JPH01212131A - 分割コイル型同軸カプラを用いた伝送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明の分割コイル型同軸カプラを用いた伝送装置は、
電力やデジタル信号またはデジタル化されたデータ信号
あるいはアナログ信号を電磁波または電磁誘導作用を用
いて非接触で伝送する装置に間するもので１例えばＮＣ
工作機械、ロボット装置、搬送装置、車両等の運転用ハ
ンドル、その他諸種の自動機械等において２回転体側に
移動側モジュールを、装置本体に固定側モジュールを装
置し２回転側で必要とする電力や指令信号および回転側
から伝送したいデータ信号（例えば形状。

位置、温度２色彩など）などを固定側に伝送させる場合
などに用いて有効なものである。

〔従来の技術〕

従来この種の伝送装置として、ＦＭテレメータや電磁波
あるいは光を媒体にした各種伝送装置やワイヤレスモデ
ム等が知られているが、特に近年は同軸円筒カプラを適
用することにより１回転側で必要とする電源を固定側か
ら非接触で伝送するために運動側は電源をもつ必要がな
くなるなど。

従来のものと比較して格段に取り扱いが容易になってき
た。

このような同軸円筒カプラは、内側と外側とのソレノイ
ドコイルで構成されており、これを回転軸に取り付ける
場合はソレノイドコイルを有する回転側モジュールの内
側に回転軸が嵌合する程度の直径の穴を設けておき、そ
こに回転軸を貫通させて取り付けるか、あるいは巻き枠
に２分割可能な仕組みをしておき、それを設置したのち
手動でコイルを巻く手段をとるなど、多くの不便があっ
た。

しかも新規に製作の機械であれば兎も角、既設の機械に
上述のモジュールを取りつける場合、または取りつけた
後の故障の場合には、−々機械を分解して回転軸を取り
出すとか、コイルを巻いたり解いたりしなければならず
極めて面倒であった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、同軸カブ、うにおける内側コイルと外
側コイルとを１回転軸を貫通させることなく容易に構成
する手段を用いて成る非接触伝送装置を提供することに
ある。

〔発明の概要〕

本発明の分割コイル型同軸カプラを用いた伝送装置は１
回転体側の回転軸に内側コイルが装着され、その外周に
外側コイルを固定して成る同軸円筒カプラを介在させ、
前記コイルの一方から他方に対して非接触で電力を伝送
すると共に情報信号の授受をも行わせることのできる伝
送装置において、少なくとも一方の前記コイルに対し、
前記回転軸に貫通させることなくその周囲から装着でき
る分割コイルを備えたブロックの複数を組み合わせて円
筒状コイルを構成したことを特徴とするものである。

そしてこの場合、前記内側コイルと外側コイルとにおい
て、それぞれ円筒状に組み合わせる前記ブロックの個数
が互いに異なるように構成したり。

前記分割コイルが９個々の前記ブロックにおいて直並列
の複数の分岐コイルから構成されているもので、殊に前
記回転体側に照明系と受光系をもつ光電観測部を有する
伝送装置の構成に適用して高い効用を発揮するものであ
る。

〔発明の実施例〕

本発明に係る装置は、大略的に回転側モジュールと固定
側モジュールとで構成され、更に各モジュールは送信ブ
ロックと受信ブロックに大別され。

これらを組み合わせることによって発信や受信および双
方向伝送なども可能である。

しかし、ここでは説明の簡易化のために回転側モジュー
ルの動作に必要な電力を固定側モジュールから非接触で
送り込むようにし、それによって得られた電力で回転側
モジュールから固定側モジュールに対し２本発明の分割
コイル型同軸カプラを用い電磁波によってデータ信号を
授受する伝送装置の実施例について説明する。

第１図において、Ａは回転側モジュール、Ｂは固定側モ
ジュールのブロック図である。

回転側モジュールＡにおいて形状、歪９位置。

温度２色彩などの入力アナログデータＡｉは、プリアン
プ１によって電圧増幅の−ち、　　ＦＭ　（Ｆｒｅｑｕ
ｅｎｃｙ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）発振回路２に印加さ
れてＦＭ波となり２周波数逓倍回路３によって伝送に適
した周波数まで逓倍される。そして信号用パワーアンプ
４によって電力増幅されたのち、信号用送信コイル５に
より信号用電磁波として空中に放射される。

