(57)【要約】【課題】イズの影響を受けにくく、安定したフィードバック制御を行うことができる電力・信号伝送装置を提供すること。【解決手段】１次巻線が第１のユニット側に配置されかつ２次巻線が第２のユニット側に配置された出力トランス１０３を介して第１のユニット側から第２のユニット側へ電力の伝送を行うスイッチング電源装置１０１〜１０５，１１１と、第２のユニット側に配置された第１および第２の発光部１０８ｆ，１０８ｉと第１のユニット側に配置された第１の受光部１０８ｃとを有する光通信回路１０８を備え、光通信回路１０８の第１の発光部１０８ｆおよび第１の受光部１０８ｃを介して通信パルス信号の伝送を行う通信装置とを含み、通信装置は、２次側の出力電圧を安定化するためのフィードバック信号を、第２の発光部１０８ｉおよび第１の受光部１０８ｃを介して１次側に伝送するように構成されている。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のユニットと第２のユニット間で電力および信号を伝送する電力・信号伝送装置であって、
１次巻線が上記第１のユニット側に配置されかつ２次巻線が上記第２のユニット側に配置された出力トランスを含み、該出力トランスを介して上記第１のユニット側から上記第２のユニット側へ上記電力の伝送を行うスイッチング電源装置と、
上記第２のユニット側に配置された第１および第２の発光部と上記第１のユニット側に配置され上記第１および第２の発光部からの光信号を受光する第１の受光部とを有する光通信回路を備え、上記光通信回路の上記第１の発光部および上記第１の受光部を介して上記信号としての通信パルス信号の伝送を行う通信装置とを含み、
上記通信装置は、上記スイッチング電源装置において２次側の出力電圧を安定化するためのフィードバック信号を、上記光通信回路の上記第２の発光部および上記第１の受光部を介して１次側に伝送するように構成されている
ことを特徴とする電力・信号伝送装置。
【請求項２】
前記通信装置は、前記第１のユニット側に配置された第１の通信制御回路と、前記第２のユニット側に配置された第２の通信制御回路をさらに含み、
上記第１の通信制御回路と上記第２の通信制御回路は、前記光通信回路を介して、前記信号としての通信パルス信号と、前記フィードバック信号との伝送を行う
ことを特徴とする請求項１記載の電力・信号伝送装置。
【請求項３】
前記スイッチング電源装置は、前記第２のユニット側に配置され、２次側の出力電圧を監視する出力電圧監視回路をさらに含み、
前記通信装置は、上記出力電圧監視回路の出力電圧を前記フィードバック信号として上記光通信回路の上記第２の発光部および上記第１の受光部を介して１次側に伝送するように構成されている
ことを特徴とする請求項１または２記載の電力・信号伝送装置。
【請求項４】
前記通信装置は、上記出力電圧監視回路の出力電圧が前記フィードバック信号として供給され、該出力電圧の変化に応じて前記第２の発光部の発光強度を可変する発光制御回路をさらに含み、
前記通信装置は、前記第１の受光部の受光出力が供給され、上記受光出力から前記通信パルス信号と前記フィードバック信号を分離する信号分離回路をさらに含む
ことを特徴とする請求項３記載の電力・信号伝送装置。
【請求項５】
前記発光制御回路は、前記出力電圧監視回路の出力電圧が供給される第１のオペアンプと、直流電源と前記第２の発光部の間に接続され、上記第１のオペアンプの出力が供給される第１のトランジスタとを含み、
前記信号分離回路は、前記第１の受光部と前記第１の通信制御回路間に接続された第１のコンデンサと、前記第１の受光部と前記スイッチング電源装置の１次側間に接続されたダイオードと、該ダイオードと前記スイッチング電源装置の１次側の接続点と接地間に接続された第２のコンデンサとを含む
ことを特徴とする請求項４記載の電力・信号伝送装置。
【請求項６】
前記発光制御回路は、前記出力電圧監視回路の出力電圧が供給される第１のオペアンプと、直流電源と前記第２の発光部の間に接続され、上記第１のオペアンプの出力が供給される第１のトランジスタと、発振回路と、上記第１のトランジスタと前記第２の発光部の間に接続され、上記発振回路の出力が供給される第２のトランジスタとを含み、
前記信号分離回路は、前記第１の受光部と前記第１の通信制御回路間に接続され、前記通信パルス信号を通過させる第１のバンドパスフィルタと、前記第１の受光部と前記スイッチング電源装置の１次側間に接続され、前記フィードバック信号を通過させる第２のバンドパスフィルタとを含む
ことを特徴とする請求項４記載の電力・信号伝送装置。
【請求項７】
前記発光制御回路は、前記出力電圧監視回路の出力電圧が供給され、該出力電圧の変化に応じて周波数が変化する発振出力信号を出力する発振周波数制御回路と、直流電源と前記第１の受光部間に接続され、該発振周波数制御回路の発振出力信号が供給される第３のトランジスタと、第２のオペアンプと、上記第３のトランジスタと前記第１の受光部間に接続され、上記第２のオペアンプの出力が供給される第４のトランジスタとを含み、
前記信号分離回路は、前記第１の受光部と前記第１の通信制御回路間に接続され、前記通信パルス信号を通過させる第１のバンドパスフィルタと、前記第１の受光部と前記スイッチング電源装置の１次側間に接続され、前記フィードバック信号を通過させる第２のバンドパスフィルタとを含む
ことを特徴とする請求項４記載の電力・信号伝送装置。
【請求項８】
前記第１のユニットは車両の車体であり、前記第２のユニットはステアリングである
