（ｅ）は復調電流Ｉ３２の信号波形を示す。

直流の発電電流Ｉ１１は、符号変調器２Ａ−１により符号変調されて交流の符号変調波になる。同様に、直流の発電電流Ｉ１２は、符号変調器２Ａ−２により符号変調されて交流の符号変調波になる。符号変調器２Ａ−１により生成された符号変調波と、符号変調器２Ａ−２により生成された符号変調波とは、図１７（ｃ）に示すように、互いに合成された変調電流Ｉ２として伝送路３を介して伝送される。

上述の通り、符号変調器２Ａ−１及び２Ａ−２は互いに同一の構成を有し、それぞれ図１０の符号変調器２Ａと同様に構成される。また、符号復調器４Ａ−１と４Ａ−２もまた互いに同一の構成を有し、それぞれ図１１の符号復調器４Ａと同様に構成される。符号変調器２Ａ−１と２Ａ−２の間の相違点、及び、符号復調器４Ａ−１と４Ａ−２の間の相違点は、互いに異なる符号系列ｃ１ａ，ｃ１ｂと符号系列ｃ２ａ，ｃ２ｂとを用いていることにある。符号変調器２Ａ−１及び符号復調器４Ａ−１は符号系列ｃ１ａ，ｃ１ｂを使用し、符号変調器２Ａ−２及び符号復調器４Ａ−２は符号系列ｃ２ａ，ｃ２ｂを使用する。ここで、符号系列ｃ１ａとｃ２ａは互いに直交し、従って、符号系列ｃ１ｂとｃ２ｂもまた互いに直交する。ここでは、７段のＧｏｌｄ系列を用い、互いに異なるＧｏｌｄ系列を符号系列ｃ１ａ，ｃ２ａとして設定した。

符号復調器４Ａ−１，４Ａ−２は、互いに直交した符号系列ｃ１ａ，ｃ２ａを用いることにより、変調電流Ｉ２から、対応する符号変調器２Ａ−１，２Ａ−２で生成された電力をそれぞれ復調して取り出すことができる。これにより、図１７（ｄ）と図１７（ｅ）に示したように、符号変調器２Ａ−１，２Ａ−２に入力された発電電流Ｉ１１，Ｉ１２は、符号変調波として伝送された後、対応する符号復調器４Ａ−１，４Ａ−２において復調電流Ｉ３１，Ｉ３２として正確に復調されて出力される。これにより、所望の波形（直流又は交流）及び所望の大きさを持った復調電流Ｉ３１，Ｉ３２が負荷５−１と５−２にそれぞれ供給される。

以上説明したように、本実施形態によれば、符号変調器２Ａ−１，２Ａ−２と符号復調器４Ａ−１，４Ａ−２を用いることで、１つの伝送路３において多重化された２つの電力伝送を同時に行い、そして、伝送された電力を分離することが可能になる。従って、２つの発電機１−１，１−２から２つの負荷５−１，５−２に所望の大きさの電流を同時に伝送可能な優れた電力伝送システムを実現できる。

なお、符号変調器２Ａ−１と２Ａ−２あるいは符号復調器４Ａ−１と４Ａ−２で瞬時電力を測定し、符号系列と照らし合わせることにより、どの発電機１−１，１−２からどの負荷にどれだけの電力が伝送されたのかを把握することが可能となる。これにより、異なる発電コストを有する複数の異なる発電機１−１，１−２が接続された場合に、送電元の発電機１−１，１−２に応じた電気料金を課すような電力ビジネスの運営を実現できる。あるいは、どの発電機１−１，１−２からどの負荷５−１，５−２に電力を送るかによって送電効率が変わるようなシステムでは、電力伝送の情報を管理して分析することにより、最適な電力供給を実現できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、符号変調器２Ａ−１，２Ａ−２及び符号復調器４Ａ−１，４Ａ−２を用いることで、１つ以上の発電機１−１，１−２から１つ以上の負荷５−１，５−２に対して電力を効率よく供給可能な電力伝送システムを提供することが可能になる。

以上の実施形態では、２つの発電機１−１，１−２と２つの負荷５−１，５−２を備えた電力伝送システムを例に挙げて説明したが、本開示はこれに限られるものではない。１つの発電機１−１と２つ以上の負荷５−１，５−２を備えた構成、更には、２つ以上の発電機１−１，１−２と２つ以上の負荷５−１，５−２で構成される電力伝送システムを構成することも可能である。この場合には、多数の電力伝送を１つの伝送路３にまとめて行うことが可能となり、伝送路３の敷設コストの減少、伝送路３の本数削減によるコスト減少等の効果がある。

上述の実施形態の説明では、図１５における符号変調器２Ａ−１，２Ａ−２は一例として図１０に示した符号変調回路２３Ａで構成した場合を示したが、これに限られるものではない。例えば、発電機１−１，１−２の出力電力が直流の場合には、符号変調器２Ａ−１，２Ａ−２は図７に示した符号変調回路２３を用いて構成してもよい。また、負荷５−１，５−２への入力電力が直流の場合には、符号復調器４Ａ−１，４Ａ−２は図７に示した符号復調回路３３を用いて構成してもよい。これらの場合は、符号変調器２Ａ−１，２Ａ−２及び符号復調器４Ａ−１，４Ａ−２の回路構成を簡略化することができるので、部品点数が削減され、コストの削減及び装置の小型化を実現できるという効果がある。

なお、実施形態３では、一例として、直流の出力電力を有する２つの発電機から、直流の入力電力を有する１つの負荷と、交流の入力電力を有する１つの負荷とに電力を伝送する電力伝送システムについて説明したが、これに限られるものではない。電力伝送システムは、直流の出力電力を有する任意個数の発電機と、交流の出力電力を有する任意個数の発電機とから電力供給を受けてもよい。また、電力伝送システムは、直流の入力電力を有する任意個数の負荷と、交流の入力電力を有する任意個数の負荷とに電力を供給してもよい。

自然エネルギーの大半を占める太陽光発電では直流の電力が生成される。その一方で、風力及び地熱発電では交流の電力が生成される。この場合、電力網内に直流と交流の電源が混ざり合うことは望ましくないので、従来の電力伝送システムでは、発電機（電源）及び負荷を直流あるいは交流に揃える必要がある。

これに対して、本実施形態に係る電力伝送システムでは、符号変調及び符号復調を用いることにより、直流の電源から直流の負荷への電力伝送と、直流の電源から交流の負荷への電力伝送と、交流の電源から直流の負荷への電力伝送と、交流の電源から交流の負荷への電力伝送とを、１つの伝送路上で同時に行うことができる。

これにより、実施形態１から３における電力伝送システムにおいて、電力の符号変調及び符号復調を正確に実現する電力伝送に加え、複数の電力伝送を１つの伝送路で多重化して同時に行うことを可能にする優れた電力伝送システムを提供することができる。

実施形態４．
図１８は、実施形態４に係る電力伝送システムの構成を示す回路図である。図１８の発電機１、符号変調器２、伝送路３、符号復調器４、及び負荷５は、図１の対応する構成要素と同様に構成される。発電機１は直流の発電電流を符号変調器２に供給し、負荷５は符号復調器４から直流の負荷電流の供給を受ける。図１８では、図示の簡単化のために、図１のコントローラ１０、電力測定器１ｍ，５ｍ、符号変調器２におけるスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４以外の構成要素、符号復調器４におけるスイッチ素子Ｓ１１〜Ｓ１４以外の構成要素を省略している。

図１８の電力伝送システムは、符号変調器２と発電機１との間に接続された第１のリアクトルＬ１と、符号復調器４と負荷５との間に接続された第２のリアクトルＬ２とをさらに備える。リアクトルＬ１を備えることにより、符号変調器２の符号変調回路２３において生じたスイッチングノイズが発電機１に到達しにくくなる。また、リアクトルＬ２を備えることにより、符号復調器４の符号復調回路３３において生じたスイッチングノイズが負荷５に到達しにくくなる。また、リアクトルＬ１、Ｌ２を備えることにより、各スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１１〜Ｓ１４をオン・オフするときも電流の連続性を維持することができる。これにより、電力伝送の品質及び安全性を向上させることができる。

通常、符号変調器２のスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４と符号復調器のスイッチ素子Ｓ１１〜Ｓ１４とは時間的に同期され、スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１１〜Ｓ１４のオン・オフを同時に切り換える。しかしながら、完全な時間同期を維持し続けることは難しく、時間遅延および時間進みが生じることがある。電力伝送システムがリアクトルＬ１，Ｌ２を備える場合、スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１１〜Ｓ１４のオン・オフの切り換えに遅延が生じると、電力伝送できない時間が生じるので、符号復調器４の側で電圧が立ち上がらなくなる。

図１９は、実施形態４の比較例に係る電力伝送システムにおいて使用される変調符号ｍ１，ｍ２及び復調符号ｄ１，ｄ２を示すタイミングチャートである。図１９（ａ）は遅延なしの場合を示し、図１９（ｂ）は遅延が生じた場合を示す。図１９（ｂ）では、復調符号ｄ１，ｄ２が変調符号ｍ１，ｍ２に対して遅延している。

遅延は、例えば以下の原因により生じる。
・符号変調器２及び符号復調器４の間における同期の喪失
・符号変調器２、符号復調器４、及びコントローラ１０の間における信号伝送の遅延
・符号変調器２及び符号復調器４の間における電力伝送の遅延
・符号変調器２及び符号復調器４のクロック周波数の不一致

図２０は、実施形態４の比較例に係る電力伝送システムで遅延が生じた場合における電流の流れを示す図である。図１９（ｂ）のように遅延が生じた場合、符号変調器２のスイッチ素子Ｓ２，Ｓ３がオンされていても、符号復調器４のスイッチ素子Ｓ１１，Ｓ１４がオフされているので、負荷５に電力を供給することができない。

図２１は、実施形態４の実施例及び比較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。図２１の電力伝送システムは、発電機１−１，１−２と、符号変調器２−１，２−２と、伝送路３と、符号復調器４−１，４−２と、負荷５−１，５−２と、リアクトルＬ１−１，Ｌ１−２，Ｌ２−１，Ｌ２−２とを備える。図２１の電力伝送システムについて、以下の条件でシミュレーションを行った。発電機１−１，１−２は１１５Ｖの直流電圧を発生した。リアクトルＬ１−１，Ｌ２−１のインダクタンスは１０ｍＨであり、リアクトルＬ１−２，Ｌ２−２のインダクタンスは１００ｍＨであった。負荷５−１は４．３Ωのインピーダンスを有し、負荷５−２は６０Ωのインピーダンスを有していた。符号変調器２−１，２−２及び符号復調器４−１，４−２の変調クロック周波数は２０ｋＨｚであった。ここで、変調クロック周波数は、変調符号及び復調符号のビットレートを表す。符号変調器２−１，２−２及び符号復調器４−１，４−２の各スイッチ素子の損失は０．２Ωであった。符号変調器２−１から符号復調器４−１に電力を伝送し、符号変調器２−２から符号復調器４−２に電力を伝送する。

