JPH04205497A - 信号伝送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、回転体から静止部に対して非接触で電気信
号を伝送する装置に関し、特に小形で信頼性の高い信号
伝送装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来より、回転体と静止部との間で信号授受を行う信号
伝送装置は広く用いられている。

例えば、つや出しを目的とする製紙用のロール　　、装
置においては、装置本体（静止部）からロール（回転体
）に対して指令信号等を伝送すると共に、誘導加熱され
るロール温度をデータ信号として装置本体に伝送する必
要がある。

このように、回転体と静止部との間でデジタル信号又は
デジタル化されたデータ信号及びアナログ信号を伝送す
る装置は、ロール装置に限らず、ＮＣ工作機械、ロボッ
ト装置、搬送装置等の種々の回転機械に適用されている
。

又、この種の装置としては、回転体に回転側モジュール
を設けると共に、装置本体（静止部）に固定側モジュー
ルを設け、ＦＭテレメータや電磁波（又は、光）を媒体
として伝送を行うワイヤレスモデム等が知られている。

このような信号伝送装置は、伝送距離が大きくとれる点
で有利であるが、構造上の理由から、回転機械に取り付
けて使用することはいずれも適当でない、又、周囲の電
界ノイズ等に影響を受は易いうえ、装置本体から輻射さ
れる電磁波の電界強度が大きいため、周囲の機器に悪影
響を及ぼすおそれがある。しかも、ＦＭテレメータ等は
回路構成が複雑で高価であり、光学式のものは油や塵芥
などの付着によって悪影響を受は易い。

又、回転体及び静止部を同軸状に構成した装置において
も、回転側モジュールと固定側モジュールとの間隔を一
定にすることは難しい等の支障が多く、安定した伝送を
行うことは困難である。

更に、各種信号の送信用電源として乾電池を用いた場合
、乾電池を交換し易いように配慮する必要があり、設計
上多くの制約を受ける。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の信号伝送装置は以上のように、非接触式であって
も、コストダウンや小形化等を考慮しておらず、又、伝
送経路でノイズの影響を受は易いので、経済的でないう
え信頼性が低いという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、同軸状の回転体及び静止部に各々送信ヘッド
及び受信ヘッドを含むモジュールを設けることにより送
信ヘッド及び受信ヘッドの間隔を規正し、信号伝送の高
効率化及び安定化を実現し、取り扱い及び設置条件の簡
略化を計ると共に、小形で信頼性の高い信号伝送装置を
得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る信号伝送装置は、センサ手段が搭載され
た回転体に一体に設けられた回転側モジュールと、回転
側モジュールに含まれ回転体の回転方向に沿ってリング
状に設けられた送信ヘッド及び受信ヘッドと、回転体と
同軸状に形成された静止部に一体に設けられた固定側モ
ジュールと、固定側モジュールに含まれ送信ヘッド及び
受信ヘッドに個別に対向配置されたリング状の受信ヘッ
ド及び送信ヘッドと、回転体と静止部との間に介在され
た軸受とを備えたものである。

［作用コ この発明においては、回転体及び静止部を軸受を介して
同軸状に設置し、機構的に結合させて一体とし、回転側
モジュール及び固定側モジュール間の双方向の電磁波信
号の伝送を、それぞれの送受信ヘッドを介して効率的に
行う。

［実施例コ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例の要部の概略構成を示す側断面
図、第２図は第１図内の各モジュールの回路構成を示す
ブロック図である。

第１図において、（１）は装置本体に軸承された回転軸
、（２）は温度センサ（後述する）等のセンサ手段が搭
載され且つ回転軸（１）と一体に設けられた回転体、（
３）は回転体（２）と同軸状に形成され且つ装置本体に
固定された静止部、（４）は回転体（２）に固定された
メタル、（５）は静止部（３）に固定されたメタル、（
６）は回転体（２）と静止部（３）との間に介在された
軸受である。

（７）は静止部（３）を装置本体に固定するための固定
金具であり、回転軸（１）及び回転体（２）との接触部
に介在された軸受（８）と、回転体（２）の回転時の応
力を吸収するためのダンパ（図示せず）とを備えている
。

（１０）は回転体（２）及びメタル（４）に一体に設け
られた回転側モジュールであり、回転体（２）の回転方
向に沿ってリング形状をなしている。　（１６）はセン
サ手段がらのデータ信号を電磁波により送信する信号送
信ヘッド、（１７）は電磁波からなる電力信号を受信す
る電力受信ヘッドであり、これらは回転側モジュール（
１０）に含まれており、回転体（２）の回転方向に沿っ
てリング状に設けられている。

