JP2011019293A - Power supply system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、各種の負荷に対して電力供給を行うための電力供給システムに関する。 The present invention relates to a power supply system for supplying power to various loads.
回転体に設置された負荷に対して電力の供給を行う電力供給システムは、一般に、露出するように回転体に設けられた電極に外部から電極を接触させて電力供給を行う接触式の電力供給システムと、回転体の内部に非露出状に設けられた電極に接触することなく電力供給を行う非接触式の電力供給システムとに大別できる。 In general, a power supply system that supplies power to a load installed on a rotating body is a contact-type power supply that supplies power by bringing an electrode from the outside into contact with an electrode provided on the rotating body so as to be exposed. The system can be broadly classified into a non-contact type power supply system that supplies power without contacting an electrode that is provided in a non-exposed state inside the rotating body.
このうち、従来の接触式の電力供給システムは、例えば特許文献1に開示されている。このシステムでは、回転体にスリップリングと呼ばれる電極を設けると共に、回転体の外部にはブラシと呼ばれる電極を設け、これらのスリップリングとブラシとを接触、摺動させることにより電力伝送を行う。
Among these, a conventional contact-type power supply system is disclosed in
また、従来の非接触式の電力供給システムは、例えば特許文献2に開示されている。このシステムでは、固定側に1次コイルを設けると共に、回転体に2次コイルを設け、これらの1次コイルと2次コイルとを例えば対向させるように配置する。これにより、1次コイルに交流電力を供給すると2次コイルに誘導起電力が発生し、回転体の負荷に電力が供給される。
A conventional non-contact power supply system is disclosed in
しかしながら、上記特許文献1に記載の電力供給システムでは、安定した電力供給を行わせるためには、ブラシとスリップリングとの間の接触圧を適切に管理する必要があった。すなわち、接触圧が適正値より高い場合は、摺動抵抗が増大すると共にブラシ及びスリップリングの磨耗が促進され、装置寿命の短縮化を招く可能性があった。また、接触圧が適正値より低い場合は、ブラシとスリップリングとの接触不良により電力伝送が不安定となる可能性があった。従って、信頼性を確保するためには部品の交換や調整等の定期的なメンテナンス等が必要となっていた。
However, in the power supply system described in
また、上記特許文献2に記載の電力供給システムでは、電磁誘導による給電効率を高めるために鉄心等のコアを回転体に設ける必要があり、構造の複雑化や重量増を招いていた。また、回転体の回転速度が上がると遠心力により2次コイルが変形するため、高速回転する回転体には適用が困難であった。さらに、回転体の回転数によって2次コイルに発生する誘導起電力の周波数が変動するという問題もあった。
In addition, in the power supply system described in
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構造で効率的に回転体に電力を供給することができ、信頼性の高い電力供給システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a highly reliable power supply system that can efficiently supply power to a rotating body with a simple structure.
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項1に記載の電力供給システムは、軸と、境界層を挟んで前記軸を支持する軸受とを備え、当該軸及び軸受を介して交流電源から所定の負荷に対して電力を供給する電力供給システムであって、前記軸受は、軸受電極を備え、前記軸は、前記軸受電極に対して前記境界層を挟んで対向状かつ非接触に配置される軸電極を備え、前記軸受電極に対向するように前記軸電極が配置されることで結合コンデンサが構成され、前記交流電源は、前記結合コンデンサを介して前記負荷への送電を行う。
In order to solve the above-described problems and achieve the object, the power supply system according to
また、請求項2に記載の電力供給システムは、請求項1に記載の電力供給システムにおいて、前記軸受は、電力が供給される第1の前記軸受電極及び第2の前記軸受電極を備え、前記軸は、第1の前記軸電極及び第2の前記軸電極を備え、前記第1の軸受電極に対向するように前記第1の軸電極が配置されることで第1の前記結合コンデンサが構成されると共に、前記第2の軸受電極に対向するように前記第2の軸電極が配置されることで第2の前記結合コンデンサが構成され、前記交流電源は、前記第1の結合コンデンサ及び第2の結合コンデンサを介して前記負荷への送電を行う。
The power supply system according to
また、請求項3に記載の電力供給システムは、請求項2に記載の電力供給システムにおいて、前記軸又は前記軸受は、前記第1の結合コンデンサに直列に接続された第1のコイルと、第2の結合コンデンサに直列に接続された第2のコイルとを備え、前記交流電源は、前記第1の結合コンデンサ及び第1のコイルと前記第2の結合コンデンサ及び第2のコイルとに直列共振を発生させる条件で、前記第1の結合コンデンサ及び第2の結合コンデンサを介して前記負荷への送電を行う。
The power supply system according to
また、請求項4に記載の電力供給システムは、請求項3に記載の電力供給システムにおいて、前記軸受は、複数の前記第1の軸受電極を備え、前記軸は、複数の前記第1の軸電極を備え、前記複数の第1の軸受電極に対向するように前記複数の第1の軸電極が配置されることで複数の前記第1の結合コンデンサが構成され、前記軸又は前記軸受は、前記複数の第1の結合コンデンサ毎に直列に接続された複数の前記第1のコイルを備え、前記交流電源は、前記複数の第1の結合コンデンサ及び複数の第1のコイルと前記第2の結合コンデンサ及び第2のコイルとに直列共振を発生させる条件で、前記複数の第1の結合コンデンサ及び第2の結合コンデンサを介して複数の前記負荷への送電を行う。
The power supply system according to
また、請求項5に記載の電力供給システムは、請求項1から4の何れか一項に記載の電力供給システムにおいて、前記軸電極は、雄ネジ形状に形成され、前記軸受電極は、前記軸電極の雄ネジ形状に螺合する雌ネジ形状に形成される。
The power supply system according to
また、請求項6に記載の電力供給システムは、請求項2に記載の電力供給システムにおいて、前記軸は、前記第1の軸電極と前記第2の軸電極との間に相互に並列接続される第1のコンデンサと第3のコイルを備え、前記交流電源は、前記第1のコンデンサと前記第3のコイルとに並列共振を発生させる条件で、前記第1の結合コンデンサ及び第2の結合コンデンサを介して前記負荷への送電を行う。
The power supply system according to
請求項1に記載の電力供給システムによれば、軸受電極と軸電極とを直接接触させる必要がないため、電極間の接触圧力の管理や電極の磨耗等を考慮する必要がなく、電力供給の信頼性を容易に高めることができる。また、コア材やコイル等を回転体に設ける必要が無いため、構造の複雑化や重量増を回避できる。さらに、回転体に供給される電力が回転速度に影響されないという利点も得ることができる。また、軸受用潤滑油や潤滑性樹脂等の境界層を挟んで、軸受の内周面上に配置された軸受電極と軸の外周面上に配置された軸電極とを対向状かつ非接触に配置したので、従来のすべり軸受の機械的な構造を生かし、簡易かつ信頼性の高い構造により電力供給システムを構成することができる。 According to the power supply system of the first aspect, since it is not necessary to directly contact the bearing electrode and the shaft electrode, it is not necessary to consider the control of contact pressure between the electrodes, wear of the electrode, etc. Reliability can be easily increased. Moreover, since it is not necessary to provide a core material, a coil, etc. in a rotary body, the complexity of a structure and a weight increase can be avoided. Furthermore, the advantage that the electric power supplied to the rotating body is not affected by the rotation speed can be obtained. In addition, the bearing electrode disposed on the inner peripheral surface of the bearing and the shaft electrode disposed on the outer peripheral surface of the shaft are opposed to each other and in a non-contact manner with a boundary layer of bearing lubricating oil or lubricating resin interposed therebetween. Since they are arranged, the power supply system can be configured with a simple and highly reliable structure by utilizing the mechanical structure of the conventional plain bearing.
