JPH0711035U - 出力制御機能を有する近接対向型モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 固定部用の能動モジュールから運動部用の受
動モジュールの動作に必要な電力の伝送と、両モジュー
ル間で相互に授受する情報信号の伝送とを非接触で行わ
せる装置において、両モジュール間の伝送距離の変動に
拘らず伝送電力の均一化をはかると共に、比較的簡単な
回路により高精度のデータ伝送を安定に行わせる出力制
御機能を備えた近接対向型モジュールを提供する。 【構成】 能動モジュールＡの電磁波を受信した受動モ
ジュールＢにおいて、整流平滑回路６で直流化しモジュ
ールＢ内の動作電源にすると共に、ＦＭ波をＲＦパワー
アンプ９とヘッド１１を介してモジュールＡに送信す
る。その受信信号強度に基づき電圧制御回路１９によっ
てＲＦパワーアンプ３の電力の発送出力を常時自動的に
制御するように構成。

Description

【考案の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本考案は、一つの機械装置において比較的近接し対向して配置された運動部と 固定部との間の情報信号を、電磁波などの媒体を用いて非接触かつ高精度で安定 に伝送させる装置に関する。

すなわち複数組の装置を結合して成る静止機器およびＮＣ工作機械，ロボット 装置，搬送装置などの自動機械あるいは車両とか飛しょう体などの移動を伴う機 械装置において、装置本体の固定側に能動モジュールを、他方の運動部とか移動 する側に受動モジュールを装備しておくことにより、例えば形状、位置、歪、温 度、色彩などの情報信号を、能動モジュールの受信ヘッドに対し非接触で伝送す る装置に利用されるものである。

そして本考案は、このような伝送制御装置において、送信ヘッドと受信ヘッド との間隔が変動するような機構のものに対し、伝送電力の均一化をはかり高精度 で安定に行ないたい場合に用いて好適なものである。

「従来の技術」 従来、比較的に遠隔地点間においては、無線通信方式により安定に伝送する幾 つかの交信手段があり、例えば特開昭５９−１６３９２１号公報の情報伝送制御 装置や特開昭５６−１２２２４６号公報の送信出力制御方式などがある。

また、本考案に類する伝送制御装置の安定化の手段として、従来はモジュール 内部の受信回路において受信信号の強度に応じ自動的に増幅回路の利得を調節す るＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路が用いられて いる。しかし、この場合のＡＧＣは受信回路部分だけの利得を制御する場合が多 い。

このため本装置の如く、受動モジュールで必要とする電源等の電力を能動モジ ュールから非接触で供給し、また受動モジュールから発信するデータを能動モジ ュールにおいて非接触で受信する方式のものに対しては、距離に比例して大きく なる伝送損失が往復で効いてくる。従って、モジュールの送信ヘッドと受信ヘッ ドとの対向距離が常時変動する場合とか、大幅に変化する装置においては利得の 補正がしきれないという問題がある。

また極端な場合には伝送距離が殆ど零になるような使い方をする時もあり、そ のような場合には強電界のために受信回路の入力段で飽和してしまい、伝送不能 になったり、電力送信出力の変動が回路の各部に影響し誤動作を起こすなどの影 響が生じることになる。

「考案の目的」 本考案の目的は、非接触伝送を行なわせる機械装置において、その伝送距離の 変動に拘らず、伝送電力の均一化をはかると共に比較的簡単な回路構成で高精度 のデータ伝送を安定に行なう伝送制御装置を提供することにある。

「考案の概要」 本考案の出力制御機能を有する近接対向型モジュールは、固定部用の能動モジ ュールと運動部用の受動モジュールとを備え、両モジュール間で相互に授受する 情報信号の伝送と、能動モジュールから受動モジュールの動作に必要な電力の伝 送とを、電磁波や光により非接触で伝送させる機能を有する伝送制御装置におい て、能動モジュールと受動モジュールとの伝送間隔を数糎以内に近接対向させて 一つの機械装置や機構に装着し、能動モジュールは受動モジュールから発送され た受信情報の強度と変化量に基づいて自己の電力送信回路にフィードバックし、 電力の発送出力を自動的に均一かつ安定に制御する手段を備えたことを特徴とす るものである。

