JP2022034812A - 充電システム - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電部からの電力によって測定を行う測定部を有する測定器に対して、水中で充電を行うことができる充電システムを提供する。
【解決手段】充電器と、充電器と接続可能で且つ水上又は水中に配置される測定器とを備える。充電器は、測定器と着脱可能な着脱部と、測定器に対して、電磁波、電界又は磁界を出力可能な送信部とを有する。測定器は、着脱部と係合する係合部と、送信部とは非接触で、電磁波、電界又は磁界を受けて電力を発生する発生部と、発生部において発生された電力を蓄電する蓄電部と、蓄電部から電力の供給を受けて測定を行う測定部とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、充電システムに関する。

水中や水辺に構造物を構築し、その構造物に測定器を設置して、構造物自身またはその周辺の状態を測定することが行われている。例えば漁業では、魚介類を一時的に飼育するための構造物として生け簀が設置され、生け簀内の水温、水圧や、生け簀内で飼育する魚介類の状態を測定、観察するための測定器として、例えば温度計、水圧計、ビデオカメラ、水中マイク等が生け簀内に設置されることがある。

従来、この種の測定器に給電する場合には、潜水士等が水上や地上に設置した電源装置と測定器を接続する給電ケーブルを抜差しする潜水作業を行う必要があったが、潜水士等による潜水作業は高コストの作業であった。なお、特許文献１には、水中で非接触により通信を確立する方法が記載されているが、水中での充電についての記載はない。

国際公開第２０１５／０１６３７９号

本発明の目的は、蓄電部からの電力によって測定を行う測定部を有する測定器に対して、水中で非接触に充電を行うことができる充電システムを提供することである。

上述の課題を解決するため、本発明は、その一態様として、充電器と、充電器と接続可能で且つ水上又は水中に配置される測定器とを備え、充電器は、測定器と着脱可能な着脱部と、測定器に対して、電磁波、電界又は磁界を出力可能な送信部と、を有し、測定器は、着脱部と係合する係合部と、送信部とは非接触で、電磁波、電界又は磁界を受けて電力を発生する発生部と、発生部において発生された電力を蓄電する蓄電部と、蓄電部から電力の供給を受けて測定を行う測定部と、を有する、ことを特徴とする充電システムを提供する。

送信部は光を出力するＬＥＤ発光装置を含み、発生部はＬＥＤ発光装置から受光した光により発電する光受光パネルを含むことが好ましい。

または、送信部は電界又は磁界を発生する送電コイルを含み、発生部は送信部が発生した電界又は磁界に基づいて電磁誘導方式又は磁界共鳴方式により電力を発生する受電コイルを含むことが好ましい。

または、送信部は電界を発生する送電電極を含み、発生部は送信部が発生した電界に基づいて電磁結合方式により電力を発生する受電電極を含むことが好ましい。

着脱部は、極性の向きを変更可能な磁石を含み、係合部は磁性体を含むことが好ましい。

着脱部は複数の電磁石を有し、複数の電磁石の間に送信部が配置されており、係合部は複数の磁性体を有し、複数の磁性体の間に発生部の少なくとも一部が配置されていることが好ましい。

充電器は、送信部を測定器側に向けて付勢する付勢手段を有することが好ましい。

充電器及び測定器は、お互いにデータ通信可能な無線通信手段を有することが好ましい。

充電器を、水上又は水中で航行可能な航行装置を有することが好ましい。

本発明によれば、蓄電部からの電力によって測定を行う測定部を有する測定器に対して、電磁波、電界又は磁界を介し、非接触に水中で充電器から充電を行うことができる。

本発明の一実施の形態である充電システム１による充電を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る充電システム１の概略ブロック図である。 充電システム１における測定器３の係合面３０Ａと充電器５の着脱面５０Ａとの関係を説明するための図である。 充電システム１における充電器と測定器の動作を説明するためのシーケンス図である。 本発明の変形例に係る充電システム１００の概略ブロック図である。 充電システム１００における測定器１０３の係合面１３０Ａと充電器１０５の着脱面１５０Ａとの関係を説明するための図である。 第１電磁石５３、第２電磁石５４の代わりに用いられる磁石部２００の斜視図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の様々な実施形態について説明する。ただし、本発明の技術的範囲は、それらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。また、各図において同一、又は相当する機能を有するものは、同一符号を付し、その説明を省略又は簡潔にすることもある。

図１は、本発明の一実施の形態である充電システム１による充電を説明するための図である。

以下図１を用いて、海上に配置された生け簀２に取り付けされた測定器３に対して、充電システム１を用いて充電を行う例について説明する。充電システム１は、図１に示す様に、測定器３、水中ドローン１０、及び、母船２０等を含む。

