JP6416058B2

JP6416058B2 - 屋外給電装置

Info

Publication number: JP6416058B2
Application number: JP2015171705A
Authority: JP
Inventors: 松田　宏; 宏松田; 尚久太田
Original assignee: Lixil Corp
Current assignee: Lixil Corp
Priority date: 2015-09-01
Filing date: 2015-09-01
Publication date: 2018-10-31
Anticipated expiration: 2035-09-01
Also published as: JP2017050954A

Description

本発明は、屋外の電気設備に電力を供給する屋外給電装置に関する。

従来から、磁界共鳴を利用して電力を非接触給電する給電装置が知られている。この種の給電装置を開示するものとして例えば特許文献１がある。特許文献１には、床材や壁材等の建築部材に送電コイルを配置し、屋内空間の任意の位置で家電等の負荷に非接触給電を行う技術が開示されている。

国際公開第２０１２／１３３７６２号

ところで、屋内の給電装置から屋外の照明装置等の電気設備に給電する場合、屋外の電気を供給するための配線工事等を行う必要がある。特許文献１に開示される技術では屋内の電気設備に電力を供給することを想定し、送電コイルは屋内空間の最内層に位置する建材と屋外に面する最外層に位置する建材の間に設定されている。そのため、磁界共鳴方式を用いても、外壁から離れた場所に設置される電気設備に十分な電力を供給することはできなかった。

本発明は、建築物から離れた場所にある屋外の電気設備であっても、大規模な配線工事等を行うことなく屋内の電源を利用して給電できる屋外給電装置を提供することを目的とする。

本発明は、屋内（例えば、後述の屋内２）の電源（例えば、後述の電源３０）に接続される送電コイル（例えば、後述の送電コイル５１）を有する送電器（例えば、後述の送電器５０）と、屋外（例えば、後述の屋外３）に設置される建材（例えば、後述のタイル８０ａ、門柱２０及び壁タイル２８０，３８０，４８１）に設けられ、前記送電コイルに共振する建材側コイル（例えば、後述の中継コイル９１及び受電コイル７１）と、を備え、磁界共鳴によって前記送電コイルから前記建材側コイルを通じて屋外の電気設備（例えば、後述の電気設備２５）に非接触給電する屋外給電装置（例えば、後述の屋外給電装置４０）に関する。

前記建材側コイルは、前記建材の内側に組み込まれることが好ましい。

本発明の屋外給電装置によれば、建築物から離れた場所にある屋外の電気設備であっても、大規模な配線工事等を行うことなく屋内の電源を利用して給電できる。

本発明の一実施形態に係る屋外給電装置が適用される建築物及びその外構を模式的に示す図である。第１実施形態の屋外給電装置により、屋内から屋外の電気設備に電力を供給する様子を模式的に示す平面図である。タイルの裏側に埋め込まれる中継コイルを有する中継共振器を示す図である。第１実施形態の屋外給電装置が備える門柱の内部に埋め込まれる中継共振器を示す図である。第２実施形態の屋外給電装置が備える門柱の側面に配置される中継共振器を模式的に示す図である。第３実施形態の屋外給電装置により、門扉の電気設備に電力を供給する様子を模式的に示す図である。第４実施形態の屋外給電装置により、屋内から屋外に電力を供給する様子を模式的に示す図である。第５実施形態の屋外給電装置により、引戸の電気設備に電力を供給する様子を模式的に示す図である。

以下、本発明の屋外給電装置の好ましい一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る屋外給電装置４０が適用される建築物１及びその外構を模式的に示す図である。

図１に示すように、建築物１の屋内２への入口にはドア１０が設けられる。屋外３に設置される門柱２０とドア１０の間には、手すり１２が設けられたアプローチ１１が形成される。ドア１０が設置される面と門柱２０が設置される面との間には高低差が有り、アプローチ１１は、門柱２０に近づくにつれて低くなるスロープ部分を有している。

建築物１の屋内２の床の一部及び屋外３のアプローチ１１には、複数のタイル８０が施設されている。アプローチ１１のスロープ部分では、アプローチ１１の傾斜に合わせて整列配置されている。

門柱２０には、表札２１の他、インターホン２２及びＬＥＤ照明装置２３等の電気設備２５が設けられる。電気設備２５への電力の供給は、屋外給電装置４０によって行われる。

図２は、第１実施形態の屋外給電装置４０により、屋内２から屋外３の電気設備２５に電力を供給する様子を模式的に示す平面図である。図２に示すように、第１実施形態の屋外給電装置４０は、送電器５０と、受電器７０と、複数の中継共振器９０と、を備える。

