(57)【要約】【課題】既存の機械装置にも適用が容易で、かつ、回転軸の軸径が異なっても共通に設計された送電コイルおよび受電コイルを使用可能にする。【解決手段】ワイヤレス電力伝送装置１は、機械装置の不動部に設けられた給電コイル部３と、中心軸５を中心に回転する円柱状の回転部４に設けられた受電コイル部１０とを備え、受電コイル部１０は、回転部４の外周面の回転円周方向に沿って複数の面状コイル１１が略等間隔に配設されて構成されることを特徴とする。また、受電コイル部１０は、好ましくは、複数の面状コイル１１が可撓性を有するフィルム状の薄膜基板上に列状に形成されて構成され、その薄膜基板は、回転部４の外周面に貼付されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械装置の不動部に設けられた給電コイル部と、回転対称軸を中心に回転する前記機械装置の円柱状の回転部に設けられた受電コイル部とを備え、前記給電コイル部から前記受電コイル部へ交流電力をワイヤレスで伝送するワイヤレス電力伝送装置であって、
前記受電コイル部は、
前記回転部の外周面の回転円周方向に沿って複数の面状コイルが所定の間隔で配設されてなること
を特徴とするワイヤレス電力伝送装置。
【請求項２】
前記受電コイル部は、前記複数の面状コイルが可撓性を有する薄膜基板上に列状に形成されてなり、かつ、前記薄膜基板が前記回転部の外周面に貼付されたものであること
を特徴とする請求項１に記載のワイヤレス電力伝送装置。
【請求項３】
前記複数の面状コイルのそれぞれについて対となる共振コンデンサが、前記薄膜基板上に併せて形成されていること
を特徴とする請求項２に記載のワイヤレス電力伝送装置。
【請求項４】
前記薄膜基板上に形成された前記面状コイルおよび前記共振コンデンサの対は、互いに並列接続され、並列共振回路を構成すること
を特徴とする請求項３に記載のワイヤレス電力伝送装置。
【請求項５】
前記薄膜基板上に形成された前記面状コイルおよび前記共振コンデンサの対は、互いに直列接続され、直列共振回路を構成すること
を特徴とする請求項３に記載のワイヤレス電力伝送装置。
【請求項６】
前記薄膜基板上に形成された前記面状コイルおよび前記共振コンデンサの対は、互いに絶縁され、隣接する前記対間で磁気共鳴により電力を伝送すること
を特徴とする請求項３に記載のワイヤレス電力伝送装置。
【請求項７】
機械装置の不動部に設けられた給電コイル部と、
回転対称軸を中心に回転する前記機械装置の円柱状の回転部に設けられた受電コイル部と、
前記回転部の物理状態を表す物理量を検出するセンサと、
前記給電コイル部から前記受電コイル部へワイヤレスで伝送される交流電力を直流電流に変換し、前記変換した直流電力を前記センサに供給する電源回路部とを備え、
前記受電コイル部は、
前記回転部の外周面の回転円周方向に沿って複数の面状コイルが所定の間隔で配設されてなること
を特徴とする回転体センシング装置。
【請求項８】
前記受電コイル部は、前記複数の面状コイルが可撓性を有する薄膜基板上に列状に形成されてなり、かつ、前記薄膜基板が前記回転部の外周面に貼付されたものであること
を特徴とする請求項７に記載の回転体センシング装置。
【請求項９】
機械装置の不動部に設けられた給電コイル部と、回転対称軸を中心に回転する前記機械装置の円柱状の回転部に設けられた受電コイル部とを備えたワイヤレス電力伝送装置の前記受電コイル部を構成する受電コイル薄膜基板であって、
前記受電コイル薄膜基板は、可撓性を有し、その面上に複数の面状コイルが列状に所定の間隔で形成されており、前記機械装置の回転部の外周面に、前記複数の面状コイルの配列方向が前記回転部の回転円周方向と一致するように貼付されること
を特徴とする受電コイル薄膜基板。
【請求項１０】
前記複数の面状コイルのそれぞれについて対となる共振コンデンサが、前記薄膜基板上に併せて形成されていること
を特徴とする請求項９に記載の受電コイル薄膜基板。
【請求項１１】
前記面状コイルおよび前記共振コンデンサの対は、互いに並列接続され、並列共振回路を構成すること
を特徴とする請求項１０に記載の受電コイル薄膜基板。
【請求項１２】
前記薄膜基板上に形成された前記面状コイルおよび前記共振コンデンサの対は、互いに直列接続され、直列共振回路を構成すること
