非接触回転型電力伝送装置
【課題】対向するコア間のコアギャップをガタつき等の変動の影響を受けずに安定して維持するコアギャップ保持構造を確保することにより小型化と低コスト化とを図ることができる非接触回転型電力伝送装置を提供する。
【解決手段】固定ベース２０に固定され、コア５０，７０同士を対向させた状態で一方のコアを固定コア７０として保持する軸受内輪８０を備え、可動ベース１０に、前記軸受内輪８０に回転自由に軸支される軸受外輪３０を備え、コア同士の対向面間に低摩擦係数で非磁性体の摺動シート６０を介在させ、他方のコアを可動コア５０として前記軸受内輪８０に収納させた状態で該可動コア５０と前記可動ベース１０との対向面間に介在され、一端を前記可動コア５０に回り止めして連結し、他端をコア同士の対向方向に付勢させる付勢力を持たせて前記可動ベース１０に回り止めして連結したコア押さえ４０を備えて非接触回転型電力伝送装置１を構成する。
【解決手段】固定ベース２０に固定され、コア５０，７０同士を対向させた状態で一方のコアを固定コア７０として保持する軸受内輪８０を備え、可動ベース１０に、前記軸受内輪８０に回転自由に軸支される軸受外輪３０を備え、コア同士の対向面間に低摩擦係数で非磁性体の摺動シート６０を介在させ、他方のコアを可動コア５０として前記軸受内輪８０に収納させた状態で該可動コア５０と前記可動ベース１０との対向面間に介在され、一端を前記可動コア５０に回り止めして連結し、他端をコア同士の対向方向に付勢させる付勢力を持たせて前記可動ベース１０に回り止めして連結したコア押さえ４０を備えて非接触回転型電力伝送装置１を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子機器の回転体を回転操作する際に用いられる非接触回転型電力伝送装置に関し、さらに詳しくは小型で高性能を有する非接触回転型電力伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、接触式の回転型電力伝送装置は回転する摺動面に対し、機械的に接触子を回転電気導板に接触させて電力を伝達するスリップリングを使用している（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、押圧した接点部分を摺動させて通電することから接点部分が磨耗してしまい寿命が限られていた。また、電流を多く流そうとすると、接点圧力を強くするために回転トルクが大きくなる。この際にゴミ等の異物の介入、電気導板の表面粗さ等の要因で通電が断続的になったり、通電波形が乱れたりする。このため、接触式の回転型電力伝送装置の寿命と電気容量を確保しようとすると、接触子に対する発熱対策が必要になり、装置が大型化してしまう。
【０００４】
また、周波数を１０ＭＨｚ程度に高めて空心コイルを使い電磁共鳴で電力伝達する方法もある。ところが、この場合は電力伝達する際に電磁波が空中に放射され、周辺の機器に電磁ノイズを与えやすく、さらに制御回路が複雑になり、コスト高を誘引してしまう。逆に、周波数を低くし、コアを使用しない空心式電力伝送装置によりコイルのみで電力伝送する方法もある（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
この場合は、比較的コイル間の距離を離しても効率の落ちない電力伝送が可能になる。ところが、コアを使用しないためコイルサイズが大きくなること、外部への電磁ノイズ放射の問題、制御回路の複雑さ、コアなしコイルの製造コストの問題等があり、小型化、低コスト化が難しくなる。
【０００６】
さらに、対向したフェライトコアを使用し、周波数を２０〜１００ｋＨｚ近辺で電力伝送する電磁結合方式がある。この電磁結合方式はコア間の対向間隔（コアギャップ）が電力伝達効率に影響を与えやすく、このコアギャップの微細な変化が出力電圧の大きな変動要因となっていた。特に、回転して電力伝送する場合、その回転する動きのためコアギャップに変動が発生しやすい。例えば、コアギャップの変動に対し、コア面を傾斜させ、コアギャップの変動率を低くするようにしたギャップ付きの変圧器及び非接触電力伝送装置が提案されている（例えば特許文献３参照）。
【０００７】
しかし、この場合は対向するコアが非対称となるため、これらのコアを製作する場合に金型面数が増えてコスト高となる。さらに、対向する傾斜コアの寸法が大きくなる問題がある。
【０００８】
また、フェライトコアは焼結金属のため、焼結圧力、焼結温度、冷却速度等によって、その仕上がり寸法は切削等の機械加工に比較してバラつきが大きくなっていた。さらに、高精度が要求されるフェライトコア製品を回転体に取付ける際も、コアギャップを一定に保つことが難しくなっていた。このようなことからコアを軸受装置に挟む形で該コア同士を相対させる技術も知られている（例えば特許文献４参照）。
【０００９】
ところが、軸受装置の摩耗によりガタが発生すると、電気特性に悪影響を及ぼし、また組立時に径方向や軸方向の調整が難しくなっていた。特に、コアギャップが軸受装置の軸受精度に影響され、軸受装置の精度、寿命で電気特性が大きく変化する問題を有していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−２２５５７８号公報
【特許文献２】特開２０１０−２００５９４号公報
【特許文献３】特開２００８−１１２９１３号公報
【特許文献４】特開２００９−１０９００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
小型の非接触回転型電力伝送装置を製作しようとする場合、コアは小型のコアを選定することになるが、結果としてコアの全体の磁路も小さくなりコアギャップの変動が電力伝送特性に影響を与えやすくなる。コアギャップとコア（コイルユニット）の結合係数の関係は、コアギャップが大きくなると結合係数が小さくなり、電力伝送効率も悪化してしまう。ちなみにコアサイズ外径Ｄ＝１４ｍｍ、厚さ４ｍｍのコアではコアギャップを０．２ｍｍにすると、伝送効率が５０％に低下し、その分、駆動素子等の発熱が大きくなり、必要な電力を伝達できなくなる。
【００１２】
必要な電力を効率よく伝送するためには、コアギャップを最小、均一に維持することが重要となる。コアギャップが最小になると、伝送効率も向上し、回路素子の発熱も少なくなる。また、均一なコアギャップが維持されると、二次側の電圧変動が少なくなり、二次側での余分な電圧安定回路も不要となり、コストの低い非接触回転型電力伝達装置が得られることになる。
【００１３】
そこでこの発明は、対向するコア間のコアギャップをガタつき等の変動の影響を受けずに安定して維持するコアギャップ保持構造を確保することにより小型化と低コスト化とを図ることができる非接触回転型電力伝送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】
【００１４】
この発明は、円形のコイルを内蔵するコア同士を同心円上で非接触に対向させ、前記対向する一方のコアを固定ベースに保持し、他方のコアを可動ベースに保持し、これらのコア同士の対向面間を境に前記可動ベースを回転可能にして非接触に電力伝送を行う非接触回転型電力伝送装置であって、前記固定ベースに固定され、前記コア同士を対向させた状態で前記一方のコアを固定コアとして保持する軸受内輪を備え、前記可動ベースに、前記軸受内輪に回転自由に軸支される軸受外輪を備え、前記コア同士の対向面間に低摩擦係数で非磁性体のシートを介在させ、前記他方のコアを可動コアとして前記軸受内輪に収納させた状態で該可動コアと前記可動ベースとの対向面間に介在され、一端を前記可動コアに回り止めして連結し、他端をコア同士の対向方向に付勢させる付勢力を持たせて前記可動ベースに回り止めして連結した弾性連結手段を備えて構成したことを特徴とする。
【００１５】
