特許 6559162 電力供給システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6559162

(24)【登録日】2019年7月26日

(45)【発行日】2019年8月14日

(54)【発明の名称】電力供給システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/05 20160101AFI20190805BHJP

   H05H 1/30 20060101ALI20190805BHJP

   H05H 1/24 20060101ALI20190805BHJP

【ＦＩ】

   H02J50/05

   H05H1/30

   H05H1/24

【請求項の数】6

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2016-574835(P2016-574835)

(86)(22)【出願日】2016年2月10日

(86)【国際出願番号】JP2016053978

(87)【国際公開番号】WO2016129638

(87)【国際公開日】20160818

【審査請求日】2018年12月27日

(31)【優先権主張番号】特願2015-24504(P2015-24504)

(32)【優先日】2015年2月10日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】514038443

【氏名又は名称】株式会社ＥｘＨ

(73)【特許権者】

【識別番号】399054321

【氏名又は名称】東洋アルミニウム株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000107804

【氏名又は名称】スミダコーポレーション株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106002

【弁理士】

【氏名又は名称】正林 真之

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(72)【発明者】

【氏名】原川 健一

【審査官】 猪瀬 隆広

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−０８９５２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０８６９１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ５０／００− ５０／９０

Ｈ０５Ｈ １／００− １／５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電界結合電力伝送技術を適用した電力供給システムにおいて、
電源からの電力を送電する送電電極と、
前記送電電極と非接触で対向配置されることにより接合容量を形成させ、当該接合容量を介して前記送電電極から送電された電力を受電する受電電極と、
前記接合容量を形成している前記送電電極と前記受電電極との間の空間にプラズマを発生させるプラズマ発生部と、
を備える電力供給システム。

【請求項2】

前記プラズマ発生部は、前記プラズマを発生させるための高圧高周波電源を含む、
請求項１に記載の電力供給システム。

【請求項3】

前記プラズマ発生部により前記送電電極と前記受電電極との間の空間に発生したプラズマを、前記送電電極と前記受電電極との間の当該空間に保持するプラズマ保持部をさらに備える、
請求項１又は２に記載の電力供給システム。

【請求項4】

前記プラズマ保持部は、
前記プラズマ発生部によって前記空間に発生したプラズマを電極からの電子の授受によって消失することを防止することで、当該プラズマを、前記送電電極と前記受電電極との間の空間に保持する機能を有する誘電体を含む、
請求項３に記載の電力供給システム。

【請求項5】

前記プラズマ保持部は、
前記送電電極と前記受電電極との間の空間の周辺部に磁場を形成させ、前記プラズマ発生部により前記空間に生成したプラズマを構成する陽イオン及び電子の進行方向を変化させることにより、当該プラズマを前記空間に保持する、
請求項３又は４に記載の電力供給システム。

【請求項6】

前記プラズマ発生部は、
前記プラズマ発生部によって発生されたプラズマを、マイクロ波又は紫外線によって再加熱する再加熱機能をさらに備える、
請求項２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】

本発明は、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、直列共振または並列共振を利用して非接触給電を行うことができる電界結合技術を用いた電力供給システムを提案した（特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【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】

【0008】

【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】

【0009】

しかしながら、上記特許文献２に記載の電界結合技術を用いた電力供給システムでは、ギャップ間隔が開けられないという問題があり、スライド体に用いる場合には絶縁層や金属板同士のトライボロジーの問題から逃れることが出来ない。

【0010】

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、電界結合技術を用いた電力供給システムにおいて、ギャップ間隔に関わらず安定した電力供給を行うことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上述した課題を解決し目的を達成するため、電力供給システムは次のような構成を取ることができる。

【0012】

本発明の一態様の電力供給システムは、
電源からの電力を送電する送電電極と、
前記送電電極と非接触で対向配置されることにより接合容量を形成させ、当該接合容量を介して前記送電電極から送電された電力を受電する受電電極と、
前記接合容量を形成している前記送電電極と前記受電電極との間の空間にプラズマを発生させるプラズマ発生部と、
を備える。

【0013】

前記プラズマ発生部はさらに、前記プラズマを発生させるための高圧高周波電源を備えることができる。

【0014】

前記電力供給システムは、
プラズマ発生部により前記送電電極と前記受電電極との間の空間に発生したプラズマを、前記送電電極と前記受電電極との間の空間に保持するプラズマ保持部をさらに備えることができる。

【0015】

前記プラズマ保持部は、
前記プラズマ発生部によって前記空間に発生したプラズマを電極からの電子の授受によって消失することを防止することで、当該プラズマを、前記送電電極と前記受電電極との間の空間に保持する機能を有する誘電体を含むことができる。

【0016】

前記プラズマ保持部は、
前記送電電極と前記受電電極との間の空間の周辺部に磁場を形成させ、前記プラズマ発生部により前記空間に発生したプラズマを構成する陽イオン及び電子の進行方向を変化させることにより、当該プラズマを前記空間に保持することができる。

【0017】

前記プラズマ発生部は、
前記プラズマ発生部によって発生されたプラズマを、マイクロ波又は紫外線によって再加熱する再加熱部をさらに備えることができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、電界結合技術を用いた電力供給システムにおいて、接合容量を増大させながら非接触電力供給を行うことができるため、ギャップ間隔に関わらず安定した電力供給を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の基礎となる電界結合電力伝送技術を適用した電力伝送回路の基本回路を示す図である。

