电力供给装置的制作方法

本发明涉及一种对其他装置供给电力的电力供给装置。

背景技术：

风力发电装置等设置于高处的设备中，要求保护装置内的控制电路等免受由打雷(特别是感应雷)引起的电击。

以前，利用使由打雷引起的电向大地放电的避雷器来保护设备。然而，利用避雷器的保护存在不充分的情况。另外，有对装置内的控制电路等与外部的设备之间的信号线使用光纤等，使信号电绝缘的方法。然而，无法使用光纤等来对装置内的控制电路等供给电力。

作为将电源与装置内部的控制电路等绝缘，并且进行电力传输的方法，例如，专利文献1所公开的技术中，通过利用电场方式，在风车的主轴部分使用同轴状的金属板，在其间进行电力传输，而一边电绝缘一边进行电力传输。另外，专利文献2所公开的技术中，示出通过电磁感应方式，使用磁场且经由窗玻璃来进行电力传输的例子。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2014-148928号公报

[专利文献2]日本专利特开2002-101578号公报

技术实现要素：

[发明所要解决的问题]

然而，专利文献1所公开的技术中，由于对电力的传输使用电场，故而在原理上绝缘距离存在极限。另外，在结构上，玻璃等绝缘物质也难以加入。另外，专利文献2所公开的技术中，由于对电力的传输使用电磁感应，故而传输距离为数毫米左右。因此，绝缘距离存在极限。

鉴于所述问题，本发明的目的为提供一种电力供给装置，其不仅确保装置的外部的电源与装置内部的控制电路等的绝缘距离，而且能够供给电力。

[解决问题的技术手段]

为了解决所述问题，根据本发明的电力供给装置的某个形态，提供一种电力供给装置，包括：具有第一共振频率的第一共振部、与所述第一共振部进行磁耦合且具有所述第一共振频率的第二共振部、以及将所述第一共振部与所述第二共振部电绝缘的绝缘部；并且所述绝缘部具有根据规定的耐压以及构成所述绝缘部的绝缘体来决定的规定的绝缘距离。

[发明效果]

根据具有以上构成的本发明，不仅确保装置的外部的电源与装置内部的控制电路等的绝缘距离，而且能够供给电力。

附图说明

图1是表示实施方式1的电力供给装置的构成例的方块图。

图2是表示电力供给装置的构成例的剖面图。

图3是用以对打雷发生时的将整流部与负载连接的电路内的电压上升以及电压下降进行说明的图。

图4是表示实施方式2的电力供给装置的构成例的方块图。

图5是表示电力供给装置的构成例的剖面图。

图6是表示与电力供给装置连接的连接部的构成例的剖面图。

图7是表示在电力供给装置连接有连接部的状态的剖面图。

图8是表示实施方式3的电力供给装置的构成例的方块图。

图9是表示电力供给装置的构成例的剖面图。

图10是表示实施方式4的电力供给装置的构成例的方块图。

图11是表示电力供给装置的构成例的剖面图。

图12是表示电力供给装置中的电路的配置例的剖面图。

[符号的说明]

1：dc-ac转换部

2：共振部

3：绝缘部

4：共振部

5：整流部

11：调制部

12：bpf

13：共振部

14：共振部

15：bpf

16：解调部

21：一次线圈

41：二次线圈

131：三次线圈

141：四次线圈

a、b、c：框体

具体实施方式

以下，参照附图，对用以实施本发明的实施方式进行详细说明。

＜实施方式1＞

图1是表示本发明的实施方式1的电力供给装置的构成例的方块图。

此电力供给装置包括：将直流电源转换为交流电压的dc-ac转换部(dctoacconverter)1、送电侧的共振部2、与共振部2进行磁耦合的受电侧的共振部4、将共振部2与共振部4电绝缘的绝缘部3、以及将来自共振部4的电压进行整流而供给至负载的整流部5。

