JP6853571B2 - 電力供給システム - Google Patents
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Description
本発明は、電力供給システムに関する。
従来より、電界結合によって電力を供給する技術は公開されおり（例えば特許文献１参照）、本出願人も、機械要素における電界結合電力伝送手段として、軸受け間の電力伝送手段や、伝送レールと移動体との間の電力伝送手段について既に提案している（例えば軸受け間の電力伝送手段については特許文献２乃至５参照）。
しかしながら、特許文献１乃至５を含め、従来より、歯車を用いた機械要素に対し、歯車を介して電力を供給する手法については提案されて来なかった。
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、歯車を用いた機械要素に対し、歯車を介して電力を供給することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一態様の電力供給システムは、
電界結合電力伝送技術を適用した電力供給システムであって、
所定の波長の交流電源からの電力を送電する送電部と、
受電電極を有し、前記送電部のうち前記受電電極と対向する部位を送電電極として、当該送電電極と当該受電電極とにより形成される複数の接合容量を介して前記送電部から電力を受電して負荷に供給する受電部と、
を備え、
前記受電電極は、導電体の歯車部材で形成され、
前記送電部は、前記歯車部材の歯に対応する凹凸を有し、前記歯と噛合するように配置されている。
電界結合電力伝送技術を適用した電力供給システムであって、
所定の波長の交流電源からの電力を送電する送電部と、
受電電極を有し、前記送電部のうち前記受電電極と対向する部位を送電電極として、当該送電電極と当該受電電極とにより形成される複数の接合容量を介して前記送電部から電力を受電して負荷に供給する受電部と、
を備え、
前記受電電極は、導電体の歯車部材で形成され、
前記送電部は、前記歯車部材の歯に対応する凹凸を有し、前記歯と噛合するように配置されている。
また、前記歯車部材の前記歯は、前記歯車部材の中心部付近から放射状に延出された複数の板状部材で構成され、隣接する前記板状部材の間には弾性体を充填させることができる。
また、前記歯車部材及び前記送電部を被う様に配置された導電体をさらに備え、
前記送電電極及び前記受電電極のうち少なくとも一方と、前記導電体と、により形成される複数の接合容量を介して前記送電部から前記受電部に対し電力を伝送させることができる。
前記送電電極及び前記受電電極のうち少なくとも一方と、前記導電体と、により形成される複数の接合容量を介して前記送電部から前記受電部に対し電力を伝送させることができる。
また、前記送電電極は、導電体の歯車部材で形成され、
前記受電部は、前記歯車部材の歯に対応する凹凸を有し、前記歯と噛合するように配置させることができる。
前記受電部は、前記歯車部材の歯に対応する凹凸を有し、前記歯と噛合するように配置させることができる。
また、上記目的を達成するため、本発明の一態様の電力供給システムは、
電界結合電力伝送技術を適用した電力供給システムであって、
所定の波長の交流電源からの電力を送電する送電部と、
受電電極を有し、前記送電部のうち前記受電電極と対向する部位を送電電極として、当該送電電極と当該受電電極とにより形成される複数の接合容量を介して前記送電部から電力を受電して負荷に供給する受電部と、
を備え、
前記受電電極は、導電体のプーリーで形成され、
前記送電部は、前記プーリーの歯に対応する凹凸を有し、前記歯と噛合するように配置されたタイミングベルトとすることができる。
電界結合電力伝送技術を適用した電力供給システムであって、
所定の波長の交流電源からの電力を送電する送電部と、
受電電極を有し、前記送電部のうち前記受電電極と対向する部位を送電電極として、当該送電電極と当該受電電極とにより形成される複数の接合容量を介して前記送電部から電力を受電して負荷に供給する受電部と、
を備え、
前記受電電極は、導電体のプーリーで形成され、
前記送電部は、前記プーリーの歯に対応する凹凸を有し、前記歯と噛合するように配置されたタイミングベルトとすることができる。
本発明によれば、歯車を用いた機械要素に対し、歯車を介して電力を供給することが可能になる。
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
図１は、電界結合電力伝送技術を適用した電力伝送回路において、対向する電極対によって接合容量Ｃｃが形成されていることを示す回路図である。
図１に示すように、電界結合電力伝送技術を適用した電力伝送回路は、送電部１と受電部２とを備える。
ここで、電界結合電力伝送技術とは、対向する金属板からなる電極対によって接合容量Ｃｃが形成された状態で、高周波電流を流すことにより非接触の電力電送を実現する技術である。
即ち、交流電源Ｖｆからの電力を送電する送電部１の末端に金属板の送電電極１２と、当該電力を受電して負荷Ｒに供給する受電部２の先端に金属板の受電電極２２とを対向させて配置することにより接合容量Ｃｃが形成され、電界結合電力電送技術が実現される。
ここで、電界結合電力伝送技術とは、対向する金属板からなる電極対によって接合容量Ｃｃが形成された状態で、高周波電流を流すことにより非接触の電力電送を実現する技術である。
即ち、交流電源Ｖｆからの電力を送電する送電部１の末端に金属板の送電電極１２と、当該電力を受電して負荷Ｒに供給する受電部２の先端に金属板の受電電極２２とを対向させて配置することにより接合容量Ｃｃが形成され、電界結合電力電送技術が実現される。
送電部１は、並列共振回路１１と、送電電極１２と、トランスＴ１とを備える。送電部１には交流電源Ｖｆが接続されるため、送電部１はここから電力の供給を受けることができる。
並列共振回路１１は、コンデンサＣ１とコイルＬ２とを備える。並列共振回路１１にはトランスＴ１を介して交流電源Ｖｆが接続される。即ち、コンデンサＣ１とコイルＬ２とが相互に並列に接続されることによって並列共振回路１１が構成される。
また、コイルＬ１が一次側巻線として採用され、コイルＬ２が二次側巻線として採用されることによってトランスＴ１が構成される。
ここで、コイルＬ１の巻線数とコイルＬ２の巻線数との比率は、１：ｎとなる。このため、一次側の電圧、即ち交流電源Ｖｆの電圧は、トランスＴ１においてｎ倍に昇圧されて並列共振回路１１に印加されることになる。
また、並列共振回路１１の両端には、送電電極１２が接続される。
並列共振回路１１は、コンデンサＣ１とコイルＬ２とを備える。並列共振回路１１にはトランスＴ１を介して交流電源Ｖｆが接続される。即ち、コンデンサＣ１とコイルＬ２とが相互に並列に接続されることによって並列共振回路１１が構成される。
また、コイルＬ１が一次側巻線として採用され、コイルＬ２が二次側巻線として採用されることによってトランスＴ１が構成される。
ここで、コイルＬ１の巻線数とコイルＬ２の巻線数との比率は、１：ｎとなる。このため、一次側の電圧、即ち交流電源Ｖｆの電圧は、トランスＴ１においてｎ倍に昇圧されて並列共振回路１１に印加されることになる。
また、並列共振回路１１の両端には、送電電極１２が接続される。
受電部２は、並列共振回路２１と、受電電極２２と、トランスＴ２とを備える。
並列共振回路２１は、コンデンサＣ２とコイルＬ３とを備える。並列共振回路２１には受電部２の受電電極２２が接続される。即ち、コンデンサＣ２とコイルＬ３とが相互に並列に接続されることによって並列共振回路２１が構成される。
また、コイルＬ３が一次側巻線として採用され、コイルＬ４が二次側巻線として採用されることによってトランスＴ２が構成される。
ここで、コイルＬ３の巻線数とコイルＬ４の巻線数との比率は、ｎ：１となる。このため、一次側の電圧、即ち受電部２で受信されて並列共振回路２１に印加された電圧は、トランスＴ２において１／ｎ倍に降圧されて、負荷Ｒに印加されることになる。
以上のような構成によって電界結合電力伝送技術が実現される。
並列共振回路２１は、コンデンサＣ２とコイルＬ３とを備える。並列共振回路２１には受電部２の受電電極２２が接続される。即ち、コンデンサＣ２とコイルＬ３とが相互に並列に接続されることによって並列共振回路２１が構成される。
また、コイルＬ３が一次側巻線として採用され、コイルＬ４が二次側巻線として採用されることによってトランスＴ２が構成される。
ここで、コイルＬ３の巻線数とコイルＬ４の巻線数との比率は、ｎ：１となる。このため、一次側の電圧、即ち受電部２で受信されて並列共振回路２１に印加された電圧は、トランスＴ２において１／ｎ倍に降圧されて、負荷Ｒに印加されることになる。
