JP2003134886A - スペクトラム拡散を用いた多元接続パルス制御型インバータとこれを用いた電気自動車電力供給システム - Google Patents
スペクトラム拡散を用いた多元接続パルス制御型インバータとこれを用いた電気自動車電力供給システムInfo
- Publication number
- JP2003134886A JP2003134886A JP2001360114A JP2001360114A JP2003134886A JP 2003134886 A JP2003134886 A JP 2003134886A JP 2001360114 A JP2001360114 A JP 2001360114A JP 2001360114 A JP2001360114 A JP 2001360114A JP 2003134886 A JP2003134886 A JP 2003134886A
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- Japan
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- power supply
- power
- inverter
- supply system
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- Pending
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- Arrangement Or Mounting Of Propulsion Units For Vehicles (AREA)
- Control Of Multiple Motors (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】スペクトラム拡散を用いた多光接続，パルス制
御型インバータとこれを用いた電気自動車用電力供給シ
ステムを提供する。 【解決手段】電力線１に高周波の交流を供給し、ユニッ
ト３側ではトライアック等の双方向制御が可能な素子を
用いることで、パワーデバイスの点数を削減し、これに
よりユニット３の小型化を実現する。
御型インバータとこれを用いた電気自動車用電力供給シ
ステムを提供する。 【解決手段】電力線１に高周波の交流を供給し、ユニッ
ト３側ではトライアック等の双方向制御が可能な素子を
用いることで、パワーデバイスの点数を削減し、これに
よりユニット３の小型化を実現する。
Description
従来のモータ制御（直流モータやステッピングモータ、
誘導モータやリニアモータ等）のシステムの構成は図１
に示すように、中央の制御部からケーブルを延ばし、こ
こから制御信号を送信することで電源を制御し（場合に
よっては無線を用いている）、更に分岐したケーブルを
通り、それぞれのモータに電力が供給される仕組みとな
っている。センサ情報やモータへの直接の制御信号も別
箇にケーブルを設置していることが多い。このため、こ
れらの配線によりシステム内部は不必要に複雑化し、時
にはこれらのケーブルの断線やショート、接触不良によ
る故障を招く要因ともなっていた。このようなシステム
の保守点検、改良の際には直接、製作に関わった者でな
い場合には、理解が困難でお手上げとなることもある。
これらの複雑なケーブル類を簡潔にまとめる解決策とし
ては、図２に示すようにインバータのブリッジダイオー
ド部分とＨブリッジ部分を切り離し、この間の電力線に
特定のコードでスペクトラム拡散した電気信号を載せ、
複数のユニットからコードの一致するユニットのみを選
択的に駆動させるという技術を用いる方法があり、これ
により図３に示すようにケーブル類をまとめることがで
きる。しかしながら、Ｈブリッジ等のパワーデバイスは
システムＬＳＩのような小型化が容易ではなく、更に大
電力のアプリケーションにおいては発熱対策のための放
熱板、冷却ファンなども大掛かりとなるため、ユニット
の高コスト化、大型化は避けられない。更に、各モータ
ごとにユニットが必要となるため、リニアモータのよう
な大電力かつ大量のコイルの制御を要するようなアプリ
ケーションや、省スペースが求められるロボットの関節
制御用モータ等には、この方法が必ずしも効率的とはい
えない。このような問題を踏まえ、本件の請求項１で