共振部2如例如图2所示，包括一次线圈21、及电路部22。在电路部22，设置有与一次线圈21连接的电容器，与一次线圈21构成共振电路。此共振电路具有由一次线圈21的电感及电容器的电容所决定的规定的共振频率。

另外，共振部4包括二次线圈41、及电路部42。在电路部42，设置有与二次线圈41连接的电容器，与二次线圈41构成共振电路。此共振电路具有由二次线圈41的电感及电容器的电容所决定的规定的共振频率。此外，共振部2与共振部4的共振频率设为相同的频率f1。借此，若将具有共振频率的电力供给至共振部2，则在共振部2与共振部4之间产生磁场谐振，能够从共振部2向共振部4高效地供给电力。此外，就电力供给的效率的观点而言，频率f1理想为设为例如10khz至100khz左右。另外，就小型化的观点而言，也可将频率f1设为例如6.78mhz、13.56mhz等更高的频率。借此，能够减小一次线圈21与二次线圈41的物理性尺寸。

绝缘部3与一次线圈21及二次线圈41收纳于框体a。一次线圈21与二次线圈41之间的距离d、即绝缘部3的绝缘距离是根据此电力供给装置所要求的规定的耐压以及构成绝缘部3的绝缘体来决定。即，一次线圈21与二次线圈41是根据绝缘距离来配置。由于根据绝缘体而绝缘强度不同，故而理想为根据绝缘部3所使用的材质的绝缘强度来适当变更绝缘距离。绝缘距离理想为设为具有例如所要求的耐压的2倍左右以上的绝缘强度的厚度。例如，派热克斯(pyrex)玻璃的绝缘强度为14mv/m，因此在所要求的耐压为300kv的情况下，理想为设为具有600kv以上的绝缘强度的43mm左右以上的绝缘距离。此外，构成绝缘部3的材质并不限定于派热克斯(注册商标)玻璃，也能够使用其他的绝缘体。例如特氟龙(teflon，注册商标)的绝缘强度为60mv/m，故而在使用特氟龙(注册商标)来作为构成绝缘部3的绝缘体的情况下，较使用派热克斯玻璃的情况而言，能够缩小绝缘距离。

另外，一次线圈21的直径与二次线圈41的直径是根据绝缘距离来决定。具体而言，就电力供给的效率的观点而言，一次线圈21的直径与二次线圈41的直径理想为设为与绝缘距离相同的程度。

整流部5包括例如包括四个二极体的桥接电路以及平滑化电路等。此整流部5将来自共振部4的交流电压转换为直流电压而供给至负载。此外，理想为在整流部5，设置与负载的阻抗进行整合的阻抗整合部。

当使用如上所述来构成的电力供给装置时，从外部的电源对dc-ac转换部1供给直流电压。另外，整流部5的输出电压供给至外部的负载。dc-ac转换部1将所供给的直流电压转换为共振部2的共振频率的交流电压而供给至共振部2。在共振部2的一次线圈21，流通所供给的共振频率的交流电流，产生与此电流相应的交流磁场。

在二次线圈41，产生与由一次线圈21所形成的交流磁场相应的交流电流，与此交流电流相应的交流电压从共振部2供给至整流部5。整流部5将从共振部2供给的交流电压转换为直流电压而供给至负载。通过以上的运行，本实施方式中，能够从共振部2侧向共振部4侧供给电力。

此外，本实施方式中的电力传输用的谐振耦合线圈(一次线圈21、二次线圈41)除了由线圈间的绝缘部3所提供的障壁以外，还提供针对打雷影响的动态障壁。若打雷发生，则存在经由电磁感应，而在将整流部5与负载连接的电路内生成包括电压的急剧上升及下降的感应电压脉冲的情况。在此技术领域中众所周知的是此种电压的急剧上升及下降例如如在图3中作为频谱(a)而表示，包括广范围的频率成分。

