(57)【要約】      （修正有）【課題】固定体を小型化できると共に、電力周波数が限定されることのない非接触電力供給システムを提供する。【解決手段】固定体３０から可動体５０を介して負荷５３に電力供給する電力供給システムであって、固定体３０は、交流電源３１と、第１の送電電極３２及び第２の送電電極３３と、可動体５０は、第１の受電電極５１及び第２の受電電極５２を備える。固定体又は可動体は、アクティブキャパシタ３４とアクティブキャパシタ制御部４０とを備える。アクティブキャパシタ制御部４０により、第１の結合コンデンサ６０と第２の結合コンデンサ６１とアクティブキャパシタ３４との合成キャパシタンスの送電周波数における交流インピーダンスが、第１の結合コンデンサ６０と第２の結合コンデンサ６１との合成キャパシタンスの送電周波数における交流インピーダンスに対して十分小さくなるように、アクティブキャパシタ３４に負のキャパシタンスを発生させる。【選択図】図４
2011083132.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、
交流電源と、
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、前記交流電源から交流電力の供給を受ける第１の送電電極及び第２の送電電極と、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の受電電極及び第２の受電電極、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、
前記固定体又は前記可動体は、
前記第１の結合コンデンサ又は前記第２の結合コンデンサの少なくとも一方に直列接続されたアクティブキャパシタと、
前記アクティブキャパシタを制御するアクティブキャパシタ制御手段と、を備え、
前記アクティブキャパシタ制御手段は、前記第１の結合コンデンサと前記第２の結合コンデンサと前記アクティブキャパシタとの合成キャパシタンスの送電周波数における交流インピーダンスが、前記第１の結合コンデンサと前記第２の結合コンデンサとの合成キャパシタンスの送電周波数における交流インピーダンスに対して十分小さくなるように、前記アクティブキャパシタに負のキャパシタンスを発生させる、
電力供給システム。
【請求項２】
前記アクティブキャパシタと前記アクティブキャパシタ制御手段とを、前記固定体に設けた、
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、
前記交流電源から前記第１の結合コンデンサと前記第２の結合コンデンサを経て当該交流電源に帰還する線路上に、前記アクティブキャパシタ及びアクティブキャパシタ制御手段を備えると共に、当該線路を流れる電流を検出する電流検出手段を備え、
前記アクティブキャパシタ制御手段は、前記電流検出手段にて検出された電流が最大点近傍となるように、前記アクティブキャパシタを制御し、
前記可動体は、
前記第１の結合コンデンサと前記第２の結合コンデンサの間に接続された前記負荷を備える、
請求項２に記載の電力供給システム。
【請求項４】
前記固定体は、
前記交流電源から前記第１の結合コンデンサと前記第２の結合コンデンサを経て当該交流電源に帰還する線路に対して、調整用電流制限抵抗又は回路線路を選択的に接続する固定体側切替え手段と、
少なくとも、前記第１の結合コンデンサ、前記第２の結合コンデンサ、及び前記アクティブキャパシタの合成電圧を検出する電圧検出手段と、
前記可動体との間で通信を行う固定体側通信手段と、を備え、
前記可動体は、
前記第１の結合コンデンサと前記第２の結合コンデンサを接続する線路に対して、前記負荷又は調整用短絡線路を選択的に接続する可動体側切替え手段と、
前記固定体との間で通信を行う可動体側通信手段と、を備え、
前記アクティブキャパシタ制御手段は、
初期モードにおいては、前記固定体側切替え手段を介して前記調整用電流制限抵抗３６を接続した後、前記固定体側通信手段と前記可動体側通信手段の通信を介して前記可動体側切替え手段により前記調整用短絡線路を接続し、
前記初期モード後の調整モードにおいては、前記電圧検出手段にて検出された電圧に基づいて、当該電圧が所定電圧以下となるように、前記アクティブキャパシタを制御し、
前記調整モード後の電力供給モードにおいては、前記固定体側通信手段と前記可動体側通信手段の通信を介して前記可動体側切替え手段により前記負荷を接続した後、前記固定体側切替え手段を介して前記回路線路を接続する、
請求項２に記載の電力供給システム。
【請求項５】
前記アクティブキャパシタ制御手段は、
前記初期モードにおいては、前記交流電源の電圧を所定の初期電圧値に制御し、
前記電力供給モードにおいては、前記交流電源の電圧を前記初期電圧値よりも大きな所定の充電電圧値に制御する、
請求項４に記載の電力供給システム。
【請求項６】
前記アクティブキャパシタ制御手段は、前記電力供給モードにおいて、所定の調整開始状態になった場合には前記調整モードの制御を行い、所定の電力供給不要状態になった場合には前記初期モードの制御を行う、
請求項４又は５に記載の電力供給システム。
【請求項７】
前記第１の結合コンデンサ又は前記第２の結合コンデンサの各々に、前記アクティブキャパシタが直列接続された、
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】
前記アクティブキャパシタは、直流電源から供給された直流電流をスイッチングするスイッチング部、前記スイッチング部をパルス幅変調制御するパルス幅変調制御部、及び前記スイッチング部から出力されたパルス信号をアナログ信号に変換して出力するフィルタ部とを有するスイッチングアンプを備える、
請求項１から７のいずれか一項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）。図１２は、このような従来の電力供給システムの回路図である。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（例えば床面）１１１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が構成されており、この結合コンデンサ１０９と、固定体１０１に設けたコイル１１０とにより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。
【０００７】
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、所望の直列共振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。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、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くなり、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】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−９３７０４号公報
【特許文献２】特開２００９−８９５２０号公報
【非特許文献】
【０００９】
【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】
【００１０】
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は、直列共振回路を形成して直列共振条件下で電力供給を行っているので、直列共振回路が必要になるために固定体が大型化したり、直列共振条件を維持するために電力周波数が限定されるという問題があった。
