WO2022092306A1 - 水中給電システムおよび受電装置 - Google Patents

Abstract

送電装置は、磁界を介して電力を伝送する送電コイルと、送電用電源からの電力を制御する送電側プロセッサとを備える。受電装置は、送電コイルからの電力を受電する受電コイルと、複数の汎用電源部品と蓄電池とを有し、受電された電力と複数の汎用電源部品とに基づいて蓄電池を充電する受電用電源と、蓄電池への充電電流を周期的に制御する受電側プロセッサと、充電電流を検出する電流センサとを備える。受電側プロセッサは、充電電流の値が所定範囲外である場合に、充電電流の値とターゲット電流値との差分に基づいて、送電用電源への帰還制御パラメータを算出して送電側プロセッサに伝送する。送電側プロセッサは、帰還制御パラメータに基づいて、送電用電源からの電力を制御する。

Description

水中給電システムおよび受電装置

　本開示は、水中において電力を受電して蓄電池を充電する水中給電システムおよび受電装置に関する。

　特許文献１には、送電ユニットからの送電電力情報の取得処理と、送電ユニットから伝送される電力を受電する受電ユニットからの受電電力情報の取得処理の少なくとも一方を実行する情報取得部と、送電電力情報に応じた送電ユニットの送電調整処理と、送電電力情報に応じた受電ユニットのインピーダンス調整処理と、受電電力情報に応じた送電ユニットの送電調整処理と、受電電力情報に応じた受電ユニットのインピーダンス調整処理のうち複数の処理を実行可能であって予め定められた条件に基づいて複数の処理の１つを切り換えて選択し、選択した処理を実行する制御部と、を有する、無線電力伝送装置が開示されている。

国際公開第２０１５／００１６７２号

　特許文献１では、受電ユニットを有する負荷は水中（例えば海中）を移動したり、水中において送電ユニットから負荷の受電ユニットに電力が伝送されたりすることは想定されていない。近年、海上等の水上に係留している船舶等の送電装置から、海中等の水中を移動可能な受電装置が送電装置から充電用の電力を受電して内蔵している蓄電池（充電池）に電力を充電する海中給電方式が提案されている。海中給電方式では、汎用的な充電用電源が存在しないため海中給電向けにカスタム電源が必要であるが、汎用的なＤＣ／ＤＣコンバータ等を複数組み合わせた電源（以下「スタックＤＣ／ＤＣ電源」と称する）を用いて帰還制御（フィードバック制御）で充電用電源を構成できればシステム構築のコストを大幅に抑制するのみならず、電源の組み合わせにより多様な充電構成・仕様にも対応することが可能であり、有用な方法であると考えられる。

　ところが、受電系にスタックＤＣ／ＤＣ電源を採用した帰還制御を行うと、スタックＤＣ／ＤＣ電源の性能のばらつき、蓄電池の状態、充電電流等に依存して帰還系（つまり帰還制御に関わる各構成要素。以下同様。）の動作遅延が発生するため、遅延を発生させる要因を考慮した帰還制御を行わないと海中給電の動作が安定しないという課題があった。

　本開示は、上述した従来の状況に鑑みて案出され、スタックＤＣ／ＤＣ電源を受電系に採用した場合に、帰還系の動作遅延に追従した受電系に内蔵される蓄電池への充電を安定的に制御する水中給電システムおよび受電装置を提供する。

　本開示は、送電装置と水中を移動可能な受電装置とを有する水中給電システムであって、前記送電装置は、前記受電装置に磁界を介して電力を伝送する送電コイルと、送電用電源からの前記電力を制御して前記送電コイルに供給する送電側プロセッサと、を備え、前記受電装置は、前記送電コイルからの電力を受電する受電コイルと、複数の汎用電源部品と蓄電池とを有し、前記受電コイルにより受電された前記電力と前記複数の汎用電源部品とに基づいて前記蓄電池を充電する受電用電源と、前記蓄電池への充電電流を周期的に制御する受電側プロセッサと、前記充電電流を検出する電流センサと、を備え、前記受電側プロセッサは、検出された前記充電電流の値が所定範囲外の電流値であると判定した場合に、前記充電電流の値とターゲット電流値との差分に基づいて、前記送電用電源への帰還制御パラメータを算出して前記送電側プロセッサに伝送し、前記送電側プロセッサは、前記帰還制御パラメータに基づいて、前記送電用電源からの電力を制御する、水中給電システムを提供する。

　また、本開示は、送電装置と水中を移動可能な受電装置とを有する水中給電システムであって、前記送電装置は、前記受電装置に磁界を介して電力を伝送する送電コイルと、送電用電源からの前記電力を制御して前記送電コイルに供給する送電側プロセッサと、を備え、前記受電装置は、前記送電コイルからの電力を受電する受電コイルと、複数の汎用電源部品と蓄電池とを有し、前記受電コイルにより受電された前記電力と前記複数の汎用電源部品とに基づいて前記蓄電池を充電する受電用電源と、前記蓄電池への充電電流を周期的に制御する受電側プロセッサと、前記充電電流を検出する電流センサと、を備え、前記受電側プロセッサは、検出された前記充電電流の値が所定範囲外の電流値であると判定した場合に、前記充電電流の値とターゲット電流値との差分に基づいて、前記受電用電源への帰還制御パラメータを算出し、前記受電用電源は、前記帰還制御パラメータに基づいて、前記蓄電池への充電電流を制御して前記蓄電池を充電する、水中給電システムを提供する。

　また、本開示は、水中を移動可能であって、送電コイルを備える送電装置から伝送される電力を受電する受電装置であって、前記送電コイルからの電力を受電する受電コイルと、複数の汎用電源部品と蓄電池とを有し、前記受電コイルにより受電された前記電力と前記複数の汎用電源部品とに基づいて前記蓄電池を充電する受電用電源と、前記蓄電池への充電電流を周期的に制御する受電側プロセッサと、前記充電電流を検出する電流センサと、を備え、前記受電側プロセッサは、検出された前記充電電流の値が所定範囲外の電流値であると判定した場合に、前記充電電流の値とターゲット電流値との差分に基づいて、送電用電源への帰還制御パラメータを算出し、前記帰還制御パラメータに基づく前記送電用電源からの電力制御を前記送電装置に指示する、受電装置を提供する。

　また、本開示は、水中を移動可能であって、送電コイルを備える送電装置から伝送される電力を受電する受電装置であって、前記送電コイルからの電力を受電する受電コイルと、複数の汎用電源部品と蓄電池とを有し、前記受電コイルにより受電された前記電力と前記複数の汎用電源部品とに基づいて前記蓄電池を充電する受電用電源と、前記蓄電池への充電電流を周期的に制御する受電側プロセッサと、前記充電電流を検出する電流センサと、を備え、前記受電側プロセッサは、検出された前記充電電流の値が所定範囲外の電流値であると判定した場合に、前記充電電流の値とターゲット電流値との差分に基づいて、前記受電用電源への帰還制御パラメータを算出し、前記受電用電源は、前記帰還制御パラメータに基づいて、前記蓄電池への充電電流を制御して前記蓄電池を充電する、受電装置を提供する。

　本開示によれば、スタックＤＣ／ＤＣ電源を受電系に採用した場合に、帰還系の動作遅延に追従した受電系に内蔵される蓄電池への充電を安定的に制御できる。

本実施の形態に係る水中給電システムが設置される使用環境例を模式的に示す図 本実施の形態に係る水中給電システムのハードウェア構成例を示す図 帰還制御ルート１に対応する受電側プロセッサの構成例を示すブロック図 帰還制御ルート２に対応する受電側プロセッサの構成例を示すブロック図 本実施の形態に係る受電側プロセッサの動作手順の一例を示すフローチャート 本実施の形態に係る受電側プロセッサの動作手順の一例を示すフローチャート 図５の遅延再測定判断処理の動作手順の一例を示すフローチャート 周期割込み処理ごとに検出される充電電流の電流値の推移の一例を示すグラフ 推定遅延時間間隔４０ｍｓとした場合の充電電流の安定性実験結果例を示すグラフ 推定遅延時間間隔５０ｍｓとした場合の充電電流の安定性実験結果例を示すグラフ 推定遅延時間間隔６０ｍｓとした場合の充電電流の安定性実験結果例を示すグラフ