「考案の構成と実施例」 本考案は、電力を発送する能動モジュールが受動モジュールから受信した情報 信号の受信強度に基づき電力の発送出力を自動的に制御するとか、能動モジュー ルから発送された電力の出力の変化を受動モジュールで受電した上でその変化量 を能動モジュールにフィードバックすることによって、電力の発送出力を自動的 に制御するもので、受信電磁界強度に対する自動制御範囲を大幅に増大すると共 に伝送の安定化を図ったものである。

この場合、電力や情報信号を非接触で伝送する媒体として用いられる電磁波は 、商用周波数以上の交流で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光も伝送媒体として適用されるものである。

第１図は、能動モジュールで受信した受動モジュールからの情報信号の信号強 度に基づいて、電力の発送出力を自動的に制御する手段を備えた装置の実施例を 説明するブロック図である。

図中Ａは能動モジュール、Ｂは受動モジュールを表わしている。

そして能動モジュールＡは電力や情報信号を扱う電力送信部および情報信号を 受信する信号受信部などを有し、受動モジュールＢは電力や情報信号を受けて処 理する電力受信部および情報信号を送信する信号送信部などを有している。

能動モジュールＡの電力送信部は、電力発送用周波数を発振するｆ１発振回路 １の出力を、ＲＦ（高周波）バッファアンプ２を経てＲＦパワーアンプ３により 電力増幅し、電磁送信ヘッド４からその電磁波を放射する。

この電磁波は受動モジュールＢの電磁受信ヘッド５に捕捉されたのち、整流平 滑回路６により直流Ｅ１となり受動モジュールＢ内の各回路における動作電源用 として供給される。

この場合、電力伝送に係わる電磁送信ヘッド４と電磁受信ヘッド５の距離が大 きくなるにつれて電磁受信ヘッド５に誘導される電力は大きく減衰するが、本装 置の如く運動部と固定部から成る機構に設置される場合には一般に数粍（１〜１ ０ｍｍ）程度の伝送ができれば十分であり、数糎以内であれば伝送効率が極端に 低下するほどでもない。

また、受動モジュールに付帯した装置の回路等から入力されるアナログデータ Ｄｉ１はＡＦ（低周波）アンプ７によってスケーリングなどの必要な処理が行な われた後、信号伝送用周波数を発振するｆ２発振回路８の出力と共にＦＭ（周波 数変調）回路９においてＦＭ波となり、ＲＦパワーアンプ１０によって電力増幅 されて電磁送信ヘッド１１から空中へ放射される。

このようにして放射されたＦＭ波は、能動モジュールＡの電磁受信ヘッド１２ により捕捉され、次のＲＦアンプ１３で増幅された後、ＦＭ検波回路１４によっ てもとのデータに復調されＡＦ（低周波）バッファアンプ１５を経たうえで、出 力データＤｏ として観測することが出来る。

この場合ＲＦアンプ１３の出力の一部は、キャリア検波回路１６によって検波 、直流化され適当な時定数回路１７およびゲイン調整用の可変抵抗器１８を経て 、ＲＦバッファアンプ２やＲＦパワーアンプ３の電源に直列に挿入された電圧制 御回路１９の制御端に印加する。このようにして先に述べたように電力の発送出 力を自動的に制御することが出来る。

従来一般にこのような発送出力を制御する方法として、バッファアンプやパワ ーアンプのバイアス値を調節することが行なわれているが、それらの値を大幅に 変化させることは、真空管の場合でいう動作級（Ａ，Ｂ，Ｃ級など）を変化させ ることになり、効率やリニアリティなどの面からみて好ましくない。

従って本実施例ではバイアス値を変えるのではなく、電圧制御回路１９によっ てＲＦバッファアンプ２やＲＦパワーアンプ３の電源電圧を自動的に調整するこ とによってＲＦ出力を制御するようにしたものである。

このような電源の安定化手段と並行に、能動モジュールＡの信号受信部におい て受信した信号強度を電力送信部に常時ネガティブフイードバック、すなわち受 信した信号強度が弱いときには電力送信部の出力を増強し、逆の場合には低減さ せるような動作を自動的に行うように回路を構成することによって、常に受動モ ジュールＢに到達する電力の均一化をはかるようにした。

依ってモジュール間の距離が変動したような場合でも能動モジュールＡの受信 々号強度を常時ほゞ一定に保つことができることになる。

なお本実施例の如く非接触で行なわれる電力伝送とデータ伝送に係る媒体が双 方とも電磁波であるような場合には、電力伝送系の出力が大きいためにこれがデ ータ伝送系に誘導して旨く動作しないことがあるので、それぞれ異る周波数を使 用すればよい。

