JP2019054697A

JP2019054697A - 産業機械

Info

Publication number: JP2019054697A
Application number: JP2017179060A
Authority: JP
Inventors: 真鍋　知多佳; Chitaka Manabe; 知多佳真鍋; 要荒木; Kaname Araki; 峰史滝下; Takashi Takishita; 小西　徹; Toru Konishi; 徹小西
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2017-09-19
Filing date: 2017-09-19
Publication date: 2019-04-04

Abstract

【課題】可動部に接続された計測器への配線の破損を回避可能な産業機械を提供すること。【解決手段】産業機械であって、固定部（１０）と、可動部（２０）と、固定部（１０）に取り付けられており、電源（２）に接続可能な給電ユニット（４０）と、可動部に取り付けられており、給電ユニット（４０）と非接触で当該給電ユニット（４０）から電力の伝送を受けることが可能な受電ユニット（５０）と、受電ユニット（５０）に接続されており、給電ユニット（４０）及び受電ユニット（５０）を介して電源（２）から伝送された電力により駆動される計測器（３０）と、を備えること。【選択図】図３

Description

本発明は、産業機械に関するものである。

一般に、産業機械は、所定の場所に設置（固定）される固定部と、この固定部に対して相対変位可能な可動部と、を有し、可動部に、種々の情報を検出する計測器（温度計や位置検出器等）が設けられていることが多い。例えば、特許文献１には、固定部に相当する混練槽と、可動部に相当する排出ドアと、排出ドアに設けられており混練槽内の高粘度混練材料（ゴム等）の温度を検出する熱電対温度検出器と、を備える混練機（産業機械）が開示されている。

特開２０１４−１１９３５８号公報

特許文献１に記載されるような固定部及びこの固定部に対して相対変位可能な可動部を備える産業機械において、可動部に設けられた温度計等の計測器に対して固定部側から配線を介して給電される場合、作業者や他の機器が配線に引っかかったり、可動部が固定部に対する変位を繰り返すことによって配線に繰り返し荷重が作用したりすることにより、配線が破損ないし切断されるおそれがある。

本発明の目的は、可動部に接続された計測器への配線の破損を回避可能な産業機械を提供することである。

前記課題を解決する手段として、本発明は、産業機械であって、固定部と、前記固定部に対して相対変位可能な可動部と、前記固定部に取り付けられており、電源に接続可能な給電ユニットと、前記可動部に取り付けられており、前記給電ユニットと非接触で当該給電ユニットから電力の伝送を受けることが可能な受電ユニットと、前記受電ユニットに接続されており、前記給電ユニット及び前記受電ユニットを介して前記電源から伝送された電力により駆動される計測器と、を備える、産業機械を提供する。

本産業機械では、給電ユニット及び受電ユニットを介して非接触により（いわゆるワイヤレス給電により）温度センサ等の計測器に給電されるので、計測器に接続される配線の破損が回避される。

この場合において、前記固定部は、特定の回転軸回りに前記可動部が前記固定部に対して相対回転可能となるように当該可動部を支持する支持部を有し、前記可動部は、前記支持部に支持される被支持部を有し、前記給電ユニットは、前記電源からの電流の供給により磁束を生じさせる１次コイルを有し、前記受電ユニットは、前記磁束を介して誘導電圧を生じさせるとともに前記計測器に接続された２次コイルを有し、前記受電ユニットは、前記２次コイルの中心軸が前記回転軸と平行となりかつ当該２次コイル内に前記回転軸が位置するように前記被支持部に固定されており、前記給電ユニットは、前記１次コイルの中心軸が前記回転軸と平行となりかつ当該１次コイル内に前記回転軸が位置し、前記回転軸の軸方向について前記２次コイルと対向するように前記固定部に固定されていることが好ましい。

このようにすれば、１次コイル及び２次コイルを介して電源から計測器に常時給電することが可能となる。具体的に、可動部の被支持部は、固定部に対して特定の回転軸回りに相対回転可能となるように支持部に支持されており、その回転軸が各コイル内に位置するので、可動部が固定部に対して相対回転したとしても、結合係数が確保される。

また、前記産業機械において、前記可動部に取り付けられており、前記給電ユニット及び前記受電ユニットを介して伝送された電力を蓄電するとともにその電力を前記計測器に供給可能な蓄電部をさらに備えることが好ましい。

