JP2018170480A - 伝送コイル及び送電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水中での非接触電力伝送における伝送効率の低下を抑制できる伝送コイルを提供する。【解決手段】水中において電力を伝送するための伝送コイルであって、交流電流が流れる環状の電線と、非導電性樹脂又は非磁性樹脂を有し、電線の周囲を密閉する第１のカバーと、を有する。電線は、交流電流が流れることで発生する磁界を介して電力を伝送する。【選択図】図３Ａ

Description

本開示は、水中において電力を伝送するための伝送コイル及び送電装置に関する。

従来、送電装置としての水中基地局が、受電装置としての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伝送することが知られている（例えば特許文献１参照）。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、を具備する。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。

また、１３．５６ＭＨｚ帯の周波数を用いる電磁誘導方式を利用して、電力とデータをＩＣ搭載媒体に送信するアンテナ装置が知られている（例えば特許文献２参照）。このアンテナ装置は、信号電流が給電される少なくとも１つの給電ループアンテナと信号電流が給電されない少なくとも１つの無給電ループアンテナを有し、給電ループアンテナが発生する磁界を利用して無給電ループアンテナにも信号電流を発生させ、給電ループアンテナの通信範囲を拡大させる点を開示している。

特開２０１５−０１５９０１号公報 特開２００５−１０２１０１号公報

磁界共鳴方式による電力伝送の伝送効率を表す１つの指標として、電力伝送に用いられるコイルのＱ値（Ｑｕａｌｉｔｙ ｆａｃｔｏｒ）がある。磁界共鳴方式による電力伝送には、少なくとも送電用共鳴コイルと受電用共鳴コイルを含む複数の伝送コイルが用いられる。

伝送コイルを水中（例えば真水又は海水）に沈めた場合、コイルの線材間（巻線間）に水が進入するおそれがある。例えば、真水や海水は、比誘電率が値７０と高く、誘電体としての性質を有する。そのため、コイルの線材間に水が進入すると、誘電損失が発生し易い。また、真水は、導電率も比較的大きく、例えば水道水の場合、０．０２（Ｓ／ｍ）である。更に、海水の場合は、導電率が３．５（Ｓ／ｍ）と非常に大きい。そのため、コイルＣＬの巻線間では、水による渦電流による電気損失が発生する可能性があり、特に海水中にコイルＣＬが配置されると、渦電流による電気損失が大きくなる。このため、伝送コイルのＱ値が低下し、非接触電力伝送（ワイヤレス給電）の際、電力の伝送効率が低下し得る。

本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、水中での非接触電力伝送における伝送効率の低下を抑制できる伝送コイル及び送電装置を提供する。

本開示の伝送コイルは、水中において電力を伝送するための伝送コイルであって、交流電流が流れる環状の電線と、非導電性樹脂又は非磁性樹脂を有し、電線の周囲を密閉する第１のカバーと、を有し、電線は、交流電流が流れることで発生する磁界を介して電力を伝送する。

本開示によれば、水中での非接触電力伝送における伝送効率の低下を抑制できる。

第１の実施形態における電力伝送システムが置かれる環境の一例を示す模式図 電力伝送システムの構成例を示すブロック図 第１の実施形態におけるコイルの構造を示す断面図 比較例のコイルの構造を示す断面図 インダクタンス（Ｌ）及びＱ値の測定条件を示すテーブル 周波数４０ｋＨｚにおけるカバー部材が無いコイルのインダクタンス（Ｌ）及びＱ値の測定結果を示すテーブル 周波数４０ｋＨｚにおけるカバー部材が有るコイルのインダクタンス（Ｌ）及びＱ値の測定結果を示すテーブル 周波数８０ｋＨｚにおけるカバー部材が無いコイルのインダクタンス（Ｌ）及びＱ値の測定結果を示すテーブル 周波数８０ｋＨｚにおけるカバー部材が有るコイルのインダクタンス（Ｌ）及びＱ値の測定結果を示すテーブル 電力の伝送効率を測定するための伝送効率測定回路の構成を示す図 送電用コイルと受電用コイルの形状を示す平面図 図５Ｂの矢印Ｅ−Ｅ線方向から視た送電用コイルと受電用コイルの形状を示す断面図 伝送効率の測定条件を示すテーブル カバー部材が有る場合とカバー部材が無い場合とで、周波数４０ｋＨｚにおける電力の伝送効率の測定結果を示すテーブル カバー部材が有る場合とカバー部材が無い場合とで、周波数８０ｋＨｚにおける電力の伝送効率の測定結果を示すテーブル 第１の実施形態の変形例１におけるコイルの構造を示す断面図 第１の実施形態の変形例２におけるコイルの構造を示す断面図 第２の実施形態におけるコイルの構造を示す断面図 第２の実施形態の変形例１におけるコイルの構造を示す断面図

以下、適宜図面を参照しながら、実施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ことを避け、当業者の理解を容易にするためである。尚、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるものであり、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。

（第１の実施形態）
［構成等］
図１は、第１の実施形態における電力伝送システム１０が置かれる環境の一例を示す模式図である。図２は、電力伝送システムの構成例を示すブロック図である。電力伝送システム１０は、送電装置１００、受電装置２００、及びコイルＣＬを備える。送電装置１００は、受電装置２００に対して、複数のコイルＣＬを介して、磁気共鳴方式に従ってワイヤレス（無接点）で電力伝送する。配置されるコイルＣＬの数は、ｎ個であり、任意である。

コイルＣＬは、例えば、環状に形成され、樹脂のカバーで絶縁されている。コイルＣＬは、例えば、ヘリカルコイルやスパイラルコイルである。ヘリカルコイルは、同一平面内において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。また、コイルＣＬは、例えばキャプタイヤケーブルで形成される。コイルＣＬは、送電コイルＣＬＡ及び受電コイルＣＬＢを含む。送電コイルＣＬＡは、一次コイル（Ｐｒｉｍａｒｙ Ｃｏｉｌ）であり、受電コイルＣＬＢは、二次コイル（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｃｏｉｌ）である。

また、コイルＣＬは、送電コイルＣＬＡと受電コイルＣＬＢとの間に配置された１つ以上の中継コイルＣＬＣ（Ｂｏｏｓｔｅｒ Ｃｏｉｌ）を含んでもよい。中継コイルＣＬＣ同志は、略平行に配置され、中継コイルＣＬＣ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ＣＬＣ間の間隔は、例えば中継コイルＣＬＣの半径以上確保される。中継コイルＣＬＣは、送電コイルＣＬＡによる電力伝送を補助する。中継コイルＣＬＣは、無給電コイルであってよい。

送電コイルＣＬＡは、送電装置１００に設けられる。受電コイルＣＬＢは、受電装置２００に設けられる。中継コイルＣＬＣ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及び受電装置２００とは別に設けられてもよい。中継コイルＣＬＣは、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。

送電装置１００は、船舶５０に設置される。受電装置２００は、移動可能な水中航走体６０（例えば潜水艇７０や水底掘削機８０）や固定的に設置される受電装置（例えば地震計、監視カメラ、地熱発電機）に設置される。各コイルＣＬは、水中（例えば海中）に配置される。

潜水艇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）、又は自立型無人潜水機（ＡＵＶ：Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ｖｅｈｉｃｌｅ）を含んでもよい。

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に存在する。船舶５０は、水上で移動可能であり、例えばデータ取得場所の水上へ自由に移動可能である。船舶５０の送電装置１００と送電コイルＣＬＡとの間は、電線２０により接続される。電線２０は、水上のコネクタ（不図示）を介して、例えば送電装置１００内のドライバ１５１（図２参照）と接続される。