（本実施の形態に至る経緯）
　上述したように、従来の海中給電において、受電系にスタックＤＣ／ＤＣ電源を採用した帰還制御を行うと、スタックＤＣ／ＤＣ電源の性能のばらつき、蓄電池の状態、充電電流等に依存して帰還系（つまり帰還制御に関わる各構成要素）の動作遅延が発生していた。このため、遅延を発生させる要因を考慮した帰還制御を行わないと海中給電の動作が安定しないという課題があった。ここで、帰還制御の方法としては、帰還制御ルート１（図３参照）と帰還制御ルート２（図４参照）とが考えられる。受電系に内蔵される蓄電池への充電制御だけを考慮するのであれば、帰還制御ルート１，２のどちらでも実行可能である。ただ、受電系にスタックＤＣ／ＤＣ電源を採用する場合、スタックＤＣ／ＤＣ電源を用いた充電効率は一次側（つまり送電系）の一次電圧（つまり送電電力）に依存するので、海中給電の系全体の電源効率を考慮すると、帰還制御ルート２の方が帰還制御ルート１よりも電源効率が優れていると考えることができる。

　ところが、帰還制御ルート２は、帰還制御において送電側および受電側の各コイルを介するので帰還制御ルート１に比べると、帰還系の動作遅延（例えば充電電流の変動、インピーダンスの変動に基づく動作遅延）がより大きくなる可能性が高い。このため、帰還制御ルート２の実施の際には、帰還系の動作遅延を検出して遅延情報を更新する仕組みが帰還制御ルート１に比べてより必要と考えられる。また、帰還制御ルート１，２のいずれにおいても充電時の蓄電池のインピーダンスが微小値であることが知られており、このため、受電系において充電電流を正確に制御できなければ、安定した充電電流の制御が困難となる。

　以上に鑑みて、以下の本実施の形態では、スタックＤＣ／ＤＣ電源を受電系に採用した場合に、帰還系の動作遅延に追従した受電系に内蔵される蓄電池への充電を安定的に制御する水中給電システムおよび充電制御装置の例を説明する。

（本実施の形態）
　以下、適宜図面を参照しながら、本開示に係る水中給電システムおよび充電制御装置を具体的に開示した実施の形態（以下、「本実施の形態」という）を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

　図１は、本実施の形態に係る水中給電システム１０００が設置される使用環境例を模式的に示す図である。水中給電システム１０００は、送電装置１００と、受電装置２００と、複数のコイルＣＬとを有する（図２参照）。送電装置１００は、受電装置２００に対して、複数のコイルＣＬを介して、磁気共鳴方式に従ってワイヤレス（つまり無接点）で電力を伝送する。配置されるコイルＣＬの数は、ｎ（ｎ：２以上の整数）個であり、任意である。

　コイルＣＬは、例えば環状に形成され、樹脂のカバーにより被覆されることで絶縁される。コイルＣＬは、例えばキャブタイヤケーブル、ヘリカルコイル、あるいはスパイラルコイルにより形成される。ヘリカルコイルは、同一平面内ではなく、磁気共鳴方式による電力の伝送方向に沿って、螺旋状に巻回された環状のコイルである。スパイラルコイルは、同一平面内においてスパイラル形状に形成された環状のコイルである。スパイラルコイルの採用により、コイルＣＬの薄型化が可能となる。ヘリカルコイルの採用により、巻回されたコイルＣＬの内部の空間を広く確保できる。なお図１では、スパイラルコイルの例が図示されている。

　電力伝送に使用されるコイルＣＬは、送電コイルＣＬＡおよび受電コイルＣＬＢを含む。送電コイルＣＬＡは、一次コイル（Ｐｒｉｍａｒｙ　Ｃｏｉｌ）である。受電コイルＣＬＢは、二次コイル（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｃｏｉｌ）である。コイルＣＬは、送電コイルＣＬＡと受電コイルＣＬＢとの間に配置された少なくとも１つの中継コイルＣＬＣ（Ｂｏｏｓｔｅｒ　Ｃｏｉｌ）を含んでよい。中継コイルＣＬＣは、送電コイルの一例である。中継コイルＣＬＣが複数ある場合には、それぞれの中継コイルＣＬＣ同士は略平行に配置され、中継コイルＣＬＣにより形成される開口面の半分以上が重なる。複数の中継コイルＣＬＣ間の間隔は、例えば中継コイルＣＬＣの半径以上確保される。中継コイルＣＬＣは、送電コイルＣＬＡによる電力伝送を補助する。

　送電コイルＣＬＡは、送電装置１００に設けられる（図２参照）。受電コイルＣＬＢは、受電装置２００に設けられる（図２参照）。中継コイルＣＬＣは、送電装置１００に設けられても、受電装置２００に設けられても、送電装置１００および受電装置２００とは別に設けられてもよい。中継コイルＣＬＣは、一部が送電装置１００に設けられ、他の一部が受電装置２００に設けられてもよい。

　送電装置１００は、その一部が船舶５０に設置されてもよいし、その他の箇所（例えば陸上に設置された給電設備１２００）に配置されてよい。受電装置２００は、移動可能な水中航走体７０（例えば潜水艇、水底掘削機）に設定されてよいし、固定的に設置される水中設備（例えば地震計、監視カメラ、地熱発電機）に設置されてもよい。図１では、水中航走体７０の一例として潜水艇が図示されている。各コイルＣＬは、水中（例えば海中）に配置されている。

　水中航走体７０は、例えば遠隔操作無人探査機（ＲＯＶ：Ｒｅｍｏｔｅｌｙ　Ｏｐｅｒａｔｅｄ　Ｖｅｈｉｃｌｅ）、無人潜水艇（ＵＵＶ：Ｕｎｍａｎｎｅｄ　Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ　Ｖｅｈｉｃｌｅ）、あるいは自立型無人潜水機（ＡＵＶ：Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ　Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ　Ｖｅｈｉｃｌｅ）でよい。

　船舶５０の一部は、水面９０（例えば海面）より上部つまり水上に存在し、船舶５０の他の一部は、水面９０よりも下部つまり水中（例えば海中）に存在する。船舶５０は、水上（例えば海上）で移動可能であり、例えばデータ取得場所の水上（例えば海上）へ自由に移動可能である。船舶５０に設置された送電装置１００と送電コイルＣＬＡとの間は、電力ケーブル２８０により接続される。電力ケーブル２８０は、水上のコネクタを介して、送電装置１００内のドライバ１５１（図２参照）と接続される。

　水中航走体７０は、水中を潜行し、船舶５０からの指示に基づいて所定のデータ取得ポイントへ自由に移動可能である。船舶５０からの指示は、各コイルＣＬを介した通信により伝送されてもよいし、その他の通信方法により伝送されてもよい。

　各コイルＣＬは、例えば等間隔に配置される。隣り合うコイルＣＬ間の距離（コイル間隔）は、例えば５ｍである。コイル間隔は、例えばコイルＣＬの直径の半分程度の長さである。伝送周波数は、水中（例えば海中）での磁界強度の減衰量を考慮すると、例えば４０ｋＨｚ以下であり１０ｋＨｚ未満とされることが好ましい。また、１０ｋＨｚ以上の送信周波数で電力伝送する場合には、電波法の規定に基づいて所定のシミュレーションを行う必要があり、１０ｋＨｚ未満の場合にはこの作業を省略できる。なお、伝送周波数が低周波であるほど、電力伝送距離が長くなり、コイルＣＬが大きくなり、コイル間隔が長くなる。なお、伝送周波数は、例えば通信信号が重畳される場合、４０ｋＨｚよりも高い周波数でもよい。

