WO1993026020A1 - Non-contact power transmission apparatus, non-contact signal transmitter, separation type machine using them and control method thereof - Google Patents

Description

明 細 書 無接触電力伝送装置、 無接触信号伝送装置

お よ び こ れ ら を用 い た分離型機械装置 と

そ の制御方法 発明 が関連す る 技術分野

本発明 は、 移動体 ま た は 回転体 に設け た電気負荷に 対 して 、 電力お よ び信号の伝送を行 う 伝送機構、 お よ び そ れ ら の伝送機構 を 用 い た分離型機械装置 に 関 す る 。 本発明 は 、 さ ら に 、 前記—分離型機械装置の制御方 法 に 関す る ま た 、 本発明 は 、 さ ら に 、 電力お よ び信 号の伝送機構を用 い て高速回転す る 回転軸上の情報を 伝送す る 伝送 シ ス テ ム に 関す る 。

背景技術の表示

近年 、 工作機械や ロ ボ ッ 卜 を 含む機械全般 に お い て 、 加工 シ ス テ ム を 、 独立の制御機能お よ び処理機能 を も つ機能単位、 す なわ ち 自 律単位 に分け 、 こ れ らの 単位が独立性を保ち つつ 、 固定部 と 機能単位の間 、 お よ び機能単位相互間で通信 し あ い 、 指令や情報を交換 し あ い なが ら統一化さ れた処理を行 う 自 律分散化の要 求が増大 し て レヽ る 。

こ の よ う に加工 シ ス テ ム を複数の機能単位 に分割す る こ と の'利点 と し て 、 'そ の時 々 の加工 目 的 に合わせて 複数の機能単位の最適の組合わせが可能に な り 、 その 結果、 1 つ の機械装置が多様な機能を果す点が挙げ ら れ る 。

し か し 、 加工 シ ス テ ム を機能単位に分け る こ と は決 し て 自 明 で は な い 。 例 え ば、 加工 シス テ ム の ど の範囲 の装置を 1 つの単位に ま と め る かが 1 つ の技術的問題 で あ る 。 ま た 、 個 々 の機能単位は取付け 、 取はず し が 容易で 、 かつ 、 取付け と 同時 に 、 当該機能単位 と 固定 部 と の間 に電力輸送 シ ス テ ムや通信 シ ス テ ム が 自 動的 に構築さ れて い る こ と が望ま し い。 こ の こ と は 、 例 え ば、 工作機械分野に お いて は段取 り 工程か ら加工工程 へ と 移動 す る パ レ ツ 卜 上の ワ ー ク の位置決 め 、 芯 だ し 、 ク ラ ン ビ ン グな ど を電動化 し 、 治具の完全 自 動化 を実現す る 場合な ど に特 に必要であ る 。

ま た物理的 な分離ま で到 ら な く て も 、 多回転す る 回 転体上で電動機を駆動す る と い う 形の制御が望ま れる よ う に な っ て来て い る 。 例 え ば、 工作機主軸の先 に取 り つ く 刃物台の電動機に よ る 直線駆動や旋盤へ ッ ド チ ャ ッ キ ン グ部の電動化な どが こ れに相 当す る 。 あ る い は 、 電動機主軸を 回転イ ン デ ク ス · テーブル に載せ る 場合が こ れに相当 す る 。 こ の よ う な と き 、 電動機を駆 動 す る 電力 や制御信号 を 固定部か ら 伝送 す る 場合 に は、 回転体が回転 し て も 、 常 に安定 し て動作す る 電力 輸送 シ ス テ ム や通信 シ ス テ ム が必要 に な る 。 こ の よ う な機械工学の現状の観点か ら 、 以下 に 、 本 発明 に 関連す る 従来技術を概観す る 。

図 1 は従来の電動機制御の基本的 な構成を示すプロ ッ ク 図で あ る 。

商用周波数電源を入力す る 電源 1 1 は 、 制御器 1 2 に対 し て主電源 S 1 2 と 制御電源 S 1 3 と を供給す る 。 制御電源 S 1 3 に よ っ て動作す る 制御器 1 2 は 、 位 置増幅器 1 2 , 、 速度増幅器 1 2 ₂ 、 微分器 1 2 ₃ 、 電流増幅器 1 2 ₄ お よ びパ ヮ ス ィ ッ チ 1 2 s に よ っ て 構成さ れ る も ので 、 上位 シ ス テ ム か ら送 られて く る位 置指令 S 1 1 に応 じ て主電源 S 1 2 を変調 し て電動機 1 3 に供給す る 。 検出器 1 4 は電動機 1 3 の位置を検 出 し 、 位置信号 S 1 5 を位置増幅器 1 2 i へ帰還す る (位置ループ） 。 位置増幅器 1 2 は 、 位置指令 S 1 1 と 位置信号 S 1 5 か ら速度指令を生成す る 。 微分 器 1 2 ₃ は位置信号 S 1 5 を微分 し て速度信号を生成 す る 。 速度増幅器 1 2 ₂ は速度信号 と 速度指令を入力 し 、 ト ル ク 指令を 出力す る （速度ループ） 。 電流増幅 器 1 2 ₄ は ト ルク 指令 と 電流信号 （電流検出値） S 1 4 と を比較 し 、 ノ ヮ 一ス イ ッ チ 1 2 ₅ を制御 し て電動 機 1 3 への供給電流を変調制御す る 。 こ の よ う に 、 従 来の電動機制御は 、 電源、 電動機、 お よ び制御器が固 定さ れて お り 、 両方が分離 し な い こ と を前提 に行われ て き た。 工作機械加工分野に お いて 、 図 2 に示す よ う に主軸 電動機 2 1 の先端で刃物台 2 4 を位置決め制御 し た り ( フ ヱ ーサーマ シニ ン グセ ン タ ） 、 主軸電動機 3 1 あ る い はス ピ ン ド ルュニ ヅ 卜 の軸端で チ ヤ ッ キ ン グつめ 3 3 を介 し て チ ヤ ッ キ ン グ電動機 3 2 に よ っ て ワ ーク

3 4 をチ ヤ ッ キ ン グす る （ 図 3 ) な ど 、 回転軸上 にお いて 回転動力の伝達 と は別 に さ ら に動力 を伝え 、 さ ら に は信号の授受を行っ て 、 仕事を さ せ る 場合があ る 。 し か し 、 こ れ ら の場合 に は 、 従来は電力や信号の供給 が容易 に で き なか っ た ため 、 図 4 に示す よ う に 、 例え ば、 主軸電動機 4 1 やス ピ ン —ド ルュニ 、ソ 卜 を中空軸に し て そ の中 に 同軸シ ャ フ 卜 4 3 を配 し て機械動力の形 で動力 を供給 し て き たが、 加工精度上の問題や長期信 頼性の問題 に よ り 低 コ ス 卜 で こ れを実用化す る の は甚 だ難 し か っ た 。 なお 、 図 4 に は、 機械動力で傘歯車 4

4 ！ , 4 4 2 を駆動 し 、 移動台 4 5 を移動さ せ る 場合 が示さ れて レヽ る 。

ま た'、 工作機械加工 に お け る 主軸の先端 に お いて ァ ク チ ユ エ一 夕 制御を し た レヽ と レヽ ぅ 要求、 あ る い は ァ ク チ ユ エ一 タ 制御 に至 ら な い ま で も 主軸の先端の ワ ー ク や治工具 に情報を与え た り 、 検出器に よ っ て こ れ ら の 状態をモニ タ し た い と い う 要求は従来か ら 多 く あ る 。 例 え ば、 油圧 シ リ ン ダを用 い たス ピ ン ド ルへ 、 j、 ド 先端 ' へのチ ャ ウ キ ン グ装置 に お いて は 、 ス ピ ン ド ル回転数 の上昇に し たがっ て ワ ー ク に働 く 遠心力 に よ っ て実効 チ ヤ ッ キ ン グ圧が減少す る た め 、 チ ヤ ッ キ ン グ圧の フ ィ 一 ド ノ ッ ク に よ る オ ン ラ イ ン制御の実現が望 ま れて い る 。 ま た制御 に至 ら な レヽ ま で も 、 チ ヤ ッ キ ン グ圧の オ ン ラ イ ン モニ タ リ ン グを し た レヽ と レヽ ぅ 要求 も あ る 。

一方、 ス ピ ン ド ルヘ ッ ド の先に取 り 付け ら れた刃物 工具の加工時の ィ ン プロ セ ス状態監視 （ 刃物の折損の 予.知 と 折損発生の確認） は 、 F M C に お け る 2 4 時間 連続加工実現の ため に は必須の事項で あ る 。 そ の ため 主軸先端 セ ン サ情報 ( 例 え ば刃先温度情報 、 振動情 報、 ア コ ース テ ィ ッ ク ェ ミ ッ シ ョ ン情報な ど ） が加工 作業中 に リ ア ルタ ィ ム で N C 制御装置 に戻 つ て来 る こ と が望ま れて レヽ る 。 ま た 、 ス ピ ン ド ルヘ ッ ド よ り 先で の位置 （例 え ば、 工具 と ヮ ー ク 間の 間隙） 測定情報、 そ し て よ り 単純に は A T C コ レ ツ 卜 チ ャ ッ ク 部 リ ミ ツ 卜 ス ィ ツ チ信号な ど シ ーケ ン ス信号の帰還 も 必要であ る 。

以上の様に 、 主軸 よ り 先の情報を オ ン ラ イ ン に て入 手 し た い と い う 要求が強い に も 関わ ら ず、 いずれ も高 速回転部か ら 固定部への情報伝達で あ る ので配線 に よ る 情報伝送は使え な い 。 ま た 、 こ れ ら の情報を確実に 得 る ため に は、 そ の検出器を よ り 主軸先端側 に搭載 し な ければな らず殆 ど の場合、 検出器は そ の外部か ら の 電源供給を必要 と す る 。 バ ッ テ リ を主軸先端 に搭載 し て電源を供給す る 方法 も 考え ら れ る が、 結果的 に高速 回転部 に搭載す る 部分の重量を増大す る こ と に な り 、 交換の問題 も あ り 現実的で は な い。 一方、 主軸 に 回転 発電機を 直結 し て主軸の 回転に よ り 電力 を得 よ う と す る ア イ デア も あ る が、 主軸停止時低速回転時 に は必要 電力 を得る こ と がで き な い。 し たがっ て主軸の回転状 態に よ らず、 な ん ら かの方法で高速回転部を経由 し て 固定部か ら主軸先端 に検出器用電力 を伝え 、 逆 に検出 情報を主軸先端か ら 固定部に伝送す る 手段の実現が必 要 と な っ て き て い る 。

従来方法 と し τ主軸 と 同軸 に配置 し たス リ ッ プ リ ン グに よ り 電源供給 と 信号伝送を行 う 事例 も あ る が、 接 点摩耗や接触不良に よ る ノ ィ ズ発生な ど の 問題が発生 し ゃす く 主軸が毎分数千回転以上の高速回転す る 状態 で は実用 的で は な い 。

多関節 ロ ボ ッ 卜 や S C A R Α ロ ボ ッ 卜 に お いて は、 各電動機出力軸 ご と の電力お よ び信号授受は 多本数の 配線に よ り 行われ、 そ の配線のかわ し の問題か ら 口 ボ ッ 卜 アーム の動作範囲が制限を受け た り 、 長期間繰 り 返 し 動作 に よ る 配線の疲労破断の問題を生 じ る な ど し て い た。

多関節 口 ボ ッ 卜 に つ いて は前記配線のかわ し の問題 を解決す る 発明 が、 特公平 5 - 1 3 7 9 6 号 に記載さ れて い る 。 こ の 多関節 ロ ボ ッ ト で は 、 第 1 ア ー ム は、 固定軸 に設置さ れたダイ レ ク 卜 ド ラ イ ブモー タ に よ つ て駆動さ れる 。 第 2 ア ー ム お よ びツ ール軸は 、 固定軸 、 第 2 ア ー ム 回動軸、 ツ ール軸 に支持さ れたプー リ ー と 、 プー リ ー間 を連結す る 回転伝達手段 （ タ イ ミ ン グ ベル 卜 ） を介 し て駆動さ れる 。 ま た 、 配線 に 関 し て は 、 第 1 ア ーム駆動用 のダイ レ ク 卜 ド ラ イ ブモー タ の外 周 に第 1 ス リ ッ プ リ ン グが設け ら れ、 第 2 アーム先端 の ツ ール軸の外周 に第 3 ス リ ツ プ リ ン グが設け ら れ、 ベー ス 内の配線は第 1 ス リ 、ソ プ リ ン グを介 し て第 1 ァ ー ム先端の中空回動軸内を通 し て第 3 ス リ 、ソ プ リ ン グ へ、 更 に 、 中空ツ ール軸内 を通 し て ハ ン ド へ接続さ れ る 。 こ の よ う に し て 、 第 1 ア ー ム 、 第 2 ア ー ム 、 手首 を 、 互い に干渉す る こ と な く 、 ま た 、 配線のね じ れや 断線を生 じ る こ と な く 、 3 6 0 度以上の回動をす る こ' と がで き る 。 し か し 、 こ の多関節 ロ ボ ッ ト に お い て は 、 ツ ール軸への電力や信号の伝送 に は ス リ ッ プ リ ン グ が用 レヽ ら れて レヽ る 。

多関節 ロ ボ ッ ト ばか り で な く 、 従来か ら 多回転す る 物体 に電源を供給 し 、 ま た は 多回転す る 物体 と 信号の 授受を行 う た め に は、 接触式の ス リ ッ プ リ ン グが使わ れて き た が、 高速回転時の安定性や電極摩耗の問題が あ り 信頼性の向上に限界があ る と と も に 、 機械に組み 込 ん だ 場合 の 取 り 替 え 交換作業 が 困難 で あ っ た 。 ま 'た、 と り わ け金属切 り 粉や切削油が ミ ス ト 状 に入 り 込 ム目

ヒ匕

む工作機械加工雰囲気 に お いて は 、 絶縁お よ び導通確 保上 こ の様な電極接触に よ る 方法の採用 は事実上不可 で あ っ た

技術的課題

本発明 の第 1 の課題は、 移動ま た は 多回転す る 物体 に無接触で電力 を供給 し 、 お よ び移動 ま た は多回転す る 物体 と 無接触で信号の授受を行 う こ と がで き る 電力 伝送装置お よ び信号伝送装置を提供す る こ と に あ る 。

本発明 の第 2 の課題は、 前記伝送装置を用 い る こ と を前提 と し て 、 自律分散化さ れた電動機制御 シ ス テ ム を提供 し 、 該 シ ス テ ム に よ る 電動機制御方法を提供す る こ と に あ る 。

本発明 の第 3 の課題は 、 回転軸上 に設置さ れた動作 機械 に 固定部か ら電力の供給を受け 、 かつ 、 回転軸 と 固定部 と の 間で信号の授受を行 う こ と がで き る 回転装 置を提供す る こ と に あ る 。

本発明 の第 4 の課題は 、 前記伝送装置を用 い る こ と を前提 と し て電動機主軸先端 に お け る 情報を リ ア ルタ ィ ム で固定部に伝送す る 装置を提供す る こ と に あ る 。

本発明 の第 5 の課題は 、 移動体 を 固定部 に 固定す る と き 、 容易 に電力伝送 シ ス テ ム が構築さ れる 無接触給 電シ ス テ ム を提供す る こ と に あ る 。

課題を解決す る 手段

上記の課題を解決す る た め に.、 本発明 の無接触電力 伝送装置は 、 固定部 と 回転部 に そ れぞれ固定さ れ、 回 転部が任意に 回転 し て も 磁路長が変化 し な い磁気回路 を 、 磁極間隙を介 し て構成す る 第 1 、 第 2 の コ ア で成 る 分割型 コ ア と 、 固定部 に設置さ れて い る 高周波交流 電源に接続さ れ、 磁気回路 に起磁力を与え る 第 1 の巻 線 と 、 回転部に 固定さ れて い る 受電装置 に接続さ れ磁 気回路を通る 磁束が鎖交す る 第 2 の巻線 と を有す る 。

磁気回路の磁路長は 、 回転部が任意に変化 し て も変 ら な い （ 回転不変で あ る ） か ら 、 第 2 の巻線 と 鎖交す る 磁束は、 起磁力のみ に依存 し 、 回転部の 回転角度、 回転速度の いずれに も依存 し な い 。 し たがっ て 、 第 2 の巻線 に は、 回転部の任意の回転 （ 多回転、 高速回転 を含む ） に対 し て 回転不変の誘導起電力が発生す る 。

ま た 、 固定部、 回転部 に そ れぞれ固定さ れて い る第 1 、 第 2 の コ ア は、 磁極間隙を介 し て分割さ れて い る の で 、 電力は無接触で伝送さ れ、 ま た 、 回転部は固定 部か ら容易 に分離移動す る こ と がで き る 。 し たが っ て 、 分離型機械装置への電力伝送に も適合 し て い る 。

本発明 の第 1 の無接触信号伝送装置は 、 固定部 と 回 転部の う ち の 、 電気信号を送信す る 側 を送信側 と し 、 そ の信号を受信す る 側を受信側 と す る と き 、 送信側に 固定さ れ、 送信すべ き 電気信号を 、 回転部の回転軸の 軸心につ いて 回転対称の光信号に変換す る 電気 · 光変 換手段 と 、 受信側 に 固定さ れ、 前記電気 · 光変換手段 が出射 し た光信号を受光 し て電気信号 に変換す る 光電 変換手段 と を有す る 。

電気 · 光変換手段は 、 回転部の回転軸心につ いて 回 転対称の光信号を発生す る か ら 、 そ の光信号 を受光 し て光電変換す る 光電変換手段は 、 回転部の回転角 に対 し て 回転対称の特性を も つ電気信号を 出力す る 。 従つ て 、 送信側 と 受信側間の任意の相対回転 （ 多回転、 高 速回転を含む ） に対 し て安定 し た信号伝送が行われ る 。

電気 · 光変換手段 と 光電変換手段 と は光結合で あ り 、 し たがっ て無接触で あ る か ら 、 送信側 と 受信側を相 互 に容易 に分離移動す る こ と がで き る 。 従 っ て 、 分離 型機械装置 と 固定部 ま た は他の分離型機械装置 と の間 の信号伝送に も適合 し て い る 。

本発明 の第 2 の無接触信号伝送装置は 、 固定部 と 回 転部の う ち の 、 電気信号を送信す る 側を送信側 と し 、 そ の信号 を受信す る 側を受信側 と す る と き 、 送信側 に 固定さ れ、 送信すべ き 電気信号を光信号に変換す る電 気 ♦ 光変換素子 と 、 受信側 に 固定さ れ、 前記電気 · 光 変換素子か ら 出射さ れた光信号を電気信号 に変換す る 光電変換手段を有 し 、 前記光電変換手段は 、 回転部の ' ' 回転軸心 につ いて 回転対称に分布す る 入射面を有 し 、 前記電気 · 光変換素子 は前記入射面 の近傍 に 位置 す る 。 光電変換手段は 、 回転部の回転軸心 につ いて 回転対 称に分布す る 入射面を有す る の で 、 回転部の回転角 に 対 し て 回転対称の特性を も つ電気信号を 出力す る 。 従 つ て 、 送信側 と 受信側間の任意の相対回転 （ 多回転、 高速回転を含む ） に対 し て安定 し た信号伝送が行われ る 。

電気 · 光変換素子 と 光電変換手段 と は 光結合 で あ り 、 し たが っ て無接触で あ る か ら 、 送信側 と 受信側を 相互 に容易 に分離移動す る こ と がで き る 。 従っ て 、 分 離型機械装置 と 固定部ま た は.他の分離型機械装置 と の 間の信号伝送に も 適合 し て い る 。

