JP5335226B2

JP5335226B2 - 可動型伝送装置

Info

Publication number: JP5335226B2
Application number: JP2007311746A
Authority: JP
Inventors: 修平 ▲高▼櫻; 篤出口; 真也佐々木; 俊和向井; 宏吉田; 昇奥山
Original assignee: MIE ELECTRONICS CO Ltd
Current assignee: MIE ELECTRONICS CO Ltd
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2007-11-30
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2027-11-30
Also published as: JP2009135346A

Description

本発明は、相対変位する部材間に設けられて、電磁誘導を用いて電気信号の伝送を行なう可動型伝送装置に関するものである。

従来から、例えばロボットの関節部分などのような相対変位せしめられる部材間で電力や信号などの電気信号を伝送する手段の一つとして、可動型伝送装置が用いられている。このような可動型伝送装置は、一般的に、透磁性材からなるコア部材の内部にコイル部材を設けたコイルヘッドの一対を所定のギャップを隔てて相対変位可能に対向位置せしめ、これら両コイル部材を電磁結合せしめることによって、電気信号の伝送を行なうようにされている。

ところで、このような可動型伝送装置を用いて電力と信号の双方を伝送したり、２チャンネル以上の信号を伝送しようとする場合には、伝送しようとする電気信号の数だけコイルヘッドの組を設ける必要があって、スペース効率の悪化を招くという問題があった。

このような問題に対処するために、例えば特許文献１には、電力を伝送するコア部材と信号を伝送するコア部材を同一中心軸上に配設した可動型伝送装置が開示されている。しかし、特許文献１に記載の如き可動型伝送装置においては、互いの磁路が干渉してノイズが発生することを避けるために、電力を伝送するコア部材を、信号を伝送するコア部材と軸方向で重なり合わない程度に大きく形成する必要があることから、未だ十分なコンパクト化は実現困難であった。更に、これら電力用のコア部材と信号用のコア部材との位置合わせと共に、これらに対向する他方のコア部材との位置合わせも高精度に行なわなければならず、製造工程の増加を招くものであった。

一方、特許文献２および特許文献３には、共通のコア部材に電力用のコイル部材と信号用のコイル部材とを設けた可動型伝送装置が開示されている。このようにすれば、電力用と信号用でそれぞれ別個のコア部材を設けることが不要とされることから、更なるコンパクト化を図り得る。しかし、特許文献２や３に記載の如き可動型伝送装置においては、電力用のコイル部材から生ぜしめられる磁束と信号用のコイル部材から生ぜしめられる磁束との干渉に起因するノイズの発生を避けるために、コア部材における電力用のコイル部材と信号用のコイル部材との間にこれらの磁路を区切る溝などのギャップを形成する必要があることから、やはり十分なコンパクト化は実現困難であった。また、ギャップを形成するために特別な加工や特別な成形型が必要とされることから、製造が難しく、製造コストの増加をも招くものであった。

特開平９−２９８１２１号公報特開平７−６６０５７号公報特開平１１−３５４３４８号公報

ここにおいて、本発明は上述の如き事情を背景として為されたものであって、その解決課題とするところは、複数の電気信号の伝送に際して、磁路の干渉に起因して生じるノイズを抑えつつ、構造の簡易化とコンパクト化を図ることの出来る、新規な構造の可動型伝送装置を提供することにある。

以下、前述の如き課題を解決するために為された本発明の態様を記載する。なお、以下に記載の各態様において採用される構成要素は、可能な限り任意の組み合わせで採用可能である。

すなわち、本発明の第一の態様は、中心軸上に貫通孔を有する略円環形状の透磁性材に対して軸方向一方の端面に開口する周溝が形成されることによって該周溝の底壁部と内周壁部と外周壁部を有するコア部材とされていると共に、該内周壁部と該外周壁部の対向面間を該周溝に沿って周方向に延びる第一のコイル部材が該コア部材に組み付けられることによってコイルヘッドが構成されている一方、該コイルヘッドの一対が用いられて、かかる一対のコイルヘッドが同一中心軸上で該中心軸回りに相対回転可能に配されていると共に、各該コイルヘッドの該コア部材における該周溝の開口側の軸方向端面が中心軸方向で相互に対向位置せしめられており、かかる一対のコイルヘッドにおける各該第一のコイル部材の一対が電磁結合の状態で連結されることによって電力及び信号の少なくとも一方の伝送を行なう第一の伝送路が構成されていると共に、対向位置せしめられた一対の該コア部材の該貫通孔に跨って挿通されてこれら一対の該コア部材に跨って巻装された第二のコイル部材の一対を設けて、これら第二のコイル部材の一対が電磁結合の状態で連結されることによって電力及び信号の少なくとも一方の伝送を行なう第二の伝送路が構成されていることにより、該第一の伝送路における該一対の第一のコイル部材の電磁結合によって誘起される磁路と、該第二の伝送路における該第二のコイル部材の電磁結合によって誘起される磁路とが、該一対のコア部材において互いに直交せしめられるようにしたことを特徴とする可動型伝送装置にある。

本態様に従う構造とされた可動型伝送装置においては、例えばコイルヘッドの一方と第二のコイル部材の一方を一方の部材に取り付けると共に、コイルヘッドの他方と第二のコイル部材の他方をかかる部材と相対的に回動可能とされた他方の部材に取り付けることによって、コイルヘッド間および第二のコイル部材間でコア部材の中心軸回りの相対回動が許容されて、これら相対回動せしめられる部材間で電気信号の伝送を行なうことが出来る。これにより、例えばドアの蝶番に本態様に従う構造とされた可動型伝送装置を組み付けることによって、ドアとドアが取り付けられた壁部との間で電気信号の伝送が可能となる。

そこにおいて、本態様によれば、共通のコア部材を用いて第一の伝送路と第二の伝送路が構成されている。これにより、複数の伝送路を有する可動型伝送装置をよりコンパクトに実現することが出来る。それと共に、コア部材に溝などのギャップを形成することも不要とされていることから、コンパクト化がより有利に実現されると共に、より簡易な構成とすることが出来て、製造効率の向上も図られ得る。