は、図４に示すように電力線に高周波の交流（矩形波や
正弦波）を供給し、ユニット側ではトライアック等の双
方向制御が可能な素子を用いることで、パワーデバイス
の点数を削減し、これによりユニットの小型化を実現す
ることで上記の問題点を解決する技術を提案し、請求項
２では、この技術の応用として電気自動車への電力供給
システムを提案する。更に、請求項３では、請求項２を
媒体としたコマーシャル等の情報配信サービスのビジネ
スモデルを提案する。
誘導モータやリニアモータ等）のシステムの構成は図１
に示すように、中央の制御部からケーブルを延ばし、こ
こから制御信号を送信することで電源を制御し（場合に
よっては無線を用いている）、更に分岐したケーブルを
通り、それぞれのモータに電力が供給される仕組みとな
っている。センサ情報やモータへの直接の制御信号も別
箇にケーブルを設置していることが多い。このため、こ
れらの配線によりシステム内部は不必要に複雑化し、時
にはこれらのケーブルの断線やショート、接触不良によ
る故障を招く要因ともなっていた。このようなシステム
の保守点検、改良の際には直接、製作に関わった者でな
い場合には、理解が困難でお手上げとなることもある。
これらの複雑なケーブル類を簡潔にまとめる解決策とし
ては、図２に示すようにインバータのブリッジダイオー
ド部分とＨブリッジ部分を切り離し、この間の電力線に
特定のコードでスペクトラム拡散した電気信号を載せ、
複数のユニットからコードの一致するユニットのみを選
択的に駆動させるという技術を用いる方法があり、これ
により図３に示すようにケーブル類をまとめることがで
きる。しかしながら、Ｈブリッジ等のパワーデバイスは
システムＬＳＩのような小型化が容易ではなく、更に大
電力のアプリケーションにおいては発熱対策のための放
熱板、冷却ファンなども大掛かりとなるため、ユニット
の高コスト化、大型化は避けられない。更に、各モータ
ごとにユニットが必要となるため、リニアモータのよう
な大電力かつ大量のコイルの制御を要するようなアプリ
ケーションや、省スペースが求められるロボットの関節
制御用モータ等には、この方法が必ずしも効率的とはい
えない。このような問題を踏まえ、本件の請求項１で
は、図４に示すように電力線に高周波の交流（矩形波や
正弦波）を供給し、ユニット側ではトライアック等の双
方向制御が可能な素子を用いることで、パワーデバイス
の点数を削減し、これによりユニットの小型化を実現す
ることで上記の問題点を解決する技術を提案し、請求項
２では、この技術の応用として電気自動車への電力供給
システムを提案する。更に、請求項３では、請求項２を
媒体としたコマーシャル等の情報配信サービスのビジネ
スモデルを提案する。
【００１】トライアックは双方向の電流を制御できるデ
バイスであり、電力線に高周波の交流（およそ数ＫＨｚ
〜）を供給し、このトライアックを選択的にスイッチン
グすることで特定の方向の電力のみを抽出し、交流や直
流を作る。ユニットへの制御信号（およそ数ＭＨｚ〜）
にはスペクトラム拡散を用いることで、多元接続された
複数のユニットの中からでも、コードの一致する特定の
ユニットのみを選択的に駆動させることができる。電気
信号は電力線に直接、載せる方法も可能であるが、用途
によっては個別に通信用ケーブルを設けたり、無線を使
用した方が良いケースもありうる。高周波パルスは矩形
波や正弦波などを用いるが、この２種類に限定している
ものではない。なお、図には詳細を示していないが、ス
イッチングデバイスを正常に駆動させるためには、これ
以外にも特別な回路を組み込む必要がある。トライアッ
クの電力抽出の動作タイミングは図５に示すように、正
方向の電力のみ、負方向の電力のみ、両方向の電力、Ｏ
ＦＦ状態の４通りの状態が考えられ、どの状態を取るか
は中央計算機から送信される信号により判断する。この
４通りの組み合わせによりＰＷＭ信号やステッピングモ
ータのクロック、直流モータ用の直流等の様々な電流を
作ることができる。情報は４通りに限られるため制御信
号の１次変調には１度に２ビット送信（００，０１，１
０、１１）が可能なＱＰＳＫが最適である。もちろんそ
の他の変調方式を用いることも可能でありこの方法に限
定しているものではない。また、制御信号の割り当ては
図５の方法に限定しているものではない。この多元接続
型のインバータは図３に示すように、１本のケーブルで
