特表 2023-554431 固定部と可動部との間の非接触電力伝送のための方法、電力供給回路、および電力供給回路を含む非接触接続システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-12-27

(54)【発明の名称】固定部と可動部との間の非接触電力伝送のための方法、電力供給回路、および電力供給回路を含む非接触接続システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/12 20160101AFI20231220BHJP

   H02J 50/80 20160101ALI20231220BHJP

【ＦＩ】

H02J50/12

H02J50/80

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023536962

(86)(22)【出願日】2021-12-17

(85)【翻訳文提出日】2023-07-20

(86)【国際出願番号】 EP2021086456

(87)【国際公開番号】W WO2022129504

(87)【国際公開日】2022-06-23

(31)【優先権主張番号】102020000031361

(32)【優先日】2020-12-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】500200708

【氏名又は名称】マーポス、ソチエタ、ペル、アツィオーニ

【氏名又は名称原語表記】ＭＡＲＰＯＳＳ Ｓ．Ｐ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100118843

【弁理士】

【氏名又は名称】赤岡 明

(74)【代理人】

【識別番号】100120385

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 健之

(72)【発明者】

【氏名】ダビデ、カスタルディーニ

(72)【発明者】

【氏名】アレッサンドロ、ルッジェーリ

(57)【要約】

固定部（１４）と可動部（１５）との間の非接触電力伝送のための方法と、固定部によって支持された一次コイル（２０）を有する一次共振回路と、一次共振回路に面し、可動部によって支持された二次コイル（２１）を有する二次共振回路とを備えた空気結合変圧器（１９）を備える、本方法を実施するための電力供給回路（１７）。一次共振回路は、一次電流（Ｉ１）を循環させる交流一次電圧（Ｖ_１）を供給される。一次電流（Ｉ_１）は、次に、二次電流（Ｉ_２）を循環させる交流二次電圧（Ｖ_２）を二次共振回路内で誘起する。共振条件の達成に影響を及ぼす電気的変数、例えば一次電圧の周波数（Ｆ）が、共振条件で動作するように調整される。固定部と可動部との間の距離（ｄ）は、そのような電気的変数の値の関数として決定される。非接触接続システムが、固定部と可動部と電力供給回路とを含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

固定部（１４）によって支持された一次コイル（２０）を有する一次共振回路と、前記一次共振回路に面し、可動部（１５）によって支持された二次コイル（２１）を有する二次共振回路とを備えた空気結合変圧器（１９）を備える電力供給回路（１７）を用いた、前記固定部（１４）と前記可動部（１５）との間の非接触電力伝送のための方法であって、
前記方法は、
－一次電流（_Ｉ１）を循環させる一次交流電圧（Ｖ_１）を前記一次共振回路に供給するステップであって、前記一次電流が、二次電流（Ｉ_２）を循環させる二次交流電圧（Ｖ_２）を前記二次共振回路内で誘起する、ステップと、
－前記一次電圧（Ｖ_１）が前記一次電流（Ｉ_１）と同相である共振条件の達成に影響を及ぼす少なくとも１つの電気的変数を調整するステップと、
－前記固定部（１４）と前記可動部（１５）との間の距離（ｄ）を監視するステップと
を備え、前記方法は、前記固定部（１４）と前記可動部（１５）との間の前記距離（ｄ）を監視するステップが、
－前記共振条件の達成に影響を及ぼす前記少なくとも１つの電気的変数の値を検出することと、
－前記固定部（１４）と前記可動部（１５）との間の前記距離（ｄ）を、前記少なくとも１つの電気的変数の前記値の関数として決定することと
を備えることを特徴とする、方法。

【請求項2】

前記距離（ｄ）を決定するステップが、前記固定部（１４）と前記可動部（１５）との間の前記距離（ｄ）と、前記共振条件の達成に影響を及ぼす前記少なくとも１つの電気的変数の前記値とをリンクする実験法則を使用することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記少なくとも１つの電気的変数が前記一次電圧（Ｖ_１）の周波数（Ｆ）であり、前記共振条件が共振周波数（Ｆ_Ｒ）において達成される、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

－前記一次電圧（Ｖ_１）と前記一次電流（Ｉ_１）との間の位相シフト（Δφ）を検出するセンサデバイス（２６）が、前記一次共振回路に接続され、
－コントローラ（２７）が設けられ、前記コントローラ（２７）は、前記一次電圧（Ｖ_１）と前記一次電流（Ｉ_１）との間の前記位相シフト（Δφ）を入力として受け取り、前記一次電圧（Ｖ_１）が前記一次電流（Ｉ_１）と同相である共振条件において動作するように前記一次電圧（Ｖ_１）の前記周波数（Ｆ）を調整するようにインバータ（２２）を制御する、
請求項３に記載の方法。