このようにすれば、給電ユニット及び受電ユニットを介して電源から計測器に電力が伝送されない状態であったとしても、蓄電部から計測器へ給電される。

また、前記給電ユニットは、前記可動部の移動方向に沿って間隔をおいて並べられているとともにそれぞれが前記電源に対して並列に接続された複数の給電素子と、各給電素子に対して供給される電力を制御する制御部と、を有し、前記受電ユニットは、各給電素子と非接触で当該給電素子から電力の伝送を受けることが可能な受電素子を有し、前記制御部は、前記複数の給電素子のうちの特定の給電素子から前記受電素子に対して電力の伝送が可能となる程度に前記特定の給電素子と前記受電素子とが互いに近接した状態である近接状態になったときに、前記特定の給電素子に対して前記計測器の駆動を可能とする基準電力を供給し、前記特定の給電素子及び前記受電素子が前記近接状態であるときよりも前記受電素子が前記特定の受電素子から離間した状態である離間状態になったときに、前記特定の給電素子に対して前記基準電力よりも小さくかつ当該特定の給電素子及び前記受電素子が前記近接状態になったことを検知可能な動作状態の待機電力を供給することが好ましい。

このようにすれば、可動部が固定部に対して変位する過程で受電素子及び各給電素子を介して電力が計測器に送電され、かつ、常に各給電素子に基準電力が供給される場合に比べて消費電力が削減される。

具体的に、前記制御部は、前記複数の給電素子のそれぞれに接続されており各給電素子に供給される電流を検出可能な複数の電流検出器と、各電流検出器の出力及び前記電源が印加する電圧に基づいて電力を演算する電力演算部と、前記複数の給電素子のそれぞれに接続されており各給電素子に供給する電力を調整可能な複数の電力調整部と、を有し、各電力調整部は、前記電力演算部の出力が閾値よりも大きいときに当該電力調整部に接続された給電素子と前記受電素子とが前記近接状態であると判断して当該給電素子に対して前記基準電力を供給し、前記電力演算部の出力が前記閾値以下であるときに当該電力調整部に接続された給電素子と前記受電素子とが前記離間状態であると判断して当該給電素子に対して前記待機電力を供給することが好ましい。

また、各給電素子と前記受電素子とは、当該給電素子と当該受電素子とが前記近接状態となったときに互いに通信可能な状態である通信状態となる通信装置をさらに有し、前記制御部は、前記特定の給電素子と前記受電素子とが前記近接状態となりかつ前記通信装置が前記通信状態になったときに、前記特定の給電素子に対して前記基準電力を供給し、前記特定の給電素子及び前記受電素子が前記近接状態でありかつ前記通信装置が前記通信状態であるときよりも前記受電素子が前記特定の受電素子から離間した状態である離間状態になったときに、前記特定の給電素子に対して前記待機電力を供給することが好ましい。

以上のように、本発明によれば、可動部に接続された計測器への配線の破損を回避可能な産業機械を提供することができる。

本発明の第１実施形態の産業機械の概略図である。図１に示される可動部近傍を拡大した概略図である。図２に示される概略図の正面図である。本発明の第２実施形態の産業機械の概略図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の産業機械について、図１〜図３を参照しながら説明する。図１には、産業機械の例として、混練機が示されている。本産業機械は、固定部１０と、可動部２０と、計測器３０と、給電ユニット４０と、受電ユニット５０と、蓄電部６０と、を備えている。

固定部１０は、所定の場所に据え付けられる機器（本実施形態では、混練槽を含む混練機本体）である。固定部１０は、可動部２０（本実施形態では、混練槽の下部に形成された排出口を閉塞可能なドア）を支持する支持部１２を有している。

可動部２０は、固定部１０に対して相対変位可能な部位である。可動部２０は、支持部１２に支持される被支持部２２を有している。本実施形態では、支持部１２は、特定の回転軸Ｌ回りに可動部２０が固定部１０に対して相対回転可能となるように可動部２０を支持している。具体的に、支持部１２及び被支持部２２としてヒンジが用いられている。可動部２０は、混練槽の排出口を閉塞する閉塞位置と、混練槽の排出口を開放する開放位置と、の間で変位する。

計測器３０は、可動部２０に取り付けられており、種々の情報を計測可能な機器である。本実施形態では、計測器３０として、混練槽内の被混練物（ゴム等）の温度を計測可能な熱電対温度センサが用いられている。

