(57)【要約】【課題】電力供給システムにおいて、電極の配置状態の変化に関わらず安定した電力供給を行うことが可能となる、電力供給システムを提供すること。【解決手段】負荷２４に電力を供給する電力供給システムであって、固定体１０は、第１の送電電極１２及び第２の送電電極１３と、当該第１の送電電極１２及び第２の送電電極１３に交流電力を供給する交流電源１１とを備え、可動体２０は、第１の送電電極１２又は第２の送電電極１３に対して境界面を挟んで対向状かつ非接触に配置されることにより第１の結合コンデンサ３０及び第２の結合コンデンサ３１を構成する第１の受電電極２１ａと第２の受電電極２１ｂと、第１の受電電極２１ａと第２の受電電極２１ｂとの間に相互に並列接続される第１のコンデンサ２２ａ及び第１のコイル２２ｂとを備え、交流電源１１は、第１のコンデンサ２２ａと第１のコイル２２ｂとに並列共振を発生させる条件で負荷２４への送電を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力供給領域に配置された固定体から、電力被供給領域に配置された可動体を介して、所定の負荷に対して電力を供給するための電力供給システムであって、
前記固定体は、
前記電力供給領域と前記電力被供給領域との相互の境界面に対する近傍位置に配置されるものであって、
交流電力が供給される第１の送電電極及び第２の送電電極と、
前記第１の送電電極及び第２の送電電極に対して電力を供給する交流電源とを備え、
前記可動体は、
前記第１の送電電極又は前記第２の送電電極に対して前記境界面を挟んで対向状かつ非接触に配置される第１の受電電極と第２の受電電極と、
前記第１の受電電極と前記第２の受電電極との間に相互に並列接続される第１のコンデンサと第１のコイルと、を備え、
前記第１の送電電極に対向するように前記第１の受電電極又は第２の受電電極のいずれか一方が配置されることで第１の結合コンデンサが構成されると共に、前記第２の送電電極に対向するように前記第１の受電電極又は第２の受電電極のいずれか他方が配置されることで第２の結合コンデンサが構成され、
前記交流電源は、
前記第１のコンデンサと前記第１のコイルとに並列共振を発生させる条件で、前記第１の結合コンデンサ及び前記第２の結合コンデンサを介して前記負荷への送電を行うこと、
を特徴とする電力供給システム。
【請求項２】
前記固定体は、
前記第１の送電電極と前記第２の送電電極との間に相互に並列接続される第２のコンデンサと第２のコイルとを備え、
前記交流電源は、
前記第２のコンデンサと前記第２のコイルとに並列共振を発生させる条件で、前記負荷への送電を行うこと、
を特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項３】
前記固定体は、前記第１の送電電極及び前記第２の送電電極と前記第２のコンデンサ及び前記第２のコイルに並存して、相互に並列接続される第３のコンデンサと第３のコイルとを備え、
前記第２のコイルと前記第３のコイルとを相互誘導により変圧可能に配置し、
前記交流電源は、
前記第３のコンデンサと前記第３のコイルとに並列共振を発生させる条件で、前記第３のコイルを介して前記負荷への送電を行うこと、
を特徴とする請求項２に記載の電力供給システム。
【請求項４】
前記可動体は、前記第１のコンデンサ及び前記第１のコイルと前記負荷に並存して、相互に並列接続される第４のコンデンサと第４のコイルとを備え、
前記第１のコイルと前記第４のコイルとを相互誘導により変圧可能に配置し、
前記交流電源は、
前記第４のコンデンサと前記第４のコイルとに並列共振を発生させる条件で、前記第４のコイルを介して前記負荷への送電を行うこと、
を特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電力供給システム。
【請求項５】
前記固定体には、
前記第１の送電電極と前記第２の送電電極の各々を、前記境界面に沿って複数並設し、
前記可動体には、
前記第１の受電電極及び前記第２の受電電極と前記負荷とを相互に電気的に接続する接続手段であって、
前記第１の受電電極又は前記第２の受電電極のいずれか一方が前記第１の送電電極に対向するように配置されると共に、前記第１の受電電極又は前記第２の受電電極のいずれか他方が前記第２の送電電極に対向するように配置された場合には、当該一方の第１の受電電極又は第２の受電電極から前記負荷の一方の電極への通電を可能とすると共に、前記負荷の他方の電極から当該他方の第１の受電電極又は第２の受電電極への通電を可能とし、
前記一方の第１の受電電極又は第２の受電電極が前記第２の送電電極に対向するように配置されると共に、前記他方の第１の受電電極又は第２の受電電極が前記第１の送電電極に対向するように配置された場合には、当該他方の第１の受電電極又は第２の受電電極から前記負荷の一方の電極への通電を可能とすると共に、前記負荷の他方の電極から当該一方の第１の受電電極又は第２の受電電極への通電を可能とする、接続手段を設けたこと、
を特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電力供給システム。
【請求項６】
前記固定体は、
前記第１の送電電極と前記第２の送電電極との各組に、請求項２に記載の前記第２のコンデンサと前記第２のコイルとを備えること、
を特徴とする請求項５に記載の電力供給システム。
【請求項７】
前記第２のコンデンサと前記第２のコイルとの各組の間で、並列共振を発生させる条件を相違させたこと、
を特徴とする請求項６に記載の電力供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各種の負荷に対して電力供給を行うための電力供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
床面上に配置された各種の負荷に対して給電を行う電力供給システムは、一般に、床面に露出するように設けた電極を負荷の底面に設けた電極に接触させて給電する接触式の電力供給システムと、床の内部に非露出状に設けた電極を負荷の電極に接触させることなく給電する非接触式の電力供給システムとに大別できる。
【０００３】
このうち、従来の非接触式の電力供給システムは、例えば特許文献１に開示されている。このシステムは、走行路に沿って移動する負荷（地上可動体）に対して電力供給を行うもので、走行路に沿って誘導線を配置すると共に、地上可動体にはコイルが巻き付けられた鉄心を設けて構成されている。そして、誘導線に高周波電流を流し、この誘導線を一次側とすると共にコイルを二次側とする電磁誘導を行うことで、地上可動体に給電を行なう。
【０００４】
また、他の非接触式の電力供給システムとして、ワイヤレス電力伝送シートが非特許文献１に開示されている。このワイヤレス電力伝送シートは、送電用のコイル、電力制御用のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）スイッチ、受電機器の位置検出用のコイル、及び位置検出用コイルを用いた位置検出を行う有機トランジスタを、印刷技術を用いてプラスチックフィルム上に形成することで構成されている。このワイヤレス電力伝送シートでは、当該シートに対する電子機器の接近に伴う位置検出用コイルのインダクタンスの変化を有機トランジスタによって検出することにより、電子機器の接近位置を特定する。そして、この特定された位置に対応する送電用コイルをＭＥＭＳスイッチで選択し、当該選択された送電用コイルから電力を伝送する。
【０００５】
しかしながら、このような従来の非接触式の電力供給システムでは、電力伝送効率を高めるためには、誘導線とコイルを相互に近接させたり、誘導線への通電によって生じる磁束をコイルの中心軸に通過させるようにこれら誘導線とコイルの位置合せを行う必要がある等、位置上の制約が多かった。従って、走行路の如き固定的な経路でしか給電を行うことができず、床面上を自由に移動する必要があるロボットの如き可動体に対して給電を行うことができないという問題があった。また、磁路を形成するために鉄心の如き磁性体を用いる必要があり、重量が大きくなると共に、磁性体を交流励磁したときに磁歪が生じることで騒音を発生させるという問題があった。また、従来のワイヤレス電力伝送シートでも、電力伝送効率を高めるためには、送電コイルの位置と電子機器の受電コイルの位置とを合わせる必要があり、やはり位置上の制約が多かった。さらに、スイッチを多用しているため、信頼性が低下する可能性があった。この他、非接触式の電力供給システムとしては、電磁波による給電を行うことも考えられるが、人体への悪影響や電子機器の誤作動を回避する観点から厳しい規制があり、オフィス空間のように人がいる場所への導入が困難であった。
