JP2021044485A - コイル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】給電効率の低下を抑制する。【解決手段】コイル装置１０は、磁束を発生させる送電コイルＣ２と、送電コイルＣ２を覆うカバー２１と、カバー２１における送電コイルＣ２とは反対側の表面２１ａに設けられた電極Ｅと、電極Ｅと電気的に接続されており、電極Ｅに電圧を印加する電圧印加部３０と、を備え、電極Ｅは、カバー２１の表面２１ａの法線方向から見て、磁束を示す磁束線Ｂ１の延在方向に沿って延在している。【選択図】図３

Description

本開示は、コイル装置に関する。

コイル装置は、例えば、非接触給電システムに用いられる。非接触給電システムは、送電コイルと受電コイルとを備えている。これらコイル同士は、電磁誘導又は磁界共鳴といった原理に基づき磁気的に互いに結合する。これらコイル同士の磁気的結合を利用して、非接触による送電が実現されている。非接触給電システムは、例えば、自動車などの地上の移動体、或いは水中航走体などの水中移動体に用いられる。

特許文献１は、水中移動体に用いられる非接触給電システムを開示する。この非接触給電システムでは、受電コイルは、水中移動体（無人水中航走体）に設置され、送電コイルは、水中移動体が帰還するプラットフォーム（水上の船舶又は水中の基地）に設置される。受電コイルは、水中移動体に設けられたカバー部材によって覆われ、このカバー部材の外面にはスクレーパ部材が取り付けられている。送電コイルは、プラットフォームに設けられたカバー部材によって覆われ、このカバー部材の外面には別のスクレーパ部材が取り付けられている。これらスクレーパ部材は、水中移動体とプラットフォームとの相対移動に伴って、各カバー部材に付着した異物を払い除ける。

特開２０１５−２３１３０７号公報

例えば水中航走体などの移動体の充電設備として非接触給電システムを利用する場合、受電コイルが移動体に設置される一方、送電コイルは海中に設置されることがある。送電コイルが海中に設置される場合、送電コイル上には、例えば貝類などの生物が付着して堆積物を形成することがあり得る。この場合、この堆積物が妨げとなって、受電コイルを送電コイルに十分に接近させることができなくなり、給電効率が低下する虞がある。

これに対し、電気的衝撃により生物を除去するための導電性膜を送電コイル上に設ける構成が考えられる。しかし、この構成では、送電時に、送電コイルの磁束が導電性膜に錯交することによって導電性膜内に大きな渦電流が発生し得る。このような渦電流の発生は、給電効率を著しく低下させる要因となり得る。

本開示は、給電効率の低下を抑制できるコイル装置を説明する。

本開示のコイル装置は、磁束を発生させるコイルと、コイルを覆うカバーと、カバーにおけるコイルとは反対側の表面に設けられた電極と、電極と電気的に接続されており、電極に電圧を印加する電圧印加部と、を備え、電極は、カバーの表面の法線方向から見て、磁束の延在方向に沿って延在している。

このコイル装置では、コイルを覆うカバーの表面に電極が設けられており、この電極には電圧印加部により電圧が印加される。電圧が印加された電極の周囲には電場が形成され、この電場は、生物に対する忌諱効果、すなわち生物が嫌って近寄らなくなる効果を有する領域（忌諱領域）を形成する。例えば、コイル装置が海中に設置される場合、海中で電極の周囲に電場が形成されると、海水が電気分解されることで次亜塩素酸イオンが発生する。次亜塩素酸イオンは、例えば貝類などの海洋生物に対する忌諱効果を有する。このため、カバーの表面に設けられる電極に電圧を印加することによって、当該表面に生物が近づかないようにすることができる。つまり、当該表面への生物の付着を抑制でき、当該表面に生物の堆積物が形成される事態を抑制できる。その結果、給電時に、コイル装置に相手方コイル装置を十分に接近させることができるので、コイル装置と相手方コイル装置との給電効率の低下を抑制できる。また、電極は、カバーの表面の法線方向から見て、コイルが発生する磁束の延在方向に沿って延在している。これにより、磁束に直交する方向における電極の断面積を小さくすることができる。従って、電極内で誘起され得る渦電流が小さくなる。その結果、電極への磁束の鎖交に起因するジュール損失の増大を抑制できるので、給電効率が著しく低下する事態を抑制できる。

いくつかの態様において、コイルは、サーキュラー型のコイルであり、導線が巻回された巻回部と、巻回部によって囲まれ且つ導線が巻回されていない非巻回部とを含み、表面は、法線方向から見て、巻回部と重なる第１の領域と、非巻回部と重なる第２の領域とを含み、電極は、第１の領域に配置されていてもよい。この場合、第２の領域には、コイルから発生する磁束が集中する。上記構成によれば、磁束が多く通る第２の領域に、当該磁束が鎖交する電極が配置されないので、当該磁束の電極への鎖交に起因するジュール損失の増大がより確実に抑制される。その結果、給電効率が著しく低下する事態をより確実に抑制できる。

いくつかの態様において、コイル装置は、電極を複数備え、複数の電極は、表面において第２の領域を中心とする周方向に沿って並んでおり、電圧印加部は、複数の電極のうち周方向において互いに隣り合う一対の電極のそれぞれに互いに異なる電圧を印加する第１の制御を行ってもよい。電圧印加部が第１の制御を行うと、一対の電極の間の対向領域に電場が形成される。周方向において互いに隣り合う一対の電極同士の対向領域の面積は、第２の領域を挟んで互いに対向する位置に配置される一対の電極同士の対向領域の面積よりも大きくなる。この対向領域の面積が大きいほど、一対の電極に電圧を印加したときに、カバーの表面上のより広い領域に電場を形成できる。したがって、周方向において互いに隣り合う一対の電極のそれぞれに互いに異なる電圧を印加すれば、カバーの表面上により広い忌諱領域を形成できるので、当該表面への生物の付着をより確実に抑制できる。その結果、給電効率の低下をより確実に抑制できる。

