(57)【要約】【課題】海中での無線給電において、送電用コイルと受電用コイルとが正対しない場合でも効率よく給電することのできる無線給電システムを提供する。【解決手段】本発明の無線給電システムは、良導体媒質中に設置された送電器と、前記良導体媒質中に設置された受電器とを備え、前記送電器は、送電用コイルと前記送電用コイルを包含する誘電体を有する包含部とを備え、前記受電器は受電用コイルを備え、前記送電用コイルと前記受電用コイルとは正対しておらず、前記包含部の前記良導体媒質との界面は、前記受電用コイルと正対している。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
良導体媒質中に設置された送電器と、前記良導体媒質中に設置された受電器とを備え、
前記送電器は、送電用コイルと前記送電用コイルを包含する誘電体を有する包含部とを備え、
前記受電器は受電用コイルを備え、
前記送電用コイルと前記受電用コイルとは正対しておらず、
前記包含部の前記良導体媒質との界面は、前記受電用コイルと正対している、無線給電システム。
【請求項２】
前記包含部を移動させる包含部調整器を備え、
前記包含部調整器は、前記包含部の前記良導体媒質との前記界面と、前記受電用コイルとを正対させる、請求項１記載の無線給電システム。
【請求項３】
前記送電用コイルは複数である、請求項１または２記載の無線給電システム。
【請求項４】
前記送電用コイルに入力する電力信号の強度もしくは位相を制御する入力制御器を備え、前記入力制御器は、前記受電用コイルと前記送電用コイルとの位置関係に基づいて前記制御をする、請求項３記載の無線給電システム。
【請求項５】
前記良導体媒質は海水である、請求項１から４の内の１項記載の無線給電システム。
【請求項６】
良導体媒質中で、誘電体で覆われた送電用コイルが受電用コイルに給電する無線給電方法において、
前記送電用コイルと前記受電用コイルとは正対させずに、前記誘電体の前記良導体媒質との界面と前記受電用コイルとを正対し、
前記送電用コイルから無線で電力信号を送電し、
送電された前記電力信号を前記受電用コイルで受電する、無線給電方法。
【請求項７】
前記送電用コイルは複数である、請求項６記載の無線給電方法。
【請求項８】
前記受電用コイルと前記送電用コイルとの位置関係に基づいて、前記送電用コイルに入力する電力信号の強度もしくは位相を制御する、請求項７記載の無線給電方法。
【請求項９】
海中を移動する第１の移動体と、前記海中に設けられたセンサもしくは前記海中を移動する第２の移動体とを有し、
前記第１の移動体は、請求項１から５の内の１項記載の無線給電システムの送電器を有し、
前記センサもしくは前記第２の移動体は、請求項１から５の内の１項記載の無線給電システムの受電器を有し、
前記受電器は前記送電器から給電する、海中システム。
【請求項１０】
母船と、海中を移動する移動体と、前記海中に設けられたセンサと、前記移動体と前記センサからの情報を収集し管理する管理センターとを有し、
前記母船は、請求項１から５の内の１項記載の無線給電システムの第１の送電器を有し、
前記移動体は、請求項１から５の内の１項記載の無線給電システムの第２の送電器と第１の受信機とを有し、
前記センサは、請求項１から５の内の１項記載の無線給電システムの第２の受電器を有し、
前記第１の受電機は前記第１の送電器から給電し、前記第２の受電機は前記第２の送電器から給電する、情報収集システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海中での無線による電力供給が可能な無線給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、陸上資源の枯渇が進んでおり、海底のマンガン団塊、金や銀などを含む赤粘土堆積物およびコバルト・リッチ・クラストなど、海底資源の重要性に注目が集まっている。このような海底における資源探索には、その深度が１０００ｍ以上と深いことから、通常、海中で駆動する自律型無人潜水機（Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ  Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ  Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＡＵＶと略す）が用いられる。海中では内燃機関を使用することが難しいため、ＡＵＶはリチウムイオン電池等の二次電池により駆動される。
【０００３】
現在、この二次電池の充電は、ＡＵＶを海上の母船に引き揚げておこなわれている。しなしながら、ＡＵＶを母船に引き揚げるためには、ＡＵＶの重量に耐え得る大型クレーンが必要になりコスト高となる。コスト抑制の観点から、海中での無線給電が望まれている。海中でＡＵＶなどの移動機器に無線給電する場合の課題は、高い導電率を有する海水への対応である。海水は、４Ｓ／ｍと高い導電率を有することから、海水中を電磁波が透過する際には電磁エネルギーを損失してしまう。その結果、海水中で高効率で長距離な無線給電を行うことは難しい。
