JP2011151900A - 非接触給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】負荷機器に給電するための電源コードの必要長さを従来よりも短くすることを可能にした非接触給電システムを提供する。
【解決手段】床Ｆを形成する床材２が、電気エネルギーを磁気エネルギーに変換する給電装置３を備える。床Ｆの上で使用されるダイニングテーブル１の脚１２には、給電装置３から非接触で受電する受電装置４が設けられる。ダイニングテーブル１の天板１１にはコンセント５が配置され、ダイニングテーブル１の内部には、受電装置４とコンセント５とを接続する電路９が形成される。したがって、ダイニングテーブル１の周辺で使用する負荷機器は、ダイニングテーブル１に設けたコンセント５に接続することにより、短い電源コードで使用可能になる。また、電源コードが使用者の移動の妨げになったり、電源コードに椅子が引っ掛かる可能性が低減される。
【選択図】図１

Description

本発明は、建屋に設置される給電装置と建屋とは別に設けた受電装置との間でエネルギーを非接触で伝達し、受電装置を介して給電装置から負荷機器への電気エネルギーの供給を可能にした非接触給電システムに関するものである。

一般に、電気機器に給電する際には、コンセントや引掛シーリングのような接触式のアウトレットが用いられている。この種のアウトレットは、住宅や事務所ビルや店舗ビルなどの建屋において、床、壁、天井などを形成する化粧材に開口を形成して取り付ける必要があるから、見映えを損なうという問題がある。

この問題を解決する技術として、非接触給電を行うアウトレットを建屋に設けることが提案されている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。特許文献１、２に記載の技術は、壁、天井、床のいずれかを構成する建材に非接触給電部を設けた構成を採用している。非接触給電部は、電気エネルギーを磁気エネルギーに変換する機能を有し、非接触給電部に対向配置される非接触受電部において磁気エネルギーを電気エネルギーに変換することによって、非接触受電部から負荷機器に電力を供給する。

住宅、オフィスビル、店舗ビルなどの建屋では、天井内に配線を敷設し、この配線から分岐させた立ち下げ配線を壁に設けたアウトレット（いわゆる、壁コンセント）に接続している。また、壁からの距離が大きい場所にアウトレットを設ける場合には、床下に敷設した配線を床に設けたアウトレット（いわゆる、フロアコンセントやアップコンセント）に接続している。したがって、特許文献１、２に記載の技術を壁や床に設けた接触式のアウトレットに置き換えて用いると壁や床の見映えが向上する。

特開２００９−１５９６８３号公報 特開２００９−１５９６８５号公報

ところで、上述した特許文献１、２に記載の技術は、接触式のアウトレットに代えて非接触給電を行うアウトレットを提供し、接触式のアウトレットから負荷機器に給電するために必要であったプラグに代えて非接触受電部を用いるというものである。

したがって、非接触式受電部と負荷機器との間では、負荷機器に給電するための電源コードが依然として必要である。たとえば、ダイニングテーブルのような卓上で調理器具のような負荷機器を使用するには、卓上の負荷機器と壁あるいは床との間に電源コードが必要である。

このような電源コードは、見映えを損なうだけではなく、移動の妨げになるから建屋のバリアフリー化を妨げる一因になるという問題を有している。また、比較的長い電源コードが必要であるから、負荷機器を使用できる空間領域が制限されたり、いわゆる延長コードが別に必要になったりするという不便もある。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、負荷機器に給電するための電源コードの必要長さを従来よりも短くすることを可能にした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、非接触で給電する給電装置と、給電装置が配置され建屋における構造物の表面を形成する化粧材と、給電装置から非接触で受電する受電装置と、受電装置を備え受電装置から負荷機器に給電する什器とを備えることを特徴とする。

請求項２の発明では、給電装置が、化粧材の表面に対して非露出に配置されていることを特徴とする。

請求項３の発明では、化粧材が、仕上げ材であることを特徴とする。

請求項４の発明では、化粧材が、取り付け材であることを特徴とする。

請求項５の発明では、什器が、給電装置に対置される部位に受電装置を備えるとともに、什器内に配線された電路を介して受電装置に接続され負荷機器に給電するコンセントを什器から露出する部位に備えることを特徴とする。