　伝送周波数は、コイルＣＬのインダクタンス、コイルＣＬの直径、コイルのＣＬの巻き数等のコイル特性に基づき定まる。コイルＣＬの直径は、例えば数ｍ～数１０ｍである。また、コイルＣＬの太さが太い程、つまりコイルＣＬの線径が大きい程、コイルＣＬでの電気抵抗が減り、電力損失が小さくなる。また、コイルＣＬを介して伝送される電力は、例えば５０Ｗ以上であり、ｋＷオーダーでもよい。

　また、送電装置１００は、コイルの線材が巻かれる、１つ以上のボビンｂｎを備えてよい。ボビンｂｎの材料は、非導電性あるいは弱磁性の材料（例えばポリ塩化ビニル、アクリル、ポリエステル等の樹脂）が用いられる。なお、ボビンｂｎの材料は、誘電性を有してもよい。例えば、ボビンｂｎの材料としてポリ塩化ビニルを用いると、安価で入手し易く、加工し易くなる。ボビンｂｎが非導電性を有することで、送電装置１００は、コイルＣＬに流れる交流電流に起因して発生する磁界が、ボビンｂｎに吸収されることを抑制できる。図１では、水中給電（例えば海中給電）を行うために、水中に浮遊するボビンｂｎ１０を含む給電スタンドと、海底に配置されたボビンｂｎ１１を含む給電スタンドとが設置されている。

　ボビンｂｎ１０を含む給電スタンドでは、筒状のボビンｂｎ１０の外周には、送電コイルＣＬＡ１１および中継コイルＣＬＣ１１が巻回されて配置されている。送電コイルＣＬＡ１１には、電力ケーブル２８０が接続されており、海上に係留している船舶５０から電力ケーブル２８０を介して電力が供給される。電力ケーブル２８０は、この給電スタンドを海中で浮遊状態に支持する。浮遊状態では、筒状のボビンｂｎ１０の両側の開口は、水平方向を向いてよい。水中航走体７０は、浮遊状態にある給電スタンドの出入口に対し、水平方向に進入し、ボビンｂｎ１０の内部に留まって受電してよい。

　ボビンｂｎ１１を含む給電スタンドは、海底９１０に埋め込まれた２本の支柱１１０１の上部に固定される。この給電スタンドの出入口は、水平方向を向いてよい。給電スタンドでは、筒状のボビンｂｎ１１に送電コイルＣＬＡ１２が巻回されて配置されているが、中継コイルＣＬＣは配置されていない。送電コイルＣＬＡ１２には、例えば海底９１０に這わされた電力ケーブル２８０Ａが接続され、給電設備１２００から電力ケーブル２８０Ａを介して電力が供給されてよい。水中航走体７０は、海底９１０に設置された給電スタンドの出入口に対し、水平方向に進入し、ボビンｂｎ１１の内部に留まって受電してよい。

　図２は、本実施の形態に係る水中給電システム１０００のハードウェア構成例を示す図である。前述したように、水中給電システム１０００は、送電装置１００と、受電装置２００と、複数のコイルＣＬとを有する。

　送電装置１００は、ＡＣ電源１１０と、ＡＤＣ（ＡＣ／ＤＣ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１２０と、送電側プロセッサ１３０と、情報通信部１４０と、送電回路１５０とを備える。

　ＡＤＣ１２０は、送電用電源の一例としてのＡＣ電源１１０から供給される交流電力を直流電力に変換する。変換された直流電力は、送電回路１５０へ送られる。

　送電側プロセッサ１３０は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）を用いて構成され、送電装置１００の各部（例えばＡＣ電源１１０、ＡＤＣ１２０、情報通信部１４０、送電回路１５０）の動作を統括して制御する。

　情報通信部１４０は、受電装置２００との間で通信される通信データを変調あるいは復調するための変復調回路を有する。情報通信部１４０は、例えば送電装置１００から受電装置２００への制御情報を、コイルＣＬを介して送信する。情報通信部１４０は、例えば受電装置２００から送電装置１００へのデータを、コイルＣＬを介して受信する。このデータには、例えば水中航走体７０により水中探査もしくは水底探査された探査結果のデータ、あるいは、受電装置２００により算出される帰還制御パラメータ（例えば帰還制御値ＩＢ）が含まれる。情報通信部１４０は、水中航走体７０がデータ収集等の作業を行いながら、水中航走体７０（言い換えると、受電装置２００）との間で迅速にデータ通信できる。

　送電回路１５０は、ドライバ１５１、共振回路１５２、整合回路１５３を含む。ドライバ１５１は、ＡＤＣ１２０からの直流電力を所定の周波数の交流電圧（例えばパルス波形）に変換する。共振回路１５２は、コンデンサＣＡと送電コイルＣＬＡとを含んで構成され、ドライバ１５１からのパルス波形の交流電圧から正弦波波形の交流電圧を生成する。送電コイルＣＬＡは、ドライバ１５１から印加される交流電圧に応じて、所定の共振周波数で共振する。なお、送電コイルＣＬＡは、整合回路１５３により、送電装置１００の出力インピーダンスにインピーダンス整合される。

　なお、ドライバ１５１が変換することで得られる交流電圧の周波数は、送電装置１００と受電装置２００との間での電力伝送の伝送周波数に相当し、共振周波数に相当する。伝送周波数は、例えば、各コイルＣＬのＱ値に基づき設定されてよい。

　受電装置２００は、受電回路２１０と、電源部２２０と、受電側プロセッサ２３０と、情報通信部２４０と、電流検出部２５０とを備える。

　受電回路２１０は、整流回路２１１、共振回路２１２、整合回路２１３を含む。整流回路２１１は、受電コイルＣＬＢに誘起された交流電力を直流電力に変換する。共振回路２１２は、コンデンサＣＢと受電コイルＣＬＢとを含んで構成され、送電コイルＣＬＡから送電された交流電力を受電する。なお、受電コイルＣＬＢは、整合回路２１３により、受電装置２００の入力インピーダンスにインピーダンス整合される。

　受電用電源の一例としての電源部２２０は、スタックＤＣ／ＤＣ電源２２１、充電制御回路２２２、蓄電池の一例としての二次電池２２３を含む。スタックＤＣ／ＤＣ電源２２１は、水中給電システム１０００での二次電池２２３への充電用電源として、汎用的な回路部品（汎用電源部品の一例）であるＤＣ／ＤＣコンバータが複数組み合わされた電源回路を構成し、受電側プロセッサ２３０からの制御信号（図３参照）に基づいて受電回路２１０からの直流電力を昇圧、降圧等して充電制御回路２２２に供給する。充電制御回路２２２は、二次電池２２３の種別に応じて、二次電池２２３への充電を制御する。例えば、充電制御回路２２２は、スタックＤＣ／ＤＣ電源２２１からの直流電力に基づいて、定電圧で二次電池２２３への充電を開始する。二次電池２２３は、送電装置１００から伝送された電力を蓄電する。二次電池２２３は、例えばリチウムイオン電池である。

　受電側プロセッサ２３０，２３０Ａは、例えばＣＰＵを用いて構成され、受電装置２００の各部（例えば受電回路２１０、電源部２２０、電流検出部２５０、情報通信部２４０）の動作を統括する。受電側プロセッサ２３０，２３０Ａは、二次電池２２３への充電電流を周期的に制御するための周期割込み処理を実行する（図５～図７参照）。周期割込み処理は、例えば１０ｍｓごとに実行されるが、後述するように遅延時間の測定がなされた場合には遅延測定結果として得られた遅延時間間隔ごとに周期的に実行される。受電側プロセッサ２３０，２３０Ａの詳細は図３あるいは図４を参照して後述する。

