(57)【要約】  良導体媒質中において電力を無線で伝送する電力伝送装置は、無線で電力を送出する送電部と、送電部から送出された無線電力を送入する受電部とを備え、送電部及び受電部は、電力伝送用コイルと、電力伝送用コイルを覆う誘電体を有する包含部とを備え、送電部のインピーダンスと、受電部のインピーダンスと、良導体媒質のインピーダンスで定まる周波数で共振させて電力伝送を行う。
2014034491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
良導体媒質中において電力を無線で伝送する電力伝送装置であって、
無線で電力を送出する送電部と、
前記送電部から送出された無線電力を送入する受電部と、
を備え、
前記送電部及び受電部は、
電力伝送用コイルと、
前記電力伝送用コイルを覆う誘電体を有する包含部と、
を備え、
前記送電部のインピーダンスと、前記受電部のインピーダンスと、前記良導体媒質のインピーダンスで定まる周波数で共振させて電力伝送を行う電力伝送装置。
【請求項２】
前記送電部のインピーダンスを構成するキャパシタンス成分（Ｃ１［ｐＦ］）と、前記受電部のインピーダンスを構成するキャパシタンス成分（Ｃ２［ｐＦ］）と、前記送電部、前記受電部、及び、その間に存在する前記良導体媒質で形成される容量のキャパシタンス成分（Ｃ３［ｐＦ］）と、前記送電部と前記受電部との間隔距離（ｄ［ｃｍ］）が、３０＞Ｃ３・ｄ／（Ｃ１＋Ｃ２）＞０．５の関係を満たす請求項１に記載の電力伝送装置。
【請求項３】
前記送電部、前記受電部の少なくとも一方は、
自己のインピーダンスを可変にするインピーダンス調整部と、
を備えた請求項１または請求項２に記載の電力伝送装置。
【請求項４】
前記包含部の電力伝送用コイル面に沿う方向の大きさ（ｄ１［ｃｍ］）と、前記電力伝送用コイルの外径（ｄ２［ｃｍ］）が、ｄ１／ｄ２＞１．２の関係を満たす請求項１から請求項３の何れか一に記載の電力伝送装置。
【請求項５】
前記包含部は、
前記電力伝送用コイルを覆う第一誘電体を有する第一包含部と、
前記第一包含部を覆う第二誘電体を有する第二包含部と、
を備えた請求項１から請求項４の何れか一項に記載の電力伝送装置。
【請求項６】
前記包含部は、
さらに、前記第二包含部を覆う第三誘電体を有する被覆部と、
を備えた請求項５に記載の電力伝送装置。
【請求項７】
前記第二誘電体は、前記良導体媒質と比重が等しい誘電体からなる請求項５または請求項６に記載の電力伝送装置。
【請求項８】
前記第一誘電体の誘電正接が、前記第二誘電体の誘電正接よりも低いか、又は、同一である請求項５から請求項７の何れか一項に記載の電力伝送装置。
【請求項９】
前記第一誘電体の比誘電率が、前記第二誘電体の比誘電率よりも低いか、又は、同一である請求項５から請求項８の何れか一項に記載の電力伝送装置。
【請求項１０】
前記良導体媒質は、
導電率が１×１０−４より高く、かつ、比誘電率が１より高い請求項１から請求項９の何れか一項に記載の電力伝送装置。
【請求項１１】
前記良導体媒質が、海水、河川、淡水、水道水、土、コンクリートのいずれかである請求項１から請求項１０の何れか一項に記載の電力伝送装置。
【請求項１２】
前記良導体媒質中に発生した電界の一部もしくは全部が、前記送電部または前記受電部の電力伝送用コイル面に対して略平行に回転しており、かつ、前記良導体媒質中に発生した磁界の一部もしくは全部が、前記送電部または前記受電部の電力伝送用コイル面に対して略平行に向いている請求項１から請求項１１の何れか一項に記載の電力伝送装置。
【請求項１３】
前記送電部の電力伝送用コイルを貫く鎖交磁束と、前記受電部の電力伝送用コイルを貫く鎖交磁束が、磁界が最大となる位相条件で、互いに逆方向の向きとすることで、前記電力伝送用コイル面に対して平行な磁界を生成する請求項１２に記載の電力伝送装置。
【請求項１４】
海水中に設置した電力供給源、船舶または潜水艇に前記送電部を搭載し、海水中に設置したセンサー、船舶または潜水艇に前記受電部を搭載し、前記送電部から前記受電部に無線で電力伝送を行う請求項１から請求項１３の何れか一項に記載の電力伝送装置。
【請求項１５】
海水中に敷設された電源ケーブルの接続部に、前記送電部と前記受電部を用い、前記送電部から前記受電部に無線で電力伝送を行う請求項１から請求項１４の何れか一項に記載の電力伝送装置。
【請求項１６】
前記送電部を情報伝送する送信機として用い、前記受電部を情報伝送する受信器として用いることで、電力伝送及び無線通信を同時に行う請求項１から請求項１５の何れか一項に記載の電力伝送装置。
【請求項１７】
良導体媒質中において電力を無線で伝送する電力伝送方法であって、
包含部が、電力伝送用コイルを誘電体で覆い、
送電部が、無線で電力を送出し、
受電部が、送出された無線電力を送入し、
前記送電部のインピーダンスと、前記受電部のインピーダンスと、前記良導体媒質のインピーダンスで定まる周波数で共振させて電力伝送を行う電力伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力伝送装置及び電力伝送方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、海中の資源探査用機器や、地震の早期発見のための海底地震センサー網の普及が進み、これらの機器への電力供給手段に対するニーズが高まっている。これらの機器への電力供給手段としては、周囲が海水であることから、無線電力伝送技術を用いることが望ましい。無線で電力を伝送することができれば、電力供給用の金属プラグを露出させる必要がなく、４Ｓ／ｍ程度の導電率を有する海水中であってもショートする恐れがないからである。【０００３】
一般的に、電力を無線で送受電する手段には、導線を複数巻きしたコイルを用いる。送電部のコイルに交流電力を印加することで、このコイルを鎖交する磁束が発生する。さらに、この磁束が、受電部のコイルと鎖交することで受電部のコイルに誘導電流を生じさせ、電力の伝送が行われる。【０００４】
ところで、無線技術については、例えば、特許文献１には、無線のミリ波信号を利用して、端末装置本体とメモリーカード等の着脱可能の電子デバイスとの通信を行う技術が開示されている。また、磁性体を用いて、送電部と受電部のインダクタンス値を向上させ、電力伝送の長距離化を図る技術が特許文献２に開示されている。また、Ｑ値の高いコイルを用いて、同一の周波数で共鳴（磁界共鳴）させることで、送電部と受電部の相互インダクタンスを向上させ、長距離化を図る技術が特許文献３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−０２２６４０号公報
【特許文献２】特許第４７７２７４４号公報
【特許文献３】特表２０１２−５０４３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の電磁誘導技術を用いた無線電力伝送技術において、効率よく電力伝送を行うためには、送電部のコイルと受電部のコイルとの間の距離をほとんど密接させる必要があった。そのため、例えば、船舶の位置合わせを高精度に行わなければならず、安定的に電力供給することが困難である。【０００７】