請求項６の発明では、什器が、前記給電装置に対置される部位に前記受電装置を備えるとともに、什器内に配線された電路を介して前記受電装置に接続され非接触で給電する２次給電装置を内部に備えることを特徴とする。

請求項７の発明では、負荷機器が２次給電装置から非接触で受電する２次受電装置を内蔵していることを特徴とする。

請求項１の発明の構成によれば、什器に設けた受電装置を用いて建屋に設けた給電装置から非接触で受電し、受電装置から負荷機器に給電するから、負荷機器に電源コードを設けるとしても、負荷機器と什器との間の接続が可能な長さの電源コードがあればよい。つまり、壁や床と負荷機器との間を接続する場合に比較して電源コードの長さを従来よりも短くすることが可能になるという利点がある。その結果、電源コードが移動の妨げになったり、電源コードが絡まるというような、電源コードの存在に起因して生じる問題を解決することができる。

請求項２の発明の構成によれば、給電装置が化粧材の表面に露出しないから、給電装置を備えていない化粧材を用いる場合と同様の仕上げが可能になり、什器の配置が給電装置の有無によって制約されるのを防止することができる。

請求項３の発明の構成によれば、給電装置を仕上げ材に設けているから、建屋において床、壁、天井のように面積が比較的大きい面に給電装置を配置することになり、比較的大きい電力の供給が可能になる。

請求項４の発明の構成によれば、給電装置を取り付け材に設けているから、建屋において巾木、窓額縁、鴨居のように付加的に配置する部材に給電装置を配置するから、既存の取り付け材に代えて給電装置を備える取り付け材を配置することが可能になる。

請求項５の発明の構成によれば、什器にコンセントを設けているから、電源コードを備える既存の負荷機器を用いることが可能である。

請求項６の発明の構成によれば、什器に２次給電装置を設けているから、什器から非接触で給電することが可能になり、電源コードをさらに削減することが可能になる。

請求項７の発明の構成によれば、２次給電装置から非接触で受電する２次受電装置を負荷機器に内蔵しているから、負荷機器は給電用の電源コードが不要になる。

実施形態を示す斜視図である。 同上の断面図である。 同上の他の構成例を示す断面図である。 同上における給電装置の配置例を示す平面図である。 同上に用いる什器の他の構成例を示す斜視図である。 同上のさらに他の構成例を示す斜視図である。

以下に説明する実施形態では、建屋として戸建て住宅を想定し、電気エネルギーを磁気エネルギーに変換する給電装置を建屋内の床に配置する場合を例として説明する。ただし、建屋は戸建て住宅ではなく集合住宅であってもよく、また住宅ではなくオフィスや店舗などの建屋において本発明の技術思想を採用することも可能である。給電装置は、建屋内の床ではなく壁や天井に配置することも可能である。さらに、建屋の内側ではなく建屋の外装あるいは外構において採用することも可能である。

図１、図２に示すように、本実施形態では、什器としてのダイニングテーブル１を床Ｆに置く場合を想定する。また、床Ｆを形成する化粧材としての床材２には、電気エネルギーを磁気エネルギーに変換する給電装置３が配置される。床材２は、フローリング用の板材のほか、コルクタイル、プラスチックタイルなどを用いることもできる。床Ｆは単位寸法に形成された床材２を敷き詰めることにより形成するのが望ましいが、床材２を単位寸法に形成することは必須ではない。

給電装置３は床材２に設けられ、床材２の表面（上面）には非露出となるように配置される。床材２の表面に給電装置３が非露出であることは、給電装置３が床材２に内蔵されているか、あるいは給電装置３が床材２の裏面（下面）に配置されていることを意味している。

