機器移動システム
【課題】機器移動システムにおいて、所定の移動面に沿って任意の機器を任意方向に自律的に移動可能とする。
【解決手段】機器移動システム１は、所定の移動面Ｓに沿って移動することができる移動ユニット２を備える。移動ユニット２は、任意の機器１０が搭載される移動体１１と、移動体１１に一体的に設けられたアクチュエータ３と、移動体１１を移動面Ｓに拘束する拘束装置１３とを備える。アクチュエータ３は、電磁力に基づく衝撃を発生し、移動体１１を衝撃力の方向に移動させる。拘束装置１３は、移動ユニット２を移動面Ｓに対して移動自在かつ摩擦力が発生するように機械力または電磁気力により拘束する。機器１０が受電機器に給電する給電用１次コイルであり、受電機器が移動面Ｓの上方の任意位置に載置されると、移動ユニット２が受電機器の下部に移動し、給電用１次コイルを受電機器の位置に移動して給電でき、給電場所に融通性を持たせることができる。
【解決手段】機器移動システム１は、所定の移動面Ｓに沿って移動することができる移動ユニット２を備える。移動ユニット２は、任意の機器１０が搭載される移動体１１と、移動体１１に一体的に設けられたアクチュエータ３と、移動体１１を移動面Ｓに拘束する拘束装置１３とを備える。アクチュエータ３は、電磁力に基づく衝撃を発生し、移動体１１を衝撃力の方向に移動させる。拘束装置１３は、移動ユニット２を移動面Ｓに対して移動自在かつ摩擦力が発生するように機械力または電磁気力により拘束する。機器１０が受電機器に給電する給電用１次コイルであり、受電機器が移動面Ｓの上方の任意位置に載置されると、移動ユニット２が受電機器の下部に移動し、給電用１次コイルを受電機器の位置に移動して給電でき、給電場所に融通性を持たせることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触給電用１次コイルなどの機器を移動する機器移動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、小型の電気機器などを所定位置に移動する機器移動装置として、例えば、非接触給電システムにおける給電用の１次コイルを含む機器を、広い給電面上の任意の位置に置かれた受電機器の２次コイルの直下部に移動させる装置がある。ここで、非接触給電システムについて述べると、受電機器と給電装置との間に、互いの種類、大きさ、個数などについて１対１対応が有る場合、例えば、電動歯ブラシや携帯電話などに対する専用の給電装置を備えた非接触給電システムが実用化されている。これらのシステムでは、１次コイルと２次コイルとが互いに確実に位置決めされるように、受電機器を位置決めするガイドが給電装置側に設けられていたり、受電機器を置く位置を視覚的に明示する印やＬＥＤインジケータなどが設けられている。近年、ある程度広い範囲の任意の位置に受電機器を置くだけで給電装置の１次コイルを受電機器の２次コイルの下部に自動的に導くしくみを備えたシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−８１９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１に示されるようなシステムは、モータを使った２軸のアクチュエータによってＸＹ面内で１次コイルを移動させるものであり、アクチュエータの構造は大がかりであり、給電装置の小型化や低コスト化が難しい。さらに、受電機器を置ける広い面積があるにもかかわらず、一度に給電できる受電機器は１つのみであり、設置効率が低い。これは、アクチュエータ構造が大きく、受電機器を置くことができる範囲の下部空間全面に広がっているため、１つの１次コイルを動かすアクチュエータの動作範囲内に、他の１次コイルを動かすアクチュエータを設置できないことによる。
【０００５】
本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成により、所定の移動面に沿って任意の機器を任意方向に自律的に移動させることができる機器移動システム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】
上記課題を達成するために、本発明の機器移動システムは、任意の機器が搭載され、その機器と共に所定の移動面に沿って移動する移動体と、移動体に一体的に設けられ、電力供給により電磁力に基づく衝撃を発生し、その衝撃力を駆動力にして該移動体を衝撃力の方向に移動させるアクチュエータと、移動体とアクチュエータによって構成される移動ユニットを移動面に対して移動自在かつ摩擦力が発生するように機械力または電磁気力により拘束する拘束手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この機器移動システムにおいて、アクチュエータは、移動体に複数設けられ、移動ユニットは、複数のアクチュエータの駆動力によって移動面に沿って回転移動または２自由度の直進移動をするものとすることができる。
【０００８】
この機器移動システムにおいて、拘束手段は、移動ユニットと移動面との間に磁力による引力を発生させる磁性体、電磁石、または永久磁石を備えて構成することができる。
【０００９】
この機器移動システムにおいて、拘束手段は、移動ユニットにおける移動面とは反対側にあって移動ユニットを移動面との間に挟み込む押圧板を備えて構成することができる。
【００１０】
この機器移動システムにおいて、移動ユニットが移動面に複数備えられ、それぞれ個別に移動するものとすることができる。
【００１１】
この機器移動システムにおいて、移動面における移動ユニットの位置を検出する位置センサと、アクチュエータへの供給電力を制御することによりアクチュエータを制御する制御部と、をさらに備え、制御部は、位置センサから位置データを受け取り、その位置データに基づいて移動ユニットを所定の目標位置に移動させるようにアクチュエータを制御するものとすることができる。
【００１２】
この機器移動システムにおいて、機器は、非接触給電用の１次コイルであり、移動体が移動する領域内に１次コイルによって給電される２次コイルを持つ受電機器が配置されたとき、その受電機器の位置を検出する機器センサを備え、制御部は、機器センサから受電機器の位置データを受け取り、その受電機器の位置に移動ユニットを移動させ、１次コイルから受電機器に給電を行うものとすることができる。
【００１３】
この機器移動システムにおいて、１次コイルは、複数のコイルをアレイ状に配置して成り、制御部は、給電の際に受電機器の２次コイルの面積に合わせて１次コイルの使用数を調整するものとすることができる。
【００１４】
この機器移動システムにおいて、１次コイルは、径の異なる複数のコイルを同心状に配置して成り、制御部は、給電の際に受電機器の２次コイルの面積に合わせて１次コイルの使用数を調整するものとすることができる。
【００１５】
この機器移動システムにおいて、制御部は、１次コイルを複数使用するとき、それらのコイルに加える電圧または電流を互いに同期させるものとすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の機器移動システムによれば、移動ユニットがアクチュエータによる自律駆動によって移動自在に移動するので、移動範囲の増大に対して移動のための機構が大型化することがなく、小型、低コストのシステムを実現できる。また、移動ユニットが、他励的駆動ではなく自律駆動によって移動するので、複数の移動ユニット間相互の駆動機構の干渉問題がなくなり、同一システム内に複数の移動ユニットを導入して複数の機器を移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る機器移動システムの構成図。
【図２】（ａ）は同機器移動システムを構成する移動ユニットの移動の様子を示す斜視図、（ｂ）は同移動ユニットの他方向への移動の様子を示す斜視図。
【図３】（ａ）は同機器移動システムを構成する他の移動ユニットの直進移動の様子を示す斜視図、（ｂ）は同移動ユニットの回転移動の様子を示す斜視図。
【図４】（ａ）は同機器移動システムを構成するさらに他の移動ユニットの直進移動の様子を示す斜視図、（ｂ）は同移動ユニットの他方向への移動の様子を示す斜視図、（ｃ）は同移動ユニットの回転移動の様子を示す斜視図。
【図５】（ａ）は同機器移動システムを構成する移動ユニットが壁面に拘束されて移動する様子を示す斜視図、（ｂ）は同移動ユニットと壁面の断面図。
【図６】同機器移動システムを構成する移動ユニットを移動面に拘束する例を示す側面図。
【図７】（ａ）は同機器移動システムを構成する移動ユニットを押圧板によって移動面に拘束する例を示す斜視図、（ｂ）は同移動ユニットの側面図。
【図８】同機器移動システムを構成する移動ユニットを移動面に拘束する他の例を示す側面図。
【図９】同機器移動システムを構成する移動ユニットを移動面に拘束するさらに他の例を示す斜視図。
【図１０】（ａ）（ｂ）は同機器移動システムを構成する移動ユニットに適用されるアクチュエータの左向き動作を説明する断面図、（ｃ）（ｄ）は同アクチュエータの右向き動作を説明する断面図。
【図１１】（ａ）は同移動ユニットに適用される他のアクチュエータの断面図、（ｂ）は同アクチュエータの動作原理を説明する模式図。
【図１２】（ａ）（ｂ）は同移動ユニットに適用されるさらに他のアクチュエータの左向き動作を説明する断面図、（ｃ）は同アクチュエータを左向きに動作させる際に電磁コイルに流す電流の時間変化グラフ。
【図１３】（ａ）（ｂ）は同アクチュエータの右向き動作を説明する断面図、（ｃ）は同アクチュエータを右向きに動作させる際に電磁コイルに流す電流の時間変化グラフ。
【図１４】（ａ）（ｂ）は同移動ユニットに適用されるさらに他のアクチュエータの動作を説明する断面図、（ｃ）は同アクチュエータの動作原理を説明する模式図。
【図１５】（ａ）は同移動ユニットに適用されるさらに他のアクチュエータの平面断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図。
【図１６】（ａ）〜（ｃ）は同アクチュエータの動作例を示す一部断面の側面図。
【図１７】（ａ）（ｂ）は同アクチュエータを動作させる際に電磁コイルに流す電流の時間変化グラフ。
【図１８】同移動ユニットに適用されるさらに他のアクチュエータの断面図。
【図１９】（ａ）（ｂ）は同アクチュエータの部分拡大断面図。
【図２０】（ａ）〜（ｄ）は同アクチュエータの動作の様子を示す一部断面側面図。
【図２１】（ａ）は第２の実施形態に係る機器移動システムにおける移動ユニットの動作を説明する斜視図、（ｂ）は同移動ユニットが目標位置に移動した様子を示す斜視図。
【図２２】（ａ）は同機器移動システムにおける複数の移動ユニットが給電用の１次コイルを備えて移動面上に配置されている様子を示す斜視図、（ｂ）は同移動システムのタッチパネル上に受電用の２次コイルが載置された様子を示す斜視図、（ｃ）は同移動ユニットが同受電用の２次コイルの下に移動した様子を示す斜視図。
【図２３】同機器移動システムにおける移動ユニットが複数のアレイ状配置の給電用１次コイルを備えている様子を示す斜視図。
【図２４】（ａ）は２つの給電用１次コイルを備えた移動ユニットが大面積の受電用の２次コイルに給電する様子を示す斜視図、（ｂ）は同移動ユニットが小面積の受電用の２次コイルに給電する様子を示す斜視図。
【図２５】（ａ）は同心の２つの給電用１次コイルを備えた移動ユニットが大面積の受電用の２次コイルに給電する様子を示す斜視図、（ｂ）は同移動ユニットが小面積の受電用の２次コイルに給電する様子を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１の実施形態）
以下、本発明の実施形態に係る機器移動システムについて図面を参照して説明する。図１乃至図４は本発明の第１の実施形態に係る機器移動システム１を示す。機器移動システム１は、図１に示すように、所定の移動面Ｓに沿って移動することができる移動ユニット２を備える。この移動ユニット２は、任意の機器１０が搭載される移動体１１と、移動体１１に一体的に設けられたアクチュエータ３と、移動体１１を移動自在に移動面Ｓに拘束する拘束装置１３（拘束手段）とを備える。また、機器移動システム１は、アクチュエータ３を制御する制御部１４を備えている。アクチュエータ３は、電力供給により電磁力に基づく衝撃を発生し、その衝撃力を駆動力にして移動体１１を衝撃力の方向（アクチュエータの動作軸の方向）に移動させる。アクチュエータ３は、衝撃力を駆動力とするものであり、この意味で、インパクトアクチュエータとも呼ばれる。移動ユニット２は拘束装置１３によって移動面Ｓに拘束されて移動面Ｓに沿って移動する。機器１０は移動ユニット２の移動に伴って移動される。移動面Ｓは、平面に限らず３次元空間における任意の曲面とすることもでき、さらに、１次元の面、つまり３次元空間における任意の曲線を移動面Ｓとすることができる。拘束装置１３は、移動ユニット２を移動面Ｓに対して移動自在かつ摩擦力が発生するように機械力または電磁気力により拘束する。例えば、拘束装置１３は、移動ユニット２を移動面Ｓに向けて押し付ける圧力としての拘束力Ｆ、または、移動面Ｓの裏面側から移動ユニット２を引き付ける引力としての拘束力Ｆを、機械的に発生したり、電磁気的に発生したりする。制御部１４は、アクチュエータ３に供給する駆動用の電力を制御し、その制御によって、移動ユニット２の移動を制御する。アクチュエータ３が１つだけ備えられる場合に、移動ユニット２は移動面Ｓに沿って直進移動を行い、そのアクチュエータ３が双方向移動のものであれば前進後退の直進移動を行い、単方向移動のものであれば１方向の直進移動のみを行う。
【００１９】
移動ユニット２は、複数の複数のアクチュエータ３を備えることができる。例えば、図２（ａ）（ｂ）に示すように、２つのアクチュエータ３を、互いに動作軸を直交させて備えることにより、２自由度の直進移動の合成によって、２次元面内の移動を行うことができる。一方のアクチュエータ３のみを駆動させると、移動ユニット２が移動面Ｓ上をそのアクチュエータの衝撃方向に直進する。他方のアクチュエータ３のみを駆動させると、同じくその衝撃方向に直進する。移動面Ｓが直交ｘ、ｙ座標軸の設定された平面であって目標地点に移動ユニット２を移動させて位置決めするとき、目標地点に対してｘ、ｙ方向の移動によって目標地点に移動し、２つ同時に駆動させると斜め方向に移動する。なお、２つのアクチュエータ３の動作軸は、それぞれ移動体１１の中心を通るように配置しており、これにより、回転力が発生しないで純粋に直進力だけが発生することになる。
【００２０】
また、図３（ａ）（ｂ）に示すように、２つのアクチュエータ３を、互いに動作軸を並列させて移動体１１の中心の両側に備えている場合、１自由度の直進移動とその場回転運動との合成によって、２次元面内の移動を行うことができる。２つのアクチュエータ３を同じ向きに衝撃力を入れて駆動させると、移動ユニット２が移動面Ｓ上を衝撃方向に直進する。２つのアクチュエータ３を互いに逆向きに駆動させると、偶力により移動ユニット２がその場回転して向きを変える。移動面Ｓ上の目標位置に位置決めするとき、目標地点に向けて向きを変えて直進することで、目標までの最短距離を移動することができる。
