JP3724516B2 - 無接触モーション伝送装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、回転あるいは直動移動をしている物体に対して接点および移動ケーブル配線を設けないで電力および情報を伝送するための装置と、同装置を当該回転あるいは直動する物体の駆動用アクチュエータ部にリジッドに機械嵌合させないで伝送を可能するための取り付け構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の回転あるいは直動移動している物体に対して、電力あるいは情報を伝送する手段としては、通常接点および移動ケーブル配線（図示省略）を行うものである［以下、これを『従来例１』という］。そして、特公昭５８−２３７２３・無接触給電装置［以下、これを『従来例２』という］が直動型で接点類無しに電力を伝送するための装置としては嚆矢とし、相次いで回転型では特開平４−３４５００８［以下、これを『従来例３』という］において無接触電力および情報伝送技術を提案している。図１４ (a) は従来例２の平面図である。高周波電流を供給する細長いループ状に巻回した直動伝送装置一次巻線72と、この一次巻線72を一次側コアのスロット中に納め、二次側のコアのスロット中に一次巻線72と対向するループ状二次側巻線を納めた分割可能の可動高周波コア73とから成り、一次巻線72に通電して二次側巻線に電力を伝送するようにしており、モータ70の駆動からボールネジの直動アクチュエータ71a (雄) を回動し、それに噛み合い遊嵌する直動アクチュエータ71b(雌) を左右の移動方向に直動させている。なお、可動高周波コア73はボールネジ雌71b と可動高周波コア支持部材78とが一体に形成され、ボールネジ雄71a の回転に連れてベース上を支持部材78で摺動する。
図１４ (b) は従来例３の側断面図である。装置全体を囲繞する磁性体フレームに円筒状に巻回した回転アクチュエータ（固定子）74を設け、その中心軸にシャフト27を備え、このシャフト27はフレームに配設した３個のベアリング76,22,23を介して回転自在に支承され、さらにシャフト27には回転アクチュエータ（固定子）74に対向する回転アクチュエータ（回転子）75と、電力二次巻線を巻回した電力伝送用高周波コア（回転側）76b と、同じく情報二次巻線を巻回した情報伝送用高周波コア（回転側）77b とを固着させている。また、回転伝送装置79の固定側には、電力伝送用高周波コア（回転側）76b に対向して電力一次巻線を巻回した電力伝送用高周波コア（固定側）76a と情報伝送用高周波コア（回転側）77b に対向して情報一次巻線を巻回した情報伝送用高周波コア（固定側）77a が具備されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来例１としてのスリップリングなど電極接点や配線によって、回転物体、直動物体上にモーション伝送を行うシステムでは、悪環境や繰返し機械ストレスによる経年特性劣化の問題で信頼性の向上が計れなかった。例えばスリップリングを用いる場合、接触不良により検出信号にノイズが加わったり、インバータやサーボのパワーデバイスに予期せぬ電圧ストレスが加わったりしていた。また、直動体への伝送においては、多数のケーブルをケーブルベアに収納し引張ることが一般的であるが、このため高速駆動が難しくケーブルメンテナンスへの配慮が必要であった。これを解決する手段として、出願人の一部は従来例２において高周波電磁誘導を用いた直動式の無接触電力伝送技術に関しての研究開発をし、さらに従来例３の回転型に関しても先願・特開平４−３４５００８において無接触電力および情報伝送技術を開示している。これら２つの先行例（従来例２，３）では、図１４ (a),(b) に示す様に本伝送装置のアクチュエータや減速への内蔵一体化を具現した。しかしながら、この構成では、駆動アクチュエータと伝送装置のそれぞれの工作精度と、相互取付け精度を高くしないと、両者の間に機械的なこじれや不必要な応力が発生する。たとえば、回転用の場合は両者間の偏心誤差、直動用の場合は平行度誤差の吸収ができない。しかも、駆動アクチュエータの種類、形式に関係なく適用できる伝送装置の汎用性が得られないばかりか、伝送装置の点検や交換によるメンテナンス作業も容易ではなかった。従って、本発明においては、この様な問題を解決するための伝送装置の構成と構造を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は以下の各手段によりそれぞれの目的が達成される。すなわち、
第１の手段は、回転運動する物体に電力や情報の供給を無接触で高周波電磁誘導によって伝送を行う装置において、回転自在に支承されたシャフトに電力伝送用の回転側ポットコアを取り付け、シャフトの前記取付部分と高周波ノイズシールドで隔離された一方端部に情報伝送用の回転側小形ポットコアを固着し、前記それぞれの回転側ポットコアに僅かな空隙を介して固定側の電力伝送用ポットコアと固定側の情報伝送用小形ポットコアを対向させて設け、固定側の電力伝送用ポットコアと固定側の情報伝送用小形ポットコアにそれぞれ一次巻線を巻装し、回転側の電力伝送用ポットコアと回転側の情報伝送用小形ポットコアにそれぞれ二次巻線を巻装し、この二次巻線のリード線を、前記シャフトに設けられ互いに磁気遮蔽された別々のシャフト軸中空部を経て外部へ取り出すようにした無接触モーション伝送装置である。
第２の手段は、回転運動する物体に電力や情報の供給を無接触で高周波電磁誘導によって伝送を行う装置において、別個に回路を形成する二次巻線を巻回した２つの回転側の情報伝送用小形ポットコアを、シャフトの端部に同心円状に固着し、前記情報伝送用小形ポットコアに僅かの空隙を介してそれぞれ対向させて別個の回路を形成する一次巻線を巻回した固定側の情報伝送用小形ポットコアを設け、回転側の電力伝送用のポットコアと回転側の情報伝送用小形ポットコアにそれぞれ巻回された巻線のリード線を、前記シャフトに設けられ互いに磁気遮蔽された別々のシャフト軸中空部を経て外部へ取り出すようにした無接触モーション伝送装置である。
第３の手段は、回転運動する物体に電力や情報の供給を無接触で高周波電磁誘導によって伝送を行う装置において、固定部に設け一次巻線を巻装した固定側の電力伝送用ポットコアと二次巻線を巻装した回転側の電力伝送用ポットコアと情報伝送用小形ポットコアをそなえ、前記情報伝送用小形ポットコアが、ポットコアと同心に回転するシャフトの端部に軸方向に固着され別個の回路を形成する二次巻線を巻装した２つの回転側の情報伝送用小形ポットコアと、前記情報伝送用小形ポットコアに空隙を介してそれぞれ対向させて、別個の回路を形成する一次巻線を巻装した固定側の情報伝送用小形ポットコアをそなえ、回転側の電力伝送用ポットコアと回転側の情報伝送用小形ポットコアにそれぞれ巻装された巻線のリード線を、前記シャフトに設けられ互いに磁気遮蔽された別々のシャフト軸中空部を経て外部へ取り出すようにした無接触モーション伝送装置である。
第４の手段は、 回転運動する物体に電力や情報の供給を無接触で高周波電磁誘導によって伝送を行う装置において、回転シャフトに固着した円板状回転コアの外側周面に二次巻線を施し、固定部に設けて前記円板状回転コアを狭い間隙を介して挟むコの字状コアの前記二次巻線に対向する側面に一次巻線を施し、これら両者の巻線の間での高周波電磁誘導によって電力あるいは情報伝送を行う無接触モーション伝送装置である。
第５の手段は、回転運動する物体に電力や情報の供給を無接触で高周波電磁誘導によって伝送を行う装置において、固定側の電力伝送用ポットコアと情報伝送用小形ポットコアに対向する回転側の電力伝送用ポットコアと情報伝送用小形ポットコアを取り付け、軸方向の流体通路を設けたシャフトの一端部に、軸に対して直角方向に穿孔し外部からの流体通路へ通ずる穿孔部分をそなえ、この穿孔部分を流体シールで覆った回転体流体カップリングをシャフトと同心に配置し、前記シャフトの流体通路から流体フレキシブル管を経て外部に至る流体の通路を形成した無接触モーション伝送装置である。
第６の手段は、回転物体や直動物体へ電力や情報の伝送を無接触で高周波電磁誘導によって行う伝送装置において、当該伝送装置と回転アクチュエータあるいは直動アクチュエータとの連結手段として、伝送装置と回転アクチュエータあるいは直動アクチュエータの駆動部との対向する面のいずれか一方にガイドピンを立て、他方に前記ガイドピンを挿通する長穴を備え、ガイドピンと長穴とのルーズな連れ回り嵌合を行わせる無接触モーション伝送装置である。
第７の手段は、直動運動する物体に電力や情報の供給を無接触で高周波電磁誘導によって伝送を行う装置において、直動方向に配置した一次巻線に、可動部の二次巻線を施した中空矩形状あるいはトロイダルをなす円形状コアを挿通させ、前記一次巻線を金属管内に絶縁して収納した無接触モーション伝送装置である。
第８の手段は、電力伝送用の部分と情報伝送用部分との間に１枚以上の磁気シールド板を直動する亘長全域に設置させた第７の手段に記載の無接触モーション伝送装置である。
