JPS6236928A - 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］ 本発明は、電力やデジタル信号またはアナログ信号を電
磁波を用いて非接触で伝送する装置に間するもので、各
種の静止機器はもとよりＮＣ工作機械、ロボット装置、
搬送装置、その他諸種の自動機械などに利用できるもの
である。この場合２例えば機械装置本体の固定側に能動
用モジュールを設置し、運動する移動側に受動用モジュ
ールを設置して、移動側における形状９種別２位置、歪
。

温度および色彩などに関するデジタル的あるいはアナロ
グ的な諸種のデータ信号を、固定側に対し非接触で伝送
させたいような場合に用いて好適なものである。

［従来の技術］ 従来はこの種の信号伝送装置として、ＦＭテレメータや
電磁式のカブラなどが知られているが。

一般にこのような送信部と受信部とを有する通信装置に
よって測定データの伝送を行なわせる場合には、その伝
送に直接関与するアンテナや対向コイルなどの相対的位
置が常に結合状態にあることを前提としており、所定の
相対的位置関係から外れた状態では両者間の通信が途絶
するのが普通である。

故に機械装置の固定側に設置した受信部に対して、運動
側に設置した送信部から連続的に測定されるデータ信号
を伝送させようとする場合、運動側の移動によって両者
の相対的位置が結合状態から外れた時には信号伝送が中
断され、従って連続的な測定データを得ることが不可能
であった。

依って例えば運動体がシャフトやターンテーブル状のも
の一場合には、対向コイルをそのシャフトやターンテー
ブルなどに同軸状に配置し、運動過程においても常時そ
の結合状態が外れることがないように配慮した構成にし
なければならなかった。特に既設の機械装置に同軸状の
対向コイルなどを設置する事とか、そのメンテナンスを
行なう事は非常に面倒であった。

そのうえ更に運動側の送信機に電池などの電源の搭載を
必要とするため、その交換や充電に多くの労力を必要と
しているのが現状である。

［発明の目的］ 本発明の目的は、能動用モジュールと受動用モジュール
とを備え、その両者間において相互に非接触かつ高精度
で安定に信号の授受を行なわせることのできる比較的簡
単な回路構成の信号伝送装置を提供せんとするもので、
殊に両者間における信号の授受を直接用るアンテナや対
向コイルあるいは送信用発光器とその受光器などの相対
的位置が変化し、その結合状態から外れている時のデー
タ信号をも継続的にサンプリングして処理することので
きる信号伝送装置を提供することにある。

［発明の概要］ 本発明に係る信号伝送装置は、電力やコマンド信号およ
びデータ信号を電磁波により非接触で相互に伝送する能
動用および受動用の複数のモジュールから成り、そのう
ちの一方のモジュールはサンプリングしたデータをデー
タ記憶装置に累積することができ、これを伝送指令信号
に応じて他方のモジュールに伝送する手段を備えたこと
を特徴とするものである。

［発明の構成］ 本発明に係る信号伝送装置は、電力やコマンド信号およ
びデータ信号を電磁波により非接触で相互に伝送する能
動用および受動用の複数のモジュールから構成されてお
り、更に各モジュールは電磁波の送信部と受信部とをそ
れぞれ備え、モジュール間における単方向または双方向
の非接触伝送が可能な構成になっている。

この場合、電力やコマンド信号およびデータ信号を非接
触で伝送する時の媒体となる電磁波は。

低周波からマイクロ波領域を含むものであり、ざらに紫
外から赤外に至る光も伝送媒体として適用できるもので
ある。しかし以下の本文では説明の都合上、前者を特に
電磁波、後者を光または光束−と呼んで区別する。

また一方のモジュールの送信部と他方のモジュールの受
信部との間における電磁波の授受に直接関与するのは、
送信ヘッドとその受信ヘッドとの両者すなはち具体的に
はそれらの構成要素であるアンテナや対向コイルであり
、あるいは送信用発光器とその受光器である。そしてそ
の両者が所定の相対的位置関係に置かれている時は結合
状態を形成し、電磁波や光束による電力あるいは信号の
非接触伝送を通常的に行なう。