本实施方式中，由于利用磁场谐振，故而感应电压脉冲内的仅与装置的共振频率f1接近的频率(δf)的成分从共振部4通过至共振部2。其他频率的成分随着共振部4与共振部2之间的大的物理性分离而衰减。其结果为，感应电压脉冲的全部能量的极小一部分(图3中的(b))供给至dc-ac转换部1。本实施方式的此特性由于对连接于dc-ac转换部1的全部电路，提供与打雷脉冲的影响的进一步绝缘，故而有利且理想。

＜实施方式1的效果＞

如以上所说明，根据本实施方式，通过在共振部2与共振部4之间设置绝缘部3，且根据所要求的规定的耐压以及构成绝缘部的绝缘体来决定绝缘部3的绝缘距离，从而确保装置的外部的电源与装置内部的控制电路等的绝缘距离，而且能够供给电力。

＜实施方式2＞

图4是表示本发明的实施方式2的电力供给装置的构成例的方块图。

实施方式1的电力供给装置包括一对共振部2、4，但本实施方式中，还包括一对共振部13、14。另外，实施方式1中，从共振部2侧向共振部4侧供给电力，但本实施方式中，在共振部13与共振部14之间进行数据信号的传输。此外，图4中，具有与所述图1相同的功能的部分是以同一符号来表示。另外，以下的说明中，虽对从共振部13侧向共振部14侧传输数据信号的例子进行说明，但也能够通过适当变更构成，而从共振部14侧向共振部13侧传输数据信号。

此电力供给装置包括：从外部供给电力及发送数据的连接器8、以及对外部供给电力及接收数据的连接器9。此电力供给装置中，例如使用以太网供电(poweroverethernet，注册商标)功能。连接器8、连接器9例如使用rj-45连接器。此外，若能够进行电力与数据的传输，则也可使用以太网供电(poweroverethernet，注册商标)功能以外的方式。另外，连接器8、连接器9也可使用rj-45连接器以外的连接器。

另外，此电力供给装置包括：将发送数据进行调制的调制部11、使所调制的信号的规定频带通过的带通滤波器(bandpassfilter，bpf)12、发送侧的共振部13、经由绝缘部3而与共振部13进行磁耦合的接收侧的共振部14、使来自共振部14的信号的规定频带通过的bpf15、以及通过解调而使接收数据再生的解调部16。

共振部13包括三次线圈131、以及未图示的电路部。在电路部，设置有与三次线圈131连接的电容器，与三次线圈131构成共振电路。另外，共振部14包括四次线圈141、及未图示的电路部。在电路部，设置有与四次线圈141连接的电容器，与四次线圈141构成共振电路。此外，共振部13与共振部14的共振频率设为相同的频率f2。借此，在共振部13与共振部14之间产生磁场谐振，能够从共振部13向共振部14高效地传输数据信号。此外，例如在数据信号的基带频率为1mhz的情况下，频率f2设为4mhz。

图5是表示本实施方式的电力供给装置的构成例的剖面图。

本实施方式中，绝缘部3与框体a形成为一体。此框体a在与轴方向垂直的方向具有圆形的剖面。在框体a的轴方向的中央部，形成有将一次线圈21与二次线圈41以及三次线圈131与四次线圈141之间隔离的绝缘部3。在绝缘部3的轴方向的两端侧，形成有圆筒状的空间。在绝缘部3的一端的空间，收纳有dc-ac转换部1、调制部11、bpf12、一次线圈21、三次线圈131等。此外，一次线圈21与三次线圈131配置为同轴状。另外，在绝缘部3的另一端的空间，收纳有整流部5、bpf15、解调部16、二次线圈41、四次线圈141。另外，在框体a的外缘，为了防止沿面放电，而沿着轴方向设置有凹凸。另外，二次线圈41与四次线圈141配置为同轴状。

图6是表示与电力供给装置连接的连接部的构成例的剖面图。

此连接部包括：构成与框体a的一端连接的框体b(c)的绝缘部31、用于电源及信号的传输的电缆32、以及与连接器8(9)连接的插头33。在框体b(c)的轴方向的中心部，形成有对插头通过而言足够的孔。另外，在框体b(c)的外缘，为了防止沿面放电，而沿着轴方向设置有凹凸。

