WO2016170769A1

WO2016170769A1 - 無線給電システムおよび無線給電方法

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Publication number: WO2016170769A1
Application number: PCT/JP2016/002069
Authority: WO
Inventors: 周平吉田; 田能村　昌宏
Original assignee: 日本電気株式会社
Priority date: 2015-04-24
Filing date: 2016-04-18
Publication date: 2016-10-27

Abstract

本発明は、海中での無線給電において、送電用コイルと受電用コイルとの位置関係が変動しても効率よく給電することのできる無線給電システムを提供することを目的とする。本発明の無線給電システムは、良導体媒質中に設置された送電器と、前記良導体媒質中に設置された受電器とを備え、前記送電器は、異なる配向を有する２個以上の送電用コイルと、前記送電用コイルが送電する電力信号の位相を制御する位相調整器とを有し、前記受電器は、前記送電用コイルから送電される前記電力信号を無線で受電する受電用コイルを有する。

Description

無線給電システムおよび無線給電方法

　本発明は、海中での無線による電力供給が可能な無線給電システムに関する。

　近年、陸上資源の枯渇が進んでおり、海底のマンガン団塊、金や銀などを含む赤粘土堆積物およびコバルト・リッチ・クラストなど、海底資源の重要性に注目が集まっている。このような海底における資源探索には、その深度が１０００ｍ以上と深いことから、通常、海中で駆動する自律型無人潜水機（Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ　Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ　Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＡＵＶと略す）が用いられる。海中では内燃機関を使用することが難しいため、ＡＵＶはリチウムイオン電池等の二次電池により駆動される。

　現在、この二次電池の充電は、ＡＵＶを海上の母船に引き揚げておこなわれている。しなしながら、ＡＵＶを母船に引き揚げるためには、ＡＵＶの重量に耐え得る大型クレーンが必要になりコスト高となる。コスト抑制の観点から、海中での無線給電が望まれている。海中でＡＵＶなどの移動機器に無線給電する場合の課題は、高い導電率を有する海水への対応である。海水は、４Ｓ／ｍと高い導電率を有することから、海水中を電磁波が透過する際には電磁エネルギーを損失してしまう。その結果、海水中で高効率で長距離な無線給電を行うことは難しい。

　非特許文献１には、海水中でも高効率で長距離な無線給電を可能とするために、凸状の支持材の周囲に送電用コイルを形成し、凹状の支持材の内部に受電用のコイルを形成し、送電用コイルと受電用コイルを篏合させて電力伝送する無線給電技術が開示されている。非特許文献１によれば、海水中に漏れ出す磁束を低減することが可能となり、高い導電率を有する海水中であっても、高効率で長距離な無線給電を行うことが可能となる。

　特許文献１には、海水中でも高効率で長距離な無線給電を可能とするために、送電用コイルを誘電体で包含し、送電用コイルのインピーダンスと海水等の良導体媒質のインピーダンスとで定まる周波数で、共振させて電力伝送を行う無線給電技術が開示されている。特許文献１によれば、図１５に示すように、海水中の送電器と受電器との間に、鉛直なポインティングベクトルを形成することができる。これにより、高い導電率を有する海水中であっても、高効率で長距離な無線給電を行うことが可能となる。

　ポインティングベクトルとは、磁界ベクトル（Ｈ）と電界ベクトル（Ｅ）の外積の時間平均を指し、以下の式１で表される。このポインティングベクトルは、電磁場の持つエネルギーの流れの密度を表す物理量であり、電磁場によるエネルギーの伝達（以降、エネルギーフローという）そのものである。

　なお、特許文献１および非特許文献１の技術は、図１５に示すように、いずれも、送電用コイルと受電用コイルとが正対している状態を想定しており、送電用コイルから受電用コイルに対して鉛直方向（Ｚ軸方向）に電力伝送が行われる。

国際公開第２０１４／０３４４９１号特開２０１１－１９９９７５号公報特開２０１２－６５４１９号公報

Ｔｏｍｏｈｉｒｏ　Ｋｏｊｉａ，ｅｔ．ａｌ．，"Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｎｏｎ－ｃｏｎｔａｃｔｉｎｇ　Ｐｏｗｅｒ　Ｆｅｅｄｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｔｏ　Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ　Ｖｅｈｉｃｌｅ　Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ"，Ｏｃｅａｎｓ　２００５-Ｅｕｒｏｐｅ，Ｖｏｌ．１，７０９－７１２，Ｊｕｎｅ　２００５．石田哲也ら"受電体の設置角度に依存しないシームレスな非接触給電"、電子情報通信学会、信学技報　ＷＰＴ２０１２－０４（２０１２－０５）．小原寛貴ら"位相差給電による磁界共振結合型選択的無線電力伝送システムにおける共振器位置依存性の検討"、電子情報通信学会、信学技報　ＷＰＴ２０１３－２８（２０１４－０１）．

