JP2003179525A - 非接触伝送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非接触で電力および情報信号の伝送を行う能
動モジュールおよび受動モジュールを備え、これら両モ
ジュールが比較的簡単な構成でありながら、情報信号の
状態を制御し安定な伝送を行い得る非接触伝送制御装置
を提供すること。 【解決手段】 能動モジュールを有する固定側装置と、
受動モジュールを有し前記固定側装置に対して離間して
無線通信し得る移動側装置とを備え、能動モジュールに
設けられた第１のヘッドと、受動モジュールに設けられ
た第２のヘッドとの間で、電磁波により非接触方式で電
力を制御し負荷へ給電するようにした少なくとも一組の
装置である。受動モジュールは、付帯装置から得たデー
タ信号を第２ヘッドから能動モジュールの第1のヘッド
を介して能動モジュールの信号受信部に向けて送信す
る。信号受信部は、データ信号とともに送られる制御信
号を取り出して受動モジュールに対する信号送信を制御
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非接触伝送装置、すな
わち比較的近接し対向して配置された固定部および移動
部の各装置間で授受するデジタル信号やデジタル化され
たデータ信号またはアナログ信号などの情報信号を、光
領域を含む電磁波を媒体として非接触で伝送させる装置
に係り、とくに能動モジュールおよび受動モジュールの
組として構成されたものに関する。

【０００２】すなわち、複数組の装置を結合してなる静
止機器およびＮＣ工作機械，ロボット装置，搬送装置な
どの自動機械あるいは車両とか飛翔体などのような移動
を伴う各種の機械装置等に適用される。そして、本体の
固定側と他方の運動や移動を行う側との何れか一方に能
動モジュールを、他方に受動モジュールを装備する。こ
れにより、能動モジュールの送信ヘッドから受動モジュ
ールの受信ヘッドに対し、電磁波または光などにより非
接触で電力や指令制御信号等の情報信号を送信したり、
受動モジュールの送信ヘッドからは種々のデータ信号、
例えば形状、位置、歪、温度、色彩など各種の情報信号
や電力信号を非接触で伝送したりするものである。

【０００３】

【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、例えば対象物から固有のマーカ符号を抽出
するようにした識別装置や、受信局の検出情報に応じて
送信出力を制御する方式にみられるような装置では、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。また、従来のデータ入出
力カードでは電源の供給方法などに難点があった。

【０００４】

【発明が解決すべき課題】固定側装置と移動側装置とを
有する複数の装置間において、電力の供給および情報信
号の送受信を行う場合、従来の接点による接触結合方式
では高精度化に問題があった。また、本発明装置に類す
る伝送装置の安定化の手段として、従来は、モジュール
内部の受信回路において受信信号の強度に応じ自動的に
増幅回路の利得を調節するＡＧＣ(Automatic Gain Cont
rol)回路が用いられている。しかし、この場合のＡＧＣ
は受信回路部分だけの利得を制御する場合が多い。

【０００５】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。

【０００６】このような従来の技術では、能動モジュー
ルと受動モジュールとの間が比較的短距離であっても、
能動モジュールの電力送信回路の同調に係る要素や動作
条件が変動すると、伝送効率が変動しその影響で伝送電
力も変化する。また受動モジュールにおいては、伝送電
力の変動や回路内部における伝送信号の状態が不安定に
なりやすい。

【０００７】また、例えば伝送距離が殆どゼロになるよ
うな状態のときは、受動モジュールの情報受信回路は強
電界のためにＡＧＣのみでは利得の補正がし切れず、入
力段階で飽和し伝送不能になる場合がある等、解決が望
まれている。