以所述方式构成的连接部是以如下状态来使用：例如如图7所示，将电源侧的连接部的插头33连接于电力供给装置的连接器8后，将框体b插入至框体a，将外部的装置侧的连接部的插头33连接于连接器9后，将框体c插入至框体a。此外，为了将电源侧与外部的装置侧绝缘，绝缘部31未必需要，但为了将连接器8(9)进行电保护，理想为设置绝缘部31。

以所述方式构成的电力供给装置中，从共振部2对共振部4侧的电力供给是以与实施方式1相同的方式来进行。此外，通过来自三次线圈131的交流，也在二次线圈41激发交流电流。因此，共振部4的输出电压成为与通过来自一次线圈21的交流磁场而在二次线圈41激发的交流电流与通过来自三次线圈131的交流磁场而在二次线圈41激发的交流电流的和相应的电压。

此电力供给装置中，数据的传输是以如下方式进行。

调制部11根据经由连接器8而供给的发送数据来进行传送波的调制。利用调制部11来进行的调制例如通过振幅调制(amplitudeshiftkeying)。此外，传送波的频率设为所述共振部13的共振频率f2。通过此调制而生成以传送波为中心的边频带。此边频带具有传送波的频率－发送数据的频率以及传送波的频率+发送数据的频率这两个频带。bpf12使以传送波的频率为中心的频带的数据信号通过，供给至共振部13。

在共振部13的三次线圈131，流通与所供给的数据信号相应的交流电流，产生与此电流相应的交流磁场。在四次线圈141，根据由三次线圈131形成的交流磁场以及由一次线圈21形成的交流磁场而激发交流电流。因此，共振部14的输出电压成为与通过来自三次线圈131的交流磁场而在四次线圈141激发的交流电流与通过来自一次线圈21的交流磁场而在四次线圈141激发的交流电流的和相应的电压。

bpf15使以共振部4的输出电压的共振频率f2为中心的频率通过。借此，根据由一次线圈21形成的交流磁场而激发的交流电流的频率的成分被去除，再生出数据信号。解调部16将从bpf15供给的数据信号进行解调，使接收数据再生。再生的接收数据经由连接器9而供给至装置内部的控制电路等。

＜实施方式2的效果＞

如以上所说明，根据本实施方式，通过在共振部13与共振部14之间传输数据信号，除了实施方式1的效果以外，还能够在装置的外部与装置内部的控制电路等之间进行数据通信。借此，例如在将装置内部的传感器的数据发送至设置于远方的信息处理装置等的用途中，能够以电绝缘的状态来进行电力的传输及数据通信。

此外，以上的说明中，已对从共振部13侧向共振部14侧传输数据信号的例子进行说明，但也能够通过设置另一对共振部，来双向地传输数据信号。或者，也能够通过适当进行发送数据的冲突避免等传输控制，而在共振部13侧与共振部14侧之间，双向地传输数据信号。另外，以上的说明中，以对从共振部2侧向共振部4侧供给电力，且从共振部13侧向共振部14侧传输数据信号的例子进行说明。但关于从共振部13侧向共振部14侧供给作为交流电压的电力等所传输的电力、数据信号，能够适当变更。

＜实施方式3＞

图8是表示本发明的实施方式3的电力供给装置的构成例的方块图。

另外，图9是表示实施方式3的电力供给装置的构成例的剖面图。

实施方式1及实施方式2中，已对使用一个电力供给装置的情况进行说明，但本实施方式中，对在电源侧及装置侧使用两个电力供给装置的情况进行说明。

本实施方式中，在电源侧的电力供给装置t与装置侧的电力供给装置r之间的传输路径91，以交流来传输电力信号。另外，本实施方式中，在电源侧的电力供给装置t与装置侧的电力供给装置r之间的传输路径92之间，传输经调制的数据信号。此外，图8及图9中，具有与所述图1及图4～图7相同的功能的部分由同一符号表示。

