JP5100735B2 - 信号伝送方法およびその信号伝送方法を使用した駆動システム - Google Patents

Description

本発明は、固定設備と移動装置との間で、特にスリップリングを介して信号の授受を行うための、信号伝送方法およびその信号伝送方法を使用した駆動システムに関するものである。

固定設備から移動装置へ電力を供給し、或いは固定設備と移動装置との間で信号の授受を行うための構造として、スリップリングが広く使用されている。そして、このスリップリングについては、様々な改良を加えられたものが提案されているが、固定設備と移動装置との間で行われる通信の改良に関するものとして、例えば、特開平８−２７３７８９号公報に開示されたスリップリングがある。このスリップリングによれば、導電性材料によって形成された第一および第二シールド部材で導電リングと接触子の外周を隙間なく覆うことで静電遮蔽し、シールドケーブルを通って導電リングおよび接触子によって伝達される電気信号がノイズ等の影響を受けることを防止し、またノイズ等を発生させることを防止できる。

ところが、接触子を介する方法では、接点に介入した埃や酸化皮膜などによる断線が発生する問題があった。そこで、固定設備と移動装置との間で信号の授受を、無接触で行う手法も提案されている。例えば、特開２００８−１５７８７５号公報には、光スリップリング（光ロータリージョイント）を介する方式や、無線ＬＡＮを使用した方式が開示されている。

特開平８−２７３７８９号公報 特開２００８−１５７８７５号公報

しかしながら、上記光スリップリングのように、光を利用した通信方式では、上記文献でも指摘されているように、その性能を維持するための定期的な検査が不可欠となり、コストや手間が生じるという問題があった。これに対し、無線ＬＡＮを利用した通信方法では、様々な機器が使用される工場設備などにおいては混線が生じるため、用いることが難しかった。

そこで本発明は、埃、酸化皮膜などの影響を受けることなく、また、コストや手間をかけることなく維持することができ、様々な機器が使用される環境においても固定設備と移動設備との間で信号の授受を行うことができる、信号伝送方法およびその信号伝送方法を使用した駆動システムを提供することを目的とする。

本発明に係る信号伝送方法は、伝送の結合が非接触結合および／または有接触結合であり、伝送クロック信号の制御下で、制御部からの制御データと被制御装置からの監視データが信号として伝送される。前記制御部を含む制御側において、前記伝送クロック信号のクロック周波数よりも高い周波数で、前記伝送クロック信号の所定電位レベルが維持される期間に対応し、前記伝送クロック信号の情報と前記制御データ信号の制御データを含む第一の高周波信号を、前記被制御装置を含む被制御側に前記非接触結合および／または前記有接触結合の間隙浮遊容量を利用して伝送する。また、前記被制御側において、前記第一の高周波信号が対応する前記伝送クロック信号の前記期間に相応するパルス信号を生成し、前記パルス信号に基づいて擬似伝送クロック信号を生成し、前記擬似伝送クロック信号の制御下で、前記監視データを、前記擬似伝送クロック信号のクロック周波数よりも高い周波数で、前記擬似伝送クロック信号の所定電位レベルが維持される期間に対応する第二の高周波信号として、前記制御側に前記非接触結合および／または前記有接触結合の間隙浮遊容量を利用して伝送する。更に、前記制御側において、前記第二の高周波信号に基づいて前記監視データを抽出する。

なお、本発明において、有接触結合とは、機械的に不連続な部材同士が直接接触して導通状態となっているものであり、コンデンサと抵抗が並列に接続された状態に相当し、その接触状態によって変化する間隙浮遊容量を有するものである。なお、埃などの介入により、直接接触することなく、無接触結合となる。例えば、スリップリングにおける接触部分やトローリの摺動部がこれに相当する。

前記伝送クロック信号の高電位期間または低電位期間の幅が前記制御データの値を表わし、前記監視データの値が、前記伝送クロック信号における前記制御データの値に対応しない残部期間の電圧レベル或いは電流レベルで表わされ、前記制御データと前記監視データが前記伝送クロック信号の１パルスの同一周期において伝送されてもよい。

前記被制御側において、前記第一の高周波信号を受ける受入伝送路と前記第二の高周波信号を送り出す送出伝送路とを共用し、前記制御側において、前記第二の高周波信号を受ける受入伝送路と前記第一の高周波信号を送り出す送出伝送路とを共用してもよい。その場合、前記第一の高周波信号と前記第二の高周波信号は基準電位レベルに対し正側と負側の電圧領域でそれぞれ動作するもの、または、前記第一の高周波信号と前記第二の高周波信号は周波数が異なるものが好ましい。更にまた、前記被制御側の前記第一の高周波信号の受入れ伝送路において、前記第二の高周波信号を加減算でキャンセルするものであってもよい。

前記第一の高周波信号の伝送路と、前記第二の高周波信号の伝送路とを異なるものとしてもよい。

本発明に係る駆動システムは、制御部と、被制御装置と、伝送の結合が非接触結合および／または有接触結合である伝送路とを備え、上記信号伝送方法を使用したものである。すなわち、前記制御部を含む制御側において、伝送クロック信号のクロック周波数よりも高い周波数で、前記伝送クロック信号の所定電位レベルが維持される期間に対応し、前記伝送クロック信号の情報と前記制御部からの制御データを含む第一の高周波信号を、前記被制御装置を含む被制御側に前記非接触結合および／または前記有接触結合の間隙浮遊容量を利用して伝送する。また、前記被制御側において、前記第一の高周波信号が対応する前記伝送クロック信号の前記期間に相応するパルス信号を生成し、前記パルス信号に基づいて擬似伝送クロック信号を生成し、前記擬似伝送クロック信号の制御下で、前記監視データを、前記擬似伝送クロック信号のクロック周波数よりも高い周波数で、前記擬似伝送クロック信号の所定電位レベルが維持される期間に対応する第二の高周波信号として、前記制御側に前記非接触結合および／または前記有接触結合の間隙浮遊容量を利用して伝送する。更に、前記制御側において、前記第二の高周波信号に基づいて前記監視データを抽出する。

