JP6643139B2

JP6643139B2 - 水中ロボット用の非接触給電装置

Info

Publication number: JP6643139B2
Application number: JP2016031856A
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: 2016-02-23
Filing date: 2016-02-23
Publication date: 2020-02-12
Anticipated expiration: 2036-02-23
Also published as: JP2017153204A

Description

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

《技術的背景》
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）（ＷｉｒｅｌｅｓｓＰｏｗｅｒＴｒａｎｓｆｅｒ）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。

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。水中用の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

《従来技術》
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。

ところで、このようなＡＵＶ１用等の従来の非接触給電装置４については、次の問題が課題として指摘されていた。
《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。

ｂ．そこで受電側回路７において、受電コイル８からの電力引き込み用のリード線は、ホースに収納されると共に、図５の（２）図に示したように、耐圧貫通コネクタ１６を介し耐圧容器１４内へと導入されていた。
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。

ｃ．そこで、このような高周波電力型の耐圧貫通コネクタ１６ではなく、通常型の耐圧貫通コネクタ１７を使用することも試みられた。
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の問題点》
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。

《本発明について》
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。

《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、定置された電源ベース側の送電側回路の送電コイルから、移動する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。
該送電コイルは、径大なループ環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環状に巻回されており、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。
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いる。

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、両端が開放された直線横穴よりなると共に、径が該水中ロボットの機体胴部の径より径大であり、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。
給電に際しては、該水中ロボットの機体胴部が該電源ベースの筒状穴内にて停止されるが、該受電コイルが、定置された該送電コイルの巻回エリア内つまり磁界位置内にさえあれば、浮遊，移動する該水中ロボットを、どこでも自在に停止，位置決め，維持して、給電可能であること、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は、請求項１において、該電源ベースの筒状穴は、端部が、径小な均一径よりなる中央部に向け、徐々に径小となった略ベルマウス形状を備えており、もって該端部にて、該水中ロボットの機体胴部を、該筒状穴の中央部へとガイド可能である。
該筒状穴の中央部の径が、該水中ロボットの機体胴部の径より僅かに若干大き目に設定されている。該送電コイルは、該筒状穴の該中央部を形成する該収納部内側に巻回されており、もって該送電コイルと受電コイル間の電力伝送距離が短縮化されること、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の効果》
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の効果》
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。

本発明に係る水中ロボット用の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し、（１）図は、正面説明図、（２）図は、側面説明図である。同発明を実施するための形態の説明に供し、筒状穴がベルマウス形状の例を示し、（１）図は、正面説明図、（２）図は、側面説明図である。同発明を実施するための形態の説明に供し、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、水中ロボット，その他の全体説明図である。従来例の説明に供し、（１）図は、水中ロボット給電の正面説明図、（２）図は、非接触給電装置の構成図、（３）図は、受電コイル等の構成図である。

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（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。

《非接触給電装置２４について》
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。

このような非接触給電装置２４について、更に詳述する。まず、１次側の送電側回路２５の送電コイル２６は、海底電源ベース２の収納部２９内に配設される。収納部２９は、送電カプラーとも称され、海底電源ベース２に直接一体設されることもあるが、図４の例では、海底電源ベース２から離れた別体として設けられている。
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。

送電側回路２５の送電コイル２６は、図３に示したように、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２２や高周波インバータ３１等を備え、例えば数ｋＨｚ〜数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚ程度の高周波交流を、送電コイル２６に向けて通電する。
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。

電磁誘導の相互誘導作用については、次のとおり。給電に際しては、送電コイル２６と受電コイル２８とが、非接触ギャップを存しつつ対応位置せしめられる。そして送電コイル２６での磁束形成により、受電コイル２８に誘導起電力を生成させ、もって送電コイル２６から受電コイル２８に電力を供給することは、公知公用である。
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。

《本発明の概要》
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。
本発明に係る非接触給電装置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、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。
そして、海底電源ベース２側の送電コイル２６の収納部２９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を備えている。
この筒状穴３７は、両端が開放されると共に、水中ロボットつまりＡＵＶ１の機体より径大であり、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。
給電に際しては、水中ロボットであるＡＵＶ１の機体胴部３８が、電源ベース２の筒状穴３内にて停止されるが、受電コイル２８が、定置された送電コイル２６の巻回エリア内つまり磁界位置内にさえあれば、浮遊，移動するＡＵＶ１を、どこでも自在に停止，位置決め，維持して、給電可能であること、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。

《送電コイル２６，筒状穴３７等について》
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。

そして、このような筒状穴３７空間を形成する収納部２９内側に、送電コイル２６が巻回されている。
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。