　しかしながら、特許文献１および非特許文献１の技術は、以下の課題を有している。すなわち、海中で無線給電システムを運用する場合、送電用コイルと受電用コイルとが正対しない場合が生じるという課題である。

　例えば、図１６に示すように、ＡＵＶに送電器を搭載し、海底に設置されたセンサの受電器に無線給電を行う場合を想定する。送電器は、実装効率や障害物との衝突を避けるために、ＡＵＶの前方に搭載されている。一方、受電器は、センサの近傍に設置されているが、通常、設置面は平坦ではなく傾いている。このような状況においては、送電器の送電用コイルと受電器の受電用コイルとが正対しない場合が生じる。また、海中では、潮流や浮力などの影響でＡＵＶの位置を固定することが難しいため、送電用コイルと受電用コイルの相対位置が変動し、両者が正対しない場合が生じる。

　送電用コイルと受電用コイルとが正対しない場合、非特許文献１の技術では、送電用コイルと受電用コイルを篏合させることができない。また、特許文献１の技術では、送電用コイルが生じるポインティングベクトルの方向が受電用コイルの方向を向かない。よって、これらの技術では、高効率で長距離な無線給電を行うことが困難な場合が生じる。

　非特許文献２には、直交して配置された２個の送電用コイルを位相差９０°で励起し、２個のコイルから発生するエネルギーフローを干渉させた円偏波を作ることによって、受電用コイルが傾いている場合でも給電可能とする技術が開示されている。また、非特許文献３には、同一平面上に配置された２個の送電用コイルを位相差９０°で励起し、エネルギーフローを重ね合わせることで、２個受電用コイルの内の一方に選択的に給電する技術が開示されている。

　しかしながら、非特許文献２、３の技術は、海中での揺れや浮力に起因する３次元的な位置の変動に対処することはできない。図１７に示すように、２個の送電用コイルからのエネルギーフローが干渉する領域において、Ｘ-Ｚ平面内での送電方向の制御が可能である。このとき、空中であれば、送電用コイルから放射されるエネルギーフローは送電用コイルの周囲に広く分布するため、受電用コイルがＹ軸方向にずれたとしても給電は可能である。一方、海中では、図１５に示すように、エネルギーフロー（ポインティングベクトル）は送電用コイルの鉛直方向にしか発生しないため、受電コイルがＹ軸方向にずれた場合、エネルギーフローの干渉する領域から外れ、給電は困難になる。

　複数のコイルを組み合わせて送電方向を制御するための関連技術が、特許文献２、特許文献３に開示されている。しかしながら、特許文献２、特許文献３の技術は、複数の送電用コイルを平面上に配置する構成であるため、受電用コイルが前記平面に垂直な方向へずれた場合や、受電用コイルが前記平面から傾いた場合、海中での給電は困難になる。

　本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、海中での無線給電において、送電用コイルと受電用コイルとの位置関係が変動しても効率よく給電することのできる無線給電システムを提供することにある。

　本発明による無線給電システムは、良導体媒質中に設置された送電器と、前記良導体媒質中に設置された受電器とを備え、前記送電器は、異なる配向を有する２個以上の送電用コイルと、前記送電用コイルが送電する電力信号の位相を制御する位相調整器とを有し、前記受電器は、前記送電用コイルから送電される前記電力信号を無線で受電する受電用コイルを有する。

　本発明による無線給電方法は、良導体媒質中で、送電用コイルが受電用コイルに給電する無線給電方法において、異なる配向を有する２個以上の前記送電用コイルで、位相を制御した電力信号を送電し、前記受電用コイルで前記位相を制御した前記電力信号を無線で受電する。

　本発明によれば、海中での無線給電において、送電用コイルと受電用コイルとの位置関係が変動しても効率よく給電することのできる無線給電システムを提供することができる。

本発明の第１の実施形態の無線給電システムの構成を示す図である。本発明の第１の実施形態の無線給電システムの送電用コイルの例を示す図である。本発明の第１の実施形態の無線給電システムの受電用コイルの例を示す図である。本発明の第１の実施形態の無線給電システムの制御用テーブルの例を示す図である。本発明の第１の実施形態の無線給電システムの動作を説明するための図である。本発明の第１の実施形態の無線給電システムの動作を説明するための図である。本発明の第１の実施形態の無線給電システムの電力伝送効率の計算結果を示す図である。本発明の第１の実施形態の無線給電システムの電力伝送効率の計算結果を示す図である。本発明の第１の実施形態の無線給電システムを実海洋において効果を検証するための評価系の構成図である。本発明の第２の実施形態の無線給電システムの構成を示す図である。本発明の無線給電システムを用いた実施例１の構成を示す図である。本発明の無線給電システムを用いた実施例２の構成を示す図である。本発明の無線給電システムを用いた実施例３の構成を示す図である。本発明の無線給電システムを用いた実施例４の構成を示す図である。本発明の無線給電システムを用いた実施例４の構成を示す図である。海水中の送電用コイルと受電用コイルとポインティングベクトルとの関係を説明するための図である。ＡＵＶに送電器を搭載し海底に設置されたセンサの受電器に無線給電を行う場合を説明するための図である。２個の送電用コイルからのエネルギーフローが干渉する領域に受電用コイルを配置する様子を示す図である。