水中航走体６０は、水中又は水底９５（例えば海底）に存在し、水中又は水底９５を航走する。例えば、水上の船舶５０からの指示により、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、その他の通信方法により伝送されてもよい。

各コイルＣＬは、連結体３０と接続され、例えば等間隔に配置される。隣り合うコイルＣＬ間の距離（コイル間隔）は、例えば５ｍである。コイル間隔は、例えばコイルＣＬの直径の半分程度の長さである。伝送周波数は、水中（例えば真水中又は海中）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。なお、伝送周波数は、４０ｋＨｚ以上であってもよい。また、１０ｋＨｚ以上の送信周波数で電力伝送する場合には、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。尚、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ＣＬが大きくなり、コイル間隔が長くなる。

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

図１では、連結体３０の数が３つであるが、これに限られない。連結体３０における受電コイルＣＬＢ側の端部には、錘４０が接続される。連結体３０における送電コイルＣＬＡ側の端部には、ブイ（Ｂｕｏｙ）４５が接続される。

錘４０により、連結体３０の移動を規制でき、連結体３０に固定された各コイルＣＬの移動を規制できる。よって、水中において水流が発生しても、錘４０により各コイルＣＬの移動が規制されるので、コイルＣＬを用いた電力伝送の効率が低下することを抑制できる。

また、連結体３０において、受電コイルＣＬＢ側の端部に錘４０が接続され、送電コイルＣＬＡ側の端部にブイ４５が接続されることで、錘４０が水底側、ブイ４５が水面側となり、連結体３０が水面９０と略垂直となる姿勢を維持できる。よって、各コイルＣＬにより定義される面は、水面９０と略平行となり、磁界共鳴方式によって水深方向（水面と略直交する方向）に電力伝送できる。

尚、錘４０は、連結体３０の運搬時には連結体３０から取り外され、連結体３０の運搬が終了し、所定の位置に設置される際に、連結体３０に錘４０が取り付けられてもよい。
これにより、連結体３０の運搬が容易になる。

図２に示すように、送電装置１００は、電源１１０、ＡＤＣ（ＡＣ／ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１２０、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１３０、情報通信部１４０、及び送電回路１５０、を備える。

ＡＤＣ１２０は、電源１１０から供給される交流電力を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。

ＣＰＵ１３０は、送電装置１００の各部（例えば電源１１０、ＡＤＣ１２０、情報通信部１４０、送電回路１５０）の動作を統括する。

情報通信部１４０は、受電装置２００との間で通信される通信データを変調又は復調するための変復調回路１４１を含む。情報通信部１４０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を介して送信する。情報通信部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を介して受信する。このデータは、例えば、受電装置２００により水中探査や水底探査された探査結果のデータが含まれる。情報通信部１４０により、水中航走体６０がデータ収集等の作業しながら、水中航走体６０との間で迅速にデータ通信できる。

送電回路１５０は、ドライバ１５１及び共振回路１５２を含む。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（パルス波形）に変換する。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。尚、送電コイルＣＬＡは、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される。

尚、ドライバ１５１が変換することで得られる交流電圧に係る所定の周波数は、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。本実施形態では、この伝送周波数が、各コイルＣＬのＱ値に基づき設定される。

図２に示すように、受電装置２００は、受電回路２１０、ＣＰＵ２２０、充電制御回路２３０、２次電池２４０、及び情報通信部２５０を備える。

受電回路２１０は、整流回路２１１、レギュレータ２１２、及び共振回路２１３を含む。共振回路２１３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。尚、受電コイルＣＬＢは、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される。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する。レギュレータ２１２は、整流回路２１１から送られる直流電圧を、２次電池２４０の充電に適合する所定の電圧に変換する。

ＣＰＵ２２０は、受電装置２００の各部（例えば受電回路２１０、充電制御回路２３０、２次電池２４０、情報通信部２５０）の動作を統括する。

充電制御回路２３０は、２次電池２４０の種別に応じて２次電池２４０への充電を制御する。例えば、２次電池２４０がリチウムイオン電池の場合、充電制御回路２３０は、定電圧で、レギュレータ２１２からの直流電力により２次電池２４０への充電を開始する。

２次電池２４０は、送電装置１００から伝送された電力を蓄積する。２次電池２４０は、例えばリチウムイオン電池である。

情報通信部２５０は、送電装置１００との間で通信される通信データを変調又は復調するための変復調回路２５１を含む。情報通信部２５０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を介して受信する。情報通信部２５０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を介して送信する。このデータは、例えば、受電装置２００により水中探査や水底探査された探査結果のデータが含まれる。情報通信部２５０により、水中航走体６０がデータ収集等の作業しながら、船舶５０との間で迅速にデータ通信できる。

尚、中継コイルＣＬＣは、送電コイルＣＬＡ及び受電コイルＣＬＢと同様に、コンデンサＣＣとともに共振回路を構成する。つまり、本実施形態では、共振回路が水中において多段に配置されることで、磁気共鳴方式により電力が伝送される。

次に、送電装置１００から受電装置２００への電力伝送について説明する。

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、同一の周波数で共振する中継コイルＣＬＣを含む共振回路又は受電コイルＣＬＢを含む共振回路２１３に伝達される。

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、同一の周波数で共振する他の中継コイルＣＬＣを含む共振回路又は受電コイルＣＬＢを含む共振回路２１３に伝達される。

共振回路２１３では、中継コイルＣＬＣ又は送電コイルＣＬＡの磁場の振動により、受電コイルＣＬＢに交流電流が誘起される。誘起された交流電流が整流され、所定の電圧に変換され、２次電池２４０に充電される。

［コイルの構造］
次に、コイルＣＬの構造について説明する。

コイルＣＬは、使用時には水中に沈められて水中に配置される。コイルＣＬは、非接触伝送方式（本実施形態では、磁気共鳴方式）で電力を伝送するためには、コイルＣＬのＱ値をできるだけ低下させないような、コイルＣＬの構造を採用することが望ましい。

以下に説明するコイルＣＬによれば、水中においてコイルＣＬの巻線（電線）間への水の進入を抑制する防水構造を取ることで、コイルＣＬのＱ値の低下を抑制でき、コイルＣＬを用いた水中での電力伝送効率の低下を抑制できる。

図３Ａは、コイルＣＬ１（コイルＣＬの一例）の構造を示す断面図である。コイルＣＬ１は、リング状（環状）に巻かれる電線ｗ１と、電線ｗ１の径方向の外周面を包囲する筒状の包囲材ｈｉ１と、包囲材ｈｉ１の外周面に巻かれた自己融着テープｍｔ１と、が同心円状に重なった構造を有する。電線ｗ１として、リッツ線が用いられてよい。

リッツ線は、高周波電流が流れ易いように、複数本の被覆金属線であるエナメル線が撚り合わされた線材でよい。リッツ線は、比較的高価な線材であるが、複数本のエナメル線を用いて表面積を大きくすることで、表皮効果により高周波電流が表面に流れる際の電気抵抗を小さくしている。

