(57)【要約】【課題】液体金属を容易に活用できる送電装置を提供することを課題とする。【解決手段】送電装置１ａは、液体金属に対して濡れ性を有する、固定されたポールピース５８、及び移動可能な強磁性体の円筒形状の電極１１と、その間に配置された液体金属・オイル含浸不織布１３Ｌｏに含浸された液体金属１２とを有し、液体金属１２を介してポールピース５８と電極１１との間における送電を行う。ポールピース５８の一部には、液体金属・オイル含浸不織布１３Ｌｏが固定されており、電極１１が液体金属・オイル含浸不織布１３Ｌｏの一部に接触することで、ポールピース５８と電極１１との間における送電を行う。これにより上記課題を解決する。【選択図】図６Ａ
2020167164.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定された第１電極と、移動可能な第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に配置された液体金属とを有し、前記液体金属を介して前記第１電極と前記第２電極との間における送電を行う送電装置において、
前記第１電極及び前記第２電極は、前記液体金属に対して濡れ性を有し、
前記第１電極の一部には、前記液体金属を含浸させた不織布が固定されており、前記第２電極が前記不織布の一部に接触することで、前記第１電極と前記第２電極との間における送電を行う、
送電装置。
【請求項２】
前記第２電極は、前記液体金属に対して濡れ性のある金属がコーティングされた強磁性体であり、
前記不織布を囲むように配置された、ポールピースとしての磁気ヨークと、磁石とにより前記不織布の端部に強磁界域が形成されており、
前記磁気ヨークの端部に配置された、前記不織布に対する外気の接触を遮断する磁性流体のシールを介して、前記第１電極と前記第２電極との間における送電を行う、
請求項１に記載の送電装置。
【請求項３】
前記不織布には、オイルがさらに含浸されている、
請求項２に記載の送電装置。
【請求項４】
液体金属及びオイルを含浸させた不織布を貯留する、Ｕ字形状の金属部材からなるチャネルと、
回転することで複数の歯を前記不織布に順次接触させる導電性の遊星歯車と、
液体金属を用いた導電性の軸受により前記遊星歯車を軸支する、円板形状のリングと、
絶縁体を介して前記リングを回転させる軸となる強磁性のシャフトと、
前記チャネル、前記遊星歯車、及び前記リングを覆うように配置された磁気ヨークと、
前記磁気ヨークと前記シャフトとの間に形成された隙間に配置された磁性流体シールと、
前記磁気ヨークの内部に形成された空間に不活性ガスを充填させるバルブと、
前記磁気ヨークの内部に形成された空間に残留した酸素を除去する酸素吸収剤と、
を備え、
前記リングは、前記シャフトの空洞部に敷設されたリード線に接続されており、
前記チャネルと前記シャフトとの間における送電を可能とする送電装置。
【請求項５】
液体金属とオイルとが含浸された不織布を固定した、Ｕ字形状の金属部材からなるチャネルと、
回転することで複数の歯を前記不織布に順次接触させる導電性の歯車と、
前記液体金属を用いた導電性の軸受により前記歯車を回転自在に軸支する、強磁性体からなる固定具と、
を備え、
前記チャネル、前記歯車、及び前記固定具が、磁気ヨークと絶縁部とで覆われており、
前記磁気ヨークに設けられたスリットは、磁性流体によってシールされ、
前記固定具は、リード線に接続され、前記磁気ヨークで覆われた密閉空間において磁性流体内を移動可能とし、
前記密閉空間に不活性ガスを注入するバルブと、
前記密閉空間の残留酸素を除去する、交換可能な酸素吸収剤と、
前記Ｕ字金属と前記固定具との間で送電可能とする送電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
メンテナンスフリーな回転部送電装置として、電界結合方式や磁界結合方式の回転部送電装置がある。ただし、これらの方式ではインバータを用いるため、装置のサイズ、送電される電力、コストといった点に問題がある。
一方、スリップリングに代表される接触方式の回転部送電装置は、摩耗する点で問題があるため、切削粉の清掃や、フィラメントの交換が必要となる。さらに、高速回転させると寿命が短くなるとともに、火花が飛び散りノイズが多く発生するという点でも問題がある。これらの問題は、剛体同士を接触させて高速で摺動させることが根本的な原因となっている。
また、メンテナンスフリーな回転部送電装置として、低融点金属を用いた接触方式の回転部送電装置がある。
このような分野では、例えば、水銀浴槽内に金属電極を差し込んで、回転可能にして送電する技術（特許文献１参照）、接触面に剛体同士の接触を用いた技術（特許文献２参照）が存在する。
しかしながら、特許文献１に記載された技術は、液体金属としての水銀に限定された技術であるため、ＲｏＨＳ指令により使用範囲が極めて限定された技術である。また、単純な導電性液体金属を用いた技術は既に公知となっている。
また、特許文献２に記載された技術は、一般的なスリップリングと同様にメンテナンスフリーとは言えない。
なお、特許文献３には、上記の問題を解決し得る液体金属を用いたロータリーコネクタの一実施方法が記載されている。しかしながら、その適用形態は、一軸のロータリーコネクタに限定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−２１５２８０号公報
【特許文献２】特開２０１５−７６２１８号公報
