(57)【要約】【課題】交流電源に用いられているパワートランジスタの動作周波数限界を超えた周波数で電力供給を行うことができる、電力供給システムを提供すること。【解決手段】電力供給領域に配置された固定体１０から、電力被供給領域に配置された可動体３０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る。固定体１０は、第１の送電電極１２及び第２の送電電極１３と、基本波及び当該基本波の逓倍周波数の高調波を含む交流出力にて電力を供給する交流電源１１と、逓倍周波数で並列共振を発生させる第１のコンデンサ１４と第１のコイル１５とを備える。可動体３０は、第１の受電電極３１と第２の受電電極３２とを備える。交流電源１１は、第１の結合コンデンサ４０及び第２の結合コンデンサ４１を介して負荷への送電を行う。【選択図】図２
2010213554.tif 000002
【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基本波及び当該基本波の逓倍周波数の高調波を含む交流出力にて電力を供給する交流電源と、
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ものであって、前記逓倍周波数で並列共振を発生させる第１のコンデンサと第１のコイルと、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、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】
前記第１のコンデンサは、
前記第１の送電電極に接続された第１の導電板と、前記第２の送電電極に接続された第２の導電板とを、相互に間隔を隔てて配置することにより構成され、
前記第１のコイルは、
前記第１の導電板と前記第２の導電板との相互間に接続されたこと、
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】
前記境界面に沿って、前記第１の送電電極と前記第２の送電電極とを、交互にそれぞれ複数並設し、
前記複数の第１の送電電極を、共通の前記第１の導電板に接続し、
前記複数の第２の送電電極を、共通の前記第２の導電板に接続したこと、
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】
前記境界面と、前記第１の導電板と、前記第２の導電板とを、相互に間隔を隔てて順次重合させ、
前記第１の導電板の両面のうち前記第２の導電板と対向していない面に、前記複数の第１の送電電極を、第１の接続手段を介して接続し、
前記第２の導電板の両面のうち前記第１の導電板と対向する面に、前記複数の第２の送電電極を、前記第１の導電板に形成した接続孔に挿通された第２の接続手段を介して接続したこと、
を特徴とする請求項３に記載の電力供給システム。
【請求項５】
前記固定体は、
前記第１のコンデンサ及び前記第１のコイルと相互に並列接続されるものであって、前記基本波の周波数により、又は当該基本波の周波数に対して逓倍の周波数を有する高調波の中で不要である高調波の周波数により、直列共振を発生させる直列共振回路を備えること、
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】
前記可動体は、
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ものであって、前記逓倍周波数で並列共振を発生させる第２のコンデンサと第２のコイルと、
を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電力供給システム。
【請求項７】
前記固定体は、
複数の導電板と、複数の導電板の相互間に設けられた絶縁層とを、相互に重畳状に配置して一体に構成された、電力又は通信信号を供給するための供給パネルと、
前記供給パネルの上方に複数並設されるものであって、床面を構成する機能を有する第１の機能モジュール、又は、床面を構成する機能に加えて前記供給パネルに接続されて電力若しくは通信信号の入力若しくは出力を行う機能を有する第２の機能モジュールと、
を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の電力供給システム。
【請求項８】
前記供給パネルに、前記複数の導電板を介して直流電力を供給するように直流電源を接続し、
前記第２の機能モジュールに、前記複数の導電板を介して供給された直流電力を交流電力に変換する前記交流電源と、前記第１の送電電極及び前記第２の送電電極と、前記第１のコンデンサ及び前記第１のコイルを配置したこと、
を特徴とする請求項７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、磁界結合を用いた電磁誘導や電磁波ではなく、電界結合を用いた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２０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２００に配置された固定体２０１から、電力被供給領域２０２に配置された可動体２０３を介して、負荷２０４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２０１は、電力供給領域２００と電力被供給領域２０２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２０５及び第２の送電電極２０６を備える。可動体２０３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２０５又は第２の送電電極２０６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２０７と第２の受電電極２０８を備える。そして、これら第１の送電電極２０５及び第２の送電電極２０６と第１の受電電極２０７及び第２の受電電極２０８とを組み合わせて結合コンデンサ２０９を構成し、この結合コンデンサ２０９とコイル２１０による直列共振回路を形成して、固定体２０１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２０１を床板２１１の下方に多数並設しておき、この床板２１１上に可動体２０３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２０１に、スイッチングによって周波数を制御可能な交流電源２１５を設けており、この交流電源２１５によって、所望の周波数の交流電力を第１の送電電極２０５と第２の送電電極２０６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２０１と可動体２０３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２０１には通信部２１２を設けると共に、可動体２０３には通信部２１３を設けている。そして、可動体２０３の通信部２１３から給電要求信号を送信する。各固定体２０１は、自己の通信部２１２によって給電要求信号が受信された場合に、自己の上方に可動体２０３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２０３が位置していることを判別可能しても、可動体２０３がランダムな方向で移動する場合には、第１の送電電極２０５に対向配置された電極が第１の受電電極２０７と第２の受電電極２０８とのいずれであるのか、あるいは、第２の送電電極２０６に対向配置された電極が第１の受電電極２０７と第２の受電電極２０８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２１４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２０４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２０３に配置しており、ダイオードと負荷２０４の相互間にコイル２１０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２０９との直列共振が成り立たなくなるため、コイル２１０を固定体２０１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２０５及び第２の送電電極２０６を電力被供給領域２０２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２０３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】