屋外給電装置４０は、磁界共鳴を利用して電気設備２５に電力を供給する設備である。送電器５０、受電器７０及び中継共振器９０は、何れも、共振周波数が一致するようにコイルの形状及びコンデンサの容量等が設定されている。なお、コイルの形状等は同一でもよいし、それぞれ異なっていてもよい。

送電器５０は、建築物１の屋内２に配置されており、電源３０に接続される送電コイル５１を有する送電側のＬＣ共振回路である。図１に示すように、本実施形態の送電器５０は、建築物１の内壁６１に貼り付けられる壁タイル６２の裏側に埋め込まれている。

受電器７０は、門柱２０に配置されており、電気設備２５に接続される受電コイル７１を有する受電側のＬＣ共振回路である。受電器７０は、磁界共鳴によって生じた高周波を整流回路（図示省略）によって直流に変換し、電気設備２５に電力を供給する。

中継共振器９０は、複数のタイル８０の一部及び門柱２０にそれぞれ配置されている。以下、中継共振器９０が埋め込まれるタイル８０をタイル８０ａと称する。

まず、タイル８０ａに配置される中継共振器９０について説明する。図３は、タイル８０ａの裏側に埋め込まれる中継コイル９１を有する中継共振器９０を模式的に示す図である。

図３に示すように、中継共振器９０は、矩形の枠状に折り曲げられた中継コイル９１及び中継コイル９１に接続されるコンデンサ９２からなるＬＣ回路である。タイル８０ａの裏側には、中継共振器９０の外形に応じた枠状のタイル溝８１が形成される。コンデンサ９２を含めた中継共振器９０の全体がタイル溝８１に納まるようになっている。なお、本実施形態のタイル溝８１には、コンデンサ９２の部分をタイル溝８１に納めるための凸部８２が形成されているが、この凸部８２を省略してコンデンサ９２及び中継コイル９１に接続される部分を矩形のタイル溝に折り曲げて納めるようにしてもよい。

本実施形態では、タイル溝８１が外形に沿って形成されるとともに、タイル８０ａの中央より端面側に形成される。中継コイル９１がタイル８０ａの端面の近くに位置するので、隣接配置されるタイル８０ａに内蔵される中継共振器９０の中継コイル９１間距離が短くなって高効率な電力伝送を行うことが可能になっている。

また、本実施形態では、タイル溝８１はタイル８０ａの成形時に形成される。そして、タイル溝８１に中継コイル９１を埋め込んだ状態でシーリング材（図示省略）がタイル溝８１に充填される。これにより、中継共振器９０が外部から隔絶され、防水性能をより一層向上させることができる。従って、施工現場での防水処理が不要となり、設置作業をより容易なものとすることができる。

タイル８０ａの配列について説明する。図１及び図２に示すように、中継共振器９０が埋め込まれるタイル８０ａは送電器５０と受電器７０を結ぶ経路上に整列配置されている。タイル８０ａの形状は同一であるため、隣接する中継共振器９０の中継コイル９１間距離も略同じ距離となる。

建築物１の屋内２から屋外３にかけて連続的に配置され、同一形状のタイル８０ａに中継共振器９０を設けることにより、磁界共鳴を利用した安定的な給電が実現される。また、アプローチ１１のスロープでは、タイル８０ａは若干傾斜しているものの、磁界共鳴方式を採用しているので、隣接するタイル８０ａ間で中継コイル９１が内蔵されるタイル８０ａの設置面の角度が異なっても電力を中継することができる。

タイル８０ａの中継コイル９１を介して伝達される電力は門柱２０に配置される中継共振器９０に伝達される。図４は、第１実施形態の屋外給電装置４０が備える門柱２０の内部に埋め込まれる中継共振器９０を示す図である。

図４に示すように、中継共振器９０は、上下方向に整列配置された状態で門柱２０の内部に保持されている。本実施形態では、中継共振器９０の中継コイル９１の軸方向が上下方向に揃った状態で門柱２０の内部に保持される。

門柱２０に配置される複数の中継共振器９０により、地面側のタイル８０ａから門柱２０の上部に位置する受電器７０の受電コイル７１に電力が中継される。図２及び図４の矢印に示すように、電源３０から送電器５０に電力が供給されると、送電コイル５１に共振する中継コイル９１によって順次電力が中継され、中継コイル９１に共振する受電コイル７１まで電力が磁界共鳴により非接触給電される。タイル８０ａの中継共振器９０、門柱２０の中継共振器９０及び受電器７０を介して供給された電力は、電気設備２５のＬＥＤ照明装置２３の点灯等により消費される。

