JP2011035980A - 電力供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】従来と比較して信頼性を向上させると共に、コストを低減させる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】電力供給システムにおいて、固定体１０は、交流電力が供給される送電コイル１４と、送電コイル１４と直列に接続されるコンデンサ１５と、送電コイル１４及びコンデンサ１５に対して電力を供給する交流電源１１とを備え、可動体２０は、送電コイル１４に対して化粧板３を挟んで対向状かつ非接触に配置されることにより、相互誘導作用により送電コイル１４から受電する受電コイル２１と、送電コイル１４の近傍に配置されることにより、送電コイル１４のインダクタンスを変化させる磁性体２２とを備える。磁性体２２を送電コイル１４に近接させて当該送電コイル１４のインダクタンスを変化させることにより、送電コイル１４とコンデンサ１５の直列共振条件を満たした状態で、交流電源１１からの電力供給を行う。
【選択図】図５

Description

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。

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。

このうち、従来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に通電する。これにより、当該送電用コイルを一次側とし、受電機器に設けられた受電用コイルを二次側とする電磁誘導が発生し、当該受電機器に電力が伝送される。

Ｓｅｋｉｔａｎｉ，Ｔ．ら、「ｎａｔｕｒｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ」、第６巻、４１３−４１７頁、２００７年

しかしながら、このような従来のワイヤレス電力伝送シートでは、電子機器が接近した送電用コイルに選択的に電力を供給するために、各送電用コイルに対応してＭＥＭＳスイッチが設けられていた。従って、電力供給可能な領域を拡大するために送電用コイルの数を増加させると、これに伴ってＭＥＭＳスイッチの数も増大することから、システム全体としての信頼性が低下する可能性があった。

また、上述の如きスイッチを使用する構成に代えて、送電用コイル毎に電源を配置し、電子機器が接近した送電用コイルに対応する電源から電力を供給させる構成も考えられるが、送電用コイルの数の増加に伴い多数の電源が必要となるため、コストが増大する可能性があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、従来と比較して信頼性を向上させると共に、コストを低減させる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。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、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送電コイルと、前記送電コイルと直列に接続されるコンデンサと、前記送電コイル及び前記コンデンサ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、前記送電コイル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ことにより、相互誘導作用により当該送電コイルから受電する受電コイルと、前記送電コイルの近傍に配置されることにより、当該送電コイルのインダクタンスを変化させる磁性体とを備え、前記磁性体を前記送電コイルに近接させて当該送電コイルのインダクタンスを変化させることにより、前記送電コイルと前記コンデンサの直列共振条件を満たした状態で、前記交流電源からの電力供給を行う。

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、前記送電コイル及び前記コンデンサと相互に並列接続されるコイルを備え、前記磁性体を前記送電コイルに近接させずに当該送電コイルのインダクタンスを変化させないことにより、前記送電コイルと前記コンデンサの直列共振条件を満たさない状態であって、当該送電コイル及び前記コンデンサの合成コンデンサと前記コイルの並列共振条件を満たした状態で、前記交流電源からの電力供給を行う。

また、請求項３に記載の電力供給システムは、請求項１又は２に記載の電力供給システムにおいて、複数組の前記送電コイルと前記コンデンサとを備える。

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、前記交流電源の一方の電極と前記送電コイルとを接続する第１の導電板と、前記交流電源の他方の電極と前記コンデンサとを接続する第２の導電板と、を備える。

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、前記第１の導電板の一部を前記送電コイルとして形成した。

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、前記第２の導電板の一部を、前記コンデンサの一方の電極とした。

また、請求項７に記載の電力供給システムは、請求項４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の導電板に、前記送電コイルが発生させる磁場の変化に起因して前記第１の導電板に発生する渦電流の方向と略直交する方向にスリットを設けた。

請求項１に記載の電力供給システムによれば、磁性体を近接させることでインダクタンスを変化させた送電コイルと当該送電コイルに接続されているコンデンサとのみが直列共振条件を満たした状態で、当該送電コイルから受電コイルを介して負荷に電力を供給するので、スイッチや複数の電源を用いることなく、受電コイルが接近した送電コイルに選択的に電力を供給することができるので、高信頼性且つ低コストな電力供給システムを構成することができる。