一方、上述した長距離化技術についても、大気中での長距離化技術を海水中に適用しようとしても、わずかな電力伝送効率しか得られないことが明らかとなっている。これは、空気と海水では、その導電率と誘電率が著しく異なり、大気中の電力伝送と海水中の電力伝送では、その媒質中における電力伝送のメカニズムが異なることに基づく。なお、空気の導電率は０Ｓ／ｍ、比誘電率は約１であり、一方、海水の導電率は約４Ｓ／ｍ、比誘電率は約８１である。【０００８】
ここで、無線電力が大気中を伝搬する場合と、海水中を伝搬する場合の物理的相違点について簡単に説明する。
まず、大気中の電力伝送の場合、その媒質（大気）の伝搬中に消費するエネルギーはほとんどない。この場合の電力伝送効率の低下の要因は、主に、コイルでの導体損失、送電部と受電部の間の整合損、漏れ磁束などの反射損、そして放射損からなる。特に、特許文献２では、Ｑ値の高いコイルを用い、送受電部近傍にエネルギーを溜める非放射現象とすることで、この放射損を効果的に抑制している。【０００９】
他方、媒質が海水の場合、海水が一定の導電性を有しているため、その媒質中をエネルギーが伝搬する際にも損失が生じる。このエネルギー損失の要因は、海水中の導電率と海水中に発生した電界に基づく。すなわち、この導電率と電界の積に比例した電位勾配が海水中で発生することで損失が生じる。また、海水は導電性が高いため、その海水中において、送電部から無指向にエネルギーを送出すると、対向する受電部に到達せずに消失するエネルギーが増加してしまう。したがって、海水中で効率よく電力伝送を行うためには、対向するコイル面同士を結ぶような指向性を持たせ、コイル面に対してほぼ垂直なエネルギーの流れを形成する必要がある。【００１０】
上述した伝搬メカニズムの相違を考慮すると、特許文献１に示されたミリ波信号を、海水のような良導体媒質中で伝送させることは特に困難である。例えば、６０ＧＨｚのミリ波の場合、海水中での減衰距離は１００μｍ以下となるから、海水中に置いて１０ｃｍ以上の伝搬を行うことは不可能である。【００１１】
また、特許文献２に示すような、磁性体や共鳴を用いて海水中での長距離化を行った場合であっても、磁束が増加する一方で、その磁束に付随して、海水中に放射する電界成分も増し、結果として、電力伝送効率が上昇することはない。さらに非放射現象であるため、導電性の高い媒質中で、長距離化を実現することが根本的に難しい。【００１２】
また、特許文献３に示すような、従来の磁界共鳴技術の場合、大気中では、送電部のコイルと受電部のコイルの共振周波数を等しくするだけで、効率の良いエネルギー伝送を行うことができた。しかしながら、海水中においては、その比誘電率が８１と大きいため、送電部と受電部の間のインピーダンスの影響が高く、単純な送受電部の共鳴現象を用いただけでは、エネルギー伝送を行うことが難しい。【００１３】
さらに、図２７の表に示すような各種媒質も、比較的高い導電率と比誘電率を有している。したがって、海水中のほか、このような媒質中を無線で電力伝送しようとする場合にも、同様の問題が生じ得る。【００１４】
そこでこの発明は、上記課題を解決する電力伝送装置及び電力伝送方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上述の課題を解決すべくなされたものであり、良導体媒質中において電力を無線で伝送する電力伝送装置であって、無線で電力を送出する送電部と、前記送電部から送出された無線電力を送入する受電部と、を備え、前記送電部及び受電部は、電力伝送用コイルと、前記電力伝送用コイルを覆う誘電体を有する包含部と、を備え、前記送電部のインピーダンスと、前記受電部のインピーダンスと、前記良導体媒質のインピーダンスで定まる周波数で共振させて電力伝送を行うことを特徴とする電力伝送装置である。【００１６】
また本発明は、良導体媒質中において電力を無線で伝送する電力伝送方法であって、包含部が、電力伝送用コイルを誘電体で覆い、送電部が、無線で電力を送出し、受電部が、送出された無線電力を送入し、前記送電部のインピーダンスと、前記受電部のインピーダンスと、前記良導体媒質のインピーダンスで定まる周波数で共振させて電力伝送を行うことを特徴とする電力伝送方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、送電部と受電部が比較的離れた近傍界であっても、良導体媒質に拡散して消滅してしまう電磁エネルギーを最小限に抑えることができ、結果として、海水等の良導体媒質中における無線電力伝送で長距離化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第一実施形態に係わる電力伝送装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係わる無線電力が送電部から受電部へ伝搬する場合における無線電力の等価回路図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係わる送電部、受電部の容量成分及び送受電部間に生じる容量成分が、電力伝送効率に与える影響を示すグラフである。
【図４Ａ】本発明の第一実施形態に係わる送電用コイルの径と、送電側包含部の寸法比が電力伝送効率に与える影響を示すグラフである。
【図４Ｂ】本発明の第一実施形態に係わる送電用コイルの径と、送電側包含部の寸法比を示す断面図である。
【図５】本発明の第一実施形態に係わる電力伝送装置における電界ベクトルと磁界ベクトルを示す図である。
【図６】本発明の第一実施形態に係わる電力伝送装置における電界ベクトルと磁界ベクトルに基づいて生じるポインティングベクトル（エネルギーの流れ）を示す図である。
【図７】本発明の第二実施形態に係わる電力伝送装置の構成を示す図である。
【図８】本発明の第二実施形態に係わる第一誘電体の誘電正接及び第二誘電体の誘電正接の比が電力伝送効率に与える影響を示したグラフである。
【図９】本発明の第二実施形態に係わる第一誘電体の比誘電率及び第二誘電体の比誘電率が電力伝送効率に与える影響を示したグラフである。
【図１０】本発明の第三実施形態に係わる電力伝送装置の構成を示す図である。
【図１１】本発明の第一実施形態における第一の実施例を示す図である。
【図１２】本発明の第一実施形態における第二の実施例を示す図である。
【図１３】本発明の第一実施形態における第三の実施例を示す図である。
【図１４】本発明の第三実施形態における第一の実施例として、電力伝送装置の効果を実証するためのシミュレーション用のモデル図である。
【図１５】本発明の第三実施形態の第一の実施例における送電部の上面概ほぼ図である。