【００２１】
また、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、３つのアクチュエータ３を備えることができる。この例では、２つのアクチュエータ３を互いに動作軸方向を並列させて移動体１１の中心の両側に配置し、これらに対して動作軸方向を直交させた１つのアクチュエータ３を移動体１１の中心に配置している。このような配置を有する移動ユニット２は、図２に示した移動ユニット２の動作と、図３に示した移動ユニット２の動作の両方の動作を行うことができる。すなわち、並列した２つのアクチュエータ３を、同じ向きに駆動させると、移動ユニット２が移動面Ｓ上を衝撃方向に直進する。２つのアクチュエータ３を、それぞれ逆向きに駆動させると、偶力により移動ユニット２がその場回転して向きを変える。他の１つを独立して駆動させることで、移動ユニット２が真横に駆動される。アクチュエータ３の数を増やすことにより、移動の自由度が増え、移動ユニット２は、より短い時間で移動面Ｓ上を移動でき、位置決めすることができる。
【００２２】
機器移動システム１によれば、移動ユニット２が他励的駆動ではなくアクチュエータ３による自律駆動によって移動するので、移動範囲の増大に対して移動のための機構が大型化することがない。また、複数の移動ユニット２間の相互の駆動機構の干渉問題がないので、複数の移動ユニット２を導入して複数の機器１０を移動させることができる。また、広い範囲の面上で、外部からの駆動用の伝達機構を用いることなく移動ユニット２、従って機器１０の移動や位置決めを自在に行うことができる。本システムの使用形態は、次のようなものが考えられる。機器１０が他の機器へ給電するための１次コイルを有し、該他の機器が受電機器として２次コイルを有し、機器１０の移動面Ｓに対向する面上に受電機器が位置する。このような構成にあって、制御部１４の制御により、移動ユニット２が移動し、機器１０が受電機器の下面側に移動され、受電機器に給電することができる。機器１０を受電機器の位置に自在に移動でき、給電場所に融通性を持たせることができる。
【００２３】
図５、図６は、拘束装置１３の具体例を示す。これらの拘束装置１３は、移動ユニット２と移動面Ｓとの間に磁力による引力を発生させる磁性体、電磁石、または永久磁石を備えて成るものである。すなわち、図５（ａ）（ｂ）に示すように、拘束装置１３は、移動体１１の内部に備えた磁石１３ａと、表面を移動面Ｓとする磁性体１３ｂ例えば鉄板と、によって構成されている。移動ユニット２は、磁石１３ａと磁性体１３ｂとの間の引力によって、移動面Ｓに拘束される。なお、移動面Ｓは、磁性体１３ｂの表面そのものとするのではなく、磁性体１３ｂの表面に介在させた非磁性体の表面を移動面Ｓとすることができる。また、移動体１１と移動面Ｓとの接触面には、適宜の摩擦力が存在する必要がある。移動面Ｓは、重力の作用の有無にかかわらず、水平面の他に、斜面、壁面、天井面などとすることができ、移動ユニット２はそのような移動面Ｓに拘束されて移動することができる。磁石１３ａは、永久磁石でもよく、電磁石でもよく、また、磁極の配置は、有効な拘束力としての引力を発生できる配置であればよい。また、図６に示すように、移動体１１の内部に備えた磁性体１３ｄと、移動面Ｓの下部に配列した磁石１３ｅと、によって拘束装置１３を構成するようにしてもよい。
【００２４】
図７（ａ）（ｂ）は、拘束装置１３の他の例を示す。この拘束装置１３は、移動ユニット２における移動面Ｓとは反対側にあって移動ユニット２を移動面Ｓとの間に挟み込む押圧板１３ｃを備えて成るものである。押圧板１３ｃを移動中の移動ユニット２に柔軟に押圧して拘束力Ｆを発生するためのバネやゴムなどの弾性体からなる付勢緩衝部材を別途備えてもよい。移動面Ｓと押圧板１３ｃとは、間に移動ユニット２を挟んだ状態で、水平ばかりでなく、垂直壁面や、他の任意の傾斜を持たせた配置とすることができる。アクチュエータ３を搭載した移動ユニット２は、２枚の板に挟まれて板との摩擦力で保持される。この場合、２枚の板の一方の板の面、または両方の板の面を移動面Ｓとみなすことができる。２枚の板の一方の板の面を移動面Ｓとする場合、他方の板との間には摩擦をなくすことにより、例えば、車輪構造を備えることにより、移動面Ｓとの間の摩擦力の設定が容易となる。アクチュエータ３を駆動させると、その衝撃力により移動ユニット２が、任意角度の移動面Ｓ上を移動し、目標位置に向けて進むことができる。
【００２５】
図８は、拘束装置１３のさらに他の例を示す。この拘束装置１３は、移動ユニット２の上部から変形自在のシート１３ｆを被せて、シート１３ｆからの圧力によって移動ユニット２を機械的に移動面Ｓに押さえ込んで拘束する。移動ユニット２は、シート１３ｆと移動面Ｓとの隙間を、シート１３ｆを押しのけながら移動する。拘束力Ｆは、シート１３ｆの背後から、例えば、水圧や空気圧などを作用させて、流体による圧力を拘束力Ｆとして用いることができる。また、シート１３ｆをゴム磁石で構成し、移動面Ｓを鉄板で構成して、磁力による引力を拘束力Ｆとしてもよい。さらに、シート１３ｆと移動面Ｓとの間で静電気を発生させ、静電気による吸着力を拘束力Ｆとしてもよい。また、図９は、拘束装置１３のさらに他の例を示す。この拘束装置１３は、移動面Ｓに対向する空間に設けた支持部１３ｇと、支持部１３ｇから移動ユニット２に延びる屈曲自在の拘束腕１３ｈと、を備えて成るものである。拘束腕１３ｈは、移動ユニット２の移動に追随して変形し、その作用点を移動させつつ、移動ユニット２に拘束力Ｆを作用させて移動ユニット２を移動面Ｓに押さえて拘束する。
【００２６】
（渦電流式のインパクトアクチュエータ）
以下、図１０乃至図２０によって、アクチュエータ３の構成と動作原理を詳細説明する。図１０は渦電流式のアクチュエータ３を示す。アクチュエータ３は、図１０（ａ）に示すように、互いに離間し同軸に対向配置して一体化された左右の電磁コイル３１と、電磁コイル３１の間に配置された弾性体３０と、各電磁コイル３１と弾性体３０との間に配置された２つの導電体３２と、を備えている。各導電体３２は、それぞれ少なくとも弾性体３０の伸縮する範囲内で電磁コイル３１の軸方向に沿って移動自在に構成されている。電磁コイル３１は、その中心軸上に配置された軸棒３１ａによって一体化され、それぞれコイル枠３１ｂに納められている。導電体３２は、例えばアルミニュームなどの良導電体から成るドーナツ状の金属円板であって、軸棒３１ａによって移動方向が拘束されている。弾性体３０は、アクチュエータ３が非駆動状態のとき、導電体３２を電磁コイル３１に近接させるように伸張している。導電体３２と電磁コイル３１の近接の度合いは、導電体３２に必要な渦電流を発生できる距離であればよい。弾性体３０は、例えばコイルバネや板バネ、ゴムなどを用いて構成することができる。アクチュエータ３は、電磁コイル３１と導電体３２を１つずつ含む組を、軸棒３１ａに沿って弾性体３０の両側に、互いに対称配置となるように備えている。
【００２７】
上記構成のアクチュエータ３の動作を説明する。アクチュエータ３は、移動体１１に衝撃を与えることにより移動体１１を軸棒３１ａの方向に移動させる。衝撃によって発生する力を衝撃力または衝撃と称する。電磁コイル３１は、電力を与えられることにより、衝撃の発生源となる。移動体１１は、左方の組の動作によって左方に移動され、右方の組の動作によって右方に移動される。そこで、まず、左方の組の動作を説明する。左方の導電体３２は、左方の電磁コイル３１の通電によって導電体３２に発生する渦電流に起因して発生する反発力によって、図１０（ａ）に示すように、右方に反発移動される。すると、弾性体３０は、移動する導電体３２により圧縮され、その後、その伸張力によって導電体３２を左方へ押し戻す。この時点で、電磁コイル３１の通電はオフされている。従って、導電体３２は、図１０（ｂ）に示すように、左方の電磁コイル３１に衝突し、その衝突によって左方に向かう衝撃が発生する。移動体１１は、この衝撃によって左方に押されて左方に移動する。制御部１４（図１参照）は、必要な渦電流とこれに起因する反発力とが得られるように電流を一気に流すように電磁コイル３１への電力制御を行い、導電体３２と電磁コイル３１との衝突が邪魔されないように電力をオフする。また、制御部１４は、このような通電を繰り返すことにより、移動体１１に反復して衝撃を与えて移動体１１をパルス的に左方へ移動させる。図１０（ｃ）（ｄ）は、右方の組の動作によって移動体１１を右方に移動する場合を示す。その動作は、図１０（ａ）（ｂ）の場合の動作を左右に反転したものと考えることができる。衝撃による移動体１１の一方向への移動には、後戻りを防止する機構が必要であり、その機構として移動体１１の下面と移動面Ｓとの間の摩擦力が用いられ、その摩擦力は拘束装置１３による拘束力Ｆに基づいて発生する（図１参照）。この摩擦力のことは、後述する他のアクチュエータ３においても同様である。
【００２８】
上述のように、アクチュエータ３は、左方と右方のいずれの方向であっても移動体１１を移動させることができ、移動ユニット２を、小型・軽量・安価に実現することができる。弾性体３０は、時間をかけて圧縮されることにより、衝撃を和らげるダンパの役割をしている。なお、このアクチュエータ３において、一方（右方）の電磁コイル３１と導電体３２などの組を除いた構成として片側駆動のアクチュエータを構成することができる。片側駆動のアクチュエータ３は、両側駆動（往復駆動）のアクチュエータ３よりも小型に構成できるので、狭い空間に複数を分散させて配置することができる融通性がある。
【００２９】
（永久磁石式のインパクトアクチュエータ）
図１１は他のアクチュエータを示す。アクチュエータ３は、図１１（ａ）に示すように、上述の図１０に示したアクチュエータ３において、２つの導電体３２を、それぞれに対応して配置される２つの永久磁石３３によって置き換えたものである。永久磁石３３は、電磁コイル３１の通電によって流れるコイル電流と永久磁石３３の磁界との相互作用による反発力によって反発移動される。永久磁石３３は、導電体３２と同様にドーナツ円板状であって、中心側から外周側に向けて半径方向に磁化されている。本例の場合、中心側がＳ極で外周側がＮ極であるが、逆極性とすることができる。この永久磁石３３は、電磁コイル３１に流れる電流の向きによって、図１１（ｂ）に示すように、斥力を受けたり、引力を受けたり（不図示）する。なお、図１１（ｂ）には、磁力線を矢印曲線によって示している。
【００３０】
上記構成のアクチュエータ３の動作を、例えば、左方の電磁コイル３１と永久磁石３３との組について説明する。アクチュエータ３は、永久磁石３３に斥力を与えるように電磁コイル３１に電流を流し、その後、電流をオフすると、永久磁石３３は右方において弾性体３０によって受け止められた後、弾性体３０によって跳ね返されて、元の電磁コイル３１に衝突する。つまり、アクチュエータ３は、上述の渦電流に起因して発生する反発力に代えて、電磁コイル３１の通電によって流れるコイル電流と永久磁石３３の磁界との相互作用による反発力を用いるものである。図１０に示したものと、図１１に示したものの折衷構成として、導電体３２と永久磁石３３とを１つずつ有するものとすることもできる。この構成の場合、左右の動作や構成が互いに対称的になるとは限らない。逆に、対称的にならないことを利用して、往復動作の特性を違えて、コストや動作特性の最適化を図ることもできる。
【００３１】
このアクチュエータ３において、左右の永久磁石３３の互いの磁気反発力によって、弾性体３０の反発力を代替させて、弾性体３０を除去することができる（不図示）。この場合、２つの永久磁石３３が互いに近づく場合には、相互の磁気反発力のダンピング効果によって衝突の衝撃が和らげられる。２つの永久磁石３３が互いに離反する場合には、相対移動中の永久磁石３３が相互に磁力を及ぼして、電磁コイル３１に衝突するまでの間、その移動速度を加速し続ける。このことを考慮して、左右の組の間隔は適宜設定される。以上のように永久磁石３３と電磁コイル３１との反発力を用いるアクチュエータは、渦電流による場合よりもより大きな衝撃を発生させて１回で大きな移動を行える。また、渦電流による場合のジュール熱による発熱がない点、安定にエネルギ効率良く動作できる。
【００３２】
（単コイル式のインパクトアクチュエータ）
図１２および図１３はさらに他のアクチュエータを示す。アクチュエータ３は、図１２（ａ）に示すように、電磁コイル３１と、永久磁石３３と、ストッパ３４と、電磁コイル３１に通電する電流を時間制御する制御部１４（図１）と、を備えている。永久磁石３３は、電磁コイル３１への通電によって生じる電磁作用によって電磁コイル３１に対して相対移動する。ストッパ３４は、永久磁石３３の相対移動の範囲を制限するように電磁コイル３１と一体化されて被衝突体をなす。このアクチュエータ３では、電磁コイル３１への通電により、永久磁石３３が被衝突体（すなわち、電磁コイル３１とストッパ３４のいずれか）と衝突することにより衝撃が発生する。被衝突体は、永久磁石３３が衝突する相手（相対移動の相手）を示す用語として用いている。電磁コイル３１は、コイル枠に納められ、その中心軸上に配置された軸棒３１ａによってストッパ３４に一体化されている。永久磁石３３は、ドーナツ円板状であって、中心側から外周側に向けて半径方向に磁化されている。本例の場合、中心側がＳ極で外周側がＮ極であるが、逆極性とすることができる。この永久磁石３３は、電磁コイル３１に流れる電流の向きによって、斥力を受けたり、引力を受けたりする。
【００３３】
上記構成のアクチュエータ３の動作を、移動体１１を左方に移動させる場合について、図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照して説明する。制御部１４は、電磁コイル３１に通電するコイル電流Ｊを時間制御することにより、電磁コイル３１による引力（Ｊ＜０、時間ｔ３）と斥力（Ｊ＞０、時間ｔ５）によって永久磁石３３を往復移動させ、引力によって永久磁石３３を電磁コイル３１に衝突させる。すなわち、永久磁石３３は、図１２（ａ）に示すように電磁コイル３１とストッパ３４の間にある位置から、図１２（ｃ）の時間ｔ３における引力によって左方に移動し、図１２（ｂ）に示すように電磁コイル３１に衝突する。その後、永久磁石３３は、図１２（ｃ）の時間ｔ５における斥力によって、図１２（ａ）に示す位置に復帰する。このような永久磁石３３の動作（時間ｔ３，ｔ５における動作）が繰り返され、移動体１１が左方にパルス的に移動する。図１２（ｃ）は、永久磁石３３が図１２（ｂ）に示すように電磁コイル３１側にある初期状態から、時間ｔ２における斥力によって動作を開始する例を示す。時間ｔ１，ｔ４は駆動調整時間である。
【００３４】