【００１１】
このような点に鑑みて、本発明は、固定体を小型化できると共に、電力周波数が限定されることなく、非接触にて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】
【００１２】
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、交流電源と、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、前記交流電源から交流電力の供給を受ける第１の送電電極及び第２の送電電極と、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の受電電極及び第２の受電電極、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、前記固定体又は前記可動体は、前記第１の結合コンデンサ又は前記第２の結合コンデンサの少なくとも一方に直列接続されたアクティブキャパシタと、前記アクティブキャパシタを制御するアクティブキャパシタ制御手段と、を備え、前記アクティブキャパシタ制御手段は、前記第１の結合コンデンサと前記第２の結合コンデンサと前記アクティブキャパシタとの合成キャパシタンスの送電周波数における交流インピーダンスが、前記第１の結合コンデンサと前記第２の結合コンデンサとの合成キャパシタンスの送電周波数における交流インピーダンスに対して十分小さくなるように、前記アクティブキャパシタに負のキャパシタンスを発生させる。
【００１３】
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、前記アクティブキャパシタと前記アクティブキャパシタ制御手段とを、前記固定体に設けた。
【００１４】
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、前記交流電源から前記第１の結合コンデンサと前記第２の結合コンデンサを経て当該交流電源に帰還する線路上に、前記アクティブキャパシタ及びアクティブキャパシタ制御手段を備えると共に、当該線路を流れる電流を検出する電流検出手段を備え、前記アクティブキャパシタ制御手段は、前記電流検出手段にて検出された電流が最大点近傍となるように、前記アクティブキャパシタを制御し、前記可動体は、前記第１の結合コンデンサと前記第２の結合コンデンサの間に接続された前記負荷を備える。
【００１５】
また、請求項４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、前記交流電源から前記第１の結合コンデンサと前記第２の結合コンデンサを経て当該交流電源に帰還する線路に対して、調整用電流制限抵抗又は回路線路を選択的に接続する固定体側切替え手段と、少なくとも、前記第１の結合コンデンサ、前記第２の結合コンデンサ、及び前記アクティブキャパシタの合成電圧を検出する電圧検出手段と、前記可動体との間で通信を行う固定体側通信手段と、を備え、前記可動体は、前記第１の結合コンデンサと前記第２の結合コンデンサを接続する線路に対して、前記負荷又は調整用短絡線路を選択的に接続する可動体側切替え手段と、前記固定体との間で通信を行う可動体側通信手段と、を備え、前記アクティブキャパシタ制御手段は、初期モードにおいては、前記固定体側切替え手段を介して前記調整用電流制限抵抗３６を接続した後、前記固定体側通信手段と前記可動体側通信手段の通信を介して前記可動体側切替え手段により前記調整用短絡線路を接続し、前記初期モード後の調整モードにおいては、前記電圧検出手段にて検出された電圧に基づいて、当該電圧が所定電圧以下となるように、前記アクティブキャパシタを制御し、前記調整モード後の電力供給モードにおいては、前記固定体側通信手段と前記可動体側通信手段の通信を介して前記可動体側切替え手段により前記負荷を接続した後、前記固定体側切替え手段を介して前記回路線路を接続する。
【００１６】
また、請求項５に記載の電力供給システムは、請求項４に記載の電力供給システムにおいて、前記アクティブキャパシタ制御手段は、前記初期モードにおいては、前記交流電源の電圧を所定の初期電圧値に制御し、前記電力供給モードにおいては、前記交流電源の電圧を前記初期電圧値よりも大きな所定の充電電圧値に制御する。
【００１７】
また、請求項６に記載の電力供給システムは、請求項４又は５に記載の電力供給システムにおいて、前記アクティブキャパシタ制御手段は、前記電力供給モードにおいて、所定の調整開始状態になった場合には前記調整モードの制御を行い、所定の電力供給不要状態になった場合には前記初期モードの制御を行う。
【００１８】
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、前記第１の結合コンデンサ又は前記第２の結合コンデンサの各々に、前記アクティブキャパシタが直列接続された。
【００１９】
また、請求項８に記載の電力供給システムは、請求項１から７のいずれか一項に記載の電力供給システムにおいて、前記アクティブキャパシタは、直流電源から供給された直流電流をスイッチングするスイッチング部、前記スイッチング部をパルス幅変調制御するパルス幅変調制御部、及び前記スイッチング部から出力されたパルス信号をアナログ信号に変換して出力するフィルタ部とを有するスイッチングアンプを備える。
【発明の効果】
【００２０】
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、この電力供給システムによれば、第１の結合コンデンサと第２の結合コンデンサとアクティブキャパシタとの合成キャパシタンスの送電周波数における交流インピーダンスが、第１の結合コンデンサと第２の結合コンデンサとの合成キャパシタンスの送電周波数における交流インピーダンスに対して十分小さくなるように、アクティブキャパシタに負のキャパシタンスを発生させるので、第１の結合コンデンサと第２の結合コンデンサとアクティブキャパシタとの合成キャパシタンスを、アクティブキャパシタンスで発生させる負のキャパシタンスの作用で、等価的に、非常に容量の大きなキャパシタンスとして振る舞わせることが可能になる。このため、直列共振を用いることなく、電界結合により高効率で電力供給を行うことが可能となる。このため、直列共振回路が不要になるので、固定体を小型化できると共に、直列共振条件を維持するために電力周波数が限定されるという問題も回避できる。
【００２１】
また、請求項２に記載の電力供給システムによれば、前記アクティブキャパシタと前記アクティブキャパシタ制御手段とを前記固定体に設けたので、様々な可動体にアクティブキャパシタ等を設ける必要がなくなり、可動体については従来と同様に簡易に構成することができる。
【００２２】
また、請求項３に記載の電力供給システムによれば、電流検出手段にて検出された電流が最大点近傍となるように、アクティブキャパシタを制御することで、比較的簡易な構成により、アクティブキャパシタを制御して、交流電源と負荷の間の交流インピーダンスを小さくして短絡状態に近づけることが可能になる。つまり、等価的に非接触接合部の電極を物理距離よりも非常に狭くするような作用がある。この作用により、電界結合による高効率な電力供給を行うことが可能となる。
【００２３】
また、請求項４に記載の電力供給システムによれば、固定体に対する可動体の配置状態等に状態に応じて初期モード、調整モード、電力供給モードの各モードを切り替えることで、電力供給システムの安全性を維持しつつ、アクティブキャパシタを制御して効率的に電力供給を行うことが可能となる。
【００２４】
また、請求項５に記載の電力供給システムによれば、電力供給を行わない初期モードにおいては交流電源の電圧を小さくし、電力供給を行う電力供給モードにおいては交流電源の電圧を大きくすることで、電力供給システムの安全性を維持しつつ、アクティブキャパシタを制御して効率的に電力供給を行うことが可能となる。
