(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電装置と前記給電装置からの給電により電磁波を発生させる１次コイルを有する電磁波発生手段と、
前記電磁波発生手段が発生させた電磁波により電圧を生じる２次コイルと、
前記２次コイルに接続し、該２次コイルから生じた電圧により作動する負荷を有し、
前記給電装置から非接触の状態で前記負荷に電力を供給する、電磁誘導方式による非接触給電システムであって、
前記１次コイルと前記２次コイルとの間に、共振用のコンデンサを有する少なくとも一つの共振器を、該１次コイル及び／又は該２次コイルと相互に電磁誘導しうる範囲内の所定位置に配置自在に備え、
前記共振器が、前記１次コイルが発生させた電磁波に共振した電磁波を誘導するとともに、誘導した電磁波により前記２次コイルに電圧を生じさせ、
前記１次コイルと相互に電磁誘導しうる範囲内の第１の位置に配置自在に構成されていて、
該第１の位置に配置されているときに該１次コイルが発生させた電磁波に共振した電磁波を誘導する、共振用のコンデンサを有する少なくとも一つの第１共振器と、
前記第１共振器と相互に電磁誘導しうる範囲内の第２の位置に配置自在に構成されていて、該第２の位置に配置されているときに該第１共振器が誘導した電磁波に共振した電磁波を誘導する、共振用のコンデンサを有する少なくとも一つの第２共振器を有するとともに、
前記負荷に接続されている前記２次コイルが、前記第１又は第２共振器と相互に電磁誘導しうる範囲内の第３の位置に配置自在に構成されていて、該第３の位置に配置されているときに該第１又は第２共振器が誘導した電磁波により電圧を生じ、
前記第１又は第２共振器のうち、一部の互いに隣り合う共振器同士又は共振器と前記２次コイルとが同軸線で接続されていることを特徴とする非接触給電システム。
【請求項２】
前記電磁波発生手段が、前記１次コイルを複数備えているととともに、前記給電装置からの電力を夫々の１次コイルに分配する電力分配器を備え、
前記第１共振器が、少なくとも夫々の前記１次コイルに対応する個数分備えられていることを特徴とする請求項１に記載の非接触給電システム。
【請求項３】
前記２次コイルにより前記第１又は第２共振器を介して発生させる電圧の大きさ又は該電圧のＯＮ・ＯＦＦを制御可能な制御部を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の非接触給電システム。
【請求項４】
前記電磁波発生手段が、前記給電装置と前記１次コイルとを一体に備え、
前記給電装置が電池により給電することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の非接触給電システム。
【請求項５】
前記２次コイルと該２次コイルに接続されている前記負荷とからなるユニットを複数備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の非接触給電システム。
【請求項６】
前記負荷が、前記第２共振器と前記２次コイルとを一体に備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の非接触給電システム。
【請求項７】
載置台と、
前記載置台に任意に配置可能な少なくとも一つの展示用模型を有するジオラマであって、
前記給電装置及び前記１次コイルが、前記載置台の表面に載置され、
前記第１共振器が、前記載置台の表面又は裏面における前記第１の位置に配置され、
前記第２共振器が、前記載置台の表面又は裏面における前記第２の位置に配置され、
前記２次コイル及び前記負荷が、前記展示用模型の少なくとも一つに内蔵されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかの非接触給電システムを用いたジオラマ。
【請求項８】
前記負荷が、ＬＥＤ、音声発生装置、メロディー発生装置又はモータで構成され、
前記２次コイル及び前記負荷を内蔵した前記展示用模型が、電灯、信号機、建物、人物、動物、植物、風車、自動車又は電車で構成されていることを特徴とする請求項７に記載の非接触給電システムを用いたジオラマ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷に対し、電磁波を介して非接触で給電を行う非接触給電システム及びそれを用いたジオラマに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に給電装置からの電力は、電線を介して負荷に供給する。しかし、給電装置と負荷とを電線で接続する一般の給電方式は、配線が煩雑化するという問題がある。
【０００３】
近年、給電装置からの電力を負荷に対し非接触で供給する非接触給電方式の実用化が研究されている。
従来、非接触給電方式には、例えば、非特許文献１に記載のように、電磁誘導方式、磁界共鳴方式、マイクロ波やレーザを伝送する方式等があるが、現在、実用化されているのは電磁誘導方式である。
【０００４】
電磁誘導方式による非接触給電は、給電装置から１次コイルに電力を供給することで、１次コイルの周囲に磁界を発生させ、２次コイルを磁界に鎖交させることで電力を生じさせ、２次コイルに接続する負荷に電力が供給されるというものである。電磁誘導方式は、電力の伝送効率が高いという利点がある一方、位置ずれに弱く、伝送できる距離が短いという欠点を有している。
【０００５】
