特開 2023-59570 水中スイベル

(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】P2023059570

(43)【公開日】2023-04-27

(54)【発明の名称】水中スイベル

(51)【国際特許分類】

   H01R 39/00 20060101AFI20230420BHJP

   H02J 50/10 20160101ALI20230420BHJP

   B63B 21/66 20060101ALI20230420BHJP

   H01F 38/18 20060101ALI20230420BHJP

   H01R 13/523 20060101ALI20230420BHJP

【ＦＩ】

H01R39/00 Z

H02J50/10

B63B21/66

H01F38/18 D

H01F38/18 Q

H01R13/523

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021169660

(22)【出願日】2021-10-15

(71)【出願人】

【識別番号】504194878

【氏名又は名称】国立研究開発法人海洋研究開発機構

(74)【代理人】

【識別番号】100091443

【弁理士】

【氏名又は名称】西浦 ▲嗣▼晴

(74)【代理人】

【識別番号】100130432

【弁理士】

【氏名又は名称】出山 匡

(72)【発明者】

【氏名】前田 洋作

【テーマコード（参考）】

5E087

【Ｆターム（参考）】

5E087LL03

5E087LL14

5E087MM05

5E087QQ01

5E087QQ03

5E087RR12

(57)【要約】

【課題】回転の起動トルクが小さく、また、絶縁油が不要な回転機構を備え、電力及び信号のうち少なくとも一方を伝達可能な水中スイベルを提供する。
【解決手段】水中スイベル１は、第１のスイベル分割ユニット３と第２のスイベル分割ユニット５とが仮想中心線ＩＬを中心として相対的に回転するように回転連結機構を介して連結され、ケース内には、第１のスイベル分割ユニット３と第２のスイベル分割ユニット５の間で電力及び信号のうち少なくとも一方を伝達する伝達回路を構成する部品が分散して配置されている。伝達回路は、電磁結合により非接触で電力及び信号のうち少なくとも一方を伝達する変成器（３５，３７，４１，４３）を含んでおり、変成器を含む部品に対しては防水対策がなされており、回転連結機構は、水を潤滑剤として使用し且つケース内に水が入るのを許容するように構成された水潤滑型の回転連結機構４９からなる。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のスイベル分割ユニットと第２のスイベル分割ユニットとが仮想中心線を中心として相対的に回転するように回転連結機構を介して連結され、
前記第１のスイベル分割ユニットの第１の分割ケース内と前記第２のスイベル分割ユニットの第２の分割ケース内には、前記第１のスイベル分割ユニットと前記第２のスイベル分割ユニットの間で電力及び信号のうち少なくとも一方を伝達する伝達回路を構成する部品が分散して配置されている水中スイベルであって、
前記伝達回路は、電磁結合により非接触で電力及び信号のうち少なくとも一方を伝達する変成器を含んでおり、
前記第１のスイベル分割ユニット及び第２のスイベル分割ユニット内にそれぞれ配置される前記変成器を含む部品に対しては防水対策がなされており、
前記回転連結機構は、水を潤滑剤として使用し且つ前記第１の分割ケース及び前記第２の分割ケース内にそれぞれ水が入るのを許容するように構成された水潤滑型の回転連結機構からなることを特徴とする水中スイベル。

【請求項2】

前記変成器は、
前記第１のスイベル分割ユニット側から前記第２のスイベル分割ユニット側へ電力を伝達する電力伝達回路の一部を構成し、電磁結合により非接触で電力を伝達する電力伝達用変成器と、
前記第１のスイベル分割ユニットと前記第２のスイベル分割ユニットの間で信号を伝達する信号伝達回路の一部を構成し、電磁結合により非接触で信号を伝達する信号伝達用変成器とを含んでいる請求項１に記載の水中スイベル。

【請求項3】

前記電力伝達用変成器は送電コイル及び受電コイルからなり、
前記信号伝達用変成器は第１の信号変成コイル及び第２の信号変成コイルからなり、
前記送電コイル及び受電コイルと前記第１の信号変成コイル及び第２の信号変成コイルは、前記仮想中心線に沿って並ぶように配置されており、
前記第１の分割ケース内には前記仮想中心線を中心にして相対的に回転するように前記送電コイル及び受電コイルが対向するように配置されており、
前記第１の分割ケース内の前記回転連結機構側の端部には前記第１の信号変成コイルが装着され、
前記第２の分割ケース内の前記回転連結機構側の端部には前記第２の信号変成コイルが前記第１の信号変成コイルと対向するように配置されており、
前記受電コイルが、前記仮想中心線に沿って前記第２のスイベル分割ユニットから延びる連結部材によって前記第２のスイベル分割ユニットと一緒に回転するように連結されていることを特徴とする請求項２に記載の水中スイベル。

【請求項4】

前記受電コイルからの変換電力は前記連結部材内を延びる電力線を介して前記第２のスイベル分割ユニット内に導入される請求項３に記載の水中スイベル。

【請求項5】

前記水潤滑型の回転連結機構は、
前記第１の分割ケースの前記端部に固定された外輪及び内輪のうちの一方と、
前記第２の分割ケースの前記端部に固定された前記外輪及び前記内輪のうちの他方と、
前記外輪と前記内輪との間に配置された複数の転動体からなる水潤滑型のベアリングからなる請求項１乃至４のいずれか１項に記載の水中スイベル。