以上のような構成によって電界結合電力伝送技術が実現される。
次に、電極となる金属の接合界面における電力伝送について説明する。
図２は、電極となる金属間の各種状況毎の送電の様子を示すイメージ図と、各種状況毎の等価回路図である。
図２Ａは、剛体の金属を電極として対向させ、直流電流を流した場合の様子を示すイメージ図と等価回路図である。
機械要素に用いられる歯車は、通常は剛体の金属であるのが一般的である。このように、歯車が剛体の金属で構成される場合には、図２Ａに示すように、歯車を精密研磨したとしても、歯車同士が噛合する部分が点接触している。このため、回路に直流電流を流すと、点接触している部分に破線矢印で示す導電電流が集中する。このため、点接触の部分が加熱し、金属原子がマイグレーションしたり、酸化したりしてしまう。さらに、加熱により、点接触の部分が溶着し、移動によって表面が損傷してしまうこともある。
図２は、電極となる金属間の各種状況毎の送電の様子を示すイメージ図と、各種状況毎の等価回路図である。
図２Ａは、剛体の金属を電極として対向させ、直流電流を流した場合の様子を示すイメージ図と等価回路図である。
機械要素に用いられる歯車は、通常は剛体の金属であるのが一般的である。このように、歯車が剛体の金属で構成される場合には、図２Ａに示すように、歯車を精密研磨したとしても、歯車同士が噛合する部分が点接触している。このため、回路に直流電流を流すと、点接触している部分に破線矢印で示す導電電流が集中する。このため、点接触の部分が加熱し、金属原子がマイグレーションしたり、酸化したりしてしまう。さらに、加熱により、点接触の部分が溶着し、移動によって表面が損傷してしまうこともある。
しかし、図２Ｂに示すように、回路に高周波電流を流した場合には、破線矢印で示す導電電流に対し、実線矢印で示す変異電流の割合が大きくなる。特に、点接触の部分の周辺は、極めて金属間の距離が短くなるため接合容量が増大し、変異電流が大きくなる。このため、点接触の部分に電流が集中しなくなる。
また、図２Ｃに示すように、金属の界面に絶縁層ＩとしてＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）や硬質アルマイト層等をコーティングすることにより、導電電流を遮断し、実線矢印で示す変位電流のみにすることができる。この状態では、等価回路はキャパシタンスのみとなる。ＤＬＣは、エンジンのシリンダーとピストンのコーティングに用いたとしても、すべり性を改善させる等の効果があるため、過酷な環境の下での使用に対する耐性を有している。また、ＤＬＣは、ラックギヤとピニオンギヤ等の歯車系に使用したとしても、極めて過酷な条件の下での使用でない限り、ある程度の耐性を有する。
また、図２Ｃに示すように、金属の界面に絶縁層ＩとしてＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）や硬質アルマイト層等をコーティングすることにより、導電電流を遮断し、実線矢印で示す変位電流のみにすることができる。この状態では、等価回路はキャパシタンスのみとなる。ＤＬＣは、エンジンのシリンダーとピストンのコーティングに用いたとしても、すべり性を改善させる等の効果があるため、過酷な環境の下での使用に対する耐性を有している。また、ＤＬＣは、ラックギヤとピニオンギヤ等の歯車系に使用したとしても、極めて過酷な条件の下での使用でない限り、ある程度の耐性を有する。
また、図２Ｄに示すように、最悪の場合、凸部の絶縁層が削られ、金属が顔を出すことがある。この場合であっても、金属接点の周りは絶縁層Ｉが残る。このとき、絶縁層として採用されている素材がＤＬＣであっても、あるいは硬質アルマイトであっても、誘電率は空気よりも高くなるため、接合容量が大きくなり、破線矢印で示す導電電流よりも実線矢印で示す変位電流が支配的となる。図２Ｄの例では、一方の金属にのみ絶縁層Ｉがコーティングされているが、他方の面にも絶縁層Ｉをコーティングすると、電極同士が動いている場合には、金属接点が対向する割合は極めて低くなる。この点について、ＤＬＣは、ＤＬＣ同士の摺動性が高いため、対向する金属の両方に絶縁層Ｉをコーティングすることができる。
以上のような条件の下、噛み合う歯車同士が接する面に絶縁層ＩとしてＤＬＣ膜をコーティングすることにより電力伝送機能を持たせる手法を検討する。
図３は、噛合する歯車の間に蓄えられる電界エネルギーの様子を示す図である。
図３は、噛合する歯車の間に蓄えられる電界エネルギーの様子を示す図である。
歯車が噛み合う場合、必ず接点において力が伝達される。そのため、図３Ａに示すように、ラックギヤ３１と、これと噛合するピニオンギヤ４１とのいずれの表面に対しても絶縁層Ｉをコーティングした場合には、ラックギヤ３１とピニオンギヤ４１とが噛合する付近の部分では弱電界エリアＥ１が発生する。また、図３Ｂに示すように、ラックギヤ３１とピニオンギヤ４１とが噛合する部分では、両者は極めて近接した状態となるため、強電界エリアＥ２が発生する。さらに、ラックギヤ３１及びピニオンギヤ４１は、いずれも歯車であるため、夫々の端部は、歯車の歯として互いに噛み合った状態となる。このため、ラックギヤ３１とピニオンギヤ４１とが接触する部分の面積は広くなり、この部分において接合容量を広く形成させることができる。
次に、歯車を介して電力が送電される様子について説明する。
図４は、電界結合電力伝送技術が適用される電力伝送回路のうち、歯車を介して電力を伝送させる場合の例を示す図である。
図４は、電界結合電力伝送技術が適用される電力伝送回路のうち、歯車を介して電力を伝送させる場合の例を示す図である。
図４Ａに示すように、ラックギヤ３１に接続された高周波電源Ｖｆから出力された電力は、ピニオンギヤ４１を介して、軸受５１に接続された負荷Ｒに供給される。この場合、ピニオンギヤ４１の駆動によって搬送される搬送体上に負荷が配置されることになるため、図４Ｂに示すように、接合容量Ｃｃがギヤ部３に形成され、また接合容量Ｃｒが軸受部４に形成され、直列接続となる。このとき、軸受部４側をスリップリング（図示なし）に置き換えることにより、接合容量Ｃｒを１か所に形成させることができる。ただし、この場合、回転側のスリップリングと固定側のブラシとの接触部において電力損耗等の問題が生じるため接合容量は小さくなってしまう。
次に、ラックギヤ３１及びピニオンギヤ４１に対し、導電性カバー４３を被せた場合について説明する。
図５は、ラックギヤ３１及びピニオンギヤ４１に対し、導電性カバー４３を被せた場合に形成される接合容量を示す図である。
図５は、ラックギヤ３１及びピニオンギヤ４１に対し、導電性カバー４３を被せた場合に形成される接合容量を示す図である。
図５Ａは、ラックギヤ３１及びピニオンギヤ４１に対し、導電性カバー４３を被せた場合の様子を、ラックギヤ３１の側面側から見た断面図である。
図５Ｂは、ラックギヤ３１及びピニオンギヤ４１に対し、導電性カバー４３を被せた場合の様子を、ラックギヤ３１の長手方向から見た断面図である。
図５Ｂは、ラックギヤ３１及びピニオンギヤ４１に対し、導電性カバー４３を被せた場合の様子を、ラックギヤ３１の長手方向から見た断面図である。
図５Ａに示すように、ラックギヤ３１及びピニオンギヤ４１を囲むように導電性カバー４３を被せることにより、導電性カバー４３は、ラックギヤ３１とピニオンギヤ４１との間で形成される接合容量Ｃｃ１と、ラックギヤ３１と自身との間で形成される接合容量Ｃｃ２と、ピニオンギヤ４１と自身との間で形成される接合容量Ｃｃ３とを統合する。また、図５Ｂに示すように、導電性カバー４３は、回転軸５２と自身との間で形成される接合容量Ｃｃ４との間で形成される接合容量Ｃｃ４についても統合する。このように、導電性カバー４３は、接合容量を増大させることができる。
さらに、導電性カバー４３は、ラックギヤ３１及びピニオンギヤ４１を物理的に囲むように配置されるため、接合容量Ｃｃ１乃至Ｃｃ３で発生する電磁エネルギー（図示なし）の外部への放射量を低減させるための壁としても機能する。
また、導電性カバー４３は、自身が負荷Ｒ（図４参照）に電力送電するための受電電極としても機能する。
また、ピニオンギヤ４１を複数配置させたうえで、導電性カバー４３でラックギヤ３１及び複数のピニオンギヤ４１全体をカバーすることにより、接合容量をさらに増大させることができる。なお、この場合、複数配置されるピニオンギヤ４１は、必ずしも駆動系と連接している必要はない。
また、導電性カバー４３は、自身が負荷Ｒ（図４参照）に電力送電するための受電電極としても機能する。