いくつかの態様において、コイル装置は、電極を複数備え、複数の電極は、表面において第２の領域を中心とする周方向に沿って並んでおり、電圧印加部は、複数の電極のうち第２の領域を挟んで互いに対向する位置に配置された一対の電極のそれぞれに互いに異なる電圧を印加する第２の制御を行ってもよい。電圧印加部が第２の制御を行うと、カバーの表面の第２の領域上に忌諱領域を形成できる。したがって、カバーの表面の第２の領域上に忌諱領域を形成するために、カバーの表面の第２の領域上に電極を配置する必要がない。つまり、磁束が多く通る第２の領域に、当該磁束に鎖交する電極が配置されないので、当該磁束の電極への鎖交に起因するジュール損失の増大がより確実に抑制される。その結果、給電効率が著しく低下する事態をより確実に抑制できる。

本開示のいくつかの態様によれば、給電効率の低下を抑制できるコイル装置が提供される。

図１は、一実施形態に係るコイル装置を備える非接触給電システムを示す断面図である。 図２は、図１に示すII−II線に沿った断面図である。 図３は、図１に示すコイル装置を示す平面図である。 図４は、図３に示すカバーの表面を示す平面図である。 図５は、図３に示す制御部の第１の制御により電場が形成される領域を示す平面図である。 図６は、図３に示す制御部の第２の制御により電場が形成される領域を示す平面図である。 図７は、コイル装置の変形例を示す平面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。以下の説明において、「上」及び「下」との語は、鉛直方向を基準として用いられる。

図１及び図２を参照して、本実施形態に係るコイル装置１０を備えた非接触給電システム１について説明する。コイル装置１０は、例えば、非接触給電システム１における送電装置１２として用いられる。非接触給電システム１は、受電装置１１と送電装置１２との間の磁気的結合を利用して送電装置１２から受電装置１１へ電力を供給する。非接触給電システム１は、例えば、地上又は水中を移動する移動体に搭載されるバッテリを充電する。

本実施形態では、海中を移動する移動体２に非接触給電システム１を適用した場合を例示する。この場合、受電装置１１は、海中を移動する移動体２に設けられる。移動体２は、例えば自律型の無人潜水艇などの水中航走体である。移動体２は、例えば、前後方向に延びる円筒状をなす筐体２ａを有する。受電装置１１は、例えば、筐体２ａの内部に配置されている。受電装置１１は、例えば、筐体２ａの内周面２ｂに取り付けられている。受電装置１１は、受電回路及び充電回路などを介して筐体２ａの内部に配置されたバッテリに電気的に接続されている。なお、受電装置１１は、筐体２ａの内部に配置されていなくてもよい。受電装置１１は、例えば、筐体２ａの外周面２ｃから露出していてもよく、外周面２ｃから突出していてもよい。

一方、送電装置１２は、海中に設置されたプラットフォーム３に設けられる。プラットフォーム３は、移動体２のバッテリに送電するための施設である。プラットフォーム３は、例えば、半円筒状に形成された壁部３ａを有する。送電装置１２は、壁部３ａの内周面３ｂに設けられている。送電装置１２は、例えば、内周面３ｂから突出しており、内周面３ｂから露出している。送電装置１２は、内周面３ｂから突出せずに壁部３ａに埋め込まれていてもよい。送電装置１２は、送電回路及び整流回路などを介して外部電源に電気的に接続されている。

図１及び図２に示すように、送電時には、プラットフォーム３の壁部３ａの内周面３ｂの内側に移動体２が移動し、移動体２の内周面２ｂに取り付けられた受電装置１１と内周面３ｂに設けられた送電装置１２とが、上下方向において所定の間隔で互いに対面する。受電装置１１と送電装置１２とが上下方向に対面すると、受電装置１１の内部の受電コイルＣ１と送電装置１２の内部の送電コイルＣ２とが電磁気的に互いに結合して電磁結合回路を形成する。これにより、送電コイルＣ２から受電コイルＣ１への送電が行われる。言い換えれば、受電装置１１は、送電装置１２から非接触で電力を受け取る。電磁結合回路は、「電磁誘導方式」で送電及び受電を行う回路であってもよく、「磁界共鳴方式」で送電及び受電を行う回路であってもよい。

以下、コイル装置１０を送電装置１２として利用する態様を例に、コイル装置１０について更に詳細に説明する。

コイル装置１０は、例えば扁平な形状をなしている。コイル装置１０は、筐体２０と、送電コイルＣ２と、複数の電極Ｅと、電圧印加部３０とを備えている。筐体２０は、少なくとも送電コイルＣ２を収容する。筐体２０は、カバー２１とベース２２とを含む。カバー２１は、送電コイルＣ２の表面側に配置された箱体である。送電コイルＣ２の表面とは、コイル装置１０に対面する受電装置１１に近い面を指す。

カバー２１は、送電コイルＣ２を含む内装部品を覆っている。カバー２１は、例えば、非磁性且つ非導電性の材料により形成される。カバー２１の材料として、例えばガラス繊維強化樹脂（ＧＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics）などの樹脂材料を採用してもよい。カバー２１は、上下方向において送電コイルＣ２とは反対側に位置する表面２１ａを含んでいる。表面２１ａは、カバー２１の外側に露出する外面であり、上下方向において受電装置１１と対面する。本実施形態では、表面２１ａは上下方向に直交する平面であり、表面２１ａの法線方向は例えば上下方向に一致する。

ベース２２は、送電コイルＣ２の裏面側に配置された板状部材である。送電コイルＣ２の裏面とは、受電装置１１から遠い面、すなわち上下方向において表面とは反対側の面を指す。ベース２２は、コイル装置１０の全体としての剛性を確保する。ベース２２は、例えば、非磁性材料であって導電性を有する材料により形成される。ベース２２の材料として、比較的剛性の高い材料を採用してもよい。また、ベース２２の材料として、例えば透磁率の低い金属材料であるアルミニウムを採用してもよい。このようなベース２２の材料の選択によれば、ベース２２は、漏えい磁束の外部流出を遮蔽することができる。換言すると、ベース２２は、磁気シールド特性を有する。これらのカバー２１及びベース２２によって、送電コイルＣ２などを収容する収容空間が形成されている。以上の構成を有する筐体２０は、受電装置１１にも具備されている。受電装置１１の受電コイルＣ１は、筐体２０の内部に収容されている。