ところで、交流電源の周波数制御のために用いられるパワートランジスタの動作周波数には限界があり、Ｓｉを用いた絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）では５００ｋＨｚ程度、ＳｉＣを用いたトランジスタでも１ＭＨｚ程度が動作周波数限界となっている。従って、従来の電力供給システムにおいては、この動作周波数限界以上の周波数で交流電力を供給することは困難であった。
【００１５】
そこで本発明は、電力供給システムにおいて、交流電源に用いられているパワートランジスタの動作周波数限界を超えた周波数で電力供給を行うことができる、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基本波及び当該基本波の逓倍周波数の高調波を含む交流出力にて電力を供給する交流電源と、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ものであって、前記逓倍周波数で並列共振を発生させる第１のコンデンサと第１のコイルと、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、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、前記第１のコンデンサは、前記第１の送電電極に接続された第１の導電板と、前記第２の送電電極に接続された第２の導電板とを、相互に間隔を隔てて配置することにより構成され、前記第１のコイルは、前記第１の導電板と前記第２の導電板との相互間に接続されたことを特徴とする。
【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、前記境界面に沿って、前記第１の送電電極と前記第２の送電電極とを、交互にそれぞれ複数並設し、前記複数の第１の送電電極を、共通の前記第１の導電板に接続し、前記複数の第２の送電電極を、共通の前記第２の導電板に接続したことを特徴とする。
【００１９】
また、請求項４に記載の電力供給システムは、請求項３に記載の電力供給システムにおいて、前記境界面と、前記第１の導電板と、前記第２の導電板とを、相互に間隔を隔てて順次重合させ、前記第１の導電板の両面のうち前記第２の導電板と対向していない面に、前記複数の第１の送電電極を、第１の接続手段を介して接続し、前記第２の導電板の両面のうち前記第１の導電板と対向する面に、前記複数の第２の送電電極を、前記第１の導電板に形成した接続孔に挿通された第２の接続手段を介して接続したことを特徴とする。
【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、前記固定体は、前記第１のコンデンサ及び前記第１のコイルと相互に並列接続されるものであって、前記基本波の周波数により、又は当該基本波の周波数に対して逓倍の周波数を有する高調波の中で不要である高調波の周波数により、直列共振を発生させる直列共振回路を備えることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項６に記載の電力供給システムは、請求項１から５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ものであって、前記所定の逓倍周波数で並列共振を発生させる第２のコンデンサと第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１から６のいずれか一項に記載の電力供給システムにおいて、前記固定体は、複数の導電板と、複数の導電板の相互間に設けられた絶縁層とを、相互に重畳状に配置して一体に構成された、電力又は通信信号を供給するための供給パネルと、前記供給パネルの上方に複数並設されるものであって、床面を構成する機能を有する第１の機能モジュール、又は、床面を構成する機能に加えて前記供給パネルに接続されて電力若しくは通信信号の入力若しくは出力を行う機能を有する第２の機能モジュールと、を備えることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項８に記載の電力供給システムは、請求項７に記載の電力供給システムにおいて、前記供給パネルに、前記複数の導電板を介して直流電力を供給するように直流電源を接続し、前記第２の機能モジュールに、前記複数の導電板を介して供給された直流電力を交流電力に変換する前記交流電源と、前記第１の送電電極及び前記第２の送電電極と、前記第１のコンデンサ及び前記第１のコイルを配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１に記載の電力供給システムによれば、送電電極が電力被供給領域に露出しないため、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、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ものであって、基本波の所定の逓倍周波数で並列共振を発生させる第１のコンデンサと第１のコイルとを備えたので、交流電源が発生させる各次高調波の中から任意の高調波を選択的に取り出し、出力として利用することができ、パワートランジスタの動作周波数限界を超えた高い周波数の交流電力による電力供給を行うことができる。
【００２５】
また、請求項２に記載の電力供給システムによれば、第１のコンデンサは、第１の送電電極に接続された第１の導電板と第２の送電電極に接続された第２の導電板とを、相互に間隔を隔てて配置することにより構成され、第１のコイルは第１の導電板と前記第２の導電板との相互間に接続されているので、第１のコンデンサを平板状とし、机や床面等の表面に沿って埋設することが可能となる。また、平板状とした第１のコンデンサの面積を拡大し、キャパシタンスを十分に大きい値とすることで、交流電源から出力される不要な高調波を短絡することができる。
【００２６】
また、請求項３に記載の電力供給システムによれば、床板に沿って、第１の送電電極と第２の送電電極とを、交互にそれぞれ複数並設し、複数の第１の送電電極を共通の第１の導電板に接続し、複数の第２の送電電極を共通の前記第２の導電板に接続したので、複数の送電電極によって第１のコンデンサを共有させることができ、固定体の構成を単純化することができる。
【００２７】
また、請求項４に記載の電力供給システムによれば、床板と、第１の導電板と、第２の導電板とを、相互に間隔を隔てて順次重合させ、第１の導電板の両面のうち第２の導電板と対向していない面に、複数の第１の送電電極を第１の導電性ロッドを介して接続し、第２の導電板の両面のうち第１の導電板と対向する面に、複数の第２の送電電極を第１の導電板に形成した接続孔に挿通された第２の導電性ロッドを介して接続したので、第１のコンデンサと略平行に複数の送電電極を配設することができ、固定体全体を一つのユニットとすることができる。これにより、机や床面等に容易に固定体を設置することが可能となる。
【００２８】
また、請求項５に記載の電力供給システムによれば、固定体に、基本波又は不要な高調波の周波数で直列共振を発生させる直列共振回路を備えたので、当該直列共振回路に直列共振を発生させることで周波数の交流電力を短絡することができ、スプリアスの放射を抑制することができる。