また、請求項２に記載の電力供給システムによれば、磁性体を近接させていないためにインダクタンスが変化していない送電コイルと当該送電コイルに接続されているコンデンサとについては、直列共振条件を満たさない状態で、これらの送電コイルとコンデンサとを合成した合成コンデンサとコイルとで構成される並列共振回路が並列共振条件を満たした状態で、当該並列共振回路のインピーダンスを極大とするので、交流電源から送電コイル及びコンデンサに流れる無効電流を低減することができる。

また、請求項３に記載の電力供給システムによれば、複数組の送電コイルとコンデンサとを設けたので、複数の送電コイルのうちの任意の送電コイルに対向配置された受電コイルを介して、負荷に電力を供給することができる。

また、請求項４に記載の電力供給システムによれば、交流電源の一方の電極と送電コイルとを第１の導電板に接続するとともに、交流電源の他方の電極とコンデンサとを第２の導電板に接続したので、並設された複数の送電コイル及びコンデンサと電源とを簡易な構造で接続することができ、製造コストを低減することができる。

また、請求項５に記載の電力供給システムによれば、第１の導電板の一部を送電コイルとして形成したので、固定体の構造を一層簡略化することができ、製造コストを低減することができる。また、送電コイルに電流が流れることで発生した熱を第１の導電板を介して効率的に放熱することができる。

また、請求項６に記載の電力供給システムによれば、第２の導電板の一部をコンデンサの一方の電極としたので、固定体の構造を一層簡略化することができ、製造コストを低減することができる。また、コンデンサで発生した熱を第２の導電板を介して効率的に放熱することができる。

また、請求項７に記載の電力供給システムによれば、第１の導電板に渦電流防止用のスリットを設けたので、送電コイルが発生させる磁場の変化に起因する渦電流が第１の導電板に発生することを抑制し、当該渦電流による第１の導電板の発熱を防止することができる。

電力供給システムを適用した居室の斜視図である。 図１の固定体の内部構成を簡略化して示す平面図である。 固定体を示す断面図であり、図３（ａ）は固定体を簡略化して示す断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の送電コイルとコンデンサとを等価コンデンサに置き換えた断面図、図３（ｃ）は図３（ｂ）の等価回路図、図３（ｄ）は図３（ｃ）の等価コンデンサを全て合成した等価回路図である。 第１の導電板のうち、一つの送電コイルに対向する部分を例示した平面図である。 可動体の受電コイルを固定体の送電コイルに対向配置させた場合における固定体及び可動体の断面図であり、図５（ａ）は固定体及び可動体を簡略化して示す断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の固定体及び可動体の等価回路図、図５（ｃ）は図５（ｂ）の可動体の直下にない等価コンデンサを合成した等価回路図である。 磁性体が近傍に配置されていない送電コイルの特性を示したグラフであり、図６（ａ）は送電コイルの巻数とインダクタンスとの関係を示したグラフ、図６（ｂ）は送電コイルの巻数と抵抗との関係を示したグラフである。 磁性体が近傍に配置された場合の送電コイルの特性を示したグラフであり、図７（ａ）は送電コイルの巻数とインダクタンスとの関係を示したグラフ、図７（ｂ）は送電コイルの巻数と抵抗との関係を示したグラフである。 送電コイルのインダクタンスを変化させた場合に送電コイルに流れる電流値を示したグラフである。 実施の形態２に係る固定体を示す図であり、図９（ａ）は固定体を簡略化して示す断面図、図９（ｂ）は第１の導電板を示した平面図である。 固定体の詳細を示す断面図である。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る電力供給システムの各実施の形態を詳細に説明する。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、これらの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。

〔Ｉ〕各実施の形態の基本的概念
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。

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。

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。

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イルを用いて行なわれる。すなわち、固定体に設けた送電コイルと、可動体に設けた受電コイルとを、境界面を挟んで相互に非接触状に対向配置し、これらのコイルを介して電磁誘導による電力供給を行う。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。

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、固定体に、相互に直列接続された送電コイル及びコンデンサを設けると共に、可動体に磁性体を設けた点にある。

この構成において、可動体の受電コイルを固定体の送電コイルに対して対向配置させる際に、この磁性体を送電コイルの近傍に配置すると、当該送電コイルのインダクタンスが変化する。このインダクタンスが変化した送電コイルと、当該送電コイルに直列接続されているコンデンサとに直列共振を発生させる条件で電力を供給することにより、電源からの出力電力の大部分が当該送電コイルに供給される。一方、受電コイルが接近しておらず、磁性体が近傍に配置されていないためにインダクタンスが変化しない送電コイルについては、磁性体が近傍に配置された送電コイルとは直列共振条件が異なるため、コンデンサとの間で直列共振が発生せず、電源から電力が供給されない。