また、請求項2に記載の電力供給システムによれば、第1の軸受電極に対向するように第1の軸電極が配置されることで第1の結合コンデンサが構成されると共に、第2の軸受電極に対向するように第2の軸電極が配置されることで第2の結合コンデンサが構成され、これらの第1の結合コンデンサ及び第2の結合コンデンサを介して負荷への送電を行うので、交流電源、第1の結合コンデンサ、負荷、及び第2の結合コンデンサを用いた閉回路を構成することができる。 Further, according to the power supply system of the second aspect, the first coupling capacitor is configured by arranging the first shaft electrode so as to face the first bearing electrode, and the second coupling capacitor Since the second coupling capacitor is configured by disposing the second shaft electrode so as to face the bearing electrode, power is transmitted to the load via the first coupling capacitor and the second coupling capacitor. A closed circuit using an AC power supply, a first coupling capacitor, a load, and a second coupling capacitor can be configured.
また、請求項3に記載の電力供給システムによれば、第1の結合コンデンサ及び第1のコイルと第2の結合コンデンサ及び第2のコイルとに直列共振を発生させる条件で、第1の結合コンデンサ及び第2の結合コンデンサを介して負荷への送電を行うので、電力供給回路のインピーダンスを最小化することができ、電力供給効率を向上させることができる。 According to a third aspect of the present invention, the first coupling capacitor and the first coil and the second coupling capacitor and the second coil generate the first resonance under a condition that causes series resonance. Since power is transmitted to the load through the capacitor and the second coupling capacitor, the impedance of the power supply circuit can be minimized and the power supply efficiency can be improved.
また、請求項4に記載の電力供給システムによれば、複数の第1の結合コンデンサ及び複数の第1のコイルと第2の結合コンデンサ及び第2のコイルとに直列共振を発生させる条件で、複数の第1の結合コンデンサ及び第2の結合コンデンサを介して複数の負荷への送電を行うので、回転体に設けられた複数の負荷に対して、軸受及び軸を介して個別に電力を供給することができる。 Further, according to the power supply system of the fourth aspect of the present invention, under the condition that the plurality of first coupling capacitors and the plurality of first coils and the second coupling capacitor and the second coil generate series resonance, Since power is transmitted to a plurality of loads via a plurality of first coupling capacitors and a second coupling capacitor, power is individually supplied to a plurality of loads provided on the rotating body via a bearing and a shaft. can do.
また、請求項5に記載の電力供給システムによれば、軸電極を雄ネジ形状に形成すると共に、軸受電極を、軸電極の雄ネジ形状に螺合する雌ネジ形状に形成したので、送りねじの回転に伴って移動するナットに接続された負荷に対しても、送りねじに設けた軸電極とナットに設けた軸受電極とを介して電力供給を行うことができる。
According to the power supply system of
また、請求項6に記載の電力供給システムによれば、第1の軸電極と第2の軸電極との間に相互に並列接続されるように設けた第1のコンデンサと第3のコイルとに並列共振を発生させる条件で、第1の結合コンデンサ及び第2の結合コンデンサを介して負荷への送電を行うので、これらの第1のコンデンサと第3のコイルとによって構成される第1並列共振回路と負荷とを含む軸側の回路のインピーダンスを増大させることができる。これにより、結合コンデンサにおける電圧降下を低減し、結合コンデンサのキャパシタンスの変動に関わらず安定した電力供給を可能とすることができる。 According to the power supply system of the sixth aspect, the first capacitor and the third coil provided so as to be connected in parallel between the first shaft electrode and the second shaft electrode, Since power is transmitted to the load through the first coupling capacitor and the second coupling capacitor under the condition of generating parallel resonance in the first parallel capacitor, the first parallel circuit configured by the first capacitor and the third coil is used. The impedance of the circuit on the shaft side including the resonance circuit and the load can be increased. As a result, a voltage drop in the coupling capacitor can be reduced, and stable power supply can be achieved regardless of variations in the capacitance of the coupling capacitor.
以下に添付図面を参照して、本発明に係る電力供給システムの各実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。まず、〔I〕各実施の形態に共通の基本的概念を説明した後、〔II〕各実施の形態の具体的内容について説明し、〔III〕最後に、各実施の形態に対する変形例について説明する。ただし、これら各実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Embodiments of a power supply system according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. First, [I] the basic concept common to each embodiment was explained, then [II] the specific contents of each embodiment were explained, and [III] finally, a modification to each embodiment was explained. To do. However, the present invention is not limited by these embodiments.
〔I〕各実施の形態に共通の基本的概念
まず、各実施の形態に共通の基本的概念について説明する。各実施の形態に係る電力供給システムは、電源に対して相対的に回転する回転体に設けられた所定の負荷に対して電力を供給するための電力供給システムである。この電力供給システムの適用対象は任意であり、例えば工業用ロボットのアームに電力供給する場合や、首振り動作をする監視カメラに電力供給する場合、あるいはタワークレーンの回転部に電力供給をする場合等、軸と軸受とから構成される回転接続部分を介して回転体に電力供給するために適用することができる。
[I] Basic concept common to the embodiments First, the basic concept common to the embodiments will be described. The power supply system according to each embodiment is a power supply system for supplying power to a predetermined load provided on a rotating body that rotates relative to a power source. The application target of this power supply system is arbitrary, for example, when supplying power to an arm of an industrial robot, when supplying power to a surveillance camera that swings, or when supplying power to a rotating part of a tower crane For example, the present invention can be applied to supply electric power to a rotating body through a rotary connecting portion composed of a shaft and a bearing.
この電力供給システムは、所定の軸を中心として相対的に回転する軸と軸受との間で非接触で電力の供給を行う。この非接触電力供給は、概略的には、軸と軸受との間に設けられた境界層を挟んで配置されたコンデンサを用いて行われる。すなわち、軸に配置される軸電極と、軸受に配置される軸受電極とを、境界層を挟んで相互に対向状かつ非接触に配置することで、コンデンサ(以下、「結合コンデンサ」と表記する)を構成する。このような結合コンデンサを少なくとも2つ設けて送電路に配置し、この2つの結合コンデンサを介して電界型の送電を行う。この構成によれば、軸電極と軸受電極とを接触させる必要がないため、接触圧力の管理や電極の磨耗等を考慮する必要がなく、電力供給の信頼性を容易に高めることができる。また、コア材やコイル等を回転体に設ける必要が無いため、構造の複雑化や重量増を回避できる。さらに、回転体に供給される電力が回転速度に影響されないという利点も得ることができる。 This power supply system supplies power in a non-contact manner between a shaft and a bearing that rotate relatively around a predetermined shaft. This non-contact power supply is generally performed using a capacitor disposed with a boundary layer provided between the shaft and the bearing. That is, a capacitor (hereinafter referred to as a “coupled capacitor”) is formed by disposing the shaft electrode disposed on the shaft and the bearing electrode disposed on the bearing so as to face each other and contact each other across the boundary layer. ). At least two such coupling capacitors are provided and arranged in the power transmission path, and electric field type power transmission is performed through the two coupling capacitors. According to this configuration, since it is not necessary to bring the shaft electrode and the bearing electrode into contact with each other, there is no need to consider contact pressure management, electrode wear, and the like, and the power supply reliability can be easily increased. Moreover, since it is not necessary to provide a core material, a coil, etc. in a rotary body, complication of a structure and weight increase can be avoided. Furthermore, the advantage that the electric power supplied to the rotating body is not affected by the rotation speed can be obtained.