ところで、図示するダイニングテーブル１は、天板１１の四隅にそれぞれ脚１２を設けた形状を有している。少なくとも１本の脚１２の下端部には、給電装置３から送り出された磁気エネルギーを受け取って電気エネルギーに変換する受電装置４が収納されている。また、天板１１には天板１１のいずれかの面（図示例では側面）にプラグ差込口が露出するコンセント５が収納される。受電装置４とコンセント５との間は、ダイニングテーブル１の内部に配線された電路９を介して電気的に接続され、受電装置４からコンセント５に電力を供給することが可能になっている。

さらに、図示例では、天板１１の内部に２次給電装置７が収納されている。２次給電装置７は、給電装置３と同様に電気エネルギーを磁気エネルギーに変換する機能を有する。２次給電装置７への電気エネルギーは受電装置４から与えられる。受電装置４と２次給電装置７とは、ダイニングテーブル１の内部に配線された電路９を介して電気的に接続され、受電装置４から２次給電装置７に電力が供給される。給電装置３は受電装置４に対して比較的大きいエネルギー（最大数百Ｗ）を伝達する必要があるが、２次給電装置７は相手側となる２次受電装置８に対して比較的小さいエネルギー（数十Ｗ以下）を伝達することができればよい。なお、２次給電装置７は、天板１１の略全面に配置することができるが、天板１１の一部にのみ設けるようにしてもよい。

この構成では、ダイニングテーブル１の上で、ホットプレートやハンドミキサーのような負荷機器６を使用する場合には、負荷機器６に設けた電源コードの一端に設けられているプラグをコンセント５に差し込めばよい。すなわち、従来から使用している負荷機器６を、壁コンセントにプラグを接続する場合と同様の扱いで使用することができる。ただし、ダイニングテーブル１と壁との間に電源コードが存在しないから、ダイニングテーブル１の周囲での使用者の移動が電源コードで妨げられることがなく、また、電源コードに椅子などを引っ掛ける可能性が低減される。

このように、ダイニングテーブル１に比較的大きい電力を供給可能なコンセント５を設けていることにより、調理器具だけではなく、アイロン、パーソナルコンピュータ、美容装置などの多くの負荷機器６を使用することが可能になる。したがって、ダイニングテーブル１の広いスペースを、家事用の作業台や書斎の机に代えて利用することが可能になる。しかも、コンセント５を設けていることにより、上述の利便性を享受しながらも、電源コードを有した通常の負荷機器６を用いることができる。

一方、負荷機器が２次受電装置８を備えている場合には、天板１１に設けた２次給電装置７から電源コードを用いることなく受電することが可能になる。すなわち、ダイニングテーブル１の卓上に置いて使用する調理器具やパーソナルコンピュータや充電器や電源アダプタのような負荷機器（図示例は携帯電話の充電器を想定している）６であれば、２次受電装置８を設けておくことにより、電源コードを用いることなく電力を得ることが可能になる。また、携帯電話機に２次受電装置８を内蔵させておけば、充電器を用いることなく、携帯電話を卓上に置いておくだけでバッテリの充電が可能になる。

さらに、ダイニングテーブル１において電源を確保することができるから、映像関連機器、空調機器、照明機器、給湯器、音響関連機器、床暖房機器などの各種機器を制御するためのリモコン装置を負荷機器６とすることが可能である。また、インターホン、電話機を統合した通信機器や、通信機器に防犯・防災機器の受信装置を統合した監視装置などを負荷機器６として給電することも可能である。

このように、宅内で最大の机であって、家族が集まりやすいダイニングテーブル１から負荷機器６への給電を可能とすることにより、ダイニングテーブル１を中心としたライフスタイルの構築に寄与することになる。

ところで、給電装置３と受電装置４との間のエネルギーの伝達や、２次給電装置７と２次受電装置８との間のエネルギーの伝達には、電磁誘導の原理を用いるものを採用することができる。すなわち、磁性体にコイルを巻装した一対のカプラを設け、両カプラを磁気結合が可能となるように配置し、一方のカプラに給電するとともに他方のカプラで受電する構成を採用することができる。この構成では、給電側のカプラに巻装したコイルに流す電流を制御することにより、数十ｃｍ程度の距離でも高効率でエネルギーを伝達することができる（６０ｃｍで９０％の効率が確認されている）。

