JP7400598B2

JP7400598B2 - 回転コネクタ

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Publication number: JP7400598B2
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Inventors: 康平藤尾; 充典杉浦
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Filing date: 2020-03-31
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Description

本発明は、一方の部材から、その一方の部材に対して相対的に回転する他方の部材へ非接触にて電力伝送可能な回転コネクタに関する。

一方の部材から、その一方の部材に対して相対的に回転する他方の部材へ非接触にて電力伝送可能なコネクタ（以下、回転コネクタと呼ぶ）が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特許文献１に開示された非接触給電装置は、第１貫通穴が形成された光透過性の第１ホルダと、第２貫通穴が形成された光透過性の第２ホルダとを有する。第１コイル及び第２コイルは第１貫通穴及び第２貫通穴を中心に周回している。第１ホルダに保持された第１光学素子と第２ホルダに保持された第２光学素子とは、第１ホルダ及び第２ホルダを動光路として光通信を行う。

特開２０１５－２１６７９５号公報

特許文献１に開示された技術では、一方の部材（第１ホルダ）に設けられたコイルと他方の部材（第２ホルダ）に設けられたコイルとの間で非接触にて電力を伝送することが可能となっている。このように非接触にて電力伝送が行われる場合において、例えば、二つのコイルの間に導電性を有する異物が混入した場合、あるいは、受電側の装置に何らかの不具合が生じた場合、回転コネクタに異常な発熱が生じ、場合によっては発煙または発火し、あるいは、変形を生じるといった危険な状態に陥るおそれがある。

そこで、本発明は、過度な温度上昇による故障を防止できる回転コネクタを提供することを目的とする。

本発明の一つの形態として、固定子と、固定子を通る回転軸周りに回転可能に設けられる回転子とを有し、固定子から回転子へ電力伝送可能な回転コネクタが提供される。この回転コネクタにおいて、固定子は、回転軸周りに設けられ、回転子へ電力を供給する送信コイルと、送信コイルに対して交流電力を供給する電力供給回路と、固定子の温度を測定する第１の温度計と、回転子と通信可能な第１の通信器と、電力供給回路を制御する第１の制御回路とを有する。また、回転子は、回転軸周りに設けられ、送信コイルから電力を受電する受信コイルと、受信コイルを介して受電した電力を整流して負荷回路へ出力する受電回路と、回転子の温度を測定する第２の温度計と、固定子の第１の通信器と通信可能な第２の通信器と、受電回路を制御する第２の制御回路とを有する。そして固定子の第１の制御回路は、第１の温度計による固定子の温度の測定値が第１の温度閾値を超えると、第１の通信器を介して回転子へ過熱信号を出力し、一方、第１の温度計による固定子の温度の測定値が第１の温度閾値よりも高い第２の温度閾値を超えると、電力供給回路から送信コイルへの電力供給を停止するように電力供給回路を制御し、回転子の第２の制御回路は、第２の通信器を介して過熱信号を受信し、または第２の温度計による回転子の温度の測定値が第３の温度閾値を超えると、負荷回路へ負荷回路に流れる電流を制限させる制限信号を出力し、一方、第２の温度計による回転子の温度の測定値が第３の温度閾値よりも高い第４の温度閾値を超えると、受電回路から負荷回路への電力の出力を停止するように受電回路を制御する。
本発明に係る回転コネクタは、このような構成を有することにより、過度な温度上昇による故障を防止することができる。

本発明の一つの実施形態に係る回転コネクタを含む発光装置の概略斜視図である。図１の線ＡＡ’における、発光装置の概略断面図である。本発明の一つの実施形態に係る回転コネクタの概略斜視図である。図３の線ＢＢ’における、回転コネクタの概略断面図である。回転コネクタの分解斜視図である。回転コネクタの回路ブロック図である。