特に本態様においては、第二のコイル部材の一対が、一対のコア部材のそれぞれの貫通孔を通ってこれら一対のコア部材に跨って巻装されることによって、共通のコア部材が一対の第二のコイル部材内に挿通されている。これにより、第一のコイル部材の芯の延出方向と第二のコイル部材の芯の延出方向が互いに直交せしめられており、第一のコイル部材によってコア部材の軸方向に延びる磁路が形成されると共に、第二のコイル部材によってコア部材の周方向に延びる閉磁路が形成されている。その結果、磁路を区切るための溝などの特別なギャップを形成せずとも、共通のコア部材を用いて複数の伝送路を構成することが出来て、２つの電気信号の伝送を行なうことが可能とされている。

すなわち、第一のコイル部材と第二のコイル部材の両方が通電せしめられた場合には、コア部材の軸方向に芯が延びる第一のコイル部材の一方によって及ぼされる軸方向の磁気モーメントと、コア部材の周方向に芯が延びる第二のコイル部材の一方によって及ぼされる周方向の磁気モーメントとが合成される。そして、他方の第一のコイル部材には、合成された磁気モーメントの軸方向成分による相互誘導作用によって誘導起電力が生ぜしめられる一方、他方の第二のコイル部材には、合成された磁気モーメントの周方向成分による相互誘導作用によって誘導起電力が生ぜしめられる。これにより、一対の第一のコイル部材間と一対の第二のコイル部材間のそれぞれで電気信号の送受信を行なうことが可能とされており、本願発明は、互いの磁路を直交せしめるという従来に無い全く新たな思想に基づいて、互いの磁路を区切る溝などの特別なギャップを形成せずとも、ノイズの発生を抑えることが可能とされている。その結果、共通のコア部材を用いて複数の伝送路を構成することが可能とされたのであり、製造効率の向上が図られると共に、コンパクト化も図られるのである。

なお、第一の伝送路および第二の伝送路は、電力を伝送するものでも良いし、信号を伝送するものでも良い。例えば、第一及び第二の伝送路の両方を電力を伝送する電力用伝送路としたり、第一及び第二の伝送路の両方を信号を伝送する信号用伝送路とする等しても良い。好適には、本発明の第二の態様として、前記第一の態様に係る可動型伝送装置において、前記第一の伝送路が電力を伝送する電力用伝送路とされていると共に、前記第二の伝送路が信号を伝送する信号用伝送路とされている態様が採用される。

すなわち、第一のコイル部材はコア部材の周溝内に配設されることから、コア部材の外側を回って巻装せしめられる第二のコイル部材に比して、巻数を多く確保し易いと共に、一対のコイルヘッドが相対回動せしめられた場合でも、互いのコイル部材の距離の変化が少なく、第二の伝送路に比してより安定した伝送を行なうことが出来る。従って、信号に比して大きな誘導起電力が必要とされる電力の伝送路として第一の伝送路を用いることによって、より安定した伝送を行なうことが出来る。

本発明の第三の態様は、前記第一又は第二の態様に係る可動型伝送装置において、前記一対のコイルヘッドを構成する各前記コア部材が、互いに離隔して対向位置せしめられていることを、特徴とする。

本態様に従う構造とされた可動型伝送装置においては、両コア部材が非接触とされた状態で電力や信号の伝送を行なうことが出来る。これにより、両コア部材の相対的な変位に伴う擦れによる磨耗等も回避することが出来る。

本発明の第四の態様は、前記第一乃至第三の何れか一つの態様に係る可動型伝送装置において、前記コイルヘッドを構成する各前記コア部材の少なくとも一つの外周に低透磁率部材が設けられていることを、特徴とする。

本態様によれば、コア部材の周囲の比透磁率を小さくすることによって、コア部材からの漏れ磁束を抑えて、より安定した伝送を行なうことが可能となる。ここにおいて、低透磁率部材としては、例えばポリテトラフルオロエチレンやエポキシ樹脂等従来公知の部材が適宜に採用可能である。

本発明の第五の態様は、前記第一乃至第四の何れか一つの態様に係る可動型伝送装置において、前記コア部材の一対が複数組設けられると共に、これら複数組のコア部材の一対の前記貫通孔に跨って挿通されてこれらコア部材の一対の組を互いに連結する連結コイル部材によって、それぞれのコア部材の一対に組み付けられる前記第二のコイル部材の一方が構成されていることを、特徴とする。

本態様に従う構造とされた可動型伝送装置においては、複数のコア部材の一対の組を互いに相対変位可能とすることによって、より大きな自由度を確保することが出来る。それと共に、各コア部材の一対の組毎に第一の伝送路を構成することも可能とされて、より多くの伝送路を構成することも出来る。

なお、コア部材の一対の組は、必ずしも２組に限定されない。例えば、３つ以上のコア部材の組を用意して、コア部材の組の一対毎に連結コイル部材で連結する等しても良い。このようにすれば、更なる自由度の向上が図られ得る。また、連結コイル部材は、コア部材の組を連結するのみのものであっても良いし、或いは、かかる連結コイル部材から電気信号を取り出すようにしても良い。更にまた、複数のコア部材の組の軸方向は、互いに同方向であっても良いし、異ならされても良い。

以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。

先ず、図１および図２に、本発明の第一の実施形態に係る可動型伝送装置としての可動型トランス１０を示す。可動型トランス１０は、コア部材１２に第一のコイル部材としての電力用コイル１４ａが組み付けられて構成されたコイルヘッド１８ａと、コア部材１２に第一のコイル部材としての電力用コイル１４ｂが組み付けられて構成されたコイルヘッド１８ｂとの一対が対向位置せしめられた構造とされている。これらコイルヘッド１８ａ，１８ｂは互いに略同様の構造とされていることから、以下は、コイルヘッド１８ａを例に説明し、コイルヘッド１８ｂについては、図中に対応する符号を付することにより、その詳細な説明を省略する。