本発明 の第 3 の無接触信号伝送装置は、 固定部 と 回 転部に そ れぞれ固定さ れ、 回転部が任意に 回転 し て も 磁路長が変化 し な い磁気回路を 、 磁極間隙を介 し て構 成す る 第 1 、 第 2 の コ ア で成 る 分割型 コ ア と 、 磁気回 路を通 る 磁束 と 鎖交す る 第 1 、 第 2 の巻線 と を有 し 、 第 1 の巻線は 固定部に設置さ れて い る 、 信号源 と 信号 処理装置の いずれか一方 と 接続さ れ、 第. 2 の巻線は回 転部に設置さ れて い る 、 信号源 と 信号処理装置の いず れか他方 と 接続さ れて い る 。

磁気回路の磁路長は、 回転部が任意 に変化 し て も変 ら な い （ 回転不変であ る ） か ら 、 第 2 の巻線 と 鎖交す る 磁束は 、 起磁力のみ に依存 し 、 回転部の回転角度、 ' 回転速度の いずれに も依存 し な い 。 し たが っ て 、 第 2 の巻線に は 、 回転部の任意の回転 （ 多回転、 高速回転 を含む ） に対 し て 回転不変の誘導起電力が発生す る 。

ま た 、 固定部、 回転部 に そ れぞれ連結さ れて い る第

1 、 第 2 の コ ア は 、 磁極間隙を介 し て分割さ れて い る ので 、 信号は無接触で伝送さ れ、 ま た 、 回転部は固定 部か ら容易 に分離移動す る こ と がで き る 。 し たがっ て 固定部 と 分離型機械装置間の信号伝送に も 適合 し て い る 。

, 上記の第 2 の課題を達成す る た め に 、 本発明 の電動 機制御 シ ス テ ム は、 固定部 と 分離移動お よ び回転が可 能の回転部で成 り 、 回転部は 自 律電動機部を有 し 、 該 自 律電動機部は、 少 く と も 、 電動機 と 、 該電動機を駆 動す る 電力を無接触で受電す る 電力伝送装置の回転部 に 固定さ れた要素 と 、 電力伝送装置 に よ っ て伝送さ れ た電力 を入力 し 、 前記電動機を駆動す る 駆動手段 と 、 当該電動機の回転を制御す る コ ン 卜 ロ ー ラ か ら分離さ れ、 前記駆動手段を駆動す る 電流制御部 と 、 前記電流 制御部へ入力すべ き ト ルク 指令を無接触で受信す る第 1 の信号伝送装置の回転部に 固定さ れた要素 と 、 当該 電動機の動作情報を検出す る 検出手段 と 、 該検出手段 の 出力信号を無接触で伝送す る 第 2 の信号伝送装置の 回 転部 に 固定 さ れ た 要素 を 備 え 、 固定部 は 、 少 く と も 、 高周波電源と 、 該高周波電源の電力 を 自 律電動機 部へ無接触で伝送す る 電力伝送装置の固定部に 固定さ れた要素 と 、 前記 自 律電動機部の検出手段の 出力 を無 接触で受信す る 第 2 の信号伝送装置の固定部 に 固定さ れ た要素 と 、 前記電流制御部が分離さ れた コ ン ト ロ ー ラ 部分で成 り 、 受信さ れ た検出手段の 出 力 と 上位装置 か ら供給さ れた指令信号 か ら ト ル ク 指令を生成す る 固定部側 コ ン ト ロ ー ラ と 、 固定部側 コ ン ト ロ ー ラ か ら 出力さ れた ト ル ク 指令 を無接触で 自 律電動機部に伝送 す る 第 1 の信号伝送装置の 固定部に 固定さ れた要素 と を有す る 。

本発明 の電動機制御 シ ス テ ム に お い て は 、 電動機を 制御す る コ ン ト一ロ ー ラ の う ち 、 電動機の種類 に依存す る コ ン ト ロ ー ラ 部分を電動機 と 組合わせて 自 律電動機 部を構成 し 、 電動機の種類 に依存 し な い コ ン ト ロ ーラ 部分、 す なわ ち 、 ど の電動機に も共通 し て使用 で き る コ ン 卜 ロ ー ラ 部分を 固定部に配置 し て い る 。

こ の よ う に し て 、 自 律電動機部を小型軽量化 し た も ので あ る 。 自 律電動機部は多種類用意さ れ、 目 的 に応 じ て最適の も のが使用 さ れ る 。 し たが っ て 自 律電動機 部は交換使用 さ れ る けれ ど 、 それが交換さ れて も 、 固 定部側 コ ン 卜 ロ ー ラ は共通 し て使用 す る こ と がで き る 。 な お 、 電動機の種類、 例 え ば直流電動機、 同期電動 機、 誘導電動機に依存す る コ ン ト ロ ー ラ 部分は 、 電流 制御部で あ る 。

本発明 の第 3 の課題を解決す る ため に 、 回転装置は 、 そ の回転軸 に 同軸 に本発明 の無接触電力伝送装置お よ び無接触信号伝送装置が設置さ れて い る 。

前記の第 4 の課題を達成す る た め に 、 本発明 の主軸 先端情報伝送装置は 、 高速回転をす る 電動機主軸の先 端 に お け る 先端情報を検出 し て 固定部に伝送す る 主軸 先端情報伝送装置で あ っ て 、 主軸上 に取付け ら れ、 先 端情報を検出 す る セ ン サ手段 と 、 主軸上 に取付け られ 、 高周波交流を整流 し て セ ン サ手段 に安定化さ れた電 源を供給す る 電源手段 と 、 電源手段 に 固定部か ら無接 触で高周波電力 を伝送す る 無接触電力伝送装置 と 、 セ ン サ手段 に よ っ て検出 さ れた検出情報を固定部へ無接 触で伝送す る 無接触信号伝送装置 と を有す る 。

こ こ で無接触電力伝送装置お よ び無接触信号伝送装 置 と は、 本発明 に よ る 装置で あ る 。 前記 し た よ う に 、 本発明 の無接触電力伝送装置お よ び無接触信号伝送装 置は 、 回転部の高速回転に対 し て も安定に動作す る こ と がで き る 。 し た が っ て 、 こ れ ら の伝送装置を主軸 と 固定部間 に設置す る こ と に よ り 、 主軸先端 に配置さ れ たセ ン サ手段 に安定 し た電源を供給す る こ と がで き る と 共 に 、 主軸先端情報を確実 に 固定部に伝送す る こ と がで き る 。 ，

本発明 の電動機の無接触給電制御方法は 、 固定部側 コ ン ト ロ ー ラ が、 検出手段での検出内容 と 所定の上位 装置か ら供給さ れる 指令信号か ら ト ルク 指令を生成 し ' て 自律電動機部へ与え 、 自 律電動機部が、 前記固定部 側 コ ン ト ロ ー ラ か ら の ト ルク 指令 に応 じ て電動機を駆 動す る 。

本発明 の 自 律電動機部に は 、 前記 し た よ う に 、 コ ン 卜 ロ ー ラ の う ち の電流制御部が設置さ れて い る 。 'し た がっ て 、 固定部側 コ ン ト ロ ー ラ は 、 無接触信号伝送装 置 を 経 由 し て 、 自 律電動機部へ ト ル ク 指令 を送信 す る 。

前記第 5 の課題を達成す る た め に 、 本発明 の無接触 給電方法は 、 磁気回路を構成す る 高周波磁性 コ ア の一 部を機械的 に 開 き 、 こ れ と 磁気結合さ せ る 2 次巻線に 当該磁気回路が鎖交す る よ う に 、 2 次巻線を挿入 し 、 こ の挿入を確認 し た後、 機械的 に 開 い て い た前記 コ ア を閉 じ 1 次巻線を高周波励磁す る こ と に よ っ て 2 次巻 線に電圧が誘導さ れ同巻線 に接続さ れ た移動体上の負 荷 に電力 を供給 し 、 そ し て再び 1 次巻線の高周波励磁 を止めて か ら機械的 に前記 コ ァ を 開 い て 2 次巻線を取 出す 。 - 前掲の無接触電力伝送装置は 、 磁気回路中 に磁極間 隙が介在 し て い る ので 、 回転部の 回転時 に磁極間隙を 不変 に す る た めの精密な加工が必要で あ る 。

本発明 の無接触給電方法を適用 す る 装置は 、 磁性 コ ァ の 回路を機械的 に 閉 じ る ので 、 磁極間隙は存在せず 、 し た が っ て 製作が容易で ある 。 し か し 、 給電中 に 多 回転はで き な い 。

図面の簡単な説明

図 1 は従来の電動機制御の基本的 な構成を示すプロ V ク 図で あ る 。

図 2 は電動機主軸先端に お け る 刃物台位置決めの様子 を示す図であ る 。

図 3 は電動機主軸の軸端 に お け る ヮ 一 ク チ ャ ッ キ ン グ の様子を示す図であ る 。

図 4 は 同軸シ ャ フ 卜 を用 い た機械動力伝達機構を示す 図であ る 。

図 5 は本発明 の第 1 実施例の無接触電力伝送装置の基 本的構成を示す図であ る 。

図 6 は、 図 5 の装置の変形例で 1 次側 と 2 次側の電磁 結合度を高め た も ので あ る 。

図 7 は U 字形 コ ア と 円筒形 コ ア を分離 · 結合を可能に す る た めの構造を示す図であ る 。

図 8 は 、 無接触電力伝送装置の 、 工作機械 に お け る軸 追加への応用例 を説明 す る 図であ る 。

図 9 は 、 第 1 実施例の方式のパ レ ッ ト 上軸追加への応 用例 を説明 す る 図で あ る 。

図 1 0 は本発明の第 2 実施例の無接触電力伝送装置の 構成を示す図で あ る 。

図 1 1 は 、 図 1 0 の装置の磁気回路の構成を示す 図で あ る 。 図 1 2 はシー ト 状 2 次巻線の構成を示す図である 。 図 1 3 は、 シー ト 状 2 次巻線を用いた場合の図 1 0 の 装置の回転体 と U字形コ ァ と の配置を示す側面図であ る。

図 1 4 はポ 、ソ 卜 コ ア型高周波変圧器の構成を示す図で ある。

図 1 5 は回転機コ ア型高周波変圧器の構成を示す図で ある 。

図 1 6 は本発明の第 3 実施例の無接触信号伝送装置の 構成を示 し、 特に光フ ァ イ バ群の分岐出射端が円形に 分布している様子を示す図である 。

図 1 7 は本発明の第 4実施例の無接触信号伝送装置の 構成を示し、 光フ ァ ィ バ群の分岐入射端が円形に分布 している様子を示す図であ る 。

図 1 8 は、 本発明の第 5 実施例の無接触信号伝送装置 の構成を示す平面図で、 面状光学素子を用 いた構成を 示す。

図 1 9 は、 本発明の第 6 実施例の無接触信号伝送シ ス テムの構成を示す図であ る 。

図 2 0 は、 本発明の第 7 実施例の無接触信号伝送装置 の発光素子群 と受光素子の配置を示す図であ る 。

図 2 1 は、 本発明の第 8 実施例の回転装置の構成を示 す図である 。

図 2 .2 は回転軸上の溝お よび中空部穴内の配線を示す 断面図であ る 。

図 2 3 は、 本発明 の第 9·実施例の 回転装置の構成を示 す図で あ る 。

図 2 4 は、 本発明 の第 1 0 実施例の回転装置の構成を 示す図であ る 。

図 2 5 は本発明 の第 1 1 実施例の電気回路図で一般電 動機負荷への電力の与え方を説明 す る 図で あ る 。

図 2 6 は本発明 の第 1 2 実施例で 、 軸端 よ り 先の制御 部お よ び検出器への電源の与え方を説明 す る 電気回路 図で あ る 。

図 2 7 は本発明 の第 1 3 実施例の主軸先端情報伝送装 置の構成を示すプロ V ク 図で あ る 。

図 2 8 は 、 主軸ユニ ッ ト の中 に 内蔵す る 場合の高周波 変圧器構造を示す図であ る 。

図 2 9 は 、 主軸先端 に取付け る 高周波変圧器の構成を 示す図で あ る 。

図 3 0 は 、 主軸先端 に お け る P W M変調情報 フ ィ ー ド バ ッ ク 方式を説明 す る 図で あ る 。

図 3 1 は 、 図 3 0 の主軸先端 に お け る P W M変調用電 源の構成を示す図で あ る 。

図 3 2 は、 同軸配置 に よ る 複数チ ャ ン ネ ル情報伝送路 を説明 す る 図で あ る 。

図 3 3 は 、 本発明 の 、 イ ン フ ィ ー ド 刃具の 刃先寸法測 定への応用 を説明 す る 図で あ る 。 図 3 4 は、 本発明 の 、 主軸先端チ ヤ ッ キ ン グ把持力の モニ タ リ ン グへの応用 を説明 す る 図で あ る 。

図 3 5 は本発明 の分離型制御電動機の制御回路の一実 施例の ブロ V ク 図で あ る 。

図 3 6 は固定部側 コ ン 卜 ロ ー ラ と 自 律電動機部の接続 例 を示す 図で あ る 。

図 3 7 は図 3 5 の分離型高周波変圧器の具体的な構造 を示す斜視図で あ る 。

図 3 8 は固定部か ら 自 律電動機部への無接触電力伝送 を説明 す る 図で あ る 。

図 3 9 は 自律電動機部 と 固定部間の光力 ブラ に よ る無 接触信号伝送を説明す る 図で あ る 。

図 4 0 は 同軸配置に よ る 複数チ ャ ン ネ ル光信号伝送路 を説明す る 図で あ る 。

図 4 1 は 、 無接触電力伝送装置お よ び無接触信号伝送 の多段接続の一実施例 を表す 図 で あ る 。

図 4 2 は 、 本発明 の コ ア 開閉型無接触給電 シ ス テ ム の 構成を示す概念図で あ る 。

図 4 3 は、 本発明 の無接触給電 シ ス テ ム の一実施例の 構成図で あ る 。

図 4 4 は 、 本発明 の無接触給電 シ ス テ ム の他の実施例 の構成図で あ る 。

図 4 5 は 、 移動部を ワ ー ク パ レ ッ ト と し た実施例 を示 す図で あ る 。 実 施 例

前述 し た よ う に 、 本発明 は無接触電力伝送装置、 無 接触信号伝送装置、 お よ びそれ ら を用 い た各種機械装 置 に 関す る も ので あ る 。 以下 に記述す る 多数の実施例 は、 一見多岐 にわ た っ て い る が、 いずれ も無接触電力 伝送装置 （無接触給電装置） 、 ま た は受電側装置上に 設置さ れた動作機械の制御 た めの 、 給電側装置 と 受電 側装置間の制御信号ゃデ - タ 信号の授受の ための信号 伝送装置を含んで い る 。 こ れ ら の装置が従来の工作機 械、 ロ ボ ッ 卜 そ の他の機械の新た な発展を約束す る も のであ る こ と は、 以下の実施例 に よ っ て 明 ら か に さ れ る で あ ろ う 。 本発明 は、 各種の機械に 、 本発明 の電力 お よ び信号の無接触伝送装置を適用 す る こ と に よ つ て 更に発展 し た機能を も つ装置を提供す る も の であ る 。 後述す る 各実施例 は、 前掲の 、 本発明 の課題の 1 つ、 ま た は複数の課題を 同時 に実現す る も ので あ る 。 以下 、 次の順で実施例 を説明す る 。

( 1 ) 無接触電力伝送装置お よ びそ の工作機械に お け る 軸追加への応用 （ 図 5 — 1 3 )

( 2 ) 無接触信号伝送装置 （ 図 1 6 — 2 0 )

( 3 ) 回転体の回転軸上への給電、 お よ び回転軸側 と 給 電側 と の間の信号授受の た め の装置の構成 （ 図 2 1 - 2 6 )

( 4 ) ( 3 )の 応用 と し て 、 主軸先端情報伝送装置 （ 図 2 7 - 3 2 )

(5) (3)の応用 と し て イ ン フ ィ 一 ド 刃具の 刃先寸法測 定、 お よ び主軸先端チ ヤ ッ キ ン グ把持力のモニ タ リ ン グ （図 3 3 、 3 4 )

(6) 分 離 型 制 御 電 動 機 と そ の 制 御 回 路 （ 図 3 5 -

4 0 )

(7) 無接触電力伝送装置お よ び無接触信号伝送装置の 多段接続

(8) コ ァ 開閉型無接触給電 ^置お よ びそ の応用

図 5 は本発明 の第 1 実施例の無接触電力伝送装置の 基本的な構成を示 し 、 （ A ) は構成図で （ B ) は平面 図で あ る 。

磁気回路 （以下、 磁路 と 記す ） は、 U字形の 固定コ ァ 5 1 と 、 固定 コ ア 5 1 に 開 け たテ一パ穴 5 2 に揷入 さ れる 円筒形の回転 コ ア 5 3 に よ っ て構成さ れて い る 。 固定 コ ア 5 1 に は 1 次巻線 5 4 が巻かれ、 回転 コ ア

5 3 に は 2 次巻線 5 5 が巻かれて レヽ る 。 巻線は と も に 高周波特性の改善の た め に リ ッ ッ線が使われ る 。 2 次 巻線 5 5 は回転体上に取 り 出 し て電気負荷 を駆動す る 必要があ る ので 、 リ ー ド 引込み穴 5 6 か ら 回転 コ ア内 部を経由 し て上部の リ ー ド 引 出 し 5 7 に 引 き 出 さ れる 。 こ の様な構造に お いて 、 回転 コ ア 5 3 が固定部に対 し て相対的 に 多回転 し て も 、 高周波励磁周波数 に比べ て充分 に低い電気周波数相当 の回転で あ る こ と が大部' 分の場合で あ る ので 、 磁界の乱れや有効磁路長に変化 はな く 、 回転に よ る 摺動部分の ギ ャ ッ プ長の変動がな ければ安定に電源供給が可能で あ る 。

図 6 は図 5 の装置の応用変形で 、 漏れ磁束の発生を 押え 、 1 次巻線 と 2 次巻線の結合度を高め る 構造 に な つ て レヽ る 。 す なわ ち 図 5 の構成 に お いて U 字形 コ ア 6 1 を回転部に取付け 、 円筒形 コ ア 6 3 を固定部に 固定 し 、 更 に 1 次巻線 と 2 次巻線の結合度を増す た め に 1 次巻線を巻い た 円筒形 コ ア 6 3 を覆 っ て 、 し か も接触 し な い様に成形 2 次巻線 6 5 .が配置さ れて い る 。 成形 2 次巻線 6 5 は回転部に き つ く 固定さ れ、 同巻線 に発 生す る 誘導電圧が回転部に供給さ れる 。 一方、 U字形 コ ア 6 1 は、 こ の構造で は 2 次巻線の支持物で は な く 磁路を閉 じ る た めの働 き をす る ので 、 ギ ャ ッ プを極力 減 らす様に摺動面に嵌合 し て動 く 構造で あ る こ と が望 ま れる 。 回転部に し っ か り と 固定さ れて い る と 、 そ の 目 的が果たせな いが、 こ の構造で は固 く 固定す る 必要 がな レ、'ので 、 ルー ス結合部材 6 6 に よ っ て 回転に支障 を き た さ な い範囲で U字形 コ ァ を回転体に緩 く 固定を す る 。 こ う すれば電磁吸着力 に よ り 自 動的 に 円筒形 コ ァ 6 3 に吸着さ れ 自 ずか ら ギ ャ ッ プが減少す る 様 に移 動す る ので 、 前記の 2 次巻線の重ね巻 き 効果 と 併せて 磁束漏れの少な い電磁結合が実現さ れ る 。

