JP2017153204A - 水中ロボット用の非接触給電装置 - Google Patents
水中ロボット用の非接触給電装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017153204A JP2017153204A JP2016031856A JP2016031856A JP2017153204A JP 2017153204 A JP2017153204 A JP 2017153204A JP 2016031856 A JP2016031856 A JP 2016031856A JP 2016031856 A JP2016031856 A JP 2016031856A JP 2017153204 A JP2017153204 A JP 2017153204A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power
- coil
- power transmission
- underwater robot
- transmission coil
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 104
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 12
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 21
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 8
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 8
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 7
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 5
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 4
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000009189 diving Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
【解決手段】この非接触給電装置24は、電磁誘導の相互誘導作用に基づき、電源ベース2側の送電コイル26から、水中ロボットつまりAUV1側の受電コイル28に、電力を供給する。送電コイル26は、径大なループ状をなし、受電コイル28は、送電コイル26より径小なループ状をなす。そして受電コイル28は、給電に際し、送電コイル26と内外の関係で対応位置して、送電コイル26の磁界位置内で停止する。
【選択図】図1
Description
例えば海底で、長時間何らかの潜水作業を行う場合、水中ロボットが使用されている。この水中ロボットとしては、図4中に示した耐圧構造で自律移動型の海中無人探査機AUV1が、代表的である。
そして、AUV1に対する電力供給には、非接触給電装置(WPT)(Wireless Power Transfer)が用いられている。
すなわち、海底電源ベース2側のバッテリーに充電,貯蔵された電力が、水中(海中)3で、AUV1に供給されるが、このような海底電源ベース2とAUV1間の電力授受には、非接触給電装置(WPT)が必要不可欠であり、必須的に用いられている。
非接触給電装置としては、例えば電気自動車等にワイヤレス給電する陸上用のものが、現在広く知られ、開発,実用化が進行している。
図5は、AUV1用の従来の非接触給電装置4の説明に供する。まず図5の(2)図に示したように、この非接触給電装置4は、陸上用の一般的な非接触給電装置と同様、電磁誘導の相互誘導作用に基づき例えば磁界共振結合方式(磁界共鳴方式)により、送電側回路5の送電コイル6から、非接触で対向位置せしめられた受電側回路7の受電コイル8に、水中(海中)3において電力を供給する。
すなわち給電に際しては、海底電源ベース2側の送電側回路5において、送電コイル6が、高周波電源9からの高周波交流を励磁電流として通電される(コイル軽量化等のため高周波が使用される)。もって送電コイル6と、AUV1側の受電側回路7の受電コイル8間に、磁束の磁路が形成されて電磁結合され、受電側回路7のバッテリー10が給電,充電される。
そして、従来の非接触給電装置4において、送電コイル6と受電コイル8は、上下等で対をなす同径の対称構造をなしていた(前述した特許文献3についても同様)。又、送電側回路5および受電側回路7には、それぞれ、並列共振用のコンデンサ11が設けられて、共振回路を形成しており、電力供給量の増大が図られている。
図中12は、受電側回路7に設けられ、交流を直流に変換するコンバータ(整流部)や平滑部である。
《第1の問題点》
第1に、重量,コスト,信頼性等に、問題が指摘されていた。すなわち、従来の非接触給電装置4については、特にAUV1側について、次のa,b,c,dの問題が指摘されていた。
a.高水圧下での使用に鑑み、図5の(2)図に示したように、受電側回路7の受電コイル8は、均圧容器13内に収められていた。これに対し、受電側回路7のその他の電子部品は、耐圧容器14内に収められていた。
均圧容器13は、受電カプラーとも称され、外部水圧変化に伴い内外可堯変形可能な樹脂ケースよりなると共に、内部に絶縁油15が封入されていた。もって水圧変化に伴い、絶縁油15にその圧が伝達され、もって内外の圧力が均圧化される構造よりなる。このような均圧容器13内に、受電コイル8が収められていた。