以下、本発明の一つの実施形態による回転コネクタを、図を参照しつつ説明する。この回転コネクタは、固定子と回転子とを有し、回転子は、固定子と回転子とで共通する回転軸を回転中心として、固定子に対して相対的に回転可能に設けられる。そして固定子と回転子のそれぞれにコイルが設けられ、それらコイルを介して固定子側から回転子側へ非接触にて電力伝送可能となっている。また、この回転コネクタにおいて、回転軸近傍において固定子と回転子との間で通信可能な光通信素子が設けられる。さらに、この回転コネクタでは、固定子及び回転子のそれぞれに温度計が設けられる。そして、固定子と回転子の何れか一方に設けられた温度計による温度の測定値が、安全な使用が可能な温度の上限である安全温度閾値を超えると、回転子に取り付けられる負荷回路に流れる電流が制限される。さらに、固定子と回転子の何れか一方に設けられた温度計による温度の測定値が、回転コネクタが使用可能な最大温度である上限温度閾値を超えると、電力伝送または電力出力が停止される。このように、この回転コネクタは、固定子及び回転子の双方の温度を監視して、監視した温度に応じて電流量を制限し、あるいは電力伝送または電力出力を停止することで、過度な温度上昇による故障を防止することができる。

図１は、本発明の一つの実施形態に係る回転コネクタを含む発光装置の概略斜視図である。図２は、図１の線ＡＡ’における、発光装置の概略断面図である。

図１及び図２に示されるように、発光装置１は、モータ２と、ギヤ３と、回転体４と、回路基板５と、複数のＬＥＤ駆動回路６と、複数のＬＥＤ７と、回転コネクタ８と、支持部材９とを有する。そして発光装置１は、基板１０上に設置され、モータ２の回転により、ギヤ３を介して回転体４が回転することで、回転体４に取り付けられる回路基板５上に設けられた複数のＬＥＤ７が基板１０と略平行な面において回転する。さらに、回転コネクタ８を介して複数のＬＥＤ駆動回路６に供給される電力により、複数のＬＥＤ７が点灯する。したがって、各ＬＥＤ７が点灯しつつ回転体４が回転することで、基板１０の正面側に位置する観察者からは、基板１０の法線方向と略平行な回転体４の回転軸１１を中心とする同心円状に複数の発光する円が見えることになる。なお、以下では、説明の都合上、基板１０において発光装置１が取り付けられる側の面を、表面、上面または前面と呼び、その反対側の面を裏面、下面または背面と呼ぶ。

モータ２は、例えば、直流モータあるいは交流モータであり、支持部材９の外側において、基板１０の法線方向とモータ２の回転軸２ａとが平行となるように基板１０の表面に設置される。回転軸２ａには、円盤状に形成されたギヤ３が取り付けられている。また、基板１０の表面に設置されるコの字型の支持部材９内には、基板１０側から順に上方へ向けて重ねて設置される、回転コネクタ８及び回転体４が収容される。回転体４は、回転軸１１を中心軸とする中空の略円筒形状を有し、その側面に沿って、ギヤ３と係合するための歯４ａが形成される。なお、本実施形態では、回転軸１１は、設計上において規定されるものであり、回転軸１１を構成する部材は無くてよいことに留意されたい。これにより、モータ２が回転することで、ギヤ３を介して回転体４も回転する。支持部材９の上面には略円形状の穴が形成されており、その穴を介して回転体４の上部が支持部材９から支持部材９の上方へ突出している。そして回転体４の上面に、基板１０の表面と略平行となるように板状の回路基板５が取り付けられる。回路基板５の表面には、一列に並ぶように複数のＬＥＤ７が設置されている。さらに、各ＬＥＤ７の点灯及び消灯を制御するための複数のＬＥＤ駆動回路６も回路基板５の表面に設置されている。なお、各ＬＥＤ駆動回路６及び各ＬＥＤ７は、負荷回路の一例である。さらに、回転体４の下面には、回転コネクタ８の回転子の上面に設けられた突起部８ａと係合するための穴が設けられており、その穴に回転子の突起部が挿入されることで、回転子と回転体４とが一体的に回転するように固定される。そして、回転体４の内部に設けられ、かつ、回転コネクタ８の出力コネクタ４４と接続される電力ケーブル４ｂを介して、回転コネクタ８から各ＬＥＤ駆動回路６及び各ＬＥＤ７へ電力が供給される。

