特開 2019-103390 電力の非接触式給電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2019-103390(P2019-103390A)

(43)【公開日】2019年6月24日

(54)【発明の名称】電力の非接触式給電装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/90 20160101AFI20190603BHJP

   H02J 50/10 20160101ALI20190603BHJP

   H02J 50/80 20160101ALI20190603BHJP

   G06F 1/26 20060101ALI20190603BHJP

【ＦＩ】

   H02J50/90

   H02J50/10

   H02J50/80

   G06F1/26 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2018-228567(P2018-228567)

(22)【出願日】2018年12月5日

(31)【優先権主張番号】特願2017-248424(P2017-248424)

(32)【優先日】2017年12月6日

(33)【優先権主張国】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000214191

【氏名又は名称】長崎県

(74)【代理人】

【識別番号】100081824

【弁理士】

【氏名又は名称】戸島 省四郎

(72)【発明者】

【氏名】兵頭 竜二

(72)【発明者】

【氏名】神田 誠

(72)【発明者】

【氏名】田口 勝身

(72)【発明者】

【氏名】丁子谷 一

(72)【発明者】

【氏名】中川 豪

【テーマコード（参考）】

5B011

【Ｆターム（参考）】

5B011DB01

5B011DB19

5B011DB22

(57)【要約】

【課題】 海面、海中あるいは水濡れのある環境での使用、さらには漏電防止や防爆目的など、金属接点を用いたくない場面で、電力を簡便・確実・安全に伝送する方法や係る装置を提供すること。
【解決手段】 給電側と受電側などの対になる装置同士を、簡単な機構で所定の位置に嵌合して締結できる構造とし、そして、これら装置同士が嵌合された時、それぞれの装置に内包される非接触給電の送電機能部と受電機能部の空間伝送に係る部材間の相対的位置関係が、所定の状態に納まる構造とする。そして、正しい嵌合位置で締結処理された時に所定の電力伝送を行い、嵌合や締結が解放される時あるいは解放された時、即座に電力伝送を停止する、金属接点を有しないコネクタの組合せ。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

非接触給電機能を包含する送電側装置と、非接触給電機能に対応する非接触受電機能を包含する受電側装置とがあり、これらを対にして電力を送受する組となる装置群であって、送電側装置と受電側装置とを互いに接続して、それぞれの装置に包含されている非接触給電機能の電力送出部と非接触受電機能の電力受入れ部との相対的位置関係を固定する機構あるいは構造を有しており、その固定された相対的位置関係において電力の送受が所定の機能または性能を発揮することを特徴とする組となる装置群において、
当該電力送出部と当該電力受入れ部とが所定の相対的位置関係に固定されたことを検出する第１の機能があり、当該第１の機能で所定の相対的位置関係に固定されたことが検出されなければ、前記電力送出部が非接触で電力の伝送を行わないようにすることに特徴を持つ、組みとなる装置群。

【請求項2】

非接触給電機能を包含する送電側装置と、非接触給電機能に対応する非接触受電機能を包含する受電側装置とがあり、これらを対にして電力を送受する組となる装置群であって、送電側装置と受電側装置とを互いに接続して、それぞれの装置に包含されている非接触給電機能の電力送出部と非接触受電機能の電力受入れ部との相対的位置関係を固定する機構あるいは構造を有しており、その固定された相対的位置関係において電力の送受が所定の機能または性能を発揮することを特徴とする組となる装置群において、
当該電力送出部と当該電力受入れ部とが所定の相対的位置関係での固定から外れたことを検出する第２の機能があり、当該第２の機能で所定の相対的位置関係での固定から外れたことが検出されたら、前記電力送出部は非接触による電力の伝送を停止するようにすることに特徴を持つ、組みとなる装置群。

【請求項3】

非接触給電機能を包含する送電側装置と、非接触給電機能に対応する非接触受電機能を包含する受電側装置とがあり、これらを対にして電力を送受する組となる装置群であって、送電側装置と受電側装置とを互いに接続して、それぞれの装置に包含されている非接触給電機能の電力送出部と非接触受電機能の電力受入れ部との相対的位置関係を固定する機構あるいは構造を有しており、その固定された相対的位置関係において電力の送受が所定の機能または性能を発揮することを特徴とする組となる装置群において、
当該電力送出部と当該電力受入れ部とが所定の相対的位置関係に固定されたことを検出する第１の機能があり、当該第１の機能で所定の相対的位置関係に固定されたことが検出されなければ、前記電力送出部が非接触で電力の伝送を行わないようにし、更に当該電力送出部と当該電力受入れ部とが所定の相対的位置関係での固定から外れたことを検出する第２の機能があり、当該第２の機能で所定の相対的位置関係での固定から外れたことが検出されたら、前記電力送出部は非接触による電力の伝送を停止するようにし、
しかも前記第１の機能と前記第２の機能を有する第１の回路として、非接触給電機能を包含する送電側装置に近接センサを配置し、非接触受電機能を包含する受電側装置に当該近接センサを作動させる物を配置させて、前記物が前記近接センサに近接すると第１機能が生起し、又前記物が近接センサから遠ざかると第２機能が生起する回路を採用して実現させる、組みとなる装置群。

