JP2009159685A - 非接触給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】配電系統による建屋の意匠性および空間性の悪化を防止できるとともに、負荷への電源供給が容易で安全性が高く、さらには複数の非接触給電部を設置した場合でも不必要な電力を消費することなく、省エネルギー化を図ることができる非接触給電システムを提供する。
【解決手段】非接触給電部１０を建屋Ｈの壁、天井、床を構成する壁パネルＰ１、天井パネルＰ２、床パネルＰ３内に複数配置し、非接触給電部１０から非接触で受電した電力を直流機器Ｕへ供給する非接触受電部２０をパネルの各表面Ｐ１ａ、Ｐ２ａ、Ｐ３ａにおいていずれかの非接触給電部１０に対向する位置に配置し、非接触給電部１０から受電側をみたインピーダンスが所定パターンで変化した場合に、当該非接触給電部１０に対向して非接触受電部２０が配置されたことを検出する配置検出手段を駆動制御部Ａに備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、非接触給電システムに関するものである。

従来、住宅やオフィス等の建屋内に配設される配電系統としては、商用電源を供給する交流の配電系統や、商用電源を直流電圧に変換した直流電源を供給する直流の配電系統がある。

これらの建屋内に配設された配電系統は、建屋の壁面、天井面、床面を構成する建材に開口を設け、この開口に設置したコンセントや引掛シーリング等の接触式のアウトレットに、電気機器に直接設けた接触子（導体）または接続線を介して設けた接触子が直接接触することによって、各電気機器へ電源を供給していた（例えば、特許文献１，２参照）。
特開平２−２７６４１２号公報 特開平７−１５８３５号公報

しかし、上記従来の技術では、コンセント等のアウトレットを設置するために、建屋の壁面、天井面、床面に開口を設ける必要があり、さらに設置後の建屋内の見栄えがよくなかった。また、ユーザは、コンセント等のアウトレットに、電気機器の接触子を接続する手間が必要となり、さらには給電のための導体が露出しているので感電の危険があった。そこで、上記接触式のアウトレットの代わりに、高周波磁界を発生する非接触給電部を非接触式のアウトレットとして設置し、非接触給電部が発生する高周波磁界による電磁誘導を利用して非接触給電部から非接触で受電した電力を負荷へ供給する非接触受電部を非接触式給電部に対向して配置する非接触給電システムを用いることが考えられる。

しかし、複数の非接触給電部を設置した場合に、非接触受電部が対向して配置されている非接触給電部と、非接触受電部が対向して配置されていない非接触給電部とを区別できなかった。また、照明器具やセンサ等の各種負荷があるが、使用する負荷に応じて適切な位置に負荷を設置したいという要望があった。また、全ての非接触給電部を常に駆動しておくと、非接触式受電部が配置されていない非接触給電部も駆動するため、不必要な電力を消費し、省エネルギー化を図ることができなかった。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、配電系統による建屋の意匠性および空間性の悪化を防止できるとともに、負荷への電源供給が容易で安全性が高く、さらには複数の非接触給電部を設置した場合でも非接触受電部が対向して配置されている非接触給電部を検出することができる非接触給電システムを提供することにある。

請求項１の発明は、高周波磁界を発生する非接触給電部を建屋の壁または天井または床を構成する建材内または建材の一面に複数配置し、各非接触給電部が発生する高周波磁界による電磁誘導を利用して非接触給電部から非接触で受電した電力を負荷へ供給する非接触受電部を、建材の他面においていずれかの非接触給電部に対向する位置に配置する非接触給電システムにおいて、非接触給電部から受電側をみたインピーダンスが所定パターンで変化した場合に、当該非接触給電部に対向して非接触受電部が配置されたことを検出する配置検出手段を備えることを特徴とする。

この発明によれば、建屋内の負荷に非接触で給電できるので、コンセントや引掛シーリング等のような接触式のアウトレットを建屋に設ける必要がなく、施工を簡略化できるとともに、建材の一面側に給電部材が突出しないので建屋の側壁、天井、床面の見栄えがよくなり、さらには邪魔にもならない。また、ユーザは非接触受電部を非接触給電部に対向して取り付けるだけで負荷を動作させることができるので、使い易いものとなり、さらに給電のための導体が露出していないので感電の危険性がない。また、複数の非接触給電部から、非接触受電部が対向して配置されている非接触給電部を検出することができる。

請求項２の発明は、請求項１において、前記複数の非接触給電部は、前記建材内または建材の一面に格子状に配置されることを特徴とする。

この発明によれば、建材の略全面に非接触式のアウトレット機能を持たせているので、ユーザは使用する負荷に応じて適切な位置に負荷を設置することができ、優れた使い勝手を得ることができる。

請求項３の発明は、請求項２において、前記非接触受電部が対向して配置された前記非接触給電部のみを駆動して高周波磁界を発生させる駆動手段を備えることを特徴とする。

この発明によれば、複数の非接触給電部を設置した場合でも不必要な電力を消費することなく、省エネルギー化を図ることができる。

請求項４の発明は、請求項１乃至３いずれかにおいて、前記配置検出手段は、前記複数の非接触給電部のうち１つのみを駆動する検出可能期間を、駆動する非接触給電部を順次切り換えて一定時間毎に発生させ、検出可能期間において駆動中の非接触給電部から受電側をみたインピーダンスを測定し、当該測定したインピーダンスが所定パターンに変化した場合、当該非接触給電部に非接触受電部が対向して配置されていると判断することを特徴とする。