【特許文献３】特許６０５１３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、スリップリングに代表される接触方式の回転部送電装置は、摩耗する点で問題があるため、切削粉の清掃や、フィラメントの交換が必要となる。しかしながら、このような問題は、剛体同士が接触した場合に生じ得る問題であり、剛体と液体とを接触させる方式の場合には、様相が全く異なる。ただし、この方式は、既に製品化はされているが伸び悩んでいる状況にある。
【０００５】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、液体金属を容易に活用できる送電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の一態様の送電装置は、
固定された第１電極と、移動可能な第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に配置された液体金属とを有し、前記液体金属を介して前記第１電極と前記第２電極との間における送電を行う送電装置において、
前記第１電極及び前記第２電極は、前記液体金属に対して濡れ性を有し、
前記第１電極の一部には、前記液体金属を含浸させた不織布が固定されており、前記第２電極が前記不織布の一部に接触することで、前記第１電極と前記第２電極との間における送電を行う。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、液体金属を容易に活用できる送電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】液体金属を用いた電極間のコンタクト方法を示す図である。
【図２Ａ】液体金属含浸不織布を電極として機能させる方法を示す図である。
【図２Ｂ】液体金属含浸不織布を電極として機能させる方法を示す図である。
【図３】Ｕ字型の金属チャネル内に液体金属を配置させた構造を示す図である。
【図４】液体金属含浸不織布に受電体が接して受電する方法を示す図である。
【図５】液体金属の酸化を防ぐ手法として、オイルを用いた場合を示す図である。
【図６Ａ】液体金属の酸化を防ぐ手法として、磁性流体を用いた場合を示す図である。
【図６Ｂ】液体金属の酸化を防ぐ手法として、磁性流体を用いた場合を示す図である。
【図７】図６Ａ及びＢのポールピース（強磁性リング）、強磁性円筒電極内、及びギャップ部の磁束密度の分布を示す図である。
【図８】オイル及び磁性流体を用いて液体金属の酸化防止が図られている液体金属送電装置の例を示す図である。
【図９Ａ】低速回転機用の電力伝送方式を示す図である。
【図９Ｂ】低速回転機用の電力伝送方式を示す図である。
【図１０Ａ】リニア系の電力伝送方式を採用した送電装置を示す図である。
【図１０Ｂ】リニア系の電力伝送方式を採用した送電装置を示す図である。
【図１１Ａ】各種の低融点金属とその融点とを示す図である。
【図１１Ｂ】液体金属の代表的物理特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明に係る送電装置について、図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。
【００１０】
（液体金属）
低融点金属は、水銀に代わる安全な液体状の金属として注目を集めている。図１１Ａには、各種の低融点金属とその融点とが示されている。図１１Ａに示す低融点金属は、金属の共晶合金であり、共晶点で低融点が実現されている。なお、低融点金属とその融点との具体的内容は、図１１Ａに示すとおりである。
【００１１】
特に、ガリウム６８．５％、インジウム２１．５％、錫１０％からなるガリンスタン（登録商標）（以下、「液体金属」と呼ぶ）は、常温で液体の状態を維持している。その代表的物理特性は図１１Ｂに示すとおりである。
ここで、「低融点金属」とは、常温で液化しないその他の金属のことをいう。ただし、「液体金属」には、融点以上に温度が上がった状態の低融点金属が含まれる場合がある。なお、「水銀」は液体金属に含まれる。
【００１２】
実際に液体金属（液体）に固形金属（剛体）触れさてみると、次のことが判った。
即ち、液体金属（液体）にアルミニウム（剛体）を触れさてみると、アルミニウム（剛体）に激しい脆化が起こり、短時間で表面がぼろぼろになった。
また、常温で長時間銅や真鍮（剛体）を触れさてみると、銅や真鍮（剛体）に目立った脆化は見られなかったが、界面にアロイが形成され、これにより、金属板上を動き回っていた玉状の液体金属が扁平になって動かなくなった。つまり、液体金属（液体）に濡れ性が発現した。
また、銅板上に液体金属を直径約１ｍｍの点にし、液体金属を介して銅板に１０Ａ、（１．２７ｋＡ／ｃｍ２）の電流を９時間流した。液体金属の表面には酸化膜ができたが、液体金属自体の流動性は失われなかった。これは、酸化膜が、さらなる酸化を防いでいるためである。さらに、銅板との界面が侵食されることはなかった。プローブ電極には、鉄線を採用したが、液体金属と鉄とが反応する様子は観察されなかった。
また、樹脂やガラス（剛体）は、液体金属（液体）に対して濡れ性が発現し、樹脂やガラス（剛体）の表面に液体金属（液体）が付着した。
また、電極を液体金属の表面において、激しく摺動させると、液体金属が液体から粘土状に変化するとともに、導電率が低下した。これは、液体金属が界面で酸素を巻き込み、激しく酸化するためである。液体金属が液体から粘土状に変化すると摩擦力も急上昇する。
