JP2001067449A - 非接触伝送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 能動モジュ−ルから受動モジュ−ルに対して
非接触で電力を供給すると共に、相互に情報信号を安定
に授受する非接触伝送装置を提供することにある 【解決手段】 例えば固定側に能動モジュ−ルＡを設置
し、回転あるいは自在に動く移動側に受動モジュ−ルＢ
を備えた少なくとも一組で構成された伝送装置であっ
て、電磁波を媒体として電磁界結合方式もしくは光結合
方式により、電力は一方向に情報信号は相互に授受する
非接触伝送装置に関するものである。一方の能動モジュ
−ルは、電力送信部から送電する電力専用の送信ヘッド
を備える。他方の受動モジュ−ルは、電力受信部の電力
専用の受信ヘッドが前記電力送信ヘッドに近接対向して
装着状態を形成した時に、非接触で供給された電力に平
滑処理等を施して当該受動モジュ−ルおよび付帯装置か
ら成る受動側装置各部の動作電源として用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固定側または移動側に
備えた伝送モジュール間で授受する情報信号を、光領域
を含む電磁波を媒体として非接触で電力を供給し、情報
信号を互いに伝送させする装置に係り、とくに能動モジ
ュ−ルおよび受動モジュ−ルの組として構成されたもの
に関する。すなわち、複数組の装置を結合して成る静止
機器および移動を伴う各種の装置において、例えば装置
本体の固定側に能動モジュ−ルを、比較的近接した他方
の移動する側に受動モジュ−ルを装備しておくことによ
り、各種の情報信号を非接触で伝送するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、無線通信方式による幾つかの交信
手段があり、例えば特開昭55-11782号公報の対象物識別
装置や特開昭 56-122246号公報の送信出力制御方式、あ
るいは実開昭59-86752号公報にみられるが、それらのよ
うな装置では、いずれも送信側および受信側のそれぞれ
に電源を備え、情報信号の送受信を行っている。

【０００３】また、この種のデ−タ伝送機器における安
定な伝送手段として、受信回路の受信信号の強度に応じ
増幅回路の利得を自動的に調節する自動利得制御（ＡＧ
Ｃ）回路が用いられている。しかし従来のＡＧＣ方式は
受信回路部分だけの利得を制御する場合が多い。また実
開昭52-34248号公報の固定−回転装置間の電力、信号伝
達装置や、実開昭58-187857号公報のデータ入出力カー
ドは、信号伝送距離が殆ど変動しない場合を対象にした
ものである。

【０００４】

【発明が解決すべき課題】このため本発明に係る装置の
如く、受動モジュールで必要とする電源等の電力を能動
モジュールから非接触で供給したうえで、受動モジュー
ルから発信するデータ等の情報を能動モジュールにおい
て非接触で受信する方式のものでに対しては、距離に比
例して大きくなる伝送損失が往復で効いてくる。

【０００５】故に、このような従来の技術では、能動モ
ジュ−ルと受動モジュ−ルとの間が比較的短距離であっ
ても、伝送距離の変動があれば能動モジュ−ルでは電力
送信回路の同調にかかわる要素や動作条件が変動するの
で伝送効率が変動し、その影響で伝送電力も変化する。
また受動モジュ−ルにおいては、伝送電力の変動が回路
の各部に影響し誤動作を起こすなどの影響が生じるので
解決が望まれている。

【０００６】

【発明の目的】本発明の目的は、能動モジュ−ルから受
動モジュ−ルに対して非接触で電力を供給すると共に、
両モジュ−ル間の伝送距離の変動に拘わらず相互に情報
信号を安定に授受する非接触情報伝送装置モジュールを
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の非接触情報伝送
装置モジュールは、例えば固定側に能動モジュ−ルを設
置し、回転あるいは自在に動く移動側に受動モジュ−ル
を備えた少なくとも一組で構成された伝送装置モジュー
ルであって、電磁波を媒体として電磁界結合方式もしく
は光結合方式により、電力は一方向に、情報信号は相互
に授受する非接触伝送装置に関するものである。一方の
能動モジュ−ルは、電力発送用周波数の電力を形成する
発振回路およびその発振回路の出力を、電力送信部から
電磁誘導結合方式もしくは光結合方式により前記受動モ
ジュ−ルに送電する電力専用の送信ヘッドを有し、非接
触で伝送する手段を備える。

