CN104205556A - 水下电力供给系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种水下电力供给系统，其具备：升降站(20)，其在水下移动体(10)运转的水深与水面(2)附近之间在水下进行升降；充电站(30)，其在水面(2)附近以非接触方式向升降站(20)供给电力。在所述水深处，水下移动体(10)接近升降站(20)，以非接触方式从升降站(20)向水下移动体(10)供给电力。

Description

水下电力供给系统
技术领域
本发明涉及在水下向水下移动体供给电力的水下电力供给系统。
本申请根据2012年4月11日在日本申请的专利2012-90093号主张优先权，并在此引用其内容。
背景技术
“水下移动体”表示在水下航行的水下航行体、在水下使用的水下机器人以及探查海底的水下探查机器人等。
这样的水下移动体通常具备作为动力源的蓄电池(二次电池)，在水下航行或移动，实施各种作业(任务)。
以往，作为在水下供给电力的方法，例如公开专利文献1以及2中所示的方法。
专利文献1公开了通过电磁感应单元以非接触方式向海中设备等上装备的二次电池供电的供电装置(例如，水下行走的机器人)。
专利文献2公开了如下一种例如在海中移动的海洋机器人具有发送器，打进海底的海底设施(例如桩)具有接收器，在发送器与接收器之间进行非接触供电和双向通信的系统。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-166459号公报
专利文献2：日本特表2010-523030号公报
发明内容
发明要解决的课题
水下航行体、水下机器人、水下探查机器人等水下移动体为了在水下进行任务(使用声呐的海底探查等)，较多情况下在水底附近进行运转。
另一方面，搭载在水下移动体上的蓄电池(二次电池)通常是小型电池且容量较小，因此可使用的时间较短，需要频繁地进行充电。
如专利文献1的实施方式所示，当从海上经由电源电缆向供电装置(例如水下行走机器人)供给电力时，即在水下设置了供电站时，需要从陆地或海上敷设具有防止海水的浸透且承受岩石或漂流物的遮盖的粗电源电缆。此时，为了支撑电源电缆的重量需要大规模的设备。为了设置这样的设备需要费用，随着这样的设备的设置对自然环境的影响也较大。
如专利文献2所示，当海洋机器人为了蓄电池的充电上下移动至水面附近时，能够在海洋机器人自身的任务中使用的时间变短从而降低运用效率。
为了解决上述的问题点而提出本发明。即，本发明的目的是提供一种当一个或多个水下移动体在深水下运转时，能够在水下向水下移动体供给电力，而水下移动体不需要浮出至水面附近的水下电力供给系统。
用于解决课题的手段
本发明提供一种在水下向一个或多个水下移动体供给电力的水下电力供给系统，该水下电力供给系统具备：升降站，其在水下移动体运转的水深与水面附近之间在水下进行升降；以及充电站，其在所述水面附近以非接触方式向所述升降站供给电力，水下移动体在所述水深处接近升降站，以非接触方式从升降站向水下移动体供电电力。
发明效果
根据本发明，升降站在水下移动体运转的水深与水面附近之间在水下进行升降，水下移动体在所述水深处接近升降站，以非接触方式从升降站向水下移动体供给电力。因此，一个或多个水下移动体仅在水下移动体运转的水深(例如水底附近)移动，仅需要重复任务和充电即可，而不需要浮出至水面附近。从而，提高水下移动体的运转率。
附图说明
图1是表示本发明的整体结构的图。
图2是表示本发明的第一实施方式的图。
图3是表示本发明的第二实施方式的图。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的优选实施方式进行详细的说明。另外，在各图中对共通的部分赋予相同的符号，并省略重复的说明。