この発明によると、コアを保持している部材が長期使用により磨耗してガタつきが発生しても、そのガタつきを弾性連結手段が吸収し、コア周辺の部材の変動をコアギャップ部分に伝達させないコアギャップ変動遮断機能を有している。これにより、対向するコア間のコアギャップを一定に保つことができる。
【００１６】
特に、小型化を図ると、その小型化に比例してコアギャップは磁気効率に大きな影響を及ぼすが、コアギャップを初期の設定間隔のまま維持する技術を確立しているため小型化に関する不安定な要素を解消することができる。このため、小型で最大の磁気効率と安定性とが得られる非接触回転型電力伝送装置を構成することができる。
【００１７】
さらに、可動コアを固定コア側に常に付勢することによりコアギャップを一定に保つ弾性連結手段を有していることに加えて、対向するコア間に非磁性体のシートを介在させることにより、双方のコア対向面がシートを挟む形で両面より当接し、常にシート厚さのコアギャップを維持することが可能になる。
【００１８】
特に、回転の振動、ガタなどが生じた際に焼結金属で構成されたフェライトコアは脆く欠けやすい性質を有することから不具合が生じやすいが、その際のコア保護対策としてコア対向面間に前記シートを介在させておけばコア対向面を保護することができる。また、コアはフェライトコアに限らず金属性のコアであっても適用することができる。また、シート材質としてはコアとの接触に適した摺動性の良い高分子フィルム（例えば高分子ポリエチレン）が好ましい。
【００１９】
この発明の態様として、前記弾性連結手段を、一端を前記可動コアの係合部に係合させて回り止めし、他端を可動ベース方向に切り起してコア対向方向に付勢力を持たせ、その切り起し端部を前記可動ベースの係合部に係合させて回り止めした板バネで構成することができる。
【００２０】
特に、非接触回転型電力伝送装置を小型化しようとした場合、小型化に伴い内部空間も小さくなり、新たな部材を組み込むための内部スペースが十分に取れなくなる。この場合は、コアに付勢力を与える際に付勢部材として最も小さくシンプルな形状が得られる板バネを用いるとよい。これにより、僅かの隙間に板バネを効率よく配置することができる。
【００２１】
またこの発明の態様として、前記固定ベースから可動ベースに至る同心円上の中心部軸方向に軸孔を貫通して構成することができる。
この軸孔は、両側のベースを結ぶ中心部に貫通して設けられているため、この軸孔に回転駆動用のモータ軸などを挿通させれば、可動ベースを任意に回転駆動することができる。また、ＬＥＤ等を用いて軸孔の両端開口部分で投受光させれば、データ通信に利用することができる。
【発明の効果】
【００２２】
この発明によれば、磁気効率が良い狭いコアギャップを安定して維持するコアギャップ保持部材を確保することにより小型化と低コスト化とを可能にした非接触回転型電力伝送装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】非接触回転型電力伝送装置の外観斜視図。
【図２】非接触回転型電力伝送装置の分解斜視図。
【図３】非接触回転型電力伝送装置の要部拡大縦断面図。
【図４】（ａ）はコア押さえと可動コアとの対応状態を示す拡大斜視図、（ｂ）は可動コアにコア押さえを搭載した状態を示す要部拡大斜視図。
【図５】（ａ）は可動コアをコア押さえを介して可動ベースに回り止めして取付けるときの取付対応前の状態を示す要部斜視図、（ｂ）はその取付け対応後の状態を示す要部拡大斜視図。
【図６】軸受内輪と固定コアとの位置決め保持構造を一部拡大して示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
この発明の一実施例を以下図面に基づいて説明する。
【実施例】
【００２５】
図１は非接触回転型電力伝送装置１の外観を表し、図２はその非接触回転型電力伝送装置１を分解して表し、図３はその非接触回転型電力伝送装置１の要部を断面して表している。この非接触回転型電力伝送装置１は、取付方向によって回転方向や電力伝送方向が異なることから図面で表わされる上部を可動側とし、下部を固定側として説明する。
【００２６】
この非接触回転型電力伝送装置１は、上部の可動ベース１０と下部の固定ベース２０との上下間に、上方から軸受外輪３０とコア押さえ４０と可動コア５０と摺動シート６０と固定コア７０と軸受内輪８０とをこの順に配置して構成される。
【００２７】
また、可動ベース１０と固定ベース２０はそれぞれ非磁性の樹脂円盤で作成し、上部の可動ベース１０は円盤上面が電子機器の図示しない回転体に連結され、円盤下面が固定ベース２０に軸支される。下部の固定ベース２０は円盤上面が電力伝送するための構成部材の搭載面となり、円盤下面が図示しない基台に固定されて取り付けられる。これらのベース１０，２０は図面では一例として略同径の樹脂円盤を示したが取付対象物に応じた任意の形状に設けるものである。
【００２８】
可動側としては図２の左側に図示される可動ベース１０、軸受外輪３０、コア押さえ４０、可動コア５０、摺動シート６０が該当し、これらが回転自由となる。一方、固定側としては図２の右側に図示される固定コア７０、軸受内輪８０、固定ベース２０が該当し、これらが回転規制される。
【００２９】
まず、非接触回転型電力伝送装置１の固定側の構成部材について説明する。
固定ベース２０は上述したように非磁性の樹脂円盤であり、さらにその円盤中心部に軸孔２１を貫通して設け、この軸孔２１を中心とする円盤上の周方向を３等分した各位置に軸受内輪締結用のビス孔２２を貫通して設けている。さらに、軸孔２１を中心とする円盤上の周方向を２等分した各位置に固定コア締結用のビス孔２３を貫通して設けている。
【００３０】
前記軸受内輪８０はＰＯＭ（ポリアセタール）等の樹脂製の段付き筒状体であり、この筒状体の外周面上部８１を大径にし、外周面下部８２をそれより僅かに小径にした段付き外周面に形成している。この段付き外周面を軸支面として後述する軸受外輪３０を軸支するようにしている。また、軸受内輪８０の内周面上部８３を大径にし、内周面下部８４をそれより僅かに小径にした段付き内周面に形成している。この段付き内周面で囲まれる内部空間をコア収納部とし、このうち内周面下部８４をコア保持面として後述する固定コア７０を圧入固定させて取り付けるようにしている。また、内周面上部８３を可動側部品を非接触に収納させる収納空間とし、ここに可動側部品としてのコア押さえ４０、可動コア５０、摺動シート６０が収納される。
【００３１】
さらに、軸受内輪８０の底面には、その周方向を３等分した各位置に締結孔８５を有している。これらの締結孔８５に固定ベース２０のビス孔２２を対応させた状態で固定ベース２０の下方からビス２４を通して締結することにより、該固定ベース２０上に軸受内輪８０が一体化して連結される。この際、軸受内輪８０は固定ベース２０の軸孔２１を中心とする同心円上に搭載される。また、軸受内輪８０の外周面に段差形成されている内輪段差部８６は後述する軸受外輪３０の内周面に段差形成されている外輪段差部３３に対応し、このとき互いの段差部分に形成される段差端面が軸方向に係止し合って軸受外輪３０と軸受内輪８０とが軸方向に外れないようにしている。
【００３２】
上述の固定コア７０は、焼結金属で形成される固定コアケース７１にコイル７２を収納して構成される。固定コアケース７１は、起立した筒体の底面を閉鎖して設け、その底面中心部にコイル７２の巻軸として設けられる小径筒体と、その外周囲にコイル７２の収納空間を隔てて形成される大径筒体とを備えて構成される。さらに、大径筒体と小径筒体との間の凹部空間をコイル収納凹部７３とし、このコイル収納凹部７３にコイル７２が水平方向に巻回された状態に収納保持される。
【００３３】
したがって、ここに収納されるコイル７２は外周囲が大径筒体で囲まれ、コア対向方向のみが開口された状態となり、コア対向方向以外の磁束の漏れを防止する伝送効率の良い形状となる。