《受電コイル２８やＡＵＶ１について》
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。

これらについて、更に詳述する。ＡＵＶ１は、機体が全体的に耐圧殻にて形成された剛構造よりなる。そしてＡＵＶ１は、海底電源ベース２側の収納部２９の筒状穴３７を、通過，停止可能となっている。
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。

受電コイル２８は、このようなＡＵＶ１の機体胴部３８の耐圧殻壁内側に、巻回されている。そして、前述した送電コイル２６と同様、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ている。
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。

ところで、このような受電コイル２８が巻回されるので、ＡＵＶ１は、少なくとも機体胴部３８の耐圧殻壁の巻回部分が、磁界誘起，磁束形成に支障がない樹脂やＦＲＰ製よりなる。非磁性，非導電性，高電気抵抗の材料よりなる。
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。
このように給電が実施された、ＡＵＶ１の機体胴部３８が電源ベース２の筒状穴３内にて停止されるが、受電コイル２８が、送電コイル２６の巻回エリア内である磁界位置内にさえあれば、浮遊，移動するＡＵＶ１を、どこでも自在に停止，位置決め，維持して、給電可能である。
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。

《図２の例》
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。

これらについて、更に詳述する。この図２の例の筒状穴３７は、径小な均一径よりなる中央部４２と、外方に向け徐々に径大に広がった端部４１とからなる。この端部４１の形状は、ベルマウス形状やラッパ口とも称される。
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。

いずれにしても送電コイル２６は、筒状穴３７の中央部４２を形成する収納部２９について、その内側に巻回されている。図示例では、筒状穴３７の中央部４２の径Ｗ’が、ＡＵＶ１の機体胴部３８の径Ｄより、僅かに若干大き目に設定される。
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。

《作用等》
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）。

（２）そしてその際、受電コイル２８が、送電コイル２６の巻回エリア内部，磁界位置内にあれば、どの位置でも給電可能である。
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）。

（３）非接触給電装置２４では、このようにして、送電側回路２５の送電コイル２６から、受電側回路２７の受電コイル２８に、電力が供給される。
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）。

（４）さてそこで、この非接触給電装置２４にあっては、以下のようになる。この非接触給電装置２４は、径小な受電コイル２８が、ＡＵＶ１の機体胴部３８内側に巻回されている。又、筒状穴３７が、海底電源ベース２の収納部２９に形成され、径大な送電コイル２６が、筒状穴３７を形成する収納部２９内側に巻回されている（図１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。

（５）更に、この非接触給電装置２４にあっては、給電に際しＡＵＶ１の機体胴部３８が、海底電源ベース２側の筒状穴３７内にあれば、そして受電コイル２８が、送電コイル２６の巻回エリア内部，磁界位置内にさえあれば、ＡＵＶ１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。
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。

（６）なお、海底電源ベース２側の筒状穴３７について、ベルマウス形状を備えるようにすると（図２を参照）、給電に際しＡＵＶ１がガイドされ、もって上述した浮遊，停止，位置決め，維持が一段と確実化，容易化される。
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。

（７）なお、この非接触給電装置２４の場合、送電コイル２６と受電コイル２８間の結合係数は、その電力伝送距離の関係もあり、約０．０１〜０．０６程度であった。
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。

１ＡＵＶ（水中ロボット）
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
１９ＲＯＶ
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

水中において、電磁誘導の相互誘導作用に基づき、定置された電源ベース側の送電側回路の送電コイルから、移動する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、径大なループ環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環状に巻回されており、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し、
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、両端が開放された直線横穴よりなると共に、径が該水中ロボットの機体胴部の径より径大であり、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おり、
給電に際しては、該水中ロボットの機体胴部が該電源ベースの筒状穴内にて停止されるが、該受電コイルが、定置された該送電コイルの巻回エリア内つまり磁界位置内にさえあれば、浮遊，移動する該水中ロボットを、どこでも自在に停止，位置決め，維持して、給電可能であること、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、該電源ベースの筒状穴は、端部が、径小な均一径よりなる中央部に向け、徐々に径小となった略ベルマウス形状を備えており、もって該端部にて、該水中ロボットの機体胴部を、該筒状穴の中央部へとガイド可能であり、
該筒状穴の中央部の径が、該水中ロボットの機体胴部の径より僅かに若干大き目に設定されており、該送電コイルは、該筒状穴の該中央部を形成する該収納部内側に巻回されており、もって該送電コイルと受電コイル間の電力伝送距離が短縮化されること、を特徴とする水中ロボット用の非接触給電装置。