JP7263954B2 - 給電システム - Google Patents

Description

本発明は、給電システムに関する。

例えば、特許文献１には、海水中を移動する移動体に搭載された受電装置に対し、海水中において非接触で送電する送電装置が記載されている。このような送電装置及び受電装置では、送電装置に設けられたコイルと受電装置に設けられたコイルとの電磁気的な結合を用いて送電が行われている。

特開２０１６－１０２２９号公報

特許文献１に記載されているように、海水中において送電を行う場合、送電装置のコイルと受電装置のコイルとの間のコイル間領域には海水が充満している。このため、送電時において、コイル間領域内の海水によって渦電流損失が生じ、送電の効率が低下することがある。このため、本技術分野では、移動体との間で海水中において送電又は受電を行う際に給電効率を向上させることが求められている。

本発明の一側面は、海水中を移動する移動体との間で送電又は受電する給電システムであって、移動体に搭載された移動体側コイルとの間で送電又は受電するコイルと、送電又は受電時におけるコイルと移動体側コイルとの間のコイル間領域に対して、海水よりも導電性が低い低導電性媒体を供給する媒体供給装置と、を備える。

この給電システムでは、媒体供給装置によって、コイル間領域に海水よりも導電性が低い低導電性媒体が供給される。これにより、給電システムは、コイルと移動体側コイルとの間で送電又は受電を行う際に、コイル間領域が海水で満たされている場合に比べて渦電流損失を抑制できる。従って、給電システムは、移動体との間で海水中において送電又は受電を行う際に、コイル間領域が海水で満たされている場合に比べて給電効率を向上させることができる。

給電システムにおいて、低導電性媒体は、海水よりもイオン濃度が低い水である淡化水を低導電性媒体としてコイル間領域に供給してもよい。この場合、給電システムは、海水よりもイオン濃度が低い水である淡化水を用いることによって、給電効率を向上させることができる。

給電システムにおいて、媒体供給装置は、海水から淡化水を生成する淡化水生成部を備えていてもよい。この場合、給電システムは、周囲に存在する海水から淡化水を生成でき、コイル間領域に淡化水を容易に供給できる。

給電システムにおいて、媒体供給装置は、コイル間領域への淡化水の供給を制御する制御部と、コイル間領域におけるイオン濃度を計測する濃度計測部と、を更に備え、制御部は、濃度計測部で計測されたイオン濃度が予め定められた基準濃度以下となるように、コイル間領域への淡化水の供給を制御してもよい。この場合、給電システムは、コイル間領域のイオン濃度に応じて自動で淡化水を供給できる。

給電システムは、コイル間領域の少なくとも一部を覆う壁部を更に備えていてもよい。この場合、給電システムは、壁部によって、コイル間領域に供給された低導電性媒体と海水とが混ざり合うことを抑制できる。すなわち、コイル間領域が淡化水で満たされ易くなる。これにより、給電システムは、低導電性媒体を用いて給電効率をより一層向上させることができる。

給電システムにおいて、壁部は、コイル間領域を上方から覆うドーム状に形成されていてもよい。この場合、給電システムは、ドーム状の壁部を用いることによって、コイル間領域に供給された低導電性媒体と海水とが混ざり合うことをより一層抑制できる。

本発明の一側面によれば、移動体との間で海水中において送電又は受電を行う際に給電効率を向上させることができる。

図１は、実施形態に係る給電システムの概略構成を示す側面図である。 図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１及び図２に示されるように、給電システム１は、海水Ｗ中を移動する水中航走体（移動体）Ｍに対し、海水Ｗ中において非接触で送電する。なお、以下の説明において、「前」、「後」、「左」、「右」は、水中航走体Ｍを基準とした方向とする。「上」、「下」は、鉛直方向における上下とする。上下方向は、前後方向に直交する。左右方向は、上下方向及び前後方向にそれぞれ直交する。

水中航走体Ｍは、前後方向に沿って延びる略円柱状の本体部を有している。水中航走体Ｍの筐体Ｍａ内の上部には、受電コイル装置（受電パッド）４０が設置されている。受電コイル装置４０は、受電コイル（移動体側コイル）４１を有している。受電コイル装置４０には、受電回路、及び充電回路等を介して、バッテリが接続される。