（２０）は静止部（３）及びメタル（５）に一体に設け
られた固定側モジュールであり、回転側モジュール（１
０）と対向するようにリング形状をなしている。

（２３）は電磁波により電力を送信する電力送信ヘッド
、（２４）は電磁波からなるデータ信号を受信する信号
受信ヘッドであり、これらは固定側モジュール（２０〉
に含まれており、電力受信ヘッド（１７）及び信号送信
ヘッド（工６）に個別に対向配置されたリング形状をな
している。

回転側モジュール（１０）は回転体（２）に収納され、
固定側モジュール（２０）は静止部（３）に収納されて
いる。更に、回転側モジュール（１０）は、キー渭やブ
ツシュ（図示せず）等の機構により設置対象となる回転
軸（１）に固定されている。

これにより、回転側モジュール（１０）の送受信機構及
び固定側モジュール（２０）の送受信機構は、回転体（
２）及び静止部（３）と共に、軸受（６）を介して同軸
状に且つ一体に結合されている。尚、ここでは、回転側
モジュール（１０）の動作に必要な電力は、固定側モジ
ュール（２０）から非接触で伝送されるように構成し、
この伝送電力を用いて回転側モジュール（１０）から固
定側モジュール（２０）にデータ信号を伝送する場合を
示している。

一方、回転側モジュール（１０）及び固定側モジュール
（２０）の回路構成の一例を示す第２図において、くっ
）はセンサ手段となる温度センサであり、測温抵抗器や
サーミスタからなり、回転側モジュール（１０）に接続
されている。

回転側モジュール（１０）は以下の要素（１１）〜（１
９）から構成されている。

（１１）は温度センサ（９）からの検出信号が入力され
る処理回路であり、ブリッジや冷接点補償回路等から構
成されている。（１２）は処理回路（１１）を介した検
出信号を適当な電圧に増幅するプリアンプ、（１３）は
データ信号の周波数ｆ１を生成する発振回路である。　
（１４）はプリアンプ（１２）を介した検出信号が入力
されるＦＭ回路であり、発振回路（１３）からの周波数
ｆ１により励振されるようになっている。　−（１５）
はＦＭ回路（１４）から生成されるＦＭ波を増幅するパ
ワーアンプであり、周波数ｆ１のデータ信号（を磁波）
を、信号送信ヘッド（１６）から固定側モジュール（２
０）の信号受信ヘッド（２４）に送信するようになって
いる。

電力受信ヘッド（１７）には固定側モジュール（２０）
の電力送信ヘッド（２３）から周波数ｆ２の電力電磁波
が受信されている。　（１８）は電力受信ヘッド（１７
）で受信された電力信号を直流化する整流平滑回路、（
１９）は整流平滑回路（１８）で直流化された電圧を安
定化する定電圧回路である。

又、固定側モジュール（２０）は、以下の要素（２１）
〜（２８）から構成されている。

（２１）は電力電磁波の周波数ｆ２を生成する発振回路
である。　（２２）は発振回路（２１）から生成された
発振信号を増幅するパワーアンプであり、周波数ｆ２の
電力電磁波を、電力送信ヘッド（２３）から回転側モジ
ュール（１０）の電力受信ヘッド（１７）に送信するよ
うになっている。

信号受信へラド（２４）には回転側モジュール（１０）
の信号送信ヘッド（１６）から周波数ｆ１のデータ信号
が受信されている。　（２５）は信号受信ヘッド（２４
）で受信されたデータ信号をＲＦ増幅するＲＦアンプ、
（２６）はＲＦ増幅されたデータ信号を元の検出信号に
復調するＦＭ復調回路、（２７）は復調された検出信号
を外部出力に適合するようにスケーリングする出力回路
、（２８）は商用電源などの外部電源を入力とする電源
回路である。

尚、各モジュール内の送受信ヘッド（１６）、（１７）
、（２３）及び（２４）の具体的構成としては、種々の
ものが考えられるが、−船釣にはコンデンサ及びコイル
からなる並列回路を用いることができる。この場合、回
転側モジュール（１０）及び固定側モジュール（２０）
にそれぞれボビンを設け、一対のボビンのうち、回転側
モジュール（１０）のものには信号送信ヘッド（１６）
及び電力受信ヘッド（１７）を巻き、固定側モジュール
（２０）のものには電力送信ヘッド（２３）及び信号受
信ヘッド（２４）を巻けばよい。これにより、第１図の
ように対向配置されたリング状の送受信ヘッドが構成さ
れる。