また、ピニオンギヤ４１を複数配置させたうえで、導電性カバー４３でラックギヤ３１及び複数のピニオンギヤ４１全体をカバーすることにより、接合容量をさらに増大させることができる。なお、この場合、複数配置されるピニオンギヤ４１は、必ずしも駆動系と連接している必要はない。
また、図４及び図５では、ラックギヤ３１に高周波電源Ｖｆが接続され、ピニオンギヤ４１に軸受５１を介して負荷Ｒが接続される構成となっているが、この構成に限定されない。ピニオンギヤ４１に軸受５１を介して高周波電源Ｖｆが接続され、ラックギヤ３１に負荷Ｒが接続される構成としてもよい。つまり、ラックギヤ３１側からピニオンギヤ４１側に電力を送電する構成としてもよいし、ピニオンギヤ４１側からラックギヤ３１側に電力を送電する構成とすることができる。
また、図４及び図５では、歯車間における電力伝送の例として、ラックギヤ３１とピニオンギヤ４１との間の電力の伝送を例に挙げて説明してきたが、この例に限定されない。例えば、複数の平歯車（スパーギヤ）の組み合わせであってもよい。この場合、平歯車の歯が対向する面で形成される接合容量や、複数の平歯車全体を覆った導電性カバーと平歯車との間に形成される接合容量を電力の伝送に利用することができる。また、ウオームギア、ハイボイドギヤ、ウォームラックギヤ（加茂精工株式会社製）、ベベルギヤ、笠羽歯車等、他のあらゆる種類の歯車に対しても本発明の電力供給システムを適用することができる。
さらに、本発明の電力供給システムは、チェーンを接続した歯車、導電性のメッシュを内蔵するベルトを用いたものにも適用することができる。また、導電性繊維が織り込まれたベルトクローラ（加茂精工株式会社製）を用いて、接合容量を増大させることもできる。
さらに、本発明の電力供給システムは、チェーンを接続した歯車、導電性のメッシュを内蔵するベルトを用いたものにも適用することができる。また、導電性繊維が織り込まれたベルトクローラ（加茂精工株式会社製）を用いて、接合容量を増大させることもできる。
図６は、タイミングベルト３２の内部に、金属製のメッシュで構成されたメッシュ電極３０３と導電線３０４とを組込むことにより、電界結合技術で電力伝送及び通信を実現させた場合の例を示す図である。
図６に示すように、タイミングベルト３２は、後述の図７で示すプーリー４２に噛合させるための凹凸部を有する弾性体３０１からなるベルトである。なお、弾性体３０１の材質は特に限定されないが、例えばクロロプレンゴム等を採用することができる。
弾性体３０１の凹凸部の表面は、歯布３０２で被覆されており、弾性体３０１の凹凸部の内部には、歯布３０２の近傍にメッシュ電極３０３が弾性体３０１と絡み合った状態で組み込まれている。なお、メッシュ電極３０３を弾性体３０１の中に組み込まずに歯布３０２と一体化させる構成としてもよい。
弾性体３０１の凹凸部の表面は、歯布３０２で被覆されており、弾性体３０１の凹凸部の内部には、歯布３０２の近傍にメッシュ電極３０３が弾性体３０１と絡み合った状態で組み込まれている。なお、メッシュ電極３０３を弾性体３０１の中に組み込まずに歯布３０２と一体化させる構成としてもよい。
また、弾性体３０１の内部には、導電線３０４、及び抗張体３０５も組み込まれている。導電線３０４は、曲げ性に強い材質で構成されている。なお、導電線３０４は、複数の導体をより合わせたより線であってもよい。抗張体３０５は、タイミングベルト３２の長手方向への伸びに対する十分な抵抗を与えることのできる部材で構成される。抗張体３０５には、スチールケーブル等、比較的伸びの小さい材質で構成された部材を採用することができる。なお、導電線３０４を抗張体３０５としての機能させることもできる。
メッシュ電極３０３と導電線３０４とは、コンタクト部３０６において、接触又は容量結合によって導通が取られている。ここで、メッシュ電極３０３の重要な役割は、導電線３０４と導通を取ること、及び後述の図７に示すプーリー４２との間で接合容量を形成させることである。このため、メッシュ電極３０３は、必ずしも連続体である必要はないが、弾性体３０１と絡み合うことにより弾性体３０１を補強させる効果を有するため、連続体である方が弾性体３０１を補強させる効果が高くなる。
また、図６では、１本のタイミングベルト３２に、１条のメッシュ電極３０３が配置されているが、タイミングベルト３２に配置されるメッシュ電極３０３は１条に限定されず、複数条配置させてもよい。なお、複数条のメッシュ電極３０３を配置させた場合には、各条のメッシュ電極３０３毎に独立した導電線３０４を用意する必要がある。特に、電界結合技術によって通信を実現させる場合には、特性インピーダンスが考慮された平行２条のメッシュ電極３０３で構成させてもよい。
また、図６では、１本のタイミングベルト３２に、１条のメッシュ電極３０３が配置されているが、タイミングベルト３２に配置されるメッシュ電極３０３は１条に限定されず、複数条配置させてもよい。なお、複数条のメッシュ電極３０３を配置させた場合には、各条のメッシュ電極３０３毎に独立した導電線３０４を用意する必要がある。特に、電界結合技術によって通信を実現させる場合には、特性インピーダンスが考慮された平行２条のメッシュ電極３０３で構成させてもよい。
図７は、図６のタイミングベルト３２とプーリー４２との位置関係を示す図である。
図７に示すように、タイミングベルト３２とプーリー４２とを噛合させると、その接触部位の面積は、図４及び図５に示す歯車同士の接触部位の面積に比べて広くなっている。即ち、タイミングベルト３２とプーリー４２とを接触させる場合には、チェーンと歯車とを接触させる場合と同様に、プーリー４２の外周の約半分以上の部位で接触しているため、接合容量を増大させるには好適である。さらに、タイミングベルト３２とプーリー４２とは強く密着しているため、この性質も接合容量を増大させるために好適となる。
また、タイミングベルト３２とプーリー４２とを接触させる場合には、チェーンと歯車との場合とは異なり、奥行き（ベルト幅）を長くとることも可能である。このため、接合容量をさらに増大させることもできる。
また、タイミングベルト３２とプーリー４２とを接触させる場合には、チェーンと歯車との場合とは異なり、奥行き（ベルト幅）を長くとることも可能である。このため、接合容量をさらに増大させることもできる。
また、タイミングベルト３２とプーリー４２とを接触させる場合には、プーリー４２にフランジ（つば）４３を付すこともできる。
図８は、フランジを備えるプーリー４２にタイミングベルト３２を噛合させた場合の例を示す図である。
図８は、フランジを備えるプーリー４２にタイミングベルト３２を噛合させた場合の例を示す図である。
図８に示すように、フランジ５０を備えるプーリーにタイミングベルト３２を噛合させると、タイミングベルト３２の側面とフランジ５０とが接触することになるため、接合容量をさらに増大させることができる。なお、この場合、タイミングベルト３２に組み込まれた状態にあるメッシュ電極３０３（図示なし）は、フランジ５０に接触することができるように、タイミングベルトの側面まで伸びた構成となっている。
次に、プーリー４２を介してタイミングベルト３２と回転軸５２との間で送電又は通信が行われる際の構成について説明する。
図９は、図７及び図８のタイミングベルト３２及びプーリー４２を２組用いて、送電又は通信を行わせた場合の構成を示すイメージ図である。
図９は、図７及び図８のタイミングベルト３２及びプーリー４２を２組用いて、送電又は通信を行わせた場合の構成を示すイメージ図である。
図９Ａは、回転軸５２に固定させたプーリー４２ａにタイミングベルト３２ａを噛合させ、さらにその先に絶縁層Ｉを介してプーリー４２ｂ及びタイミングベルト３２ｂを取り付けた場合の構成を示す断面図である。
図９Ａに示すように、プーリー４２ａ及びプーリー４２ｂの夫々の両側面には、接触又は容量結合によって送電電極１２が取り付けられている。送電電極１２には高周波電源Ｖｆが接続されている。この場合、タイミングベルト３２ａ及び３２ｂが受電電極２２側となる。
このように、２組のタイミングベルト３２（タイミングベルト３２ａ及び３２ｂ）とプーリー４２（プーリー４２ａ及び４２ｂ）とを用いて、タイミングベルト３２ａ及び３２ｂの夫々に対して電力及び通信信号を流すことができる。
図９Ａに示すように、プーリー４２ａ及びプーリー４２ｂの夫々の両側面には、接触又は容量結合によって送電電極１２が取り付けられている。送電電極１２には高周波電源Ｖｆが接続されている。この場合、タイミングベルト３２ａ及び３２ｂが受電電極２２側となる。
