WO2015182069A1

WO2015182069A1 - 電力伝送用アンテナおよび電力伝送システム

Info

Publication number: WO2015182069A1
Application number: PCT/JP2015/002530
Authority: WO
Inventors: 薫静野; 田能村　昌宏; 周平吉田
Original assignee: 日本電気株式会社
Priority date: 2014-05-27
Filing date: 2015-05-20
Publication date: 2015-12-03

Abstract

　海水中または水中において、安全、且つ、高効率の潜水艇同士における無線給電を行うことができる無線エネルギー伝送用アンテナを提供する。　本発明の電力伝送用アンテナは、電力伝送面および反対側面を備えた平板状のコイルと、コイルの電力伝送面および反対側面を覆う誘電体と、を備える。ここで、誘電体のコイルの反対側面を覆う厚さＬは、誘電体のコイルの電力伝送面を覆う厚さＬ_０よりも大きいことを特徴とする。

Description

電力伝送用アンテナおよび電力伝送システム

　本発明は、水中や海水中等においてエネルギーの伝送を行う電力伝送用アンテナおよび電力伝送システムに関する。

　近年、将来的に地上の資源が枯渇する問題が顕在化してきており、新たな資源の獲得の場として、海底に注目が集まってきている。海底資源の例として、北海油田のような海底油田や日本近海の資源として近年取り沙汰されているメタンハイドレートなどが挙げられる。これらの資源を獲得するために、まず、海底調査が必要であり、そこでは無人自律航行潜水艇（AUV：Autonomous Unmanned Vehicle）が頻繁に利用されている。

　多くのＡＵＶは電気エネルギーにより駆動するが、海底には潜水艇のバッテリーを充電するための給電場所が無いため、バッテリーの容量によって稼働範囲に制限がかかっている。充電に必要な電力を得るために海底から洋上の母船まで戻る場合、時間的なロスや帰還のためのエネルギーのロスが生じる。そこで、稼働中の潜水艇に給電用の潜水艇を母船から送り、潜水艇同士で電力のやり取りをすることが出来れば、効率の良い海底調査が実現可能となる。

　海水中においてＡＵＶ間で充電する場合、無線電力伝送技術を用いることが望ましい。その理由は、海水中を無線で電力伝送することができれば、電力供給用のコネクタを接続する必要が無くなり、金属プラグに導電率が４Ｓ／ｍと高い海水が付着してショートするリスクがなくなるためである。また、コネクタを接続するための高度な制御も必要ないため、ＡＵＶ同士の充電が容易になる。

　一般的に、無線で電力を伝送する場合、電力伝送用アンテナにおいて生成した磁束を用いて、電力エネルギーの伝送を行う。送電部のコイルに交流電流を印加することによって、このコイルを鎖交する磁束が発生する。この磁束が受電部のコイルに鎖交することで、受電部のコイルに誘導電流が生じ、電力の伝送が行われる。

　この無線電力伝送技術は、一般的に、空気中ではアンテナ間の距離１０ｃｍにおいて伝送効率９０％以上の高効率な電力伝送が可能である。しかし、海水中では長距離の電力伝送は著しく困難である。その理由は、海水が４Ｓ／ｍ程度の非常に高い導電率を有するため、海水中で大きな電力損失が生じるためである。また、真水の中においても、水が空気に比べ高い導電率を有することから、海水と同様に大きな電力損失を生じ、長距離の電力伝送が困難である。

　海水中において無線で電力をやり取りする技術は、例えば、特許文献１－３に開示されている。特許文献１には、海水中において、アンテナ間の距離を２ｃｍ以内に設定することにより、伝送効率９０％以上の高効率な電力伝送を行う技術が開示されている。

特開２００２－３０５１２１号公報特開２０１３－０６３７０２号公報特開２０１３－０３１２７２号公報

　しかしながら、海水中においてＡＵＶ同士で無線給電を行う場合、潮流の影響を考えなければならない。潜水艇を一定の位置に留めておくには、高度な制御技術が必要である。一般的な円筒型の潜水艇を想定した時、制御可能な位置精度は、船体の直径の１/１０程度である。従って、安全にＡＵＶ同士で無線給電を行うには、船体の直径の１/１０以上離れている必要がある。しかし、船体の直径が２０ｃｍ以上あるＡＵＶが数多くあることから、特許文献１の技術をＡＵＶ同士における無線給電に適用することは困難である。