　以下、図を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。
（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態の無線給電システムの構成を示す図である。本実施形態の無線給電システム１１は、良導体媒質中に設置された送電器３１と、前記良導体媒質中に設置された受電器４１とを備え、前記送電器３１は、異なる配向を有する２個以上の送電用コイル５１１、５１２と、前記送電用コイル５１１、５１２が送電する電力信号の位相を制御する位相調整器８１１、８１２とを有し、前記受電器４１は、前記送電用コイル５１１、５１２から送電される前記電力信号を無線で受電する受電用コイル７１を有する。

　本実施形態の無線給電方法は、良導体媒質中で、送電用コイルが受電用コイルに給電する無線給電方法において、異なる配向を有する２個以上の前記送電用コイルで、位相を制御した電力信号を送電し、前記受電用コイルで前記位相を制御した前記電力信号を無線で受電する。

　図１を用いて、さらに詳細に本実施形態の無線給電システム１１の構成を説明する。無線給電システム１１は、海水２１（良導体媒質）中に設置された送電器３１と受電器４１とを備えている。送電器３１は、電力信号を無線で送信する２個の送電用コイル５１１、５１２と、送電用コイル５１１、５１２が送電する電力信号の位相をそれぞれ制御する位相調整器８１１、８１２とを備えている。送電用コイル５１１、５１２は、Ｅを頂点とする四角錐の２つの側面（ＡＢＥ、ＣＤＥ）に１個ずつ設けられることによって、各々、異なる配向を有するように配置されている。ここで云う配向とは、送電用コイル５１１、５１２から放射されるエネルギーフローの方向に対応する。四角錐は、正四角錐とすることもできる。受電器４１は、２個の送電用コイル５１１、５１２から送信された電力信号を受信する受電用コイル７１を備えている。

　図２は、送電用コイル５１１、５１２の例を示す平面および断面図である。送電用コイル５１１、５１２は、各々、誘電体を有する包含部６１ａで包含されている。包含部６１ａは、海水２１中への電界の拡がりを抑え、これにより、海水２１中に拡散して消滅する電磁エネルギーを低減する効果がある。よって、誘電体の包含部６１ａで包含することによって、包含部６１ａのない場合に比較して、海中で高い電力伝送効率を得ることができる。なお、図２では、四角形の送電用コイルの例を示しているが、円形や三角形などの任意の形状とすることができる。

　図３は、受電用コイル７１の例を示す平面および断面図である。受電用コイル７１は、送電用コイルのように、誘電体を有する包含部６１ｂで包含されている。誘電体の包含部６１ｂで包含することによって、包含部のない場合に比較して、海中で高い電力伝送効率を得ることができる。なお、図３では、四角形の受電用コイル７１の例を示しているが、円形や三角形などの任意の形状とすることができる。

　送電用コイル５１１、５１２と受電用コイル７１は、銅線等の材料を用いたスパイラルコイル等で実現することができる。包含部６１ａ、６１ｂは、エポキシ樹脂、ガラス、テフロン（登録商標）、アクリル、プラスチック、セラミック、マイカ、油、水、プリント配線板用のＦＲ４材料等の、誘電体で構成することができる。また、これらの誘電体の一部にフィラーや金属薄板等の導電性の材料を混在させても良いし、これらの誘電体を複数組み合わせても良い。例えば、固体の誘電体を外枠とし、その内部を液体の誘電体で満たした構造とすることもできる。

　位相調整器８１１、８１２は、例えば、可変信号源と増幅器を用いて構成することができる。また、前記構成以外にも、スイッチ、オペアンプ、移相器、減衰器、発信源、可変インダクタ、可変キャパシタ等の素子や、それらの組み合わせにより実現できる。

　位相調整器８１１、８１２は、送電用コイル５１１、５１２と受電用コイル７１との位置関係に基づいて、送電用コイル５１１、５１２が送電する電力信号の位相をそれぞれ制御する。このために、位相調整器８１１、８１２は、送電用コイル５１１、５１２と受電用コイル７１との位置関係と位相とを対応付けた制御用テーブルを予め備えており、位置関係と制御用テーブルとに基づいて位相を制御する。