しかしながら、専用の均圧容器13を使用する分だけ、重量やコストが嵩むという問題が指摘されており、装置信頼性への悪影響も指摘されていた。
なお、受電側回路7のその他の電子部品、例えば共振用並列コンデンサ11,コンバータ12,バッテリー10等は、通常の陸上で使われている電気部品製の場合、加圧厳禁であり、金属製耐圧剛構造の耐圧容器14、つまりAUV1機体内に収められていた。
そして、この耐圧容器14のケース壁貫通用の耐圧貫通コネクタ16としては、いわゆる高周波電力型コネクタが使用されていた。前述したように、この非接触給電装置4では高周波交流が使用されており、高周波交流に誘導加熱されない特殊防止構造の高周波電力型コネクタを、使用しなければならなかった。
もってその分、重量やコストが嵩むという問題が指摘されており、装置信頼性への悪影響も指摘されていた。
すなわち図5の(3)図に示したように、均圧容器13中に、受電側回路7の共振用並列コンデンサ11およびコンバータ12を収納する。もって直流に変換した電力を、リード線にて通常型の耐圧貫通コネクタ17を経由して、耐圧容器14内のバッテリー10等へと導入することも、試みられた。
しかしこの場合、共振用並列コンデンサ11やコンバータ12は、高水圧に耐える仕様のものに耐圧部品化しなければならなかった。もってその分、重量が重くなり、特にコストが非常に嵩むという問題が指摘されており、装置信頼性への悪影響も指摘されていた。
第2に、従来の非接触給電装置4については、送電コイル6に受電コイル8を対向位置させることの困難性が、指摘されていた。
すなわち、図5の(1)図,(2)図に示したように、定置された海底電源ベース2側の送電コイル6に対し、浮遊し移動するAUV1側の受電コイル8を、給電に際し非接触で対向位置させ維持し続けることは、多大な困難を伴っていた。
特に、対をなす対称構造の送電コイル6と受電コイル8を対向位置させて、電磁誘導の相互誘導作用に基づき電力を伝送供給可能なギャップ距離は、コイルサイズの数10%以下とされている。
そこで給電に際し、このような僅かな至近距離,ギャップ距離内に、海中3で浮遊するAUV1の水平尾翼1’等側に配された受電コイル8を、定位置に停止,位置決め,維持し続けることは、多大な困難を伴っていた。もってこの面から、非接触給電が容易でないという指摘があった。
そこで、このような停止,位置決め,維持専用の付帯装置の開発も検討テーマとなっていた。しかしながら、これでは更なる重量増やコストアップを招くことになる。
なお図中18は、送電コイル6が収納された均圧容器であり、送電カプラーとも称される。
本発明に係る水中ロボット用の非接触給電装置は、このような実情に鑑み、上記従来技術の課題を解決すべくなされたものである。
そして本発明は、第1に、重量,コスト,信頼性等に優れると共に、第2に、送電コイルの磁界内なら、どこでも受電コイルに給電可能であり、非接触給電が容易化される、水中ロボット用の非接触給電装置を提案することを目的とする。
このような課題を解決する本発明の技術的手段は、特許請求の範囲に記載したように、次のとおりである。
請求項1については、次のとおり。
請求項1の水中ロボット用の非接触給電装置は、水中において、電磁誘導の相互誘導作用に基づき、電源ベース側の送電側回路の送電コイルから、水中ロボット側の受電側回路の受電コイルに、非接触で電力を供給する。
そして該送電コイルは、径大なループ状に巻回されている。該受電コイルは、該送電コイルより径小なループ状に巻回されていること、を特徴とする。
請求項2については、次のとおり。
請求項2の水中ロボット用の非接触給電装置では、請求項1において、該受電コイルは、給電に際し該送電コイルと内外の関係で対応位置し、もって該送電コイルの磁界位置内で停止すること、を特徴とする。
請求項3の水中ロボット用の非接触給電装置では、請求項2において、該水中ロボットは、耐圧構造で自律移動型の海中無人探査機よりなる。
そして該受電コイルは、該水中ロボットの機体胴部の耐圧殻内側に巻回されている。該耐圧殻は、該受電コイルが巻回される部分が、樹脂等の非磁性で電気抵抗の高い材料よりなること、を特徴とする。
請求項4については、次のとおり。
請求項4の水中ロボット用の非接触給電装置では、請求項3において、該電源ベース側の該送電コイルの収納部は、該水中ロボットが通過可能,停止可能な、筒状穴を備えている。
該筒状穴は、両端が開放されると共に、該水中ロボットの機体より径大である。そして該送電コイルは、該筒状穴を形成する該収納部内側に、巻回されていること、を特徴とする。
請求項5の水中ロボット用の非接触給電装置では、請求項4において、該電源ベースの筒状穴は、端部が、中央部に向け徐々に径小となった略ベルマウス形状を備えており、もって該水中ロボットをガイド可能である。
そして該送電コイルは、該筒状穴の径小な該中央部を形成する、該収納部内側の該収納部内に巻回されていること、を特徴とする水中ロボット用の非接触給電装置。
請求項6については、次のとおり。
請求項6の水中ロボット用の非接触給電装置では、請求項2において、該送電側回路について、該送電コイルと並列コンデンサが配されて、並列共振回路が形成されている。又、該受電側回路について、該受電コイルと並列コンデンサが配されて、並列共振回路が形成されている。
そして、両該並列共振回路の共振周波数が等しく設定されると共に、該送電側回路の高周波電源の電源周波数が、該共振周波数と揃えられていること、を特徴とする。
本発明は、このような手段よりなるので、次のようになる。