また、包囲材ｈｉ１は、非磁性及び非導電性の少なくとも一方を有する材料で成形される。コイルＣＬ１は、包囲材ｈｉ１が非磁性であることで、電線ｗ１に流れる交流電流に起因して発生する磁界や他のコイルＣＬの磁界に共振して発生した磁界の強さが、包囲材ｈｉ１に吸収されることを抑制できる。よって、コイルＣＬ１は、磁界の強さを維持することで、磁界を介して電力伝送される際の伝送効率の低下を抑制できる。コイルＣＬは、包囲材ｈｉ１が非導電性であることで、電線ｗ１を流れる電流が包囲材ｈｉ１を介して導電率の高い水中へ伝達されることを抑制できる。よって、コイルＣＬ１は、電流の大きさを維持でき、電流を基に発生する磁界の強さを維持でき、磁界を介して電力伝送される際の伝送効率の低下を抑制できる。

包囲材ｈｉは、電線ｗ１への給電時に電線ｗ１が発熱しても燃え難いように、難燃性を有してよい。つまり、包囲材ｈｉ１は、難燃性を有する材料で成形されてよい。これにより、コイルＣＬの燃焼に対する安全性が向上する。

包囲材ｈｉ１は、可撓性や弾性を有するゴム（樹脂の一例）で成形されてよい。これにより、包囲材ｈｉ１が可撓性や弾性を有することで、コイルＣＬ１の形状（例えば円形に巻回された形状）に合わせて包囲材ｈｉを容易に加工できる。

包囲材ｈｉ１の具体的な材料として、例えば、クロロプレンゴム、塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、シリコーン樹脂が用いられてよい。また、包囲材ｈｉ１は、エアコン配管用の断熱材が用いられてよい。これにより、コイルＣＬ１は、電線ｗ１を包囲するために汎用品を用いることをでき、防水構造を得るためのコストを低減できる。また、包囲材ｈｉ１の材料として、上記に例示した材料以外の材料が用いられてもよい。

また、包囲材ｈｉ１は、電線ｗ１の直径の１／２以上の厚さを有してよい。例えば、後述する図７と同様に、電線ｗ１が、直径１８．３ｍｍの太さを有してよい。電線ｗ１を包囲する包囲材ｈｉ１の太さ（外径）が、直径４１．５ｍｍでよい。この場合、包囲材ｈｉ１の厚さは、１１．６ｍｍ（＝（４１．５−１８．３）／２）となり、電線ｗ１の直径の１／２以上の厚さを有することを満たす。これにより、包囲材ｈｉ１が、スペーサとして電線ｗ１の外表面から水に接するまでの距離を長くできる。そのため、コイルＣＬ１に交流電流を流すことにより発生する磁界が水中に漏れ難くなり、コイルＣＬ１は、磁界を介した電力の伝送効率の低下を抑制できる。

包囲材ｈｉ１には、電線ｗ１をその長手方向（包囲材ｈｉ１が延びる方向）に沿って半径方向外側から嵌め込むために、包囲材ｈｉ１の半径方向外側から内側に至る切り込みｃｔ１が長手方向に形成される（図３Ａ参照）。切り込みｃｔ１の部分を開いて、包囲材ｈｉ１の内側に電線ｗ１を収容することで、電線ｗ１は、筒状の包囲材ｈｉ１で覆われる。

自己融着テープｍｔ１は、非磁性かつ非導電性を有する材料で成形される。自己融着テープｍｔ１は、包囲材ｈｉ１に巻きつけられた場合、例えば粘着層のブチルゴムが時間の経過により流出することで、自己融着テープｍｔ１と包囲材ｈｉ１とが重なった部分に僅かにできる空間を埋めていく性質を有する。従って、自己融着テープｍｔ１は、コイルＣＬ１が水中に沈められた場合、包囲材ｈｉ１に形成された切り込みｃｔ１を通して、包囲材ｈｉ１の内側に水が進入することを抑制できる。つまり、自己融着テープｍｔ１は、切り込みｃｔ１による隙間を塞ぐ防水テープとしての機能を有する。また、自己融着テープｍｔ１は、電線ｗ１が包囲材ｈｉ１から外れることを防ぐ補強テープとしての機能も有する。自己融着テープｍｔ１の厚さは、例えば、１００ミクロンオーダであり、０．２５ｍｍ，０．１ｍｍ，等でよい。

電線ｗ１を包囲する包囲材ｈｉ１及び自己融着テープｍｔ１を、合わせてカバー部材ｃｖ１とも称する。カバー部材ｃｖ１は、電線ｗ１の周囲（半径方向外側の周囲を含む）を密閉する。コイルＣＬ１は、カバー部材ｃｖ１で覆われた電線ｗ１が、ヘリカル巻又はスパイラル巻で巻回されることで製造される。コイルＣＬ１が水中に沈められた場合、電線ｗ１の周囲をカバー部材ｃｖ１が覆うので、カバー部材ｃｖ１の厚さがスペーサとなり、水中の存在する水と電線ｗ１との距離が長くなる。

したがって、コイルＣＬ１は、上述の磁界が水中に漏れ難くなり、電力の伝送効率の低下を抑制できる。また、コイルＣＬ１は、誘電体としての性質を有する、水（例えば海水や真水）による誘電損失を抑制できる。従って、コイルＣＬ１は、コイルＣＬ１のＱ値の低下を抑制でき、非接触電力伝送の伝送効率の低下を抑制できる。

図３Ｂは比較例のコイルＣＬ１０の構造を示す断面図である。比較例のコイルＣＬ１０は、リング状（環状）に巻かれた電線ｗ１０をスパイラルチューブｓｔ１０で束ねたコイルである。スパイラルチューブｓｔ１０は、半径方向外側から内側にかけて複数の切り込みを有するため、切り込みの部分から水が進入可能である。したがって、コイルＣＬ１０は、防水構造を有しない。

また、コイルＣＬ１０では、エナメル線の被膜層で覆われただけの電線ｗ１０が水と直に接触するので、導電体である水とショート（短絡）し易い。また、電線ｗ１０から水中の水との距離が無いので、磁界が漏れ易い。また、水が海水の場合、海水の渦電流による電力損失も発生し易い。また、水による誘電損失も発生し易い。また、水が電線ｗ１０と接触することで、電線ｎｗ１０が腐食して劣化し易く、電線ｗ１０の寿命が短縮され得る。

次に、本実施形態のコイルＣＬ１と比較例のコイルＣＬ１０の性能について説明する。

始めに、コイルＣＬ１，ＣＬ１０のインダクタンス（Ｌ）及びＱ値を比較検討する。図４Ａはインダクタンス（Ｌ）及びＱ値の測定条件を示すテーブルである。インダクタンス（Ｌ）及びＱ値の測定は、空間（空気中）、真水（真水中）、海水（海水中）で行われる。空間、真水、海水の温度（℃）は、それぞれ２４．５度、２５．７度、２４．８度でよい。コイルの導電率は、真水では０．０１２２４（Ｓ／ｍ）、海水では５．１６（Ｓ／ｍ）でよい。海水の塩分濃度は、３．４％でよい。

図４Ｂ〜図４Ｅの測定結果は、図４Ａに示す測定条件下で、各値が測定された結果である。図４Ｂ〜図４Ｅでは、コイルＣＬ１，ＣＬ１０が有する電線ｗ１，ｗ１０に所定の周波数（例えば４０ｋＨｚ、８０ｋＨｚ）の交流電流が流され、各値が測定された。