生け簀２は、海面に浮かぶ浮き２Ａと、浮き２Ａの下に吊り下げられた網２Ｂとを有しており、網２Ｂの側面に測定器３が設置されている。測定器３は、蓄電池を電源として動作し、測定して得られた測定データ（水温）を記憶装置に格納する。

母船２０は、水中ドローン１０の航行を制御するドローンコントローラ及び水中ドローン１０を介して、非接触で測定器３へ電力を供給するための電源装置を有する。図１においてライン２１Ａは給電ケーブルであり、ライン２２Ａは水中ドローン１０を制御するための制御ケーブルである。

充電システム１による測定器３への充電は、母船２０が水中ドローン１０を生け簀２の周辺まで運び、ドローンコントローラによって水中ドローン１０を測定器３と所定の位置関係となる位置に移動させて、非接触により電力を供給する。尚、非接触に行う充電とは、金属接点間の接触やコネクタ同士の接続のような、電力伝送のための機械的な接触を、充電器と測定器との間に設けることなく、電力を伝送して行う充電の事を言う。

図２は、本発明の実施形態に係る充電システム１の概略ブロック図である。

（測定器３）
測定器３は、測定筐体３０、第１磁石３１、第２磁石３２、光受光パネル３３、蓄電部３４、測定器制御部３５、測定器記憶部３６、測定部３７、測定器無線通信部３８、測定器データバス３９、測定器金属板４０等を有する。

測定筐体３０は、水密構造を有し、強い磁性を帯びないことが好ましく、プラスチックからなる。磁力を利用する水中ドローン１０と測定器３との連結に影響を及ぼさない範囲で、磁性体を含むボルト、ナット等の部品を測定筐体３０の一部として用いてもよい。測定筐体３０は、係合面３０Ａを有し、略直方体の形状を有するが、他の形状としてもよい。

第１磁石３１及び第２磁石３２は、係合面３０Ａに含まれる磁性体の一例であり、永久磁石であることが好ましく、ここではフェライトの棒磁石である。

光受光パネル３３は、受け取った光を電力に変換する太陽電池等の光起電力素子による受光面を有し、ＬＥＤ発光装置５５とは非接触で、電磁波、電界又は磁界を受けて電力を発生する発生部の一例である。係合面３０Ａの光受光パネル３３側には透光性を有するプラスチックからなる保護窓（不図示）が設けられている。光受光パネル３３がＬＥＤ発光装置５５から受光した光に基づいて発電した電力は、蓄電部３４に蓄電される。

蓄電部３４は、充電によって繰り返し使用可能な鉛蓄電池を含んでいる。なお、所定の電力を蓄電可能であれば、他の種類の蓄電池、例えば、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー二次電池、ニッケル・水素蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池を利用してもよい。

測定器制御部３５は、測定器記憶部３６に予め記憶されているプログラムに基づいて動作して、測定器３の全体を制御するＣＰＵ(Central Processing Unit)である。なお、測定器制御部３５として、ＣＰＵの代わりに、又はＣＰＵと共に、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)、ＬＳＩ(Large Scale Integration)、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)、ＦＰＧＡ(Field-Programmable Gate Array)等を用いてもよい。

測定器記憶部３６は、測定器制御部３５での処理に用いられるオペレーティングシステムプログラム、ドライバプログラム、アプリケーションプログラム、データ等を記憶するためのハードディスクである。なお、測定器記憶部３６として、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ(Read Only Memory)等のメモリ装置、又はフレキシブルディスク、光ディスク等の記憶装置を用いてもよい。

測定部３７は、蓄電部３４から電力の供給を受けて、水温の測定を行う水温計を含む。なお、他の各種センサ（流向流速計、水圧計、水位計、波高計、潮位計、ＧＰＳ等）を含んでいてもよい。

測定器無線通信部３８は、充電器５側と無線通信を行うための無線ＬＡＮ(Local Area Network)を利用した通信装置であり、測定器３が有するデータ通信可能な無線通信手段の一例である。なお、測定器無線通信部３８として、Bluetooth（登録商標）、及びＮＦＣ(Near Field Communication)のような電波を用いた無線通信装置、又は、ＩｒＤＡ (Infrared Data Association)、及び可視光通信等の光無線通信を利用してもよい。または、測定器無線通信部３８として、音波を用いた無線通信装置を利用してもよい。

