JPS61271806A - 電力伝送制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、電磁波を用いて非接触で電力を伝送する装置
に関するもので、伝送周波数を高くすることにより装置
の小型化と伝送効率の向上を計ることができ、しかも本
装置は必要であれば電力と同時に、その制御指令信号な
ども伝送出来る利点をもつものである。　例えば固定部
と運動部とを有するＮＣ工作機械、ロボツ）！１１，１
１送装置、その１ｌｉｉ諸種の自動機械や車両とか飛し
よう体なとの移動を伴う機械装置において、その運動部
とか移動部で必要とするモータ駆動用や電熱用などの比
較的大電力を、固定部から非接触で伝送させる場合など
に用いることができる。そして更にその電力伝送と同時
に運動部に対する制御指令などの情報１１号やクロック
周波数等をも伝送する場合に用いて好適なものである。

「従来の技術」 従来、電力を非接触で伝送するこの種の装置として、商
用周波数を用いたロータリートランス（回転型変圧器）
などが知られているが、その磁気回路抵抗を下げ伝送効
率を良くしようとすると磁気コア部が大きくなる。特に
空隙部に対しては磁気抵抗を著しく増大するので必然的
に巻線回数が多くなり、従って銅損による発熱が大きく
なる。

故に伝送電力のわりには一般に装置が全体的に大型とな
るため、これを工作機械などの機構内に組み込む場合に
は、その設置空間や発熱を配慮した構成を必要とするな
ど幾つかの難点がある。

「発明の目的」 本発明の目的は、固定部と運動部とを有するＮＣ工作機
械、ロボット装置、搬送装置、その他諸種の自動機械や
移動を伴う機械装置などにおいて、その運動部に設置さ
れたモータや電熱機器などの電力負荷を動作させるため
の比較的大きな電力を非接触で伝送し、あるいは更にこ
の電力伝送と同時に運動部に対する制御指令などの情１
信号やそのクロック周波数等を固定部から非接触で伝送
することのできる小型高効率の電力伝送制御装置を提供
することにある。

「発明の概要」 本発明の電力伝送制御装置は、固定部と運動部とを有す
る機械装置にそれぞれ配備した能動用および受動用の複
数のモジュールから成り、能動用モジュールの送信ヘッ
ドと受動用モジュールの受信ヘッドとを対向させた状態
において、能動用モジュールから発振した商用周波数以
上の電磁波による電磁誘導ｒド用で、受動用モジュール
の各回路および電力負荷に対し非接触で電力を伝送し制
御する手段を備えたことを特徴とするものである。

「発明の構成」 本発明に係る装置は、固定部と運動部とを有する機械装
置にそれぞれ配備した能動用および受動用の複数のモジ
ュールから構成されている。

例えば機械装置の固定部に設置された能動用モジュール
の電子回路により電灯線や発電装置などの配電設備ある
いは発電素子等の電源から供給される電力を、商用周波
数以上の交流に変換して送信ヘッドから電磁波として放
射させる。これを電磁誘導作用により運動部に設置した
受動用モジュールの受信ヘッドにより受電させ、この受
電々力を受動用モジュールの各回路および所定の電力負
荷に対して供給するものである。

この場合、送信ヘッドと受信へ・ンドとはその適用の対
象となるｖＲ械装置によって、それぞれの構成および設
置の方法が異なる。

何れの場合も送信ヘッドは概ね機械装置本体の固定部に
固定して設置されるが、受信ヘッドは運動部の構造によ
って、次のような幾つかの設置の方法がありそれぞれに
適ったコイルの構成が定められる０例えば （＋）受信ヘッドのコイルを回転軸の周囲に捲回してお
き一緒に回転させるような場合には、これと常時対向す
るようにその同軸円筒上に空隙を介して送信ヘッドのコ
イルを設置するように構成する。

（２）受信ヘッドのコイルを回転軸の先端部の端面に装
着するような場合には、端面の近くに常時対向させてそ
の同軸線上に送信ヘッドのコイルを設置するように構成
する。

（３）受信ヘッドのコイルを回転テーブルなどの台上に
設置するような場合には、受信ヘッドの回転軌道に接す
る所定の位置に固定された送信ヘッドのコイルと周期的
に対向するように構成する。

（４）運動部が移動走行する車両や飛しよう体のごとき
場合には、その受信ヘッドを別途固定されている送信ヘ
ッドと所定の位置で、でき得ればは非接触するように対
向させる。このような場合には対向させる両コイルの位
置間係の正確さと伝送効率の向上を計り、更に対向面積
の増大を考慮すると共にその構造の簡便化などの目的で
、少なくとも一方を平面コイル状に構成することが考え
られる。