第９の手段は、直動運動する物体に電力や情報の供給を無接触で高周波電磁誘導によって伝送を行う装置において、１つの移動コア支持部材に２つの情報伝送用の移動コアを固着し、それぞれの移動コアに、別個に回路を形成する情報伝送用二次巻線を巻回し、各移動コアの中空部に固定側の情報伝送用一次巻線を挿通し、前記移動コア支持部材の直動に対応して二回路の情報伝送を行う無接触モーション伝送装置である。
第１０の手段は、直動運動する物体に電力や情報の供給を無接触で高周波電磁誘導によって伝送を行う装置において、直動用伝送装置の可動部の両側に、電力および情報伝送用の引出し線部を除いて、蛇腹状、或はカーテン状の金属電磁遮蔽手段を設けた無接触モーション伝送装置である。
【０００５】
【作用】
本発明は、その構成によって、従来スリップリングやケーブル配線を用いていた駆動系を無接点、無配線で構成することができるため、悪環境にも強く、経年特性劣化の無いモーション伝送システムが構成され、特に直動用においては、多数のケーブルをケーブルベアに収納し引張っていたシステムに対して、本発明の構成により高速駆動、ケーブルメンテナンスフリーが可能となり、しかも高速化を目的とする可動コイル型リニアモータ上において電気負荷の駆動やセンシングがケーブルレスで構成され、ケーブルダクト部のスペース削減が可能となる。この様にして直動体への無配線駆動が可能となるが、油圧や空圧を従来の様に配管によって行っていてはその意義が半減するが、本発明は真空吸着や空圧アクチュエータ駆動用のコンプレッサ、あるいは油圧駆動用ポンプは直動体上に搭載して配管を可動部から排除できる。さらに本発明の伝送装置を用いて、無限回転体上、あるいは直動体上に配置したサーボ、インバータを始めとするモーション制御機器あるいは電気負荷一般（発熱体、発光体、情報機器など）を配線も電極接触も用いないで駆動制御するシステムを構成することができ、加えて本発明の伝送装置を用いて、無限回転体や直動移動体上に取り付けた検出器の検出信号を配線も電極接触も用いないで固定部にフィードバックする制御システムも構成でき、検出器やスイッチ類の増加によって配線数が増大していた従来装置よりもスペース低減が可能となる。しかも、本発明による連れ回り構造の伝送装置は、当該アクチュエータへの取り付け取り外しが容易であるため、既存の機械にレトロフィットの形で容易に無接触の伝送が構成されるのみならず、アクチュエータの種類、形式によらぬ汎用適応が可能となり、伝送装置の点検、メンテナンス、入れ替えも容易となる。
【０００６】
【実施例】
以下、本発明の各実施例を図面に基づいて説明する。なお、各図面において、同一符号は同一もしくは相当部材を表す。図１には、本発明の第１の実施例による回転用伝送装置の構成を示す側断面図を表す。ここで、電力伝送用ポットコア（固定側）１には電力伝送用一次巻線２が施され、同じく電力伝送用二次巻線３が施された電力伝送用ポットコア（回転側）４に狭い間隙を経て対向している。電力伝送用ポットコア（固定側）１は固定側フランジ５に接着固定されており、電力伝送用ポットコア（回転側）４は側面にネジ部（雄）６を備えた調整フランジ７に固定される。固定側フランジ５には、回転精度とポットコア間の同心度を確保するためにベアリング８の内周面が圧接される。更にはベアリング８の外周部には、アダプタ９が圧接されるが、この内周にはネジ部（雌）10が施されており、ネジ部（雄）６とのネジ回転で電力伝送用ポットコア（固定側）１と電力伝送用ポットコア（回転側）４間の間隙が調整できる様になっている。
【０００７】
一方、固定側フランジ５からは、電力伝送用ポットコア（固定側）１の中空部を経て、電力伝送用ポットコア（回転側）４に接触することなく、非磁性体の中空シャフト軸（固定側）11が設けられ、その先に情報伝送用小形ポットコア（固定側）12が固定支持される。情報伝送用小形ポットコア（固定側）12に巻いた情報伝送用一次巻線13のリード線は、シャフト軸（固定側）11の中空部を通って下がり、本装置の固定部端子 (図示しない) に取り付けられる。情報伝送用小形ポットコア（固定側）12と対向する情報伝送用小形ポットコア（回転側）14には情報伝送用二次巻線15が巻かれ、情報伝送用小形ポットコア（回転側）14は、回転側キャップ16の下面に取り付け固定される。なお、情報伝送用二次巻線15および電力伝送用二次巻線３のリード線は、回転側キャップ16の取り出し穴17を通って、回転体( 図示しない) に接続される。
【０００８】
このように本実施例は、回転運動あるいは直線運動する物体に電力や情報の供給を無接触で高周波電磁誘導によって伝送を行う装置において、回転物体への電力および情報伝送のために、１対になっている高周波用の電力伝送用ポットコア１と４、及び情報伝送用小形ポットコア12と14にそれぞれ巻線を施し、一方のポットコア１及び1２を固定側とし、他方のポットコア４及び14を回転側として、それぞれ微小な隙間を介して対向させ、電力伝送は固定側の電力伝送用ポットコア１の一次巻線２に高周波電流を流し回転側の電力伝送用二次巻線３に電圧が誘起されることによって行い、情報伝送は固定側の情報伝送用小形ポットコアの一次巻線13に情報信号を重畳した高周波電流を流し回転側の情報伝送用二次巻線１５に情報信号電圧が誘起されることによって行う。固定側の高周波用の電力伝送用ポットコア１は円筒状の固定側フランジ５内周面に接着固定されており、回転側の高周波用の電力伝送用ポットコア４は外周面に雄のネジ部６を備えた円筒状の調整フランジ７の内周面に固定され、固定側フランジ５の外周面にはベアリング８の内周面が圧接され、このベアリング８の外周部にアダプタ９が圧接され、その上部内周面に雌のネジ部10が施され、前記雄と前記雌のネジ部６，10のネジ回転で固定側の電力伝送用ポットコア１と回転側の電力伝送用ポットコア４との間隙が調整され、回転自在に支承され碗状で底部を上にした回転側キャップ16の内周面に前記アダプタ９を固着した無接触モーション伝送装置を構成している。
【０００９】
次に、図１の場合と同じ効果が得られる別の形態［本発明の第２の実施例］の構成を示す側断面図を図２に示す。これは回転電動機と同様な構造であり、電力伝送用一次巻線18を施した電力伝送用ポットコア（固定側）19と、電力伝送用二次巻線20を施した電力伝送用ポットコア（回転側）21は、それぞれ電動機の固定子あるいは可動子に相当する。ここでシャフト27に固着して回転体に連れ回って回る電力伝送用ポットコア（回転側）21は位置精度、回転同心度を保つためベアリング22,23 で保持される。また情報伝送部は高周波ノイズシールド24により電力伝送部から隔離された前記シャフト27の一方の端部に、情報伝送用小形ポットコア (固定側)12 とシャフト27に固着した情報伝送用小形ポットコア (回転側)14 によって構成される。ここで、回転する電力伝送用二次巻線20および情報伝送用小形ポットコア（回転側）14に施した情報伝送用二次巻線15の配線は、お互いが発生する高周波ノイズに対する磁気シールドのためシャフト27に別々に設けられ互いに磁気遮蔽されたシャフト軸中空部28a,28b （実線で示し、配線は示していない）を経て、軸先端に取り出される。
【００１０】
図３は、図１と図２のいずれかを用いた、電力伝送および情報伝送の構成を表す側断面図［本発明の第３の実施例］である。ここで電力伝送は、電力伝送用ポットコア (固定側)19 の一次巻線に外部インバータ30a より高周波電流を流し、電力伝送用ポットコア (回転側)20 の二次巻線に電圧が誘起され、回転体への電力取り出し29aで回転体へ伝送される。また、情報伝送は送るべき情報を磁気飽和を防止するため、平均電流が零となる様に符号化した高周波変調により、情報伝送用小形ポットコア（固定側）26aと情報伝送用小形ポットコア（回転側）25aの巻線の間の高周波電磁誘導により行われ、回転体への電力取り出し29bで回転体へ伝送される。
また、情報伝送が半二重通信(half-duplex communication) の場合は１回路で良いが、全二重通信(full-duplexcommunication) の場合は２回路を必要とするため、図４ (a) に示す様に同心円状に２回路を持つか、図４ (b）に示す様に同軸上に２回路を設ける[本発明の第４の実施例] 。
ところで、第３の実施例で説明した情報伝送と同様に、他の全ての本発明の各実施例においても、送るべき情報を平均電流が零となる様に符号化した高周波変調により、半二重通信手段あるいは全二重通信手段により行われる。
【００１１】
図５は、電力あるいは情報回転伝送の別の構成を示す側断面図［本発明の第５の実施例］である。すなわち、断面がコの字状のコの字状コア（固定側）33に一次巻線34を巻回し、このコの字状コア33の内側面に対向して回転する円板状回転コア（回転側）31の外周側面に二次巻線（回転側）32を巻装しており、その引き出し線（点線で示す）が回転シャフト27の中空部（図示しない）を通って引き出される。この様に回転体に連れ回って動く円板状回転コア（回転側）31の外周に二次巻線（回転側）32を施し、この円板回転状コア31を狭い間隙を介して挟む形のコの字状コア（固定側）33に一次巻線（固定側）34を施し、これら両者の一次巻線（固定側）34、 二次巻線（回転側）32 の間での高周波電磁誘導によって、電力あるいは情報伝送を行うことが可能である。
