JPH042487A - 電力使用装置用ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電力使用装置用ロボットに関するものである
。

［従来の技術］ 最近、ロボットを使用した装置が多くなり、また装置も
コンパクト化の要求が強い。ＦＡやＯＡなどの機器は、
殆ど供給される電力を使用する電圧に変換して使用する
ため、変圧器か必ず使用され、また機械運動をするため
、電動機などのアクチュエータが多く使用されている。

また、電動機は駆動装置としてだけでなく、直流機のよ
うに、制動効果をもたせるため発電装置として動作して
使用されているものもある。省エネのために、発電機を
搭載している場合もある。

ロボットは、複数個の自由度を持ったものか多く、ロボ
ットで動かされる対象は、動かそうとする物だけでなく
、電動機などのアクチュエータも含まれる。従って、電
動機などの軽量化や小型化が重要となっている。

動かそうとする対象は、物だけでなく、溶接装置などの
ように電力を必要とする装置である場合も多い。従って
、ロボットで動かそうとするものへ電力を送る必要があ
り、可動部にケーブルで送電しなければならない。

大電力の場合には、可動部に送電するとしても送電ケー
ブルの直径が大きく、ロボットの動きの妨げになるだけ
でなく、ケーブルの断線にもつながる。そこで、一般に
電力送電を、高電圧、低電流に変換し、送電ケーブルの
直径を小さくして行い、その後、変圧器で使用電圧に変
換して使用している。この場合の変圧器は、高周波送電
を使用することて、小型軽量化を行い、対処している。

以上のように、電動機などと変圧器は、共通の場所で使
われ、重量や大きさなとで、ロボット等に使用する場合
や装置空間か限られている場合には、問題となることが
多く、可動部と固定部との間のケーブルの断線なども問
題となる。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、電動機に使用さ九ている磁性材料の一部を変
圧器の磁心をして共有した複合エネルギー変換装置を使
用し、全体の重量や大きさを小さくするとともに、可動
部と固定部の間をワイアレスにすることを目的としてな
された。

［課題を解決するための手段］ 本発明の要旨とするところは、 １、電動機に使用されている磁性材料の一部を変圧器の
磁心として共有する複合エネルギー変換装置を使用する
ことを特徴とする電力使用装置用ロボット。

２、電動機に使用されている磁性材料の一部を変圧器の
磁心として共有する複合エネルキー変換装置を可動部に
使用することを特徴とする上記１項言己載の電力使用装
置用ロボット。

３、電力使用装置を動かし、かつ前記電力使用装置に電
力を送ることを特徴とする上記１又は２項記載の電力使
用装置用ロボット。

４、固定側巻線と可動側巻線が磁心を共有してつくられ
る変圧器により、固定側から可動側へ電力を供給するこ
とを特徴とする電力使用装置用ロボット。

５、固定側巻線と可動側巻線が磁心を共有してつくられ
る、固定側から可動側へ電力を供給する変圧器を、可動
側と固定側との間の電気信号伝送する伝達装置として兼
用することを特徴とする上記４項記載の電力使用装置用
ロボット。

６、上記４又は５項記載の電力使用装置用ロボットと、
上記１．２又は３項記載の電力使用装置用ロボットを同
時に使用することを特徴とする電力使用装置用ロボット
。

にある。

以下に、本発明の詳細な説明する。

先ず、複合エネルキー変換装置とは、電動機に使用され
る磁性材料の一部を変圧器の磁心として共有し、電動機
の機能と変圧器の機能を合わせ持つものて、電動機のス
テータのコアハック部に変圧器の巻線を設けたりしたも
のである。電動機の巻線の一部または全部をコアハック
部に設けたり、変圧器の１次巻線や２次巻線を、電動機
の巻線の一部を共有したものでも良い。変圧器として作
用する周波数を、電動機に使用する最大周波数以上とす
ると、お互いの動作が影響されないため好まし、い。変
圧器として作用する磁束変化と、電動機として作用する
磁束変化を合わせたものが、飽和磁化の９０％以下にす
ると良い。

