JP2019146465A - 非接触給電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１つの負荷回路の負荷が変動しても他の負荷回路の動作に必要な電力の供給が影響され難い非接触給電装置を提供する。【解決手段】この非接触給電装置１は、送電器２と一対の伝送器用導体を有する複数個の伝送器３Ａ、３Ｂ、・・・と複数個の負荷回路４Ａ、４Ｂ、・・・と複数個のインダクタンス素子５Ａ、５Ｂ、・・・とを備えており、第１の伝送器３Ａには第１のインダクタンス素子５Ａが接続され、第１の伝送器３Ａと第１のインダクタンス素子５Ａからなる第１の直列体８Ａには第１の負荷回路４Ａが接続され、第１の伝送器３Ｂには第２のインダクタンス素子５Ｂが接続され、第２の伝送器３Ｂと第２のインダクタンス素子５Ｂからなる第２の直列体８Ｂには第２の負荷回路４Ｂが接続され、第１の伝送器３Ａと第１のインダクタンス素子５Ａ及び第２の伝送器３Ｂと第２のインダクタンス素子５Ｂが、送電器２の周波数で共振する。【選択図】図１４

Description

本発明は、非接触部分を経由して給電する非接触給電装置に関する。

非接触給電装置は、様々な用途に用いることができる。例えば、商用電源に接続された給電用の台と携帯可能な機器との間の非接触部分を経由して、その機器に給電して充電するものに広く用いられている。また、特許文献１及び特願２０１７−１６８０９１などに示すように、関節部分を非接触部分として経由して必要な回路に給電するロボットに用いることができる。特許文献１は、電磁誘導により非接触部分の電力伝送を行うものであり、特願２０１７−１６８０９１は、対向する一対の伝送器用導体により非接触部分の電力伝送を行うものである。

特開平０７−１００７８６号公報

しかしながら、非接触給電装置をロボットに用いる場合、関節部分（非接触部分）が複数ありそれらを通って給電される回路（負荷回路）も複数有るのが普通であり、１つの負荷回路の負荷の変動が他の負荷回路に影響して他の負荷回路の動作に必要な電力が十分には供給されなくなることも生じ得ることである。

本発明は、係る事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、非接触部分が複数有り負荷回路が複数有るものにおいて、１つの負荷回路の負荷が変動しても他の負荷回路の動作に必要な電力の供給が影響され難い非接触給電装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の非接触給電装置は、交流の電力を送る送電器と、対向する一対の伝送器用導体を有し、該一対の伝送用導体の一方側から他方側に向けて前記送電器からの電力の伝送を非接触で行うものであって直列に設けられた複数個の伝送器と、複数個の負荷回路と、複数個のインダクタンス素子と、を備えており、前記複数個の伝送器のうちの第１の伝送器の前記他方側又は前記一方側の伝送用導体には、前記複数個のインダクタンス素子のうちの第１のインダクタンス素子が接続され、該第１の伝送器と該第１のインダクタンス素子からなる第１の直列体の他方側には、前記複数個の負荷回路のうちの第１の負荷回路が接続され、前記複数個の伝送器のうちの第２の伝送器の前記他方側又は前記一方側の伝送用導体には、前記複数個のインダクタンス素子のうちの第２のインダクタンス素子が接続され、該第２の伝送器と該第２のインダクタンス素子からなる第２の直列体の他方側には、前記複数個の負荷回路のうちの第２の負荷回路が接続され、前記第１の伝送器の一対の伝送器用導体と前記第１のインダクタンス素子及び前記第２の伝送器の一対の伝送器用導体と前記第２のインダクタンス素子は、前記送電器の周波数で共振することを特徴とする。

請求項２に記載の非接触給電装置は、請求項１に記載の非接触給電装置において、前記送電器は、前記第１の直列体の一方側に接続されていることを特徴とする。

請求項３に記載の非接触給電装置は、請求項１又は２に記載の非接触給電装置において、前記一対の伝送器用導体は、平板状であることを特徴とする。

請求項４に記載の非接触給電装置は、請求項３に記載の非接触給電装置において、前記一対の伝送器用導体は、円板状であることを特徴とする。

請求項５に記載の非接触給電装置は、請求項１又は２に記載の非接触給電装置において、前記一対の伝送器用導体は、同軸に設けられた円筒状であることを特徴とする。

請求項６に記載の非接触給電装置は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の非接触給電装置において、前記第１の負荷回路及び前記第２の負荷回路はそれぞれ、前記送電器から送られる交流電力の一部が入力される整流回路と、それにより整流されて生成されたＤＣ電圧が入力されるＤＣＤＣコンバータと、を含むことを特徴とする。