　本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、海水中または水中において、安全、且つ、高効率の潜水艇同士における無線給電を行うことができる電力伝送用アンテナおよび電力伝送システムを提供することを目的とする。

　上記目的を達成するために本発明に係る電力伝送用アンテナは、電力伝送面および反対側面を備えた平板状のコイルと、コイルの電力伝送面および反対側面を覆う誘電体と、を備えた電力伝送用アンテナであって、誘電体の、コイルの反対側面を覆う厚さは、コイルの電力伝送面を覆う厚さよりも大きいことを特徴とする。

　上記目的を達成するために本発明に係る電力伝送システムは、海水中または水中において対向配置された上記の２つの電力伝送用アンテナと、一方の電力伝送用アンテナに電力を供給する電源装置と、を備え、２つの電力伝送用アンテナは、互いの電力伝送面を対向させることを特徴とする。

　上述した本発明の態様によれば、海水中または水中において、安全、且つ、高効率の潜水艇同士における無線給電を行うことができる。

第１の実施形態に係る無線エネルギー伝送システム１０のシステム構成図である。第１の実施形態に係る送電アンテナ１３および受電アンテナ１４を海水中に対向配置した時の等価回路図である。第２の実施形態に係る送電アンテナ１３Ｂの上面図である。第２の実施形態に係る送電アンテナ１３Ｂの断面図である。第２の実施形態に係る無線エネルギー伝送システム１０Ｂにおけるエネルギーの流れを模式的に示した図である。比較例に係る無線エネルギー伝送システム１０’におけるエネルギーの流れを模式的に示した図である。第２の実施形態に係る誘電体１２１Ｂの外側厚さＬを十分に大きくした時のポインティングベクトルの一例である。第２の実施形態に係る誘電体１２１Ｂの外側厚さＬに対する電力伝送効率の変化を示す図である。第２の実施形態に係る誘電体１２１Ｂの外側厚さＬに対する電力伝送効率の平均変化率の変化を示す図である。実施例に係る無線エネルギー伝送用アンテナ３００の上面図である。実施例に係る無線エネルギー伝送用アンテナ３００の断面図である。一般的な無線エネルギー伝送用アンテナ４００の上面図である。一般的な無線エネルギー伝送用アンテナ４００の断面図である。２つの無線エネルギー伝送用アンテナ間の距離αに対する電力伝送効率の変化を示す図である。

＜第１の実施形態＞
　本発明の第１の実施形態について説明する。本実施形態に係る無線エネルギー伝送システムのシステム構成図を図１に示す。図１において、無線エネルギー伝送システム１０は、送電アンテナ１３、受電アンテナ１４および電源装置１７によって構成される。

　送電アンテナ１３および受電アンテナ１４はそれぞれ別々の潜水艇に搭載され、海水または水を介して送電アンテナ１３から受電アンテナ１４へエネルギーを伝送する。送電アンテナ１３および受電アンテナ１４はそれぞれ、コイル１１１、１１２および誘電体１２１、１２２を備える。

　送電アンテナ１３のコイル１１１は、電源装置１７の入力ポート１５に接続され、電源装置１７から交流電流が供給されることによってコイル１１１の周囲に電界が生じる。一方、受電アンテナ１４のコイル１１２は図示しない負荷に接続され、コイル１１１の周囲に生じた電界により、コイル１１２に誘導電流が生じる。これにより、送電アンテナ１３から受電アンテナ１４へ電力が伝送される。

　コイル１１１、１１２はそれぞれ、銅線などの導体を複数回巻くことによって、平板状に形成される。コイル１１１、１１２はそれぞれ、電力伝送面および該電力伝送面と反対側の面（以下、反対側面と記載する。）を有し、エネルギーを伝送する時、互いの電力伝送面が対向するように配置される。コイル１１１、１１２として、例えば、ヘリカルコイル、スパイラルコイル等を適用することができる。本実施形態においては、コイル１１１、１１２として、銅線を複数回巻くことによって形成された、半径Ｘ＝１５０ｍｍの円盤状のヘリカルコイルを適用する。