ここで、共有する磁心に使用される材料は、どの様な軟
磁性材料でもよく、一般に使用される電磁鋼板をはじめ
、鉄を主成分とする磁性材料、ニッケルやコバルトなど
やそれらの合金、ソフトフェライト、アモルファス磁性
材料等の磁性材料であり、製造法や形状は問わない。好
ましくは、高透磁率、低鉄損磁性材料であると、電動機
等の効率や高周波性能が良くなるので好ましく、厚さが
０．２ｍｍ以下の板状磁性材料、直径か０．２ｍｍ以下
の線状磁性材料、電気抵抗が５０μΩｃｍ以上の磁性材
料や磁区細分化処理された磁性材料であると良い。

電動機は界磁と電機子で構成され、電機子巻線に流す電
流と界磁より生じる磁束との間で行ねねる電気機械電力
変換機で、電気電力を機械電力または機械電力を電気電
力に変換するもので、同期機、誘導機、直流機器などで
、回転機やリニア型なとである。磁石を使用したもので
も、磁石を使用しないものでも構わない。

本発明ての変圧器は、１次巻線と２次巻線より構成され
、電圧や電流の変換に使用されるものて、通常は単相で
あるが、電動機の構造によっては、３相等の多相のもの
も可能である。

このような複合エネルギー変換装置を使用し、電力使用
装置用ロボットを組む。

電力使用装置用ロボットとは、電力を必要とする装置、
即ち電力使用装置を、電動機などのアクチュエータを用
いて、所定の位置への移動や所定の運動させるものであ
る。電力使用装置としては、電動機等のアクチュエータ
、ライト等の発光源、スピーカなどの発音源、ヒータ等
の加熱源や溶接機等であり、またそれらのコントローラ
であり、その他、可動部に電力の供給を必要とする装置
であればどの様なものでもよい。ここで、電動機等のア
クチュエータは、電力使用装置を動がす電動機などを含
む。

電力使用装置を可動部に配置する場合には、可動部に変
圧器を必要とする場合かある。このような場合に、可動
部に電動機等のアクチュエータがあると、この可動側の
変圧器を可動側の電動機などのアクチュエータとともに
、複合エネルギー変換装置に置き換えると、軽量化の効
果が大きくできる。

また、電力を必要とする装置を可動部に配置する場合に
は、ワイアレス化を必要とする場合がある。この場合は
、固定側巻線と可動側巻線が磁心を共有してつくられる
変圧器により、固定側から可動側へ電力を供給する。磁
心は可動側でも固定側ても良いか、固定側であると、可
動部の軽量化につなかる。また、磁心の形状は、可動部
の動きにより決定すると最も最適な形状となり、さらに
、可動側の巻線や固定側の巻線もコンパクトなものにす
ることができる。

この磁心の材料としては、どの様な軟磁性材料てもよく
、一般に使用される電磁鋼板をはしめ、鉄を主成分とす
る磁性材料、ニッケルやコバルトなどやそれらの合金、
ソフトフェライト、アモルファス磁性材料等の磁性材料
であり、製造法や形状は問わない。好ましくは、高透Ｍ
ｉ率、低鉄損磁性材料であると、効率が良くなるので好
ましく、厚さか０．２ｍｍ以下の板状磁性材料、直径が
０．２ｍｍ以下の線上磁性材料、電気抵抗が５０μΩｃ
ｍ以上の磁性材料や磁区細分化処理された磁性材料であ
る良い。

固定側巻線と可動側巻線が磁心を共有してつくられる変
圧器により、固定側から可動側へ電力を供給するが、こ
の変圧器は、固定側から可動側に電力を送るたけでなく
、可動部に電気信号を送る伝達装置として兼用してもよ
い。電気信号は、電力使用装置を制御する信号たけでな
く、他の可動部の装置へ伝達すべき信号でもよい。電気
信号は、直接伝達できればそのままでも良いが、振幅１
周波数やパルスの変調の方法などにより伝達させても良
い。

［発明の効果］ 本発明の電力使用装置用ロボットは、電力使用装置を、
電動機などのアクチュエータを用いて、所定の位置への
移動や所定の運動させる場合に使用するもので、可動部
に変圧器と電動機などのアクチュエータを使用する場合
に、この可動側の変圧器と電動機などのアクチュエータ
を、複合エネルギー変換装置に置き換えるもので、可動
部がコンパクトになり、さらに軽量化につながる。従っ
て、この軽量化により、可動部の運動の制御が容易にか
つ精度良くでき、かつ電力効率も向上する。

