特開 2024-136997 無線電力伝送装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024136997

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】無線電力伝送装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/05 20160101AFI20240927BHJP

【ＦＩ】

H02J50/05

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023048326

(22)【出願日】2023-03-24

(71)【出願人】

【識別番号】304027349

【氏名又は名称】国立大学法人豊橋技術科学大学

(71)【出願人】

【識別番号】591113024

【氏名又は名称】株式会社近藤製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】弁理士法人あいち国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田村 昌也

(72)【発明者】

【氏名】川原 泰正

(72)【発明者】

【氏名】近藤 拓也

(57)【要約】

【課題】高い電力伝送効率と装置の小型化との両立を図ることができる、無線電力伝送装置を提供する。
【解決手段】無線電力伝送装置１は固定側ユニット２と回転側ユニット３とを有する。固定側ユニット２は固定側第１電極２１と固定側第２電極２２とを有する。回転側ユニット３は回転側第１電極３１と回転側第２電極３２とを有する。固定側第１電極２１と回転側第１電極３１とが互いの主面同士を対向させて、第１電極対１１が形成されている。固定側第２電極２２と回転側第２電極３２とが互いの主面同士を対向させて、第２電極対１２が形成されている。第１電極対１１を構成する固定側第１電極２１及び回転側第１電極３１は、主面の法線方向が回転軸４に沿う状態にて、回転軸４の周りに周状に配置されている。第２電極対１２を構成する固定側第２電極２２及び回転側第２電極３２は、主面が回転軸４に沿う状態にて、回転軸４の周りに周状に配置されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

固定側ユニットと、該固定側ユニットに対して回転軸を中心に回転する回転側ユニットと、を有し、
上記固定側ユニットは、互いに電気的に絶縁された固定側第１電極と固定側第２電極とを有し、
上記回転側ユニットは、互いに電気的に絶縁された回転側第１電極と回転側第２電極とを有し、
上記固定側第１電極と上記回転側第１電極とが、互いの主面同士を対向させて配置されることにより電界結合されて、第１電極対が形成され、
上記固定側第２電極と上記回転側第２電極とが、互いの主面同士を対向させて配置されることにより電界結合されて、第２電極対が形成され、
上記第１電極対を構成する上記固定側第１電極及び上記回転側第１電極は、主面の法線方向が上記回転軸に沿う状態にて、上記回転軸の周りに周状に配置されており、
上記第２電極対を構成する上記固定側第２電極及び上記回転側第２電極は、主面が上記回転軸に沿う状態にて、上記回転軸の周りに周状に配置されている、無線電力伝送装置。

【請求項2】

上記第１電極対を構成する上記固定側第１電極及び上記回転側第１電極は、中空円盤形状を有し、上記第２電極対を構成する上記固定側第２電極及び上記回転側第２電極は、円筒形状を有する、請求項１に記載の無線電力伝送装置。

【請求項3】

上記第２電極対は、上記第１電極対の内周端と外周端との中央よりも、外周側に配置されている、請求項１又は２に記載の無線電力伝送装置。

【請求項4】

上記第２電極対は、上記第１電極対の外周端よりも外周側に配置されている、請求項３に記載の無線電力伝送装置。

【請求項5】

上記固定側ユニットは、流体を流通させる固定側流路を有し、上記回転側ユニットは、流体を流通させる回転側流路を有し、上記固定側流路と上記回転側流路とは、上記固定側ユニットと上記回転側ユニットとの間の形成された環状流路を介して、互いに連通している、請求項１又は２に記載の無線電力伝送装置。

【請求項6】

上記固定側ユニットは、ロボットアームのアーム本体に対して周方向に固定されており、上記回転側ユニットには、上記ロボットアームのチャック部が固定されており、上記回転側ユニットは、上記アーム本体に対して、上記チャック部と共に上記回転軸を中心に回転するよう構成されている、請求項１又は２に記載の無線電力伝送装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無線電力伝送装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、固定側ユニットと、該固定側ユニットに対して回転する回転側ユニットとを備えた機構において、固定側ユニットと回転側ユニットとの間で電力伝送を行う技術が提案されている。例えば、特許文献１及び特許文献２には、固定側ユニットに設けた電極と、回転側ユニットに設けた電極とを、電界結合させることで、固定側ユニットと回転側ユニットとの間の電力伝送を行う構成が提案されている。

【0003】

すなわち、上記の構成は、固定側ユニットに設けた２つの電極のそれぞれを、回転側ユニットに設けた２つの電極のそれぞれに対向させている。すなわち、互いに対向配置された電極からなる電極対が二対形成されている。これにより、非接触の無線にて、固定側ユニットと回転側ユニットとの間で、電力伝送を行うことができる。このような電界結合方式の無線電力伝送は、例えば電磁誘導方式の無線電力伝送等に比べて、装置の小型化、軽量化、簡素化の観点で、有利となりやすい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１８－１０７８４０号公報

