JP6622157B2

JP6622157B2 - 水中非接触給電装置

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Publication number: JP6622157B2
Application number: JP2016164359A
Authority: JP
Inventors: 喜多男山本; 望月　正志; 正志望月; 恭之沖米田; 渡辺　敦; 敦渡辺; 祐輔風間
Original assignee: Showa Aircraft Industry Co Ltd
Current assignee: Showa Aircraft Industry Co Ltd
Priority date: 2016-08-25
Filing date: 2016-08-25
Publication date: 2019-12-18
Anticipated expiration: 2036-08-25
Also published as: JP2018033251A

Description

本発明は、水中非接触給電装置に関する。すなわち、水中（海中）で水中ロボットに非接触で電力を供給する、水中非接触給電装置に関するものである。

《従来技術》
例えば海底で、長時間の潜水作業を行う場合、水中ロボットが使用されている。この種の水中ロボットとしては、図３の（１）図中に示した耐圧構造で自律遊泳移動型の海中無人探査機ＡＵＶ１が、代表的である。
そして、ＡＵＶ１への電力供給には、水中非接触給電装置（ＷＰＴ）（ＷｉｒｅｌｅｓｓＰｏｗｅｒＴｒａｎｓｆｅｒ）が用いられている。
すなわち、海底電源ベース２のバッテリーに充電，貯蔵された電力が、水中（海中）３において非接触でＡＵＶ１のバッテリーに供給されるが、このような海底電源ベース２とＡＵＶ１間の電力授受には、水中非接触給電装置が必要不可欠であり、必須的に用いられている。
ところで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（空中用）のものが、現在広く知られており、開発，実用化が進行している。

《従来技術》
図３の（２）図は、ＡＵＶ１用の従来の水中非接触給電装置４の説明に供する。この従来の水中非接触給電装置４は、上述した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く磁界結合方式（コイルによる磁界共鳴結合方式）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、高周波電源からの高周波交流を励磁電流として通電される。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、もって受電側回路７のバッテリー９が給電，充電される。
そして、送電コイル６や受電コイル８は、それぞれ送電カプラー１０や受電カプラー１１の容器内に、収められていた。

ところで、上述した陸上用の非接触給電装置としては、例えば、次の特許文献１，２に示されたものが挙げられる。水中非接触給電装置としては、例えば、次の特許文献３に示されたものが挙げられる。
特開２０１２−０１６１０６号公報特開２０１２−１４３１０６号公報特開２０１５−２３１３０７号公報

さて、このような従来の水中非接触給電装置４については、次のような問題が課題として指摘されていた。
図４は、従来の水中非接触給電装置４の送電カプラー１０や受電カプラー１１の断面説明図である。同図にも示したように、送電側回路５側の送電カプラー１０内には、送電コイル６，フェライトコア１２，均圧油１３等が、収められていた。受電側回路７側の受電カプラー１１内には、受電コイル８，フェライトコア１４，均圧油１３等が、収められていた。
そこで、従来の磁界結合方式の水中非接触給電装置４については、小型軽量化の要求に反する、という問題が指摘されていた。特に、受電カプラー１１について、より一層の小型軽量化が要求されていた。

これらについて、更に詳述する。従来の水中非接触給電装置４は、前述したように磁界結合方式よりなっており、その送電コイル６や受電コイル８は、材料に銅が使用され、フェライトコア１２，１４が、磁性材料として必須的に使用されていた。
更に、絶縁油の均圧油１３が、海底等の高水圧に耐えるべく、送電カプラー１０や受電カプラー１１の容器内ボイド空間１５に充填，封入されていた。
すなわち、送電カプラー１０や受電カプラー１１は、可堯性ケースよりなり、水圧変化に伴い圧が均圧油１３に伝達されて、内外圧が均圧化される構造よりなっていた。なお図中１６はリード線、１７はその収納ホースであり、図示例ではその内部にも均圧油１３が充填，封入されている。
そこで従来の水中非接触給電装置４は、送電カプラー１０や受電カプラー１１について、重量が嵩み容積が大型化し、小型軽量化のニーズにマッチしない、という問題が指摘されていた。
特に、ＡＵＶ１等の水中遊泳移動型ロボットについては、小型軽量化の要求が厳しく、その重量と浮量（浮力）がほぼ等しい中性浮力状態が、設計目標となっている。
もって、ＡＵＶ１等に設けられる水中非接触給電装置４に関しても、受電カプラー１１の小型軽量化の要求が厳しかった。又、水中電源ベース２側に関しても、これに準じ、送電カプラー１０の小型軽量化の要求が厳しかった。
なお、前述した均圧化構造に関しては、特開２００１−１１０３８０号公報，特開平１１−１６６０８号公報，特開昭４９−８５５３０号公報等を参照。

