JPH0644730B2 - 記憶累積機能を備えた非接触伝送装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は，電力やデジタル信号またはアナログ信号を電
磁波や光束を用いて非接触で伝送する装置に関するもの
で，各種の静止機器はもとよりＮＣ工作機械，ロボット
装置，搬送装置，その他諸種の自動機械などに利用でき
るものである。

この場合，例えば機械装置本体の固定側に能動用モジュ
ールを設置し，運動する移動側に受動用モジュールを設
置して，移動側における形状，種別，位置，歪，温度お
よび色彩などに関するデジタル的あるいはアナログ的な
諸種のデータ信号を，固定側に対し非接触で伝送させた
いような場合に用いて好適なものである。

［従来の技術］ 従来はこの種の非接触伝送装置として，ＦＭテレメータ
や電磁式のカプラなどが知られているが，一般にこのよ
うな送信部と受信部とを有する通信装置によって測定デ
ータの伝送を行なわせる場合には，その伝送に直接関与
するアンテナや対向コイルなどの相対的位置が常に結合
状態にあることを前提としており，所定の相対的位置関
係から外れた状態では両者間の通信が途絶するのが普通
である。

また，固定側と運動側との相互間における電力と信号と
の授受を同一のトランスを介して行う伝送装置におい
て，例えば実用新案公告昭57-37278公報にみるような伝
送効率の改善を試みた考案がある。

しかしながら，機械装置の固定側に対して，運動側から
連続的に測定されたデータ信号を伝送しようとする場
合，運動側の移動や伝送電力の停止等によって両者の電
磁ヘッドが互いに結合しなくなった期間は信号伝送が中
断され，従って断続的に測定データを得ることが不可能
である。

依って例えば運動体がシャフトやターンテーブル状のも
のゝ場合には，対向コイルを同軸状に配置し，運動過程
においても結合状態を保持するような配慮とか，伝送電
力を停止させないような対策が必要とされている。

また運動側の送信機に対しては，１次電池などの電源の
搭載を必要としたため，その交換や充電に多くの労力を
必要としているのが現状である。

［発明の目的］ 本発明の目的は，能動用モジュールと受動用モジュール
とを備え，その両者間において相互に非接触かつ高精度
で安定に信号の授受を行なわせることのできる比較的簡
単な非接触伝送装置を提供せんとするものである。殊に
両者間における信号の授受を直接司るアンテナや対向コ
イルあるいは送信用発光器とその受光器などの相対的位
置が変化したり，その結合状態から外れている時におい
ても断続的にデータ信号をサンプリングすることのでき
る非接触伝送装置を提供することにある。

［発明の概要］ 本発明の記憶累積機能を備えた非接触伝送装置は，能動
用と受動用との両モジュール間で互いに授受するコマン
ド信号やデータ信号の伝送と、受動用モジュールの回路
動作で必要とする電力の伝送を、両モジュールのそれぞ
れに装備した２つのヘッドが電磁波や光束により互いに
結合状態にある期間に非接触で伝送できるように構成し
た装置において、前記両モジュールが結合している期間
に、能動用モジュールから非接触で伝送した電力を、受
動用モジュールに配備した蓄電池やコンデンサ等の蓄電
装置に充電しておき、当該充電エネルギーによりサンプ
リングされたデータ信号を記憶装置に断続的に累積して
おくことができ、前記２つのヘッドが互いに結合された
期間に累積した記憶データ信号を能動用モジュール側に
伝送できるように構成したことを特徴とするものであ
る。

そしてまた，前記電力を伝送する電磁波や光束の周波数
または変調周波数を、前記両モジュール間における共通
のクロック源とすることを特徴とするものである。

［発明の構成と作用］ 本発明に係る非接触伝送装置は，電力やコマンド信号お
よびデータ信号を電磁波や光束を媒体として非接触で相
互に伝送する能動用および受動用の複数のモジュールか
ら構成されている。更に各モジュールは電磁波等の媒体
の送信部と受信部とをそれぞれ備え，モジュール間にお
ける単方向または双方向の非接触伝送が可能な構成にな
っている。

この場合，電力やコマンド信号およびデータ信号を非接
触で伝送する時の媒体は，低周波からマイクロ波領域を
含むものであり，さらに紫外から赤外に至る伝送媒体と
して適用できるものである。しかし以下の本分では説明
の都合上，前者を特に電磁波，後者を光または光束と呼
んで区別する。

また一方のモジュールの送信部と他方のモジュールの受
信部との伝送媒体の授受に直接関与するのは，送信ヘッ
ドとの両者すなはち具体的にはアンテナや対向コイルで
ある。あるいは送信用発光器とその受光器である。そし
てその両者が結合状態を形成する期間において，電磁波
や光束による電力と信号の非接触伝送が通常的に行なわ
れる。