本発明に係る信号伝送方法では、伝送クロック信号のクロック周波数よりも高い周波数の第一の高周波信号を利用することで、伝送路に機械的な非連続部分があっても、すなわち、伝送の結合が非接触結合であっても、非接触結合となっている部位の間隙浮遊容量を利用して信号伝送を行うことができる。また、伝送路に、機械的に不連続な部材同士が直接接触して導通状態となっている部分がある場合に、すなわち、伝送の結合が有接触結合である場合に、その有接触結合となっている部位が埃の侵入やバウンドなどで非接触状態となっても、非接触結合となった部位の間隙浮遊容量を利用して信号伝送を行うことができる。なお、有接触結合となっている部位の接触状態が維持されている場合、それはコンデンサと抵抗が並列に接続された状態に相当するため、有接触結合となっている部位の間隙浮遊容量を利用して信号伝送を行うことができる。

更に、第一の高周波信号の周波数が伝送クロック信号の周波数よりも高いことから、この第一の高周波信号に伝送クロック信号の情報を含めた場合、被制御側ではその情報を利用して、伝送クロック信号とほぼ同様の擬似伝送クロック信号を生成することができる。そして、この擬似伝送クロック信号を使用することで、伝送クロック信号の制御下での信号伝送が可能となる。

更にまた、制御側の制御データを第一の高周波信号に含めるとともに、被制御側の監視データを、擬似伝送クロック信号のクロック周波数よりも高い周波数の第二の高周波信号として送出するため、制御データを含む信号と監視データを含む信号の双方が混線することがない。

従って、固定設備が制御側となり移動設備が被制御側となる一般的な形態において、機械的接触状態によらず、埃、酸化皮膜などの影響を受けることなく、信号の授受を行うことが可能となる。また、ここで使用する高周波信号は、使用状況に応じて適切な周波数のものを選択することで、その他の機器による影響を受けることもない。しかも、この高周波信号の、固定設備と移動設備との間の授受のために特別な構造を設ける必要はなく、例えば、従来のスリップリングなど簡単な機構を介した授受も可能である。従って、コストや手間をかけることなく維持することができる。

トローリの場合、摺動部にはその動きを円滑なものにするための潤滑油が介装されているが、従来の伝送方法では、この潤滑油が劣化して形成する酸化皮膜が伝送障害を引き起こす原因の一つとなっていた。しかしながら、本発明に係る伝送方法では、間隙浮遊容量を利用していることから、潤滑油に起因する伝送障害が引き起こされることもない。むしろ、誘電率の高い潤滑油を介装することは、伝送に好ましいといえる。従って、このような点からも、従来のトローリなどの簡単な機構を利用し、酸化皮膜などの影響を受けることなく、また、コストや手間をかけることなく維持することができ、様々な機器が使用される環境においても固定設備と移動設備との間で信号の授受を行うことができる。

この信号伝送方法で伝送される伝送信号としては、伝送クロック信号の高電位期間または低電位期間の幅が制御データの値を表わし、監視データの値が、伝送クロック信号における制御データの値に対応しない残部期間の電圧レベル或いは電流レベルで表わされるものが好適である。この場合、制御データと監視データが伝送クロック信号の１パルスの同一周期において伝送されるものとして、制御側と被制御側との間で、事実上の双方向同時データ伝送を行うことが可能となる。

被制御側において、第一の高周波信号を受ける受入伝送路と第二の高周波信号を送り出す送出伝送路とを共用し、制御側において、第二の高周波信号を受ける受入伝送路と第一の高周波信号を送り出す送出伝送路とを共用してもよい。或いは、第一の高周波信号の伝送路と、第二の高周波信号の伝送路とを異なるものとしてもよい。共用する場合、制御側と被制御側との間の伝送路を一つにまとめることができるが、第二の高周波信号が第一の高周波信号の受入伝送路に回り込むため、第一および第二の高周波信号は基準電位レベルに対し正側と負側の電圧領域でそれぞれ動作するもの、または、周波数が異なるものとする。或いは、被制御側の第一の高周波信号の受入れ伝送路において、第二の高周波信号を加減算でキャンセルする。これにより、被制御側において、第二の高周波信号の回り込みによる問題を防止することが可能となる。一方、伝送路を異なるものとすれば、制御側と被制御側の間の伝送路が一つ多くなるが、第二の高周波信号の回り込みが起こることはない。

本発明に係る信号伝送方法が採用された駆動システムの固定側変換器及び移動体側変換器を示すブロック図である。 同駆動システムにおいて授受される信号のタイムチャート図である。 同駆動システムのシステム構成図である。 同駆動システムにおける移動装置と固定設備との関係を概念的に示す図である。 制御部および親局のブロック図である。 子局出力部と子局入力部および被制御装置の機能ブロック図である。 伝送クロック信号の基本信号を模式的に示すタイムチャートである。 信号データが重量された伝送クロック信号を模式的に示すタイムチャートである。 移動体側送受信回路の他の実施形態を示すブロック図である。 移動体側送受信回路の更に他の実施形態を示すブロック図である。 固定側送受信回路と移動体側送受信回路の更に他の実施形態を示すブロック図である。