図 7 は'、' U字形 コ ア と 円筒形 コ ア 7 3 と を分離 ' 結 合す る た め の構造を示 し 、 （ A ) は そ の構造、 （ B ) は結合お よ び分離手順を示す 図で あ る 。

図 に示す様 に 、 図 5 の構成 に お け る 固定部分で あ る U 字形 コ ア の平行 に延びる 2 つ の脚部 7 1 のそれぞれ に 、 端部か ら テーパ穴 7 2 に至 る 切 り 欠 き 7 4 を作つ て 開 口型 に し て お き 、 回転体の 回転軸 に垂直な方向 に 沿 っ て 回転部 と 固定部が結合、 分離 し う る 構造 に す る と 、 対象機械 シ ス テ ム構成上 よ り 有効な場合があ る 。 す なわ ち 同 図中 に示す様に結合、 回転給電、 そ し て分 離 と い う 順番で 、 取 り 外 し が可能で かつ 多回転す る部 分 に対 し て も対応可能な給電装置が形成さ れる 。

図 8 は、 こ の構成が有効な工作機械 （ マ シニ ン グセ ン タ ） に お け る 軸追加への応用事例で あ る 。 （ A ) は ノ レ ツ 卜 上軸追加前、 （ B ) は追加後を表わす 。 こ こ で参照番号 8 1 はマ シニ ン グセ ン タ で あ り 、 そ の回転 テーブル 8 2 上のノ レ ツ 卜 8 3 に取 り 付け ら れた ヮ ー ク に対 し て は上下面を除 く 四面の加工が可能であ る 。 こ の回転テーブル 8 2 に は 、 ワ ー ク 8 4 を ク ラ ン プ し たノ レ ツ 卜 8 3 がノ レ ツ 卜 交換 に よ っ て取 り 付け られ る が、 こ のノ レ ツ 卜 に さ ら に 図示の様 に垂直回転テー ブル 8 6 の機能が搭載さ れて いれば、 加工の 自 由度が 一つ増え 、 五面の加工が可能 と な る 。 そ の た め に はパ レ ツ 卜 上 にサ一 ボ軸が搭載さ れて お り （ サー ボ軸は回 転テーブル 8 5 に 内蔵さ れて レヽ る ） 、 '切削開始 に先 ん じ て パ レ ッ 卜 8 3 交換の際 に 自動的 に電源供給がな さ れ る 必要があ る 。 た だ し 、 こ の電源供給は通常の環 境下で行 う 様な接点式の結合で はで き な い。 なぜな ら ば、 接点式の給電で は多極 （二点以上） 同時 に接触が 必要 で あ り 位置決め特性上そ の 自 動化 は 容易 で は な い 。 力□え て マ シニ ン グセ ン タ加工エ リ ア 内の様 に 、 金 属切 り 粉や切削油がかか る 状況下での電極給電は 、 絶 縁お よ び導通確保上、 不可能 と い っ て も 良いか ら であ る 。

従っ て 、 本発明 の様な高周波電磁誘導 に よ る 給電の 応用 が提案さ れる 。 こ れは電力伝送がア ナ ロ グ的 に連 続 に な さ れ、 厳密な位置決めや嵌合を必要 と し な い と い う 点で優れて い る ばか り か、 悪環境 に対 し て 強い と しヽ う 利点を有 し て レヽ る 。 例 え ば、 マ シニ ン グセ ン タ 用 の切削油が水溶性の も のであ っ て導電率が高 く て も 、 渦電流を生 じ電力伝送の特性 に影響を及ぼす ほ ど の レ ベルに は達 し な い た め 、 切削油を被っ て も そ の伝送は 殆 ど阻害さ れる こ と は な い。 ま た ワ ー ク 切削 に よ っ て 生 じ る 金属切 り 粉の磁路中への付着は 、 渦電流発生に よ る 伝送ロ ス発生の も と に な る と 懸念さ れ る が、 実際 に は吸引付着の可能性のあ る 磁性体切 り 粉 に お い て も 励磁周波数が高 く し か も 極性が交番 し て い る ので 、 磁 性 コ ァ の残留磁束が大 き く な い限 り 付着は生 じ な い。 ま た仮 に別の要因 に よ っ て生 じ て も 、 切削油を積極的 ' に かけ る こ と に よ っ て洗い流す こ と も で き る 。

図 9 に は、 図 8 に示す軸追加の実現の た め に分離、 結合可能な回転給電方式 を用 い た構成を示す 。 （ A ) はパ レ ツ 卜 9 0 の移動 に よ る 交換前の 固定 コ ア 9 1 と 回転 コ ア 9 3 を示 し 、 （ B ) は、 固定 コ ア 9 1 と 回転 コ ア 9 3 が嵌合状態 に な っ て追加軸へ給電 し て い る状 態を示す 。 図示の様 に 、 マ シニ ン グセ ン タ の 固定部か ら は アー ム 9 2 に よ っ て 、 固定 コ ア 9 1 が回転テープ ルの回転中心付近 に精度良 く 位置決め さ れて い る 。 一 方、 ノ レ ツ 卜 の回転軸心上に は回転 コ ア 9 3 が配置さ れて お り 、 回転 コ ア 9 3 に巻かれた 2 次巻線か ら リ ー ド 線がパ レ ッ ト 内部に 弓 1 き 込ま れ る 。 前記の ご と く 自 動交換 （ 図中 （ A ) か ら （ B ) へ） に お いて は回転軸 心が一致す る 様 に パ レ ッ 卜 と 回転テーブルが結合さ れ る ので図 7 の形で給電装置が構成さ れる 。 そ し て テ一 ブルが割 り 出 し に よ っ て 回転 し て も 、 そ の回転角度に 影響さ れる こ と な く マ シニ ン グセ ン タ 固定部か らパ レ ッ 卜 上に連続的 に給電がな さ れる 。 一方パ レ ッ 卜 内部 に はサーボ軸お よ び コ ン 卜 ロ ー ラ が取 り 付け ら れて お り 、 2 次巻線に誘導さ れた高周波電圧はパ レ ツ ト に埋 め込ん だ整流平滑回路 に よ り 直流電圧 に変換さ れ同 コ ン 卜 ロ ー ラ の主電源お よ び制御電源 と し て 用 い ら れる 。 な お、 追加軸の制御、 お よ びフ ィ ー ド ノ^: ッ ク 信号は ' 図示せぬ方法 （例 え ば、 電力伝送 と 同様な原理の高周 波電磁誘導で 、 あ る い は 、 赤外線な ど の光通信） に よ つ て行 う 。

こ の よ う に 、 高周波電磁誘導を応用 す る こ と に よ つ て 、 従来の接触式 （ ス リ ッ プ リ ン グ） 電源供給の高速 回転時の不安定性や摩耗の問題を解決す る と と も に'、 工作機械加工雰囲気 に お いて も 切削油や切 り 粉の介在 に影響さ れる こ と の な い 多回転体への電力伝送を行 う こ と がで き る 。

こ れに よ つ て 、 伝送効率 も高 く 、 し か も 工作機械雰 囲気の様な悪条件の も と で も 使用 で き 、 回転のみな ら ず分離、 結合す る 物体間で も無接点で給電がで き る 装 置が出来上 り 、 そ の結果、 例 え ば工作機械加工 に お け る 切肖 IJ ワ ー ク ノ レ ツ 卜 や加工ツ ール、 へ ッ ド の 自 動交 換な ど が容易 に実現さ れ、 少量多品種生産対応の形で の 自動化産業の促進に寄与す る こ と がで き る 。

図 1 0 は、 本発明 の第 2 実施例 の無接触電力伝送装 置の構成を示す 。 図 1 1 は 、 図 1 0 の装置の磁気回路 の構成を示す図で 、 （ A ) は 、 回転体 1 0 3 の周緣部 が非磁性体の場合、 （ B ) は、 高周波磁性体の場合を 示す 。

電力供給対象の回転体 1 0 3 の周縁部 に電気絶縁物 (非磁性体） 1 0 2 を取 り 付け 、 そ の上に 円周状 に 2 次巻線 1 0 5 を配置す る 。 こ れに対 し 円周外部の固定 部か ら は、 1 次巻線 1 0 4 を巻.い た. U 字形高周波磁性 コ ア （ U字形 コ ア ） 1 0 1 が絶縁物 1 0 2 お よ び 2 次 巻線 1 0 5 を挟み込む様 に配置す る 。 そ し て 回転体が 固定部に対 し て 回転 し て も U 字形 コ ア 1 0 1 と 2 次巻 線 1 0 5 が当 た ら な い様に 2 次巻線の先端 リ ー ド 線は 、 取 り 出 し 穴 1 0 9 を通 し て 回転軸方向 に取 り 出 さ れ る 。 固定部の高周波イ ン バー タ 1 0 6 に よ っ て励磁さ れ る 1 次巻線 1 0 4 は 、 U 字形 コ ア 1 0 1 お よ び絶縁 物 1 0 2 を通過す る 主磁束を形成す る 。 こ こ で 、 絶縁 物 1 0 2 の幅 W は、 回転体上の電気負荷容量を満足す る 範囲内で極力薄 く し 磁束の漏れを小さ く 抑え る 。 た だ し後述の様 に絶縁物 1 0 2 を U 字形 コ ア と 同 じ磁性 材料で形成 し 、 磁路を閉 じ る 構成が採れる 場合は こ の 限 り で は な い 。 ま た 、 回転体 1 0 3' に移動機能が必要 な場合は 、 U 字形 コ ア が取 り 外せ る 様 に絶緣物 1 0 2 、 2 次巻線 1 0 5 と も に そ の幅を小さ く す る 。

2 次巻線 1 0 5 に は 、 電磁誘導 に よ っ て高周波電圧 が発生 し 、 2 次巻線 1 0 5 を 回転体上の電気負荷を通 し て 回路的 に 閉 じ た場合、 1 次巻線が作る 磁束 （ 図示 ) の変化を打ち消す様に電流が流れ る 。 従 っ て 、 リ ー ド 線取出 し 穴 1 0 9 を通 し て 回転体上 に取 り 出 さ れる 二次誘導電圧は 、 回転体上で電圧変換回路 1 0 7 お よ び安定化回路 1 0 8 を経て 、 電動機ゃ ソ レ ノ ィ ド な ど の電気負荷 に供給さ れ る ほか、 図示せぬ情報伝送装置 や検出器用 の電源 と し て使われ る 。 こ こ で電気絶緣物 1 0 2 の素材が非磁性体 （ と く に 高周波磁性材料） で な い.場合は 、 1 次巻線がつ く る磁 路は図 1 1 ( A ) に示す様に磁束の漏れを生 じ る が、 多少の伝送損失が許さ れ る 応用 に対 し て は前記の様に 絶縁物 1 0 2 の幅 W を極力薄 く す る こ と で対応で き る 。 し たがっ て 、 低い電力伝送の領域に お い て は 、 絶緣 物 1 0 2 お よ び 2 次巻線 1 0 5 を 、 図 1 2 に 、 平面図 で示さ れて レヽ る よ う に 、 プ リ ン ト 基板あ る レヽ は シー ト コ イ ル状 に構成す る 方法が有効で あ る 。 図 1 3 は、 2 次巻線が シ一 卜 コ イ ル状 に形成さ れた回転体 と U字形 コ ァ と の配置を示す側面図で あ る 。

—方、 磁束漏れに よ る 損失が許さ れな い応用 に対 し て は 、 図 1 1 ( B ) に示す様 に 、 回転体 1 0 3 の周縁 部を U 字形 コ ア 1 0 1 と 同 じ高周波磁性材料で作 り 上 · げ、 回転体上に も磁路の一部 と な る リ ン グ状 コ ア 1 1 1 を配置す る 。

た だ し 、 図 1 1 ( A ) . ( B ) の いずれの場合 も 、 無接触で の電力伝送を前提 と し て い る ので 、 大かれ少 なかれエ ア ギ ャ ッ プが存在 し 、 磁束漏れの発生原因 と な る 。 し たがっ て可能な 限 り 、 幾何配置上 こ の ギ ヤ ッ ブを小さ く す る 必要があ る 。

いずれにせ よ以上の様な給電方法で は 、 接点式の場 合 と 違い 、 電力伝送がア ナ ロ グ的 に連続に な さ れ、 厳 密な位置決めや嵌合を必要 と し な い と い う 点で優れて レヽ る ばか り か、 悪環境 に対 し て強い と レヽ ぅ 利点を有 し て い る 。 例え ば、 工作機械加工環境に お いて は 、 切削 油を被 っ て も そ の伝送は殆 ど阻害さ れ る こ と は な い。 ま た渦電流発生 に よ る 伝送ロ ス発生の も と に な る と 懸 念さ れる 金属切 り 粉の磁性 コ ァゃエ ア ギ ヤ ッ プへの付 着 に 関 し て は、 実際 に は磁性体切 り 粉で あ っ て も 励磁 周波数が高 く 極性が交番 し て い る ので 、 磁性 コ ア の残 留磁束が大 き く な い限 り 付着は生 じ な い 。 ま た仮 り に な に かの要因 に よ っ て生 じ て も 、 切削油を積極的 にか け る こ と に よ っ て洗い流す こ と も で き る 。

本実施例 に よ れば、 外部に 2 次巻線を配置す る だけ で回転体 自 体の構造を変え る こ どな く 無接触の給電を 行 う こ と がで き る 。 更に切削油や切 り 粉の介在な どェ 作機械加工雰囲気の様な悪条件の も と で も 動作 し 、 回 転のみ な らず分離、 結合す る 物体で も無接点で給電が で き る 装置が出来上が る 。

そ 結果、 既存の 多回転体 （例 え ば円 テーブル） 上 に お け る 作業機能向上が容易 に達成さ れ、 例 え ばェ作 機械加工に お け る 切削 ワ ー ク パ レ 、ソ 卜 上サー ボ軸追加 や加工ツ ール、 へ ッ ド の 自 動交換な ど の実現 に も 有効 な も の と な り 、 少量多品種生産対応な ど の形で 自 動化 産業の促進に寄与す る こ と がで き る 。

こ こ で 、 従来技術で は あ る が以下の実施例 に た びた ' び引 用 される 無接触'電力伝送'装置につ いて簡単 に説明 し て お く 。 ポ ッ ト 型 コ ア を用 レヽ た 図 1 4 の場合 と'、 回 転機型の構造を も つ図 1 5 の場合 と があ る 。 ポ ッ ト 型 コ ア の場合、 1 次巻線 1 4 1 を巻 き 付け た ポ ッ 卜 コ ア

1 4 0 と 2 次巻線 1 4 2 を巻 き 付け た ポ ッ 卜 コ ア 1 4 0 と を 間隔を お いて突 き 合わせ、 電磁誘導に よ っ て電 力 を伝達す る 。 こ れ ら の ポ ッ ト コ ア は いずれ も高周波 磁性体で あ る 。 こ の型は、 構造上、 フ ラ ッ 卜 な形状で あ る ので 、 電動機あ る い は減速機内 に収納 し て設け る に際 し て 、 設計上、 回転軸方 '向の形状増大に与え る影 響が少な いが、 磁路が図 1 4 ( B ) に 図示さ れて い る よ う に回転軸方向で あ る た め コ ア材の磁束密度の上限

(飽和特性） か ら通過磁束量が制限さ れやす い。 他方 回転機型は 、 回転機の回転子 と 固定子の 関係 と 同様に 、 円筒形 コ ア 1 5 0 の内側 に他の コ ア を挿入す る 同心 型の も ので （ 図 1 5 ( A ) 参照） 、 磁路が同図 （ B ) に図示さ れて レヽ る よ う に 、 回転軸方向 に垂直 と な る た め、 こ れ ら を 内蔵 し た電動機や減速機の長手方向の寸 法は長 く な.る が、 通常の電動機 ど同様 に単位体積当 た り の通過磁束量を大 き く す る こ と がで き 、 総合的なパ ヮ レー ト （単位体積当 た り の伝送電力 ） を高 く 採 る こ と がで き る と レヽ ぅ 利点があ る 。 た だ し 、 こ の型の場合 は 、 回 転 角 度 に よ っ て 磁路長 が変化 し な い よ う に 図

1 5 ( A ) に示 し た よ う に いずれか一方の コ ア に電気 角上の ス キ ュ ー を かけて お く 必要があ る 。 同図で は、 内側 に挿入す る コ ア に ス キ ュ ー を施 し て い る 。

こ れ ら の装置は、 いずれ も 分割型高周波変圧器で、 分割型高周波変圧器 T r の 1 次側巻線 1 4 1 , 1 5 1

( 固定側） は高周波 （正弦波あ る い は矩形波 ） イ ン バ 一 夕 に よ り 励磁さ れ、 僅かな 間隙を も っ て対向す る 2 次側巻線 1 4 2 . 1 5 2 ( 回転部） に電磁誘導に よ り 高周波の電圧を生 じ る 。 こ こ で分割型高周波変圧器 T r の 1 次、 2 次磁性 コ ア 間の間隙は極力小さ く 採 り 、 エ ア ギ ヤ ッ プの介在に よ る 損失を減 ら す よ う に す る 。

ま た 1 次、 2 次 コ ア は 同軸上で相対的 に 回転 し て も 、 そ の回転の等価電気的周波数が上述の高周波励磁周 波数以下であれば実質上磁界分布の乱れは な い ため、 回転時 も停止時 も 、 電力伝送特性に変化を生 じ な い。

図 1 6 は、 本発明の第 3 実施例の無接触信号伝送装 置の構成を示 し 、 （ A ) . ( B ) は、 回転部か ら 固定 部へ信号を伝送す る 場合 に お け る 装置の平面図 ， 側面 図 をそ れぞれ示 し 、 （ C ) は固定部か ら 回転部へ信号 を伝送す る 場合の装置の模式的 な説明図で あ る 。

本実施例 は 、 固定部 と 回転部の間で信号を伝送す る ため に光フ ァ イ バの分岐機能を用 い た例で 、 発光素子 1 6 1 と 光フ ァ イ バ群 1 6 2 は 、 信号を送信す る 送信 側 に 固定さ れ、 受光素子 1 6 3 は信号を受信 し て処理 す る 受信側 に 固定さ れ る 。 こ こ で発光素子 と は 、 電気 信号を光信号 に変換す る 電気 · 光変換素子で 、 受光素 · 子 と は光電変換素子で あ る 。 発光素子 1 6 1 と し て は 光フ ア イ バの伝送減衰を生 じ な い波長領域 に 出力 ピー ク を有す る 赤外発光ダイ オ ー ド 、 レーザダイ オ ー ド の いずれで も良い。 伝送すべ き デ ジ タ ル信号は 、 パ ルス 列の形で 、 あ る い は シ リ ア ル変換さ れ、 高速駆動回路 に よ る 発光素子 1 6 1 の電気 · 光変換 に よ っ て光パル ス信号 と な る 。 光フ ァ イ バ群 1 6 2 の入射端は発光素 子 1 6 1 に光学的 に接合さ れて い る ので 、 発生 し た光 ノ ルス は光フ ア イ ノ 群 1 6 2 に よ っ て 同図の様 にガイ ド お よ び分岐さ れる 。 光フ ァ イ バ群 1 6 2 の 出射端は 回転部の回転軸心 1 6 0 に 関 し て 回転対称 に分布す る よ う に構成ざれて い る ので、 発光素子 1 6 1 か ら 出射 さ れた光信号は 、 光フ ァ イ バ群 1 6 2 の 出射端 に おい て 、 回転軸心に 関 し て 、 ほぼ回転対称の強度分布 に な る 。 し たがっ て 、 回転部か ら 固定部への伝送 に お いて は 、 同図 （ A ) に示さ れて レヽ る よ う に 回転軸心周辺の 電気配線ゃ フ ア イ バ配線 に よ っ て光路が妨げ られない 様 に軸'心か ら放射状 に 、 し か も 固定部の受光素子が回 転角度に 関係な く 一定の位相 と ゲイ ン で光パルス を捕 捉で き る に充分な数で光路分岐が行われ る 。