〔II〕各実施の形態の具体的内容
次に、電力供給システムの各実施の形態の具体的内容について説明する。
[II] Specific Contents of Each Embodiment Next, specific contents of each embodiment of the power supply system will be described.
〔実施の形態1〕
最初に、実施の形態1について説明する。この実施の形態1は、軸受の内周面上に軸受電極を配置し、軸の外周面上に軸電極を配置した形態である。
[Embodiment 1]
First, the first embodiment will be described. In the first embodiment, a bearing electrode is disposed on the inner peripheral surface of the bearing, and a shaft electrode is disposed on the outer peripheral surface of the shaft.
(構成)
まず、電力供給システムの構成について説明する。図1は本実施の形態1に係る電力供給システムを概念的に示す概略図である。図2は電力供給システムの縦断面図であり、図2(a)は軸及び第1の軸受を示す縦断面図、図2(b)は軸及び第2の軸受を示す縦断面図である。図1に示すように、電力供給システム1は、軸2、軸2を支持する軸受3、及び軸2と軸受3との間に狭持される境界層4を備えている。この電力供給システム1は、軸2と共に回転する回転体5上に設けられた負荷6に対して、軸受3の外部に設けられた交流電源7から軸受3及び軸2を介して電力を供給する。
(Constitution)
First, the configuration of the power supply system will be described. FIG. 1 is a schematic diagram conceptually showing the power supply system according to the first embodiment. FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the power supply system, FIG. 2 (a) is a longitudinal sectional view showing the shaft and the first bearing, and FIG. 2 (b) is a longitudinal sectional view showing the shaft and the second bearing. . As shown in FIG. 1, the
(構成−軸)
図1に示すように、軸2は、第1の軸電極20、第2の軸電極21、負荷6、及び電力線22を備えている。なお、以下では、第1の軸電極20と第2の軸電極21とを相互に区別する必要が無い場合には、これらを単に「軸電極20、21」と総称する。
(Configuration-axis)
As shown in FIG. 1, the
軸電極20、21は、軸受3との間で電力の伝送を行う。図2に示すように、軸電極20、21は軸2の外周面上に配置されるものであって、第1の軸電極20は後述する第1の軸受電極32aに対して非導電性の境界層4を挟んで対向状かつ非接触に配置され、第2の軸電極21は後述する第2の軸受電極32bに対して境界層4を挟んで対向状かつ非接触に配置される。軸電極20、21は例えば金属等の導電性材料を用いて略円筒形状に形成され、軸2の外周面に固定されている。軸2に対する軸受電極32a、32bの固定方法は任意であるが、例えばプラスチック等の非導電性のスペーサを介して軸2の外周に嵌めこんだり、非導電性接着剤を用いて固定することにより、軸電極20、21と軸2との間の絶縁を保ちつつ軸電極20、21を軸2に固定する。なお、軸電極20、21は、軸2の軸心に直交する面による当該軸電極20、21の断面において見た場合に、当該軸心を中心とする360度の範囲に渡って連続するように形成されているが、後述するコンデンサ8a、8bの容量として所望の容量が得られる限りにおいて、360度未満の範囲で非連続的に形成してもよい。例えば、金属平板を円筒状に湾曲させて軸電極20、21を形成する場合に、湾曲させた金属平板の端部同士を相互に接合することが何らかの理由で困難である場合には、当該端部同士を相互に接合することなく離間させてもよい。
The
図1に戻り、負荷6は、軸電極20、21を介して供給された交流電力にて駆動され、所定機能を発揮するものである。例えば、軸2がロボットアームの関節の一部として構成された場合、負荷6としては、当該軸2を含む関節から延設されたロボットアームに内蔵されたモータや制御ユニットが該当する。この他、負荷6の具体的構成は任意であり、例えば、軸2の回転に伴って首振り動作をする監視カメラ、あるいは、軸2と共に回動するタワークレーンとして構成することができる。なお、負荷6は、必ずしも軸2の内部に設ける必要はなく、軸2を含む回転体5に負荷6を設けると共に、当該負荷6に対して軸2を介して電力供給を行うようにしてもよい。また、図1においては負荷6を1つのみ示しているが、相互に直列又は並列に接続された複数の負荷6に対して電力供給を行ってもよい。
Returning to FIG. 1, the
電力線22は、軸電極20、21から負荷6に電力を送電するための電気配線である。電力線22の具体的な構成は任意であるが、例えば被覆材にて絶縁された導線を用いて軸2の内部に配線される。
The
(構成−軸受)
図1に示すように、軸受3は、第1の軸受3aと第2の軸受3bとから構成されている。なお、以下では、第1の軸受3aと第2の軸受3bとを相互に区別する必要が無い場合には、これらを単に「軸受3」と総称する。この軸受3は、図2に示すように、固定台30、及び導電性固定部31を備えている。さらに、第1の軸受3aは第1の軸受電極32a及び第1のコイル33a(インダクタ)を備え、第2の軸受3bは第2の軸受電極32b及び第2のコイル33bを備えている。
(Configuration-Bearing)
As shown in FIG. 1, the
固定台30は、軸受3を固定対象物(図示省略)に固定するための台座であり、例えばプラスチック等の非導電性材料を用いて形成されている。固定対象物への固定方法は任意で、例えばボルト及びナットを用いて固定台30を固定対象物に固定する。あるいは、固定対象物に設けられた軸受設置用の孔部に軸受3を圧入して固定する。
The fixed
導電性固定部31は、第1の軸受電極32a及び第2の軸受電極32bを機械的に補強すると共に、軸受3に固定するためのものである。導電性固定部31は、図2に示すように例えば金属等の導電性材料を用いて略円筒形状に形成され、固定台30に設けられた圧入孔に圧入されて固定されている。ただし、この導電性固定部31は、これら第1の軸受電極32aや第2の軸受電極32bと相互に一体に形成してもよい。
The
第1の軸受電極32a及び第2の軸受電極32bは、交流電源7から電力が供給される軸受電極であり、軸2の外周面と対向する第1の軸受3aの内周面上に第1の軸受電極32aが配置され、軸2の外周面と対向する第2の軸受3bの内周面上に第2の軸受電極32bが配置される。なお、以下では、第1の軸受電極32aと第2の軸受電極32bとを相互に区別する必要が無い場合には、これらを単に「軸受電極32a、32b」と総称する。この軸受電極32a、32bは例えば金属等の導電性材料を用いて略円筒形状に形成され、導電性固定部31の内周面に固定されている。軸受電極32a、32bの固定方法は任意であるが、圧入による固定や導電性接着剤を用いた固定により、軸受電極32a、32bと導電性固定部31との間で導通が保たれている。また、図1に示すように、第1の軸受電極32aが第1のコイル33aを介して交流電源7に接続されていると共に、第2の軸受電極32bが第2のコイル33bを介してGNDに接続されており、これらの軸受電極32a、32bに交流電源7から電力が供給される。
The
(構成−境界層)
境界層4は、軸2と軸受3との間に狭持されるものであって、軸2又は軸受3の少なくとも一方に対して摺動自在に設置される。この境界層4としては、例えば一般的にすべり軸受に用いられている軸受用潤滑油や潤滑性樹脂(四フッ化エチレン樹脂(PTFE)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)等)の如き非導電性材料を用いることができる。すなわち、境界層4は、軸電極20、21と軸受電極32a、32bの相互間に後述するコンデンサ8a、8bを形成するためのキャパシタ層であって、軸電極20、21と軸受電極32a、32bの短絡を防止する絶縁層である。