　情報通信部２４０は、送電装置１００との間で通信される通信データを変調あるいは復調するための変復調回路を含む。情報通信部２４０は、例えば送電装置１００から受電装置２００への制御情報を、コイルＣＬを介して受信する。情報通信部２４０は、例えば受電装置２００から送電装置１００へのデータを、コイルＣＬを介して送信する。このデータには、例えば受電装置２００により算出される帰還制御パラメータ（例えば帰還制御値ＩＢ）、あるいは、水中航走体７０により水中探査もしくは水底探査された探査結果のデータが含まれる。情報通信部２４０は、水中航走体７０がデータ収集等の作業を行いながら、船舶５０（言い換えると、送電装置１００）との間で迅速にデータ通信できる。

　電流センサの一例としての電流検出部２５０は、電源部２２０の二次電池２２３への電流（つまり充電電流）を検出して受電側プロセッサ２３０，２３０Ａに送る。

　なお、中継コイルＣＬＣは、送電コイルＣＬＡおよび受電コイルＣＬＢと同様に、コンデンサＣＣとともに共振回路を構成する。つまり、本実施の形態では、共振回路が水中において多段に配置されることで、磁気共鳴方式により電力が伝送される。

　ここで、図２を参照して、送電装置１００から受電装置２００への電力伝送について簡単に説明する。

　送電装置１００の共振回路１５２では、送電装置１００の送電コイルＣＬＡに電流が流れると送電コイルＣＬＡの周囲に磁場が発生する。発生した磁場の振動は、共振回路１５２での共振周波数と同一の周波数で共振する中継コイルＣＬＣを含む共振回路に伝達される。

　中継コイルＣＬＣを含む共振回路では、磁場の振動により中継コイルＣＬＣに電流が励起され、電流が流れ、中継コイルＣＬＣの周囲に更に磁場が発生する。発生した磁場の振動は、共振回路１５２での共振周波数と同一の周波数で共振する他の中継コイルＣＬＣを含む共振回路、受電コイルＣＬＢを含む共振回路２１２に伝達される。

　受電装置２００の共振回路２１２では、中継コイルＣＬＣの磁場の振動により、受電コイルＣＬＢに交流電流が誘起される。誘起された交流電流が整流回路２１１により整流され、電源部２２０において所定の電圧に変換されて充電電流が流れることで、二次電池２２３が充電される。

　次に、帰還制御ルート１に係る受電側プロセッサ２３０の構成例について、図３を参照して説明する。帰還制御ルート１は、二次側である受電装置２００単独で二次電池２２３への充電電流をターゲット電流値にするように帰還制御（フィードバック制御）する。図３は、帰還制御ルート１に対応する受電側プロセッサ２３０の構成例を示すブロック図である。受電側プロセッサ２３０は、メモリ２３１、ＡＤ変換部２３２、帰還系遅延判定部２３３、帰還制御値決定部２３４、電源制御部２３５を含む。

　メモリ２３１は、受電側プロセッサ２３０が実行する処理中に参照するデータもしくはプログラムを記憶したり、受電側プロセッサ２３０が実行する処理中に生成するデータを一時的に記憶したりしている。メモリ２３１は、例えば帰還系の動作の遅延時間の制御に用いられる複数個の閾値Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ（図８参照）、さらに二次電池２２３への充電に適するターゲット電流値（図８参照）を記憶している。以下、複数個の閾値Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄとターゲット電流値とを纏めて「基準電流値」と称する場合がある。

　ＡＤ変換部２３２は、電流検出部２５０により検出された二次電池２２３への充電電流をデジタル値に変換する。

　帰還系遅延判定部２３３は、メモリ２３１から読み出した基準電流値（上述参照）とＡＤ変換部２３２による変換後の充電電流の値とを比較する。帰還系遅延判定部２３３は、充電電流の値と基準電流値との差分に基づいて帰還系の動作遅延を判定し、判定結果を帰還制御値決定部２３４に送る。帰還系遅延判定部２３３は、例えば動作遅延を測定している間（図８の時刻ｔ５～時刻ｔ９参照）、帰還制御値ＩＡを固定とする旨の判定結果を帰還制御値決定部２３４に送る。この動作遅延の判定については、図５～図７を参照して詳述する。

　帰還制御値決定部２３４は、帰還系遅延判定部２３３からの判定結果に基づいて、帰還制御パラメータの一例としての帰還制御値ＩＡ（例えばターゲット電流値とＡＤ変換部２３２による変換後の充電電流の値との差分を示す電流値）を算出して電源制御部２３５に送る。なお、帰還制御値決定部２３４は、動作遅延の測定中における帰還系遅延判定部２３３からの判定結果に基づいて、帰還制御値ＩＡを前回の算出値に固定するよう決定する。また、帰還制御値決定部２３４は、帰還制御値ＩＡを情報通信部２４０に送ってもよい。

　電源制御部２３５は、帰還制御値決定部２３４からの帰還制御値ＩＡに基づいて、充電電流をターゲット電流値に近づけるための制御信号を生成してスタックＤＣ／ＤＣ電源２２１を供給する。

　次に、帰還制御ルート２に係る受電側プロセッサ２３０Ａの構成例について、図４を参照して説明する。帰還制御ルート２は、二次側である受電装置２００と一次側である送電装置１００との両方で協働して二次電池２２３への充電電流をターゲット電流値にするように帰還制御（フィードバック制御）する。図４は、帰還制御ルート２に対応する受電側プロセッサ２３０Ａの構成例を示すブロック図である。図４の説明において、図３に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付与して説明を簡略化あるいは省略し、異なる内容について説明する。受電側プロセッサ２３０Ａは、メモリ２３１、ＡＤ変換部２３２、帰還系遅延判定部２３３、帰還制御値決定部２３４Ａ、電源制御部２３５Ａを含む。

　帰還制御値決定部２３４Ａは、帰還系遅延判定部２３３からの判定結果に基づいて、帰還制御パラメータの一例としての帰還制御値ＩＢ（例えばターゲット電流値とＡＤ変換部２３２による変換後の充電電流の値との差分を示す電流値）を算出して情報通信部２４０に送る。帰還制御値決定部２３４Ａは、帰還制御値決定部２３４と同様に、動作遅延の測定中における帰還系遅延判定部２３３からの判定結果に基づいて、帰還制御値ＩＢを前回の算出値に固定するよう決定する。

　電源制御部２３５Ａは、所定の電流値に近づけるための制御信号を生成してスタックＤＣ／ＤＣ電源２２１を供給する。

　情報通信部２４０は、帰還制御値決定部２３４Ａからの帰還制御値ＩＢを送電装置１００の情報通信部１４０に送る。情報通信部１４０は、受電装置２００の情報通信部２４０から送られた帰還制御値ＩＢを受信して送電側プロセッサ１３０に送る。

　送電側プロセッサ１３０は、情報通信部１４０からの帰還制御値ＩＢに基づいて、充電電流をターゲット電流値に近づけるために一次側である送電回路１５０からの送電電力を制御するための制御信号を生成して送電回路１５０に供給する。

　送電回路１５０は、送電側プロセッサ１３０からの制御信号に基づいて、ＡＣ電源１１０からの交流電力を制御信号に対応する電力に変換して受電回路２１０に向けて送電する。

　次に、本実施の形態に係る受電装置２００における充電電流の周期的制御の動作手順例について、図５～図８を参照して説明する。図５および図６は、本実施の形態に係る受電側プロセッサ２３０，２３０Ａの動作手順の一例を示すフローチャートである。図７は、図５の遅延再測定判断処理の動作手順の一例を示すフローチャートである。図８は、周期割込み処理ごとに検出される充電電流の電流値の推移の一例を示すグラフである。以下、説明を簡単にするために、帰還制御ルート１（図３参照）を例示して受電側プロセッサ２３０による周期割込み処理を説明する。