【００１２】
図６は、必要に応じて回転部への空気圧や油圧など流体エネルギの連続供給を行うべく、回転体流体カップリング35を電力伝送用ポットコア19,21、情報伝送用小形ポットコア25,26 と同軸上に配置し、回転伝送装置にこれを内蔵一体化した本発明の第６の実施例の側断面図である。ここで、固定部から供給された流体は、流体シール36により漏れを生じること無く回転シャフト27が内包する流体通路37を通って回転部へ供給される。図６は流体回路37が１回路であるが、特に油圧回路用として配管を複数系統にすることも可能である。従って流体の逃がし回路として、逆方向に流体を戻すことも同様に可能である。ここで、固定側から回転側への流体の伝送は、回転カップリング35を経て回転側に取り出された流体用フレキシブル管 38 (配管類)を介して行われる。
【００１３】
図７は、図１あるいは図２、図３にいずれかの形で構成した回転用伝送装置と、回転アクチュエータとの結合状態を示す構成図である。図７ (a),(b) ［側面図, 矢視方向からの平面図］に表す回転用伝送装置41と回転アクチュエータ43の機械的な結合は、回転アクチュエータ43の駆動部の結合板42a からガイドピン39を立て、これを収容するに充分な長穴40を回転用伝送装置41側の前記結合板42aに対向させて結合板42b に備えている［本発明の第７の実施例］。
【００１４】
あるいは逆に、図７(c),(d) ［側面図, 矢視方向からの平面図］に示す様に回転アクチュエータ43側の結合板42a に長穴40を備え、回転用伝送装置41の回転部に設けた結合板42b にガイドピン39を取り付けることによりルーズな連れ回り嵌合を行う［本発明の第８の実施例］。図１および図２の実施例に示した電力伝送用二次巻線３,20および情報伝送用二次巻線15のリード線や図６の流体用フレキシブル管38（配管類）は、回転アクチュエータ43の中空部43a を通って図示しない回転体に接続される。ガイドピン39と長穴40の嵌合の遊びは、加工、組み付け精度誤差を吸収する程度に抑えれば良いので、回転用伝送装置41は回転アクチュエータ43に連れ回って回転するが、リード線や配管類はよじれたり切れたりすることなく所期の目的が達成される。
【００１５】
図８は、本発明の第９の実施例［図８ (a) ］と本発明の第１０の実施例［図８(b) ］とによる直動用伝送装置の構成を示す斜視図である。直動物体への電力および情報伝送は、先述の従来例２の内容に基き、これに改良を加えて構成される。直動方向に配置した一次巻線（固定側）44に、二次巻線（可動側）45を施した中空矩形状コア46［図８(a) ］あるいは円形（トロイダル）状コア47［図８(b) ］を通す。中空矩形状コア46あるいは円形状コア47は直動軸受け (図示しない)、あるいはスライダ48a の可動部49に取り付けられており、一次巻線（固定側）44に接触することなく直動できる様になっている。
【００１６】
図８の実施例では、一次巻線（固定側）44は両端を除いて支持点が無いため、特に直動亘長の長い場合は、中央部において自重による垂れを生じ易く、中空矩形状コア46あるいは円形状コア47に接触する可能性がある。これに対して図９［(a) 中央部を切り欠いた側断面図,(b)は横断面図・但し巻線用導体51の本数は不一致］に示す本発明の第１１の実施例では、金属管50の中にお互いに電気絶縁された巻線用導体51を必要本数挿入することによって金属管50を支持物、保護物とするとともに巻線の一部とすることとした。図９において、図示表現上導体数は直動方向断面図では３本、直動方向垂直断面図では７本で示しているが、この数に限られるものではない。これらの本数は中空矩形状コア46［図８(a) ］あるいは円形（トロイダル）状コア47［図８ (b)］が磁気飽和を生じない範囲のアンペアターン(ampere-turn) から決められる。また、金属管50は、その本数の導体および自重量を支えるに充分な強度が必要である。電力伝送は、以上の様な構成のもと、一次巻線（固定側）44［図８ (a),(b) ］をインバータ52によって高周波電流で励磁し、その電磁誘導で二次巻線（可動側）45［図８(a),(b) ］に発生する高周波電圧をリード線経由で直動物体に加えることによって行われる。
【００１７】
情報伝送は、図１０［本発明の第１２の実施例］に示す様に電力伝送と同様の形態で行われるが、支持部48b に支持された情報伝送用一次巻線 (固定側)53 は電力伝送用一次巻線( 固定側)44 と並行に、しかもこれから充分に離隔するか、適切な磁気シールド板54a,磁気シールド板54b を隔てて設置する。もっとも、情報伝送の高周波周波数は電力伝送のそれよりも遙に高い。回転型と同様に送るべき情報は、平均電流が零となる様にコード化した高周波変調により、情報伝送用一次巻線 (固定側)53,53と移動コア55に施した情報伝送用二次巻線 (移動側)56 との間に生じる高周波電磁誘導によって行われる。
【００１８】
ここで通信が半二重通信の場合は１回路で行うため図１０に示す構成でよいが、全二重通信を行う場合は、双方向伝送のそれぞれの方向に１回路づつ必要とするため図１１の本発明の第１３の実施例の平面図に示す様に、平行に２回路（ａ回路およびｂ回路）を持つことによって双方向に全く同時に伝送を行う。このため、１つの移動コア支持部材に、それぞれ情報伝送用二次巻線56a, 56bを巻装した２つの移動コア55a, 55bを固着し、各移動コア55a, 55bの中央部に情報伝送用一次巻線53a , 53bを挿通して、ａ回路とｂ回路を形成している。
【００１９】
図１２は、図８の電力伝送部と、図１０あるいは図１１の情報伝送部を組合せて構成した直動伝送装置を、直動アクチュエータと結合する結合状態を示す正面図と側面図［図１２(a).(b) が本発明の第１４の実施例、図１２(c).(d) が本発明の第１５の実施例］である。図１２(a).(b)の機械的な結合は、直動アクチュエータ駆動部60から直動用伝送装置61に対向するアーム57を設け、直動用伝送装置61にガイドピン58a を立て、これを収容するに充分なガイド長穴59a を前記アーム57に備えている。また、図１２(c).(d)では、逆に直動アクチュエータ駆動部60のアーム57側にガイドピン58b を立て、直動用伝送装置61のガイド長穴59b に挿入することによりルーズな連れ回り嵌合を行う。先述の電力および情報伝送の巻線リードは、アーム57に沿って直動用伝送装置61側に接続される。ガイドピン58a あるいは58b とガイド長穴59a あるいは59b との嵌合の遊びは、加工組み付け精度誤差を吸収する程度に抑えれば良いので、直動用伝送装置61はアクチュエータ駆動部60に連れ回って直動するが、リード線はよじれたり切れたりすることはない。この様な構成は、機械的ルースカップリングの仕様を合わせれば良く、取り付ける直動用伝送装置61の種類にはよらない。例えば、直動アクチュエータ駆動部60としては回転モータ駆動のボールネジでも、ラックピニオン駆動、あるいはリニアモータ、ベルト駆動でも良い。
【００２０】
図１３は、電力あるいは情報の伝送装置から発生する電磁ノイズの外部への漏れが懸念される直動伝送装置に対する電磁シールド法を示す平面図［本発明の第１６の実施例］である。たとえば図８における二次巻線（可動側）45を施した高周波コアである中空矩形状コア46あるいは円形状( トロイダル) コア47で覆われない一次巻線（固定側）44の部分から外部への電磁放射を防ぐために、直動用伝送装置61の可動部49の両側に、機械嵌合部および電力、情報伝送用の引出し線部を除いて蛇腹状あるいはカーテン状の金属電磁遮蔽手段62,63を施し、直動用伝送装置61の位置に関係なくシールドができる様にした構成である。
【００２１】
本発明の回転運動あるいは直線運動する物体に電力や情報の供給を無接触で高周波電磁誘導によって伝送を行う装置は、無限回転体上、あるいは直動体上に配置したサーボ、インバータをはじめとするモーション制御機器あるいは電気負荷一般（発熱体、発光体、情報機器など）を、無接触で駆動制御するシステムを成す無接触モーション伝送装置に適用できる。
【００２２】
さらにまた、本発明は、無限回転体や直動移動体上に取り付けた検出器の検出信号を無接触で固定部にフィードバックする制御システムを形成する無接触モーション伝送装置として用いることができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、従来にない、次に列挙する幾多の技術的に卓越した特段の効果を奏することができる。
１） 回転運動あるいは直線運動する物体に電力や情報の供給を無接触で高周波電磁誘導によって伝送を行う装置において、先の回路構成に基づき本発明は、情報伝送は送るべき情報を磁気飽和を防止すべく平均電流が零となる様にコード化し、しかも電力伝送からの誘導妨害を避けるように電力伝送周波数より遙に高い周波数の高周波変調により行うことから、情報伝送の信頼性が一層向上した無接触モーション伝送装置が得られる。