【０００４】
非特許文献１には、海水中でも高効率で長距離な無線給電を可能とするために、凸状の支持材の周囲に送電用コイルを形成し、凹状の支持材の内部に受電用のコイルを形成し、送電用コイルと受電用コイルを篏合させて電力伝送する無線給電技術が開示されている。非特許文献１によれば、海水中に漏れ出す磁束を低減することが可能となり、高い導電率を有する海水中であっても、高効率で長距離な無線給電を行うことが可能となる。
【０００５】
特許文献１には、海水中でも高効率で長距離な無線給電を可能とするために、送電用コイルを誘電体で包含し、送電用コイルのインピーダンスと海水等の良導体媒質のインピーダンスとで定まる周波数で、共振させて電力伝送を行う無線給電技術が開示されている。特許文献１によれば、図１７に示すように、海水中の送電器と受電器との間に、鉛直なポインティングベクトルを形成することができる。これにより、高い導電率を有する海水中であっても、高効率で長距離な無線給電を行うことが可能となる。
【０００６】
ポインティングベクトルとは、磁界ベクトル（Ｈ）と電界ベクトル（Ｅ）の外積の時間平均を指し、以下の式１で表される。このポインティングベクトルは、電磁場の持つエネルギーの流れの密度を表す物理量であり、電磁場によるエネルギーの伝達（以降、エネルギーフローという）そのものである。
【０００７】
【数１】
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【０００８】
なお、特許文献１および非特許文献１の技術は、図１７に示すように、いずれも、送電用コイルと受電用コイルとが正対している状態を想定しており、送電用コイルから受電用コイルに対して鉛直方向（Ｚ軸方向）に電力伝送が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０３４４９１号
【特許文献２】国際公開第２０１４／１８５４９０号
【特許文献３】国際公開第２０１４／１０９１４４号
【特許文献４】国際公開第２０１２／１４１０８０号
【特許文献５】特開２０１５−１５９０１号公報
【特許文献６】特開２０１４−１９３０５７号公報
【特許文献７】特開２０１４−３９４３７号公報
【特許文献８】特開２０１３−１２３２７６号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｔｏｍｏｈｉｒｏ  Ｋｏｊｉａ，ｅｔ．ａｌ．，“Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｎｏｎ−ｃｏｎｔａｃｔｉｎｇ  Ｐｏｗｅｒ  Ｆｅｅｄｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｔｏ  Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ  Ｖｅｈｉｃｌｅ  Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ”，Ｏｃｅａｎｓ  ２００５-Ｅｕｒｏｐｅ，Ｖｏｌ．１，７０９−７１２，Ｊｕｎｅ  ２００５．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１および非特許文献１の技術は、以下の課題を有している。すなわち、海中で無線給電システムを運用する場合、送電用コイルと受電用コイルとが正対しない場合が生じるという課題である。
【００１２】
例えば、図１８に示すように、ＡＵＶに送電器を搭載し、海底に設置されたセンサの受電器に無線給電を行う場合を想定する。送電器は、実装効率や障害物との衝突を避けるために、ＡＵＶの前方に搭載されている。一方、受電器は、センサの近傍に設置されているが、通常、設置面は平坦ではなく傾いている。このような状況においては、送電器の送電用コイルと受電器の受電用コイルとが正対しない場合が生じる。また、海中では、潮流や浮力などの影響でＡＵＶの位置を固定することが難しいため、送電用コイルと受電用コイルの相対位置が変動し、両者が正対しない場合が生じる。
【００１３】
送電用コイルと受電用コイルとが正対しない場合、非特許文献１の技術では、送電用コイルと受電用コイルを篏合させることができない。また、特許文献１の技術では、送電用コイルが生じるポインティングベクトルの方向が受電用コイルの方向を向かない。よって、これらの技術では、高効率で長距離な無線給電を行うことが困難な場合が生じる。
【００１４】
無線給電の高効率化のための関連技術が、特許文献２〜特許文献８に開示されている。これらの内、特許文献２〜特許文献７に開示された技術は、送電用コイルと受電用コイルとが正対することを前提としており、送電用コイルと受電用コイルとが正対しない場合、海中での高効率で長距離な無線給電を行うことができない。一方、特許文献８は、送電用コイルと受電用コイルとが正対しない場合に、無線給電の効率を改善する技術を開示している。しかしながら、特許文献８の技術は、受電用コイルに第１と第２のコイルの２個を必要とするため、構造が複雑になる上にコストの面での改善の余地がある。また、空中での使用を想定しており、海中での使用は想定されていないため、海中での効果は不明である。
