特開 2024-107776 ワイヤレス給電システム、送電装置、送電電圧制御方法および充電電流制御方法

(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】P2024107776

(43)【公開日】2024-08-09

(54)【発明の名称】ワイヤレス給電システム、送電装置、送電電圧制御方法および充電電流制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/12 20160101AFI20240802BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20240802BHJP

   H02J 13/00 20060101ALI20240802BHJP

【ＦＩ】

H02J50/12

H02J7/00 301D

H02J13/00 301A

H02J13/00 311R

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023011872

(22)【出願日】2023-01-30

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２９年度、防衛装備庁、安全保障技術研究推進制度、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】313005318

【氏名又は名称】パナソニックコネクト株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002000

【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所

(72)【発明者】

【氏名】八木 達雄

(72)【発明者】

【氏名】山口 修一郎

【テーマコード（参考）】

5G064

5G503

【Ｆターム（参考）】

5G064AA04

5G064AC05

5G064AC09

5G064CB08

5G064CB12

5G064DA11

5G503AA01

5G503BA01

5G503BB01

5G503CA01

5G503CA11

5G503GB03

5G503GB08

5G503GD02

5G503GD03

5G503GD04

5G503GD06

(57)【要約】

【課題】一次側から二次側への電力伝送における力率を加味して送電電圧を適切に制御し、二次側でのＤＣ／ＤＣ電源の動作停止を抑制しながら送電効率の向上を図る。
【解決手段】送電装置は、受電装置への送電電力を生成する送電回路と、送電回路の送電電流および送電回路の送電電圧に基づいて、送電電力の力率を算出する解析回路と、を備える。受電装置は、水中において送電装置からワイヤレスで伝送された送電電力を受電する受電回路と、受電回路で受電された受電電力に基づいて蓄電池を充電する電源回路と、電源回路への受電電流および電源回路に供給する受電電圧に基づいて、蓄電池に係る等価抵抗値を算出する受電側プロセッサと、を備える。送電装置は、等価抵抗値および力率に基づいてサーバから指示される送電電圧指令に応じて、送電電力を送電回路において可変可能に制御する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水中を移動可能であって蓄電池を有する受電装置と、サーバと通信可能に接続される送電装置と、を含むワイヤレス給電システムであって、
前記送電装置は、
前記受電装置への送電電力を生成する送電回路と、
前記送電回路の送電電流および前記送電回路の送電電圧に基づいて、前記送電電力の力率を算出する解析回路と、
前記受電装置および前記サーバとの間で通信可能な第１の通信回路と、を備え、
前記受電装置は、
前記水中において前記送電装置からワイヤレスで伝送された前記送電電力を受電する受電回路と、
前記受電回路で受電された受電電力に基づいて前記蓄電池を充電する電源回路と、
前記電源回路の受電電流および前記電源回路に供給する受電電圧に基づいて、前記蓄電池に係る等価抵抗値を算出する受電側プロセッサと、
前記送電装置との間で通信可能な第２の通信回路と、を備え、
前記送電装置は、
前記等価抵抗値および前記力率に基づいて前記サーバから指示される送電電圧指令に応じて、前記送電電力を前記送電回路において可変可能に制御する、
ワイヤレス給電システム。

【請求項2】

前記サーバ、を更に備え、
前記サーバは、
前記等価抵抗値が所定値以上であって前記力率が第１の範囲内である場合、前記送電電圧を現在の送電電圧より所定値増加する第１の送電電圧指令を前記送電電圧指令として前記送電装置に送る、
請求項１に記載のワイヤレス給電システム。

【請求項3】

前記サーバは、
前記等価抵抗値が前記所定値以上であって前記力率が前記第１の範囲より小さい第２の範囲内である場合、前記送電電圧を現在の送電電圧に維持する第２の送電電圧指令を前記送電電圧指令として前記送電装置に送る、
請求項２に記載のワイヤレス給電システム。

【請求項4】

前記サーバは、
前記等価抵抗値が前記所定値以上であって前記力率が前記第２の範囲より小さい第３の範囲内である場合、前記送電電圧を現在の送電電圧より所定値減少する第３の送電電圧指令を前記送電電圧指令として前記送電装置に送る、
請求項３に記載のワイヤレス給電システム。

【請求項5】

前記サーバ、を更に備え、
前記サーバは、
前記等価抵抗値が所定値未満であって前記力率が第１の範囲内である場合、前記送電電圧を現在の送電電圧より所定値減少する第４の送電電圧指令を前記送電電圧指令として前記送電装置に送る、
請求項１に記載のワイヤレス給電システム。

【請求項6】

前記サーバは、
前記等価抵抗値が前記所定値未満であって前記力率が前記第１の範囲より小さい第２の範囲内である場合、前記送電電圧を現在の送電電圧に維持する第５の送電電圧指令を前記送電電圧指令として前記送電装置に送る、
請求項５に記載のワイヤレス給電システム。

【請求項7】

前記サーバは、
前記等価抵抗値が前記所定値未満であって前記力率が前記第２の範囲より小さい第３の範囲内である場合、前記送電電圧を現在の送電電圧より所定値増加する第６の送電電圧指令を前記送電電圧指令として前記送電装置に送る、
請求項６に記載のワイヤレス給電システム。

【請求項8】

水中を移動可能であって蓄電池を有する受電装置とサーバとの間で通信可能に接続される送電装置であって、
前記受電装置への送電電力を生成する送電回路と、
前記送電回路の送電電流および前記送電回路の送電電圧に基づいて、前記送電電力の力率を算出する解析回路と、
前記受電装置および前記サーバとの間で通信可能な第１の通信回路と、を備え、
前記送電回路は、前記サーバから送られる、前記力率と前記受電装置により算出される前記蓄電池に係る等価抵抗値とに基づく送電電圧指令に応じて、前記送電電力を前記送電回路において可変可能に制御する、
送電装置。

【請求項9】

水中を移動可能であって蓄電池を有する受電装置と、サーバと通信可能に接続される送電装置と、を含むワイヤレス給電システムにより実行される送電電圧制御方法であって、
前記送電装置が、
前記受電装置への送電電力を生成し、
送電回路の送電電流および前記送電回路の送電電圧に基づいて、前記送電電力の伝送に関する力率を算出し、
前記受電装置および前記サーバとの間で通信可能に接続し、
前記受電装置が、
前記水中において前記送電装置からワイヤレスで伝送された前記送電電力を受電し、
受電された受電電力に基づいて前記蓄電池を充電し、
前記受電電力に起因する受電電流および受電電圧に基づいて、前記蓄電池に係る等価抵抗値を算出し、
前記送電装置との間で通信可能に接続し、
前記送電装置が、
前記等価抵抗値および前記力率に基づいて前記サーバから指示される送電電圧指令に応じて、前記送電電力を前記送電回路において可変可能に制御する、
送電電圧制御方法。

【請求項10】

水中を移動可能であって蓄電池を有する受電装置と、サーバと通信可能に接続される送電装置と、を含むワイヤレス給電システムであって、
前記送電装置は、
前記受電装置への送電電力を生成する送電回路と、
前記送電回路の送電電流および前記送電回路の送電電圧に基づいて、前記送電電力の力率を算出する解析回路と、
前記受電装置および前記サーバとの間で通信可能な第１の通信回路と、を備え、
前記受電装置は、
前記水中において前記送電装置からワイヤレスで伝送された前記送電電力を受電する受電回路と、
前記受電回路で受電された受電電力に基づく充電電流により前記蓄電池を充電する電源回路と、
前記送電装置との間で通信可能な第２の通信回路と、を備え、
前記受電装置は、
前記力率に基づいて前記サーバから指示される充電電流指令に応じて、前記充電電流を前記電源回路において可変可能に制御する、
ワイヤレス給電システム。

【請求項11】

前記サーバ、を更に備え、
前記サーバは、
前記力率が第１の範囲内である場合、前記充電電流を現在の充電電流より所定値減少する第１の充電電流指令を前記充電電流指令として前記受電装置に送る、
請求項１０に記載のワイヤレス給電システム。

【請求項12】

前記サーバは、
前記力率が前記第１の範囲より小さい第２の範囲内である場合、前記充電電流を現在の充電電流に維持する第２の充電電流指令を前記充電電流指令として前記受電装置に送る、
請求項１１に記載のワイヤレス給電システム。

【請求項13】

前記サーバは、
前記力率が前記第２の範囲より小さい第３の範囲内である場合、前記充電電流を現在の充電電流より所定値増加する第３の充電電流指令を前記充電電流指令として前記受電装置に送る、
請求項１２に記載のワイヤレス給電システム。

【請求項14】

水中を移動可能であって蓄電池を有する受電装置と、サーバと通信可能に接続される送電装置と、を含むワイヤレス給電システムにより実行される充電電流制御方法であって、
前記送電装置が、
前記受電装置への送電電力を生成し、
送電回路の送電電流および前記送電回路の送電電圧に基づいて、前記送電電力の力率を算出し、
前記受電装置および前記サーバとの間で通信可能に接続し、
前記受電装置が、
前記水中において前記送電装置からワイヤレスで伝送された前記送電電力を受電し、
受電された受電電力に基づく充電電流によって前記蓄電池を充電し、
前記送電装置との間で通信可能に接続し、
前記受電装置が、
前記力率に基づいて前記サーバから指示される充電電流指令に応じて、前記蓄電池への充電電流を可変可能に制御する、
充電電流制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ワイヤレス給電システム、送電装置、送電電圧制御方法および充電電流制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、水中において、受電装置（例えば水中航走体）との間で磁気共鳴方式を用いて非接触で電力を伝送する送電装置（例えば水中基地局）が開示されている。この送電装置は、送電用共鳴コイルと、風船と、風船制御機構とを備える。送電用共鳴コイルは、磁界共鳴方式により受電装置の受電用共鳴コイルに非接触で電力を伝送する。風船は、送電用共鳴コイルを内包する。風船制御機構は、風船を電力伝送時に膨張させることにより、送電用共鳴コイルと受電用共鳴コイルとの間の水を排除する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－０１５９０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、特許文献１のように水中（例えば海中）で送電装置から受電装置へワイヤレスで電力を伝送することを想定する。

【0005】

受電装置は、蓄電池を保持し、具体的には自立型無人潜水機（ＡＵＶ：Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等の水中航走体が該当する。磁気共鳴方式を用いた水中（例えば海中）でのワイヤレス電力伝送（給電）では、送電装置と受電装置との間の電力伝送における整合条件にある程度の許容幅を持つことが可能である。これにより、送電装置から、受電装置をポジションフリー（つまり送電コイルと磁気結合する受電コイルを有する受電装置の相対的な位置が非固定）のままで電力伝送を行うことが可能である。その一方で、特に海中では海流の影響によって受電装置は位置を安定化させることが容易ではないこともあり、送電装置（特に送電コイル）と受電装置（特に受電コイル）との間の位置あるいは角度等の条件によっては、送電装置から受電装置への送信電力あるいは送電効率が低下するという課題がある。