このように、各実施の形態に係る電力供給システムによれば、スイッチや複数の電源を用いることなく、受電コイルが接近した送電コイルに選択的に電力を供給することができるので、高信頼性且つ低コストな電力供給システムを構成することができる。

〔II〕各実施の形態の具体的内容
次に、各実施の形態の具体的内容について説明する。

〔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、交流電源の一方の電極と送電コイルとを接続する第１の導電板と、交流電源の他方の電極とコンデンサとを接続する第２の導電板とを備えた形態である。

（構成）
図１は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１（ここでは電力供給シート）に配置された固定体１０から、電力被供給領域２（ここでは化粧板３の上方領域）の任意の位置に配置される可動体２０（ここではノートＰＣや携帯電話）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化粧板３が電力供給領域１と電力被供給領域２の相互間の境界面に相当する。

（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の内部構成を簡略化して示す平面図である（一部を破断して示す）。また、図３は固定体１０を示す断面図であり、図３（ａ）は固定体１０を簡略化して示す断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の送電コイルとコンデンサとを等価コンデンサ１７ａに置き換えた断面図、図３（ｃ）は図３（ｂ）の等価回路図、図３（ｄ）は図３（ｃ）の等価コンデンサ１７ａを全て合成した等価回路図である。この固定体１０は、交流電源１１、第１の導電板１２、第２の導電板１３、送電コイル１４、コンデンサ１５、及び可変コイル１６を備えている（ただし、送電コイル１４及びコンデンサ１５以外は、図２における図示を省略する）。

交流電源１１は、交流電力の供給源である。図３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、１つの交流電源１により複数の固定体１０に交流電力を供給するようにしてもよい。

第１の導電板１２は、化粧板３（図２及び図３では図示省略）の下方近傍位置において、当該化粧板３に対して略平行になるように配置されている。また、第２の導電板１３は、第１の導電板１２の下方近傍位置において、当該第１の導電板１２に対して略平行になるように配置されている。第１の導電板１２には交流電源１１の一方の電極が接続され、第２の導電板１３には交流電源１１の他方の電極が接続されている。また、これらの第１の導電板１２と第２の導電板１３との間に、送電コイル１４とコンデンサ１５とが各々一つずつ相互に直列に接続されている。より具体的には、このように直列に接続された送電コイル１４とコンデンサ１５の組が、第１の導電板１２と第２の導電板１３との間に、複数組並列に配置されている。

図４は、第１の導電板１２のうち、一つの送電コイル１４に対向する部分を例示した平面図である。この図４の例では、送電コイル１４が発生させる磁場の変化に起因して第１の導電板１２に渦電流が発生するのを抑制するため、渦電流が発生する方向と略直交する方向、すなわち送電コイル１４の軸から放射状に広がる方向にスリット１２ａを設けている。これにより、送電コイル１４が発生させる磁場の変化に起因して第１の導電板１２に誘導起電力が発生しても、このスリット１２ａに遮断されることで渦電流の発生が抑制される。

送電コイル１４は、第１の導電板１２の下方近傍位置において、送電コイル１４の軸方向が第１の導電板１２と略直交するように配置されている。図２及び図３に示すように、複数の送電コイル１４が並設されており、各送電コイル１４は第１の導電板１２を介して交流電源１１に相互に並列に接続されている。これにより、各送電コイル１４に対して交流電源１１から交流電力が供給される。

コンデンサ１５は、第２の導電板１３の近傍位置において、当該コンデンサ１５の電極板が第２の導電板１３と略平行となるように配置されている。図３に示すように、複数のコンデンサ１５の各々が、各送電コイル１４と直列に接続されている。また、各コンデンサ１５は第２の導電板１３を介して交流電源１１に相互に並列に接続されている。