測定器制御部３５は、測定器データバス３９によって、蓄電部３４、測定器記憶部３６、測定部３７、測定器無線通信部３８と接続されており、蓄電部３４の蓄電量を検出に基づいて非接触充電の開始及び終了の制御を行う。また、測定器制御部３５は、測定部３７が出力したデータを時刻情報と関連付けて測定器記憶部３６へ記憶し、測定器無線通信部３８を制御して記憶されたデータ等を用いて充電器５側へ無線送信する。

（水中ドローン１０）
水中ドローン１０は、水上又は水中で航行可能な航行装置の一例である。水中ドローン１０は、航行装置として機能するための部分と、充電器５を備えている。航行装置として機能するための部分として、ドローンデータ通信部１１、ドローン制御部１２、ドローンセンサ部１３、駆動部１４、ドローンインタフェース（Ｉ／Ｆ）１５、ドローンデータバス１６等を有する。

ドローンデータ通信部１１は、ドローン制御ケーブル２２Ａを介して、母船２０のドローンコントローラ２２との間でドローン制御信号を送受信する通信装置である。ドローン制御部１２は、ドローン制御部１２に予め記憶されているプログラムに基づいて動作して、水中ドローン１０の全体を制御するＣＰＵである。ドローンセンサ部１３は、母船２０からドローンコントローラ２２を用いて水中ドローン１０を操縦するオペレータに対して、水中ドローン１０を操縦するために必要な各種の情報を取得するためのセンサ群である。ドローンセンサ部１３は、水中ドローン１０の周囲を撮影するための複数のカメラ、水中ドローン１０の姿勢を測定するためのジャイロセンサ、コンパス、水中ドローン１０の速度を測定するための速度計、水中ドローン１０の深度を測定するための深度計等を有していてもよい。駆動部１４は、水中ドローン１０を上下方向及び左右方向にそれぞれ移動させるためのプロペラ、及びプロペラを回転させるためのモータを有する。ドローンインタフェース１５は、水中ドローン１０に、充電器５を接続するためのデータ通信用インタフェース装置である。ドローンデータバス１６は、水中ドローン１０の各部を接続している。

（充電器５）
充電器５は、充電筐体５０、充電器インタフェース（Ｉ／Ｆ）５１、電源回路５２、第１電磁石５３、第２電磁石５４、ＬＥＤ発光装置５５、付勢手段５５Ａ、支持部５５Ｂ、充電器制御部５６、充電器記憶部５７、充電器無線通信部５８、充電器データバス５９等を有する。

充電筐体５０は、水密構造を有する。充電筐体５０は、強い磁性を帯びないことが好ましく、プラスチックからなる。第１磁石３１、第２磁石３２に影響を及ぼさない範囲で、ボルト、ナット等の磁性体からなる部品を充電筐体５０の一部として用いてもよい。充電筐体５０は、着脱面５０Ａを有し、略直方体の形状を有するが、他の形状であってもよい。

充電器インタフェース（Ｉ／Ｆ）５１は、充電器５と水中ドローン１０とを接続するためのデータ通信用インタフェース装置であり、ドローンデータ通信部１１を介して、充電器制御部５６がドローンコントローラ２２との間で情報交換を行うための構成である。

電源回路５２は、母船２０の電源装置２１から給電ケーブル２１Ａを介して供給された電力を用いて、充電器５の各部に電力を供給する。

第１電磁石５３及び第２電磁石５４は、測定器３の第１磁石３１及び第２磁石３２とそれぞれと対応した電磁石であり、充電器制御部５６による通電の方向の変換によって極性変換可能である。

ＬＥＤ(Light Emitting Diode)発光装置５５は、電磁波、電界又は磁界を出力可能な送信部の一例であり、１または複数のＬＥＤ素子を発光させるためのＬＥＤ駆動回路を有し、ＬＥＤ素子から出射された光を出射する出射面を有する。着脱面５０Ａの出射面側には、透光性を有するプラスチックからなる保護窓（不図示）が設けられている。ＬＥＤ発光装置５５は保護窓と共に水密構造となっており、後述するように、付勢手段５５Ａにより支持部５５Ｂに沿って保護窓側の先端を着脱面５０Ａから突出させることができるように構成されている。

充電器制御部５６は、充電器記憶部５７に予め記憶されているプログラムに基づいて動作して、充電器５の全体を制御するＣＰＵを有する。充電器制御部５６は、ＣＰＵの代わりに、又はＣＰＵと共に、ＤＳＰ、ＬＳＩ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等を用いてもよい。