　図５において、受電側プロセッサ２３０は、電流検出部２５０により検出された現在の電流値（つまり充電電流の値）を、ＡＤ変換部２３２の出力によって取得する（Ｓｔ１）。なお、図５～図８の説明において、ステップＳｔ１で取得された現在の電流値を単に「電流値」と称する場合がある。受電側プロセッサ２３０は、ステップＳｔ１の現在の電流値を取得した後、遅延を再度測定する必要があるか否かを判断するための（言い換えると、充電電流が適切に制御されているかを判断するための）遅延再測定判断処理を実行する（Ｓｔ２）。ステップＳｔ２の遅延再測定判断処理の詳細については、図７を参照して後述する。

　受電側プロセッサ２３０は、今回がＮ倍回目の周期割込み処理のタイミングであるか否かを判定する（Ｓｔ３）。帰還系の動作遅延の測定が開始されていない場合には、Ｎは初期値（＝１）となる。また、帰還系の動作遅延の測定が終了した場合（つまり、推定遅延時間が確定した場合）には、Ｎ＝（確定された推定遅延時間）／Ｔとなる。なお、Ｔは周期割込み処理の実行周期であり、例えば１０ｍｓである。今回がＮ倍回目の周期割込み処理のタイミングでない場合には（Ｓｔ３、ＮＯ）、受電側プロセッサ２３０の周期的割込み処理は終了する。

　なお、今回がＮ倍回目の周期割込み処理のタイミングでない場合とは、図８を参照すると、時刻ｔ１１，ｔ１２，ｔ１４，ｔ１５のタイミングとなる。後述するが、遅延測定結果として推定遅延時間がＴ×Ｎ［ｍｓ］と算出された場合、受電側プロセッサ２３０はＴ×Ｎ［ｍｓ］ごとに充電電流を制御するので、時刻ｔ１０からＴ×Ｎ［ｍｓ］が経過しないうちの時刻ｔ１１，ｔ１２のタイミング、さらに、時刻ｔ１３からＴ×Ｎ［ｍｓ］が経過しないうちの時刻ｔ１４，ｔ１５のタイミングでは周期割込み処理は実行されない。

　一方、受電側プロセッサ２３０は、今回がＮ倍回目の周期割込み処理のタイミングであると判定した場合には（Ｓｔ３、ＹＥＳ）、メモリ２３１から読み出した複数の閾値Ａ，Ｄ（図８参照）とステップＳｔ１で取得された電流値とを比較し、「閾値Ａ＜電流値」あるいは「閾値Ｄ＞電流値」が成り立つか否かを判定する（Ｓｔ４）。

　受電側プロセッサ２３０は、「閾値Ａ＜電流値」あるいは「閾値Ｄ＞電流値」が成り立つと判定した場合（Ｓｔ４、ＹＥＳ）、「閾値Ａ＜電流値」が成り立つか否かを判定する（Ｓｔ５）。受電側プロセッサ２３０は、「閾値Ａ＜電流値」が成り立つと判定した場合には（Ｓｔ５、ＹＥＳ）、現在の電流値がターゲット電流値よりもかなり大きいので（図８参照）、ターゲット電流値に近づけるために電流制御値（つまり帰還制御値ＩＡ）を「現在の電流制御値（つまり帰還制御値ＩＡ）－Ｘ」と算出する（Ｓｔ６）。Ｘは、実数の変数値であり（０＜Ｘ）、例えば現在の電流値とターゲット電流値との差分に相当する。ステップＳｔ６の後、受電側プロセッサ２３０の周期的割込み処理は終了する。

　受電側プロセッサ２３０は、「閾値Ａ＜電流値」が成り立たないと判定した場合には（Ｓｔ５、ＮＯ）、「閾値Ｄ＞電流値」が成り立つので（図８参照）、ターゲット電流値に近づけるために電流制御値（つまり帰還制御値ＩＡ）を「現在の電流制御値（つまり帰還制御値ＩＡ）＋Ｘ」と算出する（Ｓｔ７）。ステップＳｔ７の後、受電側プロセッサ２３０の周期的割込み処理は終了する。

　受電側プロセッサ２３０は、「閾値Ａ＜電流値」も「閾値Ｄ＞電流値」も成り立たないと判定した場合（Ｓｔ４、ＮＯ）、「閾値Ｄ＜電流値＜閾値Ａ」が成り立つので（図８参照）、電流値がターゲット電流値に近づいたと判断して帰還系の動作遅延の測定を開始する、もしくは既に開始している場合には継続して帰還系の動作遅延を測定する（Ｓｔ８）。図８では、時刻ｔ５のタイミングで帰還系の動作遅延が開始され、時刻０～時刻ｔ４までは電流値がターゲット電流値から離れており、この時刻領域における遅延特性地の取得は不要のため帰還系の動作遅延の測定は開始されない。また、受電側プロセッサ２３０は、帰還系の動作遅延を測定している間、帰還系の動作遅延の発生をより抑制するために、現在の帰還制御値ＩＡを固定的に使用する（つまり帰還制御値ＩＡを変化させないように固定する）。

　受電側プロセッサ２３０は、メモリ２３１に記憶されている遅延確定フラグがＯＮであるか（つまりステップＳｔ８での帰還系の動作遅延の測定が終了したか否か）を判定する（Ｓｔ９）。遅延確定フラグがＯＮであるかＯＦＦであるかは、受電側プロセッサ２３０によってメモリ２３１に一時的に記憶されている。受電側プロセッサ２３０は、遅延確定フラグがＯＦＦである（つまりステップＳｔ８での帰還系の動作遅延の測定が終了していない）と判定した場合には（Ｓｔ９、ＮＯ）、今回の周期割込み処理のステップＳｔ１で取得された電流値と前回の周期割込み処理のステップＳｔ１で取得された前回電流値（前回サンプル値）との差分があるか否かを判定する（Ｓｔ１０）。

　受電側プロセッサ２３０は、今回の周期割込み処理のステップＳｔ１で取得された電流値と前回の周期割込み処理のステップＳｔ１で取得された前回電流値（前回サンプル値）との差分（例えば±１０ｍＡ程度の一定範囲値）があると判定した場合には（Ｓｔ１０、ＹＥＳ）、周期カウントフラグをインクリメントする（Ｓｔ１１）。周期カウントフラグは、帰還系の動作遅延の測定中にカウントされるパラメータであり、測定結果として得られる推定遅延時間が周期割込み処理の周期の何倍であるかを示す役割を有する。ステップＳｔ１１の後、受電側プロセッサ２３０の周期的割込み処理は終了する。

　一方、受電側プロセッサ２３０は、今回の周期割込み処理のステップＳｔ１で取得された電流値と前回の周期割込み処理のステップＳｔ１で取得された前回電流値（前回サンプル値）との差分がないと判定した場合には（Ｓｔ１０、ＹＥＳ）、その時点での周期カウントフラグの値をＮと設定するとともに（Ｓｔ１２）、遅延確定フラグをＯＮに設定する（Ｓｔ１３）。ステップＳｔ１３の後、受電側プロセッサ２３０の周期的割込み処理は終了する。