【特許文献2】特開２０１５－１８６２９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に開示された構成も、特許文献２に開示された構成も、以下の観点において課題がある。
特許文献１に開示された電力伝送回転体のように、二対の電極を回転軸の軸方向に並べて配置すると、電界結合部の占有領域が軸方向に大きくなり、装置の大型化を招いてしまう。また、特許文献２に開示された無線電力伝送装置のように、二対の電極を回転軸の外側に、径方向に並べて配置すると、電界結合部の占有領域が径方向に大きくなり、装置の大型化を招いてしまう。

【0006】

いずれの場合においても、装置の大型化を抑制するために、電極面積を小さくすると、電力伝送効率が低下してしまう。

【0007】

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、高い電力伝送効率と装置の小型化との両立を図ることができる、無線電力伝送装置を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様は、固定側ユニットと、該固定側ユニットに対して回転軸を中心に回転する回転側ユニットと、を有し、
上記固定側ユニットは、互いに電気的に絶縁された固定側第１電極と固定側第２電極とを有し、
上記回転側ユニットは、互いに電気的に絶縁された回転側第１電極と回転側第２電極とを有し、
上記固定側第１電極と上記回転側第１電極とが、互いの主面同士を対向させて配置されることにより電界結合されて、第１電極対が形成され、
上記固定側第２電極と上記回転側第２電極とが、互いの主面同士を対向させて配置されることにより電界結合されて、第２電極対が形成され、
上記第１電極対を構成する上記固定側第１電極及び上記回転側第１電極は、主面の法線方向が上記回転軸に沿う状態にて、上記回転軸の周りに周状に配置されており、
上記第２電極対を構成する上記固定側第２電極及び上記回転側第２電極は、主面が上記回転軸に沿う状態にて、上記回転軸の周りに周状に配置されている、無線電力伝送装置にある。

【発明の効果】

【0009】

上記無線電力伝送装置は、上記第１電極対と上記第２電極対とが、上記の状態にて配置されている。それゆえ、各電極の面積を充分に確保しつつ、上記第１電極対及び上記第２電極対の占有領域を小さくしやすい。その結果、高い電力伝送効率と装置の小型化との両立を図ることができる。

【0010】

以上のごとく、上記態様によれば、高い電力伝送効率と装置の小型化との両立を図ることができる、無線電力伝送装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態１における、無線電力伝送装置の断面説明図。

【図2】図１のII－II線矢視断面図。

【図3】実施形態１における、第１電極対及び第２電極対の斜視説明図。

【図4】実施形態１における、ロボットアームの説明図。

【図5】実施形態１における、アーム本体とチャック部との間に無線電力伝送装置を配設した状態の説明図。

【図6】比較例１における、第１電極対及び第２電極対の斜視説明図。

【図7】比較例１における、無線電力伝送装置の断面説明図。

【図8】比較例１における、電界結合の状態を説明する説明図。

【図9】実施形態１における、電界結合の状態を説明する説明図。

【図10】比較例２における、無線電力伝送装置の断面説明図。

【図11】実施形態２における、ロボットアームに組み込まれた無線電力伝送装置の断面説明図。

【図12】実施形態２における、無線電力伝送装置を含む送電側と受電側との回路図。

【図13】実験例１における、第１電極対及び第２電極対の各部の寸法を示す説明図。

【図14】実験例１における、解析結果を示す線図。

【図15】実験例１における、測定結果を示す線図。

【図16】実験例２における、無線電力伝送装置を含む電力伝送回路の回路図。

【図17】実験例２における、無線電力伝送装置の回路図。

【図18】実験例２における、解析結果を示す線図。

【図19】実験例２における、測定結果を示す線図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本明細書において、「主面の法線方向が上記回転軸に沿う状態」とは、主面の法線が回転軸と実質的に平行であることを意味する。例えば、主面の法線と回転軸との間の角度が、１０°以下程度となる状態を意味する。また、「主面が上記回転軸に沿う状態」とは、主面が回転軸と実質的に平行であることを意味する。例えば、主面と回転軸との間の角度が、１０°以下程度となる状態を意味する。

【0013】

なお、本明細書において、単に軸方向というときは、特に断らない限り、上記回転軸の軸方向をいうものとする。また、単に径方向というときは、特に断らない限り、上記軸方向に直交する方向をいうものとする。また、単に周方向というときは、特に断らない限り、上記軸方向を中心とする円周方向をいうものとする。