この発明によれば、各非接触給電部に非接触受電部が対向して配置されているか否かを確実に検出することができる。

以上説明したように、本発明では、配電系統による建屋の意匠性および空間性の悪化を防止できるとともに、負荷への電源供給が容易で安全性が高く、さらには複数の非接触給電部を設置した場合でも非接触受電部が対向して配置されている非接触給電部を検出することができるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
本実施形態の非接触給電システムは、住宅等の建屋Ｈ内に備え付けられ、従来のコンセントや引掛シーリング等の接触式のアウトレットに、電気機器（負荷）に直接設けた接触子（導体）または接続線を介して設けた接触子が直接接触することによって行われる電気機器への電力供給の代わりに、非接触で電気機器へ電力供給を行うものである。

なお、本実施形態においては、建屋Ｈ内の配電系統を直流配電系統で構成しており、最初にこの配電システムの概略について図１０を用いて説明する。

以下に説明する実施形態は、本発明を適用する建物として戸建て住宅の家屋を想定して説明するが、本発明の技術思想を集合住宅に適用することを妨げるものではない。建屋Ｈには、図１０に示すように、直流電力を出力する直流電力供給部１０１と、直流電力により駆動される電気機器である直流機器Ｕ’とが設けられ、直流電力供給部１０１の出力端部に接続した直流供給線路Ｗｄｃを通して直流機器Ｕ’に直流電力が供給される。直流電力供給部１０１と直流機器Ｕ’との間には、直流供給線路Ｗｄｃに流れる電流を監視し、異常を検知したときに直流給電線路Ｗｄｃ上で直流電力供給部１０１から直流機器Ｕ’への給電を制限ないし遮断する直流ブレーカ１１４が設けられる。

直流供給線路Ｗｄｃは、直流電力の給電路であるとともに通信路としても兼用されており、高周波の搬送波を用いてデータを伝送する通信信号を直流電圧に重畳することにより直流供給線路Ｗｄｃに接続された機器間での通信を可能にしている。この技術は、交流電力を供給する電力線において交流電圧に通信信号を重畳させる電力線搬送技術と類似した技術である。

直流供給線路Ｗｄｃは、直流電力供給部１０１を介して宅内サーバ１１６に接続される。宅内サーバ１１６は、宅内の通信網（以下、「宅内網」という）を構築する主装置であり、宅内網において直流機器Ｕ’が構築するサブシステムなどと通信を行う。

図示例では、サブシステムとして、パーソナルコンピュータ、無線アクセスポイント、ルータ、ＩＰ電話機のような情報系の直流機器Ｕ’からなる情報機器システムＫ１０１、照明器具のような照明系の直流機器Ｕ’からなる照明システムＫ１０２，Ｋ１０５、来客対応や侵入者の監視などを行う直流機器Ｕ’からなるインターホンシステムＫ１０３、火災感知器のような警報系の直流機器Ｕ’からなる住警器システムＫ１０４などがある。各サブシステムは、自立分散システムを構成しており、サブシステム単独でも動作が可能になっている。

上述した直流ブレーカ１１４は、サブシステムに関連付けて設けられており、図示例では、情報機器システムＫ１０１、照明システムＫ１０２およびインターホンシステムＫ１０３、住警器システムＫ１０４、照明システムＫ１０５に関連付けて４個の直流ブレーカ１１４を設けている。１台の直流ブレーカ１１４に複数個のサブシステムを関連付ける場合には、サブシステムごとに直流供給線路Ｗｄｃの系統を分割する接続ボックス１２１が設けられる。図示例においては、照明システムＫ１０２とインターホンシステムＫ１０３との間に接続ボックス１２１が設けられている。

情報機器システムＫ１０１としては、壁コンセントあるいは床コンセントの形態で建屋Ｈに先行配置（建屋Ｈの建築時に施工）される直流コンセント１３１に接続される直流機器Ｕ’からなる情報機器システムＫ１０１が設けられる。

照明システムＫ１０２、Ｋ１０５としては、建屋Ｈに先行配置される照明器具（直流機器Ｕ’）からなる照明システムＫ１０２と、天井に先行配置される引掛シーリング１３２に接続する照明器具（直流機器Ｕ’）からなる照明システムＫ１０５とが設けられる。引掛シーリング１３２には、建屋Ｈの内装施工時に施工業者が照明器具を取り付けるか、または家人自身が照明器具を取り付ける。

照明システムＫ１０２を構成する直流機器Ｕ’である照明器具に対する制御の指示は、赤外線リモコン装置を用いて与えるほか、直流供給線路Ｗｄｃに接続されたスイッチ１４１から通信信号を用いて与えることができる。すなわち、スイッチ１４１は直流機器Ｕ’とともに通信の機能を有している。また、スイッチ１４１の操作によらず、宅内網の別の直流機器Ｕ’あるいは宅内サーバ１１６から通信信号により制御の指示がなされることもある。照明器具への指示には、点灯、消灯、調光、点滅点灯などがある。

上述した直流コンセント１３１、引掛シーリング１３２には、任意の直流機器Ｕ’を接続することができ、接続された直流機器Ｕ’に直流電力を出力するから、以下では直流コンセント１３１、引掛シーリング１３２を区別する必要がない場合には「直流アウトレット」と呼ぶ。