　図４は、制御用テーブルの例を示す。制御用テーブル９１は、例えば、受電用コイル７１の中心の位置が、送電用コイル５１１と送電用コイル５１２との中心の位置に対して、Ｘ軸方向に＋５ｃｍ、Ｙ軸方向に＋５ｃｍ、Ｚ軸方向に＋６ｃｍの場合は、送電用コイル５１２に入力される電力信号である高周波信号の位相を、送電用コイル５１１に入力される信号の位相に対して３０°遅らせる命令を出す。また、例えば、Ｘ軸方向に＋５ｃｍ、Ｙ軸方向に＋６ｃｍ、Ｚ軸方向に＋１０ｃｍの場合は、送電用コイル５１２に入力される信号の位相を、送電用コイル５１１に入力される信号の位相に対して６０°遅らせる命令を出す。

　これらの命令機能は、汎用ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）で実現しても良いし、パーソナルコンピュータ等の制御用機器で実現しても良い。また、送電用コイル５１１、５１２と受電用コイル７１との位置関係の特定は、例えば、送電器３１に受電器４１を検出するための赤外線、光、電磁波、音響、画像などによるセンサを設けておくことによって可能である。

　制御用テーブル９１の数値は、送電用コイル５１１、５１２と受電用コイル７１との位置関係と、電力伝送効率を例えば最大とする位相との関係を、予め実測やシミュレーション等により求めて、制御用テーブル９１に格納しておけば良い。なお、ここで述べた制御用テーブル９１の数値は、例示のための数値であり、この限りではない。

　なお、図１の無線給電システム１１では、送電用コイルを２個として説明したが、３つ以上であっても良い。また、送電用コイルが、四角錐の側面の一部を形成している構成としているが、四角錐には限定されず、三角錐など他の多角錐の側面であっても良い。

　次に、無線給電システム１１の動作を説明する。まず、送電用コイル５１１、５１２と受電用コイル７１との位置関係を特定する。次に、特定した位置関係に基づき、制御用テーブルを参照して、位相調整器８１１、８１２が制御する位相値が決定される。次に、位相調整器８１１、８１２により位相がそれぞれ制御された電力信号である高周波信号が、送電用コイル５１１と送電用コイル５１２とに入力される。次に、送電用コイル５１１と送電用コイル５１２とから、磁界ベクトルが放射され、海水２１中に入射する。次に、海水２１に入射した磁界ベクトルが受電用コイル７１で受電される。

　図５は、無線給電システム１１の動作を説明するための図である。図５では、時刻ｔ０とその後の時刻ｔ１とで、受電器４１の位置が変動する場合を想定する。時刻ｔ０では、受電用コイル７１が送電用コイル５１１の近傍に位置し、時刻ｔ１では、受電用コイル７１が送電用コイル５１２の近傍に位置する。

　図６は、図５の状態で、送電用コイル５１１、５１２から受電用コイル７１への電力伝送特性を計算するための説明図である。送電用コイル５１１、５１２と受電用コイル７１とは、それぞれ結合係数ｋ１２、ｋ１３、ｋ２３で結合している。図６中に、時刻ｔ０での結合係数と、時刻ｔ１での結合係数とを示す。送電用コイル５１１、５１２と受電用コイル７１との位置関係の変動に伴って、それぞれの結合係数は変化する。すなわち、時刻ｔ０では、送電用コイル５１１と受電用コイル７１の結合係数ｋ１３が大きくなり、時刻ｔ１では、送電用コイル５１２と受電用コイル７１の結合係数ｋ２３が大きくなる。

　図７は、時刻ｔ０で、送電用コイル５１１と送電用コイル５１２とを、同じ強度、同じ周波数（２００～３００ＫＨｚ間で０．１ＫＨｚ刻みで掃引）で励起した場合の、受電強度と送電強度との比（電力伝送特性）の計算結果である。点線は、位相制御を行わない場合、実線は制御用テーブルに基づいて位相制御を行った場合である。この時の位相制御によって、送電用コイル５１２に入力する高周波信号の位相は、送電用コイル５１１に入力する信号に対して６０°進んでいる。図７のように、位相制御により電力伝送特性は約１．５ｄＢ改善している。

　図８は、時刻ｔ１で、送電用コイル５１１と送電用コイル５１２とを、同じ強度、同じ周波数（２００～３００ＫＨｚ間で０．１ＫＨｚ刻みで掃引）で励起した場合の、受電強度と送電強度との比（電力伝送特性）の計算結果である。点線は、位相制御を行わない場合、実線は制御用テーブルに基づいて位相制御を行った場合である。この時の位相制御によって、送電用コイル５１２に入力する高周波信号の位相は、送電用コイル５１１に入力する信号に対して６０°遅れている。図８のように、位相制御により電力伝送特性は約１．５ｄＢ改善している。

