JP2015103772A - Non-contact rotation transmission device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力や信号を非接触で伝送する非接触回転伝送装置に関する。 The present invention relates to a contactless rotation transmission device that transmits power and signals in a contactless manner.
車両における回転側のステアリングホイールとステアリングコラムが取り付けられる車両固定側のブラケットとを電気的に接続するコネクタとして、渦巻き状に巻回したフラットケーブルが知られている。 2. Description of the Related Art A flat cable wound in a spiral shape is known as a connector for electrically connecting a rotation-side steering wheel and a vehicle-fixed bracket to which a steering column is attached in a vehicle.
しかし、フラットケーブルを用いる場合は、回転に制限があることから、互いに非接触で電気的に接続する非接触回転伝送装置が検討されている。 However, when a flat cable is used, since there is a limitation on rotation, a non-contact rotation transmission device that is electrically connected to each other in a non-contact manner has been studied.
このような従来の非接触回転伝送装置には、図5に示すように、ステアリングホイール61とブラケット62に夫々2次側コア64と1次側コア63とが固定して設けられている。1次側コア63と2次側コア64には夫々2つの環状の溝が形成され、この溝には電力用コイル65と信号用コイル66が埋設されている。1次側コア63と2次側コア64間はギャップGが保たれ、電力用コイル65と信号用コイル66の夫々1次側コイルと2次側コイルとが対面配置対向される。そしてブラケット62に対しステアリングホイール61が回転自在に可動しつつ、1次側コイルと2次側コイル間の電磁誘導によって電力と信号との双方を非接触で伝送できる。
In such a conventional non-contact rotation transmission device, as shown in FIG. 5, a
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1に示すものが知られている。 In addition, as prior art document information relevant to the invention of this application, for example, what is shown in Patent Document 1 is known.
このような従来の非接触回転伝送装置は、電力用コイル65の磁束により信号用コイル66に伝送エラーが生じ、伝送の信頼性が劣化するという課題があった。
Such a conventional non-contact rotary transmission device has a problem that a transmission error occurs in the
本発明は、信号用コイル間の伝送の信頼性を確保して電力と信号との双方を非接触に伝送し、軽量化に優れた非接触回転伝送装置を提供する。 The present invention provides a non-contact rotary transmission device that ensures the reliability of transmission between signal coils and transmits both power and signals in a non-contact manner and is excellent in weight reduction.
上記目的を達成するために本発明は、相対的に回転する第1部材と第2部材に夫々設けられ、ギャップを有して対面配設された1対の電力用コイルと1対の信号用コイルと、第1部材の本体中央から突出したシャフトを構成し、両端が開口した円筒状の電磁シールドと、を備え、前記電磁シールドは、前記シャフトの外方に配設された1対の前記電力用コイル間のギャップを横切るように設けられ、第1部材の前記信号用コイルは、前記電力用コイルが対面する側とは反対側となる第2部材の前記電力用コイルの反対面と同一面から第2部材側に離れて、前記電磁シールドの円筒内部に配設された非接触回転伝送装置である。 In order to achieve the above object, the present invention provides a pair of power coils and a pair of signals provided on a first member and a second member, which are relatively rotated, and arranged to face each other with a gap. A coil and a cylindrical electromagnetic shield having a shaft protruding from the center of the main body of the first member and open at both ends, wherein the electromagnetic shield is a pair of the electromagnetic shields disposed outside the shaft. The signal coil of the first member is provided so as to cross the gap between the power coils, and is the same as the opposite surface of the power coil of the second member on the opposite side to the side on which the power coil faces. It is a non-contact rotation transmission device disposed in the cylinder of the electromagnetic shield away from the surface toward the second member.