　誘電体１２１、１２２はそれぞれ、コイル１１１、１１２の周囲に配置される。送電アンテナ１３のコイル１１１の周囲に生じた電界により、誘電体１２１の内部に電荷がたまる。誘電体１２１に溜まった電荷は、海水または水を介して誘電体１２２に取り込まれ、これによって受電アンテナ１４のコイル１１２に誘導電流が生じる。誘電体１２１、１２２は、例えば、ポリエチレン、ポリイミド、フッ素樹脂、セラミック、などの比誘電率が２～１０程度の誘電体で形成することができる。なお、誘電体１２１、１２２として、カーボンナノチューブを含有するシリコーンのような、フレキシブルな誘電体を適用することもできる。

　電源装置１７は、入力ポート１５を介して送電アンテナ１３のコイル１１１に交流電流を供給する。これにより、コイル１１１の周囲に電界が生じ、この電界によって受電アンテナ１４のコイル１１２に誘導電流が生じ、電源装置１７から供給されたエネルギーが、送電アンテナ１３から受電アンテナ１４へ伝送される。

　以上のように構成された無線エネルギー伝送システム１０において、送電アンテナ１３から受電アンテナ１４へエネルギーを伝送する場合、海水中または水中において、互いのコイル１１１、１１２の電力伝送面が対向するように、送電アンテナ１３および受電アンテナ１４を配置する。この状態で、電源装置１７から送電アンテナ１３のコイル１１１へエネルギーを供給することにより、海水または水を介して、送電アンテナ１３のコイル１１１から受電アンテナ１４のコイル１１２へエネルギーが伝送される。

　ここで、送電アンテナ１３および受電アンテナ１４を海水中に対向配置した時の等価回路図を図２に示す。図２において、送電アンテナ１３および受電アンテナ１４を繋ぐ海水の等価回路は、並列接続された抵抗とキャパシタで表すことができる。キャパシタは、送電アンテナ１３および受電アンテナ１４の誘電体１２１、１２２と、その間に存在する海水によって形成されるキャパシタと、を含む。すなわち、コイル１１１、１１２の配線から生じた電界により誘電体１２１、１２２の側面に電荷がたまることによって、キャパシタが形成される。一方、海水による損失は、図２の抵抗で表される。

　海水中で効率の良い無線電力伝送を行うには、等価回路におけるキャパシタを通して無線電力伝送を行うと共に、該キャパシタの容量を増大させることが望ましい。キャパシタの容量を増大させる手段として、送電アンテナ１３と受電アンテナ１４において、キャパシタを形成する面積を広くする方法がある。ここで、誘電体１２１、１２２のコイル１１１、１１２の電力伝送面を覆っている厚さ（以下、電力伝送面側厚さＬ_０と記載する）は、コイル１１１、１１２間の距離を小さくするために、小さくすることが望ましい。従って、誘電体１２１、１２２のコイル１１１、１１２の反対側面を覆っている厚さ（以下、外側厚さＬと記載する）を大きくすることによって誘電体１２１、１２２の側面積を増大させれば良い。

　本実施形態では、図１に示すように、誘電体１２１、１２２の電力伝送面側厚さＬ_０をそれぞれ３０ｍｍに、外側厚さＬをそれぞれ６０ｍｍに形成した。これにより、コイル１１１、１１２間の距離を小さくしつつ、キャパシタの容量を増大させることができ、高効率な無線電力伝送を実現することができる。従って、本実施形態に係る無線エネルギー伝送システム１０は、海水中または水中において、安全、且つ、高効率の潜水艇同士における無線給電を行うことができる。

　＜第２の実施形態＞
　第２の実施形態について説明する。本実施形態に係る無線エネルギー伝送システム１０Ｂは、第１の実施形態で説明した図１の送電アンテナ１３および受電アンテナ１４と寸法が異なる、送電アンテナ１３Ｂおよび受電アンテナ１４Ｂを有する。