次に、第１図及び第２図を参照しながら、この発明の一
実施例の動作について説明する。

固定側モジュール（２０）は、静止部（３）に設けられ
ているので、電源回路（２８）の設置が容易であり、電
池や発電素子等により又は電灯線等の商用電源によって
任意に給電することができる。

一方、回転側モジュール（１０）及びこれに付随する各
種の負荷で必要とする電力は、固定側モジュール（２０
）から電磁誘導によって伝送される。

即ち、発振回路（２１）で生成された周波数ｆ２の発振
信号は、パワーアンプク２２）により増幅され、電力送
信ヘッド（２３）により周波数ｆ２の電力電磁波となっ
て放射される。この電力電磁波は、電力受信ヘッド（１
７）で受信され、整流平滑回路（１８）により直流化さ
れた後、定電圧回路（２９）によって安定化され、回転
側モジュール（１０）内の使用される。

尚、こうして受信された電力は、必要に応じて大容量コ
ンデンサや二次電池（図示せず）に充電してもよい。こ
れにより、常時又はシステム休止時にも安定な供給電源
として機能させることができる。即ち、機械の休止時な
どに回転体（２）の運動速度が変化しても、大容量コン
デンサ等を動作させることにより、回転側モジュール（
１０）内の各要素に対し安定に電力を供給することがで
きる。

又、必要に応じて、外部からの照射光を受光して発電す
る太陽電池等の光電素子を回転側モジュール〈１０）に
設置したうえ、−次又は二次電池等による補助電源を付
加してもよい。

更に、回転側モジュール（１０）と固定側モジュール（
２０）とで共通のクロックが必要な場合（例えば、デー
タ信号をシリアルで伝送するときのボーレートクロック
を共用する場合など）は、電力電磁波の周波数ｆ２をそ
のクロック周波数で変調するか、又は、電力電磁波の周
波数ｆ２を伝送したいクロック周波数の整数倍に設定す
ればよい。これにより、回転側モジュール（１０）と固
定側モジュール（２０）との間でスケールを合わせるこ
とができ、共通のクロックを得ることができる。

電力が供給された回転側モジュール（１０）は、回転体
（２）に設置された温度センサ（９）からのデータ（検
出信号）を、以下のように固定側モジュール（２０）に
伝送する。

即ち、温度センサ（９）から出力される検出信号は、処
理口１￥８（１１）により補償された後、プリアンプ（
１２）により増幅され、周波数ｆ１により励振されるＦ
Ｍ回路（１４）によってＦＭ波となり、更に、パワーア
ンプ（１５）により増幅された後、信号送信ヘッド（１
６）から電磁波となって放射される。

こうして回転側モジュール（１０）から送信された周波
数ｆ１のデータ信号は、固定側モジュール（２０）内の
信号受信ヘッド（２４）により受信され、ＲＦアンプ（
２５）で増幅された後、ＦＭ復調回路（２６）によって
元の検出信号に復調され、出力回路（２７）がら外部に
出力される。このとき、外部出力は、出力回路（２７）
により適当にスケーリングが施され、例えば、４ｍＡ〜
２０ｍＡや１ｖ〜５■に設定される。尚、固定側モジュ
ール（２０）で必要な電力は、電源回路（２８）によっ
て供給される。

このように、回転体（２）及び静止部（３）を軸受（６
）を介して同軸状に設置すると共に、機構的に結合させ
て一体構造とし、回転側モジュール（１０）及び固定側
モジュール（２０）の双方向の信号伝送は、各送受信ヘ
ッド（１６）、（１７）、（２３）及び（２４）を介し
て行われる。従って、構造的に取り扱いが容易で且つ比
較的簡単な回路構成となり、又、高精度のデータ伝送を
安定に行うことができる。

又、前述したように、回転側モジュール（１０）で必要
な電力は、固定側モジュール（２０）から非接触で伝送
されるので、回転側モジュール（１０）に乾電池等の電
源を搭載する必要がなく、回転側モジュール（１０）は
無電源動作可能な構成とすることができる。従って、生
産機械等の回転体（２）に回転側モジュール（１０）を
組み込む場合においても、電池交換等の配慮が不要とな
り、設計的負担も軽減される。

又、回転側モジュール（１０）は、固定側モジュール（
２０）に対し、軸受（６）及び（８）を介して高精度に
相対位置が規制されるので、各モジュール間の間隔を小
さく且つ一定に設定することができる。