図２２は、実施形態４の比較例に係る電力伝送システムにおいて遅延なしで電力を伝送する場合の負荷電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２の変化を示すグラフである。図２３は、実施形態４の比較例に係る電力伝送システムにおいて遅延が生じた場合の負荷電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２の変化を示すグラフである。図２１の電力伝送システムにおいてシミュレーションを行った。図２２の場合、符号変調器２−１及び符号復調器４−１のペアと、符号変調器２−２及び符号復調器４−２のペアとのそれぞれにおいて、変調符号及び復調符号の状態は図１９（ａ）で表される。一方、図２３の場合、符号変調器２−２及び符号復調器４−２のペアでは、変調符号及び復調符号の状態は図１９（ａ）で表されるが、符号変調器２−１及び符号復調器４−１のペアでは、変調符号及び復調符号の状態は図１９（ｂ）で表される。後者の場合、復調符号ｄ１，ｄ２が変調符号ｍ１，ｍ２に対して変調クロック周期（変調符号及び復調符号の１ビット分の時間長）の１％だけ遅延している。

図２２及び図２３からわかるように、電力伝送システムがリアクトルＬ１，Ｌ２を備える場合、符号変調器２及び符号復調器４の間に遅延が生じると、負荷電圧が立ち上がらず、電力を伝送できなくなる。復調符号ｄ１，ｄ２が変調符号ｍ１，ｍ２に対して変調クロック周期の１％遅延しただけでも、電力を伝送できなくなる。従って、電力を伝送するためには、符号変調器２及び符号復調器４が完全に同期していなければならないという、現実的でない要件が課せられる。

これに対して、以下、遅延による電力伝送の効率の低下を生じにくい実施形態４に係る電力伝送システムの動作について説明する。

図２４は、実施形態４に係る電力伝送システムにおいて使用される変調符号ｍ１，ｍ２及び復調符号ｄ１，ｄ２を示すタイミングチャートである。

図２４を参照すると、符号変調器２において、制御回路２０は、異なるスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４（図７のスイッチ回路ＳＳ１〜ＳＳ４）の状態を有する第１〜第３の状態を符号変調回路２３に設定する。第１の状態では、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ４をオンし、スイッチ素子Ｓ２，Ｓ３をオフする（時間期間Ｐ１）。第２の状態では、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ４をオフし、スイッチ素子Ｓ２，Ｓ３をオンする（時間期間Ｐ３）。第３の状態では、第１の状態から第２の状態に遷移するとき及び第２の状態から第１の状態に遷移するとき、スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４のすべてをオンする（時間期間Ｐ２，Ｐ４）。本明細書では、第３の状態を、符号変調器２の「同時オン状態」ともいう。

また、図２４を参照すると、符号復調器４において、制御回路３０は、異なるスイッチ素子Ｓ１１〜Ｓ１４（図７のスイッチ回路ＳＳ１１〜ＳＳ１４）の状態を有する第４〜第６の状態を符号復調回路３３に設定する。第４の状態では、スイッチ素子Ｓ１１，Ｓ１４をオフし、スイッチ素子Ｓ１２，Ｓ１３をオンする（時間期間Ｐ１）。第５の状態では、スイッチ素子Ｓ１１，Ｓ１４をオンし、スイッチ素子Ｓ１２，Ｓ１３をオフする（時間期間Ｐ３）。第６の状態では、第４の状態から第５の状態に遷移するとき及び第５の状態から第４の状態に遷移するとき、スイッチ素子Ｓ１１〜Ｓ１４のすべてをオンする（時間期間Ｐ２，Ｐ４）。本明細書では、第６の状態を、符号復調器４の「同時オン状態」ともいう。

第３及び第６の状態（時間期間Ｐ２，Ｐ４）は予め決められた時間長を有し、本明細書では、この時間長を「同時オン時間」という。

図２５は、図２４の時間期間Ｐ１における電流の流れを示す図である。時間期間Ｐ１では、符号変調器２のスイッチ素子Ｓ１，Ｓ４がオンされ、符号復調器４のスイッチ素子Ｓ１２，Ｓ１３がオンされるので、図２４のように電流が流れ、負荷５に電力が供給される。

図２６は、図２４の時間期間Ｐ２，Ｐ４における電流の流れを示す図である。符号変調回路２３が第３の状態にあるとき、端子Ｔ１及び端子Ｔ２は符号変調器２の内部で短絡され、符号変調器２の内部で端子Ｔ１から端子Ｔ２に帰還する電流が流れる。このとき、各スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４の抵抗分配により符号変調器２の内部の全経路に電流が流れるが、電流のエネルギーはリアクトルＬ１に吸収されるので、電流の経路上のスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４等は保護されている。また、符号変調回路２３が第３の状態に設定される時間長は、リアクトルＬ１のインダクタンスを基準として非常に短いので、図２６のように電流が流れても、電流の経路上のスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４等の破壊は生じにくい。なお、実際には、符号変調回路２３が第３の状態にあるとき、符号変調器２の電流の一部は伝送路３にも流れる。この電流量は、各スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４の抵抗分配の関係で、端子Ｔ１から端子Ｔ２に帰還する電流に比べて小さく、また、リアクトルＬ１に吸収されるエネルギーに比べて小さいので、無視してもよい。同様に、符号復調回路３３が第６の状態にあるとき、端子Ｔ１３及び端子Ｔ１４は符号復調器４の内部で短絡され、符号復調器４の内部で端子Ｔ１３から端子Ｔ１４に帰還する電流が流れる。

図２７は、図２４の時間期間Ｐ３における電流の流れを示す図である。時間期間Ｐ３では、符号変調器２のスイッチ素子Ｓ２，Ｓ３がオンされ、符号復調器４のスイッチ素子Ｓ１１，Ｓ１４がオンされるので、図２７のように電流が流れ、負荷５に電力が供給される。

図２４〜図２７は、電力伝送システムにおいて遅延なしで電力を伝送する場合を示す。図２４の時間期間Ｐ１では、符号変調回路２３は第１の状態にあり、かつ、符号復調回路３３は第４の状態にある（図２５）。図２４の時間期間Ｐ２，Ｐ４では、符号変調回路２３は第３の状態にあり、かつ、符号復調回路３３は第６の状態にある（図２６）。図２４の時間期間Ｐ３では、符号変調回路２３は第２の状態にあり、かつ、符号復調回路３３は第５状態にある（図２７）。

図２８は、実施形態４に係る電力伝送システムにおいて同時オン時間よりも短い遅延が生じた場合の変調符号ｍ１，ｍ２及び復調符号ｄ１，ｄ２を示すタイミングチャートである。図２８の場合、復調符号ｄ１，ｄ２が、変調符号ｍ１，ｍ２に対して、同時オン時間Ｐ２よりも短い時間長だけ遅延している。図２８の時間期間Ｐ２ａでは、符号変調回路２３は第３の状態（同時オン状態）にあり、かつ、符号復調回路３３は第４の状態にある。図２８の時間期間Ｐ２ｂでは、符号変調回路２３は第３の状態（同時オン状態）にあり、かつ、符号復調回路３３は第６の状態にある（同時オン状態）。図２８の時間期間Ｐ２ｃでは、符号変調回路２３は第２の状態にあり、かつ、符号復調回路３３は第６の状態（同時オン状態）にある。また、図２８の時間期間Ｐ１’では、符号変調回路２３は第１の状態にあり、かつ、符号復調回路３３は第４の状態にある。図２８の時間期間Ｐ３’では、符号変調回路２３は第２の状態にあり、かつ、符号復調回路３３は第５の状態にある。

従って、時間期間Ｐ２ａでは、符号変調器２のみが同時オン状態になる。時間期間Ｐ２ｂでは、符号変調器２及び符号復調器４の両方が同時オン状態になる。時間期間Ｐ２ｃでは、符号復調器４のみが同時オン状態になる。

図２９は、図２８の時間期間Ｐ２ａにおける電流の流れを示す図である。発電電流の一部は、伝送路３を介して負荷５に供給され、発電電流の他の一部は、符号変調器２の内部で端子Ｔ１から端子Ｔ２に帰還する。

時間期間Ｐ２ｃでは、発電機１から伝送路３を介して負荷５に電流が供給されるとともに、符号復調器４の内部で端子Ｔ１３から端子Ｔ１４に帰還する電流が流れる。

このように、図２８の時間期間Ｐ１’、Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ（図２６のように電流が流れる時間期間）、Ｐ２ｃ、及びＰ３’のいずれにおいても、リアクトルＬ１，Ｌ２に流れる電流はゼロにならない。

変調符号ｍ１，ｍ２に対する復調符号ｄ１，ｄ２の遅延時間が、同時オン時間（時間期間Ｐ２の時間長）を超えなければ、電力伝送が停止することはない。

図３０は、実施形態４の実施例に係る電力伝送システムにおいて遅延なしで電力を伝送する場合の負荷電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２の変化を示すグラフである。図３１は、実施形態４の実施例に係る電力伝送システムにおいて遅延が生じた場合の負荷電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２の変化を示すグラフである。図２１の電力伝送システムにおいてシミュレーションを行った。図３０及び図３１のそれぞれにおいて、符号変調器２及び符号復調器４の同時オン時間を、変調クロック周期の１０％に設定した。図３０の場合、符号変調器２−１及び符号復調器４−１のペアと、符号変調器２−２及び符号復調器４−２のペアとのそれぞれにおいて、変調符号及び復調符号の状態は図２４で表される。一方、図３１の場合、符号変調器２−２及び符号復調器４−２のペアでは、変調符号及び復調符号の状態は図２４で表されるが、符号変調器２−１及び符号復調器４−１のペアでは、変調符号及び復調符号の状態は図２８で表される。後者の場合、復調符号ｄ１，ｄ２を変調符号ｍ１，ｍ２に対して変調クロック周期の１０％の遅延時間、すなわち、同時オン時間以下の遅延時間だけ遅延させた。図３０及び図３１に示すように、符号変調器２及び符号復調器４の同時オン状態を導入することにより、発電電流及び負荷電流がゼロになる時間が生じなくなるので、遅延が生じても、遅延時間が同時オン時間を超えなければ、電力伝送が停止することはない。

ここで、同時オン状態の時間長を決定する２つの方法について説明する。

まず、同時オン状態の時間長を決定する第１の方法について説明する。上記では、一例として、符号変調器２及び符号復調器４の間の遅延を例に挙げて説明したが、時間進みも同様に、電力伝送が停止する要因となりうる。また、符号変調器２及び符号復調器４の間の遅延に加えて、符号変調器２のスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４の動作の時間ズレ（遅れ、あるいは進み）と、符号復調器４のスイッチ素子Ｓ１１〜Ｓ１４の動作の時間ズレ（遅れ、あるいは進み）も同様に、電力伝送が停止する要因となりうる。そこで、符号変調器２の各スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４の動作の時間ズレ（遅れ、あるいは進み）を、Δｔ＿Ｔｘにより表す。符号復調器４の各スイッチ素子Ｓ１１〜Ｓ１４の動作の時間ズレ（遅れ、あるいは進み）を、Δｔ＿Ｒｘにより表す。符号変調器２及び符号復調器４の間の時間ズレ（遅れ、あるいは進み）を、Δｔ＿Ｔｘ−Ｒｘにより表す。これらの時間ズレは、電力伝送システムの基準時間に対する遅れ又は進みを表す。この場合、同時オン時間は次式により決定される。