【図１６】本発明の第三実施形態の第一の実施例における電力伝送効率のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１７Ａ】本発明の第三実施形態の第一の実施例における送電部、受電部近傍の電界ベクトルを示す側断面図である。
【図１７Ｂ】本発明の第三実施形態の第一の実施例における送電部、受電部近傍の電界ベクトルを示す平断面図である。
【図１８Ａ】本発明の第三実施形態の第一の実施例における送電部、受電部近傍の磁界ベクトルを示す側断面図である。
【図１８Ｂ】本発明の第三実施形態の第一の実施例における送電部、受電部近傍の磁界ベクトルを示す平断面図である。
【図１９Ａ】本発明の第三実施形態の第一の実施例における送電部、受電部近傍のポインティングベクトルを示す側断面図である。
【図１９Ｂ】本発明の第三実施形態の第一の実施例における送電部、受電部近傍のポインティングベクトルを示す平断面図である。
【図２０Ａ】本発明の第三実施形態の第一の実施例における大気中におけるポインティングベクトルを示す側断面図である。
【図２０Ｂ】本発明の第三実施形態の第一の実施例における大気中におけるポインティングベクトルを示す平断面図である。
【図２１Ａ】従来の磁界共鳴技術を用いた場合における大気中におけるポインティングベクトルを示す側断面図である。
【図２１Ｂ】従来の磁界共鳴技術を用いた場合における大気中におけるポインティングベクトルを示す平断面図である。
【図２２】本発明の第三実施形態における第二の実施例として、電力伝送装置の効果を実証するためのシミュレーション用のモデル図である。
【図２３】本発明の第三実施形態の第二の実施例におけるスパイラルコイルを上面から見たモデル図である。
【図２４】本発明の第三実施形態の第二の実施例におけるスパイラルコイルを側面から見たモデル図である。
【図２５】本発明の第三実施形態の第二の実施例におけるループコイルを、上面から見たモデル図である。
【図２６】本発明の第三実施形態の第二の実施例におけるループコイルを、側面から見たモデル図である。
【図２７】電力伝送に関係する各種媒質の導電率と比誘電率をまとめた表を示す図である。
【図２８】本発明の第三実施形態における第三の実施例として、電力伝送装置６の効果を実証するためのシミュレーション用のモデル図である。
【図２９】本発明の第三実施形態の第三の実施例における送電部の側面図である。
【図３０】本発明の第三実施形態の第三の実施例におけるスパイラルコイルを、受電部側から見たモデル図である。
【図３１】本発明の第三実施形態の第三の実施例におけるスパイラルコイルを、受電部側からから見たモデル図である。
【図３２】本発明の第三の実施形態の第三の実施例におけるスパイラルコイルを、送電部側からから見たモデル図である。
【図３３】本発明の第三実施形態の第三の実施例におけるスパイラルコイルを、送電部側からから見たモデル図である。
【図３４】本発明の第三実施形態の第三の実施例における電力伝送効率のシミュレーション結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜第一実施形態＞
以下、本発明の第一実施形態による電力伝送装置を、図面を参照して説明する。
図１は第一実施形態による電力伝送装置の構成を示す図である。
この図において、電力伝送装置１は、送電部１１及び受電部１２を備えている。また、送電部１１及び受電部１２は、良導体媒質１３に覆われている。送電部１１は、送電用コイル１１１及び送電用コイル１１１を覆う誘電体からなる送電側包含部１１２を備えている。また、受電部１２は、送電部１１と同じく、受電用コイル１２１及び受電側包含部１２２を備えている。送電用コイル１１１、受電用コイル１２１は、銅線などの導体を複数回巻いたものであり、一般的に、ヘリカルコイル、スパイラルコイル等が用いられるが、本実施形態においては、これらに限定されることはない。
なお、ここでは、電力伝送装置における送電部及び受電部を総称して電力伝送部とする。また、送電用コイル及び受電用コイルを総称して電力伝送用コイルとする。ここで、送電部は、受電部としての機能を備えていてもよいし、受電部は送電部としての機能を備えていてもよい。また、送電部と受電部が、同一の構成であってもよい。
【００２０】
送電側包含部１１２、受電側包含部１２２は、例えば、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミド、フッ素樹脂、アクリルなどの、比誘電率が２〜１０程度で、誘電正接が０．０１以下の誘電体で構成する。
【００２１】
また、各実施形態において、良導体媒質は海水であることを前提として説明するが、本発明はこれに限定されない。例として、図２７の表に示す河川、淡水、水道水、土、コンクリートのように、導電率が１×１０−４Ｓ／ｍ以上で、比誘電率が１より大きな物質であってもよい。
【００２２】
ここで、送電部１１から送出された無線電力が受電部１２へと伝搬する際の等価回路を図２に示す。
図２は、無線電力が送電部１１から受電部１２へ伝搬する際の、当該無線電力にとっての等価回路図である。
送電部１１及び受電部１２は、さらに、送電用コイル１１１又は受電用コイル１２１のインピーダンスを調整する送電側インピーダンス調整部１１３、受電側インピーダンス調整部１２３を備えている。ここで、送電部１１における送電用コイル１１１のインピーダンスは、主に、誘導成分（インダクタンス成分）Ｌ１及び容量成分（キャパシタンス成分）Ｃ１からなり、これらは、コイルの形状、巻き数、銅線の太さ、及び、送電側包含部１１２を構成する誘電体の誘電率やそのサイズ等によって一意に定まる。同様に、受電部１２における受電用コイル１２１のインピーダンスも、誘導成分Ｌ２及び容量成分Ｃ２からなる。
なお、本稿においては、送電側インピーダンス調整部及び受電側インピーダンス調整部を総称して、単にインピーダンス調整部とする。
【００２３】
送電部１１に供給された交流電力は、上述したＬ１、Ｌ２、Ｃ１、Ｃ２と、Ｌ３、Ｃ３からなる等価回路を伝搬し、受電部１２へと伝搬する。ここで、Ｌ３は、送電用コイル１１１と受電用コイル１２１における相互インダクタンス成分であり、Ｃ３は、送電部１１と受電部１２及び良導体媒質１３で構成される容量成分である。
【００２４】
伝搬する際の伝送効率は、その伝搬路において、伝搬する交流電力の周波数でインピーダンス整合（共振）がとれているか否かが肝要である。そこで、図２に示すように、送電側インピーダンス調整部１１３として可変容量の容量成分Ｃ１’を、受電側インピーダンス調整部１２３として可変容量の容量成分Ｃ２’をそれぞれ付加して、任意の周波数でインピーダンス整合が得られるように調整することができる。このようにすれば、送電中に送電部１１と受電部１２の位置関係が変わり、Ｃ３の値が変動したとしても、その変動を補償するようにＣ１’、Ｃ２’を適宜調整すれば、共振を維持して安定的な電力を供給することができる。
容量の可変部には、バラクタダイオード（可変容量ダイオード）を用いることができるし、複数の容量をスイッチトランジスタと組み合わせて構成することもできる。
