JP2005072366A - 給電装置 - Google Patents

Abstract

【目的】安全で用途が広く、電飾装置等として既存のシステムに対し容易に後付けできる給電装置を提供する。
【構成】 給電装置１は給電ユニット３と受電ユニット２からなる。給電ユニットは、裏面に磁性体３２のある平板３０の表面に沿って配置した給電側コイル６を交流駆動するもので、受電ユニットは、磁性体２１に受電側コイル５を巻装し、受電側コイルに接続したＬＥＤ４を一体化したもので、給電ユニットの平板上に置かれる。シート状の給電ユニットを既存の装着対象に自由に取り付け、受電ユニットを該シート体上の規定位置に配置すれば、受電側コイルに誘起された電力でＬＥＤが発光する。
【選択図】図３

Description

本発明は、交流電力が供給される給電側コイルと、この給電側コイルの電磁誘導により交流電流が誘起されて電子素子を駆動する受電側コイルとを備えた給電装置に係り、特に給電側コイルと受電側コイルの一方をシート体とし、他方をこのシート体とは別体として該シート体の上に配置できるようにすることで、既存の装着対象に取り付けたシート体の任意の位置に別体を任意に配置して電子素子の駆動による効果を得られるようにしたものである。

電飾装置において電源から発光素子へ電力を供給するための構造としては、導線で電気を導いてコネクタ・ソケット等の機械的接触手段を用いるのが一般的であるが、ごく稀に接触部の保護もしくはショート・感電への対策として磁気を介在させて電力の供給を行なうものもあった。
例えば、特許文献１には、交流電流が流れる配線の近傍に、発光素子が接続されて磁性体に巻装された磁性体を設け、電磁誘導によってこの巻線に交流を発生させて発光素子を駆動するように構成した電飾装置が開示されている。この電飾装置によれば、発光素子の位置や個数が容易に変更可能であり、給電側と発光素子側との間に電気的・機械的接続部がないので安全性が向上する。
特開２００３−１５７７０２号公報

しかしながら、前記特許文献１に開示された電飾装置では、基本設備である交流電流が流れる配線等は既存のシステムに対して付加的に取り付けることが作業上極めて煩雑であり、装備対象に対して電飾を容易かつ安全に自由な位置で後付けで追加できるものではなかった。

そこで、本発明は、安全で多岐にわたる用途への応用・展開が可能な電飾を、電飾の装備対象である既存のシステムに対しても容易かつ安全に自由な位置で後付けで追加できるようにすることを目的としている。

請求項１に記載された給電装置は、給電側コイルと、前記給電側コイルに交流電力を供給する給電部と、前記給電側コイルに近接して配置されて電磁誘導により交流電流が誘起される受電側コイルと、前記受電側コイルに接続された電子素子とを有し、
前記給電側コイルと前記受電側コイルの一方を平板上に形成し、他方を前記平板と別体で前記平板に配置されるように構成したものである。

請求項２に記載された給電装置は、請求項１記載の給電装置において、前記給電側コイルを前記平板に沿って配置し、前記受電側コイルを前記平板に配置される磁性体に巻装するとともに前記電子素子を該磁性体に取り付け、前記受電側コイルに交流電流が誘起されるように前記平板の一面に配置された前記磁性体が前記平板を挟んで前記平板の他面に設けられた磁界結合用磁性体に磁着するように構成されたことを特徴としている。

請求項３に記載された給電装置は、請求項２記載の給電装置において、前記給電側コイルが前記平板の一面に配置され、前記磁性体は前記平板に配置された際に前記給電側コイルを囲む凹部を有しており、前記磁界結合用磁性体は前記平板の他面の全面に設けられていることを特徴としている。

請求項４に記載された給電装置は、請求項２記載の給電装置において、前記給電側コイルが前記平板の他面に配置され、前記磁性体は前記平板の一面に密着する平板形状であり、前記磁界結合用磁性体は前記給電側コイルを囲む凹部を備えていることを特徴としている。