移動体１１を右方に移動させる場合について、図１３（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照して説明する。図１３（ａ）は、図１２（ａ）と同じ図である。制御部１４は、電磁コイル３１に通電するコイル電流Ｊを時間制御することにより、電磁コイル３１による斥力（Ｊ＞０、時間ｔ４）と引力（Ｊ＜０、時間ｔ５）によって永久磁石３３を往復移動させ、斥力によって永久磁石３３をストッパ３４に衝突させる。すなわち、永久磁石３３は、図１３（ａ）に示すように電磁コイル３１とストッパ３４の間にある位置から、図１３（ｃ）の時間ｔ４における斥力によって右方に移動し、図１３（ｂ）に示すようにストッパ３４に衝突する。その後、永久磁石３３は、図１３（ｃ）の時間ｔ５における引力によって、図１３（ａ）に示す位置に復帰する。この永久磁石３３の動作（時間ｔ４，ｔ５における動作）が繰り返され、移動体１１が右方にパルス的に移動する。ここで、図１３（ｃ）の時間ｔ１，ｔ２における永久磁石３３の動作を説明する。時間ｔ１では、永久磁石３３が初期状態にあると仮定する。初期状態は、コイル電流Ｊがゼロであり、永久磁石３３が電磁コイル３１とストッパ３４との中間位置（図１３（ａ）の状態）ではなく、永久磁石３３が、前述の図１２（ｂ）に示すように、電磁コイル３１側にある状態である。永久磁石３３は、その初期状態において移動範囲の左端にある。永久磁石３３が左端の初期状態から右方に移動してストッパ３４に衝突する最初の衝突では、時間ｔ２に示すように、コイル電流Ｊは漸増した後、一定値となるコイル電流Ｊが流される。時間ｔ２の始めにコイル電流Ｊを漸増させるのは、急激な離反に起因する反動による移動体１１の左方への移動を抑制するためである。
【００３５】
上記のように、移動体１１は、永久磁石３３が左方の電磁コイル３１に衝突することによって左方に移動され、永久磁石３３が右方のストッパ３４に衝突することによって右方に移動される。従って、移動体１１を左方に移動させる場合には、永久磁石３３がストッパ３４に衝突しないように電磁コイル３１からの磁気力を永久磁石３３に及ぼす必要がある。逆に、移動体１１を右方に移動させる場合には、永久磁石３３が電磁コイル３１に衝突しないように電磁コイル３１からの磁気力を永久磁石３３に及ぼす必要がある。コイル電流Ｊを制御する制御部１４は、電磁コイル３１と永久磁石３３の相対移動の一方向において衝突を発生させ、その一方向とは反対方向において衝突を回避させると共に相対移動の方向を反転させる。制御部１４は、一方向における衝撃のみを反復して発生させるように、電磁コイル３１に通電するコイル電流Ｊを時間制御する。このような制御部１４とアクチュエータ３とを備えた移動体１１は、電磁コイル３１と永久磁石３３の相対移動のいずれの向きにおいても衝突による衝撃を発生させることができるので、移動体１１の往復移動を実現することができる。また、アクチュエータ３が１つの電磁コイル３１に永久磁石３３とストッパ３４とを組み合わせて成るので、小型かつ簡単な構成となる。
【００３６】
（コイル移動式のインパクトアクチュエータ）
図１４はさらに他のアクチュエータを示す。アクチュエータ３は、図１４（ａ）に示すように、上述の図１２（ａ）に示したアクチュエータ３において、電磁コイル３１と永久磁石３３とを互いに入れ替え、ストッパ３４を別途の永久磁石３３に置き換えたものである。すなわち、アクチュエータ３は、互いに離間して同軸配置され軸棒３１ａの両端に固定された円板状の２つの永久磁石３３と、軸棒３１ａに沿って移動自在とされた電磁コイル３１と、を備えている。電磁コイル３１は、コイル枠に納められ、中心軸上を軸棒３１ａによって挿通されている。２つの永久磁石３３は、軸棒３１ａによってストッパ３４に一体化されて被衝突体（この場合、電磁コイル３１が衝突する相手）をなす。電磁コイル３１は、電磁コイル３１への通電によって生じる電磁作用によって、２つの永久磁石３３に対して相対移動する。その相対移動の範囲は被衝突体によって（両端の永久磁石３３によって）制限される。２つの永久磁石３３は、ドーナツ円板状であり、中心側から外周側に向けて半径方向に磁化されている。本例の場合、中心側がＳ極で外周側がＮ極であるが、逆極性とすることができる。
【００３７】
上記構成のアクチュエータ３の動作を、図１４（ｂ）（ｃ）により、移動体１１を左方に移動させる場合について説明する。上述のような永久磁石３３の間に挟まれた電磁コイル３１は、通電されると、図１４（ｃ）に示すように、一方の永久磁石３３から斥力を受け、他方の永久磁石３３から引力を受ける。従って、電磁コイル３１は、電磁コイル３１に流す電流の向きによって、左方または右方のいずれかに移動方向を選択することができる。そこで、制御部１４によって、電磁コイル３１のコイル電流を時間制御することにより、図１４（ｂ）に示すように、電磁コイル３１を左方の永久磁石３３に衝突させて移動体１１を左方に移動させることができる。同様に、電磁コイル３１を右方の永久磁石３３に衝突させて移動体１１を右方に移動させることができる。制御部１４は、電磁コイル３１と永久磁石３３の相対移動の一方向において衝突を発生させ、その一方向とは反対方向において衝突を回避させると共に相対移動の方向を反転させる。制御部１４は、一方向における衝撃のみを反復して発生させるように電磁コイル３１に通電する電流を時間制御する。制御部１４は、このような制御を繰り返すことにより、移動体１１を左方、同様に右方へパルス的に移動させる。
【００３８】
（ボイスコイル式のインパクトアクチュエータ）
図１５、図１６、および図１７はさらに他のアクチュエータを示す。アクチュエータ３は、図１５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、矩形の磁気回路３５の対向する内面にそれぞれ配設された矩形平板状の永久磁石３３と、２つの永久磁石３３の間で移動自在に配設された電磁コイル３１とを備えている。そして、電磁コイル３１と２つの永久磁石３３とは互いに組み合わされてボイスコイル構造とされている。電磁コイル３１は、磁気回路３５の内部に設けられた磁気回路が挿通（その挿通方向をＸ軸方向とする）され、この磁気回路部分は各永久磁石３３の対向磁極となっている。電磁コイル３１は、上部を回転軸受３１ｃによって回動自在に支持されている。また、電磁コイル３１の下部には、ハンマ３４ａが電磁コイル３１の一部として設けられている。磁気回路３５の外周におけるＸ軸方向の両端には、ハンマ３４ａが衝突可能な位置に、ストッパ３４が設けられている。永久磁石３３とストッパ３４とが一体化されて被衝突体が形成されている。
【００３９】
永久磁石３３による磁界は、Ｘ軸方向に直交する水平方向に設定されている。従って、この磁界中に配設された電磁コイル３１に通電されると、電磁コイル３１は、そのコイル電流の向きに従って、Ｘ軸の正方向（右矢印方向）、またはその反対の負方向に移動させる力を受ける。そこで、図１６（ａ）に示すように、電磁コイル３１が左向きの力を受けると、電磁コイル３１が左側に振り子運動をして、ハンマ３４ａが左側のストッパ３４に衝突し、移動体１１が左方向に移動される。アクチュエータ３の動作を図１６（ａ）（ｂ）に示す状態間で反復して行うために、制御部１４は、電磁コイル３１に通電する電流を、図１７（ａ）に示す時間変化となるように時間制御する。コイル電流Ｊは、例えば、正弦関数をコイル電流Ｊの正方向にシフトさせた関数形になっている。電磁コイル３１は、このコイル電流Ｊの正側では、図１６（ａ）に示すように、左方に振れて左方で衝突し、コイル電流Ｊの負側では、図１６（ｂ）に示すように、中立点に戻り、その後、コイル電流Ｊの時間変化に従って、左方への移動と衝突を繰り返す。また、アクチュエータ３の動作を図１６（ｂ）（ｃ）に示す状態間で反復して行って移動体１１を右方に移動する場合、コイル電流Ｊは、図１７（ｂ）に示すように、正弦関数をコイル電流Ｊの負方向にシフトさせた時間変化とされる。
【００４０】
上述の、図１２乃至図１７によって説明したアクチュエータ３は、より一般的に、次のように表現することができる。すなわち、アクチュエータ３は、対象物に衝撃を与えることにより該対象物を移動させる装置である。アクチュエータ３は、電磁コイル３１と、電磁コイル３１への通電によって生じる電磁作用によって電磁コイル３１に対して相対移動する永久磁石３３と、ストッパ３４と、を備えている。ストッパ３４は、前記相対移動の範囲を制限するように電磁コイル３１または永久磁石３３のいずれかと一体化されて被衝突体を構成している。このようなアクチュエータ３は、電磁コイル３１への通電により、被衝突体と被衝突体に一体化されなかった電磁コイル３１または永久磁石３３のいずれかとが衝突することにより前記衝撃が発生されるものである。永久磁石３３とストッパ３４とが被衝突体をなす場合が図１２の例である。また、ストッパ３４として２個目の永久磁石３３を設けて、２つの永久磁石３３によって被衝突体をなす場合が図１４の例である。また、永久磁石３３と２つのストッパ３４とによって被衝突体をなす場合が図１５、図１６の例である。このように、電磁コイル３１と永久磁石３３の相対移動のいずれの向きにおいても衝突による衝撃を発生させることができるので、移動体１１の往復移動を容易に実現することができる。また、アクチュエータ３が１つの電磁コイル３１に、永久磁石３３とストッパ３４とを組み合わせて成るので、小型かつ簡単な構成となる。
【００４１】
（中立点復帰式のインパクトアクチュエータ）
図１８、図１９、および図２０はさらに他のアクチュエータ３を示す。アクチュエータ３は、図１８に示すように、電磁コイル３１と、その両端に配置したステータ３５ａと、これらの電磁コイル３１およびステータ３５ａの中心軸上を往復移動する軸棒３１ａに一体化されて成る移動質量体３ａ（可動子３ａ）と、を備えている。移動質量体３ａは、電磁コイル３１およびステータ３５ａに対して相対運動を行う。移動質量体３ａは、軸棒３１ａと、ステータ３５ａの内径側にそれぞれ配置された２つの永久磁石３３と、両永久磁石３３間に挿入された鉄心３５ｂと、両永久磁石３３の両端に配置されたヨーク３５ｃと、２つの衝突頭片３７と、衝撃増強錘３６と、を備えている。一方のヨーク３５ｃには衝突頭片３７が直接接して配置され、他方のヨーク３５ｃには衝突頭片３７を介在させて他の衝突頭片３７が配置されている。アクチュエータ３は、電磁コイル３１、ステータ３５ａ、および移動質量体３ａを内蔵する外筒（シールドケース３８）と、シールドケース３８の両端に配置されて軸棒３１ａを軸支する軸受板３９とをさらに備えている。電磁コイル３１およびステータ３５ａはシールドケース３８の内壁に固定されている。図１８は、電磁コイル３１が通電されていない状態を示す。この状態において、移動質量体３ａは、永久磁石３３、鉄心３５ｂ、ヨーク３５ｃ、およびステータ３５ａによって生じる磁場に起因する引力によって中立点に位置している。
【００４２】
軸棒３１ａは、電磁コイル３１およびステータ３５ａと同心である。軸棒３１ａを除く移動質量体３ａの各構成物は、軸棒３１ａと同心になるように配置されて、軸棒３１ａと一体化されている。鉄心３５ｂは、その長さが電磁コイル３１の長さと同等である。換言すれば、鉄心３５ｂは、両ステータ３５ａの間に収まる長さを有する。また、鉄心３５ｂは、円筒の両端部に鍔部を備えた形状を有し、中央部の径が両端部の径よりも小さく形成されている。これにより、鉄心３５ｂの両端部とこれらに近接する各ステータ３５ａとの間に、磁気抵抗の低い磁気回路が形成される。永久磁石３３は、リング形状を有し、その厚み方向（中心軸方向）に磁化されている。２つの永久磁石３３は、互いに磁極の方向を逆向きにして鉄心３５ｂの両端に配置されている。永久磁石３３の厚みはステータ３５ａの厚みよりも薄く、永久磁石３３およびヨーク３５ｃの厚みの合計はステータ３５ａの厚みよりも厚い。
【００４３】
図１８に示す中立状態において、２つの衝突頭片３７とこれらに対向する各軸受板３９との距離Ｄは、互いに等距離とされている。軸受板３９は、衝突頭片３７によって衝突される被衝突体であり、軸棒３１ａに一体化されて成る移動質量体３ａの、電磁コイル３１およびステータ３５ａに対する相対運動の移動範囲を制限する。すなわち、移動質量体３ａの可動範囲は距離Ｄの２倍である（図１９参照）。この距離Ｄは、移動質量体３ａがいずれかの衝突頭片３７に衝突した位置から、移動質量体３ａが永久磁石３３とステータ３５ａとの相互の引力によって中立点に復帰することができる距離以内に設定されている。
【００４４】
図１９によってアクチュエータ３の動作原理を説明する。電磁コイル３１に一定方向に電流を流すと、例えば、図１９（ａ）に磁力線Ｂで模式的に示すように、磁場が発生する。電磁コイル３１の磁場は、２つの永久磁石３３の一方による磁場を弱め、他方による磁場を強める。従って、電磁コイル３１が発生する磁場によって、永久磁石３３、鉄心３５ｂ、およびヨーク３５ｃに作用する磁力に非対称性が生じ、移動質量体３ａは、白抜き矢印で示すように移動する。電磁コイル３１に前記一定方向とは逆方向に電流を流すと、図１９（ｂ）に示すように、移動質量体３ａは、前記とは逆方向に移動する。また、図１９（ａ）（ｂ）の状態において、コイル電流を切って電磁コイル３１による磁場を除くと、移動質量体３ａは、永久磁石３３とステータ３５ａとの相互の引力によって、前述の図１８に示すように、中立点に復帰する。
【００４５】
図２０によってアクチュエータ３による左方向への移動の一連の動作を説明する。図２０（ａ）に示すように、アクチュエータ３を移動体１１を介して、面Ｓに載置する。アクチュエータ３と移動体１１とは互いに一体化されている。この状態で、電磁コイル３１は励磁されてなく、移動質量体３ａは、中立点にあり、移動体１１の左方先端は位置ｘ０にある。電磁コイル３１に電流を流すと、図２０（ｂ）に示すように、移動質量体３ａが移動して軸受板３９に衝突し、その衝撃によってアクチュエータ３と共に移動体１１が移動し、その先端は位置ｘ１に至る。衝撃の大きさは、電磁コイル３１に流す電流の大きさとその立ち上がりの速さに依存し、より急激かつより大電流を流すことにより、より大きな衝撃を発生させることができる。衝突後に電磁コイル３１に流す電流を停止すると、アクチュエータ３の内部の移動質量体３ａが、図２０（ｃ）に示すように、中立点に復帰する。この復帰移動は、永久磁石３３の磁気力によってゆっくり行われるので、移動体１１と面Ｓとの間の静止摩擦力を超えるような反動はなく、移動体１１の移動はない。また、永久磁石３３の磁気力調整や面Ｓとの摩擦力調整などの条件設定を行うことにより、中立点への復帰の際に移動体１１の移動が発生しないようにできる。以下、電磁コイル３１に再び電流を流すことにより、図２０（ｄ）に示すように、移動体１１の先端がさらに移動して位置ｘ２に至る。アクチュエータ３は、このような動作の繰り返しによって、移動体１１を、間欠的に移動させることができる。以上に述べたいずれのアクチュエータ３も小型に構成することができ、このようなアクチュエータ３を移動体１１に備えることにより、移動ユニット２を、モータや駆動力伝達装置などを用いる場合に比べて小型・軽量・安価に実現することができる。
【００４６】
（第２の実施形態）