図１〜８を参照しながら、本発明に係る駆動システムの実施例を説明する。
図３に示すように、この駆動システムは、制御部１と複数の被制御装置４とからなり、本発明に係る信号伝送方法が採用されている。

制御部１は、例えばシーケンスコントローラ、プログラマブルコントローラ、コンピュータ等であり、被制御装置４に対する制御データ１３を送出する出力ユニット１１と、被制御装置４からの監視（センサ信号）データ１４を受け取る入力ユニット１２を有し、これら出力ユニット１１と入力ユニット１２には親局２が接続されている。

親局２は、図５に示すように、電源電圧発生手段（ＣＶ）２１、出力データ部２２、タイミング発生部２３、親局出力部２４、親局入力部２５、および入力データ部２６を備える。そして、共通のデータ信号線ＤＰ、ＤＮに接続され、制御部１の出力ユニット１１から制御データ１３として受けた並列（パラレル）データを制御信号として共通のデータ信号線ＤＰ、ＤＮに送出するとともに、被制御装置４側から送出された入力データ信号を並列データに変換し、監視信号データ１４として制御部１の入力ユニット１２へ送出する。

電源電圧発生手段（ＣＶ）２１は、電力供給線ＳＰ、ＳＮを介して電源３からの電力供給を受け、親局２を構成する回路を電気的に動作させるための一定レベルの電源電圧Ｖｃｃを発生させる。

出力データ部２２は、制御部１の出力ユニット１２から制御データ１３として受けた並列データをシリアルデータとして親局出力部２４へ引き渡す。この制御データ１３は、被制御装置４の被制御部４１への動作指示を行うものである。

タイミング発生部２３は、発振回路（ＯＳＣ）３１、親局アドレス設定手段３２、タイミング発生手段３３からなり、ＯＳＣ３１からクロック信号の基本信号を得たタイミング発生手段３３が、伝送クロック信号を生成し親局出力部２４に引き渡す。

親局出力部２４は、制御データ発生手段３４とラインドライバ３５からなり、制御データ発生手段３４が、出力データ部２２から受けたデータと、タイミング発生部２３から受けた伝送クロック信号に基づき制御信号を生成し、ラインドライバ３５を介して共通のデータ信号線ＤＰ、ＤＮに送出する。

親局出力部２４から共通のデータ信号線ＤＰ、ＤＮに送出される制御信号のデータ値は、伝送クロック信号の１周期における電圧レベルの高い期間のパルス幅により表現される。伝送クロック信号は、図７に示すように、１周期の後半が高電位レベル（この実施例では＋２４Ｖ）と、前半が低電位レベル（この実施例では０Ｖまたは＋１２Ｖ）とされる。そして、高電位レベルの幅は、制御部１から入力される制御データ信号１３の各データの値に応じて拡張され、この実施例では図７の破線で示す幅まで、すなわち、伝送クロック信号の１周期をｔ０とした時に（３／４）ｔ０まで拡張される。ただし、その幅に制限はなく、伝送条件等により適宜調整すればよい。また、伝送クロック信号の１周期毎にはアドレスが割り当てられ、後述する子局５は、このアドレスをカウントする方式により、自局が受信すべき制御信号を取り込む。そして、アドレスのカウントを行うための最初及び最後を決定するために、伝送クロック信号の最初と最後にはスタート信号（ＳｔａｒｔＢｉｔ）及びエンド信号（図示は省略されている）が形成される。スタート信号は、伝送クロック信号の高電位レベルと同じ電位レベルであって、伝送クロック信号の１周期より長い信号とされる。一方、エンド信号は、伝送クロック信号の低電位レベルと同じレベルであって、伝送クロック信号の１周期より長くスタート信号より短い信号とされる。このエンド信号は、親局アドレス設定手段３３に保持されている親局２に割り当てられたアドレスと一致した時点で形成される。

図７は伝送クロック信号の基本信号を示すものであるが、データが重畳された場合の伝送クロック信号の一例を図８に示す。この実施例において、アドレス１番地（ＡＤＲ１）、２番地（ＡＤＲ２）、３番地（ＡＤＲ３）及び４番地（ＡＤＲ４）のそれぞれにおける制御信号のデータ値（出力データ）はそれぞれ“０”、“０”、“１”、“１”を表すものとなっている。

親局入力部２５は監視信号検出手段３６と監視データ抽出手段３７で構成され、入力データ部２６へ入力データ信号を送出する。監視信号検出手段３６は、共通のデータ信号線ＤＰ、ＤＮを経由して後述の子局５から送出された監視信号を検出する。子局５から送出される監視信号は、伝送クロック信号における１周期の前半（低電位レベルの期間）の電圧レベルで表わされており、スタート信号が送信された後、子局５の各々から順次受け取るものとなっている。監視信号のデータ（監視データ）は、タイミング発生手段３３の信号に同期して監視データ抽出手段３７で抽出され、直列の入力データ信号として入力データ部２６に送出される。入力データ部２６は、親局入力部２５から受け取った直列の入力データ信号を並列（パラレル）データに変換し、監視信号データ１４として制御部１の入力ユニット１２へ送出する。

被制御装置４は、各々が、被制御部４１と、この被制御部４１を監視するセンサ部４２とを有している。被制御部４１は、被制御装置４を構成する種々の部品、例えば、アクチュエータ、（ステッピング）モータ、ソレノイド、電磁弁、リレー、サイリスタ、ランプ等からなる。一方、センサ部４２は、対応する被制御部に応じて選択され、例えば、リードスイッチ、マイクロスイッチ、押釦スイッチ、光センサ等からなり、オン、オフの状態（２値信号）を出力する。

