(57)【要約】【課題】信号用コイル間の伝送の信頼性を確保して電力と信号との双方を非接触に伝送し、軽量化に優れた非接触回転伝送装置を提供する。【解決手段】第１部材２１には本体２２中央から突出したシャフト２３が設けられ、第１部材２１は回転軸３１を中心として第２部材２５に対し相対的に回転する。シャフト２３は両端が開口した円筒状の電磁シールド１５により構成される。１対の電力用コイル１１はギャップＧｐを有して対面配設されシャフト２３の外方に配設されている。１対の信号用コイル１３はギャップＧｓを有して、第１部材２１の信号用コイル１３が第２部材２５の電力用コイル１１の反対面１１Ｂと同一面から第２部材２５側に離れて電磁シールド１５の円筒内部に配設される。さらに、電磁シールド１５は、電力用コイル１１間のギャップＧｐを横切るように設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的に回転する第１部材と第２部材に夫々設けられ、ギャップを有して対面配設された１対の電力用コイルと１対の信号用コイルと、
第１部材の本体中央から突出したシャフトを構成し、両端が開口した円筒状の電磁シールドと、を備え、
前記電磁シールドは、前記シャフトの外方に配設された１対の前記電力用コイル間のギャップを横切るように設けられ、
第１部材の前記信号用コイルは、前記電力用コイルが対面する側とは反対側となる第２部材の前記電力用コイルの反対面と同一面から第２部材側に離れて、前記電磁シールドの円筒内部に配設された非接触回転伝送装置。
【請求項２】
前記電磁シールドの一方の端部が、前記第１部材の電力用コイルと同一平面に配設された請求項１に記載の非接触回転伝送装置。
【請求項３】
前記シャフトは、前記電磁シールドの一方の端部と前記第１部材の信号用コイルとの間が中空に設けられた請求項１または請求項２に記載の非接触回転伝送装置。
【請求項４】
円筒状の対向電磁シールドが、前記電磁シールドとギャップを有し対向して前記第２部材に設けられ、前記第２部材の信号用コイルは、前記対向電磁シールドの円筒内部に配置された請求項１に記載の非接触回転伝送装置。
【請求項５】
前記電磁シールドは、第２部材の前記電力用コイルから離れる他方の端部側が幅広に設けられた請求項１に記載の非接触回転伝送装置。
【請求項６】
前記電磁シールドは、非磁性金属である請求項１に記載の非接触回転伝送装置。
【請求項７】
前記電磁シールドの円筒内面側を覆う磁性体が設けられた請求項１または請求項６に記載の非接触回転伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力や信号を非接触で伝送する非接触回転伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両における回転側のステアリングホイールとステアリングコラムが取り付けられる車両固定側のブラケットとを電気的に接続するコネクタとして、渦巻き状に巻回したフラットケーブルが知られている。
【０００３】
しかし、フラットケーブルを用いる場合は、回転に制限があることから、互いに非接触で電気的に接続する非接触回転伝送装置が検討されている。
【０００４】
このような従来の非接触回転伝送装置には、図５に示すように、ステアリングホイール６１とブラケット６２に夫々２次側コア６４と１次側コア６３とが固定して設けられている。１次側コア６３と２次側コア６４には夫々２つの環状の溝が形成され、この溝には電力用コイル６５と信号用コイル６６が埋設されている。１次側コア６３と２次側コア６４間はギャップＧが保たれ、電力用コイル６５と信号用コイル６６の夫々１次側コイルと２次側コイルとが対面配置対向される。そしてブラケット６２に対しステアリングホイール６１が回転自在に可動しつつ、１次側コイルと２次側コイル間の電磁誘導によって電力と信号との双方を非接触で伝送できる。
【０００５】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１に示すものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２６９０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような従来の非接触回転伝送装置は、電力用コイル６５の磁束により信号用コイル６６に伝送エラーが生じ、伝送の信頼性が劣化するという課題があった。
【０００８】