このように、２組のタイミングベルト３２（タイミングベルト３２ａ及び３２ｂ）とプーリー４２（プーリー４２ａ及び４２ｂ）とを用いて、タイミングベルト３２ａ及び３２ｂの夫々に対して電力及び通信信号を流すことができる。
図９Ａでは、プーリー４２ａ及びプーリー４２ｂの夫々の両側面に送電電極１２が取り付けられた場合の構成を示しているが、プーリー４２ａ及びプーリー４２ｂの夫々の両側面に送電電極１２ではなく受電電極２２を取り付けることもできる。
図９Ｂは、プーリー４２ａ及びプーリー４２ｂの夫々の両側面に、接触又は容量結合によって受電電極２２が取り付けられた場合の構成を示している。この場合、タイミングベルト３２ａ及び３２ｂが送電側となる。この場合、受電側の負荷Ｒに対して電力及び通信信号を流すことができる。
図９Ｂは、プーリー４２ａ及びプーリー４２ｂの夫々の両側面に、接触又は容量結合によって受電電極２２が取り付けられた場合の構成を示している。この場合、タイミングベルト３２ａ及び３２ｂが送電側となる。この場合、受電側の負荷Ｒに対して電力及び通信信号を流すことができる。
図９Ｃは、負荷Ｒが回転軸５２上に存在するときの構成を示している。
この場合、図９Ｃに示すように、回転軸５２として同軸状シャフトを採用し、外導体５０１にプーリー４２ａを固定し、内導体５０２にプーリー４２ｂを固定する。これにより、回転軸５２に対して電力及び通信信号を流すことができる。なお、電力及び通信信号の取出しは、回転軸５２の外導体５０１に貫通口Ｈを開けることにより、外導体５０１及び内導体５０２間の電圧として電力及び通信信号を取り出すことができる。
図９Ｄは、複数条のタイミングベルト３２にプロファイル６１を取り付けた場合の構成を示す断面図である。この場合、プロファイル６１に受電電極２２を設けることによって、電界結合による受電機能及び通信機能を持たせることができる。例えば、プロファイル６１に負荷Ｒとしてセンサを設けて、タイミングベルト３２上の搬送体を検知できるようにしてもよい。なお、プロファイル６１には、「はめぱっちん」（登録商標）等を採用することができる。
この場合、図９Ｃに示すように、回転軸５２として同軸状シャフトを採用し、外導体５０１にプーリー４２ａを固定し、内導体５０２にプーリー４２ｂを固定する。これにより、回転軸５２に対して電力及び通信信号を流すことができる。なお、電力及び通信信号の取出しは、回転軸５２の外導体５０１に貫通口Ｈを開けることにより、外導体５０１及び内導体５０２間の電圧として電力及び通信信号を取り出すことができる。
図９Ｄは、複数条のタイミングベルト３２にプロファイル６１を取り付けた場合の構成を示す断面図である。この場合、プロファイル６１に受電電極２２を設けることによって、電界結合による受電機能及び通信機能を持たせることができる。例えば、プロファイル６１に負荷Ｒとしてセンサを設けて、タイミングベルト３２上の搬送体を検知できるようにしてもよい。なお、プロファイル６１には、「はめぱっちん」（登録商標）等を採用することができる。
次に、本発明の電力供給システムをリニア駆動システムに適用させた場合について説明する。
図１０は、本発明の電力供給システムをリニア駆動システムに適用させた場合の構成を示す図である。
図１０は、本発明の電力供給システムをリニア駆動システムに適用させた場合の構成を示す図である。
本発明の電力供給システムをリニア駆動システムに適用させる場合には、２線ある電力伝送回路のうち、一方をラックギヤ３１とし、他方をフェザータッチ電極２３とすることによって、外部電極２４に対し電力が送電される。
図１０Ａは、本発明の電力供給システムが適用されるリニア駆動システムを側面方向から見た断面図である。
図１０Ａに示すように、本発明の電力供給システムが適用されるリニア駆動システムでは、ピニオンギヤ４１と噛合されるラックギヤ３１と、外部電極２４と、が絶縁層Ｉを挟むように配置されている。外部電極２４の所定の部位には、高周波電源から出力された電力を入力するためのコネクタ７１が配置されているが、コネクタ７１の底部から延出した送電線７６は、外部電極２４に設けられた貫通孔と絶縁層Ｉを通ってラックギヤ３１に接続されている。このため、高周波電源から出力された電力は、コネクタ７１及び送電線７６を介してラックギヤ３１に入力される。
図１０Ａは、本発明の電力供給システムが適用されるリニア駆動システムを側面方向から見た断面図である。
図１０Ａに示すように、本発明の電力供給システムが適用されるリニア駆動システムでは、ピニオンギヤ４１と噛合されるラックギヤ３１と、外部電極２４と、が絶縁層Ｉを挟むように配置されている。外部電極２４の所定の部位には、高周波電源から出力された電力を入力するためのコネクタ７１が配置されているが、コネクタ７１の底部から延出した送電線７６は、外部電極２４に設けられた貫通孔と絶縁層Ｉを通ってラックギヤ３１に接続されている。このため、高周波電源から出力された電力は、コネクタ７１及び送電線７６を介してラックギヤ３１に入力される。
図１０Ｂ及びＣは、本発明の電力供給システムが適用されるリニア駆動システムを長手方向から見た断面図である。
図１０Ｂ及びＣに示すように、外部電極２４は、底部に開口部を有する中空の略四角柱形状の部材で構成されている。なお、外部電極２４の材質は特に限定されない。例えばアルミニウム製の押出材で構成させることができる。
外部電極２４の内部は中空であるため、外部電極２４の内部に、外部電極２４の長手方向に任意に移動可能な移動体を配置させることができる。この移動体は、ピニオンギヤ４１と、回転軸５２と、滑り軸受５３と、フェザータッチ電極２３と、ボディ７３と、ガイド輪７４と、ＡＮＴ（超低消費電力無線）部７５とを備える。
また、外部電極２４の内部側には、ラックギヤ３１と、絶縁層Ｉと、通信線路Ｌとが配置されている。ラックギヤ３１と外部電極２４との間は、絶縁層Ｉを挟むことによって区切られている。また、通信線路Ｌは、外部電極２４と、シールドメタル箔７２とで囲まれている。これにより、電磁波放射が低減するため、距離減衰を小さくすることができる。
図１０Ｂ及びＣに示すように、外部電極２４は、底部に開口部を有する中空の略四角柱形状の部材で構成されている。なお、外部電極２４の材質は特に限定されない。例えばアルミニウム製の押出材で構成させることができる。
外部電極２４の内部は中空であるため、外部電極２４の内部に、外部電極２４の長手方向に任意に移動可能な移動体を配置させることができる。この移動体は、ピニオンギヤ４１と、回転軸５２と、滑り軸受５３と、フェザータッチ電極２３と、ボディ７３と、ガイド輪７４と、ＡＮＴ（超低消費電力無線）部７５とを備える。
また、外部電極２４の内部側には、ラックギヤ３１と、絶縁層Ｉと、通信線路Ｌとが配置されている。ラックギヤ３１と外部電極２４との間は、絶縁層Ｉを挟むことによって区切られている。また、通信線路Ｌは、外部電極２４と、シールドメタル箔７２とで囲まれている。これにより、電磁波放射が低減するため、距離減衰を小さくすることができる。
外部電極２４の内部に配置された移動体では、２つの滑り軸受５３によってピニオンギヤ４１及び回転軸５２が保持されている。これにより、受電電極としての滑り軸受５３と、送電電極としてのラックギヤ３１との間に接合容量が形成されるため、ラックギヤ３１から取り出された電力は、滑り軸受５３に送電される。なお、滑り軸受５３には、バックメタルが付された多層型フランジ付きの滑り軸受が採用されている。
外部電極２４の内部に配置された移動体は、ラックギヤ３１の駆動に合わせて外部電極２４の内部を移動する。このとき、４つのガイド輪７４のうち２つが外部電極２４の両側面の内壁と接し、残る２つが外部電極２４の底面の内壁に接しているため、移動体はぶれることなく外部電極２４の長手方向と略平行に移動することができる。
外部電極２４の内部に配置された移動体は、ラックギヤ３１の駆動に合わせて外部電極２４の内部を移動する。このとき、４つのガイド輪７４のうち２つが外部電極２４の両側面の内壁と接し、残る２つが外部電極２４の底面の内壁に接しているため、移動体はぶれることなく外部電極２４の長手方向と略平行に移動することができる。
このような構成を有するリニア駆動システムにおいて、滑り軸受５３に送電された電力は、フェザータッチ電極２３を介して外部電極２４に送電される。具体的には、送電電極としての滑り軸受５３と、受電電極としてのフェザータッチ電極２３との間には接合容量が形成される。このため、滑り軸受５３から送電された電力は、接合容量を介してフェザータッチ電極２３に送電される。そして、フェザータッチ電極２３に送電された電力は、フェザータッチ電極２３と接触する外部電極２４に送電される。これにより、小断面の搬送ラインを実現させることができる。