また固定側モジュールＢより輻射された電力用電磁波は
、電力用受信コイル６によって受信され整流平滑回路７
によって直流に変換されて電源Ｅとなり９回転側モジュ
ールＡ内の各回路および歪ゲージや白金抵抗線など電流
を必要とするセンサに供給されると共に、電池ＢＯを充
電することによって両モジュール間の距離の変動などに
よって起きる伝送電力の変動に備える。

他方、固定側モジュールＢにおいては２回転側モジュー
ルＡから発信された信号用電磁波を信号用受信コイル８
によって受信する。モしてＲＦアンプ９によって増幅し
たのちＦＭ検波回路１０によりアナログ信号に復元し、
バッファアンプ１１を経て外部に出力する。

また回転側モジュールＡに対する電力供給系は。

電力用発振回路１２の出力を電力用パワーアンプ１３に
よって電力増幅い　電力用送信コイル１４から電磁波と
して輻射する。

この方式は前にも述べたように、固定側モジュールから
回転側モジュールへその動作に必要な電力を伝送するた
め１回転側モジュールは無電源で動作できるという特色
を有している。

この場合、第１図の信号用送信コイル５や電力用受信コ
イル６、および信号用受信コイル８や電力用送信コイル
１４として、従来は同軸円筒状のソレノイドコイルを用
いているので、それが隘路となり回転軸に取り付ける作
業が非常に困難であった。

しかしながら９本発明の伝送装置に用いる分割コイル型
同軸カプラは１分割コイルを備えたブロックと称する構
成要素の複数を組み合わせて円筒状あるいは環状のよう
に構成するものである。

すなわち、ブロックの複数を環状に組み合わせて成る少
なくとも２個のコイルを同軸状に配置し。

その内側コイルと外側コイルとの間で電力または情報信
号の授受を非接触で行わせるものである。

第２図は本発明に用いる分割コイル型同軸カプラの基本
的構成を理解し易いように、その全体像を例示したもの
で、それぞれ２分割された内側コイルと外側コイルとで
構成されており２分割コイルとしてプリント平面コイル
を適用した場合の外観図である。

同図にみるように９分割コイル１６または１７を備えた
２個の内側ブロック１８と１９とを９回転軸２０の周囲
に円筒状に組み合わせて内側コイル２１を構成している
。この場合、内側ブロック１８と１９とは分割スリーブ
２２と２３とによって回転軸２０に直接装着されている
。また、その外周に分割コイル２４または２５を備え−
た２個の外側ブロック２６と２７とを円筒状に組み合わ
せて外側コイル２日を構成したうえで、外周カバー２９
と３０とによって保持され固定される。

なお、斜線で示した３・ｌおよび３２は、金属製の分割
スリーブ２２．２３や外周カバー２９および３０に起因
する損失を低減するために、必要に応じて適用する例え
ばフェライトの如き強磁性体であって、各ブロックと一
体に組み合わされて円筒状に接合され、あるいは分割コ
イルの電磁界領域に適宜配置されるものである。

第２図に示した分割コイル型同軸カプラの主要な構成部
を分解して示すと第３図のようになる。

すなわち内側コイルは、２分割された内側ブロック１８
と１９および分割スリーブ２２と２３から構成される。

外側コイルも同様に外側ブロック２６と２７および外周
カバー２９と３０とで構成されている。

なお、第３図に例示した分割コイル１Ｂ、１７゜２４お
よび２５は、それぞれが各ブロック内において更に複数
の直列または並列に接続されたコイルで構成されている
。

例えば第４図は外側コイル２８の構成に用いる１個の外
側ブロック２６の外観を例示したものである。すなわち
その内面に２組の分割コイル２４が配置されており、そ
の１Ｍは電力伝送用として更に３つの分岐コイル２４　
ａ、　　２４　ｂ、　　２４　ｃから成り、他の１組は
情報信号伝送用として３つの分岐コイル２４ａ’、２４
’ｂ’、２４ｃ’から構成されている。