本発明は、信号用コイル間の伝送の信頼性を確保して電力と信号との双方を非接触に伝送し、軽量化に優れた非接触回転伝送装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明は、相対的に回転する第１部材と第２部材に夫々設けられ、ギャップを有して対面配設された１対の電力用コイルと１対の信号用コイルと、第１部材の本体中央から突出したシャフトを構成し、両端が開口した円筒状の電磁シールドと、を備え、前記電磁シールドは、前記シャフトの外方に配設された１対の前記電力用コイル間のギャップを横切るように設けられ、第１部材の前記信号用コイルは、前記電力用コイルが対面する側とは反対側となる第２部材の前記電力用コイルの反対面と同一面から第２部材側に離れて、前記電磁シールドの円筒内部に配設された非接触回転伝送装置である。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように本発明によれば、電磁シールドが１対の電力用コイル間のギャップを横切るように設けられ、第１部材の信号用コイルは、第２部材の電力用コイルの反対面と同一面から第２部材側に離れて配設されることにより、電力用コイル間のギャップから漏洩する磁束を電磁シールドにより遮断でき、信号用コイルへの影響を低減できる。さらに、電力用コイルの周囲全体に電磁シールドを設けることなくシールド効果を高めることができるため、部材を軽量化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１における非接触回転伝送装置の正面断面図
【図２】実施の形態２における対向電磁シールドを設けた非接触回転伝送装置の正面断面図
【図３】実施の形態３における端部側が幅広に設けられた非接触回転伝送装置の正面断面図
【図４】実施の形態４における磁性体を設けた非接触回転伝送装置の正面断面図
【図５】従来の非接触回転伝送装置の正面断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（実施の形態１）
実施の形態１の非接触回転伝送装置について説明する。
【００１３】
図１は、実施の形態１における非接触回転伝送装置の正面断面図である。図１に示すように、実施の形態１の非接触回転伝送装置は、回転軸３１を中心に相対的に回転する第１部材２１と第２部材２５と、ギャップＧｐを有して互いに対面配設された１対の電力用コイル１１と、ギャップＧｓを有して互いに対面配設された１対の信号用コイル１３と、を備えている。
【００１４】
第１部材２１が回転側であり、第２部材２５が固定側であるが、これに限定されず第１部材２１と第２部材２５が相対的に回転できればよい。
【００１５】
１対の電力用コイル１１は、平面状のコイルであり、コイル間の電磁誘導により非接触で電力を伝送する。
【００１６】
１対の信号用コイル１３は、１対の電力用コイル１１と同心円に設けられた平面状のコイルであり、コイル間の電磁結合により非接触で信号を伝送するアンテナとして用い、高速データ伝送を行うことができる。また１対の信号用コイル１３は電磁誘導により信号を伝送してもよい。
【００１７】
第１部材２１は、外周が略円形の本体２２と、本体２２の中央から第２部材２５側に垂直に突出したシャフト２３と、を備えている。電磁シールド１５は、両端が開口した円筒状であり、シャフト２３の少なくとも一部を構成している。
【００１８】
第１部材２１の本体２２には、第１部材２１の電力用コイル１１が収納される環状の溝４５が形成されている。
【００１９】
第２部材２５は、第１部材２１と対面配置され、第１部材２１のシャフト２３に対応する中央部２６が凹状に設けられ、中央部２６の回転軸３１に沿う周面は、シャフト２３の胴体に沿ってシャフト２３と空隙を有している。この空隙にはボールベアリング３３が配設されることにより、第１部材２１は第２部材２５に対しシャフト２３を軸として自在に回転可能としている。
【００２０】
第２部材２５の電力用コイル１１は、第２部材２５の外周側の平坦部２７に形成された環状の溝４６に収納されている。第２部材２５の信号用コイル１３は、凹状の中央部２６の底面に配設されている。
【００２１】
１対の電力用コイル１１は、シャフト２３の外方に配設され、電磁シールド１５は、電力用コイル１１間のギャップＧｐを横切るように設けられる。すなわち、電磁シールド１５の上端側の一方の端部４１が、少なくとも、第１部材２１の電力用コイル１１と同一平面に配設される。この平面は回転軸３１に垂直である。また、電磁シールド１５の上端の端部４１は、第１部材２１の電力用コイル１１より上方に延在して配設されてもよい。これにより、電力用コイル１１間のギャップＧｓから漏洩する磁束を遮蔽することができ、電力用コイル１１の磁束による信号用コイル１３への影響を低減し伝送の劣化を抑制することができる。
【００２２】