被制御装置４の各々には、また、子局５が接続されており、この子局５を介して、共通のデータ信号線ＤＰ、ＤＮ、ＤＰｍ、ＤＮｍに接続されている。共通のデータ信号線ＤＰｍ、ＤＮｍは、制御部１に対し移動する側（以下、移動体側とする）に敷設されており、制御部１を含む固定側に敷設されたデータ信号線ＤＰ、ＤＮと接続部９を介して連結されている。そして、被制御装置４の一部は、移動体側に設置されており、制御部１に対し移動するものとなっている。

接続部９には、公知のスリップリング機構が採用されている。なお、固定側データ信号線ＤＰ、ＤＮと移動体側データ信号線ＤＰｍ、ＤＮｍの接続部分は、非接触状態とされ、伝送の結合は非接触結合となっている。ただし、固定側データ信号線ＤＰ、ＤＮと移動体側データ信号線ＤＰｍ、ＤＮｍの接続部分は、通常のスリップリングと同様に有接触状態としてもよい。その場合、伝送の結合は有接触結合となる。

図３に示すように、固定側と移動体側には、それぞれ、固定側変換器７と移動体側変換器８が設けられている。また、接続部９では、移動体側に対し電力を供給するための電力線Ｓ１、Ｓ２が接続され、移動体側の負荷器１００は、交流電源１０１から、この電力線Ｓ１、Ｓ２に連結された移動体側の電力線Ｓ１ｍ、Ｓ２ｍを介して電力の供給を受け稼動するものとなっている。なお、電力線Ｓ１、Ｓ２、Ｓ１ｍ、Ｓ２ｍの電圧（この実施例ではＡＣ１００Ｖ）は、被制御装置４や子局５で必要とされる電圧（この実施例では＋２４Ｖ）よりも高いが、移動体側の被制御装置４及び子局５に対しては、電力線Ｓ１ｍ、Ｓ２ｍから電力供給を受けた移動体側変換器８を介し電力供給線ＳＰｍ、ＳＮｍを経由して、直流電源化された電力が供給されるものとなっている。

子局５は、子局出力部５０と子局入力部６０を備え、共通のデータ信号線ＤＰ、ＤＮまたはＤＰｍ、ＤＮｍに接続され、センサ部４２から受けた信号を監視信号として共通のデータ信号線ＤＰ、ＤＮまたはＤＰｍ、ＤＮｍに送出するとともに、共通のデータ信号線ＤＰ、ＤＮまたはＤＰｍ、ＤＮｍ上を伝送される制御信号から必要な情報を抽出し被制御部４１へ送出する。

子局出力部５０は、図６に示すように、電源電圧発生手段（ＣＶ）５１、ラインレシーバ５２、制御データ信号抽出手段５３、子局アドレス設定手段５４、アドレス抽出手段５５、出力データ部５６を備える。

電源電圧発生手段（ＣＶ）５１は、電力供給線ＳＰ、ＳＮまたはＳＰｍ、ＳＮｍを介して電源３からの電力供給を受け、子局出力部５０を構成する回路を電気的に動作させるための一定レベルの電源電圧Ｖｃｃを発生させる。

入力回路であるラインレシーバ５２は、共通のデータ信号線ＤＰ、ＤＮまたはＤＰｍ、ＤＮｍの上を伝送される信号を取り込んで制御データ信号抽出手段５３に出力する。制御データ信号抽出手段５３は、その信号から制御信号のデータ（制御データ）を抽出して、アドレス抽出手段５５および出力データ部５６に出力する。アドレス抽出手段５５は、子局アドレス設定手段５４に保持された自局アドレスと一致するアドレスを抽出し、出力データ部５６に出力する。出力データ部５６は、アドレス抽出手段５５からアドレスが入力されると、共通のデータ信号線ＤＰ、ＤＮまたはＤＰｍ、ＤＮｍの上を伝送される信号の中でその時点において保持している１又は複数のデータを、並列の信号として対応する被制御部４１に出力する。すなわち、出力データ部５６は、制御信号についての直列／並列変換を行う。

一方、子局入力部６０は、図６に示すように、電源電圧発生手段（ＣＶ）６１、ラインレシーバ６２、制御データ信号抽出手段６３、子局アドレス設定手段６４、アドレス抽出手段６５、入力データ部６６、監視データ信号発生手段６７、ラインドライバ６８を備える。

電源電圧発生手段６１、ラインレシーバ６２、制御データ信号抽出６３、アドレス設定手段６４、およびアドレス抽出手段６５は、子局出力部５０の電源電圧発生手段５１、ラインレシーバ５２、制御データ信号抽出５３、アドレス設定手段５４、およびアドレス抽出手段５５とほぼ同一の構成であり、ほぼ同一の動作をするため、その説明は省略する。

入力データ部６６は、対応するセンサ部４２から入力された１又は複数の（ビットの）データを保持し、アドレス抽出手段６４からアドレスが入力されると、保持している１又は複数のデータを、予め定められた順に直列の信号として監視データ信号発生手段６７に出力する。即ち、入力データ部６６は、監視信号についての並列／直列変換を行う。

監視データ信号発生手段６７は、入力データ部６６からのデータの値に応じて、監視データ信号を出力する。監視データ信号発生手段６７の出力する監視データ信号は、出力回路であるラインドライバ６８により、共通のデータ信号線ＤＰ、ＤＮまたはＤＰｍ、ＤＮｍの上に出力される。すなわち、タイミング信号の制御下で、対応するセンサ部４２の値に応じて、監視データ信号を形成し、これを監視信号のデータの値として、直列のパルス状電圧信号における所定の位置に重畳する。