給電システム１は、送電コイル装置（送電パッド）１０、淡化水供給装置（媒体供給装置）２０（図２参照）、及びステーション（壁部）３０を備えている。

送電コイル装置１０は、送電コイル（コイル）１１を有している。送電コイル１１は、水中航走体Ｍに搭載された受電コイル４１に対して送電する。送電コイル装置１０には、送電回路、及び整流回路等を介して、外部電源が接続される。送電コイル装置１０は、ステーション３０の屋根部３１の下面に設けられている。

給電システム１から水中航走体Ｍへ送電を行う場合、受電コイル装置４０の上方に送電コイル装置１０が位置し、受電コイル装置４０と送電コイル装置１０とが上下方向において対向するように、海水Ｗ中で水中航走体Ｍを停止させる。送電コイル装置１０の送電コイル１１と受電コイル装置４０の受電コイル４１とが電磁気的に結合して電磁結合回路を形成することにより、送電コイル１１から受電コイル４１へと非接触給電が行われる。すなわち、受電コイル装置４０は、送電コイル装置１０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」で給電を行う回路であってもよく、「磁界共鳴方式」で給電を行う回路であってもよい。

淡化水供給装置２０は、給電システム１から水中航走体Ｍへの送電時において、上下方向に対向する送電コイル１１と受電コイル４１との間のコイル間領域Ｒに対して、海水Ｗよりも導電性が低い低導電性媒体を供給する。本実施形態において、淡化水供給装置２０は、海水Ｗよりもイオン濃度が低い水である淡化水Ｔを低導電性媒体としてコイル間領域Ｒに供給する。淡化水Ｔは、海水Ｗよりもイオン濃度が低いため、海水Ｗよりも導電性が低い。なお、ここでの海水Ｗとは、給電システム１が設置されているエリアの海水Ｗである。

より詳細には、淡化水供給装置２０は、淡化水生成部２１、ポンプ２２、制御部２３、及び濃度センサ（濃度計測部）２４を備えている。淡化水生成部２１は、海水Ｗから淡化水Ｔを生成する。淡化水生成部２１は、例えば、海水Ｗから淡水を生成する海水淡水化装置であってもよい。淡化水生成部２１は、例えば、逆浸透膜法、蒸留法等、周知の種々の方法を用いて淡化水Ｔを生成することができる。例えば、蒸留法等の熱を用いて淡化水Ｔを生成する場合、淡化水生成部２１は、送電コイル１１、送電回路等で発生する熱を利用してもよい。

ポンプ２２は、淡化水生成部２１によって生成された淡化水Ｔをコイル間領域Ｒに供給する。ポンプ２２は、例えば、淡化水Ｔを圧縮して送り出す圧縮ポンプである。ここでは、ポンプ２２は、配管Ｌによって、ステーション３０に設けられたノズル３４と接続されている。ポンプ２２が配管Ｌを介してノズル３４に淡化水Ｔを送ることで、ノズル３４からコイル間領域Ｒ内に向けて淡化水Ｔが供給される。

制御部２３は、コイル間領域Ｒへの淡化水Ｔの供給を制御する。制御部２３は、物理的には、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備える電子制御ユニットである。

より詳細には、制御部２３は、ポンプ２２の駆動を制御することによって、コイル間領域Ｒへの淡化水Ｔの供給を制御する。また、制御部２３は、濃度センサ２４で計測されたコイル間領域Ｒにおけるイオン濃度に基づいて、淡化水Ｔの供給を制御する。制御部２３は、計測されたイオン濃度が予め定められた基準濃度以下となるように、淡化水Ｔの供給を制御する。ここでの基準濃度は、海水Ｗのイオン濃度よりも低い値が設定される。これにより、コイル間領域Ｒにおけるイオン濃度が海水Ｗのイオン濃度よりも低くなる。

濃度センサ２４は、コイル間領域Ｒにおけるイオン濃度を計測する。濃度センサ２４としては、イオン濃度を計測可能な種々のセンサが用いられ得る。本実施形態において濃度センサ２４は、例えば、図２に示されるように、送電コイル装置１０の下面に取り付けられている。但し、濃度センサ２４の取り付け位置は特に限定されない。コイル間領域Ｒに淡化水Ｔが供給されることにより、ステーション３０の内側の収容空間Ｓ内が淡化水Ｔで満たされる。このため、例えば、濃度センサ２４は、コイル間領域Ｒ以外の収容空間Ｓ内のイオン濃度をコイル間領域Ｒのイオン濃度として計測してもよい。

