JP2018166392A - 非接触型電力伝送装置、電磁波照射／受信装置、電力伝送／情報通信装置及び自律可動型ロボットシステム - Google Patents

Abstract

【課題】本開示は、回転動作及び傾き動作を伴う複数の機構部間での非接触型電力伝送装置において、装置の小型化を図ること、傾き動作の可動範囲を広げること、及び、コイル間の磁界結合を強くすることを目的とする。【解決手段】本開示は、外側に配置される外側コイル１１と、内側に配置される内側コイル１２と、外側コイル１１と内側コイル１２との中心軸の間の傾きを可変とする傾き軸１３と、外側コイル１１及び内側コイル１２のいずれかのコイルの中心軸を回転軸として、外側コイル１１及び内側コイル１２のいずれかのコイルを回転させるベアリング１４と、を備えることを特徴とする非接触型電力伝送装置Ｐ１である。【選択図】図１

Description

本開示は、回転動作及び傾き動作を伴う複数の機構部間での電力伝送技術に関する。

回転動作及び傾き動作を伴う複数の機構部間において、電力伝送を行なうことがある。従来の接触型電力伝送装置では、回転軸及び傾き軸についてそれぞれ１セットの回転可能な接触型電極を備えるため、電極摩耗、機械的振動及び屈曲疲労による導通不良及びメンテナンス作業が発生する。一方、従来の非接触型電力伝送装置では、回転軸及び傾き軸についてそれぞれ１セットの回転可能な磁界結合コイルを備えるため、電極摩耗、機械振動及び屈曲疲労による導通不良及びメンテナンス作業が発生しない（特許文献１等を参照。）。

特開２０１５−２２０８０１号公報

しかし、従来の非接触型電力伝送装置では、回転軸及び傾き軸について「それぞれ１セット」の回転可能な対向配置コイルを備えるため、装置の小型化を図ることができない。そこで、回転軸及び傾き軸について「合わせて１セット」の回転可能な対向配置コイルを備えることにより、小型化を図ることが考えられる。しかし、対向配置コイル間の間隔を狭め過ぎれば、対向配置コイル間の磁界結合は強くなるが、一方のコイルに対する他方のコイルの傾き動作による対向配置コイル間の機械的干渉が生じやすい。一方で、対向配置コイル間の間隔を広げ過ぎれば、一方のコイルに対する他方のコイルの傾き動作による対向配置コイル間の機械的干渉は生じにくいが、対向配置コイル間の磁界結合が弱くなる。

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、回転動作及び傾き動作を伴う複数の機構部間での非接触型電力伝送装置において、装置の小型化を図ること、傾き動作の可動範囲を広げること、及び、コイル間の磁界結合を強くすることを目的とする。

前記課題を解決するために、回転軸及び傾き軸について「合わせて１セット」の回転可能な磁界結合する外側コイル及び内側コイルを備えることとした。

具体的には、本開示は、外側に配置される外側コイルと、内側に配置される内側コイルと、前記外側コイルと前記内側コイルとの中心軸の間の傾きを可変とする傾き可変部材と、前記外側コイル及び前記内側コイルのいずれかのコイルの中心軸を回転軸として、前記外側コイル及び前記内側コイルのいずれかのコイルを回転させるコイル回転部材と、を備えることを特徴とする非接触型電力伝送装置である。

この構成によれば、回転軸及び傾き軸について「合わせて１セット」の回転可能な磁界結合する外側コイル及び内側コイルを備えるため、装置の小型化を図ることができる。そして、外側コイルの断面サイズを内側コイルの断面サイズより十分に大きくすれば、傾き動作の可動範囲を広げることができる。さらに、外側コイルと内側コイルとを外側と内側とで互いに重ね合わせれば、コイル間の磁界結合を強くすることができる。

また、本開示は、前記外側コイルと前記内側コイルとは、前記外側コイルと前記内側コイルとの中心軸が互いに平行であるときに、外側と内側とで互いに重なり合うことを特徴とする非接触型電力伝送装置である。

この構成によれば、外側コイルと内側コイルとを外側と内側とで互いに重ね合わせるため、コイル間の磁界結合をより強くすることができる。

また、本開示は、前記外側コイルは、前記外側コイルの中心軸に垂直なオバール形断面を有し、前記外側コイルのオバール形断面の長軸は、前記傾き可変部材の傾き軸と、前記外側コイルの中心軸と、に対して垂直になるように配置されることを特徴とする非接触型電力伝送装置である。

この構成によれば、外側コイルの断面サイズを内側コイルの断面サイズより十分に大きくするため、傾き動作の可動範囲をより広げることができる。

また、本開示は、前記外側コイルを保持する外側コイル保持部材と、前記内側コイルを保持する内側コイル保持部材と、をさらに備えることを特徴とする非接触型電力伝送装置である。

この構成によれば、非接触型電力伝送装置を送受電側機構部に接続可能となる。

また、本開示は、前記外側コイルと前記外側コイル保持部材との間に配置される外側磁性体部材と、前記内側コイルと前記内側コイル保持部材との間に配置される内側磁性体部材と、をさらに備えることを特徴とする非接触型電力伝送装置である。

この構成によれば、外側コイル保持部材及び内側コイル保持部材が金属であるときでも、外側コイル保持部材及び内側コイル保持部材での渦電流損失を防止可能となる。

また、本開示は、以上に記載の非接触型電力伝送装置を備え、電磁波の照射及び／又は受信の指向方向を可変とすることを特徴とする電磁波照射／受信装置である。

この構成によれば、非接触型電力伝送装置を電磁波照射／受信に適用可能となる。

また、本開示は、以上に記載の非接触型電力伝送装置を備え、前記内側コイル保持部材は、前記内側コイルを内側から保持し、前記外側コイル保持部材は、前記外側コイルを外側から保持し、前記外側コイルに対する前記内側コイルの相対運動を可能とする内側コイル収容空間を有し、前記内側コイル保持部材の先端に配置される第１無線通信機と、前記外側コイルと前記内側コイルとの中心軸の間の傾きがないときでの、前記内側コイル収容空間を介して前記内側コイル保持部材の先端と対向する前記外側コイル保持部材の場所に配置される第２無線通信機と、をさらに備えることを特徴とする電力伝送／情報通信装置である。