電磁シールド１５の上端の端部４１は、１対の電力用コイル１１同士が対面する第１部材２１の電力用コイル１１の対向面１１Ａと同一面に配設されることが好ましく、これにより電磁シールド１５のシールド効果を得つつ、軽量化ができる。
【００２３】
１対の信号用コイル１３は、第２部材２５の電力用コイル１１の反対面１１Ｂと同一面から第２部材２５側に離れて配設されている。ここで、電力用コイル１１の反対面１１Ｂは、回転軸３１に垂直であって１対の電力用コイル１１同士が対面する対向面１１Ａとは反対側となる面である。
【００２４】
さらに、１対の信号用コイル１３のうち、少なくとも第１部材２１の信号用コイル１３が電磁シールド１５の円筒内部に配設されている。この構成により、電力用コイル１１の磁束による信号用コイル１３への影響を顕著に低減することができる。このとき、第２部材２５の信号用コイル１３は電磁シールド１５の下端側の他方の端部４２より、外方に設けられる。
【００２５】
電磁シールド１５は、導電性の高い金属が好ましく、電力用コイル１１の磁束による信号用コイル１３への影響を低減する効果を高めることができる。さらに、金属製の電磁シールド１５とすることにより、機械強度が高いため、剛性を大きく保つ主要な材料としてシャフト２３の基材に用いることができ、部品点数の削減、小型化ができる。
【００２６】
電磁シールド１５の金属は、アルミニウム、ＳＵＳ３０４のステンレス、銅、真ちゅう等の非磁性の金属を用いることできる。なお、電磁シールド１５は、導電性樹脂等の導電性材料を用いてもよい。また、電磁シールド１５は、耐食性向上、ボールベアリング３３の固定等のために樹脂等により被覆膜を表面に形成してもよい。電磁シールド１５が樹脂成形体の中に埋め込まれてシャフト２３が構成されてもよい。
【００２７】
さらに、信号用コイル１３が対面する側とは反対側となる第１部材２１の信号用コイル１３の反対面と、第２部材２５の電力用コイル１１の反対面１１Ｂと、の間の回転軸３１方向における距離Ｈは、電力用コイル１１の最外周の直径の１／３以上が好ましく、より好ましくは電力用コイル１１の最外周の直径の半分程度以上であり、電力用コイル１１の磁束による信号用コイル１３への影響を著しく低減することができる。また距離Ｈは、電力用コイル１１の最外周の直径より小さくすることができ、シャフト２３を小型化できる。
【００２８】
また、図１に示すように、シャフト２３は、電磁シールド１５の一方の端部４１と第１部材２１の信号用コイル１３間が中空に設けられている。これにより信号用コイル１３の伝送損失を抑制し、シャフト２３を軽量化できる。
【００２９】
さらに、電力用コイル１１は、電磁シールドより離れて設けられ、電力用コイル１１の対向面１１Ａを除く電力用コイル１１の周囲全体が電磁シールドにより覆われないように設けることが好ましく、電力用コイル１１間の伝送損失を低減できる。また、第１部材２１の回転面の外周側が軽量化できるため、回転容易性に優れ省力化できる。
【００３０】
なお、電力用コイル１１の周囲に磁気コアを電力用コイル１１に沿って環状に設けてもよい。また、シャフト２３の強度向上のため、第１部材２１の信号用コイル１３の上方のシャフト２３の円筒内部に非磁性かつ絶縁性の補強部を設けてもよい。
【００３１】
以上のように、実施の形態１の非接触回転伝送装置は、電力用コイルによる信号用コイルへの影響を低減し電力伝送と信号伝送を共存することができ、また軽量化することができる。
【００３２】
（実施例）
次に、図１に示す非接触回転伝送装置を用いて実施例について説明する。図１において、シャフト２３は、アルミニウムからなる電磁シールド１５である。電磁シールド１５は、長さ７０ｍｍ、外径６０ｍｍ、内径４０ｍｍの円筒であり、非磁性かつ絶縁性の樹脂の第１部材２１の本体２２にねじ止めにより固定されている。さらに、ギャップＧｐ、ギャップＧｓを５ｍｍに設け、電力用コイル１１は、コイルの最外周の直径を１５０ｍｍとして絶縁被覆された導線を巻回し、溝４５、４６内に接着剤により固定されている。信号用コイル１３は、回路基板４７、４８の表面に形成された又は回路基板４７、４８に埋設され、コイルの最外周の直径を２０ｍｍとした平面コイルである。第１部材２１の信号用コイル１３の回路基板４７は円板状の樹脂製であり、第２部材２５の電力用コイル１１からの距離Ｈが５５ｍｍとなるシャフト２３の円筒内面に固定されている。第１部材２１の信号用コイル１３に接続する同軸ケーブルの引き出し線４９は、シャフト２３の円筒内を通じて第１部材２１の本体２２側に引き出されている。そして、電磁シールド１５を設けない場合と比較し、電力用コイル１１の磁束による信号用コイル１３へ影響を３０ｄＢ程度低減でき、電力用コイル１１間に５０Ｗで非接触給電すると同時に、信号用コイル１３間に通信データレート３Ｇｂｐｓの高速データ伝送を行うことができる。