同時オン時間≧Δｔ＿Ｔｘ＋Δｔ＿Ｔｘ−Ｒｘ＋Δｔ＿Ｒｘ

従って、同時オン状態の時間長は、符号変調器２のスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４の動作の時間ズレと、符号変調器２及び符号復調器４の間の時間ズレと、符号復調器４のスイッチ素子Ｓ１１〜Ｓ１４の動作の時間ズレとの和以上に設定される。

また、電力伝送システムが複数の符号変調器２−ｉ（１≦ｉ≦Ｍ）及び複数の符号復調器４−ｊ（１≦ｊ≦Ｎ）を含む場合を考える。符号変調器２−ｉのスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４の動作の時間ズレを、Δｔ＿Ｔｘｉにより表す。符号復調器４−ｊのスイッチ素子Ｓ１１〜Ｓ１４の動作の時間ズレを、Δｔ＿Ｒｘｊにより表す。符号変調器２−ｉ及び符号復調器４−ｊの間の時間ズレを、Δｔ＿Ｔｘｉ−Ｒｘｊにより表す。この場合、同時オン時間は次式により決定される。

同時オン時間≧ｍａｘ（Δｔ＿Ｔｘｉ＋Δｔ＿Ｔｘｉ−Ｒｘｊ＋Δｔ＿Ｒｘｊ）

ここで、ｉ，ｊを変化させて、右辺の最大値を計算する。

従って、同時オン状態の時間長は、各符号変調器２におけるスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４の動作の時間ズレの最大値と、各符号変調器及び各符号復調器の間の時間ズレの最大値と、各符号復調器４におけるスイッチ素子Ｓ１１〜Ｓ１４の動作の時間ズレの最大値との和以上に設定される。

次に、図３２〜図３４を参照して、同時オン状態の時間長を決定する第２の方法について説明する。

図３２は、実施形態４に係る電力伝送システムが図２５及び図２７の状態にあるときの等価回路図である。図３３は、実施形態４に係る電力伝送システムが図２６の状態にあるときの等価回路図である。図３４は、図３２及び図３３の時間期間を交互に繰り返すときの出力電圧の変化を示す概略図である。

一般に、インダクタンス値Ｌを有するリアクトルを含む回路において、時間期間Δｔにおける電流の変化量Δｉ及び出力電圧の変化量ΔＶｏは、次式によって与えられる。

電流の変化量：Δｉ＝１／Ｌ×Δｖ×Δｔ
出力電圧の変化量：ΔＶｏ＝Ｚ×Δｉ＝Ｚ×Δｖ×Δｔ／Ｌ

ここで、Δｖは、微小時間Δｔにおけるリアクトルの電圧の変化量を示し、Ｚは、負荷５のインピーダンスを示す。

図３２の場合、時間期間Δｔ＿１における負荷電圧の変化量ΔＶｏ＿１は、Δｔ＿１／（Ｌ１＋Ｌ２）に比例する。図３３の場合、時間期間Δｔ＿２における負荷電圧の変化量ΔＶｏ＿２は、Δｔ＿２／Ｌ２に比例する。ここで、時間期間Δｔ＿２は符号復調器４の同時オン時間を表し、時間期間Δｔ＿１は、符号復調器４の変調クロック周期から同時オン時間を減算した残りの時間を表す。ΔＶｏ＿１＞ΔＶｏ＿２が常に成り立つので、次式が得られる。

Δｔ＿１／（Ｌ１＋Ｌ２）＞Δｔ＿２／Ｌ２

この式を変形し、同時オン状態の時間長の条件として次式が得られる。

Δｔ＿２／Δｔ＿１＜Ｌ２／（Ｌ１＋Ｌ２）

従って、符号復調器４において、第４及び第５の状態の合計の時間長に対する第６の状態の時間長の比の値は、第１及び第２のリアクトルのインダクタンスの和に対する第２のリアクトルのインダクタンスの比の値よりも小さく設定される。

図３５は、実施形態４に係る電力伝送システムにおいて同時オン時間よりも長い遅延が生じた場合の変調符号ｍ１，ｍ２及び復調符号ｄ１，ｄ２を示すタイミングチャートである。図３５の場合、復調符号ｄ１，ｄ２が、変調符号ｍ１，ｍ２に対して、同時オン時間Ｐ２よりも長い時間長だけ遅延している。これにより、図１９（ｂ）と同様に、発電機１から負荷５に電力を供給できない時間期間が生じる。図３５の時間期間Ｐ２では、符号変調回路２３は第３の状態（同時オン状態）にあり、かつ、符号復調回路３３は第４の状態にある。図３５の時間期間Ｐ５では、符号変調回路２３は第２の状態にあり、かつ、符号復調回路３３は第４の状態にある。図３５の時間期間Ｐ６では、符号変調回路２３は第２の状態にあり、かつ、符号復調回路３３は第６の状態（同時オン状態）にある。時間期間Ｐ５では、図２０に示すように、符号変調器２のスイッチ素子Ｓ２，Ｓ３がオンされていても、符号復調器４のスイッチ素子Ｓ１１，Ｓ１４がオフされているので、負荷５に電力を供給することができない。

実施形態４に係る電力伝送システムによれば、符号変調器２及び符号復調器４の同時オン状態を導入することにより、符号変調器２及び符号復調器４の間の遅延による電力伝送の効率の低下を生じにくくすることができる。

実施形態４に係る電力伝送システムによれば、遅延が生じても、遅延時間が同時オン時間を超えなければ、電力伝送が停止することはない。

符号変調器２及び符号復調器４のそれぞれにおいて、すべてのスイッチ素子がオフされる時間期間が存在すると、サージが発生したり、ノイズが増加したりする可能性がある。実施形態４に係る電力伝送システムによれば、すべてのスイッチ素子がオフされる時間期間は存在せず、符号変調器２及び符号復調器４の安全性を向上することができる。

実施形態５．
実施形態４では、符号変調器２及び符号復調器４の両方に同時オン状態を設定したが、実施形態４では、符号変調器２のみに同時オン状態を設定する場合について説明する。

図３６は、実施形態５に係る電力伝送システムにおいて使用される変調符号ｍ１，ｍ２及び復調符号ｄ１，ｄ２を示すタイミングチャートである。図３６（ａ）は許容遅延時間以下の遅延が生じた場合を示し、図３６（ｂ）は許容遅延時間を超える遅延が生じた場合を示す。許容遅延時間は、例えば、符号復調器４のスイッチ素子Ｓ１１〜Ｓ１４の動作の時間ズレを示す。電力伝送システムが複数の符号復調器４を含む場合、許容遅延時間は、各符号復調器４におけるスイッチ素子Ｓ１１〜Ｓ１４の動作の時間ズレの最大値を示す。符号変調器２の同時オン時間Ｐ１１は、許容遅延時間の２倍以上に設定される。復調符号ｄ１，ｄ２が変調符号ｍ１，ｍ２に対して遅延しても、遅延時間が許容遅延時間を超えなければ、電力伝送が停止することはない。

図３７は、実施形態５の実施例に係る電力伝送システムにおいて許容遅延時間を超える遅延が生じていない場合の負荷電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２の変化を示すグラフである。図３８は、実施形態５の実施例に係る電力伝送システムにおいて許容遅延時間を超える遅延が生じていない場合の負荷電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２の変化を示すグラフである。図３９は、実施形態５の実施例に係る電力伝送システムにおいて許容遅延時間を超える遅延が生じた場合の負荷電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２の変化を示すグラフである。図４０は、実施形態５の実施例に係る電力伝送システムにおいて許容遅延時間を超える遅延が生じた場合の負荷電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２の変化を示すグラフである。図２１の電力伝送システムにおいてシミュレーションを行った。図３７〜図４０のそれぞれにおいて、符号変調器２の同時オン時間を、変調クロック周期の１０％に設定した。

図３７の場合、符号変調器２−１及び符号復調器４−１のペアと、符号変調器２−２及び符号復調器４−２のペアとのそれぞれにおいて、復調符号ｄ１，ｄ２を変調符号ｍ１，ｍ２に対して変調クロック周期の１％だけ遅延させた。

図３８の場合、符号変調器２−１及び符号復調器４−１のペアにおいて、復調符号ｄ１，ｄ２を変調符号ｍ１，ｍ２に対して変調クロック周期の５％だけ遅延させ、符号変調器２−２及び符号復調器４−２のペアにおいて、復調符号ｄ１，ｄ２を変調符号ｍ１，ｍ２に対して同期させた。

図３９の場合、符号変調器２−１及び符号復調器４−１のペアにおいて、復調符号ｄ１，ｄ２を変調符号ｍ１，ｍ２に対して変調クロック周期の６％だけ遅延させ、符号変調器２−２及び符号復調器４−２のペアにおいて、復調符号ｄ１，ｄ２を変調符号ｍ１，ｍ２に対して同期させた。

図４０の場合、符号変調器２−１及び符号復調器４−１のペアにおいて、復調符号ｄ１，ｄ２を変調符号ｍ１，ｍ２に対して変調クロック周期の１０％だけ遅延させ、符号変調器２−２及び符号復調器４−２のペアにおいて、復調符号ｄ１，ｄ２を変調符号ｍ１，ｍ２に対して同期させた。

図３７〜図４０に示すように、符号変調器２の同時オン状態を導入することにより、遅延が生じても、遅延時間が許容遅延時間を超えなければ、電力伝送が停止することはない。

符号変調器２の同時オン状態の時間長は、符号復調器４における遅延時間の２倍以上に設定される。電力伝送システムが複数の符号復調器４を含む場合には、符号変調器２の同時オン状態の時間長は、各符号復調器４における遅延時間の最大値の２倍以上に設定される。

図４１は、実施形態５の比較例に係る電力伝送システムにおいて使用される変調符号ｍ１，ｍ２及び復調符号ｄ１，ｄ２を示すタイミングチャートである。実施形態５では、符号復調器４において、復調符号ｄ１、ｄ２の同期ズレなどに起因して、すべてのスイッチ素子Ｓ１１〜Ｓ１４がオフされる時間期間Ｐ１２がわずかでも存在すると、電力を伝送できなくなる。

実施形態５に係る電力伝送システムによれば、符号変調器２の同時オン状態を導入することにより、符号変調器２及び符号復調器４の間の遅延による電力伝送の効率の低下を生じにくくすることができる。