【００２５】
また、請求項６に記載の電力供給システムによれば、電力供給モードの制御を行っている場合であっても、調整が必要になった場合には調整モードの制御を行い、電力供給が遮断された場合には初期モードの制御を行うので、固定体に対する可動体の配置状態等に状態に応じた最適なモードでの制御を行うことができる。
【００２６】
また、請求項７に記載の電力供給システムによれば、第１の結合コンデンサ又は前記第２の結合コンデンサの各々にアクティブキャパシタが直列接続されているので、第１の結合コンデンサ又は前記第２の結合コンデンサの一方のみにアクティブキャパシタを直列接続した場合に比べて、各アクティブキャパシタンスに印加される電圧を小さくすることが可能となる。
【００２７】
また、請求項８に記載の電力供給システムによれば、アクティブキャパシタをスイッチングアンプにて構成することで、アクティブキャパシタをリニアアンプにて構成する場合に比べて、熱損失等として生じる電力損失を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】各実施の形態に係る電力供給システムを簡略化して示す回路図である。
【図２】図１の変形例に係る電力供給システムを簡略化して示す回路図である。
【図３】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４】図３の固定体及び可動体の回路図である。
【図５】リニアアンプを用いて構成されたアクティブキャパシタの回路図である。
【図６】スイッチングアンプを用いて構成されたアクティブキャパシタの回路図である。
【図７】初期モードにおける固定体及び可動体の回路図である。
【図８】シミュレーション対象である従来の電力供給システムの回路図である。
【図９】シミュレーション対象である実施の形態１に係る電力供給システムの回路図である。
【図１０】シミュレーション対象である変形例に係る電力供給システムの回路図である。
【図１１】実施の形態２に係る固定体及び可動体の回路図である。
【図１２】従来の電力供給システムに係る固定体及び可動体の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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。
【００３０】
〔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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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（あるいはキャパシタ。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。
【００３４】
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、送電電極に接続されたアクティブキャパシタと、このアクティブキャパシタを制御するアクティブキャパシタ制御手段とを備え、このアクティブキャパシタ制御手段を用いて、上記２つの結合コンデンサとアクティブキャパシタとの合成キャパシタンスを、アクティブキャパシタンスで発生させる負のキャパシタンスの作用で非常にキャパシタンス（＝等価的に電極間隔が非常に狭くするような作用）の大きなコンデンサとして振る舞わせ、この合成キャパシタンスの送電周波数における交流インピーダンスが、２つの結合コンデンサのみの合成キャパシタンスの送電周波数における交流インピーダンスに対して（実際には負荷の交流インピーダンスに対して）十分小さくなるように（例えば、好ましくは１０分の１程度、より好ましくは１００分の１程度）となるように、アクティブキャパシタを制御する点にある。この構成により、直接共振を用いることなく、電界結合による非接触な電力供給が可能になるという利点を得ることができる。
【００３５】
図１は、各実施の形態に係る電力供給システムを簡略化して示す回路図である。この図１において、電力供給システム１は、固定体２と可動体３を、境界面４を介して相互に非接触状に配置して構成されている。固定体２は、交流電源５、第１の送電電極６、第２の送電電極７、及びアクティブキャパシタ８を備えて構成されている。可動体３は、第１の受電電極９、第２の受電電極１０、及び負荷１１を備えて構成されている。第１の送電電極６又は第２の送電電極７のいずれか一方（図１では第１の送電電極６）に対応する位置には、第１の受電電極９又は第２の受電電極１０のいずれか一方（図１では第１の受電電極９）が配置されており、これらによって第１の結合コンデンサ１２が構成されている。また、第１の送電電極６又は第２の送電電極７のいずれか他方（図１では第２の送電電極７）に対応する位置には、第１の受電電極９又は第２の受電電極１０のいずれか他方（図１では第２の受電電極１０）が配置されており、これらによって第２の結合コンデンサ１３が構成されている。
【００３６】
この図１の構成において、アクティブキャパシタ８のキャパシタンスが負となるように、当該アクティブキャパシタ８を制御することで、第１の結合コンデンサ１２のキャパシタンス、第２の結合コンデンサ１３のキャパシタンス、及びアクティブキャパシタ８のキャパシタンスの合成キャパシタンスを、仮想的な巨大コンデンサのキャパシタンスとして振る舞わせることが可能になり、送電周波数における第１の結合コンデンサ１２のキャパシタンスと第２の結合コンデンサ１３のキャパシタンスとアクティブキャパシタ８のキャパシタンスによる合成キャパシタンスの交流インピーダンスを、第１の結合コンデンサ１２のキャパシタンスと第２の結合コンデンサ１３のキャパシタンスによる合成キャパシタンスの交流インピーダンスに比べて（実際には負荷の交流インピーダンスに比べて）、十分に小さくでき、電源と負荷の間を短絡状態に近づけることが可能になる。つまり、等価的に非接触接合部の電極を物理距離よりも非常に狭くするような作用がある。この作用により、直列共振を用いることなく、電界結合により高効率で電力供給を行うことが可能となる。
【００３７】
すなわち、図１の構成において、第１の結合コンデンサ１２のキャパシタンスと第２の結合コンデンサ１３のキャパシタンスとをそれぞれＣ、アクティブキャパシタ８のキャパシタンスをＣＺ、これら第１の結合コンデンサ１２のキャパシタンスＣ、第２の結合コンデンサ１３のキャパシタンスＣ、及びアクティブキャパシタ８のキャパシタンスＣＺの合成キャパシタンスをＣＳとすると、この合成キャパシタンスＣＳは以下の式（１）で表わされる。
【００３８】
【数１】
2011083132.tif 000003
【００３９】
ここで、合成キャパシタンスＣＳをキャパシタンスＣのｋ倍とするためには、式（１）より、キャパシタンスＣＺを、以下の式（２）に示されるように決定すればよいことが判る。
【００４０】
【数２】
2011083132.tif 000004
【００４１】
このことから、ｋ＞１とするためには、キャパシタンスＣＺを負の値とすればよいことが判る。例えば、キャパシタンスＣ＝５ｎＦ、キャパシタンスＣＺ＝−２．５１ｎＦとすれば、式（１）より、合成キャパシタンスＣＳ＝６２７．５ｎＦとなり、合成キャパシタンスＣＳを大きくすることができることが判る。
【００４２】
図２は、図１の変形例に係る電力供給システムを簡略化して示す回路図である。この図２において、電力供給システム１４は、図１とほぼ同様に構成されているが、固定体２は、図１のアクティブキャパシタ８に代えて、第１の送電電極６に対して接続された第１のアクティブキャパシタ１５と、第２の送電電極７に対して接続された第２のアクティブキャパシタ１６とを備えて構成されている。