２） 本発明の構成によって、従来スリップリングやケーブル配線を用いていた駆動系を無接点、無配線で構成することができるため、悪環境にも強く、経年特性劣化の無いモーション伝送システムが構成され得る。特に、直動用においては、多数のケーブルをケーブルベアに収納して引っ張っていたシステムに対して、本発明の構成により高速駆動、ケーブルメンテナンスフリーが可能となる。さらに、高速化を目的とする可動コイル型リニアモータ上において電気負荷の駆動やセンシングがケーブルレス構成で可能となる点の意義は大きい。また、ケーブルダクト部のスペース削減が可能となることも特記すべき点である。この様にして、直動体への無配線駆動が可能となるが、油圧や空圧を従来の様に配管によって行っていてはその意義が半減する。これに対して、本発明では真空吸着や空圧アクチュエータ駆動用のコンプレッサ、あるいは油圧駆動用ポンプを直動物体上に搭載することが可能になる。
３） 本発明の伝送装置を用いて、無限回転体上、あるいは直動体上に配置したサーボインバータを始めとするモーション制御機器あるいは電気負荷一般（発熱体、発光体、情報機器など）を、配線も電極接触も用いずに駆動制御するシステムを構成することができる。加えて、本発明の伝送装置を用いて、無限回転体や直動移動体上に取り付けた検出器の検出信号を配線も電極接触も用いずに固定部にフィードバックする制御システムを構成することができ、検出器やスイッチ類の増加によって配線数が増大している従来装置に比べてスペース低減も可能となる。
４） 本発明による連れ回り構造の伝送装置は、当該アクチュエータへの取り付け取り外しが容易であるため、既存の機械にレトロフィットの形で容易に無接触の伝送が構成されるのみならず、アクチュエータの種類、形式によらぬ汎用適応が可能となる。加えて、伝送装置の点検、メンテナンス、入れ替えも容易となり、実用性が更に高まる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例による回転用伝送装置の構成を示す側断面図
【図２】本発明の第２の実施例の構成を示す側断面図
【図３】図１と図２のいずれかを用いた電力伝送および情報伝送の構成を示す
側断面図［本発明の第３の実施例］
【図４】全二重通信の場合における情報伝送の形態を表す側断面図で、(a) は同心円状、(b) は同軸上に配置した回路構成図［本発明の第４の実施例］
【図５】電力あるいは情報回転伝送の別の構成を示す側断面図［本発明の第５の実施例］
【図６】回転部への空気圧や油圧など流体エネルギの連続供給を行う回転体流体カップリングを内蔵一体化した側断面図［本発明の第６の実施例］
【図７】図１あるいは図２、図３のいずれかの形で構成した回転用伝送装置と、回転アクチュエータとの結合状態を示す構成図で、(a) は側断面図、 (b) は(a) の矢視方向平面図、(c) は別の実施を示す側断面図、(d) は(c) の矢視方向平面図
【図８】直動用伝送装置の構成を示す斜視図で、 (a) は可動部に中空矩形状コアを用いた場合の外観図［本発明の第９の実施例］、(b) は可動部に円形状（トロイダル）コアを用いた場合の外観図［本発明の第１０の実施例］
【図９】直動用伝送装置の一次巻線の実施例で、(a) は側断面図、(b) は横断面図［本発明の第１１の実施例］
【図１０】電力伝送用巻線から情報伝送用巻線の磁気遮蔽手段の実施例を示す斜視図［本発明の第１２の実施例］
【図１１】全二重通信を行う場合の例を示す情報伝送部の平面図［本発明の第１３の実施例］
【図１２】直動用伝送装置と直動アクチュエータと結合状態を示す実施例で、(a) は正面図、(b) は側面図［本発明の第１４の実施例］、(c) は別の実施例の正面図、(d) はその側面図［本発明の第１５の実施例］
【図１３】直動伝送装置に対する電磁シールドの実施例を示す平面図［本発明の第１６の実施例］
【図１４】従来例の構成を表す図を示し、(a) は従来例２の平面図、(b) は従来例３の側断面図
【符号の説明】
１,19 電力伝送用ポットコア（固定側）
２,18 電力伝送用一次巻線
３,20 電力伝送用二次巻線
４,21 電力伝送用ポットコア（回転側）
５ 固定側フランジ
６ ネジ部（雄）
７ 調整フランジ
８,22,23,76 ベアリング
９ アダプタ
10 ネジ部 (雌)
11 シャフト軸（固定側）
12,26a,26a1,26a2 情報伝送用小形ポットコア（固定側）
13,53,53a,53b 情報伝送用一次巻線
14,25a,25a1,25a2 情報伝送用小形ポットコア（回転側）
15,56,56a,56b 情報伝送用二次巻線
16 回転側キャップ
17 取り出し穴
24 高周波ノイズシールド
27 シャフト
28a シャフト軸中空部
28b シャフト軸中空部
29a 回転体への電力取り出し
29b 回転体への情報取り出し
30a 外部インバータ
30b 入力情報コード
30c 出力情報コード
30d 高周波変調器
31 円板状回転コア（回転側）
32,45 二次巻線（回転側）
33 コの字状コア（固定側）
34,44 一次巻線（固定側）
35 回転体流体カップリング
36 流体シール
37 流体通路
38 流体用フレキシブル管
39 ガイドピン
40 長穴
41 回転用伝送装置
42a,42b 結合板
43 回転アクチュエータ
43a 中空部
46 中空矩形状コア
47 円形状( トロイダル) コア
48a スライダ
48b 支持部
49 可動部
50 金属管
51 巻線用導体
52 インバータ
54a 磁気シールド板
54b 磁気シールド板
55,55a,55b 移動コア
57 アーム
58a,58b ガイドピン
59a,59b ガイド長穴
60 直動アクチュエータ駆動部
61 直動用伝送装置
62,63 金属電磁遮蔽手段
70 モータ
71a 直動アクチュエータ［ボールネジ (雄) ］
71b 直動アクチュエータ［ボールネジ (雌) ］
72 直動伝送装置一次巻線
73 可動高周波コア
74 回転アクチュエータ (固定子)
75 回転アクチュエータ (回転子)
76a 電力伝送用高周波コア（固定側）
76b 電力伝送用高周波コア（回転側）
77a 情報伝送用高周波コア（固定側）
77b 情報伝送用高周波コア（回転側）
78 可動高周波コア支持部材
79 回転伝送装置
【産業上の利用分野】
本発明は、回転あるいは直動移動をしている物体に対して接点および移動ケーブル配線を設けないで電力および情報を伝送するための装置と、同装置を当該回転あるいは直動する物体の駆動用アクチュエータ部にリジッドに機械嵌合させないで伝送を可能するための取り付け構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の回転あるいは直動移動している物体に対して、電力あるいは情報を伝送する手段としては、通常接点および移動ケーブル配線（図示省略）を行うものである［以下、これを『従来例１』という］。そして、特公昭５８−２３７２３・無接触給電装置［以下、これを『従来例２』という］が直動型で接点類無しに電力を伝送するための装置としては嚆矢とし、相次いで回転型では特開平４−３４５００８［以下、これを『従来例３』という］において無接触電力および情報伝送技術を提案している。図１４ (a) は従来例２の平面図である。高周波電流を供給する細長いループ状に巻回した直動伝送装置一次巻線72と、この一次巻線72を一次側コアのスロット中に納め、二次側のコアのスロット中に一次巻線72と対向するループ状二次側巻線を納めた分割可能の可動高周波コア73とから成り、一次巻線72に通電して二次側巻線に電力を伝送するようにしており、モータ70の駆動からボールネジの直動アクチュエータ71a (雄) を回動し、それに噛み合い遊嵌する直動アクチュエータ71b(雌) を左右の移動方向に直動させている。なお、可動高周波コア73はボールネジ雌71b と可動高周波コア支持部材78とが一体に形成され、ボールネジ雄71a の回転に連れてベース上を支持部材78で摺動する。