図４Ｂは周波数４０ｋＨｚにおけるカバー部材ｃｖ１が無いコイルＣＬ１０のインダクタンス（Ｌ）及びＱ値の測定結果を示すテーブルである。コイルＣＬ１０のインダクタンス（Ｌ）は、空間、真水、海水でそれぞれ１３５μＨ、１４５μＨ、１４５μＨである。コイルＣＬ１０のインダクタンス（Ｌ）は、空間に比べ、真水及び海水で僅かに増加する方向に変化する。また、コイルＣＬ１０のＱ値は、空間、真水、海水でそれぞれ３６１、２８２、１９５である。Ｑ値は、空間と比べて、真水で小さくなり、海水で更に小さくなる。これは、誘電体としての性質を有する、真水や海水の容量成分によって電力損失（誘電損失）があるためと考えられる。具体的には、コイルＣＬ１０の巻線間に水が進入することで容量が発生し、海水の誘電体損の成分がコイルＣＬ１０の直列抵抗を増大させるためコイルＣＬ１０による電力損失が大きくなり、伝送効率が低下したためと考えられる。また、海水では、真水よりも導電率が高いので、渦電流による電力損失が更に存在するあるためと考えられる。

図４Ｃは周波数４０ｋＨｚにおけるカバー部材ｃｖ１が有るコイルＣＬ１のインダクタンス（Ｌ）及びＱ値の測定結果を示すテーブルである。コイルＣＬ１のインダクタンス（Ｌ）は、空間、真水、海水でそれぞれ１３５μＨ、１３５μＨ、１３４μＨである。コイルＣＬ１のインダクタンスは、空間、真水、海水でほぼ同じである。また、コイルＣＬ１のＱ値は、空間、真水、海水でそれぞれ３７１、３８１、３０１である。Ｑ値は、空間と比べて、真水で僅かに上がり、海水で少し下がる程度である。これは、カバー部材ｃｖ１により電線ｗ１に真水又は海水が到達せず、電線ｗ１から水中の水又は海中の海水までの距離が確保されるので、真水、海水の影響が少ないと考えられる。真水、海水の影響とは、コイルＣＬ１が水に接触することによる誘電損失、コイルＣＬ１が水（特に海水）に接近することによる渦電流損失を含んでよい。

図４Ｄは周波数８０ｋＨｚにおけるカバー部材ｃｖ１が無いコイルＣＬ１０のインダクタンス（Ｌ）及びＱ値の測定結果を示すテーブルである。コイルＣＬ１０のインダクタンス（Ｌ）は、空間、真水、海水でそれぞれ１３６μＨ、１４７μＨ、１４８μＨである。コイルＣＬ１０のインダクタンスは、空間に比べ、真水及び海水で僅かに増加する方向に変化する。また、コイルＣＬ１０のＱ値は、空間、真水、海水でそれぞれ６６３、１７７、１６４である。Ｑ値は、空間と比べて、真水で小さくなり、海水で更に小さくなる。これは、誘電体としての性質を有する、真水や海水の容量成分によって大きな電力損失（誘電損失）があるためと考えられる。具体的には、コイルＣＬ１０の巻線間に水が進入することで容量が発生し、海水の誘電体損の成分がコイルＣＬ１０の直列抵抗を増大させるためコイルＣＬ１０による電力損失が大きくなり、伝送効率が低下したためと考えられる。また、海水では、真水よりも導電率が高いので、渦電流による大きな電力損失が更に存在するためと考えられる。

図４Ｅは周波数８０ｋＨｚにおけるカバー部材ｃｖ１が有るコイルＣＬ１のインダクタンス（Ｌ）及びＱ値の測定結果を示すテーブルである。コイルＣＬ１のインダクタンス（Ｌ）は、空間、真水、海水でそれぞれ１３５、１３５、１３５μＨと同じ値である。また、コイルＣＬ１のＱ値は、空間、真水、海水でそれぞれ６７０，６７９，３４１である。Ｑ値は、空間と比べて、真水で僅かに上がり、海水で大きく下がる。これは、カバー部材ｃｖ１により電線ｗ１に真水又は海水が到達せず、電線ｗ１から水中の水又は海中の海水までの距離が確保されるので、真水、海水の影響が少ないと考えられる。真水、海水の影響とは、コイルＣＬ１が水に接触することによる誘電損失、コイルＣＬ１が水（特に海水）に接近することによる渦電流損失を含んでよい。

次に、本実施形態のコイルＣＬ１と比較例のコイルＣＬ１０を用いた非接触電力伝送の伝送効率について説明する。

図５Ａは、非接触電力伝送の伝送効率を測定するための伝送効率測定回路３００の構成例を示す図である。伝送効率測定回路３００は、非接触電力伝送するための伝送効率を測定する。伝送効率測定回路３００は、送電回路３００Ｔと受電回路３００Ｒとを有する。ここでは、一例として４０ｋＨｚ及び８０ｋＨｚの送電周波数で伝送効率を測定する場合を示す。なお、送電周波数は、コイルの直径が大きい程、低周波数となる。例えば、コイルが直径５ｍより長い場合、送電周波数は約１ｋＨｚ以下となる。例えば、コイルが直径５ｍ以下である場合、送電周波数は約１ｋＨｚより高くなる。

送電回路３００Ｔは、高周波電源回路３１０、コンデンサＣ１，Ｃ２及び送電用コイルＬｒ１を含んで構成される。高周波電源回路３１０は、直流電圧を入力し、周波数４０ｋＨｚの送電信号を生成する。コンデンサＣ１，Ｃ２及び送電用コイルＬｒ１は、４０ｋＨｚで共振するＬＣ共振回路を形成する。送電用コイルＬｒ１のインダクタンスは、例えば１４５μＨである。

受電回路３００Ｒは、負荷装置３２０、コンデンサＣ３，Ｃ４及び受電用コイルＬｒ２を含んで構成される。負荷装置３２０は、負荷抵抗Ｒ_Ｌを内蔵する。負荷抵抗Ｒ_Ｌは例えば１０Ωである。コンデンサＣ３，Ｃ４及び受電用コイルＬｒ２は、送電回路３００Ｔと同様、４０ｋＨｚで共振するＬＣ共振回路を形成する。受電用コイルＬｒ２のインダクタンスは、例えば１４５μＨである。

伝送効率測定回路３００は、電力の伝送効率を解析するパワーアナライザ（不図示）を備える。パワーアナライザは、送電回路３００Ｔでの送電電力を取得し、受電回路３００Ｒでの受電電力を取得し、送電電力と受電電力とを基に、伝送効率を導出する。

伝送効率測定回路３００は、例えば、高周波電源回路３１０が有する抵抗Ｒに流れる電流Ｉ１を検出し、（Ｉ１）^２×Ｒで表される電力値（送電電力値）を算出して取得してよい。送電電力は、高周波電源回路３１０の点Ｐｉｎでの電力でよい。伝送効率測定回路３００は、例えば、負荷抵抗Ｒ_Ｌに流れる電流Ｉを検出し、Ｉ^２×Ｒ_Ｌで表される電力値（受電電力値）を算出して取得してよい。つまり、受電電力は、負荷装置３２０の点Ｐｏｕｔでの電力でよい。

伝送効率測定回路３００は、送電電力と受電電力とを基に、伝送効率を（式１）を用いて算出してよい。
伝送効率 ＝ 受電電力／送電電力 × １００（％） …… （１）

具体的に、図５Ａでは、海水中で電力伝送が行われることを想定し、送電用コイルＬｒ１と受電用コイルＬｒ２とは、海水が入った容器３５０に収容される。送電用コイルＬｒ１と受電用コイルＬｒ２との間の距離ｄ１は、８０ｍｍでよい。