【００１５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、海中での無線給電において、送電用コイルと受電用コイルとが正対しない場合でも効率よく給電することのできる無線給電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明による無線給電システムは、良導体媒質中に設置された送電器と、前記良導体媒質中に設置された受電器とを備え、前記送電器は、送電用コイルと前記送電用コイルを包含する誘電体を有する包含部とを備え、前記受電器は受電用コイルを備え、前記送電用コイルと前記受電用コイルとは正対しておらず、前記包含部の前記良導体媒質との界面は、前記受電用コイルと正対している。
【００１７】
本発明による無線給電方法は、良導体媒質中で、誘電体で覆われた送電用コイルが受電用コイルに給電する無線給電方法において、前記送電用コイルと前記受電用コイルとは正対させずに、前記誘電体の前記良導体媒質との界面と前記受電用コイルとを正対し、前記送電用コイルから無線で電力信号を送電し、送電された前記電力信号を前記受電用コイルで受電する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、海中での無線給電において、送電用コイルと受電用コイルとが正対しない場合でも効率よく給電することのできる無線給電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態の無線給電システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の無線給電システムの送電用コイルの例を示す平面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の無線給電システムの受電用コイルの例を示す平面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の無線給電システムの動作を説明するための図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の無線給電システムの動作を説明するための図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の無線給電システムの動作を説明するためのシミュレーション結果（電界と磁界）を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態の無線給電システムの動作を説明するためのシミュレーション結果（ポインティングベクトル）を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の無線給電システムの構成を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の無線給電システムの動作を説明するための図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態の無線給電システムの構成を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態の無線給電システムの動作を説明するための図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態の無線給電システムの構成を示す図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態の無線給電システムの動作を説明するための図である。
【図１４】本発明の無線給電システムを用いた実施例１の構成を示す図である。
【図１５】本発明の無線給電システムを用いた実施例２の構成を示す図である。
【図１６】本発明の無線給電システムを用いた実施例３の構成を示す図である。
【図１７】海水中の送電用コイルと受電用コイルとポインティングベクトルとの関係を説明するための図である。
【図１８】ＡＵＶに送電器を搭載し海底に設置されたセンサの受電器に無線給電を行う場合を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の無線給電システムの構成を示す図である。本実施形態の無線給電システム１１は、良導体媒質中に設置された送電器３１と、前記良導体媒質中に設置された受電器４１とを備え、前記送電器３１は、送電用コイル５１と前記送電用コイル５１を包含する誘電体を有する包含部６１とを備え、前記受電器４１は受電用コイル７１を備え、前記送電用コイル５１と前記受電用コイル７１とは正対しておらず、前記包含部６１の前記良導体媒質との界面は前記受電用コイル４１と正対している。
【００２１】
本実施形態の無線給電方法は、良導体媒質中で、誘電体で覆われた送電用コイル５１が受電用コイル７１に給電する無線給電方法において、前記送電用コイル５１と前記受電用コイル７１とは正対させずに、前記誘電体の前記良導体媒質との界面と前記受電用コイル７１とを正対し、前記送電用コイル５１から無線で電力信号を送電し、送電された前記電力信号を前記受電用コイル７１で受電する。