　例えば図８を参照すると、時刻ｔ５のタイミングで帰還系の動作遅延の測定が開始され、前回サンプル値との差分がないと判定された時刻ｔ９のタイミングで帰還系の動作遅延の測定が終了される。この測定において、帰還系に発生したであろう推定遅延時間は、周期割込み処理の周期（Ｔ［ｍｓ］）と測定終了タイミングでの周期カウントフラグの値（Ｎ）の値との積となる（Ｔ×Ｎ［ｍｓ］）。したがって、帰還系の動作遅延の測定が終了した時刻ｔ９の次の時刻ｔ１０以降、受電側プロセッサ２３０は、推定遅延時間間隔ごとに周期割込み処理を実行する。

　受電側プロセッサ２３０は、遅延確定フラグがＯＮである（つまりステップＳｔ８での帰還系の動作遅延の測定が終了した）と判定した場合には（Ｓｔ９、ＹＥＳ）、メモリ２３１から読み出した閾値Ａ，Ｂを用いて「閾値Ｂ＜電流値＜閾値Ａ」が成り立つか否かを判定する（Ｓｔ１４）。

　図６において、受電側プロセッサ２３０は、「閾値Ｂ＜電流値＜閾値Ａ」が成り立つと判定した場合には（Ｓｔ１４、ＹＥＳ）、現在の電流値がターゲット電流値よりも大きいので（図８参照）、ターゲット電流値に近づけるために電流制御値（つまり帰還制御値ＩＡ）を「現在の電流制御値（つまり帰還制御値ＩＡ）－Ｙ」と算出する（Ｓｔ１５）。Ｙは、実数の変数値であり（０＜Ｙ＜＜Ｘ）、例えば現在の電流値とターゲット電流値との差分に相当する。ステップＳｔ１５の後、受電側プロセッサ２３０の周期的割込み処理は終了する。

　一方、受電側プロセッサ２３０は、「閾値Ｂ＜電流値＜閾値Ａ」が成り立たないと判定した場合には（Ｓｔ１４、ＮＯ）、閾値Ｄ＜電流値＜閾値Ｂとなり（図８参照）、「ターゲット値＜電流値」が成り立つか否かを判定する（Ｓｔ１６）。受電側プロセッサ２３０は、「ターゲット値＜電流値」が成り立つと判定した場合には（Ｓｔ１６、ＹＥＳ）、現在の電流値がターゲット値より少し大きいので（図８参照）、ターゲット電流値に近づけるために電流制御値（つまり帰還制御値ＩＡ）を「現在の電流制御値（つまり帰還制御値ＩＡ）－Ｚ」と算出する（Ｓｔ１７）。Ｚは、実数の変数値であり（０＜Ｚ＜Ｙ＜＜Ｘ）、例えば現在の電流値とターゲット電流値との差分に相当する。ステップＳｔ１７の後、受電側プロセッサ２３０の周期的割込み処理は終了する。

　受電側プロセッサ２３０は、「ターゲット値＜電流値」が成り立たないと判定した場合には（Ｓｔ１６、ＮＯ）、閾値Ｄ＜電流値＜ターゲット電流値となり（図８参照）、「閾値Ｄ＜電流値＜閾値Ｃ」が成り立つか否かを判定する（Ｓｔ１８）。受電側プロセッサ２３０は、「閾値Ｄ＜電流値＜閾値Ｃ」が成り立つと判定した場合には（Ｓｔ１８、ＹＥＳ）、現在の電流値がターゲット値より小さいので（図８参照）、ターゲット電流値に近づけるために電流制御値（つまり帰還制御値ＩＡ）を「現在の電流制御値（つまり帰還制御値ＩＡ）＋Ｙ」と算出する（Ｓｔ１９）。ステップＳｔ１９の後、受電側プロセッサ２３０の周期的割込み処理は終了する。

　一方、受電側プロセッサ２３０は、「閾値Ｄ＜電流値＜閾値Ｃ」が成り立たないと判定した場合には（Ｓｔ１８、ＮＯ）、現在の電流値がターゲット値より少し小さいので（図８参照）、ターゲット電流値に近づけるために電流制御値（つまり帰還制御値ＩＡ）を「現在の電流制御値（つまり帰還制御値ＩＡ）＋Ｚ」と算出する（Ｓｔ２０）。ステップＳｔ２０の後、受電側プロセッサ２３０の周期的割込み処理は終了する。

　図７に示す遅延再測定判断処理は、例えば帰還系の動作遅延の測定が終了した後、帰還系の動作遅延の時間的特性が変化する可能性があること、および帰還制御ルート２の場合には送電装置１００と受電装置２００との位置関係がポジションフリーとなることによるコイルの結合係数の変化によって遅延特性が変化する可能性があることから充電電流の制御が適切になされているか否かを確認するために実行される処理である。なお、帰還系の動作遅延の時間的特性が変化する可能性があるのは、例えば二次電池２２３の充電時のインピーダンスが非常に小さい値であること、充電による二次電池２２３の電池電圧の上昇に伴って二次電池２２３の電池の特性が変化するとともに電池インピーダンスが変化することに基づく。具体的には、受電側プロセッサ２３０は、遅延再測定判断処理において電流検出部２５０により検出された電流値の移動平均値および標準偏差（つまり電流値のばらつき）をモニタリングすることによって、帰還系の動作遅延の再測定が必要か否かを判断する。

　図７において、受電側プロセッサ２３０は、電流値のサンプル数を示す変数ｉが所定の移動平均サンプル数Ｋ以上であるか否かを判定する（Ｓｔ２１）。移動平均サンプル数Ｋは、後述する数式によって電流値の移動平均値を算出するために必要な個数である。変数ｉが移動平均サンプル数Ｋ未満であると判定された場合には（Ｓｔ２１、ＮＯ）、受電側プロセッサ２３０は変数ｉをインクリメントする（Ｓｔ２２）。ステップＳｔ２２の後、受電側プロセッサ２３０の遅延再測定判断処理は終了し、受電側プロセッサ２３０の処理はステップＳｔ３に進む。

　受電側プロセッサ２３０は、変数ｉが移動平均サンプル数Ｋ以上であると判定した場合には（Ｓｔ２１、ＹＥＳ）、電流検出部２５０により検出された電流値（Ｃｕｒｒｅｎｔ［ｉ］）のデータを読み出す（Ｓｔ２３）。受電側プロセッサ２３０は、Ｋ個分の電流値のデータを用いて、数式（１）によりＫ個分の電流値の移動平均値Ｍを算出する（Ｓｔ２４）。ｎは変数ｉと同様に読み出した電流値の序数を示し、正の整数である。受電側プロセッサ２３０は、ステップＳｔ２４で算出された移動平均値Ｍを用いて、数式（２）によりＫ個分の電流値のばらつきを示す標準偏差αを算出する（Ｓｔ２５）。

　受電側プロセッサ２３０は、メモリ２３１を参照して遅延確定フラグがＯＦＦであるか否かを判定する（Ｓｔ２６）。受電側プロセッサ２３０は、遅延確定フラグがＯＦＦである（つまり推定遅延時間が確定していない）と判定した場合には（Ｓｔ２６、ＹＥＳ）、変数ｉをインクリメントする（Ｓｔ２９）。ステップＳｔ２９の後、受電側プロセッサ２３０の遅延再測定判断処理は終了し、受電側プロセッサ２３０の処理はステップＳｔ３に進む。

　一方、受電側プロセッサ２３０は、遅延確定フラグがＯＮである（つまり推定遅延時間が確定している）と判定した場合には（Ｓｔ２６、ＮＯ）、ステップＳｔ２５で算出された標準偏差αがメモリ２３１に記憶されている所定の安定性閾値より大きいか（言い換えると、帰還制御値ＩＡに基づいて制御されるべき電流値がばらついているか）否かを判定する（Ｓｔ２７）。