本实施方式中，来自电源侧的电力供给装置t的共振部4的交流电压经由传输路径91，直接供给至装置侧的电力供给装置r的共振部2。另外，来自电源侧的电力供给装置t的共振部14的交流电压经由传输路径92，直接供给至装置侧的电力供给装置r的共振部13。借此，本实施方式中，能够将电源侧的电力供给装置t与传输路径之间电绝缘，且将传输路径与装置侧的电力供给装置r之间电绝缘。

＜实施方式3的效果＞

如以上所说明，根据本实施方式，能够将电源侧的电力供给装置t与传输路径之间电绝缘，且将传输路径与装置侧的电力供给装置r之间电绝缘。借此，能够降低传输路径中的浪涌电压对电源侧、装置侧造成的影响。因此，例如在使用长距离的传输路径91、传输路径92，将装置内部的传感器的数据发送至设置于远方的信息处理装置等的用途中，能够降低由浪涌电压所引起的影响。

＜实施方式4＞

图10是表示本发明的实施方式4的电力供给装置的构成例的方块图。

另外，图11是表示实施方式4的电力供给装置的构成例的剖面图。

实施方式2及实施方式3的电力供给装置中，已对利用两对共振部来进行电力的供给及数据信号的传输的例子进行说明，但在本实施方式中，利用一对共振部2、4来供给电力，且利用光信号来进行数据的传输。另外，本实施方式中，能够利用光信号来进行双向的数据的传输。此外，图10中，具有与所述图1及图4～图9相同的功能的部分由同一符号表示。

本实施方式的电力供给装置包括：进行通信数据的调制解调的调制解调部61、经由绝缘部3来进行光信号的收发的收发部62、经由绝缘部3而在与收发部62之间进行光信号的收发的收发部63、以及进行通信数据的调制解调的调制解调部64。另外，本实施方式中，绝缘部3包含对于用于通信的光信号而透明的绝缘体71，且收纳于框体a的内部。在收发部62与收发部63之间收发的光信号是使用例如红外线的激光光72。

调制解调部61将经由连接器8而接收的发送数据(通信数据)调制为数据信号，供给至收发部62。另外，调制解调部61将从收发部62供给的数据信号进行解调，使接收数据(通信数据)再生，经由连接器8而供给至电源侧的装置。收发部62将从调制解调部61供给的数据信号转换为光信号而发送至收发部63。另外，收发部62将从收发部63接收的光信号转换为数据信号，供给至调制解调部61。

收发部63将从收发部62接收的光信号转换为数据信号，供给至调制解调部64。另外，收发部63将从调制解调部64供给的数据信号转换为光信号而发送至收发部62。调制解调部64将从收发部63供给的数据信号进行解调，使接收数据(通信数据)再生，经由连接器9而供给至装置内部的控制电路等。另外，调制解调部64将经由连接器9而接收的发送数据(通信数据)调制为数据信号，供给至收发部63。

在使用经磁耦合的共振部的情况下，共振频率的上限有限制，但通过将光信号用于数据信号的传输，与使用成对的共振部的情况相比较，能够进行高速的数据通信。

＜实施方式4的效果＞

如以上所说明，根据本实施方式，通过在电源侧的装置、与外部的装置之间，利用光信号来传输数据信号，除了实施方式1的效果以外，还能够进行高速的数据通信。

＜变形例＞

所述实施方式2及实施方式3中，已对利用两对共振部来进行电力的供给及数据信号的传输的例子进行说明，但也可设置更多的成对的共振部，将所供给的电力、数据信号适当组合。

另外，例如如图12所示，理想为降低来自由一次线圈21及二次线圈41形成的磁通81的影响。因此，理想为例如在dc-ac转换部1等的电路基板与一次线圈21及二次线圈41之间设置间隔。另外，电路基板理想为取向于使由磁通81所引起的电压最小化的方向。

所述实施方式是作为本发明的实现手段的一例，应根据应用本发明的装置或系统的构成或各种条件来适当修正或变更，本发明并不限定于所述实施方式。