送電用コイルＬｒ１と受電用コイルＬｒ２とのカップリング（結合）係数ｋは、０．０９９でよい。結合係数ｋは、（式２）で表されてよい。
ｋ ＝ Ｍ／（Ｌ１×Ｌ２）^１／２ … （２）
ここで、Ｍ：相互インダクタンス、Ｌ１：送電用コイルＬｒ１の自己インダクタンス、Ｌ２：受電用コイルＬｒ２の自己インダクタンスである。送電用コイルＬｒ１及び受電用コイルＬｒ２の自己インダクタンスは、いずれも１４５μＨである。結合係数ｋは、最大値ｋ＝１から最小値ｋ＝０の範囲の値となる。

図５Ｂは送電用コイルＬｒ１と受電用コイルＬｒ２の形状を示す平面図である。図５Ｃは図５Ｂの矢印Ｅ−Ｅ線方向から視た送電用コイルＬｒ１と受電用コイルＬｒ２の形状を示す断面図である。送電用コイルＬｒ１と受電用コイルＬｒ２は同じ仕様を有してよい。送電用コイルＬｒ１と受電用コイルＬｒ２の巻き数Ｎは、値２２でよい。また、送電用コイルＬｒ１と受電用コイルＬｒ２の外径、内径及び厚さは、それぞれφ１７４ｍｍ，φ１３４ｍｍ，２１．６ｍｍでよい。送電用コイルＬｒ１と受電用コイルＬｒ２の電線として、φ０．０５ｍｍ×１２００本からなるリッツ線が用いられてよい。

なお、図５Ｃに示す送電用コイルＬｒ１と受電用コイルＬｒ２の寸法は、カバー部材ｃｖ１やスパイラルチューブｓｔ１０を含まない寸法でよい。つまり、送電用コイルＬｒ１と受電用コイルＬｒ２は、巻回された電線ｗ１，ｗ１０でよい。

図６Ａは非接触電力伝送の伝送効率の測定条件を示すテーブルである。インダクタンス（Ｌ）及びＱ値の測定条件と同様、伝送効率の測定は、空間（空気中）、真水（真水中）、海水（海水中）で行われる。空間、真水、海水の温度（℃）は、それぞれ２４．５度、２５．７度、２４．８度でよい。真水の導電率は、０．０１２２４（Ｓ／ｍ）でよく、海水の導電率は、５．１６（Ｓ／ｍ）でよい。海水の塩分濃度は、３．４％でよい。

図６Ｂ，図６Ｃの測定結果は、図５Ａの伝送効率測定回路３００を用いて、図６Ａに示す測定条件下で、各値が測定された結果である。図６Ｂ，図６Ｃでは、コイルＣＬ１，ＣＬ１０が有する電線ｗ１，ｗ１０に所定の周波数（例えば４０ｋＨｚ、８０ｋＨｚ）の交流電流が流され、各値が測定された。なお、カバー部材ｃｖ１が有るコイルＣＬ１は、送電用コイルＬｒ１又は受電用コイルＬｒ２で示される電線ｗ１に、カバー部材ｃｖ１が装着されて構成されてよい。カバー部材ｃｖ１が無いコイルＣＬ１は、送電用コイルＬｒ１又は受電用コイルＬｒ２で示される電線ｗ１０に、スパイラルチューブｓｔ１０が装着されて構成されてよい。

図６Ｂはカバー部材ｃｖ１が有る（カバー部材ｃｖ１で覆われている）場合とカバー部材ｃｖ１が無い（カバー部材ｃｖ１で覆われていない）場合とで、周波数４０ｋＨｚにおける電力の伝送効率の測定結果を示すテーブルである。カバー部材ｃｖ１が無い送電用コイルＬｒ１と受電用コイルＬｒ２を用いた場合の伝送効率は、空間、真水、海水の中で測定されると、それぞれ９４．４％，９０．６％，８８．７％であった。一方、カバー部材ｃｖ１が有る送電用コイルＬｒ１と受電用コイルＬｒ２を用いた場合の伝送効率は、空間、真水、海水の中で測定されると、それぞれ９４．８％，９５．１％，９４．０％であった。この測定結果を参照すると、真水や海水の中では、カバー部材ｃｖ１が無いコイルＣＬ１０を用いた場合の伝送効率は、空間と比べて低下することが理解できる。一方、真水や海水の中であっても、カバー部材ｃｖ１が有るコイルＣＬ１を用いた場合の伝送効率は、空間とあまり変わらない。つまり、カバー部材ｃｖ１が有るコイルＣＬ１を用いた場合、カバー部材ｃｖ１が無いコイルＣＬ１０と比べ、図４Ｃと同様に、真水や海水の中での伝送効率の低下が抑えられる。

図６Ｃはカバー部材ｃｖ１が有る場合とカバー部材ｃｖ１が無い場合とで、周波数８０ｋＨｚにおける電力の伝送効率の測定結果を示すテーブルである。カバー部材ｃｖ１が無い送電用コイルＬｒ１と受電用コイルＬｒ２を用いた場合の伝送効率は、空間、真水、海水の中で測定すると、それぞれ９６．０％，８９．０％，８４．３％であった。一方、カバー部材ｃｖ１が有る送電用コイルＬｒ１と受電用コイルＬｒ２を用いた場合の伝送効率は、空間、真水、海水の中で測定すると、それぞれ９６．１％，９６．８％，９３．３％であった。この測定結果を参照すると、周波数８０ｋＨｚにおいても、真水や海水の中では、カバー部材ｃｖ１が無いコイルＣＬ１０を用いた場合の伝送効率は、空間と比べて低下することが理解できる。一方、真水や海水の中であっても、カバー部材ｃｖ１が有るコイルＣＬ１を用いた場合の伝送効率は、空間とあまり変わらない。つまり、カバー部材ｃｖ１が有るコイルＣＬ１を用いた場合、伝送周波数８０ｋＨｚである場合でも、カバー部材ｃｖ１が無いコイルＣＬ１０と比べ、図４Ｅと同様に、真水や海水の中での伝送効率の低下が抑えられる。

このように、図４Ｂ〜図４Ｅ及び図６Ｂ，図６Ｃを参照すると、電線ｗ１にカバー部材ｃｖ１を装着したコイルＣＬ１を用いることで、電線ｗ１０にカバー部材ｃｖ１を装着しないコイルＣＬ１０を用いるよりも、４０ｋＨｚ以上の伝送周波数における各値の特性変化が小さくなることが理解できる。この特性変化の減少は、コイルの巻線間に進入する水による誘電損失（ｔａｎδ）によるものが含まれると考えられる。

このように、第１の実施形態のコイルＣＬ１では、カバー部材ｃｖ１で電線ｗ１を包囲して密閉することで防水構造を実現する。これにより、コイルＣＬ１は、コイルＣＬ１の電線ｗ１の線材間に水が進入することを抑制でき、そのためにコイルＣＬ１のＱ値の低下を抑制できる。また、コイルＣＬ１を防水構造とすることでコイルＣＬ１に水が進入し難くなることで、電線ｗ１において短絡し難くなり、コイルＣＬ１の耐電圧性を向上できる。これにより、コイルＣＬ１は、電圧を高くして大電力伝送することが可能となる。また、コイルＣＬ１は、電線ｗ１に水や海水が進入しないことで、電線ｗ１の長期信頼性を向上できる。

また、筒状の包囲材ｈｉの厚みをある程度（例えば電線ｗ１の直径の１／２以上の厚さ）確保することで、カバー部材ｃｖ１の厚みにより、電線ｗ１から水中の水までの距離を長く確保できる。よって、コイルＣＬ１は、海水での渦電流による電力損失を抑制できる。従って、コイルＣＬ１は、非接触電力伝送の実施時における電力の伝送効率の低下を更に抑制できる。

