JP2002050531A - 信号及び電源伝送用ロータリジョイント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信号及び電源伝送用ロータリジョイントを大
型化することなく、かつ、送信アンテナ基板８と受信ア
ンテナ基板９の取り付けを、磁束に悪影響を与えること
のない位置で容易に行うことのできる信号及び電源伝送
用ロータリジョイントを提供すること。 【解決手段】 回転側と静止側のフェライトコアユニッ
トのフェライトコア（１５，１６）の、端面（１５ｂ、
１６ｂ）に、アンテナ基板（２５、２６）の取り付け用
の段差（１５ｄ、１６ｄ）を形成する。アンテナ基板
（２５、２６）は、パターン（２５ａ、２６ａ）の形成
されていない領域が、前記段差（１５ｄ、１６ｄ）に載
置されるように取り付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、信号及び電源伝送
用ロータリジョイントに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、静止体と回転体との間で非接触に
より電源を伝送するには、電磁誘導（相互誘導）及びリ
ング状アンテナを利用した信号及び電源伝送用ロータリ
ジョイントが用いられる。

【０００３】図９に示すように、信号及び電源伝送用ロ
ータリジョイントは、回転軸１を含んだ回転体２に固定
される回転側コアユニットと、回転軸１に対し静止する
静止体３に固定される静止側コアユニットとを備える。
両コアユニットのコア４，５は、両コア間に環状空室を
形成するように対向配置され、この環状溝内に両コアユ
ニットのコイル６，７が対向するように収納される。こ
の両コアユニット間の電磁誘導作用により、回転側コア
ユニットに誘導起電力が発生する。すなわち、静止側コ
イル７に高周波パルスを与えると、磁束が静止側コア５
から回転側コア４に回り込み、回転側コイル６に電流が
発生する。これにより、例えば回転体２側の電子機器に
給電され、回転体２側の電子機器は回転体２側の情報を
送信アンテナ基板８から静止体３側の受信アンテナ基板
９へと送信する。

【０００４】また、従来コア４，５としてフェライトコ
アを使用することで、磁束の集約効果を高め、効率の良
い伝送を行うようにしている。また、コア４，５として
図９乃至図１１に示すようなポット型フェライトコアを
使用することで、磁束の漏洩を防止し、磁束を通り易く
し、伝送効率を高めている。ポット型フェライトコアは
回転軸１が通る軸穴を中心に有し、軸穴の回りにコイル
６、７を収納する環状溝４Ｃ、５Ｃを有する。環状溝４
Ｃ、５Ｃの土手となる二つの環状壁の端面４ａ，４ｂ，
５ａ，５ｂが一対のポット型フェライトコア間で対峙
し、電磁誘導の磁束を通す。

【０００５】また、環状溝４Ｃ、５Ｃに収容されたコイ
ル６、７上には、図１１に示すように、環状溝４Ｃ、５
Ｃを覆う状態で、送信アンテナ基板８及び受信アンテナ
基板９が取り付けられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のような送信アン
テナ基板８及び受信アンテナ基板９の取り付け作業は次
のように行われていた。まず、図１１に示すように環状
溝４Ｃ、５Ｃにコイル６、７を収納した後、コイル６、
７上に形成される空間に図１１に斜線で示すように樹脂
を注入する。次に、その上に送信アンテナ基板８及び受
信アンテナ基板９を載置し、送信アンテナ基板８及び受
信アンテナ基板９側が鉛直下方側となるように逆さまに
した状態で樹脂を硬化させる。そして、その後、端面４
ａ，４ｂ側にはみ出した樹脂を削り落としていた。

【０００７】従って、作業が非常に煩雑であり、また非
常に効率が悪くなるという問題があった。更に、樹脂の
量によっては、送信アンテナ基板８及び受信アンテナ基
板９の表面位置と、端面４ａ，４ｂの位置とを合わせる
ことが難しく、図９のように対向させた際に、送信アン
テナ基板８と受信アンテナ基板９との間隔を精度良く設
定することが困難になるという問題があった。

【０００８】従来は、このような問題が生じない信号及
び電源伝送用ロータリジョイントとして、図１２に示す
形式の信号及び電源伝送用ロータリジョイントも用いら
れている。この信号及び電源伝送用ロータリジョイント
は、両コアユニットのコア４，５よりも、半径方向外側
にアンテナ基板の支持台１０、１１を設け、当該支持台
１０、１１上に送信アンテナ基板８と受信アンテナ基板
９を取り付ける構成になっている。

【０００９】従って、図９乃至図１１に示すような信号
及び電源伝送用ロータリジョイントにおいて生じてい
た、送信アンテナ基板８と受信アンテナ基板９の取り付
け作業時の問題は生じない。