実施形態６．
実施形態５では、符号変調器２のみに同時オン状態を設定したが、実施形態６では、符号復調器４のみに同時オン状態を設定する場合について説明する。

図４２は、実施形態６に係る電力伝送システムにおいて使用される変調符号ｍ１，ｍ２及び復調符号ｄ１，ｄ２を示すタイミングチャートである。図４２（ａ）は許容遅延時間に等しい遅延が生じた場合を示し、図４２（ｂ）は許容遅延時間未満の遅延が生じた場合を示す。許容遅延時間は、例えば、符号変調器２のスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４の動作の時間ズレを示す。電力伝送システムが複数の符号変調器２を含む場合、許容遅延時間は、各符号変調器２におけるスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４の動作の時間ズレの最大値を示す。符号変調器２の同時オン時間Ｐ２１は、許容遅延時間の２倍以上に設定される。復調符号ｄ１，ｄ２が変調符号ｍ１，ｍ２に対して遅延しても、遅延時間が許容遅延時間を超えなければ、電力伝送が停止することはない。

図４３は、実施形態６の実施例に係る電力伝送システムにおいて許容遅延時間を超える遅延が生じていない場合の負荷電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２の変化を示すグラフである。図２１の電力伝送システムにおいてシミュレーションを行った。図４３において、符号復調器４の同時オン時間を、変調クロック周期の１０％に設定した。図４３の場合、符号変調器２−１及び符号復調器４−１のペアにおいて、復調符号ｄ１，ｄ２を変調符号ｍ１，ｍ２に対して変調クロック周期の１％だけ遅延させ、符号変調器２−２及び符号復調器４−２のペアにおいて、復調符号ｄ１，ｄ２を変調符号ｍ１，ｍ２に対して同期させた。図４３に示すように、符号復調器４の同時オン状態を導入することにより、遅延が生じても、遅延時間が許容遅延時間を超えなければ、電力伝送が停止することはない。

符号復調器４の同時オン状態の時間長は、符号変調器２における遅延時間の２倍以上に設定される。電力伝送システムが複数の符号変調器２を含む場合には、符号復調器４の同時オン状態の時間長は、各符号変調器２における遅延時間の最大値の２倍以上に設定される。

実施形態６に係る電力伝送システムによれば、符号復調器４の同時オン状態を導入することにより、符号変調器２及び符号復調器４の間の遅延による電力伝送の効率の低下を生じにくくすることができる。

実施形態４〜６では、電力伝送システムが実施形態１と同様に直流の電源及び直流の負荷を含む場合について説明したが、電力伝送システムが実施形態２と同様に交流の電源及び交流の負荷を含む場合にも同様に適用可能である。図１０の符号変調回路２３Ａを備える符号変調器２Ａにおいて、制御回路２０は、異なるスイッチ回路ＳＳ２１〜ＳＳ２４の状態を有する第１〜第３の状態を符号変調回路２３Ａに設定する。第１の状態では、スイッチ回路ＳＳ２１，ＳＳ２４をオンし、第２及び第３のスイッチ回路ＳＳ２２，ＳＳ２３をオフする。第２の状態では、スイッチ回路ＳＳ２１，ＳＳ２４をオフし、スイッチ回路ＳＳ２２，ＳＳ２３をオンする。第３の状態では、第１の状態から第２の状態に遷移するとき及び第２の状態から第１の状態に遷移するとき、ＳＳ２１〜ＳＳ２４スイッチ回路のすべてをオンする。図１１の符号復調回路３３Ａを備える符号復調器４Ａにおいて、制御回路３０は、異なるスイッチ回路ＳＳ３１〜ＳＳ３４の状態を有する第４〜第６の状態を符号復調回路３３Ａに設定する。第４の状態では、スイッチ回路ＳＳ３１，ＳＳ３４をオフし、スイッチ回路ＳＳ３２，ＳＳ３３をオンする。第５の状態では、スイッチ回路ＳＳ３１，ＳＳ３４をオンし、スイッチ回路ＳＳ３２，ＳＳ３３をオフする。第６の状態では、第４の状態から第５の状態に遷移するとき及び第５の状態から第４の状態に遷移するとき、スイッチ回路ＳＳ３１〜ＳＳ３４のすべてをオンする。

実施形態４〜６では、符号変調器２、符号復調器４、及びコントローラ１０は、電力伝送を開始する前に、何らかの方法により同期する。次に、実施形態４〜６に係る電力伝送システムにおいて電力伝送の準備のため、特に、符号変調器２及び符号復調器４を同期させるための制御信号を送受信する動作について説明する。

特許文献１〜３では、電力伝送システム全体の時間的な同期について説明されている。しかしながら、符号変調により変調された電力を伝送する場合には、電力伝送システム全体で時間的に同期するだけでなく、符号変調器２から符号復調器４への伝搬時間を考慮して、符号復調器４の復調動作が受信した電力の位相に同期することが求められる。符号復調器４の復調動作が受信した電力の位相に同期していなければ、受信した電力を復調する際に損失が発生する。図１の電力伝送システムでは、符号復調器４の電力線通信回路２４と符号復調器４の電力線通信回路３４とが互いに通信することにより、この位相同期を実現する。

図１の電力伝送システムでは、発電機１で発電した電力は符号変調器２で変調され、変調された電力は伝送路３を介して符号復調器４に伝送されて復調され、復調された電力は負荷５に供給される。ここで、符号復調器４の位相同期について、符号変調器２及び符号復調器４の間の伝送路３が経路長Ｌ１を有し、符号復調器４で変調された電力を伝送路３を介して伝送するためにΔｔ１秒の伝搬時間がかかる場合を例に説明する。この場合、符号復調器４の変調開始時刻から符号復調器４の復調開始時刻をΔｔ１秒だけ遅らせることで、伝送路３を伝送されてきた変調電力が符号復調器４に達する時刻にタイミングを合わせて復調動作を開始し、電力を効率よく復調することができる。以上説明したように、図１の電力伝送システムでは、符号復調器４の復調動作が受信した電力の位相に確実に同期させることが重要となる。

図４４は、実施形態４〜６に係る電力伝送システムにおいてコントローラ１０、符号変調器２、及び符号復調器４を同期させる処理を示すシーケンス図である。ここでは、同期を確立するための制御信号は、符号変調器２から伝送路３を介して符号復調器４に送信される。この制御信号を送受信するため、符号変調器２及び符号復調器４は電力線通信回路をそれぞれ備えてもよい。制御信号は、符号変調器２の電力線通信回路より送信され、伝送路３を介して符号復調器４の電力線通信回路で受信される。符号復調器４は、伝送路３を介して符号変調器２から制御信号を受信することにより、伝送路３を介する符号変調器２から符号復調器４までの伝搬時間Δｔ１を測定する。

具体的には、例えば、コントローラ１０から、電力伝送システム全体の同期をとるための基準信号としてシステム同期信号を送信し、符号変調器２及び符号復調器４の動作をそれぞれコントローラ１０の動作に予め同期させる。これにより、符号変調器２及び符号復調器４の動作はシステム同期時刻ｔ０において互いに時間的に同期する。符号変調器２は、符号復調器４の復調動作を受信した電力の位相に同期させるための制御信号として、ビーコンを符号復調器４に送信する。ビーコンは、システム同期時刻ｔ０を基準とする当該ビーコンの送信時刻（又は、システム同期時刻ｔ０から送信時刻までの時間長Δτ０）を示す情報を含む。符号復調器４は、ビーコンを受信して、システム同期時刻ｔ０を基準とするその受信時刻（又は、システム同期時刻ｔ０から受信時刻までの時間長Δτ１）を決定する。符号復調器４は、伝送路３における伝搬時間Δｔ１を、Δｔ１＝Δτ１−Δτ０により求める。符号復調器４の制御回路３０は、符号復調回路３３の復調開始時刻を、符号変調回路２３の変調開始時刻（すなわち電力の送信開始時刻）から伝搬時間Δｔ１だけ遅らせる。符号復調器４は、伝送路３を介して符号変調器２から電力を受信したとき、伝搬時間Δｔ１に基づいて当該電力の位相に同期して当該電力を復調する、これにより、符号変調器２から受信した電力の位相に同期して電力を効率よく復調することができる。

なお、システム同期信号は、コントローラ１０から送信される信号に限られるものでなく、例えば、ＧＰＳ信号あるいは標準電波（電波時計）のような他の信号源から送信された信号を使用してもよい。これにより、電力伝送システム全体のより正確な同期が可能となる利点がある。さらには、コントローラ１０からシステム同期信号を送信する機能を備える必要がないので、コントローラ１０のコストを削減する効果がある。

なお、前述のように、符号変調器２及び符号復調器４のクロック周波数の不一致に起因して遅延が発生している場合には、符号変調器２及び符号復調器４は、定期的に、クロック周波数を補正してもよい（周波数同期）。例えば、コントローラ１０が定期的に基準クロック信号を符号変調器２及び符号復調器４に送信することにより、符号変調器２及び符号復調器４のクロック周波数を補正してもよい。

実施形態７．
実施形態４〜６に係る電力伝送システムでは、符号変調器２及び符号復調器４が同時オン状態（第３及び第６の状態）にあるとき、次式に従って、急峻な電流ピークが発生する。

ここで、Ｅは、符号変調器２及び符号復調器４の入力電圧を示す。Ｌは、リアクトルＬ１，Ｌ２のインダクタンスを示す。Ｒは、各スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１１〜Ｓ１４の内部抵抗を示す。

いずれかのスイッチ素子をオフすることにより、同時オン状態から他の状態（第１、第２、第４、及び第５の状態）に遷移した瞬間、リアクトルＬ１，Ｌ２に蓄積されたエネルギーによりスイッチ素子に急峻な電圧ピークが生じる。このような電圧ピークを含む高周波ノイズが発生することにより、以下のような問題が生じるおそれがある。
・符号変調器２及び符号復調器４のスイッチ素子等の過電圧による破壊
・符号変調器２及び符号復調器４の誤動作
・電源、負荷、又は伝送路３を介して接続された他の装置への高周波ノイズの伝搬

これに対して、実施形態７では、高周波ノイズによる影響を低減することができる電力伝送システムを提供する。

図４５は、実施形態７に係る電力伝送システムの構成を示す回路図である。図４５の電力伝送システムにおいて、発電機１、符号変調器２、伝送路３、符号復調器４、負荷５、及びリアクトルＬ１，Ｌ２は、図１８の対応する構成要素と同様に構成される。図４５では、図示の簡単化のために、図１のコントローラ１０、電力測定器１ｍ，５ｍ、符号変調器２におけるスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４以外の構成要素、符号復調器４におけるスイッチ素子Ｓ１１〜Ｓ１４以外の構成要素を省略している。