図３に示すように、送電コイルＣ２は、受電コイルＣ１への送電のための磁束を示す磁束線Ｂ１を発生させる。送電コイルＣ２は、例えば、同一平面内で渦巻状に巻回された導線１５によって形成される。送電コイルＣ２は、例えばサーキュラー型のコイルである。サーキュラー型のコイルにおいて、導線１５は、巻軸（コイル軸）の周りを囲むように巻線方向に巻かれている。この場合、導線１５の巻線方向は、巻軸に垂直な平面において渦巻状に延びる方向である。巻軸の延在方向は、例えば、カバー２１の表面２１ａの法線方向と一致する。送電コイルＣ２は、導線１５が渦巻状に巻回された態様であればよく、一層であっても多層であってもよい。

表面２１ａの法線方向から見た送電コイルＣ２の形状は、例えば矩形、円形、又は楕円形などの種々の形状を採り得る。図３に示される例では、送電コイルＣ２の形状は、略円形状である。導線１５としては、例えば、互いに絶縁された複数の導体素線が撚り合わされたリッツ線が用いられてもよく、表皮効果による高周波抵抗を抑えたリッツ線が用いられてもよい。導線１５は、例えば、銅又はアルミニウムの単線であってもよい。

送電コイルＣ２は、例えば、平板状の部材であるボビン（不図示）の溝にはめ込まれている。ボビンは、非磁性且つ非導電性の材料（例えばシリコーン又はポリフェニレンサルファイド樹脂など）によって形成される。そして、ボビンがベース２２に固定されることにより、筐体２０の収容空間内における送電コイルＣ２の位置が定まる（図１及び図２参照）。なお、必要に応じて、ボビンとベース２２との間に、フェライト板が設けられてもよい。換言すると、フェライト板は、送電コイルＣ２とベース２２との間に配置されてもよい。

送電コイルＣ２は、導線１５が巻回された巻回部Ｃａと、導線１５が巻回されていない非巻回部Ｃｂとを含んでいる。非巻回部Ｃｂは、巻回部Ｃａによって囲まれた部分であり、導線１５の巻軸を含んでいる。図３には、送電コイルＣ２が発生する磁束が９本の磁束線Ｂ１によって示されている。図３に示す磁束線Ｂ１は、単に、磁界の方向を示すものである。磁束線Ｂ１は、巻回部Ｃａの周囲に発生する。磁束線Ｂ１は、巻回部Ｃａの内側である非巻回部Ｃｂを導線１５の巻軸に沿って延在し、当該巻軸の一方側から巻回部Ｃａの外側を通って当該巻軸の他方側に至り、非巻回部Ｃｂに再度進入する。したがって、非巻回部Ｃｂは、磁束線Ｂ１が集中する部分となる。

図４に示すように、カバー２１の表面２１ａは、表面２１ａの法線方向から見て、巻回部Ｃａと重なる領域ＲＡ（第１の領域）と、非巻回部Ｃｂと重なる領域ＲＢ（第２の領域）とを含んでいる。領域ＲＢは、領域ＲＡによって囲まれた領域であり、導線１５の巻軸と表面２１ａとの交点Ｐを含んでいる。例えば、導線１５の巻軸が表面２１ａの中心点を通る場合、交点Ｐは、表面２１ａの中心点に一致する。しかし、交点Ｐは、表面２１ａの中心点以外の位置であってもよい。上述したように非巻回部Ｃｂは磁束線Ｂ１が集中する部分となるので、非巻回部Ｃｂ上の領域ＲＢも、磁束線Ｂ１が集中する領域となる。

表面２１ａの法線方向から見ると、図３に示すように、磁束線Ｂ１は、表面２１ａの領域ＲＢに含まれる交点Ｐから放射状に延在する。言い換えると、磁束線Ｂ１は、表面２１ａの交点Ｐを中心とする仮想円の径方向に沿って延在している。図３は、送電コイルＣ２がサーキュラー型のコイルである例を示しているが、送電コイルＣ２が他の形状を有するコイルである場合、磁束線Ｂ１の延在方向は、そのコイルの形状に応じて変化する。したがって、磁束線Ｂ１の延在方向は、図３に示す例に限られない。

以下では、「磁束線の延在方向」という場合、カバー２１の表面２１ａの法線方向から見た場合を基準として説明する。この「磁束線」は、コイル装置１０と受電装置１１とが互いに対面するとき（すなわち送電時）に送電コイルＣ２から発生する磁束線であってもよいし、コイル装置１０と受電装置１１とが互いに対面しないとき（すなわち非送電時）に送電コイルＣ２から発生する磁束線であってもよいし、送電コイルＣ２単体から発生する磁束線であってもよい。

複数の電極Ｅは、カバー２１の表面２１ａの領域ＲＡ（図４参照）に設けられている。具体的には、各電極Ｅは、表面２１ａの領域ＲＡ上に直接配置されている。各電極Ｅは、他の部材を介して間接的に表面２１ａの領域ＲＡ上に配置されていてもよい。電極Ｅは、例えば、矩形板状をなす電極板であり、矩形板状の下面が表面２１ａに接するように表面２１ａからほぼ垂直に立設（突出）している。矩形板状の下面とは、矩形板状の上記法線方向の表面２１ａ側を向く面である。表面２１ａからの電極Ｅの突出高さは、例えば、受電装置１１と送電装置１２との給電可能距離を超えない高さに設定される。さらに詳細には、電極Ｅの突出高さは、要求される給電効率を満たすことが可能な受電装置１１と送電装置１２との間の距離を超えない高さに設定されてもよい。各電極Ｅの高さは一定でもよい。

