(57)【要約】【課題】室内の多数の携帯情報端末４に効率良くワイヤレス受給電を行う。【解決手段】給電ユニット１と電源ユニット３とを分離したワイヤレス給電の受給電装置で、分離した電源ユニット３を室内８の床６に設置し、給電ユニット１を室内８の天井５に固設して、携帯情報端末４等の外部接続周辺機器とのＵＳＢ接続インターフェースとして汎用化されているＵＳＢポート４１に、受電ユニット２のＵＳＢ端子２１を着脱自在に挿着可能にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電ユニット１と電源ユニット３とを分離したワイヤレス給電の受給電装置において、電源ユニット３を室内８の床６に設置し、給電ユニット１を室内８の天井５に固設して、受電ユニット２を携帯情報端末４のＵＳＢポート４１に着脱自在に挿着するようにしたことを特徴とするワイヤレス給電の受給電装置。
【請求項２】
反射板１２の下部に設けた防制振接続部材１３で、給電体１１を吊設するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス給電の受給電装置。
【請求項３】
反射板１２の素材をアルミニウムとし、形状を円形の凹面状または平板状としたことを特徴とする請求項１および２に記載のワイヤレス給電の受給電装置。
【請求項４】
受電ユニット２のＵＳＢ端子２１と受電面２２との間に自在可動部２３を設けるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス給電の受給電装置。
【請求項５】
受電ユニット２の受電面２２にＬＥＤ２４を設け、受電ユニット２が受電時にＬＥＤ２４が点灯し、受電終了時に消灯するようにしたことを特徴とする請求項１および４に記載のワイヤレス給電の受給電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、室内に設けるワイヤレス給電の受給電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近来、学校の授業においてデジタル教科書による授業が試みられ、授業形態がタブレット端末やノートパソコン（以降、携帯情報端末と記す）等を使用したデジタル教科書によるペーパーレス化が急速に進むことが想定される。
【０００３】
また携帯情報端末は、個人所有か学校からの貸与となることが考えられるが、その維持管理は各学童に任されることになるため、学童全員の携帯情報端末を最良な状態に管理させることは極めて困難なことであることが推測される。
【０００４】
この携帯情報端末への電源供給には、主に商用電源のコンセントに差し込まれたＡＣアダプターから供給される直流電源を直接使用したり、商用電源の無い所では二次電池のバッテリーに蓄電された電力を使用しなければならず、ＡＣアダプターは携帯情報端末への電源供給に必須なものとなっている。
【０００５】
デジタル教科書による電子化を進めるにあたり課題も多く、その中で特に学童の使用する多数の携帯情報端末のハードやソフトのトラブルは別として、携帯情報端末に内設される二次電池の消耗による授業の中断は極力避けなければならない。
【０００６】
携帯情報端末への電力供給の手段としてワイヤレス給電の技術が数多く提案され、実用化もされている。
その中で天井に給電装置を設ける技術として、磁場共振型のワイヤレス給電の生活空間への応用方法の技術が公開されている（特許文献１の請求項３参照）。
また、漏洩電磁波を小さく抑えることができるワイヤレス給電通信方法およびシステムの技術が公開されている（特許文献２の請求項４参照）。
さらに、反射板を設ける技術として、移動する対象へのワイヤレス給電で、位置ズレによる効率低下や検出に、受電アンテナの受電面の外側部分に反射板を使用したワイヤレス給電方法およびワイヤレス給電システムの技術が公開されている（特許文献３参照）。
【０００７】
非特許文献として、離れた場所から複数の端末に給電できる、ワイヤレス給電システムの実験情報が報道されている（非特許文献１のＵＲＬ参照）。
最近、文部科学省の有識者会議が、現行の紙の教科書を基本としつつ、デジタル教科書との併用を認める報道がされている（非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−１６５６３２号公報
【特許文献２】特開２０１５−１６３０３０号公報
【特許文献３】特開２０１５−２０８１９４号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】http://k-tai.watch.impress.co.jp/docs/news/736578.html