上述した淡化水生成部２１、ポンプ２２、及び制御部２３は、ステーション３０に取り付けられていてもよく、ステーション３０以外の場所に設置されていてもよい。

ステーション３０は、給電システム１から水中航走体Ｍへ送電を行う際の水中航走体Ｍの給電場所となる。ステーション３０は、海底等に設置された支持体に支持されていてもよく、海水Ｗ中に浮いた状態で設置されていてもよい。

ステーション３０は、コイル間領域Ｒの少なくとも一部を覆う。本実施形態において、ステーション３０は、コイル間領域Ｒを上方から覆うドーム状に形成されている。より詳細には、ステーション３０は、屋根部３１、前壁部３２、及び後壁部３３を備えている。

屋根部３１は、水中航走体Ｍの前後方向に沿って延在し、水中航走体Ｍの上部を覆うことが可能な大きさとなっている。屋根部３１は、水中航走体Ｍの左右方向の断面が上方に向けて突出する円弧状に形成されている。屋根部３１における前側の端部には、前壁部３２が設けられている。屋根部３１における後ろ側の端部には後壁部３３が設けられている。これにより、ステーション３０の内側には、左右方向の断面が略半円状の収容空間Ｓが形成される。言い換えると、ステーション３０は、開口部を有する箱状の部材であり、開口部が下方を向くように配置されている。すなわち、ステーション３０の下方は開口しており、ステーション３０の下方から収容空間Ｓ内に水中航走体Ｍが進入できる。

水中航走体Ｍは、給電システム１から送電を受ける場合、下方からステーション３０に接近し、送電コイル装置１０の下方に受電コイル装置４０が位置するように水中航走体Ｍの上部を収容空間Ｓ内に進入させる。これにより、コイル間領域Ｒと、水中航走体Ｍの上部とはステーション３０によって上方から覆われた状態となる。すなわち、コイル間領域Ｒの上部及び側部が、ステーション３０によって囲まれた状態となる。

なお、図２に示されるように、送電コイル装置１０は、屋根部３１の上部の下面に取り付けられている。また、屋根部３１における送電コイル装置１０が取り付けられた部分の近傍には、ノズル３４が取り付けられている。ノズル３４の入り口は配管Ｌに接続されている。ノズル３４の出口は、収容空間Ｓ内のコイル間領域Ｒに向けられている。これにより、淡化水Ｔは、ノズル３４の出口からコイル間領域Ｒに向けて噴射される。なお、図２ではノズル３４が２つ設けられているが、ノズル３４の数は特に限定されない。また、淡化水Ｔはノズル３４から噴射されることに限定されず、屋根部３１に設けられた孔から噴射されてもよい。

ノズル３４から淡化水Ｔが噴射されることにより、収容空間Ｓ内の海水Ｗが徐々に淡化水Ｔに置き換えられ、収容空間Ｓ内が淡化水Ｔで満たされる。すなわち、コイル間領域Ｒが淡化水Ｔで満たされる。なお、制御部２３は、水中航走体Ｍがステーション３０に到着してから（送電コイル装置１０と受電コイル装置４０とが対向してから）、淡化水Ｔをコイル間領域Ｒに供給してもよい。また、制御部２３は、水中航走体Ｍがステーション３０に到着する前に、淡化水Ｔを収容空間Ｓ内に供給してもよい。そして、収容空間Ｓ内が淡化水Ｔで満たされた状態で、水中航走体Ｍが収容空間Ｓ内に進入してもよい。このように、給電システム１から水中航走体Ｍへの送電時において、コイル間領域Ｒに淡化水Ｔが供給された状態（満たされた状態）であればよい。

以上のように、給電システム１では、淡化水供給装置２０によって、コイル間領域Ｒに海水Ｗよりも導電性が低い淡化水Ｔが供給される。これにより、給電システム１は、送電コイル装置１０（送電コイル１１）から受電コイル装置４０（受電コイル４１）へ送電を行う際に、コイル間領域Ｒが海水Ｗで満たされている場合に比べて渦電流損失を抑制できる。従って、給電システム１は、水中航走体Ｍに対して海水Ｗ中において送電を行う際に、コイル間領域Ｒが海水Ｗで満たされている場合に比べて給電効率を向上させることができる。