【図2】本発明の基礎となる電界結合電力伝送技術が適用される電力供給線路の一実施形態であって、図１の電力伝送回路を適用した電力供給線路の模式図である。

【図3】本発明が適用される電力供給システム、即ち、電界結合非接触電力供給が可能な電力供給システムの回路の各種構成例を示す図である。

【図4】プラズマ発生部とプラズマ発生部とによって構成されるプラズマ放射源の断面構成の概略と、プラズマ発生部の回路の概略とを模式的に例示した図である。

【図5】再加熱部を有するプラズマ放射源の断面構成と回路との概略を模式的に例示した図である。

【図6】プラズマ放射源が受電電極に接続されたときの電極構造の断面構成の概略を模式的に例示した図である。

【図7】プラズマ放射源が受電電極に接続されたときに、プラズマが、磁場によって送電電極と受電電極との間の空間に保持される構成をとった場合の電極構造の、断面構成と回路との概略を模式的に例示した図である。

【図8】図７に例示する電極構造の具体例の変形例を示した図である。

【図9】図６乃至８に例示する電極構造とは異なる電極構造の、断面構成と回路との概略を模式的に例示した図である。

【図10】本発明が適用される電界結合電力伝送回路の構成例を示す図である。

【図11】送電電極と受電電極との間の間隔を保持する方法として、静電的方法によって当該間隔を保持する方法の例を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施形態について説明する。

【0021】

まず、本発明が適用される電力供給システムに共通の基本的概念について説明する。
本発明が適用され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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

このように構成される電力供給システムは、電界結合電力伝送技術を用いることにより固定体から可動体に対して電力を非接触で供給する。
電界結合電力伝送技術は、２枚の金属板（導電性の板）を対向させて、これら２枚の金属板を電極対としてコンデンサ（このようなコンデンサを以下「接合容量」と呼ぶ）を形成した状態で、高周波電流を流すことで非接触の電力電送を実現する技術である。
電界結合電力電送技術を適用した電力電送システムは、電源からの電力を送電する送電部と、送電部から電力を受電して負荷に供給する受電部とを備えている。この場合、送電部の末端に設けた金属板等の電極（以下、「送電電極」と呼ぶ）と、受電部の先端に設けた金属板等の電極（以下、「受電電極」と呼ぶ）とを対向させることで、接合容量が形成される。
電界結合電力電送技術を適用した電力電送システムによれば、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。

【0025】

特に、本発明が適用され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。
なお、共振回路は、並列共振回路には限定されず、直列共振回路でもよい。

【0026】

図１は、本発明の基礎となる電界結合電力伝送技術を適用した電力伝送回路の基本回路を示す図である。

【0027】

図１に示すように、電界結合電力伝送技術を適用した電力伝送回路は、送電部１と受電部２とを備える。

【0028】

電界結合電力伝送技術は、上述したように、対向する２枚の金属板からなる電極対により接合容量Ｃｃを形成した状態で、高周波電流を流すことで非接触の電力電送を実現する技術である。
即ち、電源Ｖｆからの電力を送電する送電部１の末端に金属板の送電電極を取り付け、当該電力を受電して負荷Ｒに供給する受電部２の先端に金属板の受電電極を取り付けて、これら対となる送電電極及び受電電極を対向させて接合容量Ｃｃを形成することで、電界結合電力電送技術が実現される。

【0029】

送電部１は、並列共振回路１１と、トランス１２とを備えるとともに、交流電源Ｖｆに接続され、電力の供給を受けている。
並列共振回路１１は、トランス１２を介して交流電源Ｖｆに接続されるものであり、コンデンサＣ１及びコイルＬ２を備えている。即ち、コンデンサＣ１とコイルＬ２とは、相互に並列に接続されることで、並列共振回路１１が構成される。
さらに、コイルＬ２を二次側巻線として採用し、一次側巻線としてコイルＬ１を採用することで、トランス１２が構成されている。
ここで、コイルＬ１の巻線数：コイルＬ２の巻線数＝１：ｎとされているので、一次側の電圧、即ち交流電源Ｖｆの電圧は、トランス１２においてｎ倍に昇圧されて、並列共振回路１１に印加される。
並列共振回路の両端には、２つの送電電極が接続される。

【0030】

受電部２は、並列共振回路１４と、トランス１５とを備える。
並列共振回路１４は、受電部２の２つの受電電極が接続されるものであり、コンデンサＣ２及びコイルＬ３を備えている。即ち、コンデンサＣ２とコイルＬ３とは、相互に並列に接続されることで、並列共振回路１４が構成される。
さらに、コイルＬ３を一次側巻線として採用し、二次側巻線としてコイルＬ４を採用することで、トランス１５が構成されている。
ここで、コイルＬ３の巻線数：コイルＬ４の巻線数＝ｎ：１とされているので、一次側の電圧、即ち受電電極で受信されて並列共振回路１４に印加された電圧は、トランス１５において１／ｎ倍に降圧されて、負荷Ｒに印加される。

