JP2006210000A - 電飾装置 - Google Patents

Abstract

【目的】給電部から発光部に電磁誘導で電力を供給する電飾装置において、給電部に対する発光部の設置位置や設置方向の自由度を向上させる。
【構成】給電側コイルユニット７は、磁性体１３の周囲に３つの給電コイル２（Ａ〜Ｃ）を各々別の方向に磁界を発生させる様に巻いたものである。受電部６は、磁性体１４に巻いた受電コイル５に発光素子４を接続して全体を被覆体１５で覆ったものである。受電部６は給電部３の表面に任意の位置関係で配置できる。給電コイル２（Ａ〜Ｃ）を選択的に駆動すれば、選択された各給電コイル２（Ａ〜Ｃ）に誘導電流が誘起され、発光素子４（Ａ〜Ｃ）を選択的に発光させることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、発光素子に接続された受電コイルを備えた受電部を、電源に接続された給電コイルを備えた給電部に対して非接続状態で配置し、給電部を駆動して受電部に電磁誘導により非接触で給電を行い、受電部の発光素子を発光駆動することができる電飾装置に係り、特に給電部に対する受電部の配置に関わらず発光素子を発光させることができる電飾装置に関するものである。

電飾装置の発光素子へ電力を供給する手段としては、コネクター・ソケット・半田付け等の機械的接続構造を介して供給するものが一般的であるが、この機械的接続構造の電気的・機械的信頼性を確保するためには、これを設けられるだけの十分な空間が必要であり、これが電飾装置における発光素子の自由な配置や、一旦配置した発光素子の位置替え等、電飾装置による表現の自由度を制限していた。

このような課題を解決する一方法として、電磁誘導を用いて非接触にて発光素子に電力を供給する電飾装置が提案されている。例えば、下記特許文献１には、電磁誘導により非接触手段にて電力供給する水中用の照明装置が開示されている。この装置は、１次コイルを備えて水槽の外側に配置した給電部と、２次コイルを備えて水槽の内側に防水処理を施して配置した受電部と、電磁誘導作用により前記２次コイルに発生した電力の供給を受けて発光する防水した照明装置を備えており、これによって前記照明装置を給電コードを用いることなく、点灯・消灯することができるものとされている。
また、下記特許文献２も、電磁誘導を用いて非接触にて出力側部分に電力を供給する装置を開示している。

特開２００２−２５１９０１号公報 特開平１１−１７６６７７号公報

しかしながら、特許文献１記載の水中用の照明装置に見られるような従来の電磁誘導式の電飾装置では、受電部と発光素子（照明装置）がリード線で結ばれており、発光素子（照明装置）の配置や位置替えはリード線を引き回して行わなければならないという煩わしさがある。そこで、リード線を省略し、発光素子（照明装置）を受電部に直接接続して一体化することも考えられるが、そのような構造を採用したとしても、給電側と受電側の磁束の方向を一致させて配置する必要があるため、給電部に対する発光部の設置位置や設置方向に制限が加えられ、非接続で発光する装置の特徴である自由度の高さを十分に生かしきれない。また、特許文献２記載の装置を電飾装置として応用した場合にも、同様に電力の供給を受ける側（出力側部分）に配置の自由度が低いという問題がある。

そこで本発明は、給電部から発光部に電磁誘導で電力の供給を行う電飾装置において、給電部に対する発光部の設置位置や設置方向を給電部と合わせる必要がなく、電飾装置の使用上の自由度を向上させることを目的とする。さらに、給電部に対して自由な配置とされた受電部の発光素子を任意のタイミングで点灯、消灯できる等、駆動状態を選択し得る制御上の自由度も高め、電飾装置としての機能をさらに向上させることができるようにすることをさらなる目的としている。

請求項１に記載された電飾装置は、電源に接続される給電コイルを備えた給電部と発光素子に接続される受電コイルを備えた受電部とを有し、前記給電コイルと前記受電コイルを電磁結合が成立する給電状態に置くことにより電磁誘導で給電部から受電部に対し非接触で給電を行う給電装置において、前記給電部が、発生する磁界の方向が互いに異なる複数の給電コイルを備えていることを特徴としている。