【0006】

磁気共鳴方式を用いたワイヤレス電力伝送では、受電装置内の蓄電池への充電用電源としてＤＣ／ＤＣ電源を採用することがある。この場合、送電装置と受電装置との間の電力伝送における整合条件（上述参照）に合致させると、受電装置に搭載されているＤＣ／ＤＣ電源の変換効率の限界（上限）を超える電力供給が必要になる場合があり、この時ＤＣ／ＤＣ電源の動作が限界能力以上の出力で停止してしまう。このとき受電装置の充電回路内におけるインピーダンスが急増して高電圧が発生し、受電装置内の充電回路内における各電子機器等の破損を招きかねないという課題があった。

【0007】

本開示は、上述した従来の状況に鑑みて案出され、一次側から二次側への電力伝送における力率を加味して送電電圧を適切に制御し、二次側でのＤＣ／ＤＣ電源の動作停止を抑制しながら送電効率の向上を図るワイヤレス給電システム、送電装置、送電電圧制御方法および充電電流制御方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示は、水中を移動可能であって蓄電池を有する受電装置と、サーバと通信可能に接続される送電装置と、を含むワイヤレス給電システムであって、前記送電装置は、前記受電装置への送電電力を生成する送電回路と、前記送電回路の送電電流および前記送電回路の送電電圧に基づいて、前記送電電力の力率を算出する解析回路と、前記受電装置および前記サーバとの間で通信可能な第１の通信回路と、を備え、前記受電装置は、前記水中において前記送電装置からワイヤレスで伝送された前記送電電力を受電する受電回路と、前記受電回路で受電された受電電力に基づいて前記蓄電池を充電する電源回路と、前記電源回路の受電電流および前記電源回路に供給する受電電圧に基づいて、前記蓄電池に係る等価抵抗値を算出する受電側プロセッサと、前記送電装置との間で通信可能な第２の通信回路と、を備え、前記送電装置は、前記等価抵抗値および前記送電電力の力率（以下、単に「力率」と記す）に基づいて前記サーバから指示される送電電圧指令に応じて、前記送電電力を前記送電回路において可変可能に制御する、ワイヤレス給電システムを提供する。

【0009】

また、本開示は、水中を移動可能であって蓄電池を有する受電装置とサーバとの間で通信可能に接続される送電装置であって、前記受電装置への送電電力を生成する送電回路と、前記送電回路の送電電流および前記送電回路の送電電圧に基づいて、前記送電電力の力率を算出する解析回路と、前記受電装置および前記サーバとの間で通信可能な第１の通信回路と、を備え、前記送電回路は、前記サーバから送られる、前記力率と前記受電装置により算出される前記蓄電池に係る等価抵抗値とに基づく送電電圧指令に応じて、前記送電電力を前記送電回路において可変可能に制御する、送電装置を提供する。

【0010】

また、本開示は、水中を移動可能であって蓄電池を有する受電装置と、サーバと通信可能に接続される送電装置と、を含むワイヤレス給電システムにより実行される送電電圧制御方法であって、前記送電装置が、前記受電装置への送電電力を生成し、送電回路の送電電流および前記送電回路の送電電圧に基づいて、前記送電電力の伝送に関する力率を算出し、前記受電装置および前記サーバとの間で通信可能に接続し、前記受電装置が、前記水中において前記送電装置からワイヤレスで伝送された前記送電電力を受電し、受電された受電電力に基づいて前記蓄電池を充電し、前記受電電力に起因する受電電流および受電電圧に基づいて、前記蓄電池に係る等価抵抗値を算出し、前記送電装置との間で通信可能に接続し、前記送電装置が、前記等価抵抗値および前記力率に基づいて前記サーバから指示される送電電圧指令に応じて、前記送電電力を前記送電回路において可変可能に制御する、送電電圧制御方法を提供する。

【0011】

また、本開示は、水中を移動可能であって蓄電池を有する受電装置と、サーバと通信可能に接続される送電装置と、を含むワイヤレス給電システムであって、前記送電装置は、前記受電装置への送電電力を生成する送電回路と、前記送電回路の送電電流および前記送電回路の送電電圧に基づいて、前記送電電力の力率を算出する解析回路と、前記受電装置および前記サーバとの間で通信可能な第１の通信回路と、を備え、前記受電装置は、前記水中において前記送電装置からワイヤレスで伝送された前記送電電力を受電する受電回路と、前記受電回路で受電された受電電力に基づく充電電流により前記蓄電池を充電する電源回路と、前記送電装置との間で通信可能な第２の通信回路と、を備え、前記受電装置は、前記力率に基づいて前記サーバから指示される充電電流指令に応じて、前記充電電流を前記電源回路において可変可能に制御する、ワイヤレス給電システムを提供する。

【0012】

また、本開示は、水中を移動可能であって蓄電池を有する受電装置と、サーバと通信可能に接続される送電装置と、を含むワイヤレス給電システムにより実行される充電電流制御方法であって、前記送電装置が、前記受電装置への送電電力を生成し、送電回路の送電電流および前記送電回路の送電電圧に基づいて、前記送電電力の力率を算出し、前記受電装置および前記サーバとの間で通信可能に接続し、前記受電装置が、前記水中において前記送電装置からワイヤレスで伝送された前記送電電力を受電し、受電された受電電力に基づく充電電流によって前記蓄電池を充電し、前記送電装置との間で通信可能に接続し、前記受電装置が、前記力率に基づいて前記サーバから指示される充電電流指令に応じて、前記蓄電池への充電電流を可変可能に制御する、充電電流制御方法を提供する。

【発明の効果】

【0013】

本開示によれば、一次側から二次側への電力伝送における力率を加味して送電電圧を適切に制御でき、二次側でのＤＣ／ＤＣ電源の動作停止を抑制しながら送電効率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】各実施の形態に係るワイヤレス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

【図2】各実施の形態に係るワイヤレス給電システムのハードウェア構成例を示す図

【図3】送電側プロセッサおよび受電側プロセッサの機能構成例を詳細に示すブロック図

【図4】定電流充電する際の受電装置の等価抵抗値に対する送電電力、伝送効率、力率の各特性例を示すグラフ

【図5】実施の形態１に係る充電制御サーバの動作手順例を時系列に示すフローチャート

【図6】実施の形態１に係る充電制御サーバの動作手順例を時系列に示すフローチャート

【図7】送電電力が一定である際の受電装置の等価抵抗値に対する充電電流、伝送効率、力率の各特性例を示すグラフ

【図8】実施の形態２に係る充電制御サーバの動作手順例を時系列に示すフローチャート

【図9】蓄電池電圧、充電電流、ＤＣ／ＤＣ電源電圧、出力停止コマンドのそれぞれの時系列変化例を示すタイムチャート

【図10】実施の形態３に係る受電装置および充電制御サーバの各動作手順例を時系列に示すフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、適宜図面を参照しながら、本開示に係るワイヤレス給電システム、送電装置、送電電圧制御方法および充電電流制御方法を具体的に開示した実施の形態を詳細に説明する。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。

【0016】

［用語の定義］
以下の説明において、水中（例えば海中）においてワイヤレスで電力を伝送する（言い換えると、送電する）側を「一次側」と定義し、一方、一次側からワイヤレスで送電された電力を受け取る（言い換えると、受電する）側を「二次側」と定義する。

【0017】

以下の説明において、送信電力の力率とは、水中（例えば海中）においてワイヤレスで一次側から二次側に電力伝送する際に、その送電対象となる電力のうち何パーセントが有効に伝送されたか（言い換えると、二次側が一次側から送電された電力のうち何パーセントを有効に受電することができたか）を示す指標（パラメータ）と定義する。

【0018】

（実施の形態１）
実施の形態１では、一次側から二次側へのワイヤレスでの電力伝送において、力率を最大値未満の一定値付近に保つようにモニタリングしながら、二次側の充電回路に搭載されるＤＣ／ＤＣ電源の動作停止を抑制できるように一次側の送電回路における送電電力（言い換えると、送電電圧）を制御する例を説明する。

【0019】

［ワイヤレス給電システムの構成］
まず、図１から図３を参照して、実施の形態１に係るワイヤレス給電システム１０００の構成例を説明する。図１は、各実施の形態に係るワイヤレス給電システム１０００が設置される使用環境例を模式的に示す図である。図２は、各実施の形態に係るワイヤレス給電システム１０００のハードウェア構成例を示す図である。図３は、送電側プロセッサ１３０および受電側プロセッサ２２６の機能構成例を詳細に示すブロック図である。

【0020】

ワイヤレス給電システム１０００は、送電装置１００と、受電装置２００と、複数のコイル（図示略）とを有する。図２では図示を省略しているが、送電装置１００と受電装置２００との間には、１つ以上のコイルＣＬ（図１参照）が設けられる。送電装置１００は、受電装置２００に対し、１つ以上のコイル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。送電装置１００と受電装置２００との間に配置されるコイルＣＬの数は、ｎ（ｎ：１以上の整数）個であり任意である。なお、本実施の形態では、送電装置１００が備えるコイル（送電コイル）は、複数ターンのコイルが電気的に接続されたものが使用されてもよいし、その代わりに送電コイルから中継コイルＣＬＣ（後述参照）等のブースターコイルを介して受電装置２００のコイル（受電コイル）に電力が伝送されてもよい。

【0021】

ｎ個のコイル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。ｎ個のコイル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に図示されているコイルＣＬ（例えば中継コイルＣＬＣ１１）ではスパイラルコイルの例が図示されている。

【0022】

電力伝送に使用されるコイルＣＬは、送電装置１００と受電装置２００との間に配置されるｎ個のコイルに限定されず、送電装置１００が備える送電コイルＣＬＡ、受電装置２００が備える受電コイルＣＬＢを含んでよい。送電コイルＣＬＡは、一次側（つまり送電装置１００）が有する一次コイル（Ｐｒｉｍａｒｙ Ｃｏｉｌ）である。受電コイルＣＬＢは、二次側（つまり受電装置２００）が有する二次コイル（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｃｏｉｌ）である。送電コイルＣＬＡと受電コイルＣＬＢとの間には、少なくとも１つのブースターコイルとしての役割を有する中継コイルＣＬＣ１１（図１参照）が配置される。もし中継コイルＣＬＣ１１が複数ある場合、それぞれの中継コイルＣＬＣ１１同士は略平行に配置され、中継コイルＣＬＣ１１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ＣＬＣ１１の間隔は、例えば中継コイルＣＬＣ１１の半径以上確保される。中継コイルＣＬＣ１１は、送電コイルＣＬＡによる電力伝送を補助する。