《本発明について》
本発明の水中非接触給電装置は、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、カプラーの小型軽量化が実現され、第２に、しかもこれが簡単容易に実現される、水中非接触給電装置を提案することを目的とする。

《各請求項について》
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の水中非接触給電装置は、送電側回路から受電側回路に、高周波電界結合に基づき非接触で電力を供給する。
そして、該送電側回路の送電電極と該受電側回路の受電電極とが、給電に際し、水ギャップを存し非接触で対応位置して、該水ギャップの水を誘電体として静電容量が形成される。
該送電側回路は水中電源ベース側に設けられ、該受電側回路は水中ロボット側に設けられており、該送電電極と該受電電極は、対応する板状をなし、給電に際し内外の関係で対応位置する。
該送電電極は、極薄の絶縁被膜付よりなり送電カプラーを形成し、該送電カプラーは、該水中電源ベースに対し別体か付設取付けされている。該送電電極以外の該送電側回路は、該水中電源ベース内に設けられており、もって、該送電カプラーが小型軽量化されている。
又、該受電電極は、極薄の絶縁被膜付よりなり受電カプラーを形成し、該受電カプラーは、該水中ロボットに対し別体か付設取付けされている。該受電電極以外の該受電側回路は、該水中ロボット内に設けられており、もって、該受電カプラーが小型軽量化されている。
そして該絶縁被膜は、膜厚が数１０μｍ単位で、比誘電率が２０以下の材料よりなる。水ギャップ間隔は、１０ｍｍから数１０ｍｍ程度よりなる。
このように、比誘電率が２０以下の該絶縁被膜の膜厚を、該水ギャップ間隔に対し極めて小さく設定した組み合わせにより、該水ギャップの水の高い比誘電率を生かした、該水と該絶縁被膜との合成静電容量が得られる。
もって、電界結合による電力供給量の増大機能が発揮されること、を特徴とする。

請求項２については、次のとおり。
請求項２の水中非接触給電装置は、請求項１において、該送電側回路および該受電側回路は、少なくも一方に共振コイルが配されている。
そして給電に際して、該送電側回路および該受電側回路には、静電容量を形成する該送電電極および該受電電極と、該共振コイルとで、共振回路が形成される。
もって共振結合により、この面からも、電界結合による電力供給量の増大機能が発揮されること、を特徴とする。

《作用等について》
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、水中ロボットが水中電源ベースに対応停止され、水中ロボット側の受電カプラーが、水中電源ベース側の送電カプラーに、水ギャップを存し対応位置決めされる。
（２）従って送電電極と受電電極も、水ギャップを存し内外の関係で対応位置し、もって水ギャップの水を誘電体として、静電容量が形成される。
（３）そこで、水中電源ベース側の送電側回路から、水中ロボット側の受電側回路に、高周波電界結合に基づき、電力が供給される。
（４）そして、送電側回路および受電側回路は、少なくとも一方に共振コイルが配されており、もって、静電容量を形成され送電電極および受電電極との間で、共振回路が形成される。送電側回路の高周波電源の電源周波数は、共振回路の共振周波数と等しく揃えられる。
これらにより電界結合は、共振結合によって電力供給量増大が図られる。
（５）なお送電カプラーは、送電電極と、膜厚数１０ミクロン単位の絶縁被膜とからなる。受電カプラーは、受電電極と、膜厚数１０ミクロン単位の絶縁被膜とからなる。水ギャップ間隔は、１０ｍｍから数１０ｍｍ程度よりなる。絶縁被膜の比誘電率は、２０以下よりなる。
（６）もって、水ギャップの水の高い比誘電率を生かした合成静電容量が得られ、この面からも電力供給量が増大される。
（７）この水中非接触給電装置は、送電カプラーおよび受電カプラーが、上述したように、それぞれ極薄被膜付の電極よりなるので、大幅に小型軽量化される。
（８）そして、このような小型軽量化は、水中での電界結合方式を採用したことにより、簡単容易に実現される。
（９）そこで、本発明は次の効果を発揮する。

