JP-2026077138-A - 給電構造及び複数関節機構

Abstract

【課題】送電側部材に対する受電側部材の相対位置が変化しても、給電効率を維持できる給電構造を提供する。 【解決手段】給電構造１は、送電側部材２と、送電側部材２に連結された送電側コイル６と、送電側部材２に対して回転可能に連結された受電側部材３と、送電側コイル６に対向し受電側部材３に対して回転可能に連結された受電側コイル１１と、送電側コイル６に位置決めされた送電側磁性体１３と、受電側コイル１１に位置決めされ、送電側磁性体１３との間で磁気引力が生じる受電側磁性体１４と、を備える。 【選択図】図１

Inventors

• 糸賀 範人
• 小荒田 新一

Assignees

• スタッフ株式会社

Dates

Publication Date

20260513

Application Date

20241025

Claims (5)

1. 送電側部材と、 前記送電側部材に連結された送電側コイルと、 前記送電側部材に対して回転可能に連結された受電側部材と、 前記送電側コイルに対向し、前記受電側部材に対して回転可能に連結された受電側コイルと、 前記送電側コイルに対する前記受電側コイルの相対位置を維持する相対位置維持手段と、 を備えた給電構造。
2. 前記受電側部材は、前記送電側部材に対して３次元方向に回転可能に連結された、 請求項１に記載の給電構造。
3. 前記相対位置維持手段は、 前記送電側コイルに位置決めされた送電側磁性体と、 前記受電側コイルに位置決めされ、前記送電側磁性体との間で磁気引力が生じる受電側磁性体と、を備えた、 請求項１又は２に記載の給電構造。
4. 前記相対位置維持手段は、前記受電側コイルに位置決めされ、重力によって前記受電側コイルを水平に維持する錘体である、 請求項１又は２に記載の給電構造。
5. 給電構造を少なくとも２箇所に備えた複数関節機構であり、 前記給電構造は、 送電側部材と、 前記送電側部材に連結された送電側コイルと、 前記送電側部材に対して回転可能に連結された受電側部材と、 前記送電側コイルに対向し、前記受電側部材に対して回転可能に連結された受電側コイルと、 前記送電側コイルに対する前記受電側コイルの相対位置を維持する相対位置維持手段と、を備えた、 複数関節機構。