【0023】

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ＣＬＣ１１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のいずれとも別に設けられてもよい。中継コイルＣＬＣ１１は、その一部が送電装置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。

【0024】

送電装置１００は、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）に配置されてもよい。なお、送電装置１００が船舶５０に設置される場合、送電装置１００は地上に配置されている充電制御サーバ３００とはワイヤレスで通信可能に接続される。

【0025】

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）に設置されてもよいし、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。受電装置２００は、データ通信用の水中アンテナＡｎ１、Ａｎ２を備え、送電コイルＣＬＡ１２の位置に設けられた水中アンテナＡｎ３との間でデータ通信可能であり、送電コイルＣＬＡ１１との間では電力伝送の際に通信用データも重畳して通信することができる。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。送電コイルＣＬＡ１１、ＣＬＡ１２、中継コイルＣＬＣ１１は、いずれも水中（例えば海中）に配置されている。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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、その他の通信手段（例えば船舶５０とワイヤレス通信中の通信装置ＢＳと水中アンテナＡｎ１、Ａｎ２とを介した通信手段）により伝送されてもよい。

【0029】

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（間隔）は、例えば５ｍである。コイル間隔は、例えばコイル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、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。

【0030】

伝送周波数は、コイルのインダクタンス、コイルの直径、コイルの巻き数等のコイル特性に基づき定まる。コイルの直径は、例えば数ｍ～数１０ｍである。また、コイルの太さが太い程、つまりコイルの線径が大きい程、コイルでの電気抵抗が減り、電力損失が小さくなる。また、コイル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。

【0031】

また、送電装置１００は、コイルＣＬ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。

【0032】

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する。

【0033】

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する。

【0034】

給電施設１２００が配置されている海岸あるいは岸辺付近の地上には、通信装置ＢＳが配置されている。通信装置ＢＳは、充電制御サーバ３００との間でデータ通信が可能に接続されており、船舶５０の送電装置１００との間でデータ通信したり、海底付近に設けられている送電コイルＣＬＡ１２の位置と対応して設けられた通信用の水中アンテナＡｎ３との間でデータ通信したりする。なお、水中アンテナＡｎ３は、水中航走体７０が送電コイルＣＬＡ１２付近に位置する場合に、水中航走体７０が備える水中アンテナＡｎ１、Ａｎ２との間でデータ通信を行う。これにより、水中航走体７０は、充電制御サーバ３０からの指示（後述参照）を、通信装置ＢＳおよび水中アンテナＡｎ３を介して受信して取得できる。

【0035】

充電制御サーバ３００は、給電施設１２００および通信装置ＢＳのそれぞれとデータ通信可能に接続されている。また、充電制御サーバ３００は、船舶５０の送電装置１００との間でデータ通信可能にワイヤレス接続されるとともに、受電装置２００が水中アンテナＡｎ３もしくは送電コイルＣＬＡ１１との間でデータ通信可能に接続されている場合には受電装置２００ともデータ通信可能に接続される。充電制御サーバ３００は、送電装置１００から取得する力率と受電装置２００から取得する等価抵抗値（後述参照）とに基づいて、送電装置１００から受電装置２００に向けてワイヤレスで伝送する電力の送電電力（言い換えると、送電電圧）を可変可能に制御する。充電制御サーバ３００の動作の詳細については後述する。

【0036】

［送電装置の構成］
図２に示すように、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、水中アンテナＡｎ３と接続された通信回路１４０と、送電回路１５０と、電圧プローブ１６０と、電流プローブ１７０と、パワーアナライザ１８０と、を備える。送電装置１００は、例えば船舶５０に搭載されている。

【0037】

ＡＤＣ１２０は、送電側プロセッサ１３０からの指示に基づいて、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、送電側プロセッサ１３０からの送電電圧指令（後述参照）に対応する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。

【0038】

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、通信回路１４０、送電回路１５０、電圧プローブ１６０、電流プローブ１７０、パワーアナライザ１８０）の動作を統括して制御する。例えば、送電側プロセッサ１３０は、充電制御サーバ３００が周期的に行う割込み処理（図５および図６参照）に基づいて生成する送電電圧指令（後述参照）に応じて、送電回路１５０に供給している現在の送電電圧を所定量増加したり、維持したり、あるいは所定量減少したりするための制御を実行する。割込み処理は例えば１０ｍｓごとに実行され、その詳細については図５および図６を参照して後述する。

【0039】

通信回路１４０は、例えばＰＬＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）通信に対応したＰＬＣアダプタと、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と、通信用の水中アンテナＡｎ３と、を有する。この変復調回路はＰＬＣアダプタ内に設けられてもよく、ＰＬＣアダプタの構成例は例えば特開２０１９－１７６３１６号公報に開示されている。通信回路１４０は、例えば送電装置１００から受電装置２００への制御情報を、ＰＬＣアダプタ（図示略）、水中アンテナＡｎ３あるいはコイルＣＬを介して送信する。通信回路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あるいは水中アンテナＡｎ３、ＰＬＣアダプタを介して受信する。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が含まれる。通信回路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。

【0040】

送電回路１５０は、ドライバ１５１、共振回路１５２、整合回路１５３を含む。

【0041】

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。

【0042】

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。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（インピーダンスマッチング）されている。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。

【0043】

電圧プローブ１６０は、送電回路１５０内のドライバ１５１と共振回路１５２との間の位置にかかる電圧をセンシングするセンサ（測定器）であり、センシング結果である測定電圧（送電電圧）をパワーアナライザ１８０に出力する。

【0044】

電流プローブ１７０は、送電回路１５０内のドライバ１５１と共振回路１５２との間の位置を流れる電流をセンシングするセンサ（測定器）であり、センシング結果である測定電流（送電電流）をパワーアナライザ１８０に出力する。

【0045】

パワーアナライザ１８０は、電圧プローブ１６０からの送電電圧の測定値と電流プローブ１７０からの送電電流の測定値とに基づいて、公知の所定関係式を用いて力率を計算して算出する。パワーアナライザ１８０は、計算結果である力率を、送電側プロセッサ１３０を介して通信回路１４０に送る。この力率の値は、通信回路１４０を介して充電制御サーバ３００に送信される。

【0046】

［充電制御サーバの構成］
図２に示すように、充電制御サーバ３００は、通信回路３０１と、プロセッサ３０２と、メモリ３０３と、を少なくとも備える。

【0047】

通信回路３０１は、送電装置１００の通信回路１４０との間でワイヤレス通信を可能に接続する。通信回路３０１は、送電装置１００の通信回路１４０から、送電装置１００で計算された力率の値（データ）を受信してプロセッサ３０２に送る。また、通信回路３０１は、送電装置１００の通信回路１４０を介して、受電装置２００で計算された等価抵抗値（後述参照）の値（データ）を受信してプロセッサ３０２に送る。

【0048】

プロセッサ３０２は、例えばＣＰＵあるいはＦＧＰＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）を用いて構成され、メモリ３０３と協働して充電制御サーバ３００の各種動作の統括的な制御を実行する。プロセッサ３０２は、通信回路１４０から取得する力率および等価抵抗値に基づいて、送電装置１００からの送電電力を送電回路１５０において可変可能に制御するための送電電圧指令を生成する。プロセッサ３０２は、送電電圧指令を、通信回路３０１を介して送電装置１００に送信する。

【0049】

メモリ３０３は、一時的なデータ保存領域として機能するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、恒常的なデータ保存領域として機能するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）を含む。ＲＡＭは、プロセッサ３０２の動作中に生成あるいは取得されたデータを一時的に保存する。ＲＯＭは、プロセッサ３０２が実行する各種動作の手順を規定するプログラムおよびそのプログラムの実行に必要となるデータを保存している。

【0050】

［受電装置の構成］
図２に示すように、受電装置２００は、受電回路２１０と、充電回路２２０と、蓄電池２３０と、水中アンテナＡｎ２と接続された通信回路２４０と、を備える。受電装置２００は、例えばＡＵＶである水中航走体７０に搭載されている。

【0051】

受電回路２１０は、整流回路２１１、共振回路２１２、整合回路２１３を含む。

【0052】

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して動力源としての直流電圧（言い換えると、整流電圧）を充電回路２２０に供給する。

【0053】

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。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（インピーダンスマッチング）される。

【0054】

充電回路２２０は、受電電流検出部２２１、受電電圧検出部２２２、ＤＣ／ＤＣ電源２２３、充電制御回路２２４、充電電流検出部２２５、受電側プロセッサ２２６、通信インターフェース２２７を含む。なお、図２では、インターフェースを「Ｉ／Ｆ」と略記している。

【0055】

受電電流検出部２２１は、ＤＣ／ＤＣ電源２２３に流れる直流電流をセンシングするセンサ（測定器）であり、センシング結果である測定電流を充電制御回路２２４および受電側プロセッサ２２６に送る。

【0056】

受電電圧検出部２２２は、ＤＣ／ＤＣ電源２２３に供給する直流電圧をセンシングするセンサ（測定器）であり、センシング結果である測定電圧を充電制御回路２２４および受電側プロセッサ２２６に送る。

【0057】

ＤＣ／ＤＣ電源２２３は、ワイヤレス給電システム１０００での蓄電池２３０への充電用電源として、１つ以上の汎用的な回路部品（例えばＤＣ／ＤＣコンバータ）が使用された電源回路を構成し、受電回路２１０からの直流電圧（整流電圧）を昇圧、降圧等して充電制御回路２２４に供給する。

【0058】

充電制御回路２２４は、ＤＣ／ＤＣ電源２２３から供給される直流の電源電圧（整流電圧）に基づいて、蓄電池２３０の種別に応じた充電電流を蓄電池２３０に供給して蓄電池２３０の充電もしくは放電を制御する。

【0059】

充電電流検出部２２５は、充電制御回路２２４により制御される蓄電池２３０へ供給される充電電流をセンシングするセンサ（測定器）であり、センシング結果である測定電流を充電制御回路２２４および受電側プロセッサ２２６に送る。

【0060】

受電側プロセッサ２２６は、例えばＣＰＵを用いて構成され、受電装置２００の充電回路２２０による蓄電池２３０への充電もしくは放電を制御する。例えば、受電側プロセッサ２２６は、充電制御サーバ３００が周期的に行う割込み処理（図８参照）に基づいて生成する充電電流指令（後述する実施の形態２参照）に応じて、蓄電池２３０に供給している現在の充電電流を所定量増加したり、維持したり、あるいは所定量減少したりするための制御を実行する。割込み処理は例えば１０ｍｓごとに実行され、その詳細については図８を参照して後述する。

【0061】

通信インターフェース２２７は、通信回路２４０と充電回路２２０との間の通信を司るインターフェース回路を用いて構成され、例えば通信回路２４０からの充電電流指令（後述する実施の形態２参照）を受電側プロセッサ２２６に送る。また、通信インターフェース２２７は、受電側プロセッサ２２６により計算される等価抵抗値（図３参照）を通信回路２４０に送る。この等価抵抗値は、通信回路２４０、水中アンテナＡｎ１、Ａｎ２、水中アンテナＡｎ３、通信回路１４０を介して充電制御サーバ３００に送信される。