この構成によれば、非接触型電力伝送装置を用いて、電力伝送と情報通信との融合を図ることができる。ここで、内側コイル保持部材の先端と外側コイル保持部材の上記場所とは、第１、２無線通信機により接続される。よって、非接触型電力伝送装置の回転動作及び傾き動作の可動範囲が、有線ケーブルのねじれ、屈曲及び断線の問題により制限されることがない。そして、第１、２無線通信機は、非接触型電力伝送装置の中心軸上に配置される。よって、非接触型電力伝送装置の回転動作及び傾き動作の可動範囲が、第１、２無線通信機の指向性の問題により制限されることが少なくなる。さらに、第１、２無線通信機は、外側コイル保持部材内の内側コイル収容空間を介して通信する。よって、第１、２無線通信機の間の無線通信が、介在物により途絶えることがなく、電磁波の減衰の大きい媒体中（例えば浮遊物が多く存在する水中など）でも途絶えることが少なくなる。

また、本開示は、前記傾き可変部材は、前記内側コイル保持部材の先端に配置されるフック部材と、前記内側コイル収容空間内に配置され前記フック部材を着脱可能な着脱軸部材と、を備え、前記フック部材及び前記着脱軸部材は、前記第１無線通信機と前記第２無線通信機との間の無線通信を可能とする無線通信路空間を確保することを特徴とする電力伝送／情報通信装置である。

この構成によれば、外側コイル及び第２無線通信機が取り付けられる外側コイル保持部材の着脱軸部材に、内側コイル及び第１無線通信機が取り付けられるフック部材を引っ掛けるのみにより、たとえ水中でも電力伝送及び情報通信を容易に開始することができる。

また、本開示は、以上に記載の電力伝送／情報通信装置と、前記電力伝送／情報通信装置を搭載される自律可動型ロボット装置と、前記内側コイル保持部材に沿って配置され、前記内側コイルに接続され、外部から前記電力伝送／情報通信装置への電力伝送を行う第１電力伝送線と、前記内側コイル保持部材に沿って配置され、前記第１無線通信機に接続され、外部と前記電力伝送／情報通信装置との間の情報通信を行う第１情報通信線と、前記内側コイルと磁界結合する前記外側コイルに接続され、前記電力伝送／情報通信装置から前記自律可動型ロボット装置への電力伝送を行う第２電力伝送線と、前記第１無線通信機と無線通信を行う前記第２無線通信機に接続され、前記電力伝送／情報通信装置と前記自律可動型ロボット装置との間の情報通信を行う第２情報通信線と、を備えることを特徴とする自律可動型ロボットシステムである。

この構成によれば、電力伝送／情報通信装置を用いて、自律可動型ロボット装置を操作することができる。ここで、外部と電力伝送／情報通信装置とは、内側コイル保持部材に沿って配置される第１電力伝送線により接続され、内側コイル保持部材は、外側コイル保持部材に対して相対的に回転動作及び傾き動作を行う。よって、自律可動型ロボット装置への大電力伝送及びバッテリレスの長時間連続可動が必要なときでも、自律可動型ロボット装置の可動範囲が、第１電力伝送線のねじれ、屈曲及び断線の問題により制限されることが少なくなる。そして、外部と電力伝送／情報通信装置とは、内側コイル保持部材に沿って配置される第１情報通信線により接続され、内側コイル保持部材は、外側コイル保持部材に対して相対的に回転動作及び傾き動作を行う。よって、自律可動型ロボット装置との大容量通信及びリアルタイム通信が必要なときでも、自律可動型ロボット装置の可動範囲が、第１情報通信線のねじれ、屈曲及び断線の問題により制限されることが少なくなる。

このように、本開示は、回転動作及び傾き動作を伴う複数の機構部間での非接触型電力伝送装置において、装置の小型化を図ること、傾き動作の可動範囲を広げること、及び、コイル間の磁界結合を強くすることができる。

第１実施形態の非接触型電力伝送装置の構成を示す図である。 第２実施形態の非接触型電力伝送装置の構成を示す図である。 第３実施形態の非接触型電力伝送装置の構成を示す図である。 第４実施形態の非接触型電力伝送装置の構成を示す図である。 第５実施形態の非接触型電力伝送装置の構成を示す図である。 第６実施形態の非接触型電力伝送装置の構成を示す図である。 第７実施形態の非接触型電力伝送装置の構成を示す図である。 第８実施形態の電磁波照射／受信装置の構成を示す図である。 第９実施形態の電力伝送／情報通信装置の構成を示す図である。 第１０実施形態の電力伝送／情報通信装置の構成を示す図である。 第１０実施形態の変形例の電力伝送／情報通信装置の構成を示す図である。 第１１実施形態の自律可動型ロボットシステムの構成を示す図である。

添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。

（第１実施形態の非接触型電力伝送装置）
第１実施形態の非接触型電力伝送装置の構成を図１に示す。非接触型電力伝送装置Ｐ１は、外側コイル１１、内側コイル１２、傾き軸１３、ベアリング１４、回転支柱１５、回転支柱１６、フレーム１７、支持部材１８及び内側磁性体１９から構成される。

図１の左上欄は、傾きがないときでの正面図を示す。図１の左下欄は、平面図を示す。図１の中上欄は、図１の左上欄の正面図に対して、ベアリング１４の右側から見た右側面図を示す。図１の中下欄は、図１の左下欄の平面図に対して、ベアリング１４の右側から見た右側面図を示す。図１の右上欄は、傾きがあるときでの正面図を示す。ここで、図１の左上欄の正面図、図１の左下欄の平面図及び図１の右上欄の正面図では、フレーム１７については断面形状を示すが、他の部材については平面投影形状を示す。

外側コイル１１及び内側コイル１２は、それぞれ、外側及び内側に配置される。ここで、外側コイル１１と内側コイル１２とは、外側コイル１１と内側コイル１２との中心軸が互いに平行であるときに、外側と内側とで互いに重なり合う。そして、外側コイル１１と内側コイル１２との中心軸は、必ずしも同一の軸でなくてもよい。

フレーム１７は、外側コイル１１を外側から保持する。ここで、フレーム１７は、外側コイル１１と内側コイル１２との間の磁界結合を妨げないような、材料（例えば、樹脂等。）からなる構造を有する。支持部材１８は、内側コイル１２を内側から保持する。ここで、支持部材１８は、金属等からなる軸部材又はパイプである。