給電システム１は、コイル間領域Ｒに供給する導電性が低い低導電性媒体として、海水Ｗよりもイオン濃度が低い水である淡化水Ｔを用いる。このように、給電システム１は、淡化水Ｔを用いることによって、給電効率を向上させることができる。

淡化水供給装置２０は、海水Ｗから淡化水を生成する淡化水生成部２１を備えている。これにより、給電システム１は、周囲に存在する海水Ｗから淡化水Ｔを生成でき、コイル間領域Ｒに淡化水Ｔを容易に供給できる。

制御部２３は、濃度センサ２４で計測されたコイル間領域Ｒのイオン濃度が基準濃度以下となるように、コイル間領域Ｒへの淡化水Ｔの供給を制御する。これにより、給電システム１は、コイル間領域Ｒのイオン濃度に応じて自動で淡化水Ｔを供給できる。

例えば、本実施形態におけるステーション３０は、下面が開口しているため、収容空間Ｓ内の淡化水Ｔとステーション３０の下方の海水Ｗとの界面から収容空間Ｓ内にイオンが入り込む。これにより、収容空間Ｓ内の淡化水Ｔのイオン濃度が上昇し、導電性が高くなる。このような場合であっても、給電システム１は、コイル間領域Ｒのイオン濃度に応じて淡化水Ｔを供給することで、給電効率が低下することを自動で抑制できる。

給電システム１は、コイル間領域Ｒを上方から覆うステーション３０を備えている。これにより、給電システム１は、ステーション３０によって、コイル間領域Ｒに供給された淡化水Ｔと海水Ｗとが混ざり合うことを抑制できる。すなわち、コイル間領域Ｒが淡化水Ｔで満たされ易くなる。これにより、給電システム１は、淡化水Ｔを用いて給電効率をより一層向上させることができる。

ここで、低導電性媒体として淡化水Ｔを用いる場合、淡化水Ｔの比重は海水Ｗよりも低いため、海水Ｗに対して淡化水Ｔが浮き上がろうとする。これにより、給電システム１は、ステーション３０の下方が開口していても、収容空間Ｓ内に淡化水Ｔを充満させることができる。このように給電システム１は、海水Ｗと淡化水Ｔとの比重を考慮して、コイル間領域Ｒに淡化水Ｔを適切に留まらせることができる。

以上、本発明の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。例えば、淡化水供給装置２０は、淡化水生成部２１を備えていなくてもよい。この場合、淡化水供給装置２０は、淡化水Ｔが貯蔵されたタンクを備えており、タンク内の淡化水Ｔをコイル間領域Ｒに供給してもよい。このタンクは、例えば交換式であり、タンク内の淡化水Ｔが空になった場合に、外部のタンク貯蔵施設等から淡化水供給装置２０にタンクが運び込まれてもよい。このように、淡化水供給装置２０は、淡化水Ｔをコイル間領域Ｒに供給できればよい。

淡化水供給装置２０は、ポンプ２２を用いて淡化水Ｔをコイル間領域Ｒに供給（圧送）することに限定されない。例えば、淡化水供給装置２０は、淡化水生成部２１を備えていなくてもよい。例えば、淡化水生成部２１によって生成された淡化水Ｔは、比重差等によって、自然とコイル間領域Ｒに供給されてもよい。

制御部２３は、ポンプ２２の駆動を制御することによって、コイル間領域Ｒへの淡化水Ｔの供給を制御することに限定されない。制御部２３は、種々の方法を用いて、淡化水Ｔの供給を制御することができる。例えば、制御部２３は、配管Ｌに設けられた切替弁等を制御することによって、淡化水Ｔのコイル間領域Ｒへの供給／供給の停止を切り替えてもよい。

制御部２３は、濃度センサ２４で計測されたイオン濃度に基づいて、淡化水Ｔの供給を制御することに限定されない。制御部２３は、種々の条件に基づいて、淡化水Ｔの供給を制御してもよい。例えば、制御部２３は、淡化水Ｔの供給を開始してからの経過時間が予め定められた基準時間を経過した場合に、淡化水Ｔの供給を停止してもよい。例えば、この基準時間は、淡化水Ｔの供給を開始してから収容空間Ｓ内の海水Ｗが全て淡化水Ｔに置き換わるまでの時間に基づいて設定されてもよい。