【００３４】
また、大径筒体の周壁には周方向に１８０度異なる２ヶ所の対向位置に割溝７４を有している。これらの割溝７４は配線引出用として軸方向に沿って周壁の一部分を切り欠いて形成している。また、固定コア７０は小径筒体の中心部に、固定ベース２０の軸孔２１と同方向に略同径を有して貫通された固定コア中心孔７５を有している。
【００３５】
さらに、固定コア７０の底面には、固定コア中心孔７５を中心とする底面周方向を２等分した各位置に図示しない締結孔を有している。そして、これらの締結孔に固定ベース２０のビス孔２３を対応させた状態で固定ベース２０の下方からビス２５を通して締結することにより、該固定ベース２０上に固定コア７０が一体化して連結される。この際、固定コア７０は固定ベース２０の軸孔２１を中心とする同心円上に搭載される。
【００３６】
次に、非接触回転型電力伝送装置１の可動側の構成部材について説明する。
可動ベース１０は上述したように非磁性の樹脂円盤であり、その円盤中心部に軸孔１１を貫通して設け、この軸孔１１を中心とする円盤上の周方向を３等分した各位置に軸受外輪締結用のビス孔１２を貫通して設けている。さらに、軸孔１１を中心とする円盤上の周方向を２等分した各位置にバネ係止孔１３を貫通して設けている。
【００３７】
前記軸受外輪３０はＰＯＭ（ポリアセタール）等の樹脂材により成形された筒状体であり、この筒状体の内周面上部３１を大径にし、内周面下部３２をそれより僅かに小径にした段付き内周面に形成している。この段付き内周面を軸支対応面とし、このうち内周面上部３１を軸受内輪８０の外周面上部８１に周面接触させている。また、内周面下部３２を軸受内輪８０の外周面下部８２に周面接触させて該軸受外輪３０を軸受内輪８０によって回転自由に軸支させる構成としている。
【００３８】
また、軸受外輪３０の内周面に段差形成されている外輪段差部３３は、上述した軸受内輪８０の内輪段差部８６に対応して係合し合う。これにより、軸受内輪８０と軸受外輪３０との接触安定性が増し、回転支持される軸受外輪３０の軸支性能が一層安定する。
【００３９】
この場合、軸受外輪３０と軸受内輪８０とは、図３に示すように軸支面の上下方向中間部に互いに係合し合う段差部３３，８６を有していることから、軸受外輪３０は下方からの組み付けとなり、軸受内輪８０は上方からの組み付けとなる。図２では軸受外輪３０は可動ベース１０に固定されて一体に回転する可動部材として扱われることから説明上、軸受外輪３０を最上部の可動ベース１０の直下に図示している。
【００４０】
さらに、軸受外輪３０の上面には、その周方向を３等分した各位置に締結孔３４を有している。これらの締結孔３４に可動ベース１０のビス孔１２を対応させた状態で可動ベース１０の上方からビス１４を通して締結することにより、該可動ベース１０の下面に軸受外輪３０が一体化して連結される。この際、軸受外輪３０は可動ベース１０の軸孔１１を中心とする同心円上に連結される。
【００４１】
そして、可動ベース１０の下面と、固定コア７０の上面と、軸受内輪８０の内周面上部とで囲まれる内部空間に、コア押さえ４０と、可動コア５０と、摺動シート６０とが積層状態に配設される。
【００４２】
可動コア５０は、上述した固定コア７０と略同形状を有し、その固定コア７０の上下を反転した逆向きの状態に配置される。この可動コア５０も固定コア７０と同じく焼結金属で形成される可動コアケース５１と、この可動コアケース５１に収納されるコイル５２とから構成される。
【００４３】
可動コアケース５１は、起立した筒体の上面を閉鎖して設け、その上面中心部にコイル５２の巻軸として垂設される小径筒体と、その周囲にコイル５２の収納空間を隔てて形成される大径筒体とを備えて構成される。さらに、大径筒体と小径筒体との間の凹部空間をコイル収納凹部５３とし、このコイル収納凹部５３にコイル５２が水平方向に巻回された状態に収納保持される。
【００４４】
また、大径筒体の周壁には周方向に１８０度異なる２ヶ所の対向位置に割溝５４を有している。これらの割溝５４は配線引出用及びコア押さえ連結用として軸方向に沿って周壁の一部分を切り欠いて形成している。また、可動コア５０は小径筒体の中心部に、可動ベース１０の軸孔１１と同方向に略同径を有して貫通された可動コア中心孔５５を有している。そして、この可動コア５０の上面に後述するコア押さえ４０が搭載され、下面に摺動シート６０が対設される。
【００４５】
図４はコア押さえ４０と可動コア５０を連結する前と連結した後との状態を拡大して示している。
コア押さえ４０は、図４（ａ）に示すように薄いステンレスプレートからプレス加工により所望の形状に打ち抜いて形成することができる。このコア押さえ４０は円形プレート４１と、この円形プレート４１の上面に切り起こして突出される板バネ片４２と、円形プレート４１の下面周縁部の一部に垂設される可動コア連結片４３とから構成される。
【００４６】
円形プレート４１は、可動コア５０の上面に搭載可能な該可動コア５０と略同じ円形を有し、該可動コア５０の上面に搭載した際に可動コア５０の外周よりはみ出ない大きさに設ける。
【００４７】
板バネ片４２は、プレス成形により細長い帯状に切り起して設けることができ、円形プレート４１より切り起した基端部を片持ち支点として先端部を斜め上方に傾斜突出させ、この金属材の傾斜部分により上下方向に対する弾性力を持たせている。このような板バネ片４２を円形プレート４１の上面両側に平行させて設けている。また、板バネ片４２による上下方向の付勢力が均一に得られるように平行する板バネ片４２の一方と他方の傾斜する向きを異ならせている。
【００４８】
さらに、各板バネ片４２の先端部には、その先端部を傾斜方向から上向きに折曲した回り止め連結片４４を設けている。該回り止め連結片４４はコア押さえ４０を組み込む時に、図５（ａ）に示すように、その上方の可動ベース１０に開口されている両側のバネ係止孔１３にそれぞれ挿通させて係合させている。したがって、板バネ片４２は可動ベース１０との間でパンタグラフのように上下動可能に対応する。また、コア押さえ４０は図５（ｂ）に示すように、可動ベース１０の下面側より回り止め連結片４４が係合して回り止めされ、該コア押さえ４０は可動ベース１０と係合した状態で共回りする。
【００４９】
一方、可動コア連結片４３は、図４（ａ）に示すように下方に対向する可動コア５０の割溝５４と対向する円形プレート４１の下面位置に垂設されるものであって、割溝５４の溝幅内に嵌合可能な平行する左右一対の垂片を可動コア５０との連結片として設けたものである。したがって、コア押さえ４０を可動コア５０の上面に搭載する際は、図４（ｂ）に示すように該コア押さえ４０の下面に垂設されている可動コア連結片４３を可動コア５０の割溝５４に上方から押し込んで嵌合させれば両者を連結して可動コア５０の上面にコア押さえ４０を搭載することができる。これにより、コア押さえ４０を可動コア５０の上面に簡単に回り止めして連結することができる。
【００５０】
さらに、コア押さえ４０は小スペースに配置されることから小型化が要求されるが、この小スペースに対応して小さく薄い円形プレート４１を用い、しかも一部品で構成し、この一部品に板バネ片４２と可動コア連結片４３と回り止め連結片４４との多機能の部品を効率よく持たせて構成している。
【００５１】
摺動シート６０は、可動コア５０と略同円形状を有して上下に対向する可動コア５０と固定コア７０との対向面間に介在させるものであって、この摺動シート６０を介在させることによりシート厚さのコアギャップＧ（図３参照）を維持し、またコア対向面を保護する目的で使用される。したがって、この摺動シート６０は双方のコア５０，７０が両面で接触することから両コア５０，７０との接触に適した摺動性の良い低摩擦計数で薄い非磁性体の材質、例えば２０ミクロン程度の薄膜の高分子フィルム（例えば高分子ポリエチレン）を用いる。そして、この摺動シート６０を組み込んだ際は、上下に対向するコア５０，７０が摺動シート６０を上下から挟む形で両面接触し、シート厚さのコアギャップＧを維持することが可能になる。