給電ユニット４０及び受電ユニット５０（図２及び図３を参照）は、いわゆる非接触給電装置、すなわち、給電ユニット４０に接続された電源２から受電ユニット５０に接続された計測器３０に対して非接触で給電可能な装置である。本実施形態では、給電ユニット４０及び受電ユニット５０として、電磁誘導方式のものが用いられる。

給電ユニット４０は、固定部１０に取り付けられており、電源２に接続されている。本実施形態では、給電ユニット４０は、第１給電素子４１と、第２給電素子４２と、を有する。各給電素子４１，４２は、電源２からの電流の供給により磁束を生じさせる１次コイル（図示略）を有している。第１給電素子４１は、１次コイルの中心軸が回転軸Ｌと平行となりかつ当該１次コイル内に回転軸Ｌが位置するように固定部１０に固定されている。第２給電素子４２は、固定部１０のうち前記閉塞位置にある可動部２０における被支持部２２側と反対側（図２の左側）の端部の近傍の部位に固定されている。

受電ユニット５０は、可動部２０に取り付けられており、計測器３０に接続されている。具体的に、受電ユニット５０は、変圧器ユニット５５を介して計測器３０に接続されている。本実施形態では、受電ユニット５０は、第１受電素子５１と、第２受電素子５２と、を有している。各受電素子５１，５２は、前記磁束を介して誘導電圧を生じさせるとともに計測器３０に接続された２次コイル（図示略）を有している。第１受電素子５１は、２次コイルの中心軸が回転軸Ｌと平行となりかつ当該２次コイル内に回転軸Ｌが位置するように被支持部２２に固定されている。なお、第１受電素子５１は、被支持部２２のうち当該被支持部２２を支持部１２に対して回転駆動させる駆動部（図示略）が設けられた部位を避けた部位に固定される。第１給電素子４１は、固定部１０のうち回転軸Ｌの軸方向について当該第１給電素子４１の１次コイルが第１受電素子５１の２次コイルと対向する部位に固定される。第２受電素子５２は、可動部２０のうち第２給電素子４２と対向する部位に固定される。なお、第２給電素子４２及び第２受電素子５２は、省略されてもよい。

蓄電部６０は、可動部２０に固定された変圧器ユニット５５内に設けられており、給電ユニット４０及び受電ユニット５０を介して伝送された電力を蓄電するとともにその電力を計測器３０に供給可能である。

以上に説明したように、本実施形態の産業機械では、給電ユニット４０及び受電ユニット５０を介して非接触により（いわゆるワイヤレス給電により）の計測器３０に給電されるので、計測器３０に接続される配線の破損（切断等）が回避される。

また、第１受電素子５１は、２次コイルの中心軸が回転軸Ｌと平行となりかつ当該２次コイル内に回転軸Ｌが位置するように被支持部２２に固定されており、第１給電素子４１は、固定部１０のうち回転軸Ｌの軸方向について当該第１給電素子４１の１次コイルが第１受電素子５１の２次コイルと対向する部位に固定されているので、１次コイル及び２次コイルを介して電源２から計測器３０に常時給電することが可能となる。具体的に、可動部２０の被支持部２２は、固定部１０に対して回転軸Ｌ回りに相対回転可能となるように支持部１２に支持されており、その回転軸Ｌが各コイル内に位置するので、可動部２０が固定部１０に対して相対回転したとしても、結合係数が確保される。

また、本産業機械は、蓄電部６０を有しているので、給電ユニット４０及び受電ユニット５０を介して電源２から計測器３０に電力が伝送されない状態であったとしても、蓄電部６０から計測器３０へ給電される。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の産業機械について、図４を参照しながら説明する。なお、第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第１実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は省略する。

本実施形態では、図４に示されるように、給電ユニット４０は、複数の（この実施形態では４つの）給電素子４３ａ〜４３ｄと、制御部４４と、を有しており、受電ユニット５０は、受電素子５３を有している。ただし、給電素子の数は、４に限られない。なお、図４では、計測器３０、変圧器ユニット５５及び蓄電部６０の図示は省略されている。

複数の給電素子４３ａ〜４３ｄは、可動部２０の移動方向に沿って間隔をおいて並べられているとともにそれぞれが電源２に対して並列に接続されている。なお、本実施形態では、可動部２０が固定部１０に対して直線状に相対変位する例が示されているが、可動部２０の固定部１０に対する相対変位の方向は、これに限られない。