【０００８】他方の受動モジュ−ルは、電力受信部の電
力専用の受信ヘッドが前記電力送信ヘッドに近接対向し
て装着状態を形成した時に、非接触で供給された電力に
平滑処理等を施して当該受動モジュ−ルおよび付帯装置
から成る受動側装置各部の動作電源として用いる。さら
に前記付帯装置は、例えば図形や数値等のデジタルやア
ナログ的なデータ情報や光、音波などの映像、音声情報
の如く各種の形態で導入される外部情報、あるいはそれ
らの情報処理に関する蓄積情報等と共にを変換してされ
た情報伝送信号を形成して前記受動モジュ−ルの信号送
受信部に入力する手段、およびそれとは逆の経路で信号
送受信部の側から前記付帯装置に入力される情報伝送信
号を外部へ出力する手段を含むものである。

【０００９】そしてこの場合、前記付帯装置から受動モ
ジュ−ルの信号送受信部に入力された情報伝送信号は、
信号伝送用周波数の発振出力と共に変調して成るＦＭ波
信号に形成され、送受信ヘッドから能動モジュ−ルに向
けて送信する機能を有する。また能動モジュ−ルは、受
信した前記ＦＭ波信号を信号送受信部で前記情報伝送信
号に復調し、その外部接続装置に出力する。されて認識
したり、外部の通信回線を通して出力することができ
る。

【００１０】この場合、復調した情報信号から電源電圧
の変化に伴う信号強度および前記受信電力変化量に係る
信号強度を抽出して検知する手段を備えている。このＦ
Ｍ波信号の復調によって抽出される検知信号は、受動側
装置内部の動作情報である。故に能動モジュールＡ側で
受信した検知信号に応じて発送電力や送信情報の出力制
御を行う手段を備えるように構成したものである。また
能動モジュ−ルＡの外部装置３ａから入力される外部情
報は、前述のように変調し受動モジュ−ルＢの側に送信
されるという回路が構成されている。

【００１１】あるいは、外部接続装置の側から能動モジ
ュ−ルに対して入力される情報伝送信号を、信号受信部
において変調しＦＭ波信号として送受信ヘッドから送信
し、これを受動モジュ−ルの側で復調したうえ前記付帯
装置において各種形態の外部情報に変換し出力させる手
段を備えてもよい。

【００１２】このようにして、能動モジュ−ルと受動モ
ジュ−ルとの伝送距離の変動に拘わらず、相互に情報信
号を安定に授受するように構成したことを特徴とするも
のである。

【００１３】またなお、電磁波の授受を電磁誘導結合方
式で行う場合の送信ヘッドと受信ヘッドの形式は、その
適用周波数に応じて定められるが基本的にはコンデンサ
を接続したコイルで構成される。故に、電力伝送のよう
に低周波の電磁波を扱う場合には電磁誘導コイルが適用
され、通信情報を扱う場合のように高周波領域の電磁波
に対してはアンテナが適用されることはいうまでもな
い。なお、能動モジュ−ルと受動モジュ−ルとが行う非
接触伝送において、電力送信ヘッドから電力受信ヘッド
に向けて行う電力の伝送と、送信ヘッドと受信ヘッド間
で相互に授受する情報信号の伝送との、何れか一方を電
磁誘導結合方式で、他方を光結合方式で伝送するように
構成できることはいうまでもない。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明に係わる電力や情報信号を
非接触で伝送する媒体として用いられる電磁波は、商用
周波数以上の交流で低周波からマイクロ波を含むもので
あり、さらに紫外から赤外に至る光も伝送媒体として適
用されるものである。

【００１５】本発明の基本的構成とその作用を、図１に
基づいて説明する。能動モジュールＡの動作には既設の
商用交流電源ＡＣを用い、電力送信部１ａに接続された
電力送信ヘッド４ａから電力伝送用周波数ｆ１の電磁波
により電力を発送する。受動モジュールＢは、その電力
受信ヘッド４ｂに電力送信ヘッド４ａが近接対向して装
着状態を形成している時に、非接触方式で電力を受電す
る。この受信電力は、電力受信部１ｂで整流平滑されて
当該モジュール各部および付帯装置３ｂから成る受動側
装置各部に供給され動作電源として用いられる。

【００１６】付帯装置３ｂは、その外部から入力される
デジタルあるいはアナログ的な情報伝送信号を、信号送
受信部２ｂで変調したうえで信号送受信ヘッド５ｂから
送信される。これを能動モジュールＡの信号送受信ヘッ
ド５ａを介して受信し信号送受信部２ａで復調し処理す
る。そして、外部接続装置３ａに出力するように構成さ
れている。同様に、他方の能動モジュールＡの側から入
力された情報信号は、受動モジュールＢから付帯装置３
ｂに伝送され、その情報内容に応じた出力として認識す
ることができる。