【請求項5】

共振周波数分割の場合、前記一次電圧（Ｖ１）の前記周波数（Ｆ）が、より低い周波数を有する共振ピークを検出し、それに追従するように調整される、請求項３または４に記載の方法。

【請求項6】

前記少なくとも１つの電気的変数が、前記一次共振回路を基準とする全体的なインダクタンスである、請求項１または２に記載の方法。

【請求項7】

前記固定部（１４）と前記可動部（１５）との間の前記距離（ｄ）は、前記電力供給回路（１７）に結合された電気負荷（７）が最小電力消費を有するときに決定される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

工作機械（１）の回転スピンドル（３）に接続され、それと共に回転するバランス調整ヘッド（７）に電力を供給するための方法であって、前記固定部（１４）および前記可動部（１５）が、それぞれ、前記工作機械（１）のフレーム（２）および前記回転スピンドル（３）に取り付けられるように適合される、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

固定部（１４）と可動部（１５）との間の電力の非接触伝送のための電力供給回路（１７）であって、
－前記固定部（１４）によって支持された一次コイル（２０）を有する一次共振回路と、前記一次共振回路に面し、前記可動部（１５）によって支持された二次コイル（２１）を有する二次共振回路とを備えた空気結合変圧器（１９）であって、前記一次共振回路が、一次電流（Ｉ_１）を循環させる一次交流電圧（Ｖ_１）を供給され、前記一次電流が、二次電流（Ｉ_２）を循環させる二次交流電圧（Ｖ_２）を前記二次共振回路内で誘起する、空気結合変圧器（１９）と、
－前記一次電圧（Ｖ_１）が前記一次電流（Ｉ_１）と同相である共振条件の達成に影響を及ぼす少なくとも１つの電気的変数を調整するように構成されたコントローラ（２７）と
を備え、前記電力供給回路は、それが、前記共振条件の達成に影響を及ぼす前記少なくとも１つの電気的変数の値を検出することと、前記固定部（１４）と前記可動部（１５）との間の距離（ｄ）を、前記少なくとも１つの電気的変数の前記値の関数として決定することとを行うように構成された処理ユニットを用いた、前記固定部（１４）と前記可動部（１５）との間の前記距離（ｄ）を測定するための測定システムを備えることを特徴とする、電力供給回路（１７）。

【請求項10】

－前記一次共振回路に接続され、前記一次電圧（Ｖ_１）と前記一次電流（Ｉ_１）との間の位相シフト（Δφ）を検出するように適合されたセンサデバイス（２６）と、
－直流で電力を受け取り、前記一次共振回路に前記一次交流電圧（Ｖ_１）を印加するインバータ（２２）であって、前記コントローラ（２７）は、前記一次電圧（Ｖ_１）と前記一次電流（Ｉ_１）との間の前記位相シフト（Δφ）を入力として受け取り、前記一次電圧（Ｖ_１）が前記一次電流（Ｉ_１）と同相である共振条件において動作するように前記一次電圧（Ｖ_１）の周波数（Ｆ）を調整するように前記インバータ（２２）を制御するように適合された、インバータ（２２）と
をさらに含む、請求項９に記載の電力供給回路（１７）。

【請求項11】

－前記二次交流電圧（Ｖ_２）を対応する電圧（Ｖ_ＯＵＴ）に変換する整流デバイス（２４）と、
－一方の側において前記整流デバイス（２４）に接続され、他方の側において電気負荷（７）に電力供給する電子ＤＣ－ＤＣ電力変換器（２５）と
をさらに備える、請求項９または１０に記載の電力供給回路（１７）。

【請求項12】

前記一次共振回路が、前記一次コイル（２０）に直列に接続された第１のコンデンサを備える、請求項９から１１のいずれか一項に記載の電力供給回路（１７）。

【請求項13】

前記二次共振回路が、前記二次コイル（２１）に直列に接続された第２のコンデンサを備える、請求項９から１２のいずれか一項に記載の電力供給回路（１７）。

【請求項14】

工作機械（１）のための非接触接続システム（１２）であって、請求項９から１３のいずれか一項に記載の電力供給回路（１７）を含み、前記工作機械の、それぞれ、フレーム（２）および回転スピンドル（３）に取り付けられるように適合された前記固定部（１４）および前記可動部（１５）を備える、非接触接続システム（１２）。