【００４３】
この図２の構成においても、第１のアクティブキャパシタ１５のキャパシタンスと第２のアクティブキャパシタ１６のキャパシタンスとの合成キャパシタンスが負となるように、当該第１のアクティブキャパシタ１５及び当該第２のアクティブキャパシタ１６を制御することで、第１の結合コンデンサ１２のキャパシタンス、第２の結合コンデンサ１３のキャパシタンス、第１のアクティブキャパシタ１５のキャパシタンス、及び第２のアクティブキャパシタ１６のキャパシタンスとアクティブキャパシタ１６のキャパシタンスの合成キャパシタンスを、仮想的な非常にキャパシタンスの大きなコンデンサとして振る舞わせることが可能になり、送電周波数における交流インピーダンスを負荷に比べて十分に小さくできるので、直列共振を用いることなく、高効率で電力供給を行うことが可能となる。
【００４４】
すなわち、図２の構成において、第１の結合コンデンサ１２のキャパシタンスと第２の結合コンデンサ１３のキャパシタンスとをそれぞれＣ、第１のアクティブキャパシタ１５のキャパシタンスと第２のアクティブキャパシタ１６のキャパシタンスとをそれぞれＣＷ、これら第１の結合コンデンサ１２のキャパシタンスＣ、第２の結合コンデンサ１３のキャパシタンスＣ、第１のアクティブキャパシタ１５のキャパシタンスＣＷ、及び第２のアクティブキャパシタ１６のキャパシタンスＣＷの合成キャパシタンスをＣＳとすると、この合成キャパシタンスＣＳは以下の式（３）で表わされる。
【００４５】
【数３】
2011083132.tif 000005
【００４６】
ここで、合成キャパシタンスＣＳをキャパシタンスＣのｋ倍とするためには、式（３）より、キャパシタンスＣＷを、以下の式（４）に示されるように、決定すればよいことが判る。
【００４７】
【数４】
2011083132.tif 000006
【００４８】
このことから、ｋ＞１とするためには、キャパシタンスＣＷを負の値とすればよいことが判る。例えば、キャパシタンスＣ＝５ｎＦ、キャパシタンスＣＷ＝−５．１ｎＦとすれば、式（３）より、合成キャパシタンスＣＳ＝２５５ｎＦとなり、合成キャパシタンスＣＳを大きくすることができるので、非常にキャパシタンスの大きなコンデンサとして振る舞わせることが可能になることが判る。
【００４９】
なお、これまで説明したことから明らかなように、固定体２に設けるアクティブキャパシタは、図１のように単一のアクティブキャパシタ８としてもよく、あるいは図２のように複数の第１のアクティブキャパシタ１５と第２のアクティブキャパシタ１６としてもよく、あるいは、３つ以上のアクティブキャパシタを設けることも可能であるが、以下の各実施の形態では、単一のアクティブキャパシタとした場合について主に説明する。また、アクティブキャパシタ８は、固定体２ではなく、可動体３に設けると共に第１の結合コンデンサ１２及び又は第２の結合コンデンサ１３に直列接続するように配置してもよい。以下の各実施の形態では、アクティブキャパシタ８を固定体２に設けた場合について主に説明する。
【００５０】
〔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。
【００５１】
〔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、初期モード、調整モード、及び電力供給モードの３つのモードにより、アクティブキャパシタを制御する形態である。
【００５２】
（構成）
図３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１では、電力供給領域（ここでは床板２１の下方空間）２０に配置された固定体３０から、電力被供給領域（ここでは居室）２２の内部を移動する可動体（ここではロボット）５０に対して電力を供給する例を示すもので、これら固定体３０及び可動体５０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２０の上方に敷設された床板２１が電力供給領域２０と電力被供給領域２２との相互間の境界面に相当し、この床板２１を介して後述する結合コンデンサ６０、６１（図３には図示せず）が構成される。
【００５３】
（構成−固定体）
次に、固定体３０の構成について説明する。図４は図３の固定体３０及び可動体５０の回路図である（図３の構成では、固定体３０の上方に可動体５０を設けているが、図４及び後述する図７〜図１１では、図示の便宜上、固定体３０を図示左側、可動体５０を図示右側にそれぞれ示す）。この固定体３０は、概略的には、交流電源３１、第１の送電電極３２、第２の送電電極３３、及びアクティブキャパシタ３４を、線路３５にて図示のように接続して構成されている。また、線路３５上における交流電源３１とアクティブキャパシタ３４との間には、調整用電流制限抵抗３６、回路線路３７、及び固定体側切替え部３８が図示のように接続されている。さらに、固定体３０は、電圧検出部３９、アクティブキャパシタ制御部４０、自動調整制御部４１、及び固定体側通信部４２を備える。
【００５４】
交流電源３１は、交流電力の供給源である。図４の例では、１つの固定体３０のみを示すと共に、当該１つの固定体３０に対して１つの交流電源３１を設けているが、実際には図３に示したように電力供給領域２０には複数の固定体３０を設けることが想定され、この場合には、これら複数の固定体３０に対して１つの共通の交流電源３１から交流電力を供給するようにしてもよく、あるいは、各固定体３０に対してそれぞれ交流電源３１を設けてもよい。
【００５５】
図４において、第１の送電電極３２及び第２の送電電極３３は、それぞれ平板状の導電体であり、床板２１の近傍位置において、当該床板２１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３２及び第２の送電電極３３は、床板２１に対して接触させてもよく、あるいは、床板２１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３２及び第２の送電電極３３の電力被供給領域２２側の面は、床板２１によって完全に覆われており、これら第１の送電電極３２及び第２の送電電極３３が電力被供給領域２２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３２と第２の送電電極３３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３２、３３」と総称する。
【００５６】
アクティブキャパシタ３４は、後述する第１の結合コンデンサ６０と後述する第２の結合コンデンサ６１とアクティブキャパシタの合成キャパシタンスをアクティブキャパシタで発生させる負のキャパシタンスの作用で、非常にキャパシタンスの大きなコンデンサとして振る舞わせるものであり、アクティブキャパシタ制御部４０によって動的に容量制御が可能な可変キャパシタである。このアクティブキャパシタ３４に関しては、図２を参照して説明したように、第１の送電電極３２と第２の送電電極３３の各々に対して別々のアクティブキャパシタ３４を接続してもよいが、ここでは、図１を参照して説明したように、１つのアクティブキャパシタ３４のみを第１の結合コンデンサ６０に対して直列接続している。ただし、このアクティブキャパシタ３４は、第１の結合コンデンサ６０に代えて第２の結合コンデンサ６１に対して直列接続してもよい。このアクティブキャパシタ３４の具体的な構成例については後述する。
【００５７】
調整用電流制限抵抗３６は、後述する初期モードにおいて線路３５に接続されることで、線路３５を流れる電流を制限するものである。この調整用電流制限抵抗３６の抵抗値は、電圧検出部３９の検出が十分に可能な範囲で電流ができる限り小さくなるように高い抵抗を選択する。