【００２５】
ここで、以降の説明においては、送電用コイル１１１自身が有する容量成分と可変容量の容量成分の合成容量成分を改めてＣ１とおき、これを、送電部１１のインピーダンスを構成している容量成分Ｃ１として説明する。同様に、受電用コイル１２１自身の容量成分と可変容量の容量成分の合成容量成分を改めてＣ２とおき、これを、受電部１２のインピーダンスを構成している容量成分Ｃ２として説明する。
【００２６】
ここで、第一実施形態の電力伝送装置１においては、送電部１１のインピーダンスを構成している容量成分Ｃ１、受電部１２のインピーダンスを構成している容量成分Ｃ２、送電部１１、受電部１２、及び、その間に存在する良導体媒質１３で形成される容量成分Ｃ３、送電部と受電部との間隔距離ｄに関して、所定の条件を満たす場合に、特に高い電力伝送効率を得ることができる。
【００２７】
図３は、送電部１１、受電部１２の容量成分及び送受電部間に生じる容量成分が、電力伝送効率に与える影響を示すグラフである。
図３に示すグラフによると、上記Ｃ１［ｐＦ］、Ｃ２［ｐＦ］，Ｃ３［ｐＦ］，ｄ［ｃｍ］は以下の条件を満たす場合に、特に高い電力伝送効率が得られることがわかる。
【００２８】
【数１】
2014034491.tif 000003
【００２９】
なお、３次元電磁界シミュレーションによれば、本実施形態においては、送電用コイル１１１、受電用コイル１２１が１０ｃｍ２〜３０ｃｍ２程度、送電部１１と受電部１２の距離ｄが５ｃｍ〜３０ｃｍ程度の条件で、式（１）を満たすことができる。
【００３０】
また、第一実施形態においては、送電用コイル１１１と送電側包含部１１２の寸法比、及び、受電用コイル１２１と受電側包含部１２２の寸法比が所定の条件を満たす場合に、特に高い電力伝送効率を得ることができる。
【００３１】
図４Ａは、送電用コイル１１１の外径と、送電側包含部１１２の寸法比が電力伝送効率に与える影響を示すグラフである。図４Ａによると、送電側包含部１１２のコイル面に沿う方向の大きさｄ１と、送電用コイル１１１の外径ｄ２（図４Ｂ）の関係が、比ｄ１／ｄ２を１．２以上にすることで、作製可能な最小比である１よりも５％以上の高い電力伝送効率を得ることができる。さらに、１０％以上の高い電力伝送効率を得たい場合には、比ｄ１／ｄ２の値は１．４以上が好ましい。
なお、受電部１２における受電用コイル１２１の径、及び、受電側包含部１２２の寸法比についても同様の効果を得ることができる。また、送電部１１、受電部１２ともに上記の条件を満たせば、より高い効果を得ることができる。
【００３２】
次に、本実施形態による電力伝送装置１の具体的な動作について順を追って説明する。
まず、送電部１１において、交流電源（図示せず）が所定の周波数で交流電力を出力する。次に、出力された交流電力は送電用コイル１１１に供給され、送電用コイル１１１は、当該交流電力を、電磁エネルギーとして外部（良導体媒質１３）へと送出する。次に、受電部１２は、送出された電磁エネルギーを、受電用コイル１２１において送入する。ここで、送電側インピーダンス調整部１１３及び受電側インピーダンス調整部１２３は、送電部１１、受電部１２、良導体媒質１３の各インピーダンスの合成インピーダンスが、伝送電力の周波数で共振するように調整されている。受電用コイル１２１によって送入された電力は、目的とする負荷（例えば、バッテリー等）に供給され、電力伝送が完了する。
【００３３】
第一実施形態による電力伝送装置１では、送電部１１、受電部１２、良導体媒質１３の各インピーダンスの合成インピーダンスで共振させることで、受電用コイル１２１に送入される電力を最大とすることができる。また、送電側包含部１１２及び受電側包含部１２２は、良導体媒質１３中への電界の拡がりを抑え、これにより、良導体媒質１３中に拡散して消滅する電磁エネルギーを最小限に抑える効果がある。
【００３４】
図５は、第一実施形態による電力伝送装置１における電界ベクトルと磁界ベクトルを示す図であり、図６は、電界ベクトルと磁界ベクトルに基づいて生じるポインティングベクトル（エネルギーの流れ）を示す図である。
ここで、電力伝送時において、送電部１１と受電部１２の間に生じる電界と磁界のシミュレーション結果を示す模式図を図５及び図６に示す。図５に示すとおり、本実施形態の電力伝送装置１では、コイル面に対して、その電界と磁界をほぼ平行にすることができる。その結果、図６に示すとおり、送電部１１から受電部１２へのポインティングベクトル（電磁エネルギーの流れ）をほぼ垂直に生じさせることが可能となる。
【００３５】
以上より、第一実施形態による電力伝送装置１によれば、送電部１１と受電部１２が比較的離れた近傍界であっても、良導体媒質に拡散して消滅してしまう電磁エネルギーを最小限に抑えることができ、結果として、海水等の良導体媒質中における無線電力伝送で長距離化が可能となる。
【００３６】
＜第二実施形態＞
図７は本発明の第二実施形態による電力伝送装置の構成を示す図である。
次に、第二実施形態による電力伝送装置を、図面を参照しながら説明する。
この図において、電力伝送装置２は、送電部２１及び受電部２２を備えている。また、送電部２１及び受電部２２は、良導体媒質２３に覆われている。送電部２１は、送電用コイル２１１、送電用コイル２１１を覆う第一誘電体からなる第一送電側包含部２１２、及び、さらに第一送電側包含部２１２を覆う第二誘電体からなる第二送電側包含部２１３を備えている。また、受電部２２は、送電部２１と同じく、受電用コイル２２１及び第一受電側包含部２２２、第二受電側包含部２２３を備えている。
なお、本稿においては、第一送電側包含部及び第一受電側包含部を総称して第一包含部とし、第二送電側包含部及び第二受電側包含部を総称して第二包含部とする。
【００３７】
第一送電側包含部２１２、第二送電側包含部２１３、第一受電側包含部２２２及び第二受電側包含部２２３は、例えば、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミド、フッ素樹脂、アクリルなどの、比誘電率が２〜１０程度で、誘電正接が０．０１以下の誘電体で構成する。
【００３８】
また、第二実施形態の電力伝送装置２においては、第一送電側包含部２１２を構成する第一誘電体の比誘電率及び第二送電側包含部２１３を構成する第二誘電体の比誘電率は、異なっていてもよいし、同一であってもよい。また、第一送電側包含部２１２を構成する第一誘電体の誘電正接及び第二送電側包含部２１３を構成する第二誘電体の誘電正接は、異なっていてもよいし、同一であってもよい。第一受電側包含部２２２を構成する第一誘電体及び第二受電側包含部２２３を構成する第二誘電体についても同様である。
【００３９】
また、電力伝送装置２の構成を示す図７では、送電部２１及び受電部２２の両方を、第一包含部及び第二包含部を有する構造として記載しているが、第二実施の形態においては、送電部２１か、受電部２２のいずれか一方のみを第一包含部及び第二包含部を有する構造としてもよい。