傾き軸１３は、外側コイル１１と内側コイル１２との中心軸の間の傾きを可変とする。具体的には、傾き軸１３は、内側コイル１２の中心軸に対する外側コイル１１の中心軸の傾きを可変とする（図１の右上欄の正面図を参照。）。ここで、傾き軸１３は、必ずしも外側コイル１１及び内側コイル１２の中心部を通らなくてもよい。

ベアリング１４、回転支柱１５及び回転支柱１６は、内側コイル１２の中心軸を回転軸として、外側コイル１１を回転させる。具体的には、ベアリング１４の内輪は、支持部材１８に固定され、ベアリング１４の外輪は、回転支柱１５に接続される。回転支柱１５は、回転支柱１６に直角に接続される。回転支柱１６は、フレーム１７に固定される。

ベアリング１４の外輪が、ベアリング１４の内輪に対して回転すると、回転支柱１５及び回転支柱１６は、支持部材１８に対して回転し、フレーム１７及び外側コイル１１は、内側コイル１２に対して回転する（図１の左下欄の平面図を参照。）。

外側コイル１１は、外側コイル１１の中心軸に垂直なオバール形断面を有する。ここで、オバール形とは、少なくとも１本の対称軸を有する平面図形であり、長円形、楕円形及び円形等である。そして、外側コイル１１のオバール形断面の長軸は、傾き軸１３と、外側コイル１１の中心軸と、に対して垂直になるように配置される（図１の中上欄及び中下欄の右側面図を参照。）。なお、内側コイル１２は、円柱形コイル等である。

内側磁性体１９は、内側コイル１２と支持部材１８との間に配置される。ここで、内側磁性体１９は、円筒形に焼成された磁性体でもよく、ほぼ円筒形に配置された複数の磁性体の小片でもよい（図４の中上欄及び中下欄の右側面図を参照。）。後者では前者より、内側磁性体１９の製造工程を簡便にしやすく、内側磁性体１９のクラックを生じにくい。

このように、回転軸及び傾き軸について「合わせて１セット」の回転可能な磁界結合する外側コイル１１及び内側コイル１２を備えるため、非接触型電力伝送装置Ｐ１の小型化を図ることができる。そして、外側コイル１１と内側コイル１２とを外側と内側とで互いに重ね合わせるため、外側コイル１１と内側コイル１２との間の磁界結合を強くすることができる。さらに、内側磁性体１９を内側コイル１２と支持部材１８との間に配置するため、支持部材１８が金属であるときでも支持部材１８での渦電流損失を防止可能となる。

そして、外側コイル１１の断面サイズを内側コイル１２の断面サイズより十分に大きくするため、内側コイル１２に対する外側コイル１１の傾き動作の可動範囲を広げることができる。ここで、内側コイル１２に対する外側コイル１１の傾き角度が大きすぎれば、外側コイル１１と内側コイル１２との間の磁界結合が弱くなる。そこで、外側コイル１１の断面サイズを意図的に制限することにより、内側コイル１２に対する外側コイル１１の傾き動作の可動範囲を意図的に制限することができる。ただし、図１に不図示の外側コイル１１以外のストッパー等を配置することによっても、内側コイル１２に対する外側コイル１１の傾き動作の可動範囲を意図的に制限することができる。

（第２実施形態の非接触型電力伝送装置）
第２実施形態の非接触型電力伝送装置の構成を図２に示す。非接触型電力伝送装置Ｐ２は、外側コイル２１、内側コイル２２、傾き軸２３、傾き支柱２４、傾き支柱２５、固定部材２６、ベアリング２７、フレーム２８、支持部材２９及び内側磁性体３０から構成される。

図２の左上欄は、傾きがないときでの正面図を示す。図２の左下欄は、平面図を示す。図２の中上欄は、図２の左上欄の正面図に対して、固定部材２６の右側から見た右側面図を示す。図２の中下欄は、図２の左下欄の平面図に対して、固定部材２６の右側から見た右側面図を示す。図２の右上欄は、傾きがあるときでの正面図を示す。ここで、図２の左上欄の正面図、図２の左下欄の平面図及び図２の右上欄の正面図では、ベアリング２７及びフレーム２８については断面形状を示すが、他の部材については平面投影形状を示す。

外側コイル２１及び内側コイル２２は、それぞれ、外側及び内側に配置される。ここで、外側コイル２１と内側コイル２２とは、外側コイル２１と内側コイル２２との中心軸が互いに平行であるときに、外側と内側とで互いに重なり合う。そして、外側コイル２１と内側コイル２２との中心軸は、必ずしも同一の軸でなくてもよい。

フレーム２８は、外側コイル２１を外側から保持する。ここで、フレーム２８は、外側コイル２１と内側コイル２２との間の磁界結合を妨げないような、材料（例えば、樹脂等。）からなる構造を有する。支持部材２９は、内側コイル２２を内側から保持する。ここで、支持部材２９は、金属等からなる軸部材又はパイプである。

傾き軸２３は、外側コイル２１と内側コイル２２との中心軸の間の傾きを可変とする。具体的には、傾き軸２３は、外側コイル２１の中心軸に対する内側コイル２２の中心軸の傾きを可変とする（図２の右上欄の正面図を参照。）。ここで、傾き軸２３は、必ずしも外側コイル２１及び内側コイル２２の中心部を通らなくてもよい。

傾き支柱２４、傾き支柱２５、固定部材２６及びベアリング２７は、外側コイル２１の中心軸を回転軸として、内側コイル２２を回転させる。具体的には、ベアリング２７の内輪は、フレーム２８に固定され、ベアリング２７の外輪は、傾き支柱２４に接続される。傾き支柱２４は、傾き支柱２５に直角に接続される。傾き支柱２５は、固定部材２６に固定される。固定部材２６は、支持部材２９に固定される。

ベアリング２７の外輪が、ベアリング２７の内輪に対して回転すると、傾き支柱２４及び傾き支柱２５は、フレーム２８に対して回転し、固定部材２６、支持部材２９及び内側コイル２２は、外側コイル２１に対して回転する（図２の左下欄の平面図を参照。）。