制御部４４は、各給電素子４３ａ〜４３ｄに対して供給される電力を制御する。制御部４４は、複数の給電素子４３ａ〜４３ｄのうちの特定の給電素子と受電素子５３とが近接状態になったときに、前記特定の給電素子に対して基準電力（計測器３０の駆動を可能とする電力）を供給し、前記特定の給電素子及び受電素子５３が離間状態になったときに、前記特定の給電素子に対して待機電力（前記基準電力よりも小さくかつ当該特定の給電素子及び受電素子５３が前記近接状態になったことを検知可能な動作状態の電力）を供給する。ここで、近接状態は、前記特定の給電素子から受電素子５３に対して電力の伝送が可能となる程度に前記特定の給電素子と受電素子５３とが互いに近接した状態である。離間状態は、特定の給電素子及び受電素子５３が前記近接状態であるときよりも受電素子５３が前記特定の受電素子から離間した状態である。

具体的に、制御部４４は、複数の（本実施形態では４つの）電流検出器４５ａ〜４５ｄと、複数の電力演算部４６ａ〜４６ｄと、複数の電力調整部４７ａ〜４７ｄと、を有している。

各電流検出器４５ａ〜４５ｄは、各給電素子４３ａ〜４３ｄに接続されており、当該給電素子４３ａ〜４３ｄに供給される電流を検出する。

各電力演算部４６ａ〜４６ｄは、各電流検出器４５ａ〜４５ｄの出力及び電源２が印加する電圧に基づいて電力を演算する。

各電力調整部４７ａ〜４７ｄは、各給電素子４３ａ〜４３ｄに接続されており、当該給電素子４３ａ〜４３ｄに供給する電力を調整する。具体的に、各電力調整部４７ａ〜４７ｄは、当該電力調整部４７ａ〜４７ｄに接続された電力演算部４６ａ〜４６ｄの出力が閾値よりも大きいときに、当該電力調整部４７ａ〜４７ｄに接続された給電素子（図４では給電素子４３ｂ）と受電素子５３とが前記近接状態であると判断して前記給電素子４３ｂに対して前記基準電力を供給し、当該電力調整部４７ａ〜４７ｄに接続された電力演算部４６ａ〜４６ｄの出力が前記閾値以下であるときに、当該電力調整部４７ａ〜４７ｄに接続された給電素子（図４では４３ａ，４３ｃ，４３ｄ）と受電素子５３とが前記離間状態であると判断して前記給電素子４３ａ，４３ｃ，４３ｄに対して前記待機電力を供給する。

以上に説明したように、本実施形態の産業機械では、可動部２０が固定部１０に対して変位する過程で受電素子５３及び各給電素子４３ａ〜４３ｄを介して電力が計測器３０に送電され、かつ、常に各給電素子４３ａ〜４３ｄに基準電力が供給される場合に比べて消費電力が削減される。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、給電ユニット４０及び受電ユニット５０として、いわゆる磁界共鳴方式のものや、電界結合方式のものが用いられてもよい。

また、可動部２０が導体を含む場合、この可動部２０が特定の給電素子に接近したときに当該給電素子の１次コイルのインダクタンスが変化するので、制御部４４は、前記１次コイルのインダクタンスの変化に基づいて当該給電素子に基準電力及び待機電力のいずれを供給するかを決定してもよい。

また、給電ユニット４０及び受電ユニット５０に通信装置を搭載し、受電ユニット５０と特定の給電素子とが近接状態となったときに両者間で情報交換を行うことによって給電すべき給電素子を決定してもよい。具体的に、通信装置は、特定の給電素子と受電素子とが近接状態となったときに互いに通信可能な状態である通信状態となり、制御部４４は、特定の給電素子と受電素子とが近接状態となりかつ通信装置が通信状態になったときに、特定の給電素子に対して基準電力を供給し、特定の給電素子及び受電素子が近接状態でありかつ通信装置が通信状態であるときよりも受電素子が特定の受電素子から離間した状態である離間状態になったときに、特定の給電素子に対して待機電力を供給してもよい。

また、可動部２０の動作順序を指示するコントローラを有する場合、そのコントローラの指示信号に基づいて次に互いに近接状態となる給電素子及び受電素子が分かるので、制御部４４は、前記指示信号に基づいて各受電素子に供給する電力を制御してもよい。

２電源
１０固定部
１２支持部
２０可動部
２２被支持部
３０計測器
４０給電ユニット
４１第１給電素子
４２第２給電素子
４３ａ〜４３ｄ給電素子
４４制御部
４５ａ〜４５ｄ電流検出器
４６ａ〜４６ｄ電力演算部
４７ａ〜４７ｄ電力調整部
５０受電ユニット
５１第１受電素子
５２第２受電素子
５３受電素子
６０蓄電部