コイルヘッド１８ａを構成するコア部材１２は、例えばフェライト等の強磁性材から形成された所謂ポット型コアとされており、中心軸上を貫通する貫通孔２０を備えた全体として略円環形状とされている。更に、コア部材１２には、軸方向（図２中、上下方向）の一方の端面に開口して全周に亘って延びる周溝としてのリード溝２２が形成されることによって、リード溝２２の底壁部２４と、リード溝２２の内側を全周に亘って延びる内周壁部２６と、リード溝２２の外側を全周に亘って延びる外周壁部２８が形成されている。

そして、リード溝２２内に銅などによって形成されたリード線が所定回数巻回せしめられることによって、電力用コイル１４ａが形成されている。これにより、図３に示すように、電力用コイル１４ａは、内周壁部２６と外周壁部２８との間をリード溝２２に沿ってコア部材１２の周方向に延びるようにコア部材１２に組み付けられている。なお、本実施形態においては、電力用コイル１４ａを構成するリード線はコア部材１２に直接に巻回せしめられているが、例えば、コア部材１２と別途に用意したボビンにリード線を巻回せしめて電力用コイル１４ａを形成して、かかる電力用コイル１４ａを備えたボビンをリード溝２２内に取り付けることによって、電力用コイル１４ａをコア部材１２に組み付ける等しても良い。

なお、図３は、電力用コイル１４ａの延び出し方向を明らかにするためにモデル的に示したものであり、電力用コイル１４ａの巻数は、要求される伝送特性等を考慮して適宜に設定され得るものである。例えば、電力用コイル１４ａをコア部材１２の半周のみ巻回せしめる等しても良いし、或いはリード溝２２内に略隙間の無い程度に幾重にも重ねて巻回する等しても良い。

このような構造とされたコイルヘッド１８ａ，１８ｂは、例えば一方のコイルヘッド１８ａが互いに相対回動せしめられる部材３０ａ，３０ｂ（図４参照）の一方の部材３０ａに装着されると共に、他方のコイルヘッド１８ｂが他方の部材３０ｂに装着されて、互いにリード溝２２の開口側の端面を所定距離を隔てて向き合わせた状態で、同軸上に配設される。これにより、図１および図２に示すように、両コイルヘッド１８ａ，１８ｂにおける内周壁部２６、２６の開口側の端面３２、３２および外周壁部２８、２８の開口側の端面３４，３４が互いにコイルヘッド１８ａ，１８ｂの軸方向で所定距離を隔てた非接触状態で対向位置せしめられると共に、コイルヘッド１８ａ，１８ｂが中心軸周りで相対的に回動可能とされている。

さらに、本実施形態においては、対向位置せしめられたコイルヘッド１８ａ，１８ｂにおけるコア部材１２，１２の貫通孔２０，２０に、銅などによって形成されたリード線が挿通されてコア部材１２，１２に跨って所定回数巻回せしめられることによって、第二のコイル部材としての一対の信号用コイル３６ａ，３６ｂが組み付けられている。これにより、一対の信号用コイル３６ａ，３６ｂが、コイルヘッド１８ａ，１８ｂのコア部材１２，１２によって互いに連結されている。これら信号用コイル３６ａ，３６ｂは、例えば一方の信号用コイル３６ａが一方の部材３０ａに固定的に取り付けられると共に、他方の信号用コイル３６ｂが他方の部材３０ｂに固定的に取り付けられて、部材３０ａ，３０ｂの相対回動に伴って、コア部材１２，１２の中心軸回りで相対的に回動可能とされる。なお、図１および図２においては、理解を容易とするために、信号用コイル３６ａ，３６ｂの巻数は一周に満たない巻数とされているが、信号用コイル３６ａ，３６ｂの巻数は要求される伝送特性等を考慮して適宜に設定され得るものであり、例えば、幾重にも重ねて複数回巻回する等しても良い。

なお、特に本実施形態においては、信号用コイル３６ａ，３６ｂはそれぞれ、コア部材１２に対して接触することなく巻装せしめられているが、例えば、一方の信号用コイル３６ａをこれと一体的に変位せしめられるコイルヘッド１８ａのコア部材１２にのみ固定すると共に、他方の信号用コイル３６ｂをこれと一体的に変位せしめられるコイルヘッド１８ｂのコア部材１２にのみ固定する等しても良い。このようにしても、コイルヘッド１８ａと信号用コイル３６ａを、コイルヘッド１８ｂと信号用コイル３６ｂに対してコイルヘッド１８ａ，１８ｂの中心軸回りで回動可能とすることが出来る。

そして、本実施形態における可動型トランス１０は、例えば図４に示すように、コイルヘッド１８ａにおける電力用コイル１４ａを形成するリード線が、部材３０ａに設けられたインバータ３８と電気的に接続されると共に、信号用コイル３６ａを形成するリード線が、部材３０ａに設けられた通信用回路４０と電気的に接続される。一方、コイルヘッド１８ｂにおける電力用コイル１４ｂを形成するリード線が、部材３０ｂに設けられた整流安定化回路４２と電気的に接続されると共に、信号用コイル３６ｂを形成するリード線が、部材３０ｂに設けられた通信用回路４４と電気的に接続される。これにより、コイルヘッド１８ａとコイルヘッド１８ｂとの間で、電力および信号の伝送が可能とされる。

先ず、コイルヘッド１８ａからコイルヘッド１８ｂに供給される電力の伝送経路について説明する。コイルヘッド１８ａの電力用コイル１４ａが接続されたインバータ３８としては、例えば、ＣＶＣＦ型やＶＶＶＦ型の従来公知のインバータが適宜に採用可能である。そして、部材３０ａに設けられた図示しない電源回路等から供給される直流電圧が、インバータ３８によって高周波電圧に変換される。ここにおいて、インバータ３８によって変換された高周波電圧の周波数（出力周波数）は、供給する電力や使用環境等によって異なるものであるが、本実施形態においては、１００Ｈｚ〜５００ＭＨｚ程度の範囲内で適当に設定されている。

