JP2013247794A - 防振構造 - Google Patents

Abstract

【課題】振動に起因して電力の受給電に用いられる電線に生じる問題を解消した、防振構造を提供する。
【解決手段】固定部２と、固定部２に防振性の支持部材３を介して支持される被支持体４と、を有する防振構造１である。固定部２と被支持体４の一方には非接触で電力を給電する給電手段１０が設けられている。固定部２と被支持体の他方には給電手段１０から電力を非接触で受電する受電手段１１が設けられるとともに、電力で駆動する電力駆動装置が備えられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、防振構造に関する。

防振構造として、固定部と被支持体との間に防振ゴムやエアサスペンション等の防振性の支持部材を介在させた支持構造が知られている。例えば、地面（固定部）の振動が家屋（被支持体）に伝わることを防止したり、エンジンの振動が地面に伝わることを防止するため、防振性を有する支持部材を介して被支持体を支持している。このような構造により、固定部から被支持体へ、あるいは被支持体から固定部へ振動が伝達されるのを抑制している。
また、防振ゴムを介してコイルを支持する無接触給電設備も知られている（例えば、特許文献１参照）。

被支持体には、通常は電力で駆動する種々の装置（電力駆動装置）が設けられている。このような電力駆動装置は、電線によって固定部側から電力が供給され、駆動するように構成されていることがある。また、固定部側に照明等の電力駆動装置が設けられていることもあるが、その場合に、電線によって被支持体側から電力が供給され、駆動するように構成されていることがある。

特許第３３８９７３９号公報

ところで、防振性を有する支持部材は、自身が変形することによって振動の伝達を抑制する。したがって、地震等によって固定部に振動が生じた際、固定部と被支持体との相対位置は変化する。その際、前述したように電線によって固定部側から被支持体に電力を供給したり、逆に、電線によって被支持体側から固定部に電力を供給するよう構成されている場合、電線が可動性を有する必要がある。

しかしながら、電線に微小な動きが長時間加わると、電線内部の導体が劣化して電線の抵抗が増えたり、極端な場合、断線に到るおそれもある。また、このような問題を回避するため、柔軟性を有する特殊な電線を用いることも考えられるが、このような特殊な電線は入手が難しく、保守性が低いという問題がある。

また、被支持体側において各種の精密測定を行うため、防振を必要とする場合もある。しかし、その場合には、電線もしくはその支持部材の重量や、曲がりから戻ろうとする剛性により、被支持体に外乱力が加わり、結果的に精密測定に誤差が生じる、という問題がある。
また、前記特許文献１は、移動体の無接触給電設備に係るものであり、固定部と被支持体との間に防振性の支持部材を介在させた支持構造については開示されていない。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、振動に起因して電力の受給電に用いられる電線に生じる問題を解消した、防振構造を提供することにある。

本発明の防振構造は、固定部と、該固定部に防振性の支持部材を介して支持される被支持体と、を有し、前記固定部と前記被支持体の一方には非接触で電力を給電する給電手段が設けられ、前記固定部と前記被支持体の他方には前記給電手段から電力を非接触で受電する受電手段が設けられるとともに、電力で駆動する電力駆動装置が備えられていることを特徴とする。

また、前記防振構造においては、前記給電手段は給電コイルを備え、かつ、前記受電手段は受電コイルを備え、前記給電コイルと前記受電コイルとは、互いに対向配置させられて電磁気的結合によって電力を非接触で受給電するよう構成されていることが好ましい。

また、前記防振構造において、前記固定部と前記被支持体との間には、前記給電コイルと前記受電コイルとを囲って可撓性の筒状体が設けられたことが好ましい。

本発明の防振構造によれば、固定部と被支持体の一方に給電手段を設け、固定部と被支持体の他方に給電手段から電力を非接触で受電する受電手段を設けているので、これら給電手段と受電手段とによって非接触で受給電することにより、固定部と被支持体との間の受給電用の電線を不要にすることができる。したがって、振動に起因して電線に生じる問題を解消することができる。