従来、電磁誘導方式による非接触給電を実用化したものとしては、例えば、次の特許文献１に、携帯型の電磁波を発振する電源を、アンテナを備えたＬＥＤ照明に近付けることで、非接触でＬＥＤ照明を点灯させる技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１７６２４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】- 修士論文-、磁界共振結合を用いたkHz帯でのワイヤレス電力伝送の実現と共振周波数追従制御、Realization of Wireless Power Transfer via Magnetic Resonant Coupling in kHz Band and Resonant Frequency Tracking Control 平成22年2月9日提出、指導教員： 堀洋一教授、東京大学大学院 工学系研究科電気系工学専攻
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、低消費電力で動作できるＬＥＤ、モータ、センサ、ＬＣＤ、ＣＰＵ等の負荷が開発されている。
しかるに、非接触で給電可能な電磁波領域を拡張することができれば、多くの低電力消費負荷を備えた機器に非接触で電力を供給でき、電源配線が不要となるので望ましい。
【０００９】
しかし、特許文献１に記載の技術は、１つの電磁波発生手段から発生した電磁波で１つの負荷に電力を供給するもの、即ち、電磁波発生手段と負荷とを１対１の関係にして電磁誘導を行うものであった。このため、非接触で給電可能な領域が限られており、複数の負荷に電力を非接触で供給するには、夫々別々の電磁波発生手段を用いる必要があり、その分、多くの電力が必要となっていた。
【００１０】
また、従来、例えば、ジオラマ等の展示物においては、展示用背景内に配置される展示用模型としての電灯、信号機、建物、人物、動物、植物、風車、自動車又は電車等の負荷が、給電装置からの電力供給により点灯、点滅、回転又は走行等を行うが、これらの負荷は、給電装置と結線されている。負荷を給電装置と結線してジオラマを製作すると、その後に、展示用背景内に配置された負荷の配置を変更することが難しい。このため、従来は、展示用背景内の負荷の配置を変更したい場合には、ジオラマを新たに製作しなおす必要があり、製作コストが大きくかかっていた。
【００１１】
そして、上述したように特許文献１に記載のような１対１での非接触給電方式を応用して、ジオラマを製作したのでは、複数の負荷を同時に作動させることが難しい。また、複数の負荷を同時に作動させるには、負荷の数にあわせて多くの給電装置が必要となり、電力の消費量が大きくなってしまう。
【００１２】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、１つの給電装置からの電力の供給範囲を拡大して、複数の負荷を同時に作動させることができ、且つ、負荷の配置を所望の位置に随時変更することが可能な非接触給電システム及びそれを用いたジオラマを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明による非接触給電システムは、給電装置と前記給電装置からの給電により電磁波を発生させる１次コイルを有する電磁波発生手段と、前記電磁波発生手段が発生させた電磁波により電圧を生じる２次コイルと、前記２次コイルに接続し、該２次コイルから生じた電圧により作動する負荷を有し、前記給電装置から非接触の状態で前記負荷に電力を供給する、電磁誘導方式による非接触給電システムであって、前記１次コイルと前記２次コイルとの間に、共振用のコンデンサを有する少なくとも一つの共振器を、該１次コイル及び／又は該２次コイルと相互に電磁誘導しうる範囲内の所定位置に配置自在に備え、前記共振器が、前記１次コイルが発生させた電磁波に共振した電磁波を誘導するとともに、誘導した電磁波により前記２次コイルに電圧を生じさせ、前記１次コイルと相互に電磁誘導しうる範囲内の第１の位置に配置自在に構成されていて、該第１の位置に配置されているときに該１次コイルが発生させた電磁波に共振した電磁波を誘導する、共振用のコンデンサを有する少なくとも一つの第１共振器と、前記第１共振器と相互に電磁誘導しうる範囲内の第２の位置に配置自在に構成されていて、該第２の位置に配置されているときに該第１共振器が誘導した電磁波に共振した電磁波を誘導する、共振用のコンデンサを有する少なくとも一つの第２共振器を有するとともに、前記負荷に接続されている前記２次コイルが、前記第１又は第２共振器と相互に電磁誘導しうる範囲内の第３の位置に配置自在に構成されていて、該第３の位置に配置されているときに該第１又は第２共振器が誘導した電磁波により電圧を生じ、前記第１又は第２共振器のうち、一部の互いに隣り合う共振器同士又は共振器と前記２次コイルとが同軸線で接続されていることを特徴としている。
【００１５】
また、本発明の非接触給電システムにおいては、前記電磁波発生手段が、前記１次コイルを複数備えているとともに、前記給電装置からの電力を夫々の１次コイルに分配する電力分配器を備え、前記第１共振器が、少なくとも夫々の前記１次コイルに対応する個数分備えられているのが好ましい。
【００１７】
また、本発明の非接触給電システムにおいては、前記２次コイルにより前記第１又は第２共振器を介して発生させる電圧の大きさ又は該電圧のＯＮ・ＯＦＦを制御可能な制御部を備えているのが好ましい。
【００１８】