【００１３】
（液体金属の活用方法）
図１は、液体金属を用いた電極間のコンタクト方法を示す図である。
【００１４】
図１の（ａ）には、電極１１ａと電極１１ｂとが近接して存在している様子が示されている。ここで、電極間の導通を取る場合、直流では導通が取れないが、高周波を流すことで電界結合を用いることができる。
図１の（ｂ）には、電極１１ａと電極１１ｂとの間に、水銀、液体金属、又は融点以上とした低融点金属等の液体１２（以下、「液体金属１２」と呼ぶ）として挟んでいる様子が示されている。この場合、表面張力によって液体金属１２が玉状になって転がってしまうため、電極間に液体金属１２を定位させることが難しい。なお、濡れ性を発現させて、液体金属１２を定位させることもできるが、圧力を加えると液体金属１２は逃げてしまう。
図１の（ｃ）には、電極１１ｂで構成された金属製の容器内に液体金属１２を入れ、その中に電極１１ａを入れて導通を取る様子が示されている。
図１の（ｄ）には、電極１１ａと電極１１ｂとで構成された金属製の密閉容器が示されている。この場合、電極１１ａと電極１１ｂとが液体金属１２を介して接することになる。
図１の（ｅ）には、液体金属１２と交わらない性質のオイルを含浸させた不織布１３Ｏで液体金属１２を囲むようシールすることで、電極１１ａと電極１１ｂとを液体金属１２でつないでいる様子が示されている。
このように、液体金属１２を用いた電極間のコンタクト方法は複数存在するが、図１の（ｃ）〜（ｅ）に示す方法は在来から存在する方法となっている。
【００１５】
上記の方法に対し、図１の（ｆ）で示すように、液体金属１２を不織布１３の中に含浸させて、液体金属１２の流動性を封止して使用する手法がある。なお、ここでいう不織布１３とは、次の条件を満たす素材を指す。
即ち、不織布１３とは、（１）スポンジ等の発泡体で連続気泡のもの（例えばフェルト、織布、不織布、ガラス繊維、脱脂綿、金属繊維等）、（２）液体金属１２に対して濡れ性を有しているか、又は含浸可能なもの、（３）弾性体であること、（４）液体金属１２により、特性劣化が見られないもの、という条件を満たす素材を指す。
なお、予備実験では、ウレタンフォーム製スポンジ、ポリエステル製フェルト、カーボンフェルト（例えばゾルテック（登録商標））が優れた特性を示した。
一度不織布１３内に液体金属１２が含浸すると、容易には取り出せなくなる。
含浸させる液体金属１２の量が少ない時には、スポンジ等の不織布１３を構成する柱や壁の表面に液体金属１２がコーティングされる。
含浸させる液体金属１２の量が多くなると、スポンジやフェルト等の不織布１３の繊維間にも液体金属１２が含まれる。
この状態で押すと、スポンジやフェルト等の不織布１３は弾性があるため凹むが、その際に液体金属１２が染み出てくる。
このような、液体金属１２が含浸された不織布１３Ｌ（以下、「液体金属含浸不織布１３Ｌ」と呼ぶ）は、人間が指で触れたとしても、液体金属１２がわずかにその指に付着するのみであり、ドライな感触を受ける。
【００１６】
図１の（ｇ）には、液体金属含浸不織布１３Ｌを電極１１ａと電極１１ｂとで挟んだ例が示されている。この場合、特にシールする必要もなく、電極１１ａと電極１１ｂとの間に液体金属１２が定位し、電極１１ａと電極１１ｂと間における良好な導通を実現させることができる。
ここで、重要なことは、電極１１ａと電極１１ｂと間に、一定の空間が確保され、かつ、液体金属含浸不織布１３Ｌが一方的に圧力を受けないことである。
液体金属含浸不織布１３Ｌは、本来の大きさよりも圧縮されて電極間内に押し込められ、その後、電極が相互に移動等することで損耗したとしても、一定の間隔以上に押し込まれない場合には、その厚さに適合して残存する。このため、液体金属含浸不織布１３Ｌを液体金属１２の貯蔵タンクとして機能させることができる。
つまり、液体金属１２の貯蔵タンクとして液体金属含浸不織布１３Ｌを用いる場合には、その前提として、電極間に一定の間隔を保持することが必要になる。
【００１７】
図１の（ｈ）には、電極１１ｂ上に置かれた液体金属含浸不織布１３Ｌを電極１１ａで押した場合の様子が示されている。この場合、液体金属含浸不織布１３Ｌから液体金属１２が染み出てくるため、電極１１ａがその上を移動した場合であっても、液体金属１２自体が潤滑油として働く。このため、電極１１ａを良好に滑らせることが可能となる。
以上のように、不織布１３に液体金属１２を含浸させることにより、液体金属１２の利活用性を向上させることができる。
【００１８】
（液体金属含浸不織布をチャネルとして機能させる方法）
図２Ａ及びＢは、液体金属含浸不織布を電極として機能させる方法を示す図である。
【００１９】
図２Ａの場合、送電端子１４ｓと受電端子１４ｒを有する電極１１の上に不織布１３を金属糸５１で縫い付け、不織布１３の裏面の金属糸を電極１１にハンダ５２を用いてハンダ付けを行う。そして、これらの周囲を絶縁カバー５３で覆う。また、不織布１３に液体金属１２を含浸させることで液体金属含浸不織布１３Ｌとする。これにより、液体金属１２を電極として機能させることが可能になる。なお、金属糸５１の代わりに導電性の粘着剤を使用する方法も有るが、この場合、抵抗値が高いため、低電流用途のみに限定される。
【００２０】
図２Ｂには、図２Ａに示す電極１１の下に、絶縁性の粘着剤等からなる絶縁層１５と、ヒータ端子１４ｈを有するヒータＨとを取り付けた例が示されている。これは、電極１１とヒータＨとがショートしないように、両者の間に絶縁層１５を挟んだ構成とした例である。