【非特許文献２】２０１６年１２月１日  読売新聞  朝刊一面
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
これは次のような問題点があった。
特許文献１の技術は、給電コイルと受電コイルを建造物の天井や壁等に設置されるが、建造物の内壁に設置されるため、既設の建造物では設置には大掛かりな工事が必要となるのと、工事費用も無視できないという問題があった。
特許文献２の技術は、建物の床や天井または壁に給電導波管を載置し、並列導波管を天井または壁の内部に設けるため、特許文献１の技術と同様に大掛かりな工事が必要となるのと、工事費用も無視できないという問題があった。
特許文献３の技術は、反射板を受電アンテナの受電面に設ける技術で、反射板を給電時に広範囲に電磁波を放射させたり、反射させたりするものではなかった。
【００１１】
非特許文献１の技術は、同時に多数の機器への対応ができる技術情報であるが、主に家庭内での使用を想定したもので、学校やオフィス等での使用が具現化されたものではなかった。
【００１２】
携帯情報端末は、前述したように商用電源のコンセントに差し込まれたＡＣアダプターから、個別に接続された携帯情報端末等の機器に直流電源を供給し、二次電池のバッテリーに蓄電された電力で可動されるが、ＡＣアダプターを接続する商用電源用のコンセントを床や壁等に配設し、必要に応じてテーブルタップ等を使用しなければならなかった。
現在オフィス等では商用電源用のコンセントを床や壁に設置して使用されているが、学校での教室に商用電源用のコンセントを床に多数設置することは、コンセントによる学童のつまずき等の安全上の問題や、学童による床掃除時の机の移動の障害となるという問題があった。
【００１３】
学校で使用される携帯情報端末は、貸与または個人所有となり個人の管理となることから、復習や予習さらには宿題等のために下校時に携帯情報端末を持ち帰り、自宅で十分に充電して授業に備えれば使用に耐えうるが、充電を忘れた者や授業中に電池切れを起こすことも想定されることも考えられるため、ＡＣアダプターや予備のバッテリーを備えて置くことも考えられるが、頻繁に発生すると考えられるこれらの問題に対応することは極めて困難である。
本発明は、これらの上記課題を解決するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
給電ユニット１と電源ユニット３とを分離したワイヤレス給電の受給電装置で、分離した電源ユニット３を室内８の床６に設置し、給電ユニット１を室内８の天井５に固設して、携帯情報端末４等の外部接続周辺機器とのＵＳＢ接続インターフェースとして汎用化されているＵＳＢポート４１に、受電ユニット２のＵＳＢ端子２１を着脱自在に挿着可能にする。
本発明は、以上の構成よりなるワイヤレス給電の受給電装置である。
【発明の効果】
【００１５】
給電ユニットを室内の天井に固設するため邪魔にならず、多数の携帯情報端末への同時ワイヤレス給電が可能となる。
商用電源用のコンセントを床に多数設置するための配線作業が不要となることで、学童への安全性や利便性が格段に向上する。
電池切れで携帯情報端末が使用不能になることも少なくなり、校内に予備のバッテリーやＡＣアダプター等を備え置くことが最小限で済む。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の室内の構成を説明する側面図である。
【図２】本発明の受給電を説明するフロー図である。
【図３】図１の給電ユニットの底面図である。
【図４】図１の給電ユニットの鎖線Ａ−Ａの拡大縦断面図である。
【図５】携帯情報端末に受電ユニットを挿着する状態を示す平面図である。
【図６】図５の受電ユニットの拡大平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、図１の本発明の室内８の構成を説明する側面図や、図２の本発明の受給電を説明するフロー図に示すように、教室やオフィス等の建物で一定の広さを有する室内８に、天井５に設けた給電ユニット１から下方に向けて放射された電磁波を、同時に複数の携帯情報端末４の受電ユニット２に給電する。
【００１８】
給電ユニット１は給電体１１と反射板１２で構成され、給電体１１は主に給電制御に係る回路と給電コイルが、受電ユニット２は主に受電制御に係る回路と受電コイルが、電源ユニット３は主にトランスや電源制御に係る回路、電源スイッチ等で全体が構成される。
【００１９】