図１４ (b) は従来例３の側断面図である。装置全体を囲繞する磁性体フレームに円筒状に巻回した回転アクチュエータ（固定子）74を設け、その中心軸にシャフト27を備え、このシャフト27はフレームに配設した３個のベアリング76,22,23を介して回転自在に支承され、さらにシャフト27には回転アクチュエータ（固定子）74に対向する回転アクチュエータ（回転子）75と、電力二次巻線を巻回した電力伝送用高周波コア（回転側）76b と、同じく情報二次巻線を巻回した情報伝送用高周波コア（回転側）77b とを固着させている。また、回転伝送装置79の固定側には、電力伝送用高周波コア（回転側）76b に対向して電力一次巻線を巻回した電力伝送用高周波コア（固定側）76a と情報伝送用高周波コア（回転側）77b に対向して情報一次巻線を巻回した情報伝送用高周波コア（固定側）77a が具備されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来例１としてのスリップリングなど電極接点や配線によって、回転物体、直動物体上にモーション伝送を行うシステムでは、悪環境や繰返し機械ストレスによる経年特性劣化の問題で信頼性の向上が計れなかった。例えばスリップリングを用いる場合、接触不良により検出信号にノイズが加わったり、インバータやサーボのパワーデバイスに予期せぬ電圧ストレスが加わったりしていた。また、直動体への伝送においては、多数のケーブルをケーブルベアに収納し引張ることが一般的であるが、このため高速駆動が難しくケーブルメンテナンスへの配慮が必要であった。これを解決する手段として、出願人の一部は従来例２において高周波電磁誘導を用いた直動式の無接触電力伝送技術に関しての研究開発をし、さらに従来例３の回転型に関しても先願・特開平４−３４５００８において無接触電力および情報伝送技術を開示している。これら２つの先行例（従来例２，３）では、図１４ (a),(b) に示す様に本伝送装置のアクチュエータや減速への内蔵一体化を具現した。しかしながら、この構成では、駆動アクチュエータと伝送装置のそれぞれの工作精度と、相互取付け精度を高くしないと、両者の間に機械的なこじれや不必要な応力が発生する。たとえば、回転用の場合は両者間の偏心誤差、直動用の場合は平行度誤差の吸収ができない。しかも、駆動アクチュエータの種類、形式に関係なく適用できる伝送装置の汎用性が得られないばかりか、伝送装置の点検や交換によるメンテナンス作業も容易ではなかった。従って、本発明においては、この様な問題を解決するための伝送装置の構成と構造を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は以下の各手段によりそれぞれの目的が達成される。すなわち、
第１の手段は、回転運動する物体に電力や情報の供給を無接触で高周波電磁誘導によって伝送を行う装置において、回転自在に支承されたシャフトに電力伝送用の回転側ポットコアを取り付け、シャフトの前記取付部分と高周波ノイズシールドで隔離された一方端部に情報伝送用の回転側小形ポットコアを固着し、前記それぞれの回転側ポットコアに僅かな空隙を介して固定側の電力伝送用ポットコアと固定側の情報伝送用小形ポットコアを対向させて設け、固定側の電力伝送用ポットコアと固定側の情報伝送用小形ポットコアにそれぞれ一次巻線を巻装し、回転側の電力伝送用ポットコアと回転側の情報伝送用小形ポットコアにそれぞれ二次巻線を巻装し、この二次巻線のリード線を、前記シャフトに設けられ互いに磁気遮蔽された別々のシャフト軸中空部を経て外部へ取り出すようにした無接触モーション伝送装置である。
第２の手段は、回転運動する物体に電力や情報の供給を無接触で高周波電磁誘導によって伝送を行う装置において、別個に回路を形成する二次巻線を巻回した２つの回転側の情報伝送用小形ポットコアを、シャフトの端部に同心円状に固着し、前記情報伝送用小形ポットコアに僅かの空隙を介してそれぞれ対向させて別個の回路を形成する一次巻線を巻回した固定側の情報伝送用小形ポットコアを設け、回転側の電力伝送用のポットコアと回転側の情報伝送用小形ポットコアにそれぞれ巻回された巻線のリード線を、前記シャフトに設けられ互いに磁気遮蔽された別々のシャフト軸中空部を経て外部へ取り出すようにした無接触モーション伝送装置である。
第３の手段は、回転運動する物体に電力や情報の供給を無接触で高周波電磁誘導によって伝送を行う装置において、固定部に設け一次巻線を巻装した固定側の電力伝送用ポットコアと二次巻線を巻装した回転側の電力伝送用ポットコアと情報伝送用小形ポットコアをそなえ、前記情報伝送用小形ポットコアが、ポットコアと同心に回転するシャフトの端部に軸方向に固着され別個の回路を形成する二次巻線を巻装した２つの回転側の情報伝送用小形ポットコアと、前記情報伝送用小形ポットコアに空隙を介してそれぞれ対向させて、別個の回路を形成する一次巻線を巻装した固定側の情報伝送用小形ポットコアをそなえ、回転側の電力伝送用ポットコアと回転側の情報伝送用小形ポットコアにそれぞれ巻装された巻線のリード線を、前記シャフトに設けられ互いに磁気遮蔽された別々のシャフト軸中空部を経て外部へ取り出すようにした無接触モーション伝送装置である。
第４の手段は、 回転運動する物体に電力や情報の供給を無接触で高周波電磁誘導によって伝送を行う装置において、回転シャフトに固着した円板状回転コアの外側周面に二次巻線を施し、固定部に設けて前記円板状回転コアを狭い間隙を介して挟むコの字状コアの前記二次巻線に対向する側面に一次巻線を施し、これら両者の巻線の間での高周波電磁誘導によって電力あるいは情報伝送を行う無接触モーション伝送装置である。
第５の手段は、回転運動する物体に電力や情報の供給を無接触で高周波電磁誘導によって伝送を行う装置において、固定側の電力伝送用ポットコアと情報伝送用小形ポットコアに対向する回転側の電力伝送用ポットコアと情報伝送用小形ポットコアを取り付け、軸方向の流体通路を設けたシャフトの一端部に、軸に対して直角方向に穿孔し外部からの流体通路へ通ずる穿孔部分をそなえ、この穿孔部分を流体シールで覆った回転体流体カップリングをシャフトと同心に配置し、前記シャフトの流体通路から流体フレキシブル管を経て外部に至る流体の通路を形成した無接触モーション伝送装置である。
第６の手段は、回転物体や直動物体へ電力や情報の伝送を無接触で高周波電磁誘導によって行う伝送装置において、当該伝送装置と回転アクチュエータあるいは直動アクチュエータとの連結手段として、伝送装置と回転アクチュエータあるいは直動アクチュエータの駆動部との対向する面のいずれか一方にガイドピンを立て、他方に前記ガイドピンを挿通する長穴を備え、ガイドピンと長穴とのルーズな連れ回り嵌合を行わせる無接触モーション伝送装置である。
第７の手段は、直動運動する物体に電力や情報の供給を無接触で高周波電磁誘導によって伝送を行う装置において、直動方向に配置した一次巻線に、可動部の二次巻線を施した中空矩形状あるいはトロイダルをなす円形状コアを挿通させ、前記一次巻線を金属管内に絶縁して収納した無接触モーション伝送装置である。
第８の手段は、電力伝送用の部分と情報伝送用部分との間に１枚以上の磁気シールド板を直動する亘長全域に設置させた第７の手段に記載の無接触モーション伝送装置である。
第９の手段は、直動運動する物体に電力や情報の供給を無接触で高周波電磁誘導によって伝送を行う装置において、１つの移動コア支持部材に２つの情報伝送用の移動コアを固着し、それぞれの移動コアに、別個に回路を形成する情報伝送用二次巻線を巻回し、各移動コアの中空部に固定側の情報伝送用一次巻線を挿通し、前記移動コア支持部材の直動に対応して二回路の情報伝送を行う無接触モーション伝送装置である。
第１０の手段は、直動運動する物体に電力や情報の供給を無接触で高周波電磁誘導によって伝送を行う装置において、直動用伝送装置の可動部の両側に、電力および情報伝送用の引出し線部を除いて、蛇腹状、或はカーテン状の金属電磁遮蔽手段を設けた無接触モーション伝送装置である。
【０００５】
【作用】
本発明は、その構成によって、従来スリップリングやケーブル配線を用いていた駆動系を無接点、無配線で構成することができるため、悪環境にも強く、経年特性劣化の無いモーション伝送システムが構成され、特に直動用においては、多数のケーブルをケーブルベアに収納し引張っていたシステムに対して、本発明の構成により高速駆動、ケーブルメンテナンスフリーが可能となり、しかも高速化を目的とする可動コイル型リニアモータ上において電気負荷の駆動やセンシングがケーブルレスで構成され、ケーブルダクト部のスペース削減が可能となる。この様にして直動体への無配線駆動が可能となるが、油圧や空圧を従来の様に配管によって行っていてはその意義が半減するが、本発明は真空吸着や空圧アクチュエータ駆動用のコンプレッサ、あるいは油圧駆動用ポンプは直動体上に搭載して配管を可動部から排除できる。さらに本発明の伝送装置を用いて、無限回転体上、あるいは直動体上に配置したサーボ、インバータを始めとするモーション制御機器あるいは電気負荷一般（発熱体、発光体、情報機器など）を配線も電極接触も用いないで駆動制御するシステムを構成することができ、加えて本発明の伝送装置を用いて、無限回転体や直動移動体上に取り付けた検出器の検出信号を配線も電極接触も用いないで固定部にフィードバックする制御システムも構成でき、検出器やスイッチ類の増加によって配線数が増大していた従来装置よりもスペース低減が可能となる。しかも、本発明による連れ回り構造の伝送装置は、当該アクチュエータへの取り付け取り外しが容易であるため、既存の機械にレトロフィットの形で容易に無接触の伝送が構成されるのみならず、アクチュエータの種類、形式によらぬ汎用適応が可能となり、伝送装置の点検、メンテナンス、入れ替えも容易となる。
【０００６】
【実施例】