を特徴とする請求項１０に記載の受電コイル薄膜基板。
【請求項１３】
前記薄膜基板上に形成された前記面状コイルおよび前記共振コンデンサの対は、互いに絶縁され、隣接する前記対間で磁気共鳴により電力を伝送すること
を特徴とする請求項１０に記載の受電コイル薄膜基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械装置の回転部に搭載された電子回路やセンサに電力を供給するのに好適なワイヤレス電力伝送技術およびそのワイヤレス電力伝送技術を適用した回転体センシング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械装置の回転部とくに高速で回転する動力軸などの動作状態を表す物理量を検出する場合には、その回転部に実装された種々のセンサにワイヤレスで電力を伝送する必要がある。ワイヤレスでの電力伝送には、電磁誘導現象が利用されることが多い。例えば、特許文献１には、回転シャフトに固定されたポットコアに巻回されたコイルと軸受などに固定されたポットコアに巻回されたコイルとの間の電磁誘導現象により固定側のコイルから回転シャフト側のコイルへワイヤレスで電力を伝送する例が示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、磁気共鳴（磁界共振などとも呼ばれる）現象を利用し、静止体上の送電コイルから回転体上の受電コイルへ非接触（ワイヤレス）で電力を伝送する例が開示されている。なお、このような磁気共鳴を利用したワイヤレス電力伝送技術は、給電コイルと受電コイルとの距離が多少離れていても効率のよい電力伝送が可能な点で、近年注目を集めている技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−２２２４５９号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６８５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１や特許文献２に開示されている技術を用いれば、機械装置の回転部に搭載されたセンサへワイヤレスで電力を伝送することができる。しかしながら、これらの従来技術では、回転部に搭載されている受電コイルとして、回転部の回転軸を中心に円周方向に巻回されたコイルが用いられている。そのため、受電コイルを構成するには、回転シャフトなどの動力軸に直接に導線を巻回するか、または、動力軸とともに回転する軸体に導線を巻回したものを動力軸に追加する必要がある。
【０００６】
従って、これらの従来技術は、機械装置を新たに設計し、製造する場合には適用可能でであっても、既存の機械装置の回転部に新たにセンサを取り付け、そのセンサに電力を供給しようとする場合には、適用が容易とは言い難い。ちなみに、既存の機械装置では、動力軸などには保護カバーなどが設けられている場合が多く、その動力軸の周囲のクリアランスは狭小である。そのため、機械装置の一部を分解し、再組み立てをしない限りは、動力軸などに導線を巻回し、受電コイルを設けることはできないのが実情である。
【０００７】
また、電力伝送の効率向上を図るには、送電コイルと受電コイルとの間でインピーダンスをマッチングさせることが不可欠である。ところで、動力軸などに導線を巻回して受電コイルを構成する場合、そのインダクタンスを含むインピーダンスは、動力軸の軸径や巻き数に依存することになる。これは、動力軸の軸径が異なるたびに送電コイルおよび受電コイルの設計が必要となることを意味する。
【０００８】
以上のような従来技術の問題点に鑑み、本発明の目的は、既存の様々な回転軸径を有する機械装置であっても適用が容易なワイヤレス電力伝送装置を実現するとともに、そのワイヤレス電力伝送装置を適用した回転体センシング装置、および、ワイヤレス電力伝送装置に用いられる受電コイル薄膜基板を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明に係るワイヤレス電力伝送装置は、機械装置の不動部に設けられた給電コイル部と、回転対称軸を中心に回転する前記機械装置の円柱状の回転部に設けられた受電コイル部とを備え、前記給電コイル部から前記受