電極Ｅは、導電性を有する導電材料を含んで形成される。導電材料としては、例えば、金、銅、又はアルミニウムなどの金属材料が挙げられる。なお、電極Ｅの材料における磁性の有無は問わない。例えば、電極Ｅの材料として、磁性を有する導電材料が選択されてもよく、非磁性の導電材料が選択されてもよい。また、電極Ｅの全てが導電材料によって構成されてもよいが、電極Ｅの一部が導電材料によって構成されてもよい。例えば、電極Ｅは、非導電性の板状部材の表面に導電性の塗料を塗布することによって構成されてもよい。

複数の電極Ｅは、送電コイルＣ２の周囲に発生する磁束線Ｂ１の延在方向を考慮して配列されている。各電極Ｅは、磁束線Ｂ１の延在方向に沿って延在するように配列されている。磁束線Ｂ１の延在方向は、前述したように、表面２１ａの交点Ｐを中心として放射状に延在しているので、各電極Ｅも、磁束線Ｂ１の延在方向と同様、表面２１ａの交点Ｐを中心として放射状に延在している。言い換えると、各電極Ｅは、表面２１ａの交点Ｐを中心として周方向に沿って所定の間隔を空けて（例えば等間隔で）並んでおり、交点Ｐを中心とする径方向に沿って直線状に延在している。

「電極Ｅが磁束線Ｂ１の延在方向に沿って延在する」とは、磁束線Ｂ１の延在方向（すなわち径方向）における電極Ｅの長さが、当該延在方向と直交する方向（すなわち周方向）における長さよりも長いことを意味する。したがって、表面２１ａからの電極Ｅの突出高さが一定である場合、磁束線Ｂ１の延在方向と直交する平面で切断したときの電極Ｅの断面積は、磁束線Ｂ１の延在方向と平行な平面で切断したときの電極Ｅの断面積よりも小さくなる。

このように、電極Ｅが磁束線Ｂ１の延在方向に沿って延在するように配列すると、磁束線Ｂ１が直交する方向における電極Ｅの断面積が小さくなる。電極Ｅへの磁束線Ｂ１の鎖交によって電極Ｅの内部で誘起される渦電流は、磁束線Ｂ１が直交する方向における電極Ｅの断面積に比例する。したがって、この断面積が小さくなれば、電極Ｅの内部で誘起される渦電流が抑制されるので、渦電流の発生に起因する給電効率の低下が抑制される。磁束線Ｂ１が直交する方向における電極Ｅの断面積を小さくするために、磁束線Ｂ１の延在方向と直交する方向（すなわち周方向）における電極Ｅの長さを極力短くするとよい。但し、この電極Ｅの長さとして、海流を受けて変形及び破損などが生じない程度の長さが少なくとも必要となる。

磁束線Ｂ１の延在方向（すなわち径方向）における電極Ｅの長さを長くしても、磁束線Ｂ１が直交する方向における電極Ｅの断面積は変化しないので、渦電流の発生に起因する給電効率は大きく低下しない。しかし、後述するように、周方向において互いに隣り合う一対の電極Ｅのそれぞれに互いに異なる電圧を印加する場合は、カバー２１の表面２１ａのより広い領域に電場を形成するために、磁束線Ｂ１の延在方向における電極Ｅの長さを極力長くすることが望ましい。この電極Ｅの長さを長くすれば、表面２１ａの法線方向から見て、周方向において互いに隣り合う一対の電極Ｅの間の対向領域（すなわち、電場が形成される領域）の面積をより大きく確保できるからである。

なお、「電極Ｅが延在する」の意味は、電極Ｅが連続的に延在する場合と、電極Ｅが間欠的に延在する場合との両方を含む。したがって、「電極Ｅが磁束線Ｂ１の延在方向に沿って延在する」ことは、一体的に構成された１つの電極Ｅが磁束線Ｂ１の延在方向に沿って延在する態様であってもよいし、複数に分割された電極Ｅが隙間（空隙）を空けて磁束線Ｂ１の延在方向に沿って配列される態様であってもよい。また、「電極Ｅが磁束線Ｂ１の延在方向に沿って」の意味は、電極Ｅが磁束線Ｂ１の延在方向に平行な方向に延在する場合と、電極Ｅが磁束線Ｂ１の延在方向から僅かに傾斜した傾斜方向に延在する場合との両方を含む。

以下では、図３に示すように、説明の便宜のため、表面２１ａの交点Ｐを中心とする時計回りに順に並ぶ複数の電極Ｅをそれぞれ電極Ｅ１〜Ｅ１０と称する。なお、電極Ｅ１〜Ｅ１０を区別して説明する必要がない場合には、単に電極Ｅとして説明する。

電圧印加部３０は、電極Ｅ１〜Ｅ１０に電気的に接続されている。電圧印加部３０は、電極Ｅ１〜Ｅ１０のうち任意の電極Ｅに電圧を印加する。電圧印加部３０は、例えば、正電圧を供給する電源３１と、負電圧を供給する電源３２と、電源３１及び電源３２を制御する制御部３３とを含んでいる。電源３１の正側端子は、電極Ｅ１，Ｅ３，Ｅ５，Ｅ７，及びＥ９のそれぞれに電気的に接続されており、電源３１の負側端子は、グランド電位に電気的に接続されている。電源３１は、電極Ｅ１，Ｅ３，Ｅ５，Ｅ７，及びＥ９に向けて、例えば１Ｖ程度の正電圧を供給する。電源３２の負側端子は、電極Ｅ２，Ｅ４，Ｅ６，Ｅ８，及びＥ１０のそれぞれに電気的に接続されており、電源３２の正側端子は、グランド電位に電気的に接続されている。電源３２は、電極Ｅ２，Ｅ４，Ｅ６，Ｅ８，及びＥ１０に向けて、例えば‐１Ｖ程度の負電圧を供給する。