大量のユニットを並列に接続し、この中から特定のユニ
ットのみを選択的に制御することが可能である。この性
質は複数のユニットの制御が必要とされるリニアモータ
の推進コイルの制御や、耐久性、小型化が求められるロ
ボットの応用には有効である。さらに、双方向通信が可
能であるため、将来的には多元接続における誘導モータ
のセンサレス ベクトル制御などの応用も可能となるで
あろう。
バイスであり、電力線に高周波の交流（およそ数ＫＨｚ
〜）を供給し、このトライアックを選択的にスイッチン
グすることで特定の方向の電力のみを抽出し、交流や直
流を作る。ユニットへの制御信号（およそ数ＭＨｚ〜）
にはスペクトラム拡散を用いることで、多元接続された
複数のユニットの中からでも、コードの一致する特定の
ユニットのみを選択的に駆動させることができる。電気
信号は電力線に直接、載せる方法も可能であるが、用途
によっては個別に通信用ケーブルを設けたり、無線を使
用した方が良いケースもありうる。高周波パルスは矩形
波や正弦波などを用いるが、この２種類に限定している
ものではない。なお、図には詳細を示していないが、ス
イッチングデバイスを正常に駆動させるためには、これ
以外にも特別な回路を組み込む必要がある。トライアッ
クの電力抽出の動作タイミングは図５に示すように、正
方向の電力のみ、負方向の電力のみ、両方向の電力、Ｏ
ＦＦ状態の４通りの状態が考えられ、どの状態を取るか
は中央計算機から送信される信号により判断する。この
４通りの組み合わせによりＰＷＭ信号やステッピングモ
ータのクロック、直流モータ用の直流等の様々な電流を
作ることができる。情報は４通りに限られるため制御信
号の１次変調には１度に２ビット送信（００，０１，１
０、１１）が可能なＱＰＳＫが最適である。もちろんそ
の他の変調方式を用いることも可能でありこの方法に限
定しているものではない。また、制御信号の割り当ては
図５の方法に限定しているものではない。この多元接続
型のインバータは図３に示すように、１本のケーブルで
大量のユニットを並列に接続し、この中から特定のユニ
ットのみを選択的に制御することが可能である。この性
質は複数のユニットの制御が必要とされるリニアモータ
の推進コイルの制御や、耐久性、小型化が求められるロ
ボットの応用には有効である。さらに、双方向通信が可
能であるため、将来的には多元接続における誘導モータ
のセンサレス ベクトル制御などの応用も可能となるで
あろう。
【００２】電気自動車はバッテリーやモータの進歩によ
り次第に実用化が進んでいるが、ガソリンスタンドのよ
うに充電基地が充実しておらず、利用者にとっては大変
不便な環境にあるのが現状である。しかしながら不正使
用の恐れがあるため、安価に設置できる家庭用コンセン
トを公共の場に設置することはできない。このため、ガ
ソリンスタンドのように建設費、人件費をかけて電力を
提供する場を設けるか、自販機のように資金を投じて、
セルフサービスで電力を提供するようなシステムを設け
るしか方法はない。このような事業は電気自動車の普及
が進まなければビジネスとして成り立たず、また、消費
者もこれらの供給システムが整備されないと電気自動車
を購入しないという現状にある。そこで私は００１の技
術を用い、電力供給システムの低コスト化を実現するこ
とで、上記の問題を解決する技術を考案した。このシス
テムは、図６に示すように従来のコンセントに００１に
述べたシステムを組み込む。充電の際にプラグを通し
て、そのユーザ固有のキーコードを電力会社に送信し、
会社側の中央計算機によるユーザの確認後、対応するユ
ニットを駆動させる信号を返信し、電力の供給を開始す
る。プラグ側からのキーコードの通信が停止した時点で
電力供給が停止し、供給した電力量に基づき、後日、料
金の請求が行われる仕組みとなる。００１の場合はモー
タ制御なども想定しているため、送電線には高周波の交
流を用いたが、この場合は商用電源の周波数でも十分で
ある。ＬＳＩ技術やパワーデバイス技術が進んだ現代に
おいては、このシステムに要する規模やコストは、通常
の家庭用コンセントの設置に要する規模、これにかかる
コストと比較しても大差はないであろう。従来のコンセ
ントでは、上記にも述べたように不正使用が考えられる
ため公共の場に設置することは困難であったが、この技
術により低コストで強力な防犯対策が施されたコンセン
トの設置が可能となる。電気自動車の普及は、充電基地