本発明の一つの実施形態に係る回転コネクタ８は、支持部材９内において回転体４よりも下側に、かつ、基板１０の表面に設置される。そして回転コネクタ８は、電源（図示せず）から供給される電力を、回転体４を介して各ＬＥＤ駆動回路６及び各ＬＥＤ７へ供給する。

図３は、回転コネクタ８の概略斜視図である。図４は、図３の線ＢＢ’における、回転コネクタ８の概略断面図である。また、図５は、回転コネクタ８の分解斜視図である。さらに、図６は、回転コネクタ８の回路ブロック図である。回転コネクタ８は、中空の円筒状に形成されたケース２１と、ケース２１内に収容され、基板１０側から順に上方へ向けて重ねて設置される、固定子２２と、回転子２３とを有する。固定子２２及び回転子２３は、それぞれ、回転軸１１を中心軸とする略円柱状に形成される。そして回転子２３は、回転軸１１を回転中心として、固定子２２に対して相対的に回転可能となっている。また、回転子２３の上面には、回転体４を固定するための突起部８ａが形成されている。

また、回転コネクタ８は、非接触にて固定子２２から回転子２３へ電力を供給することが可能となっている。回転コネクタ８は、一次側（送電側、本実施形態では、固定子２２側）の共振を利用せず、二次側（受電側、本実施形態では、回転子２３側）において受信コイルと共振コンデンサとが直列共振する方式（ＮＳ方式）の非接触給電装置とすることができる。あるいは、回転コネクタ８は、一次側の共振を利用せず、二次側において受信コイルと共振コンデンサとが並列共振する方式（ＮＰ方式）の非接触給電装置であってもよい。あるいはまた、回転コネクタ８は、例えば、いわゆる一次直列二次直列共振コンデンサ方式（ＳＳ方式）、または一次直列二次並列共振コンデンサ方式（ＳＰ方式）の非接触給電装置であってもよい。

先ず、固定子２２について説明する。
固定子２２は、入力コネクタ３１と、電力供給回路３２と、送信コイル３３と、光通信素子３４と、温度計３５と、制御回路３６と、底板３７と、回路基板３８と、フェライトコア３９と、外周部材４０とを有する。入力コネクタ３１、電力供給回路３２、光通信素子３４、温度計３５及び制御回路３６は、回路基板３８上に設けられる。回路基板３８は、固定子２２の筐体の一部を形成し、かつ、基板１０の表面にネジなどを用いて固定される底板３７の上に配置される。また、送信コイル３３は、略円盤形状のフェライトコア３９において、回転軸１１を中心とするように、回転軸１１の周りに巻き付けられる。フェライトコア３９は、固定子２２内において回路基板３８よりも上側、すなわち、回転子２３に近い方に設けられる。そして入力コネクタ３１、電力供給回路３２、送信コイル３３、光通信素子３４、温度計３５及び制御回路３６は、底板３７とともに固定子２２の筐体の他の一部を形成する外周部材４０の内側に配置される。

入力コネクタ３１は、外部の直流電源と接続するためのコネクタであり、入力コネクタ３１を介して外部の直流電源から直流電力が供給される。入力コネクタ３１を介して供給された直流電力は、電力供給回路３２へ出力される。さらに、入力コネクタ３１は、制御回路３６への信号線と接続される端子を有し、他の機器（例えば、回転コネクタ８が使用される装置の制御回路）からの信号を制御回路３６へ出力し、あるいは、制御回路３６からの信号を他の機器へ出力する。

