JP6112260B2

JP6112260B2 - 電力供給システム、及び電力供給方法

Info

Publication number: JP6112260B2
Application number: JP2016538122A
Authority: JP
Inventors: 和磨沖段
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2035-01-30
Also published as: WO2016121089A1; JPWO2016121089A1

Description

この発明は、電力供給システム、及び電力供給方法に関する。

特許文献１には、接岸時に船内で使用する電力の一部又は全部に対応する電力を供給するべく、船舶側では、船舶の外部に露出した部位に船内の電力システムに接続した受電用部材を備え、陸上側では、船舶側の受電用部材に電気的に非接触で対面し、かつ、陸上側の給電システムに接続する給電用部材を設けて、陸上側の給電システムから船舶の内部の電力システムに給電することが記載されている。

特開２０１０−１１６９６号公報

昨今、低環境負荷や低炭素社会の実現に向けた取り組みの一つとして、電動船（電池推進船）についての開発研究が進められている。電動船の実用化に際しては、陸上等からの電動船への安全かつ効率的な電力の供給を実現することが課題となる。

ここで陸上から水上に浮かぶ船舶に非接触給電により電力を供給する場合、潮の満ち引き等の影響により船舶が上下方向に移動するので、伝送効率を安定に維持しつつ電力供給を行うには、陸上に設けた非接触給電の送電部（例えば、共振回路を構成するコイルやコンデンサ）の位置を船舶側に設けられている非接触給電の受電部の位置に追従させる必要がある。

これに関し、特許文献１では、相対変位減少装置として機能する給電側支持装置を設け、岸壁側の給電用電極板を３方向Ｘ、Ｙ、Ｚに移動可能とし、船舶が岸壁に接岸している時には、船舶の潮位や喫水変化による鉛直方向（上下方向）Ｚの移動と、風や潮流等による船長方向Ｘと船幅方向Ｙの移動によって変化する受電用電極板の移動に給電用電極板を追従して移動するようにしている。しかしこの構成では装置が大がかりなものとなる上、制御も複雑なものとなる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたもので、簡素な構成にて安定した伝送効率で水上に浮かぶ船舶に非接触給電を行うことが可能な、電力供給システム、及び電力供給方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するための本発明の一つは、非接触給電により船舶に電力を供給するシステムであって、船舶が浮かぶ水上に浮かべられた浮体と、前記浮体に設けられ、前記船舶に設けられた非接触給電の受電部に向けて非接触給電により電力を送電する送電部と、を備えることとする。

本発明によれば、潮の満ち引き等の影響による水面の上昇又は下降に伴い船舶に設けられた非接触給電の受電部が上下に移動した場合でも、水面の上昇又は下降に伴い浮体が上下に移動するので、受電部と送電部の相対的な位置関係が維持され、伝送効率が安定に維持される。このように、本発明によれば、簡素な構成にて安定した伝送効率で水上に浮かぶ船舶に非接触給電を行うことができる。

また本発明の他の一つは、上記電力供給システムであって、前記送電部は、電力供給線を通じて供給される電力を前記受電部に直接送電する非接触給電の送電回路を含むこととする。

また本発明の他の一つは、上記電力供給システムであって、前記受電部は、非接触給電の電力を受電する共振回路を備え、前記送電回路は、非接触給電の電力を送電する共振回路を備えることとする。

また本発明の他の一つは、上記電力供給システムであって、電力供給線を通じて外部から供給される電力を送電する非接触給電の送電回路を備え、前記送電部は、前記送電回路を含まず、前記送電回路から送電される電力を受電し、受電した電力を前記受電部に送電する中継回路を含むこととする。

このように、浮体に送電回路ではなく中継回路を設けた場合には、浮体に送電回路を設けた場合のように浮体に電力供給線を接続する必要がない。そのため、浮体の側面の内部空間の密閉性を保ちやすく、中継回路を完全に密閉（防水）された状態とすることができ、中継回路の長寿命化やメンテナンス負荷の軽減を図ることができる。また浮体に送電回路を設けた場合は浮体が上下に移動することで電力供給線の劣化が進みやすくなるが、浮体に中継回路を設けた場合はそのような問題が生じない。

また本発明の他の一つは、上記電力供給システムであって、前記受電部は、非接触給電の電力を受電する共振回路を備え、前記中継回路は、非接触給電の電力を送電する共振回路を備えることとする。

また本発明の他の一つは、上記電力供給システムであって、船舶が接近する場所に固設されたガイド部材を更に備え、前記浮体は、前記水面の上昇又は下降に伴い上下に移動可能な状態で前記ガイド部材に設けられることとする。