可変コイル１６は、送電コイル１４とコンデンサ１５とに相互に並列接続される。ここで、図３（ａ）に示した固定体１０において、インダクタンスＬｓの送電コイル１４とキャパシタンスＣｓのコンデンサ１５とは、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すようにキャパシタンスＣｋの等価コンデンサ１７ａとして表すことができる。この等価コンデンサ１７ａのキャパシタンスＣｋは、交流電流の周波数をｆとして、Ｃｋ＝Ｃｓ／（１−４π^２ｆ^２ＬｓＣｓ）で表すことができる。さらに、この等価コンデンサ１７ａと第１の導電板１２及び第２の導電板１３とは、これらの等価コンデンサ１７ａのキャパシタンスＣｋと、第１の導電板１２及び第２の導電板１３の寄生容量Ｃｔとを合成することにより、図３（ｄ）に示すようにキャパシタンスＣｗの合成コンデンサ１７ｂとして表すことができる。この場合、可変コイル１６は、キャパシタンスＣｗの合成コンデンサ１７ｂと並列共振回路を構成する。この並列共振回路の共振周波数ｆｐは、可変コイル１６のインダクタンスをＬｖとした場合、ｆｐ＝１／（２π√ＬｖＣｗ）で表される。この共振周波数ｆａが、交流電源１１から供給される交流電流の周波数ｆｒと等しくなるように、可変コイル１６のインダクタンスＬｖが設定される。これにより、交流電源１１から電力が供給された場合、可変コイル１６と合成コンデンサ１７ｂとに並列共振が発生する。

（構成−可動体）
次に、可動体２０の構成について説明する。図５は、可動体２０の受電コイルを固定体１０の送電コイル１４に対向配置させた場合における固定体１０及び可動体２０の断面図であり、図５（ａ）は固定体１０及び可動体２０を簡略化して示す断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の固定体１０及び可動体２０の等価回路図、図５（ｃ）は図５（ｂ）の可動体２０の直下にない等価コンデンサ１７ａを合成した等価回路図である。この可動体２０は、受電コイル２１、磁性体２２、及び負荷２３を備えている。

受電コイル２１は、固定体１０から供給された電力を受電するためのものである。この受電コイル２１は、送電コイル１４に対して化粧板３を挟んで対向状かつ非接触に配置されることにより、相互誘導作用により送電コイル１４から受電を行なう。

磁性体２２は、受電コイル２１の近傍に配置される。この磁性体２２としては、例えばフェライトやパーマロイ等の公知の磁性体を用いることができる。磁性体２２が受電コイル２１と共に送電コイル１４の近傍に配置されることにより、当該送電コイル１４のインダクタンスを変化させる。

負荷２３は、受電コイル２１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に示すが如きノートＰＣや携帯電話として構成された場合、負荷２３としては、当該ノートＰＣや携帯電話に内蔵されたバッテリや制御回路が該当する。この他、負荷２３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２３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２３を設けると共に、当該負荷２３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５においては負荷２３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２３に対して電力供給を行ってもよい。

（構成−化粧板）
第１の導電板１２と受電コイル２１との相互間に介在する化粧板３は、第１の導電板１２と受電コイル２１とを電気的に絶縁可能な絶縁材料にて構成される。このような絶縁材料としては、例えばポリエステル等の合成樹脂を用いることができる。この絶縁材料は、化粧板３に用いる場合の他、第１の導電板１２における可動体２０側の面や、受電コイル２１における固定体１０側の面に対するコーティング材としても用いることができる。

（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に示すように可動体２０が固定体１０の近傍に配置されていない場合、並設されている各送電コイル１４のインダクタンスはＬｓで共通であり、これらの送電コイル１４、コンデンサ１５、及び第１の導電板１２と第２の導電板１３との合成コンデンサ１７ｂのキャパシタンスはＣｗとなっている。この場合において、交流電源１１から周波数ｆｒの交流電流が供給されると、合成コンデンサ１７ｂと可変コイル１６とで構成される並列共振回路に並列共振が発生する。この場合、可変コイル１６と合成コンデンサ１７ｂとで構成される並列共振回路のインピーダンスが極大となるので、交流電源１１から送電コイル１４及びコンデンサ１５に流れる無効電流を低減することができる。