請求項２に記載された電飾装置は、請求項１記載の電飾装置において、複数の前記給電コイルを選択的に駆動することにより、前記受電部の前記発光素子の駆動状態を選択するように構成されたことを特徴としている。

請求項３に記載された電飾装置は、請求項２記載の電飾装置において、複数の前記給電コイルを所定の値以上の周波数で繰り返して駆動することにより、前記給電部に対して任意の位置関係で配置された前記受電部の前記発光素子を発光させるように構成されたことを特徴としている。

請求項４に記載された電飾装置は、請求項２記載の電飾装置において、複数の前記給電コイルを任意の順序で駆動し、駆動された前記給電コイルと電磁結合が成立するような位置関係で前記給電部に配置された前記受電部の前記発光素子を発光させるように構成されたことを特徴としている。

請求項５に記載された電飾装置は、請求項２記載の電飾装置において、複数の前記給電コイルを互いに異なる駆動時間で駆動することにより、駆動された前記給電コイルと電磁結合が成立するにような位置関係で前記給電部に配置された前記受電部の前記発光素子を前記駆動時間に対応する時間で発光させるように構成されたことを特徴としている。

請求項６に記載された電飾装置は、請求項１乃至５記載の電飾装置において、前記受電部は、巻き方向が異なる複数の受電コイルを有していることを特徴としている。

請求項７に記載された電飾装置は、請求項６記載の電飾装置において、複数の前記受電コイルにそれぞれ接続された前記発光素子は、前記受電コイルごとに互いに発光色が異なることを特徴としている。

請求項１に記載された電飾装置によれば、前記給電部の複数の給電コイルは互いに異なる複数方向の磁界を発生できるので、受電部を給電部に対して必ずしも一定の位置関係で配置しなくとも、受電部の受電コイルに誘導電流を発生させることができ、発光素子を発光させることができる。給電部に設ける給電コイルの数は２以上であれば、電飾の目的乃至使用時に必要とされる受電部の配置の自由度等に応じて任意であるが、一例として、異なる３方向について磁界が発生するように３つの給電コイルを給電部に設けると、受電部の受電コイルが１つであっても、給電部に対する受電部の位置関係が、３つの給電コイルが発生する磁界の３つの方向のいずれかに合致していれば、受電コイルに誘導電流を効率的に発生させて発光素子を発光させることができる。３個の受電部を磁界の３つの方向にそれぞれ合致させて給電部に配置しておけば、３つの受電部の発光素子をいずれも発光させることができる。

請求項２に記載された電飾装置によれば、請求項１記載の電飾装置による効果において、さらに、複数の前記給電コイルを駆動順序や駆動周波数等の駆動条件を選択して駆動することにより、給電部に配置する任意個数の受電部に対し、各受電部の発光素子の駆動状態を任意に選択できる。

すなわち、請求項３に記載された電飾装置によれば、請求項２記載の電飾装置による効果において、複数の前記給電コイルを所定の値以上の高い周波数で繰り返して駆動し、給電部が発生する磁界の複数の方向にそれぞれ合致させて配置された複数の受電部の各発光素子を、人間の目視上、同時に発光させることができる。

また、すなわち、請求項４に記載された電飾装置によれば、請求項２記載の電飾装置による効果において、複数の前記給電コイルを任意の順序で駆動すれば、給電部が発生する磁界の複数の方向にそれぞれ合致させて配置された複数の受電部のうち、駆動された前記給電コイルと電磁結合が成立するような位置関係にある前記受電部の前記発光素子を選択して発光させることができる。

また、すなわち、請求項５に記載された電飾装置によれば、請求項２記載の電飾装置による効果において、複数の前記給電コイルを互いに異なる駆動時間で駆動することにより（すなわち駆動信号のデューティー比を変えて駆動すれば）、駆動された前記給電コイルと電磁結合が成立するにような位置関係で前記給電部に配置された前記受電部の前記発光素子を、前記駆動時間に対応する時間長で発光させることができ、当該発光素子の発光輝度を任意に変更することができる。