【００２２】
図１を用いて、さらに詳細に本実施形態の無線給電システム１１の構成を説明する。図１は、無線給電システム１１を側面から見た構成を示している。無線給電システム１１は、海水２１（良導体媒質）中に設置された送電器３１と受電器４１とを備えている。送電器３１は、電力信号を無線で送信する送電用コイル５１と、送信用コイル５１を包含する包含部６１とを備えている。受電器４１は、送電用コイル５１から送信された電力信号を受信する受電用コイル７１を備えている。受電用コイル７１は筐体などで包含されていても良い。
【００２３】
図２は、送電用コイル５１の例を示す平面図である。送電用コイル５１は、誘電体を有する包含部６１で包含されている。包含部６１は、海水２１中への電界の拡がりを抑え、これにより、海水２１中に拡散して消滅する電磁エネルギーを低減する効果がある。よって、誘電体の包含部６１で包含することによって、包含部６１のない場合に比較して、海中で高い電力伝送効率を得ることができる。また、図２では、四角形の送電用コイル５１の例を示しているが、円形や三角形などの任意の形状とすることができる。
【００２４】
包含部６１は、送電用コイル５１から放射される電力信号（エネルギーフロー）が海水２１中に入射する面が、受電用コイル７１と正対することができる平面を備えている構造である。例えば、図１では三角柱を横倒しした構造の包含部６１を示している。この構造によれば、図１中に「海水との界面」と表記されている三角柱の側面で、受電用コイル７１と正対することができる。
【００２５】
図３は、受電用コイル７１の例を示す平面図である。受電用コイル７１は、送電用コイル５１のように、誘電体を有する包含部で包含してもよい。誘電体の包含部で包含することによって、包含部のない場合に比較して、海中で高い電力伝送効率を得ることができる。また、図３では、四角形の受電用コイル７１の例を示しているが、円形や三角形などの任意の形状とすることができる。
【００２６】
送電用コイル５１と受電用コイル７１は、銅線等の材料を用いたスパイラルコイル等で実現することができる。包含部６１は、エポキシ樹脂、ガラス、テフロン（登録商標）、アクリル、プラスチック、セラミック、マイカ、油、水、プリント配線板用のＦＲ４材料等の、誘電体で構成することができる。また、これらの誘電体の一部にフィラーや金属薄板等の導電性の材料を混在させても良いし、これらの誘電体を複数組み合わせても良い。例えば、固体の誘電体を外枠とし、その内部を液体の誘電体で満たした構造とすることもできる。
【００２７】
送電用コイル５１と受電用コイル７１とは正対していない。一方、包含部６１の海水２１との界面の一部もしくは全部は、受電用コイル７１と正対している。ここで言う正対とは、包含部６１の海水２１との界面の一部もしくは全部が、受電用コイルのループ面と実効的に平行である状態を指す。
【００２８】
図４と図５は、無線給電システム１１の動作を説明するための図である。
【００２９】
まず、図４において、送電用コイル５１は、電力信号に相当する磁界ベクトル（Ｈｚ）をＺ軸方向に放射する。次に、放射されたＨｚは、包含部６１の海水２１との界面から海水２１中に入射する。次に、海水２１中に入射したＨｚにより海水２１中に渦電流が発生する。
【００３０】
この時、海水２１中に入射したＨｚは、包含部６１の海水２１との界面に対して垂直な成分の磁界ベクトル（Ｈｚ＿ｖ）と平行な成分の磁界ベクトル（Ｈｚ＿ｐ）とに分解できる。渦電流はＨｚが海水２１に入射することで発生するが、Ｈｚ＿ｐの進行方向右側には包含部６１が存在しているため、渦電流の発生が阻害される。一方、Ｈｚ＿ｖの周辺には包含部６１が存在しないため、渦電流の発生は阻害されない。従って、Ｈｚ＿ｖに対しては、図４に点線で示す渦電流が発生する。このＨｚ＿ｖに対しての渦電流によって、図５に示すように、Ｈｚ＿ｖは減衰される。一方、Ｈｚ＿ｐの渦電流による減衰は生じない。
【００３１】
次に、図５の状況における、電力の伝達（エネルギーフローという）について、以下に説明する。エネルギーフローは、磁界ベクトルと電界ベクトルとの外積の時間平均であるポインティングベクトルである。渦電流の発生方向は、電界ベクトルの伝達方向と等価と考えることができるため、Ｈｚ＿ｖと渦電流との外積はＹ軸方向を向き、Ｈｚ＿ｐと渦電流との外積はＨｚ＿ｖと平行な方向を向く。図５のように、Ｈｚ＿ｖは渦電流により減衰しているため、Ｈｚ＿ｐの強度が相対的に大きい状況にある。よって、エネルギーフローは、Ｈｚ＿ｖの方向、すなわち、Ｈｚが入射した包含部６１の海水２１との界面に対して垂直方向が支配的となる。
【００３２】
受電用コイル７１は、包含部６１の海水２１との界面と正対しているので、包含部の海水２１との界面に対して垂直方向が支配的となるエネルギーフローを、効率良く受信することができる。
【００３３】