【請求項4】

非接触給電機能を包含する送電側装置と、非接触給電機能に対応する非接触受電機能を包含する受電側装置とがあり、これらを対にして電力を送受する組となる装置群であって、送電側装置と受電側装置とを互いに接続して、それぞれの装置に包含されている非接触給電機能の電力送出部と非接触受電機能の電力受入れ部との相対的位置関係を固定する機構あるいは構造を有しており、その固定された相対的位置関係において電力の送受が所定の機能または性能を発揮することを特徴とする組となる装置群において、
当該電力送出部と当該電力受入れ部とが所定の相対的位置関係に固定されたことを検出する第１の機能があり、当該第１の機能で所定の相対的位置関係に固定されたことが検出されなければ、前記電力送出部が非接触で電力の伝送を行わないようにし、当該電力送出部と当該電力受入れ部とが所定の相対的位置関係での固定から外れたことを検出する第２の機能があり、当該第２の機能で所定の相対的位置関係での固定から外れたことが検出されたら、前記電力送出部が非接触による電力の伝送を停止するようにし、
しかも前記第１の機能と前記第２の機能を有する第２の回路として、非接触給電機能を包含する送電側装置に当該装置外に向けて発射する光送出器と当該装置外から光の入射を検出する受光器とを設け、また同時に非接触受電機能を包含する受電側装置側に一つあるいは複数の反射鏡又は光ファイバを設けて光路を成す構成のものとし、
前記第２の回路で非接触給電機能を包含する送電側装置と非接触受電機能を包含する受電側装置とが正しい相対的位置関係に固定された時のみ、当該光送出器から発射される光が前記反射鏡又は光ファイバを設けた光路を介して当該受光器で受光されるようにすることを利用して実現する、組みとなる装置群。

【請求項5】

前記第２の回路の非接触受電機能を包含する受電側装置に設ける一つあるいは複数の反射鏡で形成される光路の全部又は一部を、導光路を用いて形成する、請求項４に記載の組みとなる装置群。

【請求項6】

前記第１の回路の前記近接センサと前記近接センサを作動させる前記物との組合せに加えて、前記送電側装置に光送出器を設け、又前記受電側装置に前記光送出器からの光を受光する受光器とその光路とを設け、前記近接センサと前記物とを組み合せ、その内の検出された組合せのパターン若しくは順序又はこれらの組合せによって、非接触給電の制御を行うことを特徴とする、請求項３に記載の組みとなる装置群。

【請求項7】

非接触給電機能を包含する前記送電側装置の電力送出部と、非接触受電機能を包含する前記受電側装置の電力受入れ部それぞれに、電力送受用誘導コイルと同誘導コイルが巻回され且つコア両端が開放されたＣ字状又はＵ字状のコアとを透磁性の防水ケーシングに封入するとともに、前記防水ケーシングを水に濡れる近接した前記相対的位置に設けるとともに、一方又は両方の前記防水ケーシングに封入された前記コアの端部からケーシング外側に延長させて水に濡れる外コア部を設け、しかも前記防水ケーシングを近接させて前記相対的位置に固定されると前記外コア部が前記各防水ケーシング内のＣ字状又はＵ字状のコア端をつないで閉じたコアを形成して送電効率を高めるようにした、請求項１〜６いずれか記載の組みとなる装置群。

【請求項8】

前記受電側装置には接続された負荷に供給する電力の電圧に対応した周波数の光パルスを送出する機能を備え、前記送電側装置には送出された光パルスを受光する機能を備え、しかも受光した光パルスの単位時間あたりのパルス数によって送出する高周波電力の量をパルス数が多いと電力量を減らすように増減する負帰還制御部を備えて構成された受電電圧の安定制御回路を有し、前記安定制御回路によって前記受電側装置が負荷に送出する電力の電圧を一定（目標値）に保つことに特徴を持つ、請求項１〜７いずれか記載の組みとなる装置群。

【請求項9】

前記受電側装置には接続された負荷に供給する電力の電圧に対応した周波数の光パルスを送出する機能を備え、送電側装置には送出された光パルスを受光する機能を備え、しかも受光した光パルスの単位時間あたりのパルス数によって受電側装置の異常を検知し、異常であれば送電装置が送出する高周波電力をカットオフする機能を備えた受電側装置の異常対応回路を有する、請求項１〜８いずれか記載の組みとなる装置群。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属接点を用いず電気的に非接触で電力を伝送する給電システムを構成するコネクタに実装する安全機構及び電力の伝送の効率を高める構造に関する。特に、海面・海中あるいは水濡れする場所での非接触給電技術に関する。

【背景技術】

【0002】

電力等の伝送において、金属接点を持つ接続部品は、錆びや漏電などの問題点があるため、海面や海水中、あるいは水濡れが心配される場所での利用に制限がかかる。

【0003】

最近注目を集めている非接触給電に関連する技術は、利用者の利便性向上を優先しているため、給電側装置と受電側装置との位置関係が多少ズレても、安全に、かつ確実に非接触給電できることに特徴がある。その結果、非接触給電の電力効率の向上よりも、給電側装置と受電側装置との距離を伸ばすことが優先される傾向がある。その典型的な例である電気自動車への非接触給電（充電）においては、その給電（充電）の安全な開始と停止に、無線通信を用いた制御が利用されることが多い。

【0004】

また一部においては、給電側装置と受電側装置とを近接して位置決めし、目的の非接触給電機能を提供するものも見受けられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００４−１６６４５９号広報

【特許文献2】特開２０１７−１０３８５８号公報

【特許文献3】特開２０１７−０４６５７８号公報

【特許文献4】特開２００９−２２８３９６号広報

【特許文献5】特開２００９−２４００９９号公報

【特許文献6】特開２０１７−１７５８０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１の発明は、水中ロボット等に利用できる非接触給電システムに関するものであり、給電側装置と受電側装置とが互いに所定の位置関係にある時にのみ、非接触給電を行えるよう制御していることに特徴を持つ。これは、非接触給電の給電側装置と受電側装置とを自動接続することなどを想定してなされた発明であると推察されるが、水中ロボット等の揺動や海流などの影響がある場合、接続部が不安定となり、思うように非接触給電の継続をすることができない問題が生じることに、容易に想到する。

