JP2022188240A - Non-contact power supply device - Google Patents
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Abstract
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。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a contactless power supply device that supplies power via a contactless portion.
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。
A contactless power supply device can be used for various purposes. For example, it is widely used to supply power to a portable device via a non-contact portion between a power supply base connected to a commercial power source and the device to charge the device. In addition, as shown in
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。 However, when a non-contact power supply device is used for a robot, it is common to have a plurality of joints (non-contact parts) and a plurality of circuits (load circuits) through which power is supplied. It is also possible that the fluctuations affect other load circuits such that the other load circuits do not receive enough power to operate.
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。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a device having a plurality of non-contact portions and a plurality of load circuits, in which even if the load of one load circuit fluctuates, the operation of the other load circuits is prevented. To provide a non-contact power feeding device in which the supply of electric power required for a power supply is hardly affected.
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。
In order to achieve the above object, a contactless power supply device according to
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。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a non-contact power supply device according to the first aspect, wherein the power transmitter is connected to one side of the first series body.
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。
According to
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。 According to a fourth aspect of the present invention, in the wireless power supply device of the third aspect, the pair of transmitter conductors are disc-shaped.
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。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a contactless power supply device according to the first or second aspect, wherein the pair of transmitter conductors are coaxially cylindrical.
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。
The contactless power supply device according to claim 6 is the contactless power supply device according to any one of
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。
The contactless power supply device according to claim 7 is the contactless power supply device according to any one of
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。
The contactless power supply device according to claim 8 is the contactless power supply device according to any one of
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。
The contactless power supply device according to
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。 According to the contactless power supply device of the present invention, in a device having a plurality of contactless portions and a plurality of load circuits, even if the load of one load circuit fluctuates, the supply of power necessary for the operation of other load circuits is affected. It will be difficult to do.
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。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1A, a contactless
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。
The
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。
The
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CA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CBを有している。
Also, as shown in FIG. 1B, the
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。
The transmitter conductors 3Aa, 3Ab, 3Ba, 3Bb are usually made of metal (for example, copper). A pair of transmitter conductors 3Aa and 3Ab constituting the
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。 Electric wires 6Aa, 6Ab and 6Ba, 6Bb are connected to the pair of transmitter conductors 3Aa, 3Ab and the pair of transmitter conductors 3Ba, 3Bb (see FIGS. 2A and 2B). The electric wirings 6Aa, 6Ab and 6Ba, 6Bb may be connected near the central portions of the rear surfaces (opposite surfaces of the mutually facing surfaces) of the pair of transmitter conductors 3Aa, 3Ab and the pair of transmitter conductors 3Ba, 3Bb. , as shown in FIG. Moreover, each of the pair of transmitter conductors 3Aa and 3Ab and the pair of transmitter conductors 3Ba and 3Bb can be arranged in parallel as shown in FIG. 3(b). .
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。 Also, as shown in FIG. 4A, the pair of transmitter conductors 3Aa and 3Ab and the pair of transmitter conductors 3Ba and 3Bb are coaxially provided cylindrical shapes (for example, a diameter of 5 cm or more and a gap of 0). .5 cm or more). In this case also, the connection positions of the electrical wirings 6Aa, 6Ab and 6Ba, 6Bb can be changed, and as shown in FIGS. Each of the transmitter conductors 3Ba, 3Bb may be one or a plurality of conductors arranged in parallel. In addition, in FIG. 4, the thing of bottomed cylinder shape is shown.
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。
Here, when the contactless
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。
Further, when the contactless
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RA、RBの等価負荷抵抗を有する。
The first and second load circuits 4</b>A and 4</b>B are circuits for power supply of the contactless
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LA、LB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。
The first and
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。
The
非接触給電装置1では、容量値CAの一対の伝送器用導体3Aa、3Abと、インダクタンス値LAの第1のインダクタンス素子5A、及び容量値CBの一対の伝送器用導体3Ba、3Bbと、インダクタンス値LB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CAの一対の伝送器用導体3Aa、3Abと、インダクタンス値LA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RAに反比例した電力が消費される。また、容量値CBの一対の伝送器用導体3Ba、3Bbと、インダクタンス値LB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RBに反比例した電力が消費される。
In the contactless
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LCの第3のインダクタンス素子5Cと容量値CC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LCの第3のインダクタンス素子5Cと容量値CC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RCに反比例した電力が消費される。
In addition, as shown in FIG. 9, the contactless
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。
It should be noted that in the vicinity of the
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。
It is also possible to omit the
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。
Also, the
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CAは196.2pF、容量値CB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LA、LB、LCはそれぞれ、129.1μH、139.2μH、84.4μHとした。容量値CCは300pFとした。抵抗値RA、RBは、通常は(変化させない場合は)100Ωとした。抵抗値RCは、50Ωとした。
Next, a simulation performed with the circuit shown in FIG. 9 of the contactless
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Zre及び虚部Zim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。
FIG. 11 shows the frequency dependence of the real part Z re and the imaginary part Z im of the impedance viewed from the output terminal of the
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RB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PAと第2の負荷回路4Bの消費電力PBを示す。図12(a)より、第2の負荷回路4Bの抵抗値RB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PA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RA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PAと第2の負荷回路4Bの消費電力PBを示す。図12(b)より、第1の負荷回路4Aの抵抗値RA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PBは一定に保たれていることが分かる。
FIG. 12(a) shows the results when the AC power of the
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。
It is clear from the circuit configuration of the contactless
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。
As described above, the contactless
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。
Next, a non-contact
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ROUTが入力インピーダンスRINに変換される。入力インピーダンスRINは、図16(b)に示すように、負荷インピーダンスROUTが最も大きいところでは、負荷インピーダンスROUTにほぼ等しく、それから負荷インピーダンスROUTが減少すると、負荷インピーダンスROUTよりもはるかに緩やかに減少し、負荷インピーダンスROUTが小さいところでは、負荷インピーダンスROUTが減少すると、負荷インピーダンスROUTと同様な勾配で減少する。こうして、入力インピーダンスRINの変化量は、負荷インピーダンスROUTの全電力範囲において、負荷インピーダンスROUTの変化量の約10分の1になる。 DCDC converters 4Ab, 4Bb, and 4Cb convert their load impedance R OUT to input impedance R IN as shown in FIG. 16(a). The input impedance R IN is approximately equal to the load impedance R OUT where the load impedance R OUT is greatest, as shown in FIG . , and where the load impedance R_OUT is small, it decreases with a slope similar to that of the load impedance R_OUT as the load impedance R_OUT decreases. Thus, the change in input impedance R IN is approximately one tenth the change in load impedance R OUT over the full power range of load impedance R OUT .