エネルギーの伝達には、近年注目されている磁界共鳴方式あるいは電界共鳴方式を採用してもよい。これらの技術を用いてエネルギーを伝達すれば、１〜２ｍ程度の距離でも高効率でエネルギーを伝達することが可能である（磁界共鳴方式では２ｍで４０％の効率が確認されている）。

ところで、上述の構成では、ダイニングテーブル１の周辺で用いる負荷機器６に給電する場合を例として説明したが、２次給電装置７として比較的遠方まで高効率でエネルギーを伝達することが可能な構成を採用すると、ダイニングテーブル１から離れた場所の負荷機器６に給電することが可能である。

たとえば、図３に示すように、ダイニングテーブル１の上方の天井に負荷機器（図示例では照明器具）６を取り付けている場合に、負荷機器６に２次受電装置８を設けておけば、２次給電装置７から負荷機器６に給電することが可能になる。すなわち、従来は天井内に敷設した配線を天井用の照明器具に接続していたが、図３の構成を採用することにより、床下に敷設した配線から供給された電力を天井用の照明器具に供給することが可能になる。

上述の構成例では、給電装置３を設けた床材２を床Ｆの全面に亘って配置することを想定している。すなわち、給電装置３を備える床材２のみで床Ｆを形成する例を示した。ただし、図４のように、給電装置３を備える床材２により床Ｆの一部を形成し、床Ｆの他の部分は給電装置３を備えていない床材２により形成してもよい。この場合、給電装置３を備える床材２を床Ｆの一部領域に偏在させて配置する場合と、給電装置３を備える床材２を床Ｆの全面に亘って規則的に配置する場合とがある。また、給電装置３を備える床材２を１枚だけ用いることも可能である。給電装置３を備える床材２は、給電装置２を備えていない床材２と表面が区別できないように仕上げておくのが望ましい。図４（ａ）〜図４（ｃ）は、このような配置例を示している。

すなわち、図４（ａ）は、給電装置３を備える床材２（斜線部で示している）と、給電装置３を備えていない床材２とを縞状に配列した場合を示している。また、図４（ｂ）は、給電装置３を備える床材２（斜線部で示している）と、給電装置３を備えていない床材２とを千鳥状に配置した場合を示している（斜線を付した床材２と斜線を付していない床材２とが市松模様をなしている）。さらに、図４（ｃ）は、床Ｆの適宜の箇所にのみ給電装置３を備える床材２（斜線部で示している）を配置している。

図４（ａ）（ｂ）に示す配置例では、床Ｆの略全面において給電装置３から受電することが可能であるにもかかわらず、すべての床材２に給電装置３を設ける場合に比べて、給電装置３の台数を半分程度にすることができる。したがって、利便性を確保しながらも設備費用を低減することが可能になる。また、これらの配置の場合には、受電装置４での受電を容易にするために、図５のように、複数の給電装置３に跨る足板１３を脚１２の下端部に設け、足板１３の中に受電装置４を配置するのが望ましい。あるいはまた、複数の脚１２にそれぞれ受電装置４を配置するとともに、受電装置４の出力を並列に接続しておき、複数の給電装置３から受電することによって、１個の受電装置４で受電する場合よりも受電電力が大きくなるようにしてもよい。

上述の例では、什器としてダイニングテーブル１を例示しており、床Ｆに設けた給電装置３とダイニングテーブル１に設けた受電装置４とを近接して配置するから、比較的高い効率でエネルギーを伝達することが可能である。言い換えると、漏れ磁束が少ないから、電力が無駄に消費されず、通信障害などへの障害が低減される。

なお、什器としては、床置きワゴン、突っ張り家具、間仕切り収納、間仕切り壁なども用いることができる。また、床置きワゴンや間仕切り壁のように移動可能な什器に受電装置４を設けている場合には、場所を選ばずに受電することが可能になる。

たとえば、図６に示すように、室内の壁Ｗに給電装置３を配置し、什器としては、床Ｆと天井Ｃとの間で突っ張ることにより室内に設置される間仕切り壁１ａを設け、間仕切り壁１ａに受電装置４を設けておけば、間仕切り壁１ａに取り付けた負荷機器（図示例では薄型のテレビ）６に給電することが可能になる。