請求項６に記載された電飾装置によれば、以上効果を説明した請求項１乃至５記載の電飾装置において、前記受電部に巻き方向が異なる複数の受電コイルが設けられているので、発光状態の選択の自由度がさらに向上し、表示の審美性がさらに高まる。

請求項７に記載された電飾装置によれば、請求項６記載の電飾装置において、複数の前記受電コイルにそれぞれ接続された前記発光素子は、前記受電コイルごとに互いに発光色が異なるので、発光状態の選択の自由度及び表示の審美性がさらに一層高まる。

以下、本発明を実施するために特許出願人が出願時点で最良と思う本発明の実施の形態を図１〜図１０を参照して説明する。
図１〜図７は本発明の実施の形態に係る電飾装置の第１実施形態を示す。図１は同電飾装置の給電部の回路構成図であり、図２は本発明の実施の形態に係る電飾装置の受電部の回路構成図であり、図３は同受電部の断面図であり、図４は同電飾装置の使用時における断面図であり、図５は同電飾装置の第１の駆動波形図であり、図６は同電飾装置の第２の駆動波形図であり、図７は同電飾装置の第３の駆動波形図である。
図８〜図１０は本発明の実施の形態に係る電飾装置の第２実施形態を示す。図８は同電飾装置の受電部の断面図であり、図９は同電飾装置の使用時における断面図であり、図１０は同電飾装置の駆動波形図である。

１．第１実施形態（図１〜図７）
（１）構成等（図１〜図４）
本例の電飾装置は、給電駆動回路８に接続された給電コイル２を備えて平形乃至パネル状に構成された給電部３と、発光素子４に接続された受電コイル５を備えてブロック状等の小型発光部材として構成された受電部６を有し、前記受電部６を前記給電部３の表面等、その近傍の任意の位置に配置して、前記給電コイル２と前記受電コイル５を電磁結合が成立する給電状態に置くことにより、電磁誘導で給電部３から受電部６に対し非接触で給電を行い発光素子４を発光させる装置である。

図１に示すように、前記給電部３は、３つの給電コイル２（Ａ，Ｂ，Ｃ）を有する給電側コイルユニット７と、この給電側コイルユニット７に駆動信号を供給する給電駆動回路８を有している。
給電駆動回路８は、電源１（電源回路もしくは電池）と、駆動信号の基準となる信号を発生する発振器９（発振回路）と、必要に応じて発振器９からの信号をもとに駆動信号に変換する分周器１０（分周回路）と、各給電コイル２の駆動タイミングを制御する制御回路１１と、制御回路１１からの信号により給電側コイルユニット７の各給電コイル２を分周器１０からの信号で交流駆動する駆動回路１２((1)〜(3))とを有しており、給電側コイルユニット７の各給電コイル２（Ａ〜Ｃ）は数ｋＨｚから数十ｋＨｚの交流にて駆動される。

図４に示すように、前記給電側コイルユニット７は、薄い平形の一つの磁性体１３の周囲に３つの給電コイル２（Ａ〜Ｃ）を各々別の方向に磁界を発生させる様に巻いたものであり、本例では各コイル２の中心において発生する磁界の方向が互いに直交する３方向となるように構成されている。本例ではコイル２が表面に直接露出しているが、受電部６を表面に安定して配置できるように磁界の到達を妨げない厚さ及び材質の材料乃至部材で表面を覆っても良い。

図２にて受電部６の回路構成を説明する。受電部６は、磁性体１４と、該磁性体１４に巻き込まれた一つの受電コイル５と、受電コイル５の両端に接続されて該コイル５に誘起された電力にて駆動される発光素子４（例えばＬＥＤ）とを有している。発光素子４（例えばＬＥＤ）は、導通方向が互いに逆になるように２個ずつ合計４個が一つの受電コイル５の両端に接続されている。

図３にて受電部６の全体構成を説明する。受電部６の磁性体１４は略円柱状乃至角柱状等の柱状体であり、その周囲に受電コイル５が巻かれている。受電コイル５に接続された前記発光素子４は、受電コイル５の表面に配置されており、磁性体１４、受電コイル５及び発光素子４は全体として透光性を有する樹脂等の被覆体１５によりモールド等の手法で覆われており、全体として略円柱形をなす電飾のための一発光体を構成している。