—方、 固定部か ら 回転部への伝送 に お いて は、 同図 ( B ) の様に 、 入射端が固定部の発光素子 に結合さ れ た フ ァ イ バ群 1 6. 2 の 出射端は、 回転軸上 に取 り 付け ' ら れた受光素子を取 り 囲む様に分布配置さ れ、 回転角 度に よ らず受光素子 に は いずれかの フ ァ イ バの 出射端 か ら一定の位相 と ゲ イ ン で光パルス が届 く 様 に さ れて レヽ る 。

な お 、 図 1 6 で は構造上実現 し やす い様 に 固定部を 外側、 回転部 （ 回転軸） を 内側 と し たが、 こ れは そ の 逆、 す なわ ち 固定部を 内側、 回転部を外側 に し て も よ い

図 1 7 は、 本発明 の第 4 実施例の無接触信号伝送装 置の構成図で 、 （ A ) は回転部か ら 固定部へ信号を伝 送す る 場合の装置の構成を説明す る 模式図で 、 （ B ) , ( C ) はそれぞれ、 固定部か ら 回転部へ信号を伝送 す る場合の装置の平面図お よ び断面図を示す 。

こ の装置は、 回転軸心 に 関 し て 回転対称に分岐さ れ て レヽ る 光フ ァ イ ノ '群 1 7 2 を備え て い る 点に お いて図 1 6 の装置 と 同様で あ る が、 光 フ ァ イ バ群 1 7 2 の収 束さ れた端部は 出射端 に な っ て いて受光素子 1 7 3 と 光学的 に結合 し 、 分岐端は入射端 に な っ て発光素子 1 7 1 と 対向 し 、 分布 し て い る 複数の フ ァ イ バ端の いず れか （複数の発光素子を 同時使用 し て も よ い ） で発光 素子の 出力光を捕捉で き る よ う に 、 発光素子が配置さ れて い る 点が図 1 6 と 異な る 点で あ る 。 し たが っ て 、 図 1 7 の装置は 、 図 1 6 の装置の よ う に 回転対称の光 信号を生成 し な い けれ ど 、 回転部が回転 し て も 、 同 じ 光源か ら の光信号が受光素子 にガイ ド さ れる 。 そ の結 果、 受光素子 1 7 3 の出力は 、 回転部の回転角 に対 し て 、' ほ ぼ回転対称の特性を も つ信号 に な る 。 こ の場合 に お いて も 、 発光素子 と 受光素子はそ れぞれ送信側、 受信側 に 固定さ れる 。 し か し 、 光フ ァ イ ノ、'群 1 7 2 は 受信側 に 固定さ れる 。

図 1 8 は本発明 の第 5 実施例の無接触信号伝送装置 の構成を説明 す る 平面図で 、 （ A ) は回転部か ら 固定 部へ信号を伝送す る 場合を示 し 、 （ B ) は固定部か ら 回転部へ信号を伝送す る 場合を示す 。

本実施例 に お いて は、 2 つ の 同心円 の間 に挟ま れた 環状平面の形状を も つ面発光体 （平面電気 · 光変換素 子） 1 8 1 が用 い られ、 こ の面発光体 1 8 1 は、 回転 軸心 1 8 0 と 同軸 に す なわ ち 、 前記同心円の中心を通 り 、 該同心円 に垂直な直線が回転軸心 と 一致す る よ う に配置さ れる 。 し たがっ て 、 面発光体 1 8 1 に 印カロさ れた電気信号は 、 回転軸心 1 8 0 に 関 し て 回転対称の . 光信号 に変換さ れる 。 図 1 8 ( A ) , ( B ) の いずれ の場合 に も 、 面発光体 1 8 1 は送信側 に配置.さ れ、 受 光素子 （ 光電変換素子 ） 1 8 3 は 受信側 に 配置 さ れ る 。 し たがっ て送信側か ら送信さ れた信号は、 回転部 の 回 転 に よ っ て 変化 し な い電気信号 と し て 受光素子

1 8 3 か ら 出力 さ れる 。

図 1 8 の装置は 、 図 1 6 の光 フ ァ イ ノ 群 に よ る ガイ ド 、 分岐を適用 し た装置の発展形態で あ り 、 面状光学 素子 （ こ こ で は面発光体の場合） 1 8 1 で し か も高速 応答特性を有す る も のが得 ら れた場合の構成であ る 。 こ の構成で は、 面状光学素子 自 体 に ガ イ ド お よ び分岐 機能があ る の で 、 極めて容易 に 図 1 6 の装置 と 同様な 効果が得 ら れる 。 ま た、 素子が面状受光体で あ っ て も 同 じ 様な構成に し う る こ と は言 う ま で も な い。

以上は光学系の構成につ いて の説明 で あ る が、 実際 に は こ れ に加え て 多回転体、 高速回転体に ど の様にパ ヮ を供給す る か と い う 問題が残っ て い る 。 す なわ ち回 転部の発光素子お よ び受光素子の駆動用 に電源供給が 必要であ る が上記の様に信号伝送を接点を用 い な い方 法で行 う こ と を前提 と し て レヽ る ので従来のス リ ッ プ リ ン グの様な接点式の電源供給を行 う こ と はで き な い。

図 1 9 は、 本発明 の第 6 実施例の無接触信号伝送シ ス テ ム の構成を示す。 本実施例の伝送 シ ス テ ム は 、 2 チ ャ ネ ルの無接触信号伝送装置 と 図 1 4 の ポ ッ 卜 コ ア 型電力伝送装置お よ びそ の周辺装置で構成さ れて い る 。 2 チ ャ ネ ルの信号伝送装置は、 第 3 実施例 （ 図 1 6 ) お よ び第 4 実施例 （ 図 1 7 ) の装置で あ る 。 回転体 2 0 0 に は、 発光素子 と 光フ ァ イ バ群で成 る 発光部 （ 電気 · 光変換部） 2 0 1 と 、 受光素子 と 光フ ァ イ バ群 と で成 る 受光部 （光電変換部） 2 0 2 が固定さ れて い る 。 発光部 2 0 1 、 受光部 2 0 2 に供給す る 電力 は、 'ポ ッ ト コ ァ型電力伝送装置 2 0 3 、 .整流平滑回路 2 0 4 を経由 し て高周波ィ ン ノ 一 夕 2 0 5 か ら発光素子駆 動回路 2 0 5 、 受光素子駆動回路 2 0 6 に伝送さ れる 。 駆動回路 2 0 5 は 、 回転体上の情報 D 1 に応答 し て 発光部 2 0 1 を駆動 し 、 光信号を発生さ せ る 。 固定部 の受光素子 2 0 7 は 、 光信号を電気信号 D 1 に変換す る 。 逆に 、 固定部の情報 D 2 は発光素子 2 0 8 に よ つ て光信号に変換さ れ、 当該光信号は受光部 2 0 2 に よ つ て電気信号 に変換さ れ、 駆動回路 2 0 6 か ら 出力さ れ る 。

図 2 0 は、 本発明 の第 7 実施例の無接触信号伝送装 置の発光素子群 と 受光素子の配置の一例 を示す図で、 ( A ) は回転テーブル 2 1 0 上か ら 固定部へ電気信号 を送信す る 場合の配置を示 し 、 （ B ) は固定部か ら回 転テーブル 2 1 0 上へ電気信号を送信す る 場合の配置 を示す。 いずれの場合 に も 電気信号を光信号 に変換す る 電気 · 光変換素子群は送信側 に配置さ れ、 回転軸の 軸心に 関 し て 回転対称の位置 に 固定さ れ、 光信号を電 気信号 に 変換す る 光電変換素子 は受信側 に 固定 さ れ る 。

一般に 、 電動機制御用 の指令信号 （位置、 速度、 卜 ル ク 指令） や フ ィ ー ド ノ 、ン ク 信号 （例 え ばロ ー タ リ エ ン コ ーダのパルス信号） につ いて は 、 高速の リ ア ル夕 ィ ム伝送が必要で あ る 。 こ の ため 、 発光素子 と し て レ 一ザや高速 L E D の様な電気 · 光変換素子 と 、 受光素 子 と し て高速応答フ ォ 卜 ダイ オー ド ゃ フ ォ 卜 卜 ラ ン ジ ス 夕 の様な光電変換素子を用 い た光力 プ リ ン グ に よ る 信号伝送装置に よ っ て行われ る 。 こ の伝送装置は 、 回 転 に よ っ て信号伝送が途切れた り 、 位相や振幅の変化 が生 じ な い よ う に 、 す なわち 、 回転位置に よ る 伝送指 向性を持た な い よ う に構成さ れて い る 。 図 2 0 ( A ) の実施例で は 、 回転軸心 に垂直な平面内の 円周方向に 等間隔に 1 6 個の L E D が直列 に接続さ れて配列 さ れ 、 図 2 0 ( B ) で は 2 2 個の直列 L E D 2 1 1 が配列 さ れて レヽ る 。 直列 L E D の両端は 、 送信 し ょ う と す る デジ タ ル信号の信号源に接続さ れ る 。 光電変換素子 2 1 2 と し て フ ォ 卜 ダイ オー ド が L E D と ほぼ同一の平 面内 に 、 L E D か ら半径方向 に少 し離れて配置さ れ、 図 2 0 で は、 3 個の L E D か ら 出射さ れる 光信号がフ ォ 卜 ダイ オー ド 2 1 2 に受光さ れ る 。 電気 · 光変換素 子群 2 1 1 を構成す る 各素子は応答特性の ば らつ き の 少い も のが使用 さ れ る 。 図中、 K 、 A は そ れぞれカ ソ — ド 、 ア ノ ー ド で あ る 。 回転部の配線は、 回転軸中空 部 2 1 3 を経由 し て行われ る 。

以上、 第 3 実施例か ら第 7 実施例 ま で は 、 回転部 と 固定部 と の間の信号伝送を光の媒介 に よ っ て行 う 光結 合信号伝送装置で あ る が、 第 1 お よ び第 2 実施例 お よ び前掲の ポ 、ソ 卜 コ ア型電力伝送装置 と 同様の構造の分 割型高周波変圧器を用 い て電磁誘導 に よ っ て信号を無 接触で伝送す る こ と がで き る 。 こ の場合 に は分割型高 周波変圧器は 、 小電力であ る が、 伝送す る 信号の波形 に応 じ た周波数特性を も つ よ う 構成さ れる 。 以下の記 載 に お いて無接触伝送装置を 力 ブ ラ と 記 し 、 光を用 い た無接触信号伝送装置を光力 ブ ラ と 記 し 、 電磁誘導を 用 い た無接触信号伝送装置を電磁誘導通信力 ブラ と 記 す 。

本発 明 の 無接触信号伝送装置 を 用 い る こ と に よ つ て 、 接点を全 く 有せず信頼性の高い信号伝送シ ス テ ム が安価 に構成さ れ、 相対的 に 多回転す る 部分の間での 情報伝送を可能 に す る 方法が実現さ れる 。 そ し て こ の 方法は 、 車両や工作機械な ど の高速多回転主軸の先端 情報の フ ィ 一 ド バ ッ ク ゃ軸先端への指令情報伝送を始 め と し て 、 回転体 と 固定部の間で信号伝送を必要 と す る あ ら ゆ る 用途への適用 が可能で あ り 、 安定性、 信頼 性の観点か ら従来の ス リ ッ プ リ ン グ方式に と っ て かわ る 有効な も の と な り 自動化産業 に貢献す る こ と がで き る 。

図 2 1 は 、 本発明の第 8 実施例の構成を図示 し た も ので 、 主軸電動機 （ あ る い は さ ら に広 く 一般の電動機 ) 筐体内 に 、 電力伝送部お よ び信号伝送部を組み込ん だ例で あ る 。 図 2 2 は信号取出線、 電力取出線の軸端 か ら の取出 し 方を説明 す る 図で 、 （ A ) , ( B ) はそ れぞれ中空部穴お よ び溝 に よ る 取出 し を表わす 。 同図 に お いて 、 固定子 2 2 3 と 回転子 2 2 4 で構成 さ れる 電動機の筐体内部 に は、 軸受 に近接 し て 固定側 に配置さ れる 高周波電磁誘導 コ ア の 1 次側 コ ア 2 2 1 と 、 こ れに対向 し て あ る 間隙を経て 、 回転軸 2 2 0 に 設け た 2 次側 コ ア 2 2 2 があ り 、 こ の 1 次お よ び 2 次 コ ア が前述の分割型高周波変圧器を形成 し て い る 。 1 次側 コ ア 2 2 1 の巻線は ト ル ク （動力 ） 伝達部の 固定 子 2 2 3 と 同様 に 、 電力線を通 し て励磁さ れ、 2 次側 コ ア の巻線出力は、 回転軸 2 2 0 上の溝 2 3 1 な い し 中空部穴 2 3 0 を通 し て配線 し た電力取出 し 線 2 2 9 を経て 、 回転軸先端へ と 取出 さ れる （ 図 2 2 参照） 。 こ れ ら電力伝送部お よ び動力伝達部 （一括 し て パ ヮ伝 送部） に対 し て 、 反負荷側 に は 、 軸受を経て情報伝送 部が配置さ れる 。 2 2 5 , 2 2 6 は 、 そ れぞれ信号伝 送の ため の光あ る い は高周波電磁誘導力 ブ ラ を形成 し 、 一方は固定側 に 、 他方は回転軸側 に設け ら れ、 必要 に応 じ て送信部あ る い は受信部の いずれ と も な り 得る 。 ま た軸端 に設け られ る 電気負荷 と の信号授受は 、 回 転軸上の溝 2 3 1 な い し 中空部穴 2 3 0 を通 し て配線 し た信号取出 し線 2 2 8 を経て行われ る （ 図 2 2 参照 ) 。 図 2 1 に は、 信号カ プラ 2 2 5 , 2 2 6 が複数べ ァ設け ら れて い る が、 こ の場合 に は 、 そ れぞれのペア が他のペ ア か ら の.光信号、 電磁誘導信号の漏れ （ リ ー ' ク ） の影響を受け な 'いよ う に'遮蔽を行 必要があ る 。 特に 、 複数の光学的力 ブラ を用 い 、 し か も 個 々 の カ ブ ラ の応答スぺ ク 卜 ラ ム の ピー ク 波長がそれぞれ大 き く 異な る 場合は、 前記の遮蔽を必要 と し な い 。 ま た 、 電 動機 に 内蔵 さ れて い る 従来の電動機用 セ ン サ （ 例 え ば、 位置検出用エ ン コ ーダ） 2 2 7 の電源は 、 前記の 信号力 ブラ の駆動電源 と し て共用 す る こ と も 可能であ り 、 さ ら に 、 力 ブ ラ 出力の波形整形な ど の信号処理も 従来のセ ン サの信号処理部で一括 し て行 う こ と も で き る 。

図 2 3 およ び図 2 4 は、 同様な発想に よ り 減速機筐 体内 に電力伝送部 と 信号伝送部を組み込ん だ第 9 、 第 1 0 実施例で あ り 、 それぞれ入力軸 と 出力軸が同軸 と な っ て いな い場合 （ 図 2 3 ) と 、 入力軸が同軸配置に な っ て い る 場合 （ 図 2 4 ) であ る 。 図 2 3 に つ いて説 明 す る 。 電動機 2 4 7 の回転は、 筐体内の歯車列 2 4 1 を介 し て 出力軸 2 4 2 に減速 し て伝達さ れる 。 出力 軸 2 4 2 は減速機筐体の両側部の軸受で両持ち支持さ れて お り 、 .そ の間 に分割型高周波変圧器の 2 次側 コ ァ 2 4 1 及び信号力 ブラ の受信部 2 4 6 と が取付け られ 、 そ れぞれの取出 し線 2 4 8 . 2 4 9 は出力軸 2 4 2 上の溝な い し 中空部穴内 に配線さ れて 出力軸先端 に設 け られる 電気負荷 に 向 け て導出 さ れる 。 ま た筐体内面 に は 、 分割型高周波変圧器の 1 次側 コ ア 2 4 3 及び信 号力 ブラ の送信部 2 4 5 が、 出力軸側の 2 次側 コ ア 2 4 1 及び受信部 2 4 6 に 間隙を置い た位置 に対向 し て 取付け られて い る 。 ま た図 2 4 につ いて は、 入出力軸 が同軸配置で あ る こ と と 、 変速段 と し て ハーモニ ッ ク ギ ア （歳差歯車） を用 い た こ と が図 2 3 と 相違す る だ けであ る 。 作用 は いずれ も 電動機 に組み込ん だ場合 と 同様で 、 出力軸上 に電力伝送部 と 信号伝送部が取付け ら れ、 こ れ ら の配線 2 5 8 , 2 5 9 が出力回転軸上の 溝な い し は 、 中空部穴を通 し て先端 に設け た電気負荷 に取出 さ れる （ 図 2 2 ) 。 なお、 電力伝送部 と 信号伝 送部の軸上位置の順序は入れ替え て も構わ な い。

こ の よ う に し て形成 し た電力お よ び信号の 出力軸端 ま での伝送が可能な電動機あ る い は 同様な効果を有す る 減速機ユニ ッ ト を使い 、 こ れ ら の回転出力軸端 にて 電動機を始め と す る 電気負荷 に電力信号を伝送 し て 、 そ れ ら を駆動す る 方法は次の と お り であ る 。

電気的な負荷 と し て光や温度を発生さ せ る も の の場 . 合は、 いずれ も実効値負荷 と な る ため 、 軸端部取出 し 高周波電圧を そ の ま ま 負荷 に供給すれば よ い 。 ま た、 高周波電動機を駆動す る 場合 も 軸端部取出 し電圧をそ の ま ま 加えればよ い 。 し か し 一般の電動機負荷の場合 は、 直流な い し は 、 よ り 低周波領域で動作す る た め図 2 5 のよ う に軸端の先に高周波整流回路 2 6 3 ( ダイ オー ド お よ び L C フ ィ ル タ か ら な る ） を挿入 し て一度 直流電圧 に変換す る 必要があ る （第 1 Γ実施例 ） 。 そ の後 こ の直流電圧か ら （ 1 ) 直接直流電動機 2 6 4 を 電圧制御す る 、 （ 2 ) ト ラ ン ジ ス タ な どノ、' ヮ ス ィ ッ チ 素子プ リ ッ ジ 2 6 5 を通 し て負荷 2 6 6 を制御す る と レヽ う 形が採 ら れる 。

こ の よ う に し て 直流電動機、 同期電動機、 誘導電動 機の いずれ も が回転軸端 よ り 先に て制御さ れる が、 特 に従来か ら あ る 電動機 コ ン 卜 ロ ー ラ のすべて を軸端に 搭載す る 必要は な い。 そ れは先述の よ う に信号伝送 （ 入力、 お よ び出力用 ） が電動機、 減速機な ど の固定側 か ら無接触伝送 に よ り 出力軸端 ま で な さ れて い る ため であ り 、 例え ば軸端よ り 先に取付け ら れ る 電動機に搭 載さ れ た検出器 にて得 ら れる 位置情報、 速度情報を こ の伝送チ ャ ネ ルに よ り 固定側 に返 し 、 ト ルク 指令情報 を別の信号伝送チ ャ ネ ルに よ り 固定側か ら軸端側 に与 えれば、 電動機制御の う ち位置お よ び速度制御を 固定 側 に お レヽ て行レヽ、 ト ル ク 制御を軸端 よ り 先に て行 う こ と がで き る 。 こ の よ う に し て 、 軸端 よ り 先に取付 く 制 御部の重量や物理的な大 き さ を減 ら す方法 も採る こ と が可能 と な る 。

軸端 よ り 先の制御部お よ び検出器の電源は 、 先述の 整流後の伝送電力か ら 図 2 6 の形で 自動電圧調整器 （ A V R ) 2 7 3 を通 し て安定化さ れた後に供給さ れる (第 1 2 実施例 ） 。

以上は 、 軸端 よ り 先に電気負荷を と り 、 伝送竃カを' 用 いて仕事を さ せ る 場合を 中心 に 、 述べ た も ので あ る が、 軸端 よ り 先に小電力 を力 [1え （ あ る レヽ は場合 に よ つ て は電力を与え な く て も ） 検出器を動作さ せ、 こ の信 号を 固定側 に伝え る と い う 限定 し た用途に も 本発明は 有効で あ る 。 こ の場合、 先述の電力伝送部は極めて小 さ く （ あ る い は無 く ） す る こ と がで き る 。

ま た 図 2 1 、 図 2 3 お よ び図 2 4 で は高周波誘導電 力伝送は 、 単相 に よ っ て行われて レゝ る が、 こ れを （ 1

) 伝送電力増大の ため 、 （ 2 ) 高周波電動機ゃ ス テ ツ ビ ン グ電動機な ど の 直接制御の た め 、 （ 3 ) 整流回路 の負担を減 ら す ため、 の いずれか、 あ る い は複数の理 由 に よ り こ れを 多相化す る こ と も有効で あ る 。

以上の よ う な電力お よ び信号伝送要素を電動機あ る い は減速機内 に組み込んで一体化 し 、

( 1 ) 軸受け 間 に こ れ ら 回転部分 （特 に重量の重い 電力伝送部） を組み入れ る こ と に よ っ て 出力軸回転振 れの発生を抑え 、

( 2 ) 無接触電力伝送部 に お け る 間隙の管理お よ び .