電力供給回路３２は、入力コネクタ３１を介して供給された直流電力を交流電力に変換してその交流電力を送信コイル３３へ供給する。そのために、電力供給回路３２は、例えば、入力コネクタ３１を介して供給された直流電力を交流電力に変換して送信コイル３３へ供給するインバータ回路（図示せず）を有する。インバータ回路は、４個のスイッチング素子（例えば、MOSFET）がフルブリッジ状に接続されるフルブリッジインバータであってもよく、あるいは、２個のスイッチング素子がハーフブリッジ状に接続されるハーフブリッジインバータであってもよい。電力供給回路３２は、制御回路３６により送信コイル３３に供給される交流電力の周波数が所定の周波数（例えば、回転子２３の共振回路が共振する周波数）となるように、インバータ回路が有する各スイッチング素子のオン／オフの切り替えを制御することで、その所定の周波数を持つ交流電力を送信コイル３３へ供給する。

さらに、電力供給回路３２は、ＤＣ－ＤＣコンバータ（図示せず）を有し、入力コネクタ３１を介して供給された直流電力の電圧を、光通信素子３４、温度計３５及び制御回路３６を駆動するのに適した電圧に変換し、変換された電圧を持つ直流電力を光通信素子３４、温度計３５及び制御回路３６へ供給する。

送信コイル３３は、回転軸１１を巻き軸とするように、フェライトコア３９に沿って巻き付けられる。そして送信コイル３３は、電力供給回路３２から供給された交流電力を、空間を介して回転子２３の受信コイル４１へ伝送する。なお、固定子２２は、送信コイル３３と電力供給回路３２のインバータ回路との間に、送信コイル３３と直列に接続されるコンデンサを有してもよい。このコンデンサは、直流電力を遮断するためのものであってもよく、あるいは、送信コイル３３に供給される交流電力の周波数において送信コイル３３とともに共振する共振回路を構成するためのものであってもよい。

光通信素子３４は、第１の通信器の一例であり、固定子２２の制御回路３６からの信号を回転子２３へ送信する。そのために、光通信素子３４は、例えば、ＬＥＤといった発光素子を有する。光通信素子３４は、回路基板３８上の回転軸１１と重なる位置またはその近傍において、その発光面が上方を向くように取り付けられる。また、フェライトコア３９には、回転軸１１と重なる位置において穴３９ａが形成されている。そのため、光通信素子３４が発した光は、フェライトコア３９の穴３９ａを通って回転子２３の光通信素子へ達するようになっている。また、光通信素子３４の点灯及び消灯は、制御回路３６により制御される。

温度計３５は、第１の温度計の一例であり、上記のように、回路基板３８に取り付けられ、回転コネクタ８に電力が供給されている間、固定子２２の温度（本実施形態では、固定子２２の内部温度）を測定する。そして温度計３５は、固定子２２の温度の測定値を表す信号値を制御回路３６へ出力する。

制御回路３６は、第１の制御回路の一例であり、固定子２２の各部を制御する。そのために、制御回路３６は、例えば、演算回路と、不揮発性の半導体メモリと、電力供給回路３２を駆動するためのゲートドライバといった駆動回路と、光通信素子３４が有する発光素子の点灯または消灯を制御するための回路とを有する。なお、温度計３５は、制御回路３６に内蔵されてもよい。

本実施形態では、制御回路３６は、温度計３５による温度の測定値に従って電力供給回路３２を制御する。また、制御回路３６は、温度計３５による温度の測定値に従って、光通信素子３４を制御する。
なお、制御回路３６による制御の詳細は後述する。

次に、回転子２３について説明する。
回転子２３は、受信コイル４１と、共振コンデンサ４２と、受電回路４３と、出力コネクタ４４と、光通信素子４５と、温度計４６と、制御回路４７と、回路基板４８と、フェライトコア４９と、外周部材５０と、蓋部材５１とを有する。

共振コンデンサ４２、受電回路４３、出力コネクタ４４、光通信素子４５、温度計４６及び制御回路４７は、回路基板４８上に設けられる。回路基板４８は、略円筒状に形成され、回転子２３の筐体の一部を形成する外周部材５０内に取り付けられる。また、受信コイル４１は、略円盤形状のフェライトコア４９において、回転軸１１を中心とするように、回転軸１１の周りに巻き付けられる。フェライトコア４９は、回転子２３内において回路基板４８よりも下方、すなわち、固定子２２に近い方に設けられる。さらに、略円盤上の天板とその天板の外周に沿った円筒状の外壁を有する蓋部材５１が、回路基板４８よりも上方において外周部材５０にネジなどで取り付けられ、外周部材５０とともに回転子２３の筐体を形成する。