（第１の実施形態の変形例１）
図７は第１の実施形態の変形例１におけるコイルＣＬ２（コイルＣＬの一例）の構造を示す断面図である。コイルＣＬ２は、リング状（環状）に巻かれる電線ｗ２と、電線ｗ２の径方向の外周面を包囲する筒状の包囲材ｈｉ１と、包囲材ｈｉ１の外周面に巻かれた自己融着テープｍｔ１と、が同心円状に重なった構造を有する。なお、図７に例示したコイルＣＬ２の寸法は、第１の実施形態で前述したコイルＣＬ１の寸法と同じでよい。図７に示す寸法は、測定用（シミュレーション用）の寸法でよく、実際に送電装置１００及び受電装置２００に用いられる送電コイルＣＬＡ、受電コイルＣＬＢ、及び中継コイルＣＬＣは、この寸法より大きくてよい。

コイルＣＬ２では、線材として、リッツ線の代わりに単線が用いられる。単線は、リッツ線と比べ、安価であり、かつ入手し易い。また、単線は撚り線と比べて機械的強度が強い。そのため、コイルＣＬ２は、破断し難く、加工し易い。

単線である電線ｗ２は、直径１８．３ｍｍの太さを有してよい。また、電線ｗ２を包囲するカバー部材ｃｖ１の太さ（外径）は、直径４１．５ｍｍでよい。カバー部材ｃｖ１の厚さは、１１．６ｍｍ（＝（４１．５−１８．３）／２）でよい。従って、コイルＣＬ２が水中に沈められた場合、電線ｗ２から水中の水までの距離は、カバー部材ｃｖ１の厚さ１１．６ｍｍ以上となり、電線ｗ１の直径の１／２（＝１８．３／２）以上離れる。これにより、コイルＣＬ２は、コイルＣＬ２に高周波電流を流しても、海水での渦電流による電力損失を抑制できる。

このように、変形例１のコイルＣＬ２によれば、リッツ線の電線ｗ１の代わりに、単線の電線ｗ２を用いることで、比較的安価に電線ｗ２を製造でき、コイルＣＬ２を製造できる。また、コイルＣＬ２の材料が入手し易くなり、コイルＣＬ２の加工が容易となる。

（第１の実施形態の変形例２）
図８は、第１の実施形態の変形例２におけるコイルＣＬ３（コイルＣＬの一例）の構造を示す断面図である。コイルＣＬ３は、筒状の包囲材ｈｉ１の代わりに、フェライトｆｇ１を含有する筒状の包囲材ｈｉ２を備える。つまり、包囲材ｈｉ２と自己融着テープｍ１とによりカバー部材ｃｖ２を形成する。

フェライトｆｇ１は、酸化鉄を主成分とする、透磁率の高い軟磁性材料である。粒状のフェライトｆｇ１を筒状の包囲材ｈｉ２に混入することで、環状に巻かれた電線ｗ１を交流電流が流れることにより発生した磁界は、カバー部材ｃｖ２の内部に点在するフェライトｆｇ１を通るように集まる。この結果、コイルＣＬ３の半径方向外側に磁界が漏れ難くなり、磁界が増大する。

このように、変形例２のコイルＣＬ３によれば、電線ｗ１を覆うカバー部材ｃｖ２にフェライト等の磁性材料を粒状にして混ぜることで、コイルＣＬ３で発生する磁界がカバー部材ｃｖ２の内部に集中し、コイルＣＬ３の半径方向外側に漏れ難くなる。この結果、コイルＣＬ３のＱ値が改善され、伝送効率の低下が抑制される。よって、コイルＣＬ３は、伝送効率を維持しながら、防水性能を向上できる。

なお、包囲材ｈｉ２に混入される磁性材料は、フェライト以外の磁性材料でもよい。例えば、ケイ素鋼、パーマロイ、センダスト等を用いてもよい。なお、変形例１の電線ｗ２を使用したコイルＣＬ２においても、フェライト等の磁性材料が混入した筒状の包囲材ｈｉ２を用いてもよく、同様に電力伝送効率が高まる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、カバー部材ｃｖ１で電線を包囲することで防水構造を実現する場合を示したが、第２の実施形態では、電線を樹脂でモールドして成形することで防水構造を実現する場合を示す。第２の実施形態のコイルＣＬは、電力の伝送方向に螺旋状に巻回されるヘリカル巻で製造される。

ヘリカル巻では、コイルＣＬは、伝送方向に重なるように、２巻（ターン）以上に巻回される。コイルＣＬ内の電線間に海水が進入しないように、各電線はその外周面を覆うように樹脂モールドされる。なお、巻回される電線の巻回数は、例えば５回あるが、２巻以上であれば、任意の巻数であってよい。

図９は第２の実施形態におけるコイルＣＬ４（コイルＣＬの一例）の構造を示す断面図である。図９では、コイルＣＬ４は、モールド部ｍｄ１で覆われた各電線ｗ３が５回巻回されている。コイルＣＬ４は、モールド部ｍｄ１で覆われた各電線ｗ３を５回巻回されて結束バンドで縛ることで、一体化されてよい。また、コイルＣＬ４は、５回巻回されて各巻回分で電線ｗ３の間隔を離間して一列に並べた後、樹脂モールドで成形することで一体化されてもよい。

モールド部ｍｄ１は、例えば樹脂のモールド材料が充填されて成形される。モールド材料として、非磁性かつ非導電性を有する材料が用いられる。材料として、絶縁性に優れて加工し易いクロロプレンゴムや塩化ビニル樹脂等が用いられてよい。さらに、発熱しても溶融しないような、難燃性のモールド材料が用いられてよい。

各電線ｗ３の線材は、第１の実施形態と同様、リッツ線あるいは単線のいずれでもよい。電線ｗ３は、被覆されていても被覆されていなくてもよい。この場合でも、モールド部ｍｄ１により、例えば、電線ｗ３の巻線間に水が進入し、伝送効率が低下することを抑制でき、巻線間で短絡することを抑制できる。

また、第１の実施形態と同様に、モールド部ｍｄ１の半径方向の厚さは、電線ｗ３の直径の１／２以上の厚さを有してよい。この場合、モールド部ｍｄ１が、スペーサとして電線ｗ３の外表面から水に接するまでの距離を長くできる。そのため、コイルＣＬ４に交流電流を流すことにより発生する磁界が水中に漏れ難くなり、コイルＣＬ４は、磁界を介した電力の伝送効率の低下を抑制できる。また、コイルＣＬ４は、モールド部ｍｄ１が上記厚さを有することで、巻回された電線（例えば１巻目の電線）の隣接する他の電線（例えば２巻目の電線）による渦電流による発熱を抑制でき、伝送効率を向上できる。

このように、第２の実施形態のコイルＣＬ４によれば、２巻以上の束となった各電線ｗ３の外周面を覆うように、モールド部ｍｄ１が成形される。したがって、比較的安価にコイルＣＬ４が製造され得る。また、モールド部ｍｄ１で電線ｗ３同士が包囲されるので、防水性に優れ、機械的強度も向上できる。