(Configuration-boundary layer)
The
この状態において、非導電性の境界層4を挟んで第1の軸受電極32aに対向するように第1の軸電極20が配置されることで第1の結合コンデンサ8aが構成され、非導電性の境界層4を挟んで第2の軸受電極32bに対向するように第2の軸電極21が配置されることで第2の結合コンデンサ8bが構成される。なお、以下では、第1の結合コンデンサ8aと第2の結合コンデンサ8bとを相互に区別する必要が無い場合には、これらを単に「コンデンサ8a、8b」と総称する。
In this state, the
図1に示すように、第1のコイル33aは第1の結合コンデンサ8aと直列に配置され、第2のコイル33bは第2の結合コンデンサ8bと直列に配置される。なお、以下では、第1のコイル33aと第2のコイル33bとを相互に区別する必要が無い場合には、これらを単に「コイル33a、33b」と総称する。これらのコイル33a、33bは、コンデンサ8a、8bと直列共振回路を構成して直列共振による送電を可能とする。これらのコイル33a、33bは、直列共振が可能な限りにおいて任意の構成及び配置をとりうるものであり、例えば軸2に配置しても良いが、ここでは軸受3に配置している。これにより、軸2を含む回転体5の構造の複雑化や重量増加等を防止することができる。
As shown in FIG. 1, the
(作用)
次に、上述したように構成される電力供給システム1の作用について説明する。図3は、電力供給システム1の回路構成を簡略化して示した図である。
(Function)
Next, the operation of the
図3に示すコンデンサ8a、8b、コイル33a、33b、及び負荷6によって構成される直列共振回路における直列共振条件が満たされると直列共振が生じ、境界層4を挟んで相互に非接触に配置されている軸受3及び軸2を介して負荷6に電力が供給される。具体的には、図3に示した回路を、容量(キャパシタンス)Cのコンデンサ、インダクタンスLのコイル、抵抗Rの負荷で構成される等価回路(図示省略)で表した場合、共振周波数fはf=1/(2π√LC)で表される。この共振周波数fで交流電源7から交流電力が出力されると直列共振が生じる。この場合、電力供給回路のインピーダンスが最小化されるので、電力供給効率を向上させることができる。
When the series resonance condition in the series resonance circuit constituted by the
(実施の形態1の効果)
このように実施の形態1によれば、軸受電極32a、32bと軸電極20、21とを直接接触させる必要がないため、電極間の接触圧力の管理や電極の磨耗等を考慮する必要がなく、電力供給の信頼性を容易に高めることができる。また、コア材やコイル等を回転体5に設ける必要が無いため、構造の複雑化や重量増を回避できる。さらに、回転体5に供給される電力が回転速度に影響されないという利点も得ることができる。また、軸受用潤滑油や潤滑性樹脂等の境界層4を挟んで、軸受3の内周面上に配置された軸受電極32a、32bと軸2の外周面上に配置された軸電極20、21とを対向状かつ非接触に配置したので、従来のすべり軸受の機械的な構造を生かし、簡易かつ信頼性の高い構造により電力供給システム1を構成することができる。
(Effect of Embodiment 1)
As described above, according to the first embodiment, it is not necessary to directly contact the
また、第1の軸受電極32aに対向するように第1の軸電極20が配置されることで第1の結合コンデンサ8aが構成されると共に、第2の軸受電極32bに対向するように第2の軸電極21が配置されることで第2の結合コンデンサ8bが構成され、これらの第1の結合コンデンサ8a及び第2の結合コンデンサ8bを介して負荷6への送電を行うので、交流電源7、第1の結合コンデンサ8a、負荷6、及び第2の結合コンデンサ8bを用いた閉回路を構成することができる。
Further, the
また、第1の結合コンデンサ8a及び第1のコイル33aと第2の結合コンデンサ8b及び第2のコイル33bとに直列共振を発生させる条件で、第1の結合コンデンサ8a及び第2の結合コンデンサ8bを介して負荷6への送電を行うので、電力供給回路のインピーダンスを最小化することができ、電力供給効率を向上させることができる。
Further, the
〔実施の形態2〕
次に、実施の形態2について説明する。この形態は、実施の形態1の構成に加えて、複数の軸受電極32a、32b、及び複数の軸電極20、21を備えた形態である。なお、実施の形態2の構成は、特記する場合を除いて実施の形態1の構成と略同一であり、実施の形態1と略同一の構成についてはこの実施の形態1で用いたものと同一の符号及び/又は名称を必要に応じて付して、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
Next, a second embodiment will be described. In this embodiment, a plurality of bearing
(構成)
図4は実施の形態2に係る電力供給システム1を簡略化して示す横断面図、図5は図4の電力供給システム1の回路構成を示した図である。図4及び図5に示すように、本実施の形態2に係る電力供給システム1は、軸2を含む回転体5上に設けられた複数の負荷6に対して、軸受3の外部に設けられた複数の交流電源7から軸受3及び軸2を介して電力を供給する。
(Constitution)
4 is a cross-sectional view schematically showing the
(構成−軸)
図4に示すように、軸2は複数の第1の軸電極20を備えており、これらの各第1の軸電極20と第2の軸電極21との間に、負荷6が接続されている。
(Configuration-axis)
As shown in FIG. 4, the
また、図5に示すように、本実施の形態2に係る軸2は通信部9を備えている。この通信部9は、軸受3に設けた後述する通信部9と通信を行う通信手段である。この通信部9の具体的構成は任意であるが、例えば、RF通信をMACプロトコルで行うRF/MACを用いて構成される(後述する軸受3の通信部9においても同じ)。この通信部9は、通信用結合コンデンサ9aを介して通信信号を線路から取得し、あるいは線路に重畳出力する。なお、この電力供給システム1においては、電力供給には1MHz前後の周波数を用いるが、通信部9を用いた通信には数GHz付近の周波数帯を使用することを想定している。コンデンサ8a、8bのキャパシタンスは、通信周波数に対しては十分に大きく、伝送ロスにはならないと考えられる。
As shown in FIG. 5, the
(構成−軸受)
図4に示すように、第1の軸受3aは複数の第1の軸受電極32aを備えていると共に、複数の第1の軸受電極32a毎に導電性固定部31を備えている。これらの複数の導電性固定部31は、例えば相互に所定間隔を設けて非導電性の固定台30に配置されることにより、相互に絶縁されている。また、このように相互に絶縁された各導電性固定部31に第1の軸受電極32aが固定されているので、これらの各第1の軸受電極32a間の絶縁性も確保されている。
(Configuration-Bearing)
As shown in FIG. 4, the
この状態において、複数の第1の軸受電極32aに対向するように複数の第1の軸電極20が配置されることで複数の第1の結合コンデンサ8aが構成される。
In this state, the plurality of
また、複数の第1の結合コンデンサ8a毎に第1のコイル33aが直列に接続される。これらの複数の第1のコイル33aは、それぞれ第1の結合コンデンサ8aと直列共振回路を構成して直列共振による送電を可能とする。
A