受信コイル４１は、回転軸１１を巻き軸とするように、すなわち、固定子２２の送信コイル３３の巻き軸と受信コイル４１の巻き軸とがほぼ一致するように、フェライトコア４９に沿って巻き付けられる。そして受信コイル４１と送信コイル３３とが、互いに対向するように受信コイル４１は配置される。そのため、回転子２３が回転しても、送信コイル３３と受信コイル４１の相対的な位置関係はあまり変化しないので、回転子２３が回転中であっても、非接触にて送信コイル３３から受信コイル４１への電力伝送が可能となっている。

また、受信コイル４１は、共振コンデンサ４２とともに共振回路を構成し、送信コイル３３に流れる交流電流と共振することで、送信コイル３３から電力を受信する。そのために、共振コンデンサ４２は、受信コイル４１と直列に接続されてもよく、あるいは、受信コイル４１と並列に接続されてもよい。そして受信コイル４１と共振コンデンサ４２とにより形成される共振回路から出力される交流電力は、受電回路４３へ出力される。なお、受信コイル４１の巻き数と、送信コイル３３の巻き数は同じでもよく、あるいは、互いに異なっていてもよい。

受電回路４３は、受信コイル４１を介して受電した電力を整流して出力コネクタ４４と接続される負荷回路へ出力する。本実施形態では、受電回路４３は、受信コイル４１と共振コンデンサ４２とにより形成される共振回路からの交流電力を直流電力に変換して、その直流電力を、受電回路４３と接続される出力コネクタ４４を介して回転子２３に固定的に取り付けられた回転体４上に設けられた各ＬＥＤ駆動回路６及び各ＬＥＤ７へ出力する。そのために、受電回路４３は、例えば、共振回路からの交流電力を脈流電力に変換する全波整流回路と、全波整流回路から出力される脈流電力を平滑化して負荷回路へ出力するための平滑コンデンサとを有する。さらに、受電回路４３は、出力コネクタ４４と受電回路４３との接続または切断を切り替えるためのロードスイッチを有する。

出力コネクタ４４は、その開口部が上方に向くように回路基板４８に取り付けられる。そして出力コネクタ４４の開口部は、蓋部材５１の天板に形成される穴５１ａを介して露出される。そして本実施形態では、出力コネクタ４４に、回転体４の内部に設けられる電力ケーブル４ｂが接続され、出力コネクタ４４を介して、受電回路４３から各ＬＥＤ駆動回路６及び各ＬＥＤ７へ電力が供給される。さらに、出力コネクタ４４には、制御信号を各ＬＥＤ駆動回路６へ出力するための端子が設けられ、その端子に回転体４の内部に設けられた信号線が接続される。そして回転子２３の制御回路４７からの信号（例えば、後述する制限信号）が各ＬＥＤ駆動回路６へ出力される。

光通信素子４５は、第２の通信器の一例であり、固定子２２の制御回路３６からの信号を受信する。そのために、光通信素子４５は、例えば、フォトダイオードといった受光素子を有する。光通信素子４５は、回路基板４８上の回転軸１１と重なる位置またはその近傍において、その受光面が下方を向くように、すなわち、固定子２２の光通信素子３４の発光面と対向するように取り付けられる。また、フェライトコア４９には、回転軸１１と重なる位置において穴４９ａが形成されている。そのため、光通信素子４５は、固定子２２の光通信素子３４が発した光を、フェライトコア４９の穴４９ａを通して受光可能となっている。このように光通信素子４５が取り付けられることで、回転子２３が回転していても、固定子２２の光通信素子３４と回転子２３の光通信素子４５の相対的な位置関係はほぼ変化せず、光通信素子３４と光通信素子４５の間で信号を伝送することが可能となる。光通信素子４５は、受光した光量に応じた電圧を制御回路４７へ出力する。