絶縁層１５としては、基材に例えばカプトン等の絶縁性フィルムを用いて、その両面に粘着剤を付けた両面テープを用いてもよい。２５μｍ厚のカプトンの絶縁性は８５００Ｖであり、良好な絶縁が可能となる。
ヒータＨとしては、厚さ１０〜１００μｍ程度のＳＵＳ（Ｓｔｅｅｌ  Ｕｓｅ  Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ）材を用いることができる。なお、上記カプトンを基材とする両面テープの厚さは、１００μｍ程度であるため、電極に効果的に伝熱することができる。
溶融温度よりも高い温度で低融点金属を液化させた後に、不織布に含浸させた場合、常温では固化しているが、使用時にヒータＨで加熱することで液体金属１２にすることが可能になる。また、低融点金属が固化している場合には、接触部に対してブレーキ機能を持たせることも可能になる。
このように、液体金属１２を不織布１３に含浸させるとともに、金属糸５１で縫い付けて電極１１と接続することにより、通電性を有するチャネルとして機能させることができる。
【００２１】
（その他のチャネル化）
図３は、Ｕ字型の金属チャネル内に液体金属を配置させた構造を示す図である。
【００２２】
図３には、図２Ａ及びＢに示したものとは異なるチャネルの製作方法が示されている。
液体金属１２は、銅や真鍮に接することで界面にアロイを形成するが、脆化させることは無く、安定して濡れた状態が維持される。なお、金属の種類によっては、他の金属が適していることもあるため、採用する液体金属又は低融点金属に対して脆化しない金属をＵ字チャネルとして選択することとする。
図３の（ａ）には、銅、真鍮等の金属製Ｕ字型の液体金属貯留チャネル５４（以下、「Ｕ字チャネル５４」と呼ぶ）内に液体金属１２を流し込むことで、界面にアロイを形成させ、安定して定位させた構造が示されている。
図３の（ｂ）には、図３の（ａ）のＵ字チャネル５４の下に絶縁層１５を介してヒータＨを設置することで、低融点金属もチャネル材として使用可能な構造が示されている。
図３の（ｃ）には、図２Ａ及びＢで示した液体金属含浸不織布１３Ｌを、Ｕ字チャネル５４内に金属製のピン５５を用いて定位させた構造が示されている。
図３の（ｄ）には、図３の（ｃ）のＵ字チャネル５４の下に絶縁層１５を介してヒータＨを設置し、低融点金属もチャネルとして使用可能な構造が示されている。
なお、低融点金属を使用する場合には、使用直前にヒータＨにより温度を上げて低融点金属溶融し、後述する手法を用いて受電する。低融点金属を使用した後は、ヒータＨへの通電を切断して固化させる。
【００２３】
（液体金属を用いたチャネルから電気を取り出す電極構造）
次に、液体金属含浸不織布１３Ｌに対して、受電体が移動しながら受電を可能にするための電極構造について説明する。
図４は、液体金属含浸不織布に受電体が接して受電する方法を示す図である。
【００２４】
図４の（ａ）には、回転する金属製の導電性歯車５６（受電体）が、液体金属含浸不織布１３Ｌに歯を差し込むことで接触させながら矢印Ｙ１の方向に移動している様子が示されている。この場合、導電性歯車５６の歯が液体金属含浸不織布１３Ｌに差し込まれることで、液体金属含浸不織布１３Ｌの繊維が切断されることになる。しかしながら、これは、深さ幅ともに部分的なことであり、液体金属含浸不織布１３Ｌ全体が裁断されることではないため、液体金属１２を保持する機能が損なわれることはない。導電性歯車５６の歯が液体金属含浸不織布１３Ｌに差し込まれ、次に抜かれた時にはその隙間を液体金属１２が直ぐに埋めることとなる。
このように、導電性歯車５６の歯が液体金属含浸不織布１３Ｌに差し込まれることで、電極１１に接続された導電性歯車５６と、液体金属含浸不織布１３Ｌに含浸された液体金属１２との接触面積が増大する。その結果、良好な接続が維持されることとなる。
ここで、導電性歯車５６の歯を液体金属含浸不織布１３Ｌに差し込むためには、矢印Ｙ２方向への押圧力が必要となる。この押圧力を得るための手法は特に限定されないが、例えば導電性歯車５６のシャフト１７に押圧力を掛ける手法がある。また、導電性歯車５６を強磁性体で構成させるとともに、液体金属含浸不織布１３Ｌの下に磁石（図示せず）を配置して、導電性歯車５６を磁力で吸引する手法もある。
導電性歯車５６の軸受が液体金属１２で導通が取れている場合には、シャフト１７の軸受けと、液体金属含浸不織布１３Ｌとの間の導通が取れることになる。
導電性歯車５６（受電体）の矢印Ｙ１方向の移動に応じて矢印Ｙ２方向への押圧力を加えて導電性歯車５６を移動させてもよいし、導電性歯車５６のシャフト１７にモータ（図示せず）を設けて、導電性歯車５６の矢印Ｙ１方向の移動に合わせて導電性歯車５６を回転させてもよい。
【００２５】
図４の（ｂ）には、歯車の代わりに円盤状の刃５７（以下、「円形ナイフ５７」と呼ぶ）を受電体として、液体金属含浸不織布１３Ｌの上を回転させた場合の様子が示されている。この場合、液体金属含浸不織布１３Ｌの繊維が切られる方向は、導電性歯車５６の場合と比して直交するが、導電性歯車５６の場合と同様の効果を得ることができる。
図４の（ｃ）には、電極１１を構成する剛体を液体金属含浸不織布１３Ｌに面接触又は線接触させながら移動する方式を示している。
なお、図４に示す線路は、直線状の形態で示したものであるが、円周や平面に拡張されてもよい。
【００２６】
（オイルを用いた液体金属の酸化防止）