　以上のように、送電用コイル５１１、５１２と受電用コイル７１との位置関係に基づく位相制御によって、電力伝送特性は改善する。なお、図６に示す以外の場合であっても同様に、位相制御によって電力伝送特性は改善する。

　図９は、本実施形態の無線給電システムを、実海洋において効果を検証するための評価系の構成図である。評価系は、伝送用コイルａ、ｂ、位相調整器ａ、ｂ、受電用コイルを備えた受電器ａを備えている。評価に際しては、受電器ａを辺ＡＣすなわちＹ軸に沿って移動させ、位相調整器ａ、ｂの位相調整による受電器ａの受電効率（電力伝送効率）の改善を確認している。

　図９中の表は、受電器ａの移動距離と最適位相量の関係を示す。表において、移動距離０とは、ＡＢＣ面の重心上（Ｚ軸方向）に受電器ａが設置されている状態を指す。また、最適位相量とは、受電器ａの受電効率が最も高くなる場合の、送電用コイルｂの励起位相と送電用コイルａの励起位相の差である。表のように、移動距離が０ｃｍと１５ｃｍでは、最適位相量は０°であるのに対し、３０ｃｍでは、最適位相量が１８０°という結果が得られた。すなわち、受電器ａの位置がずれた場合、位相を調整することによって、受電効率を改善させられることが確認された。

　以上の説明では、位相調整器８１１、８１２は、送電用コイル５１１、５１２と受電用コイル７１との位置関係と位相とを対応付けた制御用テーブルに基づいて位相を制御する。これとは別に、受電用コイルが受電する電力信号を送電用コイルにフィードバックし、受電用コイルが受電する電力信号が大きくなるように、より好ましくは最大となるように、位相を制御する方法も可能である。

　すなわち、受電器４１は、受電用コイル７１が受電する電力信号の大きさを送電器３１にフィードバックする。位相調整器８１１、８１２はこのフィードバックに基づいて位相を制御する。すなわち、位相調整器８１１、８１２は、受電用コイル７１が受電する電力信号が大きくなるように、より好ましくは最大となるように、位相を制御する。

　以上のように、本実施形態によれば、海中での無線給電において、送電用コイルと受電用コイルとの位置関係が変動しても効率よく給電することのできる無線給電システムを提供することができる。
（第２の実施形態）
　図１０は、本発明の第２の実施形態の無線給電システムの構成を示す図である。無線給電システム１２は、海水２２中に設置された送電器３２と受電器４２とを備えている。送電器３２は、電力信号を無線で送信する２個の送電用コイル５２１、５２２と、送電用コイル５２１、５２２が送電する電力信号の位相をそれぞれ制御する位相調整器８２１、８２２とを備えている。送電用コイル５２１、５２２は、Ｃを頂点とする円錐の側面に、円錐の側面に沿って湾曲し、円錐の底面の外周方向に並べて設けられている。これにより、送電用コイル５２１、５２２は、各々、異なる配向を有するように配置されている。ここで云う配向とは、送電用コイル５２１、５２２から放射されるエネルギーフローの方向に対応する。受電器４１は、２個の送電用コイル５２１、５２２から送信された電力信号を受信する受電用コイル７２を備えている。

　送電用コイル５２１、５２２は、各々、誘電体を有する包含部で包含されている。また、受電用コイル７２は、誘電体を有する包含部で包含されている。

　無線給電システム１２を構成する送電用コイル５２１、５２２や位相調整器８２１、８２２や受電用コイル７２のその他の構成や材料は、第１の実施形態の無線給電システム１１と同様である。さらに、無線給電システム１２の動作は、第１の実施形態の無線給電システム１１と同様である。また、送電器３２の送電用コイルは、円錐の側面に沿って形成しているため小型化しやすい。なお、送電用コイルと位相調整器との組は、２個には限定されず、３個以上とすることもできる。

　以上のように、本実施形態によれば、海中での無線給電において、送電用コイルと受電用コイルとの位置関係が変動しても効率よく給電することのできる無線給電システムを提供することができる。

　以上の第１、第２の実施形態の無線給電システム１１、１２を用いた実施例１～３を、以下に説明する。
（実施例１）
　図１１は、本発明の実施形態の無線給電システムを用いた実施例１の海中システム１００の構成を示す図である。海中システム１００は、海水２５内で駆動する移動体１０５が送電用コイルを有する送電器３５を備え、海底１２５で駆動するセンサ１１５が受電用コイルを有する受電器４５を備えている。送電器３５と受電器４５とは、本実施形態の無線給電システムを構成している。