《第１の効果》
第１に、カプラーの小型軽量化が、実現される。
本発明の水中非接触給電装置は、水中において電界結合方式を採用したことにより、非接触で電力を供給する。
そこで、送電側回路側の送電カプラーが、絶縁被膜付の送電電極よりなり、受電側回路側の受電カプラーが、絶縁被膜付の受電電極よりなり、送電カプラーや受電カプラーが大きく小型軽量化される。その重量や容積が大幅に減少する。
すなわち、この種従来技術の非接触給電装置は、前述したように磁界結合方式を採用していたので、送電カプラーや受電カプラーが重く大型化し、重量や容積に問題が指摘されていたが、本発明によると、それぞれ１／５程度まで軽量化，小型化される。
もって、ＡＵＶ等の水中ロボットの一層の小型軽量化に寄与でき、水中電源ベースの小型軽量化にも勿論寄与可能である。

《第２の効果》
第２に、しかもこのような小型軽量化は、簡単容易に実現される。
本発明の水中非接触給電装置は、電界結合方式を採用したことにより、送電カプラーが、絶縁被膜付の送電電極により構成され、受電カプラーが絶縁被膜付の受電電極により構成されている。このような簡単な構成により、前述した小型軽量化が容易に実現される。
前述した従来技術の磁界結合方式の非接触給電装置のカプラーのように、コイル，フェライト，均圧油，容器等にて構成されていたのに比し、構成が大幅に簡単容易化される。
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。

本発明に係る水中非接触給電装置について、発明を実施するための形態の説明に供する。そして（１）図は、水中ロボット等の側面説明図、（２）図は、その一例の正断面説明図、（３）図は、他の例の正断面説明図である。（４）図は、基本回路図である。同発明を実施するための形態の説明に供し、（１）図は、電極，絶縁被膜，水ギャップ等の関係モデル図、（２）図は、実施例の回路図である。（１）図は、水中ロボット，水中電源ベース，その他の全体説明図である。（２）図は、従来例の水中非接触給電装置の説明に供し、水中ロボット等の側面説明図である。従来例の水中非接触給電装置の説明に供し、カプラーの断面説明図である。

以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。
《水中ロボット等について》
本発明の水中非接触給電装置１８は、代表的には水中ロボットへの給電用に使用される。そこでまず、水中ロボット等について、図３の（１）図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、耐圧構造のＡＵＶ１やＲＯＶ１９が代表的である。
ＡＵＶ（ＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＶｅｈｉｃｌｅ）１は、海中３を通信制御により無軌道で移動，航行できる、自律遊泳移動型の海中無人探査機よりなる。
ＲＯＶ（ＲｅｍｏｔｅｌｙＯｐｅｒａｔｅｄＶｅｈｉｃｌｅ）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（図示せず）に電力が充電，貯蔵される。
もって、海底電源ベース２のバッテリーに貯蔵された電力が、ＡＵＶ１のバッテリー（負荷）２２（図１の（４）図等を参照）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、水中非接触給電装置１８が使用される。
水中ロボット等については、以上のとおり。

《本発明の概要》
以下、本発明の水中非接触給電装置１８について、図１，図２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。
本発明の水中非接触給電装置１８は、上述したように水中（海中）３において、送電側回路２４から受電側回路２５に、高周波電界結合に基づき非接触で電力を供給する。
すなわち、送電側回路２４の送電電極２６と受電側回路２５の受電電極２７とが、給電に際し水ギャップＧを存し非接触で対応位置し、水ギャップＧの水を誘電体として静電容量Ｃが形成される。
そして送電側回路２４は水中電源ベース２側に設けられ、受電側回路２５は、ＡＵＶ１等の水中ロボット側に設けられる。送電電極２６と受電電極２７は、対応する板状をなし、給電に際し内外の関係で対応位置すると共に、送電電極２６が送電カプラー２８を形成し、受電電極２７が受電カプラー２９を形成する。
本発明の概要については、以上のとおり。以下、このような本発明について、更に詳述する。