図５は、液体金属の酸化を防ぐ手法として、オイルを用いた場合を示す図である。
【００２７】
図５の（ａ）に示すように、液体金属含浸不織布１３Ｌを用いて電極１１を構成する方法は、有効であるが、大きな問題が存在する。即ち、図４に示す手法を用いた場合、受電体をゆっくり移動させれば問題ないが、受電体を高速で移動させる場合には、導電性歯車５６、円形ナイフ５７、及び剛体の電極１１のどの手法を採用したとしても、液体金属１２と電極１１の界面で周辺の空気を巻き込んでしまう。これにより、液体金属１２が急速に酸化し、液体金属１２としての特性が変化してしまう。特に、液体金属１２が液体から粘土状に変化すると摩擦抵抗が急激に上昇してしまう。またさらに、導電率も低下してしまう。
【００２８】
このような問題を解消させる手法として、図５の（ｂ）に示すように、液体金属含浸不織布１３ＬにオイルＯを含浸させる手法がある。また、図５の（ｃ）に示すように、液体金属含浸不織布１３ＬにオイルＯを含浸させた不織布１３Ｌｏ（以下、「液体金属・オイル含浸不織布１３Ｌｏ」）を、さらにオイルＯで覆う手法がある。
図５の（ａ）に示す液体金属含浸不織布１３Ｌの場合、液体金属１２を含浸させたものの不織布１３内に空気が残存しているため、その空気によって電極１１の接触部の界面に酸化が生じてしまう。さらに、不織布１３自体が外部の空気を流通させる通路になってしまう。
これに対して、図５の（ｂ）に示す手法の場合、不織布１３内にオイルＯが含浸されているため、不織布１３内の残存空気が取り除かれる。また、不織布１３が空気を流通させるチャネルとして機能することを防ぐことができる。ただし、この場合であっても、液体金属１２のうち外部に面した部分は酸化してしまう。
これに対して、同５の（ｃ）に示す手法の場合、不織布１３の周囲がオイルＯで含浸される。このため、図４に示す各種の電極１１の夫々についてオイルＯに浸漬すれば、液体金属１２の酸化を防ぐことができる。
なお、オイルＯとしては、シリコーンオイル、炭化水素系オイル、フッ素系オイルなど、液体金属１２や不織布１３と反応しないものを採用することができる。
【００２９】
（磁性流体による液体金属の酸化防止法）
図６Ａ及びＢは、液体金属の酸化を防ぐ手法として、磁性流体を用いた場合を示す図である。
【００３０】
図６Ａには、液体金属を用いて電力伝送を行う電力伝送リングを、シャフト１７の長手方向に切った断面図（図６ＢのＡ−Ａ´断面図）が示されている。
図６Ｂには、液体金属を用いて電力伝送を行う電力伝送リングを、シャフト１７の長手方向に直交するように切った断面図が示されている。
図６Ａ及びＢに示す電力伝送リングでは、ポールピース５８となる２枚の強磁性リングが、軸方向に磁化させるリング状の磁石Ｍを挟み込む構成となっている。
ポールピース５８（強磁性リング）の中央部には、ロータ部７１を構成するシャフト１７が貫通されている。また、シャフト１７には、絶縁層１５により絶縁され、表面が液体金属に濡れ性を有する金属がコーティングされた強磁性体の円筒形状の電極１１が設けられている。電極１１には、シャフト１７の内部の空間Ｂ１に配置されたリード線Ｌが接続されている。
電極１１の周りには、リング形状の液体金属・オイル含浸不織布１３Ｌｏが巻かれており、これらは非磁性金属で液体金属と濡れ性のあるパイプ１８の内側に収められている。電流は、リード線Ｌ、電極１１、液体金属１２、パイプ１８、ポールピース５８（強磁性リング）を介して流れる。
液体金属・オイル含浸不織布１３Ｌｏによって液体金属の酸化が防止されるが、ポールピース５８（強磁性リング）と電極１１との間には、液体金属・オイル含浸不織布１３Ｌｏを挟むように磁性流体５９が配置されることでさらにシールがなされている。
なお、液体金属・オイル含浸不織布１３Ｌｏに含浸されたオイルＯは、磁性流体５９に影響を与えないものが採用される。また、液体金属・オイル含浸不織布１３Ｌｏを構成する不織布１３と液体金属１２の間には空間が生じないようにされている。磁性流体５９の一部は不織布１３にも含浸されるが、磁界強度に従って分布するため、液体金属・オイル含浸不織布１３Ｌｏの中には拡散しない。
以上のような構成とすることにより、磁性流体５９が液体金属・オイル含浸不織布１３Ｌｏへの空気の侵入を防ぐので、液体金属１２が酸化しない。また、液体金属・オイル含浸不織布１３Ｌｏを囲む非磁性金属のパイプ１８とポールピース５８（強磁性リング）との間の空間Ｂ２からの空気は、オイルＯの膜が張られているため侵入が防がれる。なお、空間Ｂ２には、図示せぬヒータＨを配置して寒冷地仕様とすることもできる。
電力伝送リングのうちロータ部７１以外は回転していないため、遠心力等によるオイルＯの飛散を考慮する必要はない。さらに、オイルＯとして蒸気圧の低い物を採用することで半永久的にオイルＯの膜が保持される。このように、磁性流体５９、オイルＯ、及び周辺の金属により、液体金属１２が空気に含まれる酸素による酸化が防がれる。
【００３１】
（磁束密度に従う磁性流体分布）
図７は、図６Ａ及びＢのポールピース（強磁性リング）、強磁性円筒電極内、及びギャップ部の磁束密度の分布を示す図である。なお、図７には、説明を理解し易くするために、ギャップの一方についてのみ、磁性流体５９が描画されている。
【００３２】
磁性流体５９は、磁束密度Ｍｆに従うため、液体金属・オイル含浸不織布１３Ｌｏの中に深く侵入することは無い。さらに、磁性流体５９は、空気の侵入を遮断して液体金属の酸化を防ぐ。