すなはち一方の能動用モジュールは、所望する計測デー
タのアドレスや識別符号などに間するコマンドをその送
信ヘッドから受動用モジュールの受信ヘッドに対して伝
送する機能と、前記コマンドに対する応答を得て処理す
る機能とを備えている。

他方の受動用モジュールは、能動用モジュールからの上
記コマンドを受信してデコードし、その要求に対応した
デジタルやアナログのデータ信号などをその送信ヘッド
から能動用モジュールの受信ヘッドに対して伝送する機
能を備えている。

さらに受動用モジュールには、取得した計測データを保
存するデータ記憶装置および能動用モジュールから伝送
された電力によって充電することのできる電池やコンデ
ンサが搭載されている。

従って例えば機械装置本体の固定側に設置された能動用
モジュールの受信ヘッドに対し、移動側に設置された受
動用モジュールの送信ヘッドが移動して９両ヘッドが所
定の相対的位置から外れた場合すなはち結合状態から外
れた場合には連続的なデータの伝送が不可能になる。

しかるにこのような場合でも、受動用モジュールは継続
的に逐次サンプリングしたデータを前記データ記憶装置
へ累積しておくことができる。そして送信ヘッドと受信
ヘッドとの両者が所定の相対的位置関係を満足した時点
で伝送指令信号を発し、これに応じて先に累積しておい
たデータを能動用モジュールに対して伝送する手段を備
えている。

なお上述のように送信ヘッドと受信ヘッドとが所定の結
合状態から外れている場合とか、その状態で運動を停止
したような場合においては、先に述べた電池またはコン
デンサが受動用モジュール各部の動作電源として作用す
るようになっている。

上記両ヘッドが結合状態にある時は、受動用モジュール
の電力は能動用モジュール（これは電灯線や電池または
発電素子等によって動作する）から電磁波または光束に
よって伝送されるが、これには次の二つの方法がある。

（ａ）能動用モジュールの送信部から、受動用モジュー
ルへ常時または必要時に電磁波または光束によって電力
を送ると共に、これに何らかの方法でコマンド信号を重
畳して伝達する。

（ｂ）能動用モジュールに電力伝送専用の送信部と、コ
マンド信号用の送信部とをそれぞれ別系統で設ける。

また能動用モジュールと受動用モジ−ニルに共通のクロ
ックが必要な場合（例へばデータをシリアルで送る場合
のボーレイトクロックを共用する場合など）、電力伝送
の電磁波または光束をその周波数で変調するか、または
電力伝送の周波数を伝送したいクロック周波数の整数倍
にしておき。

両モジュール間でスケールを合わせておくことにより共
通のクロックを得ることができる。

また本発明では伝送媒体として前述の如く電磁波や光束
を適用できるので、データ信号や電力の伝送に関して基
本的に下記のような６通りの組み合わせができる。

（１）能動用モジュールから受動用モジュールへの電力
およびデータの伝送と、受動用モジュールから能動用モ
ジュールへのデータの伝送との。

いずれにも電磁波を用いたもの。

（ｎ）能動用モジュールから受動用モジュールへの電力
およびデータの伝送に電磁波を用い、受動用モジュール
から能動用モジュールへのデータの伝送に光束を用いた
もの。

（ｍ）能動用モジュールから受動用モジュールへの電力
およびデータの伝送に光束を用い、受動用モジュールか
ら能動用モジュールへのデータの伝送に電磁波を用いた
もの。

（ｒＶ）主にデータの伝送に光束を用い電力の伝送に電
磁波を用いたもの。

（Ｖ）主にデータの伝送に電磁波を用い、電力の伝送に
光束を用いたもの。

（Ｖｌ）上記（Ｉ）〜（Ｖ）の複数を組み合わせて用い
たもの。

以上に挙げた構成に間し次に主として（ｎ）に属する実
施例を説明するが、他の項目については自明となる。

［発明の実施例］ 第１図に示すブロックダイアグラムは前記（ＩＩ）の構
成に属するもの＼実施例で、測定対象のデー°夕がアナ
ログ信号で供与される場合について説明する。