請求項５に記載された給電装置は、請求項２記載の給電装置において、前記給電部が前記給電側コイルに接続されていることを特徴としている。

請求項６に記載された給電装置は、請求項２記載の給電装置において、前記給電側コイルは閉ループを構成しており、前記給電部は磁性体に巻装した電源側コイルと該電源側コイルに接続された電源とを有しており、該給電部を前記平板に配置することによって前記電源側コイルが前記給電側コイルに交流電流を誘起することを特徴としている。

請求項７に記載された給電装置は、請求項１記載の給電装置において、前記受電側コイルを前記平板の一面に沿って配置するとともに前記電子素子を該平板に取り付け、前記給電側コイルを前記平板に配置される磁性体に巻装し、前記受電側コイルに交流電流が誘起されるように前記平板の一面に配置された前記磁性体が前記平板を挟んで前記平板の他面に設けられた磁界結合用磁性体に磁着するように構成されたことを特徴としている。

請求項８に記載された給電装置は、請求項２乃至７記載の給電装置において、前記給電側コイルが巻装された前記磁性体と該磁性体と磁束結合する前記磁界結合用磁性体のいずれか一方又は両方と、前記受電側コイルが巻装された前記磁性体と該磁性体と磁束結合する前記磁界結合用磁性体のいずれか一方又は両方と、前記電源側コイルが巻装された前記磁性体と該磁性体と磁束結合する前記磁界結合用磁性体のいずれか一方又は両方が、磁石であることを特徴としている。

請求項９に記載された給電装置は、請求項１乃至７記載の給電ユニットにおいて、前記給電部が、前記給電コイルを間欠的に駆動し、前記受電コイルと前記給電コイルが近接して前記給電コイルに規定値以上あるいは以下の電流が流れた場合には前記給電コイルの駆動を持続するように構成されたことを特徴としている。

請求項１に記載された給電装置によれば、給電側コイルと受電側コイルの一方を平板として既存の装着対象に取り付け、他方をこの平板とは別体として該平板の上に自由に配置できるので、種々の配置で発光素子を発光させ得る効果の高い電飾を、電飾の装備対象である既存のシステムに対しても容易かつ安全に後付けで設けることができるという効果がある。なお、平板を変形可能な可撓性の材料で構成すれば、既存の装着対象に対する取り付け作業が当該装着対象の形態に関わらず一層容易になる。

請求項２に記載された給電装置によれば、請求項１記載の給電装置の効果において、特に給電側コイルをシート体として既存の装着対象に取り付け、受電側コイルをシート体とは別体として該シート体の上に自由に配置し、配置した受電側コイルと一体の発光素子を配置した位置で発光させることができる。

請求項３に記載された給電装置によれば、請求項２記載の給電装置の効果において、特に受電側コイルの磁性体の凹部で給電側コイルを挟むように該磁性体を平板の上に配置するだけで電子素子を駆動することができる。また、この平板を取付け対象が磁性体の平面であれば、本給電装置の専用の構成部品としての磁界結合用磁性体は不要となり、平板のみを当該取付け対象に取り付ければよい。

請求項４に記載された給電装置によれば、請求項２記載の給電装置の効果において、特に磁界結合用磁性体は受電側コイルの磁性体が設けられる位置にのみ設置すればよく、平板の他面の全面に設ける必要はなく、また受電側コイルの磁性体は平板の一面に密着する平板形状なので電子素子が設けられている側を薄型に構成できる。

請求項５に記載された給電装置によれば、請求項２記載の給電装置の効果において、特に給電側コイルに給電部から直接電力を供給する簡易な構造とすることができる。

請求項６に記載された給電装置によれば、請求項２記載の給電装置の効果において、特に給電側コイルは電源や駆動回路から分離されたシンプルな構造の閉ループとなり、また取付け対象の態様や設置条件等に応じて給電側コイルに対する給電部と受電側コイルの位置を任意に設定することができる。

請求項７に記載された給電装置によれば、請求項１記載の給電装置の効果において、特に受電側コイルをシート体として既存の装着対象に取り付け、給電側コイルをシート体とは別体として該シート体の上に自由に配置してシート側の所定位置に配置した発光素子を発光させることができる。