【0014】

上記無線電力伝送装置において、上記第１電極対を構成する上記固定側第１電極及び上記回転側第１電極は、中空円盤形状を有し、上記第２電極対を構成する上記固定側第２電極及び上記回転側第２電極は、円筒形状を有するものとすることができる。この場合には、電力伝送効率をより高くすることができる。

【0015】

また、上記第２電極対は、上記第１電極対の内周端と外周端との中央よりも、外周側に配置されているものとすることができる。この場合には、第２電極対を、回転軸から遠ざけることができる。これにより、固定側第２電極及び回転側第２電極の面積を大きくすることができ、電力伝送効率を高くしやすくなる。また、回転軸が金属からなる場合において、回転軸と第２電極対を構成する電極との間の静電容量を小さくすることができる。かかる観点からも、電力伝送効率を高くしやすくなる。

【0016】

また、上記第２電極対は、上記第１電極対の外周端よりも外周側に配置されている、ものとすることができる。この場合には、より一層、第２電極対を、回転軸から遠ざけることができ、電力伝送効率を高くしやすくなる。

【0017】

また、上記固定側ユニットは、流体を流通させる固定側流路を有し、上記回転側ユニットは、流体を流通させる回転側流路を有し、上記固定側流路と上記回転側流路とは、上記固定側ユニットと上記回転側ユニットとの間の形成された環状流路を介して、互いに連通しているものとすることができる。この場合には、固定側ユニットと回転側ユニットとの間で、流体を流通させつつ、固定側ユニットと回転側ユニットとの間の電力伝送を効率よく行うことができる。

【0018】

また、上記固定側ユニットは、ロボットアームのアーム本体に周方向に固定されており、上記回転側ユニットには、上記ロボットアームのチャック部が固定されており、上記回転側ユニットは、上記アーム本体に対して、上記チャック部と共に上記回転軸を中心に回転するよう構成されているものとすることができる。この場合には、ロボットアームの小型化を容易にすると共に、アーム本体とチャック部との間の電力伝送を効率的に行うことができる。なお、ロボットアームにおいては、その軸方向における大型化は、力学的モーメントの増大を招く。かかる観点において、ロボットアームにおいては、アーム本体の軸方向の小型化の要請がある。そこで、上述の第１電極対及び第２電極対の配置構成を採用することで、軸方向の体格を抑制することができる。

【0019】

（実施形態１）
無線電力伝送装置の実施形態につき、図１～図５を参照して説明する。
本形態の無線電力伝送装置１は、図１、図２に示すごとく、固定側ユニット２と、固定側ユニット２に対して回転軸４を中心に回転する回転側ユニット３と、を有する。固定側ユニット２は、互いに電気的に絶縁された固定側第１電極２１と固定側第２電極２２とを有する。

【0020】

回転側ユニット３は、互いに電気的に絶縁された回転側第１電極３１と回転側第２電極３２とを有する。固定側第１電極２１と回転側第１電極３１とが、互いの主面同士を対向させて配置されることにより電界結合されて、第１電極対１１が形成されている。固定側第２電極２２と回転側第２電極３２とが、互いの主面同士を対向させて配置されることにより電界結合されて、第２電極対１２が形成されている。

【0021】

図２、図３に示すごとく、第１電極対１１を構成する固定側第１電極２１及び回転側第１電極３１は、主面の法線方向が回転軸４に沿う状態にて、回転軸４の周りに周状に配置されている。第２電極対１２を構成する固定側第２電極２２及び回転側第２電極３２は、主面が回転軸４に沿う状態にて、回転軸４の周りに周状に配置されている。

【0022】

図２、図３に示すごとく、第１電極対１１を構成する固定側第１電極２１及び回転側第１電極３１は、中空円盤形状を有する。第２電極対１２を構成する固定側第２電極及２２及び回転側第２電極３２は、円筒形状を有する。

【0023】

固定側ユニット２は、固定側第１電極２１及び固定側第２電極２２を保持する樹脂製の固定側保持部材２３を有する。回転側ユニット３は、回転側第１電極３１及び回転側第２電極３２を保持する樹脂製の回転側保持部材３３を有する。固定側保持部材２３及び回転側保持部材３３は、例えば、１ＧＨｚにおける誘電正接が１％以下であるものとすることが好ましい。或いは、固定側保持部材２３及び回転側保持部材３３は、例えば、１ＧＨｚにおける誘電率が２０以下であるものとすることが好ましい。誘電正接と誘電率との少なくとも一方が上記条件を満たすことで、無線電力伝送装置１の電力伝送効率の最大効率ηmaxを９０％以上とすることができる。固定側保持部材２３及び回転側保持部材３３は、例えば、ウレタンアクリレート、テフロン（登録商標）、シリコン、アクリル等とすることができる。