(1)給電に際しては、水中ロボットの機体胴部が、電源ベース側の筒状穴内にて停止される。そして、水中ロボット側の径小な受電コイルが、電源ベース側の径大な送電コイルに対し、内外の関係で対応位置せしめられる。
(2)その際、受電コイルが送電コイルの巻回エリア内部、つまり磁界位置内に対応位置すればよい。
(3)このようにして、電源ベース側の送電側回路の送電コイルから、水中ロボット側の受電側回路の受電コイルに、電力が供給される。
(4)さて、この非接触給電装置は、このように異径コイル採用を基本とすると共に、受電コイルが、水中ロボットの機体胴部に巻回されている。又、筒状穴が、電源ベースの収納部に形成され、送電コイルが、筒状穴を形成する収納部に巻回されている。このように、簡単容易な構成よりなる。
(5)更に、この非接触給電装置にあっては、水中ロボットの機体胴部が、電源ベース側の筒状穴内にあれば、そして受電コイルが、送電コイルの巻回エリア内部つまり磁界位置内にさえあれば、水中ロボットは、どの位置でも自在に浮遊,停止,位置決め,維持して、容易に給電可能である。
(6)なお、電源ベース側の筒状穴について、ベルマウス形状を備えるようにすると、水中ロボットのガイドとなり、上述した浮遊,停止,位置決め,維持が、より確実,容易化する。送電コイルと受電コイル間の電力伝送距離短縮も可能となる。
(7)そこで、本発明の水中ロボット用の非接触給電装置は、次の効果を発揮する。
第1に、重量,コスト,信頼性等に優れている。
本発明の水中ロボット用の非接触給電装置では、受電コイルが、水中ロボット側の機体胴部耐圧殻内側に巻回されると共に、電源ベース側に筒状部が形成され、送電コイルが、筒状穴を形成する収納部に巻回されている。もって給電に際し、径小の受電コイルが径大な送電コイルと、内外の関係で対応位置する。
このように、本発明の非接触給電装置は、異径コイル採用を基本とした簡単容易な構成よりなる。もって、軽量化が実現されると共にコストが軽減され、装置としての信頼性も向上する。
前述したこの種従来例のように、同径コイル使用を基本とし、均圧容器を用いて受電コイルを収納する構成や、電力引き込み用のリード線のために、高周波電力型特殊構造の耐圧貫通コネクタを使用する構成や、高水圧に耐える仕様の共振用並列コンデンサ,コンバータを用いる構成等を、採用しなくてもよい。もってその分、重量,コスト,信頼性等に優れている。
第2に、送電コイルの磁界内なら、どこでも受電コイルに給電可能となり、非接触給電が容易化されるようになる。
本発明の水中ロボット用の非接触給電装置では、給電に際し、水中ロボットの機体胴部を、電源ベースの筒状穴内で停止させ、受電コイルを、送電コイルと対応位置させる。
そして水中ロボットは、受電コイルが、送電コイルの巻回エリア内部,磁界位置内に位置さえすれば、どこでも自在に浮遊,停止,位置決め,維持して、給電可能となる。もって給電が容易化される。
前述したこの種従来例のように、給電に際し、送電コイルに受電コイルを対向位置にて維持し続ける困難は、解消される。特に、僅かな電力伝送距離内に、浮遊する水中ロボット側の受電コイルを、停止,位置決め,維持し続ける困難は、本発明の場合は確実に解消される。
又、電源ベース側の筒状穴について、ベルマウス形状を備えるようにすると、給電に際し水中ロボットが適切にガイドされ、上述した浮遊,停止,位置決め,維持等が、一段と確実かつ容易となる。なお、送電コイルと受電コイル間の電力伝送距離を短縮して、給電効率を向上せしめることも可能となる。
このように、この種従来技術に存した課題がすべて解決される等、本発明の発揮する効果は、顕著にして大なるものがある。
《水中ロボット等について》
本発明は、水中ロボット用の非接触給電装置に関する。そこでまず、水中ロボット等について、図4等を参照して説明する。
強大な水圧のかかる深海、例えば水深1,000m更には水深3,000m程度の海中3で、調査,計測等の作業を行う水中ロボットとしては、AUV1やROV19が代表的である。
AUV(Autonomous Underwater Vehicle)1は、海中3を通信制御により無軌道で移動,航行できる、自律移動型の海中無人探査機よりなる。
ROV(Remotely Operated Vehicle)19は、母船20とケーブル21でつながれており、ケーブル21を介し電力を受け通信制御されて、無軌道で移動する遠隔操作型の海中無人探査機よりなる。
海底電源ベース2は、AUV1へ電力を供給すべく海底に設けられた電源基地であり、母船20から例えばROV19を使って、そのバッテリー22(図3を参照)に電力が充電,貯蔵される。
もって、海底電源ベース2側のバッテリー22に貯蔵された電力が、AUV1に供給される。このような海中3,海底23における、海底電源ベース2とAUV1間の電力授受に、非接触給電装置が使用される。
まず、本発明の前提として、水中ロボットの代表例であるAUV1用の非接触給電装置24(WPT)について、図1,図3、図4等を参照して、一般的に説明しておく。
この非接触給電装置24は、水中3において、電磁誘導の相互誘導作用に基づき、海底電源ベース2側の送電側回路25の送電コイル26から、水中ロボット側つまりAUV1側の受電側回路27の受電コイル28に、非接触で電力を供給する。
送電コイル26以外の送電側回路25は、海底電源ベース2に配設される。海底電源ベース2は、金属製耐圧剛構造の耐圧容器よりなる。収納部29は、少なくとも送電コイル26が巻回されるトップカバー部が樹脂製の均圧容器よりなる(耐圧容器や均圧容器については、背景技術欄で前述した所を参照)。なお均圧容器に代え、樹脂が内部充填された容器を耐圧容器的に用いるようにしてもよい。
これに対し、2次側の受電側回路27は、AUV1側に配設される。