【請求項6】

前記第１のスイベル分割ユニットは、受電した直流電力を交流電力に変換し、前記送電コイルに伝達する直交変換回路を内蔵した第１の耐圧容器を内蔵しており、
前記第２のスイベル分割ユニットは、前記受電コイルが受電した前記交流電力を直流電力に変換する交直変換回路を内蔵した第２の耐圧容器を内蔵している請求項３乃至５のいずれか１項に記載の水中スイベル。

【請求項7】

前記第１のスイベル分割ユニットは、受電した直流電力を降圧して、前記直交変換回路に伝達する降圧回路を前記第１の耐圧容器に内蔵している請求項６に記載の水中スイベル。

【請求項8】

前記電力伝達回路は、前記送電コイルを含む電力送電回路と、前記受電コイルを含む電力受電回路とから構成されており、
前記第１の信号変成コイルは、前記電力送電回路と直列接続されており、
前記第１の信号変成コイルに流れる前記直流電力に、前記第１の信号変成コイル及び前記第２の信号変成コイルの間で伝達される交流信号が重畳されている請求項６または７に記載の水中スイベル。

【請求項9】

前記第１のスイベル分割ユニットから延びる水中コネクタには、水中ケーブルを介して前記直流電力及び前記交流信号が送られており、
前記第２のスイベル分割ユニットから延びる水中コネクタには、受電した直流電力で動作し、交流信号を送受信する水中観測機器が接続されている請求項１乃至８のいずれか１項に記載の水中スイベル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水中にて、電力及び信号のうち少なくとも一方を伝達可能な水中スイベルに関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般的に「スイベル」とは、２本のケーブル等の紐状部材の間に配置して、スイベルの両端と紐状部材の接続点の回転運動を独立させる接続部品であり、「より戻し」とも呼ばれる。スイベルが無い状態では、回転により単純な接続部材の両端の紐状部材がよじれてしまうおそれがあるのに対して、スイベルがある状態では、スイベルの両端の回転が独立しているため、紐状部材がよじれてしまうことがない。「水中スイベル」は、水中での使用に耐えるスイベルである。例えば、水上に存在する船舶と、該船舶から投下されるＣＴＤ採水システム（電気伝導度（塩分）・水温・水深を計測し、任意の深度で採水する水中観測機器）を接続する水中ケーブルの間にスイベルを介在させ、ＣＴＤ採水システムの回転により水中ケーブルがよじれてしまうことを防いでいる。

【0003】

米国特許第５９８３８２１号公報（特許文献１）や実用新案登録第３１８１８７８号公報（特許文献２）に示されているように、従来の通信と給電が可能な水中スイベルは、スイベルの相対的に回転する２つの分割ケース内における電気的な接続にスリップリングを用いている。スリップリングは、一方の分割ケースに接続される第１の電線が接続されたリング（回転電極）と、他方の分割ケースに接続される第２の電線が接続されたブラシ（固定電極）を介して、これらが常に接触することで電力や信号を伝達するものである。

【0004】

水中でスリップリングを利用するためには、２つの分割ケースを組み合わせたケース内のスリップリングのリング及びブラシをケース周囲の雰囲気中の水と電気的に絶縁する必要がある。そのため、２つの分割ケースを相対的に回転可能に連結する回転連結機構のどこかにＯリング（オーリング）等を用いたシーリング部材を設けて、ケース内への水の浸入を防ぐ水密構造にする必要がある。

【0005】

また、回転連結機構の潤滑及び水圧に抗するために、回転連結機構内に絶縁油を充填する必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】米国特許第５９８３８２１号公報

【特許文献2】実用新案登録第３１８１８７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

Ｏリングを用いてシーリングをする場合、Ｏリングに加えた初期圧力により、回転機構に反作用の圧力が生じる。この反作用の圧力が、回転連結機構が回転する際の摩擦力を増大させるように働いてしまい、回転動作を妨げることになり、回転の起動トルクを増大させる。

【0008】

また、回転連結機構の内部に絶縁油を充填する場合、外側にかかる水圧よりも内部圧力を常に高くして浸水を防ぐ必要があり、温度や圧力による絶縁油の体積変化を補償する装置を備える必要がある。

【0009】

本発明の目的は、回転の起動トルクが小さくてすみ、また、絶縁油が不要な回転連結機構を備え、電力及び信号のうち少なくとも一方を伝達可能な水中スイベルを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の水中スイベルは、第１のスイベル分割ユニットと第２のスイベル分割ユニットとが仮想中心線を中心として相対的に回転するように回転連結機構を介して連結される。第１のスイベル分割ユニットの第１の分割ケース内と第２のスイベル分割ユニットの第２の分割ケース内には、第１のスイベル分割ユニットと第２のスイベル分割ユニットの間で電力及び信号のうち少なくとも一方を伝達する伝達回路を構成する部品が分散して配置されている。本発明では、伝達回路は、電磁結合により非接触で電力及び信号のうち少なくとも一方を伝達する変成器を含んでいる。第１のスイベル分割ユニット及び第２のスイベル分割ユニット内にそれぞれ配置される変成器を含む部品に対しては防水対策がなされている。回転連結機構は、水を潤滑剤として使用し且つ第１の分割ケース及び第２の分割ケース内にそれぞれ水が入るのを許容するように構成された水潤滑型の回転連結機構からなる。