請求項７に記載の非接触給電装置は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の非接触給電装置において、該非接触給電装置の前記複数個の伝送器はそれぞれ、関節を構成し互いに隣接する関節構成部材の各々に前記一対の伝送器用導体の各々が固定されていることを特徴とする。

請求項８に記載の非接触給電装置は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の非接触給電装置において、前記第１の直列体は、第１の筐体の中に収容され、前記第２の直列体は、第２の筐体の中に収容されていることを特徴とする。

請求項９に記載の非接触給電装置は、請求項８に記載の非接触給電装置において、前記第１の直列体の第１のインダクタンス素子と前記第２の直列体の第２のインダクタンス素子は、磁性コアに巻いたトロイダルコイルであることを特徴とする。

本発明の非接触給電装置によれば、非接触部分が複数有り負荷回路が複数有るものにおいて、１つの負荷回路の負荷が変動しても他の負荷回路の動作に必要な電力の供給が影響され難いものとなる。

本発明の実施形態に係る非接触給電装置を示すものであって、（ａ）が構成図、（ｂ）が等価回路図である。 同上の非接触給電装置の一対の伝送器用導体が円板状の場合を示すものであって、（ａ）が側面図、（ｂ）が模式的な斜視図である。 同上の非接触給電装置の図２で示した一対の伝送器用導体の変形例を示す側面図であって、（ａ）は一対の伝送器用導体と電気配線の接続位置を変えたもの、（ｂ）は一対の伝送器用導体を並列配置したものである。 同上の非接触給電装置の一対の伝送器用導体が円筒状の場合を示すものであって。（ａ）が模式的な斜視図、（ｂ）が断面図、（ｃ）が（ｂ）を変形した断面図である。 同上の非接触給電装置がロボット内に設けられた一例の関節及びその周辺の概略を示すものであって、（ａ）が平面図、（ｂ）がその一部の平面視拡大断面図である。 同上の非接触給電装置がロボット内に設けられた他の例の関節及びその周辺の概略を示すものであって、（ａ）が平面図、（ｂ）がその一部の平面視拡大断面図である。 同上の非接触給電装置がロボット内に設けられた更に他の例の関節及びその周辺の概略を示すものであって、（ａ）が平面図、（ｂ）がその一部の平面視拡大断面図である。 同上の非接触給電装置の図１を変形したものであって、（ａ）が構成図、（ｂ）が等価回路図である。 同上の非接触給電装置の他の例を示すものであって、（ａ）が構成図、（ｂ）が等価回路図である。 同上の非接触給電装置の図９を変形したものであって、（ａ）が構成図、（ｂ）が等価回路図である。 同上の非接触給電装置のシミュレーションにおける周波数特性を示す特性図である。 同上の非接触給電装置のシミュレーションにおける負荷回路相互の影響を示す特性図であって、（ａ）が第２の負荷回路の負荷を変化させたとき、（ｂ）が第１の負荷回路の負荷を変化させたときのものである。 同上の非接触給電装置の更に他の例を示すものであって、（ａ）が構成図、（ｂ）が等価回路図である。 同上の非接触給電装置の図１３を変形したものであって、（ａ）が構成図、（ｂ）が等価回路図である。 同上の非接触給電装置の図１０に示したものにおいて負荷回路に整流回路とＤＣＤＣコンバータが含まれる回路構成のものであって、（ａ）が構成図、（ｂ）が等価回路図である。 同上の非接触給電装置のＤＣＤＣコンバータを示すものであって、（ａ）が等価回路図、（ｂ）が特性図である。 同上の非接触給電装置の図１５の回路構成を用いて行った実験において負荷回路相互の影響を示す特性図であって、（ａ）が第２の負荷回路の負荷を変化させたとき、（ｂ）が第１の負荷回路の負荷を変化させたとき、（ｃ）が第３の負荷回路の負荷を変化させたときのものである。 同上の非接触給電装置の第１の直列体（又は第２の直列体）が第１の筐体（又は第２の筐体）の中に収容されたものを示すものであって、（ａ）が正面視断面図、（ｂ）が（ａ）におけるＡ−Ａ線で示す面で切断した断面図、（ｃ）が（ａ）におけるＢ−Ｂ線で示す面で切断した断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照しながら説明する。本発明の実施形態に係る非接触給電装置１は、図１（ａ）に示すように、送電器２と、２個の伝送器（第１及び第２の伝送器）３Ａ、３Ｂと、２個の負荷回路（第１及び第２の負荷回路）４Ａ、４Ｂと、２個のインダクタンス素子（第１及び第２のインダクタンス素子）５Ａ、５Ｂと、を備えている。