【００５２】
また、この摺動シート６０は双方のコア５０，７０の外周よりはみ出さないように僅かに小径に設け、該摺動シート６０の中心部には可動ベース１０の軸孔１１と略同径を有して貫通されたシート軸孔６１を設けている。
【００５３】
前記固定コア７０は、圧入固定とビス止めとの併用に変えて軸受内輪８０への圧入固定のみで保持させて固定することもできる。例えば、図６に示すように、軸受内輪８０の内周面に固定コア７０を固定可能な３点以上の小さな位置決め突起８７を持たせておき、ここに固定コア７０を圧入させることで位置決め突起８７が潰れ、この結果、固定コア７０を軸受内輪８０の内周面に強固に固定する。
【００５４】
この位置決め突起８７は固定コア７０毎の寸法誤差のバラつきを吸収し、軸受内輪８０の中心に固定コア７０を位置決め保持させることができる。この位置決め突起８７は可動コア５０側と接触しないように固定コア７０と略同じ高さに形成して可動コア５０の回転を妨げないようにしている。
【００５５】
このように構成された非接触回転型電力伝送装置１を使用した場合、通電して固定コア７０側のコイル７２に電力を供給すると、該コイル７２に発生した交流磁場が該コイル７２と非接触に対向する可動コア５０側のコイル５２に受け取られ、電力が固定側より可動側に伝送される。このとき、可動コア５０と固定コア７０は相対的に反対方向に回転しようとする。このとき、固定コア７０は固定ベース２０に固定されているので可動コア５０側が回転することになる。
【００５６】
したがって、電力を供給している間、可動コア５０と一体化している可動ベース１０、軸受外輪３０、コア押さえ４０、可動コア５０、摺動シート６０が回転する。そして、この回転しているときの非接触での電力伝送は、コアギャップＧが伝送効率に大きく影響を及ぼすことから最も重要であり、そのためにコアギャップＧが変動しないようにコア押さえ４０によって可動コア５０を固定コア７０側に均等な付勢圧で付勢している。これにより、コアギャップＧを一定に保つことができる。
【００５７】
このような構成によれば、可動コア５０を固定コア７０側に常に付勢する板バネ片４２によりコアギャップＧが変動しようとするのを板バネ片４２の弾性対応によって未然に吸収する。したがって、板バネ片４２によってコアギャップＧは変動する余地がなくなり、常にシート厚さのコアギャップＧを一定に保つことができる。これに加えて、対向するコア５０，７０間に非磁性体の摺動シート６０を介在させることにより、双方のコア対向面が摺動シート６０を挟む形で両面より接触する。
【００５８】
この際、コア押さえ４０の板バネ片４２により可動コア５０が摺動シート６０に押し付けられる付勢力を受けて接触圧を確保しているため安定した接触圧による安定したコアギャップＧを確保することができる。
【００５９】
さらに、軸受外輪３０や軸受内輪８０等の構成部材が長期使用により磨耗してガタつきが発生しても、そのガタつきを板バネ片４２が吸収し、コア周辺のガタつきによる変動をコアギャップＧの部分に伝達させないコアギャップＧの変動を遮断する機能が得られる。これにより、ガタつきの有無に関わらず対向するコア間のコアギャップＧを常に一定に保つことが可能になる。
【００６０】
特に、コア部分の小型化を図ると、その小型化に比例してコアギャップＧは磁気効率に大きな影響を及ぼすが、コアギャップＧを維持することができるため小型化に関する不安定な要素を解消することができる。この結果、小型で最大の磁気効率と安定性とを得ることができる。
【００６１】
また、回転の振動、ガタなどが生じた際に、コアケース５１，７１を構成しているフェライトコアは脆く欠けやすい性質を有しているが、摺動シート６０が各コア５０，７０に摺動可能に接触して保護しているので信頼性の高いコア保護対策が得られ、高品質の非接触回転型電力伝送装置１が得られる。
【００６２】
さらに、非接触回転型電力伝送装置１を小型化しようとした場合、小型化に伴い内部空間も小さくなり、極めて小さな内部スペースに、回り止め用の連結部材と付勢部材とを内蔵する際には付勢形状が最も小さくシンプルとなる薄いプレートから一部を切り起こした板バネ片４２を用いるのが適している。また、この板バネ片４２にはさらに回り止め連結片４４を兼ねさせて効率よく形成している。これにより、僅かの内部空間に付勢機能と回り止め機能とを備えたコア押さえ４０を効率よく配置することができる。
【００６３】
また、非接触回転型電力伝送装置１を組み立てる際、可動ベース１０と固定ベース２０との上下間に、両コア５０，７０の軸心を中心とする同心円上に軸受外輪３０とコア押さえ４０と可動コア５０と摺動シート６０と固定コア７０と軸受内輪８０との各構成部材を搭載して組み立てることができる。
【００６４】
この場合は、コアを中心とする同心円上に構成部品を積み重ねるようにして簡単に組み立てることができる。特に、全ての構成部品の組立て方向が軸方向に揃うため、各構成部品が径方向に広がらず、小型化して組み付けることができる。
【００６５】
さらに、組み立て後には、可動ベース側１０から固定ベース２０に至る同心円上の中心部軸方向に共通の貫通孔が得られるように軸孔１１，５５，６１，７５，２１を形成して構成している。このため、共通の貫通孔に回転駆動用のモータ軸などを挿通させれば、可動ベースを任意に回転駆動することができる。また、光通信手段の一例としてＬＥＤ等を用いて軸孔の両端開口部分で投受光させれば、制御信号を通信可能な構成とすることができる。
【００６６】
上述のように、非接触回転型電力伝送装置を小型化しようとした場合、小型になるほど非接触で対向するコアギャップの影響を大きく受けやすく、このために品質が大きく左右されてしまう。このことから対向するコア間のコアギャップを維持することが重要視され、コアギャップの維持構造としてシンプルな形状のコア押さえを内蔵してコアギャップの変動を防止することにより小型化と低コスト化との実現を可能にし、小型化で高品質の製品を提供することができる。
【００６７】
この発明の構成と、上述の一実施例の構成との対応において、
この発明のシートは、実施例の摺動シート６０に対応し、
以下同様に、
弾性連結手段は、コア押さえ４０に対応し、
板バネは、板バネ片に対応するも、この発明は請求項に示される技術思想に基づいて応用することができ、上述の一実施例の構成のみに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６８】
１…非接触回転型電力伝送装置
１０…可動ベース
２０…固定ベース
３０…軸受外輪
４０…コア押さえ
４２…板バネ片
５０…可動コア
６０…摺動シート
７０…固定コア
８０…軸受内輪
Ｇ…コアギャップ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子機器の回転体を回転操作する際に用いられる非接触回転型電力伝送装置に関し、さらに詳しくは小型で高性能を有する非接触回転型電力伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、接触式の回転型電力伝送装置は回転する摺動面に対し、機械的に接触子を回転電気導板に接触させて電力を伝達するスリップリングを使用している（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、押圧した接点部分を摺動させて通電することから接点部分が磨耗してしまい寿命が限られていた。また、電流を多く流そうとすると、接点圧力を強くするために回転トルクが大きくなる。この際にゴミ等の異物の介入、電気導板の表面粗さ等の要因で通電が断続的になったり、通電波形が乱れたりする。このため、接触式の回転型電力伝送装置の寿命と電気容量を確保しようとすると、接触子に対する発熱対策が必要になり、装置が大型化してしまう。
