(57)【要約】【課題】熱の発生が少なく、非接触で電力や電気信号を伝送することができる相対回転部の電気伝送装置を提供する。【解決手段】相対回転部の電気伝送装置Ｅは、トロイダルコア１に巻回された２つのコイル２Ａ，２Ｂを有する。これら２つのコイル２Ａ，２Ｂは互いに磁気結合され、この磁気結合によって電力および電気信号のいずれか一方または両方を伝送する。２つのコイル２Ａ，２Ｂは、それぞれボビン３Ａ，３Ｂを介してトロイダルコア１に巻回されている。各ボビン３Ａ，３Ｂは、トロイダルコア１の円環周方向に沿って相対的に旋回可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トロイダルコアに巻回された２つのコイルを有し、これら２つのコイルは互いに磁気結合され、この磁気結合によって電力および電気信号のいずれか一方または両方を伝送する相対回転部の電気伝送装置であって、
前記２つのコイルは、それぞれボビンを介して前記トロイダルコアに巻回され、前記各ボビンは、前記トロイダルコアの円環周方向に沿って相対的に旋回可能であることを特徴とする相対回転部の電気伝送装置。
【請求項２】
請求項１に記載の相対回転部の電気伝送装置において、前記各ボビンのいずれか一方または両方が、前記トロイダルコアの円環周方向に沿って旋回可能である相対回転部の電気伝送装置。
【請求項３】
請求項１に記載の相対回転部の電気伝送装置において、前記トロイダルコアは、前記円環周方向に沿って相対的に旋回可能な２つの環状個別コアからなり、これら２つの環状個別コアのうちの一方の環状個別コアに前記各ボビンのうちの一方のボビンが固定され、他方の環状個別コアに他方のボビンが固定された相対回転部の電気伝送装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の相対回転部の電気伝送装置において、前記トロイダルコアは非磁性体のケースに収納され、このケースの周囲に前記２つのコイルが前記各ボビンを介して巻回されている相対回転部の電気伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ロボット、アシストスーツ、その他、関節等の相対回転部を有する機械装置において、前記相対回転部に配置され、電力または信号を非接触で伝送する相対回転部の電気伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力および信号伝送経路に関節部や回転部を含む場合、ケーブルを撓ませることで可動域を確保し、電力および信号を伝送している。このケーブルは関節部や回転部が稼働することで繰り返し曲げ伸ばしされる。銅やアルミ等でなるケーブルの導電部に繰返し応力が発生することで、ケーブルが断線する懸念がある。また、ケーブルを用いる場合、可動域に制限が発生する。
【０００３】
一方、この可動部にスリップリングを用いることでこれらを解消できるが、スリップリングの欠点として電気接点における摩耗粉の発生が挙げられる。導電性のある液体金属を用いたロータリーコネクタがこの代替品として挙げられるが、これらの代替品は摺動面での摩耗が避けられない。
【０００４】
上記各問題を解決するために、ケーブルやスリップリングを用いずに、非接触で電気を伝送する電磁誘導式の電気伝送装置（例えば特許文献１）、共鳴式の電気伝送装置（例えば特許文献２）が提案されている。このような電気伝送装置は、例えば特許文献３に記載されているようなアシストスーツの肘関節等の相対回転部に好適に用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３５４３４８号公報
【特許文献２】特開２０１１−２１１８５４号公報
【特許文献３】特開２０１５−６２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の電磁誘導式の電気伝送装置は、図９に示すように、同一の軸心Ｏ上で相互回転可能な一対の磁性素子４０Ａ，４０Ｂを有し、これら一対の磁性素子４０Ａ，４０Ｂの各コイル４２Ａ，４２Ｂが互いに磁気結合されている。磁性素子４０Ａ，４０Ｂはコア４１Ａ，４１Ｂとコイル４２Ａ，４２Ｂとからなり、一対の磁性素子４０Ａ，４０Ｂの各コア４１Ａ，４１ＢはギャップＧを介して互いに繋がる開磁路を構成している。開磁路のコア４１Ａ，４１Ｂでは漏れ磁束が発生し、漏れや磁束がコイル４２Ａ，４２Ｂに吸収されることで熱が発生する。熱が発生すると、アシストスーツの相対回転部等のような人体に近い箇所で使用される電気伝送装置には適さない。
【０００７】
この発明の目的は、熱の発生が少なく、非接触で電力や電気信号を伝送することができる相対回転部の電気伝送装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の相対回転部の電気伝送装置は、トロイダルコアに巻回された２つのコイルを有し、これら２つのコイルは互いに磁気結合され、この磁気結合によって電力および電気信号のいずれか一方または両方を伝送する相対回転部の電気伝送装置であって、