【0031】

図２は、本発明の基礎となる電界結合電力伝送技術が適用される電力供給線路の一実施形態であって、図１の電力伝送回路を適用した電力供給線路の模式図である。

【0032】

図２に示すように、送電部１は、所定方向に棒状に延在する２本の線路の夫々を送電電極２１として機能させている。なお、これらの２本の線路である送電電極２１をまとめて、「非接触電力伝送線路２３」と呼ぶ。
つまり、移動体である受電部２は、２枚の受電電極２２を非接触電力伝送線路２３に対向させるように夫々配置させることで、当該非接触電力伝送電路２３に沿って自在に移動できるように構成されている。この２枚の受電電極２２の夫々と、非接触電力伝送線路２３を構成する２本の送電電極２１の夫々とにより、２つの接合容量Ｃｃ（図１の左側と右側の夫々の接合容量Ｃｃ）が形成される。
つまり、受電部２は、非接触電力伝送線路２３の上を自在に移動することができ、当該非接触電力伝送線路２３の任意の位置で電力を受け取ることができる。

【0033】

ただし、図２に示すように送電電極２１が長い棒状の線路として構成される場合、線間容量Ｃｕを無視することができない。そこで、線間容量Ｃｕと、送電側インダクタＬｕ（図１のコイルＬ２に相当）との間で共振させる。これにより、電力の伝送効率を向上させることができる。
なお、送電側インダクタＬｕの他に、図２に示すように、調整用の送電側インダクタＬｖを入れてもよい（この場合、送電側インダクタＬｕと調整用の送電側インダクタＬｖの並列回路が、図１のコイルＬ２に相当）。さらにまた、調整用の送電側インダクタＬｖは、図２の例では並列に接続されているが、直列に接続されてもよい。

【0034】

図３は、本発明が適用される電力供給システム、即ち、電界結合非接触電力供給が可能な電力供給システムの回路の各種構成例を示す図である。
即ち、本発明が適用される電力供給システムを実現する場合、図３（ａ）乃至（ｔ）のうち任意の回路構成を取ることができる。換言すると、電界結合非接触電力供給を行うためには、図３（ａ）乃至（ｔ）のうち何れかに示す回路を採用することができる。

【0035】

例えば、図３（ａ）に示す電界結合電力電送技術を適用した電力伝送回路は、送電電極及び受電電極を対向させて接合容量Ｃｃを形成することで、送電部１が電源Ｖｆからの電力を受電部２に対し送電を行い、受電部２が当該電力を受電して負荷Ｒに供給する。
なお、図１（ａ）乃至（ｔ）に示す回路は、あくまでも例示であり、電界結合非接触電力供給を行うことが可能であれば任意の構成の回路を採用することができる。

【0036】

ここで、電界結合非接触電力供給を行う場合には、接合容量Ｃｃの大きさによって利用用途が制限されていた。
しかしながら、接合容量Ｃｃを形成している送電電極２１と受電電極２２との間の空間内にプラズマＰを発生させることができるならば、接合容量Ｃｃが極めて大きくなり、利用用途が飛躍的に拡大される。

【0037】

そこで、本実施形態の電力供給システムは、接合容量Ｃｃを形成している送電電極２１と前記受電電極２２との間の空間にプラズマＰを発生させるプラズマ発生部４１を備えることにより、接合容量Ｃｃを増大させながら非接触電力供給を行う。
以下、接合容量Ｃｃを形成している送電電極２１と前記受電電極２２との間の空間にプラズマＰを発生させる方法について説明する。

【0038】

まず、本実施形態において使用するプラズマ源は、大気圧プラズマを用いるものとする。これにより、真空チャンバー等の設備が不要になるため、特別なシールドを使用することなく、接合容量Ｃｃを形成している送電電極２１と前記受電電極２２との間の空間にプラズマＰを発生させることができる。
なお、当該空間にプラズマＰを発生させるに際しては、当該空間に導電性が付与される場合と誘電性が付与される場合とがある。本実施形態では、誘電性が付与される場合が採用される。

【0039】

また、接合容量Ｃｃを形成している送電電極２１と前記受電電極２２との間の空間には誘電性が付与されることから、送電電極２１及び受電電極２２の構造としては、対向する電極（金属板）には絶縁層４５がコーティングされている（図５参照）。これにより、プラズマＰが電極を通して流れて消失してしまうことを防止することができる。
即ち、プラズマＰを構成する電子が、送電電極２１又は前記受電電極２２の材料（金属）を介して流れると、同じくプラズマＰを構成する陽イオンは、電極から電子を受けて中性化するため、プラズマが消失してしまう。しかし、電極板に絶縁層４５を設ければ、電子の移動を阻止できるため、送電電極２１と前記受電電極２２との間の空間に発生したプラズマＰの消失を防止することができる。
なお、プラズマ発生部４１は、プラズマＰを発生させるプラズマ発生源５１を備える構成をとることとしてもよい。当該構成は、図４を参照して説明する。

【0040】

図４は、プラズマ発生源５１とプラズマ発生部４１とによって構成されるプラズマ放射源３１の断面構成の概略と、プラズマ発生源５１の回路の概略とを模式的に例示した図である。