図２１乃至図２５は第２の実施形態の機器移動システム１を示す。本実施形態の機器移動システム１は、図２１（ａ）（ｂ）に示すように、機器（不図示）を搭載して２次元移動する移動ユニット２を平面から成る移動面Ｓに配置し、移動ユニット２の上方に移動面Ｓと平行に配置されたタッチパネル４を備えて構成されている。移動面Ｓとタッチパネル４とは、全体でテーブルのような形状の位置決めシステムを形成し、移動面Ｓとタッチパネル４には共通の座標軸ＸＹが設定されている。タッチパネル４は、例えば、上面が抵抗膜方式のタッチパネルであって、上面に圧力が加えられたとき、その圧力が加えられた位置を検出するものであり、その検出結果であるＸＹ座標値による位置情報を外部に送信する送信部４１を備えている。タッチパネル４は、例えば、上面に物体５が置かれると、その位置を検出し、その位置情報を送信部４１によって出力する。タッチパネル４は、抵抗膜方式以外の種々の方式のものを用いることができる。
【００４７】
移動ユニット２は、供給電力を制御することによりアクチュエータ３を制御する制御部１４と、電源１５（電池）と、移動面Ｓにおける自己位置を検出する位置センサ２１と、タッチパネル４の送信部４１から送信される情報を受信する受信部２２とを備えている。送信部４１と受信部２２との通信は、無線通信でもよく、有線通信でもよい。電源１５は、制御部１４の回路電源や、アクチュエータ３の駆動電源として用いられる。制御部１４は、位置センサ２１から位置データを受け取り、その位置データに基づいて移動ユニット２を所定の目標位置に移動させるようにアクチュエータ３を制御する。目標位置は、例えば、タッチパネル４の上面に載せられた物体５の位置に対応する移動面Ｓ上の位置Ｐであり、その位置情報は送信部４１と受信部２２とを介して、制御部１４に伝達される。移動ユニット２が、位置Ｐに達すると、移動ユニット２に搭載されて移動ユニット２と共に移動する機器（不図示）が、物体５の下部に位置することになる。
【００４８】
位置センサ２１は、自己位置を（Ｘ，Ｙ）座標値として取得するものであり、ロータリエンコーダ、加速度計、慣性センサなどを備えてデットレコニング（相対的自己位置推定）可能に構成されている。また、自己位置には自己の姿勢情報を含めることができ、例えば、Ｘ軸に対する自己の正面方向の傾き角度θを含めて、（Ｘ，Ｙ，θ）座標値を自己位置の情報とする。位置センサ２１は、適宜、位置と姿勢の初期値を取得することができる。例えば、制御部１４が、移動ユニット２を、Ｘ軸に対する角度が設定された所定の壁まで移動させ、その壁に押し付けることにより、移動ユニット２の姿勢を初期化し、位置センサ２１における姿勢情報を初期化することができる。位置センサ２１は、２つの壁、例えば、ＸＹ軸にそれぞれ平行に設けた配置位置が既知の２つの壁を用いることにより、移動ユニット２の位置と姿勢の両方の初期値を取得することができる。位置センサ２１は、移動面Ｓまたは移動面Ｓの周囲に配置されたマーカを読み取る構成や、磁気センサを備えて地磁気や機器移動システム１に配置した位置検出用磁気発生装置（磁石など）の磁気を検出する構成とすることができる。位置センサ２１は、これらの構成により、自己位置と姿勢を検知したり初期化したりすることができる。また、位置センサ２１は、外部からの信号を受信部２２によって受信して自己位置と姿勢を検知するようにしてもよい。外部からの信号は、ＧＰＳ信号のように、複数位置からの信号であってその信号によって自己位置を検出できる信号とすることができる。また、位置センサ２１は、移動ユニット２に組み込む必要はなく、移動ユニット２の外部からその位置と姿勢を検知して位置情報を送信する構成を機器移動システム１に備えて、その位置情報を移動ユニット２が受信部２２によって受信するようにしてもよい。位置センサ２１は、これらの種々の構成を組み合わせて構成することができる。
【００４９】
次に、図２２により機器移動システム１の具体例とその動作を説明する。機器移動システム１は、図２２（ａ）に示すように、移動ユニット２が移動面Ｓに３つ（一般に、任意個数）備えられ、それぞれ個別に目標位置に向かって移動する。機器１０は非接触給電用の１次コイル１０ａであり、上述の物体５は受電機器５であり、受電機器５は１次コイル１０ａによって給電される２次コイル５ａを有する。機器１０には、給電に使用する電力を外部から受け取るための電力線（不図示）が接続されており、その電力線は、移動ユニット２の移動を妨げない構成とされている。このような電力線が接続される場合に、移動ユニット２はこれを電源とすることができるので、電源１５を備えなくてもよい。逆に、電源１５を給電用電力源とすることもでき、この場合には外部からの電力線は不要となる。図２２（ｂ）に示すように、タッチパネル４上面に受電機器５が置かれたとき、タッチパネル４は受電機器５の位置を検出し、送信部４１を介して移動ユニット２に位置情報を送信する。すなわち、タッチパネル４は、受電機器５の位置を検出する機器センサとして機能する。すると、図２２（ｃ）に示すように、移動ユニット２の制御部１４は、機器センサ４から受電機器５の位置データを受け取り、その受電機器５の位置（目標位置）に移動ユニット２を移動させ、１次コイル１０ａから受電機器５の２次コイル５ａに給電を行う。
【００５０】
移動ユニット２が複数存在する場合、これらが競合する無駄を抑え、相互干渉を防止するため、各移動ユニット２の動作状態の情報を機器移動システム１の全体で共有したり、移動ユニット２間で固定的または動的に優先順位を設定して対処する。そこで、システム全体の制御を行う制御部を機器移動システム１に備えたり、各移動ユニット２間やタッチパネル４などとの相互の通信手段を備えたりしてもよい。機器移動システム１は、このような構成を備えることにより、複数の移動ユニット２が同時に各々の目標位置（受電機器５の位置）に移動し位置決めして受電機器５に給電する。
【００５１】
機器移動システム１を非接触給電に用いる本実施形態によれば、受電する位置を固定することなく、広い面積のいずれの位置でも受電機器５が受電できる給電システムを実現できる。また、本実施形態によれば、広い給電可能面積を備えることができ、複数の受電機器に対して同時に給電（充電）できる。さらに、移動ユニット２が、他励的駆動ではなく、アクチュエータ３による自律駆動によって移動するので、１次コイルと２次コイルとの位置あわせが精密にでき、漏れ磁束も少なく磁気結合が良好になり、高効率の伝送ができる。このようなシステムを、表現を変えて述べると次のようになる。コイル間の電磁誘導でワイヤレス充電が可能な充電テーブル（表面がタッチパネル４）がある。充電テーブル内部の平面（移動面Ｓ）上に、アクチュエータ３と位置センサ２１とを搭載した送電コイルのユニット（移動ユニット２）が３体（一般に複数体）ある。受電用の２次コイル５ａ（受電コイル）が入っている受電機器５を２つ、充電テーブルに置くと、テーブルの位置センサ（タッチパネル４）が、置かれた場所を検知し移動ユニット２に目標地を送信する。２つの移動ユニット２は、それぞれ近いほうの受電機器５を自ら判断して検知し、アクチュエータ３を駆動させ、それぞれの目標とする受電コイルのある方向に進む。移動ユニット２が目標位置に位置決めすると、アクチュエータ３は停止され、ワイヤレス充電が行なわれる。一方の移動ユニット２の進路に他方の移動ユニット２がある場合、互いにぶつからないように避けて移動する。複数の移動ユニット２の相互の衝突防止を行うために、例えば、相互に現在位置情報や移動目標位置情報を送信し、移動経路が交差する場合に、所定の優先順位に従って一方が停止したり進路変更したり、相互に進路変更したりする構成とすることができる。そのような送受信手段、経路交差判断手段、進路変更手段などを、別途備えたり、制御部１４内に備えたりすることができる。
【００５２】
図２３、図２４は、機器移動システム１を非接触給電に用いる場合における１次コイル１０ａの変形例を示す。図２３に示す１次コイル１０ａは、複数のコイルをアレイ状に配置して成り、制御部１４（不図示）は、給電の際に受電機器５の２次コイル５ａの面積に合わせて１次コイル１０ａの使用数を調整する。また、制御部１４は、１次コイル１０ａを複数使用するとき、それらのコイルに加える電圧または電流を互いに同期させて、同じ波形、同じタイミングで給電させる。例えば、図２４（ａ）に示すように、１次コイルが、２つの１次コイル１０ａから成り、２次コイル５ａの大きさ（面積）が、２つの１次コイル１０ａを合わせた大きさと同等程度の場合には、２つの１次コイル１０ａを用いて給電する。この場合、２つの１次コイル１０ａに加える電圧または電流を互いに同期させることにより、電磁結合を効率よく行わせて給電する。また、図２４（ｂ）に示すように、２次コイル５ａの大きさが、１つの１次コイル１０ａの大きさと同等の場合には、片方の１次コイル１０ａを用いて給電する。このようなアレイ状の１次コイル１０ａとその使用方法により、２次コイル５ａの仕様が異なる種々の受電機器５に対して柔軟に対応でき、例えば、大電力の受電機器には複数の１次コイル１０ａから同時に給電することができ、効率良く給電することができる。
【００５３】
図２５（ａ）（ｂ）は、機器移動システム１を非接触給電に用いる場合における１次コイルの他の変形例を示す。この１次コイルは、径の異なる複数のコイルを同心状に配置して成り、制御部１４は、給電の際に受電機器５の２次コイルの面積に合わせて１次コイルの使用数を調整することことができる。例えば、図２５（ａ）に示すように、１次コイルが、中心から渦巻状に形成された１次コイル１０ａと、１次コイル１０ａの外側に渦巻状に形成された１次コイル１０ａとから成り、２つの互いに同心のコイルが全体として平面渦巻きコイルを形成している。２次コイル５ａの大きさが、外側の１次コイル１０ａの大きさと同等程度の場合には、内側と外側の両方の１次コイル１０ａを用いて給電する。また、図２５（ｂ）に示すように、２次コイル５ａの大きさが、内側の１次コイル１０ａの大きさと同等の場合には、内側の１次コイル１０ａだけを用いて給電する。このような同心状の１次コイル１０ａとその使用方法により、２次コイル５ａの仕様が異なる種々の受電機器５に対して柔軟に対応でき、大電力の受電機器には複数の１次コイル１０ａから同時に給電して効率を上げることができ、効率良く給電することができる。
【００５４】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、上述した各実施形態の構成を互いに組み合わせた構成とすることができる。拘束装置１３の構成は、上述した各種の構成を互いに複合した構成とすることができる。移動ユニット２の構成は、アクチュエータ３と移動体１１とを区別するものではなく、アクチュエータ３そのものが移動体１１を構成するものであってもよい。また、移動ユニット２と機器１０との関係は、移動ユニット２に機器１０を搭載する関係だけでなく、機器１０にアクチュエータ３を備えた構成であってもよく、この場合には、機器１０またはアクチュエータ３が移動体１１となり得る。いずれの場合にも、機器１０がアクチュエータ３によって移動面Ｓに沿って移動する構成となる。また、機器移動システム１を非接触給電に用いる場合に、１次コイルと２次コイルの磁気結合の程度を測定し、位置あわせを最適化するため移動ユニット２を移動させる信号を移動ユニット２の制御部１４に対して出力する位置調整手段を機器１０に備えてもよい。機器移動システム１は、非接触給電に限らず、種々の産業上の利用が可能である。例えば、機器１０を照明装置とし、所定のパターンで自動的に移動させ点灯させたり、移動ユニット２に遠隔制御用の受信機または送受信機を備えて移動面Ｓ上の任意の位置において所定の表示を動的に行わせたりする表示装置を構成することができる。移動ユニット２に機器１０として清掃手段を備え、移動面Ｓ上を自在に移動して、移動面Ｓまたはこれに近接する他の面を自動清掃する装置を構成することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１ 機器移動システム
１０ 機器
１０ａ １次コイル
１１ 移動体
１３ 拘束装置（拘束手段）
１３ａ 磁石（電磁石、永久磁石）
１３ｂ 磁性体
１３ｃ 押圧板
１３ｄ 磁性体
１３ｅ 磁石（電磁石、永久磁石）
１４ 制御部
２ 移動ユニット
２１ 位置センサ
３ アクチュエータ
４ タッチパネル（機器センサ）
５ 受電機器
５ａ ２次コイル
Ｐ 位置、目標位置
Ｓ 移動面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触給電用１次コイルなどの機器を移動する機器移動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、小型の電気機器などを所定位置に移動する機器移動装置として、例えば、非接触給電システムにおける給電用の１次コイルを含む機器を、広い給電面上の任意の位置に置かれた受電機器の２次コイルの直下部に移動させる装置がある。ここで、非接触給電システムについて述べると、受電機器と給電装置との間に、互いの種類、大きさ、個数などについて１対１対応が有る場合、例えば、電動歯ブラシや携帯電話などに対する専用の給電装置を備えた非接触給電システムが実用化されている。これらのシステムでは、１次コイルと２次コイルとが互いに確実に位置決めされるように、受電機器を位置決めするガイドが給電装置側に設けられていたり、受電機器を置く位置を視覚的に明示する印やＬＥＤインジケータなどが設けられている。近年、ある程度広い範囲の任意の位置に受電機器を置くだけで給電装置の１次コイルを受電機器の２次コイルの下部に自動的に導くしくみを備えたシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−８１９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１に示されるようなシステムは、モータを使った２軸のアクチュエータによってＸＹ面内で１次コイルを移動させるものであり、アクチュエータの構造は大がかりであり、給電装置の小型化や低コスト化が難しい。さらに、受電機器を置ける広い面積があるにもかかわらず、一度に給電できる受電機器は１つのみであり、設置効率が低い。これは、アクチュエータ構造が大きく、受電機器を置くことができる範囲の下部空間全面に広がっているため、１つの１次コイルを動かすアクチュエータの動作範囲内に、他の１次コイルを動かすアクチュエータを設置できないことによる。
【０００５】
本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成により、所定の移動面に沿って任意の機器を任意方向に自律的に移動させることができる機器移動システム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】
上記課題を達成するために、本発明の機器移動システムは、任意の機器が搭載され、その機器と共に所定の移動面に沿って移動する移動体と、移動体に一体的に設けられ、電力供給により電磁力に基づく衝撃を発生し、その衝撃力を駆動力にして該移動体を衝撃力の方向に移動させるアクチュエータと、移動体とアクチュエータによって構成される移動ユニットを移動面に対して移動自在かつ摩擦力が発生するように機械力または電磁気力により拘束する拘束手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この機器移動システムにおいて、アクチュエータは、移動体に複数設けられ、移動ユニットは、複数のアクチュエータの駆動力によって移動面に沿って回転移動または２自由度の直進移動をするものとすることができる。