【0007】

特許文献２の発明は、水濡れが想定される場所で使用することを前提とした非接触給電システムに関するものであり、前記特許文献１の発明の場合と同様に、給電側装置と受電側装置とが互いに所定の位置関係にある時にのみ、非接触給電を行えるよう制御していることに特徴を持つ。当該特許文献２の発明の場合も、給電側装置と受電側装置とが互いに所定の位置関係にあることのみに着目しており、これらの装置が振動や揺動がある場所で使用されることまでをも考慮されていない。従って、これらの装置が振動や揺動がある場所で使用された場合、接続部が不安定となり、思うように非接触給電の継続をすることができない問題が生じることに、容易に想到する。

【0008】

特許文献３の発明は、給電側装置と受電側装置とが互いに所定の位置関係に固定する機構あるいは構造を有しており、その相対的位置関係において電力の送受が所定の機能または性能を発揮することを特徴とする、非接触給電システムに関するものである。当該特許文献３の発明には、その特徴によって給電側装置と受電側装置とが互いに所定の位置関係に固定されるが、固定されたことを検知して安全に装置を作動させる機能、あるいは固定が外れたことを、若しくは外れることを検知して安全に装置を停止させる機能が明示されていない。

【0009】

以上のように先行技術は、海中や水濡れのある環境下において非接触給電を実現するため、電力を送る側の装置と受け取る側の装置との相対的位置関係などを検出して装置の作動状況を制御するもの、同相対的位置関係を固定することで相対的位置関係の検知を不要とするものである。

【0010】

このように、電力を送る側の装置と受け取る側の装置との相対的位置関係を固定状態にしたこと、又は固定状態を解放すること若しくは解放したことを検知して、電力の非接触伝送を制御する方法あるいは装置を示す技術文献はない。

【0011】

特許文献４の発明は、非接触給電を受ける受電側装置に繋がる負荷の作動状態を識別し、受電側装置に繋がる負荷装置の待機時には比較的小さな電力を送るようにし、受電側装置に繋がる負荷装置が所望の作動時には比較的大きな電力を送るようにすることで、無駄な消費電力を減らすための工夫をしているものである。このため、フィードバック信号として、受電側装置から送電側装置に受電側装置に繋がる負荷装置状態を通知しているにすぎず、負荷がダイナミックに変動したときに負荷装置に安定した電圧供給を実現するものではない。

【0012】

特許文献５の発明は、非接触給電を受ける受電側装置に含まれる機能によって、負荷への出力電圧と基準電圧（目標電圧）との差分を光パルスのデューティ比で給電側装置に伝達する。そして、このデューティ比を一定に保つように給電側装置の送出電力を制御することで、受電側装置から負荷に供給される電圧を一定に保つものである。この方式を、海面や海水中、あるいは水濡れが心配される場所（空気中）など、条件の異なる場所で使用した場合、光パルスの伝達条件が一定せず、光を送出した際のデューティ比と、それを検出した際のデューティ比とが異なる恐れがあり、結果として受電側装置から負荷に供給される電圧が安定しないことが予測される。

【0013】

特許文献６の発明は、受電側装置から給電側装置へのフィードバック信号を、いわゆるパケット通信を用いて伝達する方法を開示している。パケット通信を行うことは、通信の安定性の面では優れていると言えるが、情報のフレーミング処理や、受信したパケットからの情報の取り出しなど、応答性の良いフィードバックが実現できるとは考えがたい。

【0014】

以上のように先行技術は、非接触給電において受電側装置から給電側装置へのフィードバック機能を開示するものであるが、特定用途において出力を安定させるもの、空気中のように安定した使用環境において正常機能するもの、パケット通信の様な複雑な通信機能を使用するものである。

【0015】

このように、非接触給電に係る装置が、海面や海水中、あるいは水濡れが心配される場所（空気中）、さらにはこれらの場所間を移動しながら利用されるケースなどを想定した場合にも安定して利用できる、受電側装置から給電側装置へのフィードバック機能を示す技術文献はない。

【0016】

本発明が解決しようとする課題は、給電側装置と受電側装置とが互いに所定の相対的位置関係に固定する機構あるいは構造を有しており、その相対的位置関係において電力の送受が所定の機能または性能を発揮することを特徴とする非接触給電システムにおいて、電力を送る側の装置と受け取る側の装置との相対的位置関係を固定状態にしたこと、又は固定状態を解放すること若しくは解放したことを検知して、効率的な電力の非接触伝送を制御する方法やその装置の構成及びコアを介しての給電効率を高める構造を提供することにある。
本発明が解決しようとする更なる課題は、非接触給電に係る装置が、海面や海水中、あるいは水濡れが心配される場所、さらにはこれらの場所間を移動しながら利用される場合なども想定し、利用条件が変動しても受電側装置から給電側装置へのフィードバックが安定して行われ、受電側装置が負荷に供給する電圧を安定制御する装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0017】