電動機等のアクチュエータ、ライト等の発光源、スピー
カなどの発音源、ヒータ等の加熱源や溶接機等を動かし
て使用する場合は、固定側から可動側へ電力を送電する
している。固定側から可動側へ電力を送電する場合に、
送電ケーブルの直径を小さくするために、高電圧で送電
し、可動部で、変圧器により電圧変換し所定の電圧に変
換して使用している。この場合、本発明の電力使用装置
用ロボットを使用することかでき、電力効率や装置の高
精度の動きがかなり改善される。

また、電力を必要とする装置を可動部に配置する場合に
は、固定側巻線と可動側巻線が磁心を共有してつくられ
る変圧器により、固定側から可動側へ電力を供給するこ
とにより、可動部と固定部のワイアレス化が可能であり
、固定側から可動側へ電力を送電する送電ケーブルの断
線の恐れがなくなり、そのケーブルによる可動部の動き
の精度低下もなくなる。また、この変圧器は、固定側か
ら可動側に電力を送るだけでなく、可動部に電気信号を
送る伝達装置として兼用することもてき、電力伝達のワ
イアレス化だけでなく、電気信号伝達もワイアレス化て
き、非常に効果か大きい。

［実施例］ 第１図に、本発明の電力使用装置用ロボットの実施例で
、電力使用装置であるライトの方向をコントロールする
ものである。第２図は、第１図のａ　−ａ“断面図であ
る。

図において、３１は固定部、３２は固定側と連結してい
る１次可動部、３３は１次可動部と連結している２次可
動部を示す。１は電力を供給し、方向を変えようとする
ライト、２は該ライト１を保持するアーム、３はライト
１の入力端子、４はライト１に電力を送電するケーブル
である。６．７は、そねぞれ複合エネルギー変換装置の
外部側と内部側で、電動機機能を持つとともに、６は変
圧器機能をも兼ね備えている。５，８は、それぞれ複合
エネルギー変換装置の変圧器の２次側の出力端子と１次
側の入力端子、１】は、複合エネルギー変換装置の電動
機機能を駆動する電力入力端子、１４は、方向信号出力
端子である。

９、Ｉ２はそれぞれ、分離混合装置から複合エネルギー
変換装置に入力する、ライトと複合エネルギー変換装置
の電動機機能動作電力の送電ケーブル、１５は複合エネ
ルギー変換装置から出される方向信号を分離混合装置に
送るケーブルである。１７は、ライトに供給する電力と
、複合エネルキー変換装置の電動機機能すなわち２次可
動部駆動電力、および方向信号を分離混合する装置で、
１０゜１３は、それぞれライトに供給する電力と、複合
エネルギー変換装置の電動機機能すなわち２次可動部駆
動電力を出力する端子、１６は方向信号の入力端子、１
８．１９は、ライトに供給する電力と、複合エネルギー
変換装置の電動機機能すなわち２次可動部駆動電力を人
力し、かつ方向信号を出力する共通の端子とケーブルで
ある。２１．２２は、それぞれ複合エネルキー変換装置
と、固定側と１次可動側の間の電力、信号の伝達する変
圧器を支持するアームである。

２３、２４．２６は、固定側と１次可動側の間の電力、
信号の伝達する変圧器における可動側巻線、固定側巻線
と磁心である。２５は、駆動装置と、固定側と１次可動
側の間の電力、信号の伝達する変圧器を結ぶケーブルで
ある。２７は１次可動部を動かすサーボモータで、２８
は、そのサーボモータ２７と磁心２６を固定するもの、
２９はサーボモータと駆動装置を結ぶケーブルである。

３０はライトへの電力供給や、複合エネルギー変換装置
、サーボモータの駆動を行う駆動制御装置である。

ライト１の方向は複合エネルギー変換装置６゜７と、サ
ーボモータ２７て変えられる。ライト１への電力は、電
力とし・て、制御装置３０より、送電ケーブル２５を通
して変圧器の固定側巻線２４に供給され、可動側巻線２
３により１次可動側に送られる。