以下、本発明の詳細について説明する。
《送電側回路２４について》
まず、水中非接触給電装置１８の１次側の送電側回路２４については、次のとおり。送電側回路２４は、水中（海底）電源ベース２（図３の（１）図も参照）側に設けられている。
送電側回路２４の送電電極２６は、送電カプラー２８を形成し、送電カプラー２８は、水中電源ベース２から離れた別体として設けられることもあるが、水中電源ベース２に付設取付けされることもある。送電側回路２４は、このような送電カプラー２８の送電電極２６以外、水中電源ベース２内に設けられる（図１の（４）図，図２の（２）図等を参照）。
そして送電電極２６は、高周波電源３０に接続されている。高周波電源３０は、バッテリーや高周波インバータ等を備え、例えば４００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ等、数１００ｋＨｚ程度の高周波交流を、図示例では絶縁トランス３１を介し、送電電極２６に向けて通電する。
送電側回路２４については、以上のとおり。

《受電側回路２５について》
水中非接触給電装置１８の２次側の受電側回路２５については、次のとおり。受電側回路２５は、水中ロボットつまりＡＵＶ１（図３の（１）図も参照）側に設けられている。
受電側回路２５の受電電極２７は、受電カプラー２９を形成し、ＡＵＶ１に付設取付けされるが、離れた別体とすることも可能である。受電カプラー２９の受電電極２７以外の受電側回路２５は、ＡＵＶ１内に設けられる（図１の（４）図，図２の（２）図等を参照）。
そして受電電極２７は、図示例では絶縁トランス３２を介し、バッテリー（負荷）２２に接続されている。すなわち、その出力はコンバータや平滑コンデンサ等を介し、直流変換されてバッテリー２２に供給される。そして充電されたバッテリー２２にて、必要に応じインバータを介しモータ等の所定負荷が駆動される。
受電側回路２５については、以上のとおり。

《共振回路について》
共振回路については、次のとおり。この水中非接触給電装置１８において、送電側回路２４および受電側回路２５は、少なくも一方に共振コイル３３（３４）が配されており、図示例では両方に共振コイル３３，３４が配されている。これと共に、送電側回路２４の高周波電源３０の電源周波数が、共振回路の共振周波数と等しく揃えられている。
そこで給電に際して、送電側回路２４および受電側回路２５には、静電容量を形成する送電電極２６，受電電極２７と共振コイル３３，３４とのループで、共振回路が形成され、もって共振結合による電力供給量の増大が図られている。
なお共振コイル３３，３４は、図示例では送電電極２６や受電電極２７に対し並列に設けられているが、直列に設けることも可能である。
そして、電界結合の共振周波数ｆは、下記数式１で表わされる。そこで高周波電源３０の電源周波数をｆに取ることにより、共振結合により、バッテリー２２に高周波電流が流れ、給電が実施される。数式１中、Ｃ_１，Ｃ_２は静電容量（後述を参照）、Ｌ_１，Ｌ_２は共振コイル３３，３４のインダクタンスである。
共振回路については、以上のとおり。