かかる課題を解決した本発明の構成は、
１） 非接触給電機能を包含する送電側装置と、非接触給電機能に対応する非接触受電機能を包含する受電側装置とがあり、これらを対にして電力を送受する組となる装置群であって、送電側装置と受電側装置とを互いに接続して、それぞれの装置に包含されている非接触給電機能の電力送出部と非接触受電機能の電力受入れ部との相対的位置関係を固定する機構あるいは構造を有しており、その固定された相対的位置関係において電力の送受が所定の機能または性能を発揮することを特徴とする組となる装置群において、
当該電力送出部と当該電力受入れ部とが所定の相対的位置関係に固定されたことを検出する第１の機能があり、当該第１の機能で所定の相対的位置関係に固定されたことが検出されなければ、前記電力送出部が非接触で電力の伝送を行わないようにすることに特徴を持つ、組みとなる装置群
２） 非接触給電機能を包含する送電側装置と、非接触給電機能に対応する非接触受電機能を包含する受電側装置とがあり、これらを対にして電力を送受する組となる装置群であって、送電側装置と受電側装置とを互いに接続して、それぞれの装置に包含されている非接触給電機能の電力送出部と非接触受電機能の電力受入れ部との相対的位置関係を固定する機構あるいは構造を有しており、その固定された相対的位置関係において電力の送受が所定の機能または性能を発揮することを特徴とする組となる装置群において、
当該電力送出部と当該電力受入れ部とが所定の相対的位置関係での固定から外れたことを検出する第２の機能があり、当該第２の機能で所定の相対的位置関係での固定から外れたことが検出されたら、前記電力送出部は非接触による電力の伝送を停止するようにすることに特徴を持つ、組みとなる装置群
３） 非接触給電機能を包含する送電側装置と、非接触給電機能に対応する非接触受電機能を包含する受電側装置とがあり、これらを対にして電力を送受する組となる装置群であって、送電側装置と受電側装置とを互いに接続して、それぞれの装置に包含されている非接触給電機能の電力送出部と非接触受電機能の電力受入れ部との相対的位置関係を固定する機構あるいは構造を有しており、その固定された相対的位置関係において電力の送受が所定の機能または性能を発揮することを特徴とする組となる装置群において、
当該電力送出部と当該電力受入れ部とが所定の相対的位置関係に固定されたことを検出する第１の機能があり、当該第１の機能で所定の相対的位置関係に固定されたことが検出されなければ、前記電力送出部が非接触で電力の伝送を行わないようにし、更に当該電力送出部と当該電力受入れ部とが所定の相対的位置関係での固定から外れたことを検出する第２の機能があり、当該第２の機能で所定の相対的位置関係での固定から外れたことが検出されたら、前記電力送出部は非接触による電力の伝送を停止するようにし、
しかも前記第１の機能と前記第２の機能を有する第１の回路として、非接触給電機能を包含する送電側装置に近接センサを配置し、非接触受電機能を包含する受電側装置に当該近接センサを作動させる物を配置させて、前記物が前記近接センサに近接すると第１機能が生起し、又前記物が近接センサから遠ざかると第２機能が生起する回路を採用して実現させる、組みとなる装置群
４） 非接触給電機能を包含する送電側装置と、非接触給電機能に対応する非接触受電機能を包含する受電側装置とがあり、これらを対にして電力を送受する組となる装置群であって、送電側装置と受電側装置とを互いに接続して、それぞれの装置に包含されている非接触給電機能の電力送出部と非接触受電機能の電力受入れ部との相対的位置関係を固定する機構あるいは構造を有しており、その固定された相対的位置関係において電力の送受が所定の機能または性能を発揮することを特徴とする組となる装置群において、
当該電力送出部と当該電力受入れ部とが所定の相対的位置関係に固定されたことを検出する第１の機能があり、当該第１の機能で所定の相対的位置関係に固定されたことが検出されなければ、前記電力送出部が非接触で電力の伝送を行わないようにし、当該電力送出部と当該電力受入れ部とが所定の相対的位置関係での固定から外れたことを検出する第２の機能があり、当該第２の機能で所定の相対的位置関係での固定から外れたことが検出されたら、前記電力送出部が非接触による電力の伝送を停止するようにし、
しかも前記第１の機能と前記第２の機能を有する第２の回路として、非接触給電機能を包含する送電側装置に当該装置外に向けて発射する光送出器と当該装置外から光の入射を検出する受光器とを設け、また同時に非接触受電機能を包含する受電側装置側に一つあるいは複数の反射鏡又は光ファイバを設けて光路を成す構成のものとし、
前記第２の回路で非接触給電機能を包含する送電側装置と非接触受電機能を包含する受電側装置とが正しい相対的位置関係に固定された時のみ、当該光送出器から発射される光が前記反射鏡又は光ファイバを設けた光路を介して当該受光器で受光されるようにすることを利用して実現する、組みとなる装置群
５） 前記第２の回路の非接触受電機能を包含する受電側装置に設ける一つあるいは複数の反射鏡で形成される光路の全部又は一部を、導光路を用いて形成する、前記４）に記載の組みとなる装置群
６） 前記第１の回路の前記近接センサと前記近接センサを作動させる前記物との組合せに加えて、前記送電側装置に光送出器を設け、又前記受電側装置に前記光送出器からの光を受光する受光器とその光路とを設け、前記近接センサと前記物とを組み合せ、その内の検出された組合せのパターン若しくは順序又はこれらの組合せによって、非接触給電の制御を行うことを特徴とする、前記３）に記載の組みとなる装置群
７） 非接触給電機能を包含する前記送電側装置の電力送出部と、非接触受電機能を包含する前記受電側装置の電力受入れ部それぞれに、電力送受用誘導コイルと同誘導コイルが巻回され且つコア両端が開放されたＣ字状又はＵ字状のコアとを透磁性の防水ケーシングに封入するとともに、前記防水ケーシングを水に濡れる近接した前記相対的位置に設けるとともに、一方又は両方の前記防水ケーシングに封入された前記コアの端部からケーシング外側に延長させて水に濡れる外コア部を設け、しかも前記防水ケーシングを近接させて前記相対的位置に固定されると前記外コア部が前記各防水ケーシング内のＣ字状又はＵ字状のコア端をつないで閉じたコアを形成して送電効率を高めるようにした、前記１）〜６）いずれか記載の組みとなる装置群
８） 前記受電側装置には接続された負荷に供給する電力の電圧に対応した周波数の光パルスを送出する機能を備え、前記送電側装置には送出された光パルスを受光する機能を備え、しかも受光した光パルスの単位時間あたりのパルス数によって送出する高周波電力の量をパルス数が多いと電力量を減らすように増減する負帰還制御部を備えて構成された受電電圧の安定制御回路を有し、前記安定制御回路によって前記受電側装置が負荷に送出する電力の電圧を一定（目標値）に保つことに特徴を持つ、前記１）〜７）いずれか記載の組みとなる装置群
９） 前記受電側装置には接続された負荷に供給する電力の電圧に対応した周波数の光パルスを送出する機能を備え、送電側装置には送出された光パルスを受光する機能を備え、しかも受光した光パルスの単位時間あたりのパルス数によって受電側装置の異常を検知し、異常であれば送電装置が送出する高周波電力をカットオフする機能を備えた受電側装置の異常対応回路を有する、前記１）〜８）いずれか記載の組みとなる装置群
にある。