【０００４】
また、周波数を１０ＭＨｚ程度に高めて空心コイルを使い電磁共鳴で電力伝達する方法もある。ところが、この場合は電力伝達する際に電磁波が空中に放射され、周辺の機器に電磁ノイズを与えやすく、さらに制御回路が複雑になり、コスト高を誘引してしまう。逆に、周波数を低くし、コアを使用しない空心式電力伝送装置によりコイルのみで電力伝送する方法もある（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
この場合は、比較的コイル間の距離を離しても効率の落ちない電力伝送が可能になる。ところが、コアを使用しないためコイルサイズが大きくなること、外部への電磁ノイズ放射の問題、制御回路の複雑さ、コアなしコイルの製造コストの問題等があり、小型化、低コスト化が難しくなる。
【０００６】
さらに、対向したフェライトコアを使用し、周波数を２０〜１００ｋＨｚ近辺で電力伝送する電磁結合方式がある。この電磁結合方式はコア間の対向間隔（コアギャップ）が電力伝達効率に影響を与えやすく、このコアギャップの微細な変化が出力電圧の大きな変動要因となっていた。特に、回転して電力伝送する場合、その回転する動きのためコアギャップに変動が発生しやすい。例えば、コアギャップの変動に対し、コア面を傾斜させ、コアギャップの変動率を低くするようにしたギャップ付きの変圧器及び非接触電力伝送装置が提案されている（例えば特許文献３参照）。
【０００７】
しかし、この場合は対向するコアが非対称となるため、これらのコアを製作する場合に金型面数が増えてコスト高となる。さらに、対向する傾斜コアの寸法が大きくなる問題がある。
【０００８】
また、フェライトコアは焼結金属のため、焼結圧力、焼結温度、冷却速度等によって、その仕上がり寸法は切削等の機械加工に比較してバラつきが大きくなっていた。さらに、高精度が要求されるフェライトコア製品を回転体に取付ける際も、コアギャップを一定に保つことが難しくなっていた。このようなことからコアを軸受装置に挟む形で該コア同士を相対させる技術も知られている（例えば特許文献４参照）。
【０００９】
ところが、軸受装置の摩耗によりガタが発生すると、電気特性に悪影響を及ぼし、また組立時に径方向や軸方向の調整が難しくなっていた。特に、コアギャップが軸受装置の軸受精度に影響され、軸受装置の精度、寿命で電気特性が大きく変化する問題を有していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−２２５５７８号公報
【特許文献２】特開２０１０−２００５９４号公報
【特許文献３】特開２００８−１１２９１３号公報
【特許文献４】特開２００９−１０９００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
小型の非接触回転型電力伝送装置を製作しようとする場合、コアは小型のコアを選定することになるが、結果としてコアの全体の磁路も小さくなりコアギャップの変動が電力伝送特性に影響を与えやすくなる。コアギャップとコア（コイルユニット）の結合係数の関係は、コアギャップが大きくなると結合係数が小さくなり、電力伝送効率も悪化してしまう。ちなみにコアサイズ外径Ｄ＝１４ｍｍ、厚さ４ｍｍのコアではコアギャップを０．２ｍｍにすると、伝送効率が５０％に低下し、その分、駆動素子等の発熱が大きくなり、必要な電力を伝達できなくなる。
【００１２】
必要な電力を効率よく伝送するためには、コアギャップを最小、均一に維持することが重要となる。コアギャップが最小になると、伝送効率も向上し、回路素子の発熱も少なくなる。また、均一なコアギャップが維持されると、二次側の電圧変動が少なくなり、二次側での余分な電圧安定回路も不要となり、コストの低い非接触回転型電力伝達装置が得られることになる。
【００１３】
そこでこの発明は、対向するコア間のコアギャップをガタつき等の変動の影響を受けずに安定して維持するコアギャップ保持構造を確保することにより小型化と低コスト化とを図ることができる非接触回転型電力伝送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】
【００１４】
この発明は、円形のコイルを内蔵するコア同士を同心円上で非接触に対向させ、前記対向する一方のコアを固定ベースに保持し、他方のコアを可動ベースに保持し、これらのコア同士の対向面間を境に前記可動ベースを回転可能にして非接触に電力伝送を行う非接触回転型電力伝送装置であって、前記固定ベースに固定され、前記コア同士を対向させた状態で前記一方のコアを固定コアとして保持する軸受内輪を備え、前記可動ベースに、前記軸受内輪に回転自由に軸支される軸受外輪を備え、前記コア同士の対向面間に低摩擦係数で非磁性体のシートを介在させ、前記他方のコアを可動コアとして前記軸受内輪に収納させた状態で該可動コアと前記可動ベースとの対向面間に介在され、一端を前記可動コアに回り止めして連結し、他端をコア同士の対向方向に付勢させる付勢力を持たせて前記可動ベースに回り止めして連結した弾性連結手段を備えて構成したことを特徴とする。
【００１５】
この発明によると、コアを保持している部材が長期使用により磨耗してガタつきが発生しても、そのガタつきを弾性連結手段が吸収し、コア周辺の部材の変動をコアギャップ部分に伝達させないコアギャップ変動遮断機能を有している。これにより、対向するコア間のコアギャップを一定に保つことができる。
【００１６】
特に、小型化を図ると、その小型化に比例してコアギャップは磁気効率に大きな影響を及ぼすが、コアギャップを初期の設定間隔のまま維持する技術を確立しているため小型化に関する不安定な要素を解消することができる。このため、小型で最大の磁気効率と安定性とが得られる非接触回転型電力伝送装置を構成することができる。
【００１７】
さらに、可動コアを固定コア側に常に付勢することによりコアギャップを一定に保つ弾性連結手段を有していることに加えて、対向するコア間に非磁性体のシートを介在させることにより、双方のコア対向面がシートを挟む形で両面より当接し、常にシート厚さのコアギャップを維持することが可能になる。
【００１８】
特に、回転の振動、ガタなどが生じた際に焼結金属で構成されたフェライトコアは脆く欠けやすい性質を有することから不具合が生じやすいが、その際のコア保護対策としてコア対向面間に前記シートを介在させておけばコア対向面を保護することができる。また、コアはフェライトコアに限らず金属性のコアであっても適用することができる。また、シート材質としてはコアとの接触に適した摺動性の良い高分子フィルム（例えば高分子ポリエチレン）が好ましい。
【００１９】
この発明の態様として、前記弾性連結手段を、一端を前記可動コアの係合部に係合させて回り止めし、他端を可動ベース方向に切り起してコア対向方向に付勢力を持たせ、その切り起し端部を前記可動ベースの係合部に係合させて回り止めした板バネで構成することができる。
【００２０】
特に、非接触回転型電力伝送装置を小型化しようとした場合、小型化に伴い内部空間も小さくなり、新たな部材を組み込むための内部スペースが十分に取れなくなる。この場合は、コアに付勢力を与える際に付勢部材として最も小さくシンプルな形状が得られる板バネを用いるとよい。これにより、僅かの隙間に板バネを効率よく配置することができる。
【００２１】
またこの発明の態様として、前記固定ベースから可動ベースに至る同心円上の中心部軸方向に軸孔を貫通して構成することができる。
この軸孔は、両側のベースを結ぶ中心部に貫通して設けられているため、この軸孔に回転駆動用のモータ軸などを挿通させれば、可動ベースを任意に回転駆動することができる。また、ＬＥＤ等を用いて軸孔の両端開口部分で投受光させれば、データ通信に利用することができる。
【発明の効果】
【００２２】