【0041】

図４（a）に示すプラズマ放射源３１は、プラズマ発生部４１と、プラズマ発生源５１とが含まれるように構成される。
プラズマ発生部４１は、石英ガラス管等の耐熱性と絶縁性とを有する導管によって構成される。これにより、プラズマＰが電極を通して流れて消失してしまうことを防止することができる。
プラズマ発生源５１は、金属製のニードル電極４２と、筒状電極４３と、高圧高周波数電源４４とが含まれるように構成される。

【0042】

プラズマ発生部４１の内部にニードル電極４２が挿入された状態で、高圧高周波電源４４により電圧が印加されると、プラズマ発生部４１の内部でプラズマＰが発生する。このとき、プラズマ発生部４１の端部からガスＧが導入されると、プラズマ発生部４１のもう一方の端部からプラズマＰが放射される。
これにより、送電電極２１と前記受電電極２２との間の空間にプラズマ発生部４１が接続されれば、当該空間にプラズマＰを発生させることができる。

【0043】

なお、プラズマ発生部４１の端部から導入されるガスＧとしては、Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、Ｘｅ、Ｋｒ等のアルカリ土類金属のガス、窒素、二酸化炭素、空気、酸素等の分子ガス、ハロゲンガス等を採用することができる。なお、電界結合で使用する場合には、システムが簡易化できるという点で、空気が好適である。

【0044】

図４（ｂ）に示すプラズマ放射源３１は、図４（ａ）の例と同様に、プラズマ発生部４１と、プラズマ発生源５１とが含まれるように構成されるが、プラズマ発生源５１にニードル電極４２は用いられない。
即ち、図４（ｂ）の例では、筒状電極４３ａ及び４３ｂが、プラズマ発生部４１の側面に夫々配置される構成をとる。この状態で、高圧高周波電源４４により電圧が印加されると、プラズマ発生部４１の内部でプラズマＰが発生する。このとき、プラズマ発生部４１の端部からガスＧが導入されると、プラズマ発生部４１のもう一方の端部からプラズマＰが放射される。

【0045】

図４（ｃ）に示すプラズマ放射源３１は、図４に示される他の例と同様に、プラズマ発生部４１と、プラズマ発生源５１とが含まれるように構成されるが、プラズマ発生源５１に加熱コイル４５が用いられる点で、図４に示される他の例と相違する。
プラズマ発生部４１に加熱コイル４５が巻かれた状態で、高圧高周波電源４４により電圧が印加されると、プラズマ発生部４１の内部でプラズマＰが発生する。このとき、プラズマ発生部４１の端部からガスＧが導入されると、プラズマ発生部４１のもう一方の端部からプラズマＰが放射される。

【0046】

なお、プラズマ放射源３１は、プラズマ発生部４１から放出されるプラズマＰを、マイクロ波Ｍ又は紫外線によって再加熱する再加熱部５２をさらに備える構成をとることとしてもよい。当該構成は、図５を参照して説明する。

【0047】

図５は、再加熱部５２を有するプラズマ放射源３１の断面構成と回路との概略を模式的に例示した図である。
図５に示すプラズマ放射源３１は、図４（ａ）に示す構成に、再加熱部５２をさらに備える構成をとる。

【0048】

まず、プラズマ発生部４１に金属製ニードル電極４２が挿入された状態で、高圧高周波電源４４により電圧が印加されると、プラズマ発生部４１の内部でプラズマＰが発生する。このとき、プラズマ発生部４１の端部からガスＧが導入されると、プラズマ発生部４１のもう一方の端部からプラズマＰが放射される。

【0049】

このとき、再加熱部５２によってマイクロ波Ｍが重畳的に放射されると、プラズマＰが再加熱される。これにより、プラズマＰとしての性能を向上させることができる。
当該マイクロ波Ｍによって再加熱されたプラズマＰは、送電電極２１と前記受電電極２２との間の空間に発生する。なお、マイクロ波Ｍの代わりに、又は同時に、紫外線が放射されることとしてもよい。

【0050】

また、上述したように、送電電極２１及び前記受電電極２２は、絶縁層４５でコーティングされているため、プラズマＰが送電電極２１又は前記受電電極２２を通して流れて消失してしまうことを防止することができる。
なお、再加熱部５２は、図５においては図４（ａ）の方式について適用されているが、図４の他の方式（（ｂ）又は（ｃ））においても適用されることができる。

【0051】

図６は、プラズマ放射源３１が受電電極２２に接続されたときの電極構造の断面構成の概略を模式的に例示した図である。
図６（ａ）に示す電極構造の例では、絶縁層４５ｓでコーティングされた金属板からなる送電電極２１と、絶縁層４５ｒでコーティングされた金属板からなる受電電極２２とが平行に配置され、プラズマ放射源３１が絶縁層４５を含む受電電極２２を貫通させて配置されている。
これにより、プラズマ放射源３１のプラズマ発生部４１によって、送電電極２１と前記受電電極２２との間の空間にプラズマＰが発生する。