【0018】

上記本発明の基本的な構成は、
給電側装置の送出部と受電側装置の受取り部などの対になる箇所同士を、簡単な機構で所定の位置に嵌合できる構造を持ち、
これら箇所同士が嵌合された時、それぞれの装置に内包される、非接触給電の送電機能部と受電機能部の空間伝送に係る部材間の相対的位置関係が、所定の状態に納まる装置の組合せであり、
さらには、嵌合状態にあることだけでなく嵌合状態で固定されたことを検出する機能と、固定状態を解放すること若しくは解放したことを検知して、電力の非接触伝送を制御する機能が合わさったものである。
更に、給電側装置内の誘導コイルのコアと受電側装置内の誘導コイルのコアが近接した位置で、近接した各装置内のコア間の間隙を可及的に短くする外コアを配置することで給電効率を高める構造にある。
上記構成に加え、更なる課題を解決した基本的な構成は、
受電側装置には電圧周波数変換（Ｖ／ｆ変換）機能と、その周波数に従ったパルス発光する部分を備え、
給電側装置には受光した光パルスを電気的なパルス信号に変換する機能と、その電気的なパルス信号の単位時間あたりのパルス数を利用して、送出する高周波電力の電力（電圧）を増減する負帰還制御部を備え、
これらの機能を統合することで、結果として、受電側装置が負荷に送出する電力の電圧を適正値（目標値）に保つものである。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、海面や海中、あるいは水濡れが心配される場所において、非接触給電技術を用いて、簡便かつ確実に安定した電力の伝送をする方法やその装置の提供を可能にする。
特に非接触給電では、高周波電力を空間を介して送受することが多い。送電部と受電部とが嵌合する前に送電を始めたり、送電部と受電部とが意図せず離脱した時に即時に送電を停止しなければ、開放空間に不要な電磁放射をまき散らすことになる。このような問題を解決できる効果もある。
又、送電部と受電部内にある対向する誘導コイルのコアの間の間隙を短くする外コアを配置することでコアを介しての給電効率を高くする。
特に非接触給電において、受電側装置に繋がる負荷がダイナミックに変動する場合であっても、その負荷に供給される電力の電圧が一定に保たれる効果がある。
また、負荷が最小の時、言い換えれば無負荷の時、何の対策もこうじなければ、受電側装置からの出力電圧は極端に大きくなることが容易に推測できる。この場合であっても、本発明によって適正な電圧値に保たれることとなり、異常な高電圧を発生させないなどの効果もある。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１は本発明の基本構成を示す説明図である。

【図2】図２は本発明の実施例１に係る説明図である。

【図3】図３は本発明の実施例２に係る説明図である。

【図4】図４は本発明の実施例３に係る、１つ目の説明図である。

【図5】図５は本発明の実施例３に係る、２つ目の説明図である。

【図6】図６は本発明の実施例３に係る、３つ目の説明図である。

【図7】図７は実施例１〜３における誘導コイルのコアを相対的位置において閉じたコアにするコア構造を示す説明図である。

【図8】図８は実施例１〜３に設けた安定制御回路の回路例を示す回路図である。

【図9】図９は実施例１〜３に設けた異常対応回路の回路例を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本発明の相対的位置の検出機能としては、図２に示す第１回路の如く磁石と磁石で感応する近接スイッチとで検出する方法と、図３〜６に示すように発光器・受光器・光ファイバ・鏡等を用いる第２回路の方法があり、使用目的・環境に応じて適切なものを採用する。

【実施例】

【0022】

図を用いて、実施例などを説明する。

【0023】

まずは図１を用いて、本発明の基本構成について説明する。
図１中の凹型で囲まれた領域（主に左側）は給電側装置１を示し、同じく凸型で囲まれた領域（主に右側）は受電側装置２を示している。
給電側装置１は、整流回路１０、電力制御回路１１、誘導コイル１２、伝送開始あるいは伝送停止の制御部１３、固定あるいは解放の検出部１４などを内包して構成される。左端に記載されている電気記号（交流電圧源の記号）は外部の電源１５を表現している。又、Ｘは給電側装置１の電力送出部で、防水ケーシング４２内にコア４２０とこれに巻回した誘導コイル１２を封入している。
受電側装置２も同様に、誘導コイル２０、整流回路２１、固定あるいは解放の検出補助部２２などを内包して構成される。右端に記載されている電気記号（Ｒｚ）は外部の負荷２３を表現している。又、Ｙは受電側装置２の電力受入れ部で、防水ケーシング４１内にコア４１０とこれに巻回した誘導コイル２０を封入し、更にケーシング４１の外側にコア４１０と連続した外部コア４１１を有している。
なお、これらの構成は、電気系の記述で良く用いられるブロック図であり、具体的な構成は様々である。従って、この記載内容に限定されるものではない。
また、図を分かりやすく記載しているため、凹と凸との嵌合部分は密接させていないが、実際の使用においては、適切な嵌合処理と締結処理がなされるものである。