（５）その他、上記運動部の動作が閏欠的な場合とか、
往復運動をするような場合あるいは固定部と運動部とが
自転と公転との間係にあるような場合でもは家同様の構
成が可能であり、また複数の送信ヘッドおよび受信ヘッ
ドを組み合わせて構成する場合もある。

以上に述べたような構成により、送信ヘッドから受信ヘ
ッドに対し非接触で電力を伝送する場合、電子回路や磁
気コアの特性に適応させて周波数を上げることにより巻
線が少くなり、従って銅損が減少しまた磁気回路が小さ
くて済むので、磁気効率が良く小型で伝送効率のよいモ
ジュールになる。

この場合、電力伝送にあずかる送信ヘッドと受信ヘッド
との間に存在する空隙に、磁性流体または磁性粉体のご
とき流動性磁性体を介在させ満すことによって磁気回路
抵抗を減少させ伝送効率を一層良くすることができる。

また運動部に設置した受動用モジュールの各回路および
動力等の電力負荷の運用に対する制御指令などの情報信
号を固定部から非接触で伝送させたい場合、その情報信
号で電力用の周波数を変調して伝送し、これを受動用モ
ジュールで復調することによりその目的を達成できる。

この時に必要であれば電力伝送の周波数を受動用モジュ
ールで使用したいクロック周波数の整数（きにして伝送
した後、受動用モジュールでスケールを合わせて使用す
るか、またはクロック周波数で電力用の周波を 数を変調して伝送し受動用モジュールで復調して使用す
るようにすれば正確な情報の伝送ができる。

さらに受動用モジュールに付帯して配備した２次電池な
どの補助電源を受電々力により充電しておき、機械の休
止時あるいは送信ヘッドと受信ヘッドとが対向していな
い時のように電力が伝送されない場合２その他必要に応
じて受動用モジュールの各回路および動力等の電力負荷
の電源として使用する。

「発明の実施例」 第１図は単に電力のみ、または電力と特定の周波数を伝
送したい場合における実施例で、図においてＡは固定部
の能動用モジュールを、またＢは運動部の受動用モジュ
ールを示すブロックダイアグラムである。

能動電子部品などによるって構成されたパワー発掘回路
１の出力を能動用モジュールの磁気コア２に巻かれた送
信コイル３に印加することにより、受動用モジュールの
磁気コア４と前記磁気コア２との電磁誘導作用により磁
気コア４に巻かれた受信コイル５には当該周波数の電力
が誘導されるので、その電力の一部を！１１？Ａ平滑回
路６によって直流化し、直流／交流変換回路７によって
交流に変１負して出力８を得る。

この場合、受動用モジュールに要求される負荷用の出力
が直流でよければそのま＼出力すればよい。また送信コ
イルと受信コイルとの空隙を、伝送する周波数に対して
適切な透磁率を持つ磁性流体または磁性粉体などの流動
性磁性体を充填するように介在させることにより電力の
伝送効率を高めることができる。

更に、パワー発掘回路１の発賑周波数を運動部で必要な
周波数の整数倍にしておけば、受信コイル５に誘起され
た電力の他の一部を逓倍または逓減することなどにより
必要な周波数を得ることができる。

次に第２図は本発明の実施例のうち、固定部から運動部
に対し電力と制御指令信号及びクロック周波数を伝送す
るものである。図においてＡは固定部の能動用モジュー
ル、Ｂは運動部の受動用モジュールのブロックダイアグ
ラムを示す。

固定８Ｗから運動部に伝送したい情報信号の並列データ
ＳＤはＰ／Ｓ　（並列→直列）変換回路９によって直列
化されたのち、ボーレイトクロックの整数倍の周波数Ｂ
ＲＩを発振する発振回路ｌＯによって駆動されるＦ／Ｓ
　（周波数シフト）変調回路１１へ入り、並列データＳ
Ｄに対応したＦ／Ｓ変調波となる。

但しこの周波数のま−では伝送効率などの点で不適当で
あるから、周波数逓倍回路１２で周波数を高くしたのち
パワーアンプ１３により電力増幅し、固定部の磁気コア
２に巻かれた送信コイル３に印加される。

