JPH05227064A - 回転形非接触結合器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 信頼性が高くて高品質の信号伝送が可能な回
転形非接触結合器を提供する。 【構成】 回転軸１の円筒上の周方向に又は平面内で交
差形平行２線４０を配設する一方、これに対向して固定
側に、相隣り合うループアンテナ素子が逆位相差で給電
される１又は複数の位相差給電ループアンテナ群５０を
配置し、両者の間の電磁結合により回転体と固定部間に
おける安定した非接触信号伝送を行う。また、回転軸の
中心に片側ループの中心を有する双ループ６０を設け、
これと機械的に接触しない状態で対向させた位置に同じ
形の双ループ７０を同様に設け、双ループの中間点に給
電することにより回転軸が回転しても常に一定変動範囲
で電磁的に結合するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転体と固定部間の信
号伝送に有用な回転形非接触結合器に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、回転体と固定部間の信号伝送に
は、図８に示すようなスリップリング方式が使われてい
る。即ち、回転軸１の円周上に設けられた導体２とこれ
に接触するように固定部に設けられたスプリング接触子
３とで構成され、回転軸１の回転に伴って導体２の表面
にスプリング接触子３が摺接することによって信号伝送
が行われる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、スプリング方
式では機械的接触に頼っているため、表面状態の劣化に
より信号伝送に異常が生じることがある。これはデータ
伝送の場合にはエラー発生をもたらし、音声や映像のよ
うなアナログ信号伝送においては雑音や信号歪によるＳ
／Ｎの劣化をもたらす。更に、長期間の使用では導体２
あるいは接触子３が摩耗するため、交換も必要となりメ
ンテナンス上の不便がある。また機械的な接触に頼った
信号伝送では、たとえ表面状態が良好であっても完全な
固定状態でなく、常に接触面が動くため、データ速度が
速くなるほどエラーが生じやすくなる。

【０００４】本発明の目的は、前記した従来技術の欠点
を解消し、信頼性が高くて高品質の信号伝送を行うこと
が可能な回転形非接触結合器を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の回転形非接触結合器は、同心的に配置され
相対向して相対回転する第１及び第２の円筒面におい
て、第１の円筒面にはそのほぼ全周にわたり終端を互い
に接近させて平行２線を取り付け、該平行２線はその中
央を始端として一定間隔 P/2ごとに交差させて左右同一
の数のループを形成すると共にそのループの終端を短絡
あるいは抵抗終端し、他方第２の円筒面には、前記平行
２線に対向する形で(2N+1)P/4 (N=0,1,2, ……）なる間
隔で配置された偶数個のループアンテナ素子から成り、
相隣り合うループアンテナ素子に対して(2M+1)π/2（M=
0,1,2,……）なる位相差で給電されるループアンテナ群
を設けて構成する（請求項１）。尚、円筒面は実在する
場合及び仮想的に存在する場合のいずれであってもよ
い。

【０００６】この場合、前記ループアンテナ群と同一構
成で、その中央位置が前記ループアンテナ群に対し(2K+
1)P/2 (K=0,1,2, ……）だけずらされ、かつ２群間で逆
位相で給電される別のループアンテナ群を追加すること
もできる（請求項２）。また、前記平行２線とループア
ンテナ群とは、前記円筒面の代わりに、同軸的に配置さ
れ相対向して相対回転する第１及び第２の平面に設ける
こともできる（請求項３）。

【０００７】また別の形態としては、中間点に給電点を
有する同一形状の２組の双ループを形成し、その一方の
双ループはその片側ループの中心を回転軸の回転中心と
一致させて回転軸側に、もう１組の双ループはその片側
ループの中心を該回転軸の回転中心と一致させて固定部
側に配置する（請求項４）。この形態においても、平面
は、実在する場合及び仮想的に存在する場合のいずれで
あってもよい。

【０００８】

【作用】請求項１〜３の構成の下では、回転軸の円筒上
に取り付けられた交差形平行２線と、これに対向して設
けられた１又は複数の位相差給電ループアンテナ群との
間が電磁結合され、これにより回転体と固定部間におけ
る安定した非接触信号伝送が行われる。