【０００８】

【発明の目的】本発明の目的は、非接触で電力および情
報信号の伝送を行う能動モジュールおよび受動モジュー
ルを備え、これら両モジュールが比較的簡単な構成であ
りながら、情報信号の状態を制御し安定な伝送を行い得
る非接触伝送制御装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、本
発明では、能動モジュールを有する固定側装置と、受動
モジュールを有し前記固定側装置に対して離間して無線
通信し得る移動側装置とを備え、前記能動モジュールに
設けられた第１のヘッドと、前記受動モジュールに設け
られた第２のヘッドとの間で、電磁波により非接触方式
で電力を制御し負荷へ給電するようにした少なくとも一
組の装置であって、前記能動モジュールは、電力送信部
と信号受信部とを含み、前記電力送信部は、前記第２の
ヘッドに向けて電力と情報信号とを含む出力信号を電磁
波として送信する手段と、前記信号受信部から受けた制
御信号に基づいて前記出力信号を制御する手段とを備
え、前記信号受信部は、前記第1のヘッドにより受信し
た前記制御信号およびデータ信号を含む信号の復調処理
を行う手段と、前記データ信号を前記信号受信部から当
該能動モジュールの外部回路に送出する手段とを備え、
前記信号受信部で受信される前記制御信号は前記受動モ
ジュールとその付帯装置とを含む前記移動側装置の内部
における信号の状態に基づく制御情報であり、前記受動
モジュールは、電力受信部と信号送信部とを含み、前記
電力受信部は、前記第２のヘッドが前記第１のヘッドと
近接したときに前記電磁波を受信して処理する手段と、
前記出力信号の一部について整流、平滑し電源用電力を
形成して当該受動モジュールと前記付帯装置に給電する
手段とを有し、前記信号送信部は、前記電源用電力が与
えられて前記出力信号に対応して変調された変調波を形
成し、その前記制御信号を含む変調波を前記第２のヘッ
ドを介して前記能動モジュールにフィードバックする手
段と、前記電源用電力が与えられて前記付帯装置から供
給される前記データ信号を入力する入力手段と、前記デ
ータ信号により変調した変調波を前記能動モジュールの
前記信号受信部に送信する手段とを備えることを特徴と
する非接触伝送装置、を構成したものである。また、前
記能動モジュ−ルの前記電力送信部から送信された電力
を前記受動モジュ−ルで受電した上で、その変化量を前
記制御信号として前記信号送信部から前記能動モジュ−
ルの前記電力送信部に対しフィ−ドバックすることによ
り、前記電力送信部の送信電力を制御するように構成し
たことを特徴とする非接触伝送装置、を提供するもので
ある。なお、電磁波の送信と受信とを行う第1のヘッド
および第２のへッドは、それぞれコンデンサを並列接続
したコイルとして、あるいは光電変換素子によって構成
される光ヘッドとして構成してもよい。

【００１０】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。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の基本構成は、能動モジュ
ールに備えた第1のヘッドから受動モジュールに備えた
第２のヘッドに向けて電力伝送用電磁波を送信し、受動
モジュールから能動モジュールに信号伝送用電磁波を伝
送する非接触伝送装置としてのものである。

【００１２】図１は、能動モジュールで受信した受動モ
ジュールからの情報信号の信号強度に基づいて、電力の
発送出力を自動的に制御する手段を備えた装置の実施例
を説明するブロック線図である。図中、Ａは能動モジュ
ール、Ｂは受動モジュールを表わしており、能動モジュ
ールＡは電力や情報信号を扱う電力送信部および情報信
号を受信する信号受信部などを有し、受動モジュールＢ
は電力や情報信号を受けて処理する電力受信部および情
報信号を送信する信号送受信部などを有している。

【００１３】能動モジュール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を経て受けるＲＦパワーア
ンプ３により電力増幅し、電磁送信ヘッド４（ヘッドの
構成は後述）からその電磁波を放射する。この電磁波
は、受動モジュールＢの電磁受信ヘッド５に捕捉された
のち、整流平滑回路６により直流Ｅ１とされて受動モジ
ュールＢ内の各回路および付加回路の動作用電源として
供給されるので、受動モジュールＢは見掛け上無電源で
動作する。

【００１４】この場合、電力伝送に係わる電磁送信ヘッ
ド４と電磁受信ヘッド５との距離が大きくなるにつれて
電磁受信ヘッド５に誘導される電力は大きく減衰する。
また、受動モジュールに付帯した装置の回路等から入力
されるアナログデータＤｉ１などの情報は、ＡＦ（低周
波）アンプ７によってスケー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の出力とともに変調回路９において変調信号とな
り、ＲＦパワーアンプ１０によって電力増幅されて電磁
送信ヘッド１１から空中へ電磁波として放射される。