本例の受電部６は、受電部６の受電コイル５が一つであるから、全体の寸法を非常に小さく収めることができ、自由な配置が可能となるように電池を一緒にパッケージした従来の発光素子等と比較しても、極めてコンパクトな構成で自由な配置が可能な電飾用の発光体を実現できる。なお、被覆体１５は無色透明でも有色半透明でも良く、電飾の効果を考慮し、発光素子４の発光色に合せて自由に選択することができる。

図４に示すように、受電部６の発光素子４を発光させる場合には、受電部６を給電部３の表面に任意の位置関係で配置する。図４では、３つの受電部６（Ａ〜Ｃ）がそれぞれ異なる位置関係で給電部３の給電側コイルユニット７上に配置されている。この状態で給電コイル２（Ａ〜Ｃ）を選択的に駆動すれば、選択された各給電コイル２（Ａ〜Ｃ）が、これに対応する位置関係にある受電部６（Ａ〜Ｃ）の各受電コイル５（Ａ〜Ｃ）に誘導電流を誘起してその発光素子４（Ａ〜Ｃ）を選択、発光させることができる。

すなわち、ここで前記位置関係とは、駆動面では、給電部３の各給電コイル２が発生する磁界の方向と、これを受ける受電部６のコイルの方向との関係を示す。従って、給電部３のある給電コイル２が発生する磁界の方向が、受電部６の受電コイル５に誘導電流を発生させるように、該受電部６を給電部３に対して配置すれば、該受電部６の発光素子４は発光することができる。本例では給電部３が３方向の給電コイル２を備えているので、図４に示すように、受電部６は少なくとも図示する３種類のいずれの位置関係で給電部３に配置しても発光を得ることができる。なお、これら３つの位置関係には当たらない中間的な配置であっても、受電部６の受電コイル５に対して給電コイル２の発生する磁界が有効な成分を有する限りにおいて、受電部６の受電コイル５には何らかの起電力が生じ、該起電力に応じて発光素子４が発光することはもちろんである。

また、図４では、３つの受電部６（Ａ〜Ｃ）が給電部３の給電側コイルユニット７の上面に載置されており、特に固定されていないが、給電側コイルユニット７に対する位置がずれないように、何らかの一時的固定手段で受電部６が給電側コイルユニット７から不用意に移動しないようにしてもよいし、またかかる一時的固定手段があれば受電部６を給電側コイルユニット７の側面や底面に配置することもでき、使用上の自由度がさらに高まる。

（２）駆動方法等（図５〜図７）
本例の電飾装置の駆動方法の第１例について図５を参照して説明する。
分周器からの信号(1-1) を受けた制御回路１１は、各駆動回路１２((1)〜(3))がそれぞれ接続された各給電コイル２（Ａ〜Ｃ）を所定の順序及び時間長で繰り返し選択駆動するように制御し、各駆動回路１２((1)〜(3))は駆動信号(1-2) 〜(1-4) を出力して各給電コイル２（Ａ〜Ｃ）を駆動する。この駆動信号が入力されると、選択された給電コイル２は分周器１０よりの信号(1-1) の周波数で交流にて駆動される（各給電コイル２（Ａ〜Ｃ）の駆動波形(1-5) 〜(1-7) 参照）。

各給電コイル２（Ａ〜Ｃ）が交流にて駆動されると、給電側コイルユニット７では各給電コイル２（Ａ〜Ｃ）の巻かれた方向に応じた磁界が発生し、この磁界の方向と合う方向に設置された受電部６の受電コイル５に電圧が誘起され、その発光素子４が発光する（発光素子４（Ａ〜Ｃ）の駆動波形(1-8) 〜(1-10)参照）。

この時、発光素子４（Ａ）には給電コイル２（Ａ）による電圧の他、図示のように給電コイル２（Ｃ）による比較的小さい電圧も誘起されているが、これは図４に示すように発光素子４（Ａ）が給電側コイルユニット７の表面の端（端面近く）に設置されているため、給電コイル２（Ｃ）からの磁界影響を受けたことによる。このように給電側コイルユニット７の端面近くでは複数の給電コイル２の影響を受ける場合がある。