なお、電源３１及び３２がそれぞれ供給する電圧は、例示である。電源３１及び３２は、一対の電極Ｅの間の対向領域に電場を形成可能な態様の電圧をそれぞれ供給する。換言すると、電源３１の電圧は、電源３２の電圧に対して電位差を有していればよい。例えば、上述のように電源３１の電圧の極性は、電源３２の電圧の逆極性であってもよい。また、電源３１及び３２のそれぞれの電圧の極性が同極性であるとき、電源３１及び３２の一方の電圧の絶対値が他方の電圧の絶対値より大きくてもよい。

電源３１の正側端子と、電極Ｅ１，Ｅ３，Ｅ５，Ｅ７，及びＥ９との間には、複数のスイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ７，及びＳＷ９が設けられている。各スイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ７，及びＳＷ９は、各電極Ｅ１，Ｅ３，Ｅ５，Ｅ７，及びＥ９に対応して設けられている。各スイッチの入力端は、電源３１の正側端子に電気的に接続されており、各スイッチの出力端は、各電極Ｅ１，Ｅ３，Ｅ５，Ｅ７，及びＥ９に電気的に接続されている。

電源３２の負側端子と、電極Ｅ２，Ｅ４，Ｅ６，Ｅ８，及びＥ１０との間には、複数のスイッチＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６，ＳＷ８，及びＳＷ１０が設けられている。各スイッチＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６，ＳＷ８，及びＳＷ１０は、各電極Ｅ２，Ｅ４，Ｅ６，Ｅ８，及びＥ１０に対応して設けられている。各スイッチＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６，ＳＷ８，及びＳＷ１０の入力端は、電源３２の負側端子に電気的に接続されており、各スイッチＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６，ＳＷ８，及びＳＷ１０の出力端は、各電極Ｅ２，Ｅ４，Ｅ６，Ｅ８，及びＥ１０に電気的に接続されている。

制御部３３は、電源３１及び電源３２に電気的に接続されている。制御部３３は、電源３１から供給される正電圧の大きさなどを指定する電圧信号Ｖ１を電源３１に出力する。電源３１は、電圧信号Ｖ１に応じて各電極Ｅ１，Ｅ３，Ｅ５，Ｅ７，及びＥ９に正電圧を供給する。また、制御部３３は、電源３２から供給される負電圧の大きさなどを指定する電圧信号Ｖ２を電源３２に出力する。電源３２は、電圧信号Ｖ２に応じて各電極Ｅ２，Ｅ４，Ｅ６，Ｅ８，及びＥ１０に負電圧を供給する。

更に、制御部３３は、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ１０の動作を制御する各スイッチ信号Ｓ１〜Ｓ１０を出力する。制御部３３から出力される各スイッチ信号Ｓ１〜Ｓ１０に応じて、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ１０が開閉する。いずれかのスイッチが閉じられると、閉じられたスイッチに対応する電極Ｅに電圧が印加される。このように、制御部３３は、電源３１及び３２、並びに各スイッチ信号Ｓ１〜Ｓ１０を用いて、複数の電極Ｅ１〜Ｅ１０のうちの任意の電極Ｅに電圧を印加することができる。

例えば、制御部３３は、複数の電極Ｅ１〜Ｅ１０のうち、周方向において互いに隣り合う一対の電極Ｅのそれぞれに互いに異なる電圧をそれぞれ印加する第１の制御を行うことができる。例えば、制御部３３は、スイッチＳＷ１及びＳＷ２を同時に閉じるよう制御することにより、電源３１から正電圧を電極Ｅ１に印加すると共に、電源３２から負電圧を電極Ｅ２に印加する。これにより、周方向において互いに隣り合う一対の電極Ｅ１及びＥ２の間の対向領域Ｒ１に電場が形成される（図５参照）。

制御部３３は、例えば、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ８，及びＳＷ９を同時に閉じるように制御することにより、電源３１から正電圧を電極Ｅ１，Ｅ４，及びＥ８に同時に印加すると共に、電源３２から負電圧を電極Ｅ２，Ｅ５，及びＥ９に同時に印加することができる。これにより、電極Ｅ１及びＥ２の間の対向領域Ｒ１、電極Ｅ４及びＥ５の間の対向領域Ｒ４、並びに、電極Ｅ８及びＥ９の間の対向領域Ｒ８に電場を同時に形成できる（図５参照）。このようにして、周方向において互いに隣り合う一又は複数の一対の電極Ｅの間の対向領域に電場を形成できる。

また、制御部３３は、複数の電極Ｅ１〜Ｅ１０のうち、交点Ｐを挟んで互いに対向する一対の位置に配置される一対の電極Ｅのそれぞれに互いに異なる電圧をそれぞれ印加する第２の制御を行うことができる。例えば、制御部３３は、スイッチＳＷ１及びＳＷ６を同時に閉じるように制御することにより、電源３１から正電圧を電極Ｅ１に印加すると共に、電源３２から負電圧を電極Ｅ６に印加する。これにより、交点Ｐを挟んで互いに対向する電極Ｅ１及びＥ６の間の対向領域Ｒ１１、すなわち表面２１ａの交点Ｐ上の領域に電場が形成される（図６参照）。

制御部３３は、例えば、スイッチＳＷ１，ＳＷ４，ＳＷ６，及びＳＷ９を同時に閉じるように制御することにより、電源３１から正電圧を電極Ｅ１及びＥ４に同時に印加すると共に、電源３２から負電圧を電極Ｅ４及びＥ９に同時に印加することができる。これにより、電極Ｅ１及びＥ６の間の対向領域Ｒ１１、並びに、電極Ｅ４及びＥ９の間の対向領域Ｒ１４に電場を同時に形成できる（図６参照）。このようにして、交点Ｐを挟んで互いに対向する一又は複数の一対の電極Ｅの間の対向領域に電場を形成できる。