従って、小形化が可能となるうえ、取り扱う電力が軽減
されて信号又は電力の伝送効率を向上させることができ
る。又、電力が軽減されるため漏洩磁界が小さくなり、
外部に対する悪影響を抑制することができる。又、結合
される電界強度が太きくなるので、外部ノイズに影響さ
れにくくなり信頼性が向上する。更に、回転側モジュー
ル（１０）の回転偏心に伴う信号や電力の伝送むらが抑
制されるので、伝送の信頼性及び精度が向上する。

尚、上記実施例では、回転側モジュール（１０）が固定
側モジュール（２０）の内側に配置されている場合を示
したが、逆の配置構造であっても同等の効果を奏するこ
とは言うまでもない。

又、信号伝送対象が回転側モジュール（１０）及び固定
側モジュール（２０）のみの場合を示したが、生産機械
等の運動部に更に別の運動部が付加された付帯機構部に
対しても、同様に信号や電力の伝送を行うことができる
。この場合、この発明による構成を、運動部及び付帯機
構部に対して副次的に適用すればよい。

又、回転側モジュール（１０）から固定側モジュール（
２０）に対してデータ信号を伝送し、固定側モジュール
（２０）から回転側モジュール（１０）に対して電力を
伝送する場合を示したが、他の信号を送受信する場合に
も適用できることは言うまでもない。例えば、固定側モ
ジュール（２０）から回転側モジュール（１０〉に対し
て指令信号等を伝送するようにしてもよい、又、電力伝
送用の周波数ｆ２を変調して、固定側モジュール（２０
）から回転側モジュール＜１０）に対して、電力及び信
号を同時に伝送するようにしてもよい。

又、データ信号伝送用の電磁波をＦＭ変調した場合を示
したが、無線通信等で通常使用されている他の変調方式
を用いても同等の効果を奏する。

更に、他の実施例として、各モジュール（１０）及び（
２０）が著しい高温又は低温の環境で動作される場合を
想定し、各モジュール（１０）及び（２０）内に、温度
管理用の冷却又は発熱手段（図示せず）を設けてもよい
。この場合、各モジュール（１０）及び（２０）に組み
込まれる冷却又は発熱手段としては、冷熱半導体素子や
、高圧空気による断熱ｍ弧形の簡易の冷却装置又は発熱
装置等が用いられる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、センサ手段が搭載され
た回転体に一体に設けられた回転側モジュールと、回転
側モジュールに含まれ回転体の回転方向に沿ってリング
状に設けられた送信ヘッド及び受信ヘッドと、回転体と
同軸状に形成された静止部に一体に設けられた固定側モ
ジュールと、固定側モジュールに含まれ送信ヘッド及び
受信ヘッドに個別に対向配置されたリング状の受信ヘッ
ド及び送信ヘッドと、回転体と静止部との間に介在され
た軸受とを備え、回転体及び静止部を軸受を介して同軸
状に結合させて一体とし、回転側モジュール及び固定側
モジュール間の双方向の電磁波信号の伝送を、各々の送
受信ヘッドを介して効率的に行うようにしたので、信号
伝送の高効率化及び安定化を実現し、取り扱い及び設置
条件の簡略化を計ると共に、小形で信頼性の高い信号伝
送装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す側断面図、第２図は
第１図内の回転側モジュール及び固定側モジュールの回
路構成を示すブロック図である。 （２）・・・回転体　　　　　（３）・・・静止部（６
）、（８）・・・軸受　　　（９）・・・温度センサ（
１０）・・・回転側モジュール （１６）・・・信号送信ヘッド　（１７）・・・電力受
信ヘッド（２０）・・・固定側モジュール

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）センサ手段が搭載された回転体と、この回転体に
   一体に設けられた回転側モジュールと、この回転側モジ
   ュールに含まれ前記回転体の回転方向に沿ってリング状
   に設けられた送信ヘッド及び受信ヘッドと、前記回転体
   と同軸状に形成された静止部に一体に設けられた固定側
   モジュールと、この固定側モジュールに含まれ前記送信
   ヘッド及び前記受信ヘッドに個別に対向配置されたリン
   グ状の受信ヘッド及び送信ヘッドと、前記回転体と前記
   静止部との間に介在された軸受と、を備えた信号伝送装
   置。
2. （２）回転側モジュール及び固定側モジュールは、温度
   管理用の冷却又は発熱手段を含むことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の信号伝送装置。