【請求項15】

前記固定部（１４）と前記可動部（１５）との間に通信デバイス（１８）をさらに備える、請求項１４に記載の非接触接続システム（１２）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、非接触電力伝送のための方法、および非接触接続システムの固定部と可動部との間の電力の非接触伝送のための電力供給回路に関する。

【0002】

本発明は、有利には、工作機械内の機械部品の機械加工を制御するためのシステムに適用され得、ここにおいて、非接触接続システムは、制御ユニットと、（少なくとも）砥石車を支持する回転スピンドルに取り付けられたバランス調整ヘッドとを通信させ、以下の説明は、このことを、一般性を失うことなく明示的に参照する。

【0003】

本発明は、バランス調整ヘッドなしに、ならびに、振動センサ、例えば音響センサ、および／または電力供給される必要がある可動部内の他のセンサもしくはデバイスを備える、制御システムにも適用され得る。

【背景技術】

【0004】

例えば、欧州特許第０６９０９７９号明細書、欧州特許第１８７０１９８号明細書および欧州特許第３１３４９８０号明細書に記載されているように、（少なくとも）砥石車を支持し、軸方向キャビティ内に収容されたバランス調整ヘッドを備えた、工作機械（特に研削盤）の回転スピンドル（ハブ）が知られている。バランス調整ヘッドは、回転軸に対して偏心した少なくとも１つのバランスマスを含み、その位置は、調整可能であり、電気モータによって制御される。

【0005】

一般に、バランス調整ヘッドは、砥石車とワークピースとの間または砥石車とドレッシング工具（ドレッサ）との間の接触によって引き起こされる超音波音響放射を検出するための振動センサ（すなわち、マイクロフォン）をも備える。振動センサによって生成された電気信号は、機械加工サイクルを制御するために（既知の方法で）使用される。

【0006】

スピンドルに取り付けられたバランス調整ヘッドと固定位置において配置された制御ユニットとの間でアナログおよびデジタル情報を伝送する双方向非接触通信システムがある。特に、通信システムは、デジタル制御信号をバランス調整ヘッドに送信するために（例えば、振動センサの読み取りをアクティブ化／非アクティブ化するために、またはバランスマスを移動させる電気モータを制御するために）制御ユニットによって使用され、デジタル診断信号および振動センサのアナログ読み取り値を制御ユニットに送信するためにバランス調整ヘッドによって反対方向に使用される。

【0007】

非接触電力伝送システムは、必要な電力供給をバランス調整ヘッドに提供する。一般に、電力伝送システムは、機械の固定部と一体の要素（固定子）に配置された一次コイルと、機械の可動部と一体の要素（回転子）、例えば回転スピンドルに配置された二次コイルとを有する、空気結合変圧器を備える。空気結合変圧器の２つのコイルの間には、（例えばスピンドルの熱膨張によりスピンドルが回転すると固定子が回転子に触れ、その両方が損傷するリスクを回避するために）小さすぎても、（空気結合変圧器が、大きすぎる空隙のために十分な電力を回転子に伝達することができなくなることを防止するために）大きすぎてもならない距離（通常、数ミリメートル、例えば１～８ｍｍ）がある。一般に、各バランス調整システムについての設計段階において、正しい動作のために遵守されなければならない固定子と回転子との間の距離の範囲（すなわち、空気結合変圧器の２つのコイル間の距離）が定義され得る。

【0008】

スピンドルが取り付けられた後に（一般に、保守または修理の後に）、固定子と回転子との間の距離は、設計段階において定義された範囲内にあることを保証するのに十分な精度で測定されなければならない。しかしながら、固定子と回転子との間の距離の手動測定は、外部の手動ゲージによるアクセスを阻止する保護ケーシングがあり得るので、実行するのが常に容易であるとは限らない。

【0009】

また、機械動作中に、固定子と回転子との間の距離を、設計段階において定義された範囲内にあることを保証するように、周期的におよび十分な精度で監視および測定することが有用である。実際には、回転子および固定子は、スピンドルの熱膨張により、設置段階において設定された条件よりも近くに移動し得る。または、摩耗、または異なるプロセスのための設備一新により砥石車が交換されると、砥石車支持は、異なる厚さを有し、回転子と固定子との間の距離の変化を引き起こし得る。