以下、本発明の各実施例を図面に基づいて説明する。なお、各図面において、同一符号は同一もしくは相当部材を表す。図１には、本発明の第１の実施例による回転用伝送装置の構成を示す側断面図を表す。ここで、電力伝送用ポットコア（固定側）１には電力伝送用一次巻線２が施され、同じく電力伝送用二次巻線３が施された電力伝送用ポットコア（回転側）４に狭い間隙を経て対向している。電力伝送用ポットコア（固定側）１は固定側フランジ５に接着固定されており、電力伝送用ポットコア（回転側）４は側面にネジ部（雄）６を備えた調整フランジ７に固定される。固定側フランジ５には、回転精度とポットコア間の同心度を確保するためにベアリング８の内周面が圧接される。更にはベアリング８の外周部には、アダプタ９が圧接されるが、この内周にはネジ部（雌）10が施されており、ネジ部（雄）６とのネジ回転で電力伝送用ポットコア（固定側）１と電力伝送用ポットコア（回転側）４間の間隙が調整できる様になっている。
【０００７】
一方、固定側フランジ５からは、電力伝送用ポットコア（固定側）１の中空部を経て、電力伝送用ポットコア（回転側）４に接触することなく、非磁性体の中空シャフト軸（固定側）11が設けられ、その先に情報伝送用小形ポットコア（固定側）12が固定支持される。情報伝送用小形ポットコア（固定側）12に巻いた情報伝送用一次巻線13のリード線は、シャフト軸（固定側）11の中空部を通って下がり、本装置の固定部端子 (図示しない) に取り付けられる。情報伝送用小形ポットコア（固定側）12と対向する情報伝送用小形ポットコア（回転側）14には情報伝送用二次巻線15が巻かれ、情報伝送用小形ポットコア（回転側）14は、回転側キャップ16の下面に取り付け固定される。なお、情報伝送用二次巻線15および電力伝送用二次巻線３のリード線は、回転側キャップ16の取り出し穴17を通って、回転体( 図示しない) に接続される。
【０００８】
このように本実施例は、回転運動あるいは直線運動する物体に電力や情報の供給を無接触で高周波電磁誘導によって伝送を行う装置において、回転物体への電力および情報伝送のために、１対になっている高周波用の電力伝送用ポットコア１と４、及び情報伝送用小形ポットコア12と14にそれぞれ巻線を施し、一方のポットコア１及び1２を固定側とし、他方のポットコア４及び14を回転側として、それぞれ微小な隙間を介して対向させ、電力伝送は固定側の電力伝送用ポットコア１の一次巻線２に高周波電流を流し回転側の電力伝送用二次巻線３に電圧が誘起されることによって行い、情報伝送は固定側の情報伝送用小形ポットコアの一次巻線13に情報信号を重畳した高周波電流を流し回転側の情報伝送用二次巻線１５に情報信号電圧が誘起されることによって行う。固定側の高周波用の電力伝送用ポットコア１は円筒状の固定側フランジ５内周面に接着固定されており、回転側の高周波用の電力伝送用ポットコア４は外周面に雄のネジ部６を備えた円筒状の調整フランジ７の内周面に固定され、固定側フランジ５の外周面にはベアリング８の内周面が圧接され、このベアリング８の外周部にアダプタ９が圧接され、その上部内周面に雌のネジ部10が施され、前記雄と前記雌のネジ部６，10のネジ回転で固定側の電力伝送用ポットコア１と回転側の電力伝送用ポットコア４との間隙が調整され、回転自在に支承され碗状で底部を上にした回転側キャップ16の内周面に前記アダプタ９を固着した無接触モーション伝送装置を構成している。
【０００９】
次に、図１の場合と同じ効果が得られる別の形態［本発明の第２の実施例］の構成を示す側断面図を図２に示す。これは回転電動機と同様な構造であり、電力伝送用一次巻線18を施した電力伝送用ポットコア（固定側）19と、電力伝送用二次巻線20を施した電力伝送用ポットコア（回転側）21は、それぞれ電動機の固定子あるいは可動子に相当する。ここでシャフト27に固着して回転体に連れ回って回る電力伝送用ポットコア（回転側）21は位置精度、回転同心度を保つためベアリング22,23 で保持される。また情報伝送部は高周波ノイズシールド24により電力伝送部から隔離された前記シャフト27の一方の端部に、情報伝送用小形ポットコア (固定側)12 とシャフト27に固着した情報伝送用小形ポットコア (回転側)14 によって構成される。ここで、回転する電力伝送用二次巻線20および情報伝送用小形ポットコア（回転側）14に施した情報伝送用二次巻線15の配線は、お互いが発生する高周波ノイズに対する磁気シールドのためシャフト27に別々に設けられ互いに磁気遮蔽されたシャフト軸中空部28a,28b （実線で示し、配線は示していない）を経て、軸先端に取り出される。
【００１０】
図３は、図１と図２のいずれかを用いた、電力伝送および情報伝送の構成を表す側断面図［本発明の第３の実施例］である。ここで電力伝送は、電力伝送用ポットコア (固定側)19 の一次巻線に外部インバータ30a より高周波電流を流し、電力伝送用ポットコア (回転側)20 の二次巻線に電圧が誘起され、回転体への電力取り出し29aで回転体へ伝送される。また、情報伝送は送るべき情報を磁気飽和を防止するため、平均電流が零となる様に符号化した高周波変調により、情報伝送用小形ポットコア（固定側）26aと情報伝送用小形ポットコア（回転側）25aの巻線の間の高周波電磁誘導により行われ、回転体への電力取り出し29bで回転体へ伝送される。
また、情報伝送が半二重通信(half-duplex communication) の場合は１回路で良いが、全二重通信(full-duplexcommunication) の場合は２回路を必要とするため、図４ (a) に示す様に同心円状に２回路を持つか、図４ (b）に示す様に同軸上に２回路を設ける[本発明の第４の実施例] 。
ところで、第３の実施例で説明した情報伝送と同様に、他の全ての本発明の各実施例においても、送るべき情報を平均電流が零となる様に符号化した高周波変調により、半二重通信手段あるいは全二重通信手段により行われる。
【００１１】
図５は、電力あるいは情報回転伝送の別の構成を示す側断面図［本発明の第５の実施例］である。すなわち、断面がコの字状のコの字状コア（固定側）33に一次巻線34を巻回し、このコの字状コア33の内側面に対向して回転する円板状回転コア（回転側）31の外周側面に二次巻線（回転側）32を巻装しており、その引き出し線（点線で示す）が回転シャフト27の中空部（図示しない）を通って引き出される。この様に回転体に連れ回って動く円板状回転コア（回転側）31の外周に二次巻線（回転側）32を施し、この円板回転状コア31を狭い間隙を介して挟む形のコの字状コア（固定側）33に一次巻線（固定側）34を施し、これら両者の一次巻線（固定側）34、 二次巻線（回転側）32 の間での高周波電磁誘導によって、電力あるいは情報伝送を行うことが可能である。
【００１２】
図６は、必要に応じて回転部への空気圧や油圧など流体エネルギの連続供給を行うべく、回転体流体カップリング35を電力伝送用ポットコア19,21、情報伝送用小形ポットコア25,26 と同軸上に配置し、回転伝送装置にこれを内蔵一体化した本発明の第６の実施例の側断面図である。ここで、固定部から供給された流体は、流体シール36により漏れを生じること無く回転シャフト27が内包する流体通路37を通って回転部へ供給される。図６は流体回路37が１回路であるが、特に油圧回路用として配管を複数系統にすることも可能である。従って流体の逃がし回路として、逆方向に流体を戻すことも同様に可能である。ここで、固定側から回転側への流体の伝送は、回転カップリング35を経て回転側に取り出された流体用フレキシブル管 38 (配管類)を介して行われる。
【００１３】
図７は、図１あるいは図２、図３にいずれかの形で構成した回転用伝送装置と、回転アクチュエータとの結合状態を示す構成図である。図７ (a),(b) ［側面図, 矢視方向からの平面図］に表す回転用伝送装置41と回転アクチュエータ43の機械的な結合は、回転アクチュエータ43の駆動部の結合板42a からガイドピン39を立て、これを収容するに充分な長穴40を回転用伝送装置41側の前記結合板42aに対向させて結合板42b に備えている［本発明の第７の実施例］。
【００１４】
あるいは逆に、図７(c),(d) ［側面図, 矢視方向からの平面図］に示す様に回転アクチュエータ43側の結合板42a に長穴40を備え、回転用伝送装置41の回転部に設けた結合板42b にガイドピン39を取り付けることによりルーズな連れ回り嵌合を行う［本発明の第８の実施例］。図１および図２の実施例に示した電力伝送用二次巻線３,20および情報伝送用二次巻線15のリード線や図６の流体用フレキシブル管38（配管類）は、回転アクチュエータ43の中空部43a を通って図示しない回転体に接続される。ガイドピン39と長穴40の嵌合の遊びは、加工、組み付け精度誤差を吸収する程度に抑えれば良いので、回転用伝送装置41は回転アクチュエータ43に連れ回って回転するが、リード線や配管類はよじれたり切れたりすることなく所期の目的が達成される。
【００１５】
図８は、本発明の第９の実施例［図８ (a) ］と本発明の第１０の実施例［図８(b) ］とによる直動用伝送装置の構成を示す斜視図である。直動物体への電力および情報伝送は、先述の従来例２の内容に基き、これに改良を加えて構成される。直動方向に配置した一次巻線（固定側）44に、二次巻線（可動側）45を施した中空矩形状コア46［図８(a) ］あるいは円形（トロイダル）状コア47［図８(b) ］を通す。中空矩形状コア46あるいは円形状コア47は直動軸受け (図示しない)、あるいはスライダ48a の可動部49に取り付けられており、一次巻線（固定側）44に接触することなく直動できる様になっている。