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。
Therefore, even if the loss resistance of the
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CA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CB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LA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LB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。
17(a) to (c) show the results of experiments performed using the circuit configuration of FIG. The capacitance value C A is 772 pF, and this value is obtained by connecting two discs with a diameter of about 15 cm in parallel (see FIG. 3(b)) and a pair of
図17(a)は、第2の負荷回路4Bの抵抗値RB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PA、第2の負荷回路4Bの消費電力PB、第3の負荷回路4Cの消費電力PCを示している。第1の負荷回路4Aの抵抗値RAは380Ω、第3の負荷回路4Cの抵抗値RCは120Ωとした。図17(a)より、第2の負荷回路4Bの抵抗値RB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PA及びPC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RA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PA、第2の負荷回路4Bの消費電力PB、第3の負荷回路4Cの消費電力PCを示している。第2の負荷回路4Bの抵抗値RBは120Ω、第3の負荷回路4Cの抵抗値RCは380Ωとした。図17(b)より、第1の負荷回路4Aの抵抗値RA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PB及びPC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RC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PA、第2の負荷回路4Bの消費電力PB、第3の負荷回路4Cの消費電力PCを示している。第1の負荷回路4Aの抵抗値RAは120Ω、第32負荷回路4Bの抵抗値RBは380Ωとした。図17(c)より、第3の負荷回路4Cの抵抗値RC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PA及びPB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、PINで示すのは、消費電力PA、PB、PC、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。
FIG. 17(a) shows the power consumption P A of the
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。
The
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。
Although the contactless power supply device according to the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be modified within the scope of the claims. design changes are possible. Further, the contactless
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
1 Contactless
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の直列体の他方側の端子には、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の直列体の一方側の端子には前記第1の直列体の前記他方側の端子が直接接続され、該第2の直列体の他方側の端子には、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。
In order to achieve the above object, a contactless power supply device according to
Claims (9)
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。 a transmitter for transmitting AC power;
It has a pair of transmitter conductors facing each other, and performs non-contact transmission of electric power from the power transmitter from one side of the pair of transmission conductors to the other side, and is provided in series with a plurality of conductors. a transmitter of
a plurality of load circuits;
a plurality of inductance elements;
and
A first inductance element among the plurality of inductance elements is connected to the transmission conductor on the other side or the one side of the first transmitter among the plurality of transmitters, and the first inductance element among the plurality of inductance elements is connected. A first load circuit of the plurality of load circuits is connected to the other side of the first series body composed of the transmitter and the first inductance element,
A second inductance element among the plurality of inductance elements is connected to the transmission conductor on the other side or the one side of the second transmitter among the plurality of transmitters, A second load circuit of the plurality of load circuits is connected to the other side of a second series body composed of the transmitter and the second inductance element,
A pair of transmitter conductors and the first inductance element of the first transmitter and a pair of transmitter conductors and the second inductance element of the second transmitter may resonate at the frequency of the power transmitter. A contactless power supply device characterized by:
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。 In the contactless power supply device according to claim 1,
The contactless power supply device, wherein the power transmitter is connected to one side of the first series body.
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。 In the contactless power supply device according to claim 1 or 2,
A non-contact power feeding device, wherein the pair of transmitter conductors is flat.
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。 In the contactless power supply device according to claim 3,
A non-contact power feeding device, wherein the pair of transmitter conductors are disk-shaped.
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。 In the contactless power supply device according to claim 1 or 2,
A non-contact power feeding device, wherein the pair of transmitter conductors are coaxially cylindrical.
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。 In the contactless power supply device according to any one of claims 1 to 5,
The first load circuit and the second load circuit are respectively a rectifier circuit to which part of the AC power sent from the power transmitter is input, and a DCDC to which a DC voltage generated by rectification by the rectifier circuit is input. A contactless power supply device comprising: a converter;
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。 In the contactless power supply device according to any one of claims 1 to 6,
A contactless power supply device according to claim 1, wherein each of said plurality of transmitters of said contactless power supply device comprises a joint and each of said pair of transmitter conductors is fixed to each of adjacent joint forming members.
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。 In the contactless power supply device according to any one of claims 1 to 7,
The first series body is housed in a first housing,
A contactless power supply device, wherein the second series body is accommodated in a second housing.
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。 In the contactless power supply device according to claim 8,
A contactless power supply device, wherein the first inductance element of the first series body and the second inductance element of the second series body are toroidal coils wound around a magnetic core.
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