Description

本発明は、電力を送電側コイルから受電側コイルへ非接触で給電する給電構造及び複数関節機構に関する。 従来から電気機器において電力を送電側コイルから受電側コイルへ非接触で給電する給電構造が使用されている。例えば、特許文献１に開示された非接触給電構造１は、送電回路２内に第１送電コイル１０と第２送電コイル１３とを備え、受電回路３内に、第１送電コイル１０に対向する第１受電コイル１１と、第２送電コイル１３に対向する第２受電コイル１２とを備え、第１送電コイル１０から第１受電コイル１１へ、第２送電コイル１３から第２受電コイル１２へ、各々非接触で給電することができる。 特開２０２２－３４８２７号公報 図１は、給電構造の第１実施形態を示す説明図である。図２は、給電構造の第１実施形態を示す説明図である。図３は、給電構造の第２実施形態を示す説明図である。図４は、給電構造の第３実施形態を示す説明図である図５は、複数関節機能の第１実施形態を示す説明図である。図６は、複数関節機能の第２実施形態を示す説明図である。 （給電構造１） 本発明の給電構造１について、図面に基づいて、以下に説明する。図面において、Ｘ軸方向は正面図における左右方向であり、Ｙ軸方向はＸ軸に対して垂直な水平方向であり、Ｚ軸方向はＸＹ平面に垂直な方向である。 図１に示すように、給電構造１は、板状の送電側部材２と、送電側部材２に対して回転可能に連結された受電側部材３とを備える。Ｚ軸方向の支持軸４が送電側部材２の中央付近に固定され、中心点ＣＰ１を中心とする円弧形状の腕部材５の中間部が、支持軸４の上端に回転中心線ＣＬ１まわりにＸＹ平面方向に回転可能に連結されている。 受電側部材３は、回転中心線ＣＬ２まわりに上下方向に回転可能に腕部材５の両端付近に連結されている。受電側部材３の下端部３Ｂは、中心点ＣＰ１を中心とする半球形状の中空体であり、腕部材５は、中心点ＣＰ１を中心とする円弧形状である。下端部３Ｂの外周面の半径が腕部材５の内周面の半径よりも小さく、下端部３Ｂの中心点と腕部材５の中心点とが中心点ＣＰ１で一致することにより、受電側部材３が回転中心線ＣＬ２まわりに回転しても腕部材５と干渉しない。なお、回転中心線ＣＬ１及びＣＬ２は中心点ＣＰ１を通る。 腕部材５が送電側部材２に対して回転中心線ＣＬ１まわりに回転可能に連結され、且つ受電側部材３が腕部材５に対して回転中心線ＣＬ２まわりに回転可能に連結されていることにより、受電側部材３は送電側部材２に対して３次元方向に回転可能に球面連結されている。このため、給電構造１は、先端を３次元方向に移動させるロボットアーム等として使用可能である。受電側部材３を送電側部材２に対して回転させる機構は、モータ、シリンダ又は歯車機構等、特に限定されない。 送電側部材２の上面に、支持軸４を囲うリング形状の送電側コイル６が固定され、送電側コイル６の両端に送電側配線７が接続されている。送電側コイル６のリング形状の中心点は、回転中心線ＣＬ１上に位置する。 受電側部材３の中空部８内に、半球形状の回転体９が回転中心線ＣＬ２まわりに回転可能に連結されている。回転体９の外周面の半径は受電側部材３の下端部３Ｂの半球形状の内周面の半径よりも小さく、回転体９の中心点と下端部３Ｂの中心点とが中心点ＣＰ１で一致することにより、回転体９が回転中心線ＣＬ２まわりに回転しても受電側部材３と干渉しない。回転体９と受電側部材３とは、別個独立して回転中心線ＣＬ２まわりに回転可能である。 回転体９の内周面に円形状のプレート１０が固定され、プレート１０の上面にリング形状の受電側コイル１１が固定されている。受電側コイル１１の両端に受電側配線１２が接続されている。受電側コイル１１のリング形状の中心点は、回転中心線ＣＬ１上に位置する。 送電側コイル６と受電側コイル１１とは、互いに平行に離隔対向し、略同一形状のリング形状である。送電側コイル６から受電側コイル１１へ電磁誘導の作用により、非接触で電力を給電できる。送電側部材２の上面であって送電側コイル６の内側に、支持軸４を囲むリング形状の送電側磁性体１３が固定され、回転体９の内周面であってプレート１０の下方に、リング形状の受電側磁性体１４が固定されている。送電側磁性体１３と受電側磁性体１４とは、互いに平行に離隔対向し、例えば同一形状のリング形状である。送電側磁性体１３及び受電側磁性体１４のリング形状の中心点は、回転中心線ＣＬ１上に位置する。なお、受電側磁性体１４の形状は、リング形状の他、孔を有しない円盤形状又は多角形等であっても、磁気引力が最大に生じる状態で送電側コイル６に対する受電側コイル１１の相対位置を維持できればよい。 送電側磁性体１３と受電側磁性体１４との間で磁気引力が生じることにより、送電側磁性体１３及び受電側磁性体１４は、送電側コイル６に対する受電側コイル１１の相対位置を維持する相対位置維持手段として機能する。すなわち、送電側部材２に対して受電側部材３を回転させても、送電側磁性体１３及び受電側磁性体１４により、送電側コイル６と受電側コイル１１とが平行に維持され、送電側コイル６と受電側コイル１１との距離が維持される。なお、送電側磁性体１３及び受電側磁性体１４は、永久磁石であっても電力により磁力が生じる磁性体であってもよい。 送電側磁性体１３、受電側磁性体１４、送電側コイル６及び受電側コイル１１以外の送電側部材２及び受電側部材３等の材質は、磁気引力に影響を与えない樹脂又はアルミニウム等の非磁性体であることが好ましい。また、送電側部材２及び受電側部材３は、内部機構を確認できるように、透明な材質又は透光性を有する材質であってもよい。 （給電構造１の効果） 給電構造１は、送電側磁性体１３及び受電側磁性体１４が相対位置維持手段として機能するため、送電側コイル６に対する受電側コイル１１の角度及び距離等の相対位置を維持できる。