磁性流体５９のベースオイルとして、アルキルナフタレン、フッ素系オイルを採用した場合、蒸気圧が極めて低いため、真空内でも使用できるとともに、通常環境下でも長期間の使用に耐えることができる。
【００３３】
（液体金属を用いた送電装置）
図８は、オイル及び磁性流体を用いて液体金属の酸化防止が図られている送電装置の例を示す図である。
【００３４】
図８には、オイルＯ及び磁性流体５９を用いて液体金属１２の酸化防止が図られている送電装置１ａを、シャフト１７の長手方向に切った断面図が示されている。
図８に示す送電装置１ａは、図６の電力伝送リングを２段直結させ、シャーシ６１に対してベアリング６２で回転可能とするロータ部７１を中央に配置させた送電装置である。
ポールピース５８（磁気ヨーク）等は、シャーシ６１に対して、スペーサ６０（絶縁体）によって固定されている。
非金属製のパイプ１８の磁石Ｍ側の面にはオイルＯの膜が張られているため空気の侵入が防がれる。
なお、段数は特に限定されず、必要に応じて増設すればよく、図８に示すような２段に限定したものではない。シャーシ６１を固定して、シャフト１７を回転させる構成としてもよいし、逆にシャフト１７を固定してシャーシ６１を回転させる構成としてもよい。
【００３５】
（酸素吸収剤及び不活性ガス置換による液体金属の酸化防止）
図９Ａ及びＢは、低速回転機用の電力伝送方式を示す図である。
【００３６】
図９Ａには、図３のＵ字チャネル及び図４の導電性歯車５６による受電と、図５の液体金属・オイル含浸不織布１３Ｌｏと、図６Ａ及びＢの磁性流体５９のシールとを組合せた送電装置１ｂをシャフト１７の長手方向に切った断面図が示されている。
図９Ｂには、図９Ａの送電装置１ｂをシャフト１７の長手方向に直交するように切った断面図が示されている。
図９Ａ及びＢに示す送電装置１ｂのシャフト１７が回転すると、絶縁部６７を介して遊星歯車固定リング６３が回転する。遊星歯車固定リング６３は、４つの導電性軸受６４の夫々を介して４つの遊星歯車６５を回転自在に軸支している。遊星歯車固定リング６３が回転すると、４つの遊星歯車６５は、歯をＵ字チャネル５４に順次差し込みながら回転する。
【００３７】
図９Ａ及びＢに示す送電装置１ｂによれば、低回転数で半径の大きな用途に用いることができる。なお、図９Ａ及びＢでは、説明を理解し易くするために、シャフト１７の径を太くしていない。このため、例えばシャフト１７の径を太くするとともに、遊星歯車６５の直径を小さくして、遊星歯車６５の数を増やすことで、重機向けの回転電力伝送部に適用可能な構成とすることもできる。
【００３８】
図９Ａ及びＢに示す送電装置１ｂに適用されている方式は、図６Ａ及びＢの電力伝送リングと異なり、液体金属１２が空気にさらされている点に特徴がある。図９Ａ及びＢに示す方式の場合、送電装置１ｂの内部を密封構造にしたうえで、例えばバルブＶからアルゴンガス、窒素ガス、炭酸ガス等の不活性ガスを内部に注入して空気を置換（矢印Ｙ３及びＹ４）する。そして、送電装置１ｂの内部に残留している酸素は、酸素吸収剤６６で除去する。酸素吸収剤６６は交換可能であるため、送電装置１ｂの長時間の利活用が可能になる。なお、酸素吸収剤６６の交換は、バルブＶから不活性ガスを注入しながら交換する。これにより、酸素吸収剤６６の劣化を防ぐことができる。
また、図９Ａ及びＢに示す送電装置１ｂでは遊星歯車６５による受電方式が採用されているため、回転半径が大きくなっても回転トルクが顕著に増大しないというメリットがある。
【００３９】
（リニア系電力伝送方式）
図１０Ａ及びＢは、リニア系の電力伝送方式を採用した送電装置示す図である。
【００４０】
図１０Ａには、ポールピース５８（磁気ヨーク）を長手方向に切った送電装置１ｃの断面図が示されている。
図１０Ｂには、ポールピース５８（磁気ヨーク）を長手方向に直交するように切った送電装置１ｃの断面図が示されている。
図１０Ａ及びＢの送電装置１ｃでは、Ｕ字チャネル５４に導電性歯車５６（受電体）を走らせている。これを２列配置し、Ｕ字チャネル５４にリード線Ｌを設けるとともに、絶縁部６７に固定している。
【００４１】
導電性歯車５６の中央部では、固定具６９に導電性軸受６４が設けられている。これらはポールピース５８（磁気ヨーク）によって囲まれており、底部に配置された磁石Ｍで上部のスリット部に強磁界を発生させ、磁性流体５９が定位されている。
【００４２】
固定具６９は、強磁性の薄い板であるため、磁性流体５９の中で動いてもシールが切れることが無い。
【００４３】
ポールピース５８（磁気ヨーク）で囲まれた空間は、不活性ガスで満たされており、交換可能な酸素吸収剤６６も設けられている。これにより、液体金属１２の酸化を防ぎ、長期間の連続給電を可能にしている。
【００４４】
酸素吸収剤６６は、不活性ガスを流した状態で交換すれば、酸素吸収剤の劣化を防ぐことができる。
【００４５】
図１０Ａ及びＢの送電装置１ｃには、固定具６９が取り付けられる搬送体やガイダンス機構、ドライブ機構等が表示されていないが、これらは、ポールピース５８（磁気ヨーク）の外側又は内側に付けられるものとする。
【００４６】
導電性歯車５６を駆動用のピニオンギヤとして機能させることもできる。この場合、ラックギヤは液体金属貯留チャネルの内側に設けられる。
【００４７】
（効果）
従来より、液体金属は、取り扱いに困難性を伴うため、積極的に利用されていない状況にあった。これに対して、本実施形態によれば、液体金属の取り扱いを容易化させることができる。その結果、例えば以下のような効果を期待することができる。
【００４８】