温度計４６は、第２の温度計の一例であり、上記のように、回路基板４８に取り付けられ、固定子２２から回転子２３へ電力が供給されている間、回転子２３の温度（本実施形態では、回転子２３の内部温度）を測定する。そして温度計４６は、回転子２３の温度の測定値を表す信号値を制御回路４７へ出力する。

制御回路４７は、第２の制御回路の一例であり、回転子２３の各部を制御する。そのために、制御回路４７は、例えば、演算回路と、不揮発性の半導体メモリと、受電回路４３が有するロードスイッチを駆動するための駆動回路と、光通信素子４５からの信号を受信するための受信回路と、制御信号を出力するためのインターフェースとを有する。なお、温度計４６は、制御回路４７に内蔵されてもよい。

以下、固定子２２の制御回路３６の動作の詳細及び回転子２３の制御回路４７の動作の詳細について説明する。

固定子２２の制御回路３６は、温度計３５による、固定子２２の温度の測定値が上限温度閾値（すなわち、第２の温度閾値）以下である場合、送信コイル３３に供給される交流電力の周波数が所定の周波数（例えば、回転子２３の共振回路が共振する周波数）となるように、電力供給回路３２のインバータ回路が有する各スイッチング素子のオン／オフの切り替えを制御する。これにより、電力供給回路３２から送信コイル３３へ所定の周波数を持つ交流電力が供給されるので、送信コイル３３及び受信コイル４１を介して固定子２２から回転子２３へ電力が伝送される。

一方、制御回路３６は、温度計３５による、固定子２２の温度の測定値が上限温度閾値を超えると、電力供給回路３２のインバータ回路が有する各スイッチング素子をオフに保つ。これにより、電力供給回路３２から送信コイル３３へ電力が供給されなくなるので、固定子２２から回転子２３への電力供給が停止される。この場合、制御回路３６は、入力コネクタ３１を介して、他の機器へ、固定子２２の温度が上限温度閾値を超えたことを表す警告信号を出力してもよい。

また、制御回路３６は、温度計３５による、固定子２２の温度の測定値が、上限温度閾値以下であっても、安全温度閾値（すなわち、第１の温度閾値）を超えると、光通信素子３４を介して、回転子２３の制御回路４７へ、固定子２２の温度が安全温度閾値を超えたことを表す過熱信号を送信する。

一方、回転子２３の制御回路４７は、温度計４６による、回転子２３の温度の測定値が上限温度閾値（すなわち、第４の温度閾値）を超えると、受電回路４３のロードスイッチをオフにして、各ＬＥＤ駆動回路６及び各ＬＥＤ７へ電力が供給されないように、受電回路４３を制御する。