《送電カプラー２８，受電カプラー２９について》
送電カプラー２８，受電カプラー２９については、次のとおり。この水中非接触給電装置１８の送電カプラー２８は、送電電極２６と、送電電極２６の少なくとも表面を覆う絶縁被膜３５と、を備えている。受電カプラー２９は、受電電極２７と、受電電極２７の少なくとも表面を覆う絶縁被膜３６と、を備えている。
送電電極２６と受電電極２７は、例えばアルミニウム合金よりなり、対応する板状をなし、給電に際し数ｍｍ単位以上の水ギャップＧのギャップ間隔を介し、内外の関係で対応位置せしめられる。
図１の（２）図の受電電極２７は、ＡＵＶ１の胴体の曲面に沿って張付けられた曲面板状をなし、送電電極２６も、対応する曲面板状をなす。図１の（３）図の送電電極２６そして受電電極２７は、対応する平板状をなす。
絶縁被膜３５，３６としては、膜厚が数１０ミクロン単位よりなり、アルマイト等の陽極酸化被膜が用いられる。その比誘電率が２０以下、代表的には１０未満で、水より一桁以上小さい非導電性材料よりなる。
絶縁被膜３５，３６は、送電電極２６や受電電極２７を全体被覆するのが代表的であるが、これによらず、表面側の電極相互対向面つまり水ギャップＧ接触面（海水接触面）のみを被覆し、裏面側は被覆しないケースも可能である。例えばＡＵＶ１の胴体に、対応する曲面板状の受電電極２７を、直接張り付けるようにすることも可能である。
陽極酸化被膜の絶縁被膜３５，３６は、水中非接触給電装置１８が海中で使用される場合、漏電防止機能を発揮すると共に、送電電極２６や受電電極２７の防食機能も発揮するので、必須的に使用される。
送電カプラー２８，受電カプラー２９については、以上のとおり。

《電界結合その１》
次に、電界結合について説明する。この水中非接触給電装置１８では、給電に際し、送電側回路２４の送電電極２６と、受電側回路２５の受電電極２７が、水ギャップＧを存し、対応位置する。
すなわち、送電カプラー２８を形成する送電電極２６と受電カプラー２９を形成する受電電極２７とは、絶縁被膜３５，３６を介在させつつ、例えば距離寸法１０ｍｍから数１０ｍｍ程度の水ギャップＧを介し、非接触で正対対応位置する。
そして、水ギャップＧの水を誘電体として、静電容量Ｃつまりコンデンサが形成され、送電側回路２４と受電側回路２５が静電容量Ｃで結合される。
もって、送電側回路２４から受電側回路２５へと、高周波電界結合に基づき、非接触で電力が供給される。このように本発明では、比誘電率が２０℃で８０程度，０℃で８８程度と極めて高い水を、誘電体とした電界結合により、給電が実施される。
ところで図示例では、送電電極２６と受電電極２７が２組用いられ、２組の静電容量Ｃ_１，Ｃ_２が形成されているが（図１の（４）図，図２の（２）図等を参照）、より多くの複数組の組合わせも可能である。更に、１組のみの組合わせも可能である。
電界結合その１については、以上のとおり。

《電界結合その２》
次に、このような静電容量Ｃによって、実用的な電界結合を如何にして得るかについて、検討する。まず前提として、この水中非接触給電装置１８では、前述したように比誘電率が通常の誘電材料より遥かに高い水を、誘電体として使うので、比較的大きな電気容量が得られ、電界結合による非接触給電が実現可能となっている。
さて図２の（１）図は、この水中非接触給電装置１８の送電電極２６，受電電極２７，絶縁被膜３５，３６，水ギャップＧ等の関係モデル図である。そして、水ギャップＧの水と絶縁被膜３５，３６との合成静電容量Ｃ_０は、下記数式２で表わされる。

図２の（１）図や数式２において、ε_１は、絶縁被膜３５，３６の比誘電率、ε_２は、水ギャップＧの水の比誘電率、ｄ_１は、絶縁被膜３５，３６の膜厚（肉厚寸法）、ｄ_２は、水ギャップＧのギャップ間隔（距離寸法）とする。ε_０は、真空の誘電率、Ｓは、送電電極２６や受電電極２７の面積である。
そして、この水中非接触給電装置１８では、合成静電容量Ｃ_０の値が大きいほど、大電力の給電が可能となる。そして上記数式２により、合成静電容量Ｃ_０を大とするためにはｄ_１＜ｄ_２、つまり水ギャップＧの所定ギャップ間隔ｄ_２に比し、絶縁被膜３５，３６の膜厚ｄ_１を極めて小さく設定，使用し、もってｄ_２・ε_１＞２ｄ_１・ε_２が成り立つようにすれば良い。
つまり、前記数式２において、分母第１項が分母第２項に比べ極めて大となる条件を満たせば、下記数式３の近似式が得られるようになる。つまり、この水中非接触給電装置１８において、絶縁被膜３５，３６の合成静電容量Ｃ_０への影響を無くし、水ギャップＧの水の高い比誘電率のもとでの合成静電容量Ｃ_０が、得られるようになる。

