[发明专利]电力传输设备和电力传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力传输设备和电力传输方法。

背景技术

近年来，用于早期发现地震的海洋或海上地震传感器网络中的资源开发设备的普及已取得进展并且高度需要用于这些设备的电力供应设备。期望使用无线电力传输技术作为用于这些设备的电力供应装置，因为这些设备被海水包围。这是因为，能够进行电力无线传输避免了暴露用于电力供应的金属塞的需要和海水中短路的可能性，海水的导电率是每米大约4西门子(S/m)。

通常，通过将线缠绕多次而得到的线圈被用作无线发送和接收电力的装置。通过向电力发送单元的线圈施加交流(AC)电力，产生将线圈交连的磁通量。另外，这个磁通量通过与电力接收单元的线圈执行交连，在电力接收单元的线圈中产生感生电流，并且执行电力的传输。

顺便提及，在无线技术中，例如，在专利文献1中公开了用于使用无线毫米波信号在终端设备主体和诸如存储卡的可拆卸电子设备之间执行通信的技术。另外，在专利文献2中公开了用于使用磁性构件提高电力发送单元和电力接收单元的电感值并且增大电力传输距离的技术。另外，在专利文献3中公开了通过使用具有高质量(Q)值的线圈引起在相同频率下的谐振(磁场谐振)来提高电力发送单元和电力接收单元的互电感并且增大传输距离的技术。

[现有技术的文献]

[专利文献]

[专利文献1]

日本未经审查的专利申请，第一次公开No.2011-022640

[专利文献2]

日本专利No.4772744

[专利文献3]

日本未经审查的专利申请，第一次公开No.2012-504387

发明内容

[本发明要解决的问题]

然而，在使用传统电磁感应技术的无线电力传输技术中，必需将电力发送单元的线圈和电力接收单元的线圈之间的距离缩短成几乎为接触点，以有效执行电力传输。因此，例如，难以稳定地供应电力，因为并没有以高精度执行船的排列。

另一方面，即使在上述长距离传输技术中，也显而易见的是，即使当将空气中的长距离传输技术应用于海水时也只得到低电力传输效率。这是基于以下事实：导电率和介电常数在空气和水之间是明显不同的，并且在空气中的电力传输和海水中的电力传输中，介质中的电力传输的机制不同。另外，空气的导电率是0S/m并且其相对介电常数是大约1。另一方面，海水的导电率是大约4S/m并且其相对介电常数是大约81。

这里，将简要描述无线电力在空气中传播的情况和无线电力在海水中传播的情况之间的物理差别。

首先，在空气中的电力传输的情况下，在介质(空气)中进行传播期间基本上没有消耗能量。在这种情况下，使电力传输效率降低的因素主要包括线圈中的导体损耗、电力发送单元和电力接收单元之间的匹配损耗、诸如漏磁通量的反射损耗、和辐射损耗。特别地，在专利文献2中，通过采用非辐射现象来有效抑制辐射损耗，其中使用具有高Q值的线圈将能量存储在电力发送/接收单元的附近。

另一方面，当介质是海水时，因为海水具有固定导电率，所以当能量在介质中传播时产生损耗。造成能量损耗的因素是基于海水的导电率和在海水中产生的电场。也就是说，当在海水中产生与导电率和电场的乘积成比例的电势梯度时，产生损耗。另外，因为海水具有高导电率，所以当在海水中从电力发送单元无方向性地发送能量时，没有达到相对的电力接收单元的能量损耗增大。因此，为了在海水中有效执行电力传输，必需具有其中相对的线圈表面连接并且形成与线圈表面基本上垂直的能量流的方向性。

鉴于上述传播机制的差异，尤其难以在诸如海水的高导电性媒介中发送专利文献1中示出的毫米波信号。例如，因为在60GHz的毫米波的情况下海水中的衰减距离是100μm或更短，所以不可能在海水中执行10cm或更长距离的传播。

另外，即使如专利文献2中所表示地使用磁性构件或谐振在海水中实现长距离传输时，磁通量增大，在海水中辐射的电场组件的数量随着磁通量而增加，结果电力传输效率没有提高。另外，因为非辐射现象，根本难以在具有高导电率的介质中实现长距离传输。

特别地，在如专利文献3中所示的传统磁场谐振技术的情况下，能够仅仅通过使空气中电力发送单元的线圈和电力接收单元的线圈的谐振频率相等，有效地执行能量传输。然而，因为相对介电常数在海水中达81这么大，所以电力发送单元和电力接收单元之间的阻抗影响大并且难以仅仅使用电力发送/接收单元的简单谐振现象来执行能量传输。