また、通信線路Ｌと、これを囲む外部電極２４及びシールドメタル箔７２との隙間にＡＮＴ部７５を挿入することにより、通信線路ＬとＡＮＴ部７５とが非接触の状態を維持させながら移動体を移動させることができる。このようにして、移動体側で通信線路Ｌを活用することもできる。
なお、通信線路Ｌには、ＬＣＸ（漏洩同軸ケーブル）を採用することができる。ＬＣＸは、量産性があるため品質の一定化が保てるだけでなく、既存製品を利用できるため安価であるという長所がある。
なお、通信線路Ｌには、ＬＣＸ（漏洩同軸ケーブル）を採用することができる。ＬＣＸは、量産性があるため品質の一定化が保てるだけでなく、既存製品を利用できるため安価であるという長所がある。
また、本発明の電力供給システムが適用されるリニア駆動システムにおいては、ピニオンギヤ４１の代わりにウォームラック型の駆動方式（特許第４５３１０９７号）を用いることができる。この場合、モーターを略線路方向に配置させることができるため、本発明の電力供給システムが適用されるリニア駆動システムの更なる小型化を実現させることができる。
次に、本発明の電力供給システムを、曲線部を有するリニア駆動システムに適用させた場合について説明する。
図１１は、本発明の電力供給システムを、曲線部を有するリニア駆動システムに適用させた場合の構成を示す図である。
図１１は、本発明の電力供給システムを、曲線部を有するリニア駆動システムに適用させた場合の構成を示す図である。
図１０では、外部電極２４が直線であることを前提としているが、外部電極２４が曲線部を有する場合がある。この場合、ラックギヤ３１は、曲線部を通過する際に内周と外周との間で歯車の歯のピッチが異なってしまうという問題が生じる。
これに対しては、図１１に示すように、カーブ用ピニオンギヤ４４と、カーブ用ラックギヤ３３とを併用させた手法を用いる。ここで、「カーブ用ピニオンギヤ」とは、歯車の歯（歯車板４０１）の微弱変位を許容するピニオンギヤのことをいう。また、「カーブ用ラックギヤ」とは、曲線部を有し、かつ、歯（凸部）の中心部に所定の膨らみを持たせたラックギヤのことをいう。
通常のピニオンギヤ４１の場合、曲率半径の大きさに関わらず曲線部でカーブ用ラックギヤ３３を用いる必要がある。しかし、カーブ用ピニオンギヤ４４と、カーブ用ラックギヤ３３とを併用させた場合には、曲線部の曲率半径が大きいときにだけカーブ用ラックギヤ３３を用いるだけで済む。
これに対しては、図１１に示すように、カーブ用ピニオンギヤ４４と、カーブ用ラックギヤ３３とを併用させた手法を用いる。ここで、「カーブ用ピニオンギヤ」とは、歯車の歯（歯車板４０１）の微弱変位を許容するピニオンギヤのことをいう。また、「カーブ用ラックギヤ」とは、曲線部を有し、かつ、歯（凸部）の中心部に所定の膨らみを持たせたラックギヤのことをいう。
通常のピニオンギヤ４１の場合、曲率半径の大きさに関わらず曲線部でカーブ用ラックギヤ３３を用いる必要がある。しかし、カーブ用ピニオンギヤ４４と、カーブ用ラックギヤ３３とを併用させた場合には、曲線部の曲率半径が大きいときにだけカーブ用ラックギヤ３３を用いるだけで済む。
図１１Ａは、カーブ用ピニオンギヤ４４の構成を示す断面図である。
図１１Ａに示すように、カーブ用ピニオンギヤ４４は、中央部から放射状に延出した複数の金属製の歯車板４０１を有し、隣接する歯車板４０１同士の隙間には弾性体４０２が充填されている。弾性体４０２の材質は特に限定されないが、弾性と耐圧縮性とを有し、金属に対して密着する材質で構成させると好適である。例えばシリコンゴムを採用することができる。
図１１Ａに示すように、カーブ用ピニオンギヤ４４は、中央部から放射状に延出した複数の金属製の歯車板４０１を有し、隣接する歯車板４０１同士の隙間には弾性体４０２が充填されている。弾性体４０２の材質は特に限定されないが、弾性と耐圧縮性とを有し、金属に対して密着する材質で構成させると好適である。例えばシリコンゴムを採用することができる。
図１１Ｂは、２つのボビン４０３がカーブ用ピニオンギヤ４４を挟み込むように配置させた状態を示す図である。
ボビン４０３は、固定ネジ４０４によってカーブ用ピニオンギヤ４４を挟み込むように固定されている。また、図示はしないが、歯車板４０１とボビン４０３との間に歯車板４０１の微小変位を許容する隙間があり、その隙間には弾性体４０２が充填されている。
このボビン４０３により、弾性体４０２をカーブ用ピニオンギヤ４４の外側に出さないようにすることができる。
ボビン４０３は、固定ネジ４０４によってカーブ用ピニオンギヤ４４を挟み込むように固定されている。また、図示はしないが、歯車板４０１とボビン４０３との間に歯車板４０１の微小変位を許容する隙間があり、その隙間には弾性体４０２が充填されている。
このボビン４０３により、弾性体４０２をカーブ用ピニオンギヤ４４の外側に出さないようにすることができる。
図１１Ｃ乃至Ｅは、カーブ用ラックギヤ３３とカーブ用ピニオンギヤ４４とが噛合される様子を示す図である。なお、図１０Ｅ、Ｄ、Ｃの順で曲線部の曲率半径が小さくなっている。
図１１Ｆは、直線上のラックギヤ３１とカーブ用ピニオンギヤ４４とが噛合される様子を示す図である。
カーブ用ピニオンギヤ４４を備える移動体が直線駆動する場合には、図１１Ｆに示すように、直線上のラックギヤ３１のラックギヤ頭頂部３１０と歯車板４０１との接触点Ｐ（図示なし）は、移動体が直線移動する方向と略垂直に接触線Ｔとして分布される。なお、破線の矩形は、ラックギヤ３１の谷部３１３を示している。
図１１Ｆは、直線上のラックギヤ３１とカーブ用ピニオンギヤ４４とが噛合される様子を示す図である。
カーブ用ピニオンギヤ４４を備える移動体が直線駆動する場合には、図１１Ｆに示すように、直線上のラックギヤ３１のラックギヤ頭頂部３１０と歯車板４０１との接触点Ｐ（図示なし）は、移動体が直線移動する方向と略垂直に接触線Ｔとして分布される。なお、破線の矩形は、ラックギヤ３１の谷部３１３を示している。
これに対して、カーブ用ピニオンギヤ４４を備える移動体が曲線部上を駆動する場合には、図１０Ｅ、Ｄ、Ｃの順で曲率半径を小さくしていくと、接触点Ｐの位置は次第に外側にずれて行き、歯車板４０１を変位させるモーメントが働く。しかし、カーブ用ラックギヤ３３を用いているため、カーブ用ラックギヤ３３の変位角θに対して、カーブ用ピニオンギヤ４４の変位角はΦで済む。これにより、歯車板４０１の変位を小さく抑えることができるため、カーブ用ピニオンギヤ４４の寿命を延ばすことができる。なお、破線の多角形は、カーブ用ラックギヤ３３の谷部３１２を示している。
このように、カーブ用ラックギヤ３３とカーブ用ピニオンギヤ４４とを用いることにより、曲線部でもスムーズに移動体を駆動させることができる。なお、カーブ用ピニオンギヤ４４は、歯車板４０１を多少変形（折り曲げ、湾曲等）させて製作することにより、カーブ用ラックギヤ３３に対してバックラッシュの無いピニオンギヤとして利用することもできる。この場合、曲線部のある線路でも電力を送電することができる。
このように、カーブ用ラックギヤ３３とカーブ用ピニオンギヤ４４とを用いることにより、曲線部でもスムーズに移動体を駆動させることができる。なお、カーブ用ピニオンギヤ４４は、歯車板４０１を多少変形（折り曲げ、湾曲等）させて製作することにより、カーブ用ラックギヤ３３に対してバックラッシュの無いピニオンギヤとして利用することもできる。この場合、曲線部のある線路でも電力を送電することができる。
次に、本発明の電力供給システムを、曲線部を有するリニア駆動システムに適用させるために、２条のラックギヤ３１とデファレンシャルギヤ８１とを用いた場合について説明する。
図１２は、本発明の電力供給システムを、曲線部を有するリニア駆動システムに適用させるために、２条のラックギヤ３１とデファレンシャルギヤ８１とを用いた場合の構成を示す図である。
図１２は、本発明の電力供給システムを、曲線部を有するリニア駆動システムに適用させるために、２条のラックギヤ３１とデファレンシャルギヤ８１とを用いた場合の構成を示す図である。
図１２Ａは、本発明の電力供給システムが適用されるリニア駆動システムを側面方向から見た断面図である。
図１２Ｂは、本発明の電力供給システムが適用されるリニア駆動システムを長手方向から見た断面図である。
図１２Ｂに示すように、外部電極２４の内部に配置される移動体は、２つのピニオンギヤ４１と、回転軸５２と、滑り軸受５３と、デファレンシャルギヤ８１と、ベベルギヤ８２とを備えている。また、図示はしないが、図１０に示す移動体と同様に、ボディ７３と、ガイド輪７４と、ＡＮＴ７５とを備えている。