【0011】

このように水潤滑型の回転連結機構を用いることで、回転連結機構を水密構造にすることなく、第１のスイベル分割ユニットに対して第２のスイベル分割ユニットを回転可能に連結することができる。そのため、従来に比べて、回転の起動トルクを小さく（具体的には、０．０５Ｎｍ以下に）することができる。また、非接触で電力及び信号のうち少なくとも一方を伝達する伝達回路を備えているため、電力及び信号のうち少なくとも一方の伝達が可能である。また、絶縁油等が不要であるため、雰囲気中の水への絶縁油の漏洩リスクがない。

【0012】

変成器は、電力及び信号のうち少なくとも一方を伝達するものであればよく、電力及び信号の双方を伝達するものであってもよいのは勿論である。変成器を電力及び信号の双方を伝達するものとする場合には、変成器は、第１のスイベル分割ユニット側から第２のスイベル分割ユニット側へ電力を伝達する電力伝達回路の一部を構成し、電磁結合により非接触で電力を伝達する電力伝達用変成器と、第１のスイベル分割ユニットと第２のスイベル分割ユニットの間で信号を伝達する信号伝達回路の一部を構成し、電磁結合により非接触で信号を伝達する信号伝達用変成器とを含むようにすることができる。

【0013】

このように電力と信号を２系統に分けることで、電力、信号伝送の電磁結合に用いる伝送周波数をそれぞれで選択できるので、電力及び信号についてそれぞれ伝送効率を最適化した回路構成が組める。特に信号伝送の場合、重視する通信条件（通信速度なのか距離なのか）に応じた変成器の選択ができるため、利便性が高まる。

【0014】

この場合の構成及び配置は任意とすることができる。例えば、電力伝達用変成器が送電コイル及び受電コイルからなり、信号伝達用変成器が第１の信号変成コイル及び第２の信号変成コイルからなるようにする場合には、送電コイル及び受電コイルと第１の信号変成コイル及び第２の信号変成コイルは、仮想中心線に沿って並ぶように配置すればよい。また、第１の分割ケース内には仮想中心線を中心にして相対的に回転するように送電コイル及び受電コイルが対向するように配置し、第１の分割ケース内の回転連結機構側の端部に第１の信号変成コイルを装着し、第２の分割ケース内の回転連結機構側の端部に第２の信号変成コイルが第１の信号変成コイルと対向するように配置すればよい。そして、受電コイルは、仮想中心線に沿って第２のスイベル分割ユニットから延びる連結部材によって第２のスイベル分割ユニットと一緒に回転するように連結すればよい。

【0015】

このようにすれば、第２の信号変成コイルは、第２の分割ケースに固定されているので、第２のスイベル分割ユニットとともに回転する。また、受電コイルは、連結部材に固定されていることで、第２のスイベル分割ユニットとともに回転する。

【0016】

受電コイルからの変換電力は連結部材内を延びる電力線を介して第２のスイベル分割ユニット内に導入されるようにしてもよい。

【0017】

水潤滑型の回転連結機構は、任意のものとすることができるが、例えば、第１の分割ケースの端部に固定された外輪及び内輪のうちの一方と、第２の分割ケースの端部に固定された外輪及び内輪のうちの他方と、外輪と内輪との間に配置された複数の転動体からなる水潤滑型のベアリングとすることができる。水潤滑型のベアリングとは、雰囲気中の水を潤滑剤として利用可能なベアリングのことである。このような水潤滑型のベアリングは、潤滑油を利用していないため、潤滑油の雰囲気中の水への漏洩リスクがなく、環境負荷が小さい。また、このような水潤滑型のベアリングを用いれば、水潤滑型の回転連結機構の軸方向の引張荷重に対する機械的強度を高めることができる。

【0018】

本発明の水中スイベルは、変成器を用いて電力を伝達するものであるため、伝達する電力が直流電力である場合には、交流電力に変換し、さらに、直流電力に変換する必要がある。このための構成は水中スイベルの他に用意するようにしてもよいが、本発明の水中スイベルが備えるようにしてもよい。この場合には、第１のスイベル分割ユニットは、受電した直流電力を交流電力に変換し、送電コイルに伝達する直交変換回路を内蔵した第１の耐圧容器を内蔵しており、第２のスイベル分割ユニットは、受電コイルが受電した交流電力を直流電力に変換する交直変換回路を内蔵した第２の耐圧容器を内蔵するようにすればよい。このようにすれば、水中スイベルがＤＣ－ＡＣインバータ→ＡＣ－ＤＣコンバータとしての役割も果たすことができるようになる。

【0019】

第１の耐圧容器及び第２の耐圧容器内には、他の回路等を内蔵してもよいのはもちろんである。例えば、第１のスイベル分割ユニットは、受電した直流電力を降圧して、直交変換回路に伝達する降圧回路を第１の耐圧容器に内蔵していてもよい。

【0020】

電力伝達回路は、送電コイルを含む電力送電回路と、受電コイルを含む電力受電回路とから構成されており、第１の信号変成コイルは、電力送電回路と直列接続されており、第１の信号変成コイルに流れる直流電力に、第１の信号変成コイル及び第２の信号変成コイルの間で伝達される交流信号が重畳されるようになっていてもよい。このようにすれば、簡単な構成により、第１の信号変成コイルに流れる直流電力に、第１の信号変成コイル及び第２の信号変成コイルの間で伝達される交流信号を重畳することができ、第１のスイベル分割ユニットに接続する接続導線の必要本数を２本にして、電力伝達及び双方向の信号伝達を行うことができる。