そして、インバータ３８によって変換された高周波電圧が電力用コイル１４ａに給電されることによって、電力用コイル１４ａを貫き、出力周波数に応じて変化する磁束ＢＰ（図２参照）が発生する。電力用コイル１４ａを貫く磁束ＢＰは、コア部材１２の内周壁部２６、底壁部２４、および外周壁部２８を通ると共に、互いに対向位置せしめられた内周壁部２６の端面３２，３２、および外周壁部２８の端面３４，３４を出入りして、対向するコイルヘッド１８ｂに設けられた電力用コイル１４ｂと鎖交する。このように、本実施形態においては、コア部材１２における内周壁部２６の開口側の端面３２および外周壁部２８の開口側の端面３４が送受面とされている。

これにより、電力用コイル１４ａ，１４ｂが電磁結合せしめられて、電力用コイル１４ｂには、相互誘導作用による誘導起電力が生じることとなり、電力用コイル１４ａに供給された高周波電圧が、電力用コイル１４ｂから取り出される。このようにして、電力用コイル１４ａから電力用コイル１４ｂに電力が非接触の状態で伝送される。そして、電力用コイル１４ｂから取り出された高周波電圧は、整流安定化回路４２によって直流電圧に変換された後に、通信用回路４４等に供給されることとなる。このように、本実施形態においては、電力用コイル１４ａ，１４ｂによって第一のコイル部材の一対が構成されており、これら電力用コイル１４ａ，１４ｂによって構成される第一の伝送路が、電力を伝送する電力用伝送路とされている。

次に、コイルヘッド１８ａとコイルヘッド１８ｂとの間で送受信される信号の伝送経路について説明する。先ず、信号用コイル３６ａが接続された通信用回路４０によって、部材３０ａに設けられた図示しない制御回路等によって生成された信号が高周波電圧に重畳された後に、信号用コイル３６ａに供給される。なお、信号が重畳される高周波電圧は、通信用回路４０によって生成されるようになっており、その周波数は、信号のデータサイズや使用環境等によって異なるものであるが、本実施形態においては、１００Ｈｚ〜１０ＧＨｚ程度の範囲内で適当に設定されている。

そして、信号用コイル３６ａに高周波電圧が給電されることによって、信号用コイル３６ａを貫き、出力周波数に応じて変化する磁束が発生する。ここにおいて、本実施形態においては、信号用コイル３６ａ内にコア部材１２，１２が挿通されていることによって、信号用コイル３６ａを貫く磁束の略全てがコア部材１２，１２の中を通るようにされている。そして、コア部材１２，１２によって閉磁路が形成されており、信号用コイル３６ａに発生した磁束は、コア部材１２，１２の周方向に延びて、コア部材１２，１２に対して外挿せしめられている信号用コイル３６ｂと鎖交することとなる。その結果、信号用コイル３６ａ，３６ｂが電磁結合せしめられて、信号用コイル３６ｂに、相互誘導作用による誘導起電力が生じることとなり、信号用コイル３６ａに供給された高周波電圧が、信号用コイル３６ｂから取り出される。

このようにして、信号用コイル３６ａから信号用コイル３６ｂに電力が非接触の状態で伝送される。そして、信号用コイル３６ｂから取り出された高周波電圧に重畳されている信号は、通信用回路４４によって取り出された後に、部材３６ｂに設けられた図示しない各種の制御回路等に送信される。このように、本実施形態においては、信号用コイル３６ａ，３６ｂによって第二のコイル部材の一対が構成されており、これら信号用コイル３６ａ，３６ｂによって構成される第二の伝送路が、信号を伝送する信号用伝送路とされている。

なお、例えば部材３０ｂから部材３０ａに信号を送信することも可能である。そのような場合には、前述の如き部材３０ａから部材３０ｂに信号を送信した場合とは逆に、部材３０ｂに設けられた図示しない制御回路等によって生成された信号が、通信用回路４４で高周波電圧に重畳されて信号用コイル３６ｂから信号用コイル３６ａにコア部材１２，１２を介して無接触の状態で伝送された後に、通信用回路４０によって高周波電圧から取り出されることとなる。

このような構造とされた可動型トランス１０においては、対向位置せしめられたコア部材１２，１２に跨って一対の信号用コイル３６ａ，３６ｂを設けたことによって、ノイズの混入を可及的に軽減しつつ、電力と信号の２つの電気信号を共通のコア部材１２，１２を用いて伝送することが出来る。即ち、本実施形態においては、電力用コイル１４ａ，１４ｂの芯の延出方向がコア部材１２の軸方向とされる一方、信号用コイル３６ａ，３６ｂの芯の延出方向がコア部材１２の周方向とされることによって、電力用コイル１４ａから生ぜしめられる磁束と信号用コイル３６ａから生ぜしめられる磁束が互いに略直交せしめられている。これにより、電力用コイル１４ａから生ぜしめられた磁束が信号用コイル３６ｂと鎖交して信号用コイル３６ｂにノイズ起電力を生ぜしめたり、信号用コイル３６ａから生ぜしめられた磁束が電力用コイル１４ｂと鎖交して電力用コイル１４ｂにノイズ起電力を生ずるようなおそれが軽減乃至は回避されている。その結果、本実施形態における可動型トランス１０においては、電力用コイル１４ａによって形成される磁路と信号用コイル３６ａによって形成される磁路とを区切る溝等のギャップをコア部材１２に形成せずとも、ノイズの発生を抑えた電力および信号の伝送が可能とされており、電力と信号の伝送を行う可動型伝送装置の更なるコンパクト化を実現することが出来る。

さらに、本実施形態においては、電力の伝送路を形成する電力用コイル１４ａ，１４ｂがコア部材１２のリード溝２２内に配設されていることによって、電力用コイル１４ａ，１４ｂの内外両側にコア部材１２の内周壁部２６および外周壁部２８が配設されている。これにより、信号の伝送に比してより大きな磁束が必要とされる電力の伝送路の略全体がコア部材１２内に形成されるようになっており、多くの磁束を安定して確保して、電力の伝送を安定して行うことが可能とされている。