【０００６】
このような点に鑑みて、本願発明者等は、電磁誘導や電磁波ではなく、直列共振を利用して非接触給電を行うことができる電力供給システムを提案した（特許文献２参照。ただし、本願出願時において、当該特許文献２は非公開であり、当該電力供給システムは非公知である）。以下、この電力供給システムの概要を説明する。
【０００７】
図１１は、このような従来の電力供給システムの要部縦断面図である。この電力供給システムは、電力供給領域１００に配置された固定体１０１から、電力被供給領域１０２に配置された可動体１０３を介して、負荷１０４に対して電力を供給するための電力供給システムである。固定体１０１は、電力供給領域１００と電力被供給領域１０２との相互の境界面に対する近傍位置に配置される第１の送電電極１０５及び第２の送電電極１０６を備える。可動体１０３は、境界面に対する近傍位置に配置されるものであって、第１の送電電極１０５又は第２の送電電極１０６に対して対向状かつ非接触に配置される第１の受電電極１０７と第２の受電電極１０８を備える。そして、これら第１の送電電極１０５及び第２の送電電極１０６と第１の受電電極１０７及び第２の受電電極１０８とを組み合わせて結合コンデンサ１０９を構成し、この結合コンデンサ１０９とコイル１１０による直列共振回路を形成して、固定体１０１から可動体１０３へ高効率で電力供給を行うことが可能となる。具体的には、このような固定体１０１を床板１１１の下方に多数並設しておき、この床板１１１上に可動体１０３を走行等させつつ、非接触にて電力供給を継続することが可能となる。
【０００８】
この電力供給システムでは、固定体１０１に、スイッチングによって周波数を制御可能な交流電源１１５を設けており、この交流電源１１５によって、所望の周波数の交流電力を第１の送電電極１０５と第２の送電電極１０６に供給している。
【０００９】
また、この電力供給システムでは、電力供給制御を行うため、固定体１０１と可動体１０３の相互間の通信を可能とする機能を設けている。具体的には、各固定体１０１には通信部１１２を設けると共に、可動体１０３には通信部１１３を設けている。そして、可動体１０３の通信部１１３から電力供給要求信号を送信する。各固定体１０１は、自己の通信部１１２によって電力供給要求信号が受信された場合に、自己の上方に可動体１０３が位置しているものとして、電力供給制御を行う。
【００１０】
また、このように自己の上方に可動体１０３が位置していることを判別可能しても、可動体１０３がランダムな方向で移動する場合には、第１の送電電極１０５に対向配置された電極が第１の受電電極１０７と第２の受電電極１０８とのいずれであるのか、あるいは、第２の送電電極１０６に対向配置された電極が第１の受電電極１０７と第２の受電電極１０８とのいずれであるのかを特定できない。そこで、複数のダイオードを有する接続部１１４を用いて整流を行い、各電極の対向配置状態に関わらず、負荷１０４の極性に適合するように電力供給を継続可能としている。また、このようにダイオードを可動体１０３に配置しており、ダイオードと負荷１０４の相互間にコイル１１０を設けた場合には、ダイオードにより整流されてしまい、結合コンデンサ１０９との直列共振が成り立たなくなるため、コイル１１０を固定体１０１側に配置している。
【００１１】
この電力供給システムによれば、第１の送電電極１０５及び第２の送電電極１０６を電力被供給領域１０２に露出させる必要がないため、人がいる場所への導入が容易になる。また、各電極を所望のキャパシタ容量が生じる程度の距離で対向配置させれば電力供給ができるため、電磁誘導方式のように厳密な位置合わせを行う必要がないので、ロボットの如き可動体１０３に対しても給電を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平９−９３７０４号公報
【特許文献２】特願２００７−２５６３６９号
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ｓｅｋｉｔａｎｉ，Ｔ．ら、「ｎａｔｕｒｅ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ」、第６巻、４１３−４１７頁、２００７年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記特許文献２に記載の電力供給システムでは、各送電電極と各受電電極が鉛直方向に完全に対応する位置に可動体が配置されず、各送電電極の一部のみに掛かるように各受電電極が配置された場合、所定の直列共振条件が満足されないために送電効率が低下したり、電極の配置状態に応じて発信周波数をずらして直列共振条件を満足させる必要が生じるといった問題があった。
【００１５】
そこで本発明は、電力供給システムにおいて、電極の配置状態の変化に関わらず安定した電力供給を行うことが可能となる、電力供給システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１に記載の電力供給システムは、電力供給領域に配置された固定体から、電力被供給領域に配置された可動体を介して、所定の負荷に対して電力を供給するための電力供給システムであって、前記固定体は、前記電力供給領域と前記電力被供給領域との相互の境界面に対する近傍位置に配置されるものであって、交流電力が供給される第１の送電電極及び第２の送電電極と、前記第１の送電電極及び第２の送電電極に対して電力を供給する交流電源とを備え、前記可動体は、前記第１の送電電極又は前記第２の送電電極に対して前記境界面を挟んで対向状かつ非接触に配置される第１の受電電極と第２の受電電極と、前記第１の受電電極と前記第２の受電電極との間に相互に並列接続される第１のコンデンサと第１のコイルと、を備え、前記第１の送電電極に対向するように前記第１の受電電極又は第２の受電電極のいずれか一方が配置されることで第１の結合コンデンサが構成されると共に、前記第２の送電電極に対向するように前記第１の受電電極又は第２の受電電極のいずれか他方が配置されることで第２の結合コンデンサが構成され、前記交流電源は、前記第１のコンデンサと前記第１のコイルとに並列共振を発生させる条件で、前記第１の結合コンデンサ及び前記第２の結合コンデンサを介して前記負荷への送電を行うこと、を特徴とする。
【００１７】
また、請求項２に記載の電力供給システムは、請求項１に記載の電力供給システムにおいて、前記固定体は、前記第１の送電電極と前記第２の送電電極との間に相互に並列接続される第２のコンデンサと第２のコイルとを備え、前記交流電源は、前記第２のコンデンサと前記第２のコイルとに並列共振を発生させる条件で、前記負荷への送電を行うこと、を特徴とする。
【００１８】
また、請求項３に記載の電力供給システムは、請求項２に記載の電力供給システムにおいて、前記固定体は、前記第１の送電電極及び前記第２の送電電極と前記第２のコンデンサ及び前記第２のコイルに並存して、相互に並列接続される第３のコンデンサと第３のコイルとを備え、前記第２のコイルと前記第３のコイルとを相互誘導により変圧可能に配置し、前記交流電源は、前記第３のコンデンサと前記第３のコイルとに並列共振を発生させる条件で、前記第３のコイルを介して前記負荷への送電を行うこと、を特徴とする。
【００１９】
また、請求項４に記載の電力供給システムは、請求項１から３のいずれか一項に記載の電力供給システムにおいて、前記可動体は、前記第１のコンデンサ及び前記第１のコイルと前記負荷に並存して、相互に並列接続される第４のコンデンサと第４のコイルとを備え、前記第１のコイルと前記第４のコイルとを相互誘導により変圧可能に配置し、前記交流電源は、前記第４のコンデンサと前記第４のコイルとに並列共振を発生させる条件で、前記第４のコイルを介して前記負荷への送電を行うこと、を特徴とする。
【００２０】