送電器２は、交流の電力を送るものである。送電器２の周波数ｆは、限定されるものではないが、例えば、５００ＫＨｚ〜５０ＭＨｚの範囲の一つの周波数にすることができる。

第１の伝送器３Ａは、対向する一対の伝送器用導体３Ａａ、３Ａｂを有しており、それらの間には所定の隙間が設けられており、一対の伝送用導体の一方側３Ａａから他方側３Ａｂに向けて送電器２からの電力の伝送を非接触で行う。第２の伝送器３Ｂも、第１の伝送器３Ａの構造と同様であり、対向する一対の伝送器用導体３Ｂａ、３Ｂｂを有しており、それらの間には所定の隙間が設けられており、一対の伝送用導体の一方側３Ｂａから他方側３Ｂｂに向けて送電器２からの電力の伝送を非接触で行う。２個の伝送器３Ａ、３Ｂは、直列に設けられており、送電器２からの電力は、第１の伝送器３Ａを通ってから第２の伝送器３Ｂへ伝送される。

また、第１の伝送器３Ａは、図１（ｂ）に示すように、一対の伝送器用導体３Ａａ、３Ａｂにおいて容量成分の容量値Ｃ_Ａを有し、第２の伝送器３Ｂは、一対の伝送器用導体３Ｂａ、３Ｂｂにおいて容量成分の容量値Ｃ_Ｂを有している。

伝送器用導体３Ａａ、３Ａｂ、３Ｂａ、３Ｂｂは、通常、金属製（例えば、銅製など）のものである。第１の伝送器３Ａを構成する一対の伝送器用導体３Ａａ、３Ａｂ及び第２の伝送器３Ｂを構成する一対の伝送器用導体３Ｂａ、３Ｂｂはそれぞれ、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、同軸に設けられた円板状（例えば、直径が５ｃｍ以上、隙間が０．５ｃｍ以上）などの平板状とすることができる。

これら一対の伝送器用導体３Ａａ、３Ａｂ及び一対の伝送器用導体３Ｂａ、３Ｂｂには、電気配線６Ａａ、６Ａｂ及び６Ｂａ、６Ｂｂが接続される（図２（ａ）、（ｂ）参照）。電気配線６Ａａ、６Ａｂ及び６Ｂａ、６Ｂｂは、一対の伝送器用導体３Ａａ、３Ａｂ及び一対の伝送器用導体３Ｂａ、３Ｂｂの裏面（互いに対向する面の反対面）の中央部近傍に接続してもよいし、図３（ａ）に示すように、外側面などに接続しても構わない。また、一対の伝送器用導体３Ａａ、３Ａｂ及び一対の伝送器用導体３Ｂａ、３Ｂｂは、その各々が、図３（ｂ）に示すように、並列配置された複数個のものとすることも可能である。

また、一対の伝送器用導体３Ａａ、３Ａｂ及び一対の伝送器用導体３Ｂａ、３Ｂｂはそれぞれ、図４（ａ）に示すように、同軸に設けられた円筒状（例えば、直径が５ｃｍ以上、隙間が０．５ｃｍ以上）とすることができる。この場合も、電気配線６Ａａ、６Ａｂ及び６Ｂａ、６Ｂｂの接続位置を変えることが可能であり、また、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、一対の伝送器用導体３Ａａ、３Ａｂ及び一対の伝送器用導体３Ｂａ、３Ｂｂの各々を１個のもの又は並列配置された複数個のものとすることも可能である。なお、図４においては、有底円筒形状のものを示している。

ここで、非接触給電装置１が複数個の関節を有するロボット内に設けられている場合は、一対の伝送器用導体３Ａａ、３Ａｂ及び一対の伝送器用導体３Ｂａ、３Ｂｂは、一方側３Ａａ（又は３Ｂａ）と他方側３Ａｂ（又は３Ｂｂ）が同軸で相対的に回動するので、電気的に不変なように、それらは円板状又は円筒状とするのが好ましい。図５、図６及び図７において、一例として、一対の伝送器用導体３Ｂａ、３Ｂｂの関節及びその周辺の概略を示している。図中Ｃは、一対の伝送器用導体３Ｂａ、３Ｂｂの中心軸を示している。