なお、本実施形態に従う構造とされた可動型伝送装置は、例えば図５に示すような駆動装置４５に好適に適用される。駆動装置４５は、基台４６に対して、回転板４７が回転可能に組み付けられた構造とされている。基台４６には電動モータ４８が設けられており、かかる電動モータ４８の出力軸４９に、回転板４７が取り付けられている。これにより、回転板４７は、基台４６に対して所定距離を隔てた状態で出力軸４９回りに回動可能とされている。

そして、基台４６に、本実施形態における可動型トランス１０の一方のコイルヘッド１８ａと一方の信号用コイル３６ａが設けられると共に、回転板４７に、他方のコイルヘッド１８ｂと他方の信号用コイル３６ｂが設けられる。ここにおいて、これら両コイルヘッド１８ａ，１８ｂは、端面３２，３４を互いに対向位置せしめた状態で同軸上に配設されており、電動モータ４８の出力軸４９は、これらコイルヘッド１８ａ，１８ｂの貫通孔２０、２０に挿通されて回転板４７に取り付けられている。これにより、両コイルヘッド１８ａ，１８ｂおよび両信号用コイル３６ａ，３６ｂが、中心軸回りで相対的に回動可能とされている。

このようにすれば、互いに非接触とされて相対回動せしめられる基台４６と回転板４７との間で、電力および信号の伝送を行うことが出来る。そして、本発明に従う構造とされた可動型トランス１０を用いることによって、これら基台４６と回転板４７間の電気信号の伝送経路をよりコンパクトに構成することが可能となる。

次に、図６に、本発明の第二の実施形態に係る可動型伝送装置としての可動型トランス５０を示す。なお、以下の説明において、前述の実施形態と実質的に同じ部材については、前述の実施形態と同一の符号を付することによって、詳細な説明を省略する。

可動型トランス５０は、前述の第一の実施形態と略同様の構造とされたコイルヘッド１８ａ，１８ｂを備えている。そして、特に本実施形態においては、コイルヘッド１８ａ、１８ｂそれぞれのコア部材１２において送受面となる端面３２，３４を除く外周部分の略全体が、軸方向一方に開口する略有底円筒形状を有する低透磁率部材としてのギャップ部材５２に覆われている。ここにおいて、ギャップ部材５２の底部の中央部分には厚さ方向に貫通する貫通孔５４が形成されており、コア部材１２への装着状態において、かかる貫通孔５４がコア部材１２の貫通孔２０と連通せしめられている。そして、信号用コイル３６ａ，３６ｂが、これら貫通孔２０，５４に挿通されて、ギャップ部材５２の外側を周ってコア部材１２，１２に巻装されている。なお、ギャップ部材５２としては、比透磁率の小さな従来公知の部材が適宜に採用可能であり、具体的には、ポリテトラフルオロエチレンやエポキシ樹脂などが例示される。より好適には、ギャップ部材５２としては、非導電性を有する部材が採用される。本実施形態においては、ギャップ部材５２としてポリテトラフルオロエチレンが用いられている。

このような構造とされた可動型トランス５０によれば、コア部材１２の外周面上に透磁率の低いギャップ部材５２が配設されていることによって、電力用コイル１４ａから生ぜしめられた磁束がコア部材１２の外に飛び出すことをより有利に抑えることが出来る。これにより、より安定した伝送を行なうことが出来る。

さらに、特に本実施形態においては、ギャップ部材５２が非導電性材によって形成されている。これにより、磁力線の影響によって渦電流が生ぜしめられることも抑えられており、渦電流によって電力用コイル１４ａ、１４ｂや信号用コイル３６ａ，３６ｂの磁気エネルギーが減少せしめられるおそれも軽減されている。

なお、ギャップ部材５２は、必ずしも両方のコイルヘッド１８ａ，１８ｂに設けられる必要は無く、コイルヘッド１８ａ，１８ｂの何れか一方にのみ設けても良い。また、本実施形態におけるギャップ部材５２は有底円筒形状とされていたが、底部は必ずしも必要ではなく、ギャップ部材５２を、軸方向両側に開口する円筒形状とする等しても良い。

次に、図７に、本発明の第三の実施形態に係る可動型伝送装置としての可動型トランス６０を示す。可動型トランス６０は、前述の第一の実施形態と略同様の構造とされた一対のコイルヘッド１８ａ，１８ｂが軸方向で所定距離を隔てて対向位置せしめられている。そして、特に本実施形態においては、銅などによって形成されたリード線が、コイルヘッド１８ａ，１８ｂにおけるそれぞれのコア部材１２の外周面を構成する外周壁部２８の外周面６２上に所定回数巻回せしめられることによって、信号用コイル６４ａ，６４ｂが形成されている。これにより、信号用コイル６４ａ，６４ｂは、コア部材１２の外周面６２上でコア部材１２の周方向に延びるようにして組み付けられている。なお、信号用コイル６４ａ，６４ｂの巻数は、要求される伝送特性等を考慮して適宜に設定され得るものであって、何等限定されるものではなく、例えば、コア部材１２の半周のみ巻回せしめる等しても良いし、コア部材１２を複数回に亘って重ねて巻回せしめる等しても良い。また、信号用コイル６４ａ，６４ｂの巻数は、互いに同じとされていても良いし、異ならされても良い。

さらに、コイルヘッド１８ｂのコア部材１２の外周面６２には、ノイズ抑制用コイルとしてのキャンセルコイル６６が組み付けられている。キャンセルコイル６６は、信号用コイル６４ｂと略同様に、銅などによって形成されたリード線が所定回数巻回せしめられることによって形成されており、これにより、キャンセルコイル６６は、コア部材１２の外周面６２上でコア部材１２の周方向に延びるようにして組み付けられている。なお、キャンセルコイル６６の巻数は、信号用コイル６４ｂに生じ得るノイズ起電力などを考慮して適宜に設定されるものであり、例えば、コア部材１２の半周のみ巻回せしめる等しても良いし、コア部材１２を複数回に亘って重ねて巻回せしめる等しても良い。