これらの直流アウトレットは、直流機器Ｕ’に直接設けた接触子（図示しないプラグの栓刃や導体片等）または接続線を介して設けた接触子が差し込まれる差込式の接続口が器体に開口し、接続口に差し込まれた接触子に直接接触する接触子受けが器体に保持された構造を有しており、接触式で給電を行う。直流アウトレットに接続された直流機器Ｕ’が通信機能を有する場合には、直流供給線路Ｗｄｃを通して通信信号を伝送することが可能になる。直流機器Ｕ’だけではなく直流アウトレットにも通信機能が設けられている。

宅内サーバ１１６は、宅内網に接続されるだけではなく、インターネットを構築する広域網ＮＴに接続される接続口を有している。宅内サーバ１１６が広域網ＮＴに接続されている場合には、広域網ＮＴに接続されたコンピュータサーバであるセンタサーバ２００によるサービスを享受することができる。

センタサーバ２００が提供するサービスには、広域網ＮＴを通して宅内網に接続された機器（主として直流機器Ｕ’であるが通信機能を有した他の機器も含む）の監視や制御を可能にするサービスがある。このサービスにより、パーソナルコンピュータ、インターネットＴＶ、移動体電話機などのブラウザ機能を備える通信端末（図示せず）を用いて宅内網に接続された機器の監視や制御が可能になる。

宅内サーバ１１６は、広域網ＮＴに接続されたセンタサーバ２００との間の通信と、宅内網に接続された機器との間の通信との両方の機能を備え、宅内網の機器に関する識別情報（ここでは、ＩＰアドレスを用いるものとする）の取得の機能を備える。

宅内サーバ１１６は、センタサーバ２００との通信機能を用いることにより、広域網ＮＴに接続された通信端末からセンタサーバ２００を通して宅内の機器の監視や制御を可能にする。センタサーバ２００は、宅内の機器と広域網ＮＴ上の通信端末とを仲介する。

通信端末から宅内の機器の監視や制御を行う場合は、監視や制御の要求をセンタサーバ２００に記憶させ、宅内の機器は定期的に片方向のポーリング通信を行うことにより、通信端末からの監視や制御の要求を受信する。この動作により、通信端末から宅内の機器の監視や制御が可能になる。

また、宅内の機器において火災検知など通信端末に通知すべきイベントが生じたときには、宅内の機器からセンタサーバ２００に通知し、センタサーバ２００から通信端末に対して電子メールによる通知を行う。

宅内サーバ１１６における宅内網との通信機能のうち重要な機能は、宅内網を構成する機器の検出と管理である。宅内サーバ１１６では、ＵＰｎＰ（Universal Plug and Play）を応用して宅内網に接続された機器を自動的に検出する。宅内サーバ１１６はブラウザ機能を有する表示器１１７を備え、検出した機器の一覧を表示器１１７に表示する。この表示器１１７はタッチパネル式もしくは操作部が付設された構成を有し、表示器１１７の画面に表示された選択肢から所望の内容を選択する操作が可能になっている。したがって、宅内サーバ１１６の利用者（施工業者あるいは家人）は、表示器１１７の画面上で機器の監視ないし制御が可能になる。表示器１１７は宅内サーバ１１６とは分離して設けてもよい。

宅内サーバ１１６では、機器の接続に関する情報を管理しており、宅内網に接続された機器の種類や機能とアドレスとを把握する。したがって、宅内網の機器を連動動作させることができる。機器の接続に関する情報は上述のように自動的に検出されるが、機器を連動動作させるには、機器自身が保有する属性により自動的に関係付けを行うほか、宅内サーバ１１６にパーソナルコンピュータのような情報端末を接続し、情報端末のブラウザ機能を利用して機器の関係付けを行うこともできる。

機器の連動動作の関係は各機器がそれぞれ保持する。したがって、機器は宅内サーバ１１６を通すことなく連動動作することができる。各機器について、連動動作の関係付けを行うことにより、たとえば、機器であるスイッチの操作により、機器である照明器具の点灯あるいは消灯の動作を行うことが可能になる。また、連動動作の関係付けはサブシステム内で行うことが多いが、サブシステムを超える関係付けも可能である。

ところで、直流電力供給部１０１は、基本的には、商用電源のように宅外から供給される交流電源ＡＣの電力変換により直流電力を生成する。図示する構成では、交流電源ＡＣは、分電盤１１０に内器として取り付けられた主幹ブレーカ１１１を通して、スイッチング電源を含むＡＣ／ＤＣコンバータ１１２に入力される。ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２から出力される直流電力は、協調制御部１１３を通して各直流ブレーカ１１４に接続される。

直流電力供給部１０１には、交流電源ＡＣから電力が供給されない期間（たとえば、商用電源ＡＣの停電期間）に備えて二次電池１６２が設けられている。また、直流電力を生成する太陽電池１６１や燃料電池１６３を併用することも可能になっている。交流電源ＡＣから直流電力を生成するＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を備える主電源に対して、太陽電池１６１や二次電池１６２や燃料電池１６３は分散電源になる。なお、図示例において、太陽電池１６１、二次電池１６２、燃料電池１６３は出力電圧を制御する回路部を含み、二次電池１６２は放電だけではなく充電を制御する回路部も含んでいる。

分散電源のうち太陽電池１６１や燃料電池１６３は必ずしも設けなくてもよいが、二次電池１６２は設けるのが望ましい。二次電池１６２は主電源や他の分散電源により適時充電され、二次電池１６２の放電は、交流電源ＡＣから電力が供給されない期間だけではなく必要に応じて適時に行われる。二次電池１６２の充放電や主電源と分散電源との協調は、協調制御部１１３により行われる。すなわち、協調制御部１１３は、直流電力供給部１０１を構成する主電源および分散電源から直流機器Ｕ’への電力の配分を制御する直流電力制御部として機能する。なお、太陽電池１６１、二次電池１６２、燃料電池１６３の出力を交流電力に変換し、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２の入力電力として用いる構成を採用してもよい。