他方、運動部の磁気コア４と固定部の磁気コア２との電
磁誘導により、磁気コア４に巻かれた受信コイル５には
当該周波数の電力が誘起されるので、その出力の一部を
周波数逓減回路１４で周波数を逓減しボーレイトクロッ
クＢＲ２を得ると共に、他の一部はＦ／Ｓ検波回路Ｉ５
により直列的なデータに復調したのち、Ｓ／Ｐ　（直列
→並列）変地回路１６によってボーレイトクロックＢＲ
２を奈照し並列データＲＤに変換して出力する。

更に受信コイル６に誘起された電力の他の一部を！１流
平滑回路６によって直流化し、その一部を定電圧回路１
７によって電圧を整えたのち前述の各回路に供給すると
共に、他の一部は直流／交流変換回路７によって交流に
変換して出力８を得ることができる。

この場合、運動部に要求される負荷用の出力が直流でよ
ければそのま＼出力すればよい。

なおこの場合、運動部と固定部の間に存在する空隙に流
動性磁性体を充填することにより電力の伝送効率を高め
ることができる。

以上の実施例では変調方式としてＦ／Ｓ変調方式を用い
た場合について説明したが、無線通信などで通常使用さ
れている各種の変調方式が適用できることはいうまでも
ない。

また、伝送する周波数の確度をあまり必要としない場合
は、パワー発振回路ｌにロイヤー発振回路などの自動発
振回路が使用でき、更にパワーアンプ１３やパワー発振
回路ｌには電力用ＦＥＴやパワートランジスタあるいは
ＳＩＴなどの電力用能動素子が使用できる。

この場合もパワー発振回路１の電源は、電灯線や発電装
置あるいは発電素子などの電源から供給される。

さらに運動部の出力に２次電池などを付加し電圧などの
安定化などを企ることもありうる。

次に第３図および第４図は固定部および運動部における
伝送部分の実施例を示したものである。

すなわち第３図は同軸型としたものであり、例えば回転
する回転軸などに取りつけて使用する場合などに適切な
ものである。また第４図は同部分を対向型にしたもので
、例えば既設の設備に付加する場合において回転軸など
の端面に簡単に取り付は得るものである。

何れの場合も！２＝　Ｉであれば、例えばフィードバッ
クのためなどに更にコイルを増やしたり、同調などのた
めにコンデンサ１８や１Ｂ’を付加することがある。そ
して一般に電力や波形歪が大きくなると高調波やスプリ
アスの輻射の強度が大きくなるので、それらの影響が心
配される場合や伝送波形の精度が要求されるような場合
などには、随所にフィルター等を挿入することもあり得
る。

また送信ヘッドと受信ヘッドとの両方あるいはいずれか
一方を平面状コイルに構成する場合、プリントコイルを
単層または積層して用いることができる。

なお上記の説明は何れも片方を固定部、もう一方を運動
部として説明したが、いずれも固定部または運動部とす
ることもあり得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電力伝送制御装置で、電力のみ、
または電力と共にクロック周波数を同時に伝送する場合
の一例を示すブロックダイアグラムである。第２図は電
力と共にその制御指令などの情報信号やクロック周波数
などを同時に伝送する場合の一例を示すブロックダイア
グラムである。 第３図は伝送部分のヘッドの構造を同軸型にした場合、
また第４図は対向型にした場合の一例を示す断面図であ
る。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）固定部と運動部とを有する機械装置にそれぞれ配
   備した能動用および受動用の複数のモジュールから成り
   、能動用モジュールの送信ヘッドと受動用モジュールの
   受信ヘッドとを対向させた状態において、能動用モジュ
   ールから発振した商用周波数以上の電磁波による電磁誘
   導作用で、受動用モジュールの各回路および電力負荷に
   対し非接触で電力を伝送し制御する手段を備えたことを
   特徴とする電力伝送制御装置
2. （２）前記電力を伝送する電磁波の周波数または変調周
   波数を、前記能動用および受動用の複数のモジュールに
   おける共通のクロックとし、電力伝送と同時に運動部に
   対する制御指令などの情報信号を重畳して伝送する手段
   を備えたこと特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電
   力伝送制御装置
3. （３）前記電力を伝送する能動用モジュールの送信ヘッ
   ドと受動用モジュールの受信ヘッドとの少なくとも一方
   を平面コイルで構成したことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の電力伝送制御装置
4. （４）前記電力を伝送する能動用モジュールの送信ヘッ
   ドと受動用モジュールの受信ヘッドとの間に存在する空
   隙に、流動性磁性体を介在させたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の電力伝送制御装置
5. （５）前記能動用モジュールから伝送された電力により
   受動用モジュールに付帯して配備した２次電池を充電し
   ておき、これを電源として動作させるようにしたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電力伝送制御装
   置