【0024】

以下において、適宜、軸方向における固定側第１電極２１に対する回転側第１電極３１が配される側（すなわち、図１における下側）を、先端側、その反対側を基端側として、説明する。

【0025】

図１、図２に示すごとく、回転側保持部材３３は、回転軸４に固定されている。回転軸４は、金属製である。回転側保持部材３３は、略円柱形状を有する。固定側保持部材２３は、回転側保持部材３３を内側に収容する凹状部２３３を有する。凹状部２３３は、回転側保持部材３３の基端側の底面３３１に軸方向に対向する対向面２３１と、回転側保持部材３３の外周面３３２に径方向に対向する内周面２３２とを有する。

【0026】

固定側保持部材２３の対向面２３１に、固定側第１電極２１が形成されている。固定側保持部材２３の内周面２３２に、固定側第２電極２２が形成されている。回転側保持部材３３の基端側の底面３３１に、回転側第１電極３１が形成されている。回転側保持部材３３の外周面３３２に、回転側第２電極３２が形成されている。これらの電極は、例えば、金属メッキ、金属蒸着等にて、固定側保持部材２３及び回転側保持部材３３の各部に成膜されている。

【0027】

固定側保持部材２３は、回転軸４を挿通する挿通孔２３４を有する。回転軸４は、挿通孔２３４に対して遊嵌されており、固定側保持部材２３に対して、回転軸４が回転可能に配設されている。すなわち、回転軸４は、回転側ユニット３に固定され、固定側ユニット２に対して回転可能に配設されている。

【0028】

本形態の無線電力伝送装置１は、図４に示すような、ロボットアーム１００に設けてある。ロボットアーム１００は、ロボット本体１０１と、アーム本体１０２と、チャック部１０３とを有する。本形態において、アーム本体１０２は、関節部を介して接続された複数の分割アーム部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを有する。

【0029】

図４、図５に示すごとく、無線電力伝送装置１の固定側ユニット２は、ロボットアーム１００のアーム本体１０２（より具体的には、チャック部１０３に最も近い側の分割アーム部１０２ａの本体）に固定されている。無線電力伝送装置１の回転側ユニット３には、ロボットアーム１００のチャック部１０３が固定されている。回転側ユニット３は、アーム本体１０２（より具体的には、チャック部１０３に最も近い側の分割アーム部１０２ａの本体）に対して、チャック部１０３と共に回転するよう構成されている。

【0030】

このように、ロボットアーム１００のロータリージョイント部ＲＪに本形態の無線電力伝送装置１を適用することができる。これにより、アーム本体１０２側からチャック部１０３側への電力伝送を行うことができる。すなわち、アーム本体１０２とチャック部１０３とは、互いに回転可能な状態にて接続されている。この互いに回転するアーム本体１０２とチャック部１０３とを、非接触の電極同士の間にて、無線電力伝送を行うことができる。

【0031】

また、本形態の無線電力伝送装置１は、電力のみならず、電気信号の伝送を行うこともできる。例えば、チャック部１０３に設けたセンサの信号を、無線電力伝送装置１を介して、アーム本体１０２側へ伝送するよう構成することもできる。具体的には、後述する実施形態において説明する。

【0032】

図１～図３に示すごとく、本形態において、第２電極対１２は、第１電極対１１の内周端１１１と外周端１１２との中央よりも、外周側に配置されている。また、第２電極対１２は、第１電極対１１の外周端１１２よりも外周側に配置されている。また、軸方向からみたとき、第２電極対１２の内周半径と、第１電極対１１の外周半径との差は、第２電極対１２の径方向幅以下とすることができる。

【0033】

また、第１電極対１１は、図１に示すように、径方向から見たとき、第２電極対１２と重ならない位置に設けてある。さらに、径方向から見たときの、第１電極対１１と第２電極対１２との間の軸方向距離は、第１電極対１１の軸方向幅よりも小さいものとすることができる。

【0034】

次に、本形態の作用効果につき説明する。
上記無線電力伝送装置１は、第１電極対１１と第２電極対１２とが、上記の状態にて配置されている。それゆえ、各電極の面積を充分に確保しつつ、第１電極対１１及び第２電極対１２の占有領域を小さくしやすい。その結果、高い電力伝送効率と装置の小型化との両立を図ることができる。