図６は、無線給電システム１１の動作を、より詳細に説明するためのシミュレーション結果（電界と磁界）を示す図である。図６は、海水２１中に設置された送電用コイル５１から放射される磁界ベクトルと電界ベクトルの分布を示す。図６の上段は、送電用コイル５１が包含部６１で包含されている場合、下段は、送電用コイル５１が包含部６１で包含されていない場合である。なお、シミュレーションに際して、送電用コイル５１には銅配線を多巻したスパイラルコイルを使用している。図６のように、包含部６１の有無により、送電用コイル５１から放射した磁界によって生じる渦電流、すなわち電界ベクトルの分布に違いが認められる。
【００３４】
図７は、無線給電システム１１の動作を、より詳細に説明するためのシミュレーション結果（ポインティングベクトル）を示す図である。図７は、図６に基づくポインティングベクトル、すなわち、エネルギーフローの分布を示している。包含部６１が有る場合と無い場合とを比較すると、図７の二重点線で示した範囲（受電用コイル７１の位置に相当）において、エネルギーフローの方向に違いが認められる。エネルギーフローの方向は、包含部６１が無い場合、Ｘ軸方向が支配的である。それに対して、包含部６１が有る場合、エネルギーフローは、包含部６１の海水２１との界面に対して垂直な方向が支配的となり、かつ、密度が高くなっている。
【００３５】
よって、受電用コイル７１は、送信用コイル５１と正対していなくても、包含部６１の海水２１との界面と正対することによって、エネルギーフローを効率良く受信することができる。
【００３６】
以上の説明で用いた図１などでは、Ｈｚと、包含部６１の海水２１との界面とが形成する角度が４５°程度の図を用いているが、これには限定されない。すなわち、前記角度に依らず、前記角度が４５°よりも大きい角度であっても小さい角度であっても、渦電流の効果により、エネルギーフローはＨｚ＿ｖの方向、すなわち、Ｈｚが入射する包含部６１の海水２１との界面に対して垂直方向とすることができる。
【００３７】
以上のように、本実施形態によれば、海中での無線給電において、送電用コイルと受電用コイルとが正対しない場合でも効率よく給電することのできる無線給電システムを提供することができる。
（第２の実施形態）
図８は、本発明の第２の実施形態の無線給電システムの構成を示す図である。本実施形態の無線給電システム１２は、海水２２中に設置された送電器３２と受電器４２とを備えている。送電器３２は、電力信号を無線で送信する送電用コイル５２１と送電用コイル５２２と、これらを包含する包含部６２とを備えている。受電器４２は、送電用コイル５２１、５２２から送信された電力信号を受信する受電用コイル７２を備えている。送電用コイル５２１、５２２と受電用コイル７２とは正対していない。一方、包含部６２の海水２２との界面の一部もしくは全部は、受電用コイル７２と正対している。無線給電システム１２のその他の構成や材料は、第１の実施形態の無線給電システム１１と同様である。
【００３８】
次に、図８と図９とを用いて、無線給電システム２１の動作を説明する。図９は、無線給電システムの動作を説明するための図である。
【００３９】
まず、送電用コイル５２１もしくは送電用コイル５２２の一方、またはこれらの両方から磁界ベクトルが放射される。次に、放射された各々の磁界ベクトルは、包含部６２の海水２２との界面から海水２２中に入射する。次に、海水２２中に入射した各々の磁界ベクトルの一部により渦電流が発生する。第１の実施形態と同様に、この渦電流により、各々の磁界ベクトルに対応するエネルギーフローの方向は、包含部６２の海水２２との界面に垂直な方向に近づく。
【００４０】
図９に示すように、受電用コイル７２は、包含部６２の海水２２との界面と正対しているので、包含部６２の海水２２との界面に対して垂直方向が支配的となるエネルギーフローを、効率良く受信することができる。このとき、送電用コイル５２１と送電用コイル５２２のそれぞれから、エネルギーフローが形成されている。よって、無線給電システム１２では、エネルギーフローの大きい領域を、包含部６２の海水２２との界面のより広い領域に拡大することができる。すなわち、無線給電システム１２では、第１の実施形態に比較して、受電用コイル７２が効率よく給電できる領域を拡大することができる。
【００４１】
なお、本実施形態においては、送電器３２が２個の送電用コイルを備えることとして説明したが、３個以上の送電用コイルを備えていても良い。また、２個以上の複数の送電用コイルを備える送電器がアレー状に並べられている構成としても良い。さらに、複数の送電用コイルは同じ型のコイルであっても良いし、全部、または、一部が異なる型のコイルであっても良い。
【００４２】
以上のように、本実施形態によれば、海中での無線給電において、送電用コイルと受電用コイルとが正対しない場合でも効率よく給電することのできる無線給電システムを提供することができる。
（第３の実施形態）
図１０は、本発明の第３の実施形態の無線給電システムの構成を示す図である。本実施形態の無線給電システム１３は、海水２３中に設置された送電器３３と受電器４３とを備えている。送電器３３は、電力信号を無線で送信する送電用コイル５３１と送電用コイル５３２と、これらを包含する包含部６３とを備えている。コイル５３１と送電用コイル５３２とは、それぞれ入力制御器８３１と入力制御器８３２とを備えている。受電器４３は、送電用コイル５３１、５３２から送信された電力信号を受信する受電用コイル７３を備えている。