　移動体１０５は、ＡＵＶ等である。センサ１１５は、海底環境センサ、地震センサ、物体検知センサ等である。センサ１１５は、バッテリーやキャパシタ等の電力保持手段を備えていても良い。

　海中システム１００の移動体１０５とセンサ１１５の動作について説明する。まず、移動体１０５がセンサ１１５に接近し、送電器３５と受電器４５とが効率よく無線給電するよう、送電器３５と受電器４５との位置関係に基づいて、送電用コイルに入力する電力信号の調整がされる。次に、送電器３５を通じて受電器４５に電力が無線給電される。受電器４５を通じて受電された電力は、センサ１１５へ伝達される。センサ１１５は、伝達された電力により直接駆動、または、伝達された電力により充電された電力保持手段により駆動する。

　本実施例によれば、海中で動作する移動体から、海底などで動作するセンサなどへの電力の無線給電が可能となり、信頼性の高い海中電力供給網を提供することが可能となる。
（実施例２）
　図１２は、本発明の実施形態の無線給電システムを用いた実施例２の海中システム２００の構成を示す図である。海中システム２００では、海水２６内で駆動する移動体１０６１が送電用コイルを有する送電器３６を備え、海水２６内で駆動する移動体１０６２が受電用コイルを有する受電器４６を備えている。移動体１０６２は、バッテリーやキャパシタ等の電力保持手段を有していても良い。

　海中システム２００の、移動体１０６１と移動体１０６２の動作について説明する。まず、移動体１０６１が移動体１０６２に接近し、送電器３６と受電器４６とが効率よく無線給電するよう、送電器３６と受電器４６との位置関係に基づいて、送電用コイルに入力する電力信号の調整がされる。次に、送電器３６を通じて受電器４６に電力が無線給電される。受電器４６を通じて受電された電力は、移動体１０６２へ伝達される。移動体１０６２は、伝達された電力により直接駆動、または、伝達された電力により充電された電力保持手段により駆動する。

　本実施例によれば、海中で動作する移動体から移動体への電力の無線給電が可能である。また、さらにその先の海底センサなどへと電力を受け渡してゆくことも可能となり、信頼性の高い海中電力供給網を提供することが可能となる。
（実施例３）
　図１３は、本発明の実施形態の無線給電システムを用いた実施例３の情報収集システム３００の構成を示す図である。情報収集システム３００は、母船１２１と、海水２７中の移動体１０７およびセンサ１１７を有する。さらに、移動体１０７に関する情報やセンサ１１７により収集される情報を統合的に管理する管理センター３０１を有する。管理センター３０１は、母船１２１に備えられていても良く、また、陸上に備えられていても良い。

　母船１２１は送電器３７１を備え、移動体１０７は送電器３７２と受電器４７１とを備え、センサ１１７は受電器４７２を備えている。センサ１１７は、例えば、水温計、震度計、石油漏れ検知センサ、侵入検知センサ等である。なお、移動体１０７とセンサ１１７とは、それぞれ複数とすることができる。

　情報収集システム３００の動作について説明する。まず、母船１２１と移動体１０７とセンサ１１７とは、海中音響通信等により、移動体１０７のバッテリー残量、センサ１１７のバッテリー残量の情報を共有する。次に、移動体１０７とセンサ１１７は、それぞれのバッテリー量が少なくなっていると判定した場合、それぞれの有する受電器４７１または受電器４７２を通じて電力を受電する。この時、移動体１０７の受電器４７１が受電する場合、移動体１０７の受電器４７１が母船１２１の有する送電器３７１に接近して受電する。また、センサ１１７の受電器４７２が受電する場合、移動体１０７の送電器３７２がセンサ１１７の受電器４７２に接近して受電する。移動体１０７とセンサ１１７は、各々が収集した情報を、海中音響通信等を通じて管理センター３０１に送信する。管理センター３０１は、移動体１０７とセンサ１１７から送信された情報を受信し、統合的に管理する。

　本実施例によれば、母船から海中を調査するための移動体、さらには、移動体から海中を調査するためのセンサに、安定して無線給電する情報収集システムが可能となる。
（実施例４）
　図１４Ａと図１４Ｂとは、本発明の実施形態の無線給電システムを用いた実施例４の構成を示す図である。本実施例の給電システムでは、移動体１０８１（自動車）や移動体１０８２（ヘリコプター）が、送電用コイルを有する送電器を備えている。さらに、マンホールの底部の配管などに設置されたセンサ１３８１や、橋脚に設置されたセンサ１３８２が、受電用コイルを有する受電器を備えている。各々の送電器と受電器とは、前記の本実施形態の無線給電システムを構成している。