　送電アンテナ１３Ｂの上面図を図３Ａに、断面図を図３Ｂに示す。なお、受電アンテナ１４Ｂも同様に構成される。図３Ａ、図３Ｂに示すように、送電アンテナ１３Ｂにおいて、コイル１１１Ｂとして、直径２ｍｍの導線を外径２２０ｍｍ（Ｘ＝１１０ｍｍ）、内径１００ｍｍで２９巻きした単層のスパイラルコイル２１１、２１２を距離３ｍｍ離して配置したものを適用する。なお、スパイラルコイル２１１、２１２自体の厚さは無視できることから、以下では、コイル１１１Ｂ（スパイラルコイル２１１およびスパイラルコイル２１２の組合せ）の厚さが３ｍｍであるものとして説明する。

　一方、送電アンテナ１３Ｂにおいて、誘電体１２１Ｂは、内部誘電体２２１、外部誘電体２２２および被覆誘電体２２３の３層から成る。内部誘電体２２１はコイル１１１Ｂの周囲を覆い、外部誘電体２２２は内部誘電体２２１の周囲を覆い、被覆誘電体２２３は外部誘電体２２２の周囲を覆う。

　本実施形態では、内部誘電体２２１および外部誘電体２２２をフッ素樹脂で形成し、内部誘電体２２１の電力伝送面側と外側の厚さをそれぞれ３ｍｍに、外部誘電体２２２の電力伝送面側と外側の厚さをそれぞれ４ｍｍに設定した。一方、被覆誘電体２２３はアクリルで形成した。被覆誘電体２２３の寸法を、縦２５５ｍｍ、横２５５ｍｍに設定し、電力伝送面側の厚さを４ｍｍに、外側の厚さを４８ｍｍに設定した。すなわち、誘電体１２１Ｂの電力伝送面側厚さＬ_０は、Ｌ_０＝（３＋４＋４）ｍｍ＝１１ｍｍであり、外側厚さＬはＬ＝（３＋４＋４８）ｍｍ＝５５ｍｍである。

　上記のように構成された送電アンテナ１３Ｂ、受電アンテナ１４Ｂを、互いの電力伝送面が対向するように配置した状態で、電源装置１７から送電アンテナ１３Ｂのコイル１１１Ｂへエネルギーを供給することにより、送電アンテナ１３Ｂから受電アンテナ１４Ｂへエネルギーが伝送される。この時のエネルギーの流れを図４Ａに示す。また、比較例として、被覆誘電体２２３’の電力伝送面側厚さと外側厚さが共に小さく形成された送電アンテナ１３’、受電アンテナ１４’間でエネルギーを伝送した時のエネルギーの流れを図４Ｂに示す。図４Ｂでは、被覆誘電体２２３’の電力伝送面側厚さと外側厚さを共に１１ｍｍに設定した。なお、送電アンテナ１３Ｂ、１３’および受電アンテナ１４Ｂ、１４’の共振周波数は約１ＭＨｚとした。

　図４Ａ、図４Ｂから分かるように、図４Ｂに示した比較例の無線エネルギー伝送システム１０’よりも、図４Ａに示した本実施形態に係る無線エネルギー伝送システム１０Ｂの方が、側面から送出されたエネルギー分だけ送電エネルギーが多くなることから、送電効率が大きくなる。すなわち、被覆誘電体２２３の厚さが大きくなることにより、誘電体１２１Ｂ（被覆誘電体２２３）の側面積が増大し、送電効率が大きくなる。このことは、誘電体１２１Ｂの側面積が増大することにより、コイル１１１Ｂの静電容量が増加し、側面に静電容量のパスが大きくなることを示す。

　しかし、発明者が詳細に検討した結果、側面積を増大させることによる伝送効率の増大には上限があることが分かった。誘電体１２１Ｂの外側厚さＬを十分に大きくした時のポインティングベクトルのシミュレーション結果を図５に示す。図５において、誘電体１２１Ｂの外側厚さＬが十分大きい場合、エネルギーが伝送方向に対して９０°よりも上方に流れてしまい、伝送に寄与しないことがわかる。