また、請求項５に記載の電力供給システムは、請求項１から４のいずれか一項に記載の電力供給システムにおいて、前記固定体には、前記第１の送電電極と前記第２の送電電極の各々を、前記境界面に沿って複数並設し、前記可動体には、前記第１の受電電極及び前記第２の受電電極と前記負荷とを相互に電気的に接続する接続手段であって、前記第１の受電電極又は前記第２の受電電極のいずれか一方が前記第１の送電電極に対向するように配置されると共に、前記第１の受電電極又は前記第２の受電電極のいずれか他方が前記第２の送電電極に対向するように配置された場合には、当該一方の第１の受電電極又は第２の受電電極から前記負荷の一方の電極への通電を可能とすると共に、前記負荷の他方の電極から当該他方の第１の受電電極又は第２の受電電極への通電を可能とし、前記一方の第１の受電電極又は第２の受電電極が前記第２の送電電極に対向するように配置されると共に、前記他方の第１の受電電極又は第２の受電電極が前記第１の送電電極に対向するように配置された場合には、当該他方の第１の受電電極又は第２の受電電極から前記負荷の一方の電極への通電を可能とすると共に、前記負荷の他方の電極から当該一方の第１の受電電極又は第２の受電電極への通電を可能とする、接続手段を設けたこと、を特徴とする。
【００２１】
また、請求項６に記載の電力供給システムは、請求項５に記載の電力供給システムにおいて、前記固定体は、前記第１の送電電極と前記第２の送電電極との各組に、請求項２に記載の前記第２のコンデンサと前記第２のコイルとを備えること、を特徴とする。
【００２２】
また、請求項７に記載の電力供給システムは、請求項６に記載の電力供給システムにおいて、前記第２のコンデンサと前記第２のコイルとの各組の間で、並列共振を発生させる条件を相違させたこと、を特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１に記載の電力供給システムによれば、送電電極と受電電極とを相互に非接触状態としたまま電力供給を行うことができ、送電電極を電力被供給領域に露出させる必要がないため、送電電極が人体に触れることによる感電の危険性をなくすことができ、心理的な不安も解消することができるので、オフィス空間のように人がいる場所への導入が容易になる。特に、可動体に第１の受電電極と第２の受電電極との間に相互に並列接続される第１のコンデンサと第１のコイルとを設け、当該第１のコンデンサと第１のコイルとに並列共振を発生させる条件で負荷への送電を行うので、当該第１のコンデンサ及び第１のコイルと負荷とを含む負荷部のインピーダンスを増大させることができる。これにより、第１の結合コンデンサ及び第２の結合コンデンサにおける電圧降下を低減し、当該第１の結合コンデンサ及び第２の結合コンデンサのキャパシタンスの変動に関わらず安定した電力供給を可能とすることができる。
【００２４】
また、請求項２に記載の電力供給システムによれば、固定体に、第１の送電電極と第２の送電電極との間に相互に並列接続される第２のコンデンサと第２のコイルとを設けたので、交流電源から出力される無効電流を低減することができる。これにより、交流電源を小型化することができる。
【００２５】
また、請求項３に記載の電力供給システムによれば、固定体に、第１の送電電極及び第２の送電電極と第２のコンデンサ及び第２のコイルに並存して、相互に並列接続される第３のコンデンサと第３のコイルとを設けたので、交流電源から出力される無効電流を低減することができる。これにより、交流電源を小型化することが可能となる。また、第２のコイルと、第３のコイルとの間で、相互誘導作用により電力伝送をさせるので、交流電源の出力電圧を昇圧して負荷に電力供給を行うことができる。
【００２６】
また、請求項４に記載の電力供給システムによれば、可動体に、第１のコンデンサ及び第１のコイルと負荷に並存して、相互に並列接続される第４のコンデンサと第４のコイルとを設けたので、交流電源から出力される無効電流を低減することができる。これにより、交流電源を小型化することが可能となる。また、第１のコイルと、第４のコイルとの間で、相互誘導作用により電力伝送をさせるので、第１の受電電極及び第２の受電電極への入力電圧を変圧して負荷に電力供給を行うことができる。
【００２７】
また、請求項５に記載の電力供給システムによれば、第１の送電電極と第２の送電電極の各々を複数並設すると共に、第１の受電電極及び第２の受電電極に対向する第１の送電電極又は第２の送電電極に基づいて、接続手段を用いて第１の受電電極及び第２の受電電極と負荷との接続状態を自動的に切替えるので、固定体に対する任意の位置に可動体を配置しても電力供給を行うことができる。
【００２８】
また、請求項６に記載の電力供給システムによれば、第１の送電電極と第２の送電電極との各組に、請求項２に記載の第２のコンデンサと第２のコイルとを設けたので、交流電源から出力される無効電流を低減することができ、交流電源を小型化できる。
【００２９】
また、請求項７に記載の電力供給システムによれば、第２のコンデンサと第２のコイルとの各組の間で並列共振を発生させる条件を相違させたので、交流電源の出力周波数を変えるだけで第２のコンデンサと第２のコイルとの任意の組を共振させ、当該第２のコンデンサと第２のコイルとを有する第１の送電電極及び第２の送電電極にのみ電力を供給することができる。これにより、電力を供給する第１の送電電極及び第２の送電電極を切替えるためのスイッチ等の回路を固定体に設けることが不要となり、信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施の形態１に係る電力供給システムを適用した居室の斜視図である。
【図２】図１の固定体及び可動体を簡略化して示す縦断面図である。
【図３】電力供給システムの回路構成を簡略化して示した図である。
【図４】結合コンデンサのキャパシタンスを所定の基準値Ｃ１とした場合の図であり、図４（ａ）は結合コンデンサの両極間の電圧と、負荷部への入力電圧Ｖｉｎとを比較した図、図４（ｂ）は負荷での電力消費量を示した図である。
【図５】結合コンデンサのキャパシタンスをＣ１の１０分の１とした場合の図であり、図５（ａ）は結合コンデンサの両極間の電圧と、負荷部への入力電圧Ｖｉｎとを比較した図、図５（ｂ）は負荷での電力消費量を示した図である。
【図６】固定体及び可動体における並列共振回路の有無による影響を示した図である。
【図７】実施の形態２に係る固定体及び可動体を簡略化して示す縦断面図である。
【図８】図７の固定体及び可動体を詳細に示した要部拡大図である。
【図９】実施の形態３に係る固定体及び可動体を簡略化して示す縦断面図である。
【図１０】図９の固定体及び可動体を詳細に示した要部拡大図である。
【図１１】従来の電力供給システムの要部縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る電力供給システムの各実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。まず、〔I〕各実施の形態に共通の基本的概念を説明した後、〔II〕各実施の形態の具体的内容について説明し、〔III〕最後に、各実施の形態に対する変形例について説明する。ただし、これら各実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３２】
〔I〕各実施の形態に共通の基本的概念
まず、各実施の形態に共通の基本的概念について説明する。各実施の形態に係る電力供給システムは、電力供給領域に配置された固定体から、電力被供給領域に配置された可動体に対して、電力を供給するための電力供給システムである。電力供給領域や電力被供給領域の具体的構成は任意であり、例えば、一般住宅やオフィスビルの如き建屋の内部空間や、電車や飛行機の如き乗り物の内部空間、あるいは、屋外空間を含む。以下では、電力供給領域と電力被供給領域とを相互に区画する面を境界面と称する。例えば、電力被供給領域を建屋の居室とすると共に、電力供給領域を居室の床部とした場合、床部の上面（床面）が境界面になる。
【００３３】
固定体は、当該固定体の内部に電源を備えたものと、当該固定体の外部の電源から供給された電力を可動体に供給するものを含む。この固定体は、電力供給領域に配置されるものであるが、恒久的に移動不能に固定されるものに限定されず、不使用時には電力供給領域から取り外すことができたり、当該電力供給領域の内部の任意位置に移動可能なものを含む。特に、固定体の全体が常時固定的であるものに限定されず、例えば、固定体の一部の構成要素の位置を必要に応じて調整することで、当該構成要素と可動体との相対的な位置関係を変更可能なものを含む。
【００３４】