【００１０】しかしながら、図１２に示す信号及び電源
伝送用ロータリジョイントによれば、ロータリジョイン
ト全体が半径方向に大きくなってしまうため、信号及び
電源伝送用ロータリジョイント自体の取り扱いが困難に
なったり、他の装置への取り付けが困難になるという問
題があった。

【００１１】この問題を解決するためには、支持台１
０、１１を両コアユニットのコア４，５により一層近接
させ、送信アンテナ基板８と受信アンテナ基板９を、両
コアユニットのコア４，５の間隙部に進入させるような
構成も考えられる。

【００１２】しかし、このような構成によれば、送信ア
ンテナ基板８と受信アンテナ基板９のパターンである磁
性体金属が、図１２に点線矢印で示す磁束の通り道に存
在することになり、当該磁性体金属に集中的に電流が流
れてしまう。その結果、送信アンテナ基板８と受信アン
テナ基板９が発熱したり、あるいは送信アンテナ基板８
と受信アンテナ基板９の間の信号伝送に大きな損失が生
ずるという問題があった。

【００１３】そこで、本発明は、上記諸問題点を解決
し、信号及び電源伝送用ロータリジョイントを大型化す
ることなく、かつ、送信アンテナ基板８と受信アンテナ
基板９の取り付けを、磁束に悪影響を与えることのない
位置で容易に行うことのできる信号及び電源伝送用ロー
タリジョイントを提供することを課題としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の信号及び
電源伝送用ロータリジョイントは、前記課題を解決する
ために、開口を有する環状溝が形成され、回転軸を含む
回転体に固定される回転側フェライトコアと、開口を有
する環状溝が形成され、当該開口が前記回転側フェライ
トコアの前記開口と所定間隔で対向するように、回転体
に対し静止する静止体に固定される静止側フェライトコ
アと、両フェライトコアの環状溝内にそれぞれ収納され
るコイルと、前記コイルが収納された両フェライトコア
の環状溝を覆うように両フェライトコアに取り付けられ
る環状の信号伝送用基板と、を備え、前記フェライトコ
アは、前記環状溝を形成する側壁部における前記環状空
室の開口側の端面には、前記信号伝送用基板を載置する
段差が形成されていることを特徴とする。

【００１５】請求項１記載の信号及び電源伝送用ロータ
リジョイントによれば、前記フェライトコアの、コイル
を収納する環状溝を形成する側壁部における前記環状溝
の開口側の端面には、段差が形成されている。従って、
前記信号伝送用基板を取り付ける際には、この段差に前
記信号伝送用基板を載置し、接着すれば良いので、取り
付け作業が極めて容易になる。また、段差の高さを予め
適宜設定しておくことにより、前記信号伝送用基板の表
面の位置決めを容易に行うことができ、前記信号伝送用
基板間の間隙を正確に保つことができる。

【００１６】請求項２記載の信号及び電源伝送用ロータ
リジョイントは、前記課題を解決するために、請求項１
記載の信号及び電源伝送用ロータリジョイントにおい
て、前記信号伝送用基板は、環状のプリント基板の片面
にリング状パターンが形成された基板であり、当該リン
グ状パターンは、前記段差に載置される縁部よりも内側
に形成されていることを特徴とする。

【００１７】請求項２記載の信号及び電源伝送用ロータ
リジョイントによれば、前記信号伝送用基板は、環状の
プリント基板の片面にリング状パターンが形成された基
板であり、縁部には、リング状パターンの形成されてい
ない領域がある。そして、前記段差部には、このリング
状パターンの形成されていない領域を載置する。つま
り、当該リング状パターンは、前記段差よりも内側に形
成されており、両フェライトコアの側壁部を通る磁束に
悪影響を与えることがない。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。

【００１９】図１乃至図３に示すように、この電源伝送
用ロータリジョイントは、回転軸１０と共に回転する回
転体に固定される回転側フェライトコアユニット１１
と、回転体に対し静止する静止体に固定される静止側フ
ェライトコアユニット１２とを備える。

【００２０】回転軸１０はローター、ローラー等のシャ
フトである。回転体と静止体は夫々金属製の回転支持板
１３と静止支持板１４で構成される。回転支持板１３は
ローター、ローラー等に固定され、静止支持板１４はベ
アリング２８を介してハウジング、フレーム等に固定さ
れる。両支持板１３，１４は望ましくはアルミニウム、
真鍮、ステンレス鋼等の非磁性体で円板状に形成され
る。支持板１３，１４は非磁性体で作られることにより
漏洩磁束により発熱し難くなり、フェライトコアユニッ
ト１１，１２を支持板１３，１４に固定するための接着
剤を劣化させない。

【００２１】回転側と静止側の両フェライトコアユニッ
ト１１，１２は夫々フェライトコア１５，１６を有し、
一方のフェライトコア１５は回転支持板１３に固定さ
れ、他方のフェライトコア１６は静止支持板１４に固定
される。