【００５８】
回路線路３７は、後述する電力供給モードにおいて調整用電流制限抵抗３６に代えて線路３５に接続されることで、調整用電流制限抵抗３６による電流制限を解除するものである。
【００５９】
固定体側切替え部３８は、調整用電流制限抵抗３６と回路線路３７を線路３５に対して選択的に切替え接続する固定体側切替え手段であり、自動調整制御部４１からの制御によって、初期モードにおいては調整用電流制限抵抗３６を線路３５に接続し、後述する電力供給モードにおいては回路線路３７を線路３５に接続する。
【００６０】
電圧検出部３９は、少なくとも、後述する第１の結合コンデンサ６０、後述する第２の結合コンデンサ６１、及びアクティブキャパシタ３４の合成電圧を検出する電圧検出手段であり、ここでは、調整用電流制限抵抗３６及び回路線路３７とアクティブキャパシタ３４との間の位置と、第２の送電電極３３と交流電源３１との間の位置における電位を検出する。
【００６１】
アクティブキャパシタ制御部４０は、アクティブキャパシタ３４を制御するアクティブキャパシタ制御手段であり、後述する第１の結合コンデンサ６０と後述する第２の結合コンデンサ６１とアクティブキャパシタ３４の合成交流インピーダンスを負荷５３に比べて十分に小さくするため、アクティブキャパシタ３４のキャパシタンスが負となるように、当該アクティブキャパシタ３４を制御する。ただし、アクティブキャパシタ３４のキャパシタンスの大きさを、第１の結合コンデンサ６０と第２の結合コンデンサ６１の合成キャパシタンスの大きさに完全に一致させると、理論的には、第１の送電電極３２又は第２の送電電極３３と後述する第１の受電電極５１又は後述する第２の受電電極５２とを相互に完全に短絡させることになり、最大効率の送電が実現可能であるが、アクティブキャパシタ３４と送電電極３２、３３及び受電電極５１、５２の合成キャパシタンスが負となると回路が不安定になる可能性があるので、合成キャパシタンスが正となる範囲で調整することが好ましい。この調整範囲は、合成キャパシタンスの交流インピーダンスが負荷５３のインピーダンスに比べて十分に小さくなる範囲で、かつ制御の偏差や経時変化で合成キャパシタンスが確実に負とならないように決定する。
【００６２】
自動調整制御部４１は、初期モード、調整モード、及び電力供給モードの３つのモードに応じて、アクティブキャパシタ制御部４０を介してアクティブキャパシタ３４を制御すると共に、固定体側切替え部３８を介して調整用電流制限抵抗３６と回路線路３７を線路３５に対して選択的に切替え接続する。また、自動調整制御部４１は、初期モード、調整モード、及び電力供給モードの３つのモードに応じて、交流電源３１における電圧を調整する。この自動調整制御部４１の具体的な構成は任意であるが、例えば、自動調整制御部４１は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）及びＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）を備えて構成されており、自動調整制御プログラムを解釈及び実行することによって、後述する制御が行われる。
【００６３】
固定体側通信部４２は、可動体５０との間で通信を行う固定体側通信手段であり、具体的には、可動体側通信部５７との間において、線路３５を介した電力線通信（ＰＬＣ：Ｐｏｗｅｒ  Ｌｉｎｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）を行う。ただし、この他にも任意の通信方式を採用することができ、例えば、ＲＦ無線通信をＭＡＣプロトコルにて行うようにしてもよい（可動体側通信部５７においても同様）。
【００６４】
（構成−可動体）
次に、可動体５０の構成について説明する。可動体５０は、概略的には、第１の受電電極５１、第２の受電電極５２、及び負荷５３を、線路５４にて図示のように接続して構成されている。また、線路５４上には、調整用短絡線路５５、可動体側切替え部５６、及び可動体側通信部５７が図示のように接続されている。
【００６５】
第１の受電電極５１及び第２の受電電極５２の各々は、固定体３０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５１と第２の受電電極５２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５１、５２」と総称する。これら受電電極５１、５２は、床板２１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２１に対して略平行に配置される。
【００６６】
この状態において第１の受電電極５１又は第２の受電電極５２のいずれか一方（図４では第１の受電電極５１）は、床板２１を挟んで第１の送電電極３２に対向配置されて第１の結合コンデンサ６０を構成する。また、第１の受電電極５１又は第２の受電電極５２のいずれか他方（図４では第２の受電電極５２）は、床板２１を挟んで第２の送電電極３３に対向配置されて第２の結合コンデンサ６１を構成する。ただし、可動体５０の向きにより、第１の受電電極５１が第２の送電電極３３に対向配置されて第１の結合コンデンサ６０を構成し、第２の受電電極５２が第１の送電電極３２に対向配置されて第２の結合コンデンサ６１を構成することもある。以下では、これら第１の結合コンデンサ６０と第２の結合コンデンサ６１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６０、６１」と総称する。ここで、電力被供給領域２２には送電電極３２、３３は露出していないため、これら送電電極３２、３３と受電電極５１、５２とは相互に非接触状態で配置されることになる。
【００６７】
負荷５３は、固定体３０から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５０が図３に示す如きロボットとして構成された場合、負荷５３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５３の具体的構成は任意であり、例えば、可動体５０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２２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５０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５３は、必ずしも可動体５０の内部に設ける必要はなく、可動体５０の外部に負荷５３を設けると共に、当該負荷５３に対して可動体５０を介して電力供給を行うようにしてもよい。また、図４においては負荷５３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５３に対して電力供給を行ってもよい。
【００６８】
調整用短絡線路５５は、後述する初期モードにおいて線路５４に接続されることで、第１の受電電極５１と第２の受電電極５２とを相互に短絡する。
【００６９】
可動体側切替え部５６は、調整用短絡線路５５と負荷５３を線路５４に対して選択的に切替え接続する可動体側切替え手段であり、可動体側通信部５７からの制御によって、初期モードにおいては調整用短絡線路５５を線路５４に接続し、電力供給モードにおいては負荷５３を線路５４に接続する。
【００７０】
可動体側通信部５７は、固定体３０との間で通信を行う可動体側通信手段であり、具体的には、固定体側通信部４２との間において、線路５４を介した電力線通信を行う。
【００７１】
（構成−床板）