図４５の電力伝送システムにおいて、符号変調器２は、端子Ｔ１，Ｔ２の間に接続された第１のフィルタ回路４１と、端子Ｔ３，Ｔ４の間に接続された第２のフィルタ回路４２とをさらに備えてもよい。また、符号変調器２は、図４６〜図４９に示すように、各スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４に並列に接続された第３のフィルタ回路４５ａ〜４５ｄをさらに備えてもよい。符号復調器４は、端子Ｔ１１，Ｔ１２の間に接続された第４のフィルタ回路４３と、端子Ｔ１３，Ｔ１４の間に接続された第５のフィルタ回路４４とをさらに備えてもよい。また、符号復調器４は、図４６〜図４９に示すように、各スイッチ素子Ｓ１１〜Ｓ１４に並列に接続された第６のフィルタ回路４５ａ〜４５ｄをさらに備えてもよい。

図４６は、図４５の電力伝送システムにおいて使用されるフィルタ回路４５ａ，４５ｂを示す回路図である。各スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１１〜Ｓ１４が互いに直列接続されたダイオードＤ１０１及びスイッチ素子Ｓ１０１を備える場合、図４６に示すように、フィルタ回路４５ａ，４５ｂをダイオードＤ１０１及びスイッチ素子Ｓ１０１にそれぞれ並列に接続してもよい。

図４７は、図４５の電力伝送システムにおいて使用されるフィルタ回路４５ｃを示す回路図である。各スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１１〜Ｓ１４が互いに直列接続されたダイオードＤ１０１及びスイッチ素子Ｓ１０１を備える場合、図４７に示すように、１つのフィルタ回路４５ｃをダイオードＤ１０１及びスイッチ素子Ｓ１０１に並列に接続してもよい。

図４８は、図４５の電力伝送システムにおいて使用されるフィルタ回路４５ｄを示す回路図である。図４８のスイッチ回路ＳＳ１１０は、ダイオードＤ１１１，Ｄ１１２及びスイッチ素子Ｓ１１１，Ｓ１１２を備え、図１３Ａ〜図１３Ｄのスイッチ回路ＳＳ２１Ａ〜ＳＳ２４Ａと同様に構成される。実施形態７を実施形態２に係る電力伝送システムに適用する場合、１つのフィルタ回路４５ｄをダイオードＤ１１１及びスイッチ素子Ｓ１１１に並列に接続し、もう１つのフィルタ回路４５ｄをダイオードＤ１１２及びスイッチ素子Ｓ１１２に並列に接続してもよい。

図４９は、図４５の電力伝送システムにおいて使用されるフィルタ回路４５ｄを示す回路図である。図４９のスイッチ回路ＳＳ１２０は、ダイオードＤ１２１，Ｄ１２２及びスイッチ素子Ｓ１２１，Ｓ１２２を備え、図１４Ａ〜図１４Ｄのスイッチ回路ＳＳ３１Ａ〜ＳＳ３４Ａと同様に構成される。実施形態７を実施形態２に係る電力伝送システムに適用する場合、１つのフィルタ回路４５ｄをダイオードＤ１２１及びスイッチ素子Ｓ１２１に並列に接続し、もう１つのフィルタ回路４５ｄをダイオードＤ１２２及びスイッチ素子Ｓ１２２に並列に接続してもよい。

符号変調器２は、第１のフィルタ回路４１と、第２のフィルタ回路４２と、第３のフィルタ回路４５ａ〜４５ｄとのうちの少なくとも１つのフィルタ回路を備えてもよい。符号復調器４は、第４のフィルタ回路４３と、第５のフィルタ回路４４と、第６のフィルタ回路４５ａ〜４５ｄとのうちの少なくとも１つのフィルタ回路を備えてもよい。

フィルタ回路４１は、符号変調器２とリアクトルＬ１との間に接続される。同様に、フィルタ回路４４は、符号復調器４とリアクトルＬ２との間に接続される。この場所にフィルタ回路４１，４４を設けることは、少ない個数の部品で、リアクトルＬ１，Ｌ２が原因のサージを低減するために最も効果的である。フィルタ回路４１，４４を設計する際に、リアクトルＬ１，Ｌ２のインダクタンスを考慮してもよい。

フィルタ回路４２，４３は、伝送路３の両端に接続される。この場所にフィルタ回路４２，４３を設けることは、少ない個数の部品で、伝送路３の配線インダクタンスが主要因のサージを低減するために最も効果的である。フィルタ回路４２，４３を設計する際に、伝送路３の配線インダクタンスを考慮してもよい。

伝送路３の配線インダクタンスに比べてリアクトルＬ１，Ｌ２のインダクタンスのほうが非常に大きいので、フィルタ回路４２，４３よりもフィルタ回路４１，４４のほうがより効果的である。

フィルタ回路４５ａ〜４５ｄは、各スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１１〜Ｓ１４に並列に接続される。この場所にフィルタ回路４１，４４を設けることは、リアクトルＬ１，Ｌ２が原因のサージと、伝送路３の配線インダクタンスが主要因のサージとの両方を低減することに効果的である。

各フィルタ回路４１〜４４は、単独で設けられても、組み合わされてもよい。図４６のフィルタ回路４５ａ，４５ｂは、常に組み合わされて用いられる。電源として、モータの回生電流を利用する場合には、例えばフィルタ４１及び４２の組み合わせを用いることが効果的である。

図４５では、発電機１に並列に接続されたキャパシタＣａ１と、負荷５に並列に接続されたキャパシタＣａ２とを示すが、これらのキャパシタＣａ１，Ｃａ２は必要に応じて除去されてもよい。

次に、図５０〜図５６を参照して、フィルタ回路４１〜４５ｄの例について説明する。

図５０は、図４５〜図４９のフィルタ回路４１〜４５ｄの第１の例を示す回路図である。図５０のフィルタ回路は、互いに直列に接続された抵抗Ｒ２０１及びキャパシタＣ２０１を含むスナバ回路を備える。図５０のフィルタ回路では、サージ電圧の原因となる急峻な電流をキャパシタＣ２０１に充電する。キャパシタＣ２０１への充放電の過程で抵抗Ｒ２０１にも電流が流れるので、サージ電圧の原因となるエネルギーが消費される。ただし、図５０のフィルタ回路では、抵抗Ｒ２０１での損失が大きい。

図５１は、図４５〜図４９のフィルタ回路４１〜４５ｄの第２の例を示す回路図である。図５１のフィルタ回路は、図５０の抵抗Ｒ２０１及びキャパシタＣ２０１に加えて、抵抗Ｒ２０１に並列に接続されたダイオードＤ２０１をさらに備える。図５１のフィルタ回路でもまた、サージ電圧の原因となる急峻な電流をキャパシタＣ２０１に充電する。キャパシタＣ２０１の充電時に電流は低損失のダイオードＤ２０１を流れるので、抵抗Ｒ２０１及びキャパシタＣ２０１のみを含むスナバ回路よりは効率的となる。

図５２は、図４５〜図４９のフィルタ回路４１〜４５ｄの第３の例を示す回路図である。図５２のフィルタ回路はツェナーダイオードＺＤを備える。図５２のフィルタ回路では、ツェナーダイオードの逆方向特性を利用している。ツェナーダイオードの順方向特性は、通常のＰＮ接合ダイオードと同様であるが、逆方向に電圧がかかると、流れる電流にかかわらず、一定電圧が維持される。サージ電圧がツェナーダイオードＺＤの逆方向にかかるように接続することで、サージ電圧を抑制する。

図５３は、図４５〜図４９のフィルタ回路４１〜４５ｄの第４の例を示す回路図である。図５３のフィルタ回路は、抵抗Ｒ２１１，Ｒ２１２及びキャパシタＣ２１１を含むスナバ回路を備え、さらに、ダイオードＤ２１１〜Ｄ２１４からなるダイオードブリッジ回路を備える。図５３のフィルタ回路では、サージ電圧の原因となる急峻な電流をキャパシタＣ２１１に充電する。ダイオードブリッジ回路によりキャパシタＣ２１１への充放電が制限されるので、抵抗損失が小さくなる。

図５４は、図４５〜図４９のフィルタ回路４１〜４５ｄの第５の例を示す回路図である。図５４のフィルタ回路は、図５０の抵抗Ｒ２０１及びキャパシタＣ２０１に加えて、抵抗Ｒ２０１にそれぞれ並列に接続されたダイオードＤ２２１，Ｄ２２２及びスイッチ素子Ｓ２２１，Ｓ２２２をさらに備える。ダイオードＤ２２１，Ｄ２２２は互いに逆方向に接続される。図５４のフィルタ回路では、サージ電圧の原因となる急峻な電流をキャパシタＣ２０１に充電する。スナバ回路の両端電圧が正のとき、スイッチ素子Ｓ２２１をオンし、スナバ回路の両端電圧が負のとき、スイッチ素子Ｓ２２２をオンする。これにより、スナバ回路の両端電圧が正のときも負のときも、ダイオードＤ２２１，Ｄ２２２によりキャパシタＣ２０１への充放電が制限されるので、抵抗損失が小さくなる。

直流電力を扱う場合は、図５０〜図５４のうちのどのフィルタ回路回路も適用可能である。一方、交流電力を扱う場合は、フィルタ回路に正負両方の電圧が印加されるので、図５０、図５３、及び図５４のような無極性のフィルタ回路を適用可能である。

サージ電圧の周波数は、変調した電力の周波数よりもずっと高いので、高周波のノイズ信号成分を抑制するために、低域通過フィルタ又は帯域通過フィルタによりフィルタ回路を構成してもよい。

図５５は、図４５〜図４９のフィルタ回路４１〜４５ｄの第６の例を示す回路図である。図５５のフィルタ回路は、インダクタＬ２１１及びキャパシタＣ２１１を含む低域通過フィルタである。図５５のフィルタ回路は、遮断周波数よりも低い信号を通過させる。

図５６は、図４５〜図４９のフィルタ回路４１〜４５ｄの第７の例を示す回路図である。図５６のフィルタ回路は、インダクタＬ２２１、キャパシタＣ２２１、及び抵抗Ｒ２２１を含む帯域通過フィルタである。図５６のフィルタ回路は、特定の周波数帯の信号を通過させる。

図５５及び図５６のフィルタ回路は、ＬＣ共振回路であるので、電圧が振動しやすくなる。

図５５及び図５６のフィルタ回路におけるインダクタンスは、リアクトルＬ１，Ｌ２のインダクタンス、及び／又は、伝送路３の配線インダクタンスと共用してもよい。

図５７は、実施形態７の第８の例に係るフィルタ回路を含む電力伝送システムの構成を示す回路図である。図５７の電力伝送システムは、端子Ｔ３，Ｔ４の間に接続されたキャパシタＣａ３と、端子Ｔ１１，Ｔ１２の間に接続されたキャパシタＣａ４とを備える。キャパシタＣａ３は、リアクトルＬ１及び伝送路３とともに、キャパシタＣａ３の容量、リアクトルＬ１のインダクタンス、及び伝送路３の配線インダクタンスによって決まる共振周波数を有するフィルタ回路を構成する。同様に、キャパシタＣａ４は、リアクトルＬ２及び伝送路３とともに、キャパシタＣａ４の容量、リアクトルＬ２のインダクタンス、及び伝送路３の配線インダクタンスによって決まる共振周波数を有するフィルタ回路を構成する。