同様に第５図は、外側ブロック２６より曲率半径の小さ
い内側ブロック１８を例示したもので。

電力伝送用の分岐コイル１６　ａ、　　１６　ｂ、　　
１６　ｃと情報信号伝送用の分岐コイルｌｅａ’、１６
ｂ’。

１６０′とによって構成されたものである。

次に、このような平面コイルを適用した場合の作用効果
について述べる。

例えば第６図は、１個のブロックに備えられた分割コイ
ルの展開図である。そしてこのようなパターンの平面コ
イル３３を半円筒状に曲げた分割コイルを備えたブロッ
クを、２個組み合わせることにより円筒状コイルが形成
される。これを回転軸に装着して内側コイルとし、その
外周に同様のパターンの分割コイルを備えるブロックに
より固定の外側コイルを構成した。いわゆる１対の同軸
カプラについて考える。

すなわち、いま内側コイルを回転させておき。

一方のコイル（例えば外側コイル）に電流を流して磁界
を発生させ、他方のコイルに鎖交させた場合、このま−
では一般に円周上における発生磁束の分布は非常に不均
一なものになる。

そこで９例えば図のようにコンデンサ３４を接続して同
調回路としたものについて、一方のコイル（例えば外側
コイル）に交番電流を印加し、他方のコイルにおいて電
磁誘導に基づく出力電圧を測定すると、第７図の如き出
力特性が得られるが。

このように回転角θに対応して出力電圧Ｖが大きく変動
するようでは同軸カプラとして実用にはなりにくい。

そこで第８図に示すようにブロック毎に３分割状に巻い
た分岐コイル１６　ａ、　　１６　ｂ、　　１６　ｃに
コンデンサ３５を接続して同調回路を形成し、その複数
を円筒状に組み合わせて上述と同様の同軸カプラを構成
する。そして、一方に交番電流を印加し他方の出力電圧
を測定した場合は、第９図に実線で示した如き出力特性
となりリップルを減少させることができる。

さらにこのような分岐コイルを有するブロックの多数を
組み合わせるとか、それぞれ円筒状に組み合わせる内側
コイルと外側コイルとの前記ブロックの個数が互いに異
なるように構成したものにおいては、第９図に点線で示
す如くリップルの少ない良好な出力特性となる。

また同様の作用効果は第１０図に示す如く２分岐コイル
１６　ａ、　　１６　ｂ、　　１６　ｃのそれぞれにコ
ンデンサ３６　ａ、　　３６　ｂ、　　３６　ｃを接続
し各々を同調回路として使用してもよい。

そして、第８図の如き直列コイルの両端にコンデンサを
接続した同調回路には、第１１図のように発振回路３７
と電力増幅回路３８から構成される駆動回路を適用して
動作させることができる。

第１０図の如く並列コイルの各々にコンデンサを接続し
て成る同調回路に対しては、第１２図のように電力増幅
回路３８　ａ、　　３８　ｂ、　　３８　ｃによって、
各コイルをそれぞれ駆動すればよい。

なお９分割コイルあるいは分岐コイルとして。

フレキシブルプリント基板を用いた平面コイルを用いれ
ば２曲率の異なる前記ブロックの構成が比較的容易であ
るばかりでなく２個々のブロックの内部に複数の直並列
コイルを構成する場合にも好都合である。

以上に述べた実施例とその作用効果については。

分割コイルとして図解し易いように主として平面コイル
を例示したが、エナメル銅線などを捲回して成る各種態
様のコイルを備えた種々のブロックを構成しても同様の
作用効果が得られることはいうまでもない。

また使用周波数が低い場合などにおいて完全な平面コイ
ルでは必要とするインダクタンスが得られないときがあ
る。そのような場合には２次元的な平面コイル巻線数を
多くしたり、３次元的に積層して厚みを持たせたコイル
や、フェライトなどのコアを併用したコイルを使用すれ
ばよい。

次に、このような分割コイル型同軸カプラを適用して成
る伝送装置の実施例について説明する。

第１３図は、固定側モジュールＢから伝送された電力で
動作する回転側モジュールＡに照明系と受光系から成る
光学センサを接続した光電観測部を有し、外部のパター
ン、色彩、凹凸などの光学的なデータを検出して固定側
モジュールＢへ伝送するように構成した実施例のブロッ
ク図である。