請求項８に記載された給電装置によれば、請求項２乃至７記載の給電装置の効果において、平板に設けられたコイルと、平板に配置した平板とは別体のコイルの位置関係が磁力によって変化しにくく確実になるという効果がある。

請求項９に記載された給電装置によれば、請求項１乃至７記載の給電装置の効果において、前記受電側コイルと給電側コイルが接近しない場合には間欠的な駆動で電力を節約するとともに、前記受電側コイルと給電側コイルが接近した場合を直ちに検知して前記給電側コイルの駆動を持続することができるという効果がある。

以下、本発明を実施するために特許出願人が出願時点で最良と思う本発明の実施の形態を説明する。
（１）第１の実施の形態（図１〜図５）
図１は第１の実施の形態の給電装置１の構成を示す回路図であり、図２は第１の実施の形態における受電ユニットの斜視図であり、図３は第１の実施の形態において給電ユニットに受電ユニットを載置した状態を示す斜視図であり、図４は第１の実施の形態において給電ユニットに受電ユニットを載置した状態を示す断面図であり、図５は第１の実施の形態の給電部における駆動時の各部の信号波形を示す図である。
本例の給電装置１は、ブロック状の受電ユニット２と、これとは別体で構成され、受電ユニット２とは機械的には接続・結合関係がない平板状（シート状）の給電ユニット３を備えている。

図２及び図４に示すように、受電ユニット２は、下方に突出した脚部２３によって下面側に凹部２２が構成された断面略コ字形の磁性体２１の本体に、受電側コイル５が巻装されたものであり、受電側コイル５には電子素子である発光又は表示素子としてのＬＥＤ４が接続され、該ＬＥＤ４は磁性体２１に搭載されて一体に構成されている。従って、電磁誘導により受電側コイル５に所定の交流電流が誘起されれば、ＬＥＤ４は発光する。なお、磁性体２１の寸法形状（特に脚部２３の高さ又は凹部２２の深さ）は、後述する給電側コイル６の電磁誘導によって受電側コイル５に必要な交流電圧が発生しうるように適切に定めてある。

図３及び図４に示すように、給電ユニット３は、変形可能な可撓性のフィルムである平板３０の一面に給電側コイル６が配置されて被覆外装材３１で覆われたものであり、その他面側には、平板３０と同形状で前記受電ユニット２の磁性体２１に磁着する磁界結合用磁性体３２が取り付けられている。この平板状の磁界結合用磁性体３２は適度に薄く可撓性を有し、平板３０とともにある程度屈曲・変形することができ、取り付け対象の表面形状に沿うことが可能である。なお、被覆外装材３１としては、可撓性の材料が好ましく、例えば高分子被膜材が用いられる。

給電ユニット３の給電側コイル６には、給電側コイル６に交流電流を与える給電部７が接続されている。従って、図３に示すように、受電ユニット２の磁性体２１の凹部２２内に給電側コイル６が位置するように該磁性体２１を平板３０の一面に配置し、反対面にある磁界結合用磁性体３２に磁着させて位置を固定し、給電側コイル６に交流を供給すれば、受電ユニット２の受電側コイル５には巻き数比に応じた交流が流れてＬＥＤ４が発光する。

次に、図１の回路図と図５の波形図を参照し、給電側コイル６を駆動する給電ユニット３の給電部７の具体的な構成と、その作用について説明する。

図１に示すように、給電部７は、電源回路１０（または電源としての電池）と、駆動信号の基準となる信号を発生する発振回路１１と、必要に応じて発振回路１１からの信号を駆動信号に変換する分周回路１２と、計時信号を出力する計時手段であるタイマー回路１３を有している。

さらに、給電部７は、給電側コイル６に規定の電流が流れているか否かを検出するための電流検出回路１４を有している。電流検出回路１４は、基準となる定電圧回路からの規定値の電流と給電側コイル６に流れる電流とを比較し、規定値以下である場合には検出信号を出力するように構成されている。