また、非接触給電装置１が複数個の関節を有するロボット内に設けられている場合は、一対の伝送器用導体３Ａａ、３Ａｂの各々は、関節を構成し互いに隣接する関節構成部材１ａの各々に固定される。一対の伝送器用導体３Ｂａ、３Ｂｂについても同様である。なお、図５、図６及び図７で示す構成において、負荷回路４Ａは、一方の関節構成部材１ａに固定されたステータ７ａを駆動制御し、ロータ７ｂを及びそれに固着された回動部材７ｃを回動させており、それにより、回動部材７ｃに固定された他方の関節構成部材１ａが回動部材７ｃの回動とともに回動するようになっている。なお、図７（ｂ）における符号７ｃ’は、回動部材７ｃの対称位置に有って、他方の関節構成部材１ａ（図においては上側の関節構成部材１ａ）に固定され、一方の関節構成部材１ａ（図においては下側の関節構成部材１ａ）に対して自由に他方の関節構成部材１ａが回動するように、一方の関節構成部材１ａに結合する回動部材である。

第１及び第２の負荷回路４Ａ、４Ｂはそれぞれ、非接触給電装置１の給電の目的の回路であり、送電器２からの電力を消費する回路である。例えば、非接触給電装置１が複数個の関節を有するロボット内に設けられている場合は、２個の負荷回路４Ａ、４Ｂのうち第１の負荷回路４Ａは隣接する関節構成部材の間の角度を変え得る関節駆動制御器とすることができる。また、２個の負荷回路４Ａ、４Ｂのうち第２の負荷回路４Ｂは、ロボットの目的の作業のためのアクチュエータ等とすることができる。第１及び第２の負荷回路４Ａ、４Ｂは、抵抗値Ｒ_Ａ、Ｒ_Ｂの等価負荷抵抗を有する。

第１及び第２のインダクタンス素子５Ａ、５Ｂはそれぞれ、所定のインダクタンス値Ｌ_Ａ、Ｌ_Ｂを有するものである。第１のインダクタンス素子５Ａは、その一方側の端子において第１の伝送器３Ａの他方側の伝送用導体３Ａｂに接続されている。また、第１のインダクタンス素子５Ａは、図８に示すように、その他方側の端子において第１の伝送器３Ａの一方側の伝送用導体３Ａａに接続されることも可能である。第１の伝送器３Ａと第１のインダクタンス素子５Ａは、第１の直列体８Ａを構成し、第１の直列体８Ａの他方側には、第１の負荷回路４Ａが接続されている。第１の直列体８Ａの一方側には、送電器２が接続されている。

第２のインダクタンス素子５Ｂは、その一方側の端子において第２の伝送器３Ｂの他方側の伝送用導体３Ｂｂに接続されている。また、第２のインダクタンス素子５Ｂは、その他方側の端子において第２の伝送器３Ｂの一方側の伝送用導体３Ｂａに接続されることも可能である（図８参照）。第２の伝送器３Ｂと第２のインダクタンス素子５Ｂは、第２の直列体８Ｂを構成し、第２の直列体８Ｂの他方側には、第２の負荷回路４Ｂが接続されている。

非接触給電装置１では、容量値Ｃ_Ａの一対の伝送器用導体３Ａａ、３Ａｂと、インダクタンス値Ｌ_Ａの第１のインダクタンス素子５Ａ、及び容量値Ｃ_Ｂの一対の伝送器用導体３Ｂａ、３Ｂｂと、インダクタンス値Ｌ_Ｂの第２のインダクタンス素子５Ｂは、送電器２の周波数ｆで共振するようにすることができる。より詳細には、容量値Ｃ_Ａの一対の伝送器用導体３Ａａ、３Ａｂと、インダクタンス値Ｌ_Ａの第１のインダクタンス素子５Ａは直列共振回路を形成する。従って、共振周波数ｆでは、この直列共振回路のインピーダンスの虚部は０になり、この直列共振回路を通って給電される第１の負荷回路４Ａでは抵抗値Ｒ_Ａに反比例した電力が消費される。また、容量値Ｃ_Ｂの一対の伝送器用導体３Ｂａ、３Ｂｂと、インダクタンス値Ｌ_Ｂの第２のインダクタンス素子５Ｂは直列共振回路を形成する。従って、共振周波数ｆでは、この直列共振回路のインピーダンスの虚部は０になり、この直列共振回路を通って給電される第２の負荷回路４Ｂでは抵抗値Ｒ_Ｂに反比例した電力が消費される。