【０００８】
この機器移動システムにおいて、拘束手段は、移動ユニットと移動面との間に磁力による引力を発生させる磁性体、電磁石、または永久磁石を備えて構成することができる。
【０００９】
この機器移動システムにおいて、拘束手段は、移動ユニットにおける移動面とは反対側にあって移動ユニットを移動面との間に挟み込む押圧板を備えて構成することができる。
【００１０】
この機器移動システムにおいて、移動ユニットが移動面に複数備えられ、それぞれ個別に移動するものとすることができる。
【００１１】
この機器移動システムにおいて、移動面における移動ユニットの位置を検出する位置センサと、アクチュエータへの供給電力を制御することによりアクチュエータを制御する制御部と、をさらに備え、制御部は、位置センサから位置データを受け取り、その位置データに基づいて移動ユニットを所定の目標位置に移動させるようにアクチュエータを制御するものとすることができる。
【００１２】
この機器移動システムにおいて、機器は、非接触給電用の１次コイルであり、移動体が移動する領域内に１次コイルによって給電される２次コイルを持つ受電機器が配置されたとき、その受電機器の位置を検出する機器センサを備え、制御部は、機器センサから受電機器の位置データを受け取り、その受電機器の位置に移動ユニットを移動させ、１次コイルから受電機器に給電を行うものとすることができる。
【００１３】
この機器移動システムにおいて、１次コイルは、複数のコイルをアレイ状に配置して成り、制御部は、給電の際に受電機器の２次コイルの面積に合わせて１次コイルの使用数を調整するものとすることができる。
【００１４】
この機器移動システムにおいて、１次コイルは、径の異なる複数のコイルを同心状に配置して成り、制御部は、給電の際に受電機器の２次コイルの面積に合わせて１次コイルの使用数を調整するものとすることができる。
【００１５】
この機器移動システムにおいて、制御部は、１次コイルを複数使用するとき、それらのコイルに加える電圧または電流を互いに同期させるものとすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の機器移動システムによれば、移動ユニットがアクチュエータによる自律駆動によって移動自在に移動するので、移動範囲の増大に対して移動のための機構が大型化することがなく、小型、低コストのシステムを実現できる。また、移動ユニットが、他励的駆動ではなく自律駆動によって移動するので、複数の移動ユニット間相互の駆動機構の干渉問題がなくなり、同一システム内に複数の移動ユニットを導入して複数の機器を移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る機器移動システムの構成図。
【図２】（ａ）は同機器移動システムを構成する移動ユニットの移動の様子を示す斜視図、（ｂ）は同移動ユニットの他方向への移動の様子を示す斜視図。
【図３】（ａ）は同機器移動システムを構成する他の移動ユニットの直進移動の様子を示す斜視図、（ｂ）は同移動ユニットの回転移動の様子を示す斜視図。
【図４】（ａ）は同機器移動システムを構成するさらに他の移動ユニットの直進移動の様子を示す斜視図、（ｂ）は同移動ユニットの他方向への移動の様子を示す斜視図、（ｃ）は同移動ユニットの回転移動の様子を示す斜視図。
【図５】（ａ）は同機器移動システムを構成する移動ユニットが壁面に拘束されて移動する様子を示す斜視図、（ｂ）は同移動ユニットと壁面の断面図。
【図６】同機器移動システムを構成する移動ユニットを移動面に拘束する例を示す側面図。
【図７】（ａ）は同機器移動システムを構成する移動ユニットを押圧板によって移動面に拘束する例を示す斜視図、（ｂ）は同移動ユニットの側面図。
【図８】同機器移動システムを構成する移動ユニットを移動面に拘束する他の例を示す側面図。
【図９】同機器移動システムを構成する移動ユニットを移動面に拘束するさらに他の例を示す斜視図。
【図１０】（ａ）（ｂ）は同機器移動システムを構成する移動ユニットに適用されるアクチュエータの左向き動作を説明する断面図、（ｃ）（ｄ）は同アクチュエータの右向き動作を説明する断面図。
【図１１】（ａ）は同移動ユニットに適用される他のアクチュエータの断面図、（ｂ）は同アクチュエータの動作原理を説明する模式図。
【図１２】（ａ）（ｂ）は同移動ユニットに適用されるさらに他のアクチュエータの左向き動作を説明する断面図、（ｃ）は同アクチュエータを左向きに動作させる際に電磁コイルに流す電流の時間変化グラフ。
【図１３】（ａ）（ｂ）は同アクチュエータの右向き動作を説明する断面図、（ｃ）は同アクチュエータを右向きに動作させる際に電磁コイルに流す電流の時間変化グラフ。
【図１４】（ａ）（ｂ）は同移動ユニットに適用されるさらに他のアクチュエータの動作を説明する断面図、（ｃ）は同アクチュエータの動作原理を説明する模式図。
【図１５】（ａ）は同移動ユニットに適用されるさらに他のアクチュエータの平面断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図。
【図１６】（ａ）〜（ｃ）は同アクチュエータの動作例を示す一部断面の側面図。
【図１７】（ａ）（ｂ）は同アクチュエータを動作させる際に電磁コイルに流す電流の時間変化グラフ。
【図１８】同移動ユニットに適用されるさらに他のアクチュエータの断面図。
【図１９】（ａ）（ｂ）は同アクチュエータの部分拡大断面図。
【図２０】（ａ）〜（ｄ）は同アクチュエータの動作の様子を示す一部断面側面図。
【図２１】（ａ）は第２の実施形態に係る機器移動システムにおける移動ユニットの動作を説明する斜視図、（ｂ）は同移動ユニットが目標位置に移動した様子を示す斜視図。
【図２２】（ａ）は同機器移動システムにおける複数の移動ユニットが給電用の１次コイルを備えて移動面上に配置されている様子を示す斜視図、（ｂ）は同移動システムのタッチパネル上に受電用の２次コイルが載置された様子を示す斜視図、（ｃ）は同移動ユニットが同受電用の２次コイルの下に移動した様子を示す斜視図。
【図２３】同機器移動システムにおける移動ユニットが複数のアレイ状配置の給電用１次コイルを備えている様子を示す斜視図。
【図２４】（ａ）は２つの給電用１次コイルを備えた移動ユニットが大面積の受電用の２次コイルに給電する様子を示す斜視図、（ｂ）は同移動ユニットが小面積の受電用の２次コイルに給電する様子を示す斜視図。
【図２５】（ａ）は同心の２つの給電用１次コイルを備えた移動ユニットが大面積の受電用の２次コイルに給電する様子を示す斜視図、（ｂ）は同移動ユニットが小面積の受電用の２次コイルに給電する様子を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１の実施形態）
以下、本発明の実施形態に係る機器移動システムについて図面を参照して説明する。図１乃至図４は本発明の第１の実施形態に係る機器移動システム１を示す。機器移動システム１は、図１に示すように、所定の移動面Ｓに沿って移動することができる移動ユニット２を備える。この移動ユニット２は、任意の機器１０が搭載される移動体１１と、移動体１１に一体的に設けられたアクチュエータ３と、移動体１１を移動自在に移動面Ｓに拘束する拘束装置１３（拘束手段）とを備える。また、機器移動システム１は、アクチュエータ３を制御する制御部１４を備えている。アクチュエータ３は、電力供給により電磁力に基づく衝撃を発生し、その衝撃力を駆動力にして移動体１１を衝撃力の方向（アクチュエータの動作軸の方向）に移動させる。アクチュエータ３は、衝撃力を駆動力とするものであり、この意味で、インパクトアクチュエータとも呼ばれる。移動ユニット２は拘束装置１３によって移動面Ｓに拘束されて移動面Ｓに沿って移動する。機器１０は移動ユニット２の移動に伴って移動される。移動面Ｓは、平面に限らず３次元空間における任意の曲面とすることもでき、さらに、１次元の面、つまり３次元空間における任意の曲線を移動面Ｓとすることができる。拘束装置１３は、移動ユニット２を移動面Ｓに対して移動自在かつ摩擦力が発生するように機械力または電磁気力により拘束する。例えば、拘束装置１３は、移動ユニット２を移動面Ｓに向けて押し付ける圧力としての拘束力Ｆ、または、移動面Ｓの裏面側から移動ユニット２を引き付ける引力としての拘束力Ｆを、機械的に発生したり、電磁気的に発生したりする。制御部１４は、アクチュエータ３に供給する駆動用の電力を制御し、その制御によって、移動ユニット２の移動を制御する。アクチュエータ３が１つだけ備えられる場合に、移動ユニット２は移動面Ｓに沿って直進移動を行い、そのアクチュエータ３が双方向移動のものであれば前進後退の直進移動を行い、単方向移動のものであれば１方向の直進移動のみを行う。
【００１９】
移動ユニット２は、複数の複数のアクチュエータ３を備えることができる。例えば、図２（ａ）（ｂ）に示すように、２つのアクチュエータ３を、互いに動作軸を直交させて備えることにより、２自由度の直進移動の合成によって、２次元面内の移動を行うことができる。一方のアクチュエータ３のみを駆動させると、移動ユニット２が移動面Ｓ上をそのアクチュエータの衝撃方向に直進する。他方のアクチュエータ３のみを駆動させると、同じくその衝撃方向に直進する。移動面Ｓが直交ｘ、ｙ座標軸の設定された平面であって目標地点に移動ユニット２を移動させて位置決めするとき、目標地点に対してｘ、ｙ方向の移動によって目標地点に移動し、２つ同時に駆動させると斜め方向に移動する。なお、２つのアクチュエータ３の動作軸は、それぞれ移動体１１の中心を通るように配置しており、これにより、回転力が発生しないで純粋に直進力だけが発生することになる。
【００２０】
また、図３（ａ）（ｂ）に示すように、２つのアクチュエータ３を、互いに動作軸を並列させて移動体１１の中心の両側に備えている場合、１自由度の直進移動とその場回転運動との合成によって、２次元面内の移動を行うことができる。２つのアクチュエータ３を同じ向きに衝撃力を入れて駆動させると、移動ユニット２が移動面Ｓ上を衝撃方向に直進する。２つのアクチュエータ３を互いに逆向きに駆動させると、偶力により移動ユニット２がその場回転して向きを変える。移動面Ｓ上の目標位置に位置決めするとき、目標地点に向けて向きを変えて直進することで、目標までの最短距離を移動することができる。
【００２１】
また、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、３つのアクチュエータ３を備えることができる。この例では、２つのアクチュエータ３を互いに動作軸方向を並列させて移動体１１の中心の両側に配置し、これらに対して動作軸方向を直交させた１つのアクチュエータ３を移動体１１の中心に配置している。このような配置を有する移動ユニット２は、図２に示した移動ユニット２の動作と、図３に示した移動ユニット２の動作の両方の動作を行うことができる。すなわち、並列した２つのアクチュエータ３を、同じ向きに駆動させると、移動ユニット２が移動面Ｓ上を衝撃方向に直進する。２つのアクチュエータ３を、それぞれ逆向きに駆動させると、偶力により移動ユニット２がその場回転して向きを変える。他の１つを独立して駆動させることで、移動ユニット２が真横に駆動される。アクチュエータ３の数を増やすことにより、移動の自由度が増え、移動ユニット２は、より短い時間で移動面Ｓ上を移動でき、位置決めすることができる。
【００２２】
機器移動システム１によれば、移動ユニット２が他励的駆動ではなくアクチュエータ３による自律駆動によって移動するので、移動範囲の増大に対して移動のための機構が大型化することがない。また、複数の移動ユニット２間の相互の駆動機構の干渉問題がないので、複数の移動ユニット２を導入して複数の機器１０を移動させることができる。また、広い範囲の面上で、外部からの駆動用の伝達機構を用いることなく移動ユニット２、従って機器１０の移動や位置決めを自在に行うことができる。本システムの使用形態は、次のようなものが考えられる。機器１０が他の機器へ給電するための１次コイルを有し、該他の機器が受電機器として２次コイルを有し、機器１０の移動面Ｓに対向する面上に受電機器が位置する。このような構成にあって、制御部１４の制御により、移動ユニット２が移動し、機器１０が受電機器の下面側に移動され、受電機器に給電することができる。機器１０を受電機器の位置に自在に移動でき、給電場所に融通性を持たせることができる。
【００２３】
図５、図６は、拘束装置１３の具体例を示す。これらの拘束装置１３は、移動ユニット２と移動面Ｓとの間に磁力による引力を発生させる磁性体、電磁石、または永久磁石を備えて成るものである。すなわち、図５（ａ）（ｂ）に示すように、拘束装置１３は、移動体１１の内部に備えた磁石１３ａと、表面を移動面Ｓとする磁性体１３ｂ例えば鉄板と、によって構成されている。移動ユニット２は、磁石１３ａと磁性体１３ｂとの間の引力によって、移動面Ｓに拘束される。なお、移動面Ｓは、磁性体１３ｂの表面そのものとするのではなく、磁性体１３ｂの表面に介在させた非磁性体の表面を移動面Ｓとすることができる。また、移動体１１と移動面Ｓとの接触面には、適宜の摩擦力が存在する必要がある。移動面Ｓは、重力の作用の有無にかかわらず、水平面の他に、斜面、壁面、天井面などとすることができ、移動ユニット２はそのような移動面Ｓに拘束されて移動することができる。磁石１３ａは、永久磁石でもよく、電磁石でもよく、また、磁極の配置は、有効な拘束力としての引力を発生できる配置であればよい。また、図６に示すように、移動体１１の内部に備えた磁性体１３ｄと、移動面Ｓの下部に配列した磁石１３ｅと、によって拘束装置１３を構成するようにしてもよい。
【００２４】
図７（ａ）（ｂ）は、拘束装置１３の他の例を示す。この拘束装置１３は、移動ユニット２における移動面Ｓとは反対側にあって移動ユニット２を移動面Ｓとの間に挟み込む押圧板１３ｃを備えて成るものである。押圧板１３ｃを移動中の移動ユニット２に柔軟に押圧して拘束力Ｆを発生するためのバネやゴムなどの弾性体からなる付勢緩衝部材を別途備えてもよい。移動面Ｓと押圧板１３ｃとは、間に移動ユニット２を挟んだ状態で、水平ばかりでなく、垂直壁面や、他の任意の傾斜を持たせた配置とすることができる。アクチュエータ３を搭載した移動ユニット２は、２枚の板に挟まれて板との摩擦力で保持される。この場合、２枚の板の一方の板の面、または両方の板の面を移動面Ｓとみなすことができる。２枚の板の一方の板の面を移動面Ｓとする場合、他方の板との間には摩擦をなくすことにより、例えば、車輪構造を備えることにより、移動面Ｓとの間の摩擦力の設定が容易となる。アクチュエータ３を駆動させると、その衝撃力により移動ユニット２が、任意角度の移動面Ｓ上を移動し、目標位置に向けて進むことができる。
【００２５】