外部に設置された被検体４０はＬＥＤやランプなどの発
光体４１とレンズやミラーなどの光学系４２からなる照
明系によって照射され、そのパターン、色彩、凹凸など
の情報を含む反射光は、同様にレンズやミラーなどの光
学系４３によってフォトダイオードやフォトトランジス
タなどの光電センサ４４上に結像する。

そして回転側モジュールＡにおいては、光電センサ４４
の電気出力Ａｔをプリアンプ４５によって増幅する。し
かるのち、信号伝送用の搬送周波数を発振する信号用発
振回路４６によって駆動されるＦＭ回路に印加してＦＭ
波とし、信号用パワーアンプ４′によって電力増幅する
。

そして本発明に係る分割コイル型同軸カプラにおける内
側コイルのうちの１組である前記情報信号伝送用を適用
した。いわゆる信号用送信コイル５′によって固定側モ
ジュールＢに伝送する。

同様に内側コイルのうちの他の１組である電力伝送用を
適用した電力用受信コイル６９は、固定側モジュールＢ
の電力用送信コイル１４’すなわち分割コイル型同軸カ
プラの外側コイルの１組と電磁誘導作用によって結合し
ている。故に電力用周波数によって伝送されてくる電力
を受信い　整流・平滑回路４８によって直流化したのち
定電圧回路４９を経て電源Ｅとして回転側モジュールＡ
内の各回路へ供給する。

他方、商用交流または電池などを電源として動作する固
定側モジュールＢにおいては、電力伝送用の周波数を発
振する電力用発振回路１２′により駆動される電力用パ
ワーアンプ１３′によって電力増幅した出力を、上述の
外側コイルの１組である電力用送信コイル１４′に印加
し９回転側モジュールＡに伝送する。

さらに回転側モジュールＡから送信された信号用搬送波
は、固定側モジュールＢにおける分割コイル型同軸カプ
ラの外側コイルの他の１組、すなわち信号用受信コイル
８′に高周波電圧を誘起し。

ＦＭ受信回路５０によって元の入力信号Ａｔに対応する
信号Ａｉ′に復調されて、バッファアンプ５１を経て検
出されることになる。

このように、電力伝送および信号の授受を直接司る機構
として２分割コイル型同軸カプラを介在させる手段は１
回転部を有するこの種の機器の新規な設定時はもとより
２回転側にさらに多数の光電観測部を増設するような場
合にも、従来の方法では到底望み得なかった高い効用を
発揮するものである。

〔発明の効果〕

従来、このような用途にはスリップリングなど接触型の
伝送機器が使用されてきたが、雑音が多く２回転数が速
いと消耗が激しい、メンテナンスが繁雑であるなど欠点
が多かった。しかるに１本発明によれば消耗部分がない
ので半永久的に使用することができ、万一故障が発生し
た場合でも設置した機器の解体を必要とせずに、簡単に
１１理ができるようになフた。

従来、同軸カプラにより電力や情報信号を伝送する場合
でも、主に同軸円筒状のソレノイドコイルが用いられて
きた。しかしながら、このような円筒状コイルを既製の
機械の回転軸などに貫通させて取り付けるには９機械を
分解して回転軸を取り出す作業が伴うか、または分割し
た巻き枠を回転軸に取り付け、その＼ちにコイルを手作
業で巻くなどかなり面倒であった。

しかるに１本発明の分割コイル型同軸カプラを適用すれ
ば、既製の機械の回転軸であっても複数個のブロックを
組み合わせるだけで内側コイルや外側コイルを容易に構
成することができるという効用がある。

故に、生産機械等の諸種の機械の運動機構に本発明の装
置を組み込む場合や、その後のメンテナンスを行う場合
などに２機械を分解する必要が全くなくなった。

このように、新規な本発明の分割コイル型同軸カプラを
既設の機器に設置する場合はもとより。

当該同軸カプラに間する機械の故障時などにおいても、
その停止時間を大幅に減少させることができる。そのう
え、この種の機構の扱いに不慣れな人でも容易に適用の
目的を達することができるようになるなど大きな効用が
期待できる。