【0035】

すなわち、例えば、図６、図７に示す比較例１のように、第１電極対９１と第２電極対９２とが、いずれも軸方向に対向面を向けた状態にて配置される無線電力伝送装置９においては、径方向における装置の大型化を招くこととなる。この径方向の大型化を抑制するためには、例えば、第１電極対９１及び第２電極対９２の外径を小さくすることが考えられる。しかしながら、比較例１において、第１電極対９１及び第２電極対９２の外径を小さくすると、第１電極対９１及び第２電極対１２におけるそれぞれの対向面積が小さくなる。その結果、第１電極対９１及び第２電極対９２における静電容量Ｃ１（図８参照）が小さくなってしまい、電力伝送効率を高くすることが困難となる。

【0036】

また、比較例１において、径方向の大型化を抑制するために、第１電極対９１と第２電極対９２との間の間隔を狭くすることも考えられる。しかしながら、この場合は、第１電極対９１を構成する電極と第２電極対９２を構成する電極との間の静電容量Ｃ２（図８参照）が大きくなってしまう。この場合、その結果、無線電力伝送装置９においては、電力伝送効率の向上が困難となる。

【0037】

これに対して、本形態の無線電力伝送装置１においては、上述のように、第１電極対１１と第２電極対１２とを配置することで、径方向の大型化を招くことなく、第１電極対１１の対向面積及び第２電極対１２の対向面積を大きくすることができる（図１～図３参照）。それゆえ、第１電極対１１における静電容量Ｃ１及び第２電極対１２における静電容量Ｃ１（図９参照）を、大きくすることができる。

【0038】

また、第１電極対１１を構成する電極と第２電極対１２を構成する電極との間の距離を特に近づけることなく、第１電極対１１の対向面積及び第２電極対１２の対向面積を大きくすることもできる。これにより、第１電極対１１を構成する電極と第２電極対１２を構成する電極との間の静電容量Ｃ２を抑制しつつ、第１電極対９１及び第２電極対９２における静電容量Ｃ１を大きくすることができる。つまり、不要な電界結合（静電容量Ｃ２）を抑制しつつ、必要な電界結合（静電容量Ｃ１）を充分に大きくすることができる（図９参照）。

【0039】

また、第２電極対１２は、第１電極対１１の内周端１１１と外周端１１２との中央よりも、外周側に配置されている。これにより、第２電極対１２を、回転軸４から遠ざけることができる。これにより、固定側第２電極２２及び回転側第２電極３２の面積を大きくすることができ、電力伝送効率を高くしやすくなる。また、回転軸４と第２電極対１２を構成する電極との間の静電容量Ｃ４（図９参照）を、より小さくすることができる。かかる観点からも、電力伝送効率を高くしやすくなる。

【0040】

また、第２電極対１２は、第１電極対１１の外周端１１２よりも外周側に配置されている。これにより、より一層、第２電極対１２を、回転軸４から遠ざけることができ、電力伝送効率を高くしやすくなる。

【0041】

また、第１電極対１１の外周側及び第２電極対１２の外周側には、金属筐体が配置されていない。それゆえ、第１電極対１１及び第２電極対１２に対する不要な電界結合を抑制することができる。その結果、電力伝送効率を高くしやすくなる。

【0042】

すなわち、図７、図８に示すように、第１電極対９１及び第２電極対９２の外周側に、金属筐体９３が配置されていると、この金属筐体９３と第２電極対９２との間に、静電容量Ｃ３が生じる。その結果、電力伝送効率の低下を招くおそれがある。これに対して、本形態の無線電力伝送装置１のように、金属筐体を設けないことで、電力伝送効率を向上させることができる。

【0043】

また、例えば、図１０に示すごとく、第１電極対８１と第２電極対８２とを、回転軸４の軸方向に並べて配置する（この構成を比較例２という。）と、電界結合部の占有領域が軸方向に大きくなり、装置の大型化を招いてしまう。これに対して、本形態の無線電力伝送装置１（図１～図３参照）のような第１電極対１１と第２電極対１２との配置とすることで、軸方向の占有領域も抑制することができる。

【0044】

また、本形態の無線電力伝送装置１は、図４、図５に示すごとく、ロボットアーム１００に適用されている。これにより、ロボットアーム１００の小型化を容易にすると共に、アーム本体１０２とチャック部１０３との間の電力伝送を効率的に行うことができる。なお、一般に、ロボットアームにおいては、その軸方向の大型化は、力学的モーメントの増大を招く。かかる観点から、ロボットアームにおいては、アーム本体の軸方向の小型化の要請がある。そこで、上述の第１電極対１１及び第２電極対１２の配置構成を採用することで、軸方向の体格を抑制し、力学的モーメントを抑制することができる。