充電器記憶部５７は、充電器制御部５６での処理に用いられるオペレーティングシステムプログラム、ドライバプログラム、アプリケーションプログラム、データ等を記憶するためのハードディスクである。なお、充電器記憶部５７として、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ(Read Only Memory)等のメモリ装置、又はフレキシブルディスク、光ディスク等の記憶装置を用いてもよい。また、充電器記憶部５７は、測定器３から取得したデータ等を一時的に記憶することにも利用される。

充電器無線通信部５８は、測定器３側と無線通信を行うための無線ＬＡＮ(Local Area Network)を利用した通信装置であり、充電器５が有するデータ通信可能な無線通信手段の一例である。なお、充電器無線通信部５８として、Bluetooth（登録商標）、及びＮＦＣ(Near Field Communication)のような電波を用いた無線通信装置、又は、ＩｒＤＡ (Infrared Data Association)、及び可視光通信等の光無線通信を利用してもよい。または、充電器無線通信部５８として、音波を用いた無線通信装置を利用してもよい。測定器無線通信部３８及び充電器無線通信部５８は、互いに接近した状態で無線通信を行うため、音波による無線通信でもドップラー効果による影響を受けにくい。

充電器制御部５６は、充電器データバス５９によって、第１電磁石５３、第２電磁石５４、ＬＥＤ発光装置５５、充電器記憶部５７、充電器無線通信部５８と接続されており、ＬＥＤ発光装置５５の点滅を制御して、非接触充電の開始及び終了の制御を行う。また、充電器制御部５６は、充電器無線通信部５８を制御して、測定器無線通信部３８から受信したデータ等を充電器記憶部５７へ記憶する。

（母船２０）
母船２０は、船舶であって、電源装置２１、ドローンコントローラ２２等を有する。

電源装置２１は、給電ケーブル２１Ａを介して水中ドローン１０に接続され、水中ドローン１０に電力を供給し、且つ、充電器５の電源回路５２に電力を供給する。ドローンコントローラ２２は、ドローン制御ケーブル２２Ａを介して水中ドローン１０を遠隔操作するためのコントローラである。

陸地から測定器３が配置されている位置が近い場合には、必ずしも母船２０は必要とせず、陸上の適当な箇所に電源装置２１及びドローンコントローラ２２を配置すればよい。また、電源装置２１及びドローンコントローラ２２は、設置が必要なタイプであってもポータブルなタイプであってもよい。水中ドローン１０は、ドローン制御ケーブル２２Ａにより有線で制御されているが、無線制御するようにしてもよい。水中ドローン１０は、潜水艇タイプ、水上航行タイプ等、必要に応じて様々なタイプの航行装置を利用することが可能である。

図３は、測定器３の係合面３０Ａと充電器５の着脱面５０Ａとの関係を説明するための図である。

図３では、測定器３の係合面３０Ａが充電器５の着脱面５０Ａと接合した状態を示している。第１磁石３１のＮ極及び第２磁石３２のＳ極が、係合面３０Ａ側に配置され、適切な通電により第１電磁石５３のＳ極及び第２電磁石５４のＮ極とそれぞれ向き合うことにより、測定器３の係合面３０Ａと充電器５の着脱面５０Ａとが磁力で接合している。

光受光パネル３３は第１磁石３１及び第２磁石３２の間に配置され、ＬＥＤ発光装置５５は第１電磁石５３及び第２電磁石５４の間に配置されている。第１磁石３１と第１電磁石５３、第２磁石３２と第２電磁石５４とが磁力で接合すると、光受光パネル３３とＬＥＤ発光装置５５とが向き合う様に位置決めされる。図３の例では、光受光パネル３３とＬＥＤ発光装置５５の上下に磁力で接合する２つのペア（磁石と電磁石）を設けたが、上下及び左右に３つ以上のペアを設けるようにしてもよい。

付勢手段５５Ａは、支持部５５Ｂ（不図示）によって支持されたＬＥＤ発光装置５５を、着脱面５０Ａに対して直交する直線上で充電筐体５０の外側に向かって付勢するバネである。測定器３の係合面３０Ａと充電器５の着脱面５０Ａとが磁力で接合した際に、ＬＥＤ発光装置５５は付勢手段５５Ａにより、光受光パネル３３側に付勢されるので、効率的に光の受け渡しが可能となる。なお、図３の例では、付勢手段５５Ａを充電器５側に設けたが、付勢手段を測定器３側のみに設けて光受光パネル３３を付勢するようにしてもよいし、付勢手段を充電器５と測定器３の両方に設けるようにしてもよい。また、付勢手段５５Ａとして、バネ以外で、電気的に動作するソレノイド等を用いてもよい。さらに、光受光パネル３３とＬＥＤ発光装置５５との密着が十分であれば、付勢手段５５Ａは必ずしも必要ではない。