【0021】

本発明の水中スイベルの用途は限定されないが、一例として、水中で使用する観測用センサ等の水中観測機器を接続する水中ケーブルの間に介在させることができる。この場合、第１のスイベル分割ユニットから延びる水中コネクタには、水中ケーブルを介して直流電力及び交流信号が送られるようにして、第２のスイベル分割ユニットから延びる水中コネクタには、受電した直流電力で動作し、交流信号を送受信する水中観測機器を接続することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】水中ケーブルと観測用センサの接続に本発明の実施の形態の水中スイベルを用いた一例を示す図であり、（Ａ）は、水中スイベルを介して、水中ケーブルと観測用センサを接続した状態を示す斜視図であり、（Ｂ）は、その一部分解斜視図である。

【図2】本実施の形態の水中スイベルの分解斜視図である。

【図3】本実施の形態の水中スイベルの縦断面図である。

【図4】図３に示したＡ部分の部分拡大図である。

【図5】水中スイベルを水中ケーブル及び観測用センサに接続した状態を示す電子回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、図面を参照して、本発明の水中スイベルの実施の形態を詳細に説明する。図１（Ａ）及び（Ｂ）は、水中ケーブルとＣＴＤ採水システムの接続に本発明の水中スイベルを用いた一例を示す図である。図１（Ａ）は、水中スイベルを介して、水中ケーブルとＣＴＤ採水システムを接続した状態を示す図であり、（Ｂ）は、その分解斜視図である。

【0024】

水中ケーブルＵＣは、図示しない水上の船舶の甲板上に設置されたウインチから延びるアンビリカルケーブルであり、内部には、船舶からの電力及び信号を伝達する芯線（導線）が通っている。図１（Ａ）及び（Ｂ）では、水中ケーブルＵＣは、一方の端部のみを図示し、他は省略している。

【0025】

観測機器ＣＴＤは、電気伝導度（塩分）・水温・水深を計測し、任意の深度で採水する水中観測機器であり、船舶からの電力を受けて動作し、計測値結果をあらかじめ決められた通信信号に含めて船舶に伝送するとともに、船上からの指令により採水器を閉じて周囲の海水試料を採取するものである。

【0026】

水中スイベル１は、第１のスイベル分割ユニット３と第２のスイベル分割ユニット５から構成されている。第１のスイベル分割ユニット３の非連結側端部には、水中ケーブルＵＣの接続金具ＵＣ１が固定される固定金具７が設けられている。水中ケーブルＵＣの接続金具ＵＣ１は、端部に、間隔をあけて対向するように配置された一対の対向壁部ＵＣ２と、一対の対向壁部ＵＣ２に形成された一対の孔ＵＣ３，ＵＣ３を有している。一対の対向壁部ＵＣ２で固定金具７を挟んだ状態で、一対の孔ＵＣ３，ＵＣ３と、固定金具７に形成されたねじ孔７Ａを位置合わせして、これらの孔にボルト９Ａを挿入し、ボルト９Ａにワッシャ１１を介してナット９Ｂを螺合させることにより、接続金具ＵＣ１が固定金具７に固定されている。また、第１のスイベル分割ユニット３の非連結側端部からは、水中ケーブルＵＣの導線に電気的に接続された水中コネクタＵＣ４が接続される導線１５が延び出ている。導線１５の端部には水中コネクタ１６が接続されている。なお導線１５は、防水のために樹脂モールドされている。

【0027】

第２のスイベル分割ユニット５の非連結側端部には、観測機器ＣＴＤに固定されたシャックルＳＫが取り付けられる固定金具１７が設けられている。固定金具１７は、間隔をあけて対向するように配置された一対の対向壁部１７Ａと、一対の対向壁部１７Ａに形成された一対のねじ孔１７Ｂ，１７Ｂを有している。一対の対向壁部１７ＡでシャックルＳＫを挟んだ状態で、これらの孔１７Ｂ，１７Ｂに挿入されたボルト１９にワッシャ２３を介してナット２１を螺合させることにより固定金具１７がシャックルＳＫに固定されている。また、第２のスイベル分割ユニット５の非連結側端部には、観測機器ＣＴＤから延び出る導線に設けられた水中コネクタ２６に接続される導線２５が延び出ている。導線２５は、防水のために樹脂モールドされている。

【0028】

＜水中スイベル＞
図２は、水中スイベルの分解斜視図であり、図３は、水中スイベルの縦断面図であり、図４は、図３に示したＡ部分の部分拡大図であり、図５は、水中スイベル１を水中ケーブルＵＣ及び観測機器ＣＴＤに接続した状態における電子回路図である。なお、図３では、説明の便宜上、電子回路部分を、一部模式的に図示している。

【0029】

〔全体構成〕
上述のように、水中スイベル１は、第１のスイベル分割ユニット３と第２のスイベル分割ユニット５から構成されており、第１のスイベル分割ユニット３及び第２のスイベル分割ユニット５は、仮想中心線ＩＬ（図４）を中心として相対的に回転するように回転連結機構を介して連結されている。

【0030】

第１のスイベル分割ユニット３及び第２のスイベル分割ユニット５は、それぞれが円筒状のアルミ合金（Ａ６０６１－Ｔ６）製の第１の分割ケース２７及び第２の分割ケース２９を有している。第１の分割ケース２７と第２の分割ケース２９の中に、第１のスイベル分割ユニット３と第２のスイベル分割ユニット５の間で電力及び信号を伝達する伝達回路を構成する部品が分散して配置されている。本実施の形態では、伝達回路は、電磁誘導方式により非接触で電力を伝達する電力伝達用変成器３４と、電磁誘導方式により非接触で信号を伝達する信号伝達用変成器４４を有している。また、本実施の形態では、第１の分割ケース２７と第２の分割ケース２９内に電子回路を内蔵する第１の耐圧容器３１及び第２の耐圧容器３３を備えている。