【００１７】双方のモジュールＡとＢのそれぞれに備え
られた信号送受信部２ａと２ｂは、信号伝送用周波数ｆ
２などの搬送波を所定の情報信号でそれぞれ変調または
復調する機能を有する部分である。そしてさらに、受動
モジュールＢから送信される情報伝送信号は、能動モジ
ュールＡの側に備えた外部接続装置あるいは通信回線Ｔ
Ｌを介して外部との交信を可能にするものである。

【００１８】次に、本発明の非接触情報伝送装置モジュ
ールにおいて、能動モジュールＡと受動モジュールＢと
の間で行われる電力および情報の伝達経路や原理的作用
の理解を容易にするため、図２の構成に基づき実施例の
態様を詳細に説明する。能動モジュ−ルＡの電力送信部
は、電力発送用周波数を発振するｆ１発振回路１の出力
を、ＲＦ（高周波）バッファアンプ２を経てＲＦパワ−
アンプ３により電力増幅し、その電磁波を電力送信ヘッ
ド専用の電磁コイル４から輻射する。

【００１９】この電磁波は、受動モジュ−ルＢの電力受
信ヘッド専用の電磁コイル５に捕捉されたのち、整流平
滑回路６により直流Ｅとなり、電源回路１８から受動モ
ジュ−ルＢ内の各回路および付帯装置３０の動作用とし
て供給される。故に、受動モジュ−ルＢは見掛け上無電
源で動作するものである。

【００２０】この場合、電力伝送に係わる電力送信ヘッ
ド４と電力受信ヘッド５との伝送距離が大きくなるにつ
れて電力受信ヘッド５に誘導される電力は大きく減衰す
る。本装置の如く移動部と固定部とが近接対向した場合
にのみ電力を伝送する機構では、一般に数粍（1〜10m
m）程度の伝送が安定にできれば十分であり、数糎以内
であれば伝送効率が極端に低下するほどでもない。

【００２１】また、受動モジュ−ルＢの付帯装置３０の
回路から入力されるアナログデ−タＤｉなどの情報は、
ＡＦ（低周波）アンプ７によってスケ−リングなどの必
要な処理が行なわれた後、信号伝送用周波数を発振する
ｆ２発振回路８の出力と共にＦＭ（周波数変調）回路９
においてＦＭ波を形成し、ＲＦパワ−アンプ１０によっ
て電力増幅されて情報伝送専用の信号送信ヘッドアンテ
ナ１１から空中へ電磁波として輻射される。

【００２２】このＦＭ波は、能動モジュ−ルＡの信号受
信ヘッドアンテナ１２により捕捉され、次のＲＦアンプ
１３で増幅された後、ＦＭ検波回路１４によって元の伝
送情報に復調される。そしてＡＦ（低周波）バッファア
ンプ１５を経たうえで、情報信号Ｄｏとして出力され、
その情報を出力状況の表示手段により観測することもで
きる。

【００２３】この場合ＲＦアンプ１３の出力の一部は、
キャリア検波回路１６によって検波し、能動モジュ−ル
Ａにおける回路制御用信号として用いる。例えば図２に
例示したように直流化され適当な時定数回路１７などを
経て、ＲＦバッファアンプ２やＲＦパワ−アンプ３の電
源に直列に挿入された電圧制御回路１９の制御端に印加
する。このような手段は電力の発送出力の自動制御など
に適用することができる。本発明の実施例では、電圧制
御回路１９によってＲＦバッファアンプ２やＲＦパワ−
アンプ３の電源電圧を自動的に調整してＲＦ出力を制御
するようにしたものである。

【００２４】このような電源の安定化手段と並行に、能
動モジュールＡの信号受信部において受信した信号強度
を電力送信部に常時ネガティブフイードバック、すなわ
ち受信した信号強度が弱いときには電力送信部の出力を
増強し、逆の場合には低減させるような動作を自動的に
行うように回路を構成することによって、常に受動モジ
ュールＢに到達する電力の均一化をはかるようにした。

【００２５】次に、図３は電力送信系の伝送媒体として
光を、また信号系の伝送媒体として電磁波を使用した例
である。但し情報信号は両モジュ−ル間において双方向
伝送で行われることはいうまでもないが、ここでは伝送
経路の説明を簡明にするため、受動モジュ−ルＢから能
動モジュ−ルＡに向けて伝送される場合について述べる
ことにする。能動モジュールＡの光学送信ヘッド２０
（ヘッドの構成は後述）から放射された電力発送用の光
束は受動モジュールＢの光／電気変換機能を持つ光学受
信ヘッド２１に捕捉される。その出力の一部は平滑回路
２２によって直流出力Ｅとなり、受動モジュ−ルＢの各
回路および付帯装置３０の動作電源として供給される。