【００２９】
また、請求項６に記載の電力供給システムによれば、可動体に、所定の逓倍周波数で並列共振を発生させる並列共振回路を備えたので、当該並列共振回路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、結合コンデンサにおける電圧降下を低減し、結合コンデンサのキャパシタンスの変動に関わらず負荷に安定した電力供給を行うことができる。
【００３０】
また、請求項７に記載の電力供給システムによれば、供給パネルに機能モジュールを配置することで固定体を構成でき、様々な機能を有する機能モジュールを組み合わせることで、給電や通信のレイアウトの自由度を高めることや、モジュール化された機能モジュールを配置することによる工事の簡易化を図ることができる。
【００３１】
また、請求項８に記載の電力供給システムによれば、給電効率の高い直流電力を、必要に応じて交流電力に変換することで、可動体に交流電力を供給することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態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】図１の固定体を簡略化して示す斜視図である。
【図４】交流電源から出力される方形波の波形を例示した図である。
【図５】図４に例示したデューティー比５０％の方形波のスペクトルを示す図である。
【図６】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７】実施の形態３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８】図７の要部縦断面図である。
【図９】固定体を簡略化して示す要部縦断面図である。
【図１０】固定体を簡略化して示す斜視図である。
【図１１】供給パネルと機能モジュールの接続例を示す縦断面図である。
【図１２】図１１の要部拡大図である。
【図１３】電力の供給のみを行う第２の機能モジュールである電源モジュールを、供給パネルに複数並設した場合における、電源モジュールの具体的な回路構成を示す図である。
【図１４】図１３の回路に通信機能を付加した図である。
【図１５】図１４の電源モジュールを図２と同様に平板構造で表現した図である。
【図１６】図１５の電源モジュールを供給パネルと共に示した図である。
【図１７】図１４の電源モジュールの変形例を示す図である。
【図１８】図１４の電源モジュールを２つ並設した状態を示す図である。
【図１９】送電電極の配置構成を概念的に示す斜視図であり、（ａ）は市松模様状に配置した構成を示す図、（ｂ）はストライプ状に配置した構成を示す図である。
【図２０】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】
【００３３】
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。
【００３４】
〔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、電力供給領域を床板部とした場合、床板部の上面（床板面）が境界面になる。
【００３５】
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。
【００３６】
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、コンピュータや携帯電話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。
【００３７】
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。
【００３８】
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、送電電極に相互に並列接続されるコンデンサとコイルとを備え、これらのコンデンサとコイルとが、基本波及び高調波を含んで交流電源から出力される交流電力のうち、基本波の所定の逓倍周波数で、並列共振を発生させる点にある。この構成により、交流電源から出力される交流電力のうち、パワートランジスタの動作周波数限界を超えた高い周波数の交流電力を用いて電力供給を行うことが可能となる。
【００３９】
〔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。
【００４０】
〔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、交流電源からの交流出力に含まれる基本波の所定の逓倍周波数で並列共振を発生させる、第１のコンデンサと第１のコイルとを備えた形態である。
【００４１】
（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）３０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３０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４０、４１（図１には図示せず）が構成される。
【００４２】
（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３０を簡略化して示す縦断面図、図３は図１の固定体１０を簡略化して示す斜視図である。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のコンデンサ１４、第１のコイル１５、及び第２のコイル１６を備えている。なお、図３には簡略化のため第１の送電電極１２と第２の送電電極１３との一組のみを示すが、実際には図２に示すように、複数の第１の送電電極１２と第２の送電電極１３とが電力被供給領域２において床板３に沿って並設される。
【００４３】
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。
【００４４】
交流電源１１は、交流電力の供給源であり、第１の送電電極１２及び第２の送電電極１３に対して基本波及び高調波を含む交流出力にて電力を供給する。また、交流電源１１からの出力を、第１のコイル１５と当該交流電源１１に接続された第２のコイル１６とで構成されるトランス１７を介して第１の送電電極１２及び第２の送電電極１３に供給することにより、交流電源１１の出力電圧を所望の電圧に変圧して電力供給することができる。すなわち、第１のコイル１５と第２のコイル１６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１５と第２のコイル１６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１のコイル１５と第２のコイル１６の間の巻数比が設定されている。
【００４５】
第１のコンデンサ１４は、第１の送電電極１２に接続された第１の導電板１８と、第２の送電電極１３に接続された第２の導電板１９によって構成されている。具体的には、図３に示すように、第１の導電板１８、第２の導電板１９、送電電極１２、１３、及び床板３は、図２、３に示すように相互に間隔を隔てて順次重ね合わせて配置されており、第１のコンデンサ１４は、第１の導電板１８と第２の導電板１９との間のキャパシタンスＣ１（あるいは、このキャパシタンスＣ１と、送電電極１３と第１の導電板１８との間のキャパシタンスＣ２との合成キャパシタンス）として構成されている。
【００４６】
これら第１の導電板１８、第２の導電板１９、及び送電電極１２、１３の構造についてさらに詳細に説明する。まず、第１の導電板１８には、当該第１の導電板１８の両面のうち第２の導電板１９と対向していない面に、第１の導電性ロッド２０を介して複数の第１の送電電極１２が接続されている。また、第２の導電板１９には、当該第２の導電板１９の両面のうち第１の導電板１８と対向する面に、第１の導電板１８に形成した接続孔１８ａに挿通された第２の導電性ロッド２１を介して複数の第２の送電電極１３が接続されている。ここで、第１の導電性ロッド２０は、第１の導電板１８から各第１の送電電極１２に対して立設された導電体であり、特許請求の範囲における第１の接続手段に対応する。同様に、第２の導電性ロッド２１は、第２の導電板１９から各第２の送電電極１３に対して立設された導電体であり、特許請求の範囲における第２の接続手段に対応する。