一方、図５に示したように、可動体２０が固定体１０の近傍に配置された場合、可動体２０の受電コイル２１と対向する位置に配置されている送電コイル１４の近傍の透磁率が磁性体２２の存在により増大するので、送電コイル１４のインダクタンスがＬｓからＬｂへと増大する。このインダクタンスがＬｂに増大した送電コイル１４（以下、「特定送電コイル１４ａ」）と、当該特定送電コイル１４ａに接続されているコンデンサ１５（以下、「特定コンデンサ１５ａ」）とによって、直列共振回路が構成される。この直列共振回路の共振周波数ｆｓは、ｆｓ＝１／（２π√ＬｂＣｓ）で表される。この共振周波数ｆｓが、交流電源１１から供給される交流電流の周波数と等しくなるように、磁性体２２の透磁率及び送電コイル１４のインダクタンスＬｓが設定される。これにより、図５に示すように可動体２０が固定体１０の近傍に配置された場合、可動体２０の受電コイル２１と対向する位置の特定送電コイル１４ａ及び当該特定送電コイル１４ａに接続されている特定コンデンサ１５ａにのみ直列共振が発生する。この場合、当該特定送電コイル１４ａと特定コンデンサ１５ａとのインピーダンスが減少し、他の送電コイル１４及びコンデンサ１５と比較して交流電源１１から大きな電流が流れるため、特定送電コイル１４ａで発生する磁束密度が増大する。その結果、受電コイル２１に鎖交する磁束も増大し、当該受電コイル２１に誘導起電力を発生させる。この受電コイル２１で発生した電流は、負荷２３にて消費される。

また、図５において特定送電コイル１４ａと特定コンデンサ１５ａとを除く他の送電コイル１４及びコンデンサ１５と第１の導電板１２及び第２の導電板１３とを合成した合成コンデンサ（以下、「非特定合成コンデンサ１７ｃ」）のキャパシタンスは、図３における合成コンデンサ１７ｂのキャパシタンスＣｗから特定送電コイル１４ａと特定コンデンサ１５ａとを合成した等価コンデンサ１７ａのキャパシタンスを差し引いた、Ｃｗ’として表すことができる。このＣｗ’は、固定体１０における送電コイル１４及びコンデンサ１５の組の数が多数である場合にはＣｗとほぼ同一とみなせるため、可動体２０が固定体１０の近傍に配置されていない場合と同じ共振周波数ｆｐ、すなわち交流電源１１から出力される周波数ｆｒの交流電流によって、可変コイル１６と非特定合成コンデンサ１７ｃとに並列共振が発生する。一方、固定体１０における送電コイル１４及びコンデンサ１５の組の数が少ない場合には、Ｃｗ’の値はＣｗと同一とはみなせないため、可変コイル１６と非特定合成コンデンサ１７ｃとの並列共振周波数ｆｐは交流電源１１からの出力周波数ｆｒとは異なり、並列共振が発生しないこととなる。この場合は、例えば可変コイル１６のインダクタンスＬｖを変化させ、交流電源１１からの出力周波数ｆｒに並列共振周波数ｆｐを一致させることにより、可変コイル１６と非特定合成コンデンサ１７ｃとに並列共振を発生させることができる。なお可変コイル１６のインダクタンスの制御方法は任意であるが、並列共振が発生している場合には可変コイル１６を流れる電流値が極大値になっていると考えられることから、例えば可変コイル１６を流れる電流値を計測する電流センサ（図示省略）を設け、当該電流センサからの出力値が最大となるように制御部（図示省略）によって可変コイル１６のインダクタンスを常時調整する。これにより、特定送電コイル１４ａ及び特定コンデンサ１５ａ以外の送電コイル１４及びコンデンサ１５と可変コイル１６とで構成される並列共振回路のインピーダンスが極大となるので、交流電源１１から送電コイル１４及びコンデンサ１５に流れる無効電流を低減することができる。

図６は磁性体２２が近傍に配置されていない送電コイル１４の特性を示したグラフであり、図６（ａ）は送電コイル１４の巻数とインダクタンスとの関係を示したグラフ、図６（ｂ）は送電コイル１４の巻数と抵抗との関係を示したグラフである。また、図７は磁性体２２が近傍に配置された場合の送電コイル１４の特性を示したグラフであり、図７（ａ）は送電コイル１４の巻数とインダクタンスとの関係を示したグラフ、図７（ｂ）は送電コイル１４の巻数と抵抗との関係を示したグラフである。図６（ｂ）及び図７（ｂ）に示すように、磁性体２２が送電コイル１４の近傍に配置された場合であっても、当該送電コイル１４の抵抗には変化が無い。従って、電力のロスは増大しない。一方、図６（ａ）及び図７（ａ）に示すように、磁性体２２が送電コイル１４の近傍に配置された場合には、磁性体２２の配置前と比較して約２倍程度までインダクタンスが増大している。