送電電極３２、３３と受電電極５１、５２との相互間に介在する床板２１については、結合コンデンサ６０、６１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２１に用いる場合以外にも、送電電極３２、３３における受電電極５１、５２側の面や、受電電極５１、５２における送電電極３２、３３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２１に使用する材料や、送電電極３２、３３や受電電極５１、５２のコーティングに使用する材料には、送電電極３２、３３と受電電極５１、５２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。
【００７２】
（構成−アクティブキャパシタの構成例）
次に、図４のアクティブキャパシタ３４の構成例について説明する。このアクティブキャパシタ３４に加わる電圧ｖと電流ｉは、以下の式（５）によって表わされる。
【００７３】
【数５】
2011083132.tif 000007
【００７４】
この式（５）の関係から、図５の回路図に示すようにアクティブキャパシタ３４を構成することができる。このアクティブキャパシタ３４は、線路３５から取得した基準電流が入力される積分回路３４ａ、この積分回路３４ａから入力を受けるキャパシタ３４ｂ、及び線路３５への出力を行うリニアアンプ３４ｃを図示のように接続して構成されている。
【００７５】
あるいは、リニアアンプ３４ｃに代えてＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を受けるスイッチングアンプを使用することもできる。図６にはスイッチングアンプを用いたアクティブキャパシタ３４の回路図を示す。このアクティブキャパシタ３４は、図５のリニアアンプ３４ｃに代えて、スイッチングアンプ３４ｄを備えて構成されている。このスイッチングアンプ３４ｄは、直流電源３４ｅから供給された直流電流を、トランジスタとダイオードを複数図示のように組み合わせて構成されたスイッチング部３４ｆにてスイッチングすることでパルス信号を生成し、このパルス信号をフィルタ部３４ｇでアナログ信号に変換して出力する。スイッチング部３４ｆのスイッチング周波数は、キャパシタ３４ｂから出力された電圧指令信号に基づいてパルス幅変調制御部３４ｈにて制御される。このようにスイッチングアンプ３４ｄを用いたアクティブキャパシタ３４によれば、リニアアンプ３４ｃを用いたアクティブキャパシタ３４に比べて、熱損失等として生じる電力損失を低減することが可能となる。
【００７６】
（制御）
次に、図４の電力供給システムにおいて行われる制御について説明する。この制御では、初期モード、調整モード、電力供給モードの３つのモードを切り替えることで電力供給を行う。なお、特記する場合を除いて、各制御は自動調整制御部４１によって行われるものとする。
【００７７】
（制御−初期モード）
最初に、初期モードの制御について説明する。この初期モードは、主として、電力供給前に行われるモードである。例えば、電力供給システムが起動された直後には、当該初期モードの制御が行われる。この初期モードにおいて、自動調整制御部４１は、固定体側切替え部３８に制御信号を出力し、この固定体側切替え部３８を介して、図７の回路図に示すように、調整用電流制限抵抗３６を線路３５に接続する。また、自動調整制御部４１は、交流電源３１における電圧を、調整用の所定の電圧ｖ１（後述する電力供給モードにおける電圧ｖ２よりも小さな電圧）に調整する。電圧ｖ１は、可動体５０への通信に必要な限りで、あるいは可動体５０が配置されたかどうかの検出が可能な範囲で、できる限り小さくする。
【００７８】
さらに、自動調整制御部４１は、固定体側通信部４２に制御信号を出力することで、この固定体側通信部４２から可動体側通信部５７に初期モード設定信号を送信させる。この初期モード設定信号を受信した可動体側通信部５７は、可動体側切替え部５６に制御信号を出力し、可動体側切替え部５６を介して、調整用短絡線路５５を線路５４に接続する。
【００７９】
なお、このような可動体側切替え部５６による調整用短絡線路５５の線路５４への接続は、固定体側通信部４２と可動体側通信部５７との相互間の通信に依存することなく、可動体５０側のみの判断で行うようにしてもよい。例えば、固定体側通信部４２からの信号が所定時間以上連続して得られない場合や、受電電極５１、５２に対する電力供給が所定時間以上連続して得られない場合、あるいは、負荷５３における何らかの異常が検知センサ等にて検知された場合に、可動体側切替え部５６が調整用短絡線路５５を線路５４に接続するようにしてもよい。特に、初期モードにおいては、可動体５０が固定体３０に対向するように配置される前であり、固定体側通信部４２と可動体側通信部５７との間の通信を行うことができない場合が考えられるので、この通信に依存する必要がない制御方法を採用することがより好ましい。
【００８０】
（制御−調整モード）
次に、調整モードの制御について説明する。例えば、この調整モードは、主として、初期モードの後であって、電力供給を実際に開始する直前に行われるモードである。例えば、可動体５０が固定体３０に対向するように配置された場合には、当該調整モードの制御が行われる。なお、可動体５０が固定体３０に対向するように配置されたか否かを判定する方法としては種々の方法が考えられるが、例えば、可動体側通信部５７から所定間隔で電力供給要求信号を送信し、この電力供給要求信号を固定体側通信部４２が受信した場合に、自動調整制御部４１は、可動体５０が固定体３０に対向するように配置されたと判断するようにしてもよい。
【００８１】
この調整モードにおいて、自動調整制御部４１は、電圧検出部３９にて検出されている電圧が所定の電圧よりも小さくなるように、アクティブキャパシタ制御部４０を介してアクティブキャパシタ３４を制御する。例えば、自動調整制御部４１は、電圧検出部３９にて検出された電圧と所定の電圧との差分値を算定し、この差分値を含む制御信号をアクティブキャパシタ制御部４０に送信する。アクティブキャパシタ制御部４０は、この制御信号に含まれる差分値に応じてアクティブキャパシタ３４を制御する。ここで、所定の電圧とは充電時の電圧よりも十分小さく、アクティブキャパシタ３４の調整が可能な範囲（＝電圧検出部３９及びアクティブキャパシタ制御部４０の限界）で可能な限り小さくする。このような制御を行うことで、第１の結合コンデンサ６０と第２の結合コンデンサ６１とアクティブキャパシタ３４の合成キャパシタンスの交流インピーダンスが、負荷５３のインピーダンスに比べて十分に小さくなり、かつ合成キャパシタンスが正の領域となるように、アクティブキャパシタ３４のキャパシタンスを調整することができる。
【００８２】
（制御−電力供給モード）
次に、電力供給モードの制御について説明する。例えば、この電力供給モードは、主として、調整モードの後であって、電力供給を実際に開始している際に行われるモードである。例えば、調整モードにおけるアクティブキャパシタ３４の制御が完了した後に、当該電力供給モードの制御が行われる。
【００８３】
この電力供給モードにおいて、自動調整制御部４１は、固定体側通信部４２に制御信号を出力することで、この固定体側通信部４２から可動体側通信部５７に電力供給モード設定信号を送信させる。この電力供給モード設定信号を受信した可動体側通信部５７は、可動体側切替え部５６に制御信号を出力し、可動体側切替え部５６を介して、図４に示すように、負荷５３を線路５４に接続する。
【００８４】
このように負荷５３を線路５４に接続した後、自動調整制御部４１は、固定体側切替え部３８に制御信号を出力し、この固定体側切替え部３８を介して、回路線路３７を線路３５に接続する。次いで、自動調整制御部４１は、交流電源３１における電圧を、電力供給用の所定の電圧ｖ２に調整し、電力供給を開始する。
【００８５】
（制御−電力供給モードにおける調整開始状態での制御）