【0010】

これらの理由で、「非接触」電子測定デバイス（例えば、レーザ測定デバイス）または固定子と回転子との間の距離を測定することができる１つ以上のセンサが、固定子に設置され得る。しかしながら、この設置は、コストおよび寸法の増加をもたらし、利用可能な空間が極めて限られるいくつかの適用例において問題を引き起こすことがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】欧州特許第０６９０９７９号明細書

【特許文献2】欧州特許第１８７０１９８号明細書

【特許文献3】欧州特許第３１３４９８０号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

本発明の目的は、固定部と可動部、例えば回転部との間の非接触電力伝送のための方法と、そのような固定部と可動部との間の距離を容易に監視することを可能にする電力供給回路と、前記回路を含む非接触接続システムとを提供することであり、方法および回路は、十分な精度で、ならびにコストおよび空間の大幅な増加なしに距離を決定することを可能にする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明は、添付の特許請求の範囲において定義されるように、非接触電力伝送のための方法、電力供給回路、およびそのような回路を含む非接触接続システムを提供する。

【0014】

特許請求の範囲は、本発明の実施形態を説明し、本明細書の不可欠な部分を形成する。

【0015】

本発明は、実施形態の非限定的な例を示す添付の図面を参照して説明される。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】フレームと、砥石車を支持し、バランス調整ヘッドを備えた回転スピンドルと、非接触接続システムとを備える工作機械を概略的に示す図である。

【図2】図１に示されている非接触接続システムの一部である、本発明による電力供給回路を概略的に示す図である。

【図3】図２に示されている電力供給回路に対応する、一次側を参照する等価な電気回路を概略的に示す図である。

【図4】図２の電力供給回路の空気結合変圧器の概略図である。

【図5】接続システムの回転子と固定子との間の距離が変動するにつれて、図２の電力供給回路における一次側を基準とするインダクタンスがどのように変動するかを示すグラフである。

【図6】接続システムの回転子と固定子との間の距離が変動するにつれて、図２の電力供給回路における共振周波数がどのように変動するかを示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

図１では、参照番号１は、全体として工作機械（特に研削盤）を示し、そのいくつかの構成要素のみが示されている。

【0018】

工作機械１はフレーム２を備え、フレーム２は、（それらの間に配置されたベアリングによって）回転可能に、回転軸４を中心に回転する回転スピンドル３を支持する。

【0019】

スピンドル３は、既知の図示されていない手段を使用して取り外し可能にスピンドル３に固定され、例えばコーンカップリングを備える、対応する砥石車ハブによって砥石車５を支持する。スピンドル３は、中心に軸方向開口部６を有する。バランス調整ヘッド７は、スピンドル３に接続され、それと共に回転することができ、より具体的には、バランス調整ヘッド７は軸方向開口部６に収容される。既知のタイプのバランス調整ヘッド７は、回転軸４に対して偏心した２つのバランスマス８と、バランスマス８の角度位置を調整するための相対的な電気モータ９とを備える。バランス調整ヘッド７には、音響センサ１０、または振動センサも収容されている。

【0020】

一般に、バランス調整ヘッド７の機能は、砥石車５のバランスをとることであり（この動作は、砥石車５が交換されるときはいつでも、および砥石車５の摩耗の結果として必要であるとき、実行される）、バランス調整ヘッド７に収容された音響センサ１０は、プロセス監視を実行することを可能にする。

【0021】

バランス調整ヘッド７は、バランス調整ヘッド７および音響センサ１０の動作を制御する制御デバイス１１を備える。

【0022】

非接触接続システム１２が設けられ、２つの機能を有し、すなわち、非接触接続システム１２は、バランス調整ヘッド７に電力を供給し、スピンドル３に取り付けられたバランス調整ヘッド７の制御システム１１と、工作機械１のフレーム２に接続され、非接触接続システム１２と工作機械１の数値制御（図示せず）との間に配置された制御ユニット１３との間でアナログおよびデジタル情報を伝送するための双方向通信を可能にする。

【0023】

非接触接続システム１２は、ケーブルによって制御ユニット１３に接続された工作機械１のフレーム２に取り付けられた、固定部１４、または固定子と、例えば、軸方向開口部６に沿って延びるコイル状電気ケーブル１６によってバランス調整ヘッド７に接続されたスピンドル３に取り付けられた可動部、好ましくは回転部１５、または回転子とを備える。