、 間隙の雰囲気管理 （ ゴ ミ な ど の介在防止） を し やす く し 、

( 3 ) 特 に 、 光力 ブラ に よ る 信号伝送部 も 従来の光 学式エ ン コ ーダ と 同様な形で雰囲気管理 し 、

( 4 ) 電動機 に組み込む場合は従来の電動機の ト ル ク 発生部 と 上述の電力伝送部を一.括 し て パ ヮ 伝達部 と し て ま と め 、 従来の電動機の光学式エ ン コ ーダな どセ ン サ部 と 上述の信号伝送部を一括 し て雰囲気管理す る こ どに よ り 合理的 な構成が実現で き る 。

第 8 〜第 1 2 実施例は 、 上述の よ う な ロ ボ ッ 卜 ァー ム各軸関節や工作機械 （特に主軸先端の駆動） な ど精 密な電動機制御応用分野のみ に留 ま ら ず 、 回転部分を 経 た電力供給や情報授受を必要 と す る あ ら ゆ る 分野で 、 従来か ら有線方式ゃ ス リ ッ プ リ ン グを用 い て疲労や 摩耗な ど の問題を生 じ て い た総て ア プ リ ケー シ ョ ン を も 含む。

本発明 に よ り 、—従来で き なか っ た回転部を経由 し た 電力伝送や信号伝送が可能 と な り 、 し か も そ の た めの 無接触伝送部を電動機や減速機の中 に取込み （特 に電 動機に 内蔵す る 場合 ） 従来の動力伝達部 と 電力伝送部 と を一括 し て パ ヮ 伝送部の形で扱い 、 セ ン サ部 と 信号 伝送部を一括 し て情報伝送部の形で扱 う こ と に よ っ て 、 回転部の機構を安定化す る と と も に 、 こ れ ら伝送部 を外部環境か ら絶縁 し て 間隙お よ び雰囲気管理がで き る よ う に な る 。

ま た 出力軸の溝部あ る い は中空部穴を通 し て電力伝 '送、 情報伝送の配線を行 う こ と に よ り 配線処理が動力 伝送 に影響を与え る こ と な く 行え る と と も に 、 軸受を 経て接地さ れて い る 出力軸 に よ る シ ー ル ド 効果 も 期待 で き 、 外部 に'放出 す る ノ イ ズお よ び外部か ら受け る ノ ィ ズの影響を飛躍的 に下げ られる 。

ま た本発明 を用 いれば、 回転部を経由 し て軸端か ら 検出器情報 も得 る こ と がで き る た め、 従来の メ カ 二力 ルな動力伝達 （例 え ば図 4 ) と 組み合わせ 、 そ の制御 に も使 う こ と も で き る 。

こ の よ う に し て構成 し た電力お よ び信号伝送機構内 蔵の電動機あ る い は減速機を複数組み合わせて 用 いれ ば、 容易 に配線が無 く かつ各軸毎が簡単 に着脱、 交換 可能な機械 （工作機、 ロ ボ ッ 卜 ） が構成で き る 。

次に 、 本発明 の第 1 3 実施例の主軸先端情報伝送装 置 につ いて記す 。 本実施例で は 、 高周波電磁誘導を利 用 し た無接触電力伝送 と 、 同 じ く 高周波電磁誘導あ る い は光力 ブラ に よ る 情報伝送を組み合わせ 、 主軸先端 情報のセ ン シ ン グお よ び伝送を実現す る 。

図 2 7 は本実施例 に お け る 無接触の電力お よ び情報 の伝送につ いて原理的 な構成を示す 。 同図 に お いて分 割形高周波変圧器 T r 構造の電力力 ブ ラ 2 8 3 は図中 に示す様に主軸ュニ ッ 卜 の中 に 内蔵さ れ る か 、 あ る い は主軸先端 に取付け られる 。 同図左側の 固定部 に は、 高周波ィ ン バー タ 2 8 1 お よ び情報受信回路 2 8 2 が 設置さ れて い る 。 高周波イ ン バー タ 2 8 1 か ら 出力さ れた電力 は .， 電力力 ブラ 2 8 3 を経由 し て 回転部へ伝 送さ れ、 整流平滑回路 2 8 6 、 安定化回路 2 8 8 に よ つ て整流安定化さ れ た後、 検出端 （ セ ン サ ） 2 8 9 へ 、 電源 と し て供給さ れる 。 力 ブ ラ 駆動回路 2 8 7 は、 安定化回路 2 8 8 の 出力 に よ っ て電源が与え ら れ、 検 出端 2 8 9 か ら 出力さ れ る セ ン サ情報 S _T に応答 し て 光力 ブラ 2 8 4 お よ び電磁誘導通信力 ブラ 2 8 5 を駆 動す る 。 情報受信回路 2 8 2 は 、 光力 ブラ 2 8 4 、 電 磁誘導通信力 ブ ラ 2 8 5 の 出力 （ 固定側） を受け と り 、 こ れを処理す る 。 図 2 8 は主軸ユニ ッ ト の中 に 内蔵 す る 場合の高周波変圧器 T r 構造を示 し 、 ポ ッ 卜 コ ア タ イ プの高周波磁性体の突 き 合わせ に よ る 電磁誘導を 介 し て電力伝送が行われる 。 こ の場合 に は 、 2 次側ポ 、ソ ト コ ア 2 9 2 は 、 主軸 2 9 0 に 同軸 に 固定さ れ、 主 軸 2 9 0 は タ イ ミ ン グベル ト 2 9 6 を介 し て主軸モ ー 夕 2 9 7 に よ っ て駆動さ れ る 。 1 次側ボッ ト コ ア 2 9 1 は 主軸 モ ー タ 2 9 7 に 固定 さ れて レヽ る 。 1 次巻線 2 9 3 が励磁さ れる と 、 1 次、 2 次ポ ッ ト コ ア を介 し て 2 次巻線 2 9 4 に誘起さ れた誘導起電力は 、 2 次巻 線 リ ー ド 2 9 5 に よ っ て工具 2 9 8 の先端に伝達さ れ る 。

図 2 9 は 、 電力力 ブラ の高周波変圧器 T r 構造を主 軸先端 に取付け た場合を示 し 、 （ A ) は取付け位置を 説明す る 模式図で 、 （ B ) は 、 電力力 ブラ の 、 工具側 か ら見た配置を示す平面図で あ る 。 電力力 ブラ は、 実 施例 1 と 同型で 、 U字形 コ ア 3 0 1 は固定部に 固定さ れ、 U字形 コ ア 3 0 1 と 共に磁気回路を形成す る 、 高 周波磁性体の コ ア リ ン グ 3 0 3 は主軸 2 0 9 の先端'周 縁 に 、 主軸 2 9 0 と 同軸 に 固定さ れ る 。

いずれの構造に お い て も T r の 1 次巻線 2 9 3 は固 定側で あ り 、 高周波励磁さ れ 2 次側 に巻線比 に相 当す る 高周波電圧を生 じ る 。 2 次巻線を配置 し た 2 次側は 主軸側 に取 り 付け ら れて い る た め 、 1 次側 に対 し て主 軸回転速度分の相対速度で 回転 し て い る 。 図 2 8 、 図 2 9 の場合の いずれ も 主軸の 1 回転の内の 1 次巻線 と 2 次巻線間のギ ャ ッ プ長が変化 し な い様な構造に し て お く 。 こ こ で高周波励磁を 1 0 k H z 以上の高周波で 行え ば、 電気角 に換算 し た主軸最高回転周波数 に比べ て充分 に高 く な り 、 主軸が高速回転 し て も 1 次及び 2 次巻線高周波磁性 コ ァ の相対ギ ヤ ッ ブが変化 し な い構 造の も と で は磁界分布 に実質的 な乱れを生ぜず、 安定 な電力伝送が行われる 。

ま た本来、 検出器用 の電源は そ の電圧が充分 に安定 し て レヽ る こ と が必須条件で あ る た め 、 図 2 7 に示さ れ て い る 様 に 2 .次巻線誘導高周波電圧を整流平滑 し て得 ら れ る 直流電圧は安定化回路を通 し たの ち検出器 に加 え ら え る 。 こ の電力 に よ り 、 検出器 （ セ ン サ ） は主軸 先端回転部の物理諸量の検出 を行いセ ン サ情報を発生 す る 。 そ し て 同セ ン サ情報 （信号） がパルス列のデジ タ ル信号で あ る 場合は 、 こ れを増幅 し た の ち後述の信 号伝送回路 にそ の ま ま 入力す る 。 一方、 · ア ナ ロ グ信号 で あ る 場合は 、 図 3 0 に示さ れて レヽ る よ う に 、 高速回 転部 （電力力 ブ ラ 部） を経由 し て主軸先端 に送 ら れる 電圧、 す なわ ち安定化回路 2 8 8 の 出力電圧に よ っ て 作 ら れる 三角波キ ヤ リ ァ信号を変調す る パルス 幅変調

( P W M ) に よ っ て こ れ も パルス列信号 に変換さ れる 。 と く に検出 ア ナ ロ グ信号が正負両極性 に変化す る場 合は 、 三角波 も両極性 と す る 必要があ る が、 そ の場合 は主軸先端の電源回路の簡素化の た め に 図 3 1 に示さ れて い る 様な 2 次巻線 と 整流回路の構成が採用 さ れて い る 。 図 3 0 の装置は、 図 2 7 の装置 に P W M変調回 路 3 1 1 が付加さ れた装置で、 V + , V - は正負両極 性 に変化す る 三角波を生成す る た めの電圧であ る （図

3 1 参照） 。 P W M変調回路 3 1 1 は三角波キ ャ リ ア 信号を ア ナ ロ グセ ン サ情報 S τ で変調 し て P W M変調 波 S p _{W M} を生成す る 。 図 3 1 は、 正負両極性 に変化す る 三角波を生成す る ため に必要な正、 負電圧を発生す る 整流 · 安定化回路 （ 図 3 0 の整流平滑回路 2 8 6 と 安定化回路 2 8 8 に該当 ） のブロ ッ ク 図で あ る 。 こ の 回路 に お いて は 、 電力力 ブラ を構成す る 分割型高周波 卜 ラ ン ス 3 2 1 の 2 次巻線は中間 タ ッ プを も ち 、 そ の 中間 タ ッ プは回転部の グラ ウ ン ド 電位 に接続さ れて い る 。 分割型高周波 ト ラ ン ス 3 2 1 の 出 力 は 、 ダイ ォー ド D ！ , D 2 、 キ ヤ ノ シ タ C i , C 2 で整流、 平滑さ れた後、 電圧安定化用 レ ギ ユ レ一 夕 A V R 1 ， A V R 2 , A V R 3 で 安定ィ匕 さ れ、 出 力 キ ヤ ノ シ タ C ₃ , C 4 , C 5 を経 て 出 力 さ れ る 。 電圧 は 、 検 出 器 2 8 9 の電源 と し て 用 レヽ ら れ、 V + , V - は前記の よ う に P W M変調回路 3 1 1 に入力 さ れ る 。

こ の様に し て パルス信号 と な っ た検出器信号は 、 前 記のパ ヮ 伝送用変圧器 T r の中央部あ る い は外側を経 由 し て高速回転部を越え て光パルス伝送、 あ る い は高 周波誘導伝送に よ つ て非接触で固定側 に伝え られる 。 固定側で は、 光あ る い は高周波パルス を受け て必要に 応 じ て デジ タ ル ♦ ア ナ ロ グ変換す る 。 特 に P W M変調 し た信号は、 固定側で ロ ーパス フ ィ ル タ を通過さ せ る だけ で ア ナ ロ グ信号 に復調す る こ と も可能で あ る 。

検出器信号が複数チ ャ ン ネ ルで あ る 場合は、 チ ャ ン ネルの数の情報伝送路を 図 3 2 の様な 同軸配置 （ こ れ は光伝送を用 い た例 ） で構成す る か、 あ る い はマ イ ク 口 コ ン ピ ュ ー タ を 2 次側即 ち主軸先端 に取 り 付け 、 チ ャ ン ネ ル番号を添え て デー タ の形で単一情報伝送路で 複数デー タ を送 る こ と に よ っ て信号を伝送す る こ と が で き る 。 図 3 2 は 3 チ ャ ン ネ ルの光力 ブ ラ で 、 （ A ) は 発光部 、 （ B ) は 受光部 を 示 す 。 発光部 3 3 1 , 3 3 2 , 3 3 3 は回転軸 3 3 0 に 同軸 に配置さ れ、 各 々 の間 に は 、 光 し ゃ へ い体 3 3 5 が設置さ れて い る 。 発光部 3 3 1 〜 3 3 3 は 、 実施例 3 , 5 , 7 に 開示さ れて い る 電気 · 光変換部の いずれを も 用 い る こ と がで き る 。 受光素子 3 3 6 . 3 3 7 , 3 3 8 は 、 回転車由 3 3 0 が軸受け 3 3 9 に嵌合 し て レヽ る と き に 、 発光部 3 3 1 , 3 3 2 , 3 3 3 に そ れぞれ対向す る 位置 に配 置さ れて レヽ る 。

本実施例 に よ り 、 従来は 出来なか っ た主軸上お よ び 主軸先端情報の入手が可能 と な り 、 主軸が回転 し て い る 状態で のオ ン ラ イ ン状態監視がで き る 様に な る ばか り で無 く 、 主軸先端の情報の フ ィ ー ド ノ ッ ク に よ り 従 来の開ループ制御を閉ル一プ制御 に替え る こ と が可能 と な る 。

図 3 3 は主軸 に取付け た ボー リ ン グ径可変のィ ン フ イ ー ド 刃具 3 4 0 に お け る 刃先寸法を リ モー ト 測定す る と い う 事例で あ る 。 こ れは図中 に示す様 に 、 主軸 と 同軸の動力伝達用 同軸 シ ャ フ ト 3 4 1 を 、 主軸ュニ ッ 卜 3 4 3 中 に取付け られて レヽ る 中空 タ イ プ主軸の中 に 通 し 遠方 よ り 傘歯車 3 4 2 a . 3 4 2 b な ど の機構を 経由 し てサーボ モー タ の動力 を伝え 刃物台 3 4 4 上に て 刃先を 直動さ せて ボー リ ン グ径を変化さ せ る 構造で あ る が動力源のサーボモー 夕 か ら 、 こ の様 に複雑な機 構を経て 刃物を直動さ せて レヽ る た め刃先寸法は開ルー プ制御 と な っ て い る 。 従っ て 、 刃先寸法は加工の度ご と に主軸の回転を止めて作業者がス ケールを用 い て そ の都度計測 し て確認せざ る を得な い 。 こ れに対 し て 、 刃先寸法を主軸の よ り '先の部分で リ ニ ァ ズ ケール 3 4 5 な ど に よ っ て計測 し 、 本発明 に よ り そ の値を 固定に フ ィ ー ド ノ^: ッ ク す る こ と に よ り 、 主軸を回転さ せ なが ら リ モー ト 刃先寸法計測がで き る た め 、 イ ン プロ セス に て ボー リ ン グ径を閉ル一プ制御 に て変化さ せ る こ と がで き る 。 図 3 3 の リ ニ ア ス ケール 3 4 5 、 信号処理 通信回路 3 4 8 の電源は 、 ポ ッ ト コ ア型電力力 ブ ラ を 経由 し て整流平滑回路 3 4 7 に よ っ て供給さ れ る 。 信 号処理通信回路 3 4 8 は 、 リ ニ ア ス ケール 3 4 5 の出 力 をパルス列 に変換 し 、 発光素子 3 4 9 a 、 受光素子 3 4 9 b で成 る 光力 ブラ 3 4 9 を経由 し て 固定部に送 信す る 。 一

同様 に 、 本発明 を用 いれば F M C に お け る 2 4 時間 連続加工 に必要な刃物工具の加工時ォ ン ラ ィ ン状態監 視 （例 え ば刃先温度情報、 振動情報、 ァ コ ー ス テ ィ 、ソ ク ェ ミ ッ シ ョ ン情報 に基 く 刃物の折損の予知 と 折損発 生の確認） も可能 と な る 。

ま た 、 ス ピ ン ド ルヘ ッ ド よ り 先で の位置 （例 え ば、 工具 と ワ ー ク 間の間隙） 測定情報、 そ し て よ り 単純に は A T C コ レ ツ 卜 チ ャ ッ ク 部 リ ミ ツ 卜 ス ィ ッ チ信号な ど シーケ ン ス信号の帰還 も容易 に実現可能で あ る 。 例 え ば、 油圧シ リ ン ダを用 い た ス ピ ン ド ルへ 、 j、 ド 先端へ のチ ヤ ヅ キ ン グ装置に お いて は 、 ス ピ ン ド ル回転数の 上昇 に し た がっ て実際の チ ヤ ッ キ ン グ圧が変化す る た め 、 チ ヤ ッ キ ン グ圧の フ ィ ー ド ノ ッ ク に よ る オ ン ラ イ ン 制御の実現が望ま れて い る 。 ま た制御 に至 ら な い ま で も 、 チ ヤ ッ キ ン グ圧の オ ン ラ イ ン モニ タ リ ン グを し た レ、 と レ、 う 要求 も あ る 。 こ の様な場合、 図 3 4 に示さ れて い る 様 に 、 ワ ー ク 3 5 1 がチ ャ ッ ク 3 5 2 と 接す る 部分 に取 り 付け た圧力セ ンサ （ ピエ ゾ素子な ど を応 用 し た も の ） 3 5 3 に よ り ワ ー ク 把持力の変化を検出 し 、 こ れを本実施例 に よ る デー タ 伝送の方法で 、 固定 部側 に送 り モニ タ リ ン グす る こ と も可能 と な る 。 図中 の油圧ァ ク チ ユ エ一 夕 3 5 4 は回転シ リ ン ダ 3 5 5 か ら 回転力 ブラ 3 5 6 を経由 し て加え ら れ る 油圧 に よ つ て駆動さ れる 。 信号処理回路 3 5 8 の電源供給は 、 ポ V 卜 コ ア型電力力 ブ ラ 3 5 7 a を経由 し て 固定部か ら 伝送さ れた高周波電圧を整流平滑回路 3 5 7 b に よ つ て整流安定化す る こ と に よ っ て達成さ れる 。 信号処理 通信装置 3 5 8 は圧力セ ン サ 3 5 3 の 出力をパルス列 に変換 し 、 発光素子 3 5 9 a 、 受光素子 3 5 9 b で成 る 光力 ブラ 3 5 9 を介 し て 固定部へ送信す る 。