外側コイル２１は、外側コイル２１の中心軸に垂直なオバール形断面を有する。ここで、オバール形とは、少なくとも１本の対称軸を有する平面図形であり、長円形、楕円形及び円形等である。そして、外側コイル２１のオバール形断面の長軸は、傾き軸２３と、外側コイル２１の中心軸と、に対して垂直になるように配置される（図２の中上欄及び中下欄の右側面図を参照。）。なお、内側コイル２２は、円柱形コイル等である。

内側磁性体３０は、内側コイル２２と支持部材２９との間に配置される。ここで、内側磁性体３０は、円筒形に焼成された磁性体でもよく、ほぼ円筒形に配置された複数の磁性体の小片でもよい（図４の中上欄及び中下欄の右側面図を参照。）。後者では前者より、内側磁性体３０の製造工程を簡便にしやすく、内側磁性体３０のクラックを生じにくい。

このように、回転軸及び傾き軸について「合わせて１セット」の回転可能な磁界結合する外側コイル２１及び内側コイル２２を備えるため、非接触型電力伝送装置Ｐ２の小型化を図ることができる。そして、外側コイル２１と内側コイル２２とを外側と内側とで互いに重ね合わせるため、外側コイル２１と内側コイル２２との間の磁界結合を強くすることができる。さらに、内側磁性体３０を内側コイル２２と支持部材２９との間に配置するため、支持部材２９が金属であるときでも支持部材２９での渦電流損失を防止可能となる。

そして、外側コイル２１の断面サイズを内側コイル２２の断面サイズより十分に大きくするため、外側コイル２１に対する内側コイル２２の傾き動作の可動範囲を広げることができる。ここで、外側コイル２１に対する内側コイル２２の傾き角度が大きすぎれば、外側コイル２１と内側コイル２２との間の磁界結合が弱くなる。そこで、外側コイル２１の断面サイズを意図的に制限することにより、外側コイル２１に対する内側コイル２２の傾き動作の可動範囲を意図的に制限することができる。ただし、図２に不図示の外側コイル２１以外のストッパー等を配置することによっても、外側コイル２１に対する内側コイル２２の傾き動作の可動範囲を意図的に制限することができる。

（第３実施形態の非接触型電力伝送装置）
第３実施形態の非接触型電力伝送装置の構成を図３に示す。非接触型電力伝送装置Ｐ３は、外側コイル３１、内側コイル３２、傾き軸３３、ベアリング３４、回転支柱３５、回転支柱３６、フレーム３７、支持部材３８及び内側磁性体３９から構成される。

図３の左上欄は、傾きがないときでの正面図を示す。図３の左下欄は、平面図を示す。図３の中上欄は、図３の左上欄の正面図に対して、ベアリング３４の右側から見た右側面図を示す。図３の中下欄は、図３の左下欄の平面図に対して、ベアリング３４の右側から見た右側面図を示す。図３の右上欄は、傾きがあるときでの正面図を示す。ここで、図３の左上欄の正面図、図３の左下欄の平面図及び図３の右上欄の正面図では、フレーム３７については断面形状を示すが、他の部材については平面投影形状を示す。

傾き軸３３、ベアリング３４、回転支柱３５、回転支柱３６、フレーム３７、支持部材３８及び内側磁性体３９は、それぞれ、傾き軸１３、ベアリング１４、回転支柱１５、回転支柱１６、フレーム１７、支持部材１８及び内側磁性体１９と同様である。

外側コイル３１及び内側コイル３２が、それぞれ、外側コイル１１及び内側コイル１２と異なる点について説明する。外側コイル３１と内側コイル３２とは、外側コイル３１と内側コイル３２との中心軸が互いに平行であるときに、外側と内側とで互いに重なり合わないが、外側コイル３１と内側コイル３２との中心軸が互いに所定角度だけ傾くときに、外側と内側とで互いに重なり合う（図３の右上欄の正面図を参照。）。

従来では一方のコイルの断面サイズを他方のコイルの断面サイズと同様とするが、外側コイル３１の断面サイズを内側コイル３２の断面サイズより十分に大きくするため、内側コイル３２に対する外側コイル３１の傾き動作の可動範囲を広げることができる。

（第４実施形態の非接触型電力伝送装置）
第４実施形態の非接触型電力伝送装置の構成を図４に示す。非接触型電力伝送装置Ｐ４は、外側コイル４１、内側コイル４２、傾き軸４３、ベアリング４４、回転支柱４５、回転支柱４６、フレーム４７、支持部材４８、内側磁性体４９及び外側磁性体５０から構成される。

図４の左上欄は、傾きがないときでの正面図を示す。図４の左下欄は、平面図を示す。図４の中上欄は、図４の左上欄の正面図に対して、ベアリング４４の左側から見た右側面図を示す。図４の中下欄は、図４の左下欄の平面図に対して、ベアリング４４の左側から見た右側面図を示す。図４の右上欄は、傾きがあるときでの正面図を示す。ここで、図４の左上欄の正面図、図４の左下欄の平面図及び図４の右上欄の正面図では、フレーム４７については断面形状を示すが、他の部材については平面投影形状を示す。

外側コイル４１、内側コイル４２、傾き軸４３、ベアリング４４、回転支柱４５、回転支柱４６、フレーム４７、支持部材４８及び内側磁性体４９は、それぞれ、外側コイル１１、内側コイル１２、傾き軸１３、ベアリング１４、回転支柱１５、回転支柱１６、フレーム１７、支持部材１８及び内側磁性体１９と同様である。

第４実施形態で追加された外側磁性体５０について説明する。外側磁性体５０は、外側コイル４１とフレーム４７との間に配置される。ここで、外側磁性体５０は、オバール筒形に焼成された磁性体でもよく、ほぼオバール筒形に配置された複数の磁性体の小片でもよい（図４の中上欄及び中下欄の右側面図を参照。）。後者では前者より、外側磁性体５０の製造工程を簡便にしやすく、外側磁性体５０のクラックを生じにくい。

このように、外側磁性体５０を外側コイル４１とフレーム４７との間に配置するため、フレーム４７が金属であるときでもフレーム４７での渦電流損失を防止可能となる。

（第５実施形態の非接触型電力伝送装置）
第５実施形態の非接触型電力伝送装置の構成を図５に示す。非接触型電力伝送装置Ｐ５は、外側コイル５１、内側コイル５２、傾き軸５３、ベアリング５４、フレーム５５、支持部材５６及び内側磁性体５７から構成される。