【0024】

さらに、非接触接続システム１２は、バランス調整ヘッド７に電力を伝送する（固定子１４に部分的に配置され、回転子１５に部分的に配置された）電力供給回路１７と、好ましくは（例えば、米国特許第５６８８１６０号明細書に記載されている代替案のうちの１つによる）光学タイプの（固定子１４に部分的に配置され、回転子１５に部分的に配置された）通信デバイス１８とを備える。

【0025】

通信デバイス１８は、（例えば、音響センサ１０の読み取りをアクティブ化／非アクティブ化するための、またはバランス調整ヘッド７のバランスマス８を変位させる電気モータ９を制御するための）制御信号をバランス調整ヘッド７の制御デバイス１１に送信するために、制御ユニット１３によって使用され、診断信号、および／または音響センサ１０によって提供され、スピンドルが受ける振動に関連する信号を制御ユニット１３に伝送するために、バランス調整ヘッド７の制御デバイス１１によって反対方向に使用される。

【0026】

図２に示されているように、電力供給回路１７は、固定子１４に配置されたインダクタンスＬ_１を有する一次コイル２０と、回転子１５に配置され、一次コイル２０に磁気的に結合されたインダクタンスＬ_２を有する二次コイル２１（すなわち、一次コイル２０によって生成された磁場は、二次コイル２１にリンクされる）とを有する、（図４により詳細に示されている）空気結合変圧器１９を備える。２つのコイル２０および２１の間には、（例えばスピンドルの熱膨張によりスピンドル３が回転すると固定子１４が回転子１５に触れ、その両方が損傷するリスクを回避するために）小さすぎても、（空気結合変圧器１９が、大きすぎる空隙のために十分な電力を回転子１５に伝達することができなくなることを防止するために）大きすぎてもならない距離ｄ（通常、数ミリメートル、例えば１～８ｍｍ）がある。

【0027】

一次共振回路は、直列に接続された、一次コイル２０と、キャパシタンスＣ_１を有する第１のコンデンサとを含む。同様に、二次共振回路は、直列に接続された、二次コイル２１と、キャパシタンスＣ_２を有する第２のコンデンサとを含む。共振回路は、共振条件で動作するように適合された回路を意味する。特に、一次共振回路と二次共振回路とは、直列共振回路である。

【0028】

代替的に、異なるタイプの共振回路、例えば、並列共振回路または直列共振回路と並列共振回路の組合せを使用することが可能である。

【0029】

電力供給回路１７はインバータ２２をも備え、インバータ２２は、電源デバイス２３から直流電気エネルギーを受け取り、一次交流電圧Ｖ_１を一次共振回路に印加し、一次交流電圧Ｖ_１は、可変周波数Ｆを有し、一次電流Ｉ_１の循環を引き起こす。

【0030】

一次共振回路内を循環する電流Ｉ_１は、二次交流電圧Ｖ_２を二次共振回路内で誘起し、二次交流電圧Ｖ_２は、一次電圧Ｖ_１と同じ可変周波数Ｆを有し、二次交流電流Ｉ_２の循環を引き起こす。

【0031】

好ましい実施形態によれば、電力供給回路１７は、二次交流電圧Ｖ_２および二次交流電流Ｉ_２を、対応する直流電圧Ｖ_ＯＵＴおよび対応する直流電流Ｉ_ＯＵＴに変換するダイオード整流器２４を備える。整流器２４は、（電気ケーブル１６を介して）バランス調整ヘッド７が接続されたＤＣ／ＤＣ電子電力変換器２５を補充する。

【0032】

好ましくは、電圧Ｖ_ＯＵＴを安定化する（すなわち、Ｖ_ＯＵＴのリップルを低減する）ために、安定化キャパシタンスＣ_ＯＵＴを有するコンデンサが、整流器２４と並列に接続される。代替的に、キャパシタンスＣ_ＯＵＴを有するコンデンサによって実行される機能は、整流器２４に統合され得る。

【0033】

センサデバイス２６は、一次共振回路に接続され、一次電圧Ｖ_１と一次電流Ｉ_１との間の位相シフトΔφを検出する。好ましくは、センサデバイス２６は、それ自体で、ボックス２８によって極めて概略的に図２に表されている信号調整デバイスに接続される。

【0034】

最後に、電力供給回路１７はコントローラ２７を備え、コントローラ２７は、一次電圧Ｖ_１と一次電流Ｉ_１との間の位相シフトΔφを入力として受け取り、一次電圧Ｖ_１と一次電流Ｉ_１との間の位相シフトΔφに応じて一次電圧Ｖ_１の（したがって、一次電流Ｉ_１の）周波数Ｆを調整するようにインバータ２２を制御する。