このとき監視データ信号のデータ値は、伝送クロック信号または擬似伝送クロック信号（移動体側のデータ信号線ＤＰｍ、ＤＮｍ上で伝送される伝送クロック信号）の１周期の前半（低電位レベルの期間）における電圧レベルとして表現される。この実施例では、監視データ信号のデータ値が「１」の場合には電圧が０Ｖとされ、「０」の場合には伝送クロック信号の高電位レベルの半分（この実施例では＋１２Ｖ）とされている。従って、例えば、図８に示す信号のアドレス１番地（ＡＤＲ１）、２番地（ＡＤＲ２）、３番地（ＡＤＲ３）及び４番地（ＡＤＲ４）のそれぞれにおける監視信号のデータ値（監視データ）はそれぞれ“０”、“１”、“０”、“１”を表すことになる。なお、監視データ信号のデータ値は、電流レベルとして表現してもよい。例えば、監視データ信号のデータ値が「１」の場合には所定値以上の電流（例えば、３０ｍＡ）を流し、「０」の場合にはブリーダ電流（例えば、１０ｍＡ）のみとして表現することができる。

このように、監視データ信号は、共通のデータ信号線ＤＰ、ＤＮ、ＤＰｍ、ＤＮｍの上で伝送される、伝送クロック信号または擬似伝送クロック信号の自局に対応する位置に重畳される。すなわち、制御信号のデータ値と、伝送クロック信号または擬似伝送クロック信号におけるアドレスが同一となる監視信号のデータの値が重畳されることになる。

固定側変換器７と移動体側変換器８は、図１に示すように、それぞれ、固定側送受信回路７９と移動体側送受信回路８９を備え、固定側送受信回路７９と移動体側送受信回路８９は、それぞれ、伝送クロック信号変換部７０と、高周波信号変換部８０とで構成される。伝送クロック信号変換部７０は、伝送クロック信号または擬似伝送クロック信号のクロック周波数よりも高い周波数発振を行う発振回路（ＯＳＣ）７１、アンドゲート回路７２、スリーステートアンプ７３、及びバッファ回路７４を有する。そして、伝送クロック信号変換部７０への入力は、アンドゲート回路７２に入力されるとともにバッファ回路７４に入力される。アンドゲート回路７２には、また、ＯＳＣ７１の出力が入力される。

固定側送受信回路７９の伝送クロック信号変換部７０に対しては、共通のデータ信号線ＤＰ、ＤＮの間の電位差を分割抵抗Ｒ１、Ｒ２で分割して得られた分割信号が入力される。この分割信号が所定値以上、すなわち、伝送クロック信号の高電位期間であれば、ＯＳＣ７１からの入力を受けたタイミングでアンドゲート回路７２からの出力が得られる。そして、アンドゲート回路７２の出力はスリーステートアンプ７３に入力され、増幅され、伝送クロック信号の高電位期間に対応した、伝送クロック信号の周波数よりも高い周波数の第一の高周波信号が出力されることになる。ただし、固定側送受信回路７９のスリーステートアンプ７３から出力される高周波信号は、＋２４Ｖと＋１２Ｖの間の電圧領域で動作するものとなっている。例えば、共通のデータ信号線ＤＰ、ＤＮ上を伝送される伝送クロック信号が、図２の最上段に示すものである場合（以下、伝送クロック信号変換部７０と高周波信号変換部８０の各部出力信号の説明において同じ）、固定側送受信回路７９における伝送クロック信号変換部７０の出力Ｔｇでは、図２のＴｇ段に示すように、伝送クロック信号の高電位レベル期間にのみ、＋１２Ｖと＋２４Ｖの間の電圧領域で動作する第一の高周波信号が出力される。なお、出力Ｔｇにおける、低電位レベル期間の振幅の小さい高周波信号は、移動体側送受信回路８９で生成された第二の高周波信号が、固定側送受信回路７９で受けるまでに減衰したものである。

一方、移動体側送受信回路８９の伝送クロック信号変換部７０に対しては、監視信号抽出手段の出力、すなわち、共通のデータ信号線ＤＰｍ、ＤＮｍ上に伝送される擬似伝送クロック信号の前半（低電位レベルの期間）が所定電位となる場合に、その期間に対応する信号が入力される。すなわち、擬似伝送クロック信号における低電位レベルの期間の電圧レベルが０Ｖ（監視信号のデータ値が”１”）であれば、ＯＳＣ７１からの入力を受けたタイミングでアンドゲート回路７２からの出力が得られる。そして、アンドゲート回路７２の出力はスリーステートアンプ７３に入力され、増幅され、擬似伝送クロック信号の低電位レベルの期間に対応した、擬似伝送クロック信号の周波数よりも高い周波数の第二の高周波信号が出力されることになる。ただし、移動体側送受信回路８９のスリーステートアンプ７３から出力される高周波信号は、＋１２Ｖと０Ｖの間の電圧領域で動作するものとされている。例えば、移動体側送受信回路８９における伝送クロック信号変換部７０の出力Ｔｍでは、図２のＴｍ段に示すように、０Ｖレベル期間に０Ｖと＋１２Ｖの間の電圧領域で動作する第二の高周波信号が出力される。なお、出力Ｔｍにおける、高電位レベル期間の振幅の小さい高周波信号は、固定側送受信回路７９で生成された第一の高周波信号が、移動体側送受信回路８９で受けるまでに減衰したものである。

スリーステートアンプ７３には、また、伝送クロック信号変換部７０への入力の反転値がゲート信号として入力される。そのため、スリーステートアンプ７３から高周波信号が出力される場合以外では、ハイ・インピーダンス状態とされ、これらの高周波信号が干渉することが防止されている。