また、図5に示すように、本実施の形態2に係る軸受3は通信部9を備えている。通信部9は、軸2に設けた通信部9と通信を行う通信手段である。この通信部9は、軸2の通信部9から出力された通信信号を通信信号用の結合コンデンサを介して線路から取得し、あるいは軸2の通信部9に対する通信信号を線路に重畳出力する。これにより、例えば、軸受3の外部に設けられた制御部(図示省略)から入力された制御信号を軸受3の通信部9から軸2の通信部9に送信し、受信した制御信号を当該軸2の通信部9から回転体5に設けられた制御対象(図示省略)に入力することができ、軸受3及び軸2を介して回転体5上の制御対象の制御を行うことが可能となる。
As shown in FIG. 5, the
(実施の形態2の効果)
このように実施の形態2によれば、複数の第1の結合コンデンサ8a及び複数の第1のコイル33aと第2の結合コンデンサ8b及び第2のコイル33bとに直列共振を発生させる条件で、複数の第1の結合コンデンサ8a及び第2の結合コンデンサ8bを介して複数の負荷6への送電を行うので、回転体5に設けられた複数の負荷6に対して、軸受3及び軸2を介して個別に電力を供給することができる。
(Effect of Embodiment 2)
As described above, according to the second embodiment, the plurality of
また、通信信号を線路に重畳出力する通信部9を設けたので、軸受3及び軸2を介して回転体5に対する通信を行うことができる。
In addition, since the
〔実施の形態3〕
次に、実施の形態3について説明する。この形態は、実施の形態1の構成に加えて、軸電極20、21及び軸受電極32a、32bをネジ形状に形成した形態である。なお、実施の形態3の構成は、特記する場合を除いて実施の形態1の構成と略同一であり、実施の形態1と略同一の構成についてはこの実施の形態1で用いたものと同一の符号及び/又は名称を必要に応じて付して、その説明を省略する。
[Embodiment 3]
Next,
(構成)
図6は実施の形態3に係る電力供給システム1を示す平面図である。図6に示すように、本実施の形態3に係る電力供給システム1は、送りねじとして形成された2本の軸2を備えている。この2本の軸2は同期用チェーン10を介して相互に連結されており、モータ11の回転に伴って相互に同期して回転する。これらの2本の軸2の内、モータ11に直結されていない軸2を第1の軸2a、モータ11に直結されている軸2を第2の軸2bとする。また、本実施の形態3に係る電力供給システム1は、軸2との間で電力の伝送を行わずに当該軸2の支持のみを行なう支持用軸受12を備えている。さらに、各軸2にはナット13が螺合され、これらのナット13に対して負荷6を含む移動体14が固定されている。モータ11の回転に伴う軸2の回転運動がナット13を介して直線運動に変換されることにより、移動体14が軸方向に移動可能となっている。
(Constitution)
FIG. 6 is a plan view showing the
(構成−軸)
図7は、図6に示した電力供給システム1のA−A断面図である。本実施の形態3に係る2本の軸2は、上述のように送りねじとして形成されている。これらの軸2上をナット13が移動する範囲において、軸電極20、21は送りねじの一部として雄ネジ形状に形成され、当該軸2の外周面に固定されている。また、第1の軸2aのうち第1の軸受3aに支持されている部分と、第2の軸2bのうち第2の軸受3bに支持されている部分については、軸電極20、21は実施の形態1の場合と同様に略円筒形状に形成され、軸2の外周面に固定されている。また、これらの軸電極20、21の雄ネジ形状の部分と略円筒形状の部分とは、相互に電気的に接続されている。
(Configuration-axis)
FIG. 7 is a cross-sectional view of the
一方、各軸2のうち支持用軸受12に支持されている部分については、軸電極20、21は設けられておらず、非導電性のスペーサ等によって軸2と支持用軸受12との間が電気的に絶縁されている。また、同期用チェーン10と軸2との間も同様に電気的に絶縁されている。これにより、軸受3と軸2との間、及び軸2とナット13との間でのみ、電力の伝送が行われる。
On the other hand, the
(構成−ナット)
ナット13は、導電性固定部31、及び軸受電極32a、32bを備えている。導電性固定部31は、実施の形態1における軸受3の導電性固定部31と同様であるので、説明を省略する。
(Configuration-nut)
The
軸受電極32a、32bは、交流電源7から軸2を介して電力が供給されるものであり、軸2の外周面と対向するナット13の内周面上に軸受電極32a、32bが配置される。この軸受電極32a、32bは、例えば金属等の導電性材料を用いて、軸電極20、21の雄ネジ形状に螺合する雌ネジ形状に形成され、ナット13の導電性固定部31の内周面に固定されている。この軸受電極32a、32bは、軸電極20、21に対して非導電性の境界層4を挟んで対向状かつ非接触に配置される。
The bearing
また、第1の軸2aに螺合されているナット13と、第2の軸2bに螺合されているナット13との間に、負荷6が接続されている。この負荷6は、ナット13の軸受電極32a、32bに電気的に接続され、当該軸受電極32a、32bを介して供給された交流電力にて駆動される。
A
この状態において、非導電性の境界層4を挟んでナット13の軸受電極32a、32bに対向するように第1の軸電極20が配置されることで第3の結合コンデンサ8cが構成され、非導電性の境界層4を挟んで第2の軸受電極32bに対向するように第2の軸電極21が配置されることで第4の結合コンデンサ8dが構成される。なお、以下では、第3の結合コンデンサ8cと第4の結合コンデンサ8dとを相互に区別する必要が無い場合には、これらを単に「ナット側コンデンサ8c、8d」と総称する。
In this state, the third coupling capacitor 8c is configured by disposing the
(作用)
次に、上述したように構成される電力供給システム1の作用について説明する。図6に示すコンデンサ8a、8b、コイル33a、33b、ナット側コンデンサ8c、8d、及び負荷6によって構成される直列共振回路における直列共振条件が満たされると直列共振が生じ、境界層4を挟んで相互に非接触に配置されている軸受3、軸2、及びナット13を介して負荷6に電力が供給される。
(Function)
Next, the operation of the
(実施の形態3の効果)
このように実施の形態3によれば、送りねじとして形成された軸2の軸電極を雄ネジ形状に形成すると共に、当該送りねじに螺合されるナット13の軸受電極32a、32bを、軸電極20、21の雄ネジ形状に螺合する雌ネジ形状に形成したので、送りねじの回転に伴って移動するナット13に接続された負荷6に対しても電力供給を行うことができる。
(Effect of Embodiment 3)
As described above, according to the third embodiment, the shaft electrode of the
〔実施の形態4〕
次に、実施の形態4について説明する。この形態は、コンデンサ及びコイルを用いて並列共振回路を構成した形態である。なお、実施の形態4の構成は、特記する場合を除いて実施の形態1の構成と略同一であり、実施の形態1と略同一の構成についてはこの実施の形態1で用いたものと同一の符号及び/又は名称を必要に応じて付して、その説明を省略する。
[Embodiment 4]
Next, a fourth embodiment will be described. In this form, a parallel resonant circuit is configured using a capacitor and a coil. The configuration of the fourth embodiment is substantially the same as the configuration of the first embodiment unless otherwise specified, and the same configuration as that of the first embodiment is the same as that used in the first embodiment. The code | symbol and / or name are attached | subjected as needed, and the description is abbreviate | omitted.