　センサ１３８１、１３８２は、環境センサ、地震センサ、物体検知センサ、異常検出センサ等である。センサ１３８１、１３８２は、バッテリーやキャパシタ等の電力保持手段を備えていても良い。センサ１３８１、１３８２は、マンホールの蓋や筐体などの金属や土などの導電性媒質を介して移動体１０８１、１０８２に対峙している。

　図１４Ａと図１４Ｂの給電システムの動作について説明する。まず、移動体１０８１、１０８２がセンサ１３８１、１３８２に接近する。すなわち、自動車は走行によって、ヘリコプターはホバリングによって、接近する。次に、送電器と受電器とが効率よく無線給電するよう、送電器と受電器との位置関係に基づいて、送電用コイルに入力する電力信号の調整がされる。次に、送電器を通じて受電器に電力が無線給電される。受電器を通じて受電された電力は、センサ１３８１、１３８２へ伝達される。センサ１３８１、１３８２は、伝達された電力により直接駆動、または、伝達された電力により充電された電力保持手段により駆動する。

　本実施例によれば、陸上や空中の移動体から、金属や土などの導電性媒質を介して動作するセンサなどへの電力の無線給電が可能となり、信頼性の高い電力供給網を提供することが可能となる。

　本発明は上記実施形態や実施例に限定されることなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものである。

　また、上記の実施形態や実施例の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
（付記１）
　良導体媒質中に設置された送電器と、前記良導体媒質中に設置された受電器とを備え、
　前記送電器は、異なる配向を有する２個以上の送電用コイルと、前記送電用コイルが送電する電力信号の位相を制御する位相調整器とを有し、
　前記受電器は、前記送電用コイルから送電される前記電力信号を無線で受電する受電用コイルを有する、無線給電システム。
（付記２）
　前記送電用コイルは、多角錐の側面に１個ずつ設けられている、付記１記載の無線給電システム。
（付記３）
　前記送電用コイルは、円錐の側面に、前記円錐の底面の外周方向に並べて設けられている、付記１記載の無線給電システム。
（付記４）
　前記位相調整器は、前記受電用コイルと前記送電用コイルとの位置関係に基づいて、前記位相を制御する、付記１から３の内の１項記載の無線給電システム。
（付記５）
　前記位相調整器は、前記位置関係と前記位相とを対応付けたテーブルを有し、前記位置関係と前記テーブルとに基づいて前記位相を制御する、付記１から４の内の１項記載の無線給電システム。
（付記６）
　前記受電器は、前記受電用コイルが受電する前記電力信号の大きさを前記送電器に通知し、前記位相調整器は、前記通知に基づいて前記位相を制御する、付記１から３の内の１項記載の無線給電システム。
（付記７）
　前記位相調整器は、前記受電用コイルが受電する前記電力信号を大きくするよう前記位相を制御する、付記１から６の内の１項記載の無線給電システム。
（付記８）
　前記送電用コイルは、誘電体で包含されている、付記１から７の内の１項記載の無線給電システム。
（付記９）
　前記受電用コイルは、誘電体で包含されている、付記１から８の内の１項記載の無線給電システム。
（付記１０）
　前記良導体媒質は海水である、付記１から９の内の１項記載の無線給電システム。
（付記１１）
　良導体媒質中で、送電用コイルが受電用コイルに給電する無線給電方法において、
　異なる配向を有する２個以上の前記送電用コイルで、位相を制御した電力信号を送電し、
　前記受電用コイルで前記位相を制御した前記電力信号を無線で受電する、無線給電方法。
（付記１２）
　前記送電用コイルは、多角錐の２面以上の側面に１個ずつ設けられている、付記１１記載の無線給電方法。
（付記１３）
　前記送電用コイルは、円錐の側面に、前記円錐の底面の外周方向に並べて設けられている、付記１１記載の無線給電方法。
（付記１４）
　前記受電用コイルと前記送電用コイルとの位置関係に基づいて、前記位相を制御する、付記１１から１３の内の１項記載の無線給電方法。
（付記１５）
　前記受電用コイルが受電する前記電力信号の大きさに基づいて前記位相を制御する、付記１１から１３の内の１項記載の無線給電方法。
（付記１６）
　前記受電用コイルが受電する前記電力信号を大きくするよう、前記位相を制御する、付記１１から１５の内の１項記載の無線給電方法。
（付記１７）
　前記送電用コイルは、誘電体で包含されている、付記１１から１６の内の１項記載の無線給電方法。
（付記１８）
　前記受電用コイルは、誘電体で包含されている、付記１１から１７の内の１項記載の無線給電方法。
（付記１９）
　前記良導体媒質は海水である、付記１１から１８の内の１項記載の無線給電方法。
（付記２０）
　海中を移動する第１の移動体と、前記海中に設けられたセンサもしくは前記海中を移動する第２の移動体とを有し、
　前記第１の移動体は、付記１から１０の内の１項記載の無線給電システムの送電器を有し、
　前記センサもしくは前記第２の移動体は、付記１から１０の内の１項記載の無線給電システムの受電器を有し、
　前記受電器は前記送電器から給電する、海中システム。
（付記２１）
　母船と、海中を移動する移動体と、前記海中に設けられたセンサと、前記移動体と前記センサからの情報を収集し管理する管理センターとを有し、
　前記母船は、付記１から１０の内の１項記載の無線給電システムの第１の送電器を有し、
　前記移動体は、付記１から１０の内の１項記載の無線給電システムの第２の送電器と第１の受信機とを有し、
　前記センサは、付記１から１０の内の１項記載の無線給電システムの第２の受電器を有し、
　前記第１の受電機は前記第１の送電器から給電し、前記第２の受電機は前記第２の送電器から給電する、情報収集システム。
（付記２２）
　移動体と、良導体媒質を介して前記移動体と対峙しているセンサとを有し、
　前記移動体は、付記１から１０の内の１項記載の無線給電システムの送電器を有し、
　前記センサは、付記１から１０の内の１項記載の無線給電システムの受電器を有し、
　前記受電器は前記送電器から給電する、給電システム。