可動体は、電力被供給領域に固定的に配置して使用されるもの（静止体）と、電力被供給領域の内部において必要に応じて移動するもの（移動体）とを含む。この可動体の機能や具体的構成は特記する点を除いて任意であるが、例えば、静止体としては、コンピュータや家電の如き機器を挙げることができ、移動体としては、ロボットや電気自動車を挙げることができる。
【００３５】
このように構成される電力供給システムは、固定体から可動体に対して電力を非接触で供給する。この非接触電力供給は、概略的には、境界面を介して配置されたコンデンサを用いて行われる。すなわち、固定体に設けた送電電極と、可動体に設けた受電電極とを、境界面を挟んで相互に非接触状に対向配置することで、コンデンサ（以下、「結合コンデンサ」と表記する）を構成する。このような結合コンデンサを少なくとも２つ設けて送電路に配置し、この２つの結合コンデンサを介して電界型の送電を行う。この構成によれば、固定体の送電電極を電力被供給領域に露出させる必要がないため、電力供給システムの安全性や耐久性を高めることができる。また、送電電極を複数配置することで、可動体が移動した場合においても当該可動体に対して継続的に電力供給を行うことができ、可動体の移動の自由度を確保することができる。
【００３６】
特に、各実施の形態に係る電力供給システムの特徴の一部は、可動体に並列共振回路を設け、この並列共振回路に並列共振を発生させる条件で固定体から電力供給を行う点にある。この構成により、結合コンデンサのインピーダンスを並列共振時の並列共振回路のインピーダンスと比較して極めて小さいものとすることができ、結合コンデンサの容量変動による電力供給効率への影響を抑制するという利点を得ることができる。
【００３７】
〔II〕各実施の形態の具体的内容
次に、電力供給システムの各実施の形態の具体的内容について説明する。
【００３８】
〔実施の形態１〕
最初に、実施の形態１について説明する。この実施の形態１は、可動体側に並列共振回路を設けた形態である。
【００３９】
（構成）
図１は本実施の形態１に係る電力供給システムを適用した居室の斜視図である。本実施の形態では、電力供給領域（ここでは床板３の下方空間）１に配置された固定体１０から、電力被供給領域（ここでは居室）２の内部を移動する可動体（ここではロボット）２０に対して電力を供給する例を示すもので、これら固定体１０及び可動体２０を備えて本形態の電力供給システムが構成されている。ここでは、電力供給領域１の上方に敷設された床板３が電力供給領域１と電力被供給領域２との相互間の境界面に相当し、この床板３を介して後述する結合コンデンサ３０、３１（図１には図示せず）が構成される。
【００４０】
（構成−固定体）
次に、固定体１０の構成について説明する。図２は図１の固定体１０及び可動体２０を簡略化して示す縦断面図である。この固定体１０は、交流電源１１、第１の送電電極１２、第２の送電電極１３、第１並列共振回路１４、及び第２並列共振回路１５を備えて構成されている。図２には固定体１０を一つのみ示すが、実際には、図１に示すように、複数の固定体１０が電力被供給領域２において床板３に沿って並設される。
【００４１】
交流電源１１は、交流電力の供給源である。図２では、１つの交流電源１１が１つの固定体１０に設けられているが、図２には不図示の他の固定体１０に対しても交流電力を供給するようにしてもよい。
【００４２】
第１の送電電極１２及び第２の送電電極１３は、それぞれ平板状の導電体であり、床板３の下方近傍位置において、当該床板３に対して略平行になるように配置されている。これら第１の送電電極１２及び第２の送電電極１３は、床板３に対して接触させてもよく、あるいは、床板３に対して微小距離を隔てて配置してもよい。いずれの場合においても、これら第１の送電電極１２及び第２の送電電極１３の電力被供給領域２側の面（ここでは上面）は、床板３によって完全に覆われており、これら第１の送電電極１２及び第２の送電電極１３が電力被供給領域２に対して非露出状となっている。なお、以下では、これら第１の送電電極１２と第２の送電電極１３とを相互に区別する必要がない場合には、これらを単に「送電電極１２、１３」と総称する。
【００４３】
第１並列共振回路１４は、交流電源１１に接続されるものであり、第２のコンデンサ１４ａ及び第２のコイル１４ｂを備えている。第２のコンデンサ１４ａと第２のコイル１４ｂとは、相互に並列に接続されることで並列共振回路を構成している。
【００４４】
第２並列共振回路１５は、第１の送電電極１２及び第２の送電電極１３に接続されるものであり、第３のコンデンサ１５ａ及び第３のコイル１５ｂを備えている。第３のコンデンサ１５ａと第３のコイル１５ｂとは、相互に並列に接続されることで並列共振回路を構成する。また、第２のコイル１４ｂと第３のコイル１５ｂとは、相互に平行かつ所定間隔を隔てて配置され、当該第２のコイル１４ｂと第３のコイル１５ｂとの間で相互誘導作用により電力伝送が可能となるように配置されている。さらに、交流電源１１の出力電圧を所望の変成比で昇圧して送電電極１２、１３に供給するため、第２のコイル１４ｂと第３のコイル１５ｂとの間の巻数比が設定されている。
【００４５】
（構成−可動体）
次に、可動体２０の構成について説明する。可動体２０は、第１の受電電極２１ａ、第２の受電電極２１ｂ、第３並列共振回路２２、第４並列共振回路２３、及び負荷２４を備えている。
【００４６】
第１の受電電極２１ａ及び第２の受電電極２１ｂの各々は、固定体１０から供給された電力を受電するものであり、それぞれ平板状の導電体として構成されている。以下では、これら第１の受電電極２１ａと第２の受電電極２１ｂとを相互に区別する必要がない場合には、これらを単に「受電電極２１」と総称する。これら受電電極２１は、床板３の上面に直接的に接触する位置又は微小間隔を隔てた位置で、当該床板３に対して略平行に配置される。
【００４７】
この状態において第１の受電電極２１ａ又は第２の受電電極２１ｂのいずれか一方（図２では第１の受電電極２１ａ）は、床板３を挟んで第１の送電電極１２に対向配置されて第１の結合コンデンサ３０を構成する。また、第１の受電電極２１ａ又は第２の受電電極２１ｂのいずれか他方（図２では第２の受電電極２１ｂ）は、床板３を挟んで第２の送電電極１３に対向配置されて第２の結合コンデンサ３１を構成する。以下では、これら第１の結合コンデンサ３０と第２の結合コンデンサ３１とを相互に区別する必要がない場合には、これらを単に「結合コンデンサ３０、３１」と総称する。ここで、電力被供給領域２には送電電極１２、１３は露出していないため、これら送電電極１２、１３と受電電極２１とは相互に非接触状態で配置されることになる。
【００４８】
第３並列共振回路２２は、第１の受電電極２１ａ及び第２の受電電極２１ｂに接続されるものであり、第１のコンデンサ２２ａ及び第１のコイル２２ｂを備えている。第１のコンデンサ２２ａと第１のコイル２２ｂとは、相互に並列に接続されることで並列共振回路を構成する。
【００４９】
第４並列共振回路２３は、負荷２４に接続されるものであり、第４のコンデンサ２３ａ及び第４のコイル２３ｂを備えている。第４のコンデンサ２３ａと第４のコイル２３ｂとは、相互に並列に接続されることで並列共振回路を構成している。
【００５０】
また、第１のコイル２２ｂと第４のコイル２３ｂとは、相互に平行かつ所定間隔を隔てて配置され、当該第１のコイル２２ｂと第４のコイル２３ｂとの間で相互誘導作用により電力伝送が可能となるように配置されている。さらに、受電電極２１への入力電圧を所望の変成比で変圧して負荷２４に供給するため、第１のコイル２２ｂと第４のコイル２３ｂとの間の巻数比が設定されている。
【００５１】
負荷２４は、第４並列共振回路２３を介して供給された交流電力にて駆動され、所定機能を発揮するものである。例えば、可動体２０が図１に示す如きロボットとして構成された場合、負荷２４としては、当該ロボットに内蔵されたモータや制御ユニットが該当する。この他、負荷２４の具体的構成は任意であり、例えば、可動体２０の外部の機器との相互間で通信信号の送受を無線又は有線にて行う通信機器、各種情報に関する情報処理を行なう情報処理機器、電力被供給領域２における所定の検知対象の検知を行なって当該検知結果に関する信号を所定機器に出力するセンサ、あるいは、可動体２０の外部の機器に対する電力の送受を行う電源（例えば二次電池）として構成することができる。なお、負荷２４は、必ずしも可動体２０の内部に設ける必要はなく、可動体２０の外部に負荷２４を設けると共に、当該負荷２４に対して可動体２０を介して電力供給を行うようにしてもよい。また、図２においては負荷２４を１つのみ示しているが、相互に直列又は並列に接続された複数の負荷２４に対して電力供給を行ってもよい。