電コイル部へ交流電力をワイヤレスで伝送するワイヤレス電力伝送装置であって、前記受電コイル部は、前記回転部の外周面の回転円周方向に沿って複数の面状コイルが略等間隔など所定の間隔で配設されてなることを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明に係るワイヤレス電力伝送装置は、前記受電コイル部が、前記複数の面状コイルが可撓性を有する薄膜基板上に列状に形成されてなり、前記薄膜基板が前記回転部の外周面に貼付されたものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、既存の様々な回転軸径を有する機械装置であっても適用が容易な送電コイルおよび受電コイルを使用することが可能なワイヤレス電力伝送装置が提供され、さらに、そのワイヤレス電力伝送装置を適用した回転体センシング装置、および、ワイヤレス電力伝送装置に用いられる受電コイル薄膜基板が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置および回転体センシング装置の構成の例を模式的に示した図である。
【図２】本発明の実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置が適用された機械装置の例を示した図である。
【図３】給電コイル部の取り付け方法の一例を示した図である。
【図４】薄膜基板上に形成された受電コイル部および電子回路部の構成の例を示した図である。
【図５】受電コイル部が構成され薄膜基板上に電子回路部が構成された薄膜基板が積層された例を示した図である。
【図６】複数の面状コイルおよび共振コンデンサの対が長大なテープ状の薄膜基板上に列状に略等間隔に形成され、リールに巻き取られて収納されている様子を示した図である。
【図７】薄膜基板上に並列共振回路の受電コイル部が構成された例を示した図である。
【図８】薄膜基板上に直列共振回路の受電コイル部が構成された例を示した図である。
【図９】複数の中継コイルが形成された薄膜基板およびその等価回路の例を示した図である。
【図１０】直列共振回路の薄膜基板が回転部に貼付されたときの回転部の回転角と交流電力の伝送特性との関係の例を示した図である。
【図１１】本発明の効果を説明するための機械装置の構成の例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置１および回転体センシング装置２の構成の例を模式的に示した図である。図１において、ワイヤレス電力伝送装置１とは、図示しない機械装置の不動部に設けられた給電コイル部３と、その機械装置の動力伝達回転軸などの回転部４に設けられた受電コイル部１０とを含む部分をいう。また、回転体センシング装置２とは、給電コイル部３と、受電コイル部１０と、センサ２４と、電源回路２１、制御回路２２、通信回路２３などからなる電子回路部２０と、を含む部分をいう。従って、回転体センシング装置２は、ワイヤレス電力伝送装置１を含む。
【００１５】
ここで、回転部４は、例えば、細長の円柱形状をしており、その円柱の中心軸５を中心として回転するものとする。そして、受電コイル部１０は、複数の渦巻き型の面状コイル１１が、回転部４の外周面（すなわち、円柱の側面）に、その外周面の回転円周方向に沿って略等間隔に列状に配設されて構成される。このとき、複数の面状コイル１１のそれぞれには、対となる共振コンデンサ１２が設けられており、面状コイル１１の少なくとも一方の端子は、共振コンデンサ１２の一方の端子に接続されている。
【００１６】
また、給電コイル部３は、図示しない機械装置の不動部上で、回転部４の受電コイル部１０が配設された位置の近傍位置に固定され、コイル３１とその対となる共振コンデンサ３２とを含んで構成される。給電コイル部３には、所定の周波数の交流電力が供給され、その交流電力は、コイル３１と面状コイル１１との電磁結合（電磁誘導または磁気共鳴）現象により、ワイヤレス（非接触）で受電コイル部１０へ伝送される。
【００１７】
電子回路部２０の電源回路２１は、受電コイル部１０に伝送された交流電力を整流し、さらに安定した直流電力に変換するとともに、その直流電力をセンサ２４、制御回路２２、通信回路２３などに供給する。
【００１８】