また、図８は、送電コイル１４のインダクタンスを変化させた場合に送電コイル１４に流れる電流値を示したグラフである。この図８に示すように、磁性体２２が送電コイル１４の近傍に配置され、当該送電コイル１４のインダクタンスがＬｂとなった場合には、磁性体２２の配置前のインダクタンスＬｓの場合と比較して電流値が約９倍まで増大している。このように、磁性体２２が近傍に配置されていない他の送電コイル１４と特定送電コイル１４ａとの区別は十分に可能であり、特定送電コイル１４ａから受電コイル２１に向けて確実に送電を行なうことができる。

（実施の形態１の効果）
このように実施の形態１によれば、磁性体２２によりインダクタンスを変化させた送電コイル１４と当該送電コイル１４に接続されているコンデンサ１５とにのみ直列共振を発生させ、当該送電コイル１４から受電コイル２１を介して負荷２３に電力を供給するので、スイッチや複数の電源を用いることなく、受電コイル２１が接近した送電コイル１４に選択的に電力を供給することができるので、高信頼性且つ低コストな電力供給システムを構成することができる。

また、磁性体２２によりインダクタンスが変化していない送電コイル１４と当該送電コイル１４に接続されているコンデンサ１５とについては、これらの送電コイル１４とコンデンサ１５とを合成した合成コンデンサ１７ｂと可変コイル１６とで構成される並列共振回路に並列共振を発生させ、当該並列共振回路のインピーダンスを極大とするので、交流電源１１から送電コイル１４及びコンデンサ１５に流れる無効電流を低減することができる。

また、複数組の送電コイル１４とコンデンサ１５とを設けたので、複数の送電コイル１４のうちの任意の送電コイル１４に対向配置された受電コイル２１を介して、負荷２３に電力を供給することができる。

また、交流電源１１の一方の電極と送電コイル１４とを第１の導電板１２に接続するとともに、交流電源１１の他方の電極とコンデンサ１５とを第２の導電板１３に接続したので、並設された複数の送電コイル１４及びコンデンサ１５と電源とを簡易な構造で接続することができ、製造コストを低減することができる。

また、第１の導電板１２に渦電流防止用のスリット１２ａを設けたので、送電コイル１４が発生させる磁場の変化に起因する渦電流が第１の導電板１２に発生することを抑制し、当該渦電流による第１の導電板１２の発熱を防止することができる。

〔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、第１の導電板１２の一部を送電コイル１４として形成した形態である。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。

（構成−固定体）
図９は実施の形態２に係る固定体１０を示す図であり、図９（ａ）は固定体１０を簡略化して示す断面図、図９（ｂ）は第１の導電板１２を示した平面図である。また、図１０は固定体１０の詳細を示す断面図である。

図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、本実施の形態２に係る固定体１０では、送電コイル１４が第１の導電板１２の一部として構成されている。例えば、レーザーカッターやウォータージェット等の公知の切削手段、あるいはフォトリソグラフィ等のパターン生成技術を用いて、図９（ｂ）に示したような螺旋状のスリットを第１の導電板１２に形成することで、第１導電板と送電コイル１４とを一体的に構成することができる。また、図９（ｂ）に示すように、渦電流が発生する方向と略直交する方向、すなわち送電コイル１４の軸から放射状に広がる方向に沿って、送電コイル１４の周囲にスリット１２ａを設けてもよい。これにより、送電コイル１４が発生させる磁場の変化に起因して送電コイル１４の周囲に誘導起電力が発生しても、このスリット１２ａに遮断されることで渦電流の発生が抑制される。

また、図９（ａ）及び図１０に示すように、コンデンサ１５の一方の電極１５ｂが第２の導電板１３の一部として構成されている。例えば図１０に示すように、第２の導電板１３のうちコンデンサ１５を形成すべき部分に誘電体１５ｃと電極１５ｂとを積層することにより、第２の導電板１３を一方の電極１５ｂとしたコンデンサ１５が構成される。

また、図１０に示すように、第１の導電板１２と第２の導電板１３との間に絶縁材料１８（例えばエポキシ樹脂等の公知の樹脂）を充填するとともに、第１の導電板１２及び第２の導電板１３の表面には仕上材１９（例えばメラミン樹脂等の公知の樹脂）を塗布する。これにより、固定体１０の構造強度を向上させることができる。