また本発明の他の一つは、上記電力供給システムであって、前記送電部は、防水された状態で前記浮体に設けられていることとする。

その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、及び図面により明らかにされる。

本発明によれば、簡素な構成にて安定した伝送効率で水上に浮かぶ船舶に非接触給電を行うことができる。

電力供給システム１の概略的な構成を示す図である。送電設備２０の構成を示す図である。受電設備３０の構成を示す図である。送電設備２０の構成を示す図（浮体７０を側方から眺めた図）である。送電設備２０の構成を示す図（浮体７０を斜め上方から眺めた図）である。送電設備２０の他の構成を示す図（浮体７０を側方から眺めた図）である。送電設備２０の他の構成を示す図（浮体７０を斜め上方から眺めた図）である。中継回路４１の構成を示す図である。送電設備２０の他の構成を示す図（浮体７０を側方から眺めた図）である。送電設備２０の他の構成を示す図（浮体７０を斜め上方から眺めた図）である。電力供給システム１の他の構成を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について図面とともに説明する。

図１に本発明の一実施形態として説明する、非接触給電により水上に浮かぶ船舶２に電力を供給するシステム（以下、電力供給システム１と称する。）の概略的な構成を示している。同図に示すように、電力供給システム１は、船舶２が接近する港の岸壁３に設けられた非接触給電（電界共鳴方式、電磁誘導方式、磁界共鳴方式、電波方式等）の送電設備２０と、船舶２に設けられている非接触給電の受電設備３０とを含む。

送電設備２０は、電源装置５から供給される電力を非接触給電により受電設備３０に送電する。電源装置５は、電力供給線６を介して、送電設備２０を駆動させる電力（送電設備２０が非接触給電により受電設備３０に送電する電力を含む。）を供給する。

受電設備３０は、例えば、船舶２が港に停泊している際に岸壁３に設けられている送電設備２０に近接するような位置に設けられ、例えば、船舶２の外側面や船舶２の内部に設けられる。後者のように受電設備３０が船舶２の内部に設けられる場合には、受電設備３０が送電設備２０に対向する側の船舶２の側面は電界及び磁界を透過する性質の素材で構成される。

図２に送電設備２０の構成を示している。同図に示すように、送電設備２０は、電源装置５から電力供給線６を介して供給される電力によって動作する送電回路２１、並びに図示しない後述の浮体７０及びガイド部材７１を備える。

送電回路２１は、送電コイル２１１、送電コンデンサ２１２、及び制御回路２１３を備える。送電コイル２１１は、例えば、導体線を中心点又は巻回軸の周りに所定回数巻回したものであり、例えば、ループ状（円状、矩形状、同心円状等）、螺旋状（断面が矩形状場合を含む）等の外観を呈する。送電コイル２１１と送電コンデンサ２１２は共振回路を構成する。制御回路２１３は、プロセッサ（マイクロコンピュータ等）、及びドライバ回路（ゲートドライバ、ハーフブリッジドライバ等）を含み、電源装置５から供給される電力に基づき、送電コイル２１１に供給する所定周波数の駆動電流を生成する。

図３に受電設備３０の構成を示している。同図に示すように、受電設備３０は、受電回路３１、充放電制御回路３２、及び蓄電池３３を備える。受電回路３１は、受電コイル３１１、受電コンデンサ３１２、及び整流回路３１３を備える。

受電コイル３１１は、例えば、導体線を中心点又は巻回軸の周りに所定回数巻回したものであり、例えば、ループ状（円状、矩形状、同心円状等）、螺旋状（断面が矩形状場合を含む）等の外観を呈する。受電コイル３１１と受電コンデンサ３１２は共振回路を構成する。

整流回路３１３は、受電回路３１が受電した交流電力を直流電力に変換（整流）して蓄電池３３に供給する。

充放電制御回路３２は、プロセッサ（マイクロコンピュータ等）、蓄電池３３の端子間電圧を測定する電圧センサ、蓄電池３３に入力又は出力される電流を計測する電流センサ等を備えて構成され、蓄電池３３の充放電状態（蓄電池３３の残量等）の監視や蓄電池３３の充放電制御を行う。

蓄電池３３は、例えば、リチウムイオン二次電池、リチウムポリマー二次電池、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池である。蓄電池３３に蓄えられた電力は負荷５１に供給される。

負荷５１は、例えば、船舶２に設けられている各種電気機器（航行設備、照明等）であり、例えば、船舶２が電動船である場合、負荷５１にはモータ等の動力装置も含まれる。尚、負荷５１が、例えば、交流負荷である場合には、蓄電池３３と負荷５１との間に適宜昇圧チョッパやインバータが設けられる。

＝送電設備の構成＝
送電設備２０は、船舶２に設けられている受電設備３０に対する非接触給電の伝送効率が安定に維持されるように構成されている。以下、送電設備２０の構成について詳述する。