測定器金属板４０及び充電器金属板６０は、アルミニウム板、銅板、鉄板等の金属製の板材であり、第１電磁石５３、第２電磁石５４、第１磁石３１及び第２磁石３２による磁界から、測定器無線通信部３８及び充電器無線通信部５８が受ける影響を抑制する。また、測定器金属板４０及び充電器金属板６０として、金属製の網や金属箔を用いてもよい。

図４は、充電システム１における充電器５と測定器３の動作を説明するためのシーケンス図である。図４では、適切にドローンコントローラ２２を操作して水中ドローン１０を移動させ、測定器３の係合面３０Ａと充電器５の着脱面５０Ａとが向き合った状態からの動作を示している。

ユーザによる充電開始の指示に応じて、充電器制御部５６は、第１電磁石５３の着脱面５０Ａ側の極性がＳ極となり、第２電磁石５４の着脱面５０Ａ側の極性がＮ極となるように、通電を行う（Ｓ１）。これにより、第１磁石３１と第１電磁石５３、第２磁石３２と第２電磁石５４とが磁力で接合し、光受光パネル３３とＬＥＤ発光装置５５とが向き合う様に位置決めされる。さらに、付勢手段５５Ａが光受光パネル３３とＬＥＤ発光装置５５との密着度を高めている。

測定器３は、基本的には水中に設置され、測定筐体３０の係合面３０Ａの表面には、異物Ｐが付着する場合がある。異物Ｐは、例えば、貝等の魚介類やその死骸、ゴミ等の漂流物である。しかしながら、ＬＥＤ発光装置５５は、支持部５５Ｂに支持されながら、付勢手段５５Ａによって前後に移動するので、移動によって異物Ｐが排除できる場合もあり、また異物Ｐが残留しても可能な限り光受光パネル３３に密着させることができる。

次に、充電器制御部５６は、ＬＥＤ発光装置５５を点灯させる（Ｓ２）。充電器制御部５６は、電源装置２１から給電ケーブル２１Ａを介して電力供給を受けている電源回路５２を制御して、ＬＥＤ発光装置５５に電力を供給させる。充電器制御部５６は、第１電磁石５３及び第２電磁石５４への通電（Ｓ１）から所定時間後にＬＥＤ発光装置５５を点灯させてもよい。または、充電器制御部５６は、適切なセンサを設けて光受光パネル３３とＬＥＤ発光装置５５とが所定の位置関係となったことが確認できた場合にのみＬＥＤ発光装置５５を点灯させてもよい。

ＬＥＤ発光装置５５が点灯すると、光受光パネル３３はＬＥＤ発光装置５５からの光を受光して発電し（Ｓ３）、発電された電力に応じて蓄電部３４が充電される（Ｓ４）。

測定器制御部３５は、測定部３７を用いて各種の測定を予め定期的に実行し、得られた測定データと、その測定を実行した時刻情報とを関連付けて、測定器記憶部３６に予め格納している。測定器制御部３５は、測定器３の係合面３０Ａと充電器５の着脱面５０Ａとが磁力で接合した事を検出して、測定器無線通信部３８に、測定器記憶部３６に格納されている測定データを充電器無線通信部５８に送信させ（Ｓ５）、充電器無線通信部５８がデータを受信し（Ｓ６）、充電器制御部５６は、受信したデータを充電器記憶部５７に格納する（Ｓ７）。測定器制御部３５は、蓄電部３４が蓄電を開始した場合、又は、適切なセンサを設けて光受光パネル３３とＬＥＤ発光装置５５とが所定の位置関係となったことが確認できた場合等に、測定器３の係合面３０Ａと充電器５の着脱面５０Ａとが磁力で接合したと判断する。

測定器制御部３５は、蓄電部３４への蓄電量が所定量以上となり、且つ、測定器記憶部３６に格納されている測定データの送信の終了を検知すると（Ｓ８）、作業終了を示す信号を測定器無線通信部３８から充電器無線通信部５８に送信する（Ｓ９）。これにより、測定器３側の一連の受電に関する作業は終了し、その後は従前どおり、測定データの収集を継続する。