直流機器Ｕ’の駆動電圧は機器に応じた複数種類の電圧から選択されるから、協調制御部１１３にＤＣ／ＤＣコンバータを設け、主電源および分散電源から得られる直流電圧を必要な電圧に変換するのが望ましい。通常は、１系統のサブシステム（もしくは１台の直流ブレーカ１１４に接続された直流機器Ｕ’）に対して１種類の電圧が供給されるが、１系統のサブシステムに対して３線以上を用いて複数種類の電圧を供給するように構成してもよい。あるいはまた、直流供給線路Ｗｄｃを２線式とし、線間に印加する電圧を時間経過に伴って変化させる構成を採用することも可能である。ＤＣ／ＤＣコンバータは、直流ブレーカと同様に複数に分散して設けてもよい。

上述の構成例では、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を１個だけ図示しているが、複数個のＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を並設することが可能であり、複数個のＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を設けるときには、負荷の大きさに応じて運転するＡＣ／ＤＣコンバータ１１２の台数を増減させるのが望ましい。

上述したＡＣ／ＤＣコンバータ１１２、協調制御部１１３、直流ブレーカ１１４、太陽電池１６１、二次電池１６２、燃料電池１６３には通信機能が設けられており、主電源および分散電源や直流機器Ｕ’を含む負荷の状態に対処する連携動作を行うことを可能にしている。この通信に用いる通信信号は、直流機器Ｕ’に用いる通信信号と同様に直流電圧に重畳する形式で伝送する。

上述の例では主幹ブレーカ１１１から出力された交流電力をＡＣ／ＤＣコンバータ１１２により直流電力に変換するために、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を分電盤１１０内に配置しているが、主幹ブレーカ１１１の出力側において分電盤１１０内に設けた分岐ブレーカ（図示せず）で交流供給線路を複数系統に分岐し、各系統の交流供給線路にＡＣ／ＤＣコンバータを設けて系統ごとに直流電力に変換する構成を採用してもよい。

この場合、建屋Ｈの各階や各部屋を単位としてＡＣ／ＤＣコンバータを設けることができるから、ＡＣ／ＤＣコンバータを系統別に管理することができ、しかも、直流電力を利用する直流機器Ｕ’との間の直流供給線路Ｗｄｃの距離が小さくなるから、直流供給線路Ｗｄｃでの電圧降下による電力損失を低減させることができる。また、主幹ブレーカ１１１および分岐ブレーカを分電盤１１０に収納し、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２と協調制御部１１３と直流ブレーカ１１４と宅内サーバ１１６とを分電盤１１０とは別の盤に収納してもよい。

本実施形態では、上記配電システムにおいて直流機器へ直流電力を供給する直流配電系統に非接触給電システムを適用しており、図１は建屋Ｈ内の部屋Ｒ１の概略図を示す。部屋Ｒ１は、四方に設けた壁パネルＰ１（図１では、３方の壁パネルＰ１のみを示す）、上方に設けた天井パネルＰ２、下方に設けた床パネルＰ３の各建材によって囲まれている。

そして、壁パネルＰ１、天井パネルＰ２、床パネルＰ３（まとめてパネルＰと称す）内には、非接触給電システムに用いる複数の非接触給電部１０が各々組み込まれており、上記接触式の直流アウトレットである直流コンセント１３１や引掛シーリング１３２等の代わりに、直流電力を供給する非接触式の直流アウトレットを構成している。この非接触給電部１０は、図２に示すように、上記直流供給線路Ｗｄｃを介して供給される直流電力を高周波電力に変換する高周波電力発生回路１１と、高周波電力発生回路１１から高周波電力を供給されることによって高周波磁界を発生する一次コイルＬ１とで構成される。また、壁パネルＰ１、天井パネルＰ２、床パネルＰ３の部屋Ｒ１に面する各側を表面Ｐ１ａ、Ｐ２ａ、Ｐ３ａ（まとめてパネル表面Ｐａと称す）とすると、非接触給電部１０に対向する壁表面Ｐ１ａ、天井表面Ｐ２ａ、床表面Ｐ３ａ上に給電ポイントＸを示す印が施され、部屋Ｒ１内のユーザは視覚的に給電ポイントＸを認識できる。

高周波電力発生回路１１は、内部に具備したスイッチング素子（図示なし）を高周波数でスイッチングさせることで直流電圧を高周波電圧に変換し、当該高周波電圧を一次コイルＬ１の両端に印加して一次コイルＬ１に高周波電流を供給し、一次コイルＬ１は、高周波電流によって高周波磁界を発生する。なお、スイッチング素子を用いて直流電圧を高周波電圧に変換する回路構成については周知であり、説明は省略する。

また、図１に示すように、壁表面Ｐ１ａ、天井表面Ｐ２ａ、床表面Ｐ３ａ上には、直流機器Ｕが設置されている。壁表面Ｐ１ａには、補助照明用のＬＥＤライトＵ１等が設置され、天井表面Ｐ２ａには、主照明用のシーリングライトＵ２、補助照明用のスポットライトＵ３、空調用のファンＵ４、セキュリティシステムに用いる人感センサＵ５、ワイヤレスの通信手段を備えて音出力を行うスピーカＵ６、無線ＬＡＮに用いるアクセスポイントＵ７等が設置され、床表面Ｐ３ａには、補助照明用のスタンドライトＵ８、暖房用のマットヒータＵ９等が設置される。