また、制御回路４７は、温度計４６による、回転子２３の温度の測定値が安全温度閾値（すなわち、第３の温度閾値）を超えると、出力コネクタ４４を介して各ＬＥＤ駆動回路６へ、各ＬＥＤ７に流れる電流を制限させる制限信号を出力する。同様に、制御回路４７は、固定子２２の制御回路３６から、光通信素子４５を介して過熱信号を受信したときも、出力コネクタ４４を介して各ＬＥＤ駆動回路６へ制限信号を出力する。なお、各ＬＥＤ駆動回路６は、制限信号を受信すると、各ＬＥＤ７のうち、自回路が駆動する１以上のＬＥＤに流れる電流を制限する。そのために、例えば、各ＬＥＤ駆動回路６は、自回路が駆動するＬＥＤと直列に接続される電流制限回路を有する。その電流制限回路は、例えば、互いに並列に接続される二つの抵抗R1、抵抗R2と、その二つの抵抗R1、R2のうちの一方（例えば、抵抗R1）と直列に接続される、MOSFETといったスイッチング素子とを有する。そして、制御回路４７から出力される制限信号は、例えば、電流制限回路のスイッチング素子のオン／オフを制御するために利用される電圧で表される。例えば、各ＬＥＤ７に流れる電流が制限されない場合、制御回路４７から出力コネクタ４４を介して電流制限回路のスイッチング素子をオンにする電圧が出力される。例えば、スイッチング素子がMOSFETの場合、MOSFETのゲート端子にMOSFETをオンにする相対的に高い電圧が出力される。この場合、電流制限回路が有する、互いに並列に接続される二つの抵抗R1、R2の両方に電流が流れるので、その電流制限回路と直列に接続されるＬＥＤに流れる電流量も相対的に大きくなる。一方、各ＬＥＤ７に流れる電流が制限される場合、制御回路４７から出力コネクタ４４を介して電流制限回路のスイッチング素子をオフにする電圧が出力される。例えば、スイッチング素子がMOSFETの場合、MOSFETのゲート端子にMOSFETをオフにする相対的に低い電圧が出力される。この場合、電流制限回路が有する、互いに並列に接続される二つの抵抗R1、R2の一方のみに電流が流れるので、その電流制限回路と直列に接続されるＬＥＤに流れる電流量も相対的に小さくなる。

なお、上限温度閾値は、例えば、100℃に設定され、安全温度閾値は、上限温度閾値よりも低い温度、例えば、80℃に設定される。また、固定子２２の上限温度閾値と、回転子２３の上限温度閾値とは異なっていてもよい。同様に、固定子２２の安全温度閾値と、回転子２３の安全温度閾値とは異なっていてもよい。この場合でも、固定子２２の安全温度閾値が回転子２３の上限温度閾値未満となり、かつ、固定子２２の上限温度閾値が回転子２３の安全温度閾値よりも高くなるように、各温度閾値が設定されることが好ましい。

以上に説明してきたように、この回転コネクタは、固定子から回転子へ非接触にて電力を供給する。そしてこの回転コネクタは、固定子と回転子のそれぞれが温度計を有するとともに、固定子の制御回路と回転子の制御回路間で通信可能となっている。そしてこの回転コネクタは、固定子及び回転子の何れか一方において、温度の測定値が安全温度閾値を超えると、回転子と接続され、回転子から出力される電力にて駆動する負荷回路に流れる電流を制限させる。また、この回転コネクタは、固定子において温度の測定値が上限温度閾値を超えると、固定子から回転子への電力伝送を停止し、一方、回転子において温度の測定値が上限温度閾値を超えると、回転子から負荷回路への電力の出力を停止する。このように、この回転コネクタは、固定子及び回転子のそれぞれについて温度の測定値に対する二段階の閾値を設定し、温度の測定値が何れかの閾値を超えたときに、その閾値に応じて発熱を抑制するような制御を実行することで、過度な温度上昇による故障を防止することができる。

なお、変形例によれば、固定子２２の光通信素子３４及び回転子２３の光通信素子４５は、双方向に信号を伝送できるように構成されてもよい。この場合には、例えば、光通信素子３４及び光通信素子４５は、それぞれ、発光素子と受光素子とを有し、回転軸１１周りの回転方向に関する、固定子２２に対する回転子２３の相対的な位置が所定の位置関係となった場合に、光通信素子３４の発光素子と光通信素子４５の受光素子とが対向し、かつ、光通信素子４５の発光素子と光通信素子３４の受光素子とが対向するように、各発光素子及び各受光素子が配置されればよい。この場合でも、二つの光通信素子の一方から他方へ信号を送信する場合、回転子２３の回転周期よりも長い所定期間にわたって送信側の光通信素子の発光素子を点灯させることで、その信号の送信が可能となる。また、互いに異なる情報を表す複数の種類の信号の何れかが伝送される場合には、例えば、信号の種類ごとに、発光素子が点灯する期間の長さ、または、発光素子の発光強度が変更されればよい。