充電器制御部５６は、充電器無線通信部５８を介して作業終了通知を受信する（Ｓ１０）と、第１電磁石５３及び第２電磁石５４への電流の向きを反転させる（Ｓ１１）。具体的には、充電器制御部５６は、第１電磁石５３の着脱面５０Ａ側の極性が第１磁石３１の係合面３０Ａ側のＮ極と同極性となるように、且つ、第２電磁石５４の着脱面５０Ａ側の極性が第２磁石３２の係合面３０Ａ側のＳ極と同極性となるように通電を行う。これにより、光受光パネル３３とＬＥＤ発光装置５５の上下に磁力で接合する２つのペア（磁石と電磁石）に、排斥力が働き、係合面３０Ａと着脱面５０Ａの接合が解除され、水中ドローン１０は測定器３への係留から解放される。その後、所定の時間が経過後、充電器制御部５６は、第１電磁石５３、第２電磁石５４への通電を終了する（Ｓ１２）。

次に、充電器制御部５６は、充電器Ｉ／Ｆ５１、ドローンＩ／Ｆ１５、ドローンデータ通信部１１を介して、ドローンコントローラ２２へ測定器３から受信した測定データを送信し、測定データ送信終了後に作業終了通知を送信する（Ｓ１３）。これにより、水中ドローン１０及び充電器５側の一連の作業が終了する。

上述した処理フローでは、測定器３側への電力の非接触による供給と、測定データの送信を一度に行ったが、測定器３側への電力の非接触による供給のみを行い、測定データの送信を同じタイミングで行わない様にしてもよい。

（変形例１）
図５は、本発明の変形例に係る充電システム１００による充電を説明するための概略ブロック図である。図６は、測定器１０３の係合面１３０Ａと充電器１０５の着脱面１５０Ａとの関係を説明するための図である。

図５に示す充電システム１００と図２に示す充電システム１との差異は、充電システム１００において、測定器１０３が光受光パネル３３の代わりに受信部７１を有し、充電器１０５がＬＥＤ発光装置５５の代わりに送信部７２を有する点のみである。充電システム１００において、充電システム１と共通する構成には、同じ番号を付して説明を省略する。また、充電システム１００における充電等の手順は、図４に示した処理フローと同様であるので、省略する。

本変形例では、金属接点、コネクタ、導体ケーブル等を介することなく、電力を伝送するワイヤレス電力伝送システムを利用する。受信部７１及び送信部７２はワイヤレス電力伝送システムに適した構成であり、詳しくは後述する。一般に、ワイヤレス電力伝送では、その種類に関わらず、伝送距離が短いほど伝送効率が高くなる。本変形では、送信部７２と受信部７１の間で電力を伝送する際に、送信部７２と受信部７１の距離をできるだけ短くして行う。このため、本変形によれば、送信部７２、受信部７１に採用するワイヤレス電力伝送方式の種類に関わらず、そのワイヤレス電力伝送方式を用いて行う電力伝送として高い伝送効率で電力を伝送することができる。

ワイヤレス電力伝送方式には、大別して、電波やレーザ等でエネルギーを伝送する放射型と、電界や磁界を介してエネルギーを伝送する非放射型がある。放射型のワイヤレス電力伝送方式には、磁界結合式、電界結合式、エバネセント波式がある。磁界結合式には、電磁誘導式、磁界共振式、環状ソレノイド式がある。非放射型のワイヤレス電力伝送方式には、レーザ式、マイクロ波式、超音波式がある。本変形の送信部７２、受信部７１には、どのワイヤレス電力伝送方式でも適用可能である。

例えば、電磁誘導方式または磁界共鳴方式のワイヤレス電力伝送方式を用いる場合、送信部７２は、電界または磁界を発生する送信コイルを含み、受信部７１は、送電コイルが発生した電界又は磁界に基づいて電磁誘導方式又は磁界共鳴方式のワイヤレス電力伝送方式により電力を発生する受電コイルを含む。

電界結合方式のワイヤレス電力伝送方式を用いる場合、送信部７２は、電界を発生する送電電極を含み、受信部７１は、送電電極が発生した電界に基づいて電磁結合方式のワイヤレス電力伝送方式により電力を発生する受電電極を含む。

レーザ式のワイヤレス電力伝送方式を用いる場合、送信部７２は、レーザ発振器を含み、受信部７１は、レーザ発振器が発生したレーザに基づいてレーザ式のワイヤレス電力伝送方式により電力を発生する光電変換素子を含む。

マイクロ波式のワイヤレス電力伝送方式を用いる場合、送信部７２は、マイクロ波を送信する送信アンテナを含む。また、この場合、受信部７１は、送信アンテナが発生したマイクロ波に基づいてマイクロ波式のワイヤレス電力伝送方式により電力を発生するための受信アンテナを含む。