【００１５】この電磁波は、能動モジュールＡの電磁受
信ヘッド１２により捕捉され、次のＲＦアンプ１３で増
幅された後、検波回路１４によって元のデータなどの情
報に復調され、ＡＦバッファアンプ１５を経たうえで、
出力データＤｏ1などの情報として出力したり、その出
力状況を観測したりすることができる。

【００１６】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、直流化され適
当な時定数回路１７およびゲイン調整用の可変抵抗器１
８を経て、ＲＦバッファアンプ２やＲＦパワーアンプ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
印加される。このようにして、先に述べたように電力の
発送出力を自動的に制御することができる。

【００１７】なお、このような発送出力を制御する一般
的な方法としての、バッファアンプやパワーアンプのバ
イアス値を調節する手段を適用してもよいことはいうま
でもない。それらの値を大幅に変化させるには、真空管
の場合でいう動作級（Ａ，Ｂ，Ｃ級など）を変化させる
ことになり、効率やリニアリティなどの面から見て好ま
しくない。したがって、本発明の実施例では、バイアス
値を変えるのではなく、電圧制御回路１９によってＲＦ
バッファアンプ２やＲＦパワーアンプ３の電源電圧を自
動的に調整することによってＲＦ出力を制御するように
している。

【００１８】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・フィードバック、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フィードバッ
ク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に到達する電力の一定化を図
るようにした。なお、本発明の実施例の如く非接触で行
なわれる電力伝送および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
る周波数を使用したり、フィルタリングやシールディン
グを行ったりすることも必要である。

【００１９】電磁界用の送信ヘッド４と１１および受信
ヘッド５と１２は、それぞれコンデンサを並列に接続し
たコイルを用いることができ、電磁送信ヘッド４および
電磁受信ヘッド５については、電力用と情報信号用との
２つのコイルを別個にそれぞれ単巻として２対分使用し
てもよい。しかし、能動モジュールと受動モジュールと
を単に対向させて使用するような場合には、周波数特性
の異なる電力用および情報信号用の２種類の磁性体コア
にそれぞれコイルを巻いたものを一体化して１個のヘッ
ドにし、一方を送信用、他方を受信用にすれば一対だけ
で済ますことができ、全体の形を小さくすることができ
る。

【００２０】電力または情報信号の伝送効率を考慮した
うえで、磁性体コアを使用せずに空心コイルにしても良
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、受動モジュールを
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
ールを同軸状に構成することもできる。あるいは、例え
ば受動側モジュールを設置した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
て単巻または積層プリントコイルを形成することにより
対応できる。

【００２１】次に、図２は、本発明の一実施例の構成を
示したものである。この実施例では、能動モジュールＡ
から発送された電力の大きさの変化を受動モジュールＢ
で受信した上で、その変化量を能動モジュールＡにフィ
ードバックし、能動モジュールＡにおいて受信した信号
強度に応じて電力の発送出力を自動的に制御し、全体と
して受動モジュールＢに伝送される電力を一定にするよ
うに構成されている。この実施例も、能動モジュールＡ
から受動モジュールＢに向けて電力とともに指令制御信
号等を含む情報信号を伝送する手段は前述と同様である
から、説明を省略する。

【００２２】但し、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。能動モジュールＡの光学送信ヘッド２０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Ｅ2とな
り、受動モジュールＢの各回路および付帯する外部回路
における動作電源用として供給される。

【００２３】そして、他の一部は、適当な時定数を持つ
時定数回路１７およびゲイン調整用の可変抵抗器１８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Ｆｓ１となる。ま
た受動モジュールＢに付帯した外部回路で得られたデー
タ信号Ｄｉ2などの情報は、ＡＦアンプ７においてスケ
ー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ー
タ信号Ｄｉ2などの情報に対応した変調波Ｆｓ2となる。