伝送クロック信号変換部７０から送出された高周波信号は、高周波信号変換部８０で受け入れられることになるが、移動体側送受信回路８９（被制御側）においては、第一の高周波信号を受ける受入伝送路と第二の高周波信号を送り出す送出伝送路とが共用され、固定側送受信回路７９（制御側）においては、第二の高周波信号を受ける受入伝送路と第一の高周波信号を送り出す送出伝送路とが共通されている。そのため、移動体側受信回路８９では、第二の高周波信号が第一の高周波信号を受け入れる高周波信号変換部８０への回り込みによる問題が生じることになる。そのため、第一および第二の高周波信号を区別するために、第一の高周波信号は上記の通り＋１２Ｖと＋２４Ｖの間の電圧領域で動作し、一方、第二の高周波信号は上記の通り０Ｖと＋１２Ｖの間の電圧領域で動作するものとされている。すなわち、第一の高周波信号と第二の高周波信号は基準電位レベルである＋１２Ｖに対し正側（＋２４Ｖ側）と負側（０Ｖ側）の電圧領域でそれぞれ動作するものとなっている。なお、固定側送受信回路７９では、親局２から送出される伝送クロック信号の制御下にあるため、第一の高周波信号の回り込みによる問題は生じない。

固定側送受信回路７９と移動体側送受信回路８９との間で第一および第二の高周波信号を伝送するための伝送路は、接続部９において、非接触結合部を介して連結されており、第一および第二の高周波信号は、この非接触結合部の間隙浮遊容量Ｃ１、Ｃ２を利用して伝送されている。なお、固定側送受信回路７９と移動体側送受信回路８９のそれぞれには、また、カップリング用のコンデンサＣ３、Ｃ４が介装されているため、非接触結合部が事故などの衝撃により接触した場合の電位差による障害を防止できるものとなっている。

高周波信号変換部８０は、スリーステートアンプ８２、整流回路８３、および比較器８４を備える。伝送クロック信号変換部７０から発信された高周波信号は、スリーステートアンプ８２に入力される。そして、伝送クロック信号変換部７０で生成されてから高周波信号変換部８０で受けるまでに減衰した高周波信号は、このスリーステートアンプ８２で増幅される。例えば、移動体側送受信回路８９のスリーステートアンプ８２の出力Ｒｍは、図２のＲｍ段に示すように、出力Ｔｇと同じレベルまで増幅される。また、固定側送受信回路７９のスリーステートアンプ８２の出力Ｒｇは、図２のＲｇ段に示すように、出力Ｔｍと同じレベルまで増幅される。

スリーステートアンプ８２の出力Ｒｍ、Ｒｇは、整流回路８３に入力される。整流回路８３では、増幅された高周波信号の立下りタイミングを遅延させ、高周波信号が生成された期間に相応するパルス信号が生成される。例えば、移動体側送受信回路８９の整流回路８３の出力Ｒｉｍは、図２のＲｉｍ段に示すように、伝送クロック信号の高電位レベル期間に高電位レベルをとるパルス信号となる。また、固定側送受信回路７９における整流回路８２の出力Ｒｓｇは、図２のＲｓｇ段に示すように、伝送クロック信号の０Ｖレベル期間に低電位レベルをとるパルス信号となる。

整流回路８３の出力Ｒｉｍ、Ｒｓｇは、比較器８４に入力され、所定電圧側のみが出力される。すなわち、固定側送受信回路７９では、伝送クロック信号において監視データを表す期間に相応するパルス信号が、一方、移動体側送受信回路８９においては、伝送クロック信号において制御データを表す期間に相応するパルス信号が出力されることになる。例えば、移動体側送受信回路８９の比較器８４の出力Ｒｓｍは、図２のＲｓｍ段に示すように、整流回路８３の出力Ｒｉｍにおけるパルス信号の電位レベルを小さくしたものとなる。また、固定側送受信回路７９における比較器８４の出力Ｔｓは、図２のＴｓ段に示すように、整流回路８３の出力Ｒｓｇにおけるパルス信号の電位レベルを小さくしたものとなる。

移動体側送受信回路８９の比較器８４の出力は、移動体側における伝送制御の基となる擬似伝送クロック信号であり、ラインドライバ８５を介して、移動体側の共通のデータ信号線ＤＰｍ、ＤＮｍに送出される。このラインドライバ８５は、前記ラインドライバ３５と同様に機能するものである。

一方、固定側送受信回路７９の比較器８４の出力は、トランジスタＴＲのベースに入力される。そして、監視信号のデータ値が”１”の場合に、トランジスタＴＲがＯＮとなり、固定側の共通のデータ信号線ＤＰ、ＤＮ上に信号が伝送される。すなわち、図２に示すように、移動体側の共通のデータ信号線ＤＰｍ、ＤＮｍ上に伝送される監視信号と同じ監視信号が、固定側の共通のデータ信号線ＤＰ、ＤＮ上に伝送されることになる。

なお、伝送クロック信号の０Ｖレベル期間に低電位レベルをとるパルス信号（出力Ｒｓｇ）は、整流回路８３における遅延動作の影響をうけ、その立ち下がりのタイミングが伝送クロック信号の立下りのタイミングよりもわずかに遅れたものとなる。そのため、トランジスタＴＲがＯＮとなるタイミングも遅れ、固定側の共通のデータ信号線ＤＰ、ＤＮ上の監視信号の立下りのタイミングも遅れることとなる。しかしながら、この遅れは、伝送クロック信号の低電位レベルの期間に比べて短いため、監視信号を認識するうえで影響を及ぼすことはない。