即ち、既存のスリップリング等の剛体間の接触方式に比べると、損耗する部分が無いため、メンテナンスフリー実現させることができる。これにより、従来のスリップリングで必要とされたブラシやグラファイトを固定したり調整したりするための冶具が不要となる。その結果、コスト削減を図ることできる。
【００４９】
また、本実施形態によれば、液体金属１２を不織布１３に含浸させることで、取り扱いが極めて容易化する。さらに、酸化防止策が講じられているため、長期間にわたって高速回転での使用が可能になる。
【００５０】
また、電界結合方式や磁界結合方式の非接触給電の場合、インバータが必要となる。しかしながら、数ｋＷ〜数ＭＷの大電力の送電が必要となった場合、対応するインバータを用意することは極めて困難であり、高コスト化の要因ともなる。
これに対して、本実施形態の場合、インバータが不要になるため、コスト削減を図ることできる。また、直流の電流を流すことができるので、接触面積を増大させたり冷却機能を付与したりすることができる。その結果、大電流の問題を解決することが可能となり、非常に現実的である。さらに、高周波を用いないため、電磁波放射の問題を考える必要が無くなる。その結果、製品認可を得るのも容易になる。以上説明したように、本実施形態によれば液体金属１２を有効活用することができるので、極めて有意義な効果を得ることができる。
【００５１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【００５２】
以上まとめると、本発明が適用される送電装置は、次のような構成を取れば足り、各種各様な実施形態を取ることができる。
即ち、本発明が適用される送電装置（例えば図８の送電装置１ａ）は、
固定された第１電極（例えば図８のポールピース５８）と、移動可能な第２電極（例えば図８の強磁性体の円筒形状の電極１１）と、前記第１電極と前記第２電極との間に配置された液体金属（例えば図８の液体金属・オイル含浸不織布１３Ｌｏに含浸された液体金属１２）とを有し、前記液体金属を介して前記第１電極と前記第２電極との間における送電を行う送電装置において、
前記第１電極及び前記第２電極は、前記液体金属に対して濡れ性を有し、
前記第１電極の一部には、前記液体金属を含浸させた不織布（例えば図８の液体金属・オイル含浸不織布１３Ｌｏ）が固定されており、前記第２電極が前記不織布の一部に接触することで、前記第１電極と前記第２電極との間における送電を行う。
【００５３】
これにより、固定された第１電極と、移動可能な第２電極と、第１電極と第２電極との間に配置された液体金属とを有し、液体金属を介して第１電極と第２電極との間における送電が行われる。具体的には、第１電極の一部には、液体金属を含浸させた不織布が固定されており、第２電極がその不織布の一部に接触することで、第１電極と第２電極との間における送電が行われる。
その結果、送電装置に液体金属を容易に活用することができる。
【００５４】
また、前記第２電極は、前記液体金属に対して濡れ性のある金属がコーティングされた強磁性体であり、
前記不織布を囲むように配置された、ポールピースとしての磁気ヨーク（例えば図６Ａ及びＢのポールピース５８）と、磁石（例えば図６Ａ及びＢの磁石Ｍ）とにより前記不織布の端部に強磁界域が形成されており、
前記磁気ヨークの端部に配置された、前記不織布に対する外気の接触を遮断する磁性流体（例えば図６Ａ及びＢの磁性流体５９）のシールを介して、前記第１電極と前記第２電極との間における送電を行うことができる。
【００５５】
これにより、不織布を囲むように配置された、ポールピースとしての磁気ヨークと、磁石とにより不織布の端部に強磁界域が形成される。また、磁気ヨークの端部に配置された、不織布に対する外気の接触を遮断する磁性流体のシールを介して、第１電極と第２電極との間における送電が行われる。
その結果、外気から遮断された状態で、第１電極と第２電極との間における液体金属を介した送電が可能となる。
【００５６】
また、前記不織布には、オイル（例えば図５のオイルＯ）がさらに含浸させることができる。
【００５７】
これにより、液体金属が含浸される不織布にオイルがさらに含浸されているので、さらに外気から遮断された状態で、第１電極と第２電極との間における液体金属を介した送電が可能となる。
【００５８】
また、本発明が適用される送電装置（例えば図９Ａ及びＢの送電装置１ｂ）は、
液体金属（例えば上述の液体金属１２）及びオイル（例えば上述のオイルＯ）を含浸させた不織布（例えば上述の不織布１３）を貯留する、Ｕ字形状の金属部材からなるチャネル（例えば図９Ａ及びＢのＵ字チャネル５４）と、
回転することで複数の歯を前記不織布に順次接触させる導電性の遊星歯車（例えば図９Ａ及びＢの遊星歯車６５）と、
液体金属を用いた導電性の軸受（例えば図９Ａ及びＢの導電性軸受６４）により前記遊星歯車を軸支する、円板形状のリング（例えば図９Ａ及びＢの遊星歯車固定リング６３）と、
絶縁体を介して前記リングを回転させる軸となる強磁性のシャフト（例えば図９Ａ及びＢのシャフト１７）と、
前記チャネル、前記遊星歯車、及び前記リングを覆うように配置された磁気ヨーク（例えば図９Ａ及びＢのポールピース５８）と、
前記磁気ヨークと前記シャフトとの間に形成された隙間に配置された磁性流体シール（例えば図９Ａ及びＢの磁性流体５９）と、
前記磁気ヨークの内部に形成された空間に不活性ガスを充填させるバルブ（例えば図９Ａ及びＢのバルブＶ）と、