【0062】

蓄電池２３０は、二次電池であり、受電装置２００において受電された電力に基づく充電回路２２０の制御によって蓄電する。蓄電池２３０は、例えばリチウムイオン電池である。

【0063】

通信回路２４０は、例えばＰＬＣ通信に対応したＰＬＣアダプタと、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と、通信用の水中アンテナＡｎ１、Ａｎｔ２と、を有する。この変復調回路はＰＬＣアダプタ内に設けられてもよく、ＰＬＣアダプタの構成例は例えば特開２０１９－１７６３１６号公報に開示されている。通信回路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あるいは水中アンテナＡｎ３、ＰＬＣアダプタを介して受信する。通信回路２４０は、例えば受電装置２００から送電装置１００へのデータを、ＰＬＣアダプタ、コイルＣＬあるいは水中アンテナＡｎ１、Ａｎ２を介して送信する。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が含まれる。通信回路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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

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を含む共振回路あるいは受電コイルＣＬＢを含む共振回路２１２にそれぞれ伝達される。

【0067】

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に交流電力が誘起される。誘起された交流電力が整流回路２１１により整流され、充電回路２２０のＤＣ／ＤＣ電源２２３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、蓄電池２３０が充電される。即ち、蓄電池２３０への効率的な蓄電が行われるためには、充電回路２２０のＤＣ／ＤＣ電源２２３が正しく動作して適切な所定の電圧に変換する処理を行う必要がある。

【0068】

図３では、図２に示すハードウェア構成例の中で、データ信号の流れに着目して図２中の構成要素を機能的に詳細化することを目的として、各構成要素が図示されている。

【0069】

例えば送電装置１００では、データ信号の流れに着目した機能的構成として、図２中の送電装置１００の構成要素の中から送電側プロセッサ１３０、情報通信部１４１、送電回路１５０、ＡＣ電圧検出部１６１、ＡＣ電流検出部１７１、パワーアナライザ１８０が図示されている。図３の送電装置１００の説明において、図２の構成と同一の構成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。

【0070】

送電側プロセッサ１３０は、電源制御部１３１を機能的に有している。

【0071】

電源制御部１３１は、充電制御サーバ３００が周期的に行う割込み処理（図５および図６参照）に基づいて生成する送電電圧指令に応じて、送電回路１５０に供給している現在の送電電圧を所定量増加したり、維持したり、あるいは所定量減少したりするための制御を実行する。

【0072】

ここで、図４を参照して、実施の形態１に係る送電電圧指令と力率、伝送効率、等価抵抗値との関係について説明する。図４は、定電流充電する際の受電装置の等価抵抗値に対する送電電力、伝送効率、力率の各特性例を示すグラフである。実施の形態１では、水中航走体７０（つまり受電装置２００）では、定電流充電することを想定している。図４の横軸は等価抵抗値（Ω：オーム）を示し、図４の第１縦軸は送電電力［Ｗ：ワット］を示し、図４の第２縦軸は力率・伝送効率［％：パーセント］を示す。図４では、受電装置２００が３ｋＷ［キロワット］の電力を受電する場合の、送電電力、伝送効率、力率と等価抵抗値との関係が示されている。

【0073】

ここで、等価抵抗値Ｒｘ（図４参照）とは、受電装置２００の負荷が充電回路２２０および蓄電池２３０である場合に、実施の形態１では蓄電池２３０への充電電流を一定にするために、充電回路２２０内のＤＣ／ＤＣ電源２２３に流れる電流とＤＣ／ＤＣ電源２２３に印加（供給）される電圧とにより定まる抵抗値である。図４に示すように、等価抵抗値Ｒｘの変動に応じて、力率、伝送効率および送電電力は、それぞれ特性Ｐｒ１、Ｐｒ２、Ｐｒ３のように変動することがシミュレーションにより判明した。図４の中央部分に示す整合値Ｒｍ１は、電力伝送に適する共振周波数に応じてインピーダンスマッチングされた抵抗値（インピーダンス値）であって、例えば１５オームとなっている。

【0074】

例えば等価抵抗値Ｒｘが整合値Ｒｍ１以上（例えば１５オーム以上）である場合、等価抵抗値Ｒｘが高ければ高いほど力率および伝送効率は低下する傾向が見られる。つまり、力率を実運用上望ましい上限値ＬＭＴ１に近づけるために送電電力を下げるように制御することが好ましいことが分かる。この場合、電源制御部１３１は、現在の力率および等価抵抗値に応じて送電電力を現在値よりも所定量下げるように設定するための送電電圧指令を充電制御サーバ３００から受け取り、送電回路１５０に送電電圧指令に応じた送電電圧の制御を実行させる。

【0075】

なお、上限値ＬＭＴ１は、等価抵抗値Ｒｘが整合値Ｒｍ１に限りなく近い場合に生じ易くなるＤＣ／ＤＣ電源２２３の破損を抑圧するために、ＤＣ／ＤＣ電源２２３の動作を保証するための力率の許容上限値である。つまり、力率が上限値ＬＭＴ１を超える場合には、ＤＣ／ＤＣ電源の突然の停止に伴う充電電流の停止から生じる受電側のインピーダンスの急上昇によりＤＣ／ＤＣ電源２２３に定格電圧を超える電圧が印加されて破損する事態が生じる。そこで、実施の形態１では、力率が上限値ＬＭＴ１を超えないことを前提条件として、電源制御部１３１は、現在の力率および等価抵抗値に応じた送電電圧指令を充電制御サーバ３００から受け取り、送電回路１５０に送電電圧指令に応じた送電電圧の制御を実行させる。

【0076】

一方、例えば等価抵抗値Ｒｘが整合値Ｒｍ１未満（例えば１５オーム未満）である場合、等価抵抗値Ｒｘが低ければ低いほど力率および伝送効率は低下する傾向が見られる。つまり、力率を上限値ＬＭＴ１に近づけるために送電電力を上げるように制御することが好ましいことが分かる。この場合、電源制御部１３１は、現在の力率および等価抵抗値に応じて送電電力を現在値よりも所定量上げるように設定するための送電電圧指令を充電制御サーバ３００から受け取り、送電回路１５０に送電電圧指令に応じた送電電圧の制御を実行させる。

【0077】

情報通信部１４１は、図２の通信回路１４０および水中アンテナＡｎ３を含む構成に対応しており、通信回路１４０と同一の機能を有するため、詳細な説明は省略する。情報通信部１４１は、パワーアナライザ１８０により計算された力率を取得して充電制御サーバ３００に送信する。情報通信部１４１は、充電制御サーバ３００から送られた送電電圧指令を受信して送電側プロセッサ１３０に送る。情報通信部１４１は、受電装置２００から送られた等価抵抗値を充電制御サーバ３００に送る。

【0078】

ＡＣ電圧検出部１６１は、図２の電圧プローブ１６０と同一の構成であり、電圧プローブ１６０と同一の機能を有するため、詳細な説明は省略する。

【0079】

ＡＣ電流検出部１７１は、図２の電流プローブ１７０と同一の構成であり、電流プローブ１７０と同一の機能を有するため、詳細な説明は省略する。

【0080】

パワーアナライザ１８０は、力率計算部１８１および通信制御部１８２を機能的に有している。

【0081】

力率計算部１８１は、電圧プローブ１６０からの送電電圧の測定値と電流プローブ１７０からの送電電流の測定値とに基づいて、公知の所定関係式を用いて力率を計算して算出して通信制御部１８２に送る。

【0082】

通信制御部１８２は、力率計算部１８１により計算された現在の力率を情報通信部１４１に送る。

【0083】

例えば受電装置２００では、データ信号の流れに着目した機能的構成として、図２中の受電装置２００の構成要素の中から受電回路２１０、受電電流検出部２２１、受電電圧検出部２２２、ＤＣ／ＤＣ電源２２３、蓄電池２３０、充電電流検出部２２５、受電側プロセッサ２２６、情報通信部２４１が図示されている。図３の受電装置２００の説明において、図２の構成と同一の構成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。

【0084】

受電側プロセッサ２２６は、ＡＤ変換部２７１、２７２、２７３、等価抵抗値算出部２７４、メモリ２７５およびＤＣ／ＤＣ電源電圧決定部２７６を機能的に有している。

【0085】

ＡＤ変換部２７１は、受電電流検出部２２１によりセンシング（測定、検出）された現在の整流電流値をデジタル値に変換し、デジタル値の整流電流値を等価抵抗値算出部２７４に送る。

【0086】

ＡＤ変換部２７２は、受電電流検出部２２１によりセンシング（測定、検出）された現在の整流電圧値をデジタル値に変換し、デジタル値の整流電圧値を等価抵抗値算出部２７４に送る。

【0087】

ＡＤ変換部２７３は、充電電流検出部２２５によりセンシング（測定、検出）された現在の充電電流値をデジタル値に変換し、デジタル値の充電電流値をＤＣ／ＤＣ電源電圧決定部２７６に送る。

【0088】

等価抵抗値算出部２７４は、ＡＤ変換部２７１、２７２のそれぞれの出力に基づいて、例えばオームの法則の関係式にしたがって等価抵抗値（図４参照）を算出し、算出結果である等価抵抗値を情報通信部２４１に送る。

【0089】

メモリ２７５は、例えばＤＣ／ＤＣ電源電圧決定部２７６がＤＣ／ＤＣ電源２２３から蓄電池２３０への充電に関して供給する電源電圧を決定するための基準となる基準電流値を保持している。また、メモリ２７５は、情報通信部２４１から転送された充電電流指令（後述する実施の形態２参照）を一時的に保持する。

【0090】

ＤＣ／ＤＣ電源電圧決定部２７６は、ＡＤ変換部２７３からの出力（つまり現在の充電電流値）とメモリ２７５に保存されている基準電流値とに基づいて、ＤＣ／ＤＣ電源２２３から蓄電池２３０への充電に関して供給する電源電圧を決定する。ＤＣ／ＤＣ電源電圧決定部２７６は、決定した電源電圧をＤＣ／ＤＣ電源２２３に供給する制御を行う。

【0091】

情報通信部２４１は、図２の通信回路２４０および水中アンテナＡｎ１、Ａｎ２を含む構成に対応しており、通信回路２４０および水中アンテナＡｎ１、Ａｎ２と同一の機能を有するため、詳細な説明は省略する。情報通信部２４１は、受電側プロセッサ２２６により計算された等価抵抗値を取得し、情報通信部１４１を介して充電制御サーバ３００に送信する。情報通信部２４１は、充電制御サーバ３００から送られた充電電流指令（後述する実施の形態２参照）を受信して受電側プロセッサ２２６に送る（実施の形態２参照）。