【0052】

なお、送電電極２１及び受電電極２２の形状は特に限定されず、円形、方形等あらゆる形状の電極を採用することができる。
また、プラズマ放射源３１は、送電電極２１と受電電極２２との両方を貫通させて配置されることとしてもよいし、いずれか一方のみを貫通させて配置されることとしてもよい。
さらに、送電電極２１及び受電電極２２のいずれも貫通させることなく、送電電極２１及び受電電極２２の周囲から、送電電極２１と前記受電電極２２との間の空間にプラズマＰが発生するようにプラズマ放射源３１を配置してもよい。

【0053】

また、図６（ｂ）に示す電極構造の例では、図６（ａ）と比較して、送電電極２１が大きく作成されているため、受電電極２２側が移動可能になっている。
これにより、プラズマ放射源３１が貫通されるように配置された受電電極２２を移動させた状態であっても、プラズマ放射源３１のプラズマ発生部４１は、送電電極２１と前記受電電極２２との間の空間にプラズマＰを発生させることができる。

【0054】

図７は、プラズマ放射源３１が受電電極２２に接続されたときに、プラズマＰが磁場によって送電電極２１と受電電極２２との間の空間に保持される構成をとった場合の電極構造の断面構成と回路との概略を模式的に例示した図である。
図７（ａ）に例示する電極構造では、絶縁層４５ｓでコーティングされた金属板からなる送電電極２１と、絶縁層４５ｒでコーティングされた金属板からなる受電電極２２とが平行に配置され、プラズマ放射源３１は、絶縁層４５を含む受電電極２２を貫通させるように配置されている。ここまでは図６に例示する電極構造と同様の構成であるが、図７（ａ）の例では、さらに、受電電極２２に永久磁石ｍが配置される。

【0055】

即ち、図６に例示する電極構造では、送電電極２１と受電電極２２との間の空間にプラズマＰが発生しても、送電電極２１と前記受電電極２２との間の空間の端部から外部にプラズマＰが逃げてしまうことになる。
これを防止するために、本実施形態ではプラズマＰを保持するためのプラズマ保持部が設けられている。プラズマ保持部は、絶縁層４５ｓでコーティングされた金属板からなる送電電極２１と、絶縁層４５ｒでコーティングされた金属板からなる受電電極２２と、永久磁石ｍとを含む。

【0056】

絶縁層４５ｓ及び４５ｒは、プラズマＰが送電電極２１又は前記受電電極２２を通して流れて消失してしまうことを防止する。また、永久磁石ｍは、受電電極２２、又は送電電極２１及び受電電極２２の端部に配置され、永久磁石ｍによって形成された磁場によってプラズマＰを保持する。
具体的には、図７（ａ）に例示するように、送電電極２１側の電極材に強磁性体の金属（例えば、鉄、Ｎｉ）を採用し、受電電極２２側の電極材に非磁性の金属（例えば、アルミニウム）を採用する。さらに、受電電極２２側の金属電極には、永久磁石ｍを配置される。これにより、送電電極２１と前記受電電極２２との間の空間に同心円状の磁場が形成される。

【0057】

図７（ｂ）は、図７（ａ）の電極構造の平面図である。
図７に例示する電極構造では、図７（ａ）に示すように、非磁性電極板（受電電極２２）上に置かれた永久磁石ｍから強磁性電極板（送電電極２１）を介して磁場が流れ、再度非磁性電極板（受電電極２２）上に置かれた永久磁石ｍに磁場が帰る。
これにより、図７（ｂ）に示すように、プラズマ放射源３１のプラズマ発生部４１によって送電電極２１と前記受電電極２２との間の空間に発生したプラズマＰは、磁場ＨＳに達する。このとき、プラズマＰを構成する電子ｅの進行方向は、磁場ＨＳによって中心方向（プラズマ放射源３１が配置された方向）に変化させられるため、当該電子ｅは、磁場ＨＳから外側に出ることがない。

【0058】

同様に、プラズマＰを構成する陽イオンｃの進行方向は、磁場ＨＳによって中心方向（プラズマ放射源３１が配置された方向）に変化させられるため、当該陽イオンｃは、磁場ＨＳから外側に出ることがない。
なお、再結合により中和化された非帯電粒子Ｕは、磁場ＨＳ及びＨＮの影響を受けることなく磁場ＨＳ及びＨＮの外部に出る。
このようにして、送電電極２１と前記受電電極２２との間の空間の端部から外部にプラズマＰが逃げてしまうことを防止し、平行電極間の電荷密度が保持される。

【0059】

なお、受電電極２２側の金属電極に配置される永久磁石ｍとしては、ネオジウム磁石等の磁力が強力なものが好適である。強力な永久磁石ｍが受電電極２２側の金属電極に配置されることにより、送電電極２１と前記受電電極２２との間の空間に強力な直流磁場が形成されるため、プラズマＰを構成する電子ｅ及び陽イオンｃの進行方向を、中心方向（プラズマ放射源３１が配置された方向）により強力に変化させることができるからである。

【0060】

また、図７に例示する電極構造では、送電電極２１及び受電電極２２の形状には円形が採用されているが、この形状は例示であって限定されない。方形等の任意の形状を採用することができる。