また、本発明の非接触給電システムにおいては、前記電磁波発生手段が、前記給電装置と前記１次コイルとを一体に備え、前記給電装置が電池により給電するのが好ましい。
【００１９】
また、本発明の非接触給電システムにおいては、前記２次コイルと該２次コイルに接続されている前記負荷とからなるユニットを複数備えているのが好ましい。
【００２０】
また、本発明の非接触給電システムにおいては、前記負荷が、前記第２共振器と前記２次コイルとを一体に備えているのが好ましい。
【００２２】
また、本発明による非接触給電システムを用いたジオラマは、載置台と、前記載置台に任意に配置可能な少なくとも一つの展示用模型を有する上記いずれかの発明の給電システムを用いたジオラマであって、前記給電装置及び前記１次コイルが、前記載置台の表面に載置され、前記第１共振器が、前記載置台の表面又は裏面における前記第１の位置に配置され、前記第２共振器が、前記載置台の表面又は裏面における前記第２の位置に配置され、前記２次コイル及び前記負荷が、前記展示用模型の少なくとも一つに内蔵されていることを特徴としている。
【００２３】
また、本発明の非接触給電システムを用いたジオラマにおいては、前記負荷が、ＬＥＤ、音声発生装置、メロディー発生装置又はモータで構成され、前記２次コイル及び前記負荷を内蔵した前記展示用模型が、電灯、信号機、建物、人物、動物、植物、風車、自動車又は電車で構成されているのが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、１つの給電装置からの電力の供給範囲を拡大して、複数の負荷を同時に作動させることができ、且つ、負荷の配置を所望の位置に随時変更することが可能な非接触給電システム及びそれを用いたジオラマが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の参考例としての実施例１にかかる非接触給電システムの概略構成を示すブロック図で、(a)は基本構成例を示す図、(b)は(a)の変形例を示す図である。
【図２】本発明の参考例としての実施例２にかかる非接触給電システムの概略構成を示すブロック図で、(a)は基本構成例を示す図、(b)は(a)の変形例を示す図である。
【図３】本発明の実施例３にかかる非接触給電システムの概略構成を示すブロック図で、(a)は基本構成例を示す図、(b)は(a)の変形例を示す図、(c)はさらに(a)又は(b)の他の変形例を示す部分図、(d)はさらに(a)又は(b)の他の変形例を示す部分図である。
【図４】本発明の実施例４にかかる非接触給電システムにおける要部構成を示すブロック図で、(a)はその一例を示す図、(b)は変形例を示す図である。
【図５】本発明の実施例６にかかる非接触給電システムを用いたジオラマを構成する各部材を模式的に示す説明図である。
【図６】図５に示す部材を用いて製作したジオラマの一例を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
実施形態の説明に先立ち、本発明の作用効果について説明する。
本発明の非接触給電システムは、１次コイルと２次コイルとの間に、共振用のコンデンサを有する少なくとも一つの共振器を、該１次コイル及び／又は該２次コイルと相互に電磁誘導しうる範囲内の所定位置に配置自在に備え、共振器が、１次コイルが発生させた電磁波に共振した電磁波を誘導するとともに、誘導した電磁波により前記２次コイルに電圧を生じさせる。
【００２７】
例えば、１次コイルと相互に電磁誘導しうる範囲内の第１の位置に配置自在に構成されていて、該第１の位置に配置されているときに該１次コイルが発生させた電磁波に共振した電磁波を誘導する、共振用のコンデンサを有する少なくとも一つの第１共振器と、第１共振器と相互に電磁誘導しうる範囲内の第２の位置に配置自在に構成されていて、該第２の位置に配置されているときに該第１共振器が誘導した電磁波に共振した電磁波を誘導する、共振用のコンデンサを有する少なくとも一つの第２共振器を有するとともに、負荷に接続されている２次コイルが、第１又は第２共振器と相互に電磁誘導しうる範囲内の第３の位置に配置自在に構成されていて、該第３の位置に配置されているときに該第１又は第２共振器が誘導した電磁波により電圧を生じる。
【００２８】
このように構成すれば、電磁波発生手段の１次コイルが発生させた電磁波が、第１又は第２の位置に配置された第１又は第２共振器を介して第３の位置に配置された２次コイルに誘導されて電圧を生じさせ、２次コイルに接続する負荷を作動させる。
このとき、第１、第２共振器は、夫々任意の位置に配置自在であり、第１及び第２の位置に配置すれば、夫々電磁波を誘導する。また、負荷に接続されている２次コイルは、配置自在であり、第３の位置に配置すれば、電圧を発生させる。
このため、本発明の非接触給電システムによれば、２次コイルを接続している負荷の配置を所望の位置に自在に変えて給電することができるようになる。
また、２次コイルと負荷とからなるユニットを複数組備え、夫々のユニットにおける２次コイルを夫々所望の第３の位置に配置することにより、１つの給電装置からの給電により、複数の負荷を同時に作動させることができる。
また、第１及び第２共振器が配置自在であるため、第３の位置が給電装置から遠く離れるように、組み合わせて配置することにより、給電装置から負荷に対し非接触で給電することができる範囲を広範囲に設けることができる。
【００２９】