本実施例の効果は以上の様な工作機械主軸周辺に限 ら れる も ので は な く 、 さ ら に一般的 に 、 従来は で き な か つ た電動機回転軸上の物理諸量測定に も有効であ り 、 結果 と し てサー ボ モー タ を始め と す る 電動機の制御 性向上 に も 役立つ こ と に な る 。 例 え ば電動機軸振動の 直接検出 も サーボ制御特性向上に は不可欠で あ る 。 そ の検出 の た め に は電動機回転軸上の適切な箇所 に歪ゲ ー ジ を貼 り 付け 、 そ のブ リ ッ ジ 出力 ア ナ ロ グ電圧を增 幅の後に P W M変換 し て本実施例の構成を用 い 回転部 を経由 し て軸応力の形で軸振動の発生を オ ン ラ イ ン で 検出 す る こ と が可能 と な る 。 ま た 、 誘導電動機のべ ク 卜 ル制御 に必要な 回転子部温度の測定 も 本実施例の方 法を用 いて オ ン ラ イ ン で行 う こ と が出来 る 。

図 3 5 は本発明 の第 1 4実施例の分離型制御電動機 の制御シ ス テ ム の構成を示すプロ 、ソ ク 図で あ る 。

本実施例 は 、 固定設置側 と な る 固定部側 コ ン ト ロ ー ラ 3 6 1 と 、 分離移動側 と な り 、 自 律分散化す る 機 械要素 で あ る 自 律電動機部 3 6 4 と 、 こ れ ら の 間 で 行 わ れ る 電力供給 お よ び信号の送受 を 無接触 に て 行 う 分離型高周波変圧器 3 6 2 お よ びカ プラ 3 6 3 , , 3 6 3 ₂ と か ら構成さ れて レ、 る 。

固定部側 コ ン ト ロ ー ラ 3 6 1 は 、 電源 3 6 1 i 、 高 周波電力発生器 3 6 1 ₂ 、 位置増幅器 3 6 1 3 、 微分 器 3 6 1 4 お よ び速度増幅器 3 6 1 ₅ よ り 構成さ れ、 自 律電動機部 3 6 4 は 、 整流回路 3 6 4 ! 、 電圧安 定変換器 3 6 4 ₂ 、 ノ ヮ ス ィ ッ チ 3 6 4 ₃ 、 電動機 3 6 4 ₄ 、 検出器 3 6 4 ₅ 、 電流増幅器 3 6 4 ₆ お よ び電流指令発生器 3 6 4 7 よ り 構成さ れて い る 。

本実施例 に お いて は分離移動側 に設け ら れ る 電動機 3 6 4 ₄ を直流機、 交流機の区別 をす る こ と な く 、 統 —的 に ドルク 発生機 と 理解'す る 。 電動機 3 6 4 ₄ の位置信号 S 1 7 は光パルス ま たは 電磁パルス に変換さ れ、 力 ブ ラ 3 6 3 ₂ を経由 し て無 接触伝送 に よ っ て 固定部へ帰還さ れ る 。 固定部側 コ ン 卜 ロ ー ラ 3 6 1 の位置増幅器 3 6 1 3 は 、 上位装置か ら受信 し た位置指令 S 1 1 と 位置信号 S 1 7 か ら速度 指令 S _v を生成す る 。 速度増幅器 3 6 1 5 は速度信号

S 1 2 と 速度指令 S _v か ら ト ル ク 指令 S 1 3 を生成 す る 。 速度信号 S 1 2 は 、 ま た 、 高周波電力発生器

3 6 1 2 の 出力を制御す る 。 ト ルク 指令 S 1 3 は、 力 ブラ 3 6 3 i に よ る 無接触伝送 に よ っ て 自 律電動機部 側へ送信さ れる 。

電動機 3 6 4 ₄ を駆動す る 電力の伝送は、 分離型高 周波変圧器 3 6 2 を用 い た高周波電磁誘導 に よ り 行わ れ る 。 直流電源 3 6 1 ！ の 出 力 は高周波電力発生器

3 6 1 ₂ に よ っ て高周波矩形波 に変換さ れ、 分離型高 周波変圧器 3 6 2 の 1 次側 に供給さ れ、 該分離型高周 波変圧器 3 6 2 の 2 次側出力が 自 律電動機部 3 6 4 に 供給さ れ る 。 こ の高周波電力 は 自 律電動機部 3 6 4 に . . 設け られたブ リ ッ ジダイ オ ー ド と フ ィ ルタ か ら な る 整 流回路 3 6 4 t に よ っ て整流さ れた後 に電圧安定変換 器 3 6 4 ₂ と ノ ヮ ス ィ ッ チ 3 6 4 ₃ と に供給さ れ、 該 ノ ワ ス ィ ッ チ 3 6 4 ₃ を経て電動機駆動電力 と な る 。

ま た、 電圧安定変換器 3 6 4 ₂ は 、 整流回路 3 6 4 i か ら の供給電圧を安定化 し 、 電源 S 1 6 と し て電流增 幅器 3 6 4 ₆ へ供給さ れる 。

上記の様に パ ルス に て情報 を伝達す る 理由 は 、 光力 ブ ラ ま た は高周波電磁誘導通信力 ブ ラ が、 パ ヮ 伝送用 の分離型高周波変圧器 3 6 2 と 一体 に 力 ブ ラ 3 6 3 ！ , 3 6 3 2 と し て取 り 付け られて い る の で 、 高周波電 磁誘導力 ブ ラ の隙間変化に よ っ て デー タ が変化 し ない 様 に す る た めで あ り 、 ト ルク 指令 S 1 3 は V · F 変換 あ る い は P W M変調 に よ り 不図示の ア ナ ロ グ · デ ジ 夕 ル変換器 に よ っ て パルス変換さ れた後力 ブ ラ 3 6 3 ₂ に よ り 伝送さ れ る 。 、

自 律電動機部 3 6 4 で は、 こ の指令パルス は不図示 のデ ジ タ ル · ア ナ ロ グ変換器に よ っ て ア ナ ロ グの ト ル ク 指令 S 1 3 に変換さ れる 。 電流指令発生器 3 6 4 ₇ は 、 ト ル ク 指令 S 1 3 と 、 検出器 3 6 4 ₅ よ り 得 られ る 電動機 3 6 4 ₄ の位相信号 S 1 5 か ら電流指令 S 1 4 をつ く り 電流増幅器 3 6 4 ₆ へ出 力す る 。 な お 、 電 動機が直流機で あ る 場合 に は ト ル ク 指令 S 1 3 がそ の ま ま 電流指令 S 1 4 と な り 、 電流指令発生器 3 6 4 ₇ は不要 と な る 。

電動機 3 6 4 ₄ へ の供給電流が フ ィ ー ド ノ\ ' ッ ク さ れ る 比 例 制 御 あ る い は 比 例 積 分 制 御 の 電流 増 幅 器 3 6 4 6 は 、 電流指令 S 1 4 と 検 出 電流値 と の差 に よ る 増 幅 を 行 い 、 P W M 変調 を 行 っ て パ ヮ ス ィ ッ チ 3 6 4 3 へ 出 力 す る 。 該 出 力は パ ヮ ト ラ ン ジ ス タ 、— M 〇 S F E T 、 I G B T な ど に よ っ て 構成 さ れ る ノ ヮ ス イ ッ チ 3 6 4 ₃ の ベ ー ス （ も し く は ゲ ー ト ） ド ラ イ ブ用前段増幅器の入力信号 と な る 。 パ ヮ ス ィ ッ チ 3 6 4 ₃ は上記の整流回路 S S A i よ り 供給さ れ る 直 流主電源を 、 電流増幅器 3 6 4 ₆ 出力で あ る べ一ス ド ラ イ ブ信号に応 じ て変化さ せ、 ト ル ク 指令 S 1 3 と 卜 ル ク フ イ ー ド ノ^: ッ ク （電流フ ィ ー ド ノ 、ソ ク ） がー致す 'る 様な P W M電圧を電動機 3 6 4 ₄ に供給す る 。

以上説明 し た よ う に本実施例 は 、 近年のパ ヮ ス ィ ッ チ の小型化及び周辺回路 と の集積化の動向の も と に な さ れた も ので 、 電動機 と と も に分離移動す る 部分 （例 え ばパ レ 、ソ 卜 や回転体上） に電動機種類 に 固有な制御 部の一部 （電流制御回路） と パ ヮ ス ィ ッ チ のみ を含め て搭載 し 、 こ れ ら を一括 し て ト ルク 発生機 と み な し て . 固定側 コ ン 卜 ロ ー ラ か ら は電動機の種類 に 関係な く 制 御す る 方法で あ る 。 そ の結果、 電動機を制御す る 制御 系 と し て必要な位置制御、 速度制御お よ び電流制御の う ち の電動機の種類に 関係な く 普遍的 な位置制御、 速 度制御を行 う 位置ループお よ び速度ルー プは 、 電動機 種類 に 固有な電流制御を行 う 電流ループ と 分離さ れる 。 固定側 コ ン ト ロ ー ラ に お いて パ ヮ 電源制御部 と と も に総合的 に制御を行い 、 自 律電動機部で は搭載す る電 動機に 固有な電流ループのみが設け ら れ る 形態 と な る 。' こ れに よ り 上記のパ レ 卜 な ど 自 律機能要素上そ し て 回転体上の電動機制御が可能 と な る と と も に 、 分離 移動す る 部分の物理的 な大 き さ が小さ く な る 。 さ ら に 図.3 6 に示す様 に 直流電動機 3 7 1 、 誘導電動機 3 7 2 お よ び同期電動機 3 7 3 を そ れぞれ搭載す る 自 律電 動機部 S T O i 〜 3 7 0 ₃ のそれぞれを一つの固定部 側 コ ン ト ロ ー ラ 3 6 1 で分離駆動で き る よ う に な る 。

図 3 7 ( A ) , ( B ) のそ れぞれは 、 図 3 6 中の分 離型高周波変圧器 3 6 2 の具体的 な構成を示す斜視図 、 図 3 8 は本実施例 に お いて行われる 高周波励磁を説 明 す る た め の図で あ る 。

電動機 3 6 4 ₄ を駆動す る 電力は 、 固定部側 コ ン ト ロ ー ラ 3 6 1 内の高周波電力発生器 3 6 1 ₂ ( 図 3 5 参照） を構成す る ト ラ ン ジス タ ス ィ ッ チ 3 9 1 に よ り 高周波の形 と さ れ、 分割型変圧器 3 6 2 を通 し て高周 波電磁誘導 に よ り 自 律電動機部 3 6 4 に伝送さ れ る 。 図 3 7 ( A ) に 示 す も の で は 、 E 型 コ ア 3 8 2 t , 3 8 2 ₂ に巻 き 付け ら れ た巻線 3 8 1 i , 3 8 1 ₂ の 巻線比に応 じ て変圧さ れる 。 ま た、 図 3 7 ( B ) に示 す も ので は、 ポ ッ ト コ ア 3 8 4 , . 3 8 4 2 に巻 き 付 け ら れた巻線 3 8 3 t , 3 8 3 ₂ の巻線比 に応 じ て変 圧さ れる 。

高 周 波 電 力 は 自 律 電 動 機 部 3 6 4 内 の 整 流 回 路 3 6 4 1 で整流さ れ、 ノ ヮ ス ィ ッ チ 3 6 4 ₃ を経て電 動機駆動電力 と な る 。 分離型高周波変圧 ¾ 3 6 2 の 1 次側は固定部側 コ ン ト ロ ー ラ 3 6 1 内部の矩形波 （ あ る い は正弦波） イ ン バー タ に よ り 高周波励磁さ れる 。 そ の結果、 1 次 2 次の巻線比 に応 じ た矩形波 （ あ る い は正弦波） 電圧が 2 次側 に生 じ る が、 こ の電圧は整流 回 路 3 6 4 i を 構成す る 高周波 ダ イ オ ー ド ブ リ ッ ジ 3 9 2 と リ ア ク 卜 ノレ L お よ び平滑キ ヤ ノ シ タ C か ら な る L C フ ィ ルタ に よ っ て全波整流さ れ、 電動機駆動用 の直流主電源 と な る 。 ま た 自律電動機部 3 6 4 の通信 お よ び制 御回路の制御電源 S 1 6 は 、 自 律電動機部 3 6 4 内で こ の電力の一部を レ ギ ユ レ一 夕 で あ る 電圧 安定変換器 3 6 4 ₂ に よ り 安定化制御 し て得 られる 。

な お 、 特に 、 受電側の電源を安定化す る 必要があ る 場合 に は、 電圧検出値が前記の位置デー タ と 同様な形 で無接触で帰還さ れる 。 こ の電圧検出 フ ィ ー ド ノ ッ ク と 速度フ ィ ー ド バ ッ ク 情報 に基いて 固定部側 コ ン 卜 口 ー ラ 3 6 1 側で振幅変調な い し は時間幅変調の制御を 行 う こ と に よ っ て そ の安定化が行われ る 。

こ の様に し て分離型で し か も ト ル.ク 制御性の優れた 電動機制御系が構成さ れる 。 こ の構成は分離型制御の みな ら ず、 回転体を経 た電動機制御 に も 適用可能であ る 。 た だ し 、 回転体の場合は回転軸に対 し て 同軸上に 電力供給 と 信号伝送が必要で あ る ので 多少の工夫を要 す る 。 電力供給につ いて は 図 3 7 ( B ) に示さ れて い る ポ ッ 卜 コ ア状の分割変圧器を用 い る こ と に よ り 伝送 可能で あ る 。 一方、 信号の授受は 、 こ の ポ ッ 卜 コ ア状 の分割変圧器 と 同軸 に配置さ れた光パルス通信な い し は高周波電磁誘導通信 に よ り 行われ る 必要があ る 。

光パルス に よ る 場合は 、 図 3 9 に示す よ う に発光 · 受光感度特性が波長に よ り 大 き く 異な る 光力 ブ ラ を多 数用 いて 、 ホ ロ一シ ャ フ ト 回転軸の 中 を通 し て行 う 方 法があ る 。

固 定 台 4 0 1 に ベ ア リ ン グ ポ ー ル 4 0 3 i , 4 0 3 ₂ を 介す る こ と に よ っ て 回転 自 在 に 固定 さ れ る 回 転軸 4 0 2 の 内部 に は 、 発光素子 も し く は受光 素子 で あ る 光素子 4 0 4 ! 〜 4 0 4 ₄ と A O S i 〜 4 0 5 ₄ と のそれぞれが光力 ブ ラ を構成す る よ う に対 向 し て 設 け ら れて い る 。 光 力 ブ ラ を 構成す る 光素子 4 0 4 1 〜 4 0 4 ₄ と 4 0 5 〜 4 0 5 ₄ は 、 発光波 長の ピー ク お よ び受光波長の ピー ク が他の光力 ブラ と そ れぞれ異な る よ う に構成さ れて伝送信号が互い に影 響す る こ と を 防レヽで レヽ る 。

光パルス に よ る 他の例 と し て は 、 図 4 0 ( A ) , ( B ) に示す よ う に 、 同軸状 に発光、 受光エ レ メ ン ト を 配置 し 、 お互い に影響 し な い よ う に遮蔽す る 方法があ る 。 こ の場合 に は 、 複数の光力 ブ ラ の発光波長ゃ受光 波長が同 じ で も よ い 。

図. 4 0 ( A ) は 回転部側 の構成 を 示 す も の で 、 回 転車由 4 1 1 と 同 軸 に 導光部材 4 1 2 ！ 〜 4 1 2 ₃ が そ れぞ れ径が異 な る 円形状 に 形成 さ れ 、 各導光部材

4 1 2 ！ 〜 4 1 2 3 の外周部は光遮蔽部材 4 1 3 , 〜

4 1 3 3 に よ っ て覆われて い る 。 図 4 0 ( B ) に示さ れ る 固 定部側で は 、 軸受 け 4 1 5 の周 囲 に 導光部材 4 1 2 1 〜 4 1 2 3 と 同 型 に 形成 さ れ て 光 力 プ ラ を 構成 す る 光遮蔽体 4 1 6 ！ 〜 4 1 6 3 内 に 導光部材 4 1 4 1 〜 4 1 4 3 がそ れぞれ埋設さ れて い る 。 光力 ブ ラ を 構成 す る 一方 の導光部材 を通 る 光 は 、 光遮蔽 部材 4 1 3 , 〜 4 1 3 3 お よ び光遮蔽体 4 1 6 ！ 〜 4 1 6 3 に よ っ て互い に影響を及ぼす こ と な く 対向 し て設け られ他方の導光部材に伝播す る 。

こ れ ら の導光部材 を介 し て光パルス に よ る 伝送がな さ れる が、 各導光部材を 直接発光素子 も し く は受光素 子 に て構成 し て も よ レヽ 。

ま た 、 環境の悪化に よ り 光パ ルス通信の信頼性が低 く な る 場合 に は 、 高周波電磁誘導を用 い る が、 こ れも 図 3 9 お よ び図 4 0 に示 し た光パ ルス の伝送方法 と 同 様に 、 誘.導ュニ ッ 卜 を 同軸径方向 に配置す る 方法 と 軸 方向 に配置す る 方法が考え られる 。

ま た 、 上記の各分離型高周波変圧器お よ び各力 ブラ は 、 一体に形成さ れて も よ く 、 例 え 、 回転体 ^経た独 立電動機部の制御を行 う 場合で も 、 図 3 7 ( B ) に示 し た ボ 、ソ 卜 コ ア形状の分離型高周波変圧器 3 8 4 , , 3 8 4 ₂ と 図 4 0 ( A ') '. ' ( B ' ) に示す 力 ブ ラ と を同 軸上 に配置す る こ と に よ り 容易 に実現可能で あ る 。

図 4 1 は本発明 の第 1 5 実施例の無接触電力伝送装 置の構成を示す ブロ ッ ク 図で あ る 。

本実施例 に お いて は 、 固定側 コ ン ト ロ ー ラ 4 2 1 に よ っ て第 1 の 自 律電動機部 4 2 2 と 第 2 の 自 律電動機 部 4 2 3 に対 し て電力供給を行 う と と も に ト ル ク 制御 を行 う も のであ る 。 固定部側 コ ン ト ロ ー ラ 4 2 1 の制 御回路の構成お よ び第 1 の 自 律電動機部 4 2 2 と 第 2 の 自律電動機部 4 2 3 に お け る 電動機の構成は 図 3 5 に示 し た も の と 同様で あ る た め 、 こ こ で は要部の構成 お よ び動作につ いて のみ説明 す る 。