　さらに、シミュレーションの結果、誘電体１２１Ｂ、１２２Ｂの外側厚さＬは、０．３Ｘ＜Ｌ≦０．５Ｘに形成することが望ましいことが分かった。ここで、Ｘは、コイル１１１Ｂ、１１２Ｂの半径である。以下、その理由を述べる。

　先ず、誘電体１２１Ｂ、１２２Ｂの外側厚さＬがコイル１１１Ｂ、１１２Ｂの半径の半分以下（Ｌ≦０．５Ｘ）であることが望ましい理由について述べる。誘電体１２１Ｂ、１２２Ｂの外側厚さＬを変化させた時の電力伝送効率の変化を図６に示す。なお、図６では、各電力伝送効率を、誘電体１２１Ｂ、１２２Ｂの外側厚さＬがコイル半径Ｘと等しいときの電力伝送効率で規格化している。図６において、誘電体１２１Ｂ、１２２Ｂの外側厚さＬが大きくなるほど、電力伝送効率が高くなる。しかしながら、外側厚さＬを大きくするとアンテナの容積が大きくなる。特に、０．５Ｘ以上では電力伝送効率がほとんど向上しない。従って、アンテナ容積を小さく維持しつつ電力伝送効率を高めるために、外側厚さＬの上限を０．５Ｘとすることが好ましい。

　次に、誘電体１２１Ｂ、１２２Ｂの外側厚さＬが０．３Ｘ＜Ｌであることが望ましい理由について述べる。図６の誘電体１２１Ｂ、１２２Ｂの外側厚さＬに対する電力伝送効率の平均変化率を図７に示す。すなわち、図７は、図６において隣接する２つのプロットの中間点をＸ軸に示し、その２つのプロットの電力伝送効率の差分をＹ軸に示したものである。

　図７において、電力伝送効率の平均変化率は、外側厚さＬが０．３Ｘを境に緩やかになる。これは、誘電体１２１Ｂ、１２２Ｂの側面にたまる電荷は配線金属と側面の距離に反比例するためであると考えられる。外側の側面積の増加が小さいときは急激にキャパシタの増加があり、その増加が緩やかになる変化点の外側厚さＬが０．３Ｘである。平均変化率の変化が緩やかな領域においては、側面積増加による電力伝送効率の増加の効果が十分に得られていると言えるため、加工精度などの観点から、外側厚さＬは０．３Ｘより大きくすることが好ましい。

　以上から、誘電体１２１Ｂ、１２２Ｂの外側厚さＬは、０．３Ｘ＜Ｌ≦０．５Ｘに形成することが望ましい。

　ここで、誘電体１２１Ｂ、１２２Ｂの電力伝送面側厚さＬ_０は、コイル１１１Ｂ、１１２Ｂ間の距離を小さくするため、小さい方が望ましい。発明者のシミュレーションの結果、誘電体１２１Ｂ、１２２Ｂの電力伝送面側厚さＬ_０は、コイル１１１Ｂ、１１２Ｂの半径Ｘの０．２倍以下に設定することが望ましいことが分かった。

　誘電体１２１Ｂ、１２２Ｂの電力伝送面側厚さＬ_０をコイル１１１Ｂ、１１２Ｂの半径Ｘの０．２倍以下に、外側厚さＬを０．３Ｘ＜Ｌ≦０．５Ｘに形成することにより、電力伝送面側厚さＬ_０と外側厚さＬとを等しくする場合と比較して、効率よく電力を伝送することができる。

　なお、本実施形態に係る送電アンテナ１３Ｂおよび受電アンテナ１４Ｂにおいて、コイル１１１Ｂの外径（２Ｘ）が２２０ｍｍであることから、誘電体１２１Ｂの電力伝送面側厚さＬ_０＝（３＋４＋４）ｍｍ＝１１ｍｍは０．１Ｘに、外側厚さＬ＝（３＋４＋４８）ｍｍ＝５５ｍｍは０．５Ｘに相当する。

　＜実施例＞
　本実施例に係る無線エネルギー伝送用アンテナ３００の上面図を図８Ａに、断面図を図８Ｂに示す。比較例として、外側厚さＬと電力伝送面側厚さＬ_０を同じに形成した無線エネルギー伝送用アンテナ４００の上面図を図９Ａに、断面図を図９Ｂに示す。