なお、本実施形態の電力伝送装置２においても、第一実施形態で説明したインピーダンス調整部を備えていてもよい。
【００４０】
ここで、第二実施形態の電力伝送装置２においては、第一送電側包含部２１２及び第二送電側包含部２１３を構成する各誘電体の誘電正接が所定の条件を満たす場合に、さらに高い電力伝送効率を得ることができる。
【００４１】
図８は、第一誘電体の誘電正接及び第二誘電体の誘電正接の比が電力伝送効率に与える影響を示したグラフである。
図８が示すところによると、第二誘電体の誘電正接を第一誘電体の誘電正接よりも大きくすることで、より高い電力伝送効率が得られることがわかる。これは、第二送電側包含部２１３（第二受電側包含部２２３）を構成する第二誘電体によって、良導体媒質２３への電界の拡がりを抑制する効果を得るとともに、第一送電側包含部２１２（第一受電側包含部２２２）を構成する第一誘電体の誘電正接を小さくすることで、送電用コイル２１１（受電用コイル２２１）近傍における誘電損失を低減させることができる効果に基づくものである。
【００４２】
また、第二実施形態の電力伝送装置２においては、第一送電側包含部２１２及び第二送電側包含部２１３を構成する各誘電体の誘電率が所定の条件を満たす場合にも、さらに高い電力伝送効率を得ることができる。
【００４３】
図９は、第一誘電体の比誘電率及び第二誘電体の比誘電率が電力伝送効率に与える影響を示したグラフである。
図９が示すところによると、第二誘電体の比誘電率を第一誘電体の比誘電率よりも大きくすることで、より高い電力伝送効率が得られることがわかる。
【００４４】
次に、第二実施形態による電力伝送装置２の具体的な動作について順を追って説明する。
まず、送電部２１において、交流電源（図示せず）が所定の周波数で交流電力を出力する。次に、出力された交流電力は送電用コイル２１１に供給され、送電用コイル２１１は、当該交流電力を、電磁エネルギーとして外部（良導体媒質２３）へと送出する。次に、受電部１２は、送出された電磁エネルギーを、受電用コイル２２１において送入する。ここで、送電部２１、受電部２２、良導体媒質２３の各インピーダンスの合成インピーダンスは、伝送電力の周波数で共振するように調整されている。受電用コイル２２１によって送入された電力は、目的とする負荷（例えば、バッテリー等）に供給され、電力伝送が完了する。
【００４５】
第二実施形態による電力伝送装置２では、送電部２１、受電部２２、良導体媒質２３の各インピーダンスの合成インピーダンスで共振させることで、受電用コイル２２１に送入される電力を最大とすることができる。
また、第二送電側包含部２１３及び第二受電側包含部２２３は、良導体媒質２３中への電界の拡がりを抑え、これにより、良導体媒質１３中に拡散して消滅する電磁エネルギーを最小限に抑える効果がある。
そして、第一送電側包含部２１２及び第一受電側包含部２２２は、送電用コイル２１１及び受電用コイル２２１近傍における誘電損失を低減させる効果がある。
【００４６】
以上より、第二実施形態による電力伝送装置２は、第一実施形態による電力伝送装置１と同様に高い電力伝送効率を得ることができる。
【００４７】
＜第三実施形態＞
図１０は本発明の第三実施形態による電力伝送装置の構成を示す図である。
次に、第三実施形態による電力伝送装置を、図面を参照しながら説明する。
図１０において、電力伝送装置３は、送電部３１及び受電部３２を備えている。また、送電部３１及び受電部３２は、良導体媒質３３に覆われている。送電部３１は、送電用コイル３１１、送電用コイル３１１を覆う第一誘電体からなる第一送電側包含部３１２、第一送電側包含部３１２を覆う第二誘電体からなる第二送電側包含部３１３、及び、第二送電側包含部３１３を覆う第三誘電体からなる第三送電側包含部３１４を備えている。また、受電部３２は、送電部３１と同じく、受電用コイル３２１及び第一受電側包含部３２２、第二受電側包含部３２３及び第三受電側包含部３２４を備えている。
なお、本稿においては、第三送電側包含部及び第三受電側包含部を総称して、被覆部とする。
【００４８】
第一送電側包含部３１２、第三送電側包含部３１４、第一受電側包含部３２２及び第三受電側包含部３２４は、例えば、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミド、フッ素樹脂、アクリルなどの、比誘電率が２〜１０程度で、誘電正接が０．０１以下の誘電体で構成する。
【００４９】
また、第二送電側包含部３１３及び第二受電側包含部３２３は、良導体媒質３３（海水）の比重と等しく、導電率の低い液体（例えば、純水、蒸留水）からなる。このようにすることで、第二送電側包含部３１３、第二受電側包含部３２３が、良導体媒質３３中（海水中）において、中性浮力として働かせることができる。第二送電側包含部３１３又は第二受電側包含部３２３を中性浮力とすることができれば、例えば、電力伝送装置３を海水中に浮沈させる際に、特別な比重調整用の機構を設ける必要がなくなるため、低コスト化を図ることができる。
また、第三誘電体からなる第三送電側包含部３１４、第三受電側包含部３２４は、液体である第二送電側包含部３１３、第二受電側包含部３２３を物理的に閉じ込める。
【００５０】
また、第三実施形態の電力伝送装置３においては、第一送電側包含部３１２を構成する第一誘電体の比誘電率、第二送電側包含部３１３を構成する第二誘電体の比誘電率、並びに、第三送電側包含部３１４を構成する第三誘電体の比誘電率は、それぞれ異なっていてもよいし、同一であってもよい。また、第一送電側包含部３１２を構成する第一誘電体の誘電正接、第二送電側包含部３１３を構成する第二誘電体の誘電正接、並びに、第三送電側包含部３１４を構成する第三誘電体の誘電正接は、それぞれ異なっていてもよいし、同一であってもよい。第一受電側包含部３２２を構成する第一誘電体、第二受電側包含部３２３を構成する第二誘電体、並びに、第三受電側包含部３２４を構成する第三誘電体についても同様である。
【００５１】
また、電力伝送装置３の構成を示す図１０では、送電部３１及び受電部３２の両方を、上記に説明した第一包含部、第二包含部及び第三包含部を有する構造として記載しているが、本実施の形態においては、送電部３１か、受電部３２のいずれか一方のみを第一包含部、第二包含部及び第三包含部を有する構造としてもよい。
なお、第三実施の形態による電力伝送装置３においても、第一の実施形態で説明したインピーダンス調整部を備えていてもよい。
【００５２】
次に、第三実施形態による電力伝送装置３の具体的な動作について順を追って説明する。
まず、送電部３１において、交流電源（図示せず）が所定の周波数で交流電力を出力する。次に、出力された交流電力は送電用コイル３１１に供給され、送電用コイル３１１は、当該交流電力を、電磁エネルギーとして外部（良導体媒質３３）へと送出する。次に、受電部３２は、送出された電磁エネルギーを、受電用コイル３２１において送入する。ここで、送電部３１、受電部３２、良導体媒質３３の各インピーダンスの合成インピーダンスは、伝送電力の周波数で共振するように調整されている。受電用コイル３２１によって送入された電力は、目的とする負荷（例えば、バッテリー等）に供給され、電力伝送が完了する。