このように電力供給モードへの切り替えを行った後、所定の調整開始状態になった場合には、自動調整制御部４１は、調整モードへ復帰する制御を行う。ここで、調整開始状態とは、調整モードへ復帰すべき状態であって、例えば、線路３５を流れる電流が所定値より小さくなった状態である。すなわち、自動調整制御部４１は、線路３５を流れる電流を図示しない電流検出部で検出し、この電流が所定値より小さくなった場合には、固定体３０に対して可動体５０の位置がずれた可能性があるとして、調整モードへの切り替えを行う。つまり、自動調整制御部４１は、電圧検出部３９にて検出されている電圧が所定の電圧よりも小さくなるように、アクティブキャパシタ制御部４０を介してアクティブキャパシタ３４を再度制御する。
【００８６】
（制御−電力供給モードにおける電力供給不要状態での制御）
あるいは、電力供給モードへの切り替えを行った後、所定の電力供給不要状態になった場合には、自動調整制御部４１は、初期モードへ復帰する制御を行う。ここで、電力供給不要状態とは、固定体３０から可動体５０への電力供給が不要になった状態であり、例えば、アクティブキャパシタ３４を制御しても、電圧検出部３９にて検出されている電圧を所定の電圧よりも小さくできない場合や、可動体５０が固定体３０に対向する位置から離れた位置に移動した場合（例えば、固定体側通信部４２からの信号が所定時間以上連続して得られない場合や、受電電極５１、５２に対する電力供給が所定時間以上連続して得られない場合）である。この場合には、自動調整制御部４１は、固定体側切替え部３８に制御信号を出力し、この固定体側切替え部３８を介して、調整用電流制限抵抗３６を線路３５に接続する。また、自動調整制御部４１は、交流電源３１における電圧を、調整用の所定の電圧ｖ１に調整する。さらに、自動調整制御部４１は、固定体側通信部４２から可動体側通信部５７に初期モード設定信号を送信させることで、調整用短絡線路５５を線路３５に接続させる。ただし、可動体５０が固定体３０に対向する位置から離れた位置に移動した場合には、固定体側通信部４２と可動体側通信部５７との間の通信を行うことができないため、上述したように、可動体５０側のみの判断で、調整用短絡線路５５を線路３５に接続するようにしてもよい。
【００８７】
（シミュレーション結果）
次に、電力供給のシミュレーション結果について説明する。図８に示すように、結合コンデンサ５１、５２を用いる一方、アクティブキャパシタ３４を用いていない従来の電力供給システムにおいて、交流電源３１の発振周波数を１００ｋＨｚ、電圧を１４１ｖ（０ｐ値）、結合コンデンサのキャパシタンスを５ｎＦ、負荷５３の抵抗を１００Ωとした場合（その他の条件は図示記載の通り。後述する図９、１０も同じ）における、結合コンデンサ５１、５２にかかる電圧、負荷５３にかかる電圧、及び負荷５３で消費される電力をそれぞれ計算し、負荷５３への供給電力を計算した。この結果、負荷５３には１５Ｖ程度の電圧しか印加できず、負荷５３への供給電力も実効値で約３Ｗ程度に止まった。
【００８８】
これに対して、図９に示すように、結合コンデンサ５１、５２に加えてアクティブキャパシタ３４を用いた本実施の形態１に係る電力供給システムにおいて、アクティブキャパシタ３４に関する点を除いた各条件を上記図８の場合と同一とした上で、アクティブキャパシタ３４のキャパシタンスを−２．５１ｎＦとした場合には、交流電源３１の電圧と同じ電圧１４１ｖを負荷５３に印加することができ、負荷５３への供給電力も実効値で約１００Ｗにすることができた。このことにより、アクティブキャパシタ３４を用いた電界結合による非接触電力供給が可能なことが確認された。なお、図９及び後述する図１０においては、アクティブキャパシタ３４を可動体５０に配置した例を示しているが、上述したように、固定体３０に配置しても同様である。
【００８９】
さらに、図１０に示すように、結合コンデンササ５１、５２の各々にアクティブキャパシタ３４ａ、３４ｂを接続した電力供給システムにおいて、各アクティブキャパシタ３４ａ、３４ｂに関する点を除いた各条件を上記図８の場合と同一とした上で、各アクティブキャパシタ３４ａ、３４ｂのキャパシタンスを−５．１ｎＦとした場合には、図９の場合と同様に、交流電源３１の電圧と同じ電圧１４１ｖを負荷５３に印加することができ、負荷５３への供給電力も実効値で約１００Ｗにすることができた。このことにより、アクティブキャパシタ３４ａ、３４ｂを用いた電界結合による非接触電力供給が可能なことが確認された。さらに、各アクティブキャパシタ３４ａ、３４ｂに印加される電圧は、図９に示す場合にアクティブキャパシタ３４に印加される電圧の１／３程度となり、アクティブキャパシタ３４ａ、３４ｂに大きな電圧を印加することを回避できる点で好ましいことが確認された。
【００９０】
次いで、結合コンデンサ５１、５２とアクティブキャパシタ３４との合成キャパシタンスの送電周波数における交流インピーダンスを、結合コンデンサ５１、５２の合成キャパシタンスの送電周波数における交流インピーダンスに対して、どの程度小さくする必要があるのかを算定する。図９においては、式（１）に基づき、結合コンデンサ５１、５２とアクティブキャパシタ３４の合成キャパシタンスは６２７．５ｎＦ、この合成キャパシタンス６２７．５ｎＦの送電周波数における交流インピーダンスは１／（ω＊６２７．５ｎＦ）となり（なお、ω＝送電周波数、以下同じ）、結合コンデンサ５１、５２の合成キャパシタンスは２．５ｎＦ、この合成キャパシタンス２．５ｎＦの送電周波数における交流インピーダンスは１／（ω＊２．５ｎＦ）となり、これら交流インピーダンスの比は２５１倍となる。また、図１０においては、式（３）に基づき、結合コンデンサ５１、５２とアクティブキャパシタ３４の合成キャパシタンスは２５０ｎＦ、この合成キャパシタンス２５０ｎＦの送電周波数における交流インピーダンスは１／（ω＊２５０ｎＦ）となり、結合コンデンサ５１、５２の合成キャパシタンスは２．５ｎＦ、この合成キャパシタンス２．５ｎＦの送電周波数における交流インピーダンスは１／（ω＊２．５ｎＦ）となり、これら交流インピーダンスの比は１００倍となる。これらのことから、結合コンデンサ５１、５２とアクティブキャパシタ３４との合成キャパシタンスの送電周波数における交流インピーダンスを、結合コンデンサ５１、５２の合成キャパシタンスの送電周波数における交流インピーダンスに対して、１００分の１程度にすることが好ましい。但し、結合コンデンサ５１、５２とアクティブキャパシタ３４との合成キャパシタンスの送電周波数における交流インピーダンスを、結合コンデンサ５１、５２の合成キャパシタンスの送電周波数における交流インピーダンスに対して、上記した制限範囲内において小さくする程、送電効率は向上するため、１００分の１より小さくすることがより好ましい。
【００９１】
（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３２、３３と受電電極５１、５２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３２、３３を電力被供給領域２２に露出させる必要がないため、送電電極３２、３３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、この電力供給システムによれば、第１の結合コンデンサ６０のキャパシタンス、第２の結合コンデンサ６１のキャパシタンス、及びアクティブキャパシタ３４のキャパシタンスの合成キャパシタンスを、キャパシタンスが非常に大きなコンデンサとして振る舞わせることが可能になり、送電周波数における交流インピーダンスを負荷５３に比べて十分に小さくできるため、直列共振を用いることなく、電界結合により高効率で電力供給を行うことが可能となる。このため、直列共振回路が不要になるので、固定体３０を小型化できると共に、直列共振条件を維持するために電力周波数が限定されるという問題も回避できる。