このような駆動において、制御回路１１より各駆動回路１２((1)〜(3))に入力される駆動信号(1-2) 〜(1-4) が高速に切り替えられている時（約５０Hz以上の周波数）には、すべての受電部６（Ａ〜Ｃ）の各発光素子４（Ａ〜Ｃ）は残像により連続して点灯しているように見える。この様な動作により、発光体である受電部６は給電部３に設置される位置や方向に関わらず、すべての発光素子４を発光させることが可能となる。

次に、本例の電飾装置の駆動方法の第２例について図６を参照して説明する。
本駆動例によれば、駆動信号を選択的に出力することにより、駆動される給電コイル２で発生した磁界に対応した配置にある受電部６の発光素子４だけを選択的に発光させることが可能となる。以下に、第１の駆動例のように各受電部６（Ａ〜Ｃ）の各発光素子４（Ａ〜Ｃ）を連続点灯させた時と同一の輝度で、所望の選択した受電部６の発光素子４を発光させた場合の各部の波形を図６に示す。

図６の駆動例によれば、最初に受電部６（Ａ）の発光素子４（Ａ）のみが点灯し、その後発光素子４（Ｃ）のみが点灯し（発光素子４（Ａ）は設置位置によるもれ発光を生じる。）、その後発光素子４（Ｂ）のみが点灯し、最後に発光素子４（Ａ）と発光素子４（Ｂ）が点灯する。この様に、選択した給電コイル２により発光素子が発光する受電部６を変更することが可能となる。

次に、本例の電飾装置の駆動方法の第３例について図７を参照して説明する。
本駆動例は、駆動信号(3-1) 〜(3-3) のデューティー比を変化させることで各受電部６（Ａ〜Ｃ）の各発光素子４（Ａ〜Ｃ）の発光輝度を変更した動作例である。最初に受電部６（Ａ）の発光素子４（Ａ）のみ高輝度にて点灯し、その後発光素子４（Ｂ）のみが高輝度にて点灯し、その後発光素子４（Ｃ）のみが高輝度にて点灯する（発光素子４（Ａ）は設置位置によるもれ発光を生じる。）。

２．第２実施形態（図８〜図１０）
（１）構成等（図８及び図９）
図８に示すように、本例の電飾装置の受電部１６は、複数の受電コイル５（ａ，ｃ）と、各受電コイル５（ａ，ｃ）にそれぞれ接続された複数の発光素子４（ａ，ｃ）を備えている。

本例では、１個の受電部１６における受電コイル５及び発光素子４の組は２組（ａ及びｃ）である。各組の発光素子４（ａ又はｃ）は４個あり、各組においては２個ずつ導通方向が逆となるように対応する組の受電コイル５（ａ又はｃ）の両端に接続されており、各組の発光素子４（ａ，ｃ）の発光色は互いに異なる。

磁性体１７は略角柱形であり、２つの受電コイル５（ａ，ｃ）は磁性体１７の周囲に互いに交差するようにそれぞれ巻かれており、各受電コイル５（ａ，ｃ）に接続された各組４個の発光素子４（ａ，ｃ）は各受電コイル５（ａ，ｃ）の巻き方向に沿って磁性体１７の各面ごとに１つずつコイル上に配置されている。従って、発光色の異なる各４個、合計８個の発光素子４が、各柱形の磁性体の８つの面に交互に配置された構成となっている。そして被覆体は、これら磁性体１７、受電コイル５及び発光素子４の外形に対応した角の丸い略角柱形となってこれらの内部機構を覆っている。なお、図８では、受電部１６は受電コイル５及び発光素子４の組を２組有しているが、上述したように複数であればよく、３組以上設けてもよいことはもちろんであり、その場合には受電部の全体形状を適宜発光表示に適した形状とすればよい。

本例における給電部３の構成は第１実施形態と同様であり、図９に示すように、給電側コイルユニット７の上面に受電部１６が配置される。なお、図９では、給電側コイルユニット７の上面に１個の受電部１６が配置されているが、もちろん２個以上配置しても良いし、その場合には各受電部１６の給電側コイルユニット７に対する位置関係は同一でも異なっていても良く、電飾の目的によって任意に配置する。