また、非接触給電装置１は、図９に示すように、第１の伝送器３Ａ（又は第２の伝送器３Ｂ）を通さずに送電器２からの電力を消費する第３の負荷回路４Ｃを設けることができる。その場合、インダクタンス値Ｌ_Ｃの第３のインダクタンス素子５Ｃと容量値Ｃ_Ｃの容量素子９Ｃの直列体を設け、この直列体の一端が第１の伝送器３Ａの一方側の伝送用導体３Ａａに接続され、他端が第３の負荷回路４Ｃに接続されるようにすることができる。この場合、インダクタンス値Ｌ_Ｃの第３のインダクタンス素子５Ｃと容量値Ｃ_Ｃの容量素子９Ｃの直列体は、共振周波数ｆで共振する直列共振回路にする。そうすると、この直列共振回路を通って給電される第３の負荷回路４Ｃではその抵抗値Ｒ_Ｃに反比例した電力が消費される。

なお、送電器２の近傍では、部品の配置や配線などが制約を受けることが少ないのが普通である。例えば、ロボットにおいては、関節を通るのでなければ、通常、制約を余り受けずに必要な部品の配置や配線などを行うことができる。従って、第３の負荷回路４Ｃには、上記に限らず、様々な方法で給電することが可能である。

また、第３のインダクタンス素子５Ｃと容量素子９Ｃを省略することも可能である。第３のインダクタンス素子５Ｃと容量素子９Ｃを省略するのに加えて、図１０に示すように、図８で示したのと同様な第１の直列体８Ａと第２の直列体８Ｂの回路構成とすることができる。

また、第３の負荷回路４Ｃは、例えば、第１の負荷回路４Ａを、第２の伝送器３Ｂが設けられるロボットの関節において隣接する関節構成部材１ａ、１ａの間の角度を変え得る関節駆動制御器とするならば、第１の伝送器３Ａが設けられる関節において隣接する関節構成部材の間の角度を変え得る関節駆動制御器とすることができる。

次に、非接触給電装置１の図９に示した回路で行ったシミュレーションについて述べる。容量値Ｃ_Ａは１９６．２ｐＦ、容量値Ｃ_Ｂは１８２．０ｐＦとした。これらの値は、直径約２５ｃｍの円板状で間隔を約１ｃｍとした一対の伝送器用導体３Ａａ、３Ａｂ及び一対の伝送器用導体３Ｂａ、３Ｂｂを実際に製作して測定して得たものである。インダクタンス値Ｌ_Ａ、Ｌ_Ｂ、Ｌ_Ｃはそれぞれ、１２９．１μＨ、１３９．２μＨ、８４．４μＨとした。容量値Ｃ_Ｃは３００ｐＦとした。抵抗値Ｒ_Ａ、Ｒ_Ｂは、通常は（変化させない場合は）１００Ωとした。抵抗値Ｒ_Ｃは、５０Ωとした。

図１１に、送電器２の出力端子から見たインピーダンスの実部Ｚ_ｒｅ及び虚部Ｚ_ｉｍの周波数依存性を示す。図１１より、周波数が１ＭＨｚで共振することが分かる。

図１２（ａ）に、送電器２の交流電力を周波数１ＭＨｚ、振幅（実効値）３０Ｖとし、第２の負荷回路４Ｂの抵抗値Ｒ_Ｂを変化させたとき、すなわち負荷を変化させたときの第１の負荷回路４Ａの消費電力Ｐ_Ａと第２の負荷回路４Ｂの消費電力Ｐ_Ｂを示す。図１２（ａ）より、第２の負荷回路４Ｂの抵抗値Ｒ_Ｂを変化させても第１の負荷回路４Ａは影響されず、その消費電力Ｐ_Ａは一定に保たれていることが分かる。図１２（ｂ）に、送電器２の交流電力を周波数１ＭＨｚ、振幅（実効値）３０Ｖとし、第１の負荷回路４Ａの抵抗値Ｒ_Ａを変化させたとき、すなわち負荷を変化させたときの第１の負荷回路４Ａの消費電力Ｐ_Ａと第２の負荷回路４Ｂの消費電力Ｐ_Ｂを示す。図１２（ｂ）より、第１の負荷回路４Ａの抵抗値Ｒ_Ａを変化させても第２の負荷回路４Ｂは影響されず、その消費電力Ｐ_Ｂは一定に保たれていることが分かる。