【0031】

なお、本実施の形態では、第１の分割ケース２７及び第２の分割ケース２９内は、第１の耐圧容器３１及び第２の耐圧容器３３以外は雰囲気中の水が浸入可能になっている。

【0032】

〔ケース〕
第１の分割ケース２７は、筒状の本体を縦方向に二分した横断面形状が半円弧状を呈する一対のケースピース２７Ｘ，２７Ｘが組み合わされて構成されている。同様に、第２の分割ケース２９も、筒状の本体を縦方向に二分した横断面形状が半円弧状を呈する一対のケースピース２９Ｘ，２９Ｘが組み合わされて構成されている。第１の分割ケース２７の一対のケースピース２７Ｘ，２７Ｘの連結側の端部２７Ａと第２の分割ケース２９の一対のケースピース２９Ｘ，２９Ｘの連結側の端部２９Ａは、僅かな間隙を介して互いに対向するように配置されている。第１の分割ケース２７の一対のケースピース２７Ｘ，２７Ｘと第２の分割ケースの一対のケースピース２９Ｘ，２９Ｘには、それぞれねじタップが切られた穴ｈが形成され、これらの穴に図示しないボルトが挿入されて相互に固定されている。固定された第１の分割ケース２７の一対のケースピース２７Ｘ，２７Ｘと第２の分割ケースの一対のケースピース２９Ｘ，２９Ｘの間には、後述する水潤滑型ベアリング４９の外輪４９Ａと耐圧容器３１，３３が挟み込まれている。

【0033】

一対のケースピース２７Ｘ，２７Ｘの連結側の端部２７Ａの内壁面には、後述する水潤滑型ベアリング４９の外輪４９Ａと係合する円弧状の突出部２７Ｃがそれぞれ一体に形成されている。また一対のケースピース２９Ｘ，２９Ｘの連結側の端部２９Ａには、後述する水潤滑型ベアリング４９の内輪４９Ｂと係合する円弧状の突出部２９Ｄを一体に備えたフランジ部２９Ｃがそれぞれ一体に形成されている。水潤滑型ベアリング４９の存在により、第１の分割ケース２７と第２の分割ケース２９は、相互に回転可能に連結される。

【0034】

第１の分割ケース２７の非連結側の端部２７Ｂには、前述の固定金具７が固定され、また、第１の耐圧容器３１から延びる導線１５が延び出ている。第２の分割ケース２９の非連結側の端部２９Ｂには、前述の固定金具１７が固定され、また、第２の耐圧容器３３から延びる導線２５が延び出ている。

【0035】

〔第１の耐圧容器及び第２の耐圧容器〕
第１の耐圧容器３１及び第２の耐圧容器３３は、チタン合金（Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ）製で、水密構造になっており、内蔵する電子回路を雰囲気中の水から保護している。図３に示すように、第１の耐圧容器３１は、下側の円盤状のエンドキャップ３１Ａと、エンドキャップ３１Ａの縁部から立ち上がる円筒状の周壁部３１Ｂと、エンドキャップ３１Ａと対向する上側の円盤状のエンドキャップ３１Ｃを有している。エンドキャップ３１Ｃには、水中コネクタ１６が設けられた導線１５を第１の耐圧容器３１内に引き込む水中コネクタ３１Ｄ，３１Ｅが設けられており、また、エンドキャップ３１Ａには、第１の耐圧容器３１内の電子回路と後述の送電コイル３５を接続する水中コネクタ３１Ｆが設けられている（水中コネクタ３１Ｄと水中コネクタ３１Ｅを接続する導線、及び、水中コネクタ３１Ｆと送電コイル３５を接続する導線については、図示を一部省略している）。

【0036】

図３に示すように、第２の耐圧容器３３は、下側の円盤状のエンドキャップ３３Ａと、エンドキャップ３３Ａの縁部から立ち上がる円筒状の周壁部３３Ｂと、エンドキャップ３３Ａと対向する上側の円盤状のエンドキャップ３３Ｃを有している。エンドキャップ３３Ｃには、後述の受電コイル３７からの導線を第２の耐圧容器３３内に引き込む水中コネクタ３３Ｄが設けられている。本実施の形態では、エンドキャップ３３Ｃの上には、水中コネクタ３３Ｄの周囲を囲むガード３３Ｅが固定されている。また、エンドキャップ３３Ａには、第２の耐圧容器３３内の電子回路と水中コネクタ２６への導線２５を接続する水中コネクタ３３Ｆ，３３Ｇが設けられている（受電コイル３７と水中コネクタ３３Ｄを接続する導線、及び、水中コネクタ３３Ｆと水中コネクタ３３Ｇとを接続する導線については、図示を一部省略している）。

【0037】

〔電力伝達用変成器〕
図２、図３及び図４に示すように、電力伝達用変成器３４は、送電コイル３５及び受電コイル３７からなる。送電コイル３５は、仮想中心線ＩＬを中心にして、第１の耐圧容器３１のエンドキャップ３１Ａに対して固定状態にある。エンドキャップ３１Ａには、水中コネクタ３１Ｅ及び送電コイル３５を収容する下側に開口する有底筒状のガード３２が固定されている。このガードは、ＡＢＳ樹脂によって形成されている。このガード内は樹脂でモールドされており、送電コイル３５は雰囲気中の水から絶縁されている。