本発明に係る防振構造の第１実施形態を示す概略構成図である。 図１に示した防振構造の、給電部及び受電部を説明するためのブロック図である。 本発明に係る防振構造の第２実施形態を示す概略構成図である。 本発明に係る防振構造の第３実施形態を示す図であり、給電部及び受電部を説明するためのブロック図である。

以下、本発明の防振構造を詳しく説明する。
図１は、本発明の防振構造の第１実施形態を示す図であり、図１中符号１は防振構造である。この防振構造１は、固定部２と、この固定部２に防振性の支持部材３を介して支持される被支持体４と、を備えて構成されている。

固定部２は、建造物における基礎や、建物の床などからなるものであり、地震等によって振動が生じたり、電車や車の通過に伴って振動が生じた際、この振動が直接的に伝わる部位である。なお、振動は、地震や車などだけでなく、工場等において用いられる各種の工作機器や製造装置を振動源としてこれから生じる振動も含まれ、このような振動源を設置した床等も本発明の固定部となる。

また、本実施形態では、固定部２に給電部５が設けられている。給電部５は、例えば地中に埋設された電源ケーブル（図示せず）に接続して固定部２の表層部に設けられたもので、後述する受電部との間で受給電を行うためのものである。なお、電源ケーブルは外部電源（商用電源または発電機）に接続している。

被支持体４は、例えば固定部２の上方に支持部材３を介して配置されたもので、地震や各種の振動源によって固定部２に振動が生じた際、防振性の支持部材３の作用により、振動が伝わるのが防止されたものである。このような被支持体４としては、固定部２としての基礎の上に形成された建物や、固定部２としての床の上に配置された、精密測定を行うための測定室などが挙げられる。

また、本実施形態では、被支持体４に照明や各種の測定機器、家電製品などの、電力で駆動する種々の電力駆動装置６が備えられている。このような電力駆動装置６は、いずれも、被支持体４に設置された受電部７を電源として、配線を介してこれに電気的に接続されている。

支持部材３としては、従来公知の各種の防振性支持部材が用いられる。例えば、防振ゴムやエアサスペンション、スプリング等を用いた各種のダンパーなどが用いられる。このような防振性の支持部材３は、本実施形態では図１に示すように固定部２の上面に複数（例えば４箇所）設置されている。そして、これら支持部材３上に被支持体４が設置されている。固定部２と支持部材３との間、及び支持部材３と被支持体４との間は、振動によって互いがずれてしまうことなく、固定された状態に接続されている。

したがって、固定部２に振動が生じた際、あるいは後述するように被支持体４側で振動が生じた際、支持部材３は振動に追従して変形（伸縮）することにより、この振動を吸収して振動の伝達を防止している。

図２は、給電部５及び受電部７を説明するためのブロック図である。固定部２に設けられた給電部５は、整流回路８と、給電回路９と、給電手段としての給電コイル１０とを備えて構成されている。給電コイル１０は、図１に示したように固定部２の上面上に露出して配置された円形のヘリカルコイルであり、被支持体４の底面に対向して配置され、これによって後述する受電コイル１１に対向して配置されている。

図２に示すように整流回路８は、外部電源２０（電源ケーブルを介して接続された商用電源または発電機）から供給される交流電力（単相交流電力または３相交流電力）を整流して直流電力に変換し、給電回路９に出力するものである。
給電回路９は、給電側共振回路を構成する共振用コンデンサを備え、整流回路８から入力された直流電力を交流電力に変換して給電コイル１０に供給するように構成されている。具体的には、給電回路９は図示しない制御部の制御の下で、整流回路８からの直流電力を交流電力に変換して給電コイル１０に与えることにより、受電部７に対する非接触給電を実現するように構成されている。

すなわち、この給電回路９は、スイッチングレッグ９ａ、９ｂ（直列接続された２つのトランジスタと、これら２つのトランジスタにそれぞれ並列接続されたダイオードとからなる回路）が並列接続された回路で実現される。なお、ここではトランジスタで代表させているが、パワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの電力制御半導体素子でもよい。このような構成からなる給電回路９は一種のインバータである。
また、外部電源２０として燃料電池や太陽電池や二次電池などの直流電源が使用されている場合には、整流回路８を省略することが可能である。