図４及び図５に送電設備２０の構成を示している。図４は浮体７０を側方から眺めた図であり、図５は浮体７０を斜め上方から眺めた図である。これらの図に示すように、送電設備２０の送電回路２１は、船舶２が浮かぶ水上に浮かべられた浮体７０に設けられている。浮体７０は、岸壁３に固定され上下方向に延出する所定長さの棒状（円柱状、角状等）のガイド部材７１に、水面の上昇又は下降に伴い上下に移動可能な状態で設けられている。浮体７０はその内部に収容部７０１が形成された筒状（リング状、ドーナツ状等）であり、浮体７０はその中心軸に沿って形成された貫通孔にガイド部材７１を貫通させることにより、ガイド部材７１の長手方向に沿って移動可能な状態で設けられている。

尚、ガイド部材７１の態様や浮体７０のガイド部材７１への取付け方法は必ずしも以上に示したものに限定されない。例えば、ガイド部材７１は、レール構造等であってもよい。

浮体７０の収容部７０１には、送電設備２０の構成要素のうち送電回路２１が設けられている。送電回路２１は、防水された状態で収容部７０１に設けられている。上記収容部７０１の一部には、浮体７０の内外を貫通する通し孔７２が形成され、この通し孔７２には送電回路２１に電源装置５からの電力を供給する電力供給線６が挿通されている。尚、漏水を防ぐため、通し孔７２の周囲はパッキング処理が施されている。

以上のように、送電回路２１は上下に移動可能な状態で浮体７０に設けられているので、潮の満ち引き等の影響による水面の上昇又は下降に伴い船舶２の受電設備３０（の受電回路３１）が上下に移動した場合には、水面の上昇又は下降に伴い浮体７０も上下に移動する。そのため、水面が上昇又は下降した場合でも、送電回路２１と受電回路３１の相対的な位置関係が維持され、伝送効率を安定に維持しつつ非接触給電を効率よく行うことができる。

尚、送電回路２１の構成要素のうち制御回路２１３については必ずしも浮体７０に設けなくてもよく、例えば、電源装置５の近傍や電流供給線６の途中に設けてもよい。また送電回路２１から非接触給電により送電される電力の殆どが送電コイル２１１から送信される場合には、送電コンデンサ２１２については必ずしも浮体７０に設けなくてもよい。また送電回路２１から非接触給電により送電される電力の殆どが送電コンデンサ２１２から送信される場合には、送電コイル２１１については必ずしも浮体７０に設けなくてもよい。

図６及び図７に送電設備２０の他の構成例を示している。図６は浮体７０を側方から眺めた図であり、図７は浮体７０を斜め上方から眺めた図である。浮体７０並びにガイド部材７１の構成は、図４及び図５と同様である。

図４及び図５と異なり、本例では、送電回路２１についてはガイド部材７１の内部空間に設け、一方、浮体７０の収容部７０１には非接触給電の中継回路４１を設けている。中継回路４１は、送電回路２１から送電される電力を受電し、受電した電力を船舶２の受電設備３０の受電回路３１に向けて送電する。中継回路４１は、防水された状態で収容部７０１に収容されている。送電回路２１には、ガイド部材７１の内部空間に挿通された電力供給線６が接続している。

図８に中継回路４１の構成を示している。同図に示すように、中継回路４１は、中継コンデンサ４１２及び中継コイル４１１を備える。中継コイル４１１は、例えば、導体線を中心点又は巻回軸の周りに所定回数巻回したものであり、例えば、ループ状（円状、矩形状、同心円状等）、螺旋状（断面が矩形状場合を含む）等の外観を呈する。中継コイル４１１と中継コンデンサ４１２は共振回路を構成する。

本例のように、浮体７０に送電回路２１ではなく中継回路４１を設けた場合には、浮体７０に送電回路２１を設けた場合のように浮体７０に電力供給線６を接続する必要がない。そのため、収容部７０１の密閉性を保ちやすく、中継回路４１を完全に密閉（防水）された状態とすることができ、中継回路４１の長寿命化やメンテナンス負荷の軽減を図ることができる。また浮体７０に送電回路２１を設けた場合は浮体７０が上下に移動することにより電力供給線６の劣化が進みやすくなるが、浮体７０に中継回路４１を設けた場合はそのような問題が生じない。

尚、中継回路４１の位置の変化による送電回路２１の共振回路と中継回路４１との間の伝送効率の変化が小さくなるように（伝送効率が安定するように）、例えば、送電回路２１の共振回路の上下方向の範囲（例えば、送電コイル２１１の上下方向の長さ）が、中継回路４１の共振回路の上下方向の範囲（例えば、中継コイル４１１の上下方向の長さ）よりも広くなるようにしてもよい。その場合の構成例を図９及び図１０に示す。