【００２２】両フェライトコア１５，１６には、それぞ
れ環状溝１５ｃ，１６ｃが形成され、この環状溝１５
ｃ，１６ｃ内にコイル１８，１９が対向配置され、一方
のコイル１８が回転側フェライトコア１５に固定され、
他方のコイル１９が静止側フェライトコア１６に固定さ
れる。

【００２３】両フェライトコア１５，１６の環状溝１５
ｃ，１６ｃ内には、回転側フェライトコアユニット１１
のコイル１８と静止側フェライトコアユニット１２のコ
イル１９とが収納されている。各コイル１８，１９は円
盤状に巻回され合成樹脂で固められており、それらの端
面１８ａ，１９ａ同士が対向するように回転側フェライ
トコア１５と静止側フェライトコア１６に夫々固定され
ている。図１に示すようにフェライトコア１５，１６に
は切欠２３が設けられており、各切欠２３からコイル１
８，１９のリード線が引き出される。リード線は各支持
板１３，１４に取付けられた電源用コネクタに接続され
る。

【００２４】両フェライトコア１５，１６の端面１５
ａ、１５ａには、図１及び図２に示すように段差１５
ｄ、１５ｄが形成されており、この段差１５ｄ、１５ｄ
に、送信アンテナ２５及び受信アンテナ２６が取り付け
られる。

【００２５】本実施形態では、段差の高さは、送信アン
テナ２５及び受信アンテナ２６の厚さに等しくなるよう
に設定されており、前記段差１５ｄ、１５ｄに送信アン
テナ２５及び受信アンテナ２６を載置し、接着するだけ
で、容易に送信アンテナ２５及び受信アンテナ２６の表
面と端面１５ａ、１５ａとを揃えることができる。

【００２６】従って、両フェライトコア１５，１６を位
置決めすることにより、送信アンテナ２５と受信アンテ
ナ２６との間隙を精度良く所定値に保つことが可能とな
る。

【００２７】回転支持板１３と静止支持板１４には図示
しない信号用コネクタが取付けられており、前記送信ア
ンテナ２５及び受信アンテナ２６と信号用コネクタとが
接続されている。

【００２８】以上のような本実施形態のロータリージョ
イントにおいて、回転軸１０が回転すると回転支持板１
３が静止支持板１４に対して回転する。回転支持板１３
は回転側フェライトコアユニット１１及び送信アンテナ
２５を保持して回転し、静止支持板１４は静止側フェラ
イトコアユニット１２及び受信アンテナ２６を保持した
まま定位置に静止する。

【００２９】静止側フェライトコアユニット１２のコイ
ル１９に高周波パルスを与えると、磁束が静止側フェラ
イトコア１６から回転側フェライトコアユニット１１の
フェライトコア１５に回り込み、図２中破線で示される
磁束の経路が確保される。この磁束の電磁誘導作用によ
り回転側フェライトコアユニット１１のコイル１８に電
流が流れる。

【００３０】これにより、例えば回転側の処理回路に給
電され、処理回路は作動可能となる。処理回路は回転側
の温度センサが発生した温度情報を送信アンテナ２５か
ら発信する。静止側では受信アンテナ２６で温度情報を
受信し所定の制御部へと送る。

【００３１】以上のような信号と電源の非接触伝送を行
うためには、フェライトコアユニット１１、１２及びア
ンテナ２５、２６の対向間隔を一定に保持することが重
要である。

【００３２】本実施形態のアンテナ２５、２６は、図４
及び図５に示すように、二重リングアンテナであり、各
アンテナ２５、２６が離れる程、通過損失が低下する傾
向がある。

【００３３】また、電源伝送においても、図６に示すよ
うに、各フェライトコアユニット１１、１２の対向距離
が大きくなるほど、出力電力は低下し、伝送効率も低下
する。しかし、密着状態から０．５ｍｍ程度であれば、
比較的十分な伝送とみなすことができる。

【００３４】そこで、本実施形態では、各フェライトコ
アユニット１１、１２の対向距離を０．２〜０．５ｍｍ
に設定し、良好な電源の伝送を行うように構成した。ま
た、上述したように、各アンテナ２５、２６は、段差１
５ｄ、１５ｄに取り付けるようにしたので、各フェライ
トコアユニット１１、１２の対向距離を０．２〜０．５
ｍｍに設定することにより、各アンテナ２５、２６の対
向距離も０．２〜０．５ｍｍに設定されることになり、
良好な信号の伝送が行われる。