【０００９】また請求項４の構成の下では、回転軸の中
心に片側ループの中心を有する双ループを設け、これと
機械的に接触しない状態で対向させた同じ形の双ループ
を同様に設けるため、両者の双ループは回転軸が回転し
ても常に一定変動範囲で電磁的に結合される。更にルー
プが２個の双ループであり、その中間点に給電するた
め、不要な磁界の放射が抑えられる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。

【００１１】図１に示す回転形非接触結合器は、僅かに
離れて同心的に位置する２つの仮想円筒面において、そ
の一方の第１の円筒面に平行２線４０をほぼ全周にわた
って配置し、他方の第２の円筒面に１組のループアンテ
ナ群５０を配置した構成である。前者の平行２線４０
は、直径Ｄなる円筒面に周方向に平行に設けられた２本
の導体４１と４２から構成され、平行２線４０の中央の
給電部４３を中心とすると、左右にそれぞれθ（90度）
の角度の地点で交差し、更に次のθ（90度）の角度地点
で短絡し、終端している。この２つの終端部４４，４５
は互いに接近して配置される。尚、給電部４３には信号
入出力端子１０を有する変復調器９が接続されている。

【００１２】ループアンテナ群５０は、直径Ｄより僅か
に大きな第２の円筒面に、４５度の角度間隔で配置され
た偶数個のループアンテナ素子５１〜５４から成り、給
電回路６によってループアンテナ素子５１から５４まで
順にφ／２（ラジアン）なる位相差で給電される。尚、
給電回路６は信号入出力端子８を有する変復調器７に接
続される。

【００１３】図２は、上記構成及び機能を判り易くする
ため、上記円周上の平行２線とループアンテナ群５０と
を直線的に展開して表したものである。従って、図１で
は終端部４４，４５が近接して設けられているのに対
し、図２では離れた位置関係になっている。ここで、平
行２線４０の導体４１と４２は、その中央を始端として
一定間隔 P/2ごと、即ち約θ＝90度ごとに交差してお
り、これによってできる平行２線４０のループの数は左
右それぞれ２つで、終端部は短絡されている。これに対
向する形で、平行２線４０と平行に４個のループアンテ
ナ素子５１〜５４が(2N+1)P/4 (N=0,1,2, ……）なる間
隔で配置され、相隣り合うループアンテナ素子に対し
て、(2M+1)π/2（M=0,1,2,……）なる位相差で給電され
るようになっている。ここでは、平行２線の交差ピッチ
はＰ／２＝3.14×Ｄ／４であり、またループアンテナ素
子５１から５４の間隔は近似的にＰ／４で表わしてい
る。

【００１４】図２の構成における動作について、以下に
簡単に原理を述べる。

【００１５】給電部４３から供給された高周波信号は、
平行２線４０から磁界を発生する。これをループアンテ
ナ群５０で受信すると受信電圧Ｖは次式で表わされる。

【００１６】

【数１】

【００１７】ここでＺは平行２線の軸方向の距離であ
る。この数１式から、受信電圧Ｖの絶対値は、ループア
ンテナ群５０が平行２線４０に対向する場所にある限
り、常に一定値を示すことが分かる。但し、これは平行
２線４０が存在する区間だけで成り立ち、終端部４４，
４５から外側では成り立たず、受信レベルが低下する。

【００１８】図１で考えてみると、終端部４４，４５は
近接しており、平行２線４０が形成する磁界は角度θ
(90度）ごとに反転するため、平行２線４０に対向して
置かれたループアンテナ群５０のいかなる位置関係でも
上記の式が成り立つことが分かる。従って、信号入出力
端子８，１０から入出力するアナログあるいはデジタル
信号を、変調器９，７と上記の電磁波結合系を介して伝
送することができる。ここで、平行２線の導体４１，４
２を交差させるのは、対向するループアンテナ群５０以
外との電磁結合を減らすためである。

【００１９】図３は、図１に示した構成を具体的に装置
として構成する場合の例である。回転軸１の周囲に平行
２線４０を収納した回転結合部１１が設けられ、この外
側に隙間を置いてループアンテナ群５０を収納した固定
結合部１２が設けられる。従って、上述した円筒面は回
転結合部１１及び固定結合部１２の内部に在る。