【００４７】
第１のコイル１５は、第１の導電板１８と第２の導電板１９との相互間に接続されている。ここで、第１のコンデンサ１４と第１のコイル１５とは、相互に並列接続されており、並列共振回路を構成している。この並列共振回路において、交流電源１１からの交流出力に含まれる高調波の周波数であって基本波の所定の逓倍周波数ｆｎで並列共振を発生させるように、第１のコンデンサ１４のキャパシタンス及び第１のコイル１５のインダクタンスが決定されている。
【００４８】
（構成−可動体）
次に、可動体３０の構成について説明する。この可動体３０は、図２０の可動体２０３と同様に構成することができるため、以下ではその要部のみを説明する。この可動体３０は、図２に簡略化して示すように、第１の受電電極３１、第２の受電電極３２、及び負荷３３を備えている。
【００４９】
第１の受電電極３１及び第２の受電電極３２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３１と第２の受電電極３２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３１、３２」と総称する。これら受電電極３１、３２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。
【００５０】
この状態において第１の受電電極３１又は第２の受電電極３２のいずれか一方（図２では第１の受電電極３１）は、床板３を挟んで、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（図２では第２の送電電極１３）に対向配置されて、第１の結合コンデンサ４０を構成する。また、第１の受電電極３１又は第２の受電電極３２のいずれか他方（図２では第２の受電電極３２）は、床板３を挟んで、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（図２では第１の送電電極１２）に対向配置されて、第２の結合コンデンサ４１を構成する。以下では、これら第１の結合コンデンサ４０と第２の結合コンデンサ４１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４０、４１」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３１、３２とは相互に非接触状態で配置されることになる。
【００５１】
負荷３３は、結合コンデンサ４０、４１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３０が図１に示すが如きロボットとして構成された場合、負荷３３としては、当該ロボットに内蔵されたバッテリや電源回路等が該当する。この他、負荷３３の具体的構成は任意であり、例えば、可動体３０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３０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３３は、必ずしも可動体３０の内部に設ける必要はなく、可動体３０の外部に負荷３３を設けると共に、当該負荷３３に対して可動体３０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３３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３３に対して電力供給を行ってもよい。
【００５２】
（構成−床板）
送電電極１２、１３と受電電極３１、３２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４０、４１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３１、３２側又は第１の導電板１８側の面や、受電電極３１、３２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３１、３２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３１、３２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。
【００５３】
（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４は交流電源１１から出力される方形波の波形を例示した図、図５は図４に例示したデューティー比５０％の方形波のスペクトルを示す図である。
【００５４】
交流電源１１は、パワートランジスタ等のスイッチング素子を用いたＯＮ／ＯＦＦ制御により、図４に示すような方形波を出力する。この方形波には、周波数がパルス周期（図５では「ｆ」）と一致する基本波の他、基本波の逓倍周波数（図５では「３ｆ」、「５ｆ」等）の各次高調波が含まれている。例えば、方形波のデューティー比を５０％とした場合は、図５に示すように奇数次の高調波のみが発生する。この各次高調波の中から任意の高調波を選択的に取り出し、出力として利用することで、交流電源１１から出力される交流電力のうち、パワートランジスタの動作周波数限界を超えた高い周波数の交流電力による電力供給が可能となる。
【００５５】
上述したように、第１のコンデンサ１４のキャパシタンス及び第１のコイル１５のインダクタンスは、交流電源１１からの交流出力に含まれる高調波の周波数であって基本波の所定の逓倍周波数ｆｎで並列共振が発生するように決定されている。例えば、基本波の３逓倍周波数（図５では「３ｆ」）で並列共振が発生するように第１のコンデンサ１４のキャパシタンス及び第１のコイル１５のインダクタンスを設定することで、交流電源１１から出力される交流電力のうち、第３高調波について第１のコンデンサ１４と第１のコイル１５とに並列共振を発生させ、当該第１のコンデンサ１４と第１のコイル１５とを介して送電電極に第３高調波の交流電力を供給することができる。すなわち、基本波の３逓倍周波数の交流電力による電力供給ができる。
【００５６】
なお、利用する高調波を除く他の高調波はスプリアスとして他の通信機器等に悪影響を与える可能性もあるため、除去することが望ましい。このためには、第１のコンデンサ１４のキャパシタンスを十分に大きい値とすることで、不要な高調波を第１のコンデンサ１４により短絡することができる。この場合、不要な高調波については無効電流として固定体１０の回路内を流れるため、電力損失は生じない。
【００５７】
また、相互に隣接する第１の導電性ロッド２０と第２の導電性ロッド２１には相互に逆方向の電流が流れるため、各第１の導電性ロッド２０と各第２の導電性ロッド２１との間隔を、不要な高調波の波長（例えば周波数が１５ＭＨｚの電磁波の波長は２０ｍ）よりも十分に小さい値（例えば５ｃｍ）とすることにより、これらの第１の導電性ロッド２０と第２の導電性ロッド２１とからスプリアスとして放射される電磁波は遠方界で相互に打ち消し合うことになる。また、隣接する第１の送電電極１２と第２の導電板１９との端部間の変位電流は各送電電極の外周において逆方向に流れるため、この変位電流から発生する電磁波も遠方界で相互に打ち消し合う。従って、スプリアスとして放射される電界強度は極めて小さいものとなる。
【００５８】
（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。
【００５９】
