JP2004159291A - 非接触伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受動モジュールが外部から取り込んだデータ信号を能動モジュールを介して外部に伝送することができる非接触伝送装置を提供する。
【解決手段】能動モジュールＡ（固定側装置）は、電力送信部４と信号受信部５とを含み、前記電力送信部は、送信手段と出力信号を制御する制御手段とを備え、前記信号受信部はデータ信号および情報信号を受信する受信・制御手段と、受信データ信号を外部回路に送出する送出手段とを有し、受動モジュールＢ（移動側装置）は、電力受信部と信号送信部とを含み、前記電力受信部は、電磁波を受信する受信手段と、この受信手段が受信した前記出力信号の一部を整流、平滑して電源用電力を形成し当該受動モジュールとその付帯回路に給電する給電手段とを有し、前記信号送信部は、前記データ信号を前記付帯回路から入力する入力手段と、前記データ信号を含む情報信号を前記信号受信部に送信する送信手段とを備える。
【選択図】 図１

Description

【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、電磁波を媒体として非接触で伝送させる装置に関する。
【０００２】
すなわち、非接触伝送装置は、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。
【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。
【０００４】
一方、固定−回転装置間の電力、信号伝達装置や特に従来のデータ入出力カードでは、電源の供給方法などに多くの難点があった。
すなわち、非接触方式では、固定側から移動側へ、あるいはその逆の電磁波伝播による電力および信号の伝送を確実に行うことが難しく、その実現は困難なものとされている。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は上述の点を考慮してなされたもので、能動モジュールとしての固定側装置と受動モジュールとしての移動側装置とからなる非接触伝送装置において、受動モジュールが外部から取り込んだデータ信号を能動モジュールを介して外部に伝送することができる非接触伝送装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【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離間して交信することができる移動側装置とを備えた非接触伝送装置であって、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信号を伝送するようにした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送信手段と、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制御手段とを備え、前記信号受信部は、前記第１のヘッドによりデータ信号および前記情報信号を受信する受信・制御手段と、前記受信・制御手段が受信した前記データ信号を外部回路に送出する送出手段とを有し、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する受信手段と、この受信手段が受信した前記出力信号の一部を整流、平滑して電源用電力を形成し当該受動モジュールとその付帯回路に給電する給電手段とを有し、前記信号送信部は、前記電源用電力が与えられて前記データ信号を前記付帯回路から入力する入力手段と、前記データ信号を含む情報信号を前記第２のヘッドを介して前記信号受信部に送信する送信手段とを備える、ことを特徴とする非接触伝送装置の送信電力制御装置、
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へッドは、コンデンサを並列接続したコイルを有する電磁ヘッドとして構成してもよい。
【０００７】
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る。
【０００８】
【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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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１８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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
電磁界用の送信ヘッド４，１１および受信ヘッド５，１２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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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１０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。
【００２２】
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、ＡＦ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。
【００２３】
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。
【００２４】
（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ＡＧＣを併用することもあり得る。
【００２５】
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。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、能動モジュールとしての固定側装置と受動モジュールとしての移動側装置とからなる非接触伝送装置において、両者の近接時に能動モジュールから受動モジュールへの信号伝送を行って電力および情報信号を供給することにより、受動モジュールの電源を立上げ、制御信号に応じて外部から取り込んだデータ信号を、能動モジュールを介して外部に伝送することができる。
【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

Claims (1)

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離間して交信することができる移動側装置とを備えた非接触伝送装置であって、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信号を伝送するようにした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送信手段と、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制御手段とを備え、
   前記信号受信部は、前記第１のヘッドによりデータ信号および前記情報信号を受信する受信・制御手段と、前記受信・制御手段が受信した前記データ信号を外部回路に送出する送出手段とを有し、
   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する受信手段と、この受信手段が受信した前記出力信号の一部を整流、平滑して電源用電力を形成し当該受動モジュールとその付帯回路に給電する給電手段とを有し、
   前記信号送信部は、前記電源用電力が与えられて前記データ信号を前記付帯回路から入力する入力手段と、前記データ信号を含む情報信号を前記第２のヘッドを介して前記信号受信部に送信する送信手段とを備えた、
   ことを特徴とする非接触伝送装置の送信電力制御装置。

Images