また、本発明の非接触給電システムにおいて、電磁波発生手段が、１次コイルを複数備えているととともに、給電装置からの電力を夫々の１次コイルに分配する電力分配器を備え、第１共振器が、少なくとも夫々の１次コイルに対応する個数分備えられているようにすれば、一つの給電装置からの電力を、より広範囲に配置された複数の負荷に対して非接触で供給でき、複数の負荷を同時に作動させることができる。
【００３０】
また、本発明の非接触給電システムにおいて、第１又は第２共振器のうち、一部の互いに隣り合う共振器同士又は共振器と前記２次コイルとが同軸線で接続されているようにすれば、２次コイルを配置する第３の位置が給電装置からの距離が大きく離れた位置であっても、電力のロスを抑えて、その２次コイルに接続する負荷を作動させることが可能となる。
【００３１】
また、本発明の非接触給電システムにおいて、２次コイルにより第１又は第２共振器を介して発生させる電圧の大きさ又は該電圧のＯＮ・ＯＦＦを制御可能な制御部を備えれば、夫々消費電力の異なる複数の負荷を用いても、使用する負荷の消費電力や効率に応じて、最適な電力を供給することができる。また、用途に応じて、夫々第３の位置に配置されている複数の負荷のうち、作動を所望しない負荷を取り外すことなく、所望の負荷のみを作動させることができる。
【００３２】
また、本発明の非接触給電システムにおいて、電磁波発生手段が、給電装置と１次コイルとを一体に備え、給電装置を電池により給電するように構成すれば、電源コードが不要となり、給電装置を持ち運びでき、コンセントの有無やコンセントまでの距離とは無関係に、負荷に対し非接触で給電することが可能な所望の場所に給電装置を配置することができる。
【００３３】
また、本発明の非接触給電システムにおいて、２次コイルと２次コイルに接続されている負荷とからなるユニットを複数備えれば、複数のユニットを夫々第３の位置に配置することで、１つの給電装置からの非接触給電により複数の負荷を同時に作動させることができる。
【００３４】
また、本発明の非接触給電システムにおいて、負荷が、第２共振器と２次コイルとを一体に備えているようにしてもよい。
このようにすれば、２次コイルにおける第３の位置合わせが不要となる。
【００３５】
また、本発明の非接触給電システムにおいて、１次コイルに給電する電力の大きさが０．１〜１０Ｗとなるように構成すれば、電波の生体作用（刺激作用と熱作用）を考慮した人体の安全性を担保し易くなる。
【００３６】
また、本発明の非接触給電システムにおいて、電磁波発生手段が、正弦波を発生させるように構成すれば、ノイズが低減された電力を負荷に供給できる。
なお、電磁波発生手段が発生させる正弦波の周波数は、５〜３１５ＭＨｚの範囲内であるのが望ましい。
【００３７】
そして、本発明による非接触給電システムを用いたジオラマは、載置台と、載置台に任意に配置可能な少なくとも一つの展示用模型を有する上記いずれかの発明の給電システムを用いたジオラマであって、給電装置及び１次コイルが、載置台の表面に載置され、第１共振器が、載置台の表面又は裏面における第１の位置に配置され、第２共振器が、載置台の表面又は裏面における第２の位置に配置され、２次コイル及び負荷が、展示用模型の少なくとも一つに内蔵されている。
このようにすれば、上述したように、１つの給電装置からの電力の供給範囲を拡大して、複数の負荷を同時に作動させ、しかも負荷の位置を随時所望の位置に変更することが可能という本発明の非接触給電システムの効果をジオラマに与えることができ、展示用背景内における負荷を備えた展示用模型の配置を、ジオラマを製作しなおすことなく、容易に変更することができ、製作コストを大幅に減らすことができる。このようなジオラマは、駅や博物館、デパート等における大規模な展示施設に有用であり、さらに、子供の玩具に応用することができる。子供の玩具に応用した場合、子供が自由に電車や信号等の負荷を内蔵した玩具を自在に配置して遊ぶことができ、また、子供が玩具で遊ばない（玩具を使用しない）ときには、それらの負荷を内蔵した玩具を簡単に片付けることができる。また、本発明による非接触給電システムを用いたジオラマを子供の玩具に応用する場合、さらに、載置台を、分解、折り畳みや巻きが可能な材質で構成すれば、部屋の配置スペースに合わせてジオラマを作ることができ、しかも、収納時にはコパクト化でき場所をとらずに済むので、より好ましい。
【００３８】
また、本発明の非接触給電システムを用いたジオラマにおいて、負荷を、ＬＥＤ、音声発生装置、メロディー発生装置又はモータで構成し、２次コイル及び負荷を内蔵した展示用模型を、電灯、信号機、建物、人物、動物、植物、風車、自動車又は電車で構成すれば、本発明の非接触給電システムを、駅や博物館、デパート等における大規模な展示施設や子供の玩具等の製品に具現化できる。
【００３９】
以下、本発明の実施例につき、図面を用いて説明する。なお、図２〜図６に示したシステムにおける構成と同じ構成の部材については、同じ符号を付し、その部材の説明は省略する。
【００４０】
実施例１
図１は本発明の参考例としての実施例１にかかる非接触給電システムの概略構成を示すブロック図で、(a)は基本構成例を示す図、(b)は(a)の変形例を示す図である。
実施例１の非接触給電システムは、図１(a)に示すように、電磁波発生手段１と、第１共振器１ｃ1〜１ｃnと、第２共振器１ｄ1〜１ｄnと、２次コイル２と、負荷３を有して構成されている。
【００４１】
電磁波発生手段１は、給電装置１ａと、１次コイル１ｂを有している。
給電装置１ａは、１次コイル１ｂに電力を供給するように構成されている。