【0092】

［ワイヤレス給電システムの動作手順］
次に、図５および図６を参照して、実施の形態１に係るワイヤレス給電システム１０００の動作手順について、充電制御サーバ３００の動作を中心に説明する。図５および図６は、実施の形態１に係る充電制御サーバの動作手順例を時系列に示すフローチャートである。図５および図６に示す各処理は、主に充電制御サーバ３００のプロセッサ３０２により実行され、定期的に実行される受信割込み処理である。この受信割込み処理は、例えば１［秒］ごとに周期的に実行される。

【0093】

図５において、プロセッサ３０２は、等価抵抗値の算出結果を、受電装置２００から送電装置１００の情報通信部１４１（図３参照）を介して受信して取得する（ステップＳｔ１）。プロセッサ３０２は、ステップＳｔ１で取得した等価抵抗値の算出結果が整合値（図４参照）以上であるか否かを判定する（ステップＳｔ２）。この整合値のデータは例えばメモリ３０３において予め保存されている。プロセッサ３０２は、ステップＳｔ１で取得した等価抵抗値の算出結果が整合値未満であると判定した場合（ステップＳｔ２、ＮＯ）、ステップＳｔ１４以降の処理を実行する（図６参照）。

【0094】

一方、プロセッサ３０２は、ステップＳｔ１で取得した等価抵抗値の算出結果が整合値以上であると判定した場合（ステップＳｔ２、ＹＥＳ）、力率の算出結果を送電装置１００の情報通信部１４１（図３参照）から受信して取得する（ステップＳｔ３）。

【0095】

プロセッサ３０２は、ステップＳｔ３で取得した力率が第１の範囲（ａ（例えば０．９５）より大きく１．０以下）内であるか否かを判定する（ステップＳｔ４）。プロセッサ３０２は、ステップＳｔ３で取得した力率が第１の範囲（上述参照）内であると判定した場合（ステップＳｔ４、ＹＥＳ）、現在の送電電力（言い換えると、送電電圧）を所定量（例えば１ｕ）増加するための送電電圧指令（図４参照）を生成する（ステップＳｔ５）。ここで、ｕは、制御対象となる送電電圧の設定単位（ｕｎｉｔ）を示す。例えばｕ＝１Ｖ［ボルト］であれば、ステップＳｔ５で生成される送電電圧指令は、現在の送電電圧よりも＋１Ｖ［ボルト］増加するための指令（コマンド）を含む。これにより、力率が上限値ＬＭＴ１を超えずに向上するだけでなく、送電装置１００から受電装置２００への電力の伝送効率が向上する。

【0096】

一方、プロセッサ３０２は、ステップＳｔ３で取得した力率が第１の範囲（上述参照）内ではない（言い換えると、０．９５以下である）と判定した場合（ステップＳｔ４、ＮＯ）、ステップＳｔ３で取得した力率が第２の範囲（ｂ（例えば０．９２）より大きくａ（例えば０．９５）以下）内であるか否かを判定する（ステップＳｔ６）。プロセッサ３０２は、ステップＳｔ３で取得した力率が第２の範囲（上述参照）内であると判定した場合（ステップＳｔ６、ＹＥＳ）、現在の送電電力（言い換えると、送電電圧）を現在の送電電圧を維持するための送電電圧指令（図４参照）を生成する（ステップＳｔ７）。これにより、力率が上限値ＬＭＴ１を超えずに近い状態のままとなるため、送電装置１００から受電装置２００への電力の伝送効率が高い状態が維持される。

【0097】

一方、プロセッサ３０２は、ステップＳｔ３で取得した力率が第２の範囲（上述参照）内ではない（言い換えると、０．９２以下である）と判定した場合（ステップＳｔ６、ＮＯ）、ステップＳｔ３で取得した力率が第３の範囲（ｃ（例えば０．８５）より大きくｂ（例えば０．９２）以下）内であるか否かを判定する（ステップＳｔ８）。プロセッサ３０２は、ステップＳｔ３で取得した力率が第３の範囲（上述参照）内であると判定した場合（ステップＳｔ８、ＹＥＳ）、現在の送電電力（言い換えると、送電電圧）を所定量（例えば１ｕ）減少するための送電電圧指令（図４参照）を生成する（ステップＳｔ９）。ここで、ｕは、制御対象となる送電電圧の設定単位（ｕｎｉｔ）を示す。例えばｕ＝１Ｖ［ボルト］であれば、ステップＳｔ９で生成される送電電圧指令は、現在の送電電圧よりも＋１Ｖ［ボルト］減少するための指令（コマンド）を含む。これにより、力率が上限値ＬＭＴ１を超えずに向上するだけでなく、送電装置１００から受電装置２００への電力の伝送効率が向上する。

【0098】

一方、プロセッサ３０２は、ステップＳｔ３で取得した力率が第３の範囲（上述参照）内ではない（言い換えると、０．８５以下である）と判定した場合（ステップＳｔ８、ＮＯ）、ステップＳｔ３で取得した力率が第４の範囲（０より大きくｃ（例えば０．８５）以下）内であるか否かを判定する（ステップＳｔ１０）。プロセッサ３０２は、ステップＳｔ３で取得した力率が第４の範囲（上述参照）内であると判定した場合（ステップＳｔ１０、ＹＥＳ）、現在の送電電力（言い換えると、送電電圧）を所定量（例えば２ｕ）減少するための送電電圧指令（図４参照）を生成する（ステップＳｔ１１）。ここで、ｕは、制御対象となる送電電圧の設定単位（ｕｎｉｔ）を示す。例えばｕ＝１Ｖ［ボルト］であれば、ステップＳｔ１１で生成される送電電圧指令は、現在の送電電圧よりも＋２Ｖ［ボルト］減少するための指令（コマンド）を含む。これにより、力率が上限値ＬＭＴ１を超えずに向上するだけでなく、送電装置１００から受電装置２００への電力の伝送効率が向上する。

【0099】

一方、プロセッサ３０２は、ステップＳｔ３で取得した力率が第４の範囲（上述参照）内ではない（言い換えると、０．８５以下である）と判定した場合（ステップＳｔ１０、ＮＯ）、所定の異常処理（例えば送電装置１００からの電力伝送の中断）を実行する（ステップＳｔ１２）。ステップＳｔ１２の後、充電制御サーバ３００の処理は終了する。なお、所定の異常処理は上述した送電装置１００からの電力伝送の中断に限定されなくてもよい。

【0100】

プロセッサ３０２は、ステップＳｔ５、Ｓｔ７、Ｓｔ９、Ｓｔ１１のうちいずれの処理の後に、生成した送電電圧指令を、通信回路３０１および情報通信部１４１を介して送電装置１００の送電側プロセッサ１３０に送信する（ステップＳｔ１３）。ステップＳｔ１３の後、充電制御サーバ３００の処理は終了する。

【0101】

一方、プロセッサ３０２は、ステップＳｔ１で取得した等価抵抗値の算出結果が整合値未満であると判定した場合（ステップＳｔ２、ＮＯ）、力率の算出結果を送電装置１００の情報通信部１４１（図３参照）から受信して取得する（ステップＳｔ１４）。

【0102】

プロセッサ３０２は、ステップＳｔ１４で取得した力率が第１の範囲（ａ（例えば０．９５）より大きく１．０以下）内であるか否かを判定する（ステップＳｔ１５）。プロセッサ３０２は、ステップＳｔ１４で取得した力率が第１の範囲（上述参照）内であると判定した場合（ステップＳｔ１５、ＹＥＳ）、現在の送電電力（言い換えると、送電電圧）を所定量（例えば１ｕ）減少するための送電電圧指令（図４参照）を生成する（ステップＳｔ１６）。ここで、ｕは、制御対象となる送電電圧の設定単位（ｕｎｉｔ）を示す。例えばｕ＝１Ｖ［ボルト］であれば、ステップＳｔ１６で生成される送電電圧指令は、現在の送電電圧よりも＋１Ｖ［ボルト］減少するための指令（コマンド）を含む。これにより、力率が上限値ＬＭＴ１を超えずに向上するだけでなく、送電装置１００から受電装置２００への電力の伝送効率が向上する。

【0103】

一方、プロセッサ３０２は、ステップＳｔ１４で取得した力率が第１の範囲（上述参照）内ではない（言い換えると、０．９５以下である）と判定した場合（ステップＳｔ１５、ＮＯ）、ステップＳｔ１４で取得した力率が第２の範囲（ｂ（例えば０．９２）より大きくａ（例えば０．９５）以下）内であるか否かを判定する（ステップＳｔ１７）。プロセッサ３０２は、ステップＳｔ１４で取得した力率が第２の範囲（上述参照）内であると判定した場合（ステップＳｔ１７、ＹＥＳ）、現在の送電電力（言い換えると、送電電圧）を現在の送電電圧を維持するための送電電圧指令（図４参照）を生成する（ステップＳｔ１８）。これにより、力率が上限値ＬＭＴ１を超えずに近い状態のままとなるため、送電装置１００から受電装置２００への電力の伝送効率が高い状態が維持される。

【0104】

一方、プロセッサ３０２は、ステップＳｔ１４で取得した力率が第２の範囲（上述参照）内ではない（言い換えると、０．９２以下である）と判定した場合（ステップＳｔ１７、ＮＯ）、ステップＳｔ１４で取得した力率が第３の範囲（ｃ（例えば０．８５）より大きくｂ（例えば０．９２）以下）内であるか否かを判定する（ステップＳｔ１９）。プロセッサ３０２は、ステップＳｔ１４で取得した力率が第３の範囲（上述参照）内であると判定した場合（ステップＳｔ１９、ＹＥＳ）、現在の送電電力（言い換えると、送電電圧）を所定量（例えば１ｕ）増加するための送電電圧指令（図４参照）を生成する（ステップＳｔ２０）。ここで、ｕは、制御対象となる送電電圧の設定単位（ｕｎｉｔ）を示す。例えばｕ＝１Ｖ［ボルト］であれば、ステップＳｔ２０で生成される送電電圧指令は、現在の送電電圧よりも＋１Ｖ［ボルト］増加するための指令（コマンド）を含む。これにより、力率が上限値ＬＭＴ１を超えずに向上するだけでなく、送電装置１００から受電装置２００への電力の伝送効率が向上する。