すなはち，一方の能動用モジュールは所望する計測デー
タのアドレスや識別符号などに関するコマンドをその送
信ヘッドから受動用モジュールの受信ヘッドに対して伝
送する機能と，前記コマンドに対する応答を得て処理す
る機能とを備えている。

他方の受動用モジュールは，能動用モジュールからの上
記コマンドを受信してデコードし，その要求に対応した
デジタルやアナログのデータ信号などをその送信ヘッド
から能動用モジュールの受信ヘッドに対して伝送する機
能を備えている。

そして受動用モジュールには，能動用モジュールから伝
送された電力によって充電することのできる電池やコン
デンサ等の蓄電装置と，この電源によって継続的に取得
した計測データを累積し保存するデータ記憶装置が搭載
されている。

従って例えば機械装置本体の固定側に設置された能動用
モジュールの受信ヘッドと，移動側に設置された受動用
モジュールの送信ヘッドとが所定の相対的位置から外れ
た場合とか，伝送電力が停止状態にある期間，すなわち
結合状態から外れた期間には連続的なデータの伝送が不
可能になる。

しかるにこのような場合でも本発明の装置は，受動用モ
ジュールが断続的にサンプリングしたデータを逐次デー
タ記憶装置へ累積しておくことができる。

そして送信ヘッドと受信ヘッドとの両者が所定の結合状
態を満足した期間に伝送指令信号を発し，これに応じて
先に累積しておいたデータを能動用モジュールに対して
伝送することができる。上記両ヘッドが結合状態にある
時は，受動用モジュールの電力は能動用モジュール（こ
れは電灯線や電池または発電素子等によって動作する）
から電磁波または光束によって伝送される。

また能動用モジュールと受動用モジーュルに共通のクロ
ックが必要な場合（例へばデータをシリアルで送る場合
のボーレイトクロックを共用する場合など），電力伝送
の電磁波または光束をその周波数で変調するか，または
電力伝送の周波数を伝送したいクロック周波数の整数倍
にしておき，両モジュール間でスケールを合わせておく
ことにより共通のクロックを得ることができる。

また本発明では伝送媒体として前述の如く電磁波や光束
を適用できるので，データ信号や電力の伝送に関し，幾
つかの組み合わせができることは自明である。

［発明の実施例］ 第１図に示すブロックダイアグラムの実施例で，測定対
象のデータがアナログ信号で供与される場合について説
明する。

この非接触伝送装置の主要部は，能動用モジュールＡと
受動用モジュールＢとから成る。

そして能動用モジュールＡは，電力やコマンド信号ＳＤ
をその電磁送信ヘッド１から受動用モジュールＢの電磁
受信ヘッド２に対し，Ｆ／Ｓ（周波数シフト）変調をか
けた電磁波の伝播にもとずく電磁誘導により非接触で伝
送する機能をもつ。

また受動用モジュールＢはその外部の計測センサや測定
機器から得られる測定データＳＡを入力し，ＦＭ（周波
数変調）をかけた被変調光を伝送媒体として光学送信ヘ
ッド３から能動用モジュールＡの光学受信ヘッド４に対
し被接触伝送を行なう機能を備えている。

以下これらの両モジュールの機能を具体的に説明すれば
次のようになる。

能動用モジュールＡは，受動用モジュールＢに対するコ
マンド信号である並列データＳＤを，まずＰ／Ｓ（並列
→直列）変換回路５によってシリアル信号に変換する。
そしてボーレイトクロックの整数倍の周波数ＢＲを発振
する発振回路６によって駆動されるＦ／Ｓ変調回路７へ
入り，並列データＳＤに対応したＦ／Ｓ変調波にする。
但しこの周波数のまゝでは伝送効率の点で空間伝送に不
適当な場合には，周波数逓倍回路８で周波数を高くした
のち，ＲＦパワーアンプ９により電力増幅し，電磁送信
ヘッド１から電磁波として空間へ輻射する。

この輻射されたＦ／Ｓ変調波の電磁波は，受動用モジュ
ールＢの電磁受信ヘッド２で受信され，その一部は電力
用として整流平滑回路１０により直流化され，これに付
帯する２次電池および大容量コンデンサ１１を充電する
と共に，電源Ｅとして受動用モジュールＢの各回路の電
源として供給される。

またこの電力伝送用の周波数は前述したようにボーレイ
トクロックの整数倍にしてあるため，周波数デバイダ１
２により逓減し，元のボーレイトクロックＢＲと同じ周
波数のＢＲに戻してから必要な回路に供給する。