さらに、給電部７は、給電側コイル６を交流駆動するための駆動回路１５を有している。この駆動回路１５は、複数のスイッチング素子としてのトランジスタからなる駆動ユニット回路を２組有しており、各組が互いに反転された駆動信号で駆動されることによって、給電側コイル６に交流電圧が与えられるように構成されている。

この駆動回路１５を駆動する駆動信号は、前記電流検出回路１４からの検出信号と前記タイマー回路１３からの信号が入力されるＯＲ回路１６の出力と、前記分周回路１２からの信号とが入力されるＡＮＤ回路１７の出力信号によって与えられる。

以上の給電部７の構成によれば、図５（１）に示すように、給電側コイル６は受電側コイル５の近接（受電ユニット２の有無）を検出するためにタイマー回路１３により与えられる信号により間欠的に駆動される。給電側コイル６と受電側コイル５が離れた状態の時には、給電側コイル６には規定値以上の電流が流れる。このため、電流検出回路１４からの出力の反転信号と、タイマー回路１３からの信号を入力されるＯＲ回路１６の出力は、タイマー回路１３により与えられる間欠的な信号となり、給電側コイル６の駆動は一定時間で停止する。

受電ユニット２が給電ユニット３に対して所定の配置、すなわち給電側コイル６と受電側コイル５が密接した規定の状態となると、給電側コイル６には規定値以下の電流しか流れないため保持用Ｆ／Ｆ回路１８により給電コイルの駆動動作は保持される。このため、保持用Ｆ／Ｆ回路１８からは図５（３）に示す信号が出力され、ＯＲ回路１６を経てＡＮＤ回路１７に与えられる。一方で交流駆動のタイミングを計る分周回路１２からの信号もＡＮＤ回路１７に与えられているので、ＡＮＤ回路１７からは所定の駆動タイミングで駆動回路１５に駆動信号が与えられて給電側コイル６の交流駆動が持続される。

給電側コイル６の駆動により、図５（４）に示すように受電側コイル５には、給電側コイル６と受電側コイル５の巻数比により給電側コイル６の駆動電圧よりも高い交流電圧が発生し、図５（５）に示すように受電ユニット２のＬＥＤ４が点灯する。本例では、給電側コイル６に対して数ｋＨｚから数十ｋＨｚの交流電力が供給される。

本例によれば、平坦なフィルム状の給電ユニット３の一面のどの位置に受電ユニット２をおいてもＬＥＤ４が発光するものではなく、給電ユニット３の一面の給電側コイル６が配されている位置において、受電ユニット２を磁性体２１の凹部２２が給電側コイル６を跨ぐように配置しなければ給電側コイル６に交流が流れても電磁誘導は起きず、ＬＥＤ４は発光しない。このような規定の位置に受電ユニット２を置いた場合にのみ給電側コイル６には規定値以上の電流が流れて受電ユニット２の駆動が行なわれる。

本例の給電装置１を電飾装置として既存の対象物に取り付ける場合、その対象物が磁性体であれば、前述した平板状の磁界結合用磁性体３２は使用せず、給電側コイル６を設けた平板３０（フィルム）を対象物に直接取り付ければよい。

本例の給電装置１の一応用例としては、盤面上に所定の配置で設けられた多数の枠に対し、ルールに従ってコマを並べていくようなゲームにおいて、各コマに本例のブロック状の受電ユニット２を設け、盤を平板状の給電ユニット３とする。ここで給電側コイル６の引き回しパターンをゲームの趣向に合わせて各枠に対して種々に変化させて定めておけば、この枠に配置される受電側コイル５（こま）の向きによってＬＥＤ４が点灯したり、点灯しなかったりするところとなり、競技者に強い視覚的影響を与えることができ、前記ルールに従って行なうゲームの興味が深まるという効果がある。

なお、応用例の上記ゲームにおいては、盤に作りこむ給電側コイルは１つだけでなくてもよい。例えば、複数の給電側コイル６を複雑な配置で設けて、配置されるコマの種類と位置・向き等に応じてＬＥＤ４の様々な発光・非発光を実現できる。さらに、１つの給電側コイル６の作用により、近接した他の給電側コイル６の作用を打ち消すように構成することもでき、このようにすれば、ゲームの趣向はさらに複雑になる。