図５の左上欄は、傾きがないときでの正面図を示す。図５の左下欄は、平面図を示す。図５の中上欄は、図５の左上欄の正面図に対して、内側磁性体５７の右側から見た右側面図を示す。図５の中下欄は、図５の左下欄の平面図に対して、内側磁性体５７の右側から見た右側面図を示す。図５の右上欄は、傾きがあるときでの正面図を示す。ここで、図５の左上欄の正面図、図５の左下欄の平面図及び図５の右上欄の正面図では、フレーム５５については断面形状を示すが、他の部材については平面投影形状を示す。

外側コイル５１、内側コイル５２、フレーム５５、支持部材５６及び内側磁性体５７は、それぞれ、外側コイル１１、内側コイル１２、フレーム１７、支持部材１８及び内側磁性体１９と同様である。傾き軸５３及びベアリング５４が、それぞれ、傾き軸１３及びベアリング１４と異なる点について説明する。

傾き軸５３は、外側コイル５１と内側コイル５２との中心軸の間の傾きを可変とする。具体的には、傾き軸５３は、フレーム５５の内部に固定され、内側コイル５２の中心軸に対する外側コイル５１の中心軸の傾きを可変とする（図５の右上欄の正面図を参照。）。

ベアリング５４は、内側コイル５２の中心軸を回転軸として、内側コイル５２を回転させる。具体的には、ベアリング５４は、傾き軸５３のアームに固定され、手動で又は電気的に、内側コイル５２の中心軸を回転軸として、内側コイル５２を回転させる。

このように、傾き軸５３及びベアリング５４をフレーム５５の内部に配置するため、非接触型電力伝送装置Ｐ５のさらなる小型化を図ることができる。

（第６実施形態の非接触型電力伝送装置）
第６実施形態の非接触型電力伝送装置の構成を図６に示す。非接触型電力伝送装置Ｐ６は、外側コイル６１、内側コイル６２、傾き軸６３、フック６４、ベアリング６５、フレーム６６、支持部材６７及び内側磁性体６８から構成される。

図６の左上欄は、傾きがないときでの正面図を示す。図６の左下欄は、平面図を示す。図６の中上欄は、図６の左上欄の正面図に対して、内側磁性体６８の右側から見た右側面図を示す。図６の中下欄は、図６の左下欄の平面図に対して、内側磁性体６８の右側から見た右側面図を示す。図６の右上欄は、傾きがあるときでの正面図を示す。ここで、図６の左上欄の正面図、図６の左下欄の平面図及び図６の右上欄の正面図では、フレーム６６については断面形状を示すが、他の部材については平面投影形状を示す。

外側コイル６１、内側コイル６２、フレーム６６、支持部材６７及び内側磁性体６８は、それぞれ、外側コイル１１、内側コイル１２、フレーム１７、支持部材１８及び内側磁性体１９と同様である。傾き軸６３、フック６４及びベアリング６５が、それぞれ、傾き軸１３及びベアリング１４と異なる点について説明する。

傾き軸６３及びフック６４は、外側コイル６１と内側コイル６２との中心軸の間の傾きを可変とする。具体的には、傾き軸６３は、フレーム６６の内部に固定され、フック６４は、傾き軸６３に着脱でき、傾き軸６３及びフック６４は、外側コイル６１の中心軸に対する内側コイル６２の中心軸の傾きを可変とする（図６の右上欄の正面図を参照。）。

ベアリング６５は、内側コイル６２の中心軸を回転軸として、内側コイル６２を回転させる。具体的には、ベアリング６５は、フック６４のアームに固定され、手動で又は電気的に、内側コイル６２の中心軸を回転軸として、内側コイル６２を回転させる。

このように、傾き軸６３及びベアリング６５をフレーム６６の内部に配置するため、非接触型電力伝送装置Ｐ６のさらなる小型化を図ることができる。そして、フック６４を傾き軸６３に着脱するため、内側コイル６２を外側コイル６１に結合／非結合できる。

（第７実施形態の非接触型電力伝送装置）
第７実施形態の非接触型電力伝送装置の構成を図７に示す。非接触型電力伝送装置Ｐ７は、外側コイル７１、内側コイル７２、球体軸７３、フレーム７４、支持部材７５及び内側磁性体７６から構成される。

図７の左上欄は、傾きがないときでの正面図を示す。図７の左下欄は、平面図を示す。図７の中上欄は、図７の左上欄の正面図に対して、内側磁性体７６の右側から見た右側面図を示す。図７の中下欄は、図７の左下欄の平面図に対して、内側磁性体７６の右側から見た右側面図を示す。図７の右上欄は、傾きがあるときでの正面図を示す。ここで、図７の左上欄の正面図、図７の左下欄の平面図及び図７の右上欄の正面図では、フレーム７４については断面形状を示すが、他の部材については平面投影形状を示す。

外側コイル７１、内側コイル７２、フレーム７４、支持部材７５及び内側磁性体７６は、それぞれ、外側コイル１１、内側コイル１２、フレーム１７、支持部材１８及び内側磁性体１９と同様である。球体軸７３が、傾き軸１３及びベアリング１４と異なる点について説明する。

球体軸７３は、外側コイル７１と内側コイル７２との中心軸の間の傾きを可変とする。具体的には、球体軸７３は、フレーム７４の内部に固定され、内側コイル７２の中心軸に対する外側コイル７１の中心軸の傾きを可変とする（図７の右上欄の正面図を参照。）。

球体軸７３は、内側コイル７２の中心軸を回転軸として、内側コイル７２を回転させる。具体的には、球体軸７３は、フレーム７４の内部に固定され、手動で又は電気的に、内側コイル７２の中心軸を回転軸として、内側コイル７２を回転させる。

このように、球体軸７３をフレーム７４の内部に配置するため、非接触型電力伝送装置Ｐ７のさらなる小型化を図ることができる。そして、球体軸７３を配置するときには、傾き軸５３及びベアリング５４を配置するときより、傾き軸及び回転軸を簡素化できる。

（第８実施形態の電磁波照射／受信装置）
第８実施形態の電磁波照射／受信装置の構成を図８に示す。電磁波照射／受信装置Ａは、非接触型電力伝送装置Ｐ１、送電側制御装置８１、送電側電源８２、固定部材８３、受電側制御装置８４、受電側電源８５、照射／受信機器８６、照射／受信部材８７、傾き軸モータ８８、回転軸モータ８９、回転軸ギア９０及び回転軸リング９１から構成される。

