JPH11131U - 電力、情報の非接触伝送モジュ―ル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】能動受動両モジュ−ルの間の伝送距離の変動に
拘わらず、伝送電力の一定化を図り、安定に伝送可能な
非接触伝送モジュールを提供する。 【解決手段】固定側装置と移動側装置の一方には能動モ
ジュ−ルＡ、他方には受動モジュ−ルＢがあり、それぞ
れに備えられた送信ヘッド４と受信用ヘッド５とが近接
対向したとき、能動モジュ−ルＡは、電力発送用周波数
の電力および情報信号を形成する発振回路１、およびこ
の発振出力を受動モジュールＢに向けて電磁誘導もしく
は光結合方式で送信する送信ヘッド４を有し、また受動
モジュ−ルＢは、送信ヘッド４から送信された電力およ
び情報信号を受信する。前記受動モジュールＢは、受信
ヘッド５から供給された電力を動作用電源とすると共
に、受信強度や受信電力変化量をＦＭ波信号として能動
モジュ−ルＡに返送し、また能動モジュールＡは、受信
した検知信号に応じて発振回路の出力を制御して送信出
力を一定にする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、比較的近接し対向して配置された移動部および固定部の各装置間で 授受する。 情報信号を、光領域を含む電磁波を媒体として非接触で伝送させる装置に係り 、とくに能動および受動モジュールの組として構成されたものに関する。

【０００２】 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翔体などのような移動を伴 う機械装置等に適用される。そして、本体の固定側に能動モジュ−ルを、他方の 運動や移動を行う側に受動モジュ−ルを装備し、形状、位置、歪、温度、色彩な ど各種の情報信号や電力信号を非接触で伝送するものである。

【０００３】 この場合、受動モジュ−ルにおいて情報信号に係わる回路に供給される電源の 変動は、情報の精度に大きな影響を与える場合が多い。 このような伝送装置において、両モジュ−ル間の軸ずれや距離の変動、あるい は相対的な高速変動に対しても、安定に情報信号と電力の伝送を非接触で行いた い場合に用いて好適なものである。

【０００４】

【従来の技術および考案が解決すべき課題】

従来、無線通信方式による幾つかの交信手段があり、例えば特開昭55-11782号 公報の対象物識別装置や特開昭56-122246号公報の送信出力制御方式、あるいは 実開昭59-86752号公報にみられるような装置では、いずれも送信側および受信側 のそれぞれに電源を備え、情報信号の送受信を行っている。

【０００５】 また実開昭52-34248号公報の固定−回転装置間の電力、信号伝達装置や実開昭 58-187857号公報のデータ入出力カードは、信号伝送距離の変動を殆ど考える必 要がない場合を対象にしたものである。

【０００６】 本考案装置に類する伝送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ＡＧ Ｃ(Automatic Gain Control)回路が用いられている。しかし、この場合のＡＧ Ｃは受信回路部分だけの利得を制御する場合が多い。

【０００７】 このため本考案に係る装置の如く、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たうえで、受動モジュールから発信するデ ータ等の情報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。

【０００８】 このような従来の技術では、能動モジュ−ルと受動モジュ−ル間が比較的短距 離であっても伝送距離の変動があれば、能動モジュ−ルでは電力送信回路の同調 に係る要素や動作条件が変動するので伝送効率が変動し、その影響で伝送電力も 変化する。また受動モジュ−ルにおいては、伝送電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。

【０００９】 また、例えば伝送距離が殆どゼロになるような状態のときは、受動モジュ−ル の情報受信回路は強電界のためにＡＧＣのみでは利得の補正がし切れず、入力段 階で飽和し伝送不能になる場合がある等、解決が望まれている。

【００１０】

【考案の目的】

本考案の目的は、非接触で行う能動モジュ−ルと受動モジュ−ルとの間の伝送 距離の変動に拘わらず、伝送電力の一定化を図ると共に、比較的簡単な回路構成 で安定に伝送を行わせる電力、情報の非接触伝送モジュールを提供することにあ る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

本考案の非接触伝送モジュールは、固定側の能動モジュ−ルと移動側の受動モ ジュ−ルとのそれぞれに備えた信号送信ヘッド、信号受信ヘッドの間で電磁波を 媒体として、電力は一方向に、情報信号は相互に授受する非接触伝送装置に関す るものである。 そして、一方の能動モジュ−ルは、電力発送用周波数の発振回路を含む電力送 信部の電力送信ヘッドから電力や情報信号を発信して、これを受信する比較的近 接した距離の受動モジュ−ルに対し電磁誘導結合や光結合によって非接触で伝送 する手段を備える。