【００３３】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２の非接触回転伝送装置について説明する。
【００３４】
図２は、実施の形態２における対向電磁シールドを設けた非接触回転伝送装置の正面断面図である。図１に示す構成と同一部分については、同一の符号を付与し、その中の一部は２点鎖線により簡略化して描画し詳細な説明は省略する。後述する図３、図４の、図１に示す構成と同一部分についても、これと同様とする。
【００３５】
また、図２に示すように、第２部材２５の信号用コイル１３の外周外側における第２部材２５に対向電磁シールド１６が設けられてもよい。対向電磁シールド１６は、ギャップＧｍを有して電磁シールド１５の他方の端部４２と対向して円筒状に設けられる。
【００３６】
このように第２部材２５の信号用コイル１３が対向電磁シールド１６の円筒内部に配置することにより、電力用コイル１１の磁束による信号用コイル１３への影響を更に低減することができる。
【００３７】
また、対向電磁シールド１６の軸方向の長さは、第２部材２５の信号用コイル１３の高さと同等程度であり、電磁シールド１５の長さより短い。電磁シールド１５と対向電磁シールド間のギャップＧｍは、信号用コイル１３間のギャップＧｓと同等または小さく、ギャップＧｓとは回転軸３１と垂直方向に連通している。
【００３８】
対向電磁シールド１６は、電磁シールド１５と同様に導電性の高い金属が好ましい。
【００３９】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３の非接触回転伝送装置について説明する。
【００４０】
図３は、実施の形態３の端部側が幅広に設けられた非接触回転伝送装置の断面図である。図３に示すように、第２部材２５の電力用コイル１１から離れた電磁シールド１７の端部４３側が幅広に設けられ、端部４３側に拡大中空スペース５０が形成され、電磁シールド１７が断面段差状に設けられている。この拡大中空スペース５０の円筒中空内には１対の信号用コイル１３が配設される。
【００４１】
第２部材２８の中央部の底面には拡大中空スペース５０に向けて突出する台座が設けられ、この台座により第２部材２８の信号用コイル１３が拡大中空スペース５０に配設される。
【００４２】
このように拡大中空スペース５０に１対の信号用コイル１３が配設されることにより、電磁シールド１７と信号用コイル１３間の距離が離れて設けられるため、電磁シールド１７による信号用コイル１３の特性劣化を低減できる。また電磁シールド１７に合せてシャフト２３の上端側の径を小さくでき、軽量化できる。
【００４３】
（実施の形態４）
実施の形態４の非接触回転伝送装置について説明する。
【００４４】
図４は、実施の形態４における磁性体を設けた非接触回転伝送装置の正面断面図である。図４に示すように、さらに、電磁シールド１５の円筒内側を覆う磁性体５５を配設することが好ましい。この磁性体５５により、信号用コイル１３の磁束を収束し、電磁シールド１５による信号用コイル１３の特性劣化を低減できる。
【００４５】
磁性体５５は、軟磁性フェライトのＮｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトを用いることができる。磁性体５５は軟磁性フェライト粉末とナイロンやＰＳＳ等の樹脂とを混合して成形したフェライト樹脂コア、又は軟磁性フェライト粉末とバインダーとを混合して焼結したフェライト焼結コアを用いることができる。
【００４６】
電磁シールド１５とフェライト樹脂コアとを射出成形により一体に形成して、磁性体５５を円筒内側に被覆してもよく、フェライト焼結コアを円筒内側に挿嵌してもよい。
【００４７】
また、磁性体５５は、電磁シールド１５の一方の端部４４の開口部を覆うように円板状に配設されてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１１  電力用コイル
１１Ａ  対向面
１１Ｂ  反対面
１３  信号用コイル
１５、１７  電磁シールド
１６  対向電磁シールド
２１  第１部材
２２  本体
２３  シャフト
２５  第２部材
２６  中央部
２７  平坦部
２８  第２部材
３１  回転軸
４１、４２、４３、４４  端部
５０  拡大中空スペース
５５  磁性体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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