特に、第１の送電電極１２と第２の送電電極１３との間に相互に並列接続されるものであって、基本波の所定の逓倍周波数ｆｎで並列共振を発生させる第１のコンデンサ１４と第１のコイル１５とを備えたので、交流電源１１が発生させる各次高調波の中から任意の高調波を選択的に取り出し、出力として利用することができ、パワートランジスタの動作周波数限界を超えた高い周波数の交流電力による電力供給を行うことができる。
【００６０】
また、第１のコンデンサ１４は、第１の送電電極１２に接続された第１の導電板１８と第２の送電電極１３に接続された第２の導電板１９とを、相互に間隔を隔てて配置することにより構成され、第１のコイル１５は第１の導電板１８と第２の導電板１９との相互間に接続されているので、第１のコンデンサ１４を平板状とし、床板３等に沿って埋設することが可能となる。また、平板状とした第１のコンデンサ１４の面積を拡大し、キャパシタンスを十分に大きい値とすることで、交流電源１１から出力される不要な高調波を短絡することができる。
【００６１】
また、床板３に沿って、第１の送電電極１２と第２の送電電極１３とを、交互にそれぞれ複数並設し、複数の第１の送電電極１２を共通の第１の導電板１８に接続し、複数の第２の送電電極１３を共通の第２の導電板１９に接続したので、複数の送電電極１２、１３によって第１のコンデンサ１４を共有させることができ、固定体１０の構成を単純化することができる。
【００６２】
また、床板３と、第１の導電板１８と、第２の導電板１９とを、相互に間隔を隔てて順次重合させ、第１の導電板１８の両面のうち第２の導電板１９と対向していない面に、複数の第１の送電電極１２を第１の導電性ロッド２０を介して接続し、第２の導電板１９の両面のうち第１の導電板１８と対向する面に、複数の第２の送電電極１３を第１の導電板１８に形成した接続孔１８ａに挿通された第２の導電性ロッド２１を介して接続したので、第１のコンデンサ１４と略平行に複数の送電電極１２、１３を配設することができ、固定体１０全体を一つのユニットとすることができる。これにより、床板３等に容易に固定体１０を設置することが可能となる。
【００６３】
〔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、固定体に第１のコンデンサ及び第１のコイルと相互に並列接続される、直列共振回路を備えた形態である。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（後述する実施の形態３以降も同様）。
【００６４】
（構成−固定体）
図６は実施の形態２に係る固定体５０及び可動体６０を簡略化して示す縦断面図である。固定体５０は、実施の形態１における固定体１０の構成に加えて、第３のコンデンサ５１と第３のコイル５２を備えている。
【００６５】
これら第３のコンデンサ５１と第３のコイル５２は、直列共振回路を構成するもので、第１の導電板１８と第２の導電板１９との相互間において、第１のコンデンサ１４及び第１のコイル１５と相互に並列接続されており、交流電源１１からの交流出力における基本波の周波数ｆにより、又は当該基本波の周波数ｆに対して逓倍の周波数ｆｎを有する高調波の中で不要である高調波の周波数ｆｕにより、直列共振を発生させる。すなわち、これら周波数ｆ又は周波数ｆｕで直列共振を発生させるように、第３のコンデンサ５１のキャパシタンスと第３のコイル５２のインダクタンスとが決定されている。
【００６６】
（構成−可動体）
次に、可動体６０の構成について説明する。可動体６０は、実施の形態１における可動体３０の構成に加えて、第２のコンデンサ６１、第４のコイル６２、及び第５のコイル６３を備えている。
【００６７】
これら第２のコンデンサ６１と第４のコイル６２とは、第１の受電電極３１と第２の受電電極３２との間に相互に並列接続され、並列共振回路を構成している。この並列共振回路は、固定体５０の第１のコンデンサ１４と第１のコイル１５とで構成される並列共振回路と並列共振周波数が相互に等しくなるように、第２のコンデンサ６１のキャパシタンスと第４のコイル６２のインダクタンスとが決定されている。従って、この第２のコンデンサ６１と第４のコイル６２とは、交流電源１１からの交流出力に含まれる高調波の周波数であって基本波の所定の逓倍周波数ｆｎで並列共振を発生させる。
【００６８】
また、第４のコイル６２と第５のコイル６３は、相互に平行かつ所定間隔を隔てて配置されており、トランス６４を構成する。これら第４のコイル６２と第５のコイル６３は、相互誘導作用により電力伝送を行い、相互の巻数比を適切に設定することにより、受電電極３１、３２への入力電圧を所望の変成比で変圧して負荷３３に供給することができる。
【００６９】
（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。交流電源１１から出力された交流電力のうち、上述の周波数ｆｕの成分については、第３のコンデンサ５１と第３のコイル５２による直列共振回路に直列共振を発生させることで当該直列共振回路を介して第１の導電板１８と第２の導電板１９との間で短絡され、交流電源１１に還流する。従って、周波数ｆｕの交流電力は送電電極１２、１３に供給されず、スプリアスの放射を抑制することができる。この場合、直列共振回路に直列共振を発生させる周波数ｆｕを、最もパワーの大きい基本波の周波数とすることで、効果的にスプリアスを低減することができる。なお、短絡された周波数ｆｕ成分は無効電流として固定体５０の回路内を流れるため、電力損失は生じない。
【００７０】
また、交流電源１１から出力された交流電力のうち基本波の所定の逓倍周波数ｆｎの成分については、第１のコンデンサ１４と第１のコイル１５とに並列共振を発生させ、当該第１のコンデンサ１４と第１のコイル１５とを介して送電電極１２、１３に周波数ｆｎの交流電力が供給される。
【００７１】
送電電極１２、１３に供給された電力は、結合コンデンサ４０、４１を介して可動体６０に供給される。可動体６０に供給された周波数ｆｎの交流電力は、可動体６０の第２のコンデンサ６１と第４のコイル６２による並列共振回路に並列共振を発生させ、当該並列共振回路及び第５のコイル６３を介して負荷３３に供給される。
【００７２】
ところで、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が知られている。従って、可動体６０の第２のコンデンサ６１と第４のコイル６２による並列共振回路に並列共振を発生させた場合、当該並列共振回路のインピーダンスを、結合コンデンサ４０、４１のインピーダンスと比較して極めて大きい値とすることができる。従って、結合コンデンサ４０、４１における電圧降下を低減し、交流電源１１からの出力電圧Ｖｏｕｔと負荷への入力電圧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３１、３２との相対位置の変動等によって結合コンデンサ４０、４１のキャパシタンスが変動した場合であっても、交流電源１１から負荷３３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。
【００７３】
この実施の形態２に係る電力供給システムでは、固定体５０の上方に可動体６０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５０を常に運転モードにしておき、床板３の上に人が手を触れ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。
【００７４】
（実施の形態２の効果）  
このように実施の形態２によれば、固定体５０に、基本波又は不要な高調波の周波数ｆｕで直列共振を発生させる直列共振回路を備えたので、当該直列共振回路に直列共振を発生させることで周波数ｆｕの交流電力を短絡することができ、スプリアスの放射を抑制することができる。
【００７５】
また、可動体６０に、所定の逓倍周波数ｆｎで並列共振を発生させる並列共振回路を備えたので、当該並列共振回路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４０、４１における電圧降下を低減し、結合コンデンサ４０、４１のキャパシタンスの変動に関わらず負荷３３に安定した電力供給を行うことができる。