超音波式のワイヤレス電力伝送方式を用いる場合、送信部７２は、超音波を出力するトランスミッタを含み、受信部７１は、トランスミッタが発生した超音波に基づいて超音波式のワイヤレス電力伝送方式により電力を発生するためのレシーバを含む。

（その他の変形）
以上、本発明を実施の形態及びその変形に即して説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、他にも様々な変形が考えられる。以下に様々な変形を例示する。

充電器５／１０５は、充電器５／１０５を動作させるための電源として、充電器内蔵充電池を有してもよい。この場合、水中ドローン１０を母船２０から発進させる前に、充電器内蔵充電池を充電しておく。特に、測定器３／１０３への充電は、充電器内蔵充電池を電源としてＬＥＤ発光装置５５／送信部７２を動作させることにより行われる。また、測定器３／１０３との無線通信は、充電器内蔵充電池を電源として充電器無線通信部５８を動作させることにより行われる。

同様に、水中ドローン１０は、水中ドローン１０及び充電器５／１０５を動作させるための電源として、ドローン内蔵充電池を有してもよい。この場合も、水中ドローン１０を母船２０から発進させる前にドローン内蔵充電池を充電しておくことにより、上述の充電器内蔵充電池を充電器に内蔵した場合と同様に動作させることができる。特に、水中ドローン１０にドローン内蔵充電池を設け、かつ、水中ドローン１０を無線制御とする場合、給電ケーブル２１Ａ及びドローン制御ケーブル２２Ａが不要となり、水中ドローン１０と母船２０の間を完全にワイヤレスにすることができる。この場合、給電ケーブル２１Ａ及びドローン制御ケーブル２２Ａの挙動を考慮する必要がなくなるので、水中ドローン１０の操作が容易になる。

充電器５／１０５は、ＬＥＤ発光装置５５または単一のワイヤレス電力伝送方式の送信部７２を備える代わりに、複数のワイヤレス電力伝送方式の送信部を有してもよい。例えば、充電器５／１０５は、ＬＥＤ発光装置５５と共に、電界結合方式のワイヤレス電力伝送方式の送電電極を有してもよい。また、例えば、充電器５／１０５は、電界結合方式のワイヤレス電力伝送方式の送電電極、レーザ式のワイヤレス電力伝送方式のレーザ発振器、及び、マイクロ波式のワイヤレス電力方式の送信アンテナを送信部として有してもよい。このようにすれば、受信部のワイヤレス電力伝送方式が互いに異なる複数の測定器を、同一の水中ドローンで充電することができる。

充電器は、複数のワイヤレス電力伝送方式の送信部を有し、測定器は、対応する複数のワイヤレス電力伝送方式の受信部を有してもよい。例えば、充電器は、ＬＥＤ発光装置５５と、電界結合方式のワイヤレス電力伝送方式の送電電極とを送信部７２として備え、測定器は、光受光パネル３３と、電界結合方式のワイヤレス電力伝送方式の受電電極とを受信部７１として備えてよい。この場合、充電器制御部５６及び測定器制御部３５は以下のように動作することが考えられる。充電器制御部５６が、ＬＥＤ発光装置５５から光受光パネル３３への電力伝送を行うと、測定器制御部３５は、蓄電部３４への時間当たりの充電量を算出する。次に、測定器制御部３５は、その算出した時間当たりの充電量と、予め測定器記憶部３６に格納した閾値とを比較する。算出した時間当たりの充電量が閾値に満たない場合、測定器制御部３５は、電力伝送方式の変更を要求する信号を測定器無線通信部３８から充電器に送信する。この信号を充電器無線通信部５８で受信すると、充電器制御部５６は、ＬＥＤ発光装置５５による電力伝送を中止し、代わりに、電界結合方式のワイヤレス電力伝送方式の送電電極を用いて、測定器の受電電極との間で電力伝送を行う。

このようにすれば、充電器及び測定器が置かれた状況に応じて好適なワイヤレス電力伝送方式を用いて電力を伝送することができる。例えば、最初に、伝送効率が高いワイヤレス電力伝送方式による送電を試みて、そのワイヤレス電力伝送方式では効率が悪い場合或いは送電できない場合に、他のワイヤレス電力伝送方式による送電を行うことができる。