图1是表示本发明的整体结构的图。在该图中，本发明是在水下对一个多个水下移动体10供给电力的水下电力供给系统，具备升降站20和充电站30。
水下移动体10例如是水下航行体、水下机器人、水下探查机器人。
升降站20在水下移动体10运转的水深(例如水底1)与水面2附近之间在水下进行升降，在所述水深处，在水下以非接触方式向水下移动体10供电电力。
此外，升降站20具有在水下进行升降的升降单元40。
在该例子中，升降单元40具有：位于水底1的锚41；连接锚41与充电站30并向铅垂方向延伸的导向电缆42；在水下使升降站20的本体21进行升降的升降装置44。
可以将锚41固定在水底1，也可以将其仅仅静止地放置于水底1上。
在该例子中，升降装置44是将升降站20的本体21悬挂后卷起、回卷的升降用起重机45。
通过该结构，即使因波浪或潮流导致充电站30的水平位置相对于锚41发生变化，仅通过使升降站20的本体21在水下进行升降，就能够将升降站20配置在位于水底1的锚41的近旁的所希望的位置。
另外，升降装置44并不局限于该例子，例如也可以是浮出用空气容器和向浮出用空气容器内供给水的泵。
此外，也可以省略锚41和导向电缆42，在升降站20中设置推进单元(例如螺杆、水下翼、水喷射装置)，将升降站20推进至预先设定的位置。
此外，此时，也可以在水底1固定输出表示预先设定的位置的信号的信号发送器，接收该信号来控制升降站20的推进单元。
充电站30在水面2附近以非接触方式向升降站20供给电力。将充电站30设置在陆地或水上(海上)，与外部电源31连接，从外部电源31接受电力。
外部电源31例如是商用电源、太阳能发电设备、风力发电设备。
图2是表示本发明的第一实施方式的图。
在该图中，水下移动体10具有：第一蓄电池12；第一受电线圈13；从第一受电线圈13向第一蓄电池12供给电力的第一受电电路14；以及在水下移动的移动单元(未图示)。
第一蓄电池12是锂离子电池或铅蓄电池等二次电池。
此外，水下移动体10的移动单元，例如是螺杆和水下翼，水喷射装置，车轮，履带，步行腿等。
水下移动体10的本体11是承受水下移动体10运转的水深处的水压的耐压容器。此外，第一受电线圈13具有承受水下移动体10运转的水深处的水压的耐水性和耐压性，并且被设置在非接触供电中使用的由使电磁场透过的材质构成的磁场透过部件15的内侧。磁场透过部件15例如由FRP构成。
充电站30具有：第一供电线圈36和第一供电电路37，其中所述第一供电电路37与外部电源31连接，通过适用于非接触供电的电压电流波形来驱动第一供电线圈36。
充电站30的本体是位于水面2附近的船体、浮游体、或从陆地向水上凸出并被固定的栈桥等。
此外，充电站30的第一供电线圈36具有承受充电站30所处的水压的耐水性和耐压性，并且被设置在非接触供电中使用的由使电磁场透过的材质构成的磁场透过部件35的内侧。磁场透过部件35例如由FRP构成。
升降站20具有：第二蓄电池22；第二受电线圈23；第二供电线圈26；以及受电供电电路28。
第二蓄电池22是锂离子电池或铅蓄电池等二次电池。
受电供电电路28从第二受电线圈23向第二蓄电池22供给电力，并且与第二蓄电池22连接，通过适用于非接触供电的电压电流波形来驱动第二供电线圈26。
升降站20的本体21是承受水下移动体10运转的水深处的水压的耐压容器。此外，第二受电线圈23和第二供电线圈26具有承受水下移动体10运转的水深处的水压的耐水性和耐压性，并且被设置在非接触供电中使用的由使电磁场透过的材质构成的磁场透过部件25的内侧。磁场透过部件25例如由FRP构成。
在图2中，升降站20具备：信号发送器29，其输出表示第二供电线圈26的位置的信号。
该信号例如是音频信号，但也可以是光信号。