（２）第２の実施の形態（図６）
図６は第２の実施の形態に係る給電装置４１において給電ユニット４３に受電ユニット４２を載置した状態を示す断面図であり、第１の例における図４に相当する図である。
第１の例の受電ユニット２の磁性体２１は磁着側に給電側コイル６が入るための凹部２２が設けられていたが、本例のように給電側コイル６を平板３０の他面（図では下面）に配置して被覆外装材３１で覆い、磁性体５１は平板３０の一面に平行な平板形状として給電ユニット４３側を被覆外装材５３で覆い、平板３０を挟んで受電ユニット４２と反対側にある磁界結合用磁性体５２には給電側コイル６を囲む凹部５４を設けこととしてもよい。

このようにすれば、磁界結合用磁性体５２は受電側コイル５の磁性体５１が設けられる位置にのみ設置すればよく、第１の例のように平板３０の全面に設ける必要はなく、また受電側コイル５の磁性体５１は平板３０の一面に平行な平板形状なのでＬＥＤ４が設けられている受電ユニット４２の全体を薄型に構成でき、前述したゲームなどにおいてこまの代わりにカードを受電ユニット４２で構成することもできる。
なお、本例においても、第１の例と同様の応用例を実現することができる。

（３）第３の実施の形態（図７、図８）
図７は第３の実施の形態の給電装置６１を示す斜視図であり、図８はその回路構成の要部を示す回路図である。
本例の給電装置６１は、第１の実施の形態において、給電側コイルを閉ループの給電側コイル６とし、給電部７は給電側コイル６とは分離した給電ユニット７０として構成している。すなわち、本例の給電ユニット７０は、凹部７１を有する断面略コ字形の磁性体７２に電源側コイル７３を巻装し、該電源側コイル７３に電源７４を接続して該電源７４を磁性体７２と構造上一体化したものであり、この給電ユニット７０を前記平板３０の給電側コイル６を磁性体７２の凹部７１で跨ぐように配置すれば、電源側コイル７３が給電側コイル６に交流電流を誘起することができ、これによって給電側コイル６が所定位置に置かれた受電ユニット２の受電側コイル５に交流を誘起してＬＥＤ４を発光させることができる。

本例によれば、給電側コイル６は電源や駆動回路から分離されたシンプルな構造にできるので製造が容易で取付け対象に取り付ける際に多少曲げても故障が少なく、また取付け対象の態様や設置条件等に応じて給電側コイル６に対する電源ユニット７０と受電ユニット２の位置を任意に設定することができる。

本例の給電装置において、第１の例で説明したように給電側コイル６を設けた平板３０（フィルム）を磁性体である鉄製のドアに直接取り付けた場合には、ドアの外からドアの外面の所定の位置にかぎとなる電源ユニット７０を接触させればドアの内面に設けたＬＥＤ４が発光するように構成することができ、このＬＥＤ４の発光を、所定の接触位置にかざして使用すべきかぎとなる電源ユニット７０を所持する特定の人物がドアの外にいることを示す信号として利用することができる。
なお、本例においても、第１の例と同様の応用例を実現することができる。

（４）第４の実施の形態（図９）
図９は第４の実施の形態における要部を示す回路図である。
本例の給電装置８１は、受電側コイル５を平板３０の一面に沿って配置するとともにＬＥＤ４を該平板３０に取り付け、給電側コイル６を図７に示した第３の例の電源ユニット７０の電源側コイル７３としたものである。すなわち、第３の例である図７において、第３の例の給電側コイル６を本例の受電側コイル５と考え、受電ユニット２はなく、ＬＥＤ４が平板３０に直接取り付けられて受電コイル（すなわち図７の給電側コイル６）に接続されているものと考えればよく、本例では電源側コイル７３が給電側コイルとして受電側コイルに交流を誘起している。
なお、本例においても、第１の例と同様の応用例を実現することができる。

以上説明した実施の形態においては、電子素子として発光素子であるＬＥＤを例示したが、発光素子としてはこれ以外のものでもよく、また電子素子であれば発光素子以外のもの、例えばブザー等の音響素子でもよい。