また、給電システム１は、低導電性媒体として淡化水Ｔをコイル間領域Ｒに供給したが、低導電性媒体として淡化水Ｔを供給することに限定されない。給電システム１は、例えば、低導電性媒体として海水Ｗよりも導電性が低い空気、又は固体をコイル間領域Ｒに供給してもよい。

送電コイル装置１０は、ステーション３０の屋根部３１の下面に設けられていることに限定されない。例えば、送電コイル装置１０は、ステーション３０の屋根部３１の上面に設けられていてもよい。すなわち、送電コイル装置１０と受電コイル装置４０とは、間に屋根部３１を挟んだ状態で送電／受電を行ってもよい。この場合、屋根部３１は、例えば、非導電性材料によって構成されていればよい。

また、実施形態においては、送電コイル装置１０の下方に受電コイル装置４０が位置する状態で送電コイル装置１０から受電コイル装置４０へ送電したが、送電時における送電コイル装置１０及び受電コイル装置４０の配置はこの配置に限定されない。水中航走体Ｍに設けられた受電コイル装置４０の配置位置に応じて送電コイル装置１０が配置されていればよい。例えば、水中航走体Ｍ内の側壁部に受電コイル装置４０が設けられている場合、左右方向において受電コイル装置４０と対向するように送電コイル装置１０が配置されていればよい。

ステーション３０の形状は、コイル間領域Ｒを上方から覆うドーム状であることに限定されない。ステーション３０の形状は、種々の形状が採用され得る。このように、ステーション３０は、コイル間領域Ｒの少なくとも一部を覆い、コイル間領域Ｒとその周囲の領域とを区画できればよい。例えば、ステーション３０は、コイル間領域Ｒ及び水中航走体Ｍの全体を収容可能な箱状に形成されていてもよい。

また、上記実施形態では、給電システム１から水中航走体Ｍに送電したが、水中航走体Ｍから給電システム１に送電してもよい。この場合、給電システム１は、送電コイル装置１０に代えて受電コイル装置を備えていればよい。この受電コイル装置は、水中航走体Ｍに搭載された送電コイル（移動体側コイル）から受電する受電コイル（コイル）を備えていればよい。そして、水中航走体Ｍの送電コイルと給電システム１の受電コイルとの間のコイル間領域Ｒに淡化水Ｔが供給されればよい。この場合であっても、実施形態と同様の作用効果が奏される。

さらに、給電システム１は、水中を移動する水中航走体Ｍとの間で送電又は受電を行うことに限定されない。給電システム１は、水中航走体Ｍ以外の種々の移動体との間で送電又は受電を行ってもよい。

以上に記載された実施形態及び種々の変形例の少なくとも一部が任意に組み合わせられてもよい。

１ 給電システム（給電システム）
１１ 送電コイル（コイル）
２０ 淡化水供給装置（媒体供給装置）
２１ 淡化水生成部
２３ 制御部
２４ 濃度センサ（濃度計測部）
３０ ステーション（壁部）
４１ 受電コイル（移動体側コイル）
Ｍ 水中航走体（移動体）
Ｒ コイル間領域
Ｔ 淡化水（低導電性媒体）
Ｗ 海水

Claims (4)

1. 海水中を移動する移動体との間で送電又は受電する給電システムであって、
   前記移動体に搭載された移動体側コイルとの間で送電又は受電するコイルと、
   送電又は受電時における前記コイルと前記移動体側コイルとの間のコイル間領域に対して、前記海水よりも導電性が低い低導電性媒体を供給する媒体供給装置と、
   を備え、
   前記媒体供給装置は、前記海水よりもイオン濃度が低い水である淡化水を前記低導電性媒体として前記コイル間領域に供給するものであり、
   さらに、前記媒体供給装置は、
   前記コイル間領域への前記淡化水の供給を制御する制御部と、
   前記コイル間領域におけるイオン濃度を計測する濃度計測部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記濃度計測部で計測された前記イオン濃度が予め定められた基準濃度以下となるように、前記コイル間領域への前記淡化水の供給を制御する、給電システム。
2. 前記媒体供給装置は、前記海水から前記淡化水を生成する淡化水生成部を備える、請求項１に記載の給電システム。
3. 前記コイル間領域の少なくとも一部を覆う壁部を更に備える、請求項１又は２に記載の給電システム。
4. 前記壁部は、前記コイル間領域を上方から覆うドーム状に形成されている、請求項３に記載の給電システム。

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