また、給電回路９と給電コイル１０との間には、コンデンサＣ１が２つ設けられている。これらコンデンサＣ１は、給電コイル１０とともに直列共振回路を形成している。給電コイル１０の一端は、一方のコンデンサＣ１を介して給電回路９のスイッチングレッグ９ａに接続されており、給電コイル１０の他端は、他方のコンデンサＣ１を介して給電回路９のスイッチングレッグ９ｂに接続されている。

受電部７は、受電手段としての受電コイル１１と、受電回路１２とを備えて構成されている。受電コイル１１は、前記給電コイル１０に対向し、かつ所定の間隔をあけて配置された円形のヘリカルコイルであり、両端が受電回路１２の入力端に接続されている。給電コイル１０と受電コイル１１との間隔としては、例えば５ｃｍ〜１５ｃｍ程度とされる。このような間隔で受電コイル１１と給電コイル１０とが対向配置されることにより、受電コイル１１は、給電コイル１０からの外部磁界が作用すると、電磁誘導によって起電力を発生し、該起電力を受電回路１２に出力するようになっている。

受電回路１２は、受電コイル１１と受電側共振回路を構成する共振用コンデンサ等を備え、受電コイル１１から供給された交流電力を電力駆動装置６に供給する電源となるものである。なお、受電回路１２としては、受電コイル１１から供給された交流電力を一旦直流電力に変換する一種の整流回路（ブリッジ整流回路）であってもよい。この場合、電力駆動装置６の一部として直流電力を交流電力に変換するインバータを設け、該インバータを介して交流電源を必要とする機器に電源を供給してもよい。

このような受電部７における受電側共振回路の共振周波数は、給電部５における前記給電側共振回路の共振周波数と同一周波数に設定されている。また、受電部７における受電コイル１１のコイル径は、給電部５における給電コイル１０のコイル径と同一に設定されている。

このような構成によって給電コイル１０は、これに対向し、かつ所定範囲の間隔で配置された受電コイル１１に対して、非接触で電力を供給できるようになっている。すなわち、給電コイル１０とコンデンサＣ１、Ｃ１、及び受電コイル１１とコンデンサＣ２とにより、電磁界共鳴回路が形成される。この電磁界共鳴回路は、振動によってコイル１０、１１間の相対位置が変化しても、電力の伝達効率がほとんど低下しない。

なお、給電部５としては、整流回路８、給電回路９、給電コイル１０の全てを固定部２の表層部、すなわち被支持体４の近傍に配置する必要はなく、少なくとも給電コイル１０を受電コイル１１の近傍に配置し、かつ、該受電コイル１１に対向して配置すれば、整流回路８や給電回路９を給電コイル１０から離して配置し、給電回路９と給電コイル１０との間を配線等によって電気的に接続してもよい。

また、非接触給電の制御のために無線通信が必要である場合、給電コイル１０に隣接して無線通信装置を設けてもよい。その場合、無線通信の周波数を非接触給電の周波数より著しく高くすることにより、無線通信が非接触給電の影響を受けにくくすることが望ましい。具体的には、給電コイル１０と受電コイル１１との間の非接触給電の周波数を１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度とし、無線通信の周波数を１ＧＨｚ程度とすることにより、前記影響をほとんど受けないようにすることができる。

このような構成の防振構造１では、固定部２に設けられた給電部５の給電コイル１０から被支持体４に設けられた受電部７の受電コイル１１に対して、非接触給電方式の１つである電磁界共鳴方式に基づいて、非接触給電がなされるようになっている。

すなわち、給電部５は、整流回路８が外部電源から得た交流電力を直流電力に変換して給電回路９に出力し、該給電回路９が直流電力を交流電力に変換して給電コイル１０に供給する。この結果、給電部５における給電コイル１０と、受電部７の受電コイル１１とが電磁気的に結合して電力の非接触伝送が行われる。
受電部７では、非接触伝送で送られてきた電力を電力駆動装置６に供給する。すなわち、受電コイル１１から供給された交流電力を直流もしくは所定の周波数の交流に変換した後、照明や各種の測定機器、家電製品などの電力駆動装置６に供給し、これらを駆動させる。