電力伝送システムにおいて、リアクトルＬ１，Ｌ２は設計要素であるので、既知のインダクタンスを有し、その値に応じてフィルタ回路を設計することができる。一方で、伝送路３のインダクタンスは未知である可能性がある。特に、複数の符号変調器２及び複数の符号復調器４を含む電力伝送システムでは、電力を伝送する符号変調器２及び符号復調器４の組み合わせにより伝送路３の経路長が変わり、結果として伝送路３のインダクタンスが変わることが想定される。そのため、固定容量のキャパシタＣａ３，Ｃａ４を用いて効果的なフィルタを設計することが困難となる。

図５８は、実施形態７の第９の例に係るフィルタ回路を含む電力伝送システムの構成を示すブロック図である。図５８では、電力伝送システムが図５７のキャパシタＣａ３，Ｃａ４に代えて可変容量キャパシタを備える場合について説明する。図５８の電力伝送システムは、発電機１と、符号変調器２Ｂと、伝送路３と、符号復調器４Ｂと、負荷５と、コントローラ１０Ｂとを備える。符号変調器２Ｂ及び符号復調器４Ｂは、可変容量キャパシタをそれぞれ備え、コントローラ１０Ｂの制御下でその容量をそれぞれ設定する。コントローラ１０Ｂは、制御回路１１及び通信回路１２Ｂを備える。制御回路１１は、通信回路１２Ｂを介して符号変調器２Ｂ及び符号復調器４Ｂと通信し、それらの動作を制御する。

図５９は、実施形態７の第９の例に係るフィルタ回路を含む電力伝送システムの構成を示す回路図である。符号変調器２Ｂは、端子Ｔ３，Ｔ４の間に接続された可変容量キャパシタＣａ５と、電流測定器５１と、電圧測定器５２とを備える。電流測定器５１は、符号変調器２Ｂから伝送路３に出力される電流を測定する。電圧測定器５２は、符号変調器２から伝送路３に出力される電圧を測定する。符号変調器２Ｂは、電流測定器５１及び電圧測定器５２で測定された電流値及び電圧値をコントローラ１０Ｂに送信し、また、コントローラ１０Ｂの制御下で可変容量キャパシタＣａ５の容量を設定する。符号復調器４Ｂは、端子Ｔ１１，Ｔ１２の間に接続された可変容量キャパシタＣａ６と、電圧測定器５３と、電流測定器５４とを備える。電圧測定器５３は、伝送路３から符号復調器４Ｂに入力される電圧を測定する。電流測定器５４は、伝送路３から符号復調器４Ｂに入力される電流を測定する。符号復調器４Ｂは、電圧測定器５３及び電流測定器５４電圧値及び電流値をコントローラ１０Ｂに送信し、また、コントローラ１０Ｂの制御下で可変容量キャパシタＣａ６の容量を設定する。

コントローラ１０Ｂは、可変容量キャパシタＣａ５，Ｃａ６の容量を以下のように決定する。

まず、ある時刻ｔａにおいて、符号変調器２Ｂから伝送路３に出力される電圧Ｖ１を測定し、伝送路３から符号復調器４Ｂに入力される電圧Ｖ２を測定する。

ある時刻ｔａからあるｔｂまでの一定時間Δｔ＝ｔｂ−ｔａにわたって、符号変調器２Ｂから伝送路３に出力される電流の変化量ΔＩ１＝Ｉ１ｂ−Ｉ１ａ又は伝送路３から符号復調器４Ｂに入力される電流の変化量ΔＩ２＝Ｉ２ｂ−Ｉ２ａを測定する。

伝送路３の配線インダクタンス値Ｌにかかる電圧Ｖ＝Ｖ２−Ｖ１は、次式により表される。

この式を用いて、未知のインダクタンス値Ｌを求める。

フィルタ回路の遮断周波数ｆｃは、可変容量キャパシタＣａ５，Ｃａ６の容量値Ｃと、インダクタンス値Ｌとに基づいて、次式により表される。

遮断周波数ｆｃが変調符号及び復調符号の周波数よりも高くなるように、可変容量キャパシタＣａ５，Ｃａ６の容量値Ｃを決定する。

これにより、伝送路３が未知のインダクタンスを有する場合であっても、適切なフィルタ回路を提供することができる。

実施形態７に係る電力伝送システムによれば、符号変調器２及び符号復調器４の間の遅延による電力伝送の効率の低下を生じにくくすることができ、さらに、フィルタ回路を設けることにより、高周波ノイズによる影響を低減することができる。

実施形態８．
実施形態８では、実施形態７に係る電力伝送システムがＬＣ共振回路であるフィルタ回路を備える場合に、符号変調器２及び符号復調器４のスイッチング損失を低減することについて説明する。

実施形態８に係る電力伝送システムは、図５７〜図５９の電力伝送システムと同様に構成される。

図６０は、実施形態８に係る電力伝送システムにおける変調符号とフィルタ回路の共振波形との関係を示すグラフである。リアクトルＬ１，Ｌ２のインダクタンス及びキャパシタＣａ３，Ｃａ４の容量で決まる共振波形の半周期を、変調符号及び復調符号の１ビット（変調クロック周波数）と一致させるように、キャパシタＣａ３，Ｃａ４の容量を決定する。この場合、各スイッチ素子のドレイン・ソース電圧がゼロの瞬間に各スイッチ素子のオン／オフを切り換えるので、スイッチング損失が非常に小さくなる。

図６１は、実施形態８に係る電力伝送システムにおけるフィルタ回路の共振を説明するための図である。図６２は、実施形態８に係る電力伝送システムにおけるフィルタ回路の共振周波数が変調クロック周波数に一致しているときの、符号変調器２の出力電圧及び符号復調器４の入力電圧の関係を示す図である。図６１に示すように、フィルタ回路の共振周波数では、インピーダンスＺが非常に小さくなる。従って、図６２に示すように、フィルタ回路の共振周波数に等しい周波数で符号変調器２又は符号復調器４の各スイッチ素子が動作しているとき、矩形波の入力電圧に対して正弦波の出力電圧を発生する。

電力伝送システムの共振周波数は、符号変調器２、伝送路３、及び符号復調器４を含む電流経路に介在する合計のインダクタンス及び合計の容量によって決まる。非常に大きいインダクタンスをもつリアクトルＬ１，Ｌ２に対して、容量値Ｃを有するキャパシタＣａ３又はＣａ４を設ける。このとき、次式で決まる共振波形（共振周波数ｆ_ｒｅｓ）の節が変調符号及び復調符号の１ビット分に一致するように、容量値Ｃを決める。

ｆ_ｓｗが変調クロック周波数であり、Ｎが任意の整数であるとき、共振周波数ｆ_ｒｅｓを次式により決定する。

このとき、変調符号及び復調符号の遷移時の電圧がゼロとなる。

符号変調器２及び符号復調器４のそれぞれに、少なくとも１つのキャパシタを設けてもよい。従って、キャパシタＣａ３又はＣａ４の容量を次式により決定してもよい。

なお、実際の設計においては、半導体デバイスの寄生成分、基板及び伝送路３の配線インダクタンスが存在するので、寄生成分をさらに考慮して容量を決定する必要がある。

このように、リアクトルＬ１，Ｌ２及びキャパシタＣａ３，Ｃａ４を含む共振回路を、変調クロック周波数のＮ／２倍に等しい共振周波数を有するように構成することにより、符号変調器２及び符号復調器４のスイッチング損失を低減することができる。

次に、図６３〜図７３を参照して、実施形態７に係る電力伝送システムのシミュレーション結果について説明する。

実施形態７及び８に係る電力伝送システムが実施形態２に係る１つの符号変調器２Ａ及び１つの符号復調器４Ａを含む場合についてシミュレーションを行った。符号変調器２Ａに１１５Ｖの直流電圧源を接続した。符号復調器４Ａに１２Ωの負荷５を接続した。リアクトルＬ１，Ｌ２のインダクタンスは１５ｍＨであった。変調符号及び復調符号は、７段のＧｏｌｄ符号系列であり、その変調クロック周波数は２０ｋＨｚであった。

まず、図６３〜図６５を参照して、実施形態７の第１の実施例に係る電力伝送システムのシミュレーション結果について説明する。図６５は、図６３及び図６４の電流及び電圧の測定方法を示す図である。

図６３は、実施形態７の比較例に係る電力伝送システムのシミュレーション結果である。図６３（ａ）はスイッチ素子Ｓ１、Ｓ４のゲート電圧を示し、図６３（ｂ）はスイッチ素子Ｓ１、Ｓ４に流れる電流を示し、図６３（ｃ）はスイッチ素子Ｓ１、Ｓ４の両端電圧を示すグラフである。図６３では、フィルタ回路を備えていない電力伝送システムの電流及び電圧を示す。図６３（ｃ）を参照すると、スイッチ素子Ｓ１、Ｓ４をオフする瞬間に大きな電圧ピークが発生していることがわかる。

図６４は、実施形態７の第１の実施例に係る電力伝送システムのシミュレーション結果である。図６４（ａ）はスイッチ素子Ｓ１、Ｓ４のゲート電圧を示し、図６４（ｂ）はスイッチ素子Ｓ１、Ｓ４に流れる電流を示し、図６４（ｃ）スイッチ素子Ｓ１、Ｓ４の両端電圧を示すグラフである。図６４では、端子Ｔ３，Ｔ４の間に接続されたキャパシタＣａ３と、端子Ｔ１１，Ｔ１２の間に接続されたキャパシタＣａ４とを備える電力伝送システムの電流及び電圧を示す。図６３（ｃ）及び図６４（ｃ）を比較すると、実施例に係る電力伝送システムでは、フィルタ回路を備えたことにより、スイッチ素子Ｓ１、Ｓ４にかかる電圧波形が矩形波から正弦波になり、スイッチ素子Ｓ１、Ｓ４をオフする瞬間の電圧ピークが大幅に低減されていることがわかる。これにより、スイッチング損失を低減することができる。

まず、図６６〜図７０を参照して、実施形態７の第２の実施例に係る電力伝送システムのシミュレーション結果について説明する。図７１は、図６６〜図７０の電圧の測定方法を示す図である。

図６６は、実施形態７の比較例に係る電力伝送システムのシミュレーション結果であって、スイッチ回路のダイオードＤ１０１の両端に印加される電圧を示すグラフである。図６７は、図６６の一部拡大図を示すグラフである。図６８は、実施形態７の比較例に係る電力伝送システムのシミュレーション結果であって、スイッチ回路のスイッチ素子Ｓ１０１の両端に印加される電圧を示すグラフである。図６９は、図６８の一部拡大図を示すグラフである。図６６〜図６９では、フィルタ回路を備えていない電力伝送システムの電流及び電圧を示す。図６６〜図６９を参照すると、ダイオードＤ１０１及びスイッチ素子Ｓ１０１の両方に大きな過電圧が印加されていることがわかる。