センサ２４は、回転部４の物理状態を表す物理量を検出するものであり、例えば、回転部４に搭載された加速度センサ、振動センサ、音響センサ、歪センサ（トルクセンサ）、温度センサなどをいう。ここで、センサ２４は、複数種類のものを複数個含んでいてもよく、また、その一部が電子回路部２０に含まれるものであってもよい。
【００１９】
制御回路２２は、マイクロプロセッサやＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などにより構成され、センサ２４を制御して、センサ２４で検出される信号を取得する。また、制御回路２２は、センサから取得した信号に適宜演算処理などを施して必要なデータを求め、さらに、通信回路２３を介して、その求めたデータを機械装置の制御コンピュータなどにワイヤレスで送信する。
【００２０】
なお、詳細は後記するが、本実施形態では、受電コイル部１０の面状コイル１１および共振コンデンサ１２は、一般にはフレキシブル基板と呼ばれる可撓性および絶縁性を有するフィルム状の薄膜基板上に形成されている。また、電子回路部２０の電源回路２１、制御回路２２、通信回路２３なども、同様の可撓性および絶縁性を有する薄膜基板上に搭載されている。従って、本実施形態では、面状コイル１１および共振コンデンサ１２の列が形成された薄膜基板、および、電源回路２１、制御回路２２、通信回路２３などが搭載された薄膜基板を回転部４の外周部に貼付することにより、受電コイル部１０および電子回路部２０を容易に実現することができる。
【００２１】
図２は、本発明の実施形態に係るワイヤレス電力伝送装置１が適用された機械装置の例を示した図である。ただし、ここで示した機械装置は、機械装置の一部のみを示した図である。図２に示すように、一般的な機械装置の多くは、動力源となるモータ６や減速機８を備えており、モータ６の回転軸４１と減速機８の回転軸４２とは、カップリング７で連結されている。減速機８は、モータ６から回転軸４１、カップリング７および回転軸４２を介して伝達される動力の回転速度を減速し、減速した動力を軸受９に支持された回転軸４３などを介して負荷装置へ伝達する。
【００２２】
このような機械装置において、例えば、軸受９のベアリングが摩耗したり破損したりすると、回転軸４３の回転バランスがくずれ、異常な振動、音響、熱、歪が発生し、最悪の場合には、軸受９のみならずモータ６や減速機８の破壊に至る。これを未然防止するために、回転軸４１，４２，４３などに振動、音響、熱、歪などを検知するセンサ２４（図２では図示省略）を取り付ける。
【００２３】
そして、例えば、回転軸４３に取り付けられたセンサ２４に電力を供給するために、機械装置の不動部である軸受９には、ワイヤレス電力伝送装置１の給電コイル部３が取り付けられ、また、回転軸４３の外周部には受電コイル部１０および電子回路部２０（図２では図示省略）が配設されている。その結果、電源回路２１を介してセンサ２４に直流電力が供給され、センサ２４が動作し、そのセンサ２４で検出された振動、音響、熱、歪などのデータは、制御回路２２および通信回路２３などを介して、上位の制御用コンピュータ（図示省略）などへ送信される。
【００２４】
制御用コンピュータは、センサ２４で検出された検出データに基づき、回転部４の回転異常の有無を判定し、回転異常を検知した場合には、その旨を、表示装置や警報装置などを介して機械装置の管理者に通知する。よって、機械装置の管理者は、回転軸４３などの回転異常またはその前兆を早期に知ることができる。
【００２５】
図３は、給電コイル部３の取り付け方法の一例を示した図である。図３の例では、可撓性を有する薄膜基板上にコイル３１と共振コンデンサ３２とが形成されてなる給電コイル部３が、回転軸４３のような円柱状の回転部４の径よりも大きな内径を有する円筒５０の内壁に貼付される。すなわち、回転部４には、可撓性を有する薄膜基板上に少なくとも一方の端子が共振コンデンサ１２に接続された面状コイル１１が列状に形成されてなる受電コイル部１０が貼付される。
【００２６】