図８の左上欄は、傾きがないときでの正面図を示す。図８の左下欄は、平面図を示す。図８の右上欄は、傾きがあるときでの正面図を示す。図８の右下欄は、図８の左下欄の平面図に対して、固定部材８３の左側から見た右側面図を示す。ここで、図８の左上欄の正面図、図８の左下欄の平面図及び図８の右上欄の正面図では、フレーム１７については断面形状を示すが、他の部材については平面投影形状を示す。

送電側制御装置８１は、送電側電源８２を制御し、動作制御及びデータ伝送のために、無線装置を搭載する。送電側電源８２は、内側コイル１２に電力を伝送する。固定部材８３は、支持部材１８を固定し、送電側制御装置８１及び送電側電源８２を搭載する。

受電側制御装置８４は、受電側電源８５を制御し、動作制御及びデータ伝送のために、無線装置を搭載する。受電側電源８５は、フレーム１７に固定され、外側コイル１１から電力を受電する。照射／受信機器８６は、フレーム１７に固定され、照射／受信部材８７を制御する。照射／受信部材８７は、電磁波を照射及び／又は受信する。

ここで、電磁波照射／受信装置Ａは、照明装置、カメラ装置、赤外線センサ装置、Ｘ線解析装置及びレーダ装置等である。そして、照射／受信部材８７は、光源、レンズ、赤外線センサ、Ｘ線光源／センサ及び送受信アンテナ等である。

傾き軸モータ８８は、傾き軸１３に搭載され、傾き軸１３を回転させる。傾き軸モータ８８が回転すると、傾き軸１３が回転し、フレーム１７及び外側コイル１１が傾き、受電側制御装置８４、受電側電源８５、照射／受信機器８６及び照射／受信部材８７が傾く。

回転軸モータ８９は、固定部材８３に固定され、回転軸ギア９０を回転させる。回転軸ギア９０は、回転軸モータ８９に接続され、回転軸ギア９０自身の回転により、回転軸リング９１を回転させる。回転軸リング９１は、回転支柱１６に固定され、回転軸リング９１自身の回転により、フレーム１７、外側コイル１１を回転させ、ひいては、受電側制御装置８４、受電側電源８５、照射／受信機器８６及び照射／受信部材８７を回転させる。

ここで、傾き軸モータ８８は、受電側電源８５から給電され、受電側制御装置８４により制御される。そして、回転軸モータ８９は、送電側電源８２から給電され、送電側制御装置８１により制御される。よって、非接触型電力伝送装置Ｐ１の使命である、ワイヤレスによる送電側装置と独立な受電側装置の稼働を実現することができる。

なお、第８実施形態では、電磁波照射／受信装置Ａは、非接触型電力伝送装置Ｐ１を備えている。しかし、その他の変形例として、電磁波照射／受信装置Ａは、非接触型電力伝送装置Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７を備えてもよい。

（第９実施形態の電力伝送／情報通信装置）
第９実施形態の電力伝送／情報通信装置を図９に示す。図９に示した電力伝送／情報通信装置Ｐ９は、図１に示した非接触型電力伝送装置Ｐ１に加えて、第１無線通信機２０−１及び第２無線通信機２０−２を備える。

支持部材１８は、内側コイル保持部材として、内側コイル１２を内側から保持する。フレーム１７は、外側コイル保持部材として、外側コイル１１を外側から保持し、外側コイル１１に対する内側コイル１２の相対運動を可能とする内側コイル収容空間を有する。

第１無線通信機２０−１は、支持部材１８の先端に配置される。第２無線通信機２０−２は、外側コイル１１と内側コイル１２との中心軸の間の傾きがないときでの、内側コイル収容空間を介して支持部材１８の先端と対向するフレーム１７の場所に配置される。

第１無線通信機２０−１及び第２無線通信機２０−２として、（１）電波による無線通信を行うアンテナであってもよく、（２）赤外線又は可視光による無線通信を行うＬＥＤ、ＬＤ及びＰＤ（さらにこれら周辺のレンズ部材）であってもよい。

このように、図１に示した非接触型電力伝送装置Ｐ１を用いて、図９に示した電力伝送／情報通信装置Ｐ９において、電力伝送と情報通信との融合を図ることができる。

ここで、支持部材１８の先端とフレーム１７の上記場所とは、第１、２無線通信機２０−１、２０−２により接続される。よって、電力伝送／情報通信装置Ｐ９の回転動作及び傾き動作の可動範囲が、有線ケーブルのねじれ、屈曲及び断線の問題により制限されることがない。

そして、第１、２無線通信機２０−１、２０−２は、電力伝送／情報通信装置Ｐ９の中心軸上に配置される。よって、電力伝送／情報通信装置Ｐ９の回転動作及び傾き動作の可動範囲が、第１、２無線通信機２０−１、２０−２の指向性の問題により制限されることが少なくなる。

さらに、第１、２無線通信機２０−１、２０−２は、フレーム１７内の内側コイル収容空間を介して通信する。よって、第１、２無線通信機２０−１、２０−２の間の無線通信が、介在物により途絶えることがなく、電磁波の減衰の大きい媒体中（例えば浮遊物が多く存在する水中など）でも途絶えることが少なくなる。

なお、第９実施形態では、電力伝送／情報通信装置Ｐ９は、図１に示した非接触型電力伝送装置Ｐ１を備えている。しかし、その他の変形例として、電力伝送／情報通信装置Ｐ９は、図２、３、４に示した非接触型電力伝送装置Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を備えてもよい。

（第１０実施形態の電力伝送／情報通信装置）
第１０実施形態の電力伝送／情報通信装置を図１０に示す。図１０に示した電力伝送／情報通信装置Ｐ１０は、図６に示した非接触型電力伝送装置Ｐ６に加えて、第１無線通信機６９−１及び第２無線通信機６９−２を備える。

支持部材６７は、内側コイル保持部材として、内側コイル６２を内側から保持する。フレーム６６は、外側コイル保持部材として、外側コイル６１を外側から保持し、外側コイル６１に対する内側コイル６２の相対運動を可能とする内側コイル収容空間を有する。