なお、第３の負荷回路４Ｃについては、他の第１、第２の負荷回路４Ａ、４Ｂによって影響されないことは、非接触給電装置１の回路構成から明らかである。

このように、非接触給電装置１では、負荷回路が複数有って、１つの負荷回路の負荷が変動しても他の負荷回路の動作に必要な電力の供給が影響され難いものとなる。このことは、非接触給電装置１を、図１３及び図１４に示すように、２個の第１、第２の伝送器３Ａ、３Ｂに更に１個又は複数個直列させてそれらと同様の伝送器３Ｄ、・・・を設け、それに対応して負荷回路４Ｄ、・・・及び第１、第２のインダクタンス素子５Ａ、５Ｂと同様のインダクタンス素子５Ｄ、・・・を更に１個又は複数個設けた構成にしても同様である。

次に、損失抵抗が大きなインダクタンス素子を用いた場合に好適な非接触給電装置１について説明する。図１５に示すのは、図１０に示した非接触給電装置１において、負荷回路４Ａ、４Ｂ、４Ｃに整流回路４Ａａ、４Ｂａ、４ＣａとＤＣＤＣコンバータ４Ａｂ、４Ｂｂ、４Ｃｂが含まれる回路構成のものである。整流回路４Ａａ、４Ｂａ、４Ｃａにはそれぞれ、送電器２から送られる交流電力の一部が入力される。また、ＤＣＤＣコンバータ４Ａｂ、４Ｂｂ、４Ｃｂには、整流回路４Ａａ、４Ｂａ、４Ｃａにより整流されて生成されたＤＣ電圧が入力される。

ＤＣＤＣコンバータ４Ａｂ、４Ｂｂ、４Ｃｂは、図１６（ａ）に示すように、その負荷インピーダンスＲ_ＯＵＴが入力インピーダンスＲ_ＩＮに変換される。入力インピーダンスＲ_ＩＮは、図１６（ｂ）に示すように、負荷インピーダンスＲ_ＯＵＴが最も大きいところでは、負荷インピーダンスＲ_ＯＵＴにほぼ等しく、それから負荷インピーダンスＲ_ＯＵＴが減少すると、負荷インピーダンスＲ_ＯＵＴよりもはるかに緩やかに減少し、負荷インピーダンスＲ_ＯＵＴが小さいところでは、負荷インピーダンスＲ_ＯＵＴが減少すると、負荷インピーダンスＲ_ＯＵＴと同様な勾配で減少する。こうして、入力インピーダンスＲ_ＩＮの変化量は、負荷インピーダンスＲ_ＯＵＴの全電力範囲において、負荷インピーダンスＲ_ＯＵＴの変化量の約１０分の１になる。

従って、インダクタンス素子５Ａ、５Ｂの損失抵抗が大きくても、それによる電圧降下を極めて小さくすることができる。

図１７（ａ）〜（ｃ）に示すのは、図１５の回路構成を用いて行った実験結果である。容量値Ｃ_Ａは７７２ｐＦであり、この値は、直径約１５ｃｍの円板を並列に２個設け（図３（ｂ）参照）、間隔を約１ｍｍとして誘電体を挟んだ一対の伝送器用導体３Ａａ、３Ａｂを測定して得たものである。容量値Ｃ_Ｂは７０３ｐＦであり、この値は、直径約１４ｃｍの円板を並列に２個設け（図３（ｂ）参照）、間隔を約１ｍｍとして誘電体を挟んだ一対の伝送器用導体３Ｂａ、３Ｂｂを測定して得たものである。インダクタンス素子５Ａは、そのインダクタンス値Ｌ_Ａが３２．８μＨ、損失抵抗が５．５Ωである。インダクタンス素子５Ｂは、そのインダクタンス値Ｌ_Ｂが３６．０μＨ、損失抵抗が６．１Ωである。ＤＣＤＣコンバータ４Ａｂ、４Ｂｂ、４Ｃｂは、出力電圧が４Ｖである。送電器２の交流電力は、周波数１ＭＨｚ、実効値１０Ｖとした。