そして、回転部４が円筒５０の筒内に挿入された状態で円筒５０を、例えば、機械装置の不動部である軸受９などに固定する。なお、このとき、円筒５０は、その内壁に貼付された給電コイル部３の位置と回転部４の外周部に貼付された受電コイル部１０の位置とが一致する位置で軸受９などに固定される。また、このとき、円筒５０の内壁と回転部４の外周部との離間距離は、回転部４が回転しても、円筒５０の内壁に貼付された給電コイル部３と回転部４の外周部に貼付された受電コイル部１０とが互いに接触しない距離以上であるとする。
【００２７】
以上のように配設された給電コイル部３と受電コイル部１０とでは、給電コイル部３のコイル３１は、常に受電コイル部１０内の複数の面状コイル１１のいずれかと電磁結合が可能となるため、受電コイル部１０には安定した電力が伝送される。また、この場合、円筒５０を鉄などの磁性物質で形成した場合には、コイル３１や面状コイル１１から放射される磁束が円筒５０で遮蔽されるので、ＥＭＩ（Electromagnetic Interference）防止の観点からも有利である。
【００２８】
図４は、薄膜基板上に形成された受電コイル部１０および電子回路部２０の構成の例を示した図である。図４に示すように、可撓性を有する薄膜基板１０ａ上には、渦巻き状の銅などの配線からなる面状コイル１１が複数個、略等間隔に列状に形成されている。このとき、それぞれの面状コイル１１の中央部には、薄膜基板１０ａの表面および裏面に互いに対向するように銅などの金属膜が蒸着されて構成される共振コンデンサ１２が形成されている。そして、渦巻き状の面状コイル１１の中心側の配線は、薄膜基板１０ａの表面に形成された共振コンデンサ１２の金属膜（電極）に接続される。ここで、薄膜基板１０ａの表面とは、薄膜基板１０ａの面状コイル１１が形成された面をいい、薄膜基板１０ａの裏面とは、その反対側の面をいう。
【００２９】
さらに、薄膜基板１０ａの表面には、面状コイル１１の配列方向に沿って銅などの配線１０１が形成されており、その配線１０１には、それぞれの面状コイル１１の外側の配線が接続されている。また、薄膜基板１０ａの裏面には、同様の配線１０２が形成されており、その配線１０２には、面状コイル１１の対となる共振コンデンサ１２の裏面側の金属膜（電極）から引き出された配線が接続されている。なお、図４では、裏面の配線は、破線で表わされている。
【００３０】
さらに、薄膜基板１０ａの表面には、複数の面状コイル１１と共振コンデンサ１２の対にそれぞれ対応するように、複数の端子１０５ａ，１０５ｂの対が形成されている。そして、それぞれの端子１０５ａには、対応する面状コイル１１の外側の配線が接続される。また、それぞれの端子１０５ｂには、共振コンデンサ１２の裏面側の金属膜（電極）から引き出された配線が、スルーホールコンタクト１０４および表面の配線１０３を介して接続されている。
【００３１】
一方、電子回路部２０が構成される薄膜基板２０ａには、図示しない各種のスイッチング素子、ダイオード素子、集積回路素子、抵抗素子、コンデンサ素子などが適宜搭載され、相互に配線されることにより、電源回路２１、制御回路２２および通信回路２３などが実現される。すなわち、電子回路部２０は、フレキシブル基板の表面および裏面に予め設計された配線を形成しておき、そのフレキシブル基板に各種の素子を搭載することにより実現される。
【００３２】
そして、受電コイル部１０から出力される交流電力は、複数の端子１０５ａ，１０５ｂの対の中から適宜選択された一対の端子１０５ａ，１０５ｂを介して電子回路部２０内へ入力される。こうして入力された交流電力は、電源回路２１により整流され、安定した直流電力に変換され、その直流電力は、電子回路部２０を構成する各種の素子およびセンサ２４に供給される。なお、図４において、電源回路２１、制御回路２２、通信回路２３およびセンサ２４をつなぐ線は、信号線を意味し、直流電力を供給する配線の図示は省略されている。
【００３３】
また、図４に示すように、端子１０５ａ，１０５ｂと電源回路２１とをつなぐ２本の配線間には、インピーダンスマッチング用の微調整用コンデンサ２５が配設されている。この微調整用コンデンサ２５として容量値が適切なものを選択することによって、給電コイル部３のコイル３１と受電コイル部１０の面状コイル１１との電磁結合を強めることができる。よって、給電コイル部３から受電コイル部１０へ伝送される交流電力の伝送効率を向上させることができる。
【００３４】