（実施の形態２の効果）
このように実施の形態２によれば、第１の導電板１２の一部を送電コイル１４として形成したので、固定体１０の構造を一層簡略化することができ、製造コストを低減することができる。また、送電コイル１４に電流が流れることで発生した熱を第１の導電板１２を介して効率的に放熱することができる。

また、第２の導電板１３の一部をコンデンサ１５の一方の電極１５ｂとしたので、固定体１０の構造を一層簡略化することができ、製造コストを低減することができる。また、コンデンサ１５で発生した熱を第２の導電板１３を介して効率的に放熱することができる。

〔III〕各実施の形態に対する変形例
以上、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。

（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。

（境界面について）
上述の各実施の形態では、電力供給領域１と電力被供給領域２の相互間の境界面が化粧板３である場合を例として説明したが、境界面において送電コイル１４と受電コイル２１との間の絶縁が可能であればよく、例えば実施の形態２において絶縁性の仕上材１９を塗布した第１の導電板１２の表面を境界面としてもよい。あるいは、可動体２０の受電コイル２１における固定体１０と対向する面に設けた絶縁被覆を境界面としてもよい。

（可変コイルについて）
上述の各実施の形態では、固定体１０に可変コイル１６を一箇所設けているが、可変コイル１６を複数個所に設けてもよい。これにより、可変コイル１６に流れる電流を分散することができ、発熱箇所を分散することができる。

この発明に係る電力供給システムは、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利用でき、特に、従来と比較して信頼性を向上させると共に、コストを低減させることができる電力供給システムに有用である。

１ 電力供給領域
２ 電力被供給領域
３ 化粧板
１０ 固定体
１１ 交流電源
１２ 第１の導電板
１２ａ スリット
１３ 第２の導電板
１４ 送電コイル
１４ａ 特定送電コイル
１５ コンデンサ
１５ａ 特定コンデンサ
１５ｂ 電極
１５ｃ 誘電体
１６ 可変コイル
１７ａ 等価コンデンサ
１７ｂ 合成コンデンサ
１７ｃ 非特定合成コンデンサ
１８ 絶縁材料
１９ 仕上材
２０ 可動体
２１ 受電コイル
２２ 磁性体
２３ 負荷

Claims (7)

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送電コイルと、
   前記送電コイルと直列に接続されるコンデンサと、
   前記送電コイル及び前記コンデンサ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、
   前記送電コイル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ことにより、相互誘導作用により当該送電コイルから受電する受電コイルと、
   前記送電コイルの近傍に配置されることにより、当該送電コイルのインダクタンスを変化させる磁性体とを備え、
   前記磁性体を前記送電コイルに近接させて当該送電コイルのインダクタンスを変化させることにより、前記送電コイルと前記コンデンサの直列共振条件を満たした状態で、前記交流電源からの電力供給を行う、
   電力供給システム。
2. 前記固定体は、前記送電コイル及び前記コンデンサと相互に並列接続されるコイルを備え、
   前記磁性体を前記送電コイルに近接させずに当該送電コイルのインダクタンスを変化させないことにより、前記送電コイルと前記コンデンサの直列共振条件を満たさない状態であって、当該送電コイル及び前記コンデンサの合成コンデンサと前記コイルの並列共振条件を満たした状態で、前記交流電源からの電力供給を行う、
   請求項１に記載の電力供給システム。
3. 複数組の前記送電コイルと前記コンデンサとを備える、
   請求項１又は２に記載の電力供給システム。
4. 前記交流電源の一方の電極と前記送電コイルとを接続する第１の導電板と、
   前記交流電源の他方の電極と前記コンデンサとを接続する第２の導電板と、
   を備える請求項３に記載の電力供給システム。
5. 前記第１の導電板の一部を前記送電コイルとして形成した、
   請求項４に記載の電力供給システム。
6. 前記第２の導電板の一部を、前記コンデンサの一方の電極とした、
   請求項４又は５に記載の電力供給システム。
7. 前記第１の導電板に、前記送電コイルが発生させる磁場の変化に起因して前記第１の導電板に発生する渦電流の方向と略直交する方向にスリットを設けた、
   請求項４から６のいずれか一項に記載の電力供給システム。

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