【００２４】そして変調波Ｆｓ2は、変調波Ｆｓ1ととも
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２６の出力で駆動される変調回路９に入力さ
れて変調波となる。この変調波は、ＲＦパワーアンプ１
０において電力増幅を受けた後、信号用の電磁送信ヘッ
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、能動モジュールＡでは、電磁受信ヘッド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。

【００２５】これらの変調波のうちデータ信号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を経てデータ出力信号Ｄｏ2など
の情報として、外部回路において使用される。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、時定
数回路１７およびゲイン調整用の可変抵抗器１８を経
て、ＡＦパワーアンプ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１９の制御
入力に印加される。

【００２６】そして、ＡＦパワーアンプ２９の出力は、
電／光変換機能を持つ光学送信ヘッド２０から光束に変
換されて受動モジュールＢに向けて放射される。このよ
うに能動モジュールＡから発送された電力の変化を、受
動モジュールＢで受信した上で、その発送電力の出力に
係る信号強度として能動モジュールＡに返送する。能動
モジュールＡは、受信した情報信号の信号強度の値に応
じて電力送信部にネガティブ・フィードバックを掛ける
ことにより、モジュール間の距離変化に関係なく信号強
度をほぼ一定に保つことができる。能動モジュールＡ、
受動モジュールＢ間の送受信は、光を含む電磁波を種々
組み合わせて行うことができ、光送信および電磁受信を
行う一方のヘッドと、光受信および電磁送信を行う他方
のヘッドとを図示以外の組合せで利用することができ
る。

【００２７】（変形例）上記実施例の変調方式に換え
て、通常の無線通信などで用いられる各種の変調方式の
殆どを適用できることは自明であり、上述の制御ととも
に各モジュール内の受信系のみを対象とした通常のＡＧ
Ｃを併用することもあり得る。

【００２８】また、図２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
出力変調器の付いたガスレ−ザなどの電／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持つ光学フイル
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。

【００２９】

【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、外部にある付帯装置からの
データ信号は受動モジュールから能動モジュールに向け
て伝送するようにしたものである。しかも、受動モジュ
−ルから伝送された情報信号を能動モジュ−ルの信号受
信部で受信した信号強度に基づいて、電力送信部の出力
信号を自動的に制御できるので、移動側装置のデータ信
号を含む情報伝送を安定に行うことができる。また、本
発明の受動モジュールのように非接触で供給された動作
電力を用い、電磁波によってデータ信号その他の情報信
号の送受信時に変、復調を行うことは、電子回路の簡単
化と少ない消費電力で正確に情報の授受を行わせる上に
有効な手段であって、情報処理の目的とシステムの構成
に応じて各種の変調方式が適用できることはいうまでも
ない。また、受動モジュールで受信される出力信号の状
態に対応した変化量を能動モジュールにフィードバック
することによって、電力の発送出力を自動的に迅速かつ
確実に制御できるので、信号受信部における受信信号強
度をほぼ一定に保つことができる。電力、信号ともに安
定的に伝送することができる。ここで、受動モジュール
において情報信号を含む出力信号から作られる変調波に
着目すれば、付帯装置からのデータで変調された変調波
も固定側装置の能動モジュールに伝送され復調されるか
ら、能動モジュールでは元の送信情報が復元されるとと
もに、付帯装置からのデータも同時に得ることができ
る。また、能動モジュールの信号受信部では、この復元
情報を確認手段に与えれば、送信した情報信号が正確に
伝送されていたかどうかを確認することができ、伝送状
態を正確に把握することができる。しかも、受動モジュ
ールから能動モジュールへの信号伝送を２つのサブキャ
リアおよびメインキャリアを用いた変調を施して送信す
るようにした場合には、単一の電磁波であっても少なく
とも２種の内容を持つ情報を高信頼度で伝送することが
できる。また、電力伝送、信号伝送の少なくとも一方を
光とすれば、互いに干渉のない伝送を行うことができ
る。そして、電力および信号の授受を光ヘッドによって
行えば、単一の光ヘッドのみで両者の伝送も可能であ
る。さらに、電力伝送系の電界がデータ信号伝送系に誘
導障害を生じるような場合には、それぞれ異なる周波数
を使用する専用の電磁ヘッドを個別に備えれば、互いに
干渉のない動作を行わせることができる。そして、電力
伝送系には比較的近接して電磁誘導結合させる電磁ヘッ
ドを装備し、信号伝送系には無線周波数を用いる空心コ
イル型のヘッドを備えれば、信号伝送の方を比較的離間
させた状態でも行え、伝送信号を種々の形態で扱うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成例を示すブロック線図。