以上のように本発明によれば、電磁シールドが1対の電力用コイル間のギャップを横切るように設けられ、第1部材の信号用コイルは、第2部材の電力用コイルの反対面と同一面から第2部材側に離れて配設されることにより、電力用コイル間のギャップから漏洩する磁束を電磁シールドにより遮断でき、信号用コイルへの影響を低減できる。さらに、電力用コイルの周囲全体に電磁シールドを設けることなくシールド効果を高めることができるため、部材を軽量化できる。 As described above, according to the present invention, the electromagnetic shield is provided so as to cross the gap between the pair of power coils, and the signal coil of the first member is the same as the opposite surface of the power coil of the second member. By being disposed away from the surface toward the second member, the magnetic flux leaking from the gap between the power coils can be blocked by the electromagnetic shield, and the influence on the signal coil can be reduced. Furthermore, since the shielding effect can be enhanced without providing an electromagnetic shield around the entire power coil, the weight of the member can be reduced.
(実施の形態1)
実施の形態1の非接触回転伝送装置について説明する。
(Embodiment 1)
The non-contact rotation transmission apparatus of Embodiment 1 will be described.
図1は、実施の形態1における非接触回転伝送装置の正面断面図である。図1に示すように、実施の形態1の非接触回転伝送装置は、回転軸31を中心に相対的に回転する第1部材21と第2部材25と、ギャップGpを有して互いに対面配設された1対の電力用コイル11と、ギャップGsを有して互いに対面配設された1対の信号用コイル13と、を備えている。
FIG. 1 is a front cross-sectional view of the non-contact rotary transmission device according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the contactless rotation transmission apparatus of the first embodiment has a
第1部材21が回転側であり、第2部材25が固定側であるが、これに限定されず第1部材21と第2部材25が相対的に回転できればよい。
Although the
1対の電力用コイル11は、平面状のコイルであり、コイル間の電磁誘導により非接触で電力を伝送する。
The pair of
1対の信号用コイル13は、1対の電力用コイル11と同心円に設けられた平面状のコイルであり、コイル間の電磁結合により非接触で信号を伝送するアンテナとして用い、高速データ伝送を行うことができる。また1対の信号用コイル13は電磁誘導により信号を伝送してもよい。
The pair of
第1部材21は、外周が略円形の本体22と、本体22の中央から第2部材25側に垂直に突出したシャフト23と、を備えている。電磁シールド15は、両端が開口した円筒状であり、シャフト23の少なくとも一部を構成している。
The
第1部材21の本体22には、第1部材21の電力用コイル11が収納される環状の溝45が形成されている。
An
第2部材25は、第1部材21と対面配置され、第1部材21のシャフト23に対応する中央部26が凹状に設けられ、中央部26の回転軸31に沿う周面は、シャフト23の胴体に沿ってシャフト23と空隙を有している。この空隙にはボールベアリング33が配設されることにより、第1部材21は第2部材25に対しシャフト23を軸として自在に回転可能としている。
The
第2部材25の電力用コイル11は、第2部材25の外周側の平坦部27に形成された環状の溝46に収納されている。第2部材25の信号用コイル13は、凹状の中央部26の底面に配設されている。
The
1対の電力用コイル11は、シャフト23の外方に配設され、電磁シールド15は、電力用コイル11間のギャップGpを横切るように設けられる。すなわち、電磁シールド15の上端側の一方の端部41が、少なくとも、第1部材21の電力用コイル11と同一平面に配設される。この平面は回転軸31に垂直である。また、電磁シールド15の上端の端部41は、第1部材21の電力用コイル11より上方に延在して配設されてもよい。これにより、電力用コイル11間のギャップGsから漏洩する磁束を遮蔽することができ、電力用コイル11の磁束による信号用コイル13への影響を低減し伝送の劣化を抑制することができる。
The pair of
電磁シールド15の上端の端部41は、1対の電力用コイル11同士が対面する第1部材21の電力用コイル11の対向面11Aと同一面に配設されることが好ましく、これにより電磁シールド15のシールド効果を得つつ、軽量化ができる。