なお１本発明のような分割コイル型同軸カプラを適用す
る回路系においては、その伝送手段としてＦＭ変調を適
用する場合が多々あり、従ってその伝送周波数は内側コ
イルの回転速度を殆ど無視できる程度であるから２分割
コイルにしたことによる損失は極めて小さいという特徴
がある。

また、取り扱う周波数が高いような場合には。

第２図で説明したように強磁性体の内側コア３１や外側
コア３２を介在させることにより９回転軸２０あるいは
外周カバー２９などの導体に起因する損失を低減する効
果をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る分割コイル型同軸カプラを用いた
伝送装置の一例を示すブロックダイアグラム。第２図は
本発明における分割コイル型同軸カプラの組み立て状態
の外観を表わす斜視図であり、第３図はその主要部分の
分解図。第４図は外側コイルの構成に用いる外側ブロッ
クの外観図。 そして第５図は内側ブロックの外観図である。 第６図は分割コイルのパターン例を示す展開図であり、
第８図と第１０図は更に複数の分岐コイルから成る分割
コイルのパターン例を示す展開図である。また第７図と
第９図は同軸カプラの伝送特性を説明するための出力電
圧を例示したものであり、第１１図と第１２図は本発明
の分割コイル型同軸カプラの駆動回路を例示した図であ
る。 そして第１３図は、固定側モジュールＢから伝送された
電力により２回転側モジュールＡに備えた光電観測部を
動作させる実施例のブロック図である。 符号１と４５はプリアンプ、２はＦＭ発振回路。 ３は周波数逓倍回路、　　４は信号用パワーアンプ。 ５は信号用送信コイル、６は電力用受信コイル。 ７と４８は整流平滑回路、８は信号用受信コイル。 ９はＲＦアンプ、　　　　１０はＦＭ検波回路。 １１はバッファアンプ、１２は電力用発振回路。 １３は電力用パワーアンプ。 １４は電力用送信コイル。 １６．１７，２４および２５は分割コイル。 １８と１９は内側ブロック、２０は回転軸。 ２１は内側はコイル、２２．２３は分割スリーブ。 ２６．２７は外側ブロック、２８は外側コイル。 ２９．３０は外周カバー、３１は内側コア。 ３２は外側コア、　　　　　３３は平面コイル。 ３４．３５と３６はコンデンサ。 ３７は発振回路、　　　　　３８は電力増幅回路。 ４０は被検体、　　　′　　　４１は発光体。 ４２．４３は光学系、　　　４４は光電センサ。 ４６は信号用発振回路、　　４７はＦＭ回路。 ４９は定電圧回路、　　　　５０はＦＭ受信回路。 ５１はバッファアンプ。 Ａは回転側モジュール、　　Ｂは固定側モジュール。 蒋７図　　　算９図 →θ　　　　　　　　　　□θ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転体の回転軸に内側コイルが装着され、その外周
   に外側コイルを固定して成る同軸円筒カプラを介在させ
   、前記コイルの一方から他方に対して非接触で電力を伝
   送すると共に情報信号の授受をも行わせることのできる
   伝送装置において、少なくとも一方の前記コイルに対し
   、前記回転軸に貫通させることなくその周囲から装着で
   きる分割コイルを備えたブロックの複数を組み合わせて
   円筒状コイルを構成したことを特徴とする分割コイル型
   同軸カプラを用いた伝送装置 ２、前記内側コイルと外側コイルとにおいて、それぞれ
   円筒状に組み合わせる前記ブロックの個数が互いに異な
   るように構成された特許請求の範囲第１項記載の分割コ
   イル型同軸カプラを用いた伝送装置 ３、前記分割コイルが、個々の前記ブロックにおいて直
   並列の複数の分岐コイルから構成されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の分割コイル型同軸カ
   プラを用いた伝送装置 ４、前記分割コイルや分岐コイルが平面状コイルで形成
   されたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の分
   割コイル型同軸カプラを用いた伝送装置 ５、前記回転体側に照明系と受光系をもつ光電観測部を
   有する、特許請求の範囲第１項記載の分割コイル型同軸
   カプラを用いた伝送装置