【0024】

この図において、電力の伝送について説明すれば、以下のとおりである。
給電側装置１では、受け取った（送るべき）電力を整流し、一旦、直流とする。その上で、電力制御回路１１において所望の高周波電力に変換する。この高周波電力は、誘導コイル１２へと供給される仕組みである。なお、実際に高周波電力に変換して誘導コイル１２に供給するか否かは、伝送開始あるいは伝送停止の制御部１３で制御する。
伝送開始あるいは伝送停止の制御部１３では、給電側装置１に内包する固定あるいは解放の検出部１４と、相対する受電側装置２に内包する固定あるいは解放の検出補助部２２との位置関係から発せられる情報の信号を受取り、給電側装置１と受電側装置２とが適切に嵌合および締結されている場合、電力伝送の開始を指示する信号を発する。
給電側装置１で電力伝送の開始を指示する信号が発せられた時、給電側装置１に内包される誘導コイル１２と、受電側装置２に内包される誘導コイル２０との位置関係は、適切なものとなっている。このため、給電側装置１に内包される誘導コイル１２に供給された高周波電力は、受電側装置２に内包される誘導コイル２０に対して相互誘導作用を成す。
受電側装置２では、相互誘導作用によって、誘導コイル２０に誘導起電力が発生する。そして、負荷２３（Ｒｚ）の影響を受けた所定の電流が流れることとなる。受電側装置２の整流回路２１は、負荷２３の種類や構成によって不要な場合もあるが、ここでは直流にしてから負荷に電力を供給する場合の図を示している。
また、給電側装置１に内包する固定あるいは解放の検出部１４と、相対する受電側装置２に内包する固定あるいは解放の検出補助部２２との位置関係から発せられる情報の信号を受けた伝送開始あるいは伝送停止の制御部１３が、給電側装置１と受電側装置２の締結状態あるいは固定状態が解放されるあるいは解放されたと判断した場合、伝送開始あるいは伝送停止の制御部１３から伝送停止を指示する信号が発せられる。このとき、直ちに電力の伝送が停止される。

【0025】

図７は実施例１〜３で共通のコア連接構造である。給電側装置１の防水ケーシング４２内の電力送出部Ｘと受電側装置２の防水ケーシング４１内の電力受入れ部Ｙの相対的位置の嵌合前と嵌合後のコアの接続状態を示す図面であり、電力送出部Ｘ内にはＣ字状のコア４２０とこれに巻回した誘導コイル１２とが封入され、又電力受入れ部Ｙ内にもＣ字状のコア４１０とこれに巻回した誘導コイル２０が封入されている。又、防水ケーシング４１内のコア４１０はケーシング外に突出した外部コア４１１を有している。電力送出部Ｘと電力受入れ部Ｙが相対的位置で嵌合すると、外部コア４１１がコア４１０，４２０との間の水中の間隙に入ってループしたコア路を形成し、電力伝達効率を高めている。

【0026】

以下、本発明の様々なバリエーションについて、実施例として説明する。

【0027】

（実施例１／図２参照）
図２は、本発明の特徴部分である給電側装置１と受電側装置２との嵌合状態と締結状態を検知して電力制御回路１１の機能を制御する部分について、実施例の一つを示している。
図２中の主に左側の領域は給電側装置１を示し、同じく右側の領域は受電側装置２を示している。また、主に下側は側面からの模式図であり、上側は上面からの一部の模式図である。
なお、これらの構成は、電気的なブロック図や機構的な概略図で示してあり、実際の回路構成や機械構成は様々である。あくまでも一つの実施例である。
この図で示している状態は、嵌合前の状態である。

【0028】

側面図上方にある留め具３は、抜差し蝶番等で構成してもよいが、引掛蝶番で例示している。また、固定あるいは解放の検出部１４に用いる近接センサとしては、磁気リードスイッチなどと称される近接スイッチ１６を、固定あるいは解放の検出補助部２２には磁気リードスイッチの近接スイッチ１６を作動させる磁石２５が実装されている。
給電側装置１と受電側装置２とを嵌合状態にするためには、まず、留め具３の引掛蝶番の位置を整合させ、装置同士を密着させる。この状態で近接スイッチ１６とこれに相対する磁石２５とが正しい位置関係になり、近接スイッチ１６が作動する。
次に側面図下方にある受電側装置２に取り付けた留め具３を給電側装置１の正しい位置に差し込んで固定することで、給電側装置１と受電側装置２との締結が行われると同時に、近接スイッチ１７とこれに相対する磁石２６とが正しい位置関係になり、近接スイッチ１７が作動する。
伝送開始あるいは伝送停止の制御部１３は、近接スイッチ１６の作動に続き近接スイッチ１７が作動したときのみ、電力制御回路１１の機能を発揮させる給電状態にする。
一方、近接スイッチ１６または近接スイッチ１７のどちらかの作動が停止した時点で、伝送開始あるいは伝送停止の制御部１３は、締結状態あるいは嵌合状態が解放されたあるいは解放されると判断し、電力制御回路１１の機能を停止する。即ち、近接スイッチ１６，１７と磁石２５，２６とが第１機能と第２機能を有する例である。