また、コイルＣＬ４では、モールド部ｍｄ１で電線ｗ３を包囲して密閉することで防水構造を実現する。これにより、コイルＣＬ４は、コイルＣＬ４の電線ｗ３の巻線間に水が進入することを抑制でき、そのためにコイルＣＬ４のＱ値の低下を抑制できる。また、コイルＣＬ４を防水構造とすることでコイルＣＬ４に水が進入し難くなることで、電線ｗ３において短絡し難くなり、コイルＣＬ４の耐電圧性を向上できる。これにより、コイルＣＬ４は、電圧を高くして大電力伝送することが可能となる。また、コイルＣＬ４は、電線ｗ３に水や海水が進入しないことで、電線ｗ３の長期信頼性を向上できる。

また、モールド部ｍｄ１の厚みをある程度（例えば電線ｗ３の直径の１／２以上の厚さ）確保することで、電線ｗ３から水中の水までの距離を長く確保できる。よって、コイルＣＬ４は、海水での渦電流による電力損失を抑制できる。従って、コイルＣＬ４は、非接触電力伝送の実施時における電力の伝送効率の低下を更に抑制できる。

なお、ここではヘリカルコイルについて主に例示したが、電力の伝送方向に対して垂直な水平方向に巻回されるスパイラル巻で製造される場合にも、第２の実施形態のコイルＣＬ４を同様に適用可能である。

（第２の実施形態の変形例）
図１０は第２の実施形態の変形例１におけるコイルＣＬ５（コイルＣＬの一例）の構造を示す断面図である。コイルＣＬ５では、モールド部ｍｄ１の代わりに、フェライトｆｇ２を含有するモールド部ｍｄ２を用いる。フェライトｆｇ２は、酸化鉄を主成分とする、透磁率の高い軟磁性材料である。粒状のフェライトｆｇ２を樹脂に混入してモールド部ｍｄ２にすることで、環状に巻かれた電線ｗ３で発生した磁界がモールド部ｍｄ２の内部に点在するフェライトｆｇ１を通るように集まる。この結果、コイルＣＬ４の半径方向外側に磁界が漏れ難くなり、磁界が増大する。

変形例１のコイルＣＬ５によれば、２巻以上の束となった電線ｗ３を覆う、モールド部ｍｄ２がフェライトｆｇ２等の磁性材料を含有することで、コイルＣＬ５で発生する磁界がモールド部ｍｄ２の内部に集中し、コイルＣＬ５の半径方向外側の水中に漏れ難くなる。この結果、コイルＣＬ５のＱ値が改善され、伝送効率の低下が抑制される。よって、コイルＣＬ５は、伝送効率を維持しながら、防水性能を向上できる。

なお、モールド部ｍｄ２に混入される磁性材料は、フェライト以外の磁性材料でもよい。例えば、フェライト以外に、ケイ素鋼、パーマロイ、センダスト等を用いることが可能である。

以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本発明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、各種の変更例または修正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発明の技術的範囲に属するものと了解される。

上記各実施形態の伝送コイル及び送電装置について総括する。

コイルＣＬ（伝送コイルの一例）は、水中において電力を伝送する。コイルＣＬは、交流電流が流れる環状の電線ｗ１と、非導電性樹脂又は非磁性樹脂を有し、電線ｗ１の周囲を密閉するカバー部材ｃｖ１（第１のカバーの一例）と、を有する。電線ｗ１は、交流電流が流れることで発生する磁界を介して電力を伝送する。

これにより、コイルＣＬは、環状に巻かれた電線ｗ１を包囲するカバー部材ｃｖ１が非導電性又は非磁性を有することで、コイルＣＬで発生した磁界が水中で電力伝達経路の外部に伝達されることを抑制できる。例えば、コイルＣＬは、カバー部材ｃｖ１が非磁性であることで、自コイルに流れる交流電流に起因して発生する磁界や他のコイルの磁界に共振して発生した磁界の強さが、カバー部材ｃｖ１に吸収されることを抑制できる。よって、コイルＣＬは、磁界の強さを維持することで、磁界を介して電力伝送される際の伝送効率の低下を抑制できる。例えば、コイルＣＬは、カバー部材ｃｖ１が非導電性であることで、電線を流れる電流がカバー部材ｃｖ１を介して導電率の高い水中へ伝達されることを抑制できる。よって、コイルＣＬは、電流の大きさを維持でき、電流を基に発生する磁界の強さを維持でき、磁界を介して電力伝送される際の伝送効率の低下を抑制できる。

また、コイルＣＬは、カバー部材ｃｖ１により、コイルＣＬの内側が密閉されることで、カバー部材ｃｖ１の内側の電線ｗ１へ水（例えば海水や真水）が進入することを抑制できる。また、コイルＣＬは、カバー部材ｃｖ１に包囲されて密閉されることで、水と直接触れることを抑制でき、水による誘電損失を抑制できる。例えば、巻回される電線ｗ１の隣り合う電線間（例えば１巻目の電線と２巻目の電線）との間に水が入り込み、誘電損失が発生することを抑制できる。したがって、コイルＣＬのＱ値の低下を抑制でき、電力の伝送効率の低下を抑制できる。

また、電線ｗ１に印加される電圧が高電圧の場合、導電性を有する水中では空気中（空間）よりもショート（ビーク）し易くなるが、コイルＣＬは、防水構造を有することで、ショートし難くなり、コイルＣＬの耐電圧性を向上できる。また、コイルＣＬは、防水構造を有することで、電線ｗ１の線材の長期信頼性を向上できる。このようにして、コイルＣＬは、水中での非接触電力伝送における伝送効率の低下を抑制できる。

また、カバー部材ｃｖ１は、カバー部材ｃｖ１の半径方向に沿う切り込みｃｔ１を有し、電線ｗ１の半径方向の外周面を非導電性樹脂又は非磁性樹脂により包囲する包囲材ｈｉ１（第２のカバーの一例）と、包囲材ｈｉ１の半径方向の外周面を密閉し、非導電性又は非磁性の自己融着テープｍｔ１と、を有してよい。

これにより、コイルＣＬは、電線ｗ１を包囲する包囲材ｈｉ１として、エアコン配管用の断熱材と同様の材料等、比較的入手し易い部材を使用でき、汎用性を向上できる。この場合でも、コイルＣＬは、自己融着テープｍｔ１により電線ｗ１を包囲する包囲材ｈｉ１を密閉することで、切り込みｃｔ１から水が進入することを抑制でき、防水機能を確保できる。

また、カバー部材ｃｖ１は、電線ｗ１の半径方向の外周面を、非導電性樹脂又は非磁性樹脂により密閉するモールド部ｍｄ１を有してよい。電線ｗ１及びカバー部材ｃｖ１は、コイルＣＬを用いた電力の伝送方向に沿って螺旋状に形成されてよい。

このように、モールド部ｍｄ１により電線ｗ１を包囲することで、電線ｗ１を挿入するための切り込み部分を有することなく電線ｗ１の周囲を密閉できる。よって、コイルＣＬは、防水機能を向上できる。また、電線ｗ１を螺旋状に巻回することで、コイルＣＬの内側のスペースを広く確保できる。つまり、コイルＣＬは、伝送効率の低下を抑制した電力を供給可能なエリアを広く確保できる。

また、カバー部材ｃｖ１は、難燃性を有してよい。

これにより、コイルに高電圧が印加されてショート等により発熱しても、コイル及びその周辺が燃焼し難くなる。よって、コイルＣＬの安全性を維持し、コイルＣＬが長寿命化し得る。