本発明は、重量となる電源ユニット３と給電ユニット１とを分離させることで、天井５に負荷とならないように給電ユニット１のみを固設し、電源ユニット３は室内８の床６に設置される。
電源ユニット３からはコード３１が壁と天井５を伝い反射板１２に設けた貫通孔を通して給電体１１に接続され電力を供給し、電源ユニット３は商用電源用のコンセントに接続される。
【００２０】
ワイヤレス給電の方式は、電磁誘導方式は極近距離でのワイヤレス給電の方式のため向かないが、磁場共振型や磁界共鳴、磁界結合、直流共鳴等幾つかの方式が存在する中で、安価で給電の範囲が半径５〜１０メートル程の近中距離の給電領域をカバーし、同時に多数の携帯情報端末４に給電が可能であれば、本発明に使用される方式には拘るものではない。
【実施例】
【００２１】
図３は給電ユニット１の底面図で、図４は図１の鎖線Ａ−Ａの給電ユニット１の拡大断面図であり、これら二図に示すように、低周波振動や高周波振動の吸収に優れたゴム系や樹脂系の防振や制振素材からなる防制振接続部材１３を反射板１２の下方に設け、防制振接続部材１３に給電ユニット１の給電体１１を吊設する。
反射板１２に吊設された給電体１１と一体となる給電ユニット１を、室内８の天井５に反射板１２の上部に設けた天井取付部材１４で固設される。
【００２２】
防制振接続部材１３を低周波振動の防振や制振に優れた部材と、高周波振動の防振や制振に優れた部材とを交互に積層する構造とすることで、給電体１１のコイルから発する低周波振動や高周波振動を防制振接続部材１３で効率良く吸収して低減させることも可能となる。
また、低周波振動や高周波振動が反射板１２や天井５に伝播して発生する低周波共振音や高周波共振音を極力低減することも可能となる。
【００２３】
なお、防制振接続部材１３で吸収した低周波振動や高周波振動のエネルギーは、熱エネルギーとして吸放熱効率にも優れる反射板１２に伝播され放熱されるため、防制振接続部材１３に使用される素材は、熱伝導性に優れたものが好ましい。
さらに、給電体１１からの発熱は、防制振接続部材１３で吊設されているため接触面積が少なく放熱効率も良い。
【００２４】
本発明に使用する反射板１２は、天井５に給電体１１と一体で給電ユニット１として設けられるが、電磁波が上の天井５に放射して吸収されるのを極力少なくするのを防ぐのと、電磁波を下方に効率的に放射するようにすることにある。
そこで、下方に向けて僅かに湾曲した円形の凹面状や平板状とすることで、給電体１１から放射された電磁波を下方に効率良く広範囲に放射することができる。
なお、実施例の図中の反射板１２は凹面状としたもので、反射板１２の素材としては電磁波の反射効率も良く、給電体１１からの発熱に対しての熱伝導性や放熱性が良い軽量で安価なアルミニウムが好ましい。
【００２５】
受電ユニット２は、携帯情報端末４に内設されたものであれば利便性は大きいが、前述したようにワイヤレス給電の方式が幾つか存在しており、給電ユニット１と受電ユニット２との方式が合致しないとワイヤレス給電を行うことができない。
教室や企業のオフィスではワイヤレス給電の方式を統一して行うことは可能であるが、ある特定のワイヤレス給電方式の受電ユニット２を携帯情報端末４に内設されたものは、異なるワイヤレス給電方式のものが設置された所での使用はできない。
【００２６】
図５の携帯情報端末４に受電ユニット２を挿着する状態を示す平面図示すように、携帯情報端末４の外部接続周辺機器とのＵＳＢ接続インターフェースとして汎用化されている図中の点線で示すＵＳＢポート４１に、受電ユニット２のＵＳＢ端子２１を双方向矢印に示すように着脱自在に挿着可能とすることで、ＵＳＢポート４１の通常では電源供給として使用される電源端子を介して、携帯情報端末４に内設される二次電池のバッテリーに蓄電される。
【００２７】
給電ユニット１の給電体１１から放射される電磁波は、受電ユニット２の受電面２２に直接届くものや反射板１２や壁に反射されて届くが、置かれた携帯情報端末４の位置によっては電磁波を十分に受電できないことも想定される。
そこで、図６の受電ユニット２の拡大図に示すように、ラジオがアンテナの方向調整で最良の受信を可能とするように、受電ユニット２が給電ユニット１からの受電を効率良くするために、受電ユニット２の受電面２２を全方位で一定の範囲内で可動できるように、ＵＳＢ端子２１と受電コイルが内設される受電面２２との間に自在可動部２３を設け、受電面２２の方向調整で最適の受電効率が得られるようにする。
【００２８】
自在可動部２３は、フレキシブルチューブやフレキシブルジョイント、スパイラルチューブ、スパイラルジョイント、中空構造で簡易な自在継手等で、受電ユニット２を長時間保持できるものであればよく、また、全方位で一定の範囲内を可動するが、その屈曲や回転（捻じれ）の範囲は１０°前後程をカバーできればよい。