一般に、この種のテレビ６は、壁掛け用の金具が提供されている場合であっても、壁の強度を考慮して床や台の上に置くことが多いが、専用の間仕切り壁１ａを提供することにより、壁掛けの態様で設置することができる。しかも、給電用の電源コードが不要であるから、アンテナ接続用のケーブルが不要であるテレビ６を用いれば、間仕切り壁１ａからケーブル類が引き出されることがなく、見映えよく設置することができる。なお、アンテナ接続用のケーブルが不要なテレビ６としては、表示画面を備えるモニタ装置とアンテナに接続する受信装置とを別装置とし、モニタ装置と受信装置との間で映像信号および音声信号を無線伝送する製品がある。

また、棚の天板の上方に突っ張り用の当て板を設け、当て板を天井に当接させるようにした突っ張り家具であれば、棚の地板や当て板に受電装置４を設けておくことにより、給電装置３と受電装置４との対向面積を比較的大きくとることが可能である。

上述したように、給電装置３は床Ｆだけではなく壁Ｗや天井Ｃにも配置することが可能であるから、床Ｆを形成する床材２に給電装置３を設けるだけではなく、壁Ｗを形成する壁材や天井Ｃを形成する天井材のような仕上げ材に給電装置３を設けてもよい。あるいはまた、巾木、窓額縁、鴨居などの取り付け材に給電装置３を設けてもよい。

また、給電装置３に常時給電していると無駄な電力消費が生じたり、不要輻射による通信障害を生じたりする可能台がある。そこで、常時は、給電装置３と受電装置４との間で間欠的に通信し、受電装置４から給電の必要が生じたときに、給電装置３を連続動作させることにより、受電装置４への給電を行うことが望ましい。また、給電装置３の出力を可変とし、受電装置４からの要求に応じて負荷機器に応じたエネルギーの供給を行うようにすれば、無駄な磁束漏れや電界漏れの発生を抑制することができる。

なお、電気エネルギーを磁気エネルギーに変換する給電装置３を用いている場合には、たとえば、給電装置３を床Ｆに設け、ダイニングテーブル１の天板１１に中継用の磁性体あるいはコイルを配置する構成を採用することが可能である。この場合、中継用の磁性体あるいはコイルにより、給電装置３から発生した磁束の広がりが抑制され、天井付近に配置した負荷機器６に磁気エネルギーを比較的高い効率で伝達することが可能になる。この構成では、負荷機器６には受電装置４を設け、給電装置３から受電装置４に直接給電することになる。

１ ダイニングテーブル（什器）
１ａ 間仕切り壁（什器）
２ 床材（化粧材）
３ 給電装置
４ 受電装置
５ コンセント
６ 負荷機器
７ ２次給電装置
８ ２次受電装置
９ 電路

Claims (7)

1. 非接触で給電する給電装置と、給電装置が配置され建屋における構造物の表面を形成する化粧材と、給電装置から非接触で受電する受電装置と、受電装置を備え受電装置から負荷機器に給電する什器とを備えることを特徴とする非接触給電システム。
2. 前記給電装置は、前記化粧材の表面に対して非露出に配置されてい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. 前記化粧材は、仕上げ材であることを特徴とする請求項１又は２記載の非接触給電システム。
4. 前記化粧材は、取り付け材であることを特徴とする請求項１又は２記載の非接触給電システム。
5. 前記什器は、前記給電装置に対置される部位に前記受電装置を備えるとともに、什器内に配線された電路を介して前記受電装置に接続され前記負荷機器に給電するコンセントを什器から露出する部位に備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の非接触給電システム。
6. 前記什器は、前記給電装置に対置される部位に前記受電装置を備えるとともに、什器内に配線された電路を介して前記受電装置に接続され非接触で給電する２次給電装置を内部に備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の非接触給電システム。
7. 前記負荷機器は前記２次給電装置から非接触で受電する２次受電装置を内蔵していることを特徴とする請求項６記載の非接触給電システム。

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