次に第２図は、能動モジュールＡから発送された電力の出力の変化を、受動モ ジュールＢで受信した上でその変化量を能動モジュールＡにフィードバックし、 能動モジュールＡにおいては、それによって電力の発送出力を自動的に制御し、 全体として受動モジュールＢに伝送される電力を一定にするように構成した実施 例を示すものである。但し電力送信系の伝送媒体としては光を、また信号系の伝 送媒体として電磁波を使用した例である。

能動モジュールＡの光学送信ヘッド２０から放射された電力発送用の光束は、 受動モジュールＢの光／電気変換機能を持つ光学受信ヘッド２１に捕捉され、そ の出力の一部は平滑回路２２によって直流出力Ｅ２となり、受動モジュールＢの 各回路および付帯する外部回路における動作電源用として供給される。そして他 の一部は適当な時定数を持つ時定数回路１７およびゲイン調整用の可変抵抗器１ ８を経て、サブキャリア１発振変調回路２３によって光学受信ヘッド２１の出力 に対応した変調波Ｆｓ１となる。

また受動モジュールＢに付帯した外部回路で得られたデータ信号Ｄｉ２は、Ａ Ｆアンプ７においてスケーリングなどの必要な処理を施され、次のサブキャリア ２発振変調回路２４を経ることによって育成されたデータ信号Ｄｉ２に対応した 変調波Ｆｓ２となる。そして前記変調波Ｆｓ１と共にミキサ回路２５によって混 合され、更にメインキャリア発振回路２６の出力で駆動されるＦＭ回路９に入力 されてＦＭ波となる。そしてＲＦパワアンプ１０において電力増幅を受けた後、 電磁送信ヘッド１１から電磁波の情報信号として空間に放射される。

これを能動モジュールＡの電磁受信ヘッド１２により受信した後、ＲＦアンプ １３において増幅し、メインキャリアに対するＦＭ検波回路１４によってサブキ ャリアによる変調波Ｆｓ１’および変調波Ｆｓ２’の混合波として復調する。

これらの変調波のうちデータ信号Ｄｉ２対応した変調波Ｆｓ２’は、サブキャ リア２検波回路２７によって復調されＡＦバッファアンプ１５を経てデータ出力 信号Ｄｏ２として、その外部回路において観測される。

また光学受信ヘッド２１の出力に対応した変調波Ｆｓ１’は、サブキャリア１ 検波回路２８によって復調された後、時定数回路１７およびゲイン調整用の可変 抵抗器１８を経て、ＡＦパワーアンプ２９の出力を制御する目的でその電源回路 に直列に挿入された電圧制御回路１９の制御入力に印加される。

そしてＡＦパワアンプ２９の出力は電気／光変換機能を持つ光学送信ヘッド２ ０から光束に変換されて受動モジュールＢに向けて放射される。

このように能動モジュールＡから発送された電力の変化を、受動モジュールＢ で受信した上でその発送電力の出力に係る信号強度として、能動モジュールＡに 返送する。そして能動モジュールＡにおいてはその値に応じて電力送信部にネガ ティブフィードバックをかけてやることにより、モジュール間の距離に関係なく 能動モジュールＡの受信に係る信号強度をほゞ一定に保つことができる。

なおこれらの装置において、上述の制御と共に各モジュール内の受信系のみを 対象とした通常のＡＧＣを併用することもあり得る。

また以上に述べた実施例では、変調にＦＭ方式を用いたが、これは通常無線通 信などで用いられる各種の変調方式を殆ど適用できることは自明である。

なお電磁送信ヘッド４と１１および電磁受信ヘッド５と１２は、それぞれコン デンサを並列に接続したコイルを用いることができ、通常はこれらのコイルが互 いに近接し対向した状態の時に電磁波の授受を行なわせる。

この場合、電磁送信ヘッド４と電磁受信ヘッド５については、電力用と情報信 号用との２つのコイルを別個にそれぞれ単巻として２対分使用する。しかし能動 モジュールと受動モジュールとを単に対向させて使用するような場合には、周波 数特性の異なる電力用と情報信号用との２種類の磁性体コアにそれぞれコイルを 巻いたものを一体化して１個のヘッドとする。このようなヘッドの２個に対して 一方を発信用、他方を受信用にすれば一対だけで済ますことができ全体の形を小 さくすることができる。

