JP2010193692A - 電力供給システム - Google Patents
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Abstract
【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
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
Claims (7)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
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