この信号伝送装置の主要部は、能動用モジュールＡと受
動用モジュールＢとから成る。

そして能動用モジュールＡは、電力やコマンド信号ＳＤ
をその電磁送信ヘッドｌから受動用モジュールＢの電磁
受信ヘッド２に対し、Ｆ／’Ｓ（周−ｌ〇− 波数シフト）変調をかけた電磁波の伝播にもとずく電磁
誘導により非接触で伝送する機能をもつ。

また受動用モジュールＢはその外部の計測センサや測定
機器から得られる測定データＳＡを入力し、ＦＭ（周波
数変調）をかけた被変調光を伝送媒体として光学送信ヘ
ッド３から能動用モジュールＡの光学受信ヘッド４に対
し非接触伝送を行なう機能を備えている。

以下これらの両モジュールの機能を具体的に説明すれば
次のようになる。

能動用モジュールＡは、受動用モジュールＢに対するコ
マンド信号である並列データＳＤを、まずＰ／Ｓ　（、
並列→直列）変換回路５によってシリアル信号に変換す
る。そしてボーレイトクロックの整数倍の周波数ＢＲ＋
を発振する発振回路６によって駆動されるＦ／Ｓ変調回
路７へ入り、並列データＳＤに対応したＦ／Ｓ変調波に
する。但しこの周波数のす−では伝送効率の点で空間伝
送に不適当な場合には２周波数逓倍回路８で周波数を高
くしたのち、ＲＦパワーアンプ９により電力増幅し、電
磁送信ヘッド１から電磁波として空間へ輻射する。

この輻射されたＦ／Ｓ変調波の電磁波は、受動用モジュ
ールＢの電磁受信ヘッド２で受信され。

その一部は電力用として整流平滑回路１０により直流化
され、これに付帯する２次電池および大容量コンデンサ
１１を充電すると共に、電源Ｅとして受動用モジュール
Ｂの各回路の電源として供給される。

またこの電力伝送用の周波数は前述したようにボーレイ
トクロックの整数倍にしであるため９周波数デバイダ１
２により逓減し２元のボーレイトクロックＢＲＩ　と同
じ周波数のＢＨ３に戻してから必要な回路に供給する。

そしてまた電磁受信ヘッド２の出力の一部を。

Ｆ／Ｓ検波回路１３によってもとのシリアルデータに復
調する。次いでＳ／Ｐ変換回路１４により復元されたコ
マンド信号の並列データＲＤは、データバスＤＢを経て
コントローラ１５に入り、こ＼で判別された内容に応じ
た制御信号ＣＮＴによって関係回路を制御する。

すなはち並列データＲＤが測定データＳＡの入力チャン
ネルの指定コマンドであれば、その制御信号ＣＮＴに応
じてマルチプレクサ１６を指定されたチャンネルに切り
替える。

さらに並列データＲＤのコマンドの内容が、測定データ
ＳＡを能動用モジュールＡに伝送せよという指令であれ
ば、測定データＳＡはＡ／Ｄ　（アナログ→デジタル）
変換器１７とＤ／Ａ（デジタル→アナログ）変換器１８
を素通りし、ＦＭ回路１９によって伝送すべきデータに
対応したＦＭ波にする。これをＡＦパワーアンプ２０で
増幅し。

光学送信ヘッド３から被変調光として光学受信ヘッド４
に対し非接触伝送を行なう。

この場合、光学送信ヘッド３と光学受信ヘッド４との対
向位置が結合状態を外れている時にはこの間の連続的な
伝送が中断されることになる。しかるに本発明の装置で
はこのような時でもコントローラ１５によって測定デー
タＳＡを予め設定されたタイミング毎に入力し、かつＡ
／Ｄ変換器１７によってデジタル値に変換した後データ
バスＤＢを経て順次データ記憶装置２１に格納しておく
ように構成されている。