このため、給電構造１は、非接触で給電効率を維持しながら、送電側配線７から受電側配線１２へ給電を行うことができる。 ここで、給電構造１は、図２（ａ）に示すように、受電側部材３を実線で示す状態から破線で示す状態へ送電側部材２に対して回転中心線ＣＬ１まわりに回転させることが可能である。このとき、回転体９、プレート１０及び受電側磁性体１４とともに受電側コイル１１が回転中心線ＣＬ１まわりに回転するが、リング形状の送電側コイル６、送電側磁性体１３、受電側コイル１１及び受電側磁性体１４が回転中心線ＣＬ１上に位置するため、送電側コイル６に対する受電側コイル１１の相対位置は変化しない。 さらに、図２（ｂ）に示すように、受電側部材３を実線で示す状態から破線で示す状態へ送電側部材２に対して回転中心線ＣＬ２まわりに回転させた場合、送電側磁性体１３と受電側磁性体１４との磁気引力により、回転体９は二点鎖線で示すような反時計まわりの回転をすることはないため、回転体９に固定されている受電側磁性体１４及び受電側コイル１１は回転することはなく受電側部材３に対して時計まわりに相対的に回転する。このため、送電側コイル６に対する受電側コイル１１の相対位置が維持される。 上述のように、受電側部材３を送電側部材２に対して回転中心線ＣＬ１まわりに回転させた場合及び回転中心線ＣＬ２まわりに回転させた場合のいずれにおいても、送電側コイル６に対する受電側コイル１１の相対位置が維持される。これにより、受電側部材３を送電側部材２に対して３次元方向に回転させても送電側コイル６に対する受電側コイル１１の相対位置が維持され、送電側コイル６から受電側コイル１１への給電効率を維持できる。 また、送電側磁性体１３及び受電側磁性体１４が相対位置維持手段として機能するため、送電側部材２が傾斜して送電側磁性体１３が傾斜していても、送電側磁性体１３と受電側磁性体１４との間で磁気引力が生じることにより、受電側磁性体１４も同様に傾斜し、送電側磁性体１３と受電側磁性体１４との相対位置を維持することができる。 （給電構造の第２実施形態） 送電側磁性体１３及び受電側磁性体１４が相対位置維持手段として機能する給電構造１について上述したが、図３に示すように、錘体２０が相対位置維持手段として機能する給電構造２１であってもよい。錘体２０は回転体９の内底面に固定されることにより受電側コイル１１に位置決めされ、錘体２０の重力によって受電側コイル１１を水平に維持することができる。このため、錘体２０が相対位置維持手段として機能し、送電側コイル６と受電側コイル１１の相対位置を維持できる。但し、錘体２０が相対位置維持手段として機能するために、送電側コイル６が水平に維持されている必要がある。なお、回転体９の重心を調整できることにより錘体２０と同様の効果が生じる手段を採用してもよい。 （給電構造の第３実施形態） また、腕部材５が支持軸４に対して回転し受電側部材３が腕部材５に対して回転することにより、受電側部材３が送電側部材２に対して３次元方向に回転できる給電構造１について上述したが、図４に示すように、送電側部材２が有する半球形状の壁部２２に対して球形状の受電側部材３が摺動することにより、受電側部材３が送電側部材２に対して３次元方向に回転できる給電構造２４であってもよい。壁部２２の半球形状及び受電側部材３の球形状の中心点は中心点ＣＰ１で一致する。 また、受電側コイル１１が回転中心線ＣＬ２まわりに回転可能であることにより送電側コイル６及び受電側コイル１１が相対位置維持手段として機能する給電構造１について上述したが、図４に示すように、互いに直交する回転中心線ＣＬ２及びＣＬ３まわりに受電側コイル１１が回転可能な給電構造２４であってもよい。この場合、受電側部材３と回転体９との隙間に設けられた半球形状の外側回転体２５が受電側部材３に対して回転中心線ＣＬ３まわりに回転可能であるとともに、受電側コイル１１を固定する回転体９が外側回転体２５に対して回転中心線ＣＬ２まわりに回転可能であることにより、受電側コイル１１が回転中心線ＣＬ２及びＣＬ３まわりに３次元方向に回転可能である。このため、受電側部材３が送電側部材２に対して３次元方向に回転しても、送電側磁性体１３及び受電側磁性体１４との磁気引力により、受電側コイル１１が受電側部材３に対して相対的に３次元方向に逆方向に回転して、送電側磁性体１３と受電側磁性体１４との相対位置は維持される。なお、受電側コイル１１と受電側部材３との連結はユニバーサルジョイント連結の一種である。 （複数関節機構３０） 本発明の給電構造を少なくとも２箇所に備えた複数関節機構３０について以下に説明する。図５に示すように、複数関節機構３０は少なくとも給電構造１（１）及び１（２）の２個の給電構造を備える。 給電構造１（１）は、送電側部材２（１）と、送電側コイルと６と、受電側部材３（１）と、受電側コイル１１と、送電側磁性体１３と、受電側磁性体１４を備える。給電構造１（２）は、送電側部材２（２）と、送電側コイルと６と、受電側部材３（２）と、受電側コイル１１と、送電側磁性体１３と、受電側磁性体１４を備える。受電側部材３（１）及び送電側部材２（２）、又は、受電側部材３（２）及び送電側部材２（３）は１個の部材で連続するが、図面において下半分を受電側部材３（１）又は３（２）とし上半分を送電側部材２（２）又は２（３）として示す。また、受電側部材３（１）等の内部の受電側配線１２及び送電側配線７は１本の線体で連続するが、図面において下半分を受電側配線１２とし上半分を送電側配線７として示す。 一の給電構造から上に連結する次の給電構造へ向かって延びる受電側配線１２は、受電側コイル１１から回転中心線ＣＬ２近辺を介して次の給電構造へ向かって延びることが好ましい。これにより、受電側部材３（１）が回転しても受電側配線１２が伸縮して劣化又は破損することがない。 複数関節機構