図８は、拘束装置１３のさらに他の例を示す。この拘束装置１３は、移動ユニット２の上部から変形自在のシート１３ｆを被せて、シート１３ｆからの圧力によって移動ユニット２を機械的に移動面Ｓに押さえ込んで拘束する。移動ユニット２は、シート１３ｆと移動面Ｓとの隙間を、シート１３ｆを押しのけながら移動する。拘束力Ｆは、シート１３ｆの背後から、例えば、水圧や空気圧などを作用させて、流体による圧力を拘束力Ｆとして用いることができる。また、シート１３ｆをゴム磁石で構成し、移動面Ｓを鉄板で構成して、磁力による引力を拘束力Ｆとしてもよい。さらに、シート１３ｆと移動面Ｓとの間で静電気を発生させ、静電気による吸着力を拘束力Ｆとしてもよい。また、図９は、拘束装置１３のさらに他の例を示す。この拘束装置１３は、移動面Ｓに対向する空間に設けた支持部１３ｇと、支持部１３ｇから移動ユニット２に延びる屈曲自在の拘束腕１３ｈと、を備えて成るものである。拘束腕１３ｈは、移動ユニット２の移動に追随して変形し、その作用点を移動させつつ、移動ユニット２に拘束力Ｆを作用させて移動ユニット２を移動面Ｓに押さえて拘束する。
【００２６】
（渦電流式のインパクトアクチュエータ）
以下、図１０乃至図２０によって、アクチュエータ３の構成と動作原理を詳細説明する。図１０は渦電流式のアクチュエータ３を示す。アクチュエータ３は、図１０（ａ）に示すように、互いに離間し同軸に対向配置して一体化された左右の電磁コイル３１と、電磁コイル３１の間に配置された弾性体３０と、各電磁コイル３１と弾性体３０との間に配置された２つの導電体３２と、を備えている。各導電体３２は、それぞれ少なくとも弾性体３０の伸縮する範囲内で電磁コイル３１の軸方向に沿って移動自在に構成されている。電磁コイル３１は、その中心軸上に配置された軸棒３１ａによって一体化され、それぞれコイル枠３１ｂに納められている。導電体３２は、例えばアルミニュームなどの良導電体から成るドーナツ状の金属円板であって、軸棒３１ａによって移動方向が拘束されている。弾性体３０は、アクチュエータ３が非駆動状態のとき、導電体３２を電磁コイル３１に近接させるように伸張している。導電体３２と電磁コイル３１の近接の度合いは、導電体３２に必要な渦電流を発生できる距離であればよい。弾性体３０は、例えばコイルバネや板バネ、ゴムなどを用いて構成することができる。アクチュエータ３は、電磁コイル３１と導電体３２を１つずつ含む組を、軸棒３１ａに沿って弾性体３０の両側に、互いに対称配置となるように備えている。
【００２７】
上記構成のアクチュエータ３の動作を説明する。アクチュエータ３は、移動体１１に衝撃を与えることにより移動体１１を軸棒３１ａの方向に移動させる。衝撃によって発生する力を衝撃力または衝撃と称する。電磁コイル３１は、電力を与えられることにより、衝撃の発生源となる。移動体１１は、左方の組の動作によって左方に移動され、右方の組の動作によって右方に移動される。そこで、まず、左方の組の動作を説明する。左方の導電体３２は、左方の電磁コイル３１の通電によって導電体３２に発生する渦電流に起因して発生する反発力によって、図１０（ａ）に示すように、右方に反発移動される。すると、弾性体３０は、移動する導電体３２により圧縮され、その後、その伸張力によって導電体３２を左方へ押し戻す。この時点で、電磁コイル３１の通電はオフされている。従って、導電体３２は、図１０（ｂ）に示すように、左方の電磁コイル３１に衝突し、その衝突によって左方に向かう衝撃が発生する。移動体１１は、この衝撃によって左方に押されて左方に移動する。制御部１４（図１参照）は、必要な渦電流とこれに起因する反発力とが得られるように電流を一気に流すように電磁コイル３１への電力制御を行い、導電体３２と電磁コイル３１との衝突が邪魔されないように電力をオフする。また、制御部１４は、このような通電を繰り返すことにより、移動体１１に反復して衝撃を与えて移動体１１をパルス的に左方へ移動させる。図１０（ｃ）（ｄ）は、右方の組の動作によって移動体１１を右方に移動する場合を示す。その動作は、図１０（ａ）（ｂ）の場合の動作を左右に反転したものと考えることができる。衝撃による移動体１１の一方向への移動には、後戻りを防止する機構が必要であり、その機構として移動体１１の下面と移動面Ｓとの間の摩擦力が用いられ、その摩擦力は拘束装置１３による拘束力Ｆに基づいて発生する（図１参照）。この摩擦力のことは、後述する他のアクチュエータ３においても同様である。
【００２８】
上述のように、アクチュエータ３は、左方と右方のいずれの方向であっても移動体１１を移動させることができ、移動ユニット２を、小型・軽量・安価に実現することができる。弾性体３０は、時間をかけて圧縮されることにより、衝撃を和らげるダンパの役割をしている。なお、このアクチュエータ３において、一方（右方）の電磁コイル３１と導電体３２などの組を除いた構成として片側駆動のアクチュエータを構成することができる。片側駆動のアクチュエータ３は、両側駆動（往復駆動）のアクチュエータ３よりも小型に構成できるので、狭い空間に複数を分散させて配置することができる融通性がある。
【００２９】
（永久磁石式のインパクトアクチュエータ）
図１１は他のアクチュエータを示す。アクチュエータ３は、図１１（ａ）に示すように、上述の図１０に示したアクチュエータ３において、２つの導電体３２を、それぞれに対応して配置される２つの永久磁石３３によって置き換えたものである。永久磁石３３は、電磁コイル３１の通電によって流れるコイル電流と永久磁石３３の磁界との相互作用による反発力によって反発移動される。永久磁石３３は、導電体３２と同様にドーナツ円板状であって、中心側から外周側に向けて半径方向に磁化されている。本例の場合、中心側がＳ極で外周側がＮ極であるが、逆極性とすることができる。この永久磁石３３は、電磁コイル３１に流れる電流の向きによって、図１１（ｂ）に示すように、斥力を受けたり、引力を受けたり（不図示）する。なお、図１１（ｂ）には、磁力線を矢印曲線によって示している。
【００３０】
上記構成のアクチュエータ３の動作を、例えば、左方の電磁コイル３１と永久磁石３３との組について説明する。アクチュエータ３は、永久磁石３３に斥力を与えるように電磁コイル３１に電流を流し、その後、電流をオフすると、永久磁石３３は右方において弾性体３０によって受け止められた後、弾性体３０によって跳ね返されて、元の電磁コイル３１に衝突する。つまり、アクチュエータ３は、上述の渦電流に起因して発生する反発力に代えて、電磁コイル３１の通電によって流れるコイル電流と永久磁石３３の磁界との相互作用による反発力を用いるものである。図１０に示したものと、図１１に示したものの折衷構成として、導電体３２と永久磁石３３とを１つずつ有するものとすることもできる。この構成の場合、左右の動作や構成が互いに対称的になるとは限らない。逆に、対称的にならないことを利用して、往復動作の特性を違えて、コストや動作特性の最適化を図ることもできる。
【００３１】
このアクチュエータ３において、左右の永久磁石３３の互いの磁気反発力によって、弾性体３０の反発力を代替させて、弾性体３０を除去することができる（不図示）。この場合、２つの永久磁石３３が互いに近づく場合には、相互の磁気反発力のダンピング効果によって衝突の衝撃が和らげられる。２つの永久磁石３３が互いに離反する場合には、相対移動中の永久磁石３３が相互に磁力を及ぼして、電磁コイル３１に衝突するまでの間、その移動速度を加速し続ける。このことを考慮して、左右の組の間隔は適宜設定される。以上のように永久磁石３３と電磁コイル３１との反発力を用いるアクチュエータは、渦電流による場合よりもより大きな衝撃を発生させて１回で大きな移動を行える。また、渦電流による場合のジュール熱による発熱がない点、安定にエネルギ効率良く動作できる。
【００３２】
（単コイル式のインパクトアクチュエータ）
図１２および図１３はさらに他のアクチュエータを示す。アクチュエータ３は、図１２（ａ）に示すように、電磁コイル３１と、永久磁石３３と、ストッパ３４と、電磁コイル３１に通電する電流を時間制御する制御部１４（図１）と、を備えている。永久磁石３３は、電磁コイル３１への通電によって生じる電磁作用によって電磁コイル３１に対して相対移動する。ストッパ３４は、永久磁石３３の相対移動の範囲を制限するように電磁コイル３１と一体化されて被衝突体をなす。このアクチュエータ３では、電磁コイル３１への通電により、永久磁石３３が被衝突体（すなわち、電磁コイル３１とストッパ３４のいずれか）と衝突することにより衝撃が発生する。被衝突体は、永久磁石３３が衝突する相手（相対移動の相手）を示す用語として用いている。電磁コイル３１は、コイル枠に納められ、その中心軸上に配置された軸棒３１ａによってストッパ３４に一体化されている。永久磁石３３は、ドーナツ円板状であって、中心側から外周側に向けて半径方向に磁化されている。本例の場合、中心側がＳ極で外周側がＮ極であるが、逆極性とすることができる。この永久磁石３３は、電磁コイル３１に流れる電流の向きによって、斥力を受けたり、引力を受けたりする。
【００３３】
上記構成のアクチュエータ３の動作を、移動体１１を左方に移動させる場合について、図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照して説明する。制御部１４は、電磁コイル３１に通電するコイル電流Ｊを時間制御することにより、電磁コイル３１による引力（Ｊ＜０、時間ｔ３）と斥力（Ｊ＞０、時間ｔ５）によって永久磁石３３を往復移動させ、引力によって永久磁石３３を電磁コイル３１に衝突させる。すなわち、永久磁石３３は、図１２（ａ）に示すように電磁コイル３１とストッパ３４の間にある位置から、図１２（ｃ）の時間ｔ３における引力によって左方に移動し、図１２（ｂ）に示すように電磁コイル３１に衝突する。その後、永久磁石３３は、図１２（ｃ）の時間ｔ５における斥力によって、図１２（ａ）に示す位置に復帰する。このような永久磁石３３の動作（時間ｔ３，ｔ５における動作）が繰り返され、移動体１１が左方にパルス的に移動する。図１２（ｃ）は、永久磁石３３が図１２（ｂ）に示すように電磁コイル３１側にある初期状態から、時間ｔ２における斥力によって動作を開始する例を示す。時間ｔ１，ｔ４は駆動調整時間である。
【００３４】
移動体１１を右方に移動させる場合について、図１３（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照して説明する。図１３（ａ）は、図１２（ａ）と同じ図である。制御部１４は、電磁コイル３１に通電するコイル電流Ｊを時間制御することにより、電磁コイル３１による斥力（Ｊ＞０、時間ｔ４）と引力（Ｊ＜０、時間ｔ５）によって永久磁石３３を往復移動させ、斥力によって永久磁石３３をストッパ３４に衝突させる。すなわち、永久磁石３３は、図１３（ａ）に示すように電磁コイル３１とストッパ３４の間にある位置から、図１３（ｃ）の時間ｔ４における斥力によって右方に移動し、図１３（ｂ）に示すようにストッパ３４に衝突する。その後、永久磁石３３は、図１３（ｃ）の時間ｔ５における引力によって、図１３（ａ）に示す位置に復帰する。この永久磁石３３の動作（時間ｔ４，ｔ５における動作）が繰り返され、移動体１１が右方にパルス的に移動する。ここで、図１３（ｃ）の時間ｔ１，ｔ２における永久磁石３３の動作を説明する。時間ｔ１では、永久磁石３３が初期状態にあると仮定する。初期状態は、コイル電流Ｊがゼロであり、永久磁石３３が電磁コイル３１とストッパ３４との中間位置（図１３（ａ）の状態）ではなく、永久磁石３３が、前述の図１２（ｂ）に示すように、電磁コイル３１側にある状態である。永久磁石３３は、その初期状態において移動範囲の左端にある。永久磁石３３が左端の初期状態から右方に移動してストッパ３４に衝突する最初の衝突では、時間ｔ２に示すように、コイル電流Ｊは漸増した後、一定値となるコイル電流Ｊが流される。時間ｔ２の始めにコイル電流Ｊを漸増させるのは、急激な離反に起因する反動による移動体１１の左方への移動を抑制するためである。
【００３５】
上記のように、移動体１１は、永久磁石３３が左方の電磁コイル３１に衝突することによって左方に移動され、永久磁石３３が右方のストッパ３４に衝突することによって右方に移動される。従って、移動体１１を左方に移動させる場合には、永久磁石３３がストッパ３４に衝突しないように電磁コイル３１からの磁気力を永久磁石３３に及ぼす必要がある。逆に、移動体１１を右方に移動させる場合には、永久磁石３３が電磁コイル３１に衝突しないように電磁コイル３１からの磁気力を永久磁石３３に及ぼす必要がある。コイル電流Ｊを制御する制御部１４は、電磁コイル３１と永久磁石３３の相対移動の一方向において衝突を発生させ、その一方向とは反対方向において衝突を回避させると共に相対移動の方向を反転させる。制御部１４は、一方向における衝撃のみを反復して発生させるように、電磁コイル３１に通電するコイル電流Ｊを時間制御する。このような制御部１４とアクチュエータ３とを備えた移動体１１は、電磁コイル３１と永久磁石３３の相対移動のいずれの向きにおいても衝突による衝撃を発生させることができるので、移動体１１の往復移動を実現することができる。また、アクチュエータ３が１つの電磁コイル３１に永久磁石３３とストッパ３４とを組み合わせて成るので、小型かつ簡単な構成となる。
【００３６】
（コイル移動式のインパクトアクチュエータ）
図１４はさらに他のアクチュエータを示す。アクチュエータ３は、図１４（ａ）に示すように、上述の図１２（ａ）に示したアクチュエータ３において、電磁コイル３１と永久磁石３３とを互いに入れ替え、ストッパ３４を別途の永久磁石３３に置き換えたものである。すなわち、アクチュエータ３は、互いに離間して同軸配置され軸棒３１ａの両端に固定された円板状の２つの永久磁石３３と、軸棒３１ａに沿って移動自在とされた電磁コイル３１と、を備えている。電磁コイル３１は、コイル枠に納められ、中心軸上を軸棒３１ａによって挿通されている。２つの永久磁石３３は、軸棒３１ａによってストッパ３４に一体化されて被衝突体（この場合、電磁コイル３１が衝突する相手）をなす。電磁コイル３１は、電磁コイル３１への通電によって生じる電磁作用によって、２つの永久磁石３３に対して相対移動する。その相対移動の範囲は被衝突体によって（両端の永久磁石３３によって）制限される。２つの永久磁石３３は、ドーナツ円板状であり、中心側から外周側に向けて半径方向に磁化されている。本例の場合、中心側がＳ極で外周側がＮ極であるが、逆極性とすることができる。
【００３７】
上記構成のアクチュエータ３の動作を、図１４（ｂ）（ｃ）により、移動体１１を左方に移動させる場合について説明する。上述のような永久磁石３３の間に挟まれた電磁コイル３１は、通電されると、図１４（ｃ）に示すように、一方の永久磁石３３から斥力を受け、他方の永久磁石３３から引力を受ける。従って、電磁コイル３１は、電磁コイル３１に流す電流の向きによって、左方または右方のいずれかに移動方向を選択することができる。そこで、制御部１４によって、電磁コイル３１のコイル電流を時間制御することにより、図１４（ｂ）に示すように、電磁コイル３１を左方の永久磁石３３に衝突させて移動体１１を左方に移動させることができる。同様に、電磁コイル３１を右方の永久磁石３３に衝突させて移動体１１を右方に移動させることができる。制御部１４は、電磁コイル３１と永久磁石３３の相対移動の一方向において衝突を発生させ、その一方向とは反対方向において衝突を回避させると共に相対移動の方向を反転させる。制御部１４は、一方向における衝撃のみを反復して発生させるように電磁コイル３１に通電する電流を時間制御する。制御部１４は、このような制御を繰り返すことにより、移動体１１を左方、同様に右方へパルス的に移動させる。