これらの具体例については、次のとおり。送電電極２６や受電電極２７として、アルミニウム合金を用い、その電極面積Ｓを０．１ｍ^２とした。絶縁被膜３５，３６として陽極酸化被膜（アルマイト）を用い、その比誘電率ε_１を１０、その膜厚ｄ_１を３０ミクロンとした。
水ギャップＧのギャップ間隔ｄ_２は１０ｍｍ、水の比誘電率ε_２を８０とすると、前記数式２の分母第１項と分母第２項に比が１００：５となり、前述したｄ_２・ε_１＞２ｄ_１・ε_２が成り立った。つまり、水ギャップＧの水の高い比誘電率のもとでの合成静電容量Ｃ_０が得られることが、裏付けられた。
電界結合その２については、以上のとおり。

《実施例》
この水中非接触給電装置１８の実施例については、次のとおり。この実施例では、電界共振結合のもと、図２の（２）図の回路図により給電を実施した。
そして、バッテリー２２に３００Ｖで１，０００Ｗの電力を給電すべく、送電電極２６や受電電極２７の電極面積を０．１ｍ^２とし、水ギャップＧのギャップ間隔を１０ｍｍとし、周波数５１０ｋＨｚとした。もって、共振コイル３３，３４として共振インダクタンス１３．７５μＨを用いると、送電電極２６と受電電極２７間の電圧が３４０Ｖ程度となり、約８Ａの電極電流が流れた。
図示例では、巻き数比１：１の絶縁トランス３１，３２が設けられており、高周波電源３０は、４３０Ｖ，３．４Ａ程度の出力となった。これらにより、所期の通り３００Ｖで１，０００Ｗの給電が実現した。
実施例については、以上のとおり。

《作用等》
本発明の水中非接触給電装置１８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、水中ロボットのＡＵＶ１が、水中電源ベース２に対応停止される。
もって、ＡＵＶ１側の受電カプラー２９が、水中電源ベース２側の送電カプラー２８に対し、水ギャップＧを存し、正対して対応位置決めされる（図１の（１）図，（２）図，（３）図を参照）。

（２）従って、送電電極２６と受電電極２７も、水ギャップＧを存し、内外の関係のもと非接触で正対して対応位置し、もって水ギャップＧの水を誘電体として、静電容量Ｃ（Ｃ_１，Ｃ_２）が形成される。

（３）そこで、水中電源ベース２側の送電側回路２４から、ＡＵＶ１側の受電側回路２５に、高周波電界結合に基づき、非接触で電力が供給される（図１の（４）図，図２の（２）図を参照）。

（４）
そして、送電側回路２４および受電側回路２５は、少なくとも一方に共振コイル３３（３４）が配されている。図示例では、双方に共振コイル３３，３４が配されている。
もって、静電容量Ｃを形成する送電電極２６および受電電極２７と、共振コイル３３（３４）とのループで、共振回路が形成される。送電側回路２４の高周波電源３０の電源周波数は、共振回路の共振周波数と等しく揃えられる（図１の（４）図，図２の（２）図を参照）。
電界結合は、このような共振結合により、電力供給量増大が図られている。

（５）なお、送電カプラー２８は、送電電極２６と絶縁被膜３５とからなる。受電カプラー２９は、受電電極２７と絶縁被膜３６とからなる。
そして絶縁被膜３５，３６は、膜厚が数１０ミクロン単位と極薄で、比誘電率が２０以下よりなるのに対し、水ギャップＧは、ギャップ間隔が１０ｍｍから数１０ｍｍ程度よりなる（図２の（１）図を参照）。

（６）そこで、水ギャップＧの水の高い比誘電率を生かした、水と絶縁被膜３５，３６との合成静電容量Ｃ_０が得られ、この面からも電力供給量増大が図られている（前記数式２，３も参照）。