【００２６】そして他の一部は、適当な時定数を持つ時
定数回路１７を経て、サブキャリア１発振変調回路２３
によって光学受信ヘッド２１の出力に対応した変調波Ｆ
ｓ１となる。また、受動モジュ−ルＢの付帯装置３０の
関係回路で得られたデ−タ等の情報信号Ｄｉ２は、ＡＦ
アンプ７においてスケ−リングなどの必要な処理を施さ
れ、次のサブキャリア２発振変調回路２４を経ることに
よって育成されたデ−タ信号Ｄｉ２などの情報に対応し
た変調波Ｆｓ２となる。

【００２７】そして前記変調波Ｆｓ１と共にミキサ回路
２５によって混合され、更にメインキャリア発振回路２
６の出力で駆動されるＦＭ回路９に入力されてＦＭ波が
形成される。次にＲＦパワ−アンプ１０において電力増
幅を受けた後、信号送信ヘッド１１から電磁波の情報信
号として空間に放射される。これを能動モジュ−ルＡの
信号受信ヘッド１２により受信した後、ＲＦアンプ１３
において増幅し、メインキャリアに対するＦＭ検波回路
１４によってサブキャリアによる変調波Ｆｓ１’および
変調波Ｆｓ２’の混合波として復調する。

【００２８】これらの変調波のうちデ−タ信号Ｆｓ２’
は、サブキャリア２検波回路２７によって復調され、Ａ
Ｆバッファアンプ１５を経てデ−タ出力信号Ｄｏ２など
の情報として、外部接続装置３１に出力される。また光
学受信ヘッド２１の出力に対応した変調波Ｆｓ１’は、
サブキャリア１検波回路２８によって復調された後、Ａ
Ｆパワ−アンプ２９の出力を制御する目的でその電源回
路に直列に挿入された電圧制御回路等に印加される。

【００２９】（変形例）上記実施例では、変調にＦＭ方
式を用いたが、これは通常無線通信などで用いられる各
種の変調方式を殆ど適用できることは自明であり、上述
の制御と共に各モジュ−ル内の受信系のみを対象とした
通常のＡＧＣを併用することもあり得る。

【００３０】上記実施例の如く非接触で行なわれる電力
伝送と情報伝送に係る媒体が双方とも電磁波であるよう
な場合には、大きな出力の電力伝送系に係わる電磁界が
情報伝送系に影響しないように異なる周波数を使用すれ
ばよいが、フィルタリングやシールディングを行うこと
も有効である。

【００３１】なお、伝送効率を考慮したうえで、磁性体
コアを使用せず空心コイルを用いても良いし、何れか片
方のコイルのみに磁性体コアを使用し片方を空心コイル
としてもよい。また、受動モジュ−ルを回転するシャフ
トのようなものに取付けて使用する場合であれば、その
外側に空隙をおいて固定した能動モジュ−ルを同軸状に
構成することもできる。あるいは、受動モジュ−ルを設
置する装置が平板状をしたものであれば、ヘッドの形状
も平面的なものが要求されることになるが、このような
場合にはプリント配線を利用した単巻または積層プリン
トコイル等を適用して対応できる。

【００３２】図３の実施例に示した光学送信ヘッド２０
としては、高出力ＬＥＤや半導体レ−ザまたは光出力変
調器のついたガスレ−ザなどの電気／光変換素子と、レ
ンズなどの光学系から構成されたものが使用できる。光
学受信ヘッド２１としては、フォトトランジスタ、フォ
トダイオ−ド、ＣｄＳあるいは光電管などの光／電気変
換素子と、光学送信ヘッドの発生光のみを透過させ外乱
光を減衰させるような分光特性をもった光学フイルタを
組み合わせた光学系などが適用できる。これらの光学系
にはレンズのほかに反射鏡などを用いることができる。

【００３３】また上記実施例では発送電力を自動的に制
御するための受信強度の変化を、能動モジュールＡにお
ける信号伝送用周波数に係わる受信系から抽出したが、
これは同モジュールにおける電力伝送用の周波数または
光に係わる受信系から抽出しても全く同様に行なうこと
ができることはいうまでもない。

