JPH0646605B2 - 分割コイル型同軸カプラ - Google Patents

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は諸種の機械装置にお
ける回転軸などの運動機構側に内側コイルを，固定側に
外側コイルを配置して電磁波や電磁誘導作用により両者
の間で必要とする電力や各種の情報信号（例えば形状，
位置，温度，色彩など）などを伝送させる場合に用いて
有効なものである。

〔従来の技術〕

従来この種の信号や電力の伝送に用いられている同軸カ
プラには，主に円形ソレノイドコイルが用いられている
が，コイルの形状が円筒形であるために既製の機械にお
ける回転軸などに取り付ける場合に，その機械を分解し
回転軸を取り出したうえでコイルに貫通させて装着する
とか，あるいは手作業などにより回転軸の周辺に巻き枠
を組立てたうえでコイルを巻きつけるなど，かなり面倒
な作業が必要であった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は，同軸カプラにおける内側コイルと外側
コイルとに分割コイルを適用することにより、回転軸の
周囲から容易に装着可能とする手段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は，回転軸を貫通させ
ることなく回転軸の周囲から装着する分割コイルを備え
たブロックを用い，そのブロックの複数を円筒状に組み
合わせて成る内側コイルに対し，同様の前記ブロックか
ら成る外側コイルを同軸円筒状に組み合わせた，少なく
とも１対で構成された同軸カプラにより，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，個々の前記ブロック
における分割コイルが，直並列の複数の分岐コイルから
構成されること，あるいは前記分割コイルや分岐コイル
が平面状コイルで形成できること，そしてまた前記分割
コイルの近くに非導電性の強磁性体を配して成るブロッ
クの複数を組み合わせることにより前記強磁性体が円筒
状に構成されることを特徴とするものである。

〔発明の構成および実施例〕

本発明の分割コイル型同軸カプラは，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１図は本発明の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，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，分割コイル１または２を備えた２個
の内側ブロック３と４とを，回転軸５の周囲に円筒状に
組み合わせて内側コイル６を構成している。この場合，
内側ブロック３と４とは分割スリーブ７と８とによって
回転軸５に直接装着されている。また，その外周に分割
コイル９または１０を備えた２個の外側ブロック１１と
１２とを円筒状に組み合わせて外側コイル１３を構成し
ており，外側カバー１４と１５とによって保持され固定
される。

なお，斜線で示した１６および１７は，金属製の分割ス
リーブ７，８や外周カバー１４，１５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１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２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３と
４および分割スリーブ７と８から構成され，外側コイル
も同様に外側ブロック１１と１２および外周カバー１４
と１５とで構成されている。

なお，第２図に例示した分割コイル１，２，９および１
０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３図は外側コイル１３の構成に用いる１個の外
側ブロック１１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９が配置されており，
その１組は電力伝送用として更に３っの分岐コイル９
ａ，９ｂ，９ｃから成り，他の１組は情報信号伝送用と
して３っの分岐コイル９ａ′，９ｂ′，９ｃ′から構成
されている。

同様に第４図は，外側ブロック１１より曲率半径の小さ
い内側ブロック３を例示したもので，電力伝送用の分岐
コイル１ａ，１ｂ，１ｃと情報信号伝送用の分岐コイル
１ａ′，１ｂ′，１ｃ′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５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１８を半円筒状に曲げて成る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。

いま、例えば外側コイルに交番電流を流して発生した磁
界を回転している内側コイルに鎖交させて電源伝送を行
なう場合について考察する。

第５図に示す如き１個のコイルから成るブロックを２個
ずつ組合わせて内側・外側コイルを構成している場合に
は、コイル同士が正対している位置（以下最大結合位置
と呼ぶ）を基準とした回転角θがｎπ（たゞしｎは０、
１）のときにコイル間の結合係数が最大になるために出
力電圧は最高となり、その位置から９０度回転した位置
すなわちｎπ＋（π／２）においては結合係数が最小と
なる（以下最小結合位置と呼ぶ）ために出力電圧は最低
になる。