このような構造とされた可動型トランス６０は、例えば信号用コイル６４ａが組み付けられた一方のコイルヘッド１８ａと一方の信号用コイル３６ａが互いに相対回動せしめられる部材６８ａ，６８ｂ（図８参照）の一方の部材６８ａに装着されると共に、信号用コイル６４ｂが組み付けられた他方のコイルヘッド１８ｂと他方の信号用コイル３６ｂが他方の部材６８ｂに装着される。これにより、コイルヘッド１８ａと信号用コイル３６ａ，およびコイルヘッド１８ｂと信号用コイル３６ｂがそれぞれ、コイルヘッド１８ａ，１８ｂの中心軸回りで回動可能とされている。

そして、本実施形態における可動型トランス６０は、例えば図８に示すように、前述の第一の実施形態と同様に、コイルヘッド１８ａにおける電力用コイル１４ａを形成するリード線および信号用コイル３６ａを形成するリード線が、それぞれ、部材６８ａに設けられたインバータ３８および通信用回路４０と電気的に接続される一方、コイルヘッド１８ｂにおける電力用コイル１４ｂを形成するリード線および信号用コイル３６ｂを形成するリード線が、それぞれ、部材６８ｂに設けられた整流安定化回路４２および通信用回路４４と電気的に接続される。更に、コイルヘッド１８ａと一体的に変位せしめられる信号用コイル６４ａを形成するリード線が、部材６８ａに設けられた通信用回路７０と電気的に接続される一方、コイルヘッド１８ｂと一体的に変位せしめられる信号用コイル６４ｂを形成するリード線が、部材６８ｂに設けられた通信用回路７２と電気的に接続されている。なお、これら通信用回路７０，７２は、前述の第一の実施形態における通信用回路４０、４４と略同様の構造とされたものである。

さらに、コイルヘッド１８ｂと一体的に変位せしめられるキャンセルコイル６６を形成するリード線が、部材６８ｂに設けられたノイズ除去回路７４と電気的に接続されている。ノイズ除去回路７４は、周波数および電圧が予め設定された所定の高周波電圧をキャンセルコイル６６に供給するものである。ここにおいて、ノイズ除去回路７４によって供給される所定の高周波電圧としては、電力用コイル１４ａによって生ぜしめられる磁束に起因して信号用コイル６４ｂに生ぜしめられるノイズ起電力を低減する逆起電力を信号用コイル６４ｂに生ぜしめる磁束を、キャンセルコイル６６への通電によって惹起し得る高周波電圧が採用される。また、ノイズ起電力を低減する逆起電力としては、ノイズ起電力に対する逆位相で同電圧の高周波電圧乃至はそれに近い高周波電圧が望ましい。なお、キャンセルコイル６６へ供給する高周波電圧の周波数及び電圧の好適値は、例えば、信号用コイル６４ｂから取り出される電気信号に混入するノイズ量を測定しつつ、キャンセルコイル６６に供給する高周波電圧の周波数および電圧を次第に変化させてノイズ量の増減を測定することによって、好適な値にチューニングすることが出来る。

そして、前述の第一の実施形態と同様に、電力用コイル１４ａ，１４ｂの間で電力の伝送が行なわれると共に、信号用コイル３６ａ，３６ｂの間で信号の送受信が行なわれる。加えて、特に本実施形態においては、信号用コイル６４ａ，６４ｂの間でも信号の送受信が行なえるようにされている。

先ず、信号用コイル６４ａが接続された通信用回路７０によって、部材６８ａに設けられた図示しない制御回路等によって生成された信号が、高周波電圧に重畳された後に、信号用コイル６４ａに供給される。なお、信号が重畳される高周波電圧は、通信用回路７０によって生成されるようになっており、その周波数は、信号のデータサイズや使用環境等によって異なるものであるが、本実施形態においては、１００Ｈｚ〜１０ＧＨｚ程度の範囲内で適当に設定されている。

そして、信号用コイル６４ａに高周波電圧が給電されることによって、信号用コイル６４ａを貫き、出力周波数に応じて変化する磁束が発生する。信号用コイル６４ａを貫く磁束は、コア部材１２の外周壁部２８における外側寄りの部位およびコア部材１２の外部を通ると共に、互いに対向位置せしめられた外周壁部２８の端面３４，３４および外周面６２を出入りして、対向するコイルヘッド１８ｂに設けられた信号用コイル６４ｂと鎖交する。

これにより、信号用コイル６４ａ，６４ｂが電磁結合せしめられて、信号用コイル６４ｂには、相互誘導作用による誘導起電力が生じることとなり、信号用コイル６４ａに供給された高周波電圧が、信号用コイル６４ｂから取り出される。このようにして、信号用コイル６４ａから信号用コイル６４ｂに電力が非接触の状態で伝送される。そして、信号用コイル６４ｂから取り出された高周波電圧に重畳されている信号は、通信用回路７２によって取り出された後に、部材６８ｂに設けられた図示しない各種の制御回路等に送信される。このように、本実施形態においては、信号用コイル６４ａ，６４ｂによって第三のコイル部材の一対が構成されており、これら信号用コイル６４ａ，６４ｂによって構成される第三の伝送路が、信号を伝送する信号用伝送路とされている。

さらに、特に本実施形態においては、部材６８ｂに設けられたノイズ除去回路７４からキャンセルコイル６６に所定の高周波電圧が給電されて、キャンセルコイル６６を貫き、出力周波数に応じて変化する磁束が発生する。そして、キャンセルコイル６６から生ぜしめられた磁束が、信号用コイル６４ｂと鎖交することによって、信号用コイル６４ｂには電力用コイル１４ａから生ぜしめられる磁束に起因するノイズ起電力を軽減乃至は解消する誘導起電力が生ぜしめられる。これにより、信号用コイル６４ｂから取り出される信号に混入するノイズを軽減乃至は解消することが可能とされている。

なお、例えば部材６８ｂから部材６８ａに信号を送信することも可能である。そのような場合には、前述の如き部材６８ａから部材６８ｂに信号を送信した場合とは逆に、部材６８ｂに設けられた図示しない制御回路等によって生成された信号が、通信用回路７２で高周波電圧に重畳されて信号用コイル６４ｂから信号用コイル６４ａにコア部材１２，１２を介して無接触の状態で伝送された後に、通信用回路７０によって高周波電圧から取り出されることとなる。