の普及が不可欠であり、このような低コストの電力補給
システムの実現は電気自動車の普及に大いに貢献するで
あろう。なお、請求項２の技術は電気自動車への応用に
限定したものではなく、他の用途への利用も想定してい
る。又、電力料金は後払いでなく、プリペード式や飲料
水の自動販売機のように現金払いも考えられ、上記に述
べた後払い式に限定したものではない。電力供給から終
了までの手続きの流れは上記の方法に限定はしない。図
６に示した構成図は原理を示したものであり、電力会社
とユーザとの間ではデジタル無線通信を通して行う方法
等、多様に考えられ、図に示した方法に限定はしていな
い。また使用するスイッチングデバイスもサイリスタや
トライアックに限定したものではなく、例えば単純にリ
レーを用いる方法なども考えられる。
り次第に実用化が進んでいるが、ガソリンスタンドのよ
うに充電基地が充実しておらず、利用者にとっては大変
不便な環境にあるのが現状である。しかしながら不正使
用の恐れがあるため、安価に設置できる家庭用コンセン
トを公共の場に設置することはできない。このため、ガ
ソリンスタンドのように建設費、人件費をかけて電力を
提供する場を設けるか、自販機のように資金を投じて、
セルフサービスで電力を提供するようなシステムを設け
るしか方法はない。このような事業は電気自動車の普及
が進まなければビジネスとして成り立たず、また、消費
者もこれらの供給システムが整備されないと電気自動車
を購入しないという現状にある。そこで私は００１の技
術を用い、電力供給システムの低コスト化を実現するこ
とで、上記の問題を解決する技術を考案した。このシス
テムは、図６に示すように従来のコンセントに００１に
述べたシステムを組み込む。充電の際にプラグを通し
て、そのユーザ固有のキーコードを電力会社に送信し、
会社側の中央計算機によるユーザの確認後、対応するユ
ニットを駆動させる信号を返信し、電力の供給を開始す
る。プラグ側からのキーコードの通信が停止した時点で
電力供給が停止し、供給した電力量に基づき、後日、料
金の請求が行われる仕組みとなる。００１の場合はモー
タ制御なども想定しているため、送電線には高周波の交
流を用いたが、この場合は商用電源の周波数でも十分で
ある。ＬＳＩ技術やパワーデバイス技術が進んだ現代に
おいては、このシステムに要する規模やコストは、通常
の家庭用コンセントの設置に要する規模、これにかかる
コストと比較しても大差はないであろう。従来のコンセ
ントでは、上記にも述べたように不正使用が考えられる
ため公共の場に設置することは困難であったが、この技
術により低コストで強力な防犯対策が施されたコンセン
トの設置が可能となる。電気自動車の普及は、充電基地
の普及が不可欠であり、このような低コストの電力補給
システムの実現は電気自動車の普及に大いに貢献するで
あろう。なお、請求項２の技術は電気自動車への応用に
限定したものではなく、他の用途への利用も想定してい
る。又、電力料金は後払いでなく、プリペード式や飲料
水の自動販売機のように現金払いも考えられ、上記に述
べた後払い式に限定したものではない。電力供給から終
了までの手続きの流れは上記の方法に限定はしない。図
６に示した構成図は原理を示したものであり、電力会社
とユーザとの間ではデジタル無線通信を通して行う方法
等、多様に考えられ、図に示した方法に限定はしていな
い。また使用するスイッチングデバイスもサイリスタや
トライアックに限定したものではなく、例えば単純にリ
レーを用いる方法なども考えられる。
【００３】００２を電力供給以外に、情報配信の媒体と
して利用する。充電にはある程度の時間を要するので、
この間にコマーシャルや有料放送の情報を配信する。受
信した情報は、カーナビのディスプレイやオーディオな
どを通して上映される。
して利用する。充電にはある程度の時間を要するので、
この間にコマーシャルや有料放送の情報を配信する。受
信した情報は、カーナビのディスプレイやオーディオな
どを通して上映される。
【図１】従来のシステムの構成
【符号の説明】
１、各ユニット
２、中央計算機
３、電源（インバータ等）
４、センサ類
【図２】スペクトラム拡散を用いた多元接続型のインバ
ータの概要
ータの概要
１、電力線
２、電源
３、ユニット
４、中央計算機側の通信機や制御回路
５、ユニット側の通信機や制御回路
６、モータやコイル、その他の負荷