図１７（ａ）は、第２の負荷回路４Ｂの抵抗値Ｒ_Ｂを変化させたとき、すなわち負荷を変化させたときの第１の負荷回路４Ａの消費電力Ｐ_Ａ、第２の負荷回路４Ｂの消費電力Ｐ_Ｂ、第３の負荷回路４Ｃの消費電力Ｐ_Ｃを示している。第１の負荷回路４Ａの抵抗値Ｒ_Ａは３８０Ω、第３の負荷回路４Ｃの抵抗値Ｒ_Ｃは１２０Ωとした。図１７（ａ）より、第２の負荷回路４Ｂの抵抗値Ｒ_Ｂを変化させても第１の負荷回路４Ａ及び第３の負荷回路４Ｃは影響されず、その消費電力Ｐ_Ａ及びＰ_Ｃは一定に保たれていることが分かる。図１７（ｂ）は、第１の負荷回路４Ａの抵抗値Ｒ_Ａを変化させたとき、すなわち負荷を変化させたときの第１の負荷回路４Ａの消費電力Ｐ_Ａ、第２の負荷回路４Ｂの消費電力Ｐ_Ｂ、第３の負荷回路４Ｃの消費電力Ｐ_Ｃを示している。第２の負荷回路４Ｂの抵抗値Ｒ_Ｂは１２０Ω、第３の負荷回路４Ｃの抵抗値Ｒ_Ｃは３８０Ωとした。図１７（ｂ）より、第１の負荷回路４Ａの抵抗値Ｒ_Ａを変化させても第２の負荷回路４Ｂ及び第３の負荷回路４Ｃは影響されず、その消費電力Ｐ_Ｂ及びＰ_Ｃは一定に保たれていることが分かる。図１７（ｃ）は、第３の負荷回路４Ｃの抵抗値Ｒ_Ｃを変化させたとき、すなわち負荷を変化させたときの第１の負荷回路４Ａの消費電力Ｐ_Ａ、第２の負荷回路４Ｂの消費電力Ｐ_Ｂ、第３の負荷回路４Ｃの消費電力Ｐ_Ｃを示している。第１の負荷回路４Ａの抵抗値Ｒ_Ａは１２０Ω、第３２負荷回路４Ｂの抵抗値Ｒ_Ｂは３８０Ωとした。図１７（ｃ）より、第３の負荷回路４Ｃの抵抗値Ｒ_Ｃを変化させても第１の負荷回路４Ａ及び第２の負荷回路４Ｂは影響されず、その消費電力Ｐ_Ａ及びＰ_Ｂは一定に保たれていることが分かる。なお、図１７（ａ）〜（ｃ）の中で、Ｐ_ＩＮで示すのは、消費電力Ｐ_Ａ、Ｐ_Ｂ、Ｐ_Ｃ、を、インダクタンス素子５Ａ、５Ｂの損失抵抗で消費される電力、ＤＣＤＣコンバータ４Ａｂ、４Ｂｂ、４Ｃｂで消費される電力などを合計した全体で消費される電力である。

第１の直列体８Ａ（第２の直列体８Ｂ）は、図１８に示すように、第１の筐体（第２の筐体）１０Ａの中に収容されるようにするのが好ましい。そうすると、例えば、既存の関節に容易に取り付け可能となる。第１の直列体８Ａ（第２の直列体８Ｂ）の端子１０Ｃは、第１の筐体（第２の筐体）１０Ａに固定されている。また、第１の筐体（第２の筐体）１０Ａと軸１０Ｂとの間には、軸受１０Ｄ、１０Ｄが設けられ、軸１０Ｂが第１の直列体８Ａ（第２の直列体８Ｂ）のもう１つの端子となることができる。軸１０Ｂには第１の伝送器３Ａ（第２の伝送器３Ｂ）の他方側の伝送用導体３Ａｂ（他方側の伝送用導体３Ｂｂ）が固定されており、軸１０Ｂに固定されていない一方側の伝送用導体３Ａａ（一方側の伝送用導体３Ｂａ）に対し同軸で相対的に回動することができる。第１の直列体８Ａ（第２の直列体８Ｂ）の第１のインダクタンス素子５Ａ（第２のインダクタンス素子５Ｂ）は、磁性コア（フェライトコアなど）に巻いたトロイダルコイルであるのが好ましい。そうすると、第１のインダクタンス素子５Ａ（第２のインダクタンス素子５Ｂ）を第１の伝送器３Ａ（第２の伝送器３Ｂ）と同様な平板状とすることができ、また、軸１０Ｂを中央に通過させることができ、また、磁束を良好に閉じ込めることができる。