　この出願は、２０１５年４月２４日に出願された日本出願特願２０１５－０８８８５７を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

　１１、１２　　無線給電システム
　２１、２２、２５、２６、２７　　海水
　３１、３２、３５、３６、３７１、３７２　　送電器
　４１、４２、４５、４６、４７１、４７２　　受電器
　５１１、５１２、５２１、５２２　　送電用コイル
　６１ａ、６１ｂ　　包含部
　７１、７２　　受電用コイル
　８１１、８１２、８２１、８２２　　位相調整器
　１００、２００　　海中システム
　１０５、１０６１、１０６２、１０７、１０８１、１０８２　　移動体
　１１５、１１７、１３８１、１３８２　　センサ
　１２１　　母船
　１２５　　海底
　３００　　情報収集システム
　３０１　　管理センター

Claims

　良導体媒質中に設置された送電器と、前記良導体媒質中に設置された受電器とを備え、
　前記送電器は、異なる配向を有する２個以上の送電用コイルと、前記送電用コイルが送電する電力信号の位相を制御する位相調整器とを有し、
　前記受電器は、前記送電用コイルから送電される前記電力信号を無線で受電する受電用コイルを有する、無線給電システム。
　前記送電用コイルは、多角錐の側面に１個ずつ設けられている、請求項１記載の無線給電システム。
　前記送電用コイルは、円錐の側面に、前記円錐の底面の外周方向に並べて設けられている、請求項１記載の無線給電システム。
　前記位相調整器は、前記受電用コイルと前記送電用コイルとの位置関係に基づいて、前記位相を制御する、請求項１から３の内の１項記載の無線給電システム。
　前記位相調整器は、前記位置関係と前記位相とを対応付けたテーブルを有し、前記位置関係と前記テーブルとに基づいて前記位相を制御する、請求項１から４の内の１項記載の無線給電システム。
　前記受電器は、前記受電用コイルが受電する前記電力信号の大きさを前記送電器に通知し、前記位相調整器は、前記通知に基づいて前記位相を制御する、請求項１から３の内の１項記載の無線給電システム。
　前記位相調整器は、前記受電用コイルが受電する前記電力信号を大きくするよう前記位相を制御する、請求項１から６の内の１項記載の無線給電システム。
　良導体媒質中で、送電用コイルが受電用コイルに給電する無線給電方法において、
　異なる配向を有する２個以上の前記送電用コイルで、位相を制御した電力信号を送電し、
　前記受電用コイルで前記位相を制御した前記電力信号を無線で受電する、無線給電方法。
　海中を移動する第１の移動体と、前記海中に設けられたセンサもしくは前記海中を移動する第２の移動体とを有し、
　前記第１の移動体は、請求項１から７の内の１項記載の無線給電システムの送電器を有し、
　前記センサもしくは前記第２の移動体は、請求項１から７の内の１項記載の無線給電システムの受電器を有し、
　前記受電器は前記送電器から給電する、海中システム。
　母船と、海中を移動する移動体と、前記海中に設けられたセンサと、前記移動体と前記センサからの情報を収集し管理する管理センターとを有し、
　前記母船は、請求項１から７の内の１項記載の無線給電システムの第１の送電器を有し、
　前記移動体は、請求項１から７の内の１項記載の無線給電システムの第２の送電器と第１の受信機とを有し、
　前記センサは、請求項１から７の内の１項記載の無線給電システムの第２の受電器を有し、
　前記第１の受電機は前記第１の送電器から給電し、前記第２の受電機は前記第２の送電器から給電する、情報収集システム。