（２）駆動方法等（図１０）
本例における動作を図１０を参照して説明する。
受電部１６と給電側コイルユニット７を図９に示すような配置で設置し、図１０に示すように各給電コイル２（Ａ〜Ｃ）を所定の順序で繰り返し駆動すると、給電コイル２の駆動により給電される受電コイル５（Ａ、Ｃ）が交互に切り替わるので、発光する発光素子４（Ａ、Ｃ）の色彩も交互に切り替わる。すなわち、１個の受電部１６における発光色を交互に切り替えて表示することができる。この場合、駆動周波数をある一定以上とすれば、２色の混色によって第３の色彩を表現することもできる。さらに、この場合、各給電コイル２（Ａ〜Ｃ）の駆動デューティー比を適宜に変えれば、２つの発光素子４（Ａ、Ｃ）の混色により得られる色彩を連続的に変化させるような表示も可能となる。
このように、電飾装置の表示上の審美的機能を向上させることができる。

３．その他の実施形態
第２の実施形態のような複数の受電コイル５及び発光素子４を有する受電部１６を、第１の実施形態で示したような駆動例により駆動しても、高い電飾の効果を得ることができる。また、以上説明した実施形態では、給電側コイルユニット７は略パネル状であり、受電部６，１６はその表面に設けることとしたが、さらに具体的な適用例としては、例えば電飾を施そうとする壁面等にこの給電側コイルユニット７を多数設け、多数の受電部６，１６を所望の配置で任意に取り付けるようにすれば、高い自由度で効果の高い電飾を行うことができる。

図１は同電飾装置の給電部３の回路構成図である。 図２は本発明の実施の形態の第１の例に係る電飾装置の受電部６の回路構成図である。 図３は同受電部６の断面図である。 図４は同電飾装置の使用時における断面図である。 図５は同電飾装置の第１の駆動波形図である。 図６は同電飾装置の第２の駆動波形図である。 図７は同電飾装置の第３の駆動波形図である。 図８は本発明の実施の形態の第２の例に係る電飾装置の受電部６の断面図である。 図９は同電飾装置の使用時における断面図である。 図１０は同電飾装置の駆動波形図である。

符号の説明

１…電源
２…給電コイル
３…給電部
４…発光素子
５…受電コイル
６，１６…受電部
７…給電側コイルユニット
８…給電回路
９…発振器
１０…分周器
１１…制御回路
１２…駆動回路
１３，１４，１７…磁性体
１５，１８…被覆体

Claims (7)

1. 電源に接続される給電コイルを備えた給電部と発光素子に接続される受電コイルを備えた受電部とを有し、前記給電コイルと前記受電コイルを電磁結合が成立する給電状態に置くことにより電磁誘導で給電部から受電部に対し非接触で給電を行う電飾装置において、
   前記給電部が、発生する磁界の方向が互いに異なる複数の給電コイルを備えていることを特徴とする電飾装置。
2. 複数の前記給電コイルを選択的に駆動することにより、前記受電部の前記発光素子の駆動状態を選択するように構成された請求項１記載の電飾装置。
3. 複数の前記給電コイルを所定の値以上の周波数で繰り返して駆動することにより、前記給電部に対して任意の位置関係で配置された前記受電部の前記発光素子を発光させるように構成された請求項２記載の電飾装置。
4. 複数の前記給電コイルを任意の順序で駆動し、駆動された前記給電コイルと電磁結合が成立するような位置関係で前記給電部に配置された前記受電部の前記発光素子を発光させるように構成された請求項２記載の電飾装置。
5. 複数の前記給電コイルを互いに異なる駆動時間で駆動することにより、駆動された前記給電コイルと電磁結合が成立するにような位置関係で前記給電部に配置された前記受電部の前記発光素子を前記駆動時間に対応する時間で発光させるように構成された請求項２記載の電飾装置。
6. 前記受電部は、巻き方向が異なる複数の受電コイルを有している請求項１乃至５記載の電飾装置。
7. 複数の前記受電コイルにそれぞれ接続された前記発光素子は、前記受電コイルごとに互いに発光色が異なることを特徴とする請求項６記載の電飾装置。
   

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