【0029】

（実施例２／図３参照）
図３に示す実施例２は、固定あるいは解放の検出部１４と固定あるいは解放の検出補助部２２として実施例１の近接スイッチ１６と磁石２５及び近接スイッチ１７と磁石２６を使用した第１，２機能の第１の回路に代え、給電側装置１に光検出器１８，発光器１９を設け、受電側装置２に発光器１９からの光を受光し、その終端で光検出器１８に向けて受光した光を投光する光ファイバ２７（鏡を使用した光路でも可能）を使用し、第２の機能は図２の実施例１と同様に近接スイッチ１７と留め具３に取付けた磁石２６を使用した例である。
図３中の主に左側の領域は給電側装置１を示し、同じく右側の領域は受電側装置２を示している。また、主に下側は側面からの模式図であり、上側は上面からの一部の模式図である。
なお、これらの構成は、電気的なブロック図や機構的な概略図で示してあり、実際の回路構成や機械構成は様々である。あくまでも一つの実施例である。

【0030】

この実施例２では、給電側装置１と受電側装置２とを嵌合状態にするためには、まず、この引掛蝶番の位置を整合させ、装置同士を密着させる。この状態で発光器１９から送出された光が光ファイバ２７を通り、光検出器１８に到達する。この時、光の有無だけで嵌合状態にあることを検出しても良いし、外乱光で誤作動しないために、発光器１９から特定の明滅パターンの光を送出し、その明滅パターンと同一のパターンの光検出が有った時のみ嵌合状態にあることを検出しても良い。
次に側面図下方にある受電側装置２に取り付けた留め具３を給電側装置１の正しい相対的位置に差し込んで固定することで、給電側装置１と受電側装置２との締結が行われると同時に、近接スイッチ１７とこれに相対する磁石２６とが正しい位置関係になり、近接スイッチ１７が作動する。
伝送開始あるいは伝送停止の制御部１３は、発光器１９の光を受光した光検出器１８からの受光信号と前記の近接スイッチ１７からの嵌合信号を入力したときのみ、電力制御回路１１の機能を発揮させる状態にする。
一方、光検出器１８による嵌合状態検出の喪失または近接スイッチ１７の作動停止のどちらかが発生した時点で、伝送開始あるいは伝送停止の制御部１３は、締結状態あるいは嵌合状態が解放されたあるいは解放されると判断し、電力制御回路１１の機能を停止する。

【0031】

（実施例３／図４〜６参照）
図４と図５と図６は、実施例３として、複数の近接スイッチ１６と磁石２６の組合せで第１，２機能を有する第２の回路で非接触給電の制御を行う事例を示している。
これらの図は、実施例１あるいは実施例２で説明した嵌合状態の検出部分に特化して示されており、その外の構成要素はこの実施例の説明の本質ではないので省略している。
図４から図６までの左側に示されている給電側装置１の複数の近接スイッチ１６は全て共通である。同じく図４から図６までの右側に示されている受電側装置２に内包する磁石２５，２６部分は、磁石ａと磁石ｂの実装の有無と位置によって３パターンが存在する。
このとき、給電側装置１では、近接スイッチ１ａ（１６）と近接スイッチ１ｂ（１６）の作動状況を検知することで、どの受電側装置２が嵌合されたかを識別することができる。
このことによって、給電側装置１の最大給電可能電力の大きさを制御するなど、の機能を盛り込むことが可能となる。

【0032】

（安定制御回路と異常対応回路）
図８，９を用いて、実施例１〜３における安定制御回路Ａと異常対応回路Ｂの回路例を説明する。

【0033】

まずは図８，９を用いて、本発明の基本構成について説明する。
図８，９中の縦に描画された破線の左側の領域は給電側装置１を示し、右側の領域は受電側装置２を示している。
給電側装置１は、整流回路１０、ＰＦＣ回路１０１、電力制御回路１１（高周波電力変換部）、誘導コイル１２、負帰還制御部１０２、パルス検出器１０３、光検出器１８（フォトダイオードなど）などを内包して構成される。左端に記載している電気記号（交流電圧源の記号）は外部の電源を表現している。
受電側装置２も同様に、誘導コイル２０、整流回路２１、電圧周波数変換部２０１（Ｖ／ｆ変換器）、発光器２０２（発光ダイオードなど）などを内包して構成される。右端に記載されている電気記号（Ｒｚ）は外部の負荷を表現している。
なお、これらの構成は、電気系の記述で良く用いられるブロック図であり、具体的な構成は様々である。従って、この記載内容に限定されるものではない。

【0034】

また、図を分かりやすく記載しているため、図７の防水ケーシングや物理的な配置図などは記載していないが、給電側装置１に含まれる誘導コイル１２，コア４２０と受電側装置２に含まれる誘導コイル２０，コア４１０，外部コア４１１との位置関係は適切なものに保たれ、同時に、受電側装置２に内包される発光器２０２と給電側装置１に内包される受光器１８との位置関係も適切なものに保たれているものとする。