【００４３】
送電用コイル５３１、５３２と受電用コイル７３とは正対していない。一方、包含部６３の海水２３との界面の一部もしくは全部は、受電用コイル７３と正対している。無線給電システム１３のその他の構成や材料は、第２の実施形態の無線給電システム１２と同様である。
【００４４】
入力制御器８３１と入力制御器８３２とは、それぞれ、送電用コイル５３１と送電用コイル５３２とに入力される高周波信号の強度や位相等を制御する機能を有する。入力制御器８３１と入力制御器８３２は、例えば、可変信号源と増幅器を用いて構成することができる。また、前記構成以外にも、スイッチ、オペアンプ、移相器、減衰器、発信源、可変インダクタ、可変キャパシタ等の素子や、それらの組み合わせにより実現できる。
【００４５】
図１１は、本実施形態の無線給電システム１３の動作を説明するための図である。図１１の左図は、入力制御器８３１がＯＮ、すなわち送電用コイル５３１が励起され、入力制御器８３２がＯＦＦ、すなわち、送電用コイル５３２が励起されていない時のエネルギーフローを示す。一方、図１１の右図は、入力制御器８３１がＯＦＦ、すなわち送電用コイル５３１が励起されておらず、入力制御器８３２がＯＮ、すなわち、送電用コイル５３２が励起されている時のエネルギーフローを示す。
【００４６】
図１１に示すように、各入力制御器のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることで、エネルギーフローの空間分布を制御することができる。例えば、受電用コイル７３が、左図の位置にある場合には、入力制御器８３１だけをＯＮすればよく、右図の位置にある場合には、入力制御器８３２だけをＯＮすればよい。また、左図と右図との中間の位置にある場合には、所望の受電力量となるよう、入力制御器８３１と入力制御器８３２とにより、送電用コイル５３１と送電用コイル５３２とに入力する電力信号の位相や強度を調整すれば良い。
【００４７】
受電用コイル７３の位置は、たとえば、包含部６３の海水２３との界面に、受電器４３を感知するための赤外線などを用いたセンサを設けておくことで、特定することができる。さらに、受電用コイル７３の位置情報に基づいて、入力制御器８３１と入力制御器８３２の動作を自動制御することもできる。
【００４８】
以上の無線給電システム１３の動作により、海水２３中での浮力や潮流によって、受電器４３の位置変動が起こる場合であっても、安定的に、かつ、海水中に消失するエネルギーフローの量を抑えながら給電することが可能となる。
【００４９】
以上のように、本実施形態によれば、海中での無線給電において、送電用コイルと受電用コイルとが正対しない場合でも効率よく給電することのできる無線給電システムを提供することができる。
（第４の実施形態）
図１２は、本発明の第４の実施形態の無線給電システムの構成を示す図である。本実施形態の無線給電システム１４は、海水２４中に設置された送電器３４と受電器４４とを備えている。送電器３４は、電力信号を無線で送信する送電用コイル５４と、これを包含する包含部６４とを備えている。包含部６４には、包含部調整器９４が設けられている。受電器４４は、送電用コイル５４から送信された電力信号を受信する受電用コイル７４を備えている。
【００５０】
送電用コイル５４と受電用コイル７４とは正対していない。一方、包含部６４は、包含部６４の海水２４との界面の一部もしくは全部が、受電用コイル７４と正対するように、包含部調整器９４によって位置調整される。無線給電システム１４のその他の構成や材料は、第１の実施形態の無線給電システム１２と同様である。
【００５１】
包含部調整器９４は、包含部６４の物理的位置を調整する機構を有する。具体的には、包含部６４を図１２に示すＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿って動かす機能や、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿って回転させる機能等を有する。包含部調整器９４は、電気モーターやエンジン等の駆動源、駆動源に接続されたギアやレールやシャフト、およびこれらを使った動作を制御するコンピュータなどの制御部により実現することができる。また、駆動源を用いずに、手動で位置が調整可能な機構、例えば、ネジ式治具やはめ込み式治具であっても良い。
【００５２】
図１３は、本実施形態の無線給電システム１４の動作を説明するための図である。図１３では、包含部調整器９４によって包含部６４がＹ軸に沿って回転し、包含部６４の海水２４との界面が受電用コイル７４と正対している状態を示す。
【００５３】
第１の実施形態と同様に、送電用コイル５４から放射された磁界が、包含部６４の海水２４との界面から海水２４中に入射すると、エネルギーフローの伝達方向が、包含部６４の海水２４との界面に対して垂直な方向に近づく。従って、図１３に示すように、包含部６４の物理的位置を調整することによって、このエネルギーフローの伝達方向を送電用コイル５４の位置に合わせることができる。