また、地震等によって固定部２に振動が生じ、これによって支持部材３が変形（伸縮）しても、給電コイル１０と受電コイル１１との間の間隔は僅かに変化するだけであり、その相対位置は大きく変化しないため、充分に非接触給電が可能な範囲内となる。すなわち、給電コイル１０と受電コイル１１は、前述したように電磁界共鳴回路を形成しているので、電力の伝達効率がほとんど低下しない。よって、振動が生じた際にも、何等支障なく非接触給電がなされるようになる。

このような防振構造１にあっては、固定部２に給電コイル１０を設け、被支持体４に給電コイル１０から電力を非接触で受電する受電コイル１１を設けているので、これら給電コイル１０と受電コイル１１とによって非接触で受給電することにより、固定部２と被支持体４との間の受給電用の電線を不要にすることができる。したがって、振動に起因して従来の電線に生じる問題を解消することができる。

また、給電コイル１０と受電コイル１１とによって非接触で受給電するので、被支持体４の固定部２に対する相対位置が振動によって変化しても、機械的にこすれる部分が無いため、振動に起因して部品等が劣化するのを確実に防止することができる。
さらに、非接触給電方式として電磁界共鳴方式を採用しているので、給電コイル１０と受電コイル１１との間の相対位置が振動によって変化しても、電力の伝達効率がほとんど低下することがなく、したがって安定して非接触給電を行うことができる。

図３は、本発明の防振構造の第２実施形態を示す図である。図３に示した防振構造３０が図１に示した防振構造１と異なるところは、固定部２と被支持体４との間に、給電コイル１０と受電コイル１１とを囲って可撓性の筒状体３１が設けられている点である。

筒状体３１は、ゴムや軟質樹脂などの可撓性材料によって形成された円筒状のもの、あるいは可撓性を発揮できる蛇腹状等の構造からなる可撓性部材によって形成された筒状のものである。この筒状体３１は、給電コイル１０と受電コイル１１との間に異物が侵入するのを防止するべく、一方の開口が固定部２に接続され、他方の開口が被支持体４に接続されている。筒状体３１の可撓性については、想定される最大の振動が加わったときの、支持部材３の変形に追従し得る程度、すなわち支持部材３の変形に耐え得る程度とすればよい。
このような構成によって筒状体３１は、その外部から内部に異物が侵入するのを防止するものとなっている。

したがって、本実施形態の防振構造３０にあっては、筒状体３１によってその内部に異物が侵入するのを防止しているので、例えば金属等の異物が給電コイル１０と受電コイル１１との間に入り込み、給電コイル１０や受電コイル１１に付着することなどにより、給電コイル１０と受電コイル１１との間の非接触給電に影響が出ることを防止することができる。すなわち、この非接触給電による電力伝送の効率低下を防止することができる。

なお、筒状体３１は、給電コイル１０と受電コイル１１との間の非接触給電を妨げない材料、すなわち非接触給電に使われる電界・磁界に影響しないゴムや樹脂などの材料で形成されているのが好ましい。ただし、給電コイル１０や受電コイル１１から充分な距離をあけて配置され、したがってこれらの間の非接触給電に影響を与えないように配置される場合には、耐久性を高めるなどの理由で、金属等の材料を用いることもできる。

図４は、本発明の防振構造の第３実施形態を示す図であり、給電部５及び受電部７を説明するためのブロック図である。
本実施形態の防振構造４０が図２に示した防振構造１と異なるところは、受電部７側において、受電回路１２の後段に電力蓄積要素４１を追加した点である。なお、本実施形態においては、受電回路１２として一種の整流回路を採用し、受電回路１２の出力は直流電力とする。

電力蓄積要素４１は、電解コンデンサ、電気二重層キャパシタ、２次電池などによって形成される。このような電力蓄積要素４１を追加することにより、例えば非接触給電された電力が低下した際、電力蓄積要素４１が放電して電力駆動装置６への電力供給を補うことができる。たとえば、大きな振動が生じたことで固定部２と非支持体４との相対位置が大きく変化した際、給電コイル１０と受電コイル１１の相対位置が大きく変化する位置で電力の伝達効率が低下することがある。その場合にも、本実施形態では電力蓄積要素４１を追加したことにより、電力駆動装置６への電力供給を安定して行うことができる。