そしてまた電磁受信ヘッド２の出力の一部を，Ｆ／Ｓ検
波回路１３によってもとのシリアルデータに復調する。
次いでＳ／Ｐ変換回路１４により復元されたコマンド信
号の並列データＲＤは，データバスＤＢを経てコントロ
ーラ１５に入り，こゝで判別された内容に応じた制御信
号ＣＮＴによって関係回路を制御する。

すなはち並列データＲＤが測定データＳＡの入力チャン
ネルの指定コマンドであれば，その制御信号ＣＮＴに応
じてマルチプレクサ１６を指定されたチャンネルに切り
替える。

さらに並列データＲＤのコマンドの内容が，測定データ
ＳＡを能動用モジュールＡに伝送せよという指令であれ
ば，測定データＳＡはＡ／Ｄ（アナログ→デジタル）変
換器１７とＤ／Ａ（デジタル→アナログ）変換器１８を
通り，ＦＭ回路１９によって伝送すべきデータに対応し
たＦＭ波にする。これをＡＦパワーアンプ２０で増幅
し，光学送信ヘッド３から被変調光として光学受信ヘッ
ド４に対し被接触伝送を行なう。

この場合，光学送信ヘッド３と光学受信ヘッド４との対
向位置が結合状態が外れている時にはこの間の連続的な
伝送が中断されることになる。しかるに本発明の装置で
はこのような時でもコントローラ１５によって測定デー
タＳＡを予め設定されたタイミング毎に入力し，かつＡ
／Ｄ変換器１７によってデジタル値に変換した後データ
バスＤＢを経て順次データ記憶装置２１に格納しておく
ように構成されている。

そして両ヘッド３と４との結合状態が形成された時点
で，そのつど常時あるいは規定された定時間毎の伝送開
始コマンドに応じ伝送指令信号を発して，データ記憶装
置２１に格納されている測定データを順次読み出す。次
いでＤ／Ａ変換器１８でアナログ値に変換した後，後述
のように被変調光として光学送信ヘッド３から伝送させ
る。

この光束は光学受信ヘッド４で受光され，電気信号に変
換されたのちプリアンプ２２により適当なレベルに増幅
される。次に電気的フイルタ２３によって外乱光などの
影響を軽減したのちＦＭ検波回路２４によって復調し，
バッファアンプ２５を経てアナログ信号ＲＡとして続出
する。

なお前述のように送信と受信との両ヘッド間の伝送は両
者が所定の結合状態を形成した時にのみ行なわれるが，
その判断は次のように実施される。すなはちコンパレー
タ２６によって電気的フイルタ２３の出力を予め設定し
た基準電圧Ｖｓと比較することにより，光学受信ヘッド
４で受信した光束の受信強度を検知する。そして両ヘッ
ド間が結合状態を形成しその値が或るレベル以上の時
に，コントローラ２７は受動用モジュールＢに対し格納
している測定データの伝送開始を命令する伝送指令信号
を発するようになっている。ＳＲはこれらの動作におけ
る送受信の切替え信号である。

またコントローラ２７および１５は論理回路やマイクロ
コンピュータなどにより構成される。

この実施例では記憶装置にデジタル型を用いたのでアナ
ログ値の測定データを記憶させるためにＡ／Ｄ変換器や
Ｄ／Ａ変換器を必要としたが，アナログメモリを用いれ
ば当然不用であり回路を簡易化することができる。

これらの方式は前にも述べたように，能動用モジュール
から受動用モジュールへその動作に必要な電力を伝送す
るため，受動用モジュールは無電源で動作できるという
特色を有しているが，必要に応じて受動用モジュールの
電源Ｅによって充電される補助電源が付加される。

また上記両ヘッドの相対的位置が所定の関係から外れて
いる期間の動作用電源となる大容量コンデンサ１１は適
当な容量や電圧を持った１次，２次電池でもよい。

電磁送信ヘッド１および電磁受信ヘッド２は色々な方式
のものを用い得るが，一般的には第２図に示すようなコ
ンデンサ２８を並列接続したコイル２９を用いることが
できる。

第３図は対向型用の，そして第４図は同軸型用の電磁送
信ヘッドと電磁受信ヘッドの構成例をそれぞれ示したも
のであり，金属や非金属の磁性体のコア３０，３０′に
コイル２９，２９′を捲いたものである。

このほか例えば回転する同軸型用の電磁送信ヘッドに対
しその外周の一部に対向型用の電磁受信ヘッドを近接配
置させてもその作用効果は同様である。

また光学送信ヘッド３は，第５図の如くレンズ３１と高
出力ＬＥＤや半導体レーザまたは変調器付きのガスレー
ザあるいは白熱電球などの電気／光変換素子３２などか
ら構成されている。