この場合、回転子２３の温度計４６による、回転子２３の温度の測定値が安全温度閾値を超えると、回転子２３の制御回路４７は、光通信素子４５を介して、固定子２２の制御回路３６へ、温度の測定値が安全温度閾値を超えたことを表す信号を送信してもよい。そして制御回路３６は、その信号を受信すると、電力供給回路３２から送信コイル３３へ供給される交流電力の電圧を低下させてもよい。この場合、電力供給回路３２は、入力コネクタ３１とインバータ回路との間に、力率改善回路あるいは可変型のＤＣ－ＤＣコンバータを有してもよい。そして制御回路３６は、その力率改善回路あるいは可変型のＤＣ－ＤＣコンバータを制御することで、電力供給回路３２から送信コイル３３へ供給される交流電力の電圧を低下させればよい。あるいは、制御回路３６は、間欠的に電力供給回路３２から送信コイル３３へ交流電力が供給されるように電力供給回路３２を制御してもよい。

また、回転子２３の温度計４６による、回転子２３の温度の測定値が上限温度閾値を超えると、回転子２３の制御回路４７は、光通信素子４５を介して、固定子２２の制御回路３６へ、温度の測定値が上限温度閾値を超えたことを表す信号を送信してもよい。そして制御回路３６は、その信号を受信すると、電力供給回路３２から送信コイル３３への交流電力の供給を停止させるよう、電力供給回路３２を制御してもよい。

このように、当業者は、本発明の範囲内で、実施される形態に合わせて様々な変更を行うことができる。

１発光装置
２モータ
３ギヤ
４回転体
４ａ歯
４ｂ電力ケーブル
５回路基板
６ＬＥＤ駆動回路
７ＬＥＤ
８回転コネクタ
９支持部材
１０基板
１１回転軸
２１ケース
２２固定子
３１入力コネクタ
３２電力供給回路
３３送信コイル
３４光通信素子
３５温度計
３６制御回路
３７底板
３８回路基板
３９フェライトコア
４０外周部材
２３回転子
４１受信コイル
４２共振コンデンサ
４３受電回路
４４出力コネクタ
４５光通信素子
４６温度計
４７制御回路
４８回路基板
４９フェライトコア
５０外周部材
５１蓋部材

Claims

固定子と、前記固定子を通る回転軸周りに回転可能に設けられる回転子とを有し、前記固定子から前記回転子へ電力伝送可能な回転コネクタであって、
前記固定子は、
前記回転軸周りに設けられ、前記回転子へ電力を供給する送信コイルと、
前記送信コイルに対して交流電力を供給する電力供給回路と、
前記固定子の温度を測定する第１の温度計と、
前記回転子と通信可能な第１の通信器と、
前記電力供給回路を制御する第１の制御回路とを有し、
前記回転子は、
前記回転軸周りに設けられ、前記送信コイルから電力を受電する受信コイルと、
前記受信コイルを介して受電した電力を整流して負荷回路へ出力する受電回路と、
前記回転子の温度を測定する第２の温度計と、
前記固定子の前記第１の通信器と通信可能な第２の通信器と、
前記受電回路を制御する第２の制御回路とを有し、
前記固定子の前記第１の制御回路は、前記第１の温度計による前記固定子の温度の測定値が第１の温度閾値を超えると、前記第１の通信器を介して前記回転子へ過熱信号を出力し、一方、前記第１の温度計による前記固定子の温度の測定値が前記第１の温度閾値よりも高い第２の温度閾値を超えると、前記電力供給回路から前記送信コイルへの電力供給を停止するように前記電力供給回路を制御し、
前記回転子の前記第２の制御回路は、前記第２の通信器を介して前記過熱信号を受信し、または前記第２の温度計による前記回転子の温度の測定値が第３の温度閾値を超えると、前記負荷回路へ前記負荷回路に流れる電流を制限させる制限信号を出力し、一方、前記第２の温度計による前記回転子の温度の測定値が前記第３の温度閾値よりも高い第４の温度閾値を超えると、前記受電回路から前記負荷回路への電力の出力を停止するように前記受電回路を制御する、回転コネクタ。