【００１２】 また、他方の受動モジュ−ルは、電力受信部の電力受信ヘッドに非接触で供給 された電力に平滑処理等を行って当該受動モジュ−ルおよび付帯装置の動作用電 源として用いる。さらに、その電力受信ヘッドで受信される能動モジュールの電 力送信ヘッドとの伝送距離の変動に応じて変化する情報信号の受信強度や受信電 力変化量に係る信号強度の検知信号を、信号伝送用周波数の発振回路の出力と共 に変調して成るＦＭ波を、信号送信部の信号送信ヘッドから能動モジュ−ルに対 して伝送する手段を備える。

【００１３】 そして、そのＦＭ波を能動モジュ−ルの信号受信ヘッドで受信したのち、信号 受信部における復調処理によって抽出された前記検知信号に応じ、前記電力送信 部の発振回路の出力制御を行うなどの手段を備えたことにより、電力の発送出力 を一定にするように構成したことを特徴とするものである。

【００１４】

【考案の実施の形態】

本考案は、電力を発送する能動モジュ−ルが受動モジュ−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− ルから発送された電力の出力の変化を受動モジュ−ルで受電した上で、その変化 量を能動モジュ−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。

【００１５】 本考案に係わる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。

【００１６】 図１は、能動モジュ−ルで受信した受動モジュ−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 明するブロック線図である。 図中、Ａは能動モジュ−ル、Ｂは受動モジュ−ルを表わしており、能動モジュ −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−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。

【００１７】 能動モジュ−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を経て受けるＲＦパワ−アンプ３ により電力増幅し、電力送信ヘッド４からその電磁波を放射する。 この電磁波は、受動モジュ−ルＢの電力受信ヘッド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−ルＢ内の各回路および付加回路の 動作用電源として供給されるので、受動モジュ−ルＢは見掛け上無電源で動作を する。

【００１８】 この場合、電力伝送に係わる電力送信ヘッド４と電力受信ヘッド５の距離が大き くなるにつれて電力受信ヘッド５に誘導される電力は大きく減衰する。本考案に 係る装置の如く、移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（1〜10mm)程度の伝送が安定にできればほぼ十分であり、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。

【００１９】 また、受動モジュ−ルに付帯した装置の回路等から入力されるアナログデ−タ Ｄｉ１などの情報は、ＡＦ（低周波）アンプ７によってスケ−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−アンプ１０によ って電力増幅されて信号送信ヘッド１１から空中へ電磁波として放射される。

【００２０】 このＦＭ波は、能動モジュ−ルＡの信号受信ヘッド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によって元のデ−タなどの情 報に復調され、ＡＦ（低周波）バッファアンプ１５を経たうえで、出力デ−タＤ ｏなどの情報として出力したり、出力状況の表示手段により観測することができ る。

【００２１】 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−アンプ３の電源に直列に挿入された電圧制 御回路１９の制御端に印加される。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できる。

【００２２】 従来、このような発送出力を制御する一般的な方法として、バッファアンプや パワ−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見て好ましくない。 従って本考案の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−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。

【００２３】 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に到達する電力の一定化を図るようにした。

【００２４】 なお、本考案の実施例の如く非接触で行なわれる電力伝送と情報伝送に係る媒 体が双方とも電磁波であるような場合には、大きな出力の電力伝送系に係わる電 磁界が情報伝送系に影響しないように異なる周波数を使用したり、フィルタリン グやシールディングを行うことも必要である。

【００２５】 送信ヘッド４と１１および受信ヘッド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、電力送信ヘッド４と電力受信ヘッド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 対分使用してもよい。しかし能動モジュ−ルと受動モジュ−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および情報信号用の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個のヘッドにし、 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。

【００２６】 伝送効率を考慮したうえで、磁性体コアを使用せず空心コイルにしても良いし 、何れか片方のコイルのみに磁性体コアを使用し片方を空心コイルとしてもよい 。 また、受動モジュ−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−ルを同軸状に構成す ることもできる。あるいは、例えば受動モジュ−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が、この ような場合にはプリント配線を利用し単巻または積層プリントコイルを適用し対 応できる。

【００２７】 次に、図２は、能動モジュールＡから発送された電力の大きさの変化を、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／電変換機能を 持つ光学受信ヘッド２１に捕捉される。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−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。

【００２８】 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１８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−ルＢに付帯した外部回路で得られたデ−タ信号Ｄｉ２などの 情報は、ＡＦアンプ７においてスケ−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−タ信号Ｄｉ２ などの情報に対応した変調波Ｆｓ２となる。