　受電側プロセッサ２３０は、標準偏差αが所定の安定性閾値より大きいと判定した場合には（Ｓｔ２７、ＹＥＳ）、遅延確定フラグがＯＮで推定遅延時間は確定しているが電流値のばらつきが大きいので帰還系の動作遅延の再測定を行う必要があるとみなして遅延確定フラグをＯＦＦに設定する（Ｓｔ２８）。ステップＳｔ２８の後、受電側プロセッサ２３０の処理はステップＳｔ２９に進む。

　一方、受電側プロセッサ２３０は、標準偏差αが所定の安定性閾値より小さいと判定した場合には（Ｓｔ２７、ＮＯ）、遅延確定フラグがＯＮで推定遅延時間は確定しているが電流値のばらつきが小さいので比較的安定的に充電電流の制御ができているので帰還系の動作遅延の再測定は不要であるとみなして変数ｉをインクリメントする（Ｓｔ２９）。ステップＳｔ２９の後、受電側プロセッサ２３０の遅延再測定判断処理は終了し、受電側プロセッサ２３０の処理はステップＳｔ３に進む。

　次に、推定遅延時間を変化させた場合に、充電電流の安定性がどのように変化するかの実験結果を、図９～図１１を参照して説明する。図９は、推定遅延時間間隔４０ｍｓとした場合の充電電流の安定性実験結果例を示すグラフである。図１０は、推定遅延時間間隔５０ｍｓとした場合の充電電流の安定性実験結果例を示すグラフである。図１１は、推定遅延時間間隔６０ｍｓとした場合の充電電流の安定性実験結果例を示すグラフである。

　この実験では、帰還系（図３あるいは図４参照）の遅延時間の測定は行っておらず、推定遅延時間間隔（つまり図５～図７に示す周期割込み処理の実行間隔）は固定値であるが、その固定値である推定遅延時間間隔の値に応じて、充電電流の安定性が変化することが明らかとなったことが判明した。例えば、図９では推定遅延時間間隔が４０ｍｓ、図１０では推定遅延時間間隔が５０ｍｓ、図１１では推定遅延時間間隔が６０ｍｓに設定された時の充電電流の時間推移が示されている。実験では、充電電流の評価にはバッテリシミュレータ（２１セル）が使用され、受電装置２００の電源部２２０のスタックＤＣ／ＤＣ電源２２１が３スタック電源が使用された。図９～図１１を参照すると、この実験では、推定遅延時間間隔が５０ｍｓの場合に充電電流が最も安定して推移することが判明した。

　以上により、本実施の形態に係る水中給電システム１０００は、送電装置１００と水中を移動可能な受電装置２００とを有する。送電装置１００は、受電装置２００に磁界を介して電力を伝送する送電コイルＣＬＡと、送電用電源（例えばＡＣ電源１１０）からの電力を制御して送電コイルＣＬＡに供給する送電側プロセッサ１３０と、を備える。受電装置２００は、送電コイルＣＬＡからの電力を受電する受電コイルＣＬＢと、複数の汎用電源部品（例えばＤＣ／ＤＣコンバータが複数組み合わされた電源回路）であるスタックＤＣ／ＤＣ電源２２１と蓄電池（例えば二次電池２２３）とを有し、受電コイルＣＬＢにより受電された電力と複数の汎用電源部品とに基づいて蓄電池を充電する受電用電源（例えば電源部２２０）と、蓄電池への充電電流を周期的に制御する受電側プロセッサ２３０Ａと、充電電流を検出する電流センサ（例えば電流検出部２５０）と、を備える。受電側プロセッサ２３０Ａは、検出された充電電流の値が所定範囲（例えば閾値Ｄから閾値Ａまでの範囲）外の電流値であると判定した場合に、充電電流の値とターゲット電流値との差分に基づいて、送電用電源への帰還制御パラメータ（例えば帰還制御値ＩＢ）を算出して送電側プロセッサに伝送する。送電側プロセッサは、帰還制御パラメータに基づいて、送電用電源からの電力を制御する。

　これにより、水中給電システム１０００は、汎用的な電源部品が複数組み合わされたスタックＤＣ／ＤＣ電源２２１を受電装置２００に採用した場合でも、水中を移動可能な受電装置２００と送電装置１００との間で帰還制御ルート２において帰還系の動作遅延に追従した蓄電池（例えば二次電池２２３）への充電を安定的に制御できる。

　また、本実施の形態に水中給電システム１０００は、送電装置１００と水中を移動可能な受電装置２００とを有する。送電装置１００は、受電装置２００に磁界を介して電力を伝送する送電コイルＣＬＡと、送電用電源（例えばＡＣ電源１１０）からの電力を制御して送電コイルＣＬＡに供給する送電側プロセッサ１３０と、を備える。受電装置２００は、送電コイルＣＬＡからの電力を受電する受電コイルＣＬＢと、複数の汎用電源部品（例えばＤＣ／ＤＣコンバータが複数組み合わされた電源回路）と蓄電池（例えば二次電池２２３）とを有し、受電コイルＣＬＢにより受電された電力と複数の汎用電源部品とに基づいて蓄電池を充電する受電用電源（例えば電源部２２０）と、蓄電池への充電電流を周期的に制御する受電側プロセッサ２３０と、充電電流を検出する電流センサ（例えば電流検出部２５０）と、を備える。受電側プロセッサ２３０は、検出された充電電流の値が所定範囲（例えば閾値Ｄから閾値Ａまでの範囲）外の電流値であると判定した場合に、充電電流の値とターゲット電流値との差分に基づいて、受電用電源への帰還制御パラメータ（例えば帰還制御値ＩＡ）を算出する。受電用電源は、帰還制御パラメータに基づいて、蓄電池への充電電流を制御して蓄電池を充電する。

　これにより、水中給電システム１０００は、汎用的な電源部品が複数組み合わされたスタックＤＣ／ＤＣ電源２２１を受電装置２００に採用した場合でも、水中を移動可能な受電装置２００と送電装置１００との間で帰還制御ルート１において帰還系の動作遅延に追従した蓄電池（例えば二次電池２２３）への充電を安定的に制御できる。

　また、受電側プロセッサ２３０，２３０Ａは、検出された充電電流の値が所定範囲内の電流値になったと判定した場合に、充電電流の帰還制御系に発生した動作の遅延時間の推定を開始し、遅延時間の推定を終了するまで帰還制御パラメータを固定値に設定する。これにより、受電側プロセッサ２３０，２３０Ａは、充電電流に依存して帰還系の動作遅延が発生し易いターゲット電流値に近い値になった時に帰還系の動作遅延の測定を開始でき、また測定中に帰還制御パラメータを固定するので測定中の充電電流のばらつきを抑制できる。

　また、受電側プロセッサ２３０，２３０Ａは、前回検出された充電電流の値と検出された充電電流の最新値との差分が所定値未満になったと判定した場合に、遅延時間の推定を終了する。これにより、受電側プロセッサ２３０，２３０Ａは、前回検出された充電電流の値と検出された充電電流の最新値との差分が所定値未満になったとの判定結果によって充電電流の推移が安定したことを検出でき、遅延時間の推定（測定）を適切に終了できる。

　また、受電側プロセッサ２３０，２３０Ａは、遅延時間の推定の終了後に、推定された遅延時間間隔ごとに帰還制御パラメータを算出する。これにより、受電側プロセッサ２３０，２３０Ａは、周期割込み処理を必要以上に行うことを抑制でき、充電電流の推移が安定しているか否かを適応的に判定できる。

　また、送電装置１００は送電側通信部（例えば情報通信部１４０）をさらに備える。受電装置２００は受電側通信部（例えば情報通信部２４０）をさらに備える。受電側通信部は、帰還制御パラメータを送電側通信部に伝送する。これにより、帰還制御ルート２において、送電装置１００と受電装置２００との間でのデータ通信を簡易化できる。

　以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例、修正例、置換例、付加例、削除例、均等例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各種の実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