各直流機器Ｕは、図２に示すように、非接触給電システムに用いる非接触受電部２０と、各直流機器の機能部２１（例えば、照明機能、空調機能、センサ機能、通信機能、スピーカ機能、ＬＡＮのハブ機能、暖房機能等）とを備えている。なお、非接触受電部２０は、直流機器Ｕに機能部２１と一体に組み込まれた構成（図１中の直流機器Ｕ１〜Ｕ８）や、非接触受電部２０を単体で形成し、機能部２１を備える機器本体に電源コードＣＤを介して動作電源を供給する構成（図１中の直流機器Ｕ９）がある。非接触受電部２０を単体で形成した場合、機器本体は非接触給電部１０の位置に関わらず任意に配置でき、非接触受電部２０の着脱も容易に行うことができる。

非接触受電部２０は、壁パネルＰ１、天井パネルＰ２、床パネルＰ３内の各非接触給電部１０に対向する壁表面Ｐ１ａ、天井表面Ｐ２ａ、床表面Ｐ３ａの各位置（給電ポイントＸ）に配置される。この非接触受電部２０は、非接触給電部１０の一次コイルＬ１に電磁気的に結合して、非接触給電部１０が発生した高周波磁界が鎖交すると電磁誘導によって二次電圧が誘起する二次コイルＬ２と、二次コイルＬ２の両端に発生した二次電圧を全波整流する整流部ＤＢと、整流部ＤＢの正側の整流出力に直列接続されたインダクタＬａと、インダクタＬａを介した整流電圧を平滑する平滑コンデンサＣａとで構成され、平滑コンデンサＣａの両端電圧が機能部２１に供給されて、機能部２１の動作電源となる。また、平滑コンデンサＣａの出力にシリーズレギュレータまたはチョッパ回路を設けて定電圧機能を付加してもよい。さらに、図２に破線で示すように、二次コイルＬ２に並列に共振コンデンサＣ２を接続して、一次コイルＬ１からの受電能力を向上させてもよい。

そして、本実施形態では、壁表面Ｐ１ａ、天井表面Ｐ２ａ、床表面Ｐ３ａにおいて非接触給電部１０に対向する位置（給電ポイントＸ）に、非接触受電部２０、および非接触受電部２０を具備した直流機器Ｕを着脱自在に取り付ける取付手段を備えている。

この取付手段は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、非接触給電部１０に設けた磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂと、非接触受電部２０に設けた磁石Ｍ２ａ，Ｍ２ｂとで構成される。非接触給電部１０に設けた磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂは略Ｌ型に各々形成され、一辺がＳ極、他辺がＮ極に各々着磁されており、磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂの互いに異極となる端面同士を対向させて形成される矩形枠の内側に非接触給電部１０を取り付ける。また、非接触受電部２０に設けた磁石Ｍ２ａ，Ｍ２ｂは略Ｌ型に各々形成され、一辺がＳ極、他辺がＮ極に各々着磁されており、磁石Ｍ２ａ，Ｍ２ｂの互いに異極となる端面同士を対向させて形成される矩形枠の内側に非接触受電部２０を取り付ける。

したがって、非接触給電部１０と非接触受電部２０とが壁パネルＰ１、天井パネルＰ２、床パネルＰ３を介して互いに対向したときに、磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂと磁石Ｍ２ａ，Ｍ２ｂとの各異極同士が互いに対向すれば、磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂと磁石Ｍ２ａ，Ｍ２ｂとの間に磁気による吸引力が発生して、非接触受電部２０は、給電ポイントＸ上で非接触給電部１０に対向して正しい取付方向で設置される。取り付け方向が例えば９０度ずれた場合には、磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂと磁石Ｍ２ａ，Ｍ２ｂとの各同極同士が対向し、磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂと磁石Ｍ２ａ，Ｍ２ｂとの間に磁気による反発力が発生して、給電ポイントＸ上で非接触受電部２０を非接触給電部１０に対向して設置することはできない。これは、一次コイルＬ１および二次コイルＬ２の各コア形状に起因して互いの電磁気的な結合が最大となる取付方向があることから、非接触受電部２０を必ず正しい取付方向に設置させるためであり、上述の正しい取付方向とは、一次コイルＬ１と二次コイルＬ２との電磁気的な結合度が最も高くなる方向のことである。このときの磁気による吸引力は、非接触受電部２０を組み込んだ各直流機器Ｕや非接触受電部２０単体を、壁表面Ｐ１ａ、天井表面Ｐ２ａ、床表面Ｐ３ａに取付可能な力を発生する。

したがってユーザは、非接触受電部２０を具備した直流機器Ｕまたは非接触受電部２０単体を給電ポイントＸ上に近付ければ、上記磁気による吸引力によって、非接触受電部２０が非接触給電部１０に対向して正しく取り付けられる。そして、非接触給電部１０が発生する高周波磁界による電磁誘導によって、非接触受電部２０は非接触給電部１０から非接触で受電し、直流機器Ｕの機能部２１へ動作電源を供給する。