また、制御部３３は、第１の制御と第２の制御とを同時に行うこともできる。すなわち、制御部３３は、周方向において互いに隣り合う一対の電極Ｅの間の対向領域、及び、交点Ｐを挟んで互いに対向する一対の位置に配置される一対の電極Ｅの間の対向領域に電場を同時に形成できる。例えば、制御部３３は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ４，及びＳＷ９を同時に閉じるように制御することにより、電源３１から正電圧を電極Ｅ１及びＥ４に同時に印加すると共に、電源３２から負電圧を電極Ｅ２及びＥ９に同時に印加する。これにより、電極Ｅ１及びＥ２の間の対向領域Ｒ１、並びに、電極Ｅ４及びＥ９の間の対向領域Ｒ１４に電場が同時に形成される（図５及び図６参照）。

また、制御部３３は、第１の制御において、各一対の電極Ｅの間の対向領域に電場を同時に形成しなくてもよく、各一対の電極Ｅの間の対向領域に異なるタイミングで電場を形成してもよい。例えば、制御部３３は、スイッチＳＷ１及びＳＷ２を閉じるように制御することによって電極Ｅ１及びＥ２の間の対向領域Ｒ１に電場を形成した後、スイッチＳＷ１を開くと共にスイッチＳＷ３を閉じるように制御することによって電極Ｅ２及びＥ３の間の対向領域Ｒ２に電場を形成できる（図５参照）。

制御部３３は、この開閉動作を各スイッチＳＷ１〜ＳＷ１０に対して順次行うことによって、電極Ｅ１及びＥ２の間の対向領域Ｒ１、電極Ｅ２及びＥ３の間の対向領域Ｒ２、電極Ｅ３及びＥ４の間の対向領域Ｒ３、電極Ｅ４及びＥ５の間の対向領域Ｒ４、電極Ｅ５及びＥ６の間の対向領域Ｒ５、電極Ｅ６及びＥ７の間の対向領域Ｒ６、電極Ｅ７及びＥ８の間の対向領域Ｒ７、電極Ｅ８及びＥ９の間の対向領域Ｒ８、電極Ｅ９及びＥ１０の間の対向領域Ｒ９、並びに電極Ｅ１０及びＥ１の間の対向領域Ｒ１０に電場を順次形成できる（図５参照）。つまり、制御部３３は、周方向において互いに隣り合う各一対の電極Ｅの間の対向領域に電場を順次形成できる。

制御部３３は、第２の制御において、各一対の電極Ｅの間の対向領域に電場を同時に形成しなくてもよく、各一対の電極Ｅの間の対向領域に異なるタイミングで電場を形成してもよい。例えば、制御部３３は、スイッチＳＷ１及びＳＷ６を閉じるように制御することによって電極Ｅ１及びＥ６の間の対向領域Ｒ１１に電場を形成した後、スイッチＳＷ１及びＳＷ６を開くと共にスイッチＳＷ２及びＳＷ７を閉じるように制御することによって電極Ｅ２及びＥ７の間の対向領域Ｒ１２に電場を形成できる（図６参照）。制御部３３は、この開閉動作を各スイッチＳＷ１〜ＳＷ１０に対して順次行うことによって、電極Ｅ１及びＥ６の間の対向領域Ｒ１１、電極Ｅ２及びＥ７の間の対向領域Ｒ１２、電極Ｅ３及びＥ８の間の対向領域Ｒ１３、電極Ｅ４及びＥ９の間の対向領域Ｒ１４、並びに電極Ｅ５及びＥ１０の間の対向領域Ｒ１５に電場を順次形成できる（図６参照）。つまり、制御部３３は、交点Ｐを挟んで互いに対向する位置に配置された各一対の電極Ｅの間の対向領域に電場を順次形成できる。

制御部３３は、第１の制御と第２の制御とを順番に（又は交互に）行うこともできる。例えば、制御部３３は、スイッチＳＷ１及びＳＷ２を同時に閉じるように制御することにより、正電圧及び負電圧を電極Ｅ１及びＥ２にそれぞれ印加した後、スイッチＳＷ１及びＳＷ２を開くと共にスイッチＳＷ４及びＳＷ９を同時に閉じるように制御することにより、正電圧及び負電圧を電極Ｅ１及びＥ４にそれぞれ印加する。これにより、電極Ｅ１及びＥ２の間の対向領域Ｒ１、並びに、電極Ｅ４及びＥ９の間の対向領域Ｒ１４に電場が順次形成される（図５及び図６参照）。

このように、制御部３３は、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ１０の開閉動作、並びに、スイッチＳＷ１〜ＳＷ１０を開閉するタイミングを適宜調整することによって、任意の一対の電極Ｅの間の対向領域に電場を形成できる。なお、必ずしも一対の電極Ｅのそれぞれに電圧を印加する必要は無く、いずれか１つの電極Ｅのみに電圧が印加されてもよい。この場合、電圧が印加された電極Ｅの周囲に電場が形成される。

以上に説明したコイル装置１０によって得られる作用・効果を説明する。コイル装置１０では、送電コイルＣ２を覆うカバー２１の表面２１ａに電極Ｅが設けられており、電極Ｅには電圧印加部３０により電圧が印加される。電圧が印加された電極Ｅの周囲には電場が形成され、この電場は、生物に対する忌諱効果、すなわち生物が嫌って近寄らなくなる効果を有する領域（忌諱領域）を形成する。本実施形態のように、コイル装置１０が海中に設置される場合、海中で電極Ｅの周囲に電場が形成されると、海水が電気分解されることで次亜塩素酸イオンが発生する。次亜塩素酸イオンは、例えば貝類などの海洋生物に対する忌諱効果を有する。このため、表面２１ａに設けられる電極Ｅに電圧を印加することによって、表面２１ａに生物が近づかないようにすることができる。つまり、表面２１ａへの生物の付着を抑制でき、表面２１ａに生物の堆積物が形成される事態を抑制できる。その結果、送電時に、コイル装置１０に受電装置１１を十分に接近させることができるので、コイル装置１０と受電装置１１との給電効率の低下を抑制できる。

