JP3415125B2 - 非接触伝送装置 - Google Patents

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
を伴う機械各種の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】この場合、受動モジュールにおいて情報信
号に係わる回路に供給される電源の変動は、情報の精度
に大きな影響を与える場合が多い。このような伝送装置
において、両モジュール間の軸ずれや距離の変動、ある
いは相対的な高速変動に対しても、安定に情報信号と電
力の伝送を非接触で行いたい場合に用いて好適なもので
ある。 【０００４】 【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55-117982号公報記載の対象
物識別装置や特開昭56-122246号公報記載の送信出力制
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。 【０００５】また、実開昭52-34248号公報記載の固定−
回転装置間の電力、信号伝達装置や実開昭58-187857号
公報記載のデータ入出力カードは、信号伝送距離の変動
を殆ど考える必要がない場合を対象にしたものである。 【０００６】 【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。 【０００７】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。 【０００８】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、
伝送距離の変動があれば、能動モジュールでは電力送信
回路の同調に係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
モジュールにおいては、伝送電力の変動や回路内部にお
ける動作電力の低減が回路の各部に影響し、誤動作を起
こすなどの要因になる。 【０００９】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。 【００１０】 【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、距離の変動に拘わらず一定化された伝送を行
い得る非接触伝送制御装置を提供することである。 【００１１】 【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近接、離間し
無線通信し得る無電源の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、電磁波を非
接触で伝送するようにした装置であって、前記能動モジ
ュールは、前記第２のヘッドに向けて電力の出力信号を
送信する電力送信部と、前記第1のヘッドにより受信し
た信号の復調処理を行う信号受信部と、外部回路に対し
前記データ等を出力する手段とを有し、前記受動モジュ
ールは、前記第２のヘッドにより前記能動モジュールが
送信した前記電力の出力信号を受信するとともに、整
流、平滑して電源用電力を形成する電力受信部と、前記
電源用電力が与えられて付帯装置からのデータを入力す
る入力手段と、前記電源用電力が与えられてキャリアが
前記データを含む信号によって変調された変調波を形成
し前記第１のヘッドに向けて送信する信号送信部とを有
する非接触伝送装置において、前記受動モジュールの前
記信号送信部は、前記電力受信部が受信した電力の出力
信号の大きさを検出する検出手段と、前記検出手段の検
出出力により変調したサブキャリア１による第１の変調
波と、前記データを含む信号により変調したサブキャリ
ア２による第２の変調波とを形成し、これら第１および
第２の変調波によりメインキャリア信号を変調した混合
変調波を形成して前記第２のヘッドに与える手段とを備
え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。 【００１２】 【００１３】 【００１４】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】 【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。 【００１６】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。 【００１７】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。 【００１８】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。 【００１９】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。 【００２０】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。 【００２１】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。 【００２２】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。 【００２３】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。 【００２４】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。 【００２５】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。 【００２６】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。 【００２７】そして、他の一部は、電圧検出手段として
の、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により構成された回路を経て、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Ｄ
ｉ2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Ｄ
ｉ2などの情報に対応した変調波Ｆｓ2となる。 【００２８】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。 【００２９】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。 【００３０】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。 【００３１】（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。 【００３２】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。 【００３３】 【発明の効果】本発明は上述のように、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、能動モジュールか
ら受動モジュールに向けて電力および情報信号を送信
し、受動モジュールから能動モジュールに向けて信号を
伝送するようにして電力の送信出力を制御するため、固
定側装置と移動側装置との間の間隔が変化するような場
合にも両モジュール間で電力および信号の両者をともに
安定的に授受することができる。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
ようにしたため、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。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の基本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 (56)参考文献 特開 昭59−163921（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−122246（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−106069（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−36742（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−32144（ＪＰ，Ａ) 実開 昭52−34248（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−187858（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−86752（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−58014（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 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近接、離間し無線通
   信し得る無電源の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、電磁波を非接触で
   伝送するようにした装置であって、 前記能動モジュールは、前記第２のヘッドに向けて電力
   の出力信号を送信する電力送信部と、前記第1のヘッド
   により受信した信号の復調処理を行う信号受信部と、外
   部回路に対しデータ等を出力する手段とを有し、 前記受動モジュールは、前記第２のヘッドにより前記能
   動モジュールが送信した前記電力の出力信号を受信する
   とともに、整流、平滑して電源用電力を形成する電力受
   信部と、前記電源用電力が与えられて付帯装置からのデ
   ータを入力する入力手段と、前記電源用電力が与えられ
   てキャリアが前記データを含む信号によって変調された
   変調波を形成し前記第１のヘッドに向けて送信する信号
   送信部とを有する非接触伝送装置において、 前記受動モジュールの前記信号送信部は、 前記電力受信部が受信した電力の出力信号の大きさを検
   出する検出手段と、 前記検出手段の検出出力により変調したサブキャリア１
   による第１の変調波と、前記データを含む信号により変
   調したサブキャリア２による第２の変調波とを形成し、
   これら第１および第２の変調波によりメインキャリア信
   号を変調した混合変調波を形成して前記第２のヘッドに
   与える手段とを備えたことを特徴とする非接触伝送装
   置。 ２．請求項１記載の非接触伝送装置において、 前記第１および第２のヘッドは、それぞれコイルとコン
   デンサとによって構成されたことを特徴とする非接触伝
   送装置。 ３．請求項１記載の非接触伝送装置において、 前記第１および第２のヘッドは、それぞれ光ヘッドで形
   成されたことを特徴とする非接触伝送装置。