【００２０】本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、次のように構成することもできる。

【００２１】(1) 上記数１式はループアンテナ素子が４
個の場合での計算式であるが、ループアンテナ素子が２
個（５１，５２）だけの構成の場合には、初項と第２項
だけとなり、結果的には上記と同様に一定値になる。こ
の場合ループアンテナ素子の間隔は（２Ｎ＋１）Ｐ／４
(N=0,1,2, ……）で、相隣り合うループアンテナ素子
に対して（２Ｍ＋１）π／２ （M=0,1,2,……）なる位
相差で給電すれば良い。

【００２２】(2) 上記 (1)に述べたループアンテナ素子
２個を１組のループアンテナ群とし、同一構成のもう１
組のループアンテナ群１組を備えた構成とすることもで
きる。この場合、２組のループアンテナ群の中央位置を
（２Ｋ＋１）Ｐ／２ (K=0,1,2, ……）だけずらせ、か
つ２組間で逆位相で給電すれば、上記式と同じ結果にな
る。一般的に言うならば、複数個のループアンテナ素子
から成る同一構成の２組のループアンテナ群を、両者の
中央位置を(2K+1)P/2 (K=0,1,2, ……）だけずらせて配
置し、２群間で逆位相で給電してもよい。

【００２３】(3) 図１〜図３では、回転軸１と同心の第
１及び第２の円筒面上に結合系を構成したが、同軸的に
相対向して相対回転する平面、即ち回転軸心を同一とす
る互いに向き合った２つの平面上に結合系を構成するこ
ともできる。例えば、図４に示すように、回転軸１の端
面にを取り付け、これに対して固定結合部１４を対向配
置しても、同じ機能が得られる。

【００２４】(4) 図１と図２では、平行２線４０の端末
は短絡されているが、必要に応じて抵抗終端することも
できる。

【００２５】図５に他の実施例を示す。これは、中間点
に給電点を有する同一形状の２組の双ループ６０，７０
により構成される回転形非接触結合器の例である。

【００２６】双ループ６０は給電点１７より左右対称に
円形状に形成された２つのループ６１，６２から成り、
双ループ７０はこれと同一形状であって、給電点１９よ
り左右対称に円形状に形成された２つのループ７１，７
２から成る。双ループ６０は回転軸１５の中に、双ルー
プ７０はこれと同軸的にかつ機械的に接触しないように
対向配置された固定軸（固定部側）１８の中に設けられ
ている。この場合、双ループ６０，７０は、それぞれ、
その片側ループ６１の中心が、回転軸１５の回転中心１
６と一致するように設けられる。尚、双ループ６０の給
電点１７は、信号入出力端子１０を有する変復調器９
に、また双ループ７０の給電点１９は、信号入出力端子
８を有する変復調器７に接続される。

【００２７】給電点１７から供給された高周波信号は、
ループ６１，６２に逆方向の電流Ｉ₁ を流す。これによ
って発生した磁界は、対向して置かれたループ７１，７
２に上記と逆方向の電流Ｉ₂ を誘起させる。給電点１９
では電流Ｉ₂ が同じ方向で合成されるため、高周波信号
が取り出される。ここで、回転軸１５が回転するとルー
プ６１，６２と７１，７２の位置関係は図６に示すよう
になる。ループ６２はループ７２と向き合ったり離れた
りするため、電磁気的な結合度は安定しない。しかし、
ループ６１はループ７２と常に向き合い結合度は安定し
ている。このため回転軸１５の回転に伴う結合度の変化
は、相対的に結合度0.5 と１の間を変化するだけであ
る。

【００２８】ここで、ループが２個で構成される理由は
以下の通りである。つまり、ループが１個だけの場合
は、供給された高周波信号は向き合ったループと磁気的
に結合する以外に外部に妨害電波を誘導，放射したり、
外部の装置類が発生する妨害電波を受信したりする。そ
こでループを２個にして図５に示すように給電すると、
電流Ｉ₁ によって発生する２つの磁界は互いに逆方向で
あるため、波長に比し十分遠い外部空間では、打ち消し
合ってレベルが低下する。反対に外部からの妨害電波の
場合は、同一方向の磁界によって誘起される電流が、給
電点６では打ち消し合うため、受信レベルが低下し影響
を受けなくなる。

【００２９】図７は実装状態を示す例である。回転軸１
の端面に双ループを入れた回転結合部２０を取り付け、
対向する位置に双ループを入れた固定結合部２１を設け
ることにより、回転結合部２０と固定結合部２１間での
非接触的な信号伝送を可能としている。