また、非接触給電部１０内の一次コイルＬ１と非接触受電部２０の二次コイルＬ２との相対位置および設置環境や、一次コイルＬ１が発生する高周波磁界の周波数および大きさおよび範囲や、磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂおよび磁石Ｍ２ａ，Ｍ２ｂからなる取付手段の構成は、規格によって統一されている。すなわち、上記非接触給電部１０が発生する高周波磁界は、所定の規格に基づく所定周波数、所定強度の磁界が所定範囲内に発生するものであり、パネルＰに非接触給電部１０を設置する位置も所定の規格によって決められており、また上記非接触受電部２０をパネル表面Ｐａに設置する際に、非接触給電部１０との相対位置（距離、方向等）も所定の規格で決められている。したがって、非接触受電部２０が非接触給電部１０から受電する電力は規定の範囲内に収まり、機能部２１の構成を簡略化することができる（例えば、動作可能入力範囲を狭く設計できる等）。

そして図４（ａ）（ｂ）に示すように、複数の非接触給電部１０が、壁パネルＰ１、天井パネルＰ２、床パネルＰ３内に格子状に一定間隔毎に規則正しく配置されており、壁パネルＰ１、天井パネルＰ２、床パネルＰ３の略全面に非接触式のアウトレット機能を持たせているので、上記各部の規格化と併せて、ユーザは使用する直流機器Ｕに応じて適切な位置に直流機器Ｕを容易に設置することができ、優れた使い勝手を得ることができる。

また、非接触給電部１０は、非接触給電部１０の表面をパネル表面Ｐａと面一に配置する形態や、非接触給電部１０をパネルＰ内に組み込む形態があるが、いずれの形態であってもパネル表面Ｐａに給電部材が突出しないので、複数の非接触給電部１０を設置した場合に室内の意匠性および空間性を害することなく、例えば、部屋Ｒ１内の側壁、天井、床の見栄えをよくできる、家具等を壁に密着させて据え付けることが可能になる、邪魔にならない等の効果を奏し得る。

このように、本実施形態では、直流配電システム（図１０参照）において、部屋Ｒ１内の直流機器Ｕに非接触で給電できるので、直流コンセント１３１や引掛シーリング１３２等のような接触式の直流アウトレットを建屋Ｈに設ける必要がなく、施工を簡略化できるとともに、パネル表面Ｐａに給電部材が突出しないので建屋Ｈの側壁、天井、床面の見栄えがよくなり、さらには邪魔にもならない。また、ユーザは使用したい直流機器Ｕを給電ポイントＸに取り付けるだけで直流機器Ｕを動作させることができるので、使い易いものとなり、さらに給電のための導体が露出していないので感電の危険性がない。而して、本実施形態では、配電系統による建屋Ｈの意匠性および空間性の悪化を防止できるとともに、直流機器Ｕへの電源供給が容易で高い安全性を得ることができる。

さらには、非接触給電アウトレットを構成する非接触給電部１０の配置や負荷側の非接触受電部２０の配置、建屋Ｈにおける家具等の備品の配置を自由にできる、所謂レイアウトフリーが実現されている。

また、磁気による吸着力を用いて直流機器Ｕの非接触受電部２０を、壁パネルＰ１、天井パネルＰ２、床パネルＰ３内の非接触給電部１０に対向して取り付けるので、ねじや係止手段等の取付手段を別途設ける必要がなく、構成の簡略化、取付作業の簡易化を図ることができる。

また、ねじ、面ファスナ、吸盤、粘着性樹脂、両面テープ等の取付手段によって、直流機器Ｕや非接触受電部２０単体を壁表面Ｐ１ａ、天井表面Ｐ２ａ、床表面Ｐ３ａに取り付ける構成でもよく、さらにはこれらの取付手段を上記磁石を用いた取付手段と併用してもよい。

さらに、壁パネルＰ１、天井パネルＰ２、床パネルＰ３内に複数の非接触給電部１０を組み込む代わりに、図５に示すように、壁パネルＰ１、天井パネルＰ２、床パネルＰ３の部屋Ｒ１に面しない各裏面Ｐ１ｂ、Ｐ２ｂ、Ｐ３ｂ（まとめてパネル裏面Ｐｂと称す）上に複数の非接触給電部１０を組み込んだシートＹを敷設する構成でもよい。この場合、給電ポイントＸの追加、削除は、シートＹを壁裏面Ｐ１ｂ、天井裏面Ｐ２ｂ、床裏面Ｐ３ｂ上に追加、削除することで行うことができ、レイアウト変更等による給電ポイントの変更を容易に行うことができる。

次に、本実施形態では、複数の非接触給電部１０を建屋Ｈに配置しているが、全ての非接触給電部１０を常時駆動するのではなく、非接触受電部２０が対向して配置されている非接触給電部１０のみを駆動する構成を備えており、図６を用いて以下説明する。

まず、予め決められた所定の数の非接触給電部１０を１つのブロックＢとし（図６では４つの非接触給電部１０ａ〜１０ｄでブロックＢを構成する）、非接触給電部１０ａ〜１０ｄには、リレー３１ａ〜３１ｄの各接点３１１を介して直流供給線路Ｗｄｃから直流電力が各々供給される。そして、リレー３１ａ〜３１ｄの各リレーコイル３１２は、制御電源Ｖｃｃとグランドレベルとの間にトランジスタ３２ａ〜３２ｄの各コレクタ−エミッタを介して接続されており、トランジスタ３２ａ〜３２ｄの各ベースはコントローラ４０の出力部に接続されている。