【0035】

この図において、電力の伝送について説明すれば、以下のとおりである。
給電側装置１では、受け取った（送るべき）電力を整流し、一旦、直流とする。その上で、ＰＦＣ回路１０１によって高周波電力変換部２０１に必要な電圧まで昇圧する。そして、高周波電力変換部２０１において所望の高周波電力に変換する。この高周波電力は、誘導コイル１２へと供給される仕組みである。なお、ＰＦＣ回路１０１による昇圧の程度は、負帰還制御部１０２からの制御量によって決定する。
受電側装置２では、相互誘導作用によって、誘導コイル２０に誘導起電力が発生する。そして、負荷（Ｒｚ）の影響を受けた所定の電流が流れる、所定の電圧が発生することとなる。受電側装置２の整流回路２１は、負荷の種類や構成によって不要な場合もあるが、ここでは直流にしてから負荷に電力を供給する場合の図を示している。
さらに、受電側装置２に内包される電圧周波数変換部２０１では、受電側装置２が負荷に送り出している電力の電圧に応じた周波数の信号を作り出す。そして、その周波数に一致したパルス信号によって、受電側装置２に含まれる発光器をパルス発光させる。
給電側装置１に内包される受光器１８とパルス検出器１０３は、受けたパルス光を電気的なパルス信号に変換し、そのパルス周期やパルス周波数を基に、受電側装置２が負荷（Ｒｚ）に送り出している電力の電圧を推定する。そして、推定した受電側装置２が負荷（Ｒｚ）に送り出している電力の電圧を適正値（目標値）に持って行くよう、ＰＦＣ回路１０１の昇圧機能を働かせるのに適量の制御量を負帰還制御部１０２が算定して、その制御量を指示する。
これらの一連の機能によって、受電側装置２が負荷（Ｒｚ）に送り出している電力の電圧が一定に保たれる。

【0036】

以下、実施例を説明する。なお、実施例を説明するにあたり、局所的に具体的な数値や代数式を用いるが、これらの数値や代数式によって発明の内容が限定されるものではない。

【0037】

図８，９は、本発明の実施例の第２回路の安定制御回路Ａと異常対応回路Ｂを示している。
基本的な作動内容は、前述の本発明の基本構成のとおりである。ここでは、電気回路等を構成するにあたり、ある程度具体的な値（数値）を加味して説明を加える。
まず、受電側装置２が負荷Ｒｚに供給する電力の電圧（Ｖout）の定格値を直流Ｅ［Ｖ］とする。そして、電圧周波数変換部２０１（Ｖ／ｆ変換）では、出力周波数ｆ［Ｈｚ］として、
ｆ＝ｆo＋ａ（Ｖout−Ｅ） （ただし、Ｖmin≦Ｖout≦Ｖmax のとき）
ここで、 Ｖout＝Ｖminのとき ｆ＝ｆo＋ａ（Ｖmin−Ｅ） を ｆmin とする。
Ｖout＝Ｖmaxのとき ｆ＝ｆo＋ａ（Ｖmax−Ｅ） を ｆmax とする。
を出力する。なお、
Ｖout＜Ｖmin または Ｖout＞Ｖmax のとき、 ｆ＝０
とする。また、ｆo は、出力電圧が定格値Ｅ［Ｖ］の時の周波数値である。
受電側装置２に内包される発光器２０２では、周波数ｆのパルス光を発する。なお、ｆ＝０の時は、発光を停止する。

【0038】

パルス光を受光した給電側装置１に内包される受光器１８とパルス検出器１０３は、電気的なパルス信号に変換する。そしてカウンタ１０４では、その電気的なパルス信号を計数する。
負帰還制御部１０２は、一定周期でカウンタ１０４から計数値を読み出し、同時に計数値を０リセットする。そして、この読み出した計数値を読み出しの周期で除すれば、一定周期間で平滑化処理されたパルス光の周波数ｆ’ を知ることができる。この周波数ｆ’ がｆo よりも小さければ、ＰＦＣ回路１０１に伝達する制御量を現在値よりも段階的に増やし、周波数ｆ’ がｆo よりも大きければ、ＰＦＣ回路１０１に伝達する制御量を現在値よりも段階的に減少させる。
この制御量によってＰＦＣ回路１０１の昇圧機能を制御することで、結果として、受電側装置２が負荷に送り出している電力の電圧が一定に保たれる。
また、給電側装置１が正常に起動したにも関わらず、規定の時間内に適正な周波数範囲の光パルス（ｆmin≦ｆ≦ｆmax）が検出されない場合、受電側装置２が正常機能していない、あるいは受電側装置２に接続された負荷（Ｒｚ）に問題があると判断し、給電側装置１の作動を停止する。

【産業上の利用可能性】

【0039】

本発明は、海面や海中、あるいは水濡れのある環境において、さらには漏電防止、防爆目的など、金属接点を用いたくない場面で利用する、電力を簡便に、かつ確実・安全に伝送する方法の提供、およびその装置の製造方法などとして、産業に寄与する。

【符号の説明】

【0040】

１ 給電側装置
１０ 整流回路
１１ 電力制御回路
１２ 誘導コイル
１３ 伝送開始あるいは伝送停止の制御部
１４ 固定あるいは解放の検出部
１５ 外部の電源
１６，１７ 近接スイッチ
１８ 光検出器（受光器）
１９ 発光器
１０１ ＰＦＣ回路
１０２ 負帰還制御部
１０３ パルス検出器
１０４ カウンタ
２ 受電側装置
２０ 誘導コイル
２１ 整流回路
２２ 固定あるいは解放の検出補助部
２３ 負荷（Ｒｚ）
２４ 近接センサ
２５，２６ 磁石
２７ 光ファイバ
２０１ 電圧周波数変換部（高周波電力変換部：Ｖ／ｆ変換）
２０２ 発光器
３ 留め具
４１，４２ 防水ケーシング
４１０，４２０ コア
４１１ 外部コア
Ａ：安定制御回路
Ｂ：異常対応回路
Ｘ：電力送出部
Ｙ：電力受入れ部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】