前記磁気ヨークの内部に形成された空間に残留した酸素を除去する酸素吸収剤（例えば図９Ａ及びＢの酸素吸収剤６６）と、
を備え、
前記リングは、前記シャフトの空洞部（例えば図９Ａ及びＢの空間Ｂ１）に敷設されたリード線（例えば図９Ａ及びＢのリード線Ｌ）に接続されており、
前記チャネルと前記シャフトとの間における送電を可能とする送電装置。
【００５９】
これにより、Ｕ字形状の金属部材からなるチャネルが、液体金属及びオイルを含浸させた不織布を貯留し、導電性の遊星歯車が回転することで複数の歯を不織布に順次接触させる。また、円板形状のリングが、液体金属を用いた導電性の軸受により遊星歯車を軸支する。また、強磁性のシャフトは、絶縁体を介して円板形状のリングを回転させる軸となる。磁気ヨークは、Ｕ字形状の金属部材からなるチャネル、導電性の遊星歯車、及び円板形状のリングを覆うように配置される。また、磁性流体シールは、磁気ヨークと強磁性のシャフトとの間に形成された隙間に配置される。また、バルブは、磁気ヨークの内部に形成された空間に不活性ガスを充填させ、酸素吸収剤が、磁気ヨークの内部に形成された空間に残留した酸素を除去する。そして、円板形状のリングは、シャフトの空洞部に敷設されたリード線に接続されているため、チャネルとシャフトとの間における送電が可能となる。
その結果、液体金属をより容易に活用できる送電装置を提供することができる。
【００６０】
また、本発明が適用される送電装置（例えば図１０Ａ及びＢの送電装置）は、
液体金属とオイルとが含浸された不織布を固定した、Ｕ字形状の金属部材からなるチャネル（例えば図１０Ａ及びＢのＵ字チャネル）と、
回転することで複数の歯を前記不織布に順次接触させる導電性の歯車（例えば図１０Ａ及びＢの遊星歯車６５）と、
前記液体金属を用いた導電性の軸受（例えば図１０Ａ及びＢの導電性軸受６４）により前記歯車を回転自在に軸支する、強磁性体からなる固定具（例えば図１０Ａ及びＢの固定具６９）と、
を備え、
前記チャネル、前記歯車、及び前記固定具が、磁気ヨークと絶縁部とで覆われており、
前記磁気ヨークに設けられたスリットは、磁性流体によってシールされ、
前記固定具は、リード線（例えば図１０Ａ及びＢのリード線Ｌ）に接続され、前記磁気ヨークで覆われた密閉空間において磁性流体内を移動可能とし、
前記密閉空間に不活性ガスを注入するバルブ（例えば図１０Ａ及びＢのバルブＶ）と、
前記密閉空間の残留酸素を除去する、交換可能な酸素吸収剤（例えば図１０Ａ及びＢの酸素吸収剤６６）と、
前記Ｕ字金属と前記固定具との間で送電可能とする。
【００６１】
これにより、Ｕ字形状の金属部材からなるチャネルが、液体金属とオイルとが含浸された不織布を固定し、導電性の歯車が回転することで複数の歯を不織布に順次接触させる。また、強磁性体からなる固定具が、液体金属を用いた導電性の軸受により導電性の歯車を回転自在に軸支する。また、チャネル、歯車、及び固定具が、磁気ヨークと絶縁部とで覆われており、磁気ヨークに設けられたスリットが、磁性流体によってシールされている。また、固定具がリード線に接続されており、磁気ヨークで覆われた密閉空間において磁性流体内を移動可能とする。また、バルブが、密閉空間に不活性ガスを注入し、交換可能な酸素吸収剤が、密閉空間の残留酸素を除去する。そして、Ｕ字金属と固定具との間で送電可能とする。
その結果、液体金属をさらに容易に活用できる送電装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１ａ，１ｂ，１ｃ・・・送電装置、１１，１１ａ，１１ｂ・・・電極、１２・・・液体金属、１３・・・不織布、１３Ｏ・・・オイルを含浸させた不織布，１３Ｌ・・・液体金属含浸不織布、１３Ｌｏ・・・液体金属・オイル含浸不織布、１４ｓ・・・送電端子、１４ｒ・・・受電端子、１４ｈ・・・ヒータ端子、１５・・・絶縁層、１７・・・シャフト、１８・・・パイプ、５１・・・金属糸、５２・・・ハンダ、５３・・・絶縁カバー、５４・・・Ｕ字チャネル、５５・・・ピン、５６・・・導電性歯車、５７・・・円形ナイフ、５８・・・ポールピース、５９・・・磁性流体、６０・・・スペーサ、６１・・・シャーシ、６２・・・ベアリング、６３・・・遊星歯車固定リング、６４・・・導電性軸受、６５・・・遊星歯車、６６・・・酸素吸収剤、６７・・・絶縁部、６８・・・歯車、６９・・・固定具、７１・・・ロータ部、Ｈ・・・ヒータ、Ｙ・・・矢印、Ｏ・・・オイル、Ｍ・・・磁石、Ｌ・・・リード線、Ｂ１，Ｂ２・・・空間、Ｍｆ・・・磁束密度、Ｖ・・・バルブ
【図１】
2020167164.tif 000003
【図２Ａ】
2020167164.tif 000004
【図２Ｂ】
2020167164.tif 000005
【図３】
2020167164.tif 000006
【図４】
2020167164.tif 000007
【図５】
2020167164.tif 000008
【図６Ａ】
2020167164.tif 000009
【図６Ｂ】
2020167164.tif 000010
【図７】
2020167164.tif 000011
【図８】
2020167164.tif 000012
【図９Ａ】
2020167164.tif 000013
【図９Ｂ】
2020167164.tif 000014
【図１０Ａ】
2020167164.tif 000015
【図１０Ｂ】
2020167164.tif 000016
【図１１Ａ】
2020167164.tif 000017
【図１１Ｂ】
2020167164.tif 000018