また、面状コイル１１および共振コンデンサ１２が形成された薄膜基板１０ａおよび電子回路部２０が構成された薄膜基板２０ａの少なくとも裏面には、絶縁膜加工が施されるものとする。さらに、薄膜基板１０ａの表面以外の面には、磁気シールド膜加工が施されるのが好ましい。
【００３５】
以上の受電コイル部１０が構成された薄膜基板１０ａおよび電子回路部２０が構成された薄膜基板２０ａは、図３に示したように、回転軸４３などの機械装置の回転部４の外周部に貼付される。このとき、薄膜基板１０ａは、面状コイル１１の列の方向と回転部４の回転の円周方向とが一致するように貼付される。また、薄膜基板１０ａと薄膜基板２０ａとは、互いに隣接ないし接触する位置に貼付される。その場合には、薄膜基板１０ａに配設された端子１０５ａ，１０５ｂと薄膜基板２０ａに配設された交流電力を入力する２つの端子（図示省略）とを接続することが容易になる。
【００３６】
また、薄膜基板１０ａには、それぞれの面状コイル１１に対応するように、端子１０５ａ，１０５ｂが複数対設けられている。そのため、電子回路部２０では、受電コイル部１０から出力される交流電力をいずれの端子１０５ａ，１０５ｂからでも取り出すことができる。よって、薄膜基板２０ａ上に構成される電子回路部２０の素子配置の自由度が増加するので、電子回路部２０の設計が容易になる。
なお、薄膜基板２０ａ上における電子回路部２０を構成する素子の配置では、回転部４が回転したときの重量バランスを考慮することが重要である。
【００３７】
また、図４では、薄膜基板１０ａ上には、５対の面状コイル１１および共振コンデンサ１２しか描かれていないが、薄膜基板１０ａ上に形成される面状コイル１１と共振コンデンサ１２との対の数は、５対に限定されず、４対以下でも、６対以上でもよい。
【００３８】
なお、詳細は後記するが、本実施形態では、好ましくは、長いテープ状の薄膜基板（フィルム）上に多数の面状コイル１１および共振コンデンサ１２の対を形成しておき、それを回転部４の外周長に合せて切断したものを受電コイル部１０とする。この場合、薄膜基板１０ａ上に形成される面状コイル１１と共振コンデンサ１２との対の数は、回転部４の外周長すなわち径に依存して決まる。
【００３９】
また、本実施形態では、薄膜基板１０ａと薄膜基板２０ａとは、別体の薄膜基板であるとしているが、同体の薄膜基板であってもよい。
【００４０】
図５は、受電コイル部１０が構成され薄膜基板１０ａ上に電子回路部２０が構成された薄膜基板２０ａが積層された例を示した図である。この例では、下側の薄膜基板２０ａの表面（図５では、上面）には、電源回路２１、制御回路２２および通信回路２３を構成する各種素子が配設される。そのため、薄膜基板２０ａの表面は、かなりの凹凸が生じる。そこで、ここでは、薄膜基板１０ａと薄膜基板２０ａとの間に、絶縁性と可撓性と柔らかな弾力性（伸縮性）とを備えた合成スポンジなどからなる緩衝部材２７を配設し、その凹凸を緩和する。
【００４１】
図６は、複数の面状コイル１１および共振コンデンサ１２の対が長大なテープ状の薄膜基板１０ｂ上に列状に略等間隔に形成され、リール５５に巻き取られて収納されている様子を示した図である。このような薄膜基板１０ｂであれば、利用者は、貼付すべき機械装置の回転部４（回転軸４３など）の外周長に合せて必要な長さの薄膜基板１０ｂを、ハサミなどのカッタ５６で切断して使用することができる。
従って、機械装置の回転部４の径ごとに面状コイル１１や共振コンデンサ１２の設計をするなどの開発工数を省くことができる。
【００４２】
図７は、並列共振回路の受電コイル部１０が構成された薄膜基板１０ｃおよびその等価回路１１１の例を示した図、また、図８は、直列共振回路の受電コイル部１０が構成された薄膜基板１０ｃおよびその等価回路１１２の例を示した図である。ここで、受電コイル（図７、図８でいう面状コイル１１）が複数存在する場合には、給電コイルから受電した電力が結合していない受電コイルから再放射されると伝送効率が劣化する。しかしながら、図７の構成では、並列共振回路が並列に接続されているため、給電コイルと結合していない受電コイルは、並列共振状態となっているのでインピーダンスが無限大となる。そのため、結合していない受電コイルを無視することができ、その受電コイルからの再放射は少ないと考えられる。また、図８の構成では、直列共振回路が直列に接続されているため、給電コイルと結合していない受電コイルは直列共振状態となっており、インピーダンスがほぼ０、つまり、ショートしていると考えられる。そのため、その受電コイルを無視することができるので、その受電コイルからの再放射は少ないと考えられる。すなわち、受電コイル部１０を図７、図８のように構成にすることで、伝送効率の低下が少ない受電回路を得ることができる。