固定側 コ ン ト ロ ー ラ 4 2 1 か ら供給さ れ る 高周波電 磁誘導電力は 、 第 1 の分離型高周波変圧器 4 2 4 を介 し て第 1 の 自律電動機部 4 2 2 に伝え ら れ、 さ ら に 、 第 2 の分離型高周波変圧器 4 2 5 を介 し て第 2 の 自律 電動機部 4 2 3 に伝え ら れ る 。 一方、 制御を行 う ため に 、 固定部側 コ ン ト ロ ー ラ 4 2 1 と 第 1 の 自 律電動機 部 4 2 2 と の間 に は 力 ブ ラ 4 2 6 i 〜 4 2 6 ₄ が設け . ら れ、 第 1 の 自 律電動機部 4 2 2 と 第 2 の 自 律電動機 部 4 2 3 と の間 に は カ プラ 4 2 7 i , 4 2 7 ₂ が設け ら れて レ、 る 。 第 1 の 自 律電動機部 4 2 2 につ い て は、 カ プラ 4 2 6 ! . 4 2 6 2 に よ っ て ト ル ク 指令お よ び フ ィ ー ド バ ッ ク 情報の送受が行われ、 第 2 の 自 律電動 機部 4 2 3 に つ レヽ て は カ プ ラ 4 2 6 ₃ , 4 2 6 ₄ ， ■ 一 ら 2 -

4 2 7 ! , 4 2 7 2 を介 し て ト ルク 指令お よ びフ ィ 一 ド バ ッ' ク 情報の送受が行われ る 。

上記の よ う に 自 律電動機部を介 し て他の 自律電動機 部 に つ いて電力供給お よ び ト ル ク 制御がな さ れ る ため 、 自 律電動機部が多段に構成さ れる 、 例 え ば、 多関節 の ロ ボ ッ 卜 等 につ いて の分離駆動を効率よ く 行 う こ と がで き る 。 こ の よ う に 、 自 律電動機部が該 自 律電動機 部に取 り 付け ら れた可動部材を駆動す る も の と し て も よ い 。

な お、 自 律電動機部が多段 に構成さ れず、 並列 に設 け ら れ る も の につ いて は 、 自 律電動機部を介す る こ と な く 、 固定部側 コ ン ト ロ ー ラ に よ っ て 直接制御を行 う も の と し て も 当然よ い。

以上説明 し た各実施例 に示さ れる 本発明 に よ る 新規 分離方式の電動機制御を採用 すれば、 電極付 き の コ ネ ク 夕 の脱着ゃ メ 力 二カ ルな機構で は高い信頼性が得 ら れな か っ たパ レ ツ 卜 上位置決めや治具 自 動化 ♦ 工作機 A T C ツ ール、 ロ ボ ッ 卜 エ ン ド ェ フ エ ク タ な どで代表 さ れ る 機能要素の電動機駆動 に よ る 自 律分散化が実現 さ れ る と と も に総合的 な 自 動化が可能に な る 。

• ま た 多回転す る 回転体上で電動機を駆動す る と い う 形の制御 （例 え ば、 工作機主軸の先に取 り つ く 刃物台 の電動機に よ る 直線駆動や旋盤へ ッ ド チ ヤ ッ キ ン グ部 の電動化な ど ）' も可能 と な る 。 ま た、 先述の よ う に制御部を 固定側 と 電動機 （機械 搭載側） に適切に切 り 分け る こ と に よ り 分離移動す る 部分の物理的な大 き さ が小さ く な る と と も に 、 同一固 定側 コ ン ト ロ ー ラ で 、 直流機、 誘導機、 同期機搭載の 自 律機能要素の い ず れ も が分離駆動で き る よ う に な る 。

第 1 4 、 1 5 実施例 に よ る 装置は 、 分割変圧器を用 い た高周波誘導に よ り 電力 を伝送す る と と も に 、 光伝 送あ る い は高周波電磁信号伝送の形で ト ルク 指令入力 を行 う こ と に よ り 、 水や油の介在な ど の悪環境に も強 く し か も 火花の発生や電極損傷の発生 も な く 活線で物 理的分割がで き る と い う 特徴を有す る も の と な る 。 こ れは電動機を搭載 し た機械要素の 自 律化や回転体上電 動機制御の実現 と い う 最近強ま り つつあ る 要求 に答え . る も ので あ る 。

ま た 、 電動機の種類に 関係な く 、 直流機、 誘導電動 機、 同期機な ど を一括 し て ト ル ク 発生機 と し て扱え る た め 、 広い互換性を有 し た電源制御器を提供す る も の と な る 。

こ れ ら の実施例 を用 いれば、 次の様な具体的な事例 に対 し て上記の効果が発揮さ れ画期的 な改善、 技術の ブ レー ク スルーがな さ れ る 。

1 ) ノ ^ レ ツ 卜 上の ワ ー ク の位置割 り 出 し 電動機制御。 2 ) 多関節 ロ ボ .、ソ '卜 各軸電動機ァ ク チ ユ エ一 夕 の信号 お よ び電力線な し で の駆動。

3 ) 工作機械 （ マ シニ ン グセ ン タ ） の 自 動工具交換に お け る 工具への配線な し での駆動。

4 ) 回転を伴 う 工作機主軸の先に と り つ く 電動 ァ ク チ ユ エ一 タ （例 え ば旋盤の先のチ ヤ ッ キ ン グ部の電動化 や 、 主軸上刃物台等） の制御。

5 ) 特に 、 電動機に ト ルク 制御性が要求さ れ、 かつそ の電動機が搭載さ れ る 台そ の も のが 自 律移動す る 必要 があ る 用途、 例 え ば加工パ レ ッ 卜 での ワ ー ク 芯だ し 、 ク ラ ン ビ ン グの た め の電動機を用 い る 場合の制御。

6 ) ガ ラ ス な ど透明体な い し は非磁性の金属で隔絶さ れたチ ャ ン ノ^;、 例 え ばク リ ー ン ルー ム に お いて電動機 を含め たあ ら ゆ る 電気負荷への電力供給 と 制御信号伝 達。

7 ) ま た、 電極給電が不可能な水中、 真空中で の電動 機を含め た あ ら ゆ る 電気負荷への電力供給 と 制御信号 伝達。

特に上記応用 の う ち 、 チ ヤ ッ キ ン グや芯 だ し 、 ク ラ . ン プな ど電動機を ト ルク 発生機 と し て使 う 用途で は、 も と も と 全て の電動機を ト ルク 発生機 と し て理解 し 、 分離型の制御を す る 本発明 はそ の ま ま で有効な も の と な る 。

第 1 4 、 1 5 実施例 は以上説明 し た よ う に構成さ れ て い る ので 、 以下 に記載す る よ う な効果を奏す る 。 分離移動す る 独立電動機部を小型化す る こ と がで き 、 分離制御型電動機の実現可能性を高 く し 、 利用範囲 を広げ る こ と がで き る 効果があ る 。 ま た、 自律電動機 部を制御す る 固定 コ ン ト ロ ー ラ の構成は 、 電動機の種 類に 関わ ら な い ため 、 各種電動機に対 し て 同 じ 固定コ ン 卜 ロ ー ラ を使用 す る こ と がで き 、 固定 コ ン ト ロ ーラ の種類を少な く し て効率の よ い製造 と す る こ と がで き る 効果があ る 。 ま た本発明 の分離型制御電動機は水や 油の介在な どの悪環境に も 強 く し か も 火花の発生ゃ電 極損傷の発生 も な く 活線で物理的分割がで き る と い う 効果を奏す る 。

次に 、 本発明 の第 1 6 実施例の コ ア 間開閉型無接触 電力給電装置につ いて説明す る 。

本実施例 は 、 電源を内蔵せず 自律移動す る 物体 （例 え ばマ シニ ン グセ ン タ 用加エノ レ ヅ 卜 な ど ） に対 し て 電気接点を用 い る こ と な く 固定部側 よ り 無接触で給電 お よ び情報を授受す る 装置に 関す る も のであ る 。 従来 か ら提案、 実現さ れて い る 高周波電磁誘導に よ る 無接 触給電装置は、 図 1 4 に示す よ う に磁性体面の突合せ に よ る も のや 、 図 1 5 に示す よ う に挿入 に よ る も ので あ り 、 主磁路中のエ ア ギ ャ ッ プ長が固定部 （給電側） と 移動体部 （受電側） の距離 に よ り 決ま り 給電の ため の位置決め精度が直接給電効率 に影響を及ぼす形であ つ た。 し たがっ て効率の良い電力伝送お よ び情報伝送 の実現に は、 突合せ面 （勘合面） の製作 に お け る 加工 精度の向上、 給電側 と 受電側の間 の正確な位置決めの 達成、 そ し て使用時の周囲環境に よ っ て生 じ る 介在物

'(金属、 油、 水な ど ） の突合せ面 （勘合面） か ら の除 去な ど の メ ン テナ ン ス が不可欠で あ つ た 。

そ こ で 、 本実施例 に よ っ て 、 従来方式の問題を解決 し 、 給電部 と 受電部の相対位置があ る 程度変化 し て も

1 次、 2 次巻線間の高周波電磁結合が変化せず、 製作 精度や介在物の有無に左右さ れず安定 に給電お よ び情 報伝送 で き る 方法お よ び装置 を 提供 す る こ と がで き る 。

図 4 2 は、 こ の コ ア 開閉型無接触給電シス テ ム の構 成の概念図であ る 。

移動体 4 4 6 と 固定部 と の間 に は 、 高周波磁性 コ ア 4 4 3 ! , 4 4 3 2 で成 る 磁気回路が構成さ れて い る 。 コ ア 4 4 3 ！ は、 電力伝送用 で 、 高周波イ ン バー タ 4 4 7 に よ っ て励磁さ れる 。 コ ア 4 4 3 , に は開閉部 があ っ て 、 移動体 4 4 6 に電力 を伝送す る 時 に は、 開 閉部を機械的 に 開 き 、 移動体を移動さ せて 、 2 次巻線 に磁路が鎖交す る よ う に 、 コ ア の開 い た部分か ら 2 次 巻線 4 4 4 i を挿入 し 、 コ ア 4 4 3 i を機械的 に 閉 じ る 。 こ の よ う に し て 、 電磁誘導 に よ っ て高周波イ ン バ 一 夕 の 出 力 を移動体 4 4 6 へ伝送す る 。 2 次巻線 に励 起さ れた誘導電流は整流回路 ま た は周波数変換回路 4 一 らつ 一

4 6 , で整流さ れ、 ま た は所望の周波数 に変換さ れて 電気負荷 4 4 6 ₂ に供給さ れ る 。

同様に 、 電気負荷 4 4 6 ₂ と 高周波電磁誘導通信装 置間の通信は 、 コ ア 4 4 3 ₂ 上の 、 固定部側お よ び移 動体 4 4 6 側に巻かれて い る 巻線間の電磁誘導 に よ つ て行われる 。 電気負荷 4 4 6 ₂ か ら 固定部へ送信さ れ る フ ィ ー ド ノ^: ッ ク 信号は通信制御装置 4 4 6 ₃ に よ つ て パルス列 に変換さ れる 。 固定部か ら移動体 4 4 6 に 送信さ れた信号は通信制御装置 4 4 6 ₃ に よ っ て ア ナ ロ グ信号 に変換さ れ、 電気負荷へ送 ら れる 。 作業が終 了 す る と コ ア を 閧 き 、 移動体 4 4 6 を移動さ せて 、 移 動体側の巻線を引 き 出 す 。 図 4 3 は 、 こ の高周波電磁 誘導を実現す る 具体的な巻線お よ び磁性材料 に よ る磁 路 の 構成 で あ り 、 ス ラ イ ダ を 用 い た磁路 の 開 閉方式 と な っ て レ、 る 。 こ こ で 固定部 4 5 1 の ス ラ イ ド 機構 4 5 2 の先端 に は閉路時に高周波磁性体 4 5 3 a の主 磁路の一部を形成す る 高周波磁性体片 4 5 3 b が取 り 付け ら れる 。 そ し て高周波磁気結合の た め の移動体側 2 次巻線 4 5 4 ( モ ール ド 成形処理な ど を施 し た物） の 1 次巻線 4 5 5 の 主磁路へ の揷入 シ ー ケ ン ス に 基 き 、 給電開始 に先だ っ て 、 ま ずス ラ イ ド 機構 4 5 2 は 高周波磁性体片 4 5 3 b を 直線移動さ せ る.。 移動体側 は 2 次巻線が閉路時の 1 次巻線主磁路 と 完全 に鎖交で き る 範囲内で動 き （ あ る い は動かさ れる が） 、 固定側 に おいて何 ら かの方法で 2 次巻線 4 5 4 の挿入を確認 がな さ れる と ス ラ イ ド 機構 4 5 2 が元の位置ま で高周 波磁性体片 4 5 3 b を 直動さ せ磁路を 閉 じ る 。 更に磁 路を閉 じ た こ と を 図示 し な い機構で機械的 に あ る いは 光学的 に確認 し たの ち 、 固定部 4 5 1 で は図示 し ない 高周波イ ン バー タ を動作さ せ 1 次巻線を励磁す る 。 こ の高周波電磁誘導 に よ り 挿入さ れた成形 2 次巻線 に電 圧が誘導さ れる の で 、 自律移動体への給電が可能 と な る 。

図 4 4 は、 主磁路の開閉機構を 回転式 に し た変形例 であ り 、 （ A ) は 、 移動体側 2 次巻線 4 6 4 が挿入さ れた よ う す を示 し 、 （ B ) はそ の後に高周波磁性体片 4 6 3 b が回転す る こ と に よ り 主磁路を閉 じ た よ う す を示す も のであ る 。

上記いずれの構成 に お いて も 、 1 次巻線が作 り 上げ る 磁束の ほ と ん ど は高周波磁性材料を通過す る ので、 磁路中の空隙 （ エ ア ギ ャ ッ プ） の大 き さ 、 そ し て そ の 結果発生す る 伝送損失は閉路方式の メ 力 ニズ ム お よ び 幾何構成 に よ っ て決 ま り 、 1 次巻線お よ び高周波磁性 材料か ら成る 給電部 （ 固定部） と 2 次巻線が取 り 付け られた移動部の相対位置決め精度で は決ま ら な い。 こ こ で磁路中の空隙ギ ヤ ッ プ長は完全に皆無に す る こ と はで き な レヽ し 、 ギ ャ ッ プ中 に異物 （油、 水、 切 り 粉） が介入す る可能性 も あ る ので、. 漏れ磁束がほ と ん ど生 じ な レヽ 卜 ロ イ ダル形状磁路 に よ る よ う な高い電磁結合 は実現で き な いが、 先述の様 に接合面全体 に異物が介 在す る 可能性が非常 に高い従来方式 に比べれば各段に 改善がな さ れる 。 なお 、 以上は電力供給を 中心 に述べ たが、 高周波電磁誘導を用 い た情報伝送に 関 し て も 同 様な原理 と 構造を用 い る こ と に よ つ て安定な通信が確 保で き る こ と は言 う ま で も な い。

図 4 5 ( A ) , ( B ) は 、 本発明 の移動体 4 7 6 を 工作機械分野で使用 さ れる ワ ー ク パ レ ツ 卜 と し た例で あ る 。

図 4 5 ( A ) はマ 固定部 4 7 1 か ら 2 次巻線 4 7 4 を介 し て給電を受け た電力お よ び情報をつか つ て電気 油圧変換ァ ク チ ユ エ一 夕等を用 い た 自 動ク ラ ン プ装置 4 7 7 a 〜 4 7 7 d を形成 し た例で あ る 。 こ の よ う に すれば、 従来手作業であ っ た ワ ー ク 4 7 8 のパ レ ッ ト への固定作業が 自動化さ れ る 。

図 4 5 ( B ) は、 固定部 4 7 1 か ら 2 次巻線 4 7 4 を介 し て給電を受け た電力お よ び情報をつ か つ て駆動 さ れ る サー ボモー タ お よ び コ ン ト ロ ー ラ をノ レ ツ 卜 の 内部 に設け 、 パ レ ッ ト 上のテーブル 4 7 9 を 回転可能 にす る 例で あ る 。 こ れに よ り 、 加工時の軸追加 （例 え ば ワ ー ク の回転やテ ィ ルテ ィ ン グ） がパ レ ツ 卜 側の対 応 に よ っ て可能 と な る 。 も ち ろ んマ シニ ン グセ ン タ で の加工切削時に は、 切 り 粉や ク ー ラ ン ト が磁性体や成 形巻線 に かか る こ と が避け ら れな いが、 こ れ ら はエア ブロ ー し た り 、 よ り 積極的 に導電性の低い ク ー ラ ン ト で洗い流す こ と に よ っ て除去す る こ と が可能であ る 。

本実施例 は 、 従来か ら提案さ れて き て い る 高周波電 磁誘導を用 い た無接触給電方式 に お け る 問題点、 すな わ ち給電部 と 受電部間の相対位置決め精度が電力伝送 効率に大 き く 影響を あ た え る 点、 そ し て給電お よ び受 電の接合面の耐環境管理 （油、 水、 切 り 粉な ど ） が難 し い点を解決 し 、 安定で信頼性の高い方式を提供で き る も ので あ る 。

ま た 、 給電中 に も 固定部 と 移動体の相対位置が多少 変化 し て も 巻線間の電磁誘導結合状態が殆 ど変化 し な い点を利用 し 、 移動体が一次元、 二次元あ る い は三次 元方向 に小さ なス 卜 ロ ー ク の範囲内 を高速で動 く ため 疲労問題な ど に よ り 、 従来の よ う な配線に よ る 受給電 がで き な い用途に お いて も安定な電源供給がで き る と しヽ ぅ 効果 も あ る 。

Claims

請求の範囲

1 . 機械装置の 固定部か ら 回転部へ無接触で電力を供 給す る 、 無接触電力伝送装置に お いて 、

固定部 と 回転部に そ れぞれ固定さ れ、 回転部が任意 に 回転 し て も磁路長が変化 し な い磁気回路を 、 磁極間 隙を介 し て構成す る 第 1 、 第 2 の コ ア で成 る 分割型コ ァ と 、

固定部 に 設置 さ れて い る 高周波交流電源 に 接続 さ れ、 前記磁気回路 に起磁力 を与え る 第 1 の巻線 と 、 前 記回転部に 固定さ れて い る 受電装置 に接続さ れ前記磁 気回路を通る 磁束が鎖交す る 第 2 の巻線 と

を有す る 機械装置用無接触電力伝送装置。

2 . 第 1 、 第 2 の コ ア の う ち 、 いずれか一方の コ ア は U 字型断面形を も つ高周波磁性部材で あ り 、 そ の平行 に延び る 2 つ の脚部は 、 回転部の回転軸の軸心 に垂直 に 向 け られ、 他方の コ ア は 中心軸が前記軸心 と 同軸に な る よ う に配置さ れた 円筒型の高周波磁性部材で成 り 、 そ の 円筒型 コ ア の両端部は 、 U字型 コ ア のそ れぞ れの脚部 に設け られた受け孔に収容さ れ、 当該 2 つの コ ア は前記軸心の ま わ り に相対的 に摺動回転可能であ る 、 請求項 1 に記載の装置。

3 . 前記 U 字型 コ ア と 前記円筒型 コ ア と の嵌合面はテ —パ形に成形さ れ、 U 字型 コ ア の脚部 に は 、 円筒型コ ァ を U 字型 コ ア の受け孔へ着脱す る た め の 、 各脚部の 端部か ら受け孔 に至 る 切 り 欠 き を有す る 、 請求項 2 に 記載の装置。

4 . 第 1 の コ ア が円筒型 コ ア で あ り 、 第 2 の コ ア が U 字型 コ ア であ り 、 第 2 の コ ア は 、 励磁さ れ た と き に第 1 の コ ア に密着す る こ と がで き る よ う に 、 回転部に ゆ る く 固定さ れ、 第 1 の巻線は第 1 の コ ア上 に巻かれ、 第 2 の巻線は 、 第 1 の巻線か ら半径方向 に 間隔を隔て て第 1 の巻線を覆 っ て巻かれて い る 、 請求項 3 に記載 の装置。