(構成)
図8は本実施の形態4に係る電力供給システム1の回路構成を示した図である。
(Constitution)
FIG. 8 is a diagram showing a circuit configuration of the
(構成−軸)
図8に示すように、本実施の形態4に係る軸2は、軸電極20、21、負荷6、及び電力線22に加えて、第1並列共振回路40、及び第2並列共振回路50を備えている。
(Configuration-axis)
As shown in FIG. 8, the
第1並列共振回路40は、第1の軸電極20及び第2の軸電極21に接続されるものであり、第1のコンデンサ41及び第3のコイル42を備えている。第1のコンデンサ41と第3のコイル42とは、第1の軸電極20と第2の軸電極21との間に相互に並列に接続されることで並列共振回路を構成する。
The first
第2並列共振回路50は、負荷6に接続されるものであり、第2のコンデンサ51及び第4のコイル52を備えている。第2のコンデンサ51と第4のコイル52とは、相互に並列に接続されることで並列共振回路を構成している。
The second parallel
また、第3のコイル42と第4のコイル52とは、相互に平行かつ所定間隔を隔てて配置され、当該第3のコイル42と第4のコイル52との間で相互誘導作用により電力伝送が可能となるように配置されている。さらに、軸電極20、21への入力電圧を所望の変成比で変圧して負荷6に供給するため、第3のコイル42と第4のコイル52との間の巻数比が設定されている。
The
(構成−軸受)
図8に示すように、本実施の形態4に係る軸受3は、第3並列共振回路60、及び第4並列共振回路70を備えている。
(Configuration-Bearing)
As shown in FIG. 8, the
第3並列共振回路60は、交流電源7に接続されるものであり、第3のコンデンサ61及び第5のコイル62を備えている。第3のコンデンサ61と第5のコイル62とは、相互に並列に接続されることで並列共振回路を構成している。
The third
第4並列共振回路70は、第1の軸受電極32a及び第2の軸受電極32bに接続されるものであり、第4のコンデンサ71及び第6のコイル72を備えている。第4のコンデンサ71と第6のコイル72とは、第1の軸受電極32aと第2の軸受電極32bとの間に相互に並列に接続されることで並列共振回路を構成する。また、第5のコイル62と第6のコイル72とは、相互に平行かつ所定間隔を隔てて配置され、当該第5のコイル62と第6のコイル72との間で相互誘導作用により電力伝送が可能となるように配置されている。さらに、交流電源7の出力電圧を所望の変成比で昇圧して軸受電極32a、32bに供給するため、第5のコイル62と第6のコイル72との間の巻数比が設定されている。
The fourth
ここで、第1並列共振回路40、第2並列共振回路50、第3並列共振回路60、及び第4並列共振回路70の並列共振周波数f1が相互に等しくなるように、各並列共振回路におけるコンデンサのキャパシタンス及びコイルのインダクタンスが設定されている。従って、これらの並列共振回路に並列共振を発生させる条件で交流電源7から交流電力を出力させること(すなわち、並列共振周波数f1で交流電源7から交流電力を出力させること)により、各並列共振回路で並列共振が発生する。
Here, in each parallel resonant circuit, the parallel resonant frequencies f 1 of the first parallel
(作用)
次に、上述したように構成される電力供給システム1の作用について説明する。各並列共振回路に共通の並列共振周波数f1で交流電源7から交流電力が出力され、並列共振条件が満たされると、並列共振回路で並列共振が生じる。この場合、並列共振回路のインピーダンスは並列共振周波数において極めて大きくなることから、並列共振が生じた第1並列共振回路40、第2並列共振回路50、及び負荷6を含む軸側の回路のインピーダンスを、コンデンサ8a、8bのインピーダンスと比較して極めて大きい値とすることができ、コンデンサ8a、8bのキャパシタンスの変動による電力供給への影響を低減することができる。これにより、例えば軸2の振れ回りによって軸2と軸受3との間の距離が変動し、コンデンサ8a、8bのキャパシタンスが変動した場合であっても、軸受3及び軸2を介して安定して負荷6に電力を供給することができる。また、第2並列共振回路50や第3並列共振回路60を設けることにより、交流電源7から出力される無効電流が低減される。
(Function)
Next, the operation of the
(実施の形態4の効果)
このように実施の形態4によれば、第1の軸電極20と第2の軸電極21との間に相互に並列接続されるように設けた第1のコンデンサ41と第3のコイル42とに並列共振を発生させる条件で、第1の結合コンデンサ8a及び第2の結合コンデンサ8bを介して負荷6への送電を行うので、これらの第1のコンデンサ41と第3のコイル42とによって構成される第1並列共振回路40と負荷6とを含む軸2側の回路のインピーダンスを増大させることができる。これにより、コンデンサ8a、8bにおける電圧降下を低減し、コンデンサ8a、8bのキャパシタンスの変動に関わらず安定した電力供給を可能とすることができる。
(Effect of Embodiment 4)
As described above, according to the fourth embodiment, the
〔実施の形態5〕
次に、実施の形態5について説明する。この形態は、軸2と直交する面内に結合コンデンサを設けた形態である。なお、実施の形態5の構成は、特記する場合を除いて実施の形態1の構成と略同一であり、実施の形態1と略同一の構成についてはこの実施の形態1で用いたものと同一の符号及び/又は名称を必要に応じて付して、その説明を省略する。
[Embodiment 5]
Next, a fifth embodiment will be described. In this form, a coupling capacitor is provided in a plane orthogonal to the
(構成)
図9は実施の形態5に係る電力供給システム1を概略的に示した斜視図であり、図10は図9に示した電力供給システム1のB−B断面図である。図9及び図10に示すように、本実施の形態5に係る電力供給システム1は、固定体100、回転体110、及び境界層120を備えている。この電力供給システム1は、固定体100に対して相対的に静止している交流電源7から、回転体110に設けられた負荷113に対して電力を供給する。
(Constitution)
FIG. 9 is a perspective view schematically showing the
(構成−固定体)
固定体100は、軸受101、第1電極102、及びコイル33a、33bを備えている。軸受101は、後述する回転体110の軸を支持するものであり、例えばすべり軸受や転がり軸受等、公知の軸受を用いることができる。第1電極102は、交流電源7から電力が供給される電極であり、第1のコイル33aを介して交流電源7に接続される第1電極102と、第2のコイル33bを介してGNDに接続される第1電極102とを有する。
(Configuration-fixed body)
The fixed
(構成−回転体)
回転体110は、軸111、電極固定板112、及び負荷113を備えている。軸111は、軸受101に支持され、固定体100に対して相対的に回転する。
(Configuration-rotating body)
The
電極固定板112は、軸111を中心として当該軸111と直交する面内に固定的に設けられた略円板であり、非導電性材を用いて構成される。図10に示すように、電極固定板112には2つの第2電極114が設けられている。これらの第2電極114の配置は任意であり、例えば図10(a)に示すように、電極固定板112の一方の面であって当該電極固定板112の外周側に一方の第2電極114が配置され、電極固定板112の他方の面であって当該電極固定板112の内周側に他方の第2電極114が配置される。これにより、2つの第2電極114間の静電容量を低減することができ、電力供給におけるロスを低減することができる。あるいは、図10(b)に示すように、電極固定板112の一方の面全体に一方の第2電極114を配置し、他方の面全体に他方の第2電極114を配置する。この場合は、電極固定板112の厚みを十分にとることにより、2つの第2電極114間の静電容量を低減することができる。
The
負荷113は、2つの第2電極114の間に接続され、当該第2電極114を介して供給された交流電力にて駆動され、所定機能を発揮するものである。
The
(構成−境界層)
境界層120は、第1電極102と第2電極114との間に狭持されるものであって、軸111又は軸受101の少なくとも一方に対して回転可能に設置される。この境界層120としては、例えば一般的にすべり軸受に用いられている軸受用潤滑油や潤滑性樹脂(四フッ化エチレン樹脂(PTFE)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)等)の如き非導電性材料を用いることができる。
(Configuration-boundary layer)
The
この状態において、非導電性の境界層120を挟んで第1電極102に対向するように第2電極114が配置されることでコンデンサ8a、8bが構成される。例えば、図10(a)の例では、交流電源7に接続されている第1電極102と電極固定板112の外周側に配置されている第2電極114とが、相互に対向するように配置されることで第1の結合コンデンサ8aが構成される。また、GNDに接続されている第1電極102と電極固定板112の内周側に配置されている第2電極114とが、相互に対向するように配置されることで第2の結合コンデンサ8bが構成される。
In this state, the
あるいは、図10(b)の例では、交流電源7に接続されている第1電極102と電極固定板112の一方の面に配置されている第2電極114とが、相互に対向するように配置されることで第1の結合コンデンサ8aが構成される。また、GNDに接続されている第1電極102と電極固定板112の他方の面に配置されている第2電極114とが、相互に対向するように配置されることで第2の結合コンデンサ8bが構成される。
Alternatively, in the example of FIG. 10B, the