【図２】本発明の一実施例の構成を示すブロック線図。

【符号の説明】

１ ｆ1発振回路 ２ ＲＦバッファアンプ ３ ＲＦパワーアンプ ４ 電磁送信ヘッド ５ 電磁受信ヘッド ６ 整流平滑回路 ７ ＡＦアンプ ８ ｆ2発振回路 ９ 変調回路 １０ ＲＦパワーアンプ １１ 電磁送信ヘッド １２ 電磁受信ヘッド １３ ＲＦアンプ １４ 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 可変抵抗器 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パワーアンプ Ａ 能動モジュール Ｂ 受動モジュール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松 下 昭 神奈川県川崎市宮前区宮崎１丁目12番地５ Ｆターム(参考） 5K012 AB02 AC08 AC10 AE13 BA02 BA06

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】能動モジュールを有する固定側装置と、受
   動モジュールを有し前記固定側装置に対して離間して無
   線通信し得る移動側装置とを備え、前記能動モジュール
   に設けられた第１のヘッドと、前記受動モジュールに設
   けられた第２のヘッドとの間で、電磁波により非接触方
   式で電力を制御し負荷へ給電するようにした少なくとも
   一組の装置であって、 前記能動モジュールは、電力送信部と信号受信部とを含
   み、 前記電力送信部は、前記第２のヘッドに向けて電力と情
   報信号とを含む出力信号を電磁波として送信する手段
   と、前記信号受信部から受けた制御信号に基づいて前記
   出力信号を制御する手段とを備え、 前記信号受信部は、前記第1のヘッドにより受信した前
   記制御信号およびデータ信号を含む信号の復調処理を行
   う手段と、前記データ信号を前記信号受信部から当該能
   動モジュールの外部回路に送出する手段とを備え、前記
   信号受信部で受信される前記制御信号は前記受動モジュ
   ールとその付帯装置とを含む前記移動側装置の内部にお
   ける信号の状態に基づく制御情報であり、 前記受動モジュールは、電力受信部と信号送信部とを含
   み、 前記電力受信部は、前記第２のヘッドが前記第１のヘッ
   ドと近接したときに前記電磁波を受信して処理する手段
   と、前記出力信号の一部について整流、平滑し電源用電
   力を形成して当該受動モジュールとその前記付帯装置に
   給電する手段とを有し、 前記信号送信部は、前記電源用電力が与えられて前記出
   力信号に対応して変調された変調波を形成し、その前記
   制御信号を含む変調波を前記第２のヘッドを介して前記
   能動モジュールにフィードバックする手段と、前記電源
   用電力が与えられて前記付帯装置から供給される前記デ
   ータ信号を入力する入力手段と、前記データ信号により
   変調した変調波を前記能動モジュールの前記信号受信部
   に送信する手段とを備える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、 前記能動モジュ−ルの前記電力送信部から送信された前
   記出力信号を前記受動モジュ−ルの前記電力受信部にお
   いて受電した上で、その変化量を前記信号送信部から前
   記能動モジュ−ルの前記電力送信部に対し前記制御信号
   としてフィ−ドバックすることにより、前記電力送信部
   の送信電力を制御するように構成したことを特徴とする
   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、 前記受動モジュ−ルの前記付帯装置の回路等から供給さ
   れるアナログ情報は、前記信号送信部の低周波アンプに
   よってスケーリングなどの変換処理を行ってデータ信号
   を形成させる入力手段を備えることを特徴とする非接触
   伝送装置。