また、外部電極２４の内部には、金属製の固定台８３と、２条のラックギヤ８４ａ及び８４ｂと、絶縁層Ｉと、通信線路Ｌとが配置されている。ラックギヤ８４ａと外部電極２４との間は、絶縁層Ｉを挟むことによって区切られている。また、ラックギヤ８４ｂと外部電極２４との間は、導電層としての金属製の固定台８３を挟むことによって接続されている。通信線路Ｌは、図１０に示す移動体と同様に、外部電極２４と、シールドメタル箔７２とで囲まれている。
図１２Ｂは、本発明の電力供給システムが適用されるリニア駆動システムを長手方向から見た断面図である。
図１２Ｂに示すように、外部電極２４の内部に配置される移動体は、２つのピニオンギヤ４１と、回転軸５２と、滑り軸受５３と、デファレンシャルギヤ８１と、ベベルギヤ８２とを備えている。また、図示はしないが、図１０に示す移動体と同様に、ボディ７３と、ガイド輪７４と、ＡＮＴ７５とを備えている。
また、外部電極２４の内部には、金属製の固定台８３と、２条のラックギヤ８４ａ及び８４ｂと、絶縁層Ｉと、通信線路Ｌとが配置されている。ラックギヤ８４ａと外部電極２４との間は、絶縁層Ｉを挟むことによって区切られている。また、ラックギヤ８４ｂと外部電極２４との間は、導電層としての金属製の固定台８３を挟むことによって接続されている。通信線路Ｌは、図１０に示す移動体と同様に、外部電極２４と、シールドメタル箔７２とで囲まれている。
外部電極２４の内部に配置された移動体では、２つのピニオンギヤ４１及び回転軸５２が、２つの滑り軸受５３の夫々によって保持されている。なお、滑り軸受５３には、バックメタルが付された多層型フランジ付きの滑り軸受が採用されている。
また、２つのピニオンギヤ４１の間は、両軸間が絶縁されたデファレンシャルギヤ８１で結合されている。これにより、曲線部においても、曲線部の内側と曲線部の外側との間の周長距離差を吸収させることができる。
また、２つのピニオンギヤ４１の間は、両軸間が絶縁されたデファレンシャルギヤ８１で結合されている。これにより、曲線部においても、曲線部の内側と曲線部の外側との間の周長距離差を吸収させることができる。
さらに、２条のラックギヤ８４ａ及び８４ｂを送電電極として用いることにより、フェザータッチ電極等の他の電極を用いることなく電力を送電させることができる。つまり、受電電極としての２つの滑り軸受５３の夫々と、送電電極としての２条のラックギヤ８４ａ及び８４ｂとの夫々との間に接合容量が形成される。これにより、２条のラックギヤ８４ａ及び８４ｂとの夫々から取り出された電力を、２つの滑り軸受５３の夫々に送電させることができる。
さらに、ベベルギヤ８２を設けてデファレンシャルギヤ８１を駆動させることにより、外部電極２４の内側中央部かつ線路長手方向に対し略平行にモーターの軸を配置させることができるため、更なる小型化を図ることができる。なお、ベベルギヤ８２に代えて、笠羽歯車、ウォームギヤ、ハイボイドギヤ等を用いることもできる。
なお、図１２では、ラックギヤ８４ｂの電位を外部電極２４と同電位にしているが、２条のラックギヤ８４ａ及び８４ｂをいずれも外部電極２４と絶縁し、平行する２線として動作させることもできる。即ち、導電層である金属の固定台８３を絶縁層Ｉに置き換えて動作させることができる。
さらに、ピニオンギヤ４１を、図１１に示すカーブ用ピニオンギヤ４４に置き換えることもできる。この場合には、歯車板４０１の変位量をさらに低減させることができる。
なお、図１２では、ラックギヤ８４ｂの電位を外部電極２４と同電位にしているが、２条のラックギヤ８４ａ及び８４ｂをいずれも外部電極２４と絶縁し、平行する２線として動作させることもできる。即ち、導電層である金属の固定台８３を絶縁層Ｉに置き換えて動作させることができる。
さらに、ピニオンギヤ４１を、図１１に示すカーブ用ピニオンギヤ４４に置き換えることもできる。この場合には、歯車板４０１の変位量をさらに低減させることができる。
次に、本発明の電力供給システムを、従来技術である多方向駆動装置に適用させた場合について説明する。
図１３は、本発明の電力供給システムを、従来技術である多方向駆動装置に適用させた場合の例を示す図である。
図１３は、本発明の電力供給システムを、従来技術である多方向駆動装置に適用させた場合の例を示す図である。
歯車を多方向に駆動させる従来技術として、図１３に示すような多方向駆動装置は既に開示されている（特開２０１１−１９６４８７号公報）。即ち、従来技術のみを用いたとしても、表面に複数の凸部を有する板状の被駆動体３４上で平歯車４５を多方向に移動させることは可能である。
しかしながら、従来技術では、平歯車４５を介して駆動体側に電力を供給させるためには、電源ケーブルを常に引き回すか、電池によって駆動させる必要があるという問題点があった。
そこで、本発明の電力供給システムを従来技術に適用することにより、表面に複数の凸部（歯）を有する板状のラックギヤ３１側からピニオンギヤ４１を介して搬送体（駆動体）側に電力を給電することが可能となる。これにより、上記の問題を解決することができる。
なお、図１３において、括弧なしの符号は、従来技術の被駆動体３４及び平歯車４５を示し、括弧付きの符号は、本発明の電力供給システムを構成するラックギヤ３１及びピニオンギヤ４１を示している。
しかしながら、従来技術では、平歯車４５を介して駆動体側に電力を供給させるためには、電源ケーブルを常に引き回すか、電池によって駆動させる必要があるという問題点があった。
そこで、本発明の電力供給システムを従来技術に適用することにより、表面に複数の凸部（歯）を有する板状のラックギヤ３１側からピニオンギヤ４１を介して搬送体（駆動体）側に電力を給電することが可能となる。これにより、上記の問題を解決することができる。
なお、図１３において、括弧なしの符号は、従来技術の被駆動体３４及び平歯車４５を示し、括弧付きの符号は、本発明の電力供給システムを構成するラックギヤ３１及びピニオンギヤ４１を示している。
次に、図１３の多方向駆動装置に対し本発明の電力供給システムを適用させた場合の一例について説明する。
図１４は、図１３の多方向駆動装置に対し本発明の電力供給システムを適用させた場合の構成を示す断面図である。
図１４は、図１３の多方向駆動装置に対し本発明の電力供給システムを適用させた場合の構成を示す断面図である。
まず、送電電極側について説明する。
複数のギヤブロック３１１は、図１３に示す板状のラックギヤ３１を、全て同一形状の正方形になるように分割されたものであり、凸部（歯）のピッチは一定に維持されている。また、複数のギヤブロック３１１は、いずれも導電性を有し、隣接するギヤブロック３１１の間は絶縁されている。
また、図示はしないが、複数のギヤブロック３１１の夫々は、市松模様状に配置され、給電電源の極性が設定される。このとき、隣接するギヤブロック３１１は、給電電源の極性が異なるように設定されるため寄生容量Ｃｐが発生するが、各ギヤブロック３１１間の総容量と共振させるようにインダクタンスが設置される。さらに、このインダクタンスに対しトランスから高周波電力が給電される。
以上のような回路構成となるため、所定の数のギヤブロック３１１の群を１単位として、この１単位毎に図１４に示す回路と高周波電源Ｖｆとを用意する必要がある。
複数のギヤブロック３１１は、図１３に示す板状のラックギヤ３１を、全て同一形状の正方形になるように分割されたものであり、凸部（歯）のピッチは一定に維持されている。また、複数のギヤブロック３１１は、いずれも導電性を有し、隣接するギヤブロック３１１の間は絶縁されている。
また、図示はしないが、複数のギヤブロック３１１の夫々は、市松模様状に配置され、給電電源の極性が設定される。このとき、隣接するギヤブロック３１１は、給電電源の極性が異なるように設定されるため寄生容量Ｃｐが発生するが、各ギヤブロック３１１間の総容量と共振させるようにインダクタンスが設置される。さらに、このインダクタンスに対しトランスから高周波電力が給電される。
以上のような回路構成となるため、所定の数のギヤブロック３１１の群を１単位として、この１単位毎に図１４に示す回路と高周波電源Ｖｆとを用意する必要がある。
次に、受電電極側について説明する。
図１４に示すように、複数のピニオンギヤ４１が複数のギヤブロック３１１上に配置されており、ピニオンギヤ４１とギヤブロック３１１とは互いに噛合する部位を有している。ピニオンギヤ４１は回転軸５２を有するが、複数のピニオンギヤ４１全てにおいて駆動力を備える必要はなく、一部のピニオンギヤ４１が駆動力を備えればよい。
複数のピニオンギヤ４１の夫々には、図５に示す導電性カバー４３が１つのピニオンギヤ４１をカバーし、他の電導性カバー４３とは絶縁された受電電極として配置されるが、説明の便宜上これを省略し、軸受５１として示されている。