【００５２】
ここで、第１並列共振回路１４、第２並列共振回路１５、第３並列共振回路２２、及び第４並列共振回路２３の並列共振周波数ｆ１が相互に等しくなるように、各並列共振回路におけるコンデンサのキャパシタンス及びコイルのインダクタンスが設定されている。従って、これら並列共振回路１４、１５、２２、２３に並列共振を発生させる条件で交流電源１１から交流電力を出力させること（すなわち、並列共振周波数ｆ１で交流電源１１から交流電力を出力させること）により、各並列共振回路１４、１５、２２、２３で並列共振が発生する。
【００５３】
（構成−床板）
送電電極１２、１３と受電電極２１との相互間に介在する床板３については、結合コンデンサ３０、３１を構成し得る誘電材料にて構成される。このような誘電材料としては、例えばフッ素樹脂を採用することができる。この誘電材料は、床板３に用いる場合以外にも、送電電極１２、１３における受電電極２１側の面や、受電電極２１における送電電極１２、１３側の面にコーティングすることもできる。また、このように床板３に使用する材料や、送電電極１２、１３や受電電極２１のコーティングに使用する材料には、送電電極１２、１３と受電電極２１の相互間の所要の絶縁性を保持するための絶縁性能を持たせることが好ましい。
【００５４】
（電力供給システムの作用）
次に、上述したように構成される電力供給システムの作用について説明する。図３は、電力供給システムの回路構成を簡略化して示した図である。図３に示すように、電力供給システムは、電源部４０、第１の結合コンデンサ３０、第２の結合コンデンサ３１、及び負荷部５０に仮想的に区分することができる。この作用の説明では、電源部４０には、固定体１０における送電電極１２、１３を除く部分が対応するものとし、負荷部５０には、可動体２０における受電電極２１を除く部分が対応し、負荷２４を含むものとする。
【００５５】
ここで、負荷部５０のインピーダンスＺ３を、第１の結合コンデンサ３０のインピーダンスＺ１及び第２の結合コンデンサ３１のインピーダンスＺ２と比較して極めて大きい値とすることにより、結合コンデンサ３０、３１における電圧降下を低減し、電源部４０からの出力電圧Ｖｏｕｔと負荷部５０への入力電圧Ｖｉｎとを、ほぼ等しくすることができる。これにより、送電電極１２、１３と受電電極２１との相対位置の変動等によって結合コンデンサ３０、３１のキャパシタンスが変動した場合であっても、電源部４０から負荷部５０への電力供給に対する影響を低減することが可能である。
【００５６】
具体的には、各並列共振回路に共通の並列共振周波数ｆ１で交流電源１１から交流電力が出力され、並列共振条件が満たされると、負荷部５０の第３並列共振回路２２及び第４並列共振回路２３で並列共振が生じる。従って、並列共振回路のインピーダンスは並列共振周波数において極めて大きくなることから、並列共振が生じた第３並列共振回路２２及び第４並列共振回路２３を含む負荷部５０のインピーダンスＺ３を、結合コンデンサ３０、３１のインピーダンスＺ１、Ｚ２と比較して極めて大きい値とすることができ、結合コンデンサ３０、３１のキャパシタンスの変動による電力供給への影響を低減することができる。
【００５７】
図４及び図５は、図２に示した電力供給システムにおいて、結合コンデンサ３０、３１のキャパシタンスを変化させた場合の電力供給に対する影響を比較した図であり、図４は結合コンデンサ３０、３１のキャパシタンスを所定の基準値Ｃ１とした場合の図、図５は結合コンデンサ３０、３１のキャパシタンスをＣ１の１０分の１とした場合の図である。また、図４（ａ）及び図５（ａ）は、結合コンデンサ３０、３１の両極間の電圧ＶＣと、負荷部５０への入力電圧Ｖｉｎとを比較した図であり、横軸が電力供給システムの動作周波数、縦軸が電圧を示している。図４（ｂ）及び図５（ｂ）は負荷２４での電力消費量を示した図であり、横軸が電力供給システムの動作周波数、縦軸が電力消費量を示している。
【００５８】
結合コンデンサ３０、３１のキャパシタンスをＣ１とした場合、図４（ａ）に示したように、並列共振周波数ｆ１において、結合コンデンサ３０、３１の両極間の電圧ＶＣと比較して負荷部５０への入力電圧Ｖｉｎが非常に大きくなる。すなわち、電源部４０からの出力電圧Ｖｏｕｔと負荷部５０への入力電圧Ｖｉｎとがほぼ等しい状態となる。図４（ｂ）に示したように、この時の負荷２４での電力消費量をＰ１とする。
【００５９】
一方、結合コンデンサ３０、３１のキャパシタンスを０．１×Ｃ１とした場合には、図５（ａ）に示したように、並列共振周波数ｆ１における結合コンデンサ３０、３１の両極間の電圧が、図４（ａ）の場合よりも増大している。しかし、図５（ｂ）に示したように、この時の負荷２４での電力消費量Ｐ２は、結合コンデンサ３０、３１のキャパシタンスをＣ１とした場合の負荷２４での電力消費量Ｐ１よりも増大している。すなわち、結合コンデンサ３０、３１のキャパシタンスが変動しても、安定して電力供給できていることが分る。
【００６０】
なお、負荷部５０のインピーダンスを増大させるためには、負荷部５０の並列共振回路に並列共振を発生させればよいことから、第１並列共振回路１４及び第２並列共振回路１５の有無に関わらず、少なくとも第３並列共振回路２２又は第４並列共振回路２３のいずれか一方を可動体２０に設けることにより、結合コンデンサ３０、３１のキャパシタンスが変動に関わらず安定して電力供給が可能となる効果を得ることができる。
【００６１】
図６は、固定体１０及び可動体２０における並列共振回路の有無による影響を示した図であり、横軸が電力供給システムの動作周波数、縦軸が電流値を示している。この図６のグラフでは、図２に示した電力供給システムから第１並列共振回路１４及び第４並列共振回路２３を除外した場合における交流電源１１からの出力電流値をＩ１、図２に示した電力供給システムから第４並列共振回路２３を除外した場合における交流電源１１からの出力電流値をＩ２、及び図２に示した電力供給システムにおける、交流電源１１からの出力電流値をＩ３をとして示す。
【００６２】
図６に示すように、第１並列共振回路１４及び第４並列共振回路２３が設けられていない場合における、並列共振周波数ｆ１での交流電源１１からの出力電流Ｉ１に対し、第１並列共振回路１４を設けた場合は、並列共振周波数ｆ１における交流電源１１からの出力電流Ｉ２はＩ１の６０％程度まで減少している。さらに、第４並列共振回路２３を設けた場合は、交流電源１１からの出力電流Ｉ３はＩ１の２５％程度まで減少している。すなわち、第１並列共振回路１４や第４並列共振回路２３を設けることにより、交流電源１１から出力される無効電流が低減される。
【００６３】
この実施の形態１に係る電力供給システムでは、固定体１０の上方に可動体２０が配置されていない場合には、並列共振条件が成り立たず、電力供給が行われないため、例えば、固定体１０を常に運転モードにしておき、床板３の上を人が歩いたような場合であっても、人体に電流が流れるような事態を防止でき、安全性を維持できる。
【００６４】
（実施の形態１の効果）
このように実施の形態１によれば、送電電極１２、１３が電力被供給領域２に露出しないため、送電電極１２、１３が人体に触れることによる感電の危険性をなくすことができ、心理的な不安も解消することができるので、オフィス空間のように人がいる場所への導入が容易になる。
【００６５】
特に、可動体２０に第３並列共振回路２２又は第４並列共振回路２３を設け、これらの並列共振回路に並列共振を発生させる条件で負荷２４への送電を行うので、当該並列共振回路と負荷２４とを含む負荷部５０のインピーダンスを増大させることができる。これにより、結合コンデンサ３０、３１における電圧降下を低減し、結合コンデンサ３０、３１のキャパシタンスの変動に関わらず安定した電力供給を可能とすることができる。
【００６６】
また、固定体１０に第１並列共振回路１４又は第２並列共振回路１５を設けたので、交流電源１１から出力される無効電流を低減することができる。これにより、交流電源１１を小型化することが可能となる。
【００６７】
また、固定体１０に第１並列共振回路１４及び第２並列共振回路１５を設けたので、交流電源１１から出力される無効電流を低減することができる。これにより、交流電源１１を小型化することが可能となる。また、第１並列共振回路１４における第２のコイル１４ｂと、第２並列共振回路１５における第３のコイル１５ｂとの間で、相互誘導作用により電力伝送をさせるので、交流電源１１の出力電圧を昇圧して負荷２４に電力供給を行うことができる。