【0038】

受電コイル３７は、コイルホルダ３６に固定されている。コイルホルダ３６内は樹脂でモールドされており、受電コイル３７は雰囲気中の水から絶縁されている。図２に示すように、コイルホルダ３６は、受電コイル３７を収納する部分３６Ａと第２のスイベル分割ユニット５から延びる筒状の連結ロッド部材３９の一端に連結される部分３６Ｂとを備えている。連結ロッド部材３９は、第１の信号変成コイル４１及び第２の信号変成コイル４３を貫通する。コイルホルダ３６は、第１のスイベル分割ユニット３に対して第２のスイベル分割ユニット５が相対的に回動するのと一緒に、連結ロッド部材３９と共に回動する。この構造によって、受電コイル３７は仮想中心線ＩＬを中心にして、送電コイル３５と対向する位置に配置され、且つ、第２のスイベル分割ユニット５と一緒に回転する。送電コイル３５への電力は、水中コネクタ３１Ｅから延びる図示しない導線及びインバータ回路等を介して供給される。また受電コイル３７から延びる図示しない導線は、筒状の連結ロッド部材３９内を通って、水中コネクタ３３Ｄまで延びている。本実施の形態では、コイルホルダ３６と連結ロッド部材３９によって連結部材が構成されている。送電コイル３５及び受電コイル３７により、電磁誘導方式による非接触電力伝達が行われる。本実施の形態では、電磁誘導結合に使う周波数は、１００ｋＨｚである。

【0039】

〔信号伝達用変成器〕
図３及び図４に示すように、信号伝達用変成器４４は、第１の信号変成コイル４１及び第２の信号変成コイル４３からなる。第１の信号変成コイル４１は、第１の耐圧容器３１に固定されたコイルホルダ４５内に保持されている。コイルホルダ４５内は樹脂でモールドされており、第１の信号変成コイル４１は雰囲気中の水から絶縁されている。図２に示すように、コイルホルダ４５は、第１の信号変成コイル４１が篏合される保持部分４５Ａと保持部分４５Ａを耐圧容器３１に連結する一対の連結部４５Ｂとから構成されている。コイルホルダ４５に保持された第１の信号変成コイル４１は、第２の信号変成コイル４３と対向する位置に配置され、且つ仮想中心線ＩＬを中心にして、第１のスイベル分割ユニット３と一緒に回転する。

【0040】

第２の信号変成コイル４３は、エンドキャップ３３Ｃに固定されたガード３３Ｅに固定されたコイルホルダ４８内に保持されている。このコイルホルダ４８内は樹脂でモールドされており、第２の信号変成コイル４３は雰囲気中の水から絶縁されている。第２の信号変成コイル４３が仮想中心線ＩＬと同心となるように、コイルホルダ４８は後述する連結筒４７の内径部に嵌め合うにように配置されている。

【0041】

なお、連結ロッド部材３９は、第１の信号変成コイル４１及び第２の信号変成コイル４３の中心部を隙間を介して貫通しており、第１の信号変成コイル４１と連結ロッド部材３９は接触しておらず、第２の信号変成コイル４３と連結ロッド部材３９は接触係合している。そのため、受電コイル３７と第２の信号変成コイル４３は、一緒に回転するが、連結ロッド部材３９の存在は、第１のスイベル分割ユニット３と第２のスイベル分割ユニット５の相対的な回転を妨げない。

【0042】

第１の信号変成コイル４１及び第２の信号変成コイル４３により、電磁誘導方式による非接触信号伝達が行われる。本実施の形態では、信号の共振周波数は、１ｋＨｚ、２ｋＨｚ、３５ｋＨｚ帯が用いられている。

【0043】

〔回転連結機構〕
本実施の形態では、回転連結機構は、前述の連結筒４７と水潤滑型ベアリング４９とを含んで構成されている。

【0044】

図４に拡大して示されているように、水潤滑型ベアリング４９は、外輪４９Ａ、内輪４９Ｂ及び複数の転動体４９Ｃからなるボールベアリングである。具体的には、本実施の形態で用いる水潤滑型ベアリング４９は、株式会社空スペースが「ＡＤＢ」（登録商標）の名称にて販売しているボールベアリングを用いている。本スイベルに用いている「ＡＤＢ」は、アンギュラボールベアリングであり、外輪及び内輪は鋼製であり、転動体４９Ｃは窒化珪素セラミックス製である。外輪及び内輪は防食のため物理蒸着によるＣｒＮコーティングが施されている。水潤滑型ベアリング４９の外輪４９Ａは、第１の分割ケース２７のケースピース２７Ｘ，２７Ｘの連結側の端部２７Ａの内壁面に設けられた円弧状の突出部２７Ｃと係合している。内輪４９Ｂは、連結筒４７の上端部にある環状のフランジ部４７Ｃと接触している。軸方向の張力がかかることにより、内輪４９Ｂはフランジ部４７Ｃと摩擦により連結されることになる。連結筒４７の下端部には前述の一対のケースピース２９Ｘ，２９Ｘの連結側の端部２９Ａにそれぞれ設けられた円弧状の突出部２９Ｄの内側に嵌り、且つ突出部２９Ｄの内側に形成された円弧状の凸部２９Ｅが篏合する環状の篏合溝４７Ｂを備えている。この機構により連結筒４７は、一対のケースピース２９Ｘ，２９Ｘを組み合わせて構成される第２の分割ケース２９を位置決め固定している。これにより、第１のスイベル分割ユニット３と第２のスイベル分割ユニット５とが仮想中心線ＩＬ（図４）を中心として相対的に回転可能になっている（仮想中心線ＩＬは、連結ロッド部材３９の中心を通る位置を延びている）。この際、送電コイル３５及び第１の信号変成コイル４１は、第１のスイベル分割ユニット３とともに回転し、受電コイル３７及び第２の信号変成コイル４３は、第２のスイベル分割ユニット５とともに回転する。本実施の形態では、回転の起動トルクは、気中無負荷ではあるが目標とする０．０５Ｎｍを下回り、実測値で０．０１１Ｎｍであった。