【００９２】
また、アクティブキャパシタ３４とアクティブキャパシタ制御部４０とを固定体３０に設けたので、様々な可動体５０にアクティブキャパシタ３４等を設ける必要がなくなり、可動体５０については従来と同様に簡易に構成することができる。
【００９３】
また、固定体３０に対する可動体５０の配置状態等に状態に応じて初期モード、調整モード、電力供給モードの各モードを切り替えることで、電力供給システムの安全性を維持しつつ、アクティブキャパシタ３４を制御して効率的に電力供給を行うことが可能となる。
【００９４】
また、電力供給を行わない初期モードにおいては交流電源３１の電圧を小さくし、電力供給を行う電力供給モードにおいては交流電源３１の電圧を大きくすることで、電力供給システムの安全性を維持しつつ、アクティブキャパシタ３４を制御して効率的に電力供給を行うことが可能となる。
【００９５】
また、電力供給モードの制御を行っている場合であっても、調整が必要になった場合には調整モードの制御を行い、電力供給が遮断された場合には初期モードの制御を行うので、固定体３０に対する可動体５０の配置状態等に状態に応じた最適なモードでの制御を行うことができる。
【００９６】
また、第１の送電電極３２又は前記第２の送電電極３３の各々にアクティブキャパシタ３４が直列接続されているので、第１の送電電極３２又は前記第２の送電電極３３の一方のみにアクティブキャパシタ３４を直列接続した場合に比べて、各アクティブキャパシタ３４に印加される電圧を小さくすることが可能となる。
【００９７】
また、アクティブキャパシタ３４をスイッチングアンプ３４ｄにて構成することで、アクティブキャパシタ３４をリニアアンプ３４ｃにて構成する場合に比べて、熱損失等として生じる電力損失を低減することが可能となる。
【００９８】
〔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の構成を一層簡素化した電力供給システムに関する形態である。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。
【００９９】
（構成−固定体）
最初に、固定体の構成について説明する。図１１は実施の形態２に係る固定体７０及び可動体８０の回路図である。この固定体７０は、概略的には、交流電源３１、第１の送電電極３２、第２の送電電極３３、及びアクティブキャパシタ３４を、線路３５にて図示のように接続して構成されている。また、線路３５上における交流電源３１とアクティブキャパシタ３４との間には、電流検出部７１が図示のように接続されている。さらに、固定体７０は、アクティブキャパシタ制御部７２を備える。
【０１００】
電流検出部７１は、交流電源３１からアクティブキャパシタ３４に流れる電流を検出する電流検出手段である。
【０１０１】
アクティブキャパシタ制御部７２は、アクティブキャパシタ３４を制御するアクティブキャパシタ制御手段であり、第１の結合コンデンサ６０と第２の結合コンデンサ６１の合成キャパシタンスとアクティブキャパシタンス３４の合成キャパシタンスの交流インピーダンスが、負荷５３のインピーダンスに比べて十分に小さく、かつ合成キャパシタンスが正の領域とするため、アクティブキャパシタ３４のキャパシタンスが負となるように、当該アクティブキャパシタ３４を制御する。その他、特記する構成を除いて、アクティブキャパシタ制御部７２は、図４のアクティブキャパシタ制御部４２と同様に構成されている。
【０１０２】
（構成−可動体）
次に、図１１の可動体８０の構成について説明する。可動体８０は、第１の受電電極５１、第２の受電電極５２、及び負荷５３を、線路５４にて図示のように接続して構成されている。
【０１０３】
（制御）
次に、図１１の電力供給システムにおいて行われる制御について説明する。ここでは、アクティブキャパシタ制御部７２は、電流検出部７１にて検出された電流が安定動作する範囲で最大点近傍となるように、アクティブキャパシタ３４を制御する。この場合は、実施の形態１のような複数モードにより制御を行うことはできないが、実施の形態１より簡易な構成で、実施の形態１と同様に電界結合による高効率な電力供給を行うことが可能となる。ここで「最大点近傍」とは、送電電極３２、３３及び受電電極５１、５２とアクティブキャパシタ３４の合成キャパシタンスによる交流インピーダンスが、負荷５３のインピーダンスに比べて十分に小さくなるような状態である。アクティブキャパシタ３４により合成キャパシタンスを大きくする場合は、合成キャパシタンスが負となると回路が不安定領域となるため、合成キャパシタンスが正となるような範囲でのみ制御する必要がある。
【０１０４】
（実施の形態２の効果）
このように実施の形態２によれば、電流検出部７１にて検出された電流が安定動作する範囲で最大となるように、アクティブキャパシタ３４を制御することで、比較的簡易な構成により、アクティブキャパシタ３４を制御して、送電電極３２、３３及び受電電極５１、５２とアクティブキャパシタ３４の合成キャパシタンスの交流インピーダンスを、負荷５３のインピーダンスに比べて十分に小さくすることが可能になり、電界結合による高効率な電力供給を行うことが可能となる。
【０１０５】
〔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。
【０１０６】
（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。
【０１０７】
（アクティブキャパシタについて）
アクティブキャパシタの具体的な構成、数、及び配置位置に関しては、公知の技術を適用し、上記実施の形態で説明した内容から適宜変更することができる。
【符号の説明】
【０１０８】
１、１４  電力供給システム
２、３０、７０、１０１  固定体
３、５０、８０、１０３  可動体
４  境界面
５、３１、１１５  交流電源
６、３２、１０５  第１の送電電極
７、３３、１０６  第２の送電電極
８  アクティブキャパシタ
９、５１、１０７  第１の受電電極
１０、５２、１０８  第２の受電電極
１１、５３、１０４  負荷
１２、６０  第１の結合コンデンサ
１３、６１  第２の結合コンデンサ
１５  第１のアクティブキャパシタ
１６  第２のアクティブキャパシタ
２０、１００  電力供給領域
２１  床板
２２、１０２  電力被供給領域
３４  アクティブキャパシタ
３４ａ  積分回路
３４ｂ  キャパシタ
３４ｃ  リニアアンプ
３４ｄ  スイッチングアンプ
３４ｅ  直流電源
３４ｆ  スイッチング部
３４ｇ  フィルタ部
３４ｈ  パルス幅変調制御部
３５、５４  線路
３６  調整用電流制限抵抗
３７  回路線路
３８  固定体側切替え部
３９  電圧検出部
４０、７２  アクティブキャパシタ制御部
４１  自動調整制御部
４２  固定体側通信部
５５  調整用短絡線路
５６  可動体側切替え部
５７  可動体側通信部
７１  電流検出部
１０９  結合コンデンサ
【図１】
2011083132.tif 000008
【図２】
2011083132.tif 000009
【図３】
2011083132.tif 000010
【図４】
2011083132.tif 000011
【図５】
2011083132.tif 000012
【図６】
2011083132.tif 000013
【図７】
2011083132.tif 000014
【図８】
2011083132.tif 000015
【図９】
2011083132.tif 000016
【図１０】
2011083132.tif 000017
【図１１】
2011083132.tif 000018
【図１２】
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