【0105】

一方、プロセッサ３０２は、ステップＳｔ１４で取得した力率が第３の範囲（上述参照）内ではない（言い換えると、０．８５以下である）と判定した場合（ステップＳｔ１９、ＮＯ）、ステップＳｔ１４で取得した力率が第４の範囲（０より大きくｃ（例えば０．８５）以下）内であるか否かを判定する（ステップＳｔ２１）。プロセッサ３０２は、ステップＳｔ１４で取得した力率が第４の範囲（上述参照）内であると判定した場合（ステップＳｔ２１、ＹＥＳ）、現在の送電電力（言い換えると、送電電圧）を所定量（例えば２ｕ）増加するための送電電圧指令（図４参照）を生成する（ステップＳｔ２２）。ここで、ｕは、制御対象となる送電電圧の設定単位（ｕｎｉｔ）を示す。例えばｕ＝１Ｖ［ボルト］であれば、ステップＳｔ２２で生成される送電電圧指令は、現在の送電電圧よりも＋２Ｖ［ボルト］増加するための指令（コマンド）を含む。これにより、力率が上限値ＬＭＴ１を超えずに向上するだけでなく、送電装置１００から受電装置２００への電力の伝送効率が向上する。

【0106】

一方、プロセッサ３０２は、ステップＳｔ１４で取得した力率が第４の範囲（上述参照）内ではない（言い換えると、０．８５以下である）と判定した場合（ステップＳｔ２１、ＮＯ）、所定の異常処理（例えば送電装置１００からの電力伝送の中断）を実行する（ステップＳｔ２３）。ステップＳｔ２３の後、充電制御サーバ３００の処理は終了する。なお、所定の異常処理は上述した送電装置１００からの電力伝送の中断に限定されなくてもよい。

【0107】

プロセッサ３０２は、ステップＳｔ１６、Ｓｔ１８、Ｓｔ２０、Ｓｔ２２のうちいずれの処理の後に、生成した送電電圧指令を、通信回路３０１および情報通信部１４１を介して送電装置１００の送電側プロセッサ１３０に送信する（ステップＳｔ２４）。ステップＳｔ２４の後、充電制御サーバ３００の処理は終了する。

【0108】

以上により、実施の形態１に係るワイヤレス給電システム１０００は、水中（例えば海中）を移動可能であって蓄電池２３０を有する受電装置２００と、サーバ（充電制御サーバ３００）と通信可能に接続される送電装置１００と、を含む。送電装置１００は、受電装置２００への送電電力を生成する送電回路１５０と、送電回路１５０の送電電流および送電回路の送電電圧に基づいて、送電電力の力率を算出する解析回路（パワーアナライザ１８０）と、受電装置２００およびサーバ（充電制御サーバ３００）との間で通信可能な第１の通信回路（情報通信部１４１）と、を備える。受電装置２００は、水中において送電装置１００からワイヤレスで伝送された送電電力を受電する受電回路２１０と、受電回路２１０で受電された受電電力に基づいて蓄電池２３０を充電する電源回路（充電回路２２０）と、電源回路の受電電流および電源回路に供給する受電電圧に基づいて、蓄電池２３０に係る等価抵抗値を算出する受電側プロセッサ２２６と、送電装置１００との間で通信可能な第２の通信回路（情報通信部２４１）と、を備える。送電装置１００は、等価抵抗値および力率に基づいてサーバから指示される送電電圧指令に応じて、送電電力を送電回路１５０において可変可能に制御する。これにより、ワイヤレス給電システム１０００は、一次側（送電装置１００）から二次側（受電装置２００）への電力伝送における力率を加味して、ＤＣ／ＤＣ電源２２３の動作が保証されるように送電電圧を適切に制御できる。したがって、ワイヤレス給電システム１０００は、二次側でのＤＣ／ＤＣ電源２２３の動作停止を抑制しながら送電効率の向上を図ることができる。

【0109】

また、ワイヤレス給電システム１０００は、サーバ（充電制御サーバ３００）を更に備える。サーバは、等価抵抗値が所定値（例えば整合値Ｒｍ１）以上であって力率が第１の範囲（図５のステップＳｔ４参照）内である場合、送電電圧を現在の送電電圧より所定値増加する第１の送電電圧指令（図５のステップＳｔ５参照）を送電電圧指令として送電装置１００に送る。これにより、ワイヤレス給電システム１０００は、送電電圧を所定量（図５のステップＳｔ５参照）増加する制御により、力率を上限値ＬＭＴ１未満の状態でできるだけ高い値として保持することができ、送電装置１００から受電装置２００への電力の伝送効率を向上することができる。

【0110】

また、サーバ（充電制御サーバ３００）は、等価抵抗値が所定値（例えば整合値Ｒｍ１）以上であって力率が第１の範囲（図５のステップＳｔ４参照）より小さい第２の範囲内（図５のステップＳｔ６参照）である場合、送電電圧を現在の送電電圧に維持する第２の送電電圧指令（図５のステップＳｔ７参照）を送電電圧指令として送電装置に送る。これにより、ワイヤレス給電システム１０００は、現在の送電電圧を変更することなく、力率を上限値ＬＭＴ１未満の状態でできるだけ高い値として保持することができ、送電装置１００から受電装置２００への電力の伝送効率が高い状態を維持することができる。

【0111】

また、サーバ（充電制御サーバ３００）は、等価抵抗値が所定値（例えば整合値Ｒｍ１）以上であって力率が第２の範囲（図５のステップＳｔ６参照）より小さい第３の範囲内（図５のステップＳｔ８、Ｓｔ１０参照）である場合、送電電圧を現在の送電電圧より所定値減少する第３の送電電圧指令（図５のステップＳｔ９、Ｓｔ１１参照）を送電電圧指令として送電装置１００に送る。これにより、ワイヤレス給電システム１０００は、送電電圧を所定量（図５のステップＳｔ９、Ｓｔ１１参照）減少する制御により、力率を上限値ＬＭＴ１未満の状態でできるだけ高い値として保持することができ、送電装置１００から受電装置２００への電力の伝送効率を向上することができる。

【0112】

また、ワイヤレス給電システム１０００は、サーバ（充電制御サーバ３００）を更に備える。サーバは、等価抵抗値が所定値（例えば整合値Ｒｍ１）未満であって力率が第１の範囲（図６のステップＳｔ１５参照）内である場合、送電電圧を現在の送電電圧より所定値減少する第４の送電電圧指令（図６のステップＳｔ１６参照）を送電電圧指令として送電装置１００に送る。これにより、ワイヤレス給電システム１０００は、送電電圧を所定量（図５のステップＳｔ１６参照）減少する制御により、力率を上限値ＬＭＴ１未満の状態でできるだけ高い値として保持することができ、送電装置１００から受電装置２００への電力の伝送効率を向上することができる。

【0113】

また、サーバ（充電制御サーバ３００）は、等価抵抗値が所定値（例えば整合値Ｒｍ１）未満であって力率が第１の範囲より小さい第２の範囲内（図６のステップＳｔ１７参照）である場合、送電電圧を現在の送電電圧に維持する第５の送電電圧指令（図６のステップＳｔ１８参照）を送電電圧指令として送電装置１００に送る。これにより、ワイヤレス給電システム１０００は、現在の送電電圧を変更することなく、力率を上限値ＬＭＴ１未満の状態でできるだけ高い値として保持することができ、送電装置１００から受電装置２００への電力の伝送効率が高い状態を維持することができる。

【0114】

また、サーバ（充電制御サーバ３００）は、等価抵抗値が所定値（例えば整合値Ｒｍ１）未満であって力率が第２の範囲より小さい第３の範囲内（図６のステップＳｔ１９、Ｓｔ２１参照）である場合、送電電圧を現在の送電電圧より所定値増加する第６の送電電圧指令（図６のステップＳｔ２０、Ｓｔ２２参照）を送電電圧指令として送電装置１００に送る。これにより、ワイヤレス給電システム１０００は、送電電圧を所定量（図６のステップＳｔ２０、Ｓｔ２２参照）増加する制御により、力率を上限値ＬＭＴ１未満の状態でできるだけ高い値として保持することができ、送電装置１００から受電装置２００への電力の伝送効率を向上することができる。

【0115】

また、実施の形態１に係る送電装置１００は、水中（例えば海中）を移動可能であって蓄電池２３０を有する受電装置２００とサーバ（充電制御サーバ３００）との間で通信可能に接続される。送電装置１００は、受電装置２００への送電電力を生成する送電回路１５０と、送電回路の送電電流および送電回路の送電電圧に基づいて、送電電力の力率を算出する解析回路（パワーアナライザ１８０）と、受電装置２００およびサーバとの間で通信可能な第１の通信回路（情報通信部１４１）と、を備える。送電回路１５０は、サーバから送られる、力率と受電装置２００により算出される蓄電池２３０に係る等価抵抗値とに基づく送電電圧指令に応じて、送電電力を送電回路１５０において可変可能に制御する。これにより、送電装置１００は、充電制御サーバ３００からの送電電圧指令に応じて適応的に送電電圧を制御することができ、二次側（受電装置２００）でのＤＣ／ＤＣ電源２２３の動作停止を抑制しながら送電効率の向上を図ることができる。

【0116】

（実施の形態２に至る経緯）
磁気共鳴方式を用いたワイヤレス電力伝送では、受電装置内の蓄電池への充電用電源としてＤＣ／ＤＣ電源を採用することがある。この場合、送電装置と受電装置との間の電力伝送における整合条件（上述参照）に合致させると、受電装置に搭載されているＤＣ／ＤＣ電源の変換効率の限界（上限）を超える電力供給が必要になる場合があり、この時、送電装置からの送電電力（送電電圧）が一定である場合には、この状態から受電装置内の蓄電池へ供給する充電電流を増加してよいか否かの判断が困難であった。例えば送電電圧が低く供給余力がない状態で充電電流を過剰に設定すれば、ＤＣ／ＤＣ電源が突然停止してしまう。この結果、受電装置の充電回路内におけるインピーダンスが急増して高電圧が発生してしまい、受電装置内の充電回路内における各電子機器等の破損を招きかねないという課題があった。

【0117】

（実施の形態２）
実施の形態２では、一次側から二次側へのワイヤレスでの電力伝送において、力率を最大値未満の一定値付近に保つようにモニタリングしながら、二次側の充電回路に搭載されるＤＣ／ＤＣ電源の動作停止を抑制できるように二次側の充電回路における充電電流を制御する例を説明する。

【0118】

［ワイヤレス給電システム、送電装置、受電装置の構成］
実施の形態２に係るワイヤレス給電システム、送電装置、受電装置、充電制御サーバの各構成は、実施の形態１に係るワイヤレス給電システム１０００、送電装置１００、受電装置２００、充電制御サーバ３００の各構成と同一である。実施の形態２に係るワイヤレス給電システム１０００、送電装置１００、受電装置２００、充電制御サーバ３００の各構成の説明において、実施の形態１に係るワイヤレス給電システム１０００、送電装置１００、受電装置２００、充電制御サーバ３００の各対応する構成と同一の構成のもの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（特に実施の形態２において特有の作用）について説明する。