此外，在该例子中，水下移动体10具备：移动控制装置19，其使水下移动体10移动至相对于升降站20的预定位置。移动控制装置19接收信号发送器29的信号来控制移动单元，使第一受电线圈13在预先设定的距离与第二供电线圈26对置，以便在第一受电线圈13与第二供电线圈26之间形成电磁耦合电路。
图3是表示本发明的第二实施方式的图。
在该例子中，受电供电电路28由从第二受电线圈23向第二蓄电池22供给电力的第二受电电路24，和与第二蓄电池22连接并通过适用于非接触供电的电压电流波形驱动第二供电线圈26的第二供电电路27构成。
其他结构与第一实施方式相同。
在图2以及图3中，水下移动体10的第一受电线圈13是从上述的第二供电线圈26接受非接触供电的感应线圈，被设置在水下移动体10的一侧面，当相对于升降站20取得预定的受电位置(上述)时在与升降站2正对的高度(位置)。这样的第一受电线圈13通过基于第二供电线圈26产生的交流磁场的电磁感应，非接触地接受交流电力后向第一受电电路14输出。第一受电电路14是将从第一受电线圈13输入的交流电力转换成直流电力的电力转换电路，将转换后的直流电力供给第一蓄电池12进行充电。
升降站20的受电供电电路28(以及第二受电电路24和第二供电电路27)是规定从第二受电线圈23向第二蓄电池22的充电和从第二蓄电池22向第二供电线圈26的电力供给(放电)的电力调整电路。
该受电供电电路28(以及第二受电电路24和第二供电电路27)例如一边将从第二受电线圈23供给的直流电力调整成恒定电流一边将其作为充电电力向第二蓄电池22输出，并且一边规定从第二蓄电池22供给的直流电力(放电电力)的上限值一边向第二供电线圈26输出。
第二蓄电池22充电从第二受电线圈23供给的直流电力，另一方面，放电蓄电电力(直流电力)来向第二供电线圈26进行供给。
充电站30的第一供电电路37将从外部电源31供给的交流电力或直流电力转换成适用于非接触供电的电压电流波形的交流后向第一供电线圈36输出。第一供电线圈36根据从第一供电电路37供给的交流电力产生感应磁场，经由该感应磁场向升降站20供给交流电力。此外，如图所示，将该第一供电线圈36以与第二受电线圈23相对的方式设置在充电站30的本体的侧面。
上述的水下电力供给系统例如按以下方式进行运用。
(1)升降站20浮出至水面2附近，通过非接触供电从充电站30向内部的第二蓄电池22充电后，下降至水下移动体10运转的水深(例如水底1附近)。
(2)若升降站20下降，则水下移动体10接近升降站20，通过非接触供电从升降站20向内部的第一蓄电池12充电，充电后执行预定的任务。
(3)若内部的第二蓄电池22放电，则升降站20上升。
通过重复(1)～(3)，水下移动体10仅移动水下移动体10运转的水深(例如水底1附近)。因此，水下移动体10只要重复任务和充电即可，而不需要浮出至水面2附近。从而，水下移动体10的运转率提高。
当具有多个水下移动体10时，可运用如下的两种方式。
(1)多个水下移动体10依次接近升降站20，从升降站20依次进行充电。
(2)在升降站20设置多个第二供电线圈26，多个水下移动体10接近升降站20，通过非接触供电从多个第二供电线圈26向内部的第一蓄电池12充电。
在上述(2)所记载的运用中，若为第二实施方式的情况，则设置与第二供电线圈26相同数量的第二供电电路27，希望分别从一台第二供电电路27对一台第二供电线圈26供给电力。
在上述的实施方式中，分别将第一受电线圈13和第二供电线圈26以及第二受电线圈23和第一供电线圈36设置在水下移动体10、升降站20、充电站30的侧面，但若是在受电线圈与供电线圈之间形成适用于非接触供电的电磁耦合电路的位置，则可以设置在侧面以外。
例如，可以将第一受电线圈13设置在水下移动体10的上面，将第二供电线圈26设置在升降站20的下面。此时，水下移动体10接近升降站20的下方，通过非接触供电从升降站20向内部的第一蓄电池12充电。