この発明によれば、磁気効率が良い狭いコアギャップを安定して維持するコアギャップ保持部材を確保することにより小型化と低コスト化とを可能にした非接触回転型電力伝送装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】非接触回転型電力伝送装置の外観斜視図。
【図２】非接触回転型電力伝送装置の分解斜視図。
【図３】非接触回転型電力伝送装置の要部拡大縦断面図。
【図４】（ａ）はコア押さえと可動コアとの対応状態を示す拡大斜視図、（ｂ）は可動コアにコア押さえを搭載した状態を示す要部拡大斜視図。
【図５】（ａ）は可動コアをコア押さえを介して可動ベースに回り止めして取付けるときの取付対応前の状態を示す要部斜視図、（ｂ）はその取付け対応後の状態を示す要部拡大斜視図。
【図６】軸受内輪と固定コアとの位置決め保持構造を一部拡大して示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
この発明の一実施例を以下図面に基づいて説明する。
【実施例】
【００２５】
図１は非接触回転型電力伝送装置１の外観を表し、図２はその非接触回転型電力伝送装置１を分解して表し、図３はその非接触回転型電力伝送装置１の要部を断面して表している。この非接触回転型電力伝送装置１は、取付方向によって回転方向や電力伝送方向が異なることから図面で表わされる上部を可動側とし、下部を固定側として説明する。
【００２６】
この非接触回転型電力伝送装置１は、上部の可動ベース１０と下部の固定ベース２０との上下間に、上方から軸受外輪３０とコア押さえ４０と可動コア５０と摺動シート６０と固定コア７０と軸受内輪８０とをこの順に配置して構成される。
【００２７】
また、可動ベース１０と固定ベース２０はそれぞれ非磁性の樹脂円盤で作成し、上部の可動ベース１０は円盤上面が電子機器の図示しない回転体に連結され、円盤下面が固定ベース２０に軸支される。下部の固定ベース２０は円盤上面が電力伝送するための構成部材の搭載面となり、円盤下面が図示しない基台に固定されて取り付けられる。これらのベース１０，２０は図面では一例として略同径の樹脂円盤を示したが取付対象物に応じた任意の形状に設けるものである。
【００２８】
可動側としては図２の左側に図示される可動ベース１０、軸受外輪３０、コア押さえ４０、可動コア５０、摺動シート６０が該当し、これらが回転自由となる。一方、固定側としては図２の右側に図示される固定コア７０、軸受内輪８０、固定ベース２０が該当し、これらが回転規制される。
【００２９】
まず、非接触回転型電力伝送装置１の固定側の構成部材について説明する。
固定ベース２０は上述したように非磁性の樹脂円盤であり、さらにその円盤中心部に軸孔２１を貫通して設け、この軸孔２１を中心とする円盤上の周方向を３等分した各位置に軸受内輪締結用のビス孔２２を貫通して設けている。さらに、軸孔２１を中心とする円盤上の周方向を２等分した各位置に固定コア締結用のビス孔２３を貫通して設けている。
【００３０】
前記軸受内輪８０はＰＯＭ（ポリアセタール）等の樹脂製の段付き筒状体であり、この筒状体の外周面上部８１を大径にし、外周面下部８２をそれより僅かに小径にした段付き外周面に形成している。この段付き外周面を軸支面として後述する軸受外輪３０を軸支するようにしている。また、軸受内輪８０の内周面上部８３を大径にし、内周面下部８４をそれより僅かに小径にした段付き内周面に形成している。この段付き内周面で囲まれる内部空間をコア収納部とし、このうち内周面下部８４をコア保持面として後述する固定コア７０を圧入固定させて取り付けるようにしている。また、内周面上部８３を可動側部品を非接触に収納させる収納空間とし、ここに可動側部品としてのコア押さえ４０、可動コア５０、摺動シート６０が収納される。
【００３１】
さらに、軸受内輪８０の底面には、その周方向を３等分した各位置に締結孔８５を有している。これらの締結孔８５に固定ベース２０のビス孔２２を対応させた状態で固定ベース２０の下方からビス２４を通して締結することにより、該固定ベース２０上に軸受内輪８０が一体化して連結される。この際、軸受内輪８０は固定ベース２０の軸孔２１を中心とする同心円上に搭載される。また、軸受内輪８０の外周面に段差形成されている内輪段差部８６は後述する軸受外輪３０の内周面に段差形成されている外輪段差部３３に対応し、このとき互いの段差部分に形成される段差端面が軸方向に係止し合って軸受外輪３０と軸受内輪８０とが軸方向に外れないようにしている。
【００３２】
上述の固定コア７０は、焼結金属で形成される固定コアケース７１にコイル７２を収納して構成される。固定コアケース７１は、起立した筒体の底面を閉鎖して設け、その底面中心部にコイル７２の巻軸として設けられる小径筒体と、その外周囲にコイル７２の収納空間を隔てて形成される大径筒体とを備えて構成される。さらに、大径筒体と小径筒体との間の凹部空間をコイル収納凹部７３とし、このコイル収納凹部７３にコイル７２が水平方向に巻回された状態に収納保持される。
【００３３】
したがって、ここに収納されるコイル７２は外周囲が大径筒体で囲まれ、コア対向方向のみが開口された状態となり、コア対向方向以外の磁束の漏れを防止する伝送効率の良い形状となる。
【００３４】
また、大径筒体の周壁には周方向に１８０度異なる２ヶ所の対向位置に割溝７４を有している。これらの割溝７４は配線引出用として軸方向に沿って周壁の一部分を切り欠いて形成している。また、固定コア７０は小径筒体の中心部に、固定ベース２０の軸孔２１と同方向に略同径を有して貫通された固定コア中心孔７５を有している。
【００３５】
さらに、固定コア７０の底面には、固定コア中心孔７５を中心とする底面周方向を２等分した各位置に図示しない締結孔を有している。そして、これらの締結孔に固定ベース２０のビス孔２３を対応させた状態で固定ベース２０の下方からビス２５を通して締結することにより、該固定ベース２０上に固定コア７０が一体化して連結される。この際、固定コア７０は固定ベース２０の軸孔２１を中心とする同心円上に搭載される。
【００３６】
次に、非接触回転型電力伝送装置１の可動側の構成部材について説明する。
可動ベース１０は上述したように非磁性の樹脂円盤であり、その円盤中心部に軸孔１１を貫通して設け、この軸孔１１を中心とする円盤上の周方向を３等分した各位置に軸受外輪締結用のビス孔１２を貫通して設けている。さらに、軸孔１１を中心とする円盤上の周方向を２等分した各位置にバネ係止孔１３を貫通して設けている。
【００３７】
前記軸受外輪３０はＰＯＭ（ポリアセタール）等の樹脂材により成形された筒状体であり、この筒状体の内周面上部３１を大径にし、内周面下部３２をそれより僅かに小径にした段付き内周面に形成している。この段付き内周面を軸支対応面とし、このうち内周面上部３１を軸受内輪８０の外周面上部８１に周面接触させている。また、内周面下部３２を軸受内輪８０の外周面下部８２に周面接触させて該軸受外輪３０を軸受内輪８０によって回転自由に軸支させる構成としている。
【００３８】
また、軸受外輪３０の内周面に段差形成されている外輪段差部３３は、上述した軸受内輪８０の内輪段差部８６に対応して係合し合う。これにより、軸受内輪８０と軸受外輪３０との接触安定性が増し、回転支持される軸受外輪３０の軸支性能が一層安定する。
【００３９】
この場合、軸受外輪３０と軸受内輪８０とは、図３に示すように軸支面の上下方向中間部に互いに係合し合う段差部３３，８６を有していることから、軸受外輪３０は下方からの組み付けとなり、軸受内輪８０は上方からの組み付けとなる。図２では軸受外輪３０は可動ベース１０に固定されて一体に回転する可動部材として扱われることから説明上、軸受外輪３０を最上部の可動ベース１０の直下に図示している。
【００４０】