１次コイル１ｂは、給電装置からの給電により電磁波を発生させる。
第１共振器１ｃ1〜１ｃnは、例えば、共振するための巻き線やプリント基板に形成されたパターンと共振用のコンデンサを有し、１次コイル１ｂと相互に電磁誘導しうる範囲内の所定位置（本願では「第１の位置」という）に配置自在に構成されている。
そして、第１共振器１ｃ1〜１ｃnは、第１の位置に配置されているときに１次コイル１ｂが発生させた電磁波に共振した電磁波を誘導する。
なお、図１では便宜上、第１共振器１ｃ1〜１ｃnを、紙面における１次コイル１ｂと同一水平面上、且つ１次コイル１ｂの右側位置に配置したが、第１共振器１ｃ1〜１ｃnの配置は、図１の配置に限定されるものではなく、例えば、図１における１次コイル１ｂの上下方向や手前側又は奥側であっても上記第１の位置に相当する範囲であれば、第１共振器１ｃ1〜１ｃnは、１次コイル１ｂが発生させた電磁波に共振した電磁波を誘導する。
【００４２】
第２共振器１ｄ1〜１ｄnは、例えば、共振するための巻き線やプリント基板に形成されたパターンと共振用のコンデンサを有し、第１共振器１ｃ1〜１ｃnと相互に電磁誘導しうる範囲内の所定位置（本願では「第２の位置」という）に配置自在に構成されている。
そして、第２共振器１ｄ1〜１ｄnは、第２の位置に配置されているときに第１共振器１ｃ1〜１ｃnが誘導した電磁波に共振した電磁波を誘導する。
なお、図１では便宜上、第２共振器１ｄ1〜１ｄnを、紙面における第１共振器１ｃ1〜１ｃnと同一水平面上、且つ第１共振器１ｃ1〜１ｃnの右側位置に配置したが、第２共振器１ｄ1〜１ｄnの配置は、図１の配置に限定されるものではなく、例えば、図１における第１共振器１ｃ1〜１ｃnの上下方向や手前側又は奥側であっても上記第２の位置に相当する範囲であれば、第２共振器１ｄ1〜１ｄnは、第１共振器１ｃ1〜１ｃnが誘導した電磁波に共振した電磁波を誘導する。
また、図１では、第２共振器１ｄ1〜１ｄnを第１共振器１ｃ1〜１ｃnと同数備えて示したが、第２共振器は、第１共振器と同数である必要はなく、第１共振器よりも多く又は少なく備えても勿論よい。
【００４３】
なお、電磁波発生手段１が発生させる電磁波は、電波法の範囲内であれば周波数は限定されない。
また、第１共振器１ｃ1〜１ｃn及び第２共振器１ｄ1〜１ｄnによる、第１の位置及び第２の位置の組み合わせ、及び第１共振器、第２共振器の個数は、給電装置１ａから供給される電力のロスが負荷３の作動を阻害しない範囲内となるものであれば、どのような組み合わせ及び個数であってもよい。
また、１次コイル１ｂに給電する電力の大きさは、０．１〜１０Ｗであるように構成すると、電波の生体作用（刺激作用と熱作用）を考慮した人体の安全性を担保し易くなるので好ましい。
また、電磁波発生手段１は、正弦波を発生させるように、例えば、給電装置１ａが直流電源である場合、給電装置１に発生周波数５〜３１５ＭＨｚの範囲内で正弦波を発生させる、正弦波インバータを接続させて構成すると、ノイズが低減された電力を負荷に供給できるので好ましい。
【００４４】
２次コイル２は、例えば、共振するための巻き線やプリント基板に形成されたパターンと共振用のコンデンサを有し、第1共振器１ｃ1〜１ｃn又は第２共振器１ｄ1〜１ｄnと相互に電磁誘導しうる範囲内の所定位置（本願では「第３の位置」という）に配置自在に構成されている。
そして、２次コイル２は、第３の位置に配置されているときに第１共振器１ｃ1〜１ｃn又は第２共振器１ｄ1〜１ｄnが誘導した電磁波により電圧を発生させる。
【００４５】
負荷３は、例えば、ＬＥＤ、音声発生装置、メロディー発生装置、モータ等の電力を消費することで作動する回路や素子を備えた機器からなり、２次コイル２に接続し、２次コイル２とともにユニットを構成している。そして、第３の位置に配置された２次コイル２から生じた電圧を高周波処理することで作動するように構成されている。
図１(a)に示す基本構成例では、２次コイル２及び負荷３とからなるユニットを１組備えている。なお、図１(b)に示す変形例のように、２次コイル２1〜２n及び負荷３1〜３nとからなるユニットを複数組（ここでは、ｎ組）備えていてもよい。また、図１(b)では、２次コイル２1〜２n及び負荷３1〜３nとからなるユニットを、第２共振器１ｄ1〜１ｄnと同数備えて示したが、２次コイル及び負荷とからなるユニットは、第２共振器と同数である必要はなく、第２共振器よりも多く又は少なく備えても勿論よい。
また、図１では便宜上、２次コイル２（２1〜２n）を、紙面における第１共振器１ｃ1〜１ｃn又は第２共振器１ｄ1〜１ｄnと同一水平面上、且つ第２共振器１ｄ1〜１ｄnの右側位置に配置したが、２次コイル２（２1〜２n）の配置は、図１に限定されるものではなく、例えば、図１における第１共振器１ｃ1〜１ｃnの上下方向や手前側又は奥側や、第２共振器１ｄ1〜１ｄnの手前側又は奥側であっても上記第３の配置に相当する範囲であれば、２次コイル２（２1〜２n）は、第１共振器１ｃ1〜１ｃn又は第２共振器１ｄ1〜１ｄnが誘導した電磁波により電圧を発生させる。
【００４６】
このように構成された実施例１の非接触給電装置では、給電装置１ａから１次コイル１ｂに電力が供給されると、１次コイル１ｂが電磁波を発生させる。
１次コイル１ｂが電磁波を発生させると、第１の位置に配置されている第１共振器１ｃ1〜１ｃnが、１次コイル１ｂが発生させた電磁波に共振した電磁波を誘導する。
第１共振器１ｃ1〜１ｃnが、電磁波を誘導すると、第２の位置に配置されている第２共振器１ｄ1〜１ｄnが、第１共振器１ｃ1〜１ｃnが誘導した電磁波に共振した電磁波を誘導する。