また、図示はしないが、各電極には方向の異なるダイオードが１ペアずつ取り付けられており、夫々が負荷部の異なる極性に接続されている。これにより、任意の場所で電力を受電することができる。
なお、ピニオンギヤ４１が複数のギヤブロック３１１にまたがった場合には、接合容量Ｃｃの大きな方に電流が流れるという問題が生じる。これに対しては、ギヤブロック３１１の間隔をピニオンギヤ４１の歯１ピッチ分だけ空け、ここに絶縁層（図示なし）を設けることにより問題を解決することができる。なお、この場合、ギヤブロック３１１間の絶縁層として、絶縁体で構成された１つの歯車を設けてもよい。
図１４に示すように、複数のピニオンギヤ４１が複数のギヤブロック３１１上に配置されており、ピニオンギヤ４１とギヤブロック３１１とは互いに噛合する部位を有している。ピニオンギヤ４１は回転軸５２を有するが、複数のピニオンギヤ４１全てにおいて駆動力を備える必要はなく、一部のピニオンギヤ４１が駆動力を備えればよい。
複数のピニオンギヤ４１の夫々には、図５に示す導電性カバー４３が１つのピニオンギヤ４１をカバーし、他の電導性カバー４３とは絶縁された受電電極として配置されるが、説明の便宜上これを省略し、軸受５１として示されている。
また、図示はしないが、各電極には方向の異なるダイオードが１ペアずつ取り付けられており、夫々が負荷部の異なる極性に接続されている。これにより、任意の場所で電力を受電することができる。
なお、ピニオンギヤ４１が複数のギヤブロック３１１にまたがった場合には、接合容量Ｃｃの大きな方に電流が流れるという問題が生じる。これに対しては、ギヤブロック３１１の間隔をピニオンギヤ４１の歯１ピッチ分だけ空け、ここに絶縁層（図示なし）を設けることにより問題を解決することができる。なお、この場合、ギヤブロック３１１間の絶縁層として、絶縁体で構成された１つの歯車を設けてもよい。
次に、高周波検知スイッチを用いた電力供給システムの例について説明する。
図１５は、高周波検知スイッチを用いた電力供給システムの例を示す断面構成図である。
図１５は、高周波検知スイッチを用いた電力供給システムの例を示す断面構成図である。
図１５には、高周波電源Ｖｆ１から出力される電力送電周波数を１０ＭＨｚ前後とし、受電電極側に設置された高周波信号源Ｖｆ２を１０ＧＨｚ前後とした場合に、搬送体のピニオンギヤ４１が存在している直下から電力が送電される様子が示されている。
図１５に示すように、送電電極は、図１４のギヤブロック３１１よりも小さい複数のギヤブロック３１１に分離されて配列されている。
複数のギヤブロック３１１の夫々には、高周波信号源Ｖｆ２から出力される高周波信号を検知してスイッチ動作可能な素子（以下、「高周波検知スイッチ」と呼ぶ）ＳＷが取り付けられている。ギヤブロック３１１は、通常時はアースに接続されているが、高周波検知スイッチＳＷが入ったときにのみ高周波電力を送電することができる。高周波検知スイッチＳＷの動力源は特に限定されないが、例えば直流電源配線の敷設、内蔵電池、蓄電させた高周波信号等の手法を採用することができる。
さらに、高周波検知スイッチ制御部Ｓａは、図示はしないが、高周波信号のみが流れるようにフィルターを装着している。
また、高周波電源Ｖｆ１の電圧は、トランスを介してｎ倍に昇圧されてから分配され、負荷Ｒの前で１／ｎ倍に降圧されて負荷Ｒに印加される。なお、電界結合は、電圧が高い方が有利であるため昇圧されている。
図１５に示すように、送電電極は、図１４のギヤブロック３１１よりも小さい複数のギヤブロック３１１に分離されて配列されている。
複数のギヤブロック３１１の夫々には、高周波信号源Ｖｆ２から出力される高周波信号を検知してスイッチ動作可能な素子（以下、「高周波検知スイッチ」と呼ぶ）ＳＷが取り付けられている。ギヤブロック３１１は、通常時はアースに接続されているが、高周波検知スイッチＳＷが入ったときにのみ高周波電力を送電することができる。高周波検知スイッチＳＷの動力源は特に限定されないが、例えば直流電源配線の敷設、内蔵電池、蓄電させた高周波信号等の手法を採用することができる。
さらに、高周波検知スイッチ制御部Ｓａは、図示はしないが、高周波信号のみが流れるようにフィルターを装着している。
また、高周波電源Ｖｆ１の電圧は、トランスを介してｎ倍に昇圧されてから分配され、負荷Ｒの前で１／ｎ倍に降圧されて負荷Ｒに印加される。なお、電界結合は、電圧が高い方が有利であるため昇圧されている。
搬送体側は、駆動機能と受電機能とを有するピニオンギヤ４１と、ピニオンギヤ４１の周辺に配置された、センシング電極１３と、移動電極１４とで構成されている。
センシング電極１３及び移動電極１４は、いずれもギヤブロック３１１との接合容量が大きくなるように、ギヤブロック３１１に近接させて配置されている。
また、図１５に示すように、受電回路においては、ピニオンギヤ４１と、センシング電極１３と、移動電極１４とに対してのみ高周波信号が流れるようにチョークコイルＬＰＩが設けられている。これにより、高周波電流が流れた際には、スイッチが入り電力伝送回路が形成される。
センシング電極１３及び移動電極１４は、いずれもギヤブロック３１１との接合容量が大きくなるように、ギヤブロック３１１に近接させて配置されている。
また、図１５に示すように、受電回路においては、ピニオンギヤ４１と、センシング電極１３と、移動電極１４とに対してのみ高周波信号が流れるようにチョークコイルＬＰＩが設けられている。これにより、高周波電流が流れた際には、スイッチが入り電力伝送回路が形成される。
次に、高周波検知スイッチを用いた電力供給システムの例として、図１５とは異なる例について説明する。
図１６は、高周波検知スイッチを用いた電力供給システムの例として、図１５とは異なる例を示す断面構成図である。
図１６は、高周波検知スイッチを用いた電力供給システムの例として、図１５とは異なる例を示す断面構成図である。
図１６に示す例は、図１５に示す例と同様に高周波検知スイッチを用いたものである。しかし、ピニオンギヤ４１の周囲に配置された受電電極の数は、図１５に示す例では、センシング電極１３と移動電極１４との２つであるのに対し、図１６に示す例では、移動電極１４のみである。ただし、図１６に示す例において、高周波検知スイッチは、軸受５１の電流密度が移動電極１４の電流密度に対して高くなることを利用したスレシホールド機能を備えている。このため、高周波電流の電流密度が大きい場合にスイッチが入り電力伝送回路が形成される。図１６に示す例では、以上のような構成とすることによって回路を単純化させている。
次に、光検知スイッチを用いた電力供給システムの例について説明する。
図１７は、光検知スイッチを用いた電力供給システムの例を示す断面構成図である。
図１７は、光検知スイッチを用いた電力供給システムの例を示す断面構成図である。
図１７に示す例では、図１５及び図１６に示す例で用いられた高周波検知スイッチの代わりに、光源９１から出力された光を用いてスイッチを入れている。
図１７に示すように、ギヤブロック３１１の中心部には、光を透過させるための開口部９２が設けられており、その下に光検知スイッチ制御部Ｓｂが配置されている。このような構成とすることにより、光源９１から出力された光を受けたギヤブロック３１１においてのみ高周波電流のスイッチが入る。なお、光検知スイッチ制御部Ｓｂの動作電源は特に限定されないが、例えば直流電源配線の敷設、内蔵電池、蓄電された光起電圧等の手法を採用することができる。
図１７に示すように、ギヤブロック３１１の中心部には、光を透過させるための開口部９２が設けられており、その下に光検知スイッチ制御部Ｓｂが配置されている。このような構成とすることにより、光源９１から出力された光を受けたギヤブロック３１１においてのみ高周波電流のスイッチが入る。なお、光検知スイッチ制御部Ｓｂの動作電源は特に限定されないが、例えば直流電源配線の敷設、内蔵電池、蓄電された光起電圧等の手法を採用することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、上述した実施形態では、電極対の非接触が前提とされているが、完全な非接触でなくとも絶縁物を介して接触し、電気的に近接状態を維持した場合には、十分な接合容量を確保することは可能である。即ち、電極対の一部が物理的に互いに接触したとしても電気的に絶縁されていれば、十分な電力を供給することができる。
また、本発明の電力供給システムにおいて採用することができるスイッチは、図１５乃至１７で例示するスイッチに限定されない。例えば、機械的振動、機械的荷重、磁界等を検知可能なあらゆるスイッチを採用することができる。
