JPH11133U - 非接触情報伝送モジュ―ル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 能動モジュ−ルＡから受動モジュ−ルＢに対
して伝送距離の変動に拘わらず非接触で電力を供給す
る。 【解決手段】 能動モジュ−ルＡは、電力発送用周波数
の電力を出力する電力送信部から、電磁誘導もしくは光
結合方式により受動モジュ−ルＢに送電する電力送信ヘ
ッドを有し、受動モジュ−ルＢは、電力を受信し、電源
として用いると共に、付帯装置３０は、外部から入力さ
れる情報を信号に変換して、受動モジュ−ルＢの信号送
受信部１１に送信し、能動モジュ−ルＡに向けて送信す
る。能動モジュ−ルＡは、ＦＭ受信信号を信号送受信部
１２で復調して出力させる手段と、前記外部接続装置か
らの情報伝送信号を受動モジュ−ルＢに向けて送信する
手段、および受動モジュ−ルＢの側で復調したのち前記
付帯装置において各種形態の外部情報に変換して出力、
表示する手段を備えるように構成された。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、固定側または移動側に備えた伝送モジュール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 動モジュ−ルおよび受動モジュ−ルの組として構成されたものに関する。 すなわち、複数組の装置を結合して成る静止機器および移動を伴う各種の装置 において、例えば装置本体の固定側に能動モジュ−ルを、比較的近接した他方の 移動する側に受動モジュ−ルを装備しておくことにより、各種の情報信号を非接 触で伝送するものである。

【０００２】

【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。

【０００３】 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、信号伝送距離が殆ど変動しない場 合を対象にしたものである。

【０００４】 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。

【０００５】 このような従来の技術では、能動モジュ−ルと受動モジュ−ルとの間が比較的 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 同調にかかわ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ので解決が望まれている。

【０００６】

【考案の目的】

本考案の目的は、能動モジュ−ルから受動モジュ−ルに対して非接触で電力を 供給すると共に、両モジュ−ル間の伝送距離の変動に拘わらず相互に情報信号を 安定に授受する非接触情報伝送モジュールを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案の非接触情報伝送モジュールは、例えば固定側に能動モジュ−ルを設置 し、回転あるいは自在に動く移動側に受動モジュ−ルを備えた少なくとも一組で 構成された伝送モジュ−ルであって、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。 一方の能動モジュ−ルは、電力発送用周波数の電力を形成する発振回路および その発振回路の出力を、電力送信部から電磁誘導結合方式もしくは光結合方式に より前記受動モジュ−ルに送電する電力送信ヘッドを有し、非接触で伝送する手 段を備える。

【０００８】 他方の受動モジュ−ルは、電力受信部の電力受信ヘッドが前記電力送信ヘッド に近接対向して装着状態を形成した時に、非接触で供給された電力に平滑処理等 を施して当該受動モジュ−ルおよび付帯装置の動作電源として用いる。 さらに前記付帯装置は、例えば図形や数値等のデータ情報や映像、音声情報の 如く各種の形態で導入される外部情報、あるいはそれらの情報処理に関する蓄積 情報等と共に変換された情報伝送信号を形成して前記受動モジュ−ルの信号送受 信部に入力する手段、およびそれとは逆の経路で信号送受信部の側から前記付帯 装置に入力される情報伝送信号を外部へ出力する手段を含むものである。

【０００９】 この場合、前記付帯装置から受動モジュ−ルの信号送受信部に入力された情報 伝送信号は、信号伝送用周波数の発振出力と共に変調して成るＦＭ波信号に形成 され、送信ヘッドおよび受信ヘッドから能動モジュ−ルに向けて送信する機能を 有する。 また能動モジュ−ルは、受信した前記ＦＭ波信号を信号送受信部で前記情報伝 送信号に復調し、その外部接続装置に出力されて認識したり、外部の通信回線を 通して出力することができる。

【００１０】 あるいは、外部接続装置の側から能動モジュ−ルに対して入力される情報伝送 信号を、信号受信部において変調しＦＭ波信号として送受信ヘッドから送信し、 これを受動モジュ−ルの側で復調したうえ前記付帯装置において各種形態の外部 情報に変換し出力させる手段を備えてもよい。

【００１１】 このようにして、能動モジュ−ルと受動モジュ−ルとの伝送距離の変動に拘わ らず、相互に情報信号を安定に授受するように構成したことを特徴とするもので ある。 なお、能動モジュ−ルと受動モジュ−ルとが行う非接触伝送において、電力送 信ヘッドから電力受信ヘッドに向けて行う電力の伝送と、送信ヘッドと受信ヘッ ド間で相互に授受する情報信号の伝送との、何れか一方を電磁誘導結合方式で、 他方を光結合方式で伝送するように構成できることはいうまでもない。