【００１６】
図８の実施例では、一次巻線（固定側）44は両端を除いて支持点が無いため、特に直動亘長の長い場合は、中央部において自重による垂れを生じ易く、中空矩形状コア46あるいは円形状コア47に接触する可能性がある。これに対して図９［(a) 中央部を切り欠いた側断面図,(b)は横断面図・但し巻線用導体51の本数は不一致］に示す本発明の第１１の実施例では、金属管50の中にお互いに電気絶縁された巻線用導体51を必要本数挿入することによって金属管50を支持物、保護物とするとともに巻線の一部とすることとした。図９において、図示表現上導体数は直動方向断面図では３本、直動方向垂直断面図では７本で示しているが、この数に限られるものではない。これらの本数は中空矩形状コア46［図８(a) ］あるいは円形（トロイダル）状コア47［図８ (b)］が磁気飽和を生じない範囲のアンペアターン(ampere-turn) から決められる。また、金属管50は、その本数の導体および自重量を支えるに充分な強度が必要である。電力伝送は、以上の様な構成のもと、一次巻線（固定側）44［図８ (a),(b) ］をインバータ52によって高周波電流で励磁し、その電磁誘導で二次巻線（可動側）45［図８(a),(b) ］に発生する高周波電圧をリード線経由で直動物体に加えることによって行われる。
【００１７】
情報伝送は、図１０［本発明の第１２の実施例］に示す様に電力伝送と同様の形態で行われるが、支持部48b に支持された情報伝送用一次巻線 (固定側)53 は電力伝送用一次巻線( 固定側)44 と並行に、しかもこれから充分に離隔するか、適切な磁気シールド板54a,磁気シールド板54b を隔てて設置する。もっとも、情報伝送の高周波周波数は電力伝送のそれよりも遙に高い。回転型と同様に送るべき情報は、平均電流が零となる様にコード化した高周波変調により、情報伝送用一次巻線 (固定側)53,53と移動コア55に施した情報伝送用二次巻線 (移動側)56 との間に生じる高周波電磁誘導によって行われる。
【００１８】
ここで通信が半二重通信の場合は１回路で行うため図１０に示す構成でよいが、全二重通信を行う場合は、双方向伝送のそれぞれの方向に１回路づつ必要とするため図１１の本発明の第１３の実施例の平面図に示す様に、平行に２回路（ａ回路およびｂ回路）を持つことによって双方向に全く同時に伝送を行う。このため、１つの移動コア支持部材に、それぞれ情報伝送用二次巻線56a, 56bを巻装した２つの移動コア55a, 55bを固着し、各移動コア55a, 55bの中央部に情報伝送用一次巻線53a , 53bを挿通して、ａ回路とｂ回路を形成している。
【００１９】
図１２は、図８の電力伝送部と、図１０あるいは図１１の情報伝送部を組合せて構成した直動伝送装置を、直動アクチュエータと結合する結合状態を示す正面図と側面図［図１２(a).(b) が本発明の第１４の実施例、図１２(c).(d) が本発明の第１５の実施例］である。図１２(a).(b)の機械的な結合は、直動アクチュエータ駆動部60から直動用伝送装置61に対向するアーム57を設け、直動用伝送装置61にガイドピン58a を立て、これを収容するに充分なガイド長穴59a を前記アーム57に備えている。また、図１２(c).(d)では、逆に直動アクチュエータ駆動部60のアーム57側にガイドピン58b を立て、直動用伝送装置61のガイド長穴59b に挿入することによりルーズな連れ回り嵌合を行う。先述の電力および情報伝送の巻線リードは、アーム57に沿って直動用伝送装置61側に接続される。ガイドピン58a あるいは58b とガイド長穴59a あるいは59b との嵌合の遊びは、加工組み付け精度誤差を吸収する程度に抑えれば良いので、直動用伝送装置61はアクチュエータ駆動部60に連れ回って直動するが、リード線はよじれたり切れたりすることはない。この様な構成は、機械的ルースカップリングの仕様を合わせれば良く、取り付ける直動用伝送装置61の種類にはよらない。例えば、直動アクチュエータ駆動部60としては回転モータ駆動のボールネジでも、ラックピニオン駆動、あるいはリニアモータ、ベルト駆動でも良い。
【００２０】
図１３は、電力あるいは情報の伝送装置から発生する電磁ノイズの外部への漏れが懸念される直動伝送装置に対する電磁シールド法を示す平面図［本発明の第１６の実施例］である。たとえば図８における二次巻線（可動側）45を施した高周波コアである中空矩形状コア46あるいは円形状( トロイダル) コア47で覆われない一次巻線（固定側）44の部分から外部への電磁放射を防ぐために、直動用伝送装置61の可動部49の両側に、機械嵌合部および電力、情報伝送用の引出し線部を除いて蛇腹状あるいはカーテン状の金属電磁遮蔽手段62,63を施し、直動用伝送装置61の位置に関係なくシールドができる様にした構成である。
【００２１】
本発明の回転運動あるいは直線運動する物体に電力や情報の供給を無接触で高周波電磁誘導によって伝送を行う装置は、無限回転体上、あるいは直動体上に配置したサーボ、インバータをはじめとするモーション制御機器あるいは電気負荷一般（発熱体、発光体、情報機器など）を、無接触で駆動制御するシステムを成す無接触モーション伝送装置に適用できる。
【００２２】
さらにまた、本発明は、無限回転体や直動移動体上に取り付けた検出器の検出信号を無接触で固定部にフィードバックする制御システムを形成する無接触モーション伝送装置として用いることができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、従来にない、次に列挙する幾多の技術的に卓越した特段の効果を奏することができる。
１） 回転運動あるいは直線運動する物体に電力や情報の供給を無接触で高周波電磁誘導によって伝送を行う装置において、先の回路構成に基づき本発明は、情報伝送は送るべき情報を磁気飽和を防止すべく平均電流が零となる様にコード化し、しかも電力伝送からの誘導妨害を避けるように電力伝送周波数より遙に高い周波数の高周波変調により行うことから、情報伝送の信頼性が一層向上した無接触モーション伝送装置が得られる。
２） 本発明の構成によって、従来スリップリングやケーブル配線を用いていた駆動系を無接点、無配線で構成することができるため、悪環境にも強く、経年特性劣化の無いモーション伝送システムが構成され得る。特に、直動用においては、多数のケーブルをケーブルベアに収納して引っ張っていたシステムに対して、本発明の構成により高速駆動、ケーブルメンテナンスフリーが可能となる。さらに、高速化を目的とする可動コイル型リニアモータ上において電気負荷の駆動やセンシングがケーブルレス構成で可能となる点の意義は大きい。また、ケーブルダクト部のスペース削減が可能となることも特記すべき点である。この様にして、直動体への無配線駆動が可能となるが、油圧や空圧を従来の様に配管によって行っていてはその意義が半減する。これに対して、本発明では真空吸着や空圧アクチュエータ駆動用のコンプレッサ、あるいは油圧駆動用ポンプを直動物体上に搭載することが可能になる。
３） 本発明の伝送装置を用いて、無限回転体上、あるいは直動体上に配置したサーボインバータを始めとするモーション制御機器あるいは電気負荷一般（発熱体、発光体、情報機器など）を、配線も電極接触も用いずに駆動制御するシステムを構成することができる。加えて、本発明の伝送装置を用いて、無限回転体や直動移動体上に取り付けた検出器の検出信号を配線も電極接触も用いずに固定部にフィードバックする制御システムを構成することができ、検出器やスイッチ類の増加によって配線数が増大している従来装置に比べてスペース低減も可能となる。
４） 本発明による連れ回り構造の伝送装置は、当該アクチュエータへの取り付け取り外しが容易であるため、既存の機械にレトロフィットの形で容易に無接触の伝送が構成されるのみならず、アクチュエータの種類、形式によらぬ汎用適応が可能となる。加えて、伝送装置の点検、メンテナンス、入れ替えも容易となり、実用性が更に高まる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例による回転用伝送装置の構成を示す側断面図
【図２】本発明の第２の実施例の構成を示す側断面図
【図３】図１と図２のいずれかを用いた電力伝送および情報伝送の構成を示す
側断面図［本発明の第３の実施例］
【図４】全二重通信の場合における情報伝送の形態を表す側断面図で、(a) は同心円状、(b) は同軸上に配置した回路構成図［本発明の第４の実施例］
【図５】電力あるいは情報回転伝送の別の構成を示す側断面図［本発明の第５の実施例］
【図６】回転部への空気圧や油圧など流体エネルギの連続供給を行う回転体流体カップリングを内蔵一体化した側断面図［本発明の第６の実施例］