【0061】

図８は、図７に例示する電極構造の具体例の変形例を示した図である。
図８（ａ）は、図８（ｂ）との比較に用いるため、図７（ａ）と同一の電極構造を示している。
図８（ｂ）は、図８（ａ）に対する電極構造の変形例を示している。
即ち、図８（ａ）に示す電極構造の例では、送電電極２１の電極材には強磁性の金属が採用され、受電電極２２側の電極材には非磁性体の金属が採用されているが、図８（ｂ）に示すように、送電電極２１及び受電電極２２のいずれの電極材についても非磁性体の金属を採用してもよい。ただし、この場合は、送電電極２１側に永久磁石ｍｓを配置し、受電電極２２側に永久磁石ｍｒを配置する必要がある。
これにより、送電電極２１と前記受電電極２２との間の空間に同心円状に磁場を形成させることができるため、送電電極２１と前記受電電極２２との間の空間の端部から外部にプラズマＰが逃げてしまうことを防止し、平行電極間の電荷密度が保持される。

【0062】

図９は、図６乃至８に例示する電極構造とは異なる電極構造の、断面構成と回路との概略を模式的に例示した図である。
即ち、図９には、図６乃至８に例示する電極構造とは異なり、受電電極２２自体にプラズマＰを発生させるための高圧高周波電源４４を配置した場合の電極構造が例示されている。

【0063】

図９（ａ）の電極構造の例では、送電電極２１と、プラズマＰを発生させるための高圧高周波電源４４を備える同心円状の２つの受電電極２２ａ及び２２ｂとが平行して配置されている。また、送電電極２１と受電電極２２ａ及び２２ｂとの間には、絶縁層４５ｓと絶縁層４５ｒとが配置され、受電電極２２ｂの中央部にはガスＧの導入口が設けられている。なお、送電電極２１は絶縁層４５ｓによってコーティングされ、受電電極２２ａ及び２２ｂは絶縁層４５ｒによってコーティングされている。
また、絶縁層４５ｓと４５ｒとの夫々には、永久磁石ｍｓとｍｒとの夫々が配置され、当該導入口と同じ位置の絶縁層４５ｒに開けられた開口を通してガスＧが導入される。

【0064】

同心円状の２つの受電電極２２ａ及び２２ｂに高圧高周波の電圧が印加されると、送電電極２１と前記受電電極２２との間の空間にプラズマＰが発生する。
また、絶縁層４５ｓと４５ｒとの夫々の周囲には、永久磁石ｍｓ及びｍｒが配置されているため、図７の例と同様に、磁場ＨＳとＨＮの存在によって受電電極２２ｂの中央部のイオン密度が高く保たれ、プラズマＰが当該空間に保持される。
なお、送電電極２１は、金属製の電極素材によって構成される。これにより、受電電極２２ａ又は２２ｂとの間で電界結合による電力伝送が行われる。

【0065】

図９（ｂ）の電極構造の例では、強磁性の金属板からなる送電電極２１と、プラズマＰを発生させるための高圧高周波電源４４を備える同心円状の２つの受電電極２２ａ及び２２ｂとが、平行して配置されている。また、接合容量Ｃｃを形成する、送電電極２１と、受電電極２２ａ及び２２ｂとの間には、絶縁層４５ｓと絶縁層４５ｒとが配置されている。
また、絶縁層４５ｒには、永久磁石ｍが配置されているが、図９（ａ）とは異なり、受電電極２２ｂの中央部にはガスＧの導入口が設けられていない。
このため、送電電極２１と前記受電電極２２との間の空間に存在するガスＧをプラズマ化させる方法が採用されている。

【0066】

この場合、ガスＧを導入させることなく同じガスＧに電圧をかけてプラズマ化するため、ガスＧの温度が上がる。このため、絶縁層４５ｓ及び４５ｒには、耐熱材が用いられる必要がある。
また、図９（ｂ）の例では、送電電極２１の電極材として強磁性の金属が用いられるため、永久磁石ｍは、受電電極２２側にのみ配置されているが、送電電極２１側の電極材に強磁性の金属を用いることなく、図９（ａ）の例と同様に送電電極２１側及び受電電極２２側の両方に永久磁石ｍｓ及びｍｒを配置する方法を採用してもよい。

【0067】

なお、図９（ａ）及び（ｂ）の電極構造の例では、永久磁石ｍを付けたものであるが、これは例示に過ぎない。永久磁石ｍを配置しない電極構造を採用することもできる。当該電極構造は図９（ｃ）を参照して説明する。

【0068】

図９（ｃ）は、電極構造に永久磁石ｍを採用しない方法の例として、送電電極２１上にファブリック素材が配置された場合の電極構造を示している。
ファブリック素材としては、例えば、絨毯やカーペットの様に、表面が起毛で構成された素材が好適である。

【0069】

上述したように、本実施例におけるプラズマ源は、大気圧プラズマが採用されているため、ガスＧの導入量を増やすことにより、ガスＧの分子温度を殆ど上昇させることなく、電子温度のみが高い状態を作り出すことができる。これにより、分子温度の上昇に伴うファブリック素材の損傷を防ぐことができるとともに、ファブリック素材の隙間における電子密度が高められることから、送電電極２１と受電電極２２とによって形成される接合容量Ｃｃを高めることができる。