【００１２】

【考案の実施の形態】

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。

【００１３】 本考案の基本的構成とその作用を、図１に基づいて説明する。 能動モジュールＡの動作には既設の商用交流電源ＡＣを用い、電力送信部１ａに 接続された電力送信ヘッド４ａから電力伝送用周波数ｆ１の電磁波により電力を 発送する。 受動モジュールＢは、その電力受信ヘッド４ｂに電力送信ヘッド４ａが近接対 向して装着状態を形成している時に、非接触方式で電力を受電する。 この受信電力は、電力受信部１ｂで整流平滑されて当該モジュール各部および 付帯装置３ｂなどに供給され動作電源として用いられる。

【００１４】 付帯装置３ｂは、その外部から入力されるデジタルあるいはアナログ的な情報 伝送信号を、信号送受信部２ｂで変調したうえで信号送受信ヘッド５ｂから送信 される。これを能動モジュールＡの信号送受信ヘッド５ａを介して受信し信号送 受信部２ａで復調し処理する。そして、外部接続装置３ａに出力するように構成 されている。同様に、他方の能動モジュールＡの側から入力された情報信号は、 受動モジュールＢから付帯装置３ｂに伝送され、その情報内容に応じた出力とし て認識することができる。

【００１５】 双方のモジュールＡとＢのそれぞれに備えられた信号送受信部２ａと２ｂは、 信号伝送用周波数ｆ２などの搬送波を所定の情報信号でそれぞれ変調または復調 する機能を有する部分である。 そしてさらに、受動モジュールＢから送信される情報伝送信号は、能動モジュ ールＡの側に備えた外部接続装置あるいは通信回線ＴＬを介して外部との交信を 可能にするものである。

【００１６】 なお、電磁波の授受を電磁誘導結合方式で行う場合の送信ヘッドと受信ヘッド の形式は、その適用周波数に応じて定められるが基本的にはコンデンサを接続し たコイルで構成される。故に、電力伝送のように低周波の電磁波を扱う場合には 電磁誘導コイルが適用され、通信情報を扱う場合のように高周波領域の電磁波に 対してはアンテナが適用されることはいうまでもない。

【００１７】 次に、本考案の非接触情報伝送モジュールにおいて、能動モジュールＡと受動 モジュールＢとの間で行われる電力および情報の伝達経路や原理的作用の理解を 容易にするため、図２の構成に基づき実施例の態様を説明する。 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ＲＦパワ−アンプ３により 電力増幅し、その電磁波を電力送信ヘッド４から輻射する。

【００１８】 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Ｅとなり、電源回路１８から受動モジュ−ルＢ内の各回路 および付帯装置３０の動作用として供給される。故に、受動モジュ−ルＢは見掛 け上無電源で動作するものである。

【００１９】 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との伝送距 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。 本装置の如く移動部と固定部とが近接対向した場合にのみ電力を伝送する機構で は、一般に数粍（1〜10mm）程度の伝送が安定に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。

【００２０】 また、受動モジュ−ルＢの付帯装置３０の回路から入力されるアナログデ−タ Ｄｉ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波を形成し、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輻射される。

【００２１】 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によって元の伝送情報に復調 される。そしてＡＦ（低周波）バッファアンプ１５を経たうえで、情報信号Ｄｏ として出力され、その情報を出力状況の表示手段により観測することもできる。

【００２２】 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 し、能動モジュ−ルＡにおける回路制御用信号として用いる。例えば図２に例示 したように直流化され適当な時定数回路１７などを経て、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 加する。このような手段は電力の発送出力の自動制御などに適用することができ る。 本考案の実施例では、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して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に到達する電力の均一化をはかるようにした。

【００２４】 上記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すればよいが、フィルタリングや シールディングを行うことも有効である。

【００２５】 なお、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を用いて 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、受動モジュ−ルを設置する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た単巻または積層プリントコイル等を適用して対 応できる。

【００２６】 次に、図３は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／電気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Ｅとな り、受動モジュ−ルＢの各回路および付帯装置３０の動作電源として供給される 。

【００２７】 そして他の一部は、適当な時定数を持つ時定数回路１７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の付帯装置３０の関係回路で得られたデ−タ等の情報 信号Ｄｉ２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。

【００２８】 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波が形成 される。次に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。