【００５３】
第三実施形態による電力伝送装置３では、送電部３１、受電部３２、良導体媒質３３の各インピーダンスの合成インピーダンスで共振させることで、受電用コイル３２１に送入される電力を最大とすることができる。
また、第二送電側包含部３１３及び第二受電側包含部３２３は、良導体媒質３３中への電界の拡がりを抑え、これにより、良導体媒質３３中に拡散して消滅する電磁エネルギーを最小限に抑える効果がある。
そして、第一送電側包含部３１２及び第一受電側包含部３２２は、送電用コイル３１１及び受電用コイル３２１近傍における誘電損失を低減させる効果がある。
【００５４】
さらに、第三実施の形態による電力伝送装置３では、第三送電側包含部３１４、第三受電側包含部３２４を具備しているので、第二送電側包含部３１３及び、第二受電側包含部３２３に、良導体媒質３３（海水）の比重と等しく、導電率の低い液体（例えば、純水、蒸留水）を用いることができる。したがって、送電部３１及び受電部３２は、第二送電側包含部３１３及び第二受電側包含部３２３を中性浮力として働かせることができる。
【００５５】
以上より、第三実施の形態による電力伝送装置３は、特別な比重調整用の機構を設ける必要がないので、第一実施形態による電力伝送装置１及び第二実施形態による電力伝送装置２と同等に低コスト化を図ることができる。
【実施例１】
【００５６】
次に、図１１に、第三実施形態における第一実施例を示す。
図１１では、電力伝送装置１の送電部１１が電力供給源１４に具備され、受電部１２が潜水艇１５に具備されている。本発明を用いることで、潮流が起こって電力供給源１４と潜水艇１５の位置関係が変動した場合であっても、安定して電力供給を行うことが可能になる。
【実施例２】
【００５７】
また、図１２に、第三実施形態における第二の実施例を示す。
図１２では、電力伝送装置１の送電部１１が潜水艇１６に具備され、受電部１２が潜水艇１７に具備されている。本発明を用いることで、潮流が起こって潜水艇１６と潜水艇１７の位置関係が変動した場合であっても、安定して電力供給を行うことが可能になる。【００５８】
また、潜水艇１６と潜水艇１７は、送電部１１を受電部として用い、受電部１２を送電部として用いることで、双方向に電力供給を行うことが可能である。あるいは、潜水艇１６及び潜水艇１７は、送電部１１と受電部１２の両方を具備しても良い。
なお、受電部１２を備える潜水艇１７は、船舶または海底に敷設されたセンサー装置等であってもよい。
【実施例３】
【００５９】
次に、図１３に、第三実施形態における第三実施例を示す。
送電部１１が電源ケーブル１８の接続部に具備され、受電部１２が電源ケーブル１９の接続部に具備されている。本発明を用いることで、海水中であっても、無線で電力供給をすることで、ケーブル間を非接触で接続することが可能になり、電源ケーブルの交換が容易になり、磨耗することなく信頼性も向上する。【００６０】
また、電源ケーブル１８と電源ケーブル１９は、送電部１１を受電部として用い、受電部１２を送電部として用いることで、双方向に電力供給を行うことが可能である。さらに、前記電源ケーブル１８と前記電源ケーブル１９は、送電部１１と受電部１２を両方具備しても良い。【００６１】
また、送電部１１及び受電部１２に無線で情報伝送する機能を搭載してもよい。送電部１１を送信機として用い、受電部１２を受信器として用いることで、無線通信用の機構を別途設ける必要がないため、小型で低コストのシステムとすることができる。
【実施例４】
【００６２】
図１４は、第三実施形態による電力伝送装置４の効果を実証するためのシミュレーション用のモデル図である。
本発明の第三実施形態の第一実施例として、その効果を実証した具体的なシミュレーションモデルについて、図１４を参照しながら説明する。
図１４において、電力伝送装置４は、送電部４１及び受電部４２を備えている。また、送電部４１及び受電部４２は、良導体媒質として海水４３に覆われている。前記送電部４１は、ヘリカルコイル（送電用コイル）４１１、内部誘電体（第一送電側包含部）４１２、外部誘電体（第二送電側包含部）４１３、被覆誘電体（第三送電側包含部）４１４を備えている。前記受電部４２は、ヘリカルコイル（受電用コイル）４２１、内部誘電体（第一受電側包含部）４２２、外部誘電体（第二受電側包含部）４２３、被覆誘電体（第三受電側包含部）４２４を備えている。【００６３】
図１５は、第三実施形態の第一の実施例における送電部４１の上面概略図である。
図１５に示すヘリカルコイル４１１は、直径２ｍｍの導線を、外径２２０ｍｍ、内径１００ｍｍで２９巻きした単層コイルを２枚、距離３ｍｍ離して対向させた構造からなる。
この対抗させたヘリカルコイルに対して給電ポートから交流電力を印加する。内部誘電体４１２はフッ素樹脂で構成し、被覆誘電体４１４はアクリルで構成する。被覆誘電体４１４のサイズは、縦２５５ｍｍ、横２５５ｍｍ、高さ１９ｍｍである。前記電力伝送装置４の共振周波数は約１ＭＨｚである。ここで、本実施例では、ヘリカルコイルの外径のサイズｄ２と、被覆誘電体のサイズｄ１の比ｄ１／ｄ２が、１より大きい１．１６であっても、充分高い電力伝送効率が得られている。ただし、ｄ１／ｄ２の比を、１．１６より大きくすれば、さらに高い電力伝送効率が得られる。
受電部４２は、送電部４１と同じ構成としている。ただし、ここで示した構成は一例であって、送電部４１と受電部４２が同じ構成でなくても、同様の効果が得られる。【００６４】
図１６は、第三実施形態の第一の実施例における電力伝送効率のシミュレーション結果を示すグラフである。
送電部４１と受電部４２との間の距離ｄを１０ｃｍとし、海水中において電力伝送効率のシミュレーションを行ったところ、図１６に示すとおり、伝送電力の周波数ｆが１ＭＨｚ付近において、４０％以上の高い電力伝送効率を得ることができた。【００６５】
図１７Ａ，１７Ｂ及び図１８Ａ、１８Ｂは、それぞれ、第三実施形態の第一の実施例における送電部４１、受電部４２近傍の電界ベクトル及び磁界ベクトルを示す図であり、図１９Ａおよび１９Ｂは、本実施例における送電部４１、受電部４２近傍のポインティングベクトルを示す図である。
上述した実施例による電力伝送装置４における電界、磁界、並びにポインティングベクトルに関して、詳細な三次元電磁界シミュレーションを行った結果について、図１７Ａ〜図１９Ｂを参照しながら説明する。
第三実施形態の第一の実施例では、図１７Ａおよび１７Ｂに示すとおり、電界の流れがコイル面と平行な面に沿って回転しており、かつ、図１８Ａおよび１８Ｂで示すとおり、磁界の流れがコイル面と平行な面に沿って放射状に生成されている。このような電界と磁界の流れに基づいて、コイル面とほぼ垂直な方向にポインティングベクトル（エネルギーの流れ）が発生する（図１９Ａおよび１９Ｂ）。この結果、送電部４１と受電部４２との間の距離が１０ｃｍ程度離れた海水中であっても、コイル面に対してほぼ垂直な方向にエネルギーの流れが形成され、海水中での長距離化が可能となる。【００６６】