【００４３】
なお、並列共振回路の場合、インピーダンスは高いが、複数の受電コイルの数が増えるとインピーダンスは下がっていく。一方、直列共振回路の場合、複数の受電コイルの数が増えるとインピーダンスが上昇する。そのため、受電コイルの後段の電源回路とインピーダンス整合を図る必要があるが、複数の受電コイルの数に応じて並列または直列のよりインピーダンスの近いほうの接続を選択することで、電源回路との整合を容易に取ることができる。
【００４４】
図９は、複数の中継コイル１３が形成された薄膜基板１０ｅおよびその等価回路１１３の例を示した図である。図９に示すように、中継コイル１３それぞれは、面状コイル１１とその対となる共振コンデンサ１２により構成され、互いに電気的には絶縁されている。一方で、互いに隣接する中継コイル１３は、磁気共鳴により結合しており、共鳴周波数での交流電力の伝送が可能である。
【００４５】
例えば、図９において、給電コイル部３のコイル３１および共振コンデンサ３２が、中継コイル１３１と結合していた場合であっても、給電コイル部３から中継コイル１３１へ伝送された交流電力は、中継コイル１３１と中継コイル１３２との磁気共鳴結合により、中継コイル１３２へ伝送される。さらに、中継コイル１３２へ伝送された交流電力は、中継コイル１３２と中継コイル１３３との磁気共鳴結合により、中継コイル１３３へ伝送され、その端子１０５ｃ、１０５ｄを介して、図示しない電子回路部２０へ伝送される。
【００４６】
従って、図９に示すような複数の中継コイル１３が形成された薄膜基板１０ｅが機械装置の回転部４（例えば、回転軸４３：図２参照）の外周部の円周方向に沿って貼付されていれば、回転部４が回転しても、不動部に配設された給電コイル部３のコイルから供給される交流電力は、複数の中継コイル１３のいずれかに伝送される。そして、その伝送された交流電力は、直接にまたは他の中継コイルを経由して端子１０５ｃ、１０５ｄへ出力され、図示しない電子回路部２０へ伝送される。
【００４７】
図１０は、直列共振回路の薄膜基板１０ｄ（図８参照）が回転部４に貼付されたときの回転部４の回転角と交流電力の伝送特性との関係の例を示した図である。なお、この伝送特性は、次の条件で取得されたものである。
【００４８】
（１）給電コイル部３のコイル３１は、薄膜基板の３．５ｃｍ×２ｃｍの領域に０．１６φ相当の配線を８ターンしたものであり、直列の共振コンデンサ３２の容量は、１５０ｐＦである。
（２）受電コイル部１０のそれぞれの面状コイル１１は、薄膜基板１０ｄの２．５ｃｍ×１．５ｃｍの領域に０．１６φ相当の配線を１０ターンしたものであり、直列の共振コンデンサ１２の容量は、１３０ｐＦであり、薄膜基板１０ｄの裏面には磁気シールド膜加工が施されている。
（３）面状コイル１１および共振コンデンサ１２の対は、３２ｍｍφの金属シャフトの円周方向に４つ並べて直列に接続された状態で配設されている。
【００４９】
図１０から分かるように、この直列共振回路の例では、回転角によるヌル点（伝送特性がゼロになる点）の問題は生じず、また、伝送損失も少ないため、電子回路部２０への電力供給にとくに問題はないと判断される。
【００５０】
図１１は、本発明の効果を説明するための機械装置の構成の例を示した図である。既存の様々な機械装置では、例えば、図１１に示すように、動力伝達用の複数の回転軸６１，６２，６３，６４が狭小の空間に互いに並行して配設され、さらに、保護ケース６７などに収容されていることがある。そして、回転軸６１がカップリング６５で回転軸６２に連結され、回転軸６２が軸受６９により支持されている。同様に、回転軸６３がカップリング６６で回転軸６４に連結され、回転軸６４が軸受６９により支持されている。さらに、例えば、カップリング６５，６６のメンテナンスなどのために、カップリング６５，６６の近傍の保護ケース６７には開口部が設けられ、その開口部には開閉可能な蓋６８が設けられている。