【００７６】
〔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、固定体が供給パネルと機能モジュールを備えることで、給電に加えて通信等を可能とした電力供給システム（給電通信システム）に関する形態である。
【００７７】
（構成−固定体）
図７は本実施の形態３に係る電力供給システムを適用した居室の斜視図、図８は図７の要部縦断面図（機能モジュールは非断面として示す。以下各縦断面図において同じ）である。これら各図に示すように、固定体７０は、電力被供給領域２における床板３の上面に並設された複数の供給パネル８０と、この供給パネル８０の上面に並設された複数の機能モジュール９０を並設して構成されている。すなわち、複数の供給パネル８０を並設することでその上面に連続する平坦な床面が形成されており、この床面に機能モジュール９０を配置することができる。これら供給パネル８０及び機能モジュール９０は、例えば、本願発明者による特願２００７−１２６９８３（ただし、本願出願時において非公開）に開示されているものと基本的に同様に構成することができるため、以下ではその構成の要部のみを説明する。
【００７８】
（構成−固定体−供給パネル）
図９は固定体７０を簡略化して示す要部縦断面図、図１０は固定体７０を簡略化して示す斜視図である。各供給パネル８０は、床板３の上面に敷設されており、隣接する他の供給パネル８０と相互に接続されている。供給パネル８０は、平面方形状に形成されており、複数（ここでは２枚）の導電板８１、８２と、これら複数の導電板８１、８２の相互間に設けられた絶縁層８３とを、相互に重畳状に配置して構成されている。これら導電板８１、８２と絶縁層８３とは、例えば接着の如き任意の固定方法によって相互に固定されており、全体として１枚の供給パネル８０が構成されている。各導電板８１、８２は、金属等の導電体から形成された板状体である。絶縁層８３は、導電板８１、８２を相互に絶縁することによってこれら相互間における短絡を防止すると共に、通信信号を伝播させる導波管として機能する。この絶縁層８３は、導電板８１、８２と略同一の平面形状に形成され、これら導電板８１、８２の相互間のほぼ全域に設けられており、例えば、ポリエチレンや塩化ビニル等の樹脂、マイカやガラス繊維などの無機材料、あるいは、磁器にて形成される。
【００７９】
ここで、供給パネル８０には、図９、１０に示すように、直流電源８４が接続されている。具体的には、供給パネル８０の複数の導電板８１、８２のうち、少なくとも一方の導電板８１、８２を接地極とするように、複数の導電板８１、８２が直流電源８４に接続されている。例えば、電力供給領域１に最も近い導電板８１を接地極とすることで、人間がこの導電板８１に直接的に又は他の導体を介して間接的に接触した場合においても、人への通電を防止することができるので、人の安全性を確保することが可能になる。
【００８０】
このように構成される供給パネル８０に対する機能モジュール９０の接続構造は任意であるが、例えば図１１、１２に示す構造を採用できる。図１１は供給パネル８０と機能モジュール９０の接続例を示す縦断面図、図１２は図１１の要部拡大図である。例えば、機能モジュール９０は接続端子９１を備える。この接続端子９１は、円筒状の外部電極９２と、棒状の内部電極９３と、これら外部電極９２と内部電極９３を絶縁する円筒状の絶縁層９４とを、相互に同心状に組み合わせて構成されている。内部電極９３は、陽極側の電極であり、接地極側の導電板８１及び絶縁層８３を貫通して陽極側の導電板８２に接続される。外部電極９２は、接地極側の電極であり、内部電極９３よりも短く形成され、内部電極９３と共に導電板８１を貫通して当該導電板８１に接続される。そして、図９、１０に示すように、外部電極９２と内部電極９３からそれぞれ引き出された線路９５を介して、機能モジュール９０に電力が供給される。
【００８１】
また、供給パネル８０を介して、必要に応じて、電力に加えて通信信号が供給される。この通信形態は、１）絶縁層８３を用いた電界変化による通信（以下、「電界通信」）、２）絶縁層８３を用いた磁界変化による通信（以下、「磁界通信」）、３）導電板８１、８２を用いたＰＬＣによる通信（以下、「ＰＬＣ通信」）の３形態に大別される。例えば、電界通信の場合、接続端子９１と同様に構成した図示しない複数の電界プローブを供給パネル８０に差し込み、その中の一つの電界プローブを介して、任意の信号供給源から出力されたアナログ通信信号を電界変化として絶縁層８３に供給し、他の電界プローブを介して、通信信号を電圧変化として取得して、所定の通信機器（例えば、パーソナルコンピュータ）に入力する。あるいは、磁界通信の場合には、円環状のいわゆるループアンテナとして構成した図示しない複数の磁界プローブの先端部を絶縁層８３に差し込み、その中の一つの磁界プローブを介して、任意の信号供給源から出力されたアナログ通信信号を磁界変化として絶縁層８３に供給し、他の磁界プローブを介して、通信信号を電圧変化として取得して、所定の通信機器に入力する。あるいは、ＰＬＣ通信の場合、直流電流に重畳したアナログ通信信号を接続端子９１を介して導電板８１、８２に供給し、他の接続端子９１を介して取得した直流電流から信号分離フィルタを用いて信号成分を分離して、所定の通信機器に入力する。
【００８２】
（構成−固定体−機能モジュール）
図８に戻り、機能モジュール９０は、その機能に基づいて２種類に大別される。第１は、床面を構成する機能のみを有する第１の機能モジュール、第２は、床面を構成する機能に加えて供給パネル８０に接続されて電力若しくは通信信号の入力若しくは出力を行う機能を有する第２の機能モジュールである。さらに第２の機能モジュールは、電力の送受を行う電力モジュール、通信信号の送受を行う通信モジュール、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出力するセンサーモジュール、制御信号の入力を受けて当該制御信号に応じた動作を第２の機能モジュールの内部又は外部に対して行なうアクチュエータモジュール、通信信号の入力を受けて当該通信信号に基づいた情報処理を行なったり、情報処理の結果に関する通信信号の出力を行うための情報処理モジュールに区分される。さらに、電力モジュールは、電力の供給のみを行う電源モジュールと、電力の取得及び負荷への供給のみを行う配電モジュールとに分けられる。また通信モジュールは、有線による通信信号の入力及び出力を行う有線通信モジュールと、無線による通信信号の入力及び出力を行う無線通信モジュールとに分けられる。ただし、特にこれらを相互に区別する必要がない場合には、各種のモジュールを「機能モジュール」、電源モジュールと配電モジュールとを「電力モジュール」、有線通信モジュールと無線通信モジュールとを「通信モジュール」とそれぞれ総称し、いずれのモジュールについても必要に応じて同一の符号９０を付し、あるいは符号を省略する。このようなモジュールを単独で又は任意に組み合わせて供給パネル８０の上面に配置することで、各モジュールの持つ多様な機能と供給パネル８０の電力の送受機能や通信信号の送受機能とを相互に連携させることができる。
【００８３】
例えば、図８に示すように、電力被供給領域２のうち、電力や通信の必要がない領域においては、第１の機能モジュールのみが並設されて略平坦な床面を構成している。一方、電力や通信の必要がある領域においては、複数の供給パネル８０の上面に複数の第２の機能モジュールが並設されている。特に、上述した各種の第２の機能モジュールが任意の組み合わせで配置されており、電力供給機能や通信機能の如き複数種類の様々な機能を奏することができる。例えば、第２の機能モジュールの上面には各種の可動体３０（図８ではロボットであり、図７とは異なる外観で示す）を配置し、この装置に対する電力供給や通信を行うことができる。
【００８４】