以上に説明したように、本実施形態の電力供給システム１よれば、潮の満ち引き等の影響による水面の上昇又は下降に伴い船舶２の受電設備３０の受電回路３１が上下に移動した場合でも、送電回路２１と受電回路３１の相対的な位置関係を維持することができ、簡素な構成でありながら伝送効率を安定に維持しつつ非接触給電を効率よく行うことができる。

ところで、以上の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。

例えば、送電回路２１や中継回路４１の共振回路を構成しているコイル（送電コイル２１１、中継コイル４１１）やコンデンサ（送電コンデンサ２１２、中継コンデンサ４１２）の配置（例えば、コイルの巻回軸の方向、コンデンサの電極面の向き（法線方向）等）は、送電回路２１から受電回路３１への伝送効率が高くなるように最適な状態で適宜設定すればよい。

また以上の説明では、送電設備２０を岸壁３に設けているが、送電設備２０は、例えば、岸から離れた沖合に設けてもよい。その場合には、例えば、図１１に示すように、ガイド部材７１を水底７から水面上に延出させて立設し、その内部に送電回路２１又は中継回路４１を収容した浮体７０を上下に移動可能にガイド部材７１に設ければよい。

１電力供給システム、２船舶、３岸壁、５電源装置、６電力供給線、７水底、２０送電設備、２１送電回路、２１１送電コイル、２１２送電コンデンサ、２１３制御回路、３０受電設備、３１受電回路、３１１受電コイル、３１２受電コンデンサ、３１３整流回路、３２蓄電池、４１中継回路、４１１中継コイル、４１２中継コンデンサ、５１負荷、７０浮体、７１ガイド部材、７０１収容部、７２通し孔

Claims

非接触給電により船舶に電力を供給するシステムであって、
船舶が浮かぶ水上に浮かべられた浮体と、
前記浮体に設けられ、前記船舶に設けられた非接触給電の受電部に向けて非接触給電により電力を送電する送電部と、
船舶が接近する場所に固設されたガイド部材と、
を備え、
前記浮体は、前記水面の上昇又は下降に伴い上下に移動可能な状態で前記ガイド部材に設けられ、
前記送電部は、電力供給線を通じて外部から供給される電力を送電する非接触給電の送電回路から送電される電力を受電し、受電した前記電力を前記受電部に送電する中継回路を含み、
前記送電回路は、前記ガイド部材の内部に設けられている、
電力供給システム。
請求項１に記載の電力供給システムであって、
前記受電部は、非接触給電の電力を受電する共振回路を備え、
前記中継回路は、非接触給電の電力を受電し、受電した前記電力を非接触給電により送電する共振回路を備える、
電力供給システム。
請求項１に記載の電力供給システムであって、
前記中継回路は、非接触給電の電力を受電し、受電した前記電力を非接触給電により送電する共振回路を備え、
前記送電回路は、非接触給電の電力を送電する共振回路を備え、
前記送電回路の前記共振回路の上下方向の範囲が、前記中継回路の前記共振回路の上下方向の範囲よりも広い、
電力供給システム。
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電力供給システムであって、
前記送電部は、防水された状態で前記浮体に設けられている、
電力供給システム。
非接触給電により船舶に電力を供給する方法であって、
船舶が浮かぶ水上に浮体を浮かべ、
前記浮体に、前記船舶に設けられた非接触給電の受電部に向けて非接触給電により電力を送電する送電部を設け、
船舶が接近する場所にガイド部材を固設し、
前記浮体を、前記水面の上昇又は下降に伴い上下に移動可能な状態で前記ガイド部材に設け、
前記送電部は、電力供給線を通じて外部から供給される電力を送電する非接触給電の送電回路から送電される電力を受電し、受電した電力を前記受電部に送電する中継回路を含み、
前記送電回路は、前記ガイド部材の内部に設けられ、
前記送電部から前記受電部に非接触給電により送電を行う、
電力供給方法。
請求項５に記載の電力供給方法であって、
前記受電部は、非接触給電の電力を受電する共振回路を備え、
前記中継回路は、非接触給電の電力を受電し、受電した前記電力を非接触給電により送電する共振回路を備える、
電力供給方法。
請求項５に記載の電力供給方法であって、
前記中継回路は、非接触給電の電力を受電し、受電した前記電力を非接触給電により送電する共振回路を備え、
前記送電回路は、非接触給電の電力を送電する共振回路を備え、
前記送電回路の前記共振回路の上下方向の範囲が、前記中継回路の前記共振回路の上下方向の範囲よりも広い、
電力供給方法。
請求項５乃至７のいずれか一項に記載の電力供給方法であって、
前記送電部は、防水された状態で前記浮体に設けられている、
電力供給方法。