従って、これを整流・平滑させた場合の回転角θに対す
る出力波形は第６図の如きものとなり、このまゝでは内
側コイルの回転速度が低いときには出力電圧のリップル
が大きくなり、電源の品位が著しく低下する。

このような場合に、ブロックに例えば第７図や第９図の
如く複数に分岐したコイルを使用すれば回転角θに対す
る出力電圧の変動周期が分岐数倍に増えるので第８図の
実線の如きものとなり、内側コイルの回転速度と平滑回
路の時定数が前記と同じ条件であっても格段に電源のリ
ップルが減少し品位が改善される。

さらに、回転角θに対して全部のコイルが一斉に最大結
合位置や最小結合位置になることのないように固定側コ
イルと運動側コイルの数を違える（例えば一方を偶数、
他方を奇数にする）か、内側コイルと外側コイルの捲回
寸法を違えるなどの手段により、回転角θに関係するコ
イルの結合係数の変化を小さくすることができ、第８図
に点線で示す如く出力電圧のリップルを小さくすること
ができる。

この原理は電力の伝送だけではなく、信号の伝送におい
ても全く同様に適用され、被伝送信号の品位の向上に役
立つことはいうまでもない。

そして，第７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１０図のように発振回路２２
と電力増幅回路２３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９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１１図のように電力増幅回
路２３ａ，２３ｂ，２３ｃによって，各コイルをそれぞ
れ駆動すればよい。

なお，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，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，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
イルとしてプリントコイル様のものとして説明したが、
これはエナメル銅線などを捲回したもの、あるいは渦巻
きコイルまたは小さなソレノイドコイルなどを集積した
ものなど、結局は平面状に帰着する形状に形成された各
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。

本例においては電力用搬送波と信号用搬送波とに別個の
周波数と平面コイルを用いた方式に付いて説明したが、
これは例えば電力用搬送波を情報信号による周波数や位
相などの変調を行うことにより、単一周波数の搬送波と
１組の内側・外側コイルのみでも情報と電力を同時に伝
送可能なことはいうまでもない。

〔発明の効果〕

従来，同軸カプラにより電力や情報信号を伝送する場
合，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，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，そのゝ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，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，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
に関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，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，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１図で
説明したように強磁性体の内側コア１６や外側コア１７
を介在させることにより，回転軸５あるいは外周カバー
１４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図は本発明の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２図はその主要部分
の分解図。第３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４図は内側ブロックの外観図で
ある。第５図は分割コイルのパターン例を示す展開図で
あり，第７図と第９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６
図と第８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１０図と第１１図は本
発明の分割コイル型同軸カプラの駆動回路図を例示した
ものである。 符号１，２，９および１０は分割コイル， １ａ，１ｂおよび１ｃは分岐コイル ３と４は内側ブロック，５は回転軸， ６は内側コイル，７と８は分割スリーブ， １１と１２は外側ブロック，１３は外側コイル， １４と１５は外周カバー，１６は内側コア， １７は外側コア，１８は平面コイル，１９，２０および
２１はコンデンサ， ２２は発振回路，２３は電力増幅回路，

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転軸の周囲から装着する平面状の分割コ
   イルを備えたブロックを用い、そのブロックの複数を円
   筒状に組み合わせて成る内側コイルに対し、同様の前記
   ブロックから成る外側コイルを同軸円筒状に組み合わせ
   た、少なくとも１対で構成された同軸カプラにより、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分割コイル型同軸
   カプラ
2. 【請求項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し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
3. 【請求項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
4. 【請求項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
5. 【請求項５】前記分割コイルのち各に非導電性の強磁性
   体を配して成るブロックの複数を組み合わせることによ
   り、前記強磁性体が円筒状に構成されることを特徴とす
   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