【００５４】
受電用コイル７４の位置は、たとえば、包含部６４の海水２４との界面に、受電器４４を感知するための赤外線などを用いたセンサを設けておくことで、特定することができる。さらに、受電用コイル７４の位置情報に基づいて、包含部調整器９４により包含部６４の位置を自動制御することもできる。
【００５５】
以上の無線給電システム１４の動作により、海水２４中での浮力や潮流によって、受電器４４の位置変動が起こる場合であっても、安定的に、かつ、海水中に消失するエネルギーフローの量を抑えながら給電することが可能となる。
【００５６】
以上のように、本実施形態によれば、海中での無線給電において、送電用コイルと受電用コイルとが正対しない場合でも効率よく給電することのできる無線給電システムを提供することができる。
【００５７】
以上の第１〜第４の実施形態の無線給電システム１１〜１４を用いた実施例１〜３を、以下に説明する。
（実施例１）
図１４は、本発明の無線給電システムを用いた実施例１の海中システム１００の構成を示す図である。海中システム１００は、海水２５内で駆動する移動体１０５が送電器３５を備え、海底１２５で駆動するセンサ１１５が受電器４５を備えている。送電器３５と受電器４５とは、本実施形態の無線給電システムを構成している。
【００５８】
移動体１０５は、ＡＵＶ等である。センサ１１５は、海底環境センサ、地震センサ、物体検知センサ等である。センサ１１５は、バッテリーやキャパシタ等の電力保持手段を備えていても良い。
【００５９】
海中システム１００の移動体１０５とセンサ１１５の動作について説明する。まず、移動体１０５がセンサ１１５に接近し、送電器３５と受電器４５とが効率よく無線給電するよう位置調整がされる。このとき、送電器３５の有する送電用コイルと、受電器４５の有する受電用コイルとは正対していない。次に、送電器３５を通じて受電器４５に電力が無線給電される。受電器４５を通じて受電された電力は、センサ１１５へ伝達される。センサ１１５は、伝達された電力により直接駆動、または、伝達された電力により充電された電力保持手段により駆動する。
【００６０】
本実施例によれば、海中で動作する移動体から、海底などで動作するセンサなどへの電力の無線給電が可能となり、信頼性の高い海中電力供給網を提供することが可能となる。
（実施例２）
図１５は、本発明の無線給電システムを用いた実施例２の海中システム２００の構成を示す図である。海中システム２００では、海水２６内で駆動する移動体１０６１が送電器３６を備え、海水２６内で駆動する移動体１０６２が受電器４６を備えている。移動体１０６２は、バッテリーやキャパシタ等の電力保持手段を有していても良い。
【００６１】
海中システム２００の、移動体１０６１と移動体１０６２の動作について説明する。まず、移動体１０６１が移動体１０６２に接近し、送電器３６と受電器４６とが効率よく無線給電するよう位置調整がされる。このとき、送電器３６の有する送電用コイルと、受電器４６の有する受電用コイルとは正対していない。次に、送電器３６を通じて受電器４６に電力が無線給電される。受電器４６を通じて受電された電力は、移動体１０６２へ伝達される。移動体１０６２は、伝達された電力により直接駆動、または、伝達された電力により充電された電力保持手段により駆動する。
【００６２】
本実施例によれば、海中で動作する移動体から移動体への電力の無線給電が可能である。また、さらにその先の海底センサなどへと電力を受け渡してゆくことも可能となり、信頼性の高い海中電力供給網を提供することが可能となる。
（実施例３）
図１６は、本発明の無線給電システムを用いた実施例３の情報収集システム３００の構成を示す図である。情報収集システム３００は、母船１２１と、海水２７中の移動体１０７およびセンサ１１７を有する。さらに、移動体１０７に関する情報やセンサ１１７により収集される情報を統合的に管理する管理センター３０１を有する。管理センター３０１は、母船１２１に備えられていても良く、また、陸上に備えられていても良い。
【００６３】
母船１２１は送電器３７１を備え、移動体１０７は送電器３７２と受電器４７１とを備え、センサ１１７は受電器４７２を備えている。センサ１１７は、例えば、水温計、震度計、石油漏れ検知センサ、侵入検知センサ等である。なお、移動体１０７とセンサ１１７とは、それぞれ複数とすることができる。
【００６４】
情報収集システム３００の動作について説明する。まず、母船１２１と移動体１０７とセンサ１１７とは、海中音響通信等により、移動体１０７のバッテリー残量、センサ１１７のバッテリー残量の情報を共有する。次に、移動体１０７とセンサ１１７は、それぞれのバッテリー量が少なくなっていると判定した場合、それぞれの有する受電器４７１または受電器４７２を通じて電力を受電する。この時、移動体１０７の受電器４７１が受電する場合、移動体１０７の受電器４７１が母船１２１の有する送電器３７１に接近して受電する。また、センサ１１７の受電器４７２が受電する場合、移動体１０７の送電器３７２がセンサ１１７の受電器４７２に接近して受電する。移動体１０７とセンサ１１７は、各々が収集した情報を、海中音響通信等を通じて管理センター３０１に送信する。管理センター３０１は、移動体１０７とセンサ１１７から送信された情報を受信し、統合的に管理する。