以上説明した屋外給電装置４０によれば、以下のような効果を奏する。第１実施形態の屋外給電装置４０は、屋内２の電源３０に接続される送電コイル５１を有する送電器５０と、屋外３に設置されるタイル８０ａ及び門柱２０に設けられ、送電コイル５１に共振する中継コイル９１を備え、磁界共鳴によって送電コイル５１から中継コイル９１及び受電コイル７１を通じて屋外３の電気設備２５に非接触給電する。

これにより、屋内２の電源３０から屋外３の電気設備２５への給電に必要な配線を取り回す必要がないので、簡単な施設工事で施設できる屋外給電装置４０を実現できる。また、タイル８０ａや門柱２０に中継共振器９０及び受電器７０を配置すればよいので、建築物１及びその外構が完成した後であっても、屋外給電装置４０を容易に施設することができる。更に、磁界共鳴を利用しているので、タイル８０ａの配置の自由動も高く、タイル８０ａがｃｍ単位でずれていたり、中継コイル９１の軸方向が異なるスロープ等があったりする場合であっても、問題なく給電することができる。

第１実施形態の中継共振器９０は、タイル８０ａの内側及び門柱２０の内側に埋め込まれる。また、受電器７０も門柱２０の内側に組み込まれる。これにより、屋外３に設置される建材であるタイル８０ａ及び門柱２０に共振器が設けられる場合でも、建材の内側で保護されるので、高い防水性及び耐衝撃性を実現できる。また、門柱２０の内部に中継共振器９０を配置しているので、門柱２０の外観に影響を与えることなくタイル８０ａが配置される設置面よりも上方に位置する電気設備２５に給電でき、意匠性の点からも有利である。

第１実施形態では、タイル８０ａを建材側コイルとしての中継コイル９１を埋め込む建材として採用している。これにより、屋内２から屋外３へと途切れることなく、電力を伝達することができる。更に、タイル８０ａは、同一のサイズのものを用いているので、中継コイル９１のコイル間距離が略同じ距離になり、給電経路を決めるための設計を容易に行うことができる。

なお、第１実施形態では、タイル８０ａは、直線状に整列配置されているが、外構の状況に応じてタイル８０ａをずらして配置したり、分岐させたりすることもできる。このような場合であっても、磁界共鳴を利用しているので、複雑な配線を取り回すことなく給電経路を容易に設計及び施設できる。また、上記実施形態では、ドア１０を挟んでタイル８０ａが配置される構成を説明したが、ドア１０に相当する部分が壁であっても屋内２から屋外３に磁界共鳴を利用して非接触給電することができる。

次に、第２実施形態の屋外給電装置２４０について説明する。図５は、第２実施形態の屋外給電装置２４０が備える門柱２０の側面に配置される中継共振器９０を模式的に示す図である。なお、以下の説明において、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略することがある。

図５に示すように、門柱２０の側面には壁タイル２８０が貼り付けられる。この壁タイル２８０の内側に中継共振器９０が埋め込まれる。図５に示すように、地面側のタイル８０ａに埋め込まれる中継共振器９０の向きと、門柱２０側の壁タイル２８０に埋め込まれる中継共振器９０の向きと、異なっている。即ち、タイル８０ａの中継コイル９１の軸方向と壁タイル２８０の中継コイル９１の軸方向が直交する関係になっている。このように中継共振器９０の向きが大きく異なっている場合でも、磁界共鳴方式を採用しているので、隣接する中継共振器９０の間に磁界結合が生じ、電力を中継することが可能である。

次に、第３実施形態の屋外給電装置３４０について説明する。図６は、第３実施形態の屋外給電装置３４０により、門扉３２０の電気設備３２５に電力を供給する様子を模式的に示す図である。

図６に示すように、門扉３２０は、門柱２０の近傍にヒンジ等からなる回動軸３２１を介して取り付けられる。門柱２０の側面には、回転軸にそって壁タイル３８０が複数取り付けられる。この壁タイル３８０のそれぞれの裏側には、中継共振器９０が埋め込まれている。

門扉３２０には、受電器３７０及び受電器３７０が接続される電気設備３２５が配置される。電気設備３２５としては例えば電子錠等である。本実施形態では、受電器３７０の受電コイル７１の高さが、中継共振器９０が埋め込まれる壁タイル３８０の設置位置に応じて設定される。