また、移動体側変換機８には、電力線Ｓ１ｍ、Ｓ２ｍから供給された電力を直流電源化し、被制御装置４や子局５で必要とされる電力を、電力供給線ＳＰｍ、ＳＮｍを経由して供給する直流電源１０２を備えている。この直流電源１０２は、固定側の交流電源１０１から延びる電力線Ｓ１、Ｓ２と移動側電力線Ｓ１ｍ、Ｓ２ｍとの連結部の瞬間的な切断による電力変動に対応するための大容量のコンデンサ（破線表示）を内包している。そのため、電力供給線ＳＰｍ、ＳＮｍには安定した電力が供給されるものとなっている。

移動体側送受信回路８９において、伝送線を共用することにより生じる、伝送クロック信号変換部７０から高周波信号変換部８０への第二の高周波信号の回り込みは、他の回路構成によっても防止することができる。図９及び図１０は、伝送クロック信号変換部７０から高周波信号変換部８０への高周波信号の回り込み防止が考慮された、移動体側送受信回路の他の実施形態を示すブロック図である。なお、図９および図１０において、図１に示す実施形態と実質的に同じ部分には同符号を付し、その説明を省略または簡略化する。

図９に示す移動体側送受信回路８９は、図１に示す移動体側送受信回路８９のスリーステートアンプ７３、８２の出力レンジを共に０Ｖと＋２４Ｖとし、更に、スリーステートアンプ８２への入力、すなわち、高周波信号を受ける受入伝送路を２重にしたものとなっている。この２重とされた高周波信号変換部８０への受入伝送路の一方は、スリーステートアンプ８２の出力中性電位を＋１２Ｖとするための電圧調整がされており、この電圧調整された受入伝送路が加算側、もう一方の受入伝送路が減算側とされている。また、この加算側、電算側それぞれの受入伝送路と伝送クロック信号変換部７０からの送出伝送路との接続地点からスリーステートアンプ８２に至る伝送路上には、抵抗Ｒ６、抵抗Ｒ４がそれぞれ介装されている。更に、加算側、減算側それぞれの受入伝送路と伝送クロック信号変換部７０からの出力伝送路の接続地点間には、抵抗Ｒ５が介装されている。そして、抵抗Ｒ４の抵抗値は、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６の抵抗値の合計に等しいものとされており、伝送クロック信号変換部７０から送出される高周波信号の電圧変化は、スリーステートアンプ８２の加算側と減算側に等しく分配されることとなる。そのため、伝送クロック信号変換部７０から高周波信号変換部８０のスリーステートアンプ８２への入力はキャンセルされ、スリーステートアンプ８２の出力に影響を与えないものとなっている。すなわち、第二の高周波信号の回り込みが防止されることとなる。

図１０に示す移動体側送受信回路８９は、図１に示す移動体側送受信回路８９のスリーステートアンプ７３、８２の出力レンジを共に０Ｖと＋２４Ｖとし、更に、スリーステートアンプ８２への入力、すなわち、高周波信号を受ける受入伝送路上にハイパスフィルター８７を介装したものとなっている。また、移動体側送受信回路８９の伝送クロック信号変換部７０から送出される第二の高周波信号の周波数は所定値以下、図示しない固定側送受信回路の伝送クロック信号変換部から送出される第一の高周波信号の周波数は所定値以上とされている。そのため、移動体側送受信回路８９の高周波信号変換部８０には、周波数が所定値以上となっている第一の高周波信号のみが受け入れられるものとなっている。すなわち、第二の高周波信号の回り込みが防止されることとなる。

なお、伝送クロック信号変換部７０から高周波信号変換部８０への高周波信号の回り込みは、第一の高周波信号の伝送路と、第二の高周波信号の伝送路を異なるものとしても防止することができる。図１１は、第一の高周波信号の伝送路と、第二の高周波信号の伝送路とを異なるものとした、固定側送受信回路と移動体側送受信回路の更に他の実施形態を示すブロック図である。なお、図１１において、図１に示す実施形態と実質的に同じ部分には同符号を付し、その説明を省略または簡略化する。

図１１に示す固定側送受信回路７９と移動体側送受信回路８９は、図１に示す固定側送受信回路７９と移動体側送受信回路８９との間の伝送路を２重にしたものとなっている。すなわち、移動体側送受信回路８９の伝送クロック信号変換部７０から送出される第二の高周波信号は、固定側送受信回路７９の伝送クロック信号変換部７０から移動体側送受信回路８９へ至る、第一の高周波信号の伝送路Ｄ１と異なる伝送路Ｄ２を経て伝送されるものとなっている。これら伝送路Ｄ１、Ｄ２は、図１に示す実施形態の伝送路と同様に非接触結合とされ、第一および第二の高周波信号は、それらの間隙浮遊容量Ｃ１、Ｃ５を利用して伝送される。なお、固定側送受信回路７９と移動体側送受信回路８９のそれぞれには、カップリング用のコンデンサＣ６、Ｃ４が介装されているため、非接触結合となっている部分が事故などの衝撃により接触した場合の電位差による障害を防止できるものとなっている。