【００６５】
本実施例によれば、母船から海中を調査するための移動体、さらには、移動体から海中を調査するためのセンサに、安定して無線給電する情報収集システムが可能となる。
【００６６】
本発明は上記実施形態や実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものである。
【００６７】
また、上記の実施形態や実施例の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
【００６８】
付記
（付記１）
良導体媒質中に設置された送電器と、前記良導体媒質中に設置された受電器とを備え、前記送電器は、送電用コイルと前記送電用コイルを包含する誘電体を有する包含部とを備え、前記受電器は受電用コイルを備え、前記送電用コイルと前記受電用コイルとは正対しておらず、前記包含部の前記良導体媒質との界面は、前記受電用コイルと正対している、無線給電システム。
（付記２）
前記包含部を移動させる包含部調整器を備え、前記包含部調整器は、前記包含部の前記良導体媒質との前記界面と、前記受電用コイルとを正対させる、付記１記載の無線給電システム。
（付記３）
前記送電用コイルは複数である、付記１または２記載の無線給電システム。
（付記４）
前記送電用コイルに入力する電力信号の強度もしくは位相を制御する入力制御器を備え、前記入力制御器は、前記受電用コイルと前記送電用コイルとの位置関係に基づいて前記制御をする、付記３記載の無線給電システム。
（付記５）
前記良導体媒質は海水である、付記１から４の内の１項記載の無線給電システム。
（付記６）
良導体媒質中で、誘電体で覆われた送電用コイルが受電用コイルに給電する無線給電方法において、前記送電用コイルと前記受電用コイルとは正対させずに、前記誘電体の前記良導体媒質との界面と前記受電用コイルとを正対し、前記送電用コイルから無線で電力信号を送電し、送電された前記電力信号を前記受電用コイルで受電する、無線給電方法。
（付記７）
前記送電用コイルは複数である、付記６記載の無線給電方法。
（付記８）
前記受電用コイルと前記送電用コイルとの位置関係に基づいて、前記送電用コイルに入力する電力信号の強度もしくは位相を制御する、付記７記載の無線給電方法。
（付記９）
前記良導体媒質は海水である、付記６から８の内の１項記載の無線給電方法。
（付記１０）
海中を移動する第１の移動体と、前記海中に設けられたセンサもしくは前記海中を移動する第２の移動体とを有し、
前記第１の移動体は、付記１から５の内の１項記載の無線給電システムの送電器を有し、
前記センサもしくは前記第２の移動体は、付記１から５の内の１項記載の無線給電システムの受電器を有し、
前記受電器は前記送電器から給電する、海中システム。
（付記１１）
母船と、海中を移動する移動体と、前記海中に設けられたセンサと、前記移動体と前記センサからの情報を収集し管理する管理センターとを有し、
前記母船は、付記１から５の内の１項記載の無線給電システムの第１の送電器を有し、
前記移動体は、付記１から５の内の１項記載の無線給電システムの第２の送電器と第１の受信機とを有し、
前記センサは、付記１から５の内の１項記載の無線給電システムの第２の受電器を有し、
前記第１の受電機は前記第１の送電器から給電し、前記第２の受電機は前記第２の送電器から給電する、情報収集システム。
【符号の説明】
【００６９】
１１、１２、１３、１４    無線給電システム
２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７    海水
３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７１、３７２    送電器
４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７１、４７２    受電器
５１、５２１、５２２、５３１、５３２、５４    送電用コイル
６１、６２、６３、６４    包含部
７１、７２、７３、７４    受電用コイル
８３１、８３２    入力制御器
９４    包含部調整器
１００、２００    海中システム
１０５、１０６１、１０６２、１０７    移動体
１１５、１１７    センサ
１２１    母船
１２５    海底
３００    情報収集システム
３０１    管理センター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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１７】
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【図１８】
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