【図３】多元接続型のシステムの構成
１、各ユニット
２、電源
３、中央計算機
４、中央計算機側の通信機
５、センサ類
６、ユニット（通信機やスイッチングデバイス）
【図４】本件００１に述べるシステムの構成
１、電力線
２、電源
３、ユニット
４、中央計算機側の通信機や制御回路
５、ユニット側の通信機や制御回路
６、モータやコイル、その他の負荷
【図５】抽出する高周波パルスと制御信号の関係を示す
図
図
【図６】電力供給システムの構成
１、プラグ
２、コンセント
３、ユーザ側の送受信回路
４、コンセント側 制御回路（パワーデバイスの制御、
通信用回路を内蔵） ５、電力会社の情報処理システム ６、スイッチング回路（トライアック、Ｈブリッジ等。
図４のユニット部分のスイッチに相当） ７、電力供給施設（電力会社、発電所、民間企業、民家
など）
通信用回路を内蔵） ５、電力会社の情報処理システム ６、スイッチング回路（トライアック、Ｈブリッジ等。
図４のユニット部分のスイッチに相当） ７、電力供給施設（電力会社、発電所、民間企業、民家
など）
Claims (3)
- 【請求項１】電力線に高周波の交流（正弦波や矩形波
等）を送り、同時にこれに耐ノイズ性に優れるスペクト
ラム拡散を施した電気信号を載せることにより（場合に
よっては通信用ケーブルを個別に設けたり、無線通信を
用いたりすることもある）、多元接続された複数のユニ
ットの中からの特定のユニットの制御を可能にし、更に
情報の双方向通信をも可能にするインバータ技術 - 【請求項２】請求項１の技術を用いた電気自動車電力供
給システム - 【請求項３】請求項２のラインを用いる情報配信サービ
スのビジネスモデル
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001360114A JP2003134886A (ja) | 2001-10-22 | 2001-10-22 | スペクトラム拡散を用いた多元接続パルス制御型インバータとこれを用いた電気自動車電力供給システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001360114A JP2003134886A (ja) | 2001-10-22 | 2001-10-22 | スペクトラム拡散を用いた多元接続パルス制御型インバータとこれを用いた電気自動車電力供給システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003134886A true JP2003134886A (ja) | 2003-05-09 |
Family
ID=19170988
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001360114A Pending JP2003134886A (ja) | 2001-10-22 | 2001-10-22 | スペクトラム拡散を用いた多元接続パルス制御型インバータとこれを用いた電気自動車電力供給システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003134886A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009141991A (ja) * | 2007-12-03 | 2009-06-25 | Toyota Motor Corp | 電動車両の充電システム |
-
2001
- 2001-10-22 JP JP2001360114A patent/JP2003134886A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009141991A (ja) * | 2007-12-03 | 2009-06-25 | Toyota Motor Corp | 電動車両の充電システム |
| US8249933B2 (en) | 2007-12-03 | 2012-08-21 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Charging system of electric powered vehicle |
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