【0035】

動作中、コントローラ２７は、一次電圧Ｖ_１と一次電流Ｉ_１との間の位相シフトΔφを相殺するように、すなわち、（容量性インピーダンスが誘導性インピーダンスに等しく、したがって、一次電圧Ｖ_１が一次電流Ｉ_１と完全に同相である）共振条件において動作するように、一次電圧Ｖ_１の（したがって、一次電流Ｉ_１の）周波数Ｆを変動させる。共振条件が発生する周波数Ｆの値は、共振周波数Ｆ_Ｒと呼ばれる。

【0036】

コントローラ２７は、実質的に連続的に（すなわち、常に、動的に）共振条件に従うように（すなわち、一次電圧Ｖ_１と一次電流Ｉ_１との間の位相シフトΔφを相殺する共振周波数Ｆ_Ｒを識別するように）一次電圧Ｖ_１の周波数Ｆを調整することに留意されたい。固定子１４と回転子１５との間の距離ｄが測定または監視されなければならないとき、この距離は、共振条件を維持するように設定された周波数から、すなわち共振周波数Ｆ_Ｒから得られる。

【0037】

図３は、図２の電力供給回路１７に対応する、一次側を参照する等価な電気回路を概略的に示す。そのような回路は、一次電圧Ｖ_１と、（インバータ２２および一次コイル２０の寄生電気抵抗に対応する）電気抵抗Ｒ_１と、キャパシタンスＣ_１と、一次コイル２０のインダクタンスＬ_１と、二次コイル２１および一次側を基準とする二次コイル２１に接続されたすべてのものに対応するインピーダンスＺ_２とを生成するインバータ２２を備える。

【0038】

以下のように仮定する。

【0039】

Ｌ_１＝ｎ^２＊Ｌ_２
Ｃ_１＝Ｃ_２／ｎ^２
ここで、ｎは、２つのコイル２０および２１の間の巻数比であり、また、ユニタリ値をとることができ、
インピーダンスＺ_２は以下に等しい。

【数1】

ここで、ωは角度脈動であり、Ｍは２つのコイル間の相互インダクタンス値であり、Ｒ_Ｌは負荷抵抗である。

【0040】

共振条件は、以下の場合に発生する。

【数2】

Ｌ_１は、一次コイル２０のインダクタンスであり、一次コイル２０の特性（すなわち、巻数Ｎ）および（図４に概略的に示されている）空気結合変圧器１９の磁気回路の特性に依存する。そのような磁気回路は、固定子１４と回転子１５との間の距離ｄを変化させることによって変動する全体的な磁気抵抗Ｒを有する。

【数3】

図４に示されている空気結合変圧器の磁気回路の概略図から、以下を推論することが可能である。

【数4】

コイル２０および２１が巻かれたフェライトコアＦ１およびＦ２の透磁率は、空気の透磁率よりもはるかに大きいため、全体的な磁気抵抗Ｒは、主に、空隙の磁気抵抗Ｒ_ＡＩＲに依存する。

【0041】

空隙の磁気抵抗Ｒ_ＡＩＲは、固定子１４と回転子１５との間の距離ｄに比例するため、一次コイル２０のインダクタンスＬ_１は距離ｄに反比例すると推論することが可能である。次に、一次回路の共振周波数Ｆ_Ｒは、固定子１４と回転子１５との間の（すなわち、２つのコイル２０および２１の間の）距離ｄの平方根に比例する。

【0042】

結論として、共振周波数Ｆ_Ｒなど、共振条件の達成に影響を及ぼす電気的変数の値を知ることで、固定子１４と回転子１５との間の（すなわち、２つのコイル２０および２１の間の）距離ｄを決定することが可能である。したがって、外部のプローブまたはデバイスの必要なしに、ただし、共振条件の達成に影響を及ぼす周波数の値（すなわち、共振周波数Ｆ_Ｒ）を検出し、そのような周波数の値の関数として距離ｄを決定する処理ユニットを含む測定システムによって、固定部１４と可動部１５との間の距離ｄを監視し、より具体的には測定または決定することが可能である。より具体的には、コントローラ２７は、一次回路が（一次電圧Ｖ_１が一次電流Ｉ_１と同相である）共振条件において動作するように、一次電圧Ｖ_１の周波数Ｆを調整する。処理ユニット、例えば制御ユニット１３は、一次電圧Ｖ_１の周波数Ｆによってとられる値、すなわち共振周波数Ｆ_Ｒを検出し、そのような値に応じて固定子１４と回転子１５との間の距離ｄを決定する。