そして両ヘッド３と４との結合状態が形成された時点で
、そのつと常時あるいは規定された定時間毎の伝送開始
コマンドに応じ伝送指令信号を発して、データ記憶装置
２１に格納されている測定データを順次読み出す。次い
でＤ／Ａ変換器１８でアナログ値に変換した後、前述の
ように被変調光として光学送信ヘッド３から伝送させる
。

この光束は光学受信ヘッド４で受光され、電気信号に変
換されたのちプリアンプ２２により適当なレベルに増幅
される。次に電気的フィルタ２３によって外乱光などの
影響を軽減したのちＦＭ検波回路２４によって復調し、
バッファアンプ２５を経てアナログ信号ＲＡとして検出
する。

なお前述のように送信と受信との両ヘッド間の伝送は両
者が所定の結合状態を形成した時にのみ行なわれるが、
その判断は次のように実施される。

すなはちコンパレータ２６によって電気的フィルタ２３
の出力を予め設定した基準電圧Ｖｓと比較することによ
り、光学受信ヘッド４で受信した光束の受信強度を検知
する。そして両ヘッド間が結合状態を形成しその値が成
るレベル以上の時に。

コントローラ２７は受動用モジュールＢに対し格納して
いる測定データの伝送開始を命令する伝送指令信号を発
するようになっている。ＳＲはこれらの動作における送
受信の切替え信号である。

またコントローラ２７および１５は論理回路やマイクロ
コンピュータなどにより構成される。

この実施例では記憶装置にデジタル型を用いたのでアナ
ログ値の測定データを記憶させるためにＡ／Ｄ変換器や
Ｄ／Ａ変換器を必要としたが、アナログメモリを用いれ
ば当然不用であり回路を簡易化することができる。

これらの方式は前にも述べたように、能動用モジュール
から受動用モジュールへその動作に必要な電力を伝送す
るため、受動用モジュールは無電源で動作できるという
特色を有しているが、必要に応じて受動用モジュールの
電源Ｅによって充電される補助電源、特に２次電池が付
加される。

また上記両ヘッドの相対的位置が所定の関係から外れて
いる期間の動作用電源となる大容量コンデンサ１１は適
当な容量や電圧を持った１次、２次電池でもよい。

電磁送信ヘッド１および電磁受信ヘッド２は色々な方式
のものを用い得るが、一般的には第２図に示すようなコ
ンデンサ２日を並列接続したコイル２９を用いることが
できる。

第３図は対向型用の、そして第４図は同軸型用の電磁送
信ヘッドと電磁受信ヘッドの構成例をそれぞれ示したも
のであり、金属や非金属の磁性体のコア３０．３０’に
コイル２９．２９’　ｅ捲いたものである。

このほか例えば回転する同軸型用の電磁送信ヘッドに対
しその外周の一部に対向型用の電磁受信ヘッドを近接配
置させてもその作用効果は同様である。

また光学送信ヘッド３は、第５図の如くレンズ３１と高
出力ＬＥＤや半導体レーザまたは変調器付きのガスレー
ザあるいは白熱電球”などの電気／光変換素子３２など
から構成されている。

光学受信ヘッド４は第６図に示す如く、レンズ３１と外
乱光の影響を低減させ特定の波長帯域のみを透過する光
学フィルタ３３およびフォトトランジスタやフォトダイ
オードまたは光電管などの光／電気変換素子３４などか
ら構成されている。

これらの光学系は、レンズ以外に種々の例えば反　□射
鏡など他の光学系用素子を組み合わせて使用することが
できる。

以上の実施例では２つのモジュールのうち、Ａを能動用
、Ｂを受動用として説明したが、双方とも能動用または
受動用とする場合もあり得る。

また本実施例では変調方式としてＦ／Ｓ変調方式やＦＭ
方式を用いたが、これは通常の無線通信などで用いられ
る各種の変調方式を殆ど適用出来ることは自明である。

［発明の効果］ 非接触で伝送する従来のこの種の信号伝送装置は、送信
と受信とを司るヘッドの両者が所定の結合状態を形成し
ている時にのみ有効であったが。

本発明の信号伝送装置は結合状態を外れた場合にも連続
的にデータをサンプリングしておくことができるという
効用をもつ。

故に一方の例えば固定側に設置した能動用モジュールに
対し、他方の異動可能な受動用モジュールが結合状態を
外れて大幅に移動したりその状態で停止する期間がある
ような機械装置においても。