【0045】

以上のごとく、本形態によれば、高い電力伝送効率と装置の小型化との両立を図ることができる、無線電力伝送装置を提供することができる。

【0046】

（実施形態２）
本形態においては、図１１に示すごとく、ロボットアーム１００のアーム本体１０２とチャック部１０３との接続部分に設けた無線電力伝送装置１の、より具体的な構成につき、説明する。

【0047】

無線電力伝送装置１の固定側ユニット２は、略円環形状に形成された固定側本体部２０を有する。固定側本体部２０は、軸方向の先端側における外周側に、切欠凹部２０１を、円環状に有する。この切欠凹部２０１において固定側保持部材２３が固定側本体部２０に固定されている。固定側保持部材２３に固定側第１電極２１及び固定側第２電極２２が保持されている点は、実施形態１と同様である。

【0048】

無線電力伝送装置１の回転側ユニット３は、固定側本体部２０に対して回転可能に設けられた回転側本体部３０を有する。回転側本体部３０は、回転軸４と、その軸方向の両端に設けられた基端側フランジ３４１及び先端側フランジ３４２とを有する。回転軸４と基端側フランジ３４１及び先端側フランジ３４２とは、互いに一体的に形成されている。回転軸４は、固定側ユニット２の内周側に配置され、基端側フランジ３４１は、固定側ユニット２の基端側に配置され、先端側フランジ３４２は、固定側ユニット２の先端側に配置されている。

【0049】

回転側本体部３０の先端側フランジ３４２の基端側面に、回転側保持部材３３が固定されている。回転側保持部材３３に回転側第１電極３１及び回転側第２電極３２が保持されている点は、実施形態１と同様である。

【0050】

回転側ユニット３は、回転側本体部３０の基端側フランジ３４１において、アーム本体１０２の回転部１０４に固定されている。回転部１０４は、アーム本体１０２の内側において、図示しないモータの駆動力によって、軸周りに回転するよう構成されている。回転側ユニット３における回転側本体部３０の先端側フランジ３４２に、チャック部１０３が固定されている。

【0051】

固定側ユニット２は、流体を流通させる固定側流路５２を有する。回転側ユニット３は、流体を流通させる回転側流路５３を有する。固定側流路５２と回転側流路５３とは、環状流路５１を介して、互いに連通している。環状流路５１は、固定側ユニット２と回転側ユニット３との間の形成された流路である。本形態において、これらの流路には、圧縮空気が流通する。

【0052】

固定側流路５２は、固定側本体部２０に形成されている。固定側流路５２は、固定側本体部２０の外周面と内周面とに開口し、両者を繋ぐように固定側本体部２０の内部に形成されている。固定側本体部２０の内周面と、回転側本体部３０の回転軸４の外周面との間に、環状流路５１が形成されている。固定側流路５２は、内周側の開口を介して、環状流路５１に接続されている。

【0053】

回転側流路５３は、回転側本体部３０に形成されている。回転側流路５３は、回転側本体部３０における回転軸４の外周面と、先端側フランジ３４２の外周面とに開口し、両者を繋ぐように回転側本体部３０の内部に形成されている。回転側流路５３は、回転軸４の外周面の開口を介して、環状流路５１に接続されている。

【0054】

環状流路５１は、複数のパッキン５１１によって気密封止されている。すなわち、軸方向に隣り合うパッキン５１１の間に、それぞれ環状流路５１が形成されている。図１１においては、パッキン５１１は、５個配置されているので、環状流路５１は、４個形成されていることとなる。図示を省略するが、複数の環状流路５１のそれぞれに、固定側流路５２と回転側流路５３とが接続される。

【0055】

固定側流路５２には、アーム本体１０２側に配設された固定側流体配管５４が接続されている。すなわち、固定側本体部２０の外周面に開口した固定側流路５２の開口端に、固定側流体配管５４が接続されている。固定側流体配管５４は、例えば、圧縮ポンプ等に接続され、圧縮空気を固定側流路５２へ送ることができるよう構成されている。

【0056】

回転側流路５３には、チャック部１０３に接続された回転側流体配管５５が接続されている。すなわち、回転側本体部３０の先端側フランジ３４２の外周面に開口した回転側流路５３の開口端に、回転側流体配管５５が接続されている。これにより、圧縮空気は、固定側流体配管５４、固定側流路５２、環状流路５１、回転側流路５３、回転側流体配管５５を介して、チャック部１０３に供給される。チャック部１０３に供給された圧縮空気は、チャック部１０３の動力源として利用することができる。なお、固定側流体配管５４及び回転側流体配管５５としては、例えば、ゴム、樹脂等の可撓性を有するチューブを用いることができる。