図２０Ａおよび２０Ｂは、第三実施形態の第一の実施例による電力伝送装置４の、大気中におけるポインティングベクトルを示す図である。
本実施例による電力伝送装置４の送電部４１と受電部４２を、大気中において、１０ｃｍの距離を離してシミュレーションを行った結果について、図２０Ａおよび２０Ｂを参照しながら説明する。
図２０Ａおよび２０Ｂに示すとおり、送受電部面に対して垂直なエネルギーの流れは生じず、エネルギーは螺旋を描くような流れとなっている。すなわち、コイル面に対してほぼ垂直なエネルギーの流れが生じる現象は、良導体媒質中を伝搬するエネルギー特有の現象であり、大気中を伝搬する際には生じない現象である。すなわち、本発明は、コイル面に対してほぼ垂直なエネルギーの流れが生じるという特有の現象を利用している。【００６７】
図２１Ａおよび２１Ｂは、従来の磁界共鳴技術を用いた場合の、大気中におけるポインティングベクトルを示す図である。
次に、従来の磁界共鳴技術を用いた、大気中でのシミュレーションを行った結果について、図２１Ａおよび２１Ｂを参照しながら説明する。
図２１Ａおよび２１Ｂに示すとおり、この場合も、図２０Ａ、２０Ｂと同様、コイル面に対して垂直なエネルギーの流れは生じずに、エネルギーは螺旋を描くような流れとなっている。この場合における電力伝送効率は９０％である。なお、既に述べたように、この従来技術による電力伝送装置を用いて、海水中において、無線電力伝送を試みても高い電力伝送効率は得られず、シミュレーションの結果では、１０ｃｍの距離で１０％程度の電力伝送効率しか得られないことが分かった。【００６８】
図１８Ａおよび１８Ｂは、送電部４１と受電部４２のヘリカルコイル４１１、ヘリカルコイル４２１を貫く鎖交磁束が最大となる位相条件における磁界の様子を示している。
従来の磁界共鳴技術と、第三実施形態の第一の実施例による電力伝送装置４との物理的な相違点について、図１８Ａおよび１８Ｂを参照しながら説明する。
図１８Ａおよび１８Ｂに示すとおり、送電部４１のヘリカルコイル４１１を貫く鎖交磁束と、受電部４２のヘリカルコイル４２１を貫く鎖交磁束が互いに逆方向の向きとなることで、磁界が最大となり、コイル面に対して平行な磁界を生成している。
一方、磁界共鳴を用いた無線電力伝送技術では、密結合にした場合に共振周波数が２つに分割し、高い方の共振周波数において、送電部と受電部のコイルを貫く鎖交磁束の位相が逆相となることが一般に知られている。また、同技術において、共振周波数が分割しない疎結合の状態においては、送電部と受電部のコイルを貫く鎖交磁束の位相が同相となることが一般に知られている。
本発明は、密結合状態ではなく、共振周波数が分割しない疎結合の状態で、送電部と受電部のアンテナ・コイルを貫く鎖交磁束の位相が逆相となることが、従来の磁界共鳴技術との本質的な違いである。
【実施例５】
【００６９】
図２２は、第三の実施形態による電力伝送装置５の効果を実証するためのシミュレーション用のモデル図である。
次に、本発明の第三実施形態の第二実施例として、その効果を実証した具体的なシミュレーション結果について、図２２を参照しながら説明する。
図２２において、電力伝送装置５は、送電部５１及び受電部５２を備えている。また、送電部５１及び受電部５２は、良導体媒質として海水５３に覆われている。前記送電部５１は、スパイラルコイル５１１１、ループコイル５１１２、内部誘電体（第一送電側包含部）５１２、外部誘電体（第二送電側包含部）５１３、被覆誘電体（第三送電側包含部）５１４を備えている。前記受電部５２は、スパイラルコイル５２１１、ループコイル５２１２、内部誘電体（第一受電側包含部）５２２、外部誘電体（第二受電側包含部）５２３、被覆誘電体（第三受電側包含部）５２４を備えている。【００７０】
図２３及び図２４は、それぞれ、第三実施形態の第二の実施例におけるスパイラルコイル５１１１（スパイラルコイル５２１１）を上面及び側面から見たモデル図である。
スパイラルコイル５１１１は、フッ素樹脂からなる誘電体基板５１１３と金属配線からなるスパイラル配線５１１４で構成される。誘電体基板５１１３は厚さ１ｍｍ、縦２７０ｍｍ、横２７０ｍｍで構成される。スパイラル配線５１１４は、縦２６０ｍｍ、横２６０ｍｍ、配線幅６ｍｍ、厚さ５０μｍ、１０巻きで構成される。【００７１】
図２５及び図２６は、それぞれ、第三実施形態の第二の実施例におけるループコイル５１１２（ループコイル５２１２）を、上面及び側面から見たモデル図である。
ループコイル５１１２は、フッ素樹脂からなる誘電体基板５１１５と金属配線からなるループ配線５１１６で構成される。誘電体基板５１１５は厚さ１ｍｍ、縦２７０ｍｍ、横２７０ｍｍで構成される。ループ配線５１１６は、縦２６０ｍｍ、横２６０ｍｍ、配線幅６ｍｍ、厚さ５０μｍで構成される。【００７２】
スパイラルコイル５１１１とループコイル５１１２は、内部誘電体５１２内において３ｍｍの距離を話している。前記送電部５１と前記受電部５２を、海水中で１０ｃｍの距離を離してシミュレーションしたところ、５５％以上の高い電力伝送効率が得られた。なお、共振周波数は約１ＭＨzである。
本実施例では、受電部５２は、送電部５１と同じ構成としている。ただし、ここで示した構成は一例であって、送電部５１と受電部５２が同じ構成でなくても、同様の効果が得られる。【００７３】
第三実施形態の第二の実施例のように、誘電体基板上にコイルを形成することで量産性が増すとともに、作製精度が高まり、個体ごとの特性ばらつきを低減することができる。そうすると、送電部と受電部の共振周波数を同一にすることができ、より高い電力伝送効率を得ることが可能となる。
【実施例６】
【００７４】
図２８は本発明の第三実施形態による電力伝送装置６の効果を実証するためのシミュレーション用のモデル図である。
次に、本発明の第三実施形態の第三実施例として、その効果を実証した具体的なシミュレーション結果について、図２８を参照しながら説明する。
図２８において、電力伝送装置６は、送電部６１及び受電部６２を備えている。また、送電部６１及び受電部６２は、海水６３に覆われている。送電部６１は、スパイラルコイル６１１１とスパイラルコイル６１１２からなる送電用コイル、送電用コイルを覆う第一誘電体からなる第一送電側包含部６１２、第一送電側包含部６１２を覆う第二誘電体からなる第二送電側包含部６１３、及び、第二送電側包含部６１３を覆う第三誘電体からなる第三送電側包含部６１４を備えている。また、受電部６２は、送電部６１と同じく、スパイラルコイル６２１１とスパイラルコイル６２１２からなる受電用コイル及び第一受電側包含部６２２、第二受電側包含部６２３及び第三受電側包含部６２４を備えている。【００７５】