当実施例では自在可動部２３を、ＵＳＢ端子２１と受電面２２との間にワイヤー接続が必要なため、中空構造の自在継手例としている。
【００２９】
受電ユニット２の受電面２２にＬＥＤ２４を設けるようにし、ＬＥＤ２４の点灯で受電が確認できるようになるのと、ＬＥＤ２４の輝度で受電状態を確認できるようになるため、受電面２２を最適の受電ポジションに方向調整することが容易にできるようになる。
携帯情報端末４の二次電池がフル充電されると充電を自動停止し、過充電されない構造になっているため安全上の問題は無く、受電ユニット２の受電が止まり、ＬＥＤ２４が消灯することでフル充電されたことの確認となる。
【００３０】
受電ユニット２に自在可動部２３を設けることで、最適の受電ポジションを得ることができ、携帯情報端末４に内設されたものでは得られない利便性が生ずる。
また、受電ユニット２をＵＳＢ接続インターフェースのＵＳＢポート４１に着脱自在とすることで、ワイヤレス給電の方式が異なる時でも、方式に合う受電ユニット２に簡単に交換することで受電が可能となる。
【００３１】
受電ユニット２から携帯情報端末４への充電に比べ、携帯情報端末４の使用中の消費電力の方がはるかに大きいため、未使用時でも受電ユニット２からの受電が可能な状態にする必要がある。
そこで、授業で携帯情報端末４を使用しない時や、帰宅に携帯情報端末４を持ち帰らない時は、図１に示すように、机７上の携帯情報端末４に受電ユニット２を挿着して受電可能な状態にして置くことで、フル充電された状態で翌日には使用できるようになる。
学校での授業中に、電池切れで携帯情報端末４が使用不能になることも少なくなり、校内に予備のバッテリーやＡＣアダプター等を備え置くことも不要になる。
【００３２】
給電体１１からの受電範囲が中出力で半径を５メートルとすると、その受電範囲は単純に７８．５平方メートルとなり、その実効受電範囲を８割としても略６３平方メートルをカバーすることができることになる。
これは、一般的な小学校の教室の広さを６０平方メートル前後として、教室の略中央の天井５に設けられた給電体１１からと、反射板１２から反射されて放射される電磁波を受電ユニット２で受電可能となる。
【００３３】
オフィスでの利用を考えた時、給電体１１からの受電範囲が広く半径を１０メートルと仮定すると、単純に半径５メートルの給電ユニット１の４倍の受電範囲となり、    かなりの広さのオフィスでの給電をカバーすることができるようになる。
オフィスでは柱などによりブラインドとなることを考慮しても、給電体１１の出力を受電範囲の広い高出力の給電体１１と、中出力の給電体１１とを組み合わせた給電ユニット１により効率的な配設が可能である。
【００３４】
またオフィスでは、給電体１１からの受電が難しい情報機器として、消費電力の多いデスクトップパソコンやワークステーション、サーバー等、オフィス機器としてファクシミリやプリンター等が使用され商用電源で可動されている。
オフィス機器の中で消費電力の多い情報機器のファクシミリやプリンターは、グループ単位でローカルネットワークにより各携帯情報端末４が接続され、使用頻度は少ないが商用電源用のコンセントを必要とする。
しかし、個人で管理されている多くの携帯情報端末４への電源供給は、給電ユニット１から行うことができるようになるため、オフィスでの商用電源用のコンセントが全く不要となるわけではないが、多くの不要な配線設備から解放される。
【００３５】
給電ユニット１を室内８の天井５に固設するため邪魔にならず、多数の携帯情報端末４への同時ワイヤレス給電が可能となることで、商用電源用のコンセントを床６に多数設置することも不要となり、携帯情報端末４への充電のために使用するＡＣアダプターも不要となるため安全性や利便性が格段に向上し、また、学童への授業でのデジタル化の促進がより図れるようになる。
【符号の説明】
【００３６】
１  給電ユニット
１１  給電体
１２  反射板
１３  防制振接続部材
１４  天井取付部材
２  受電ユニット
２１  ＵＳＢ端子
２２  受電面
２３  自在可動部
２４  ＬＥＤ
３  電源ユニット
３１  コード
４  携帯情報端末
４１  ＵＳＢポート
５  天井
６  床
７  机
８  室内
【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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