光学受信ヘッド４は第６図に示す如く，レンズ３１と外
乱光の影響を低減させ特定の波長帯域のみを透過する光
学フイルタ３３およびフォトトランジスタやフォトダイ
オードまたは光電管などの光／電気変換素子３４などか
ら構成されている。これらの光学系は，レンズ以外に種
々の例えば反射鏡など他の光学系用素子を組み合わせて
使用することができる。

以上の実施例では２つのモジュールのうち，Ａを能動
用，Ｂを受動用として説明したが，双方とも能動用また
は受動用とする場合もあり得る。

また本実施例では変調方式としてＦ／Ｓ変調方式やＦＭ
方式を用いたが，これは通常の無線通信などで用いられ
る各種の変調方式を殆ど適用出来ることは自明である。

［発明の効果］ 非接触で伝送する従来のこの種の非接触伝送装置は，送
信と受信とを司るヘッドの両者が所定の結合状態を形成
している時にのみ有効であったが，本発明の非接触伝送
装置は結合状態を外れた期間にも継続的にデータをサン
プリングしておくことができるという効用がある。

故に，例えば固定側に設置した能動用モジュールに対
し，他方の受動用モジュールが移動して結合状態を外れ
たり、両モジュール間の電力伝送が停止する期間がある
ような機械装置においても，２次電池や大容量コンデン
サ等の蓄電装置を電源として，その間のデータを記憶装
置に累積しておくことができる。そして両モジュール間
が結合状態にある時期に，適宜これを読み出し非接触伝
送することが可能である。

従って従来は受動用モジュールをシャフトの端部に同心
対向状に設置しなければ連続的なサンプリングができな
かったが，シャフトの外周表面に取り付けることも可能
である。

殊に両モジュール間の伝送可能な期間を能動モジュール
側で検知すれば，電力伝送に係わる素子をその期間のみ
間欠的に動作させるような回路構成にすることができる
など，多くの効用がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る非接触伝送装置の一例を示すブロ
ックダイアグラム。第２図は電磁発信ヘッドまたは電磁
受信ヘッドの一例を示す配線図。第３図および第４図
は，それぞれ対向型および同軸型の電磁発信ヘッドと電
磁受信ヘッドの一例を示す断面図。そして第５図は光学
送信ヘッド，第６図は光学受信ヘッドの一例を示す断面
図である。 符号１は電磁送信ヘッド，２は電磁受信ヘッド， ３は光学送信ヘッド，４は光学受信ヘッド， ５はＰ／Ｓ変換回路，６は発振回路， ７はＦ／Ｓ変調回路，８は周波数逓倍回路， ９はＲＦパワーアンプ，１０は整流平滑回路， １１は大容量コンデンサ，１２は周波数デバイダ， １３はＦ／Ｓ検波回路，１４はＳ／Ｐ変換回路， １５はコントローラ，１６はマルチプレクサ， １７はＡ／Ｄ変換器，１８はＤ／Ａ変換器， １９はＦＭ回路，２０はＡＦパワーアンプ， ２１はデータ記憶装置，２２はプリアンプ， ２３は電気的フイルタ，２４はＦＭ検波回路， ２５はバッファアンプ，２６はコンパレータ， ２７はコントローラ，２８はコンデンサ， ２９はコイル，３０はコア， ３１はレンズ，３２は電気／光変換素子， ３３は光学フイルタ，３４は光／電気変換素子， Ａは能動用モジュール，Ｂは受動用モジュール，

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−85739（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−205297（ＪＰ，Ａ) 実公 昭57−37278（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】能動用モジュールから受動用モジュールに
   対して伝送する電力と、その両モジュール間で互いに授
   受するコマンド信号やデータ信号の伝送とを，前記両モ
   ジュールのそれぞれに装備した２つのヘッド間が電磁波
   や光束を媒体として結合された期間に行うように構成し
   た非接触伝送装置において，前記受動用モジュールは，
   非接触で伝送された電力により充電をしておき，前記両
   モジュールが結合状態にない期間にも電源として動作す
   る蓄電装置と，前記両モジュールが結合状態にない期間
   にサンプリングした計測データを累積する記憶装置と，
   コマンド信号を判別して関係回路を制御しサンプリング
   した計測データおよび記憶装置に累積された計測データ
   等のデータ信号を能動用モジュールへ伝送させるコント
   ローラを備えたことを特徴とする記憶累積機能を備えた
   非接触伝送装置。
2. 【請求項２】前記電力を伝送する電磁波や光束の周波数
   または変調周波数を，前記両モジュール間における共通
   のクロック源としたことを特徴とする，特許請求の範囲
   第１項記載の記憶累積機能を備えた非接触伝送装置。