コントローラ４０は、トランジスタ３２ａ〜３２ｄの各ベースへの出力を個別に制御して、トランジスタ３２ａ〜３２ｄを各々オン・オフさせており、オンしたトランジスタ３２（３２ａ〜３２ｄ）にリレーコイル３１２を接続したリレー３１（３１ａ〜３１ｄ）は接点３１１がオンし、対応する非接触給電部１０（１０ａ〜１０ｄ）に直流電力が供給され、当該非接触給電部１０が駆動される。

そして、上記リレー３１ａ〜３１ｄ、トランジスタ３２ａ〜３２ｄ、コントローラ４０で駆動制御部Ａを構成し、駆動制御部Ａは、各非接触給電部１０から受電側をみたインピーダンスが所定パターンで変化した場合に、当該非接触給電部１０に対向して非接触受電部２０が配置されたことを検出する配置検出手段と、非接触受電部２０が対向して配置された非接触給電部１０の一次コイルＬ１に定格電流を供給して高周波磁界を発生させる駆動手段とを形成している。なお、この駆動制御部Ａは、図１に示すように壁裏面Ｐ１ｂ、天井裏面Ｐ２ｂ、床裏面Ｐ３ｂ上に配置されたり（この場合、パネルＰに開閉自在な扉を設けて、駆動制御部Ａの保守を容易に行えるようにしておく）、あるいは図１０に示す分電盤１１０内に配置される。

まず、コントローラ４０は、４つのトランジスタ３２ａ〜３２ｄのうち１つのみをオンさせる期間を、通常の給電動作中に一定時間毎に生成することで、４つの非接触給電部１０ａ〜１０ｄのうち１つのみを駆動して他を停止させる検出可能期間を、駆動する非接触給電部１０を順次切り換えて一定時間毎に発生させる。すなわち、非接触給電部１０ａのみが駆動する検出可能期間Ｔ１ → 非接触給電部１０ｂのみが駆動する検出可能期間Ｔ２ → 非接触給電部１０ｃのみが駆動する検出可能期間Ｔ３ → 非接触給電部１０ｄのみが駆動する検出可能期間Ｔ４を順次、通常の給電動作中に一定時間毎に発生させ、この動作を繰り返す。

そして、コントローラ４０の入力部は、非接触給電部１０ａ〜１０ｄの各一次コイルＬ１の両端間に接続しており（図２参照）、検出可能期間Ｔ１〜Ｔ４においてコントローラ４０は非接触給電部１０ａ〜１０ｄから受電側を見たインピーダンス（以降、受電側インピーダンスと称す）を各々測定する。この受電側インピーダンスは、非接触給電部１０に対向して非接触受電部２０が設置されていない場合と、非接触給電部１０に対向して非接触受電部２０が設置された場合とでは互いに異なる値となり、コントローラ４０は、受電側インピーダンスが通常値（非接触受電部２０が設置されていない場合の受電側インピーダンス）から所定値（非接触受電部２０が設置された場合の受電側インピーダンス）に変化した場合に非接触受電部２０が設置されたと判断する。非接触受電部２０の設置前と設置後の受電側インピーダンスの変化パターンは、一次コイルＬ１および二次コイルＬ２の各設定（自己インダクタンス、相互インダクタンス等）や、非接触受電部２０および機能部２１の回路構成によって、予め所定のパターンで変化するように設計されており、例えば、非接触給電部１０に対向して金属板や磁性体等が配置された場合には、受電側インピーダンスの変化パターンが上記所定のパターンとは異なるため、コントローラ４０は当該非接触給電部１０を駆動しない。

このように、コントローラ４０は、通常の給電動作中に一定時間毎に発生する検出可能期間Ｔ１〜Ｔ４において、各非接触給電部１０に対向して非接触受電部２０が設置されているか否かを順次判断することができ、検出可能期間Ｔ１〜Ｔ４以外では、非接触受電部２０が対向して設置されている全ての非接触給電部１０を駆動して、非接触受電部２０への通常の給電動作を行う。

つまり、コントローラ４０は図７に示すフローチャートのように、まず４つのトランジスタ３２ａ〜３２ｄのうちいずれか１つのみをオンさせ（Ｓ１）、対応する１つの非接触給電部１０を駆動して、当該非接触給電部１０からみた受電側インピーダンスを測定し（Ｓ２）、当該非接触給電部１０に対向して非接触受電部２０が設置されているか否かを、測定した受電側インピーダンスに基づいて判断する（Ｓ３）。そして、この判断結果に基づいて当該非接触給電部１０の出力調整を行い、非接触受電部２０が設置されている場合には当該非接触給電部１０の駆動状態を継続して定格出力にし、非接触受電部２０が設置されていない場合にはステップＳ１でオンしたトランジスタ３２をオフさせて、当該非接触給電部１０を駆動停止して出力を零にする（Ｓ４）。以降、非接触受電部２０が対向して設置されている全ての非接触給電部１０を駆動する通常給電を行い（Ｓ５）、一定時間の経過後（Ｓ６）に４つのトランジスタ３２ａ〜３２ｄのうち次の１つをオンさせて（Ｓ７）、上記処理Ｓ２〜Ｓ７を繰り返す。

また、検出可能期間Ｔ１〜Ｔ４においては、非接触給電部１０ａ〜１０ｄのうち１つのみを駆動し、他の非接触給電部１０を停止させるため、他の非接触給電部１０に対向して設置された非接触受電部２０には、通常の給電動作中に一定時間毎に受電不可能な期間が生じる。そこで、非接触受電部２０の平滑コンデンサＣａは、この検出可能期間Ｔ１〜Ｔ４においても機能部２１へ給電可能な容量に設定されており、この受電不可能期間における給電動作を補償している。