第１共振器１ｃ1〜１ｃn、第２共振器１ｄ1〜１ｄnが、電磁波を誘導すると、第３の位置に配置されている２次コイル２（２1〜２n）が第１共振器１ｃ1〜１ｃn又は第２共振器１ｄ1〜１ｄnが誘導した電磁波により電圧を発生させる。
２次コイル２（２1〜２n）が電圧を発生させると、２次コイル２（２1〜２n）に夫々接続している負荷３（３1〜３n）が作動する。
このようにして、給電装置１からの負荷３（３1〜３n）に対する非接触給電により、負荷３（３1〜３n）が作動する。
【００４７】
このとき、実施例１の非接触給電システムでは、第１共振器１ｃ1〜１ｃn、第２共振器１ｄ1〜１ｄnは、夫々任意の位置に配置自在であり、第１及び第２の位置に配置すれば、夫々電磁波を誘導する。また、負荷３（３1〜３n）に接続されている２次コイル２（２1〜２n）は、配置自在であり、第３の位置に配置すれば、電圧を発生させる。
このため、実施例１の非接触給電システムによれば、２次コイル２（２1〜２n）を接続している負荷３（３1〜３n）の位置を所望の位置に自在に変えて給電することができるようになる。
また、２次コイル２1（〜２n）と負荷３1（〜３n）とからなるユニットを複数組備え、夫々のユニットにおける２次コイル２1〜２nを夫々所望の第３の位置に配置することにより、１つの給電装置１ａからの給電により、複数の負荷３1〜３nを同時に作動させることができる。
また、第１共振器１ｃ1〜１ｃn及び第２共振器１ｄ1〜１ｄnが配置自在であるため、第３の位置が給電装置１ａから遠く離れるように、組み合わせて配置することにより、給電装置１ａから負荷３（３1〜３n）に対し非接触で給電することができる範囲を広範囲に設けることができる。
【００４８】
実施例２
図２は本発明の参考例としての実施例２にかかる非接触給電システムの概略構成を示すブロック図で、(a)は基本構成例を示す図、(b)は(a)の変形例を示す図である。
実施例２の非接触給電システムでは、電磁波発生手段１が、１次コイル１ｂ1〜１ｂnを複数備えているとともに、給電装置１ａからの電力を夫々の１次コイル１ｂ1〜１ｂnに分配する電力分配器１ｅを備えている。
また、第１共振器１ｃ11〜１ｃ1n〜１ｃn1〜１ｃnnが、少なくとも夫々の１次コイル１ｂ1〜１ｂnに対応する個数分備えられている
電力分配器１ｅは、給電装置１ａが供給する電力を夫々の１次コイル１ｂ1〜１ｂnに対応して、例えば、２分配や４分配等、複数系統に分配する。例えば、１次コイル１ｂ1〜１ｂnが２個（ｎ＝２）で、給電装置１ａが供給する電力が４Ｗの場合、電力分配器１ｅは、約２Ｗの電力を２系統に分けて供給する。また、例えば、１次コイル１ｂ1〜１ｂnが４個（ｎ＝４）で、給電装置１ａが供給する電力が１０Ｗの場合、電力分配器１ｅは、約２．５Ｗの電力を４系統に分けて供給する。
その他の構成は、図１の非接触給電システムと略同じである。
【００４９】
実施例２の非接触給電システムによれば、給電装置１ａの電力を電力分配器１ｅで分配して夫々の１次コイル１ｂ1〜１ｂnに供給する。
夫々の１次コイル１ｂ1〜１ｂnに電力が分配されると、夫々の１次コイル１ｂ1〜１ｂnは、電磁波を発生させる。
夫々の１次コイル１ｂ1〜１ｂnが電磁波を発生させると、第１の位置に配置されている第１共振器１ｃ11〜１ｃ1n〜１ｃn1〜１ｃnnが、１次コイル１ｂ1〜１ｂnが発生させた電磁波に共振した電磁波を誘導する。
それ以後の作用は、実施例１と略同じである。
【００５０】
実施例２の非接触給電システムによれば、一つの給電装置からの電力を、より広範囲に配置された複数の負荷に対して非接触で供給でき、複数の負荷を同時に作動させることができる。
その他の効果は、実施例１の非接触給電システムと略同じである。
【００５１】
実施例３
図３は本発明の実施例３にかかる非接触給電システムの概略構成を示すブロック図で、(a)は基本構成例を示す図、(b)は(a)の変形例を示す図、(c)はさらに(a)又は(b)の他の変形例を示す部分図、(d)はさらに(a)又は(b)の他の変形例を示す部分図である。
実施例３の非接触給電システムは、例えば、図３(a)、図３(b)に示すように、一部の互いに隣り合う第１共振器１ｃSと第２共振器１ｄSとが、同軸線１ｆで接続されている。また、第２共振器１ｄSと相互に電磁誘導しうる範囲内の所定位置（本願ではこの位置も「第３の位置」という）に配置自在に構成された２次コイル２S、２次コイル２Sに接続する負荷３Sを備えている。
その他の構成は、実施例１又は２の非接触給電システムと略同じである。
【００５２】
実施例３の非接触給電システムによれば、２次コイル２Sを配置する第３の位置が給電装置１ａからの距離が数ｍ以上と大きく離れた位置であっても、電力のロスを抑えて、２次コイル２Sに接続する負荷３Sを作動させることが可能となる。
その他の作用効果は、実施例１の非接触給電システムと略同じである。
なお、実施例３の非接触給電システムにおける、同軸線１ｆで接続する部材は、図３(a)、図３(b)に示したような一部の互いに隣り合う共振器同士に限定されるものではなく、一部の互いに隣り合う共振器と２次コイルであってもよい。例えば、図３(c)に示すように、一部の互いに隣り合う第２共振器１ｄSと２次コイル２Sとを同軸線１ｆで接続してもよい。あるいは、図３(d)に示すように、一部の互いに隣り合う第１共振器１ｃSと２次コイル２Sとを同軸線１ｆで接続してもよい。図３(c)、図３(d)の例においても、図３(a)、図３(b)の例と同様に電力のロスを抑えて、２次コイル２Sに接続する負荷３Sを作動させることが可能となる。