The
1対の信号用コイル13は、第2部材25の電力用コイル11の反対面11Bと同一面から第2部材25側に離れて配設されている。ここで、電力用コイル11の反対面11Bは、回転軸31に垂直であって1対の電力用コイル11同士が対面する対向面11Aとは反対側となる面である。
The pair of
さらに、1対の信号用コイル13のうち、少なくとも第1部材21の信号用コイル13が電磁シールド15の円筒内部に配設されている。この構成により、電力用コイル11の磁束による信号用コイル13への影響を顕著に低減することができる。このとき、第2部材25の信号用コイル13は電磁シールド15の下端側の他方の端部42より、外方に設けられる。
Further, among the pair of
電磁シールド15は、導電性の高い金属が好ましく、電力用コイル11の磁束による信号用コイル13への影響を低減する効果を高めることができる。さらに、金属製の電磁シールド15とすることにより、機械強度が高いため、剛性を大きく保つ主要な材料としてシャフト23の基材に用いることができ、部品点数の削減、小型化ができる。
The electromagnetic shield 15 is preferably made of a highly conductive metal, and can enhance the effect of reducing the influence of the magnetic flux of the
電磁シールド15の金属は、アルミニウム、SUS304のステンレス、銅、真ちゅう等の非磁性の金属を用いることできる。なお、電磁シールド15は、導電性樹脂等の導電性材料を用いてもよい。また、電磁シールド15は、耐食性向上、ボールベアリング33の固定等のために樹脂等により被覆膜を表面に形成してもよい。電磁シールド15が樹脂成形体の中に埋め込まれてシャフト23が構成されてもよい。 As the metal of the electromagnetic shield 15, a nonmagnetic metal such as aluminum, SUS304 stainless steel, copper, brass or the like can be used. The electromagnetic shield 15 may be made of a conductive material such as a conductive resin. Further, the electromagnetic shield 15 may be formed with a coating film on the surface with a resin or the like for improving corrosion resistance, fixing the ball bearing 33, or the like. The shaft 23 may be configured by embedding the electromagnetic shield 15 in the resin molded body.
さらに、信号用コイル13が対面する側とは反対側となる第1部材21の信号用コイル13の反対面と、第2部材25の電力用コイル11の反対面11Bと、の間の回転軸31方向における距離Hは、電力用コイル11の最外周の直径の1/3以上が好ましく、より好ましくは電力用コイル11の最外周の直径の半分程度以上であり、電力用コイル11の磁束による信号用コイル13への影響を著しく低減することができる。また距離Hは、電力用コイル11の最外周の直径より小さくすることができ、シャフト23を小型化できる。
Further, a rotation axis between the opposite surface of the
また、図1に示すように、シャフト23は、電磁シールド15の一方の端部41と第1部材21の信号用コイル13間が中空に設けられている。これにより信号用コイル13の伝送損失を抑制し、シャフト23を軽量化できる。
As shown in FIG. 1, the shaft 23 is provided with a space between one
さらに、電力用コイル11は、電磁シールドより離れて設けられ、電力用コイル11の対向面11Aを除く電力用コイル11の周囲全体が電磁シールドにより覆われないように設けることが好ましく、電力用コイル11間の伝送損失を低減できる。また、第1部材21の回転面の外周側が軽量化できるため、回転容易性に優れ省力化できる。
Further, the
なお、電力用コイル11の周囲に磁気コアを電力用コイル11に沿って環状に設けてもよい。また、シャフト23の強度向上のため、第1部材21の信号用コイル13の上方のシャフト23の円筒内部に非磁性かつ絶縁性の補強部を設けてもよい。
A magnetic core may be provided around the
以上のように、実施の形態1の非接触回転伝送装置は、電力用コイルによる信号用コイルへの影響を低減し電力伝送と信号伝送を共存することができ、また軽量化することができる。 As described above, the contactless rotation transmission apparatus of the first embodiment can reduce the influence of the power coil on the signal coil, can coexist power transmission and signal transmission, and can be reduced in weight.