【００３８】
（ボイスコイル式のインパクトアクチュエータ）
図１５、図１６、および図１７はさらに他のアクチュエータを示す。アクチュエータ３は、図１５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、矩形の磁気回路３５の対向する内面にそれぞれ配設された矩形平板状の永久磁石３３と、２つの永久磁石３３の間で移動自在に配設された電磁コイル３１とを備えている。そして、電磁コイル３１と２つの永久磁石３３とは互いに組み合わされてボイスコイル構造とされている。電磁コイル３１は、磁気回路３５の内部に設けられた磁気回路が挿通（その挿通方向をＸ軸方向とする）され、この磁気回路部分は各永久磁石３３の対向磁極となっている。電磁コイル３１は、上部を回転軸受３１ｃによって回動自在に支持されている。また、電磁コイル３１の下部には、ハンマ３４ａが電磁コイル３１の一部として設けられている。磁気回路３５の外周におけるＸ軸方向の両端には、ハンマ３４ａが衝突可能な位置に、ストッパ３４が設けられている。永久磁石３３とストッパ３４とが一体化されて被衝突体が形成されている。
【００３９】
永久磁石３３による磁界は、Ｘ軸方向に直交する水平方向に設定されている。従って、この磁界中に配設された電磁コイル３１に通電されると、電磁コイル３１は、そのコイル電流の向きに従って、Ｘ軸の正方向（右矢印方向）、またはその反対の負方向に移動させる力を受ける。そこで、図１６（ａ）に示すように、電磁コイル３１が左向きの力を受けると、電磁コイル３１が左側に振り子運動をして、ハンマ３４ａが左側のストッパ３４に衝突し、移動体１１が左方向に移動される。アクチュエータ３の動作を図１６（ａ）（ｂ）に示す状態間で反復して行うために、制御部１４は、電磁コイル３１に通電する電流を、図１７（ａ）に示す時間変化となるように時間制御する。コイル電流Ｊは、例えば、正弦関数をコイル電流Ｊの正方向にシフトさせた関数形になっている。電磁コイル３１は、このコイル電流Ｊの正側では、図１６（ａ）に示すように、左方に振れて左方で衝突し、コイル電流Ｊの負側では、図１６（ｂ）に示すように、中立点に戻り、その後、コイル電流Ｊの時間変化に従って、左方への移動と衝突を繰り返す。また、アクチュエータ３の動作を図１６（ｂ）（ｃ）に示す状態間で反復して行って移動体１１を右方に移動する場合、コイル電流Ｊは、図１７（ｂ）に示すように、正弦関数をコイル電流Ｊの負方向にシフトさせた時間変化とされる。
【００４０】
上述の、図１２乃至図１７によって説明したアクチュエータ３は、より一般的に、次のように表現することができる。すなわち、アクチュエータ３は、対象物に衝撃を与えることにより該対象物を移動させる装置である。アクチュエータ３は、電磁コイル３１と、電磁コイル３１への通電によって生じる電磁作用によって電磁コイル３１に対して相対移動する永久磁石３３と、ストッパ３４と、を備えている。ストッパ３４は、前記相対移動の範囲を制限するように電磁コイル３１または永久磁石３３のいずれかと一体化されて被衝突体を構成している。このようなアクチュエータ３は、電磁コイル３１への通電により、被衝突体と被衝突体に一体化されなかった電磁コイル３１または永久磁石３３のいずれかとが衝突することにより前記衝撃が発生されるものである。永久磁石３３とストッパ３４とが被衝突体をなす場合が図１２の例である。また、ストッパ３４として２個目の永久磁石３３を設けて、２つの永久磁石３３によって被衝突体をなす場合が図１４の例である。また、永久磁石３３と２つのストッパ３４とによって被衝突体をなす場合が図１５、図１６の例である。このように、電磁コイル３１と永久磁石３３の相対移動のいずれの向きにおいても衝突による衝撃を発生させることができるので、移動体１１の往復移動を容易に実現することができる。また、アクチュエータ３が１つの電磁コイル３１に、永久磁石３３とストッパ３４とを組み合わせて成るので、小型かつ簡単な構成となる。
【００４１】
（中立点復帰式のインパクトアクチュエータ）
図１８、図１９、および図２０はさらに他のアクチュエータ３を示す。アクチュエータ３は、図１８に示すように、電磁コイル３１と、その両端に配置したステータ３５ａと、これらの電磁コイル３１およびステータ３５ａの中心軸上を往復移動する軸棒３１ａに一体化されて成る移動質量体３ａ（可動子３ａ）と、を備えている。移動質量体３ａは、電磁コイル３１およびステータ３５ａに対して相対運動を行う。移動質量体３ａは、軸棒３１ａと、ステータ３５ａの内径側にそれぞれ配置された２つの永久磁石３３と、両永久磁石３３間に挿入された鉄心３５ｂと、両永久磁石３３の両端に配置されたヨーク３５ｃと、２つの衝突頭片３７と、衝撃増強錘３６と、を備えている。一方のヨーク３５ｃには衝突頭片３７が直接接して配置され、他方のヨーク３５ｃには衝突頭片３７を介在させて他の衝突頭片３７が配置されている。アクチュエータ３は、電磁コイル３１、ステータ３５ａ、および移動質量体３ａを内蔵する外筒（シールドケース３８）と、シールドケース３８の両端に配置されて軸棒３１ａを軸支する軸受板３９とをさらに備えている。電磁コイル３１およびステータ３５ａはシールドケース３８の内壁に固定されている。図１８は、電磁コイル３１が通電されていない状態を示す。この状態において、移動質量体３ａは、永久磁石３３、鉄心３５ｂ、ヨーク３５ｃ、およびステータ３５ａによって生じる磁場に起因する引力によって中立点に位置している。
【００４２】
軸棒３１ａは、電磁コイル３１およびステータ３５ａと同心である。軸棒３１ａを除く移動質量体３ａの各構成物は、軸棒３１ａと同心になるように配置されて、軸棒３１ａと一体化されている。鉄心３５ｂは、その長さが電磁コイル３１の長さと同等である。換言すれば、鉄心３５ｂは、両ステータ３５ａの間に収まる長さを有する。また、鉄心３５ｂは、円筒の両端部に鍔部を備えた形状を有し、中央部の径が両端部の径よりも小さく形成されている。これにより、鉄心３５ｂの両端部とこれらに近接する各ステータ３５ａとの間に、磁気抵抗の低い磁気回路が形成される。永久磁石３３は、リング形状を有し、その厚み方向（中心軸方向）に磁化されている。２つの永久磁石３３は、互いに磁極の方向を逆向きにして鉄心３５ｂの両端に配置されている。永久磁石３３の厚みはステータ３５ａの厚みよりも薄く、永久磁石３３およびヨーク３５ｃの厚みの合計はステータ３５ａの厚みよりも厚い。
【００４３】
図１８に示す中立状態において、２つの衝突頭片３７とこれらに対向する各軸受板３９との距離Ｄは、互いに等距離とされている。軸受板３９は、衝突頭片３７によって衝突される被衝突体であり、軸棒３１ａに一体化されて成る移動質量体３ａの、電磁コイル３１およびステータ３５ａに対する相対運動の移動範囲を制限する。すなわち、移動質量体３ａの可動範囲は距離Ｄの２倍である（図１９参照）。この距離Ｄは、移動質量体３ａがいずれかの衝突頭片３７に衝突した位置から、移動質量体３ａが永久磁石３３とステータ３５ａとの相互の引力によって中立点に復帰することができる距離以内に設定されている。
【００４４】
図１９によってアクチュエータ３の動作原理を説明する。電磁コイル３１に一定方向に電流を流すと、例えば、図１９（ａ）に磁力線Ｂで模式的に示すように、磁場が発生する。電磁コイル３１の磁場は、２つの永久磁石３３の一方による磁場を弱め、他方による磁場を強める。従って、電磁コイル３１が発生する磁場によって、永久磁石３３、鉄心３５ｂ、およびヨーク３５ｃに作用する磁力に非対称性が生じ、移動質量体３ａは、白抜き矢印で示すように移動する。電磁コイル３１に前記一定方向とは逆方向に電流を流すと、図１９（ｂ）に示すように、移動質量体３ａは、前記とは逆方向に移動する。また、図１９（ａ）（ｂ）の状態において、コイル電流を切って電磁コイル３１による磁場を除くと、移動質量体３ａは、永久磁石３３とステータ３５ａとの相互の引力によって、前述の図１８に示すように、中立点に復帰する。
【００４５】
図２０によってアクチュエータ３による左方向への移動の一連の動作を説明する。図２０（ａ）に示すように、アクチュエータ３を移動体１１を介して、面Ｓに載置する。アクチュエータ３と移動体１１とは互いに一体化されている。この状態で、電磁コイル３１は励磁されてなく、移動質量体３ａは、中立点にあり、移動体１１の左方先端は位置ｘ０にある。電磁コイル３１に電流を流すと、図２０（ｂ）に示すように、移動質量体３ａが移動して軸受板３９に衝突し、その衝撃によってアクチュエータ３と共に移動体１１が移動し、その先端は位置ｘ１に至る。衝撃の大きさは、電磁コイル３１に流す電流の大きさとその立ち上がりの速さに依存し、より急激かつより大電流を流すことにより、より大きな衝撃を発生させることができる。衝突後に電磁コイル３１に流す電流を停止すると、アクチュエータ３の内部の移動質量体３ａが、図２０（ｃ）に示すように、中立点に復帰する。この復帰移動は、永久磁石３３の磁気力によってゆっくり行われるので、移動体１１と面Ｓとの間の静止摩擦力を超えるような反動はなく、移動体１１の移動はない。また、永久磁石３３の磁気力調整や面Ｓとの摩擦力調整などの条件設定を行うことにより、中立点への復帰の際に移動体１１の移動が発生しないようにできる。以下、電磁コイル３１に再び電流を流すことにより、図２０（ｄ）に示すように、移動体１１の先端がさらに移動して位置ｘ２に至る。アクチュエータ３は、このような動作の繰り返しによって、移動体１１を、間欠的に移動させることができる。以上に述べたいずれのアクチュエータ３も小型に構成することができ、このようなアクチュエータ３を移動体１１に備えることにより、移動ユニット２を、モータや駆動力伝達装置などを用いる場合に比べて小型・軽量・安価に実現することができる。
【００４６】
（第２の実施形態）
図２１乃至図２５は第２の実施形態の機器移動システム１を示す。本実施形態の機器移動システム１は、図２１（ａ）（ｂ）に示すように、機器（不図示）を搭載して２次元移動する移動ユニット２を平面から成る移動面Ｓに配置し、移動ユニット２の上方に移動面Ｓと平行に配置されたタッチパネル４を備えて構成されている。移動面Ｓとタッチパネル４とは、全体でテーブルのような形状の位置決めシステムを形成し、移動面Ｓとタッチパネル４には共通の座標軸ＸＹが設定されている。タッチパネル４は、例えば、上面が抵抗膜方式のタッチパネルであって、上面に圧力が加えられたとき、その圧力が加えられた位置を検出するものであり、その検出結果であるＸＹ座標値による位置情報を外部に送信する送信部４１を備えている。タッチパネル４は、例えば、上面に物体５が置かれると、その位置を検出し、その位置情報を送信部４１によって出力する。タッチパネル４は、抵抗膜方式以外の種々の方式のものを用いることができる。
【００４７】
移動ユニット２は、供給電力を制御することによりアクチュエータ３を制御する制御部１４と、電源１５（電池）と、移動面Ｓにおける自己位置を検出する位置センサ２１と、タッチパネル４の送信部４１から送信される情報を受信する受信部２２とを備えている。送信部４１と受信部２２との通信は、無線通信でもよく、有線通信でもよい。電源１５は、制御部１４の回路電源や、アクチュエータ３の駆動電源として用いられる。制御部１４は、位置センサ２１から位置データを受け取り、その位置データに基づいて移動ユニット２を所定の目標位置に移動させるようにアクチュエータ３を制御する。目標位置は、例えば、タッチパネル４の上面に載せられた物体５の位置に対応する移動面Ｓ上の位置Ｐであり、その位置情報は送信部４１と受信部２２とを介して、制御部１４に伝達される。移動ユニット２が、位置Ｐに達すると、移動ユニット２に搭載されて移動ユニット２と共に移動する機器（不図示）が、物体５の下部に位置することになる。
【００４８】
位置センサ２１は、自己位置を（Ｘ，Ｙ）座標値として取得するものであり、ロータリエンコーダ、加速度計、慣性センサなどを備えてデットレコニング（相対的自己位置推定）可能に構成されている。また、自己位置には自己の姿勢情報を含めることができ、例えば、Ｘ軸に対する自己の正面方向の傾き角度θを含めて、（Ｘ，Ｙ，θ）座標値を自己位置の情報とする。位置センサ２１は、適宜、位置と姿勢の初期値を取得することができる。例えば、制御部１４が、移動ユニット２を、Ｘ軸に対する角度が設定された所定の壁まで移動させ、その壁に押し付けることにより、移動ユニット２の姿勢を初期化し、位置センサ２１における姿勢情報を初期化することができる。位置センサ２１は、２つの壁、例えば、ＸＹ軸にそれぞれ平行に設けた配置位置が既知の２つの壁を用いることにより、移動ユニット２の位置と姿勢の両方の初期値を取得することができる。位置センサ２１は、移動面Ｓまたは移動面Ｓの周囲に配置されたマーカを読み取る構成や、磁気センサを備えて地磁気や機器移動システム１に配置した位置検出用磁気発生装置（磁石など）の磁気を検出する構成とすることができる。位置センサ２１は、これらの構成により、自己位置と姿勢を検知したり初期化したりすることができる。また、位置センサ２１は、外部からの信号を受信部２２によって受信して自己位置と姿勢を検知するようにしてもよい。外部からの信号は、ＧＰＳ信号のように、複数位置からの信号であってその信号によって自己位置を検出できる信号とすることができる。また、位置センサ２１は、移動ユニット２に組み込む必要はなく、移動ユニット２の外部からその位置と姿勢を検知して位置情報を送信する構成を機器移動システム１に備えて、その位置情報を移動ユニット２が受信部２２によって受信するようにしてもよい。位置センサ２１は、これらの種々の構成を組み合わせて構成することができる。
【００４９】
次に、図２２により機器移動システム１の具体例とその動作を説明する。機器移動システム１は、図２２（ａ）に示すように、移動ユニット２が移動面Ｓに３つ（一般に、任意個数）備えられ、それぞれ個別に目標位置に向かって移動する。機器１０は非接触給電用の１次コイル１０ａであり、上述の物体５は受電機器５であり、受電機器５は１次コイル１０ａによって給電される２次コイル５ａを有する。機器１０には、給電に使用する電力を外部から受け取るための電力線（不図示）が接続されており、その電力線は、移動ユニット２の移動を妨げない構成とされている。このような電力線が接続される場合に、移動ユニット２はこれを電源とすることができるので、電源１５を備えなくてもよい。逆に、電源１５を給電用電力源とすることもでき、この場合には外部からの電力線は不要となる。図２２（ｂ）に示すように、タッチパネル４上面に受電機器５が置かれたとき、タッチパネル４は受電機器５の位置を検出し、送信部４１を介して移動ユニット２に位置情報を送信する。すなわち、タッチパネル４は、受電機器５の位置を検出する機器センサとして機能する。すると、図２２（ｃ）に示すように、移動ユニット２の制御部１４は、機器センサ４から受電機器５の位置データを受け取り、その受電機器５の位置（目標位置）に移動ユニット２を移動させ、１次コイル１０ａから受電機器５の２次コイル５ａに給電を行う。