【００６８】
また、可動体２０に第３並列共振回路２２及び第４並列共振回路２３を設けたので、交流電源１１から出力される無効電流を低減することができる。これにより、交流電源１１を小型化することが可能となる。また、第３並列共振回路２２における第１のコイル２２ｂと、第４並列共振回路２３における第４のコイル２３ｂとの間で、相互誘導作用により電力伝送をさせるので、受電電極２１への入力電圧を変圧して負荷２４に電力供給を行うことができる。
【００６９】
〔実施の形態２〕
次に、実施の形態２について説明する。この形態は、実施の形態１の構成に加えて、複数の送電電極を設けた形態である。なお、実施の形態２の構成は、特記する場合を除いて実施の形態１の構成と略同一であり、実施の形態１と略同一の構成についてはこの実施の形態１で用いたものと同一の符号及び／又は名称を必要に応じて付して、その説明を省略する。
【００７０】
（構成−固定体）
図７は実施の形態２に係る固定体１０及び可動体２０を簡略化して示す縦断面図、図８は図７の固定体１０及び可動体２０を詳細に示した要部拡大図である。固定体１０は、実施の形態１における固定体１０の構成に加えて、複数の送電電極１２、１３を備えるとともに、通信部１６、及び制御部１７（コントローラ）を備えている。
【００７１】
図７、８に示すように、送電電極１２、１３は、単位面積当たりの当該送電電極１２、１３の敷設効率を高めるために、相互に所定間隔を隔てて複数並設されていると共に、隣接する送電電極１２、１３が相互に異なる極性になるように交互に配置されている。
【００７２】
なお、図７、８の例では、一つの第２並列共振回路１５が、線路Ｌ１を介して第１の送電電極１２に接続されていると共に、線路Ｌ２を介して第２の送電電極１３に接続されている。これら線路Ｌ１、Ｌ２にはそれぞれ線路Ｌ３、Ｌ４が接続され、これら線路Ｌ３、Ｌ４を介して、共通の交流電源１１から共通の第１並列共振回路１４及び第２並列共振回路１５を介して、複数の第１の送電電極１２と複数の第２の送電電極１３に電力が供給される。また、図９、１０では、通信部１６や制御部１７に対して電力を供給するための構成を省略して示すが、交流電源１１や、交流電源１１とは別の図示しない電源から、任意の経路を経てこれら通信部１６や制御部１７に電源を供給することができる。
【００７３】
図８において、通信部１６は、可動体２０に設けた後述する通信部２６と通信を行う通信手段である。この通信部１６の具体的構成は任意であるが、例えば、ＲＦ通信をＭＡＣプロトコルにて行うＲＦ／ＭＡＣを用いて構成される（後述する通信部２６において同じ）。この通信部１６は、可動体２０から送電経路に重畳され、線路Ｌ１、Ｌ２を介して出力された通信信号を結合用のコンデンサ１８を介して取得する。なお、線路Ｌ１、Ｌ２を介して出力された通信信号は、当該線路Ｌ１、Ｌ２に接続された通信信号遮断用のコイル１９にて遮断される。この通信部１６は、制御部１７に対して線路Ｌ５を介して通信可能に接続されている。また、この通信部１６は、線路Ｌ６を介してハブ６０に接続されており、このハブ６０はさらにサーバ６１に接続されている。
【００７４】
制御部１７は、固定体１０を制御する制御手段であり、例えばハブ６０を介してサーバ６１に接続されており、このサーバ６１からの制御信号に応じて制御動作を行なう。ただし、制御部１７に自立制御プログラムを組み込むことで自立制御を行うようにし、ハブ６０やサーバ６１を省略することもできる。また、制御部１７の通信接続先はサーバ６１以外とすることもでき、例えば他の固定体１０の制御部１７との間で通信を行うことで、電力供給領域１に配置された複数の固定体１０を相互に連動制御することができる。さらに、この制御部１７は、交流電源１１に対して線路Ｌ７を介して接続されており、この交流電源１１のＯＮ/ＯＦＦや周波数制御を行うことによって、固定体１０に対する電力供給を制御する。この制御部１７の具体的構成は任意であるが、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）及びこのＣＰＵ上で解釈実行されるプログラムを含んで構成される。
【００７５】
（構成−可動体）
可動体２０は、実施の形態１の構成における可動体２０の構成に加えて、複数の受電電極２１を備えるとともに、判別切替部２５、及び通信部２６を備えている。
【００７６】
１つの可動体２０に対しては、受電電極２１を少なくとも一対設ければよいが、ここでは、図７、８に示すように、１つの可動体２０に対して受電電極２１を多数配置することで、全体として所要の受電面積を確保している。このように１つの可動体２０に受電電極２１を多数配置する場合における当該受電電極２１の集合の並設形状は任意であり、例えば方形状、あるいは円形状としてもよい。また、各受電電極２１の個々の平面形状も、方形状、あるいは円形状としてもよい。
【００７７】
また、図７、８において、各受電電極２１の幅は、複数の送電電極１２、１３の相互の並設間隔よりも十分に小さくなるように決定されている。従って、一つの受電電極２１が複数の送電電極１２、１３の両方に同時に跨ることがないので、一つの受電電極２１と複数の送電電極１２、１３との相互間で同時にコンデンサを構成することが防止され、このようなコンデンサによって電力供給に悪影響を与えることが防止される。この構成によれば、各受電電極２１を任意の位置に配置でき、可動体２０の可動の自由度を高めることができる。
【００７８】
さらに、これら複数の受電電極２１の相互の並設間隔は、当該複数の受電電極２１の相互間におけるコンデンサ容量が電力供給に悪影響を生じないように決定されることが好ましい。具体的には、第１の送電電極１２又は第２の送電電極１３のいずれか一方から、コンデンサを介して、第１の送電電極１２又は第２の送電電極１３のいずれか他方に電流が流れることがないように、受電電極２１の相互間隔が決定される。
【００７９】
判別切替部２５は、複数の受電電極２１の各々に対して対向配置される電極が第１の送電電極１２と第２の送電電極１３のいずれであるのかを判別し、この判別結果に基づいて、負荷２４に対する複数の受電電極２１の接続の切替えを行う判別切替手段であり、特許請求の範囲における接続手段に対応する。判別切替部２５によって接続の切替えが行われることにより、複数の受電電極２１の内、第１の送電電極１２又は第２の送電電極１３の何れか一方に対向して配置された受電電極２１が第１の受電電極２１ａとして受電を行い、他方に対向して配置された受電電極２１が第２の受電電極２１ｂとして受電を行うことが可能となる。
【００８０】
この判別切替部２５の具体的構成は任意であるが、例えば、判別切替部２５は、第３並列共振回路２２の一方の端子２２ｃ（以下、第１端子）にコイル２７を介して接続された線路Ｌ８から分岐された線路Ｌ９と、第３並列共振回路２２の他方の端子２２ｄ（以下、第２端子）にコイル２７を介して接続された線路Ｌ１０から分岐された線路Ｌ１１と、各受電電極２１に接続された線路Ｌ１２と、この線路Ｌ１２を線路Ｌ９又は線路Ｌ１１のいずれか一方に選択的に接続する複数の切替スイッチ２５ａを備えて構成されている。
【００８１】
複数の受電電極２１の各々に対して対向配置される電極が第１の送電電極１２と第２の送電電極１３のいずれであるのかに基づいて切替スイッチ２５ａを動作させる具体的構成は任意である。例えば、第１の送電電極１２又は第２の送電電極１３の一方を強磁性を有する導電体（例えば、鉄、コバルト、ニッケル等）にて形成し、他方を非磁性を有する導電体（例えば、アルミニウム、オーステナイト系ステンレス等）にて形成すると共に、切替スイッチ２５ａの可動接点に永久磁石を設ける。このような構成によれば、受電電極２１に対して対向配置される電極が第１の送電電極１２と第２の送電電極１３のいずれであるのかに基づいて可動接点に働く磁力が相違するため、当該相違によって可動接点を動作させ、線路Ｌ１２を線路Ｌ９又は線路Ｌ１１のいずれか一方に選択的に接続させることができる。
【００８２】
通信部２６は、固定体１０の通信部１６と通信を行う通信手段である。この通信部２６は、通信信号を結合用のコンデンサ２８を介して線路Ｌ８、Ｌ１０に重畳出力する。なお、この電力供給システムにおいて、電力供給には１ＭＨｚ前後の周波数を用いるが、通信部１６、２６を用いた通信には数ＧＨｚ付近の周波数帯を使用することを想定している。結合コンデンサ３０、３１及びコンデンサ１８、２８のキャパシタンスは、通信周波数に対しては、十分に大きく、伝送ロスにはならないと考えられる。