以上、本発明の実施形態に係る非接触給電装置について説明したが、本発明は、上述の実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内でのさまざまな設計変更が可能である。また、非接触給電装置１は、上述したロボットに用いる他、様々な用途に用いることができる。

１ 非接触給電回路
１ａ 関節構成部材
２ 送電器
３Ａ、３Ｂ、３Ｄ 伝送器
３Ａａ、３Ａｂ、３Ｂａ、３Ｂｂ、３Ｄａ、３Ｄｂ 伝送器用導体
４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ 負荷回路
４Ａａ、４Ｂａ、４Ｃａ 整流回路
４Ａｂ、４Ｂｂ、４Ｃｂ ＤＣＤＣコンバータ
５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ インダクタンス素子
６Ａａ、６Ａｂ、６Ｂａ、６Ｂｂ 電気配線
７ａ ステータ
７ｂ ロータ
７ｃ 回動部材
８Ａ 第１の直列体
８Ｂ 第２の直列体
９Ｃ 容量素子
１０Ａ 筐体
１０Ｂ 軸
１０Ｃ 端子
１０Ｄ 軸受

Claims (9)

1. 交流の電力を送る送電器と、
   対向する一対の伝送器用導体を有し、該一対の伝送用導体の一方側から他方側に向けて前記送電器からの電力の伝送を非接触で行うものであって直列に設けられた複数個の伝送器と、
   複数個の負荷回路と、
   複数個のインダクタンス素子と、
   を備えており、
   前記複数個の伝送器のうちの第１の伝送器の前記他方側又は前記一方側の伝送用導体には、前記複数個のインダクタンス素子のうちの第１のインダクタンス素子が接続され、該第１の伝送器と該第１のインダクタンス素子からなる第１の直列体の他方側には、前記複数個の負荷回路のうちの第１の負荷回路が接続され、
   前記複数個の伝送器のうちの第２の伝送器の前記他方側又は前記一方側の伝送用導体には、前記複数個のインダクタンス素子のうちの第２のインダクタンス素子が接続され、該第２の伝送器と該第２のインダクタンス素子からなる第２の直列体の他方側には、前記複数個の負荷回路のうちの第２の負荷回路が接続され、
   前記第１の伝送器の一対の伝送器用導体と前記第１のインダクタンス素子及び前記第２の伝送器の一対の伝送器用導体と前記第２のインダクタンス素子は、前記送電器の周波数で共振することを特徴とする非接触給電装置。
2. 請求項１に記載の非接触給電装置において、
   前記送電器は、前記第１の直列体の一方側に接続されていることを特徴とする非接触給電装置。
3. 請求項１又は２に記載の非接触給電装置において、
   前記一対の伝送器用導体は、平板状であることを特徴とする非接触給電装置。
4. 請求項３に記載の非接触給電装置において、
   前記一対の伝送器用導体は、円板状であることを特徴とする非接触給電装置。
5. 請求項１又は２に記載の非接触給電装置において、
   前記一対の伝送器用導体は、同軸に設けられた円筒状であることを特徴とする非接触給電装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の非接触給電装置において、
   前記第１の負荷回路及び前記第２の負荷回路はそれぞれ、前記送電器から送られる交流電力の一部が入力される整流回路と、それにより整流されて生成されたＤＣ電圧が入力されるＤＣＤＣコンバータと、を含むことを特徴とする非接触給電装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の非接触給電装置において、
   該非接触給電装置の前記複数個の伝送器はそれぞれ、関節を構成し互いに隣接する関節構成部材の各々に前記一対の伝送器用導体の各々が固定されていることを特徴とする非接触給電装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の非接触給電装置において、
   前記第１の直列体は、第１の筐体の中に収容され、
   前記第２の直列体は、第２の筐体の中に収容されていることを特徴とする非接触給電装置。
9. 請求項８に記載の非接触給電装置において、
   前記第１の直列体の第１のインダクタンス素子と前記第２の直列体の第２のインダクタンス素子は、磁性コアに巻いたトロイダルコイルであることを特徴とする非接触給電装置。

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