図７０は、実施形態７の第２の実施例に係る電力伝送システムのシミュレーション結果である。図７０（ａ）はスイッチ回路のダイオードＤ１０１の両端に印加される電圧を示し、図７０（ｂ）はスイッチ回路のスイッチ素子Ｓ１０１の両端に印加される電圧を示すグラフである。図７０では、電力伝送システムがフィルタ回路４１，４４を備え、フィルタ回路４１，４４が、互いに直列に接続された２０Ωの抵抗及び２２μＦのキャパシタを含むスナバ回路をそれぞれ備える場合の電圧を示す。

図７０のシミュレーションでは、以下のモデルを用いた。

ここで、以下の表記を用いる。
ｉ_ｐｅａｋ：符号変調器２が同時オン状態にあるときの突入電流
Ｅ：符号変調器２の入力電圧
Ｌ：リアクトルＬ１のインダクタンス
Ｒ_ｏｎ：各スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４の内部抵抗
ｉ_ｏｕｔ：符号変調器２の出力電流
Ｒ_ｏｕｔ：負荷５のインピーダンス
Ｃ_ｓ：スナバキャパシタ
Ｖ_ｃａｐ：スナバキャパシタのクランプ電圧
ｉ_ｓ：スナバキャパシタへの充電電流
Ｒ_ｓ：スナバ抵抗
ｆ_ｓｗ：スイッチング周波数

図７０によれば、フィルタ回路４１、４４を備えたことにより、ダイオードＤ１０１の両端に印加される電圧はスイッチ素子Ｓ１０１の両端に印加される電圧−２５００Ｖから−１１５Ｖまで低減し、２５０００Ｖから１１５Ｖまで低減したことがわかる。フィルタ回路４１，４４を備えたことにより、スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４に発生していたサージ電圧を大幅に抑制することができる。

次に、図７２〜図７３を参照して、実施形態７の実施例に係る電力伝送システムのシミュレーション結果について説明する。

図７２は、実施形態７の第３の実施例に係る電力伝送システムのシミュレーション結果である。図７２（ａ）スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４の両端電圧を示し、図７２（ｂ）はスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４のゲート電圧を示し、図７２（ｃ）はスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４に流れる電流を示すグラフである。図７３は、図７２の一部拡大図を示すグラフである。図７３に示すように、一定時間Δｔにわたって符号変調器２から伝送路３に出力される電流の変化量ΔＩ１を測定することができる。同様に、一定時間Δｔにわたって伝送路３から符号復調器４に入力される電流の変化量ΔＩ２も測定することができる。これにより、前述のように、伝送路３の配線インダクタンスを、電流の波形から逆算できることがわかる。

他の実施形態．
実施形態３において、複数の符号変調器が同じ符号系列を用いてもよく、複数の符号復調器が同じ符号系列を用いてもよい。これにより、１つの符号変調器から複数の符号復調器へ電力を伝送してもよく、複数の符号変調器から１つの符号復調器へ電力を伝送してもよく、複数の符号変調器から複数の符号復調器へ電力を伝送してもよい。

実施形態１〜８において、一例として電流を符号変調及び符号復調して電力を伝送する例を示したが、これに限られるものではない。直流又は交流の電圧を符号変調及び符号復調して電力を伝送することも可能であり、同様の効果が得られる。

本開示の態様に係る電力送信装置、電力受信装置、及び電力伝送システムは以下の構成を備える。

第１の態様に係る電力送信装置は、
伝送路を介して少なくとも１つの電力受信装置に電力を送信する電力送信装置であって、
第１のリアクトルを介して電源に接続され、前記電源から電源電力の供給を受ける符号変調回路であって、所定の符号系列に基づく変調符号を用いて前記電源電力を符号変調して符号変調波を生成し、前記伝送路を介して前記符号変調波を前記電力受信装置に送信する符号変調回路と、
前記符号変調回路を制御する制御回路とを備え、
前記符号変調回路は、
前記第１のリアクトルを介して前記電源に接続される第１及び第２の端子と、
前記伝送路に接続される第３及び第４の端子と、
前記第１及び第３の端子の間に接続される第１のスイッチ回路と、
前記第２及び第３の端子の間に接続される第２のスイッチ回路と、
前記第１及び第４の端子の間に接続される第３のスイッチ回路と、
前記第２及び第４の端子の間に接続される第４のスイッチ回路とを備え、
前記制御回路は、
前記第１及び第４のスイッチ回路をオンし、前記第２及び第３のスイッチ回路をオフする第１の状態と、
前記第１及び第４のスイッチ回路をオフし、前記第２及び第３のスイッチ回路をオンする第２の状態とを前記符号変調回路に設定し、
前記第１の状態から前記第２の状態に遷移するとき及び前記第２の状態から前記第１の状態に遷移するとき、前記第１〜第４のスイッチ回路のすべてをオンする第３の状態を前記符号変調回路に設定する。

第２の態様に係る電力受信装置は、
所定の符号系列に基づく変調符号を用いて符号変調された電力を含む符号変調波を少なくとも１つの電力送信装置から伝送路を介して受信する電力受信装置であって、
第２のリアクトルを介して負荷に接続される符号復調回路であって、受信した前記符号変調波を符号変調したときに用いた変調符号の符号系列と同じ符号系列に基づく復調符号を用いて前記符号変調波を符号復調して復調電力を生成し、前記復調電力を前記負荷に供給する符号復調回路と、
前記符号復調回路を制御する制御回路とを備え、
前記符号復調回路は、
前記伝送路に接続される第５及び第６の端子と、
前記第２のリアクトルを介して前記負荷に接続される第７及び第８の端子と、
前記第６及び第７の端子の間に接続される第５のスイッチ回路と、
前記第６及び第８の端子の間に接続される第６のスイッチ回路と、
前記第５及び第７の端子の間に接続される第７のスイッチ回路と、
前記第５及び第８の端子の間に接続される第８のスイッチ回路とを備え、
前記制御回路は、
前記第５及び第８のスイッチ回路をオフし、前記第６及び第７のスイッチ回路をオンする第４の状態と、
前記第５及び第８のスイッチ回路をオンし、前記第６及び第７のスイッチ回路をオフする第５の状態とを前記符号復調回路に設定し、
前記第４の状態から前記第５の状態に遷移するとき及び前記第５の状態から前記第４の状態に遷移するとき、前記第５〜第８のスイッチ回路のすべてをオンする第６の状態を前記符号復調回路に設定する。

第３の態様に係る電力伝送システムは、
少なくとも１つの第１の態様に係る電力送信装置と、
少なくとも１つの第２の態様に係る電力受信装置とを含む。

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、
前記第３及び第６の状態の時間長は、前記各電力送信装置における各スイッチ回路の動作の時間ズレの最大値と、前記各電力送信装置と前記各電力受信装置との間における時間ズレの最大値と、前記各電力受信装置における各スイッチ回路の動作の時間ズレの最大値との和以上に設定される。

第５の態様に係る電力伝送システムは、第３又は第４の態様に係る電力伝送システムにおいて、
前記第４及び第５の状態の合計の時間長に対する前記第６の状態の時間長の比の値は、前記第１及び第２のリアクトルのインダクタンスの和に対する前記第２のリアクトルのインダクタンスの比の値よりも小さく設定される。

第６の態様に係る電力伝送システムは、
少なくとも１つの第１の態様に係る電力送信装置と、
少なくとも１つの電力受信装置とを含む電力伝送システムであって、
前記電力受信装置は、前記符号変調波を前記電力送信装置から前記伝送路を介して受信し、受信した前記符号変調波を符号変調したときに用いた変調符号の符号系列と同じ符号系列に基づく復調符号を用いて前記符号変調波を符号復調して復調電力を生成し、前記復調電力を負荷に供給する。

第７の態様に係る電力伝送システムは、第６の態様に係る電力伝送システムにおいて、
前記第３の状態の時間長は、前記各電力受信装置における各スイッチ回路の動作の時間ズレの最大値の２倍以上に設定される。

第８の態様に係る電力伝送システムは、
少なくとも１つの電力送信装置と、
少なくとも１つの第２の態様に係る電力受信装置とを含む電力伝送システムであって、
前記電力送信装置は、所定の符号系列に基づく変調符号を用いて電力を符号変調して符号変調波を生成し、前記伝送路を介して前記符号変調波を前記電力受信装置に送信する。

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、
前記第６の状態の時間長は、前記各電力送信装置における各スイッチ回路の動作の時間ズレの最大値の２倍以上に設定される。

第１０の態様に係る電力送信装置は、
伝送路を介して少なくとも１つの電力受信装置に電力を送信する電力送信装置であって、
第１のリアクトルを介して電源に接続され、前記電源から電源電力の供給を受ける符号変調回路であって、所定の符号系列に基づく変調符号を用いて前記電源電力を符号変調して符号変調波を生成し、前記伝送路を介して前記符号変調波を前記電力受信装置に送信する符号変調回路と、
前記符号変調回路を制御する制御回路とを備え、
前記符号変調回路は、
前記第１のリアクトルを介して前記電源に接続される第１及び第２の端子と、
前記伝送路に接続される第３及び第４の端子と、
前記第１及び第３の端子の間に接続される第１のスイッチ回路と、
前記第２及び第３の端子の間に接続される第２のスイッチ回路と、
前記第１及び第４の端子の間に接続される第３のスイッチ回路と、
前記第２及び第４の端子の間に接続される第４のスイッチ回路とを備え、
前記制御回路は、
前記第１及び第４のスイッチ回路をオンし、前記第２及び第３のスイッチ回路をオフする第１の状態と、
前記第１及び第４のスイッチ回路をオフし、前記第２及び第３のスイッチ回路をオンする第２の状態とを前記符号変調回路に設定し、
前記第１の状態から前記第２の状態に遷移するとき及び前記第２の状態から前記第１の状態に遷移するとき、前記第１〜第４のスイッチ回路のすべてをオンする第３の状態を前記符号変調回路に設定し、
前記電力送信装置は、前記第１及び第２の端子の間に接続された第１のフィルタ回路と、前記第３及び第４の端子の間に接続された第２のフィルタ回路と、前記各第１〜第４のスイッチ回路にそれぞれ並列に接続された第３のフィルタ回路とのうちの少なくとも１つのフィルタ回路をさらに備える。

第１１の態様に係る電力送信装置は、第１０の態様に係る電力送信装置において、
前記フィルタ回路は、互いに直列に接続された抵抗及びキャパシタを含むスナバ回路を備える。