【００８３】
（電力供給制御処理）
次に、上述のように構成された固定体１０及び可動体２０における電力供給制御処理について図８を参照しつつ説明する。この制御においては、固定体１０の一部機能を待機状態とすることによって当該固定体１０の消費電力を低減する待機モードと、固定体１０の全機能を可動状態として電力供給を行う通常運転モードとの２つのモードを切替えて電力供給を行う。
【００８４】
例えば、可動体２０は、任意のタイミングで、床板３の任意の位置に配置される。また、通信部２６は、電力供給要求信号を常時出力する。
【００８５】
一方、固定体１０は、初期状態では待機モードとされている。具体的には、通信部１６のみに微小電力を供給して当該通信部１６のみを起動状態としておき、他の部分については電力供給を行わずにスリープ状態として省電力化を図る。固定体１０の通信部１６は、当該可動体２０の通信部２６からの電力供給要求信号を常時監視しており、当該固定体１０の上方に可動体２０が配置された場合に、通信部１６が通信部２６からの電力供給要求信号を受信する。このように受信された電力供給要求信号が通信部１６から制御部１７に送信されると、待機モードが運転モードに切替えられ、制御部１７が起動され、制御部１７が電力供給制御を開始する。このような電力供給制御によれば、常に運転モードにしている場合に比べて、固定体１０の消費電力を低減できる。
【００８６】
なお、このような処理に加えて、ＩＤによる可動体２０の認証を行うようにしてもよい。例えば、通信部２６から通信部１６に対して電力供給要求信号と共に可動体２０のＩＤを送信し、このＩＤを受信した通信部１６は、当該ＩＤを制御部１７に送信する。制御部１７は、このＩＤをさらにハブ６０を介してサーバ６１に送信し、このサーバ６１において予め登録されたＩＤに基づいて認証を行い、この認証結果を制御部１７に返す。そして、制御部１７は、この認証結果に基づいて電力供給の可否を決定してよい。
【００８７】
（実施の形態２の効果）
このように実施の形態２によれば、送電電極１２、１３を複数並設すると共に、受電電極２１に対向する送電電極１２、１３に基づいて判別切替部２５を用いて受電電極２１と負荷２４との接続状態を自動的に切替えるので、固定体１０に対する任意の位置に可動体２０を配置しても電力供給を行うことが可能となる。
【００８８】
〔実施の形態３〕
次に、実施の形態３について説明する。この形態は、実施の形態２の構成に加えて、第１の送電電極と第２の送電電極との各組に、第２のコンデンサと第２のコイルとを備え、この第２のコンデンサと第２のコイルとの各組の間で、並列共振を発生させる条件を相違させた形態である。なお、実施の形態３の構成は、特記する場合を除いて実施の形態２の構成と略同一であり、実施の形態２と略同一の構成についてはこの実施の形態２で用いたものと同一の符号及び／又は名称を必要に応じて付して、その説明を省略する。
【００８９】
（構成−固定体）
図９は実施の形態３に係る固定体１０及び可動体２０を簡略化して示す縦断面図、図１０は図９の固定体１０及び可動体２０を詳細に示した要部拡大図である。固定体１０は、実施の形態２における固定体１０の構成に加えて、第１の送電電極１２と第２の送電電極１３との各組に、第１並列共振回路１４を備えている。なお、図９、１０の例では第２並列共振回路１５が省略され、第１の送電電極１２と第２の送電電極１３との各組と第１並列共振回路１４とが直接接続されているが、送電電極１２、１３の各組と各第１並列共振回路１４との間に第２並列共振回路１５を設け、これらの第２並列共振回路１５の第３のコイル１５ｂと第１並列共振回路１４の第２のコイル１４ｂとの間の相互誘導作用により電力伝送をさせてもよい。
【００９０】
このように送電電極１２、１３の各組に備えられた第１並列共振回路１４は、相互に異なる並列共振周波数で並列共振を発生させるように、各並列共振回路において第２のコンデンサ１４ａのキャパシタンス及び第２のコイル１４ｂのインダクタンスが設定されている。図９、１０の例では、第１並列共振回路１４Ａはｆ１、第１並列共振回路１４Ｂはｆ２、第１並列共振回路１４Ｃはｆ３、第１並列共振回路１４Ｄはｆ４、第１並列共振回路１４Ｅはｆ５が並列共振周波数となるように、各並列共振回路において第２のコンデンサ１４ａのキャパシタンス及び第２のコイル１４ｂのインダクタンスが設定されている。
【００９１】
制御部１７は、任意の第１並列共振回路１４に並列共振を発生させ、当該第１並列共振回路１４を備える送電電極１２、１３に電力を供給するため、交流電源１１の周波数制御を行う。例えば、可動体２０の受電電極２１の近傍に、電波、磁場、音波、振動、光等のエネルギーを発するエネルギー出力手段としてのアクチュエータを設け、送電電極１２、１３には、このエネルギーを検知するエネルギー検知手段としてのエネルギーセンサを設ける（アクチュエータ及びエネルギーセンサについて図示省略）。アクチュエータから出力されたエネルギーを検知したエネルギーセンサの出力信号は、制御部１７及びハブ６０を介してサーバ６１に送信される。サーバ６１は、予め登録されているデータベースに基づき、エネルギーを検知したセンサが設置されている送電電極１２、１３の組を特定し、当該特定した送電電極１２、１３の組に備えられている第１並列共振回路１４の並列共振周波数を特定し、当該特定した周波数の値を制御部１７に返す。制御部１７は、この周波数で交流電源１１から交流電力を出力させる。これにより、受電電極２１が接近した送電電極１２、１３の組に備えられている第１並列共振回路１４にのみ並列共振が発生され、当該第１並列共振回路１４を介して、受電電極２１が接近した送電電極１２、１３に電力が供給される。
【００９２】
（構成−可動体）
実施の形態３では、第３並列共振回路２２及び第４並列共振回路２３の並列共振周波数を固定とした周波数固定型可動体２０ａと、第３並列共振回路２２及び第４並列共振回路２３の並列共振周波数を可変とした周波数可変型可動体２０ｂ（図示省略）との、２種類の可動体２０を用いることができる。
【００９３】
（構成−周波数固定型可動体）
周波数固定型可動体２０ａの構成は、実施の形態２における可動体２０の構成と同様である。この場合、周波数固定型可動体２０ａの第３並列共振回路２２及び第４並列共振回路２３の並列共振周波数が、固定体１０の第１並列共振回路１４の何れか一つの並列共振周波数（図９、１０ではｆ１からｆ５の何れか一つ）と合致するように、第１のコンデンサ２２ａと第４のコンデンサ２３ａとのキャパシタンス、及び第１のコイル２２ｂと第４のコイル２３ｂとのインダクタンスが設定されている。
【００９４】
この周波数固定型可動体２０ａを使用する場合は、当該周波数固定型可動体２０ａの第３並列共振回路２２及び第４並列共振回路２３の並列共振周波数と合致する並列共振周波数を有する第１並列共振回路１４が設けられている送電電極１２、１３に、受電電極２１を対向させる必要がある。従って、周波数固定型可動体２０ａを配置すべき位置を使用者に指示する必要がある。
【００９５】
この指示方法は任意であり、例えば、床板３の直下に配置されている送電電極１２、１３の組が備える第１並列共振回路１４の並列共振周波数に予め対応付けられた色で、当該床板３を塗装すると共に、周波数固定型可動体２０ａの第３並列共振回路２２及び第４並列共振回路２３の並列共振周波数に予め対応付けられた色で、当該周波数固定型可動体２０ａの一部を塗装してもよい。この場合、周波数固定型可動体２０ａに塗装されている色と同一色が塗装されている床板３の上に当該周波数固定型可動体２０ａを設置することにより、送電電極１２、１３から周波数固定型可動体２０ａに電力を供給することができる。
【００９６】
あるいは、床板３の表面における各送電電極１２、１３の組の近傍にＬＥＤ等を用いたパイロットランプを設け、周波数固定型可動体２０ａに電力供給が可能な送電電極１２、１３の組に対応するパイロットランプを点灯させることで、周波数固定型可動体２０ａを配置すべき位置を指示させてもよい。この場合は、例えば、使用される周波数固定型可動体２０ａの第３並列共振回路２２及び第４並列共振回路２３の並列共振周波数を特定する情報を、公知の入力手段を介してサーバ６１に入力する。サーバ６１は、入力された情報及び予め設定されているデータベースに基づき、当該並列共振周波数で並列共振を発生させる第１並列共振回路１４を有する送電電極１２、１３の組を特定する。そして、サーバ６１は、当該特定した送電電極１２、１３の組の近傍に設けられているパイロットランプの点灯信号をハブ６０及び通信部１６を介して制御部１７に送信し、当該パイロットランプを点灯させる。