第１無線通信機６９−１は、支持部材６７の先端に配置される。第２無線通信機６９−２は、外側コイル６１と内側コイル６２との中心軸の間の傾きがないときでの、内側コイル収容空間を介して支持部材６７の先端と対向するフレーム６６の場所に配置される。

フック６４は、傾き可変部材の構成要素として、支持部材６７の先端に配置される。傾き軸６３は、傾き可変部材の構成要素として、内側コイル収容空間内に配置され、フック６４を着脱可能である。フック６４及び傾き軸６３は、第１無線通信機６９−１と第２無線通信機６９−２との間の無線通信を可能とする無線通信路空間を確保する。

具体的には、フック６４のアーム部分は、中空円筒であり、フック６４の引っ掛け部分は、二股に分かれている。そして、傾き軸６３は、二本に分かれており、二股に分かれたフック６４の各々の引っ掛け部分は、二本に分かれた各々の傾き軸６３に引っ掛けられる。すると、電波、赤外線又は可視光は、フック６４のアーム部分の中空円筒内、二股に分かれたフック６４の各々の引っ掛け部分の隙間、及び、二本に分かれた各々の傾き軸６３の隙間を通って、第１無線通信機６９−１と第２無線通信機６９−２との間を伝搬する。

このように、外側コイル６１及び第２無線通信機６９−２が取り付けられるフレーム６６の傾き軸６３に、内側コイル６２及び第１無線通信機６９−１が取り付けられるフック６４を引っ掛けるのみにより、たとえ水中でも電力伝送及び情報通信を容易に開始することができる。

なお、第１０実施形態では、電力伝送／情報通信装置Ｐ１０は、図６に示した非接触型電力伝送装置Ｐ６を改良している。しかし、その他の変形例として、電力伝送／情報通信装置Ｐ１０は、図５、７に示した非接触型電力伝送装置Ｐ５、Ｐ７を改良してもよい。

例えば、図１１に示した非接触型電力伝送装置Ｐ１１において、二系統に分かれた傾き軸５３を平行して配置して、第１無線通信機５８−１と第２無線通信機５８−２との間で、二系統に分かれた傾き軸５３の隙間を電波、赤外線又は可視光が伝搬するようにしてもよい。そして、図７に示した非接触型電力伝送装置Ｐ７において、球体軸７３の球体部内部及び支持台内部に空間を配置して、第１無線通信機と第２無線通信機との間で、球体軸７３の球体部内部及び支持台内部の空間を電波、赤外線又は可視光が伝搬するようにしてもよい。

（第１１実施形態の自律可動型ロボットシステム）
第１１実施形態の自律可動型ロボットシステムの構成を図１２に示す。図１２に示した自律可動型ロボットシステムＳは、図９に示した電力伝送／情報通信装置Ｐ９、自律可動型ロボット装置Ｒ、送電側電源９２、第１電力伝送線９３、第２電力伝送線９４、情報処理端末９６、送電側制御装置９７及び第１情報通信線９８を備える。自律可動型ロボット装置Ｒは、受電側電源９５、第２情報通信線９９及び受電側制御装置１００を備える。

自律可動型ロボット装置Ｒは、電力伝送／情報通信装置Ｐ９を搭載される。例えば、自律可動型ロボット装置Ｒとして、自律歩行型ロボット装置、物品搬送型ロボット装置、ドローン装置及び水中探査型ロボット装置などが挙げられる。

第１電力伝送線９３は、支持部材１８に沿って配置され、内側コイル１２に接続され、送電側電源９２から電力伝送／情報通信装置Ｐ９への電力伝送を行う。例えば、第１電力伝送線９３として、大電力用の径が太いケーブルなどが挙げられる。

第１情報通信線９８は、支持部材１８に沿って配置され、第１無線通信機２０−１に接続され、情報処理端末９６及び送電側制御装置９７と電力伝送／情報通信装置Ｐ９との間の情報通信を行う。例えば、第１情報通信線９８として、大容量用の同軸ケーブル及び光ファイバケーブルなどが挙げられる。

第２電力伝送線９４は、内側コイル１２と磁界結合する外側コイル１１に接続され、電力伝送／情報通信装置Ｐ９から自律可動型ロボット装置Ｒの受電側電源９５への電力伝送を行う。ここで、第２電力伝送線９４は、電力伝送／情報通信装置Ｐ９の回転動作及び傾き動作によって、ねじれ及び屈曲を引き起こすことはない。

第２情報通信線９９は、第１無線通信機２０−１と無線通信を行う第２無線通信機２０−２に接続され、電力伝送／情報通信装置Ｐ９と自律可動型ロボット装置Ｒの受電側制御装置１００との間の情報通信を行う。ここで、第２情報通信線９９は、電力伝送／情報通信装置Ｐ９の回転動作及び傾き動作によって、ねじれ及び屈曲を引き起こすことはない。

このように、図９に示した電力伝送／情報通信装置Ｐ９を用いて、図１２に示した自律可動型ロボットシステムＳにおいて、自律可動型ロボット装置Ｒを操作することができる。

ここで、送電側電源９２と電力伝送／情報通信装置Ｐ９とは、支持部材１８に沿って配置される第１電力伝送線９３により接続され、支持部材１８は、フレーム１７に対して相対的に回転動作及び傾き動作を行う。よって、自律可動型ロボット装置Ｒへの大電力伝送及びバッテリレスの長時間連続可動が必要なときでも、自律可動型ロボット装置Ｒの可動範囲が、第１電力伝送線９３のねじれ、屈曲及び断線の問題により制限されることが少なくなる。

そして、情報処理端末９６及び送電側制御装置９７と電力伝送／情報通信装置Ｐ９とは、支持部材１８に沿って配置される第１情報通信線９８により接続され、支持部材１８は、フレーム１７に対して相対的に回転動作及び傾き動作を行う。よって、自律可動型ロボット装置Ｒとの大容量通信及びリアルタイム通信が必要なときでも、自律可動型ロボット装置Ｒの可動範囲が、第１情報通信線９８のねじれ、屈曲及び断線の問題により制限されることが少なくなる。

なお、第１１実施形態では、自律可動型ロボットシステムＳは、図９に示した電力伝送／情報通信装置Ｐ９を備えている。しかし、その他の変形例として、自律可動型ロボットシステムＳは、図１０、１１に示した電力伝送／情報通信装置Ｐ１０、Ｐ１１を備えてもよい。