【0057】

固定側ユニット２には、固定側電気配線６４が接続されている。固定側電気配線６４は、絶縁被膜を備えた状態で、アーム本体１０２側から伸びている。すなわち、固定側電気配線６４は、アーム本体１０２に部分的に係止されつつ、アーム本体１０２に沿って配設されている。

【0058】

固定側電気配線６４は、固定側ユニット２に内蔵された固定側制御基板６２に電気的に接続されている。固定側制御基板６２は、固定側保持部材２３に設けられている。固定側制御基板６２は、固定側保持部材２３の内部に封止されている。固定側制御基板６２は、固定側第１電極２１及び固定側第２電極２２に電気的に接続されている。

【0059】

回転側ユニット３には、回転側電気配線６５が接続されている。回転側電気配線６５は、絶縁被膜を備えている。回転側電気配線６５の一端は、チャック部１０３に取り付けられたセンサ等に電気的に接続されている。回転側電気配線６５の他端は、回転側ユニット３に内蔵された回転側制御基板６３に電気的に接続されている。回転側制御基板６３は、回転側保持部材３３に設けられている。回転側制御基板６３は、回転側保持部材３３の内部に封止されている。回転側制御基板６３は、回転側第１電極３１及び回転側第２電極３２に電気的に接続されている。

【0060】

なお、固定側制御基板６２及び回転側制御基板６３は、例えば、回転軸４を中心とした略中空円盤状に形成されたものとすることができる。

【0061】

また、アーム本体１０２からは、回り止めブラケット１３１が突出し、回り止めブラケット１３１に回り止めブロック１３２が取り付けてある。固定側ユニット２には、回り止めブロック１３２に係合する係合部が設けてある（図示略）。係合部は、回り止めブロック１３２に対して、周方向に係合している。これにより、固定側ユニット２が、アーム本体１０２に対して、周方向に回転することを防いでいる。すなわち、係合部と回り止めブロック１３２とによって、アーム本体１０２に対して、固定側ユニット２が固定されている。なお、係合部が、回り止めブロック１３２を、周方向の両側から挟持するように係合させたり、回り止めブロック１３２が係合部を、周方向の両側から挟持するように係合させたりすることができる。

【0062】

このように、固定側ユニット２は、ロボットアーム１００のアーム本体１０２に対して周方向に固定されている。また、上述のように、回転側ユニット３には、ロボットアーム１００のチャック部１０３が固定されている。これにより、回転側ユニット３は、アーム本体１０２に対して、チャック部１０３と共に回転軸４を中心に回転するよう構成されている。

【0063】

チャック部１０３には、オートスイッチ等のセンサが設けてある。無線電力伝送装置１を介してチャック部１０３側に伝送された電力は、これらのセンサの動作電力として、利用することができる。

【0064】

図１２に、無線電力伝送装置１を介した、送電側と受電側との電気回路の一例を示す。
同図に示すように、送電側において、直流電源７１１から、高周波インバータ回路７１２及びＣＰＵ７１３のそれぞれに、電力を供給する。高周波インバータ回路１７２に供給された電力は、高周波電力として整合回路７１４を経由して、無線電力伝送装置１に投入される。

【0065】

無線電力伝送装置１において無線電力伝送することで、受電側の整合回路７２１に、高周波電力が投入される。高周波電力は、整合回路７２１、整流回路７２２、ＤＣＤＣコンバータ回路７２３を経由することで、直流電力に変換され、負荷７２４に供給される。負荷７２４としては、例えば、オートスイッチ等のセンサとすることができる。

【0066】

また、受電側に設置したセンサ７２５等の電気信号を、受電側のＣＰＵ７２６においてシリアル信号に変換し、重畳回路７２７を介して、無線電力伝送装置１に重畳させる。無線電力伝送装置１に重畳させた信号は、送電側におけるフィルタ回路７１５（ハイパスフィルタ回路もしくはローパスフィルタ回路）を介して、ＣＰＵ７１３へ送られる。ＣＰＵ７１３において、パラレル信号に変換されて、インターフェース７１６に出力される。

【0067】

このようにして、本形態の無線電力伝送装置１を介して、送電側（アーム本体１０２側）と受電側（チャック部１０３側）との間で、電力の授受を行うと共に、信号の授受を行うことができる。なお、整合回路７１４等、送電側の回路は、上述の固定側制御基板６２に形成されている。また、整合回路７２１等、受電側の回路は、上述の回転側制御基板６３に形成されている。