また、本発明の電力供給システムの歯車部材は、当然ながら所定のモーター等の原動機に接続されており、歯車を用いたあらゆる機械要素に適用することができる。
以上まとめると、本発明が適用される電力供給システムは、次のような構成を取れば足り、各種各様な実施形態を取ることができる。
即ち、本発明が適用される電力供給システムは、
電界結合電力伝送技術を適用した電力供給システムであって、
所定の波長の交流電源からの電力を送電する送電部（例えば図４のラックギヤ３１）と、
受電電極（図１の受電電極２２）を有し、前記送電部のうち前記受電電極と対向する部位を送電電極（図１の送電電極１２）として、当該送電電極と当該受電電極とにより形成される複数の接合容量を介して前記送電部から電力を受電して負荷に供給する受電部（図１の受電部２）と、
を備え、
前記受電電極は、導電体の歯車部材（例えば図４のピニオンギヤ４１）で形成され、
前記送電部は、前記歯車部材の歯に対応する凹凸を有し、前記歯と噛合するように配置されている。
これにより、歯車を用いた機械要素に対し、歯車を介して電力を供給することができる。
即ち、本発明が適用される電力供給システムは、
電界結合電力伝送技術を適用した電力供給システムであって、
所定の波長の交流電源からの電力を送電する送電部（例えば図４のラックギヤ３１）と、
受電電極（図１の受電電極２２）を有し、前記送電部のうち前記受電電極と対向する部位を送電電極（図１の送電電極１２）として、当該送電電極と当該受電電極とにより形成される複数の接合容量を介して前記送電部から電力を受電して負荷に供給する受電部（図１の受電部２）と、
を備え、
前記受電電極は、導電体の歯車部材（例えば図４のピニオンギヤ４１）で形成され、
前記送電部は、前記歯車部材の歯に対応する凹凸を有し、前記歯と噛合するように配置されている。
これにより、歯車を用いた機械要素に対し、歯車を介して電力を供給することができる。
また、前記歯車部材の前記歯は、前記歯車部材の中心部付近から放射状に延出された複数の板状部材（例えば図１１の歯車板４０１）で構成させることができ、隣接する前記板状部材の間には弾性体（例えば図１１の弾性体４０２）を充填させることができる。
これにより、受電部は、負荷に対し電力を伝送しながら、曲線部を有する電力伝送線路をスムーズに通過することができる。
これにより、受電部は、負荷に対し電力を伝送しながら、曲線部を有する電力伝送線路をスムーズに通過することができる。
また、前記歯車部材及び前記送電部を被う様に配置された導電体（例えば図５の導電性カバー４３）をさらに備えることができ、
前記送電電極及び前記受電電極のうち少なくとも一方と、前記導電体と、により形成される複数の接合容量を介して前記送電部から前記受電部に対し電力が伝送させることができる。
これにより、さらに接合容量を増大させることができる。また、発生する電磁エネルギーの外部への放射量を低減させることができる。
前記送電電極及び前記受電電極のうち少なくとも一方と、前記導電体と、により形成される複数の接合容量を介して前記送電部から前記受電部に対し電力が伝送させることができる。
これにより、さらに接合容量を増大させることができる。また、発生する電磁エネルギーの外部への放射量を低減させることができる。
また、前記送電電極は、導電体の歯車部材で形成させることができ、
前記受電部は、前記歯車部材の歯に対応する凹凸を有し、前記歯と噛合するように配置させることができる。
これにより、電極の極性が逆になっておも問題なく電力の伝送を行うことができる。
前記受電部は、前記歯車部材の歯に対応する凹凸を有し、前記歯と噛合するように配置させることができる。
これにより、電極の極性が逆になっておも問題なく電力の伝送を行うことができる。
また、本発明が適用される電力供給システムは、
電界結合電力伝送技術を適用した電力供給システムであって、
所定の波長の交流電源からの電力を送電する送電部と、
受電電極を有し、前記送電部のうち前記受電電極と対向する部位を送電電極として、当該送電電極と当該受電電極とにより形成される複数の接合容量を介して前記送電部から電力を受電して負荷に供給する受電部と、
を備えることができ、
前記受電電極は、導電体のプーリー（例えば図７のプーリー４２）で形成させることができ、
前記送電部は、前記プーリーの歯に対応する凹凸を有し、前記歯と噛合するように配置されたタイミングベルト（例えば図７のタイミングベルト３２）とすることができる。
これにより、送電部と受電部との間に形成される接合容量をさらに増大させることができる。
電界結合電力伝送技術を適用した電力供給システムであって、
所定の波長の交流電源からの電力を送電する送電部と、
受電電極を有し、前記送電部のうち前記受電電極と対向する部位を送電電極として、当該送電電極と当該受電電極とにより形成される複数の接合容量を介して前記送電部から電力を受電して負荷に供給する受電部と、
を備えることができ、
前記受電電極は、導電体のプーリー（例えば図７のプーリー４２）で形成させることができ、
前記送電部は、前記プーリーの歯に対応する凹凸を有し、前記歯と噛合するように配置されたタイミングベルト（例えば図７のタイミングベルト３２）とすることができる。
これにより、送電部と受電部との間に形成される接合容量をさらに増大させることができる。
１：送電部、２：受電部、３：ギヤ部、４：軸受部、１１，２１：並列共振回路、１２：送電電極、１３：センシング電極、１４：移動電極、２２：受電電極、２３：フェザータッチ電極、２４：外部電極、３１，８４ａ，８４ｂ：ラックギヤ、３２，３２ａ，３２ｂ：タイミングベルト、３４：被駆動体、４１：ピニオンギヤ、４２，４２ａ，４２ｂ：プーリー、４３：導電性カバー、４５：駆動体、５０：フランジ、５１：軸受、５２：回転軸、５３：滑り軸受、６１：プロファイル、７１：コネクタ、７２：シールドメタル箔、７３：ボディ、７４：ガイド輪、７５：ＡＮＴ、７６：送電線、８１：デファレンシャルギヤ、８２：ベベルギヤ、８３：金属固定台、９１：光源、９２：光透過口、３０１，４０２：弾性体、３０２：歯布、３０３：メッシュ電極、３０４：導電線、３０５：抗張体、３０６：コンタクト部、３１０，３１４：ラックギヤ頭頂部、３１１：ギヤブロック、３１２，３１３：ラックギヤ谷部、４０１：歯車板、４０３：ボビン、４０４：固定ネジ、５０１：外導体、５０２：内導体
Claims (6)
- 電界結合電力伝送技術を適用した電力供給システムであって、
所定の波長の交流電源からの電力を送電する送電部と、
受電電極を有し、前記送電部のうち前記受電電極と対向する部位を送電電極として、当該送電電極と当該受電電極とにより形成される複数の接合容量を介して前記送電部から電力を受電して負荷に供給する受電部と、
を備え、
前記受電電極は、導電体の歯車部材で形成され、
前記送電部は、前記歯車部材の歯に対応する凹凸を有し、前記歯と噛合するように配置されている、
電力供給システム。 - 前記歯車部材の前記歯は、前記歯車部材の中心部付近から放射状に延出された複数の板状部材で構成され、隣接する前記板状部材の間には弾性体が充填されている、
請求項１に記載の電力供給システム。 - 前記歯車部材及び前記送電部を被う様に配置された導電体をさらに備え、
前記送電電極及び前記受電電極のうち少なくとも一方と、前記導電体と、により形成される複数の接合容量を介して前記送電部から前記受電部に対し電力が伝送される、
請求項１又は２に記載の電力供給システム。 - 前記送電電極は、導電体の歯車部材で形成され、
前記受電部は、前記歯車部材の歯に対応する凹凸を有し、前記歯と噛合するように配置されている、
請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の電力供給システム。 - 電界結合電力伝送技術を適用した電力供給システムであって、
所定の波長の交流電源からの電力を送電する送電部と、
受電電極を有し、前記送電部のうち前記受電電極と対向する部位を送電電極として、当該送電電極と当該受電電極とにより形成される複数の接合容量を介して前記送電部から電力を受電して負荷に供給する受電部と、
を備え、
前記受電電極は、導電体のプーリーで形成され、
前記送電部は、前記プーリーの歯に対応する凹凸を有し、前記歯と噛合するように配置されたタイミングベルトである、
電力供給システム。 - 前記送電電極は、導電体のプーリーで形成され、
前記受電部は、前記プーリーの歯に対応する凹凸を有し、前記歯と噛合するように配置されたタイミングベルトである、
請求項５に記載の電力供給システム。
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