第１の機能モジュールは、例えば公知のＯＡフロアと同様に構成されるもので、床面構成板と複数の支持脚を有し、全体として略直方体状に構成されている。第２の機能モジュールは、基本的に第１の機能モジュールと同様に床面構成板及び支持脚を備えて構成されるが、諸機能を奏するために必要な構成がさらに付加される。この必要な構成としては、図１１、１２に示した接続端子９１や、上述した電界プローブや磁界プローブを挙げることができる。さらに第２の機能モジュールには、直流を交流に変換する機能や、並列共振機能を付加することができる。以下には、これらの機能を付加した例を説明する（ただし、接続端子９１、電界プローブ、あるいは磁界プローブについては、これ以降の説明や図示を省略する）。
【００８５】
図１３は、電力の供給のみを行う第２の機能モジュールである電源モジュール９０を、供給パネル８０に複数（ここでは２つ）並設した場合における、電源モジュール９０の具体的な回路構成を示す図である。この電源モジュール９０は、図２の回路と同様に、第１の送電電極１２、第２の送電電極１３、第１のコンデンサ１４、第１のコイル１５、及び第２のコイル１６を備えている。これら第１の送電電極１２や第２の送電電極１３から第２のコイル１６に至る間の回路構成は、実質的には図２の回路と同様である（図１３では図示の便宜上、第１導電板１２や第２導電板１３を線路として示している）。ここでは可動体３０の図示を省略するが、第１の受電電極３１又は第２の受電電極３２のいずれか一方が、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４０を構成し、第１の受電電極３１又は第２の受電電極３２のいずれか他方が、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４１を構成することで、可動体３０に電力が供給される。
【００８６】
ここで、第２のコイル１６から供給パネル８０に至るまでの間に、交流変換部９６、第４のコンデンサ９７、及びブレーカ９８が設けられている。供給パネル８０の導電板８１、８２のうち、陽極側の導電板８２はブレーカ９８を介して交流変換部９６に接続され、接地極側の導電板８１は交流変換部９６に直接接続されている。交流変換部９６は、供給パネル８０から供給された直流電力を交流電力に変換するもので、図２の交流電源１１に対応する。この交流変換部９６は、具体的には、パワートランジスタ９６ａ及びダイオード９６ｂによりスイッチングを行うスイッチング部９６ｃと、このスイッチング部９６ｃを制御するコントローラ９６ｄを備えて構成されており、コントローラ９６ｄからの制御信号でスイッチング部９６ｃのスイッチング周波数を制御することで、所望の高周波の交流電源１１を生成する。第４のコンデンサ９７は、第２のコイル１６との間に並列共振を生じさせるもので、これにより送電効率を一層高めることが可能となる。ブレーカ９８は、過電流が生じた場合に電流を遮断するもので、例えば、特定の交流変換部９６でショートが起きた時に電流を遮断することで、その影響が全システムに波及することを回避できる。なお、同様の安全性の観点から、パワートランジスタ９６ａにはＮｏｒｍａｌｌｙ−Ｏｆｆのものを使用し、非動作時のショートを防止することが好ましい。
【００８７】
図１４は、図１３の回路に通信機能を付加した図である。この図１４では、電源モジュール９０を１つのみ示すが、図１３と同様に複数の電源モジュール９０を並設することができる。通信部１００は、第２の導電板１９に直接接続されると共に、第１の導電板１８にコンデンサ１０１を介して結合接続されている。通信部１０２は、供給パネル８０の陽極側の導電板８２から交流変換部９６に至る線路と、接地極側の導電板８１から交流変換部９６に至る線路に接続されている。また、ブレーカ９８の後段と通信部１００が線路１０３を介して接続されており、通信部１００はこの線路１０３を介して電力を受ける。このような構成において、電源モジュール９０の上方に図示しない可動体３０が配置された際、可動体３０に設けた通信部から電力供給経路に重畳して送信された通信信号が、コンデンサ１０１を介して通信部１００に入力されると、通信部１００は線路１０３を介して通信部１０２に通信を行い、この通信の内容に基づいて通信部１０２がコントローラ９６ｄを制御する。例えば、可動体３０から給電要求信号を出力し、この給電要求信号に基づいて通信部１０２がコントローラ９６ｄを制御して交流電力を発生させることで、給電要求信号がない場合における電力供給を停止して、安全性を確保する。また、この給電要求信号には、可動体３０が所望する周波数を含めることで、この周波数で交流電力が供給できるように、通信部１０２がコントローラ９６ｄを制御する。
【００８８】
図１５は、図１４の電源モジュール９０を図２と同様に平板構造で表現したものである。この電源モジュール９０は、図２の固定体７０に対してさらに第３の導電板１０４を並行に配置して構成されている。第１の導電板１８と第２の導電板１９の間は第一共振領域であり、これら第１の導電板１８と第２の導電板１９により第１のコンデンサ１４が構成され、この第１のコンデンサ１４に第１のコイル１５が並列接続されることで、並列共振が行われる。また、第２の導電板１９と第３の導電板１０４の間は第二共振領域であり、これら第２の導電板１９と第３の導電板１０４により第５のコンデンサ１０５が構成され、この第５のコンデンサ１０５に第２のコイル１６が並列接続されることで、並列共振が行われる。さらに、第１のコイル１５と第２のコイル１６は磁気的に結合してトランス１７を構成している。この磁界が交差する部分の第２の導電板１９には、開口やスリットを設けて渦電量損失を低減することが好ましい。これら第１の導電板１８、第２の導電板１９、あるいは第３の導電板１０４の相互間には、絶縁材料が充填されており、さらに設置場所によっては耐荷重性や耐熱性等を持たせている。また、施工性および省資源の観点からは、絶縁材料は、発泡性材料によって軽量化されると共に、使用材料の倹約が図られていることが好ましい。さらに、電気的な観点からは、絶縁材料は、不燃性、低誘電率、絶縁性、及び水密性が満足されていることが好ましい。
【００８９】
図１６は、図１５の電源モジュール９０を供給パネル８０と共に示した図である。施工時には、例えばまず供給パネル８０を敷設し、その上面に電源モジュール９０を敷設して接着剤またはボルト(図示せず)にて固定する。なお、これら供給パネル８０と電源モジュール９０の相互間には、防水性を高めるために防水材を挟み込こんだり防水性接着剤を塗布してもよく、あるいは絶縁性を高めるために絶縁性シートを挟み込こんでもよい。供給パネル８０と電源モジュール９０は、図１１、１２に示したような接続端子９１で接続する。また、図１６は、隣接する電源モジュール９０の相互間に通信用のアクセスポイント１０６を設けた例を示しており、このアクセスポイント１０６は、上述した電界プローブ、磁界プローブ、あるいは接続端子９１を介して、供給パネル８０との間における通信信号の入出力を行う。さらに図１６は、隣接する電源モジュール９０の第２の導電板１９を相互に結合コンデンサ１０７で接続した例を示す。これらアクセスポイント１０６や結合コンデンサ１０７を設けた接合領域には、絶縁性のキャップ、コーキング材、あるいは発泡材等が充填され、この充填後の接合領域の上面にも床板３を形成する表面層が配置される。
【００９０】
図１７は、図１４の電源モジュール９０の変形例を示す図である。この電源モジュール９０における交流変換部９６は、複数のスイッチング部９６ｃを一つのコントローラ９６ｄで制御可能に構成されている。このような構成において、図示しない可動体３０に設けた通信部から、当該可動体３０の消費電力を特定する情報を含んだ給電要求信号が送信され、この給電要求信号に基づいてコントローラ９６ｄが送信電力を決定し、当該決定した送信電力が送信されるようにスイッチング部９６ｃを制御する。例えば、送信電力が少ない場合には、一つのスイッチング部９６ｃのみを動作させ、送信電力が多い場合には、全てのスイッチング部９６ｃを相互に同一位相かつ同一周波数で動作させる。あるいは、給電要求信号ではなく、可動体３０に流れる電流をホール素子１０８でモニタし、このモニタした電流値に基づいて、コントローラ９６ｄによりスイッチング部９６ｃを制御してもよい。さらに、このように複数のスイッチング部９６ｃを設けた場合には、いずれか一部のスイッチング部９６ｃが故障した場合でも、他のスイッチング部９６ｃを予備として動作させることも可能になる。