さらに、軸受外輪３０の上面には、その周方向を３等分した各位置に締結孔３４を有している。これらの締結孔３４に可動ベース１０のビス孔１２を対応させた状態で可動ベース１０の上方からビス１４を通して締結することにより、該可動ベース１０の下面に軸受外輪３０が一体化して連結される。この際、軸受外輪３０は可動ベース１０の軸孔１１を中心とする同心円上に連結される。
【００４１】
そして、可動ベース１０の下面と、固定コア７０の上面と、軸受内輪８０の内周面上部とで囲まれる内部空間に、コア押さえ４０と、可動コア５０と、摺動シート６０とが積層状態に配設される。
【００４２】
可動コア５０は、上述した固定コア７０と略同形状を有し、その固定コア７０の上下を反転した逆向きの状態に配置される。この可動コア５０も固定コア７０と同じく焼結金属で形成される可動コアケース５１と、この可動コアケース５１に収納されるコイル５２とから構成される。
【００４３】
可動コアケース５１は、起立した筒体の上面を閉鎖して設け、その上面中心部にコイル５２の巻軸として垂設される小径筒体と、その周囲にコイル５２の収納空間を隔てて形成される大径筒体とを備えて構成される。さらに、大径筒体と小径筒体との間の凹部空間をコイル収納凹部５３とし、このコイル収納凹部５３にコイル５２が水平方向に巻回された状態に収納保持される。
【００４４】
また、大径筒体の周壁には周方向に１８０度異なる２ヶ所の対向位置に割溝５４を有している。これらの割溝５４は配線引出用及びコア押さえ連結用として軸方向に沿って周壁の一部分を切り欠いて形成している。また、可動コア５０は小径筒体の中心部に、可動ベース１０の軸孔１１と同方向に略同径を有して貫通された可動コア中心孔５５を有している。そして、この可動コア５０の上面に後述するコア押さえ４０が搭載され、下面に摺動シート６０が対設される。
【００４５】
図４はコア押さえ４０と可動コア５０を連結する前と連結した後との状態を拡大して示している。
コア押さえ４０は、図４（ａ）に示すように薄いステンレスプレートからプレス加工により所望の形状に打ち抜いて形成することができる。このコア押さえ４０は円形プレート４１と、この円形プレート４１の上面に切り起こして突出される板バネ片４２と、円形プレート４１の下面周縁部の一部に垂設される可動コア連結片４３とから構成される。
【００４６】
円形プレート４１は、可動コア５０の上面に搭載可能な該可動コア５０と略同じ円形を有し、該可動コア５０の上面に搭載した際に可動コア５０の外周よりはみ出ない大きさに設ける。
【００４７】
板バネ片４２は、プレス成形により細長い帯状に切り起して設けることができ、円形プレート４１より切り起した基端部を片持ち支点として先端部を斜め上方に傾斜突出させ、この金属材の傾斜部分により上下方向に対する弾性力を持たせている。このような板バネ片４２を円形プレート４１の上面両側に平行させて設けている。また、板バネ片４２による上下方向の付勢力が均一に得られるように平行する板バネ片４２の一方と他方の傾斜する向きを異ならせている。
【００４８】
さらに、各板バネ片４２の先端部には、その先端部を傾斜方向から上向きに折曲した回り止め連結片４４を設けている。該回り止め連結片４４はコア押さえ４０を組み込む時に、図５（ａ）に示すように、その上方の可動ベース１０に開口されている両側のバネ係止孔１３にそれぞれ挿通させて係合させている。したがって、板バネ片４２は可動ベース１０との間でパンタグラフのように上下動可能に対応する。また、コア押さえ４０は図５（ｂ）に示すように、可動ベース１０の下面側より回り止め連結片４４が係合して回り止めされ、該コア押さえ４０は可動ベース１０と係合した状態で共回りする。
【００４９】
一方、可動コア連結片４３は、図４（ａ）に示すように下方に対向する可動コア５０の割溝５４と対向する円形プレート４１の下面位置に垂設されるものであって、割溝５４の溝幅内に嵌合可能な平行する左右一対の垂片を可動コア５０との連結片として設けたものである。したがって、コア押さえ４０を可動コア５０の上面に搭載する際は、図４（ｂ）に示すように該コア押さえ４０の下面に垂設されている可動コア連結片４３を可動コア５０の割溝５４に上方から押し込んで嵌合させれば両者を連結して可動コア５０の上面にコア押さえ４０を搭載することができる。これにより、コア押さえ４０を可動コア５０の上面に簡単に回り止めして連結することができる。
【００５０】
さらに、コア押さえ４０は小スペースに配置されることから小型化が要求されるが、この小スペースに対応して小さく薄い円形プレート４１を用い、しかも一部品で構成し、この一部品に板バネ片４２と可動コア連結片４３と回り止め連結片４４との多機能の部品を効率よく持たせて構成している。
【００５１】
摺動シート６０は、可動コア５０と略同円形状を有して上下に対向する可動コア５０と固定コア７０との対向面間に介在させるものであって、この摺動シート６０を介在させることによりシート厚さのコアギャップＧ（図３参照）を維持し、またコア対向面を保護する目的で使用される。したがって、この摺動シート６０は双方のコア５０，７０が両面で接触することから両コア５０，７０との接触に適した摺動性の良い低摩擦計数で薄い非磁性体の材質、例えば２０ミクロン程度の薄膜の高分子フィルム（例えば高分子ポリエチレン）を用いる。そして、この摺動シート６０を組み込んだ際は、上下に対向するコア５０，７０が摺動シート６０を上下から挟む形で両面接触し、シート厚さのコアギャップＧを維持することが可能になる。
【００５２】
また、この摺動シート６０は双方のコア５０，７０の外周よりはみ出さないように僅かに小径に設け、該摺動シート６０の中心部には可動ベース１０の軸孔１１と略同径を有して貫通されたシート軸孔６１を設けている。
【００５３】
前記固定コア７０は、圧入固定とビス止めとの併用に変えて軸受内輪８０への圧入固定のみで保持させて固定することもできる。例えば、図６に示すように、軸受内輪８０の内周面に固定コア７０を固定可能な３点以上の小さな位置決め突起８７を持たせておき、ここに固定コア７０を圧入させることで位置決め突起８７が潰れ、この結果、固定コア７０を軸受内輪８０の内周面に強固に固定する。
【００５４】
この位置決め突起８７は固定コア７０毎の寸法誤差のバラつきを吸収し、軸受内輪８０の中心に固定コア７０を位置決め保持させることができる。この位置決め突起８７は可動コア５０側と接触しないように固定コア７０と略同じ高さに形成して可動コア５０の回転を妨げないようにしている。
【００５５】
このように構成された非接触回転型電力伝送装置１を使用した場合、通電して固定コア７０側のコイル７２に電力を供給すると、該コイル７２に発生した交流磁場が該コイル７２と非接触に対向する可動コア５０側のコイル５２に受け取られ、電力が固定側より可動側に伝送される。このとき、可動コア５０と固定コア７０は相対的に反対方向に回転しようとする。このとき、固定コア７０は固定ベース２０に固定されているので可動コア５０側が回転することになる。
【００５６】
したがって、電力を供給している間、可動コア５０と一体化している可動ベース１０、軸受外輪３０、コア押さえ４０、可動コア５０、摺動シート６０が回転する。そして、この回転しているときの非接触での電力伝送は、コアギャップＧが伝送効率に大きく影響を及ぼすことから最も重要であり、そのためにコアギャップＧが変動しないようにコア押さえ４０によって可動コア５０を固定コア７０側に均等な付勢圧で付勢している。これにより、コアギャップＧを一定に保つことができる。
【００５７】
このような構成によれば、可動コア５０を固定コア７０側に常に付勢する板バネ片４２によりコアギャップＧが変動しようとするのを板バネ片４２の弾性対応によって未然に吸収する。したがって、板バネ片４２によってコアギャップＧは変動する余地がなくなり、常にシート厚さのコアギャップＧを一定に保つことができる。これに加えて、対向するコア５０，７０間に非磁性体の摺動シート６０を介在させることにより、双方のコア対向面が摺動シート６０を挟む形で両面より接触する。