更に、電極Ｅは、表面２１ａの法線方向から見て、送電コイルＣ２が発生する磁束を示す磁束線Ｂ１の延在方向に沿って延在している。これにより、前述したように、磁束線Ｂ１に直交する方向における電極Ｅの断面積を小さくすることができ。従って、電極Ｅ内で誘起され得る渦電流が小さくなる。その結果、電極Ｅへの磁束線Ｂ１の鎖交に起因するジュール損失の増大を抑制できるので、給電効率が著しく低下する事態を抑制できる。また、上記忌諱効果によって電極自体への生物の付着も抑制できるので、電極Ｅから生物を除去するためのメンテナンスが不要となり、継続的な運用を実現できる。

コイル装置１０では、送電コイルＣ２は、サーキュラー型のコイルであり、電極Ｅは、送電コイルＣ２の非巻回部Ｃｂと重なる領域ＲＡ（図４参照）に配置されている。領域ＲＢには、送電コイルＣ２から発生する磁束線Ｂ１が集中する。上記構成によれば、磁束線Ｂ１が多く通る領域ＲＢに、磁束線Ｂ１が鎖交する電極Ｅが配置されないので、磁束線Ｂ１の電極Ｅへの鎖交に起因するジュール損失の増大がより確実に抑制される。その結果、給電効率が著しく低下する事態をより確実に抑制できる。

コイル装置１０では、制御部３３は、複数の電極Ｅのうち周方向において互いに隣り合う一対の電極Ｅのそれぞれに互いに異なる電圧を印加する第１の制御を行う。制御部３３が第１の制御を行うと、一対の電極Ｅの間の対向領域に電場が形成される。ここで、カバー２１の表面２１ａの法線方向から見た場合に、周方向において互いに隣り合う一対の電極Ｅ同士の対向領域（例えば、図５における対向領域Ｒ１）の面積は、第２の領域を挟んで互いに対向する位置に配置される一対の電極Ｅ同士の対向領域（例えば、図６における対向領域Ｒ１１）の面積よりも大きくなる。この対向領域の面積が大きいほど、一対の電極Ｅに電圧を印加したときに、カバー２１の表面２１ａ上のより広い領域に電場を形成できる。したがって、周方向において互いに隣り合う一対の電極Ｅのそれぞれに互いに異なる電圧を印加すれば、カバー２１の表面２１ａ上により広い忌諱領域を形成できるので、表面２１ａへの生物の付着をより確実に抑制できる。その結果、給電効率の低下をより確実に抑制できる。

コイル装置１０では、制御部３３は、複数の電極Ｅのうち交点Ｐを挟んで互いに対向する位置に配置された一対の電極Ｅに互いに異なる電圧をそれぞれ印加する第２の制御を行う。制御部３３が第２の制御を行うと、カバー２１の表面２１ａの領域ＲＢ上に忌諱領域を形成できる。したがって、カバー２１の表面２１ａの領域ＲＢ上に忌諱領域を形成するために、カバー２１の表面２１ａの領域ＲＢ上に電極Ｅを配置する必要がない。つまり、磁束線Ｂ１が多く通る領域ＲＢに、磁束線Ｂ１に鎖交する電極Ｅが配置されないので、磁束線Ｂ１の電極Ｅへの鎖交に起因するジュール損失の増大がより確実に抑制される。その結果、給電効率が著しく低下する事態をより確実に抑制できる。

以上、本開示の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、送電コイルＣ２がサーキュラー型のコイルである例について説明した。しかし、送電コイルは、サーキュラー型のコイルである場合に限られず、ソレノイド型のコイルであってもよい。図７は、コイル装置１０の変形例として、送電コイルがソレノイド型のコイルである場合を示している。この場合、送電コイルＣ３は、導線１５Ａを三次元的に螺旋状に巻回した構成を有する。

図７に示すように、送電コイルＣ３から発生する磁束を示す磁束線Ｂ２は、表面２１ａの法線方向から見て、例えば表面２１ａに沿った一方向に延在する。したがって、本変形例に係るコイル装置１０Ａでは、各電極ＥＡも、磁束線Ｂ２の延在方向と同様、当該一方向に延在している。具体的には、各電極ＥＡは、当該一方向における表面２１ａの一端部から他端部にわたって直線状に延在している。また、各電極ＥＡは、当該一方向に直交する他方向に沿って所定の間隔で（例えば等間隔で）並んでいる。

以下では、上記実施形態と同様、説明の便宜のため、上記他方向における一方側（図７の上側）から他方側（図７の下側）に向かって順に並ぶ複数の電極ＥＡをそれぞれ複数の電極Ｅ１１〜Ｅ１６と称する。なお、電極Ｅ１１〜Ｅ１６を区別して説明する必要がない場合には、単に電極ＥＡとして説明する。

電極Ｅ１１〜Ｅ１６には、電圧印加部３０Ａが電気的に接続されている。電圧印加部３０Ａでは、電源３１の正側端子に、複数のスイッチＳＷ１１，ＳＷ１３，及びＳＷ１５が電気的に接続されている。各スイッチＳＷ１１，ＳＷ１３，及びＳＷ１５は、各電極Ｅ１１，Ｅ１３，及びＥ１５に対応して設けられている。電源３２の負側端子に、複数のスイッチＳＷ１２，ＳＷ１４，及びＳＷ１６が電気的に接続されている。各スイッチＳＷ１２，ＳＷ１４，及びＳＷ１６は、各電極Ｅ１２，Ｅ１４，及びＥ１６に対応して設けられている。

制御部３３Ａは、各スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１６の動作を制御する各スイッチ信号Ｓ１１〜Ｓ１６を出力する。制御部３３Ａから出力される各スイッチ信号Ｓ１１〜Ｓ１６に応じて、各スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１６が開閉する。制御部３３Ａは、各スイッチ信号Ｓ１１〜Ｓ１６を用いて、複数の電極Ｅ１１〜Ｅ１６のうち任意の電極ＥＡに電圧を印加することができる。