図10に示すように、交流電源7に接続されている第1のコイル33aは第1の結合コンデンサ8aと直列に配置され、GNDに接続されている第2のコイル33bは第2の結合コンデンサ8bと直列に配置される。これらのコイル33a、33bは、コンデンサ8a、8bと直列共振回路を構成して直列共振による送電を可能とする。
As shown in FIG. 10, the
(作用)
次に、上述したように構成される電力供給システム1の作用について説明する。図10に示すコンデンサ8a、8b、コイル33a、33b、及び負荷113によって構成される直列共振回路における直列共振条件が満たされると直列共振が生じ、境界層120を挟んで相互に非接触に配置されている第1電極102及び第2電極114を介して負荷113に電力が供給される。
(Function)
Next, the operation of the
(実施の形態5の効果)
このように実施の形態5によれば、固定体100に配置された第1電極102と回転体110に配置された第2電極114とを直接接触させる必要がないため、電極間の接触圧力の管理や電極の磨耗等を考慮する必要がなく、電力供給の信頼性を容易に高めることができる。
(Effect of Embodiment 5)
As described above, according to the fifth embodiment, it is not necessary to directly contact the
〔実施の形態6〕
次に、実施の形態6について説明する。この形態は、回転体側の電極を軸2に直接設けた形態である。なお、実施の形態6の構成は、特記する場合を除いて実施の形態5の構成と略同一であり、実施の形態1と略同一の構成についてはこの実施の形態1で用いたものと同一の符号及び/又は名称を必要に応じて付して、その説明を省略する。
[Embodiment 6]
Next, a sixth embodiment will be described. In this form, the rotating body side electrode is directly provided on the
(構成)
図10は実施の形態6に係る電力供給システム1の断面図である。本実施の形態6に係る電力供給システム1において、軸111には、第2電極114a、114b及び負荷113が設けられている。第2電極114aは、導電体で構成された軸111と一体に形成された電極であり、この第2電極114aに対して、境界層120を隔てて、第1電極102が対向するように配置されることで、コンデンサ8aが構成される。また、第2電極114bは、軸111の周面に沿って円筒状に形成されており、その外表面が軸111における第2電極114以外の部分の周面と相互に略面一状になるように配置されている。そして、この第2電極114bに対して、境界層120を隔てて、第1電極102が対向するように配置されることで、コンデンサ8bが構成される。第2電極114bの周囲には、この第2電極114bを囲繞する円筒状の絶縁層115が設けられており、この絶縁層115によって、第2電極114aと第2電極114bとが相互に絶縁されている。なお、図10の例では、第2電極114aを軸111自体によって構成しているが、コンデンサ8aを構成する第1電極102に対向する位置に、第2電極114bと同様の構造で形成した第2電極114aを配置してもよい。
(Constitution)
FIG. 10 is a cross-sectional view of the
(実施の形態6の効果)
このように実施の形態6によれば、実施の形態5と同様の効果に加えて、実施の形態5で示した電極固定板112が不要となるので、構造を一層簡易化でき、電力供給の信頼性を一層高めることができる。
(Effect of Embodiment 6)
As described above, according to the sixth embodiment, in addition to the same effects as those of the fifth embodiment, the
〔実施の形態7〕
次に、実施の形態7について説明する。この形態は、結合コンデンサを一組のみ設けた形態である。なお、実施の形態7の構成は、特記する場合を除いて実施の形態1の構成と略同一であり、実施の形態1と略同一の構成についてはこの実施の形態1で用いたものと同一の符号及び/又は名称を必要に応じて付して、その説明を省略する。
[Embodiment 7]
Next, a seventh embodiment will be described. In this form, only one set of coupling capacitors is provided. The configuration of the seventh embodiment is substantially the same as the configuration of the first embodiment except where otherwise specified. The configuration substantially the same as that of the first embodiment is the same as that used in the first embodiment. The code | symbol and / or name are attached | subjected as needed, and the description is abbreviate | omitted.
(構成)
上述の実施の形態1から6においては、非導電性の境界層4(実施の形態5、6では境界層120)を挟んで第1の軸受電極32a(実施の形態5、6では交流電源7に接続されている第1電極102)に対向するように第1の軸電極20(実施の形態5、6では第2電極114)が配置されることで第1の結合コンデンサ8aが構成され、非導電性の境界層4、120を挟んで第2の軸受電極32b(実施の形態5、6ではGNDに接続されている第1電極102)に対向するように第2の軸電極21(実施の形態5、6では第2電極114)が配置されることで第2の結合コンデンサ8bが構成される。しかし、必ずしも複数のコンデンサ8a、8bが必要なわけではなく、本実施の形態7に係る電力供給システム1は一つの結合コンデンサのみを有している。
(Constitution)
In the first to sixth embodiments described above, the
例えば、本実施の形態7に係る電力供給システム1は、第1の軸受電極32aと第1の軸電極20とで構成された第1の結合コンデンサ8aのみを備える。この場合、負荷6の一方の電極には第1の軸電極20が接続され、他方の電極には公知の手段(例えばブラシ等)を用いてGNDが接続される。これにより閉回路が構成され、第1の結合コンデンサ8aを介して交流電源7から負荷6に電力が供給される。
For example, the
(実施の形態7の効果)
このように実施の形態7によれば、軸受電極32a、32bと軸電極20、21とを直接接触させる必要がないため、電極間の接触圧力の管理や電極の磨耗等を考慮する必要がなく、電力供給の信頼性を容易に高めることができる。
(Effect of Embodiment 7)
As described above, according to the seventh embodiment, since it is not necessary to directly contact the
〔III〕各実施の形態に対する変形例
以上、本発明に係る各実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成及び手段は、特許請求の範囲に記載した各発明の技術的思想の範囲内において、任意に改変及び改良することができる。以下、このような変形例について説明する。
[III] Modifications to Each Embodiment While each embodiment according to the present invention has been described above, the specific configuration and means of the present invention are the same as the technical idea of each invention described in the claims. Modifications and improvements can be arbitrarily made within the range. Hereinafter, such a modification will be described.
(解決しようとする課題や発明の効果について)
まず、発明が解決しようとする課題や発明の効果は、前記した内容に限定されるものではなく、発明の実施環境や構成の細部に応じて異なる可能性があり、上述した課題の一部のみを解決したり、上述した効果の一部のみを奏することがある。さらに、本発明によって、上述していない課題を解決したり、上述していない効果を奏することもある。
(About problems to be solved and effects of the invention)
First, the problems to be solved by the invention and the effects of the invention are not limited to the above contents, and may vary depending on the implementation environment of the invention and the details of the configuration, and only a part of the problems described above. May be solved, or only some of the effects described above may be achieved. Furthermore, according to the present invention, problems not described above may be solved or effects not described above may be achieved.