【0045】

〔電子回路〕
次に、図３及び図５を用いて、水中スイベル１の電子回路を説明する。図３では、電子回路を機能ブロックとして図示しており、回路の図示及び配線を一部省略している。

【0046】

本実施の形態では、図５に示すように、水中スイベル１内の送電コイル３５及び第１の信号変成コイル４１を含む一次側回路７１、受電コイル３７を含む観測機器ＣＴＤの受電部と接続する電力受電回路３８Ｂ、および第２の信号変成コイル４３を含む観測機器ＣＴＤの通信モデムに接続される信号送受回路４０Ｂの合計３つの回路で構成されている。一次側回路７１内には、送電を担う電力送電回路３８Ａおよび、交流信号伝達を行い且つ本回路を流れる直流電力に信号を重畳する第１の信号送受回路４０Ａが組み合わされている。

【0047】

船上からの供給電源は直流（２５０ＶＤＣ）であり、この直流は船上装置に接続されている２芯の水中ケーブルＵＣから図３に示す水中コネクタ３１Ｅを通じて、船上装置と観測装置の情報伝達に使用される交流信号と重畳されて一次側回路７１を流れる。

【0048】

下記の通り電力送電回路３８Ａおよび電力受電回路３８Ｂからなる電力伝達回路３８と、第１の信号送受回路４０Ａと第２の信号送受回路４０Ｂからなる信号伝達回路４０に分けて詳細を説明する。

【0049】

〔電力伝達回路〕
電力伝達回路３８は、送電コイル３５を含む電力送電回路３８Ａと、受電コイル３７を含む電力受電回路３８Ｂからなる。電力送電回路３８Ａは、送電コイル３５及び受電コイル３７を用いた電磁誘導方式による非接触電力伝送を行うために、船上から供給された直流電力を交流に変換し送電コイル３５に伝達する。電力受電回路３８Ｂは、受電コイル３７により受電した電力を観測装置の電源仕様に合った直流電力に変換する。

【0050】

電力送電回路３８Ａは、送電コイル３５と、第１の耐圧容器３１内に収納されたコモンモードノイズ除去回路５１（図３には図示せず）と、バイパスコンデンサ５３（図３には図示せず）と、降圧回路５５と、直交変換回路５７からなる。送電コイル３５は、水中コネクタ３１Ｆを通じて直交変換回路５７と接続されている。コモンモードノイズ除去回路５１及びバイパスコンデンサ５３は、コモンモードおよび差動ノイズを除去するコモンモードチョークコイルとコンデンサを組み合わせた一般的なノイズ対策回路である。降圧回路５５は、受電した直流電力を２４Ｖに降圧して（２５０Ｖ→２４Ｖ）、インバータから構成される直交変換回路５７に伝達する。直交変換回路５７は、受電した直流電力を交流電力に変換して送電コイル３５に伝達する。なお、直交変換回路５７には伝送効率を最適化するための回路も含まれる。

【0051】

電力受電回路３８Ｂは、受電コイル３７と、第２の耐圧容器３３内に収納された整流・平滑化回路５９と、降圧回路６１とからなる。整流・平滑化回路５９は、水中コネクタ３３Ｄを通じて受電コイル３７と接続されており、受電コイル３７が受電した交流電力を整流・平滑化し、直流に変換して降圧回路６１に伝達する。降圧回路６１は、受電した直流電力を観測機器ＣＴＤでの使用に適した電圧（１５Ｖ）に降圧する。

【0052】

〔信号伝達回路〕
信号伝達回路４０は、第１の信号変成コイル４１を含む第１の信号送受回路４０Ａと、第２の信号変成コイル４３を含む第２の信号送受回路４０Ｂからなる。第１の信号送受回路４０Ａと、第２の信号送受回路４０Ｂは、第１の信号変成コイル４１及び第２の信号変成コイル４３を用いた電磁誘導方式による非接触信号伝送の効率を、使用する交流信号の周波数に合わせて最適化するとともに、交流信号以外のノイズを除去する。

【0053】

第１の信号送受回路４０Ａは、電力送電回路３８Ａと直列接続された第１の信号変成コイル４１とフィルタ・伝送効率最適化回路６２から構成されている。なお図５では、フィルタ・伝送効率最適化回路６２のブロックには、表示の簡略化のために「フィルタ」と表記してある。電力送電回路３８Ａと第１の信号送受回路４０Ａは同一回路内で直列接続されているが、本回路に流れる交流信号は前述のコモンモードノイズ除去回路５１のコンデンサ成分及びバイパスコンデンサ５３を主に通り、これ以降の電力送電回路３８Ａを迂回して第１の信号送受回路４０Ａに伝達される。フィルタ・伝送効率最適化回路６２は第１の耐圧容器３１内に設置されており、水中コネクタ３３Ｅを通じて、第１の耐圧容器３１外の第１の分割ケース２７内を通る樹脂モールドされた導線（図記載省略）により第１の信号変成コイル４１と接続されている。