　上述した本実施の形態では、受電装置２００は、海底に設置された発電機等でもよい。この場合、受電装置２００は、水中に固定的に設置される。このように、海底に固定的に設置された構造物であって、構造物を移動させて充電することが困難である場合でも、送電装置１００が受電装置２００に近付くことで、水中での電力伝送効率を向上して充電できる。

　上述した本実施の形態では、送電コイルＣＬＡおよび複数の中継コイルＣＬＣの配列方向が海水中で横向き（水平方向）に配置されたが、縦向き（垂直方向）に配置されてもよい。縦向きの場合、送電コイルＣＬＡ及び中継コイルＣＬＣの面は、水面と略平行となる。縦向きに配置される場合、ＡＵＶ８００に搭載される受電コイルＣＬＢも磁界方向に合わせるように縦向きに搭載されてもよい。つまり、受電コイルＣＬＢの面が水面と略平行となってよい。また、送電コイルＣＬＡおよび中継コイルＣＬＣが連結体を介して接続される送電コイル構造体の場合、送電コイル構造体が縦向きに配置されても、水中航走体７０は、送電コイルに対し水平方向に進入および退出可能でよい。一方、送電コイルＣＬＡおよび中継コイルＣＬＣがボビンｂｎに巻回されて配置される送電コイルの場合に、送電コイルが縦向きに配置された場合、水中航走体７０は、ボビンｂｎの上端および下端に位置するボビンｂｎの開口部から送電コイルの内側に進入してよい。

　なお、本出願は、２０２０年１０月３０日出願の日本特許出願（特願２０２０－１８３２７５）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。

　本開示は、スタックＤＣ／ＤＣ電源を受電系に採用した場合に、帰還系の動作遅延に追従した受電系に内蔵される蓄電池への充電を安定的に制御する水中給電システムおよび受電装置として有用である。

５０　船舶
７０　水中航走体
１００　送電装置
１１０　ＡＣ電源
１２０　ＡＤＣ
１３０　送電側プロセッサ
１４０、２４０　情報通信部
１５０　送電回路
１５１　ドライバ
１５２、２１２　共振回路
１５３、２１１　整合回路
２００　受電装置
２１０　受電回路
２１１　整流回路
２２０　電源部
２２１　スタックＤＣ／ＤＣ電源
２２２　充電制御回路
２２３　二次電池
２３０　受電側プロセッサ
２３１　メモリ
２３２　ＡＤ変換部
２３３　帰還系遅延判定部
２３４、２３４Ａ　帰還制御値決定部
２３５　電源制御部
２５０　電流検出部
１０００　水中給電システム
ＣＬＡ　送電コイル
ＣＬＢ　受電コイル

Claims (8)

1. 　送電装置と水中を移動可能な受電装置とを有する水中給電システムであって、
   　前記送電装置は、
   　前記受電装置に磁界を介して電力を伝送する送電コイルと、
   　送電用電源からの前記電力を制御して前記送電コイルに供給する送電側プロセッサと、を備え、
   　前記受電装置は、
   　前記送電コイルからの電力を受電する受電コイルと、
   　複数の汎用電源部品と蓄電池とを有し、前記受電コイルにより受電された前記電力と前記複数の汎用電源部品とに基づいて前記蓄電池を充電する受電用電源と、
   　前記蓄電池への充電電流を周期的に制御する受電側プロセッサと、
   　前記充電電流を検出する電流センサと、を備え、
   　前記受電側プロセッサは、検出された前記充電電流の値が所定範囲外の電流値であると判定した場合に、前記充電電流の値とターゲット電流値との差分に基づいて、前記送電用電源への帰還制御パラメータを算出して前記送電側プロセッサに伝送し、
   　前記送電側プロセッサは、前記帰還制御パラメータに基づいて、前記送電用電源からの電力を制御する、
   　水中給電システム。
2. 　送電装置と水中を移動可能な受電装置とを有する水中給電システムであって、
   　前記送電装置は、
   　前記受電装置に磁界を介して電力を伝送する送電コイルと、
   　送電用電源からの前記電力を制御して前記送電コイルに供給する送電側プロセッサと、を備え、
   　前記受電装置は、
   　前記送電コイルからの電力を受電する受電コイルと、
   　複数の汎用電源部品と蓄電池とを有し、前記受電コイルにより受電された前記電力と前記複数の汎用電源部品とに基づいて前記蓄電池を充電する受電用電源と、
   　前記蓄電池への充電電流を周期的に制御する受電側プロセッサと、
   　前記充電電流を検出する電流センサと、を備え、
   　前記受電側プロセッサは、検出された前記充電電流の値が所定範囲外の電流値であると判定した場合に、前記充電電流の値とターゲット電流値との差分に基づいて、前記受電用電源への帰還制御パラメータを算出し、
   　前記受電用電源は、前記帰還制御パラメータに基づいて、前記蓄電池への充電電流を制御して前記蓄電池を充電する、
   　水中給電システム。
3. 　前記受電側プロセッサは、
   　検出された前記充電電流の値が前記所定範囲内の電流値になったと判定した場合に、前記充電電流の帰還制御系に発生した動作の遅延時間の推定を開始し、前記遅延時間の推定を終了するまで前記帰還制御パラメータを固定値に設定する、
   　請求項１また２に記載の水中給電システム。
4. 　前記受電側プロセッサは、
   　前回検出された前記充電電流の値と検出された前記充電電流の最新値との差分が所定値未満になったと判定した場合に、前記遅延時間の推定を終了する、
   　請求項３に記載の水中給電システム。
5. 　前記受電側プロセッサは、
   　前記遅延時間の推定の終了後に、推定された遅延時間間隔ごとに前記帰還制御パラメータを算出する、
   　請求項４に記載の水中給電システム。
6. 　前記送電装置は送電側通信部、をさらに備え、
   　前記受電装置は受電側通信部、をさらに備え、
   　前記受電側通信部は、前記帰還制御パラメータを前記送電側通信部に伝送する、
   　請求項１に記載の水中給電システム。
7. 　水中を移動可能であって、送電コイルを備える送電装置から伝送される電力を受電する受電装置であって、
   　前記送電コイルからの電力を受電する受電コイルと、
   　複数の汎用電源部品と蓄電池とを有し、前記受電コイルにより受電された前記電力と前記複数の汎用電源部品とに基づいて前記蓄電池を充電する受電用電源と、
   　前記蓄電池への充電電流を周期的に制御する受電側プロセッサと、
   　前記充電電流を検出する電流センサと、を備え、
   　前記受電側プロセッサは、検出された前記充電電流の値が所定範囲外の電流値であると判定した場合に、前記充電電流の値とターゲット電流値との差分に基づいて、送電用電源への帰還制御パラメータを算出し、前記帰還制御パラメータに基づく前記送電用電源からの電力制御を前記送電装置に指示する、
   　受電装置。
8. 　水中を移動可能であって、送電コイルを備える送電装置から伝送される電力を受電する受電装置であって、
   　前記送電コイルからの電力を受電する受電コイルと、
   　複数の汎用電源部品と蓄電池とを有し、前記受電コイルにより受電された前記電力と前記複数の汎用電源部品とに基づいて前記蓄電池を充電する受電用電源と、
   　前記蓄電池への充電電流を周期的に制御する受電側プロセッサと、
   　前記充電電流を検出する電流センサと、を備え、
   　前記受電側プロセッサは、検出された前記充電電流の値が所定範囲外の電流値であると判定した場合に、前記充電電流の値とターゲット電流値との差分に基づいて、前記受電用電源への帰還制御パラメータを算出し、
   　前記受電用電源は、前記帰還制御パラメータに基づいて、前記蓄電池への充電電流を制御して前記蓄電池を充電する、
   　受電装置。

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