　本実施例に係る無線エネルギー伝送用アンテナ３００と一般的な無線エネルギー伝送用アンテナ４００とは、被覆誘電体３２３、４２３の外側厚さＬの大きさが異なる以外は、同一に形成されている。すなわち、一般的な無線エネルギー伝送用アンテナ４００では、被覆誘電体４２３の電力伝送面側厚さＬ_０と外側厚さＬとを共に、本実施例に係る無線エネルギー伝送用アンテナ３００の電力伝送面側厚さＬ_０と等しい、Ｌ＝Ｌ_０＝１３ｍｍに形成した。

　本実施例に係る無線エネルギー伝送用アンテナ３００について説明する。なお、被覆誘電体３２３の外側厚さＬの大きさが異なる以外は、一般的な無線エネルギー伝送用アンテナ４００も同様に構成される。

　図８Ａ、図８Ｂに示すように、本実施例に係る無線エネルギー伝送用アンテナ３００は、コイル３１０（スパイラルコイル３１１およびスパイラルコイル３１２の組合せ）、内部誘電体３２１、外部誘電体３２２および被覆誘電体３２３によって構成される。

　スパイラルコイル３１１は、外周辺２０８ｍｍ、５０巻の導体からなる配線で構成される。本実施例では、直径１ｍｍの銅線を、間隔１ｍｍで巻回すことで、スパイラルコイル３１１を形成した。一方、スパイラルコイル３１２は、スパイラルコイル３１１を逆巻きしたものである。スパイラルコイル３１１の最外周の端部と、スパイラルコイル３１２の最外周の端部が、高周波電力の給電ポートとなる。

　図８Ｂに示すように、スパイラルコイル３１１とスパイラルコイル３１２は、０．５ｍｍの距離を離して配置されている。スパイラルコイル３１１、３１２自体の厚さは無視できることから、以下では、コイル３１０の厚さが０．５ｍｍであるものとして説明する。

　内部誘電体３２１は、比誘電率が６．１５、誘電正接が０．００１９のフッ素樹脂基板により形成され、縦２５０ｍｍ、横２５０ｍｍ、厚さ４．５ｍｍに設定されている。内部誘電体３２１の中心には、厚さ０．５ｍｍのコイル３１０が配置されていることから、内部誘電体３２１の電力伝送面側厚さと外側厚さはそれぞれ、Ｌ１＝２ｍｍである。

　外部誘電体３２２は、比誘電率が１０．２、誘電正接が０．００２３のフッ素樹脂基板によって形成される。外部誘電体３２２は、縦２５０ｍｍ、横２５０ｍｍ、厚さＬ２＝６ｍｍに設定された２つの部分を含み、それぞれ内部誘電体３２１の伝送側面上および外側面上に配置される。

　被覆誘電体３２３は、比誘電率は３．３、誘電正接は０．０４のアクリルによって形成される。被覆誘電体３２３は、縦２６０ｍｍ、横２６０ｍｍに設定され、電力伝送面側の厚さが５ｍｍに、反対側の厚さがＬ３＝４４ｍｍに設定されている。さらに、被覆誘電体３２３は、内部誘電体３２１および外部誘電体３２２の側面を、厚さ５ｍｍで覆う。

　上記のように構成された無線エネルギー伝送用アンテナ３００においては、スパイラルコイル３１１の上面から海水までの外側の被覆厚さＬは、Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＝（２＋６＋４４）ｍｍ＝５２ｍｍである。これは、スパイラルコイル３１１、３１２の外径＝２０８ｍｍの半分がＸに相当すると考えた場合、Ｘ＝１０４ｍｍであり、０．５Ｘとなる。また、スパイラルコイル３１２の下面から海水までの伝送側の厚さは、Ｌ_０＝（２＋６＋５）ｍｍ＝１３ｍｍである。これは、０．１２５Ｘに相当する。

　一方、前述したように、図９Ａ、図９Ｂに示した一般的な無線エネルギー伝送用アンテナ４００は、スパイラルコイル４１１、４１２から海水までの距離は、共にＬ＝Ｌ_０＝１３ｍｍであり、０．１２５Ｘに相当する。