受電側回路27の受電コイル28は、バッテリー32に接続されている。すなわち受電コイル28からの出力は、コンバータ33にて交流が直流に変換され、その出力が平滑コンデンサにて安定電圧化された後、バッテリー32に供給される。そして充電されたバッテリー32にて、必要に応じインバータを介し、負荷34が駆動される。
送電側回路25には、並列共振用の並列コンデンサ35が設けられ、受電側回路27にも、並列共振用の並列コンデンサ36が設けられている。送電コイル26と並列コンデンサ35、受電コイル28と並列コンデンサ36は、それぞれ共振回路を形成しており、共振により電力供給量の増大が図られている。
なお、更に直列共振用の直列コンデンサを用いることも考えられるが、共振回路としては、並列共振用の並列コンデンサ35,36のみの使用、又は、直列共振用の直列コンデンサのみの使用も可能である。
そして、両並列共振回路の共振周波数が等しく設定されると共に、送電側回路25の高周波電源30の電源周波数も、共振周波数と等しく揃えられている。
すなわち送電コイル26に、高周波電源30からの給電交流,励磁電流を印加,通電することにより、自己誘導起電力が発生して磁界が送電コイル26の周囲に生じ、磁束φがコイル面に対して直角方向に形成される。そして形成された磁束φが、受電コイル28を貫き鎖交することにより、誘導起電力が生成され磁界が誘起される。
このように誘起された磁界を利用して、数kW以上〜数10kW〜数100kW程度の電力供給が可能となっている。送電コイル26側の磁束φの磁気回路と、受電コイル28側の磁束φの磁気回路は、相互間にも磁束φの磁気回路つまり磁路φが形成されて、電磁結合される。
この非接触給電装置24では、このような電磁誘導の相互誘導作用に基づいた磁界共振結合方式による、非接触給電が行われている。すなわち、前述したように共振周波数,電源周波数を揃えることにより、送電コイル26と受電コイル28間について、磁界共振現象が生じる。もって、更なる非接触ギャップ拡大が可能となっている。
非接触給電装置24について、一般的説明は以上のとおり。
以下、本発明の水中ロボット用の非接触給電装置24について、図1〜図4を参照して説明する。まず、本発明の概要については、次のとおり。
本発明の非接触給電装置24は、上述したように水中3において、電磁誘導の相互誘導作用に基づき磁界共振結合方式により、海底電源ベース2側の送電側回路25の送電コイル26から、水中ロボット側つまりAUV1側の受電側回路27の受電コイル28に、非接触で電力を供給する。
送電コイル26は、径大なループ状に巻回されており、受電コイル28は、送電コイル26より径小なループ状に巻回されている。そして受電コイル28は、給電に際し、送電コイル26と内外の関係で対応位置し、送電コイル26の磁界位置内で停止すること、を特徴とする。
本発明の概要については、以上のとおり。以下、このような本発明の非接触給電装置24について、更に詳述する。
まず、この非接触給電装置24の送電コイル26や筒状穴37等について、図1を参照して説明する。
海底電源ベース2の送電コイル26の収納部29は、水中ロボットのAUV1が通過,停止可能な筒状穴37を備えている。
すなわち海底電源ベース2側には、送電コイル26用のカプラーつまり収納部29が設けられている。そして収納部29には、水中ロボットつまりAUV1が、通過可能,停止可能な筒状穴37が形成されている。
筒状穴37は、両端が開放されると共に、水中ロボットつまりAUV1より径大であり、送電コイル26は、筒状穴37を形成する収納部29内側に巻回されている。
すなわち筒状穴37は、AUV1の機体胴部38その他の機体より径大であると共に、その両端が開放された貫通穴よりなる。筒状穴37の径Wは、AUV1の機体胴部38の径Dの1.5倍〜6倍程度、例えば3倍〜5倍程度よりなり、左右両端が開放された直線横穴よりなる。
すなわち収納部29について、筒状穴37形成箇所つまりトップカバー部壁の内側に、送電コイル26が巻回されている。トップカバー部壁は、磁界の磁路となることに鑑み、樹脂やFRP等、磁化されず磁界の影響を受けない非磁性,非導電性,高電気抵抗の材料にて構成される。
送電コイル26は、スパイラル円環状,方形環状,その他の環状,ループ状をなして巻回される。もって送電コイル26の巻径は、巻回される筒状穴37の径Wにほぼ見合っており、AUV1の機体胴部38の径Dの1.5倍〜6倍程度、代表的には3倍〜5倍程度よりなる。
従って送電コイル26は、後述するようにAUV1の機体胴部38に巻回される受電コイル28より、例えば3倍〜5倍程度径大な設定よりなる。
送電コイル26,筒状穴37等については以上のとおり。
次に、この非接触給電装置24の受電コイル28やAUV1について、図1を参照して説明する。
この水中ロボットつまりAUV1は、耐圧構造で自律移動型の海中無人探査機よりなり、受電コイル28は、その機体胴部38の耐圧殻内側に巻回されている。耐圧殻は、受電コイル28が巻回される部分が、樹脂等の非磁性で電気抵抗の高い材料よりなる。
筒状穴37は上述したように、AUV1の機体胴部38の径Dに対し、例えば3倍〜5倍程度の径Wよりなり、もってAUV1は、筒状穴37内を、自在に通過,停止,位置決め,浮遊等、可能となっている。
なお図中39は、AUV1の1対のスクリューであり、40は、それぞれのモータ収納部である。
もって受電コイル28の巻径は、巻回されるAUV1の機体胴部38の径Dに見合っており、海底電源ベース2の収納部29側の筒状穴37の径Wの例えば1/3〜1/5程度となっている。従って受電コイル28は、筒状穴37に巻回される送電コイル26に比し、例えば1/3〜1/5程度と、はるかに径小な設定よりなる。