第１の実施の形態の給電装置の構成を示す回路図である。 第１の実施の形態の給電装置における受電ユニットの斜視図である。 第１の実施の形態の給電装置における受電ユニットと給電ユニットの斜視図である。 第１の実施の形態の給電装置における受電ユニットと給電ユニットの断面図である。 第１の実施の形態の給電装置における駆動時の各部の信号波形を示す図である。 第２の実施の形態の給電装置における受電ユニットと給電ユニットの断面図である。 第３の実施の形態の給電装置の斜視図である。 第３の実施の形態の給電装置の回路図である。 第４の実施の形態の給電装置の回路図である。

符号の説明

１，４１，６１，８１…給電装置
２，４２…受電ユニット
３，４３…給電ユニット
４…電子素子としてのＬＥＤ
５…受電側コイル
６…給電側コイル
７…給電部
２１，５１…受電ユニットの磁性体
２２…磁性体の凹部
２３…磁性体の脚部
３０…平板
３１…平板の被覆外装材
３２，５２…平板の磁界結合用磁性体
５４…平板の磁界結合用磁性体の凹部
７０…電源ユニット
７３…電源側コイル

Claims (9)

1. 給電側コイルと、前記給電側コイルに交流電力を供給する給電部と、前記給電側コイルに近接して配置されて電磁誘導により交流電流が誘起される受電側コイルと、前記受電側コイルに接続された電子素子とを有し、
   前記給電側コイルと前記受電側コイルの一方を平板上に形成し、他方を前記平板と別体で前記平板に配置されるように構成した給電装置。
2. 前記給電側コイルを前記平板に沿って配置し、前記受電側コイルを前記平板に配置される磁性体に巻装するとともに前記電子素子を該磁性体に取り付け、前記受電側コイルに交流電流が誘起されるように前記平板の一面に配置された前記磁性体が前記平板を挟んで前記平板の他面に設けられた磁界結合用磁性体に磁着するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の給電装置。
3. 前記給電側コイルが前記平板の一面に配置され、前記磁性体は前記平板に配置された際に前記給電側コイルを囲む凹部を有しており、前記磁界結合用磁性体は前記平板の他面の全面に設けられていることを特徴とする請求項２記載の給電装置。
4. 前記給電側コイルが前記平板の他面に配置され、前記磁性体は前記平板の一面に密着する平板形状であり、前記磁界結合用磁性体は前記給電側コイルを囲む凹部を備えていることを特徴とする請求項２記載の給電装置。
5. 前記給電部が前記給電側コイルに接続されていることを特徴とする請求項２記載の給電装置。
6. 前記給電側コイルは閉ループを構成しており、前記給電部は磁性体に巻装した電源側コイルと該電源側コイルに接続された電源とを有しており、該給電部を前記平板に配置することによって前記電源側コイルが前記給電側コイルに交流電流を誘起することを特徴とする請求項２記載の給電装置。
7. 前記受電側コイルを前記平板の一面に沿って配置するとともに前記電子素子を該平板に取り付け、前記給電側コイルを前記平板に配置される磁性体に巻装し、前記受電側コイルに交流電流が誘起されるように前記平板の一面に配置された前記磁性体が前記平板を挟んで前記平板の他面に設けられた磁界結合用磁性体に磁着するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の給電装置。
8. 前記給電側コイルが巻装された前記磁性体と該磁性体と磁束結合する前記磁界結合用磁性体のいずれか一方又は両方と、前記受電側コイルが巻装された前記磁性体と該磁性体と磁束結合する前記磁界結合用磁性体のいずれか一方又は両方と、前記電源側コイルが巻装された前記磁性体と該磁性体と磁束結合する前記磁界結合用磁性体のいずれか一方又は両方が、磁石であることを特徴とする請求項２乃至７記載の給電装置。
9. 前記給電部は、前記給電コイルを間欠的に駆動し、前記受電コイルと前記給電コイルが近接して前記給電コイルに規定値以上あるいは以下の電流が流れた場合には前記給電コイルの駆動を持続するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至７記載の給電装置。

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