Claims

産業機械であって、
固定部と、
前記固定部に対して相対変位可能な可動部と、
前記固定部に取り付けられており、電源に接続可能な給電ユニットと、
前記可動部に取り付けられており、前記給電ユニットと非接触で当該給電ユニットから電力の伝送を受けることが可能な受電ユニットと、
前記受電ユニットに接続されており、前記給電ユニット及び前記受電ユニットを介して前記電源から伝送された電力により駆動される計測器と、を備える、産業機械。
請求項１に記載の産業機械において、
前記固定部は、特定の回転軸回りに前記可動部が前記固定部に対して相対回転可能となるように当該可動部を支持する支持部を有し、
前記可動部は、前記支持部に支持される被支持部を有し、
前記給電ユニットは、前記電源からの電流の供給により磁束を生じさせる１次コイルを有し、
前記受電ユニットは、前記磁束を介して誘導電圧を生じさせるとともに前記計測器に接続された２次コイルを有し、
前記受電ユニットは、前記２次コイルの中心軸が前記回転軸と平行となりかつ当該２次コイル内に前記回転軸が位置するように前記被支持部に固定されており、
前記給電ユニットは、前記１次コイルの中心軸が前記回転軸と平行となりかつ当該１次コイル内に前記回転軸が位置し、前記回転軸の軸方向について前記２次コイルと対向するように前記固定部に固定されている、産業機械。
請求項１又は２に記載の産業機械において、
前記可動部に取り付けられており、前記給電ユニット及び前記受電ユニットを介して伝送された電力を蓄電するとともにその電力を前記計測器に供給可能な蓄電部をさらに備える、産業機械。
請求項１ないし３のいずれかに記載の産業機械において、
前記給電ユニットは、
前記可動部の移動方向に沿って間隔をおいて並べられているとともにそれぞれが前記電源に対して並列に接続された複数の給電素子と、
各給電素子に対して供給される電力を制御する制御部と、を有し、
前記受電ユニットは、各給電素子と非接触で当該給電素子から電力の伝送を受けることが可能な受電素子を有し、
前記制御部は、前記複数の給電素子のうちの特定の給電素子から前記受電素子に対して電力の伝送が可能となる程度に前記特定の給電素子と前記受電素子とが互いに近接した状態である近接状態になったときに、前記特定の給電素子に対して前記計測器の駆動を可能とする基準電力を供給し、前記特定の給電素子及び前記受電素子が前記近接状態であるときよりも前記受電素子が前記特定の受電素子から離間した状態である離間状態になったときに、前記特定の給電素子に対して前記基準電力よりも小さくかつ当該特定の給電素子及び前記受電素子が前記近接状態になったことを検知可能な動作状態の待機電力を供給する、産業機械。
請求項４に記載の産業機械において、
前記制御部は、
前記複数の給電素子のそれぞれに接続されており各給電素子に供給される電流を検出可能な複数の電流検出器と、
各電流検出器の出力及び前記電源が印加する電圧に基づいて電力を演算する電力演算部と、
前記複数の給電素子のそれぞれに接続されており各給電素子に供給する電力を調整可能な複数の電力調整部と、を有し、
各電力調整部は、前記電力演算部の出力が閾値よりも大きいときに当該電力調整部に接続された給電素子と前記受電素子とが前記近接状態であると判断して当該給電素子に対して前記基準電力を供給し、前記電力演算部の出力が前記閾値以下であるときに当該電力調整部に接続された給電素子と前記受電素子とが前記離間状態であると判断して当該給電素子に対して前記待機電力を供給する、産業機械。
請求項４に記載の産業機械において、
各給電素子と前記受電素子とは、当該給電素子と当該受電素子とが前記近接状態となったときに互いに通信可能な状態である通信状態となる通信装置をさらに有し、
前記制御部は、前記特定の給電素子と前記受電素子とが前記近接状態となりかつ前記通信装置が前記通信状態になったときに、前記特定の給電素子に対して前記基準電力を供給し、前記特定の給電素子及び前記受電素子が前記近接状態でありかつ前記通信装置が前記通信状態であるときよりも前記受電素子が前記特定の受電素子から離間した状態である離間状態になったときに、前記特定の給電素子に対して前記待機電力を供給する、産業機械。