(電力供給システムの適用対象について)
上述の各実施の形態では、固定された電源から回転する軸に対して電力を供給する場合を例に挙げて説明したが、回転する軸から軸受に電力供給する場合についても電力供給システム1を適用することができる。また、軸受が固定的に設置され軸が回転する場合、又は軸が固定的に設置され軸受が回転する場合の何れの場合についても適用することができる。さらに、軸受又は軸の内部に電源を備える場合、又は、軸受又は軸の外部の電源から電力が供給される場合の何れについても適用することができる。また、軸方向において軸と軸受との相対的位置が固定されている場合、又は軸方向において軸と軸受との位置が相対的に変動する場合の何れについても適用することができる。
(About application target of power supply system)
In each of the above-described embodiments, the case where power is supplied from a fixed power source to a rotating shaft has been described as an example. However, the
(軸受について)
上述の実施の形態1から4においては、軸受が第1の軸受3aと第2の軸受3bとから構成されている場合を例として説明したが、これらの第1の軸受3aと第2の軸受3bとを相互に一体の軸受とし、当該軸受の内周面上に第1の軸受電極32aと第2の軸受電極32bとが相互に絶縁されて配置されるように構成してもよい。
(About bearings)
In the first to fourth embodiments described above, the case where the bearing is constituted by the
(コイルについて)
上述の実施の形態1、3、5、及び6では、第1のコイル33aと第2のコイル33bとの二つのコイルを備える場合を例として説明したが、これらの第1のコイル33aと第2のコイル33bとを統合して、一つのコイルとしてもよい。この場合、統合したコイルの配置位置は任意で、第1の結合コンデンサ8a又は第2の結合コンデンサ8bの何れに直列接続してもよく、軸2(実施の形態5、6では軸111)、軸受3(実施の形態5、6では軸受101)、あるいは固定体100の何れに配置してもよい。
(About coils)
In the first, third, fifth, and sixth embodiments described above, the case where the
この発明は、各種の負荷に対して電力供給を行うものであり、特に、簡易な構造で効率的に回転体5に電力を供給することができ、信頼性の高い電力供給システムに有用である。
The present invention supplies power to various loads, and in particular, can supply power to the
1 電力供給システム
2、111 軸
2a 第1の軸
2b 第2の軸
3、101 軸受
3a 第1の軸受
3b 第2の軸受
4、120 境界層
5、110 回転体
6、113 負荷
7 交流電源
8a 第1の結合コンデンサ
8b 第2の結合コンデンサ
8c 第3の結合コンデンサ
8d 第4の結合コンデンサ
9 通信部
9a 通信用結合コンデンサ
10 同期用チェーン
11 モータ
12 支持用軸受
13 ナット
14 移動体
20 第1の軸電極
21 第2の軸電極
22 電力線
30 固定台
31 導電性固定部
32a 第1の軸受電極
32b 第2の軸受電極
33a 第1のコイル
33b 第2のコイル
40 第1並列共振回路
41 第1のコンデンサ
42 第3のコイル
50 第2並列共振回路
51 第2のコンデンサ
52 第4のコイル
60 第3並列共振回路
61 第3のコンデンサ
62 第5のコイル
70 第4並列共振回路
71 第4のコンデンサ
72 第6のコイル
100 固定体
102 第1電極
112 電極固定板
114、114a、114b 第2電極
115 絶縁層
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記軸受は、軸受電極を備え、
前記軸は、前記軸受電極に対して前記境界層を挟んで対向状かつ非接触に配置される軸電極を備え、
前記軸受電極に対向するように前記軸電極が配置されることで結合コンデンサが構成され、
前記交流電源は、
前記結合コンデンサを介して前記負荷への送電を行う、
電力供給システム。 A power supply system comprising a shaft and a bearing that supports the shaft across a boundary layer, and that supplies power to a predetermined load from an AC power source via the shaft and the bearing,
The bearing comprises a bearing electrode;
The shaft includes a shaft electrode that is disposed in a non-contact manner and opposed to the bearing electrode across the boundary layer,
A coupling capacitor is configured by arranging the shaft electrode so as to face the bearing electrode,
The AC power supply is
Power is transmitted to the load via the coupling capacitor;
Power supply system.
電力が供給される第1の前記軸受電極及び第2の前記軸受電極を備え、
前記軸は、
第1の前記軸電極及び第2の前記軸電極を備え、
前記第1の軸受電極に対向するように前記第1の軸電極が配置されることで第1の前記結合コンデンサが構成されると共に、前記第2の軸受電極に対向するように前記第2の軸電極が配置されることで第2の前記結合コンデンサが構成され、
前記交流電源は、
前記第1の結合コンデンサ及び第2の結合コンデンサを介して前記負荷への送電を行う、
請求項1に記載の電力供給システム。 The bearing is
Comprising the first and second bearing electrodes to which power is supplied;
The axis is
Comprising the first axial electrode and the second axial electrode;
The first shaft electrode is disposed so as to face the first bearing electrode, thereby forming the first coupling capacitor, and the second shaft so as to face the second bearing electrode. The second coupling capacitor is configured by arranging the shaft electrode,
The AC power supply is
Power is transmitted to the load through the first and second coupling capacitors;
The power supply system according to claim 1.
前記第1の結合コンデンサに直列に接続された第1のコイルと、第2の結合コンデンサに直列に接続された第2のコイルとを備え、
前記交流電源は、
前記第1の結合コンデンサ及び第1のコイルと前記第2の結合コンデンサ及び第2のコイルとに直列共振を発生させる条件で、前記第1の結合コンデンサ及び第2の結合コンデンサを介して前記負荷への送電を行う、
請求項2に記載の電力供給システム。 The shaft or the bearing is
A first coil connected in series to the first coupling capacitor; and a second coil connected in series to a second coupling capacitor;
The AC power supply is
The load is passed through the first coupling capacitor and the second coupling capacitor under the condition that series resonance is generated in the first coupling capacitor and the first coil and the second coupling capacitor and the second coil. Power transmission to the
The power supply system according to claim 2.
複数の前記第1の軸受電極を備え、
前記軸は、
複数の前記第1の軸電極を備え、
前記複数の第1の軸受電極に対向するように前記複数の第1の軸電極が配置されることで複数の前記第1の結合コンデンサが構成され、
前記軸又は前記軸受は、
前記複数の第1の結合コンデンサ毎に直列に接続された複数の前記第1のコイルを備え、
前記交流電源は、
前記複数の第1の結合コンデンサ及び複数の第1のコイルと前記第2の結合コンデンサ及び第2のコイルとに直列共振を発生させる条件で、前記複数の第1の結合コンデンサ及び第2の結合コンデンサを介して複数の前記負荷への送電を行う、
請求項3に記載の電力供給システム。 The bearing is
A plurality of the first bearing electrodes;
The axis is
A plurality of the first axial electrodes;
The plurality of first coupling capacitors are configured by disposing the plurality of first shaft electrodes so as to face the plurality of first bearing electrodes,
The shaft or the bearing is
A plurality of the first coils connected in series for each of the plurality of first coupling capacitors;
The AC power supply is
The plurality of first coupling capacitors and the second coupling under a condition for generating a series resonance in the plurality of first coupling capacitors and the plurality of first coils and the second coupling capacitor and the second coil. Transmitting power to the plurality of loads via a capacitor;
The power supply system according to claim 3.
雄ネジ形状に形成され、
前記軸受電極は、
前記軸電極の雄ネジ形状に螺合する雌ネジ形状に形成される、
請求項1から4の何れか一項に記載の電力供給システム。 The axial electrode is
Formed into a male thread shape,
The bearing electrode is
Formed into a female screw shape screwed into the male screw shape of the shaft electrode,
The power supply system according to any one of claims 1 to 4.
前記第1の軸電極と前記第2の軸電極との間に相互に並列接続される第1のコンデンサと第3のコイルを備え、
前記交流電源は、
前記第1のコンデンサと前記第3のコイルとに並列共振を発生させる条件で、前記第1の結合コンデンサ及び第2の結合コンデンサを介して前記負荷への送電を行う、
請求項2に記載の電力供給システム。 The axis is
A first capacitor and a third coil connected in parallel with each other between the first shaft electrode and the second shaft electrode;
The AC power supply is
Power transmission to the load is performed via the first coupling capacitor and the second coupling capacitor under the condition of causing parallel resonance in the first capacitor and the third coil.
The power supply system according to claim 2.
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