【0043】

共振周波数Ｆ_Ｒの情報を受け取り、固定子１４と回転子１５との間の距離ｄを決定する処理ユニットは、図に記載され、示されているように制御ユニット１３に含まれ得るか、または、制御ユニット１３によって実行される処理動作を容易にするようにコントローラ２７に統合され得る。

【0044】

周波数以外の電気的変数、いかなる場合でも、一次共振回路を基準とする全体的なインダクタンスまたは全体的なキャパシタンスなど、共振条件の達成に影響を及ぼす電気的変数から開始して、外部のプローブまたはデバイスの必要なしに固定子１４と回転子１５との間の距離ｄを監視し、より具体的には測定または決定することが可能である。

【0045】

全体的なインダクタンスおよび全体的なキャパシタンスは、共振条件を達成するように修正された一次共振回路を基準とするインダクタンスまたはキャパシタンス（どの物理量が考慮されるかに応じる）を意味する。特に、一次共振回路のインダクタンスまたはキャパシタンス値は、好適な回路を使用することによって共振条件において動作するように既知の方法で調整され得る。

【0046】

例えば制御ユニット１３に含まれる処理ユニットは、共振条件において動作するとき、周波数Ｆによって、または、両方とも一次共振回路を基準とする全体的なインダクタンスまたは全体的なキャパシタンスによってとられる値（Ｆ_Ｒ）の関数として、固定子１４と回転子１５との間の距離ｄを決定する。

【0047】

結論として、共振周波数Ｆ_Ｒ、または、一次共振回路を基準とする全体的なインダクタンスもしくは全体的なキャパシタンスなど、共振条件の達成に影響を及ぼす別の電気的変数の値を知ることで、固定子１４と回転子１５との間の（すなわち、２つのコイル２０および２１の間の）距離ｄを決定することが可能である。

【0048】

好ましい実施形態によれば、共振条件の達成、および固定子１４と回転子１５との間の距離の測定は、適用の簡単さ、必要な回路、したがって寸法およびコストの観点から最も有利な解決策であるため、好ましくは周波数に基づいて支持される。キャパシタンスおよびインダクタンスはまた、共振条件を達成し、したがって固定子１４と回転子１５との間の距離を決定するために、これらの電気的変数のうちの１つに作用することがシステムが動作しているときにより複雑であり、より大きい寸法およびより高いコストを伴う場合でも、使用され得る。

【0049】

この解決策がより複雑である場合でも、いくつかの電気的変数に同時に作用することも可能である。

【0050】

好ましい実施形態によれば、固定子１４と回転子１５との間の距離ｄと、共振条件の達成に影響を及ぼす電気的変数によってとられる値とをリンクする実験法則が使用される（例えば図５および図６に示されている）。言い換えれば、これは、距離ｄを、周波数Ｆ（図６）の関数として、または全体的なインダクタンスＬ_１（図５）もしくは一次共振回路の全体的なキャパシタンス（図５）の関数として表す。実験法則は、例えば、前に実行された適切な試験から得られる。

【0051】

共振周波数Ｆ_Ｒ（および／または他の電気的変数）の情報は、コントローラ２７にある。コントローラ２７は、工作機械１の制御ユニット１３の論理回路によって読み取られ得るレジスタを介してそれを利用可能にすることができ、制御ユニット１３が対応するシグナリングを扱う。

【0052】

誘導性構成要素およびキャパシタンスについて設定された許容差により、この技術は、絶対距離測定値を提供するために較正段階を必要とし得る。しかしながら、この較正は固定子１４のみに関係するべきであり、回転子１５が現場で交換される場合、較正を繰り返す必要がないという利点がある。これは、新しい回転子１５が、名目上予想されるものとは大きく異なるインダクタンスＬ_２およびキャパシタンスＣ_２の値を有しない場合に当てはまる。

【0053】

この技術の考えられる制限は、「過結合」システム条件における共振周波数分割に存在する、「周波数分割」として文献で知られている現象に関する。「過結合」条件は、相互インダクタンス値が比較的高い間に負荷の電気抵抗（すなわち、バランス調整ヘッド７の等価電気抵抗）が特に小さくなるとき、到達される。この問題を回避するために、コントローラ２７は、周波数ジャンプを回避するために、共振周波数分割の場合に、すなわち「過結合」条件において動作しているときに、より低い周波数で共振ピークにロックされたままであるように設計される。