１ 制御部
２ 親局
３ 電源
４ 被制御装置
５ 子局
７ 固定側変換器
８ 移動体側変換器
９ 接続部
１１ 出力ユニット
１２ 入力ユニット
１３ 制御信号データ
１４ 監視信号データ
２１、５１、６１ 電源電圧発生手段
２２ 出力データ部
２３ タイミング発生部
２４ 親局出力部
２５ 親局入力部
２６ 入力データ部
３１ 発振回路
３２ タイミング発生手段
３３ 親局アドレス設定手段
３４ 制御データ発生手段
３５、６８、８５ ラインドライバ
３６、８６ 監視信号検出手段
３７ 監視データ抽出手段
４１ 被制御部
４２ センサ部
５０ 子局出力部
５２、６２ ラインレシーバ
５３、６３ 制御データ信号抽出手段
５４、６４ 子局アドレス設定手段
５５、６５ アドレス抽出手段
６０ 子局入力部
６６ 入力データ部
６７ 監視データ信号発生手段
７０ 伝送クロック信号変換部
７１ 発振回路
７２ アンドゲート回路
７３、８２ スリーステートアンプ
７４ バッファ回路
７９ 固定側送受信回路
８０ 高周波信号変換部
８３ 整流回路
８４ 比較器
８７ ハイパスフィルター
８９ 移動体側送受信回路
１００ 負荷器
１０１ 交流電源
１０２ 直流電源
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ５ 間隙浮遊容量
Ｃ３、Ｃ４、Ｃ６ コンデンサ
Ｄ１、Ｄ２ 伝送路
ＤＰ、ＤＮ、ＤＰｍ、ＤＮｍ データ信号線
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７ 抵抗
ＳＰ、ＳＮ、ＳＰｍ、ＳＮｍ 電力供給線
Ｓ１、Ｓ２ 電力線

Claims (8)

1. 伝送の結合が非接触結合であり、伝送クロック信号の制御下で、制御部からの制御データと被制御装置からの監視データが信号として伝送される信号伝送方法であって、
   前記制御部を含む制御側において、前記伝送クロック信号のクロック周波数よりも高い周波数で、前記伝送クロック信号の所定電位レベルが維持される期間に対応し、前記伝送クロック信号の情報と前記制御データを含む第一の高周波信号を、前記被制御装置を含む被制御側に前記非接触結合の間隙浮遊容量を利用して伝送し、
   前記被制御側において、前記第一の高周波信号が対応する前記伝送クロック信号の前記期間に相応するパルス信号を生成し、前記パルス信号に基づいて擬似伝送クロック信号を生成し、前記擬似伝送クロック信号の制御下で、前記監視データを、前記擬似伝送クロック信号のクロック周波数よりも高い周波数で、前記擬似伝送クロック信号の所定電位レベルが維持される期間に対応する第二の高周波信号として、前記制御側に前記非接触結合の間隙浮遊容量を利用して伝送し、
   前記制御側において、前記第二の高周波信号に基づいて前記監視データを抽出することを特徴とする信号伝送方法。
2. 前記伝送クロック信号の高電位期間または低電位期間の幅が前記制御データの値を表わし、前記監視データの値が、前記伝送クロック信号における前記制御データの値に対応しない残部期間の電圧レベルで表わされ、前記制御データと前記監視データが前記伝送クロック信号の１パルスの同一周期において伝送される請求項１に記載の信号伝送方法。
3. 前記伝送クロック信号の高電位期間または低電位期間の幅が前記制御データの値を表わし、前記監視データの値が、前記伝送クロック信号における前記制御データの値に対応しない残部期間の電流レベルで表わされ、前記制御データと前記監視データが前記伝送クロック信号の１パルスの同一周期において伝送される請求項１に記載の信号伝送方法。
4. 前記被制御側において、前記第一の高周波信号を受ける受入伝送路と前記第二の高周波信号を送り出す送出伝送路とを共用し、前記制御側において、前記第二の高周波信号を受ける受入伝送路と前記第一の高周波信号を送り出す送出伝送路とを共用し、前記第一の高周波信号と前記第二の高周波信号は基準電位レベルに対し正側と負側の電圧領域でそれぞれ動作する請求項１乃至３のいずれか一つの項に記載の信号伝送方法。
5. 前記被制御側において、前記第一の高周波信号を受ける受入伝送路と前記第二の高周波信号を送り出す送出伝送路とを共用し、前記制御側において、前記第二の高周波信号を受ける受入伝送路と前記第一の高周波信号を送り出す送出伝送路とを共用し、前記被制御側の前記第一の高周波信号の受入れ伝送路において、前記第二の高周波信号を加減算でキャンセルする請求項１乃至３のいずれか一つの項に記載の信号伝送方法。
6. 前記被制御側において、前記第一の高周波信号を受ける受入伝送路と前記第二の高周波信号を送り出す送出伝送路とを共用し、前記制御側において、前記第二の高周波信号を受ける受入伝送路と前記第一の高周波信号を送り出す送出伝送路とを共用し、前記第一の高周波信号と前記第二の高周波信号は周波数が異なるものとなっている請求項１乃至３のいずれか一つの項に記載の信号伝送方法。
7. 前記第一の高周波信号の伝送路と、前記第二の高周波信号の伝送路とを異なるものとする請求項１乃至３のいずれか一つの項に記載の信号伝送方法。
8. 制御部と、被制御装置と、伝送の結合が非接触結合である伝送路とを備え、
   前記制御部を含む制御側において、伝送クロック信号のクロック周波数よりも高い周波数で、前記伝送クロック信号の所定電位レベルが維持される期間に対応し、前記伝送クロック信号の情報と前記制御部からの制御データを含む第一の高周波信号を、前記被制御装置を含む被制御側に前記非接触結合の間隙浮遊容量を利用して伝送し、
   前記被制御側において、前記第一の高周波信号が対応する前記伝送クロック信号の前記期間に相応するパルス信号を生成し、前記パルス信号に基づいて擬似伝送クロック信号を生成し、前記擬似伝送クロック信号の制御下で、前記監視データを、前記擬似伝送クロック信号のクロック周波数よりも高い周波数で、前記擬似伝送クロック信号の所定電位レベルが維持される期間に対応する第二の高周波信号として、前記制御側に前記非接触結合の間隙浮遊容量を利用して伝送し、
   前記制御側において、前記第二の高周波信号に基づいて前記監視データを抽出することを特徴とする駆動システム。
   

Images