尤もあまり伝送効率を考えない場合は磁性体コアを使用せずに空心コイルとし てもよいし、何れか片方のコイルのみに磁性体コアを使用し、片方は空心コイル としてもよい。

そして受動モジュールを回転するシャフトのようなものに取付けて使用するる 場合であれば、その外側に空隙をおいて固定した能動モジュールを同軸状に構成 することもできる。

また例えば受動モジュールを設置した装置が平板状をしたものであれば、ヘッ ドの形状も平面的なものが要求されることになる。このような場合にはプリント 配線を利用した単層または積層プリントコイルを適用すればよい。

第２図の実施例に示した光学送信ヘッド２０としては、高出力ＬＥＤや半導体 レーザまたは光出力変調器のついたガスレーザなどの電気／光変換素子と、レン ズなどの光学系から構成されたものが使用できる。光学受信ヘッド２１としては 、フォトトランジスタ，フォトダイオード，ＣｄＳあるいは光電管などの光／電 気変換素子と、光学送信ヘッドの発生光のみを透過させ外乱光を減衰させるよう な分光特性をもった光学フイルタを組み合わせた光学系などが適用できる。この ような場合、これらの光学系にはレンズなどのほかに反射鏡などを用いることが できることは自明である。

また本例では発送電力を自動的に制御するための受信強度の変化を、能動モジ ュールＡにおける信号伝送用周波数に係わる受信系から抽出したが、これは同モ ジュールにおける電力伝送用の周波数または光に係わる受信系から抽出しても全 く同様に行なうことができることはいうまでもない。

「考案の効果」 本考案によれば、受動モジュールの動作に必要な電力を能動モジュールから非 接触で送り込めるような伝送制御装置において、通常の受信系回路に対するＡＧ Ｃのみでなく、複数のモジュールを包含した形での伝送強度の自動制御ができる ため、モジュール間の距離の変動に関係なく安定な伝送を行なうことができる。

この故に生産機械などの諸種の機構にこれらのモジュールを組み込む場合、そ の動作に伴って起る伝送距離の変動を配慮する必要がなく、さらに積極的に伝送 距離の変動の大きな場所にも取り付けて安定に動作させることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案において、能動モジュールにおける受信
々号強度により電力発送出力を自動的に制御する装置の
一例を示すブロックダイアグラムである。第２図は発送
された電力の出力の変化を、受動モジュールから能動モ
ジュールへフィードバックすることによって電力発送出
力を自動的に制御する装置の一例を示すブロックダイア
グラムである。 符号１はｆ１発振回路、２はＲＦバッファアンプ、３は
ＲＦパワーアンプ、４は電磁送信ヘッド、５は電磁受信
ヘッド、 ６は整流平滑回路、７はＡＦアンプ、
８はｆ２発振回路、９はＦＭ回路、 １０はＲＦ
パワーアンプ、１１は電磁送信ヘッド、１２は電磁受信
ヘッド、１３はＲＦアンプ、 １４はＦＭ検波回路、
１５はＡＦバッファアンプ、１６はキャリア検波回路、
１７は時定数回路、１８は可変抵抗器、 １９は電
圧制御回路、２０は光学送信ヘッド、 ２１は光学受信
ヘッド、２２は平滑回路、２３はサブキャリア１発振変
調回路、２４はサブキャリア２発振変調回路、２５はミ
キサ回路、２６はメインキャリア発振回路、２７はサブ
キャリア２検波回路、２８はサブキャリア１検波回路、
２９はＡＦパワーアンプ、Ａは能動モジュール、 Ｂ
は受動モジュール、

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 固定部側の能動モジュールと運動部側の受動モジュール
   との間で、相互に授受する情報信号の伝送と、能動モジ
   ュールから受動モジュールの動作に必要な電力の伝送と
   を、電磁波や光により非接触で行わせる伝送制御装置に
   おいて、能動モジュールと受動モジュールとの伝送間隔
   を数糎以内に近接対向させて一つの機械装置や機構に装
   着し、能動モジュールは受動モジュールから発送された
   受信情報の強度と変化量に基づき、自己の電力送信回路
   にフィードバックして電力の発送出力を自動的に均一か
   つ安定に制御する手段を備えたことを特徴とする出力制
   御機能を有する近接対向型モジュール