さて給電に際しては、AUV1を、海底電源ベース2収納部29の筒状穴37内で停止させることにより、受電コイル28を、送電コイル26と内外の関係で対応位置させる。
すなわち、受電コイル28が送電コイル26の巻回エリア内部に位置すべく、AUV1を停止させることにより、つまり、受電コイル28が送電コイル26の磁界位置内に位置すべく、AUV1を停止させることにより、給電が実施される。
なお図示例では、受電コイル28の巻回軸と、送電コイル26の巻回軸とが、一致しているが、これによらず、両巻回軸方向が平行であってもよく、更には、平行でなくても可能である。
受電コイル28やAUV1については、以上のとおり。
次に、図2の例について説明する。
図2の例の非接触給電装置24では、海底電源ベース2の筒状穴37は、端部41が、中央部42に向け徐々に径小となった略ベルマウス形状を備えており、水中ロボットつまりAUV1をガイド可能となっている。
そして送電コイル26は、筒状穴37の径小な中央部42を形成する、収納部29内側に巻回されている。
そして図示例の筒状穴37は、中央部42と、ベルマウス形状の両方の端部41と、から構成されている。もってAUV1が、筒状穴37を左右両側から通過することが可能となっている。
これに対し、図示例によらず筒状穴37が、中央部41と、ベルマウス形状の一方の端部41とからなり、他方端側は例えば閉鎖する構成も可能である。このような構成では、AUV1は、筒状穴37内にて停止可能ではあるが、通過は不能となる。
このような構成の図示例の非接触給電装置24については、次の利点がある。まず給電に際し、AUV1を適切にガイド可能となる。
すなわち、筒状穴37のベルマウス形状の端部41にて、AUV1をガイドすることにより、AUV1の機体胴部38を、筒状穴37の中央部42へと導くことができる。もって、AUV1側の受電コイル28を、海底電源ベース2側の収納部29の送電コイル26に対し、内外の関係で停止,位置決め,維持せしめることが、確実かつ容易に可能となるという利点がある。
更に、送電コイル26と受電コイル28について、相互間の距離を大幅に短縮した給電が、実現可能となる。電力伝送距離を大幅に短縮した給電が、可能となるという利点がある。
なお、この図2の例の非接触給電装置24について、その他の構成,機能等は、図1の例について前述した所に準じるので、その説明は省略する。
図2の例については、以上のとおり。
本発明の水中ロボット用の非接触給電装置24は、以上説明したように構成されている。そこで以下のようになる。
(1)給電に際しては、水中ロボットのAUV1について、機体胴部38が海底電源ベース2側の筒状穴37内にて停止される。そして、AUV1側の径小な受電コイル28が、海底電源ベース2側の径大な送電コイル26に対し、内外の関係で対応位置せしめられる(図1,図4を参照)。
従ってAUV1は、受電コイル28がそのような位置に位置すべく、海底電源ベース2側の筒状穴37内へと移動して、停止する(図1,図4を参照)。
すなわち、水中(海中)3において非接触で、海底電源ベース2側からAUV1側に、電磁誘導の相互誘導作用に基づき磁界共振結合方式にて、電力が授受される(図1,図4を参照)。
このように、この非接触給電装置24は、異径コイル採用を基本とした、簡単容易な構成よりなる。
すなわち、同径コイル採用を基本とした前述したこの種従来例の非接触給電装置4(図5を参照)に比し、均圧容器13や、高周波電圧型特殊構造の耐圧貫通コネクタ16や、耐高水圧仕様のコンデンサ11,コンバータ12、等々を採用しないでよい。もって、より簡単な構成により容易に、非接触給電が実現される。
前述したこの種従来例の非接触給電装置4のように、浮遊するAUV1を定位置に停止,位置決め,維持する困難は、解消される。
又、送電コイル26と受電コイル28間の電力伝送距離の短縮化も、可能となる。
この程度の低い結合係数の場合、陸上・空中で非接触給電を実施すると、伝送効率,給電効率が低く、コイル冷却手段が別途必要となる。
しかし、本発明のように水中(海中)3で非接触給電を実施する場合、特に、海水温が5℃以下となるような深海の場合は、冷却が何らの手段を要することなく自然かつ容易に行われる。もって、支障なく非接触給電が行われる。
作用等については、以上のとおり。
1’ 水平尾翼
2 海底電源ベース
3 水中(海中)
4 非接触給電装置(従来例)
5 送電側回路(従来例)
6 送電コイル(従来例)
7 受電側回路(従来例)
8 受電コイル(従来例)
9 高周波電源(従来例)
10 バッテリー(従来例)
11 並列コンデンサ(従来例)
12 コンバータ(従来例)
13 均圧容器
14 耐圧容器
15 絶縁油
16 耐圧貫通コネクタ(高周波電力型)
17 耐圧貫通コネクタ(通常型)
18 均圧容器
19 ROV
20 母船
21 ケーブル
22 バッテリー(本発明)
23 海底
24 非接触給電装置(本発明)
25 送電側回路(本発明)
26 送電コイル(本発明)
27 受電側回路(本発明)
28 受電コイル(本発明)
29 収納部
30 高周波電源
31 インバータ
32 バッテリー(本発明)
33 コンバータ(本発明)
34 負荷
35 並列コンデンサ(本発明)
36 並列コンデンサ(本発明)
37 筒状穴
38 機体胴部
39 スクリュー
40 モータ収納部
41 端部
42 中央部
D 径
W 径
W’ 径
φ 磁路
Claims (6)
- 水中において、電磁誘導の相互誘導作用に基づき、電源ベース側の送電側回路の送電コイルから、水中ロボット側の受電側回路の受電コイルに、非接触で電力を供給する非接触給電装置であって、