【0070】

なお、ファブリック素材の絶縁性は特に限定されない。絶縁性であってもよいし、導電性であってもよい。
また、送電電極２１を構成する金属板に、導電性のファブリック材を接合させ、当該導電性のファブリック素材の周囲を絶縁性の材料によってコーティングさせる構成をとってもよい。

【0071】

図１０は、本発明が適用される電界結合電力伝送回路の構成例を示す図である。
図１０（ａ）は、本発明が適用される電界結合電力伝送回路の断面構成の概略を模式的に示した図である。
図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に例示する回路の平面図である。

【0072】

図１０に例示する電界結合電力伝送回路の例では、プラズマ発生源５１を備える受電電極２２及びスルホース付電極６１を並べるように１対配置し、これに１対の送電電極２１を対向させるように配置することにより、１対の接合容量Ｃｃが形成されている。
なお、送電電極２１の夫々には絶縁層４５ｓがコーティングされており、受電電極２２及びスルホース付電極６１の夫々には絶縁層４５ｒがコーティングされており、スルホース付電極６１はスルホース６２によって中心部が貫通している。また、各送電電極２１は、各送電電極２１をコーティングする絶縁層４５ｓを介して繋がっている。

【0073】

また、送電電極２１には非接触電力供給用の電源Ｖｆが接続されており、受電電極２２には負荷Ｒが接続されている。
このような構成において、高圧高周波電源４４により電圧が印加されると、送電電極２１と受電電極２２との間の空間にプラズマＰが発生する。このとき、スルホース付電極６１のスルホース６２からガスＧ１が導入されると、プラズマＰは送電電極２１と受電電極２２との間の空間に行き渡り、最終的には中和化されたガスＧ２が、送電電極２１と受電電極２２との間の空間の端部から放出される。
なお、図１０には図示していないが、負荷Ｒには、整流回路、平滑回路を設けることにより、直流が出力される構成としてもよい。

【0074】

また、各受電側電極の夫々は、中央に絶縁して配置したスルホース電極６１と受電電極２２との間に、プラズマＰを発生させるための高圧高周波電源４４を備える回路を有しているが、当該回路は、電力伝送用の回路とは独立した回路となっている。
なお、プラズマＰを発生させるための電力には、接合容量Ｃｃを介して受電された電力の一部が用いられる構成としてもよい。

【0075】

なお、図１０に示す例では、電界結合用の回路として、図３（ａ）の回路が採用されているが、これは例示に過ぎない。上述したように、図３（ｂ）乃至（ｔ）の夫々の回路のいずれを採用してもよい。
また、図１０に示す例では、プラズマＰを発生させるための回路を受電部２に設ける構成をとっているが、送電部１に当該回路を設ける構成をとることとしてもよい。

【0076】

次に、送電電極２１と受電電極２２との間の空間（間隔）を保持する方法（以下「浮上方法」と呼ぶ）について説明する。
浮上方法としては、別途設けたタイヤとレールを用いることにより、大まかに間隔を保持し、受電側の電極をフリーにした時には、浮上方法として、例えば以下の浮上方法（ａ）乃至（ｆ）のうち少なくとも１つを採用することができる。

【0077】

即ち、（ａ）センサーを用いて距離を測定し、アクチュエータによって電極の位置を保持する方法、（ｂ）ガスＧの導入口からの空気圧で上部電極を浮かせる方法、（ｃ）静電的方法で間隔を保持する方法、（ｄ）磁気的方法で間隔を保持する方法、（ｅ）超音波浮上力を用いて間隔を保持する方法、（ｆ）磁石を高速で回転させることにより磁気及び機械的方法で間隔を保持する方法のうち、少なくとも１つを採用することができる。

【0078】

さらに、タイヤやレール等の他の保持方法を用いることなく、送電電極２１と受電電極２２との間に直接力を加えることにより、浮上させる方法を採用することもできる。なお、この場合には、上述の浮上方法（ｂ）乃至（ｆ）のうち少なくとも１つを併用することができる。

【0079】

図１１は、上述した浮上方法のうち、浮上方法（ｃ）の静電的方法で間隔を保持する方法の例を説明する図である。
即ち、図１１には、浮上方法の一例として、静電吸着によって、上部に配置された送電レール（送電部１）に、移動体（受電部２）が、静電力ｄによってぶら下げられている方法が示されている。
具体的には、静電力ｄによってぶら下げられている移動体（受電部２）に取付けられた距離センサ５４のデータが、送電レール（送電部１）に送られると、直流電圧が可変させられる。これにより、送電レール（送電部１）と移動体（受電部２）との間隔が最適の状態で保持される構成となっている。

【0080】

図１１の例では、十分な伝送速度が保たれた通信環境の下であれば、通信ユニット５３ｓ及び５３ｒを介することにより、送電レール（送電部１）と移動体（受電部２）との間隔を調整するのための応答性に問題は生じない。しかしながら、当該応答性を担保するために、送電レール（送電部１）側に、別途センサを配置することにより、直接直流電圧を変化させることとしてもよい。
また、静電吸着において用いられた電極を、そのまま電界結合における電力供給のための電極として用いることにより電力を供給することとしてもよい。