【００９７】
（構成−周波数可変型可動体）
周波数可変型可動体２０ｂ（図示省略）は、第３並列共振回路２２及び第４並列共振回路２３の並列共振周波数を可変とするため、第１のコイル２２ｂ及び第４のコイル２３ｂを可変インダクタとし、あるいは第１のコンデンサ２２ａ及び第４のコンデンサ２３ａを可変コンデンサとすると共に、これらの可変インダクタ又は可変コンデンサを制御する制御部２９（図示省略）を備えている。
【００９８】
この周波数可変型可動体２０ｂを使用する場合は、当該周波数可変型可動体２０ｂの第３並列共振回路２２及び第４並列共振回路２３の並列共振周波数を、床板３上に設置された周波数可変型可動体２０ｂの受電電極２１に対向する送電電極１２、１３が有する第１並列共振回路１４の並列共振周波数に合致させる必要がある。
【００９９】
この周波数可変型可動体２０ｂにおける第３並列共振回路２２及び第４並列共振回路２３の並列共振周波数を送電電極１２、１３が有する第１並列共振回路１４の並列共振周波数に合致させる方法は任意である。例えば、制御部１７は、上述のように、受電電極２１が接近した送電電極１２、１３の組に備えられている第１並列共振回路１４の並列共振周波数の値をサーバ６１から通信部１６を介して受信する。さらに、周波数可変型可動体２０ｂの通信部２６から送信された電力供給要求信号を通信部１６を介して受信すると、固定体１０の制御部１７は、サーバ６１から受信した第１並列共振回路１４の並列共振周波数の値を、通信部１６を介して周波数可変型可動体２０ｂに送信する。周波数可変型可動体２０ｂの制御部２９は、通信部２６を介して第１並列共振回路１４の並列共振周波数の値を受信すると、当該並列共振周波数と第３並列共振回路２２及び第４並列共振回路２３の並列共振周波数とが合致するように、第１のコイル２２ｂ及び第４のコイル２３ｂのインダクタンス、又は第１のコンデンサ２２ａ及び第４のコンデンサ２３ａのキャパシタンスを調整する。
【０１００】
あるいは、交流電源１１から常時一定の電力が送電電極１２、１３に供給されるように固定体１０の制御部１７に電力供給制御を行わせる。一方、周波数可変型可動体２０ｂの制御部２９には、第１のコイル２２ｂ及び第４のコイル２３ｂのインダクタンス、又は第１のコンデンサ２２ａ及び第４のコンデンサ２３ａのキャパシタンスを常時変動させることで、第３並列共振回路２２及び第４並列共振回路２３の並列共振周波数を常時変動させる。そして、固定体１０の第１並列共振回路１４の並列共振周波数と第３並列共振回路２２及び第４並列共振回路２３の並列共振周波数とが合致し、送電電極１２、１３から受電電極２１に電力が供給された場合に、当該第３並列共振回路２２及び第４並列共振回路２３の並列共振周波数を固定し、継続して送電電極１２、１３から電力の供給を受けるように制御部２９に制御させてもよい。
【０１０１】
（実施の形態３の効果）
このように実施の形態３によれば、複数の送電電極１２、１３の組毎に第１並列共振回路１４を設けたので、交流電源１１から出力される無効電流を低減することができ、交流電源１１を小型化できる。
【０１０２】
また、複数の送電電極１２、１３の各組の第１並列共振回路１４の共振周波数を相違させたので、交流電源１１の出力周波数を変えるだけで任意の第１並列共振回路１４のみを共振させ、当該第１並列共振回路１４を有する送電電極１２、１３にのみ電力を供給することができる。これにより、電力を供給する送電電極１２、１３を切替えるためのスイッチ等の回路を固定体１０に設けることが不要となり、信頼性を向上させることができる。
【０１０３】
〔III〕各実施の形態に対する変形例
以上、本発明に係る各実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成及び手段は、特許請求の範囲に記載した各発明の技術的思想の範囲内において、任意に改変及び改良することができる。以下、このような変形例について説明する。
【０１０４】
（解決しようとする課題や発明の効果について）
まず、発明が解決しようとする課題や発明の効果は、前記した内容に限定されるものではなく、発明の実施環境や構成の細部に応じて異なる可能性があり、上述した課題の一部のみを解決したり、上述した効果の一部のみを奏することがある。さらに、本発明によって、上述していない課題を解決したり、上述していない効果を奏することもある。
【０１０５】
（並列共振を発生させる第１並列共振回路の切替について）
上述の実施の形態３では、送電電極１２、１３の各組に備えられた第１並列共振回路１４の並列共振周波数を相違させ、交流電源１１の周波数制御を行うことにより、任意の第１並列共振回路１４に並列共振を発生させると説明したが、他の方法により並列共振を発生させる第１並列共振回路１４を切り替えてもよい。例えば、送電電極１２、１３の各組に備えられた第１並列共振回路１４と交流電源１１との間にスイッチを設け、並列共振を発生させるべき第１並列共振回路１４と交流電源１１との間のスイッチのみをＯＮとすることにより、当該第１並列共振回路１４にのみ並列共振を発生させることができる。
【０１０６】
（交流電源について）
上述の実施の形態３では、固定体１０が共通の交流電源１１を一つ備えている場合を例に挙げて説明したが、複数の交流電源１１を備えるように構成してもよい。例えば、送電電極１２、１３の組毎に相違する第１並列共振回路１４の並列共振周波数で交流電力を出力可能な交流電源１１を、当該各送電電極１２、１３の組に接続してもよい。この場合、複数の交流電源１１から相違する周波数の交流電力を同時に出力させることで、複数の第１並列共振回路１４において同時に並列共振を発生させることができる。これにより、例えば可動体２０の受動電極が複数の送電電極１２、１３の組と対向して配置される場合であっても、当該複数の送電電極１２、１３から受電電極２１に電力を供給することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
この発明は、各種の空間に電力を供給するものであり、特に、利用者の安全確保を図ると共に、電極の配置状態の変化に関わらず安定した電力供給を行うことに有用である。
【符号の説明】
【０１０８】
１、１００  電力供給領域
２、１０２  電力被供給領域
３、１１１  床板
１０、１０１  固定体
１１、１１５  交流電源
１２、１０５  第１の送電電極
１３、１０６  第２の送電電極
１４  第１並列共振回路
１４ａ  第２のコンデンサ
１４ｂ  第２のコイル
１５  第２並列共振回路
１５ａ  第３のコンデンサ
１５ｂ  第３のコイル
１６、２６、１１２、１１３  通信部
１７、２９  制御部
１８、２８  コンデンサ
１９、２７、１１０  コイル
２０、１０３  可動体
２０ａ  周波数固定型可動体
２０ｂ  周波数可変型可動体
２１  受電電極
２１ａ、１０７  第１の受電電極
２１ｂ、１０８  第２の受電電極
２２  第３並列共振回路
２２ａ  第１のコンデンサ
２２ｂ  第１のコイル
２２ｃ、２２ｄ  端子
２３  第４並列共振回路
２３ａ  第４のコンデンサ
２３ｂ  第４のコイル
２４、１０４  負荷
２５  判別切替部
２５ａ  切替スイッチ
３０  第１の結合コンデンサ
３１  第２の結合コンデンサ
４０  電源部
５０  負荷部
６０  ハブ
６１  サーバ
１０９  結合コンデンサ
１１４  接続部
【図１】
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【図２】
2010193692.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010193692.tif 000006
【図５】
2010193692.tif 000007
【図６】
2010193692.tif 000008
【図７】
2010193692.tif 000009
【図８】
2010193692.tif 000010
【図９】
2010193692.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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