前記２つのコイルは、それぞれボビンを介して前記トロイダルコアに巻回され、前記各ボビンは、前記トロイダルコアの円環周方向に沿って相対的に旋回可能であることを特徴とする。
【０００９】
この構成によると、トロイダルコイルに巻回された２つのコイルは互いに磁気結合される。このため、２つのコイルのうちのいずれか一方のコイルを給電側の回路に接続し、他方のコイルを受電側の回路に接続することにより、互いに磁気結合された両コイルを介して給電側の回路から受電側の回路へ、電力または電気信号が伝送される。つまり、給電側から受電側へ、非接触で電力または電気信号を伝送することができる。両コイルが閉磁路のトロイダルコアに巻回されているため、漏れ磁束が抑制され、熱の発生が少ない。２つのコイルがトロイダルコアの円環周方向に沿って相対的に旋回可能であり、旋回しても電力または電気信号を伝送することができるため、相対回転部の電気伝送に用いることができる。
【００１０】
前記各ボビンが前記トロイダルコアの円環周方向に沿って相対的に旋回可能な構成として、以下の構成がある。
一つは、前記各ボビンのいずれか一方または両方が、前記トロイダルコアの円環周方向に沿って旋回可能な構成である。
【００１１】
もう一つは、前記トロイダルコアは、前記円環周方向に沿って相対的に旋回可能な２つの環状個別コアからなり、これら２つの環状個別コアのうちの一方の環状個別コアに前記各ボビンのうちの一方のボビンが固定され、他方の環状個別コアに他方のボビンが固定されている構成である。
【００１２】
この発明において、前記トロイダルコアは非磁性体のケースに収納され、このケースの周囲に前記２つのコイルが前記各ボビンを介して巻回されていても良い。
トロイダルコアが非磁性体のケースに収納されていると、トロイダルコアの損傷を防ぐことができる。また、ボビンとの摺動性が良い材料でケースを製作することにより、トロイダルコアの円環周方向に沿うボビンの旋回を円滑に行わせることができる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の相対回転部の電気伝送装置は、トロイダルコアに巻回された２つのコイルを有し、これら２つのコイルは互いに磁気結合され、この磁気結合によって電力および電気信号のいずれか一方または両方を伝送する電気伝送装置であって、前記２つのコイルは、それぞれボビンを介して前記トロイダルコアに巻回され、前記各ボビンは、前記トロイダルコアの円環周方向に沿って相対的に旋回可能であるため、熱の発生が少なく、非接触で電力や電気信号を伝送することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る相対回転部の電気伝送装置の一部分を破断して表した斜視図である。
【図２】同電気伝送装置の断面図である。
【図３】第１の実施形態の変形例の断面図である。
【図４】この発明の第２の実施形態に係る相対回転部の電気伝送装置の一部分を破断して表した斜視図である。
【図５】同電気伝送装置の断面図である。
【図６】第２の実施形態の変形例の断面図である。
【図７】電気伝送装置の電気回路図である。
【図８】電気伝送装置を用いたパワーアシストスーツの腕部の一例の説明図である。
【図９】従来の電磁誘導式の電気伝送装置の一部分を破断して表した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［第１の実施形態］
この発明の第１の実施形態を図１、図２と共に説明する。
図１はこの相対回転部の電気伝送装置の一部分を破断して表した斜視図、図２はその断面図である。この電気伝送装置Ｅは、円環状のトロイダルコア１と、このトロイダルコア１に巻回された２つのコイル２Ａ，２Ｂとを有する。トロイダルコア１は、強磁性体であり、圧粉成形磁性体、射出成形磁性体、または積層鋼板等で構成される。
【００１６】
各コイル２Ａ，２Ｂは、それぞれ非磁性体からなるボビン３Ａ，３Ｂを介して、トロイダルコア１に巻回されている。ボビン３Ａ，３Ｂは、筒状部３ａとその両端に設けられたフランジ部３ｂ，３ｂとでなり、筒状部３ａの外周に両フランジ部３ｂ，３ｂ間に亘ってコイル２Ａ，２Ｂの導線が巻かれている。各ボビン３Ａ，３Ｂは、トロイダルコア１の円環周方向に沿って相対的に旋回可能である。図１、図２の例では、両方のボビン３Ａ，３Ｂが旋回可能であるが、片方のボビン３Ａ（３Ｂ）は固定で、もう片方のボビン３Ｂ（３Ａ）だけが旋回可能な構成であってもよい。
【００１７】
また、図１、図２の例では、トロイダルコア１は、非磁性体からなるケース４に収納されている。ケース４は、半割り状のケース分割体４ａ，４ｂを組み合わせて構成される。そして、ケース４の外側に、ボビン３Ａ，３Ｂの各筒状部３ａが摺動可能に嵌合している。ボビン３Ａ，３Ｂおよびケース４の材料としては、非磁性体であり、かつ互いに摺動性が良い材料、例えば合成樹脂等が適している。
【００１８】