図７は、第１電磁石５３、第２電磁石５４の代わりに用いられる磁石部２００の斜視図である。第１電磁石５３、第２電磁石５４の代わりに、着脱面５Ａ／５０Ａにそれぞれ磁石部２００を配置してもよい。磁石部２００は、永久磁石２０１と、回転軸２０２と、モータ２０３とを有する。永久磁石２０１は、フェライトの棒磁石である。回転軸２０２は、モータ２０３による回転を永久磁石２０１に伝達する。モータ２０３は、サーボモータであり、充電器制御部５６に制御され、回転軸２０２を介して永久磁石２０１を回転させて、永久磁石２０１の端部、即ち、Ｓ極、Ｎ極を所望の向きで固定させる。充電器制御部５６は、モータ２０３を制御することにより、充電器５／１５０と測定器３／１３０とを接合させる場合（例えば図４、ステップＳ１）には、各永久磁石２０１の着脱面５Ａ／５０Ａ側の底面が、対応する第１磁石３１及び第２磁石３２の係合面３０Ａ／１３０Ａ側とは逆の極性を有するように各永久磁石の向きを変える。逆に、充電器５／１５０と測定器３／１３０とを離間させる場合（例えば図４、ステップＳ１１）には、各永久磁石の着脱面５Ａ／５０Ａ側の底面が、対応する第１磁石３１及び第２磁石３２の係合面３０Ａ／１３０Ａ側と同じ極性を有するように、各永久磁石の向きを変える。尚、着脱面５Ａ／５０Ａの磁極を中立にする場合、充電器制御部５６は、永久磁石のＳ極側端面とＮ極側端面の両方が着脱面５Ａ／５０Ａに対して略直交するように、永久磁石の向きを変える。

図１において、測定器３は生け簀２の中ほどの水中に配置しているが、測定器３を設置する位置は、水面付近でも水底付近でもよい。例えば、ブイに測定器３を配置し、海面を漂うようにしてもよい。

測定器３における第１磁石３１、第２磁石３２の代わりに、鉄板等の磁性体を配置してもよい。この場合、電磁石と磁性体の間に作用する引力を利用して測定器３に充電器５を係留するので、図４のステップＳ１において、第１、第２電磁石をオンする際、各電磁石の極性を特定する必要はなくなる。さらに、この場合、図４のステップＳ１１は必要なくなる。

１、１００ 充電システム
２ 生け簀
３、１０３ 測定器
５、１０５ 充電器
１０ 水中ドローン
２０ 母船
３０Ａ、１３０Ａ 係合面
３３ 光受光パネル
３８ 測定器無線通信部
５０Ａ、１５０Ａ 着脱面
５５ ＬＥＤ発光装置
５８ 充電器無線通信部
７１ 受信部
７２ 送信部

Claims (9)

1. 充電器と、前記充電器と接続可能で且つ水上又は水中に配置される測定器とを備え、
   前記充電器は、
   前記測定器と着脱可能な着脱部と、
   前記測定器に対して、電磁波、電界又は磁界を出力可能な送信部と、を有し、
   前記測定器は、
   前記着脱部と係合する係合部と、
   前記送信部とは非接触で、前記電磁波、電界又は磁界を受けて電力を発生する発生部と、
   前記発生部において発生された電力を蓄電する蓄電部と、
   前記蓄電部から電力の供給を受けて測定を行う測定部と、を有する、
   ことを特徴とする充電システム。
2. 前記送信部は光を出力するＬＥＤ発光装置を含み、前記発生部はＬＥＤ発光装置から受光した光により発電する光受光パネルを含む、請求項１に記載の充電システム。
3. 前記送信部は電界又は磁界を発生する送電コイルを含み、前記発生部は前記送信部が発生した電界又は磁界に基づいて電磁誘導方式又は磁界共鳴方式により電力を発生する受電コイルを含む、請求項１に記載の充電システム。
4. 前記送信部は電界を発生する送電電極を含み、前記発生部は前記送信部が発生した電界に基づいて電磁結合方式により電力を発生する受電電極を含む、請求項１に記載の充電システム。
5. 前記着脱部は、極性の向きを変更可能な磁石を含み、前記係合部は磁性体を含む、請求項１～４の何れか一項に記載の充電システム。
6. 着脱部は複数の電磁石を有し、前記複数の電磁石の間に前記送信部が配置されており、
   前記係合部は複数の磁性体を有し、前記複数の磁性体の間に前記発生部の少なくとも一部が配置されている、請求項１～５の何れか一項に記載の充電システム。
7. 前記充電器は、前記送信部を前記測定器側に向けて付勢する付勢手段を有する、請求項１～６の何れか一項に記載の充電システム。
8. 前記充電器及び前記測定器は、お互いにデータ通信可能な無線通信手段を有する、請求項１～７の何れか一項に記載の充電システム。
9. 前記充電器を、水上又は水中で航行可能な航行装置を有する、請求項１～８の何れか一項に記載の充電システム。

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