【0068】

その他は、実施形態１と同様であり、実施形態１と同様の作用効果を有する。

【0069】

（実験例１）
本例は、図１４、図１５に示すごとく、実施形態１に示した無線電力伝送装置１による電力伝送効率の最大効率ηmaxを評価した例である。

【0070】

評価対象としたの無線電力伝送装置１の基本的な構造は、実施形態１に示した通りである。第１電極対１１と第２電極対１２の各部の具体的な寸法は、図１３に示す通りである。すなわち、固定側第１電極２１及び回転側第１電極３１の内直径が４６ｍｍ、外直径が７６．５ｍｍである。固定側第２電極２２の外直径が８０．７ｍｍ、回転側第２電極３２の外直径が７８．７ｍｍである。第１電極対１１及び第２電極対１２は、それぞれの電極間距離を１．０ｍｍとしている。第２電極対１２の軸方向の幅は、１２．４ｍｍである。

【0071】

また、第２電極対１２の基端と、第１電極対１１の先端との間の、軸方向距離は１．０ｍｍである。また、固定側第１電極２１、固定側第２電極２２、回転側第１電極３１、回転側第２電極３２は、いずれも、厚みが０．１ｍｍである。また、回転軸４と固定側第１電極２１及び回転側第１電極３１との径方向距離は、１０．５ｍｍである。この無線電力伝送装置１について、電力伝送効率の最大効率ηmaxを、解析及び実測した。

【0072】

解析装置としては、ＣＳＴ社製ＭｉｃｒｏｗａｖｅＳｔｕｄｉｏを用いた。解析結果を、図１４に示す。同図からわかるように、最大効率ηmaxの解析値は、広い周波数域において略一定であり、１３．５６ＭＨｚにおいて、９８．８３％と高い解析結果が得られた。

【0073】

また、最大効率ηmaxの実測は、高周波信号の測定機器であるベクトルネットワークアナライザを用いて無線電力伝送装置１のインピーダンスを測定し、それをηmaxへと変換し測定した。測定結果を、図１５に示す。同図からわかるように、概ね５ＭＨｚ以上の領域において、最大効率ηmaxは、略一定であり、１３．５６ＭＨｚにおいて、９７．１１％と高い値が得られた。
このように、実施形態１に示した無線電力伝送装置１によれば、高い電力伝送効率の最大効率ηmaxが得られることが確認された。

【0074】

（実験例２）
本例は、図１８、図１９に示すごとく、実施形態１に示した無線電力伝送装置１を用いた電力伝送回路による電力伝送効率ηを評価した例である。

【0075】

図１６に示すごとく、無線電力伝送装置１は、送電側と受電側とに接続される整合回路７１４、７２１と共に、電力伝送回路を構成する。本例においては、整合回路７１４は複数のキャパシタと複数のインダクタとによって構成され、整合回路７２１は複数のインダクタによって構成されている。各整合回路７１４、７２１におけるキャパシタの容量及びインダクタのインダクタンスを調整することにより、送信側と受信側との間のインピーダンス整合が図られる。

【0076】

図１７に示すごとく、無線電力伝送装置１に入射される高周波電力（入射波）は、インピーダンス整合が図られていないと、矢印Ｓ１１に示すように、無線電力伝送装置１の電界結合部において反射されてしまう。一方、インピーダンス整合が図られると、入射波は、無線電力伝送装置１の電界結合部を透過して、受電側へと送られる。この透過する電力の割合が高いほど、電力伝送効率ηが高いこととなる。

【0077】

電力伝送回路による電力伝送効率ηにつき、実験例１と同様に、解析と実測との双方を行った。解析結果を図１８に示し、実測結果を図１９に示す。これらの図から分かるように、いずれの場合にも、所定の伝送周波数（１３．５６ＭＨｚ）において、高い電力伝送効率を得ることができる。すなわち、解析値としては、伝送周波数１３．５６ＭＨｚにおいて、電力伝送効率ηが９７．２９％という高い値が得られた。また、実測値としても、伝送周波数１３．５６ＭＨｚにおいて、電力伝送効率ηが９５．１３％という高い値が得られた。

【0078】

なお、第１電極対を構成する固定側第１電極及び回転側第１電極を、中空円盤状でなく、例えば、周方向の一部が切り欠かれた略Ｃ字形状としたり、周方向に複数に分割された状態としたりして、周状に配置されているものとすることもできる。また、第２電極対を構成する固定側第２電極及び回転側第２電極は、も円筒形状ではなく、例えば、周方向の一部が切り欠かれた略Ｃ字形状としたり、周方向に複数に分割された状態としたりして、周状に配置されているものとすることもできる。

【0079】

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。

【符号の説明】

【0080】

１ 無線電力伝送装置
１１ 第１電極対
１２ 第２電極対
２ 固定側ユニット
２１ 固定側第１電極
２２ 固定側第２電極
３ 回転側ユニット
３１ 回転側第１電極
３２ 回転側第２電極
４ 回転軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】