此外，例如，也可以将第二受电线圈23设置在升降站20的上面，将第一供电线圈36设置在充电站30的下面。此时，充电站30或升降单元40采用适当的形状、方式，以便当升降站20浮出时，升降站20位于充电站30的下方。
另外，在以上的例子中，变更磁场透过部件15、25、35的配置，以便使供电线圈或受电线圈位于磁场透过部件15、25、35的内侧。
根据上述的本发明的结构，升降站20在水下移动体10运转的水深与水面2附近之间在水下进行升降，在所述水深处，水下移动体10接近升降站20，以非接触方式从升降站20向水下移动体10供给电力，因此一个或多个水下移动体10仅移动水下移动体10运转的水深(例如水底1附近)。因此，水下移动体10只要重复任务和充电即可，而不需要浮出至水面2附近。从而，水下移动体10的运转率提高。
另外，本发明并不局限于上述的实施方式，还包括在权利要求范围所记载的、并与权利要求所记载范围均等以及在权利要求范围内的所有的变更。即，本发明并不局限于所述的说明，仅通过权力要求范围进行限定。
工业上应用的可能性
根据本发明的水下电力供给系统，能够在水下向水下移动体供给电力而水下移动体不需要浮出至水面附近，由此提高水下移动体的运转率。
符号说明
1 水底
2 水面
10 水下移动体(水下航行体、水下机器人、水下探查机器人)
11 本体
12 第一蓄电池
13 第一受电线圈
14 第一受电电路
15 磁场透过部件
19 移动控制装置
20 升降站
21 本体
22 第二蓄电池
23 第二受电线圈
24 第二受电电路
25 磁场透过部件
26 第二供电线圈
27 第二供电电路
28 受电供电电路
29 信号发送器
30 充电站
31 外部电源
35 磁场透过部件
36 第一供电线圈
37 第一供电电路
40 升降单元
41 锚
42 导向电缆
44 升降装置
45 升降用起重机

Claims (5)

1.一种在水下向一个或多个水下移动体供给电力的水下电力供给系统，其特征在于，
该水下电力供给系统具备：
升降站，其在水下移动体运转的水深与水面附近之间在水下进行升降；以及
充电站，其在所述水面附近以非接触方式向所述升降站供给电力，
在所述水深处，水下移动体接近升降站，以非接触方式从升降站向水下移动体供给电力。
2.根据权利要求1所述的水下电力供给系统，其特征在于，
所述水下移动体具有：第一蓄电池；第一受电线圈；从第一受电线圈向第一蓄电池供给电力的第一受电电路；以及在水下移动的移动单元，
所述充电站具有：第一供电线圈；以及第一供电电路，其与外部电源连接，通过适用于非接触供电的电压电流波形来驱动第一供电线圈，
所述升降站具有：第二蓄电池；第二受电线圈；第二供电线圈；受电供电电路，其从第二受电线圈向第二蓄电池供给电力，并且与第二蓄电池连接，通过适用于非接触供电的电压电流波形来驱动第二供电线圈；以及在水下进行升降的升降单元。
3.根据权利要求2所述的水下电力供给系统，其特征在于，
所述升降站具备：信号发送器，其输出表示所述第二供电线圈的位置的信号，
所述水下移动体具备：移动控制装置，其接收所述信号，控制所述移动单元，使所述第一受电线圈相对于所述第二供电线圈间隔预先设定的距离，以便在所述第一受电线圈与所述第二供电线圈之间形成电磁耦合电路。
4.根据权利要求2所述的水下电力供给系统，其特征在于，
所述升降单元具有：位于水底的锚；连接锚与所述充电站并向铅垂方向延伸的导向电缆；以及使所述升降站的本体在水下进行升降的升降装置。
5.根据权利要求2所述的水下电力供给系统，其特征在于，
所述第一受电线圈、所述第二受电线圈以及所述第二供电线圈具有承受所述水下移动体运转的水深处的水压的耐水性和耐压性，并且被设置在非接触供电中使用的由使电磁场穿透的材质构成的磁场透过部件的内侧。
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