【００２９】 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、外部接続装置３１に出力される。 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、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等に印加される。

【００３０】 （変形例） 上記実施例では、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 。

【００３１】 図３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−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。

【００３２】 また上記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。

【００３３】

【考案の効果】

本考案によれば、能動モジュールと受動モジュールとを接続する配線が不要で あり、移動側装置の取り扱い自由度が高くなる。 殊に受動モジュールは、その電力受信ヘッドが能動モジュールの電力送信ヘッ ドと近接対向した時に供給された電力を動作電源として用いるので、受動モジュ ールが能動モジュールから離間した状態においても、両モジュールの信号送受信 ヘッドすなわちアンテナ間で互いに情報信号の授受を継続させることが可能であ る。

【００３４】 さらに、付帯装置に外部から入力される各種形態の情報、例えば画像や音声情 報あるいはデータ情報等は、信号情報に変換されて非接触方式で能動モジュール 側に伝送されるが、その伝送情報はさらに接続回路を経て外部にも出力すること ができる。故に通常の通信技術を適用することにより、例えばデータ情報の照合 や集計あるいは有線通信回線との交信等に応用することも容易である。

【００３５】 なお、受動モジュールの動作過程における電源の状態等に関する情報を能動モ ジュールに非接触で伝送するように構成した場合には、能動モジュールからの電 力伝送の継続や停止に関する出力制御を行うことも可能になる。 従って、本考案のモジュ−ルを各種の生産機械や携帯機器あるいは情報カード などに組み合わせて適用することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の構成と作用を説明するブロック線図。

【図２】本考案における電力および情報信号の非接触伝
送を電磁誘導結合方式で行う実施例の態様を説明するブ
ロック線図。

【図３】本考案における電力および情報信号の非接触伝
送を光結合方式と電磁誘導結合方式とを併用して行う実
施例の態様を説明するブロック線図。

【符号の説明】

１ａ 電力送信部 １ｂ 電力受信部 ２ａ，２ｂ 信号送受信部 ３ａ 外部接続装置 ３ｂ 付帯装置 ４ａ 電力送信ヘッド ４ｂ 電力受信ヘッド ５ａ，５ｂ 信号送受信ヘッド ｆ１ 電力伝送用周波数 ｆ２，ｆ３ 信号伝送用周波数 ＡＣ 交流電源 Ｅ 直流 ＴＬ 通信回線 １ ｆ1 発振回路 ２ ＲＦバッファアンプ ３ ＲＦパワ−アンプ ４ 電力送信ヘッド ５ 電力受信ヘッド 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 信号送信ヘッド １２ 信号受信ヘッド 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 電源回路 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発振変調回路 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 ３０ 付帯装置 ３１ 外部接続装置 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、何れか一方に能動モジュールを備え他方に受動モジ
   ュールを備えた少なくとも一組から成る伝送モジュ−ル
   であって、前記能動モジュ−ルは、電力発送用周波数の
   電力を出力する電力送信部から、非接触の電磁誘導結合
   方式もしくは光結合方式により前記受動モジュ−ルに送
   電する電力送信ヘッドを有し、 前記受動モジュ−ルは、電力受信ヘッドが前記電力送信
   ヘッドに近接対向した時に供給される電力を受信し、当
   該受動モジュ−ルおよびその付帯装置の動作電源として
   用いると共に、 前記付帯装置は、外部から入力される各種形態の外部情
   報を情報伝送信号に変換して、前記受動モジュ−ルの信
   号送受信部に送信し、信号伝送用周波数の発振出力と共
   に変調して成るＦＭ波信号を形成して、その送受信ヘッ
   ドから前記能動モジュ−ルに向けて送信する機能を有
   し、 また前記能動モジュ−ルは、受信した前記ＦＭ波信号を
   信号送受信部で前記情報伝送信号に復調して、その外部
   接続装置に出力させる手段と、 前記外部接続装置の側から前記能動モジュ−ルに対して
   入力させる情報伝送信号は信号受信部において変調して
   ＦＭ波信号とし、前記送信ヘッドおよび前記受信ヘッド
   から前記受動モジュ−ルに向けて送信する手段、および
   そのＦＭ波信号を前記受動モジュ−ルの側で復調したの
   ち前記付帯装置において各種形態の外部情報に変換して
   出力させる手段、ならびに前記各出力状況の表示手段を
   備えるように構成されたことにより、前記能動モジュ−
   ルと前記受動モジュ−ルとの伝送距離の変動に拘わら
   ず、相互に情報信号を安定に授受することを特徴とする
   非接触情報伝送モジュール。