また、第１１実施形態では、天井、壁、床及び他の装置などの固定部材Ｆに、送電側電源９２、情報処理端末９６及び送電側制御装置９７を固定している。しかし、その他の変形例として、天井、壁、床及び他の装置などの固定部材Ｆに、電源プラグ及び情報処理端末９６を配置する一方、電力伝送／情報通信装置Ｐ９の支持部材１８又は支持部材１８に固定された他の部材に、送電側電源９２及び送電側制御装置９７を固定してもよい。

本開示の非接触型電力伝送装置は、コネクタ、ロボット、光学機器及びレーダ等に適用できる。本開示の電磁波照射／受信装置は、光学機器及びレーダ等に適用できる。本開示の電力伝送／情報通信装置は、ロボット、光学機器及びレーダ等に適用できる。本開示の自律可動型ロボットシステムは、様々な種類のロボットに適用できる。

Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７：非接触型電力伝送装置
Ｐ９、Ｐ１０、Ｐ１１：電力伝送／情報通信装置
Ａ：電磁波照射／受信装置
Ｓ：自律可動型ロボットシステム
Ｒ：自律可動型ロボット装置
Ｆ：固定部材
１１、２１、３１、４１、５１、６１、７１：外側コイル
１２、２２、３２、４２、５２、６２、７２：内側コイル
１３、２３、３３、４３、５３、６３：傾き軸
１４、２７、３４、４４、５４、６５：ベアリング
１５、３５、４５：回転支柱
１６、３６、４６：回転支柱
１７、２８、３７、４７、５５、６６、７４：フレーム
１８、２９、３８、４８、５６、６７、７５：支持部材
１９、３０、３９、４９、５７、６８、７６：内側磁性体
２０−１、５８−１、６９−１：第１無線通信機
２０−２、５８−２、６９−２：第２無線通信機
２４：傾き支柱
２５：傾き支柱
２６：固定部材
５０：外側磁性体
６４：フック
７３：球体軸
８１：送電側制御装置
８２：送電側電源
８３：固定部材
８４：受電側制御装置
８５：受電側電源
８６：照射／受信機器
８７：照射／受信部材
８８：傾き軸モータ
８９：回転軸モータ
９０：回転軸ギア
９１：回転軸リング
９２：送電側電源
９３：第１電力伝送線
９４：第２電力伝送線
９５：受電側電源
９６：情報処理端末
９７：送電側制御装置
９８：第１情報通信線
９９：第２情報通信線
１００：受電側制御装置

Claims (9)

1. 外側に配置される外側コイルと、内側に配置される内側コイルと、
   前記外側コイルと前記内側コイルとの中心軸の間の傾きを可変とする傾き可変部材と、
   前記外側コイル及び前記内側コイルのいずれかのコイルの中心軸を回転軸として、前記外側コイル及び前記内側コイルのいずれかのコイルを回転させるコイル回転部材と、
   を備えることを特徴とする非接触型電力伝送装置。
2. 前記外側コイルと前記内側コイルとは、前記外側コイルと前記内側コイルとの中心軸が互いに平行であるときに、外側と内側とで互いに重なり合う
   ことを特徴とする、請求項１に記載の非接触型電力伝送装置。
3. 前記外側コイルは、前記外側コイルの中心軸に垂直なオバール形断面を有し、
   前記外側コイルのオバール形断面の長軸は、前記傾き可変部材の傾き軸と、前記外側コイルの中心軸と、に対して垂直になるように配置される
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の非接触型電力伝送装置。
4. 前記外側コイルを保持する外側コイル保持部材と、
   前記内側コイルを保持する内側コイル保持部材と、
   をさらに備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の非接触型電力伝送装置。
5. 前記外側コイルと前記外側コイル保持部材との間に配置される外側磁性体部材と、
   前記内側コイルと前記内側コイル保持部材との間に配置される内側磁性体部材と、
   をさらに備えることを特徴とする、請求項４に記載の非接触型電力伝送装置。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の非接触型電力伝送装置を備え、電磁波の照射及び／又は受信の指向方向を可変とすることを特徴とする電磁波照射／受信装置。
7. 請求項４又は５に記載の非接触型電力伝送装置を備え、
   前記内側コイル保持部材は、前記内側コイルを内側から保持し、
   前記外側コイル保持部材は、前記外側コイルを外側から保持し、前記外側コイルに対する前記内側コイルの相対運動を可能とする内側コイル収容空間を有し、
   前記内側コイル保持部材の先端に配置される第１無線通信機と、
   前記外側コイルと前記内側コイルとの中心軸の間の傾きがないときでの、前記内側コイル収容空間を介して前記内側コイル保持部材の先端と対向する前記外側コイル保持部材の場所に配置される第２無線通信機と、
   をさらに備えることを特徴とする電力伝送／情報通信装置。
8. 前記傾き可変部材は、前記内側コイル保持部材の先端に配置されるフック部材と、前記内側コイル収容空間内に配置され前記フック部材を着脱可能な着脱軸部材と、を備え、
   前記フック部材及び前記着脱軸部材は、前記第１無線通信機と前記第２無線通信機との間の無線通信を可能とする無線通信路空間を確保する
   ことを特徴とする、請求項７に記載の電力伝送／情報通信装置。
9. 請求項７又は８に記載の電力伝送／情報通信装置と、
   前記電力伝送／情報通信装置を搭載される自律可動型ロボット装置と、
   前記内側コイル保持部材に沿って配置され、前記内側コイルに接続され、外部から前記電力伝送／情報通信装置への電力伝送を行う第１電力伝送線と、
   前記内側コイル保持部材に沿って配置され、前記第１無線通信機に接続され、外部と前記電力伝送／情報通信装置との間の情報通信を行う第１情報通信線と、
   前記内側コイルと磁界結合する前記外側コイルに接続され、前記電力伝送／情報通信装置から前記自律可動型ロボット装置への電力伝送を行う第２電力伝送線と、
   前記第１無線通信機と無線通信を行う前記第２無線通信機に接続され、前記電力伝送／情報通信装置と前記自律可動型ロボット装置との間の情報通信を行う第２情報通信線と、
   を備えることを特徴とする自律可動型ロボットシステム。

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