【００２９】 そして変調波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、信号送信ヘッド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−ルＡの信号受信ヘッド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。

【００３０】 これらの変調波のうちデ−タ信号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−タ出力信号Ｄｏ２などの情 報として、外部回路において使用される。 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−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。

【００３１】 そして、ＡＦパワ−アンプ２９の出力は電／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−ルＢに向けて放射される。 このように能動モジュ−ルＡから発送された電力の変化を、受動モジュ−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−ルＡに 返送する。 能動モジュ−ルＡは、この情報信号の信号強度の値に応じて電力送信部にネガ ティブフィ−ドバックを掛けてやることにより、モジュ−ル間の距離に関係なく 信号強度をほゞ一定に保つことができる。

【００３２】 （変形例） 上記実施例では、変調にＦＭ方式を用いたが、これに換えて通常の無線通信な どで用いられる各種の変調方式の殆どを適用できることは自明であり、上述の制 御と共に各モジュ−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。

【００３３】 図２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 −ザまたは光出力変調器のついたガスレ−ザなどの電／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−ド、ＣｄＳあるいは光電管などの光／電変換 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。これらの光 学系には、レンズのほかに反射鏡などを用いることができる。

【００３４】 また本考案の実施例では、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。

【００３５】

【考案の効果】

本考案によれば、受動モジュ−ルの動作に必要な電力を能動モジュ−ルから非 接触で送り込めるような伝送制御装置であって、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−ルを包含した形での伝送強度の自動制御ができる 。そのため、モジュ−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。

【００３６】 このため、生産機械や携帯機器あるいは情報カードなどを用いる諸種の機構に これらのモジュ−ルを組み込むことにより、その動作に伴って起こる伝送距離の 変動を配慮する必要がなく安定に動作させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案における、能動モジュ−ルにおける受信
信号の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線図。

【図２】発送された電力の出力の変化を、受動モジュ−
ルから能動モジュ−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
ロック線図。

【符号の説明】 １ ｆ1 発振回路 ２ ＲＦバッファアンプ ３ ＲＦパワ−アンプ ４ 電磁送信ヘッド ５ 電磁受信ヘッド ６ 整流平滑回路 ７ ＡＦアンプ ８ ｆ2発振回路 ９ ＦＭ回路 １０ ＲＦパワ−アンプ １１ 電磁送信ヘッド １２ 電磁受信ヘッド １３ ＲＦアンプ １４ ＦＭ検波回路 １５ ＡＦバッファアンプ １６ キャリア検波回路 １７ 時定数回路 １８ 可変抵抗器 １９ 電圧制御回路 ２０ 光学送信ヘッド ２１ 光学受信ヘッド ２２ 平滑回路 ２３ サブキャリア１発振変調回路 ２４ サブキャリア２検波回路 ２５ ミキサ回路 ２６ メインキャリア発振回路 ２７ サブキャリア２検波回路 ２８ サブキャリア１検波回路 ２９ ＡＦパワ−アンプ Ａ 能動モジュ−ル Ｂ 受動モジュ−ル

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】固定側装置と移動側装置とを有する装置
   の、何れか一方に備えられた能動モジュ−ルと他方に備
   えられた受動モジュ−ルとにそれぞれ備えられた送信ヘ
   ッドと受信用ヘッドとが近接対向したとき、情報信号を
   電磁波により相互に非接触で授受する伝送モジュールで
   あって、 前記能動モジュ−ルは、電力発送用周波数の電力および
   情報信号を形成する発振回路、およびこの発振回路の出
   力を前記受動モジュールに向けて電磁誘導結合方式もし
   くは光結合方式で送信する送信ヘッドを有し、また前記
   受動モジュ−ルは、前記送信ヘッドから送信された電力
   および情報信号の出力を受信する受信ヘッドを有し、 前記受動モジュールは、前記受信ヘッドから供給された
   電力を動作用電源として用いると共に、前記送信ヘッド
   と前記受信ヘッドとの伝送距離の変動に応じて変化した
   情報信号の受信強度や受信電力変化量に係る信号強度の
   検知信号を受信してＦＭ波信号を形成して前記能動モジ
   ュ−ルに返送し、また前記能動モジュールは、前記ＦＭ
   波信号を復調したのち、抽出された前記検知信号に応じ
   て前記発振回路の出力を制御することにより、電力の発
   送出力を一定にするように構成したことを特徴とする電
   力、情報の非接触伝送モジュール。