該送電コイルは、径大なループ状に巻回されており、該受電コイルは、該送電コイルより径小なループ状に巻回されていること、を特徴とする水中ロボット用の非接触給電装置。 - 請求項1において、該受電コイルは、給電に際し該送電コイルと内外の関係で対応位置し、もって該送電コイルの磁界位置内で停止すること、を特徴とする水中ロボット用の非接触給電装置。
- 請求項2において、該水中ロボットは、耐圧構造で自律移動型の海中無人探査機よりなり、該受電コイルは、該水中ロボットの機体胴部の耐圧殻内側に巻回されており、
該耐圧殻は、該受電コイルが巻回される部分が、樹脂等の非磁性で電気抵抗の高い材料よりなること、を特徴とする水中ロボット用の非接触給電装置。 - 請求項3において、該電源ベース側の該送電コイルの収納部は、該水中ロボットが通過可能,停止可能な筒状穴を備えており、
該筒状穴は、両端が開放されると共に、該水中ロボットの機体より径大であり、該送電コイルは、該筒状穴を形成する該収納部内側に巻回されていること、を特徴とする水中ロボット用の非接触給電装置。 - 請求項4において、該電源ベースの筒状穴は、端部が、中央部に向け徐々に径小となった略ベルマウス形状を備えており、もって該水中ロボットをガイド可能であり、
該送電コイルは、該筒状穴の径小な該中央部を形成する、該収納部内側に巻回されていること、を特徴とする水中ロボット用の非接触給電装置。 - 請求項2において、該送電側回路について、該送電コイルと並列コンデンサが配されて並列共振回路が形成され、又、該受電側回路について、該受電コイルと並列コンデンサが配されて並列共振回路が形成されており、
両該並列共振回路の共振周波数が等しく設定されると共に、該送電側回路の高周波電源の電源周波数が、該共振周波数と揃えられていること、を特徴とする水中ロボット用の非接触給電装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016031856A JP6643139B2 (ja) | 2016-02-23 | 2016-02-23 | 水中ロボット用の非接触給電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016031856A JP6643139B2 (ja) | 2016-02-23 | 2016-02-23 | 水中ロボット用の非接触給電装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017153204A true JP2017153204A (ja) | 2017-08-31 |
JP6643139B2 JP6643139B2 (ja) | 2020-02-12 |
Family
ID=59741083
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016031856A Active JP6643139B2 (ja) | 2016-02-23 | 2016-02-23 | 水中ロボット用の非接触給電装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6643139B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108633808A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-10-12 | 济南比罗茨信息科技有限公司 | 水下无人作业水产养殖机器人 |
CN109177763A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-01-11 | 哈尔滨工业大学(威海) | 无线充电的磁耦合结构及自主式水下航行器系统 |
CN111313564A (zh) * | 2020-02-18 | 2020-06-19 | 湖南大学 | 一种水下无人潜航器无线电能传输系统及控制方法 |
KR20240030478A (ko) * | 2022-08-31 | 2024-03-07 | 김승환 | 수면청소로봇 무선충전장치 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109192473B (zh) * | 2018-09-14 | 2020-12-01 | 哈尔滨工业大学(威海) | 自主式水下航行器无线充电的磁耦合结构及自主式水下航行器系统 |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6124690A (ja) * | 1984-07-13 | 1986-02-03 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | 水中航走体の揚収装置 |
JPH07320964A (ja) * | 1994-05-23 | 1995-12-08 | Izumi Prod Co | 電磁誘導式充電器 |
JP2003026090A (ja) * | 2001-07-10 | 2003-01-29 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 自律型無人航走体を用いた海底探査方式及びその装置 |
JP2007001565A (ja) * | 2005-05-25 | 2007-01-11 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 水中航走体の投入・揚収方法及び装置、並びに、水中航走体の投入・揚収用多胴船 |