【００３５】また、電源伝送時において、静止側からの
磁束の漏洩を出来る限り低減することが必要である。図
７及び図８は、各フェライトコアユニット１１、１２の
対向間隔を０．７ｍｍ、及び０．５ｍｍとした場合のフ
ェライトコア１５、１６内における磁束の分布のシミュ
レーション結果を示す図である。同図に示すように、ポ
ット型フェライトコアの中に、コイルを実装した後に残
る空間は、磁束の漏洩が少ないことが判る。

【００３６】そこで、本実施形態においては、この磁束
の漏洩が少ない領域に各アンテナ２５、２６を取り付け
るようにした。その結果、磁束によって各アンテナ２
５、２６のパターン２５ａ、２６ａが磁束の影響を受け
て発熱したりすることがないので、電源の伝送を良好に
行うことができる。

【００３７】また、各アンテナ２５、２６の前記段差１
５ｄ、１５ｄに取り付ける領域は、図２及び図５に示す
ように、アンテナ基板の長さＷの縁部である。この縁部
には、図２及び図５に示すように、パターン２５ａ、２
６ａ及びスルーホールパターン２５ｃ、２６ｃは形成さ
れていない。

【００３８】従って、フェライトコア１５、１６内を通
る磁束が、銅箔等から形成されるパターンを横切ること
がないので、前記発熱等を確実に防ぐことができる。

【００３９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、前記フェ
ライトコアの、コイルを収納する環状溝を形成する側壁
部における前記環状溝の開口側の端面には、段差が形成
されている。従って、前記信号伝送用基板を取り付ける
際には、この段差に前記信号伝送用基板を載置し、接着
すれば良いので、取り付け作業を極めて容易にすること
ができる。また、段差の高さを予め適宜設定しておくこ
とにより、前記信号伝送用基板の表面の位置決めを容易
に行うことができ、前記信号伝送用基板間の間隙を正確
に保つことができる。更に、ロータリージョイントの大
型化を確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電源伝送用ロータリジョイントの
概略を示す分解斜視図である。

【図２】本発明に係る電源伝送用ロータリジョイントに
おけるフェライトコアユニットの構成を説明するための
説明図である。

【図３】本発明に係る電源伝送用ロータリジョイントの
垂直断面図である。

【図４】本発明に係る電源伝送用ロータリジョイントに
用いられる信号伝送用基板を示す表面図である。

【図５】本発明に係る電源伝送用ロータリジョイントに
用いられる信号伝送用基板を示す裏面図である。

【図６】本発明に係る電源伝送用ロータリジョイントに
用いられるフェライトコアユニットの対向距離と、入力
電力、出力電力、及び伝送効率との関係を示すグラフで
ある。

【図７】本発明に係る電源伝送用ロータリジョイントに
用いられるフェライトコア内の磁束分布のシミュレーシ
ョン結果を示す図である（その１）。

【図８】本発明に係る電源伝送用ロータリジョイントに
用いられるフェライトコア内の磁束分布のシミュレーシ
ョン結果を示す図である（その２）。

【図９】従来の電源伝送用ロータリジョイントの垂直断
面図である。

【図１０】図９に示す電源伝送用ロータリジョイントの
ポット型フェライトコアの分解斜視図である。

【図１１】図９に示す電源伝送用ロータリジョイントに
おけるフェライトコアユニットの構成を説明するための
説明図である。

【図１２】従来の別の形態の電源伝送用ロータリジョイ
ントの垂直断面図である。

【符号の説明】

１０…回転軸 １１…回転側フェライトコアユニット １２…静止側フェライトコアユニット １３…回転支持板 １４…静止支持板 １５…回転側フェライトコア １６…静止側フェライトコア １５ｂ、１６ｂ…端面 １５ｃ、１６ｃ…環状溝 １５ｄ、１６ｄ…段差 １８…回転側コイル １９…静止側コイル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 開口を有する環状溝が形成され、回転軸
   を含む回転体に固定される回転側フェライトコアと、 開口を有する環状溝が形成され、当該開口が前記回転側
   フェライトコアの前記開口と所定間隔で対向するよう
   に、回転体に対し静止する静止体に固定される静止側フ
   ェライトコアと、 両フェライトコアの環状溝内にそれぞれ収納されるコイ
   ルと、 前記コイルが収納された両フェライトコアの環状溝を覆
   うように両フェライトコアに取り付けられる環状の信号
   伝送用基板と、を備え、 前記フェライトコアは、前記環状溝を形成する側壁部に
   おける前記環状溝の開口側の端面には、前記信号伝送用
   基板を載置する段差が形成されている、 ことを特徴とする信号及び電源伝送用ロータリジョイン
   ト。
2. 【請求項２】 前記信号伝送用基板は、環状のプリント
   基板の片面にリング状パターンが形成された基板であ
   り、当該リング状パターンは、前記段差に載置される縁
   部よりも内側に形成されていることを特徴とする請求項
   １記載の信号及び電源伝送用ロータリジョイント。