(実施例)
次に、図1に示す非接触回転伝送装置を用いて実施例について説明する。図1において、シャフト23は、アルミニウムからなる電磁シールド15である。電磁シールド15は、長さ70mm、外径60mm、内径40mmの円筒であり、非磁性かつ絶縁性の樹脂の第1部材21の本体22にねじ止めにより固定されている。さらに、ギャップGp、ギャップGsを5mmに設け、電力用コイル11は、コイルの最外周の直径を150mmとして絶縁被覆された導線を巻回し、溝45、46内に接着剤により固定されている。信号用コイル13は、回路基板47、48の表面に形成された又は回路基板47、48に埋設され、コイルの最外周の直径を20mmとした平面コイルである。第1部材21の信号用コイル13の回路基板47は円板状の樹脂製であり、第2部材25の電力用コイル11からの距離Hが55mmとなるシャフト23の円筒内面に固定されている。第1部材21の信号用コイル13に接続する同軸ケーブルの引き出し線49は、シャフト23の円筒内を通じて第1部材21の本体22側に引き出されている。そして、電磁シールド15を設けない場合と比較し、電力用コイル11の磁束による信号用コイル13へ影響を30dB程度低減でき、電力用コイル11間に50Wで非接触給電すると同時に、信号用コイル13間に通信データレート3Gbpsの高速データ伝送を行うことができる。
(Example)
Next, an embodiment will be described using the non-contact rotation transmission device shown in FIG. In FIG. 1, a shaft 23 is an electromagnetic shield 15 made of aluminum. The electromagnetic shield 15 is a cylinder having a length of 70 mm, an outer diameter of 60 mm, and an inner diameter of 40 mm, and is fixed to the
(実施の形態2)
次に、実施の形態2の非接触回転伝送装置について説明する。
(Embodiment 2)
Next, the non-contact rotation transmission apparatus according to the second embodiment will be described.
図2は、実施の形態2における対向電磁シールドを設けた非接触回転伝送装置の正面断面図である。図1に示す構成と同一部分については、同一の符号を付与し、その中の一部は2点鎖線により簡略化して描画し詳細な説明は省略する。後述する図3、図4の、図1に示す構成と同一部分についても、これと同様とする。 FIG. 2 is a front cross-sectional view of a non-contact rotary transmission device provided with a counter electromagnetic shield in the second embodiment. The same parts as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and a part thereof is simplified and drawn with a two-dot chain line, and detailed description thereof is omitted. The same applies to the same parts of FIG. 3 and FIG.
また、図2に示すように、第2部材25の信号用コイル13の外周外側における第2部材25に対向電磁シールド16が設けられてもよい。対向電磁シールド16は、ギャップGmを有して電磁シールド15の他方の端部42と対向して円筒状に設けられる。
As shown in FIG. 2, the opposing
このように第2部材25の信号用コイル13が対向電磁シールド16の円筒内部に配置することにより、電力用コイル11の磁束による信号用コイル13への影響を更に低減することができる。
Thus, by arranging the
また、対向電磁シールド16の軸方向の長さは、第2部材25の信号用コイル13の高さと同等程度であり、電磁シールド15の長さより短い。電磁シールド15と対向電磁シールド間のギャップGmは、信号用コイル13間のギャップGsと同等または小さく、ギャップGsとは回転軸31と垂直方向に連通している。
The axial length of the opposing
対向電磁シールド16は、電磁シールド15と同様に導電性の高い金属が好ましい。
The opposing
(実施の形態3)
次に、実施の形態3の非接触回転伝送装置について説明する。
(Embodiment 3)
Next, the non-contact rotation transmission apparatus of Embodiment 3 will be described.