JP2012143106A (ja) * | 2011-01-05 | 2012-07-26 | Showa Aircraft Ind Co Ltd | 磁界共鳴方式の非接触給電装置 |
US20130083623A1 (en) * | 2011-09-30 | 2013-04-04 | Cggveritas Services Sa | Deployment and recovery of autonomous underwater vehicles for seismic survey |
JP2013188002A (ja) * | 2012-03-07 | 2013-09-19 | Hitachi Maxell Ltd | 非接触電力伝送システム及び非接触電力伝送方法 |
JP2013219972A (ja) * | 2012-04-11 | 2013-10-24 | Ihi Corp | 水中電力供給システム |
US20140301161A1 (en) * | 2012-11-14 | 2014-10-09 | Cgg Services Sa | Marine seismic survey and method using autonomous underwater vehicles and underwater bases |
JP2015231307A (ja) * | 2014-06-06 | 2015-12-21 | 株式会社Ihi | 送電装置、受電装置及び非接触給電システム |
-
2016
- 2016-02-23 JP JP2016031856A patent/JP6643139B2/ja active Active
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6124690A (ja) * | 1984-07-13 | 1986-02-03 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | 水中航走体の揚収装置 |
JPH07320964A (ja) * | 1994-05-23 | 1995-12-08 | Izumi Prod Co | 電磁誘導式充電器 |
JP2003026090A (ja) * | 2001-07-10 | 2003-01-29 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 自律型無人航走体を用いた海底探査方式及びその装置 |
JP2007001565A (ja) * | 2005-05-25 | 2007-01-11 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 水中航走体の投入・揚収方法及び装置、並びに、水中航走体の投入・揚収用多胴船 |
JP2012143106A (ja) * | 2011-01-05 | 2012-07-26 | Showa Aircraft Ind Co Ltd | 磁界共鳴方式の非接触給電装置 |
US20130083623A1 (en) * | 2011-09-30 | 2013-04-04 | Cggveritas Services Sa | Deployment and recovery of autonomous underwater vehicles for seismic survey |
JP2013188002A (ja) * | 2012-03-07 | 2013-09-19 | Hitachi Maxell Ltd | 非接触電力伝送システム及び非接触電力伝送方法 |
JP2013219972A (ja) * | 2012-04-11 | 2013-10-24 | Ihi Corp | 水中電力供給システム |
US20140301161A1 (en) * | 2012-11-14 | 2014-10-09 | Cgg Services Sa | Marine seismic survey and method using autonomous underwater vehicles and underwater bases |
JP2015231307A (ja) * | 2014-06-06 | 2015-12-21 | 株式会社Ihi | 送電装置、受電装置及び非接触給電システム |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108633808A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-10-12 | 济南比罗茨信息科技有限公司 | 水下无人作业水产养殖机器人 |
CN108633808B (zh) * | 2018-04-24 | 2020-09-04 | 台州柯诗达净水设备股份有限公司 | 水下无人作业水产养殖机器人 |
CN109177763A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-01-11 | 哈尔滨工业大学(威海) | 无线充电的磁耦合结构及自主式水下航行器系统 |
CN109177763B (zh) * | 2018-10-24 | 2022-01-14 | 哈尔滨工业大学(威海) | 无线充电的磁耦合结构及自主式水下航行器系统 |
CN111313564A (zh) * | 2020-02-18 | 2020-06-19 | 湖南大学 | 一种水下无人潜航器无线电能传输系统及控制方法 |
CN111313564B (zh) * | 2020-02-18 | 2023-05-16 | 湖南大学 | 一种水下无人潜航器无线电能传输系统及控制方法 |