【００３４】

【発明の効果】本発明は固定側装置と移動側装置とから
なる１組の装置の一方に能動モジュールを、他方に受動
モジュールを設けて、電力は能動モジュールから受動モ
ジュールに向けて送信し、信号は両モジュール間で送受
信するようにしたため、固定側装置に対して移動側装置
を移動させながら信号の授受を行うことができる。しか
も電力および信号の送信出力を制御するため、両者とも
に安定的に授受することができる。また、電力は電磁コ
イルを用いて、また信号はアンテナを用いて授受するた
め、それぞれ高能率での授受が行われる。さらに、電力
伝送、信号伝送の少なくとも一方を光とすることによっ
て互いに干渉のない伝送を行うことができる。そして、
信号送受信部に信号変換手段を組み合わせることによ
り、伝送した信号を種々の形態で利用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成と作用を説明するブロック線図。

【図２】本発明における電力および情報信号の非接触伝
送を電磁界誘導結合方式で行う実施例の態様を説明する
ブロック線図。

【図３】本発明における電力および情報信号の非接触伝
送を光結合方式と電磁界誘導結合方式とを併用して行う
実施例の態様を説明するブロック線図。

【符号の説明】 １ａ 電力送信部 １ｂ 電力受信部 ２ａ，２ｂ 信号送受信部 ３ａ 外部接続装置 ３ｂ 付帯装置 ４ａ 電力送信ヘッド ４ｂ 電力受信ヘッド ５ａ，５ｂ 信号送受信ヘッド ｆ１ 電力伝送用周波数 ｆ２ 信号伝送用周波数 ＡＣ 交流電源 Ｅ 直流 ＴＬ 通信回線 １ ｆ1 発振回路 ２ ＲＦバッファアンプ ３ ＲＦパワ−アンプ ４ 電力送信ヘッド ５ 電力受信ヘッド ６ 整流平滑回路 ７ ＡＦアンプ ８ ｆ2発振回路 ９ ＦＭ回路 １０ ＲＦパワ−アンプ １１,１２ アンテナ １３ ＲＦアンプ １４ ＦＭ検波回路 １５ ＡＦバッファアンプ １６ キャリア検波回路 １７ 時定数回路 １８ 電源回路 １９ 電圧制御回路 ２０ 光学送信ヘッド ２１ 光学受信ヘッド ２２ 平滑回路 ２３ サブキャリア１発振変調回路 ２４ サブキャリア２発振変調回路 ２５ ミキサ回路 ２６ メインキャリア発振回路 ２７ サブキャリア２検波回路 ２８ サブキャリア１検波回路 ２９ ＡＦパワ−アンプ ３０ 付帯装置 Ａ 能動モジュ−ル Ｂ 受動モジュ−ル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固定側装置および移動側装置をそなえ、こ
   れら両装置の何れか一方に能動モジュールを、他方に受
   動モジュールを有し、前記能動モジュールから前記受動
   モジュールに向けて電力伝送用電磁波を送信し、前記両
   モジュール相互間で情報信号伝送用電磁波を送受信する
   ようにした少なくとも１組の装置からなる非接触伝送装
   置において、 前記能動モジュールは、電力送信ヘッドを含み電力伝送
   用電磁波を送信する電力送信部と、信号送受信ヘッドを
   含み情報信号を伝送する電磁波を送受信する信号送受信
   部と、この信号送受信部が前記受動モジュールから受信
   した電力および信号の大きさに関する制御信号を形成し
   前記電力送信部および信号送受信部の各送信出力を制御
   する電力制御部とをそなえ、 前記受動モジュールは、前記能動モジュールと近接対向
   したときに電力用電磁波の受信および情報信号用電磁波
   の送受信を行うために、電力受信ヘッドを含み前記能動
   モジュールの電磁コイルからの電力伝送用電磁波を受信
   し、さらに整流、平滑して電源用電力を形成する電力受
   信部と、信号送受信ヘッドを含み前記電力受信部から給
   電されて前記能動モジュールの信号送受信部との間で前
   記能動モジュールからの電力および信号の受信状況を含
   む情報信号の授受を行う信号送受信部とをそなえ、 前記信号送受信部は、ＦＭ変調された情報信号を送信
   し、受信したＦＭ変調信号を復調して他の機器に対して
   与えるようにしたことを特徴とする非接触伝送装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の非接触伝送装置において、 前記電力送信ヘッドおよび電力受信ヘッドは電磁コイル
   であり、前記信号送受信ヘッドはアンテナである非接触
   伝送装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の非接触伝送装置において、 前記電力伝送用電磁波および信号伝送用電磁波の少なく
   とも一方として、光を用いる非接触伝送装置。
4. 【請求項４】請求項１記載の非接触伝送装置において、 前記信号送受信部は、他の機器との信号授受のための信
   号変換手段を有する非接触伝送装置。