【図７】図１あるいは図２、図３のいずれかの形で構成した回転用伝送装置と、回転アクチュエータとの結合状態を示す構成図で、(a) は側断面図、 (b) は(a) の矢視方向平面図、(c) は別の実施を示す側断面図、(d) は(c) の矢視方向平面図
【図８】直動用伝送装置の構成を示す斜視図で、 (a) は可動部に中空矩形状コアを用いた場合の外観図［本発明の第９の実施例］、(b) は可動部に円形状（トロイダル）コアを用いた場合の外観図［本発明の第１０の実施例］
【図９】直動用伝送装置の一次巻線の実施例で、(a) は側断面図、(b) は横断面図［本発明の第１１の実施例］
【図１０】電力伝送用巻線から情報伝送用巻線の磁気遮蔽手段の実施例を示す斜視図［本発明の第１２の実施例］
【図１１】全二重通信を行う場合の例を示す情報伝送部の平面図［本発明の第１３の実施例］
【図１２】直動用伝送装置と直動アクチュエータと結合状態を示す実施例で、(a) は正面図、(b) は側面図［本発明の第１４の実施例］、(c) は別の実施例の正面図、(d) はその側面図［本発明の第１５の実施例］
【図１３】直動伝送装置に対する電磁シールドの実施例を示す平面図［本発明の第１６の実施例］
【図１４】従来例の構成を表す図を示し、(a) は従来例２の平面図、(b) は従来例３の側断面図
【符号の説明】
１,19 電力伝送用ポットコア（固定側）
２,18 電力伝送用一次巻線
３,20 電力伝送用二次巻線
４,21 電力伝送用ポットコア（回転側）
５ 固定側フランジ
６ ネジ部（雄）
７ 調整フランジ
８,22,23,76 ベアリング
９ アダプタ
10 ネジ部 (雌)
11 シャフト軸（固定側）
12,26a,26a1,26a2 情報伝送用小形ポットコア（固定側）
13,53,53a,53b 情報伝送用一次巻線
14,25a,25a1,25a2 情報伝送用小形ポットコア（回転側）
15,56,56a,56b 情報伝送用二次巻線
16 回転側キャップ
17 取り出し穴
24 高周波ノイズシールド
27 シャフト
28a シャフト軸中空部
28b シャフト軸中空部
29a 回転体への電力取り出し
29b 回転体への情報取り出し
30a 外部インバータ
30b 入力情報コード
30c 出力情報コード
30d 高周波変調器
31 円板状回転コア（回転側）
32,45 二次巻線（回転側）
33 コの字状コア（固定側）
34,44 一次巻線（固定側）
35 回転体流体カップリング
36 流体シール
37 流体通路
38 流体用フレキシブル管
39 ガイドピン
40 長穴
41 回転用伝送装置
42a,42b 結合板
43 回転アクチュエータ
43a 中空部
46 中空矩形状コア
47 円形状( トロイダル) コア
48a スライダ
48b 支持部
49 可動部
50 金属管
51 巻線用導体
52 インバータ
54a 磁気シールド板
54b 磁気シールド板
55,55a,55b 移動コア
57 アーム
58a,58b ガイドピン
59a,59b ガイド長穴
60 直動アクチュエータ駆動部
61 直動用伝送装置
62,63 金属電磁遮蔽手段
70 モータ
71a 直動アクチュエータ［ボールネジ (雄) ］
71b 直動アクチュエータ［ボールネジ (雌) ］
72 直動伝送装置一次巻線
73 可動高周波コア
74 回転アクチュエータ (固定子)
75 回転アクチュエータ (回転子)
76a 電力伝送用高周波コア（固定側）
76b 電力伝送用高周波コア（回転側）
77a 情報伝送用高周波コア（固定側）
77b 情報伝送用高周波コア（回転側）
78 可動高周波コア支持部材
79 回転伝送装置
Claims (10)
- 回転運動する物体に電力や情報の供給を無接触で高周波電磁誘導によって伝送を行う装置において、回転自在に支承されたシャフトに電力伝送用の回転側ポットコアを取り付け、シャフトの前記取付部分と高周波ノイズシールドで隔離された一方端部に情報伝送用の回転側小形ポットコアを固着し、前記それぞれの回転側ポットコアに僅かな空隙を介して固定側の電力伝送用ポットコアと固定側の情報伝送用小形ポットコアを対向させて設け、固定側の電力伝送用ポットコアと固定側の情報伝送用小形ポットコアにそれぞれ一次巻線を巻装し、回転側の電力伝送用ポットコアと回転側の情報伝送用小形ポットコアにそれぞれ二次巻線を巻装し、この二次巻線のリード線を、前記シャフトに設けられ互いに磁気遮蔽された別々のシャフト軸中空部を経て外部へ取り出すことを特徴とする無接触モーション伝送装置。
- 回転運動する物体に電力や情報の供給を無接触で高周波電磁誘導によって伝送を行う装置において、固定部に設け一次巻線を巻装した固定側の電力伝送用ポットコアと二次巻線を巻装した回転側の電力伝送用ポットコアと情報伝送用小形ポットコアをそなえ、前記情報伝送用小形ポットコアが、ポットコアと同心に回転するシャフトの端部に同心円状に固着され別個の回路を形成する二次巻線を巻装した２つの回転側の情報伝送用小形ポットコアと、前記情報伝送用小形ポットコアに空隙を介してそれぞれ対向させて、別個の回路を形成する一次巻線を巻装した固定側の情報伝送用小形ポットコアをそなえ、回転側の電力伝送用ポットコアと回転側の情報伝送用小形ポットコアにそれぞれ巻装された巻線のリード線を、前記シャフトに設けられ互いに磁気遮蔽された別々のシャフト軸中空部を経て外部へ取り出すことを特徴とする無接触モーション伝送装置。
- 回転運動する物体に電力や情報の供給を無接触で高周波電磁誘導によって伝送を行う装置において、固定部に設け一次巻線を巻装した固定側の電力伝送用ポットコアと二次巻線を巻装した回転側の電力伝送用ポットコアと情報伝送用小形ポットコアをそなえ、前記情報伝送用小形ポットコアが、ポットコアと同心に回転するシャフトの端部に軸方向に固着され別個の回路を形成する二次巻線を巻装した２つの回転側の情報伝送用小形ポットコアと、前記情報伝送用小形ポットコアに空隙を介してそれぞれ対向させて、別個の回路を形成する一次巻線を巻装した固定側の情報伝送用小形ポットコアをそなえ、回転側の電力伝送用ポットコアと回転側の情報伝送用小形ポットコアにそれぞれ巻装された巻線のリード線を、前記シャフトに設けられ互いに磁気遮蔽された別々のシャフト軸中空部を経て外部へ取り出すことを特徴とする無接触モーション伝送装置。
- 回転運動する物体に電力や情報の供給を無接触で高周波電磁誘導によって伝送を行う装置において、回転シャフトに固着した円板状回転コアの外側周面に二次巻線を施し、固定部に設けて前記円板状回転コアを狭い間隙を介して挟むコの字状コアの前記二次巻線に対向する側面に一次巻線を施し、これら両者の巻線の間での高周波電磁誘導によって電力あるいは情報伝送を行うことを特徴とする無接触モーション伝送装置。
- 回転運動する物体に電力や情報の供給を無接触で高周波電磁誘導によって伝送を行う装置において、固定側の電力伝送用ポットコアと情報伝送用小形ポットコアに対向する回転側の電力伝送用ポットコアと情報伝送用小形ポットコアを取り付け、軸方向の流体通路を設けたシャフトの一端部に、軸に対して直角方向に穿孔し外部からの流体通路へ通ずる穿孔部分をそなえ、この穿孔部分を流体シールで覆った回転体流体カップリングをシャフトと同心に配置し、前記シャフトの流体通路から流体フレキシブル管を経て外部に至る流体の通路を形成したことを特徴とする無接触モーション伝送装置。
- 回転物体や直動物体へ電力や情報の伝送を無接触で高周波電磁誘導によって行う伝送装置において、当該伝送装置と回転アクチュエータあるいは直動アクチュエータとの連結手段として、伝送装置と回転アクチュエータあるいは直動アクチュエータの駆動部との対向する面のいずれか一方にガイドピンを立て、他方に前記ガイドピンを挿通する長穴を備え、ガイドピンと長穴とのルーズな連れ回り嵌合を行わせることを特徴とする無接触モーション伝送装置。
- 直動運動する物体に電力や情報の供給を無接触で高周波電磁誘導によって伝送を行う装置において、直動方向に配置した一次巻線に、可動部の二次巻線を施した中空矩形状あるいはトロイダルをなす円形状コアを挿通させ、前記一次巻線を金属管内に絶縁して収納したことを特徴とする無接触モーション伝送装置。
- 電力伝送用の部分と情報伝送用部分との間に１枚以上の磁気シールド板を直動する亘長全域に設置させたことを特徴とする請求項７記載の無接触モーション伝送装置。
- 直動運動する物体に電力や情報の供給を無接触で高周波電磁誘導によって伝送を行う装置において、１つの移動コア支持部材に２つの情報伝送用の移動コアを固着し、それぞれの移動コアに、別個に回路を形成する情報伝送用二次巻線を巻回し、各移動コアの中空部に固定側の情報伝送用一次巻線を挿通し、前記移動コア支持部材の直動に対応して二回路の情報伝送を行うことを特徴とする無接触モーション伝送装置。
- 直動運動する物体に電力や情報の供給を無接触で高周波電磁誘導によって伝送を行う装置において、直動用伝送装置の可動部の両側に、電力および情報伝送用の引出し線部を除いて、蛇腹状、或はカーテン状の金属電磁遮蔽手段を設けたことを特徴とする無接触モーション伝送装置。
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