KR20240030478A (ko) * | 2022-08-31 | 2024-03-07 | 김승환 | 수면청소로봇 무선충전장치 |
KR102699592B1 (ko) | 2022-08-31 | 2024-08-27 | 김승환 | 수면청소로봇 무선충전장치 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6643139B2 (ja) | 2020-02-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6643139B2 (ja) | 水中ロボット用の非接触給電装置 | |
US11502550B2 (en) | Power transmitting device that transmits power to power receiving device having power receiving coil in water | |
US9647483B1 (en) | Closed magnetic wireless power transfer system | |
JP6622157B2 (ja) | 水中非接触給電装置 | |
WO2014109144A1 (ja) | 非接触給電システム | |
Wu et al. | Design and implementation of a uniform power and stable efficiency wireless charging system for autonomous underwater vehicles | |
WO2017013825A1 (ja) | 送電装置 | |
JP7222035B2 (ja) | 送電装置 | |
WO2016140239A1 (ja) | 船舶の電力供給システム | |
WO2018180355A1 (ja) | 伝送コイル及び送電装置 | |
Guo et al. | Design considerations for a position-adaptive contactless underwater power deliver system | |
US11569689B2 (en) | Power receiving device, power transmitting device, and underwater power supply system | |
US20210221241A1 (en) | Underwater Non-Contact Power Supply Device | |
WO2016121089A1 (ja) | 電力供給システム、及び電力供給方法 | |
KR20240122723A (ko) | 잠수정 수중 무선충전 시스템 | |
JP6497813B2 (ja) | 水中非接触給電装置 | |
WO2018051934A1 (ja) | 無線給電装置 | |
WO2021060529A1 (ja) | 送電コイル、送電装置および海中給電システム | |
RU2610145C2 (ru) | Бесконтактное устройство передачи электрической энергии | |
Shimazaki et al. | Effect of Seawater for Contactless Power Transmission | |
JP2022086556A (ja) | 受電装置および電力制御方法 | |
RU2668552C1 (ru) | Устройство и способ снижения потерь при бесконтактной передаче электрической энергии | |
JP2024107776A (ja) | ワイヤレス給電システム、送電装置、送電電圧制御方法および充電電流制御方法 | |
Inamori et al. | Contactless power transfer in seawater | |
Zhang et al. | Design of Underwater Wet Plug Connectors System Based on the Principle of Wireless Power Transfer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180525 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190215 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190404 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190416 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190807 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190903 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20191224 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200106 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6643139 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313532 |