【0119】

まず、図７を参照して、実施の形態２に係る充電電流指令と力率、伝送効率、等価抵抗値との関係について説明する。図７は、送電電力が一定である際の受電装置の等価抵抗値に対する充電電流、伝送効率、力率の各特性例を示すグラフである。実施の形態２では、水中航走体７０（つまり受電装置２００）では、送信電圧を一定にすることを想定している。図７の横軸は等価抵抗値（Ω：オーム）を示し、図７の第１縦軸は充電電流［Ａ：アンペア］を示し、図７の第２縦軸は力率・伝送効率［％：パーセント］を示す。図７では、送電電力（送電電圧）が一定時の、送電電力、伝送効率、力率と等価抵抗値との関係が示されている。

【0120】

ここで、等価抵抗値Ｒｘ（図７参照）とは、受電装置２００の負荷が充電回路２２０および蓄電池２３０である場合に、充電回路２２０内のＤＣ／ＤＣ電源２２３に流れる電流とＤＣ／ＤＣ電源２２３に印加（供給）される電圧とにより定まる抵抗値である。図７に示すように、充電電流、伝送効率および力率は、それぞれ特性Ｐｒ４、Ｐｒ５、Ｐｒ６のように変動することがシミュレーションにより判明した。図７の中央部分に示す整合値Ｒｍ２は、電力伝送に適する共振周波数に応じてインピーダンスマッチングされた抵抗値（インピーダンス値）であって、例えば１４．５オームとなっている。

【0121】

例えば等価抵抗値Ｒｘが整合値Ｒｍ２以上（例えば２０オーム以上）である場合、等価抵抗値Ｒｘが高ければ高いほど力率および伝送効率は低下する傾向が見られる。つまり、力率を実運用上望ましい上限値ＬＭＴ２に近づけるために充電電流を上げるように制御することが好ましいことが分かる。この場合、ＤＣ／ＤＣ電源電圧決定部２７６は、現在の力率に応じて充電電流を現在値よりも所定量上げるように設定するための充電電流指令を充電制御サーバ３００から受け取り、ＤＣ／ＤＣ電源２２３に充電電流指令に応じた充電電流の制御を実行させる。

【0122】

なお、上限値ＬＭＴ２は、等価抵抗値Ｒｘが整合値Ｒｍ２に限りなく近い場合に生じ易くなるＤＣ／ＤＣ電源２２３の破損を抑圧するために、ＤＣ／ＤＣ電源２２３の動作を保証するための力率の許容上限値である。つまり、力率が上限値ＬＭＴ２を超える場合には、ＤＣ／ＤＣ電源２２３に定格電圧を超える電圧が印加されて破損する事態が生じる。そこで、実施の形態２では、力率が上限値ＬＭＴ２を超えないことを前提条件として、ＤＣ／ＤＣ電源電圧決定部２７６は、現在の力率に応じた充電電流指令を充電制御サーバ３００から受け取り、ＤＣ／ＤＣ電源２２３に充電電流指令に応じた充電電流の制御を実行させる。

【0123】

一方、例えば等価抵抗値Ｒｘが整合値Ｒｍ２未満（例えば１０オーム未満）である場合、等価抵抗値Ｒｘが低ければ低いほど力率および伝送効率は低下する傾向が見られる。つまり、力率を実運用上望ましい上限値ＬＭＴ２に近づけるために充電電流を上げるように制御することが好ましいことが分かる。この場合、ＤＣ／ＤＣ電源電圧決定部２７６は、現在の力率に応じて充電電流を現在値よりも所定量上げるように設定するための充電電流指令を充電制御サーバ３００から受け取り、ＤＣ／ＤＣ電源２２３に充電電流指令に応じた充電電流の制御を実行させる。

【0124】

また、等価抵抗値Ｒｘが１０オームから２０オームの範囲の場合、送信力率が上限値ＬＭＴ２を超える。この場合、ＤＣ／ＤＣ電源２２３に定格電圧を超える電圧が印加されて破損が生じる可能性が高い。このため、ＤＣ／ＤＣ電源電圧決定部２７６は、現在の力率に応じて、送信力率が上限値ＬＭＴ２を超えないように充電電流を現在値よりも所定量下げるように設定するための充電電流指令を充電制御サーバ３００から受け取り、ＤＣ／ＤＣ電源２２３に充電電流指令に応じた充電電流の制御を実行させる。

【0125】

［ワイヤレス給電システムの動作手順］
次に、図８を参照して、実施の形態２に係るワイヤレス給電システム１０００の動作手順について、充電制御サーバ３００の動作を中心に説明する。図８は、実施の形態２に係る充電制御サーバ３００の動作手順例を時系列に示すフローチャートである。図８に示す各処理は、主に充電制御サーバ３００のプロセッサ３０２により実行され、定期的に実行される受信割込み処理である。この受信割込み処理は、例えば１［秒］ごとに周期的に実行される。

【0126】

図８において、プロセッサ３０２は、送電装置１００により計算された力率の算出結果を送電装置１００の情報通信部１４１（図３参照）から受信して取得する（ステップＳｔ３１）。

【0127】

プロセッサ３０２は、ステップＳｔ３１で取得した力率が第１の範囲（ａ（例えば０．９５）より大きく１．０以下）内であるか否かを判定する（ステップＳｔ３２）。プロセッサ３０２は、ステップＳｔ３１で取得した力率が第１の範囲（上述参照）内であると判定した場合（ステップＳｔ３２、ＹＥＳ）、現在の充電電流を所定量（例えば１ｕ）減少するための充電電流指令（図７参照）を生成する（ステップＳｔ３３）。ここで、ｕは、制御対象となる充電電流の設定単位（ｕｎｉｔ）を示す。例えばｕ＝１Ａ［アンペア］であれば、ステップＳｔ３３で生成される充電電流指令は、現在の充電電流よりも＋１Ａ［アンペア］増加するための指令（コマンド）を含む。これにより、力率が上限値ＬＭＴ２を超えずに向上するだけでなく、送電装置１００から受電装置２００への電力の伝送効率が向上する。

【0128】

一方、プロセッサ３０２は、ステップＳｔ３１で取得した力率が第１の範囲（上述参照）内ではない（言い換えると、０．９５以下である）と判定した場合（ステップＳｔ３２、ＮＯ）、ステップＳｔ３１で取得した力率が第２の範囲（ｂ（例えば０．９２）より大きくａ（例えば０．９５）以下）内であるか否かを判定する（ステップＳｔ３４）。プロセッサ３０２は、ステップＳｔ３１で取得した力率が第２の範囲（上述参照）内であると判定した場合（ステップＳｔ３４、ＹＥＳ）、現在の充電電流を現在の充電電流に維持するための送電電圧指令（図７参照）を生成する（ステップＳｔ３５）。これにより、力率が上限値ＬＭＴ２を超えずに近い状態のままとなるため、送電装置１００から受電装置２００への電力の伝送効率が高い状態が維持される。

【0129】

一方、プロセッサ３０２は、ステップＳｔ３１で取得した力率が第２の範囲（上述参照）内ではない（言い換えると、０．９２以下である）と判定した場合（ステップＳｔ３４、ＮＯ）、ステップＳｔ３１で取得した力率が第３の範囲（ｃ（例えば０．８５）より大きくｂ（例えば０．９２）以下）内であるか否かを判定する（ステップＳｔ３６）。プロセッサ３０２は、ステップＳｔ３１で取得した力率が第３の範囲（上述参照）内であると判定した場合（ステップＳｔ３６、ＹＥＳ）、現在の充電電流を所定量（例えば１ｕ）増加するための充電電流指令（図７参照）を生成する（ステップＳｔ３７）。ここで、ｕは、制御対象となる送電電圧の設定単位（ｕｎｉｔ）を示す。例えばｕ＝１Ｖ［ボルト］であれば、ステップＳｔ３７で生成される充電電流指令は、現在の充電電流よりも＋１Ａ［アンペア］増加するための指令（コマンド）を含む。これにより、力率が上限値ＬＭＴ２を超えずに向上するだけでなく、送電装置１００から受電装置２００への電力の伝送効率が向上する。

【0130】

一方、プロセッサ３０２は、ステップＳｔ３１で取得した力率が第３の範囲（上述参照）内ではない（言い換えると、０．８５以下である）と判定した場合（ステップＳｔ３６、ＮＯ）、ステップＳｔ３１で取得した力率が第４の範囲（０より大きくｃ（例えば０．８５）以下）内であるか否かを判定する（ステップＳｔ３８）。プロセッサ３０２は、ステップＳｔ３１で取得した力率が第４の範囲（上述参照）内であると判定した場合（ステップＳｔ３８、ＹＥＳ）、現在の充電電流を所定量（例えば２ｕ）増加するための充電電流指令（図７参照）を生成する（ステップＳｔ３９）。ここで、ｕは、制御対象となる送電電圧の設定単位（ｕｎｉｔ）を示す。例えばｕ＝１Ａ［アンペア］であれば、ステップＳｔ３９で生成される充電電流指令は、現在の充電電流よりも＋２Ａ［アンペア］減少するための指令（コマンド）を含む。これにより、力率が上限値ＬＭＴ２を超えずに向上するだけでなく、送電装置１００から受電装置２００への電力の伝送効率が向上する。

【0131】

一方、プロセッサ３０２は、ステップＳｔ３１で取得した力率が第４の範囲（上述参照）内ではない（言い換えると、０．８５以下である）と判定した場合（ステップＳｔ３８、ＮＯ）、所定の異常処理（例えば送電装置１００からの電力伝送の中断）を実行する（ステップＳｔ４０）。ステップＳｔ４０の後、充電制御サーバ３００の処理は終了する。なお、所定の異常処理は上述した送電装置１００からの電力伝送の中断に限定されなくてもよい。

【0132】

プロセッサ３０２は、ステップＳｔ３３、Ｓｔ３５、Ｓｔ３７、Ｓｔ３９のうちいずれの処理の後に、生成した充電電流指令を、通信回路３０１、情報通信部１４１および情報通信部２４１を介して受電装置２００の受電側プロセッサ２２６に送信する（ステップＳｔ４１）。ステップＳｔ４１の後、充電制御サーバ３００の処理は終了する。

【0133】

以上により、実施の形態２に係るワイヤレス給電システム１０００は、水中（例えば海中）を移動可能であって蓄電池２３０を有する受電装置２００と、サーバ（充電制御サーバ３００）と通信可能に接続される送電装置１００と、を含む。送電装置１００は、受電装置２００への送電電力を生成する送電回路１５０と、送電回路１５０の送電電流および送電回路１５０の送電電圧に基づいて、送電電力の力率を算出する解析回路（パワーアナライザ１８０）と、受電装置２００およびサーバとの間で通信可能な第１の通信回路（情報通信部１４１）と、を備える。受電装置２００は、水中において送電装置１００からワイヤレスで伝送された送電電力を受電する受電回路２１０と、受電回路２１０で受電された受電電力に基づく充電電流により蓄電池２３０を充電する電源回路（充電回路２２０）と、送電装置１００との間で通信可能な第２の通信回路（情報通信部２４１）と、を備える。受電装置２００は、力率に基づいてサーバから指示される充電電流指令に応じて、充電電流を電源回路において可変可能に制御する。これにより、ワイヤレス給電システム１０００は、一次側（送電装置１００）から二次側（受電装置２００）への送信電圧を一定にする条件下において、電力伝送における力率を加味して、ＤＣ／ＤＣ電源２２３の動作が保証されるように受電装置２００における充電電流を適切に制御できる。したがって、ワイヤレス給電システム１０００は、二次側でのＤＣ／ＤＣ電源２２３の動作停止を抑制しながら送電効率の向上を図ることができる。