このような構造とされた可動型トランス６０においては、コア部材１２の外周壁部２８の外側部分を用いて信号用コイル６４ａ，６４ｂが電磁結合せしめられるようになっており、これら信号用コイル６４ａ，６４ｂの間で信号の伝送を行なうことが可能とされている。即ち、本実施形態においては、コア部材１２の外側に信号用コイル６４ａ，６４ｂが組み付けられており、信号用コイル６４ａ，６４ｂの外側にコア部材が設けられていないことによって、信号用コイル６４ａ，６４ｂの周りの比透磁率がコア部材１２の比透磁率よりも十分に小さくされている。これと磁気抵抗が最小となる最短経路を採る磁力線の特性が協働して、電力用コイル１４ａから生ぜしめられる磁束は、殆どコア部材１２における外周壁部２８の外側部分を通ることなく外周壁部２８の内側部分を通る一方、信号用コイル６４ａから生ぜしめられる磁束は、外周壁部２８の外側部分を通ることとなる。これにより、本実施形態における可動型トランス６０においては、電力用コイル１４ａによって形成される磁路と信号用コイル６４ａによって形成される磁路とを区切る溝等のギャップをコア部材１２に形成せずとも、電力を伝送する磁束と信号を伝送する磁束との干渉を可及的に軽減して、ノイズの発生を抑えた電力および信号の伝送が可能とされている。その結果、第一乃至第三の３つの伝送路を共通のコア部材１２を用いて形成することが可能とされており、第一の伝送路による電力の伝送路と、第二及び第三の伝送路による２ｃｈの信号の伝送路をコンパクトに形成することが出来る。

更にまた、本実施形態においては、コイルヘッド１８ｂにキャンセルコイル６６が設けられていると共に、ノイズ除去回路７４からキャンセルコイル６６に供給される高周波電圧によって、電力用コイル１４ａから生ぜしめられた磁束に起因して信号用コイル６４ｂに生ぜしめられるノイズ起電力を軽減することが出来る。これにより、フィルタ回路などの複雑な構成を用いることなく、簡易な構成をもって信号用コイル６４ｂから取り出される信号に混入するノイズをより有効に低減乃至は解消することが可能とされており、電力と信号を同時に伝送する場合でも、安定した信号の送受信を行うことが可能とされている。

次に、図９に、本発明の第四の実施形態としての可動型トランス８０を示す。可動型トランス８０は、前述の第一の実施形態に加えて、第二のコイル部材として更にもう一つの信号用コイル８２がコイルヘッド１８ａ，１８ｂの貫通孔２０、２０を跨いで巻装されている。このようにすれば、３つの信号用コイル３６ａ，３６ｂ，８２の間で、信号の送受信が可能となる。ここにおいて、電気信号を送信するコイルおよび受信するコイルはこれら信号用コイル３６ａ，３６ｂ，８２の何れでも良い。また、これら信号用コイル３６ａ，３６ｂ，８２の何れか一つを送信用コイルとして、残りの二つのそれぞれで受信するなどしても良い。このように、本発明における第二のコイル部材の数は特に限定されるものではなく、更に多くの第二のコイル部材を設ける等しても良い。

また、図１０に、本発明の第五の実施形態としての可動型トランス９０を示す。可動型トランス９０は、前述の第一の実施形態と同様のコイルヘッド１８ａ，１８ｂの組の２組に跨って、第二のコイル部材としての信号用コイル３６ａ，３６ｂが巻装されている。このようにすれば、一方のコイルヘッド１８ａ，１８ｂの間で電力の伝送が行えると共に、もう一方のコイルヘッド１８ａ，１８ｂの間でも電力の伝送を行うことが出来る。本実施形態から明らかなように、第二のコイル部材が巻装されるコイルヘッドの組は必ずしも１組に限定されるものではなく、複数のコイルヘッドの組に跨って巻装されても良い。

さらに、図１１に、本発明の第六の実施形態としての可動型トランス１００を示す。可動型トランス１００は、前述の第一の実施形態と同様の構造とされたコイルヘッド１８ａ，１８ｂの組を２組備えると共に、これらコイルヘッド１８ａ，１８ｂの組の貫通孔２０に跨って連結コイル部材としての連結コイル１０２が挿通されており、これらコイルヘッド１８ａ，１８ｂの組が相対変位可能に連結されている。そして、一方のコイルヘッド１８ａ，１８ｂの組の貫通孔２０に、信号用コイル１０４ａが挿通される一方、他方のコイルヘッド１８ａ，１８ｂの組の貫通孔２０に、信号用コイル１０４ｂが挿通されている。これにより、一方の信号用コイル１０４ａと連結用コイル１０２によって、一方の第二のコイル部材の一対が構成されると共に、他方の信号用コイル１０４ｂと連結コイル１０２によって、他方の第二のコイル部材の一対が構成されている。本実施形態によれば、例えば一方の信号用コイル１０４ａから、かかる信号用コイル１０４ａが巻装された一方のコイルヘッド１８ａ，１８ｂを介して連結コイル１０２に誘導起電力が生ぜしめられる。そして、連結コイル１０２に生ぜしめられた誘導起電力がもう一方のコイルヘッド１８ａ，１８ｂを介してもう一方の信号用コイル１０４ｂに伝送される。このようにすれば、信号用コイル１０４ａ，１０４ｂの相対変位の自由度をより高めることが出来る。

なお、上述の如き連結コイル１０２をより多数用いる等して、信号用コイル１０４ａ，１０４ｂの間に、より多数のコイルヘッド１８ａ，１８ｂの組を設けるなどしても良い。また、上述の連結コイル１０２は環状のコイルとされていたが、例えば図１２に示す本発明の第七の実施形態としての可動型トランス１１０のように、連結コイル１０２を形成するリード線を図示しない電源回路や通信用回路に接続して、連結コイル１０２から電力や信号を取り出したり、連結コイル１０２から電力や信号を送信するようにしても良い。