１次可動側に送られた電力は分離混合装置１７、ケーブ
ル９を通り、２次可動側に送られる。外部側６と内部側
７よりなる複合エネルギー変換装置の外部側の磁心を変
圧器の磁心として使用し、２次可動側に送られた電力を
入力端子８より変圧器に送り、電圧変換された電力を出
力端子５より取り出し、ライト１に供給される。制御装
置３０より、複合エネルギー変換装置の２次可動側の入
力端子８までは、高電圧、低電流で、電力を送るのて、
ケーブル９は細いもので良い。ケーブル４には、複合エ
ネルギー変換装置の変圧器で大電流に変換されるため、
大電流か流れるが、ケーブル４は、ライト１や複合エネ
ルギー変換装置の２次可動側である外部側６と２次可動
部を形成し、一体になっているので、断線などの問題は
ない。

ライト１の方向を変えるサーボモータ２７は、制御装置
３０より、ケーブル２９を通して制御される。

ライト１の方向を変える、もう一方の装置は、複合エネ
ルギー変換装置の電動機機能を使用するが、これは、制
御装置３０よりケーブル２５、変圧器の固定側巻線２４
、可動側巻線２３、分離混合装置１７を通して駆動され
る。この場合の方向検出信号は、複合エネルギー変換装
置の方向信号出力端子１４より取り出し、信号ケーブル
１５、分離混合装置１７、変圧器の可動側巻線２３、固
定側巻線２４、ケーブル２５を通り、制御回路に送られ
る。この場合も、固定側と１次可動側の間はワイアレス
であり、断線の問題はない。

駆動装置３０より、ケーブル２５、変圧器の固定側巻線
２４、可動側巻線２３を通し、ライト１と、複合エネル
ギー変換装置６．７へ電力を同時に送るが、これらの使
用周波数は、異なるように設計しているので、分離混合
装置で分離し、個別の出力端子１Ｏ１１３に出力される
。また複合エネルギー変換装置の方向信号出力端子より
出される信号も、ライト１と、複合エネルギー変換装置
６．７へ送電と同時に、逆方向で、変圧器の可動側巻線
２３、固定側巻線２４、ケーブル２５を通し、駆動装置
３０へ送られる。この使用周波数も、ライト１と、複合
エネルギー変換装置６．７への送電周波数と分離可能な
周波数帯域に設定し、分離混合装置１７で、ライト１と
、複合エネルギー変換装置６．７への送電と混合し、ま
た制御回路３０で分離して方向信号に取り出す。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ライトをコントロールする電力使用装置用ロ
ボットの実施例、第２゛図は、第１図のａ−ａ“断面図
である。 １・・・ライト、２・・・ライト保持アーム、６．７・
・・複合エネルギー変換装置の外部側と内部側、　１７
・・・分離混合装置、２３・・・可動側巻線、２４−・
・固定側巻線、２６・・・磁心、２７・・・サーボモー
タ、３０・・・駆動制御装置、３Ｉ・・・固定部、３２
・・・１次可動部、３３・・・２次可動部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電動機に使用されている磁性材料の一部を変圧器の
   磁心として共有する複合エネルギー変換装置を使用する
   ことを特徴とする電力使用装置用ロボット。 ２、電動機に使用されている磁性材料の一部を変圧器の
   磁心として共有する複合エネルギー変換装置を可動部に
   使用することを特徴とする請求項１記載の電力使用装置
   用ロボット。 ３、電力使用装置を動かし、かつ前記電力使用装置に電
   力を送ることを特徴とする請求項１又は２記載の電力使
   用装置用ロボット。 ４、固定側巻線と可動側巻線が磁心を共有してつくられ
   る変圧器により、固定側から可動側へ電力を供給するこ
   とを特徴とする電力使用装置用ロボット。 ５、固定側巻線と可動側巻線が磁心を共有してつくられ
   る、固定側から可動側へ電力を供給する変圧器を、可動
   側と固定側との間の電気信号伝送する伝達装置として兼
   用することを特徴とする請求項４記載の電力使用装置用
   ロボット。 ６、請求項４又は５記載の電力使用装置用ロボットと、
   特許請求項１、２又は第３記載の電力使用装置用ロボッ
   トを同時に使用することを特徴とする電力使用装置用ロ
   ボット。