【００３０】尚、図５，図６の実施例ではループを１回
巻で示したが、複数巻きでも同様の機能が得られる。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、請
求項１〜３の構成の下では、交差形平行２線とこれに対
向する位相差給電ループアンテナ群との間が電磁結合さ
れ、これにより回転体と固定部間における安定した非接
触信号伝送が行われる。機械的に接触せずに高周波信号
を伝送するため、長期間の使用による表面状態の劣化が
なく、常に良好な信号伝送ができる。更に、同じ理由に
より交換がほとんど必要なくなるため、メンテナンスが
容易である。またデータ速度が速くなっても、伝送特性
に起因するエラー発生の確率は低い。従って信頼性が高
くて高品質の信号伝送を行うことができる。

【００３２】また請求項４の構成の下では、同一形状の
双ループ間が回転軸が回転しても常に一定変動範囲で電
磁結合され、その際双ループの中間点への給電により磁
界の放射が抑えるられるため、外部への妨害電波を誘
導、放射が少なく、反対に外部からの妨害電波は受信し
にくい。従って同様に信頼性が高くて高品質の信号伝送
を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回転形非接触結合器の第１の実施例に
おける回路構成を示すブロック図である。

【図２】図１の回転形非接触結合器を展開して示した原
理ブロック図である。

【図３】図１の回転形非接触結合器の具体例を一部切欠
いて示した外観図である。

【図４】図１の回転形非接触結合器の別の具体例を示す
外観図である。

【図５】本発明の回転形非接触結合器の第２の実施例に
おける回転構成を示すブロック図である。

【図６】図５の回転軸側が回転するときの２組の双ルー
プの位置関係を示す平面図である。

【図７】図５の回転形非接触結合器の具体例を示す外観
図である。

【図８】従来のスリップリング方式信号伝送装置の構成
を示す外観図である。

【符号の説明】

１ 回転軸 ２ 導体 ３ スプリング接触子 ６ 給電回路 ７ 変復調器 ８ 信号入出力端子 ９ 変復調器 １０ 信号入出力端子 １１，１３ 回転結合部 １２，１４ 固定結合部 １５ 回転軸 １６ 回転中心 １７ 給電点 １８ 固定軸（固定部側） １９ 給電点 ２０ 回転結合部 ２１ 固定結合部 ４０ 平行２線 ４１，４２ 導体 ４３ 給電部 ４４，４５ 終端部 ５０ ループアンテナ群 ５１〜５４ ループアンテナ素子 ６０，７０ 双ループ ６１，６２ ループ ７１，７２ ループ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同心的に配置され相対向して相対回転す
   る第１及び第２の円筒面において、第１の円筒面にはそ
   のほぼ全周にわたり終端を互いに接近させて平行２線を
   取り付け、該平行２線はその中央を始端として一定間隔
   P/2ごとに交差させて左右同一の数のループを形成する
   と共にそのループの終端を短絡あるいは抵抗終端し、他
   方第２の円筒面には、前記平行２線に対向する形で(2N+
   1)P/4(N=0,1,2, ……）なる間隔で配置された偶数個の
   ループアンテナ素子から成り、相隣り合うループアンテ
   ナ素子に対して(2M+1)π/2（M=0,1,2,……）なる位相差
   で給電されるループアンテナ群を設けたことを特徴とす
   る回転形非接触結合器。
2. 【請求項２】 請求項１記載の回転形非接触結合器にお
   いて、前記ループアンテナ群と同一構成で、その中央位
   置が前記ループアンテナ群に対し(2K+1)P/2(K=0,1,2,
   ……）だけずらされ、かつ２群間で逆位相で給電される
   別のループアンテナ群を設けたことを特徴とする回転形
   非接触結合器。
3. 【請求項３】 前記平行２線とループアンテナ群とを、
   前記円筒面の代わりに、同軸的に配置され相対向して相
   対回転する第１及び第２の平面に設けたことを特徴とす
   る請求項１又は２記載の回転形非接触結合器。
4. 【請求項４】 中間点に給電点を有する同一形状の２組
   の双ループを形成し、その一方の双ループはその片側ル
   ープの中心を回転軸の回転中心と一致させて回転軸側
   に、もう１組の双ループはその片側ループの中心を該回
   転軸の回転中心と一致させて固定部側に配置したことを
   特徴とする回転形非接触結合器。