２次電池や大容量コンデンサの容量を適当に設定すれば
その間のデータを記憶装置に累積しておき。

適宜これを読み出すことが可能である。

従って従来は受動用モジュールをシャフトの端部に同心
対向状に設置しなければ連続的なサンプリングができな
かったような場合でも、動的なバランスを考慮してシャ
フトの側面に取り付けることにより同様の作用効果があ
る。

殊にモジュール間の相対的位置にもとずく伝送可能状態
を能動モジュール側で検知できるようにしたので、その
期間のみ電力伝送に係わる素子を間欠的に動作させるよ
うな回路構成にすることができ、連続的に動作させる場
合に比較して一時的に強力な電力を発生させ得る効果が
ある。

また更に各モジュールはそれぞれ個々の筐体に緻密に収
納することができるのでその小型化が計れる。あるいは
各モジュール間の伝送を直接用る送信または受信ヘッド
のみを個別に製作しておき。

他の関係回路とは間隔を置いて接続するように構成する
ことにより、設置についての自由度や適用範囲が大幅に
拡大されるなど多くの効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る信号伝送装置の一例を示すブロッ
クダイアグラム。第２図は電磁発信ヘッドまたは電磁受
信ヘッドの一例を示す配線図。 第３図および第４図は、それぞれ対向型および同軸型の
電磁発信ヘッドと電磁受信ヘッドの一例を示す断面図。 そして第５図は光学送信ヘッド、第６図は光学受信ヘッ
ドの一例を示す断面図である。 符号１は電磁送信ヘッド、２は電磁受信ヘッド。 ３は光学送信ヘッド、　　　４は光学受信ヘッド。 ５はＰ／Ｓ変換回路、　　　６は発振回路。 ７はＦ／Ｓ変調回路、　　　８は周波数逓倍回路。 ９はＲＦパワーアンプ、　　１０は整流平滑回路。 １１は大容量コンデンサ、１２は周波数デバイダ。 １３はＦ／Ｓ検波回路、　　１４はＳ／Ｐ変換回路。 １５はコントローラ、　　　１Ｂはマルチプレクサ。 １７はＡ／Ｄ変換器、　　１８はＤ／Ａ変換器。 Ｉ９はＦＭ回路、　　　２０はＡＦパワーアンプ。 ２１はデータ記憶装置、２２はプリアンプ。 ２３は電気的フィルタ、２４はＦＭ検波回路。 ２５はバッファアンプ、２６はコンパレータ。 ２７はコントローラ、　２日はコンデンサ。 ２９はコイル、　　　　３０はコア。 ３１はレンズ、　　　　３２は電気／光変換素子。 ３３は光学フィルタ、　３４は光／電気変換素子。 Ａは能動用モジュール、Ｂは受動用モジュール。 ヒー−Ａ　＋　　ヒー−Ｂ　％ 孝５図　　　ヤ６図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）電力やコマンド信号およびデータ信号を電磁波に
   より非接触で相互に伝送する能動用および受動用の複数
   のモジュールから成り、そのうちの一方のモジュールは
   サンプリングしたデータをデータ記憶装置に累積するこ
   とができ、これを伝送指令信号に応じて他方のモジュー
   ルに伝送する手段を備えたことを特徴とする信号伝送装
   置
2. （２）前記受動用モジュールから能動用モジュールに伝
   送されたデータ信号の信号強度にもとずき、前記伝送指
   令信号を送出できるようにした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
3. （３）前記電力を伝送する電磁波の周波数または変調周
   波数を、複数のモジュール間における共通のクロック源
   とした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
4. （４）前記電磁波によって一方のモジュールから伝送さ
   れた電力により他方のモジュールに配備した電池を充電
   しておき、これを電源として動作させるようにしたこと
   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