図3は、実施の形態3の端部側が幅広に設けられた非接触回転伝送装置の断面図である。図3に示すように、第2部材25の電力用コイル11から離れた電磁シールド17の端部43側が幅広に設けられ、端部43側に拡大中空スペース50が形成され、電磁シールド17が断面段差状に設けられている。この拡大中空スペース50の円筒中空内には1対の信号用コイル13が配設される。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a non-contact rotary transmission device in which the end side of Embodiment 3 is provided wide. As shown in FIG. 3, the
第2部材28の中央部の底面には拡大中空スペース50に向けて突出する台座が設けられ、この台座により第2部材28の信号用コイル13が拡大中空スペース50に配設される。
A base projecting toward the enlarged
このように拡大中空スペース50に1対の信号用コイル13が配設されることにより、電磁シールド17と信号用コイル13間の距離が離れて設けられるため、電磁シールド17による信号用コイル13の特性劣化を低減できる。また電磁シールド17に合せてシャフト23の上端側の径を小さくでき、軽量化できる。
By arranging the pair of signal coils 13 in the enlarged
(実施の形態4)
実施の形態4の非接触回転伝送装置について説明する。
(Embodiment 4)
A non-contact rotation transmission apparatus according to the fourth embodiment will be described.
図4は、実施の形態4における磁性体を設けた非接触回転伝送装置の正面断面図である。図4に示すように、さらに、電磁シールド15の円筒内側を覆う磁性体55を配設することが好ましい。この磁性体55により、信号用コイル13の磁束を収束し、電磁シールド15による信号用コイル13の特性劣化を低減できる。
FIG. 4 is a front cross-sectional view of a non-contact rotation transmission device provided with a magnetic body in the fourth embodiment. As shown in FIG. 4, it is preferable to further arrange a
磁性体55は、軟磁性フェライトのNi−Zn系フェライト、Mn−Zn系フェライトを用いることができる。磁性体55は軟磁性フェライト粉末とナイロンやPSS等の樹脂とを混合して成形したフェライト樹脂コア、又は軟磁性フェライト粉末とバインダーとを混合して焼結したフェライト焼結コアを用いることができる。
As the
電磁シールド15とフェライト樹脂コアとを射出成形により一体に形成して、磁性体55を円筒内側に被覆してもよく、フェライト焼結コアを円筒内側に挿嵌してもよい。
The electromagnetic shield 15 and the ferrite resin core may be integrally formed by injection molding, and the
また、磁性体55は、電磁シールド15の一方の端部44の開口部を覆うように円板状に配設されてもよい。
Further, the
11 電力用コイル
11A 対向面
11B 反対面
13 信号用コイル
15、17 電磁シールド
16 対向電磁シールド
21 第1部材
22 本体
23 シャフト
25 第2部材
26 中央部
27 平坦部
28 第2部材
31 回転軸
41、42、43、44 端部
50 拡大中空スペース
55 磁性体
DESCRIPTION OF
Claims (7)
第1部材の本体中央から突出したシャフトを構成し、両端が開口した円筒状の電磁シールドと、を備え、
前記電磁シールドは、前記シャフトの外方に配設された1対の前記電力用コイル間のギャップを横切るように設けられ、
第1部材の前記信号用コイルは、前記電力用コイルが対面する側とは反対側となる第2部材の前記電力用コイルの反対面と同一面から第2部材側に離れて、前記電磁シールドの円筒内部に配設された非接触回転伝送装置。 A pair of power coils and a pair of signal coils provided on the first member and the second member, respectively, which are relatively rotated, and are disposed facing each other with a gap;
A shaft projecting from the center of the main body of the first member, and a cylindrical electromagnetic shield having both ends opened; and
The electromagnetic shield is provided so as to cross a gap between a pair of the power coils disposed outside the shaft,
The signal coil of the first member is separated from the same surface as the opposite surface of the power coil of the second member on the side opposite to the side facing the power coil to the second member side, and the electromagnetic shield Non-contact rotation transmission device arranged inside the cylinder.
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