ここで、第三実施形態の第三の実施例におけるシミュレーションモデルは、図２８に示すとおり、第二送電側包含部６１３（第二受電側包含部６２３）が、第一送電側包含部６１２（第一受電側包含部６２２）の上面及び下面（コイル面と平行な面）のみを覆う構造となっている。すなわち、第一送電側包含部６１２（第一受電側包含部６２２）を、第二送電側包含部６１３（第二受電側包含部６２３）で挟み込むような態様となっている。一方、第一送電側包含部６１２（第一受電側包含部６２２）の側面（コイル面と垂直な面）は、直接、第三送電側包含部６１４（第三受電側包含部６２４）によって覆われる構造となっている。【００７６】
図２９は、第三実施形態の第三の実施例における送電部６１を側面から見たモデル図である。
第一送電側包含部６１２は、縦２５０ｍｍ、横２５０ｍｍ、高さ４．５ｍｍのフッ素樹脂で構成される。比誘電率は１０．２、誘電正接は０．００２３である。
また、第二送電側包含部６１３は、２つの、縦２５０ｍｍ、横２５０ｍｍ、高さ６ｍｍのフッ素樹脂で構成される。比誘電率は６．２、誘電正接は０．００１９である。
また、第三送電側包含部６１４は、縦２６０ｍｍ、横２６０ｍｍ、高さ２６．５ｍｍ、厚さ５ｍｍのアクリルで構成される。アクリルの比誘電率は３．３、誘電正接は０．０４である。
なお、第三実施形態の第三の実施例においては、受電部６２も、上述した送電部６１と同じ構成としてシミュレーションを行っている。【００７７】
図３０及び図３１は、それぞれ、第三実施形態の第三の実施例における送電部６１のスパイラルコイル６１１１と６１１２を受電部側から見たモデル図である。
スパイラルコイル６１１１は、外周辺２０８ｍｍ、５０巻の導体からなる配線で構成される。前記配線の直径は１ｍｍ、前記配線の間隔は１ｍｍである。スパイラルコイル６１１２は、スパイラルコイル６１１１と同サイズとした。スパイラルコイル６１１１とスパイラルコイル６１１２は、０．５ｍｍの距離を離して配置される。スパイラルコイル６１１１の最外周の端部と、スパイラルコイル６１１２の最外周の端部が、高周波電力の給電ポートとなる。スパイラルコイル６１１１の螺旋の向きと、スパイラルコイル６１１２の螺旋の向きは、給電ポートを介して、同じ方向に磁界が発生する向きで構成する。【００７８】
図３２及び図３３は、それぞれ、第三実施形態の第三の実施例における受電部６２のスパイラルコイル６２１１と６２１２を送電部側から見たモデル図である。
スパイラルコイル６２１１は、外周辺２０８ｍｍ、５０巻の導体からなる配線で構成される。前記配線の直径は１ｍｍ、前記配線の間隔は１ｍｍである。スパイラルコイル６２１２は、スパイラルコイル６２１１と同サイズとした。スパイラルコイル６２１１とスパイラルコイル６２１２は、０．５ｍｍの距離を離して配置される。スパイラルコイル６２１１の最外周の端部と、スパイラルコイル６２１２の最外周の端部が、高周波電力の受電ポートとなる。スパイラルコイル６２１１の螺旋の向きと、スパイラルコイル６２１２の螺旋の向きは、受電ポートを介して、同じ方向に磁界が発生する向きで構成する。【００７９】
前記送電部６１と前記受電部６２を、海水中で１０ｃｍの距離を離してシミュレーションしたところ、図３４で示すように、７２％以上の高い電力伝送効率が得られた。なお、共振周波数は約１４０ｋＨzである。
第三実施形態の第三の実施例では、受電部６２は、送電部６１と同じ構成としている。ただし、ここで示した構成は一例であって、送電部６１と受電部６２が同じ構成でなくても、同様の効果が得られる。【００８０】
第三実施形態の第三の実施例によるシミュレーションで示されたように、コイルを被覆する誘電体を複数で構成することで、誘電体内の損失を増加させずに、低周波化することが可能になり、高い電力伝送効率が得られる。【００８１】
本願は、２０１２年８月３１日に、日本に出願された特願２０１２−１９１６４９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
海水等の良導体媒質中における無線電力伝送で長距離化が可能となる電力伝送装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１    電力伝送装置
１１    送電部
１１１    送電用コイル
１１２    送電側包含部
１１３    送電側インピーダンス調整部
１２    受電部
１２１    受電用コイル
１２２    受電側包含部
１２３    受電側インピーダンス調整部
１３    良導体媒質
１４    電力供給源
１５    潜水艇
１６    潜水艇
１７    潜水艇
１８    電源ケーブ
１９    電源ケーブル
２    電力伝送装置
２１    送電部
２１１    送電用コイル
２１２    第一送電側包含部
２１３    第二送電側包含部
２２    受電部
２２１    受電用コイル
２２２    第一受電側包含部
２２３    第二受電側包含部
２３    良導体媒質
３    電力伝送装置
３１    送電部
３１１    送電用コイル
３１２    第一送電側包含部
３１３    第二送電側包含部
３１４    第三送電側包含部
３２    受電部
３２１    受電用コイル
３２２    第一受電側包含部
３２３    第二受電側包含部
３２４    第三受電側包含部
３３    良導体媒質
４    電力伝送装置
４１    送電部
４１１    ヘリカルコイル
４２１    ヘリカルコイル
４１２    内部誘電体
４２２    内部誘電体
４１３    外部誘電体
４２３    外部誘電体
４１４    被膜誘電体
４２４    被膜誘電体
４２    受電部
４３    海水
５    電力伝送装置
５１    送電部
５１１１    スパイラルコイル
５２１１    スパイラルコイル
５１１２    ループコイル
５２１２    ループコイル
５１１３    誘電体基板
５１１４    スパイラル配線
５１１５    誘電体基板
５１１６    ループ配線
５１２    内部誘電体
５２２    内部誘電体
５１３    外部誘電体
５２３    外部誘電体
５１４    被膜誘電体
５２４    被膜誘電体
５２    受電部
５３    海水
６    電力伝送装置
６１    送電部
６１１１    スパイラルコイル
６１１２    スパイラルコイル
６２１１    スパイラルコイル
６２１２    スパイラルコイル
６１２    第一送電側包含部
６１３    第二送電側包含部
６１４    第三送電側包含部
６２    受電部
６２２    第一受電側包含部
６２３    第二受電側包含部
６２４    第三受電側包含部
６３    海水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【国際調査報告】
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