また、図１３に、本発明の第八の実施形態としての可動型トランス１２０を示す。可動型トランス１２０は、前述の第一の実施形態と同様の構造とされたコイルヘッド１８ａ，１８ｂの組を２組備えると共に、これらコイルヘッド１８ａ，１８ｂの組の軸方向が互いに直交せしめられている。そして、これらコイルヘッド１８ａ，１８ｂの組が、それぞれの貫通孔２０に連結コイル１２２が挿通されることによって互いに連結されていると共に、一方のコイルヘッド１８ａ，１８ｂの組の貫通孔２０に、信号用コイル１２４ａが挿通される一方、他方のコイルヘッド１８ａ，１８ｂの組の貫通孔２０に、信号用コイル１２４ｂが挿通されている。これにより、一方の信号用コイル１２４ａと連結用コイル１２２によって、一方の第二のコイル部材の一対が構成されると共に、他方の信号用コイル１２４ｂと連結コイル１２２によって、他方の第二のコイル部材の一対が構成されており、これら信号用コイル１２４ａ，１２４ｂの芯の延出方向が互いに直交せしめられている。本実施形態によれば、前述の第六および第七の実施形態における可動型トランス１００，１１０と同様に、信号用コイル１２４ａ，１２４ｂの相対変位の自由度を高めることが出来る。そして、本実施形態から明らかなように、コイルヘッドの組が複数設けられる場合において、それらコイルヘッドの組の軸方向は必ずしも等しい方向でなくても良い。

以上、本発明の幾つかの実施形態について詳述してきたが、これらはあくまでも例示であって、本発明は、かかる実施形態における具体的な記載によって、何等、限定的に解釈されるものではない。

例えば、互いに対向位置せしめられる両コア部材１２，１２は同様の構造とされて、互いに略等しい内径寸法および外径寸法を有していたが、これらの寸法は必ずしも互いに等しくされている必要は無いのであって、伝送に支障が生じない程度に異ならされていても良い。

また、例えば前述の第三の実施形態におけるキャンセルコイル６６は必ずしも必要ではないが、例えばリード溝２２内にキャンセルコイルを設ける等しても良い。また、前述のノイズ除去回路７４は予め設定した所定の高周波電圧をキャンセルコイル６６に供給するようにされていたが、例えば、信号用コイル３６ｂに生ぜしめられるノイズ起電力を検出して、かかる検出結果に応じてキャンセルコイル６６に供給する高周波電圧の周波数や電圧を変化せしめる等しても良い。

その他、一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて種々なる変更，修正，改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもない。

本発明の第一の実施形態としての可動型伝送装置を説明するための説明図。同可動型伝送装置を説明するための断面説明図。同可動型伝送装置を構成するコイルヘッドの一方を説明するための上面説明図。同可動型伝送装置を概略的に説明するブロック図。同可動型伝送装置の適用例を説明するための一部断面説明図。本発明の第二の実施形態としての可動型伝送装置を説明するための断面説明図。本発明の第三の実施形態としての可動型伝送装置を説明するための説明図。同可動型伝送装置を概略的に説明するブロック図。本発明の第四の実施形態としての可動型伝送装置を説明するための説明図。本発明の第五の実施形態としての可動型伝送装置を説明するための説明図。本発明の第六の実施形態としての可動型伝送装置を説明するための説明図。本発明の第七の実施形態としての可動型伝送装置を説明するための説明図。本発明の第八の実施形態としての可動型伝送装置を説明するための説明図。

符号の説明

１０：可動型トランス、１２：コア部材、１４ａ，ｂ：電力用コイル、１８ａ，ｂ：コイルヘッド、２０：貫通孔、２２：リード溝、２４：底壁部、２６：内周壁部、２８：外周壁部、３２：端面、３４：端面、３６ａ，ｂ：信号用コイル

Claims

中心軸上に貫通孔を有する略円環形状の透磁性材に対して軸方向一方の端面に開口する周溝が形成されることによって該周溝の底壁部と内周壁部と外周壁部を有するコア部材とされていると共に、該内周壁部と該外周壁部の対向面間を該周溝に沿って周方向に延びる第一のコイル部材が該コア部材に組み付けられることによってコイルヘッドが構成されている一方、
該コイルヘッドの一対が用いられて、かかる一対のコイルヘッドが同一中心軸上で該中心軸回りに相対回転可能に配されていると共に、
各該コイルヘッドの該コア部材における該周溝の開口側の軸方向端面が中心軸方向で相互に対向位置せしめられており、
かかる一対のコイルヘッドにおける各該第一のコイル部材の一対が電磁結合の状態で連結されることによって電力及び信号の少なくとも一方の伝送を行なう第一の伝送路が構成されていると共に、
対向位置せしめられた一対の該コア部材の該貫通孔に跨って挿通されてこれら一対の該コア部材に跨って巻装された第二のコイル部材の一対を設けて、これら第二のコイル部材の一対が電磁結合の状態で連結されることによって電力及び信号の少なくとも一方の伝送を行なう第二の伝送路が構成されていることにより、
該第一の伝送路における該一対の第一のコイル部材の電磁結合によって誘起される磁路と、該第二の伝送路における該第二のコイル部材の電磁結合によって誘起される磁路とが、該一対のコア部材において互いに直交せしめられるようにしたことを特徴とする可動型伝送装置。
前記第一の伝送路が電力を伝送する電力用伝送路とされていると共に、前記第二の伝送路が信号を伝送する信号用伝送路とされている請求項１に記載の可動型伝送装置。
前記一対のコイルヘッドを構成する各前記コア部材が、互いに離隔して対向位置せしめられている請求項１又は２に記載の可動型伝送装置。
前記コイルヘッドを構成する各前記コア部材の少なくとも一つの外周に低透磁率部材が設けられている請求項１乃至３の何れか一項に記載の可動型伝送装置。
前記コア部材の一対が複数組設けられると共に、これら複数組のコア部材の一対の前記貫通孔に跨って挿通されてこれらコア部材の一対の組を互いに連結する連結コイル部材によって、それぞれのコア部材の一対に組み付けられる前記第二のコイル部材の一方が構成されている請求項１乃至４の何れか一項に記載の可動型伝送装置。