【0081】

さらに、静電吸着によって電力が対向している、送電電極２１と受電電極２２との表面を絶縁処理することにより、送電電極２１と受電電極２２との間の空間（静電力ｄが生じている空間）に、プラズマを発生させる構成をとってもよい。

【0082】

プラズマを発生させる方法としては、図４又は図５を参照して上述した方法を採用することとしてもよいが、例えば、紫外線レーザー（真空紫外）を電極間で多重反射（ファブリペロー共振）させることにより、プラズマを発生させる方法を採用してもよい。
なお、プラズマを発生させるために紫外線レーザーを用いる場合、絶縁層では紫外光が吸収されてしまう。このため、絶縁層でコーティングされている電極面とは別のガス導入口に並行平板アルミニウム面（鏡面研磨）を設け、当該並行平板アルミニウム面においてファブリペロー共振をさせることによりプラズマを発生させ、対向する電極面に当該プラズマを発生させる方法を採用することとしてもよい。換言すると、当該方法は、図４のプラズマ発生方法を紫外線レーザーで行う方法であるといえる。

【0083】

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

【0084】

例えば、図５乃至１０に示す例では、図面上部に配置されたの電極を受電電極とし、図面下部に配置された電極を送電電極とする構成となっているが、これは例示に過ぎず、特に限定されない。即ち、図面上部に配置されたの電極を送電電極とし、図面下部に配置された電極を受電電極とする構成を採用することとしてもよい。

【0085】

以上をまとめると、本発明が適用される電力供給システムは、次のような構成を取れば足り、上述の各種実施形態を含め、各種各様の実施形態を取ることができる。

【0086】

即ち、本発明が適用される電力供給システムは、
電源からの電力を送電する送電電極（例えば図２の送電電極２１）と、
前記送電電極と非接触で対向配置されることにより接合容量を形成させ、当該接合容量を介して前記送電電極から送電された電力を受電する受電電極（例えば図２の受電電極２２）と、
前記接合容量を形成している前記送電電極と前記受電電極との間の空間（例えば図６（ａ）における送電電極２１と受電電極２２との間の空間）にプラズマを発生させるプラズマ発生部（例えば図４のプラズマ発生部４１）と、
を備える。

【0087】

このように、送電電極と受電電極との間（電極間）にプラズマを発生させることにより、接合容量における静電容量を大きくすることが可能となり、多少のギャップ間隔があっても効率的に電力送電することができる。

【0088】

また、前記プラズマ発生部は、前記プラズマを発生させるための高圧高周波電源（例えば図４の高圧高周波電源４４）を備える。

【0089】

また、前記プラズマ発生部により前記送電電極と前記受電電極との間の空間に発生したプラズマを、前記送電電極と前記受電電極との間の空間に保持するプラズマ保持部（例えば図５の絶縁層４５や図７の永久磁石ｍ）をさらに備える。

【0090】

また、前記プラズマ保持部は、
前記プラズマ発生部によって前記空間に発生したプラズマを構成する電子の移動を防止することで、当該プラズマを、前記送電電極と前記受電電極との間の空間に保持する機能を有する誘電体（例えば図５の絶縁層４５）を含む。

【0091】

また、前記プラズマ保持部は、
前記送電電極と前記受電電極との間の空間に磁場を形成させ（例えば図７の永久磁石ｍ）、前記プラズマ発生部により前記空間に発生したプラズマを構成する陽イオン及び電子の進行方向を変化させることにより、当該プラズマを前記空間に保持する。

【0092】

これにより、電極間の電界をプラズマで誘導して中心部に閉じ込めることが出来るため、接合容量を増大させながら非接触電力供給を行うことができる。また、外部に対する電磁波放射も低減化させることできる。

【0093】

また、前記プラズマ発生部は、
前記プラズマ発生部によって発生されたプラズマを、マイクロ波又は紫外線によって再加熱する再加熱部（例えば図５の再加熱部５２）をさらに備える。

【0094】

これにより、プラズマとしての性能を向上させることができる。

【符号の説明】

【0095】

１・・・ 送電部
２・・・ 受電部
１１・・・ 並列共振回路
１２・・・ トランス
１４・・・ 並列共振回路
１５・・・ トランス
２１・・・ 送電電極
２２、２２ａ、２２ｂ・・・ 受電電極
２３・・・ 非接触電力伝送線路
３１・・・ プラズマ放射源
４１・・・ プラズマ発生部
４２・・・ ニードル電極
４３、４３ａ、４３ｂ・・・ 筒状電極
４４・・・ 高圧高周波電源
４５、４５ｓ、４５ｒ・・・ 絶縁層
４６・・・ 加熱コイル
５１・・・ プラズマ発生源
５２・・・ 再加熱部
５３、５３ｓ、５３ｒ・・・ 通信ユニット
５４・・・ 距離センサ
６１・・・ スルホース付電極
６２・・・ スルホース
ｃ・・・ 陽イオン
ｅ・・・ 電子
ｆ・・・ ファブリック素材
Ｇ、Ｇ１、Ｇ２・・・ ガス
ＨＳ、ＨＮ・・・ 磁場
Ｍ・・・ マイクロ波
ｍ、ｍｒ、ｍｓ・・・ 永久磁石
Ｐ・・・ プラズマ
Ｕ・・・ 非帯電粒子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】