【００５３】
実施例４
図４は本発明の実施例４にかかる非接触給電システムにおける要部構成を示すブロック図で、(a)はその一例を示す図、(b)は変形例を示す図である。
実施例４の非接触給電システムでは、２次コイル２が、高周波処理部４と、電源制御部５とを備えた、共振原理を利用した電源ユニット６を構成している。
高周波処理部４は、例えば、高周波信号を直流信号に変換する高周波整流回路を２次コイル２に接続しており、２次コイル２により第１又は第２共振器を介して発生させる電圧の大きさを制御可能に構成されている。
電源制御部５は、電圧のＯＮ・ＯＦＦを制御可能に構成されている。
その他の構成は、実施例３の非接触給電システムと略同じである。
【００５４】
実施例４の非接触給電システムによれば、夫々消費電力の異なる複数の負荷を用いても、高周波処理部４により、使用する負荷の消費電力や効率に応じて、最適な電力を供給することができる。また、電源制御部５により、用途に応じて、夫々第３の位置に配置されている複数の負荷のうち、作動を所望しない負荷を取り外すことなく、所望の負荷のみを作動させることができる。
その他の作用効果は、実施例１〜３の非接触給電システムと略同じである。
なお、共振原理を利用した電源ユニット６は、図４(b)に示すように、図４(a)の構成に加えて、第２共振器１ｄを内蔵して構成してもよい。このようにすれば、２次コイルにおける第３の位置合わせが不要となる。
さらに、図示は省略するが、共振原理を利用した電源ユニット６は、図４(a)の構成に加えて、第２共振器１ｄと負荷２とを一体に備えて構成しても勿論よい。
【００５５】
実施例５
実施例５の非接触給電システムは、電磁波発生手段１が、給電装置１ａと１次コイル１ｂとを一体に備えるとともに、給電装置１ａが電池により給電するように構成されている。
その他の構成は実施例３又は４の非接触給電システムと略同じである。
【００５６】
実施例５の非接触給電システムによれば、電源コードが不要となり、給電装置１ａを持ち運びでき、コンセントの有無やコンセントまでの距離とは無関係に、負荷３に対し非接触で給電することが可能な所望の場所に給電装置１ａを配置することができる。
その他の作用効果は実施例１〜４の非接触給電システムと略同じである。
【００５７】
実施例６
図５は本発明の実施例６にかかる非接触給電システムを用いたジオラマを構成する各部材を模式的に示す説明図、図６は図５に示す部材を用いて製作したジオラマの一例を模式的に示す説明図である。
実施例５のジオラマは、載置台１１と、展示用模型として、電灯１２ａと、信号機１２ｂと、建物１２ｃと、人物１２ｄと、動物１２ｅと、植物１２ｆと、風車１２ｇと、自動車１２ｈと、電車１２ｉとを備えている。
これらの展示用模型１２ａ〜１２ｉは、夫々載置台１１に任意に配置可能となっている。
載置台１１の表面には、給電装置１ａと１次コイル１ｂとからなるユニットが載置されている。
載置台１１の表面又は裏面における第１の位置には、第１共振器１ｃが載置又は貼り付けられている。
載置台１１の表面又は裏面における第２の位置には、第２共振器１ｄが載置又は貼り付けられている。
【００５８】
夫々の展示用模型１２ａ〜１２ｉには、２次コイル２及び負荷３からなるユニットが内蔵されている。
電灯１２ａに内蔵されている負荷３は、ＬＥＤで構成されている。
信号機１２ｂ、建物１２ｃに夫々内蔵されている負荷３は、ＬＥＤ、更に好ましくは音声発生器やメロディー発生器で構成されている。
人物１２ｄ、動物１２ｅに夫々内蔵されている負荷３は、モータ、更に好ましくは音声発生器やメロディー発生器で構成されている。
植物１２ｆ、風車１２ｇに夫々内蔵されている負荷３は、モータで構成されている。
自動車１２ｈ、電車１２ｉに夫々内蔵されている負荷３は、モータ、ＬＥＤ、更に好ましくは音声発生器で構成されている。
そして、電灯１２ａ、信号機１２ｂ、建物１２ｃ、人物１２ｄ、動物１２ｅ、植物１２ｆ、風車１２ｇは、夫々に備わる２次コイル２が、載置台１１の表面における第３の位置となる任意の位置に配置されている。
また、自動車１２ｈは、道路１２ｊの上に載置されている。
また、電車１２ｉは、線路１２ｋの上に載置されている。
道路１２ｊ、線路１２ｋは、夫々、レイアウト自在に連結可能な直線状および曲線状の単品を組み合わせて構成されている。そして、道路１２ｊは、自動車１２ｈに備わる２次コイル２が第３の位置を維持するように、載置台１１の表面に配置されている。また、線路１２ｋは、電車１２ｉに備わる２次コイル２が第３の位置を維持するように、載置台１１の表面に配置されている。
１次コイル１ｂ、第１共振器１ｃ、第２共振器１ｄ、２次コイル２等の構成は、実施例３〜５の非接触給電システムにおけるものと略同じである。
【００５９】
実施例６のジオラマでは、電灯１２ａが点灯し、信号機１２ｂが点灯するとともに警報音を発し、建物１２ｃが点灯するとともに音声及びメロディーを発する。また、人物１２ｄがモータにより回転又は走行するとともに歌を唄い又は声を発し、動物１２ｅがモータにより回転又は走行するとともに鳴き声を発する。また、植物１２ｆ、風車１２ｇがモータにより回転する。また、自動車１２ｈがモータにより道路１２ｊの上を走行するとともに、ライトを点灯し、更には警笛音を発する。また、電車１２ｉがモータにより線路１２ｋの上を走行するとともに、ライトを点灯し、更には警笛音を発する。