このように、全ての非接触給電部１０を常時駆動するのではなく、非接触受電部２０が対向して配置されている非接触給電部１０のみを駆動するので、不必要な電力を消費することなく、省エネルギー化を図ることができる。

また、図８に示すように、本実施形態の非接触給電システムを建屋Ｈ内の風呂場Ｒ２や、建屋Ｈの外部に面した箇所に適用してもよい。例えば、風呂Ｒ２の壁パネルＰ１１内に複数の非接触給電部１０を組み込み、壁パネルＰ１１の壁表面Ｐ１１ａには、風呂内照明として用いるＬＥＤライトＵ１１、音声出力を行うスピーカＵ１２、リラックス効果のある香りを発生するアロマ装置Ｕ１３等を各々設置する。また、建屋Ｈの外壁パネルＰ２１にも、複数の非接触給電部１０を組み込み、外壁パネルＰ２１の壁表面Ｐ２１ａには、防犯用のスポットライトＵ１４や、掃除機等の直流機器Ｕ１５の機能部２１に電源コードＣＤを介して動作電源を供給する非接触受電部２０等を設置する。

（実施形態２）
本実施形態の非接触給電システムは、実施形態１と略同様の構成を備えるが、各非接触給電部１０を、壁裏面Ｐ１ｂ、天井裏面Ｐ２ｂ、床裏面Ｐ３ｂ上を移動自在に構成した点が異なる。なお、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。

まず、図３（ａ），（ｂ）に示すように、非接触給電部１０に設けた磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂと非接触受電部２０に設けた磁石Ｍ２ａ，Ｍ２ｂとの各異極同士が、壁パネルＰ１、天井パネルＰ２、床パネルＰ３を介して互いに対向し、磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂと磁石Ｍ２ａ，Ｍ２ｂとの間に磁気による吸引力が発生して、非接触受電部２０は非接触給電部１０に対向して取り付けられる。

そして、図９に示すように、非接触受電部２０を、パネル表面Ｐａ上で移動させると、非接触給電部１０の磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂと非接触受電部２０の磁石Ｍ２ａ，Ｍ２ｂとの間の吸引力によって、非接触給電部１０も非接触受電部２０に引っ張られて、パネル裏面Ｐｂ上を同方向に移動し、給電状態を維持できる。

また、非接触給電部１０のパネル裏面Ｐｂ側、および非接触受電部２０のパネル表面Ｐａ側に車輪（図示なし）を各々設ければ、上記移動を容易に行うことができる。

而して、ユーザは、使用する直流機器Ｕの種類やレイアウト変更等による給電ポイントの変更を容易に行うことができる。

なお、上記実施形態１，２では、図１０に示す配電システムにおいて直流配電系統に非接触給電システムを適用しているが、図示しない交流配電系統に各実施形態と同様の非接触給電システムを適用してもよい。この場合、非接触給電部１０の入力段に商用電源を整流する整流手段を設け、非接触受電部２０の出力段にインバータ装置等のＤＣ／ＡＣ変換装置を設ける。

実施形態１の非接触給電システムの概略構成を示す図である。 同上の非接触給電システムの回路構成を示す図である。 （ａ）は同上の非接触給電部が具備する磁石の配置、（ｂ）は非接触受電部が具備する磁石の配置を各々示す図である。 （ａ）（ｂ）非接触給電部の配置を示す図である。 同上の非接触給電部をシートに組み込んだ構成を示す図である。 同上の駆動制御部の構成を示す図である。 同上の駆動制御部の動作フローチャートを示す図である。 同上の非接触給電システムの別の概略構成を示す図である。 実施形態２の非接触給電システムの概略構成を示す図である。 配電システムの全体構成を示す図である。

符号の説明

Ｈ 建屋
Ｐ１ 壁パネル
Ｐ２天井パネル
Ｐ３ 床パネル
Ｐ１ａ 壁表面
Ｐ２ａ 天井表面
Ｐ３ａ 床表面
１０ 非接触給電部
２０ 非接触受電部
２１ 機能部
Ｕ 直流機器
Ａ 駆動制御部

Claims (4)

1. 高周波磁界を発生する非接触給電部を建屋の壁または天井または床を構成する建材内または建材の一面に複数配置し、各非接触給電部が発生する高周波磁界による電磁誘導を利用して非接触給電部から非接触で受電した電力を負荷へ供給する非接触受電部を、建材の他面においていずれかの非接触給電部に対向する位置に配置する非接触給電システムにおいて、
   非接触給電部から受電側をみたインピーダンスが所定パターンで変化した場合に、当該非接触給電部に対向して非接触受電部が配置されたことを検出する配置検出手段を備えることを特徴とする非接触給電システム。
2. 前記複数の非接触給電部は、前記建材内または建材の一面に格子状に配置されることを特徴とする請求項１記載の非接触給電システム。
3. 前記非接触受電部が対向して配置された前記非接触給電部のみを駆動して高周波磁界を発生させる駆動手段を備えることを特徴とする請求項２記載の非接触給電システム。
4. 前記配置検出手段は、前記複数の非接触給電部のうち１つのみを駆動する検出可能期間を、駆動する非接触給電部を順次切り換えて一定時間毎に発生させ、検出可能期間において駆動中の非接触給電部から受電側をみたインピーダンスを測定し、当該測定したインピーダンスが所定パターンに変化した場合、当該非接触給電部に非接触受電部が対向して配置されていると判断することを特徴とする請求項1乃至３いずれか記載の非接触給電システム。

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