また、カバー部材ｃｖ１は、フェライトｆｇ１等の磁性材料を含有してよい。

これにより、コイルＣＬにより発生する磁界がカバー部材ｃｖ１の内部に集中し、外部に漏れ出し難くなる。よって、非導電性又は非磁性のカバー部材ｃｖ１又はモールド部ｍｄ１が電線ｗ１を包囲しても、電力伝送のための磁界が非導電性又は非磁性のカバー部材ｃｖ１又はモールド部ｍｄ１を通して伝達し易くできる。従って、コイルＣＬは、防水機能を確保しつつ、電力の伝送効率を向上できる。

また、送電装置１００は、水中において、受電コイルＣＬＢを有する受電装置２００に電力を伝送する。送電装置１００は、磁界を介して受電コイルＣＬＢに電力を伝送する送電コイルＣＬＡを含む１つ以上のコイルＣＬ（伝送コイルの一例）と、交流電力を送電コイルＣＬＡへ送電するドライバ１５１（送電部の一例）と、コイルＣＬに接続されると共に、コイルＣＬと共に共振する共振回路１５２を形成するコンデンサＣＡと、を備える。コイルＣＬは、上述したコイルＣＬのいずれかである。

これにより、送電装置１００は、環状に巻かれた電線ｗ１を包囲するカバー部材ｃｖ１が非導電性又は非磁性を有することで、コイルＣＬで発生した磁界が水中で電力伝達経路の外部に伝達されることを抑制できる。例えば、コイルＣＬは、カバー部材ｃｖ１が非磁性であることで、自コイルに流れる交流電流に起因して発生する磁界や他のコイルの磁界に共振して発生した磁界の強さが、カバー部材ｃｖ１に吸収されることを抑制できる。よって、コイルＣＬは、磁界の強さを維持することで、磁界を介して電力伝送される際の伝送効率の低下を抑制できる。例えば、コイルＣＬは、カバー部材ｃｖ１が非導電性であることで、電線を流れる電流がカバー部材ｃｖ１を介して導電率の高い水中へ伝達されることを抑制できる。よって、コイルＣＬは、電流の大きさを維持でき、電流を基に発生する磁界の強さを維持でき、磁界を介して電力伝送される際の伝送効率の低下を抑制できる。

また、コイルＣＬは、カバー部材ｃｖ１により、コイルＣＬの内側が密閉されることで、カバー部材ｃｖ１の内側の電線ｗ１への水（例えば海水や真水）の進入を抑制できる。また、コイルＣＬは、カバー部材ｃｖ１に包囲されて密閉されることで、水と直接触れることを抑制でき、水による誘電損失を抑制できる。例えば、巻回される電線ｗ１の隣り合う電線間（例えば１巻目の電線と２巻目の電線）との間に水が入り込み、誘電損失が発生することを抑制できる。したがって、コイルＣＬは、コイルＣＬのＱ値の低下を抑制でき、電力の伝送効率の低下を抑制できる。

また、電線ｗ１に印加される電圧が高電圧の場合、導電性を有する水中では空気中（空間）よりもショート（ビーク）し易くなるが、コイルＣＬは、防水構造を有することで、ショートし難くなり、コイルＣＬの耐電圧性を向上できる。また、コイルＣＬは、防水構造を有することで、電線ｗ１の線材の長期信頼性を向上できる。送電装置１００は、このようなコイルＣＬを用いて、水中での非接触電力伝送における伝送効率の低下を抑制できる。

上記実施形態では、プロセッサは、物理的にどのように構成してもよい。また、プログラム可能なプロセッサを用いれば、プログラムの変更により処理内容を変更できるので、プロセッサの設計の自由度を高めることができる。プロセッサは、１つの半導体チップで構成してもよいし、物理的に複数の半導体チップで構成してもよい。複数の半導体チップで構成する場合、上記実施形態の各制御をそれぞれ別の半導体チップで実現してもよい。この場合、それらの複数の半導体チップで１つのプロセッサを構成すると考えることができる。また、プロセッサは、半導体チップと別の機能を有する部材（コンデンサ等）で構成してもよい。また、プロセッサが有する機能とそれ以外の機能とを実現するように、１つの半導体チップを構成してもよい。また、複数のプロセッサが１つのプロセッサで構成されてもよい。

本開示は、水中での非接触電力伝送における伝送効率の低下を抑制できる伝送コイル及び送電装置等に有用である。

１０ 電力伝送システム
２０ 電線
３０ 連結体
４０ 錘
４５ ブイ
５０ 船舶
６０ 水中航走体
７０ 潜水艇
８０ 水底掘削機
９０ 水面
９５ 水底
１００ 送電装置
１１０ 電源
１２０ ＡＤＣ
１３０ ＣＰＵ
１４０ 情報通信部
１４１ 変復調回路
１５０ 送電回路
１５１ ドライバ
１５２ 共振回路
２００ 受電装置
２１０ 受電回路
２１１ 整流回路
２１２ レギュレータ
２２０ ＣＰＵ
２３０ 充電制御回路
２４０ ２次電池
２５０ 情報通信部
２５１ 変復調回路
３００ 伝送効率測定回路
３００Ｔ 送電回路
３００Ｒ 受電回路
３１０ 高周波電源回路
３２０ 負荷装置
３５０ 容器
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ コンデンサ
ＣＬ，ＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３，ＣＬ４，ＣＬ５，ＣＬ１０ コイル
ＣＬＡ 送電コイル
ＣＬＢ 受電コイル
ＣＬＣ 中継コイル
ＣＡ，ＣＢ，ＣＣ コンデンサ
ｃｔ１ 切り込み
ｆｇ１，ｆｇ２ フェライト
ｈｉ１，ｈｉ２ 包囲材
Ｌｒ１ 送電用コイル
Ｌｒ２ 受電用コイル
ｍｄ１，ｍｄ２ モールド部
ｍｔ１ 自己融着テープ
ｓｔ１０ スパイラルチューブ
ｗ１，ｗ２，ｗ３，ｗ１０ 電線

Claims (6)

1. 水中において電力を伝送するための伝送コイルであって、
   交流電流が流れる環状の電線と、
   非導電性樹脂又は非磁性樹脂を有し、前記電線の周囲を密閉する第１のカバーと、
   を有し、
   前記電線は、前記交流電流が流れることで発生する磁界を介して前記電力を伝送する、
   伝送コイル。
2. 前記第１のカバーは、
   前記第１のカバーの半径方向に沿う切り込みを有し、前記電線の半径方向の外周面を非導電性樹脂又は非磁性樹脂により包囲する第２のカバーと、
   前記第２のカバーの半径方向の外周面を密閉し、非導電性又は非磁性の自己融着テープと、
   を有する、
   請求項１に記載の伝送コイル。
3. 前記第１のカバーは、前記電線の半径方向の外周面を、非導電性樹脂又は非磁性樹脂により密閉するモールド部を有し、
   前記電線及び前記第１のカバーは、前記電力の伝送方向に沿って螺旋状に形成された、
   請求項１に記載の伝送コイル。
4. 前記第１のカバーは、難燃性を有する、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の伝送コイル。
5. 前記第１のカバーは、磁性材料を含有する、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の伝送コイル。
6. 水中において、受電コイルを有する受電装置に電力を伝送する送電装置であって、
   磁界を介して前記受電コイルに電力を伝送する送電コイルを含む１つ以上の伝送コイルと、
   交流電力を前記送電コイルへ送電する送電部と、
   前記伝送コイルに接続されると共に、前記伝送コイルと共に共振する共振回路を形成するコンデンサと、
   を備え、
   前記伝送コイルは、請求項１〜５のいずれか１項に記載された伝送コイルである、
   送電装置。

Images