5 . 第 1 の コ ア が U 字型 コ ア で あ り 、 第 2 の コ ア が円 筒型 コ ア であ り 、 第 1 、 第 2 の巻線はそ れぞれ第 1 、 第 2 の コ ア に巻かれて い る 、 請求項 3 に記載の装置。

6 . 第 1 の コ ア が U 字型断面形を も つ高周波磁性部材 で あ り 、 第 2 の コ ア は 、 回転部の回転軸 に 同軸 に結合 さ れて い る 平板状円環部材で あ っ て第 1 の コ ア の平行 に延びる 2 つ の脚部 に挟ま れて配置さ れ、 第 1 の巻線 は第 1 の コ ア上 に巻かれ、 第 2 の巻線は 、 第 2 の コ ア の外周.部 に巻かれて い る 、 請求項 1 に記載の装置。

7 . 第 2 の コ ア が高周波磁性材料で成 る 請求項 6 に記 載の装置。

8 . 第 2 の コ ア は非磁性材料で成 り 、 第 2 の巻線は シ — 卜 コ イ ル状に構成さ れ、 第 1 の コ ア の 2 つ の脚部の 隔は 、 第 2 の コ ア と 接触 し な い程度 に充分 に狭 く さ れる 、 請求項 6 に記載の装置。

9 . 機械装置の固定部 と 回転部 と の間で無接触で信号 を伝送す る 無接触信号伝送装置 に お いて 、 固定部 と 回 転部の う ち の 、 電気信号を送信す る 側を送信側 と し 、 そ の信号を受信す る 側を受信側 と す る と き 、

送信側 に 固定さ れ、 送信すべ き 電気信号を 、 回転部 の回転軸の軸心につ いて 回転対称の光信号 に変換す る 電気 · 光変換手段 と 、

受信側 に 固定さ れ、 前記電気 · 光変換手段が出射 し た光信号を受光 し て電気信号 に変換す る 光電変換手段 と

を有す る こ と を特徴 と す る 無接触信号伝送装置。

1 0 . 電気、 光変換手段が、 送信すべ き 電気信号 に応 答 し て発光す る 電気 ♦ 光変換素子 と 、 入射端が該電気

• 光変換素子 に光学的 に結合さ れ、 出射端は分岐 し 、 そ の分岐出射端は回転部の回転軸心に垂直な平面上 の 、 回転軸心 と 該平面の交点を 中心 と す る 円周上に 同 一間隔で分布さ れて い る 第 1 の光フ ア イ バ手段 と を有 す る 、 請求項 9 に記載の装置。

1 1 . 電気、 光変換手段が、 送信すべ き 電気信号 に応 答 し て発光す る 面発光素子で あ り 、 該面発光素子は、 回転部の 回転軸心に垂直な平面上の 、 回転軸心 と 当該 平面 と の交点を中心 と す る 2 つ の 同心円で挟ま れた環 状面を形成 し て い る 、 請求項 9 に記載の装置。

1 2 . 電気、 光変換手段は 、 回転体の 回転軸心に垂直 な平面上の 、 回転軸心 と 当該平面 と の交点を 中心 と す る 円周上 に等間隔 に配置さ れて い る 電気 · 光変換素子 の直列接続を有 し 、 送信すべ き 電気信号は 、 前記電気

♦ 光変換素子の直列接続の両端 に 印加さ れ、 各電気 · 光変換素子は入力電気信号に応答 し て発光す る 、 請求 項 9 に記載の装置。

"1 3 . 機械装置の固定部 と 回転部 と の間で無接触で信 号を伝送す る 無接触信号伝送装置に お いて 、 固定部 と 回 転部 の う ち の 、 電気信号 を 送信す る 側 を 送信側 と し 、 そ の信号を受信す る 側を受信側 と す る と き 、

送信側 に 固定さ れ、 送信すべ き 電気信号を光信号に 変換す る 電気 · 光変換素子 と 、 受信側 に 固定さ れ、 前 記電気 · 光変換素子か ら 出射さ れた光信号を電気信号 . に変換す る 光電変換手段を有 し 、

前記光電変換手段は 、 回転部の回転軸心につ いて回 転対称 に分布す る 入射面を有 し 、 前記電気 · 光変換素 子は前記入射面の近傍に位置す る こ と を特徴 と す る 無 接触信号伝送装置。

1 4 . 前記光電変換手段は、 光電変換素子 と 第 2 の光 フ ァ イ バ手段を有 し 、 第 2 の光 フ ァ イ バ手段は 出射端 が光電変換素子 に 光学的 に結合 さ れ 、 入射端 は 分岐 し 、 そ の分岐入射端は回転部の 回転軸心 に垂直な平面 上の 、 回転軸心と 該平面と の交点を中心 と す る 円周上 に 同一間隔で分布 し 、

前記電気 · 光変換素子は 、 第 2 の光フ ァ イ バ手段の 分岐入射端が存在す る 平面 と 、 ほぼ同一平面上 に 、 か つ 、 分岐入射端の近傍に位置す る 、 請求項 1 3 に記載 の装置。

1 5 . 光電変換手段が、 回転部の回転軸心に垂直な平 面上の、 回転軸心 と 当該平面 と の交点を 中心 と す る 2 つ の 同心円で挟 ま れた環状面を形成す る 面光電素子で あ る 、 請求項 1 3 に記載の装置。

1 6 . 無接触信号伝送装置の回転部側要素 に必要な電 力 は 、 請求項 1 に記載の無接触電力伝送装置に よ っ て 固定部か ら伝送さ れる 、 請求項 9 ま た は 1 3 に記載の 無接触信号伝送装置。

1 7 . 請求項 9 ま た は 1 3 に記載の無接触信号伝送装 置の複数個が同軸 に配置さ れる 無接触信号伝送装置。

1 8 . 機械装置の固定部 と 回転部の間で無接触で信号 を伝送す る 、 無接触信号伝送装置 に お い て 、

固定部 と 回転部に そ れぞれ固定さ.れ、 回転部が任意 に 回転 し て も磁路長が変化 し な い磁気回路を 、 磁極間 隙を介 し て構成す る 第 1 、 第 2 の コ ア で成 る 分割型 コ 7 と 、

前記磁気回路を通 る 磁束 と 鎖交す る 第 1 、 第 2 の巻 線 と

を有 し 、 第 1 の巻線は固定部に設置さ れて い る 、 信 号源 と 信号処理装置の いずれか一方 と 接続さ れ、 第 2 の巻線は回転部 に設置さ れて い る 、 信号源 と 信号処理 装置の いずれか他方 と 接続さ れて い る こ と を特徴 と す る 機械装置用無接触信号伝送装置。

1 9 . 請求項 1 に記載の無接触電力伝送装置を電力伝 送装置 と 記 し 、 請求項 9 . 1 3 , 1 8 の いずれか 1 項 に記載の無接触信号伝送装置を信号伝送装置 と 記す と き 、 少 く と も 、 電力伝送装置 と 信号伝送装置の いずれ かを備え て い る 機械装置。

2 0 . 工作機械の電動機軸追加 に よ っ て 、 追加さ る べ き 電動機軸を搭載す る パ レ ツ 卜 上への給電の た めの無 接触電力伝送装置で あ っ て 、

第 1 の コ ア がパ レ ツ 卜 を載せ る 回転テーブルの回転 軸近傍 に お いて 固定部に 固定さ れ、 第 2 の コ ア は 、 ノ レ ツ 卜 の回転軸心 に 同軸 に 、 ノ レ ツ 卜 に 固定さ れる 、 請求項 5 に記載の無接触電力伝送装置。

2 1 . 機械装置は 、 固定部 と 分離移動お よ び回転が可 能の回転部で成 り 、

回転部は 自律電動機部を有 し 、 該 自 律電動機部は、 少 く と も 、

電動機 と 、

該電動機を駆動す る 電力を無接触で受電す る 電力伝 送装置の回転部に 固定さ れた要素 と 、

電力伝送装置 に よ っ て伝送さ れた電力 を入力 し 、 俞 記電動機を駆動す る駆動手段 と 、

当該電動機の回転を制御す る コ ン 卜 ロ ーラ か ら分離 さ れ、 前記駆動手段を駆動す る電流制御部 と 、

前記電流制御部へ入力すべき ト ルク指令を無接触で 受信す る第 1 の信号伝送装置の回転部に固定された要 素 と 、

当該電動機の動作情報を検出す る検出手段と 、 該検出手段の出力信号を無接触で伝送する第 2 の信 号伝送装置の回転部に固定さ れた要素を備え、

固定部は、 少く と も、

高周波電源と 、

該高周波電源の電力を 自律電動機部へ無接触で伝送 す る電力伝送装置の固定部に固定された要素と 、

前記自律電動機部の検出手段の出力を無接触で受信 す る 第 2 の信号伝送装置の固定部に 固定さ れた要素 と 、

前記電流制御部が分離さ れた コ ン 卜 ロ ーラ部分で成 り 、 受信さ れた検出手段の出力 と 上位装置か ら供給さ れた指令信号 と か ら ト ルク指令を生成す る 固定部側コ ン 卜 ローラ と 、

固定部側コ ン ト ローラ か ら出力さ れた ト ルク指令を 無接触で 自律電動機部に伝送する第 1 の信号伝送装置 の固定部に固定された要素 と

を有す る 、 請求 ΐ 9 に記載の機械装置。

2 2 . 固定部側 コ ン ト ロ ー ラ に は 、 検出手段の検出内 容が示す電動機の位置お よ び速度か ら電動機への ト ル ク 指令を生成す る 位置増幅器お よ び速度増幅器が設け ら れ、

自 律電動機部に は 、 前記 ト ルク 指令 に応 じ て電動機 を制御す る 電流増幅器が設け ら れて い る 請求項 2 1 に 記載の機械装置。

2 3 . 固定部側 コ ン ト ロ ー ラ に は 、 検出手段の検出内 容が示す電動機の位置お よ び速度 と 、 上位装置か らの 指令信号 と か ら電動機への 卜 ル ク 指令を生成す る 位置 増幅器お よ び速度増幅器が設け ら れ、

電流制御部に は、 前記 ト ルク 指令 と 前記検出手段の 検出 内容が示す電動機の位相 と か ら電流指令を生成す る 電流指令発生器 と 、 該電流指令 に応 じ て電動機を制 御す る 電流増幅器が設け られて い る 、 請求項 2 1 に記 載の機械装置。

2 4 . 固定部側 コ ン ト ロ ー ラ か ら ト ル ク 指令 を 受 け る 、 多 段 に 構成 さ れ た複数 の 自 律電動機部が設 け ら れ、 固定部か ら各段の 自 律電動機部への電力供給 と 、 固定部側 コ ン 卜 ロ ー ラ と 各段の電流制御部 と の間のデ 一 夕 信号お よ び制御信号の授受は 、 固定部 と 初段の 自 律電動機部 と の間お よ び各段の 自 律電動機部間 に設け られた電力伝送装置、 信号伝送装置で行われ る 、 請求 項 1 9 に記載の機械装置。

2 5 . 電力伝送装置 と 信号伝送装置 と が一体に作製さ れて い る 、 請求項 2 2 乃至 2 5 の いずれか 1 項 に記載 の機械装置。

2 6 . 自律電動機部が、 当該 自 律電動機部に取付け ら れた可動部材を駆動 し 、 ま た は 当該 自 律電動機部 自 身 の機構を駆動す る 、 請求項 2 1 に記載の機械装置。 2 7 . 機械装置が工作機械ま た は ロ ボ ッ ト 装置 も し く はそ れ ら の附属装置で あ る 、 請求項 1 9 ま た は 2 1 に 記載の機械装置。

2 8 。 請求項 2 1 に記載の 自律電動機部が機械装置か ら分離 し て移動す-る こ と がで き る ュニ 、ソ 卜 と し て構成 さ れて い る 、 自 律電動機ュニ ッ 卜 。

2 9 . 機械装置は回転装置であ り 、 電力伝送装置お よ び信号伝送装置は 、 回転軸 に 同軸 に設置さ れて い る 、 請求項 1 9 に記載の装置。

3 0 . 回転装置は、 そ の回転軸端 に電気負荷が設置さ れ、 電力伝送装置の第 2 の巻線か ら前記回転軸端へ至 る 配線、 お よ び信号伝送装置の回転部 に 固定さ れた要 素か ら前記回転軸端へ至る 配線は、 回転軸の外周部に 軸方向 に設け ら れた溝、 ま た は中空回転軸の中空部穴 内 に配置さ れる 、 請求項 2 9 に記載の装置。

3 1 . 回転装置が電動機で あ っ て 、 軸受で両持支持さ れ る 回転軸上 に 電力伝送装置の第 2 の コ ァ が設 け ら れ、 該第 2 の コ ア と 磁極間隙を距て て対向 し て 固定部 に 固定さ れた第 1 の コ ア が設け られ、 前記回転軸の外 周部お よ びそれ に対向す る 固定部の位置 に請求項 1 2 に記載の信号伝送装置が設け ら れて い る 、 請求項 3 0 に記載の装置。

3 2 . 回転装置が変速機で あ っ て 、 軸受で両持支持さ れ る 変速出力軸上 に電力伝送装置の第 2 の コ ァ が設け ら れ、 該第 2 の コ ア と 磁極間隙を距て て対向 し て 固定 部に 固定さ れた第 1 の コ ア が設け ら れ、 前記変速出力 軸の外周部お よ びそ れ に対向す る 固定部の位置 に請求 項 1 2 に記載の信号伝送装置が設け ら れて い る 、 請求 項 3 0 に記載の装置。

3 3 . 高速回転をす る 電動機主軸の先端 に お け る 先端 情報を検出 し て 固定部に伝送す る 主軸先端情報伝送装 置で あ っ て 、

前記主軸上に取付け られ、 前記先端情報を検出す る セ ン サ手段 と 、

前記主軸上 に取付け られ、 高周波交流を整流 し て前 記セ ンサ手段に安定化さ れた電源を供給す る 電源手段 と 、

前記電源手段に 固定部か ら無接触で高周波電力 を伝 送す る 、 請求項 1 に記載の無接触電力伝送装置 と 、 前記セ ン サ手段に よ っ て検出 さ れた検出情報を 固定 部へ無接触で伝送す る 、 請求項 9 , 1 3 , 1 8 の いず れか 1 項 に記載の無接触信号伝送装置 と を有す る 主軸先端情報伝送装置。

3 4 . セ ン サ手段が出力す.る 先端情報がデジ タ ル信号 で あ る 場合 に は該信号をパルス列 に変換す る 第 1 の変 換手段を前記主軸上に備え 、 先端情報がア ナ ロ グ信号 で あ る 場合 に は 、 該信号を デ ジ タ ル信号のパルス列 に 変換す る 第 2 の変換手段を前記主軸上 に備え 、 前記パ ルス列 は請求項 9 ,

1 3 . 1 8 の いずれか 1 項 に記載 め無接触信号伝送装置に よ り 固定部 に伝送さ れる 、 請 求項 3 3 に記載の装置。

3 5 . 第 2 の変換手段がパルス 幅変調手段で あ り 、 パ ルス幅変調波は固定部に お いて ア ナ ロ グ復調さ れ、 も し く は 、 ノ ルス幅の ク ロ ッ ク カ ウ ン ト デジ タ ル計測に よ っ て先端情報の検出信号が測定さ れる 、 請求項 3 4 に記載の装置。

3 6 . 検出 さ れる べ き 先端情報は、 刃具 と ワ ー ク 間の 間隙測定、 ボー リ ン グ怪可変イ ン フ ィ ー ド 刃具の刃先 飛び出 し量 リ モー ト 測定に必要な情報で あ る 、 請求項 3 3 に記載の装置。

3 7 . 検出 さ れる べ き 先端情報は 、 一般刃物工具のォ ン ラ イ ン 状態監視に必要な情報、 特 に 刃先温度情報、 振動情報 、 ア コ ー ス テ ィ ッ ク ェ ミ ッ シ ョ ン 情報で あ る 、 請求項 3 3 に記載の装置。

3 8 . 検出 さ れる べ き 先端情報は 、 シーケ ン ス信号、 特 に A T C コ レ ツ 卜 チ ャ ッ ク 部 リ ミ ツ. ト ス イ ッ チ.信 の 帰還 に 必要 な 情報で あ る 、 請求項 3 3 に 記載 の装 置。

3 9 . 検出 さ れる べ き 先端情報は 、 主軸先端チ ヤ ツ キ ン グ装置 に お け る ワ ー ク 把持力オ ン ラ イ ン モニ タ リ ン グ と こ れを使っ たチ ヤ ッ キ ン グ圧の閉ループ制御の た め に必要な情報で あ る 、 請求項 3 3 に記載の装置。

4 0 . 検出 さ れる べ き 先端情報は 、 一般電動機の回転 軸上の物理量、 特に軸振動量お よ び回転子温度の測定 に必要な情報であ る 、 請求項 3 3 に記載の装置。

4 1 . 請求項 2 1 に記載の機械装置 に適用 す る 電動機 の給電制御方法で あ っ て 、

固定部側 コ ン ト ロ ー ラ は、 検出手段で の検出内容 と 所定の上位装置か ら供給さ れる 指令信号か ら ト ルク指 令を生成 し て 自律電動機部へ与え 、

前記 自 律電動機部は、 前記固定部側 コ ン ト ロ ー ラ か ら の ト ルク 指令に応 じ て電動機を駆動す る こ と を特徴 と す る 電動機の無接触給電制御方法。

4 2 . 固定部側 コ ン ト ロ ー ラ は 、 検出手段の検出内容 - が示す電動機の位置お よ び速度 と 上位装置か ら供給さ れ る 指令信号か ら ト ルク 指令を生成 し て 自 律電動機部 へ与え 、

自 律電動機部は 、 前記固定部側 コ ン ト ロ ー ラ か らの ト ルク 指令を電流指令 と し て電動機を駆動す る 請求項 4 1 に記載の電動機の無接触給電制御方法。

4 3 . 固定部側 コ ン ト ロ ー ラ は、 検出手段の検出内容 が示す電動機の位置お よ び速度 と 上位装置か ら入力さ れる 指令信号か ら ト ルク 指令を生成 し て 自 律電動機部 ベ与え 、

自律電動機部は 、 前記固定部側 コ ン ト ロ ー ラ か らの 卜 ルク 指令 と 前記検出手段の検出 内容が示す電動機の 位相 と か ら電流指令を生成 し て電動機を駆動す る 請求 項 4 1 に記載の電動機の無接触給電制御方法。

4 4 . 磁気回路を構成す る 高周波磁性 コ ア の一部を機 械的 に開 き 、 こ れ と 磁気結合さ せ る 2 次巻線 に 当該磁 気回路が鎖交す る よ う に 、 2 次巻線を挿入 し 、 こ の挿 入を確認 し た後、 機械的 に 開いて い た前記 コ ァ を閉 じ 1 次巻線を高周波励磁す る こ と に よ つ て 2 次巻線に電 圧が誘導さ れ同巻線に接続さ れた移動体上の負荷 に電 力を供給 し 、 そ し て再び 1 次巻線の高周波励磁を止め て か ら機械的 に前記 コ ァ を開いて 2 次巻線を取出す こ と を特徴 と す る 無接触給電方法。

4 5 . 磁気回路を構成す る 高周波磁性 コ ァ の一部を機 械的 に 開 く 機構を設け 、 当該磁気回路が鎖交す る よ う に移動す る 2 次巻線を有す る こ と を特徴 と す る 無接触 給電装置。

4 6 . 請求項 4 5 記載の無接触給電装置の 2 次巻線を 備え る 受電側移動体が 自律動作機能を有す る ワ ー ク パ レ ツ 卜 で あ る ご と を特徴 と す る 無接触給電装置。