第１２の態様に係る電力送信装置は、第１１の態様に係る電力送信装置において、
前記フィルタ回路は、前記抵抗に並列に接続されたダイオードをさらに備える。

第１３の態様に係る電力送信装置は、第１１の態様に係る電力送信装置において、
前記フィルタ回路はダイオードブリッジ回路をさらに備える。

第１４の態様に係る電力送信装置は、第１０の態様に係る電力送信装置において、
前記フィルタ回路はツェナーダイオードを備える。

第１５の態様に係る電力送信装置は、第１０の態様に係る電力送信装置において、
前記フィルタ回路は、インダクタ及びキャパシタを含む低域通過フィルタである。

第１６の態様に係る電力送信装置は、第１０の態様に係る電力送信装置において、
前記フィルタ回路は、インダクタ、キャパシタ、及び抵抗を含む帯域通過フィルタである。

第１７の態様に係る電力受信装置は、
所定の符号系列に基づく変調符号を用いて符号変調された電力を含む符号変調波を少なくとも１つの電力送信装置から伝送路を介して受信する電力受信装置であって、
第２のリアクトルを介して負荷に接続される符号復調回路であって、受信した前記符号変調波を符号変調したときに用いた変調符号の符号系列と同じ符号系列に基づく復調符号を用いて前記符号変調波を符号復調して復調電力を生成し、前記復調電力を前記負荷に供給する符号復調回路と、
前記符号復調回路を制御する制御回路とを備え、
前記符号復調回路は、
前記伝送路に接続される第５及び第６の端子と、
前記第２のリアクトルを介して前記負荷に接続される第７及び第８の端子と、
前記第６及び第７の端子の間に接続される第５のスイッチ回路と、
前記第６及び第８の端子の間に接続される第６のスイッチ回路と、
前記第５及び第７の端子の間に接続される第７のスイッチ回路と、
前記第５及び第８の端子の間に接続される第８のスイッチ回路とを備え、
前記制御回路は、
前記第５及び第８のスイッチ回路をオフし、前記第６及び第７のスイッチ回路をオンする第４の状態と、
前記第５及び第８のスイッチ回路をオンし、前記第６及び第７のスイッチ回路をオフする第５の状態とを前記符号復調回路に設定し、
前記第４の状態から前記第５の状態に遷移するとき及び前記第５の状態から前記第４の状態に遷移するとき、前記第５〜第８のスイッチ回路のすべてをオンする第６の状態を前記符号復調回路に設定し、
前記電力受信装置は、前記第５及び第６の端子の間に接続された第４のフィルタ回路と、前記第７及び第８の端子の間に接続された第５のフィルタ回路と、前記各第５〜第８のスイッチ回路にそれぞれ並列に接続された第６のフィルタ回路とのうちの少なくとも１つのフィルタ回路をさらに備える。

第１８の態様に係る電力受信装置は、第１７の態様に係る電力受信装置において、
前記フィルタ回路は、互いに直列に接続された抵抗及びキャパシタを含むスナバ回路を備える。

第１９の態様に係る電力受信装置は、第１８の態様に係る電力受信装置において、
前記フィルタ回路は、前記抵抗に並列に接続されたダイオードをさらに備える。

第２０の態様に係る電力受信装置は、第１８の態様に係る電力受信装置において、
前記フィルタ回路はダイオードブリッジ回路をさらに備える。

第２１の態様に係る電力受信装置は、第１７の態様に係る電力受信装置において、
前記フィルタ回路はツェナーダイオードを備える。

第２２の態様に係る電力受信装置は、第１７の態様に係る電力受信装置において、
前記フィルタ回路は、インダクタ及びキャパシタを含む低域通過フィルタである。

第２３の態様に係る電力受信装置は、第１７の態様に係る電力受信装置において、
前記フィルタ回路は、インダクタ、キャパシタ、及び抵抗を含む帯域通過フィルタである。

第２４の態様に係る電力伝送システムは、
少なくとも１つの第１０〜第１６のうちの１つの態様に係る電力送信装置と、
少なくとも１つの第１７〜第２３のうちの１つの態様に係る電力受信装置とを含む。

第２５の態様に係る電力伝送システムは、
少なくとも１つの第１０の態様に係る電力送信装置と、
少なくとも１つの第１７の態様に係る電力受信装置とを含む電力伝送システムであって、
前記フィルタ回路はキャパシタを含み、
前記第１及び第２のリアクトル及び前記キャパシタを含む共振回路は、Ｎが整数であるとき、前記変調符号及び前記復調符号のクロック周波数のＮ／２倍に等しい共振周波数を有するように構成される。

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車両等の負荷へ電力を伝送することに有用である。

１，１−１〜１−２…発電機、
１ｍ，１ｍ−１，１ｍ−２…電力測定器、
２，２−１，２−２，２Ａ，２Ａ−１〜２Ａ−２，２Ｂ…符号変調器、
３…伝送路、
４，４−１，４−２，４Ａ，４Ａ−１〜４Ａ−２，４Ｂ…符号復調器、
５，５−１〜５−２…負荷、
５ｍ，５ｍ−１〜５ｍ−２…電力測定器、
１０，１０Ａ〜１０Ｂ…コントローラ、
１１…制御回路、
１２，１２Ａ，１２Ｂ…通信回路、
２０…制御回路、
２１…通信回路、
２２，２２Ａ…符号生成回路、
２３，２３Ａ…符号変調回路、
３０…制御回路、
３１…通信回路、
３２，３２Ａ…符号生成回路、
３３，３３Ａ…符号復調回路、
４１〜４５ｄ…フィルタ回路、
５１，５４…電流測定器、
５２，５３…電圧測定器、
Ｃａ１〜Ｃａ４，Ｃ２０１〜Ｃ２２１…キャパシタ、
Ｃａ５，Ｃａ６…可変容量キャパシタ、
Ｄ１〜Ｄ３４，Ｄ１０１〜Ｄ２２２…ダイオード、
Ｌ１，Ｌ２…リアクトル、
Ｒ２０１〜Ｒ２２１…抵抗、
Ｓ１〜Ｓ７４，Ｓ１０１〜Ｓ２２２…スイッチ素子、
ＳＳ１〜ＳＳ３４，ＳＳ２１Ａ〜ＳＳ３４Ａ…スイッチ回路、
Ｔ１〜Ｔ１４…端子、
ＺＤ…ツェナーダイオード。

Claims (9)

1. 伝送路を介して少なくとも１つの電力受信装置に電力を送信する電力送信装置であって、
   第１のリアクトルを介して電源に接続され、前記電源から電源電力の供給を受ける符号変調回路であって、所定の符号系列に基づく変調符号を用いて前記電源電力を符号変調して符号変調波を生成し、前記伝送路を介して前記符号変調波を前記電力受信装置に送信する符号変調回路と、
   前記符号変調回路を制御する制御回路とを備え、
   前記符号変調回路は、
   前記第１のリアクトルを介して前記電源に接続される第１及び第２の端子と、
   前記伝送路に接続される第３及び第４の端子と、
   前記第１及び第３の端子の間に接続される第１のスイッチ回路と、
   前記第２及び第３の端子の間に接続される第２のスイッチ回路と、
   前記第１及び第４の端子の間に接続される第３のスイッチ回路と、
   前記第２及び第４の端子の間に接続される第４のスイッチ回路とを備え、
   前記制御回路は、
   前記第１及び第４のスイッチ回路をオンし、前記第２及び第３のスイッチ回路をオフする第１の状態と、
   前記第１及び第４のスイッチ回路をオフし、前記第２及び第３のスイッチ回路をオンする第２の状態とを前記符号変調回路に設定し、
   前記第１の状態から前記第２の状態に遷移するとき及び前記第２の状態から前記第１の状態に遷移するとき、前記第１〜第４のスイッチ回路のすべてをオンする第３の状態を前記符号変調回路に設定する、
   電力送信装置。
2. 所定の符号系列に基づく変調符号を用いて符号変調された電力を含む符号変調波を少なくとも１つの電力送信装置から伝送路を介して受信する電力受信装置であって、
   第２のリアクトルを介して負荷に接続される符号復調回路であって、受信した前記符号変調波を符号変調したときに用いた変調符号の符号系列と同じ符号系列に基づく復調符号を用いて前記符号変調波を符号復調して復調電力を生成し、前記復調電力を前記負荷に供給する符号復調回路と、
   前記符号復調回路を制御する制御回路とを備え、
   前記符号復調回路は、
   前記伝送路に接続される第５及び第６の端子と、
   前記第２のリアクトルを介して前記負荷に接続される第７及び第８の端子と、
   前記第６及び第７の端子の間に接続される第５のスイッチ回路と、
   前記第６及び第８の端子の間に接続される第６のスイッチ回路と、
   前記第５及び第７の端子の間に接続される第７のスイッチ回路と、
   前記第５及び第８の端子の間に接続される第８のスイッチ回路とを備え、
   前記制御回路は、
   前記第５及び第８のスイッチ回路をオフし、前記第６及び第７のスイッチ回路をオンする第４の状態と、
   前記第５及び第８のスイッチ回路をオンし、前記第６及び第７のスイッチ回路をオフする第５の状態とを前記符号復調回路に設定し、
   前記第４の状態から前記第５の状態に遷移するとき及び前記第５の状態から前記第４の状態に遷移するとき、前記第５〜第８のスイッチ回路のすべてをオンする第６の状態を前記符号復調回路に設定する、
   電力受信装置。
3. 少なくとも１つの請求項１記載の電力送信装置と、
   少なくとも１つの請求項２記載の電力受信装置とを含む、
   電力伝送システム。
4. 前記第３及び第６の状態の時間長は、前記各電力送信装置における各スイッチ回路の動作の時間ズレの最大値と、前記各電力送信装置と前記各電力受信装置との間における時間ズレの最大値と、前記各電力受信装置における各スイッチ回路の動作の時間ズレの最大値との和以上に設定される、
   請求項３記載の電力伝送システム。
5. 前記第４及び第５の状態の合計の時間長に対する前記第６の状態の時間長の比の値は、前記第１及び第２のリアクトルのインダクタンスの和に対する前記第２のリアクトルのインダクタンスの比の値よりも小さく設定される、
   請求項３又は４記載の電力伝送システム。
6. 少なくとも１つの請求項１記載の電力送信装置と、
   少なくとも１つの電力受信装置とを含む電力伝送システムであって、
   前記電力受信装置は、前記符号変調波を前記電力送信装置から前記伝送路を介して受信し、受信した前記符号変調波を符号変調したときに用いた変調符号の符号系列と同じ符号系列に基づく復調符号を用いて前記符号変調波を符号復調して復調電力を生成し、前記復調電力を負荷に供給する、
   電力伝送システム。
7. 前記第３の状態の時間長は、前記各電力受信装置における各スイッチ回路の動作の時間ズレの最大値の２倍以上に設定される、
   請求項６記載の電力伝送システム。
8. 少なくとも１つの電力送信装置と、
   少なくとも１つの請求項２記載の電力受信装置とを含む電力伝送システムであって、
   前記電力送信装置は、所定の符号系列に基づく変調符号を用いて電力を符号変調して符号変調波を生成し、前記伝送路を介して前記符号変調波を前記電力受信装置に送信する、
   電力伝送システム。
9. 前記第６の状態の時間長は、前記各電力送信装置における各スイッチ回路の動作の時間ズレの最大値の２倍以上に設定される、
   請求項８記載の電力伝送システム。

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