【００５０】
移動ユニット２が複数存在する場合、これらが競合する無駄を抑え、相互干渉を防止するため、各移動ユニット２の動作状態の情報を機器移動システム１の全体で共有したり、移動ユニット２間で固定的または動的に優先順位を設定して対処する。そこで、システム全体の制御を行う制御部を機器移動システム１に備えたり、各移動ユニット２間やタッチパネル４などとの相互の通信手段を備えたりしてもよい。機器移動システム１は、このような構成を備えることにより、複数の移動ユニット２が同時に各々の目標位置（受電機器５の位置）に移動し位置決めして受電機器５に給電する。
【００５１】
機器移動システム１を非接触給電に用いる本実施形態によれば、受電する位置を固定することなく、広い面積のいずれの位置でも受電機器５が受電できる給電システムを実現できる。また、本実施形態によれば、広い給電可能面積を備えることができ、複数の受電機器に対して同時に給電（充電）できる。さらに、移動ユニット２が、他励的駆動ではなく、アクチュエータ３による自律駆動によって移動するので、１次コイルと２次コイルとの位置あわせが精密にでき、漏れ磁束も少なく磁気結合が良好になり、高効率の伝送ができる。このようなシステムを、表現を変えて述べると次のようになる。コイル間の電磁誘導でワイヤレス充電が可能な充電テーブル（表面がタッチパネル４）がある。充電テーブル内部の平面（移動面Ｓ）上に、アクチュエータ３と位置センサ２１とを搭載した送電コイルのユニット（移動ユニット２）が３体（一般に複数体）ある。受電用の２次コイル５ａ（受電コイル）が入っている受電機器５を２つ、充電テーブルに置くと、テーブルの位置センサ（タッチパネル４）が、置かれた場所を検知し移動ユニット２に目標地を送信する。２つの移動ユニット２は、それぞれ近いほうの受電機器５を自ら判断して検知し、アクチュエータ３を駆動させ、それぞれの目標とする受電コイルのある方向に進む。移動ユニット２が目標位置に位置決めすると、アクチュエータ３は停止され、ワイヤレス充電が行なわれる。一方の移動ユニット２の進路に他方の移動ユニット２がある場合、互いにぶつからないように避けて移動する。複数の移動ユニット２の相互の衝突防止を行うために、例えば、相互に現在位置情報や移動目標位置情報を送信し、移動経路が交差する場合に、所定の優先順位に従って一方が停止したり進路変更したり、相互に進路変更したりする構成とすることができる。そのような送受信手段、経路交差判断手段、進路変更手段などを、別途備えたり、制御部１４内に備えたりすることができる。
【００５２】
図２３、図２４は、機器移動システム１を非接触給電に用いる場合における１次コイル１０ａの変形例を示す。図２３に示す１次コイル１０ａは、複数のコイルをアレイ状に配置して成り、制御部１４（不図示）は、給電の際に受電機器５の２次コイル５ａの面積に合わせて１次コイル１０ａの使用数を調整する。また、制御部１４は、１次コイル１０ａを複数使用するとき、それらのコイルに加える電圧または電流を互いに同期させて、同じ波形、同じタイミングで給電させる。例えば、図２４（ａ）に示すように、１次コイルが、２つの１次コイル１０ａから成り、２次コイル５ａの大きさ（面積）が、２つの１次コイル１０ａを合わせた大きさと同等程度の場合には、２つの１次コイル１０ａを用いて給電する。この場合、２つの１次コイル１０ａに加える電圧または電流を互いに同期させることにより、電磁結合を効率よく行わせて給電する。また、図２４（ｂ）に示すように、２次コイル５ａの大きさが、１つの１次コイル１０ａの大きさと同等の場合には、片方の１次コイル１０ａを用いて給電する。このようなアレイ状の１次コイル１０ａとその使用方法により、２次コイル５ａの仕様が異なる種々の受電機器５に対して柔軟に対応でき、例えば、大電力の受電機器には複数の１次コイル１０ａから同時に給電することができ、効率良く給電することができる。
【００５３】
図２５（ａ）（ｂ）は、機器移動システム１を非接触給電に用いる場合における１次コイルの他の変形例を示す。この１次コイルは、径の異なる複数のコイルを同心状に配置して成り、制御部１４は、給電の際に受電機器５の２次コイルの面積に合わせて１次コイルの使用数を調整することことができる。例えば、図２５（ａ）に示すように、１次コイルが、中心から渦巻状に形成された１次コイル１０ａと、１次コイル１０ａの外側に渦巻状に形成された１次コイル１０ａとから成り、２つの互いに同心のコイルが全体として平面渦巻きコイルを形成している。２次コイル５ａの大きさが、外側の１次コイル１０ａの大きさと同等程度の場合には、内側と外側の両方の１次コイル１０ａを用いて給電する。また、図２５（ｂ）に示すように、２次コイル５ａの大きさが、内側の１次コイル１０ａの大きさと同等の場合には、内側の１次コイル１０ａだけを用いて給電する。このような同心状の１次コイル１０ａとその使用方法により、２次コイル５ａの仕様が異なる種々の受電機器５に対して柔軟に対応でき、大電力の受電機器には複数の１次コイル１０ａから同時に給電して効率を上げることができ、効率良く給電することができる。
【００５４】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、上述した各実施形態の構成を互いに組み合わせた構成とすることができる。拘束装置１３の構成は、上述した各種の構成を互いに複合した構成とすることができる。移動ユニット２の構成は、アクチュエータ３と移動体１１とを区別するものではなく、アクチュエータ３そのものが移動体１１を構成するものであってもよい。また、移動ユニット２と機器１０との関係は、移動ユニット２に機器１０を搭載する関係だけでなく、機器１０にアクチュエータ３を備えた構成であってもよく、この場合には、機器１０またはアクチュエータ３が移動体１１となり得る。いずれの場合にも、機器１０がアクチュエータ３によって移動面Ｓに沿って移動する構成となる。また、機器移動システム１を非接触給電に用いる場合に、１次コイルと２次コイルの磁気結合の程度を測定し、位置あわせを最適化するため移動ユニット２を移動させる信号を移動ユニット２の制御部１４に対して出力する位置調整手段を機器１０に備えてもよい。機器移動システム１は、非接触給電に限らず、種々の産業上の利用が可能である。例えば、機器１０を照明装置とし、所定のパターンで自動的に移動させ点灯させたり、移動ユニット２に遠隔制御用の受信機または送受信機を備えて移動面Ｓ上の任意の位置において所定の表示を動的に行わせたりする表示装置を構成することができる。移動ユニット２に機器１０として清掃手段を備え、移動面Ｓ上を自在に移動して、移動面Ｓまたはこれに近接する他の面を自動清掃する装置を構成することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１ 機器移動システム
１０ 機器
１０ａ １次コイル
１１ 移動体
１３ 拘束装置（拘束手段）
１３ａ 磁石（電磁石、永久磁石）
１３ｂ 磁性体
１３ｃ 押圧板
１３ｄ 磁性体
１３ｅ 磁石（電磁石、永久磁石）
１４ 制御部
２ 移動ユニット
２１ 位置センサ
３ アクチュエータ
４ タッチパネル（機器センサ）
５ 受電機器
５ａ ２次コイル
Ｐ 位置、目標位置
Ｓ 移動面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意の機器が搭載され、その機器と共に所定の移動面に沿って移動する移動体と、
前記移動体に一体的に設けられ、電力供給により電磁力に基づく衝撃を発生し、その衝撃力を駆動力にして該移動体を前記衝撃力の方向に移動させるアクチュエータと、
前記移動体と前記アクチュエータによって構成される移動ユニットを前記移動面に対して移動自在かつ摩擦力が発生するように機械力または電磁気力により拘束する拘束手段と、を備えることを特徴とする機器移動システム。
【請求項２】
前記アクチュエータは、前記移動体に複数設けられ、
前記移動ユニットは、前記複数のアクチュエータの駆動力によって前記移動面に沿って回転移動または２自由度の直進移動をすることを特徴とする請求項１に記載の機器移動システム。
【請求項３】
前記拘束手段は、前記移動ユニットと前記移動面との間に磁力による引力を発生させる磁性体、電磁石、または永久磁石を備えて構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の機器移動システム。
【請求項４】
前記拘束手段は、前記移動ユニットにおける前記移動面とは反対側にあって前記移動ユニットを前記移動面との間に挟み込む押圧板を備えて構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の機器移動システム。
【請求項５】
前記移動ユニットが前記移動面に複数備えられ、それぞれ個別に移動することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の機器移動システム。
【請求項６】
前記移動面における前記移動ユニットの位置を検出する位置センサと、
前記アクチュエータへの供給電力を制御することにより該アクチュエータを制御する制御部と、をさらに備え、
前記制御部は、前記位置センサから位置データを受け取り、その位置データに基づいて前記移動ユニットを所定の目標位置に移動させるように前記アクチュエータを制御することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の機器移動システム。
【請求項７】
前記機器は、非接触給電用の１次コイルであり、
前記移動体が移動する領域内に前記１次コイルによって給電される２次コイルを持つ受電機器が配置されたとき、その受電機器の位置を検出する機器センサを備え、
前記制御部は、前記機器センサから前記受電機器の位置データを受け取り、その受電機器の位置に前記移動ユニットを移動させ、前記１次コイルから前記受電機器に給電を行うことを特徴とする請求項６に記載の機器移動システム。
【請求項８】
前記１次コイルは、複数のコイルをアレイ状に配置して成り、
前記制御部は、給電の際に前記受電機器の２次コイルの面積に合わせて前記１次コイルの使用数を調整することを特徴とする請求項７に記載の機器移動システム。
【請求項９】
前記１次コイルは、径の異なる複数のコイルを同心状に配置して成り、
前記制御部は、給電の際に前記受電機器の２次コイルの面積に合わせて前記１次コイルの使用数を調整することを特徴とする請求項７に記載の機器移動システム。
【請求項１０】
前記制御部は、前記１次コイルを複数使用するとき、それらのコイルに加える電圧または電流を互いに同期させることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の機器移動システム。
【請求項１】
任意の機器が搭載され、その機器と共に所定の移動面に沿って移動する移動体と、
前記移動体に一体的に設けられ、電力供給により電磁力に基づく衝撃を発生し、その衝撃力を駆動力にして該移動体を前記衝撃力の方向に移動させるアクチュエータと、
前記移動体と前記アクチュエータによって構成される移動ユニットを前記移動面に対して移動自在かつ摩擦力が発生するように機械力または電磁気力により拘束する拘束手段と、を備えることを特徴とする機器移動システム。
【請求項２】
前記アクチュエータは、前記移動体に複数設けられ、
前記移動ユニットは、前記複数のアクチュエータの駆動力によって前記移動面に沿って回転移動または２自由度の直進移動をすることを特徴とする請求項１に記載の機器移動システム。
【請求項３】
前記拘束手段は、前記移動ユニットと前記移動面との間に磁力による引力を発生させる磁性体、電磁石、または永久磁石を備えて構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の機器移動システム。
【請求項４】
前記拘束手段は、前記移動ユニットにおける前記移動面とは反対側にあって前記移動ユニットを前記移動面との間に挟み込む押圧板を備えて構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の機器移動システム。
【請求項５】
前記移動ユニットが前記移動面に複数備えられ、それぞれ個別に移動することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の機器移動システム。
【請求項６】
前記移動面における前記移動ユニットの位置を検出する位置センサと、
前記アクチュエータへの供給電力を制御することにより該アクチュエータを制御する制御部と、をさらに備え、
前記制御部は、前記位置センサから位置データを受け取り、その位置データに基づいて前記移動ユニットを所定の目標位置に移動させるように前記アクチュエータを制御することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の機器移動システム。
【請求項７】
前記機器は、非接触給電用の１次コイルであり、
前記移動体が移動する領域内に前記１次コイルによって給電される２次コイルを持つ受電機器が配置されたとき、その受電機器の位置を検出する機器センサを備え、
前記制御部は、前記機器センサから前記受電機器の位置データを受け取り、その受電機器の位置に前記移動ユニットを移動させ、前記１次コイルから前記受電機器に給電を行うことを特徴とする請求項６に記載の機器移動システム。
【請求項８】
前記１次コイルは、複数のコイルをアレイ状に配置して成り、
前記制御部は、給電の際に前記受電機器の２次コイルの面積に合わせて前記１次コイルの使用数を調整することを特徴とする請求項７に記載の機器移動システム。
【請求項９】
前記１次コイルは、径の異なる複数のコイルを同心状に配置して成り、
前記制御部は、給電の際に前記受電機器の２次コイルの面積に合わせて前記１次コイルの使用数を調整することを特徴とする請求項７に記載の機器移動システム。
【請求項１０】
前記制御部は、前記１次コイルを複数使用するとき、それらのコイルに加える電圧または電流を互いに同期させることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の機器移動システム。
【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】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【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】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１３−２０５８９（Ｐ２０１３−２０５８９Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５５８２４（Ｐ２０１１−１５５８２４）
【出願日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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