【００５１】
本実施形態に係る受電コイル部１０および電子回路部２０（図１参照）は、いずれも可撓性を有するフィルム状の薄膜基板１０ａ，２０ｂ上に構成されているため、その形状は、薄くて小さい。従って、図１１に示したような狭小空間に収容された回転軸６２，６４などであっても、その薄膜基板１０ａ，２０ｂを容易に配設（貼付）することができる。また、その配設に際して、回転軸６２，６４や保護ケース６７などを解体するのが不要であることも容易に分かる。
【００５２】
そこで、例えば、カップリング６５，６６の近傍の回転軸６２，６４に、受電コイル部１０が構成された薄膜基板１０ａ、電子回路部２０が構成された薄膜基板２０ｂおよび振動などを検出するセンサ２４を配設する。また、薄膜基板１０ａが配設された回転軸６２，６４の近傍の、例えば、保護ケース６７（機械装置の不動部）側に給電コイル部３を配設する。
【００５３】
以上のような構成により、回転軸６２，６４（回転部４）が回転しても、給電コイル部３から受電コイル部１０へワイヤレスで交流電力を伝送することができるようになる。しかも、薄膜基板１０ａ上に形成された面状コイル１１および共振コンデンサ１２が、回転軸６２，６４（回転部４）が回転する円周方向に沿って略等間隔に配置されている。そのため、保護ケース６７（機械装置の不動部）側に設けられた給電コイル部３のコイル３１は、常に、そのいずれかの面状コイル１１との磁気結合が可能であるため、図１０に示したように、伝送損失の少ない電力伝送が実現される。さらに、その結果として、狭小空間にも設置可能な回転体センシング装置２が実現される。
【００５４】
なお、本発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものでなく、さらに様々な変形例が含まれる。例えば、前記の実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために、詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成の一部で置き換えることが可能であり、さらに、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成の一部または全部を加えることも可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１      ワイヤレス電力伝送装置
２      回転体センシング装置
３      給電コイル部
４      回転部
５      中心軸
６      モータ
７      カップリング
８      減速機
９      軸受
１０    受電コイル部
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ  薄膜基板
１１    面状コイル
１２    共振コンデンサ
１３    中継コイル
２０    電子回路部
２０ａ，２０ｂ  薄膜基板
２１    電源回路
２２    制御回路
２３    通信回路
２４    センサ
２５    微調整用コンデンサ
２７    緩衝部材
３１    コイル
３２    共振コンデンサ
４１，４２，４３    回転軸
５０    円筒
５５    リール
５６    カッタ
６１，６２，６３，６４    回転軸
６５，６６    カップリング
６７    保護ケース
６８    蓋
６９    軸受
１０１，１０２，１０３  配線
１０４  スルーホールコンタクト
１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄ    端子
【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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【図１０】
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【図１１】
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