【００５８】
この際、コア押さえ４０の板バネ片４２により可動コア５０が摺動シート６０に押し付けられる付勢力を受けて接触圧を確保しているため安定した接触圧による安定したコアギャップＧを確保することができる。
【００５９】
さらに、軸受外輪３０や軸受内輪８０等の構成部材が長期使用により磨耗してガタつきが発生しても、そのガタつきを板バネ片４２が吸収し、コア周辺のガタつきによる変動をコアギャップＧの部分に伝達させないコアギャップＧの変動を遮断する機能が得られる。これにより、ガタつきの有無に関わらず対向するコア間のコアギャップＧを常に一定に保つことが可能になる。
【００６０】
特に、コア部分の小型化を図ると、その小型化に比例してコアギャップＧは磁気効率に大きな影響を及ぼすが、コアギャップＧを維持することができるため小型化に関する不安定な要素を解消することができる。この結果、小型で最大の磁気効率と安定性とを得ることができる。
【００６１】
また、回転の振動、ガタなどが生じた際に、コアケース５１，７１を構成しているフェライトコアは脆く欠けやすい性質を有しているが、摺動シート６０が各コア５０，７０に摺動可能に接触して保護しているので信頼性の高いコア保護対策が得られ、高品質の非接触回転型電力伝送装置１が得られる。
【００６２】
さらに、非接触回転型電力伝送装置１を小型化しようとした場合、小型化に伴い内部空間も小さくなり、極めて小さな内部スペースに、回り止め用の連結部材と付勢部材とを内蔵する際には付勢形状が最も小さくシンプルとなる薄いプレートから一部を切り起こした板バネ片４２を用いるのが適している。また、この板バネ片４２にはさらに回り止め連結片４４を兼ねさせて効率よく形成している。これにより、僅かの内部空間に付勢機能と回り止め機能とを備えたコア押さえ４０を効率よく配置することができる。
【００６３】
また、非接触回転型電力伝送装置１を組み立てる際、可動ベース１０と固定ベース２０との上下間に、両コア５０，７０の軸心を中心とする同心円上に軸受外輪３０とコア押さえ４０と可動コア５０と摺動シート６０と固定コア７０と軸受内輪８０との各構成部材を搭載して組み立てることができる。
【００６４】
この場合は、コアを中心とする同心円上に構成部品を積み重ねるようにして簡単に組み立てることができる。特に、全ての構成部品の組立て方向が軸方向に揃うため、各構成部品が径方向に広がらず、小型化して組み付けることができる。
【００６５】
さらに、組み立て後には、可動ベース側１０から固定ベース２０に至る同心円上の中心部軸方向に共通の貫通孔が得られるように軸孔１１，５５，６１，７５，２１を形成して構成している。このため、共通の貫通孔に回転駆動用のモータ軸などを挿通させれば、可動ベースを任意に回転駆動することができる。また、光通信手段の一例としてＬＥＤ等を用いて軸孔の両端開口部分で投受光させれば、制御信号を通信可能な構成とすることができる。
【００６６】
上述のように、非接触回転型電力伝送装置を小型化しようとした場合、小型になるほど非接触で対向するコアギャップの影響を大きく受けやすく、このために品質が大きく左右されてしまう。このことから対向するコア間のコアギャップを維持することが重要視され、コアギャップの維持構造としてシンプルな形状のコア押さえを内蔵してコアギャップの変動を防止することにより小型化と低コスト化との実現を可能にし、小型化で高品質の製品を提供することができる。
【００６７】
この発明の構成と、上述の一実施例の構成との対応において、
この発明のシートは、実施例の摺動シート６０に対応し、
以下同様に、
弾性連結手段は、コア押さえ４０に対応し、
板バネは、板バネ片に対応するも、この発明は請求項に示される技術思想に基づいて応用することができ、上述の一実施例の構成のみに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６８】
１…非接触回転型電力伝送装置
１０…可動ベース
２０…固定ベース
３０…軸受外輪
４０…コア押さえ
４２…板バネ片
５０…可動コア
６０…摺動シート
７０…固定コア
８０…軸受内輪
Ｇ…コアギャップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形のコイルを内蔵するコア同士を同心円上で非接触に対向させ、前記対向する一方のコアを固定ベースに保持し、他方のコアを可動ベースに保持し、これらのコア同士の対向面間を境に前記可動ベースを回転可能にして非接触に電力伝送を行う非接触回転型電力伝送装置であって、
前記固定ベースに固定され、前記コア同士を対向させた状態で前記一方のコアを固定コアとして保持する軸受内輪を備え、
前記可動ベースに、前記軸受内輪に回転自由に軸支される軸受外輪を備え、
前記コア同士の対向面間に低摩擦係数で非磁性体のシートを介在させ、
前記他方のコアを可動コアとして前記軸受内輪に収納させた状態で該可動コアと前記可動ベースとの対向面間に介在され、一端を前記可動コアに回り止めして連結し、他端をコア同士の対向方向に付勢させる付勢力を持たせて前記可動ベースに回り止めして連結した弾性連結手段を備えて構成した
非接触回転型電力伝送装置。
【請求項２】
前記弾性連結手段を、
一端を前記可動コアの係合部に係合させて回り止めし、他端を可動ベース方向に切り起してコア対向方向に付勢力を持たせ、その切り起し端部を前記可動ベースの係合部に係合させて回り止めした板バネで構成した
請求項１記載の非接触回転型電力伝送装置。
【請求項３】
前記固定ベースから可動ベースに至る同心円上の中心軸方向に軸孔を貫通して構成した
請求項１または２に記載の非接触回転型電力伝送装置。
【請求項１】
円形のコイルを内蔵するコア同士を同心円上で非接触に対向させ、前記対向する一方のコアを固定ベースに保持し、他方のコアを可動ベースに保持し、これらのコア同士の対向面間を境に前記可動ベースを回転可能にして非接触に電力伝送を行う非接触回転型電力伝送装置であって、
前記固定ベースに固定され、前記コア同士を対向させた状態で前記一方のコアを固定コアとして保持する軸受内輪を備え、
前記可動ベースに、前記軸受内輪に回転自由に軸支される軸受外輪を備え、
前記コア同士の対向面間に低摩擦係数で非磁性体のシートを介在させ、
前記他方のコアを可動コアとして前記軸受内輪に収納させた状態で該可動コアと前記可動ベースとの対向面間に介在され、一端を前記可動コアに回り止めして連結し、他端をコア同士の対向方向に付勢させる付勢力を持たせて前記可動ベースに回り止めして連結した弾性連結手段を備えて構成した
非接触回転型電力伝送装置。
【請求項２】
前記弾性連結手段を、
一端を前記可動コアの係合部に係合させて回り止めし、他端を可動ベース方向に切り起してコア対向方向に付勢力を持たせ、その切り起し端部を前記可動ベースの係合部に係合させて回り止めした板バネで構成した
請求項１記載の非接触回転型電力伝送装置。
【請求項３】
前記固定ベースから可動ベースに至る同心円上の中心軸方向に軸孔を貫通して構成した
請求項１または２に記載の非接触回転型電力伝送装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１６４７３４（Ｐ２０１２−１６４７３４Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２４６７（Ｐ２０１１−２２４６７）
【出願日】平成２３年２月４日（２０１１．２．４）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月４日（２０１１．２．４）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
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