　次に、海水中において２つの無線エネルギー伝送用アンテナ３００および２つの無線エネルギー伝送用アンテナ４００をそれぞれ距離α離して対向配置させた状態でエネルギー伝送を行った場合について説明する。この時の電力伝送効率を図１０に示す。

　図１０から分かるように、電力伝送効率７５％となる距離αは、本実施例に係る無線エネルギー伝送用アンテナ３００では距離α＝１０ｃｍであるのに対して、一般的な無線エネルギー伝送用アンテナ４００では距離α＝８．５ｃｍである。すなわち、誘電体の外側厚さＬを大きく形成することにより、２つの無線エネルギー伝送用アンテナ間の距離αを、８．５ｃｍから１０ｃｍまで１．５ｃｍ離すことができた。

　ここで、背景技術で記載したように、一般的な円筒型の無人自律航行潜水艇の制御精度は、船体の直径の約１／１０である。従って、２つの無線エネルギー伝送用アンテナ間の距離αが１．５ｃｍ大きくなることにより、船体の直径がさらに１５ｃｍ大きい潜水艇へ適用して海水中での無線エネルギー伝送を行うことができる。なお、本実施例の無線エネルギー伝送用アンテナ３００は、背景技術で記載した特許文献１の実施例に示された伝送周波数を用いる時に、最も高い伝送効率を得ることができた。

　上述の実施形態および本実施例においては、海水中においての無線電力伝送について説明したが、空気に比べて導電率の高い真水の中においても同様の効果を得ることができる。真水の中における無線電力伝送において上述の実施形態および本実施例の構造を有する低周波動作のアンテナを用いることにより、アンテナが大きくなることを抑制しつつ電力伝送効率の高い無線電力伝送を実現でき、真水の導電性による損失を低減することができる。

　本願発明は上記実施形態および実施例に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。

　本願発明は、水や海水を介して電磁エネルギーを授受する、無線電力伝送システムに広く適用することができる。

　この出願は、２０１４年５月２７日に出願された日本出願特願２０１４－１０９０９６を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

　１０　　無線エネルギー伝送システム
　１３　　送電アンテナ
　１４　　受電アンテナ
　１７　　電源装置
　１１１、１１２　　コイル
　２１１、２１２　　スパイラルコイル
　１２１、１２２　　誘電体
　２２１　　内部誘電体
　２２２　　外部誘電体
　２２３　　被覆誘電体
　３００、４００　　無線エネルギー伝送用アンテナ
　３１０、４１０　　コイル
　３１１、３２２、４１１、４１２　　スパイラルコイル
　３２１、４２１　　内部誘電体
　３２２、４２２　　外部誘電体
　３２３、４２３　　被覆誘電体

Claims

電力伝送面および反対側面を備えた平板状のコイルと、前記コイルの電力伝送面および反対側面を覆う誘電体と、を備えた電力伝送用アンテナであって、前記誘電体の、前記コイルの反対側面を覆う厚さは、前記コイルの電力伝送面を覆う厚さよりも大きいことを特徴とする電力伝送用アンテナ。
前記コイルの半径がＸの場合、前記コイルの反対側面を覆う前記誘電体の厚さＬは０．３Ｘ＜Ｌ≦０．５Ｘに、前記コイルの電力伝送面を覆う前記誘電体の厚さＬ_０はＬ_０≦０．２Ｘに形成される、請求項１に記載の電力伝送用アンテナ。
前記コイルは、互いに逆巻きの２つのスパイラルコイルを対向配置することによって形成される、請求項１または２に記載の電力伝送用アンテナ。
前記誘電体は、
　前記コイル側に配置され、誘電正接が小さい内部誘電体と、
　前記内部誘電体の外側に配置され、比誘電率が高い外部誘電体と、
　最外位置に配置され、硬度が大きい被覆誘電体と、
が積層されて形成される、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電力伝送用アンテナ。
海水中または水中において対向配置された、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の２つの電力伝送用アンテナと、
一方の電力伝送用アンテナに電力を供給する電源装置と、
を備え、
前記２つの電力伝送用アンテナは、互いの電力伝送面を対向させることを特徴とする電力伝送システム。