この構成によると、トロイダルコイル１に巻回された２つのコイル２Ａ，２Ｂは互いに磁気結合される。このため、２つのコイル２Ａ，２Ｂのうちのいずれか一方のコイル２Ａ（２Ｂ）を給電側の回路に接続し、他方のコイル２Ｂ（２Ａ）を受電側の回路に接続することにより、互いに磁気結合された両コイル２Ａ，２Ｂを介して給電側の回路から受電側の回路へ、電力または電気信号が伝送される。つまり、給電側から受電側へ、非接触で電力または電気信号を伝送することができる。両コイル２Ａ，２Ｂが閉磁路のトロイダルコア１に巻回されているため、漏れ磁束が抑制され、熱の発生が少ない。２つのコイル２Ａ，２Ｂがトロイダルコア１の円環周方向に沿って相対的に旋回可能であり、旋回しても電力または電気信号を伝送することができるため、相対回転部の電気伝送に用いることができる。
【００１９】
図１、図２の例では、トロイダルコア１がケース４に収納されているが、図３のように、ケースが無くても良い。ボビン３Ａ，３Ｂが非磁性体からなるため、ケースが無くても、トロイダルコア１とコイル２Ａ，２Ｂの電気的絶縁性を確保することができる。他は、図１、図２の構成と同じである。
【００２０】
［第２の実施形態］
図４はこの発明の第２の実施形態に係る相対回転部の電気伝送装置の一部分を破断して表した斜視図、図５はその断面図である。この電気伝送装置Ｅは、トロイダルコア１が、円環周方向に沿って相対的に旋回可能な２つの環状個別コア１１，１２からなる。各環状個別コア１１，１２は、それぞれがケース１３，１４に収納されている。
【００２１】
前記第１の実施形態と同様に、トロイダルコア１に巻回された２つのコイル２Ａ，２Ｂを有する。各コイル２Ａ，２Ｂは、それぞれ非磁性体からなるボビン３Ａ，３Ｂを介して、トロイダルコア１に巻回されている。一方のコイル２Ａが巻回された一方のボビン３Ａは一方の環状個別コア１１に固定され、他方のコイル２Ｂが巻回された他方のボビン３Ｂは他方の環状個別コア１２に固定されている。一方のボビン３Ａは他方の環状個別コア１２に対して旋回摺動可能であり、かつ他方のボビン３Ｂは一方の環状個別コア１１に対して旋回可能である。
【００２２】
この第２の実施形態も、２つのコイル２Ａ，２Ｂは互いに磁気結合される。このため、２つのコイル２Ａ，２Ｂのうちのいずれか一方のコイル２Ａ（２Ｂ）を給電側の回路に接続し、他方のコイル２Ｂ（２Ａ）を受電側の回路に接続することにより、給電側の回路から受電側の回路へ、非接触で電力または電気信号を伝送することができる。また、漏れ磁束が抑制され、熱の発生が少ない。
【００２３】
図４、図５の例では、トロイダルコア１の２つの環状個別コア１１，１２がそれぞれケース１３，１４に収納されているが、図６のように、ケースが無くても良い。ボビン３Ａ，３Ｂが非磁性体からなるため、ケースが無くても、環状個別コア１１，１２とコイル２Ａ，２Ｂの電気的絶縁性を確保することができる。他は、図４、図５の構成と同じである。
【００２４】
図７は、第１の実施形態および第２の実施形態のいずれかの電気伝送装置Ｅを電力の給電に用いた電気回路の一例を示す。２つのコイル２Ａ，２Ｂのうちのいずれか一方、例えばコイル２Ａが給電側であり、交流電源２０に接続されている。他方のコイル２Ｂは受電側であり、モータ等の負荷２１に接続されている。受電側のコイル２Ｂと並列にコンデンサ２２が接続され、この受電側のコイル２Ｂで生じる漏れ磁束による漏れインダクタンスと、コンデンサ２２とで共振回路２３を構成する。なお、交流電源２０に代えて、または交流電源２０から出力される交流電圧に重畳させるように電気信号源（図示せず）を設け、負荷２１に代えて、または負荷２１と共に復調回路（図示せず）を設けることで、電気信号を伝送することができる。
なお、給電側と受電側とでコイル２Ａ，２Ｂの巻数を互いに異ならせることで、昇圧または降圧の機能を持たせることができる。
【００２５】
図８は、この相対回転部の電気伝送装置Ｅをパワーアシストスーツの肘関節部に装備した例を示す。このパワーアシストスーツの腕部３０は、上腕部３１と前腕部３２とを有し、両部３１，３２の間の肘関節部３３は、軸心Ｏ回りに回転自在な１自由度の関節部とされている。この肘関節部３３に、第１の実施形態または第２の実施形態の電気伝送装置Ｅが設けられている。パワーアシストスーツの胴体部等に電源２０が設けられ、前腕部３２の先端に、手首または手の駆動を行う電動モータ等の負荷２１が設けられている。そして、電気伝送装置Ｅの片方のコイル２Ａ（２Ｂ）と電源２０とが動力線３４で接続され、もう片方のコイル２Ｂ（２Ａ）と負荷２１とが動力線３５で接続されている。
【００２６】
パワーアシストスーツは、電力や電気信号の伝送の信頼性と、関節部における電気伝送装置の小型化とが強く要望される。そのため、この実施形態の相対回転部の電気伝送装置の持つ信頼性と小型化の効果が、より効果的に発揮される。
【００２７】
以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００２８】
１…トロイダルコア
２Ａ，２Ｂ…コイル
３Ａ，３Ｂ…ボビン
４，１３，１４…ケース
１１，１２…環状個別コア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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