【0134】

また、ワイヤレス給電システム１０００は、サーバ（充電制御サーバ３００）を更に備える。サーバは、力率が第１の範囲（図８のステップＳｔ３２参照）内である場合、充電電流を現在の充電電流より所定値減少する第１の充電電流指令（図８のステップＳｔ３３参照）を充電電流指令として受電装置２００に送る。これにより、ワイヤレス給電システム１０００は、充電電流を所定量（図８のステップＳｔ３３参照）減少する制御により、力率を上限値ＬＭＴ２未満の状態でできるだけ高い値として保持することができ、送電装置１００から受電装置２００への電力の伝送効率を向上することができる。

【0135】

また、サーバ（充電制御サーバ３００）は、力率が第１の範囲より小さい第２の範囲内（図８のステップＳｔ３４参照）である場合、充電電流を現在の充電電流に維持する第２の充電電流指令（図８のステップＳｔ３５参照）を充電電流指令として受電装置２００に送る。これにより、ワイヤレス給電システム１０００は、現在の充電電流を変更することなく、力率を上限値ＬＭＴ２未満の状態でできるだけ高い値として保持することができ、送電装置１００から受電装置２００への電力の伝送効率が高い状態を維持することができる。

【0136】

また、サーバ（充電制御サーバ３００）は、力率が第２の範囲より小さい第３の範囲内（図８のステップＳｔ３６、Ｓｔ３８参照）である場合、充電電流を現在の充電電流より所定値増加する第３の充電電流指令（図８のステップＳｔ３７、Ｓｔ３９参照）を充電電流指令として受電装置２００に送る。これにより、ワイヤレス給電システム１０００は、充電電流を所定量増加する制御により、力率を上限値ＬＭＴ２未満の状態でできるだけ高い値として保持することができ、送電装置１００から受電装置２００への電力の伝送効率を向上することができる。

【0137】

（実施の形態２の変形例に至る経緯）
実施の形態２に記載の要領で受電装置２００の受電電流を適切に制御しようとするにも拘わらずに、予想外の外乱、オペレーションミス、装置の動作異常、受電側プロセッサの実行するプログラムのバグ等によって、ＤＣ／ＤＣ電源が突然停止する可能性も考えられる。ＤＣ／ＤＣ電源の突然停止により、受電装置の充電回路内におけるインピーダンスが急増して高電圧が発生してしまい、受電装置内の充電回路内における各電子機器等の破損を招きかねないという課題があった。

【0138】

（実施の形態２の変形例）
実施の形態２の変形例では、受電装置内の充電電流の検出を定期的に行い、充電電流指令がゼロを示さない場合でも充電電流がゼロになったことを検出した場合に、実施の形態２の例外措置として送電装置の送電電力を所定値に下げてＤＣ／ＤＣ電源の破損を抑制する例を説明する。

【0139】

［ワイヤレス給電システム、送電装置、受電装置の構成］
実施の形態２の変形例に係るワイヤレス給電システム、送電装置、受電装置、充電制御サーバの各構成は、実施の形態１、２に係るワイヤレス給電システム１０００、送電装置１００、受電装置２００、充電制御サーバ３００の各構成と同一である。実施の形態２の変形例に係るワイヤレス給電システム１０００、送電装置１００、受電装置２００、充電制御サーバ３００の各構成の説明において、実施の形態１、２に係るワイヤレス給電システム１０００、送電装置１００、受電装置２００、充電制御サーバ３００の各対応する構成と同一の構成のもの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（特に実施の形態２の変形例において特有の作用）について説明する。

【0140】

まず、図９を参照して、充電電流、ＤＣ／ＤＣ電源電圧、出力停止コマンドの時系列変化について説明する。図９は、充電電流、ＤＣ／ＤＣ電源電圧、出力停止コマンドのそれぞれの時系列変化例を示すタイムチャートである。図９の横軸は時間［ミリ秒］を示し、図９の縦軸は各種の信号レベルを示す。具体的には、ＤＣ／ＤＣ電源２２３の出力電圧の特性ＰＲ１１ａ、ＰＲ１１ｂと、充電電流の特性ＰＲ１２ａ、ＰＲ１２ｂと、ＤＣ／ＤＣ電源２２３からの出力停止コマンドの特性ＰＲ１３ａ、ＰＲ１３ｂとが示されている。

【0141】

図９に示すように、まず時刻ｔ１よりも前の時点で充電電流（特性ＰＲ１２ａ参照）が増加しており、時刻ｔ１においてＤＣ／ＤＣ電源２２３の出力停止が検出される。これは、例えば受電電圧検出部２２２において、時刻ｔ１においてＤＣ／ＤＣ電源２２３からの出力電圧が一定値から下がり始まったことで検出される。時刻ｔ１以降、ＤＣ／ＤＣ電源２２３からの出力電圧は、特性ＰＲ１１ｂに示すように時間とともになだらかに低下する。充電電流は、時刻ｔ１でＤＣ／ＤＣ電源２２３からの出力電圧が下がったことに基づき、充電制御サーバ３００からの充電電流指令により、受電装置２００内において時刻ｔ２以降はゼロに推移するように制御される（特性ＰＲ１２ｂ参照）。

【0142】

また、時刻ｔ１でＤＣ／ＤＣ電源２２３からの出力電圧が下がり始まったことにより、送電装置１００からの送電電力（送電電圧）の出力停止コマンドが充電制御サーバ３００から送電装置１００に送られる。これにより、送電装置１００は、現在の送信電圧を所定値（例えば６０Ｖ［ボルト］）程度の低電圧に制御する（特性ＰＲ１３ａ、ＰＲ１３ｂ参照）。

【0143】

［ワイヤレス給電システムの動作手順］
次に、図１０を参照して、実施の形態２の変形例に係るワイヤレス給電システム１０００の動作手順について説明する。図１０は、実施の形態３に係る受電装置２００および充電制御サーバ３００の各動作手順例を時系列に示すフローチャートである。図１０に示す各処理は、定期的に実行される受信割込み処理であって、より具体的には受電側プロセッサ２２６のタイマ割込みに基づいて充電制御サーバ３００が定期的に行う処理である。これらの受信割込み処理は、例えば１０ｍｓ［ミリ秒］ごとに周期的に実行される。

【0144】

図１０において、受電側プロセッサ２２６は、「充電電流指令（つまり、充電電流の設定値を指定する指令コマンド）が示す設定値がゼロ以上であるが充電電流がゼロである」という条件を満たすか否かを判定する（ステップＳｔ５１）。この条件が満たされないと判定された場合（ステップＳｔ５１、ＮＯ）、受電側プロセッサ２２６のタイム割込み処理は終了する。

【0145】

一方、受電側プロセッサ２２６は、「充電電流指令（つまり、充電電流の設定値を指定する指令コマンド）が示す設定値がゼロ以上であるが充電電流がゼロである」という条件を満たすと判定した場合（ステップＳｔ５１、ＹＥＳ）、充電電流を停止するための指令である充電電流停止メッセージを生成して充電制御サーバ３００に送信する（ステップＳｔ５２）。これにより、受電側プロセッサ２２６のタイム割込み処理は終了する。

【0146】

次に、充電制御サーバ３００は、ステップＳｔ５２で受電側プロセッサ２２６から送信された充電電流停止メッセージを受信した場合（ステップＳｔ５３、ＹＥＳ）、送電装置１００における送電電圧を所定値（例えば６０Ｖ）に下げるように設定すると決定する（ステップＳｔ５４）。なお、充電制御サーバ３００は、ステップＳｔ５２で受電側プロセッサ２２６から送信された充電電流停止メッセージを受信しない場合（ステップＳｔ５３、ＮＯ）、図１０に示す処理を終了する。

【0147】

充電制御サーバ３００は、ステップＳｔ５４の決定にしたがい、送電装置１００における送電電圧を所定値（例えば６０Ｖ）に下げるように設定するための送電電圧指令を生成して送電装置１００に送信する（ステップＳｔ５５）。送電装置１００は、ステップＳｔ５５において充電制御サーバ３００から送信された送電電圧指令にしたがって、送電電圧を所定値（例えば６０Ｖ）に下げるように制御する。これにより、図１０に示す処理を終了する。

【0148】

以上により、実施の形態２の変形例によれば、ワイヤレス給電システム１０００は、受電装置内の充電電流の検出を定期的に行い、充電電流指令がゼロを示さない場合でも充電電流がゼロになったことを検出した場合に、送電装置の送電電力を所定値に下げてＤＣ／ＤＣ電源の破損を抑制することができる。

【0149】

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。

【0150】

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および中継コイル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。

【産業上の利用可能性】

【0151】

本開示は、一次側から二次側への電力伝送における力率を加味して送電電圧を適切に制御し、二次側でのＤＣ／ＤＣ電源の動作停止を抑制しながら送電効率の向上を図るワイヤレス給電システム、送電装置、送電電圧制御方法および充電電流制御方法として有用である。

【符号の説明】

【0152】

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
１３１ 電源制御部
１４０、２４０、３０１ 通信回路
１５０ 送電回路
１５１ ドライバ
１５２、２１２ 共振回路
１５３、２１３ 整合回路
１６０ 電圧プローブ
１７０ 電流プローブ
１８０ パワーアナライザ
１８１ 力率計算部
１８２ 通信制御部
２００ 受電装置
２１０ 受電回路
２１１ 整流回路
２２０ 充電回路
２２１ 受電電流検出部
２２２ 受電電圧検出部
２２３ ＤＣ／ＤＣ電源
２２４ 充電制御回路
２２５ 充電電流検出部
２２６ 受電側プロセッサ
２２７ 通信インターフェース
２３０ 蓄電池
２７１、２７２、２７３ ＡＤ変換部
２７４ 等価抵抗値算出部
２７５、３０３ メモリ
２７６ ＤＣ／ＤＣ電源電圧決定部
３００ 充電制御サーバ
３０２ プロセッサ
１０００ ワイヤレス給電システム
Ａｎ１、Ａｎ２ 水中アンテナ
ＣＬＡ 送電コイル
ＣＬＢ 受電コイル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】