（７）そして、この電界結合，共振結合方式の水中非接触給電装置１８は、送電カプラー２８が、極薄の絶縁被膜３５付の送電電極２６よりなり、受電カプラー２９が、極薄の絶縁被膜３６付の受電電極２７よりなり、それぞれ大幅に小型軽量化されている。
すなわち、前述したこの種従来技術の磁界結合，共振結合方式の送電カプラー１０や受電カプラー１１の重量が７ｋｇ程度であったのに比し（図４を参照）、１〜２ｋｇとほぼ電極重量程度であり、大幅に軽量化される。容積も、１／５以下程度に小型化される。

（８）そして、このような小型軽量化は、水中非接触給電装置１８において、初めて電界結合方式を採用したことにより、簡単な構成により容易に実現される。
すなわち送電カプラー２８は、送電電極２６と絶縁被膜３５のみから構成され、受電カプラー２９も、受電電極２７と絶縁被膜３６のみから構成される等、簡単容易な構成よりなる。
本発明の作用等については、以上のとおり。

１ＡＵＶ（水中ロボット）
２水中電源ベース（海底電源ベース）
３水中（海中）
４水中非接触給電装置（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バッテリー
１０送電カプラー（従来例）
１１受電カプラー（従来例）
１２フェライトコア
１３均圧油
１４フェライトコア
１５ボイド空間
１６リード線
１７ホース
１８水中非接触給電装置（本発明）
１９ＲＯＶ
２０母船
２１ケーブル
２２バッテリー（負荷）
２３海底
２４送電側回路（本発明）
２５受電側回路（本発明）
２６送電電極
２７受電電極
２８送電カプラー（本発明）
２９受電カプラー（本発明）
３０高周波電源
３１絶縁トランス
３２絶縁トランス
３３共振コイル
３４共振コイル
３５絶縁被膜
３６絶縁被膜
Ｃ静電容量
Ｃ_１静電容量
Ｃ_２静電容量
Ｃ_０合成静電容量
Ｇ水ギャップ

Claims

送電側回路から受電側回路に、高周波電界結合に基づき非接触で電力を供給する、水中非接触給電装置であって、
該送電側回路の送電電極と該受電側回路の受電電極とが、給電に際し水ギャップを存し非接触で対応位置し、該水ギャップの水を誘電体として静電容量が形成され、
該送電側回路は水中電源ベース側に設けられ、該受電側回路は水中ロボット側に設けられており、該送電電極と該受電電極は、対応する板状をなし、給電に際し内外の関係で対応位置し、
該送電電極は、極薄の絶縁被膜付よりなり送電カプラーを形成し、該送電カプラーは、該水中電源ベースに対し別体か付設取付けされており、該送電電極以外の該送電側回路は、該水中電源ベース内に設けられており、もって、該送電カプラーが小型軽量化されており、
該受電電極は、極薄の絶縁被膜付よりなり受電カプラーを形成し、該受電カプラーは、該水中ロボットに対し別体か付設取付けされており、該受電電極以外の該受電側回路は、該水中ロボット内に設けられており、もって、該受電カプラーが小型軽量化されており、
該絶縁被膜は、膜厚が数１０μｍ単位で、比誘電率が２０以下の材料よりなり、水ギャップ間隔は、１０ｍｍから数１０ｍｍ程度よりなり、
このように、比誘電率が２０以下の該絶縁被膜の膜厚を、該水ギャップ間隔に対し極めて小さく設定した組み合わせにより、該水ギャップの水の高い比誘電率を生かした、該水と該絶縁被膜との合成静電容量が得られ、もって、電界結合による電力供給量の増大機能が発揮されること、を特徴とする水中非接触給電装置。
請求項１において、該送電側回路および該受電側回路は、少なくも一方に共振コイルが配されており、
給電に際して、該送電側回路および該受電側回路には、静電容量を形成する該送電電極および該受電電極と、該共振コイルとで、共振回路が形成され、もって共振結合により、電界結合による電力供給量の増大機能が発揮されること、を特徴とする水中非接触給電装置。