【0054】

第２の信号送受回路４０Ｂは、第２の信号変成コイル４３と、第２の耐圧容器３３内に収納されたフィルタ・伝送効率最適化回路６３から構成されている。なお図５には、フィルタ・伝送効率最適化回路６３のブロックには、表示の簡略化のために「フィルタ」と表記してある。第２の信号変成コイル４３は水中コネクタ３３Ｄを通じてフィルタ・伝送効率最適化回路６３に接続され、フィルタ・伝送効率最適化回路６３は水中コネクタ３３Ｆを通じて観測装置に接続される。

【0055】

上記の通りに水中スイベル１内の電子回路が接続されているため、水中ケーブルＵＣを通じて船上装置から直流電力が供給されると、送電コイル３５及び受電コイル３７により、電磁誘導結合による電力伝達が行われる。また、船上装置と観測装置間の通信に用いる交流信号は、第１の信号変成コイル４１及び第２の信号変成コイル４３間の電磁誘導結合により伝達される。本実施の形態では、上述の回路構成により、第１の信号変成コイル４１に伝達された交流信号は第１の信号変成コイル４１を流れる直流電力に重畳される。そのため、第１のスイベル分割ユニット３に接続する導線を２本にして、船上装置からの電力伝達及び双方向の信号伝達を行うことができる。

【0056】

以上、本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で変更が可能であるのは勿論である。

【0057】

例えば、送電コイルを同心円状に囲むように第１の信号変成コイルを配置し、受電コイルを同心円状に囲むように第２の信号変成コイルを配置する、というように、変成コイルの配置を変更してもよいのはもちろんである。

【0058】

また、上記実施の形態では、伝達回路は、電磁結合により非接触で電力及び信号の双方を伝達できるものとしたが、電磁結合により非接触で電力及び信号のうち一方だけを伝達するものとしてもよい。

【0059】

さらに、上記実施の形態では、電力伝達用に電力伝達用変成器を用意し、信号伝達用に信号伝達用変成器を用意したが、電力伝達用の周波数と信号伝達用の周波数を変えて、１系統の変成器を用いて、電力伝達及び信号伝達を行うようにしてもよい。

【0060】

また、上記実施の形態で用いる構成部材の材質については、上記に記載したものの他に、用途に合わせた強度や水深により他の適した仕様のものを選択してもよいのは勿論である。

【産業上の利用可能性】

【0061】

本発明によれば、回転の起動トルクが小さく、また、絶縁油が不要な回転機構を備え、電力及び信号のうち少なくとも一方を伝達可能な水中スイベルを提供することができる。

【符号の説明】

【0062】

１ 水中スイベル
３ 第１のスイベル分割ユニット
７ 固定金具
７Ａ ねじ孔
９Ａ ボルト
９Ｂ ナット
１１ ワッシャ
１５ 導線
１６ 水中コネクタ
５ 第２のスイベル分割ユニット
１７ 固定金具
１７Ａ 対向壁部
１７Ｂ ねじ孔
１９ ボルト
２１ ナット
２３ワッシャ
２５ 導線
２６ 水中コネクタ
２７ 第１の分割ケース
２７Ａ 連結側の端部
２７Ｂ 非連結側の端部
２７Ｃ 突出部
２７Ｘ ケースピース
２９ 第２の分割ケース
２９Ａ 連結側の端部
２９Ｂ 非連結側の端部
２９Ｃ フランジ部
２９Ｄ 突出部
２９Ｘ ケースピース
３１ 第１の耐圧容器
３１Ａ エンドキャップ
３１Ｂ 周壁部
３１Ｃ エンドキャップ
３１Ｄ 水中コネクタ
３１Ｅ 水中コネクタ
３１ＦＥ 水中コネクタ
３２ ガード
３３ 第２の耐圧容器
３３Ａ エンドキャップ
３３Ｂ 周壁部
３３Ｃ エンドキャップ
３３Ｄ 水中コネクタ
３３Ｅ ガード
３３Ｆ 水中コネクタ
３３Ｇ 水中コネクタ
３４ 電力伝達用変成器
３５ 送電コイル
３６ コイルホルダ
３７ 受電コイル
３８ 電力伝達回路
３８Ａ 電力送電回路
３８Ｂ 電力受電回路
３９ 連結ロッド部材
４０ 信号伝達回路部
４０Ａ 第１の信号送受回路
４０Ｂ 第２の信号送受回路
４１ 第１の信号変成コイル
４３ 第２の信号変成コイル
４４ 信号伝達用変成器
４５ コイルホルダ
４７ 連結筒
４９ 水潤滑型ベアリング
４９Ａ 外輪
４９Ｂ 内輪
４９Ｃ 転動体
５１ コモンモードノイズ除去回路
５１Ａ コモンモードチョークコイル
５１Ｂ 直列コンデンサ回路
５３ バイパスコンデンサ
５５ 降圧回路
５７ 直交変換回路
５９ 整流・平滑化回路
６１ 降圧回路
６２ フィルタ・伝送効率最適化回路
６３ フィルタ・伝送効率最適化回路
７１ 一次側回路
ＵＣ 水中ケーブル
ＵＣ１ 接続部
ＵＣ２ 対向壁部
ＵＣ３ ねじ孔
ＵＣ４ 水中コネクタ
ＣＴＤ 観測機器
ＣＴＤ１ 水中コネクタ
ＳＫ シャックル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】