以上の構成により、第３実施形態の屋外給電装置３４０は、門扉３２０に配置される電気設備３２５に対して中継コイル９１及び受電コイル７１を介して非接触給電を行う。屋外給電装置３４０は、磁界共鳴を利用しているので、門扉３２０が開閉により回転して受電器３７０の位置や角度が変わっても電力を供給し続けることができる。

次に、第４実施形態の屋外給電装置４４０について説明する。図７は、第４実施形態の屋外給電装置４４０により、屋内２から屋外３に電力を供給する様子を模式的に示す図である。

図７に示すように、第４実施形態の屋外給電装置４４０は、建築物１の壁４１０の屋内２側に配置される中継共振器９０と、屋外３側に配置される中継共振器９０と、を通じて屋内２から屋外３に電力を伝達する。第４実施形態では、中継共振器９０が裏側に埋め込まれる屋内側の壁タイル４８０と、中継共振器９０が裏側に埋め込まれる屋外側の壁タイル４８１と、が対向配置されており、それぞれの中継共振器９０の軸方向（図７の鎖線）が一致する状態となる。第４実施形態の屋外給電装置４４０においても、磁界共鳴を利用しているので、壁４１０があったとしても、屋内２から屋外３への電力の供給が可能になっている。

次に、第５実施形態の屋外給電装置５４０について説明する。図８は、第５実施形態の屋外給電装置５４０により、引戸５１０の電気設備５２５に電力を供給する様子を模式的に示す図である。引戸５１０に設けられる電気設備５２５としては例えば電子錠である。

図８に示すように、中継共振器９０が裏側に埋め込まれたタイル８０ａが引戸５１０のスライド方向に沿って整列配置されている。引戸５１０には、中継共振器９０、受電器５７０及び受電器５７０が接続される電気設備５２５が設けられる。中継共振器９０の中継コイル９１及び受電器５７０の受電コイル７１は、タイル８０ａの中継共振器９０から電力を受電し易いように、引戸５１０の上下方向における中央よりも下のタイル８０ａ側に近い位置に配置される。

引戸５１０の移動によって中継コイル９１及び受電コイル７１の位置は変わるものの、引戸５１０のスライド方向に沿って中継共振器９０が埋め込まれるタイル８０ａが配置されているので、移動の前後にわたって引戸５１０側の中継コイル９１及び受電コイル７１と、タイル８０ａ側の中継コイル９１とのコイル間の距離があまり変わらず、電力を途切れることなく高効率に供給し続けることが可能になっている。

なお、第５実施形態では、地面に設置されるタイル８０ａに中継共振器９０を配置する構成であるが、引戸５１０の上方に配置される軒等に引戸５１０のスライド方向にあわせて中継共振器９０を連続的に配置する構成としてもよい。この場合、引戸５１０に設けられる中継コイル９１及び受電コイル７１は、引戸５１０の上下方向における中央よりも上の軒側に配置されることが好ましい。

以上、本発明の屋外給電装置の好ましい各実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。

例えば、樹脂製のタイルを用いてインサート成形により、中継共振器９０をタイルの内部に埋め込む構成とすることができる。これにより、特別な加工を行うことなく防水性を向上させることができる。また、建材としてのタイル８０ａに中継コイル９１が１つ埋め込まれる構成を例示したが、複数のタイルに１つの建材側コイルを組み込む構成としてもよい。例えば、４枚のタイルにまたがって建材側コイルを１つ設ける構成とすることもできる。また、タイルや門柱に限らず、外構に使用される塀等の適宜の建材に建材側コイルを設けることができる。

上記実施形態では、建材側コイルを矩形の枠状に折り曲げる例を説明したが、この例に限らずコイルの形状は、円形、長方形、複数の屈曲部を有する形状等、事情にあわせて適宜変更することができる。

上記実施形態で使用するタイルの素材は、フェライト系素材であっても良い。フェライト系素材であれば、磁束がその素材へ集中するので、外部へノイズとして放射する量が低減される。

２０門柱（建材）
２５電気設備
３０電源
４０屋外給電装置
５０送電器
５１送電コイル
７１受電コイル
８０ａタイル（建材）
９１中継コイル
２８０，３８０，４８１壁タイル（建材）

Claims

屋内の電源に接続される送電コイルを有する送電器と、
屋外に設置されるタイルの内側に組み込まれ、前記送電コイルに共振する建材側コイルと、を備え、
磁界共鳴によって前記送電コイルから複数の前記タイルのそれぞれに配置される前記建材側コイルを通じて屋外の電気設備に非接触給電する屋外給電装置。
複数の前記タイルの形状は同一であり、連続的に配置される請求項１に記載の屋外給電装置。