【0054】

結果として、実行される制御のタイプに鑑みて、「過結合」条件が発生した場合、システムによって選択される共振周波数は、インダクタンスＬ_１およびキャパシタンスＣ_１の値によって排他的に決定される公称値よりも低くなる。

【0055】

一般に、周波数シフトが距離ｄの決定に与える影響を最小限に抑えるために、軽負荷条件（すなわち、負荷の電気抵抗が高い条件）において評価を実行することが好ましい。実際には、この条件では、共振周波数は、前述のように空気結合変圧器１９のリラクタンスＲのみに依存する。言い換えれば、距離ｄの測定は、好ましくは、バランス調整ヘッド７が動作しておらず（すなわち、待機条件においてオンに切り替えられ）、したがって適度な電気負荷を提供するとき、実行される。

【0056】

距離ｄの測定が、重負荷条件（すなわち、負荷の電気抵抗が低い条件）、および距離ｄが小さいときに得ることができる高い相互インダクタンス値において実行される場合、距離ｄの測定は、過小評価されることがある。しかしながら、これは、固定子１４と回転子１５との間の距離ｄが小さいとき、最も安全な状況である。

【0057】

図５は、実験的に得られた図を示し、距離ｄと、共振の条件が到達されたときの一次共振回路を基準とする（ΔＬで示されている）全体的なインダクタンスとの間の相関を示す。

【0058】

図６は、実験的に得られた図を示し、距離ｄと一次電圧Ｖ_１の周波数Ｆとの間の相関を示す。

【0059】

図２は、電力供給回路１７の好ましい実施形態を示す。この回路は、使用される電子機器のタイプによって異なる方法で作ることができ、例えば、整流デバイス２４および変換器２５は省略され得る。

【0060】

実行された実験的試験では、重負荷の場合でも「過結合」現象はめったに発生しない。その存在は、回転子と固定子とが極めて近接しているときに現れ始める。この場合、実際には、測定された周波数Ｆは、予想された周波数と比較してわずかに減少したが、前述のように、コミットされた誤差は、実際の距離よりも小さい距離ｄを推定することになる。したがって、これは、固定子１４と回転子１５との間の不要な接触を回避するためのより予防的な結果をもたらす。

【0061】

添付図に示されている実施形態では、上記で説明された非接触電力伝送方法は、工作機械１において制御ユニット１３を回転スピンドル３のバランス調整ヘッド７に接続する非接触接続システム１２において実施され、回転スピンドル３が（少なくとも）１つの砥石車５を支持する。図示されていない他の実施形態によれば、上記で説明された方法は、異なるタイプの適用例に取り付けられた非接触接続システムにおいて実施され得る。

【0062】

非接触電力伝送方法および電気的供給回路は、これまで、バランス調整ヘッドを備える工作機械内の機械部品の機械加工を制御するためのシステムを参照して説明され、示された。それらは、バランス調整ヘッドなしに、ならびに、振動センサ、例えば音響センサ、および／または電力供給される必要がある可動／回転部内の他のそれ自体既知のセンサもしくはデバイスを備える、制御システムにも適用され得る。

【0063】

本明細書で説明された実施形態は、本発明の保護の範囲から逸脱することなく互いに組み合わせられ得る。

【0064】

上記で説明された方法および回路は、いくつかの利点を提供する。

【0065】

第１に、上記で説明された方法および回路は、十分な精度で距離ｄを測定することを可能にする（すなわち、固定子１４と回転子１５との間の距離ｄの測定は、このタイプの適用例の特定の要件について十分に正確である）。特に、上記で説明された方法および回路は、高い精度が要求されるとき、すなわち、距離ｄがより小さく、固定子１４と回転子１５との間の偶発的なおよび潜在的に破壊的な接触のリスクがより大きいとき、特に正確である。

【0066】

さらに、上記で説明された方法および回路は、距離ｄの実際の値が、すでに存在するものに加えてハードウェア要素を必要とせずに、および回転子１５または通信デバイス１８によって使用される通信プロトコルを測定に関与させることなしに決定され得るので、コストおよび空間の大幅な増加を伴わない。

【0067】

さらに、上記で説明された方法および回路は、適用要件によって回転子１５および固定子１４の幾何学的形状の変動に容易にカスタマイズされ、適合され得るため、極めて柔軟である。

【0068】

最後に、上記で説明された方法および回路のおかげで、回転子１５および固定子１４の全体的な寸法に影響を及ぼすことなしに重要な診断機能を導入することが可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【国際調査報告】