すなわち、本実施形態の防振構造４０にあっては、大きな振動が生じた場合、振動の一周期の間に、給電コイル１０と受電コイル１１がほぼ正対している時間帯と、相対位置が大きく変位している時間帯とを交互にくりかえすが、前者の時間帯においては非接触給電の電力伝達効率が高いので電力蓄積要素４１を充電し、後者の時間帯においては非接触給電の電力伝達効率が低下するので、電力駆動装置６が必要とする電力の一部を電力蓄積要素４１からの放電により補うことにより、大きな振動が生じても電力駆動装置６に安定した電力供給が可能となる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、地震等によって振動が生じる側を固定部２とし、この固定部２に生じた振動を支持部材３で吸収することにより、振動が被支持体４に伝わらないように構成しているが、被支持体４に振動源が設けられている場合には、被支持体４に生じた振動が固定部に伝わらないように構成してもよい。すなわち、被支持体４にエンジンなどの振動源が設置されている場合、この振動源から生じる振動が固定部２に伝わらないように、固定部２に防振性の支持部材３を介して被支持体４が支持されるように構成してもよい。

また、前記実施形態では、固定部２に給電コイル１０（給電手段）を含む給電部５を設け、被支持体４に受電コイル１１（受電手段）を含む受電部７を設け、さらに受電部７側となる被支持体４に電力駆動装置６を設けているが、逆に、固定部２側に照明等の電力駆動装置６が設けられている場合には、固定部２に受電部７（受電コイル１１）を設け、被支持体４に給電部５（給電コイル１０）を設けてもよい。たとえば、外部電源２０である発電機が被支持体４に搭載され、発電機で生じる振動が固定部２に伝わることを抑制するような場合である。

また、前記第２実施形態では、給電コイル１０と受電コイル１１とを囲って筒状体３１を設けたが、給電コイル１０や受電コイル１１に異物が付着するのを防止し、劣化や特性変化を抑制するだけであれば、給電コイル１０や受電コイル１１をそれぞれ独立してカバーで覆うようにしてもよい。その場合、給電コイル１０と受電コイル１１との間にカバーが存在することとなるため、カバーについては、ゴムや樹脂などの電磁気透過性材料で形成する必要がある。

また、前記実施形態では、非接触給電する方法として磁界共鳴方式を採用したが、非接触給電する方法として電磁誘導方式を採用してもよい。
また、前記実施形態では、給電コイル１０、受電コイル１１としてヘリカルコイルを用いたが、非接触給電が可能であればコイルの方式は問わない。さらに、非接触給電が可能であればコイルの形状も任意の形状が採用可能であり、受電コイルと給電コイルの形状・大きさが異なっていてもよい。

１、３０、４０…防振構造、２…固定部、３…支持部材、４…被支持体、５…給電部、６…電力駆動装置、７…受電部、１０…給電コイル（給電手段）、１１…受電コイル（受電手段）、３１…筒状体、４１…電力蓄積要素

Claims (3)

1. 固定部と、該固定部に防振性の支持部材を介して支持される被支持体と、を有し、
   前記固定部と前記被支持体の一方には非接触で電力を給電する給電手段が設けられ、
   前記固定部と前記被支持体の他方には前記給電手段から電力を非接触で受電する受電手段が設けられるとともに、電力で駆動する電力駆動装置が備えられていることを特徴とする防振構造。
2. 前記給電手段は給電コイルを備え、かつ、前記受電手段は受電コイルを備え、
   前記給電コイルと前記受電コイルとは、互いに対向配置させられて電磁気的結合によって電力を非接触で受給電するよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の防振構造。
3. 前記固定部と前記被支持体との間には、前記給電コイルと前記受電コイルとを囲って可撓性の筒状体が設けられたことを特徴とする請求項２に記載の防振構造。

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