【００６０】
ここで、実施例６のジオラマは、給電装置１ａと１次コイル１ｂとからなるユニット、第１共振器１ｃ、第２共振器１ｄ、２次コイル２及び負荷３を備えた展示用模型１２ａ〜１２ｉが、夫々配置自在に構成されており、第１共振器１ｃが第１の位置に配置され、第２共振器１ｄが第２の位置に配置され、展示用模型１２ａ〜１２ｉに備わる負荷３が第３の位置に配置されているときに、負荷３が第３の位置に配置されている展示用模型１２ａ〜１２ｉが作動するように構成されている。
このため、ジオラマのレイアウトを変更したい場合には、給電装置１ａと１次コイル１ｂとからなるユニット、第１共振器１ｃ、第２共振器１ｄ、２次コイル２及び負荷３を備えた展示用模型１２ａ〜１２ｉの位置を自由に変更できる。
【００６１】
従来のジオラマでは、負荷を備えた展示用模型を作動させる場合、給電装置と負荷とを電線で接続していた。このため、載置台には、多数の電線の配置が煩雑化しており、しかも、展示用背景における負荷を備えた展示用模型の配置を決めてジオラマを制作した後は、配置を変更することは難しく、展示用模型の配置を異ならせるためには、新たにジオラマを製作しなおす必要があった。このため、ジオラマの制作コストが莫大にかかるものとなっており、容易にはジオラマの展示用模型の配置を変更することができなかった。
【００６２】
しかるに、実施例６の非接触給電システムを用いたジオラマによれば、ジオラマ等の展示用背景内における負荷を備えた展示用模型の配置を、ジオラマを製作しなおすことなく、容易に変更することができ、製作コストを大幅に減らすことができる。さらに、このようなジオラマは、駅や博物館等の公共施設、デパートの展示スペース等の大規模なものに用いるだけでなく、子供の玩具に応用することができる。子供の玩具に応用した場合、子供が自由に電車や信号等の負荷を自在に配置して遊ぶことができ、また、子供が玩具で遊ばない（玩具を使用しない）ときには、それらの負荷を簡単に片付けることができる。なお、実施例６の非接触給電システムを用いたジオラマを子供の玩具に応用する場合、さらに、載置台を、分解、折り畳みや巻きが可能な材質で構成すれば、部屋の配置スペースに合わせてジオラマを作ることができ、しかも、収納時にはコパクト化でき場所をとらずに済むので、より好ましい。
また、本発明の非接触給電システムを用いたジオラマにおける２次コイル及び負荷を内蔵した展示用模型は、実施例６におけるものに限定されるものではなく、玩具や展示物に適用可能な形態をしたものであればどのような形態のものでもよい。また、展示用模型に内蔵される負荷も、実施例６におけるものに限定されるものではなく、玩具や展示物に適用可能であり且つ電圧により作動するものであればどのようなものでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の非接触給電システム及びそれを用いたジオラマは、駅や博物館等の公共施設、デパートの展示スペース等での展示する展示用模型や、子供用玩具の分野等、１つの給電装置からの電力の供給範囲を拡大して、複数の負荷を同時に作動させ、しかも負荷の位置を随時所望の位置に変更する負荷に対し、電磁波を介して非接触で給電を行うことが求められるあらゆる分野に有用である。
【符号の説明】
【００６４】
１          電磁波発生手段
１ａ        給電装置
１ｂ，１ｂ1〜１ｂn           １次コイル
１ｃ，１ｃ1〜１ｃn，１ｃS    第１共振器
１ｄ，１ｄ1〜１ｄn，１ｄS    第２共振器
１ｅ        電力分配器
１ｆ        同軸線
２，２1〜２n，２S            ２次コイル
３，３1〜３n，３S            負荷
４          高周波処理部
５          電源制御部
６          共振原理を利用した電源ユニット
１１        載置台
１２ａ      展示用模型（電灯）
１２ｂ      展示用模型（信号機）
１２ｃ      展示用模型（建物）
１２ｄ      展示用模型（人物）
１２ｅ      展示用模型（動物）
１２ｆ      展示用模型（植物）
１２ｇ      展示用模型（風車）
１２ｈ      展示用模型（自動車）
１２ｉ      展示用模型（電車）
１２ｊ      展示用模型（道路）
１２ｋ      展示用模型（線路）
【要約】
【課題】１つの給電装置からの電力の供給範囲の拡大、複数の負荷の同時作動、負荷の配置の随時変更が可能な非接触給電システム及びそれを用いたジオラマの提供。
【解決手段】給電装置１ａと１次コイル１ｂを有する電磁波発生手段１、電磁波で電圧を生じる２次コイル２、電圧で作動する負荷３を有する非接触給電システムである。１次コイルと２次コイルとの間に、配置自在に構成された共振器（１次コイルと相互に電磁誘導しうる位置で１次コイルに共振した電磁波を誘導する第１共振器１ｃ、第１共振器と相互に電磁誘導しうる位置で第１共振器に共振した電磁波を誘導する第２共振器１ｄ）を、１次コイル及び／又は２次コイルと相互に電磁誘導しうる２次元又は３次元方向の所定位置に備え、共振器が、１次コイルが発生させた電磁波に共振した電磁波を誘導するとともに誘導した電磁波により２次コイルに電圧を生じさせる。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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