例えば、制御部３３Ａは、スイッチＳＷ１１及びＳＷ１２を同時に閉じるよう制御することにより、電源３１から正電圧を電極Ｅ１１に印加すると共に、電源３２から負電圧を電極Ｅ１２に印加する。これにより、電極Ｅ１１及びＥ１２の間の対向領域に電場が形成される。また、制御部３３は、例えば、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１５，及びＳＷ１６を同時に閉じるように制御することにより、電源３１から正電圧を電極Ｅ１１及びＥ１６に同時に印加すると共に、電源３２から負電圧を電極Ｅ１２及びＥ１５に同時に印加する。これにより、電極Ｅ１１及びＥ１２の間の対向領域、並びに電極Ｅ１５及びＥ１６の間の対向領域に電場が同時に形成される。このようにして、互いに隣り合う一又は複数の一対の電極ＥＡの間の対向領域に電場を形成できる。

制御部３３Ａは、各一対の電極ＥＡの間の対向領域に電場を同時に形成しなくてもよく、各一対の電極Ｅの間の対向領域に異なるタイミングで電場を形成してもよい。例えば、制御部３３Ａは、スイッチＳＷ１１及びＳＷ１２を閉じるように制御することによって電極Ｅ１１及びＥ１２の間の対向領域に電場を形成した後、スイッチＳＷ１１を開くと共にスイッチＳＷ１３を閉じるように制御することによって電極Ｅ１２及びＥ１３の間の対向領域に電場を形成できる。この開閉動作が各スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１６に対して順次行われることによって、電極Ｅ１１及びＥ１２の間の対向領域、電極Ｅ１２及びＥ１３の間の対向領域、電極Ｅ１３及びＥ１４の間の対向領域、電極Ｅ１４及びＥ１５の間の対向領域、並びに電極Ｅ１５及びＥ１６の間の対向領域に電場を順次形成できる。これにより、制御部３３Ａは、互いに隣り合う各一対の電極ＥＡの間の対向領域に電場を順次形成できる。

各一対の電極ＥＡの間の対向領域に電場を形成する態様は、上述した例に限られず、互いに隣り合う任意の電極ＥＡの間の対向領域に、任意のタイミングで電場を形成できる。本変形においても、必ずしも一対の電極ＥＡのそれぞれに電圧を印加する必要は無く、１つの電極ＥＡのみに電圧を印加してもよい。この場合、電圧を印加した電極ＥＡの周囲に電場が形成される。本変形例に係るコイル装置１０Ａによれば、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。

上記実施形態及び変形例では、海中に設置されたプラットフォームに設けられた送電装置を例にコイル装置について説明した。しかし、コイル装置は、海中を移動する移動体に設けられた受電装置に採用してもよく、送電装置及び受電装置の両方に採用してもよい。上記実施形態及び変形例では、海中を移動する移動体のバッテリに給電するための非接触給電システムに用いられる送電装置を例に説明したが、本発明はこの態様に限定されない。コイル装置は、海以外の水中を移動する移動体のバッテリに給電するための非接触給電システムに用いられてもよく、水上を移動する移動体のバッテリに給電するための非接触給電システムに用いられてもよい。

また、コイル装置の構成は、上記実施形態及び変形例に限られず、特許請求の範囲の記載の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、電極の材料として、耐腐食性を有する導電材料が選択されてもよい。この場合、海水の電気分解によって電極が電気化学的に腐食する事態を抑制できる。また、各電極は、矩形板状の電極板に限られず、種々の形状を採用し得る。各電極は、カバーの表面において等間隔で並んでいる必要は無く、不等間隔で並んでいてもよい。各電極は、カバーの表面、すなわち受電装置と対面する表面に設けられている必要は無く、カバーにおける表面と交差する側面に設けられてもよい。また、コイル装置に含まれるコイルは、サーキュラー型又はソレノイド型のコイル以外のコイルであってもよい。

１ 非接触給電システム
１０，１０Ａ コイル装置
１１ 受電装置
１２ 送電装置
１５，１５Ａ 導線
２０ 筐体
２１ カバー
２１ａ 表面
３０，３０Ａ 電圧印加部
３１，３２ 電源
３３，３３Ａ 制御部
Ｂ１，Ｂ２ 磁束線
Ｃ１ 受電コイル
Ｃ２，Ｃ３ 送電コイル
Ｃａ 巻回部
Ｃｂ 非巻回部
Ｅ，ＥＡ，Ｅ１〜Ｅ１０，Ｅ１１〜Ｅ１６ 電極
ＲＡ 領域（第１の領域）
ＲＢ 領域（第２の領域）
ＳＷ１〜ＳＷ１０，ＳＷ１１〜ＳＷ１６ スイッチ

Claims (4)

1. 磁束を発生させるコイルと、
   前記コイルを覆うカバーと、
   前記カバーにおける前記コイルとは反対側の表面に設けられた電極と、
   前記電極と電気的に接続されており、前記電極に電圧を印加する電圧印加部と、
   を備え、
   前記電極は、前記カバーの前記表面の法線方向から見て、前記磁束の延在方向に沿って延在している、コイル装置。
2. 前記コイルは、サーキュラー型のコイルであり、導線が巻回された巻回部と、前記巻回部によって囲まれ且つ前記導線が巻回されていない非巻回部とを含み、
   前記表面は、前記法線方向から見て、前記巻回部と重なる第１の領域と、前記非巻回部と重なる第２の領域とを含み、
   前記電極は、前記第１の領域に配置されている、請求項１に記載のコイル装置。
3. 前記電極を複数備え、
   複数の前記電極は、前記表面において前記第２の領域を中心とする周方向に沿って並んでおり、
   前記電圧印加部は、複数の前記電極のうち前記周方向において互いに隣り合う一対の前記電極のそれぞれに互いに異なる前記電圧を印加する第１の制御を行う、請求項２に記載のコイル装置。
4. 前記電極を複数備え、
   複数の前記電極は、前記表面において前記第２の領域を中心とする周方向に沿って並んでおり、
   前記電圧印加部は、複数の前記電極のうち前記第２の領域を挟んで互いに対向する位置に配置された一対の前記電極のそれぞれに互いに異なる前記電圧を印加する第２の制御を行う、請求項２又は３に記載のコイル装置。

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