【００９１】
図１８は、図１４の電源モジュール９０を２つ並設した状態を示す。電源モジュール９０は、基本的には通信部１００、１０２のみを起動して他の部分は休止させておき、特定の電源モジュール９０上に可動体３０が配置された場合には、上述のように給電要求信号を可動体３０から当該電源モジュール９０に送信して、当該電源モジュール９０の他の部分を起動させることができる。また、１台の可動体３０が複数の電源モジュール９０に同時に跨るように配置された場合には、図１８に示すように電力供給が行われる。すなわち、この例では、電源モジュール９０の第１の送電電極１２に可動体３０の第２の受電電極３２が対抗配置されており、他の電源モジュールの第２の送電電極１３に可動体３０の第１の受電電極３１が対抗配置されている。この場合、可動体３０の図示しない通信部と電源モジュール９０の通信部１００との間で、数ＧＨｚ〜数十ＧＨｚの高周波で通信を行うと、破線で示す経路に信号が流れる。この場合において、可動体３０に第１の送電電極１２が対抗配置されている側の電源モジュール９０（図１８の例では右側の電源モジュール９０）の通信部１００が通信部１０２との間で通信を行うことができるので、この電源モジュール９０を起動して送電を行うことが可能となる。ただし、複数の電源モジュール９０の相互の境界領域に、各々の第２の導電板１９を接続するように結合コンデンサ１１０を挿入しておく必要があり、また、（１／２πｆ１Ｃｍ）≪（１／２πｆ２Ｃｍ）の関係を満たすように（すなわちｆ２≪ｆ１の関係を満たすように）、各電源モジュール９０の周波数や結合コンデンサ１１０のキャパシタンスを調整する必要がある。ここで、ｆ１は、通信用の周波数（ＧＨｚ帯あるいはその近辺）、ｆ２は電源モジュール９０の発振周波数（ＭＨｚ帯あるいはその近辺）、Ｃｍは結合コンデンサ１１０のキャパシタンスであり、この条件下においては、結合コンデンサ１１０には、通信信号が通るが電源モジュール９０からの電力は通らないことになる。なお、１台の可動体３０が３台以上の電源モジュール９０に同時に跨るように配置された場合も同様であり、可動体３０に第１の送電電極１２が対抗配置されている側の電源モジュール９０のみを起動して、電力供給を行うことが可能となる。
【００９２】
（実施の形態３の効果）  
このように実施の形態３によれば、供給パネル８０に機能モジュール９０を配置することで固定体７０を構成でき、様々な機能を有する機能モジュール９０を組み合わせることで、給電や通信のレイアウトの自由度を高めることや、モジュール化された機能モジュール９０を配置することによる工事の簡易化を図ることができる。
【００９３】
また、給電効率の高い直流電力を、必要に応じて交流電力に変換することで、可動体３０に交流電力を供給することが可能となる。
【００９４】
〔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。
【００９５】
（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。
【００９６】
（第１の送電電極及び第２の送電電極について）
上述の各実施の形態では、第１の導電板に第１の導電性ロッドを介して複数の第１の送電電極１２が接続されていると説明したが、第１の導電板と複数の第１の送電電極１２とを、相互に一体的に形成してもよい。同様に、第２の導電板と複数の第２の送電電極１３とを、相互に一体的に形成してもよい。具体的な製造方法は任意であるが、例えば、フォトリソグラフィ技術やエッチング技術を用いることができる。
【００９７】
また、送電電極１２、１３の配置構成は任意に変更することができ、この配置構成に合わせて、受電電極３１、３２の配置構成や切替機構も変更可能である。例えば、図１９（ａ）には、図１〜３に示した送電電極１２、１３のみの配置構成を斜視図として概念的に示す（なお、図１９（ａ）（ｂ）では、図示の便宜上、送電電極１２、１３を相互に密接状に配置しているが、実際には相互に絶縁されている）。この例では、図示のＸ方向及びＹ方向のいずれの方向に関しても、送電電極１２、１３が交互に配置されており、いわゆる市松模様状の配置構成となっている。一方、図１９（ｂ）には、変形例に係る送電電極１２、１３のみの配置構成を斜視図として概念的に示す。この例では、送電電極１２、１３がそれぞれ図示のＸ方向に沿って連続的に構成されており、Ｙ方向に関してのみ交互に配置されていて、全体としてはいわゆるストライプ状の配置構成となっている。例えば、送電電極１２、１３をそれぞれ帯状に形成して１本の導電性ロッド２０、２１で支持することで、このようなストライプ状の配置とすることができる。このストライプ状の配置の場合、市松模様状の配置に比べて、導電性ロッド２０、２１の数を低減できる。また、可動体３０をＸ方向に沿って移動しても、受電電極３１、３２に対する送電電極１２、１３の極性が変わらないので、図２０に示した従来の接続部２１４のような、切り替え機構（スイッチング機構）が不要となり、可動体３０の構成についても簡素化することができる。
【００９８】
（直列共振回路について）
上述の実施の形態２では、交流電源１１からの交流出力における基本波又は不要な高調波の周波数ｆｕで直列共振を発生させる一組の直列共振回路を固定体に設けているが、基本波及び不要な高調波の各周波数で直列共振を発生させる複数組の直列共振回路を、第１のコンデンサ１４及び第１のコイル１５と相互に並列接続してもよい。これにより、交流電源１１から出力される交流電力のうち不要な周波数成分についてのスプリアスを、更に低減することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
この発明は、各種の負荷に対して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、交流電源に用いられているパワートランジスタの動作周波数限界を超えた周波数で電力供給を行うことに有用である。
【符号の説明】
【０１００】
１、２００  電力供給領域
２、２０２  電力被供給領域
３、２１１  床板
１０、５０、７０、２０１  固定体
１１、２１５  交流電源
１２、２０５  第１の送電電極
１３、２０６  第２の送電電極
１４  第１のコンデンサ
１５  第１のコイル
１６  第２のコイル
１７、６４  トランス
１８  第１の導電板
１８ａ  接続孔
１９  第２の導電板
２０  第１の導電性ロッド
２１  第２の導電性ロッド
３０、６０、２０３  可動体
３１、２０７  第１の受電電極
３２、２０８  第２の受電電極
３３、２０４  負荷
４０、４１、１０７、１１０、２０９  結合コンデンサ
５１  第３のコンデンサ
５２  第３のコイル
６１  第２のコンデンサ
６２  第４のコイル
６３  第５のコイル
８０  供給パネル
８１、８２  導電板
８３、９４  絶縁層
８４  直流電源
９０  機能モジュール（電源モジュール）
９１  接続端子
９２  外部電極
９３  内部電極
９５、１０３  線路
９６  交流変換部
９６ａ  パワートランジスタ
９６ｂ  ダイオード
９６ｃ  スイッチング部
９６ｄ  コントローラ
９７  第４のコンデンサ
９８  ブレーカ
１００、１０２、２１２、２１３  通信部
１０１  コンデンサ
１０５  第５のコンデンサ
１０６  アクセスポイント
１０８  ホール素子
２１０  コイル
２１４  接続部
【図１】
2010213554.tif 000003
【図２】
2010213554.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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