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の電力・信号伝送装置。
【請求項９】
前記出力トランスは、前記車体側に配置される固定部側部材と、前記ステアリング側に配置され、上記固定部側部材と所定のエアギャップを介して回転可能に連結される回転部側部材と、これらの部材に配置された導光体とから構成されると共に、前記１次巻線が上記固定部側部材に設けられかつ前記２次巻線が上記回転部側部材に設けられた、回転型トランスからなり、
前記導光体は、前記固定部側部材に設けられた第１の導光路と、前記回転部側部材に設けられ、上記第１の導光路と互いに向き合うように配置された第２の導光路を含み、
前記光通信回路の前記第１および第２の発光部と前記第１の受光部は、上記第１および第２の導光路を介して光通信する
ことを特徴とする請求項８記載の電力・信号伝送装置。
【請求項１０】
第１のユニットと第２のユニット間で電力および信号を伝送する電力・信号伝送装置であって、
１次巻線が上記第１のユニット側に配置されかつ２次巻線が上記第２のユニット側に配置された出力トランスを含み、該出力トランスを介して上記第１のユニット側から上記第２のユニット側へ上記電力の伝送を行うスイッチング電源装置であって、上記第２のユニット側に配置され、２次側の出力電圧を監視する出力電圧監視回路をさらに含むスイッチング電源装置と、
上記第２のユニット側に配置された第１の発光部と上記第１のユニット側に配置され上記第１の発光部からの光信号を受光する第１の受光部とを有する光通信回路を備え、上記光通信回路の上記第１の発光部および上記第１の受光部を介して上記信号としての通信パルス信号の伝送を行う通信装置とを含み、
上記通信装置は、上記スイッチング電源装置において２次側の出力電圧を安定化するためのフィードバック信号として上記出力電圧監視回路の出力電圧を上記光通信回路の上記第１の発光部および上記第１の受光部を介して１次側に伝送するように構成されている
ことを特徴とする電力・信号伝送装置。
【請求項１１】
前記通信装置は、前記第１のユニット側に配置された第１の通信制御回路と、前記第２のユニット側に配置された第２の通信制御回路をさらに含み、
上記第１の通信制御回路と上記第２の通信制御回路は、前記光通信回路を介して、前記信号としての通信パルス信号と、前記フィードバック信号の伝送を行う
ことを特徴とする請求項１０記載の電力・信号伝送装置。
【請求項１２】
前記第２の通信制御回路は、通信パルス信号を出力する通信パルス制御部を含み、
前記通信装置は、前記出力電圧監視回路の出力電圧が供給される第１のオペアンプ、直流電源と前記第１の受光部間に接続され、上記第１のオペアンプの出力が供給される第１のトランジスタ、および上記直流電源と前記第１のトランジスタ間に接続され、上記通信パルス制御部からの上記通信パルス信号で制御される第５のトランジスタを含み、前記第１の発光部の発光強度を可変する発光制御回路と、前記第１の受光部の出力を増幅する増幅回路、該増幅回路と前記第１の通信制御回路間に接続され、該増幅回路の出力を所定の基準レベルと比較し、前記第１の受光部の出力中に含まれる前記通信パルス信号を分離する比較回路、該増幅回路の出力が供給されるマルチバイブレータ、該増幅回路の出力が供給され、該マルチバイブレータの出力で制御されるアナログスイッチ、および該アナログスイッチの出力が供給され、該マルチバイブレータの出力のタイミングでサンプリングしホールドして、前記第１の受光部の出力中に含まれる前記フィードバック信号を分離して前記スイッチング電源装置の１次側に伝送するサンプリングホールド回路を含む信号分離回路とをさらに含む
ことを特徴とする請求項１０または１１記載の電力・信号伝送装置。
【請求項１３】
前記第１のユニットは車両の車体であり、前記第２のユニットはステアリングである
ことを特徴とする請求項１０から１２のいずれか１項に記載の電力・信号伝送装置。
【請求項１４】
前記出力トランスは、前記車体側に配置される固定部側部材と、前記ステアリング側に配置され、上記固定部側部材と所定のエアギャップを介して回転可能に連結される回転部側部材と、これらの部材に配置された導光体とから構成されると共に、前記１次巻線が上記固定部側部材に設けられかつ前記２次巻線が上記回転部側部材に設けられた、回転型トランスからなり、
前記導光体は、前記固定部側部材に設けられた第１の導光路と、前記回転部側部材に設けられ、上記第１の導光路と互いに向き合うように配置された第２の導光路を含み、
前記光通信回路の前記第１の発光部および前記第１の受光部は、上記第１および第２の導光路を介して光通信する
ことを特徴とする請求項１３記載の電力・信号伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力・信号伝送装置に関し、特に２つのユニット間で非接触の形態で電力および信号を伝送する電力・信号伝送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電力伝送装置として、たとえば特開平１１−３４１７１１号に開示されているものがある。
【０００３】
図１４は、上述の従来の電力伝送装置の構成例を示すブロック図である。図１４において、出力トランス４の２次巻線４ｂ側に接続した信号伝送用負荷回路２１に自己の電流に負荷電流に対応するパルス状の負荷信号電流を重畳させ、出力トランス４の１次側に電磁誘導結合により、負荷信号電流を伝達し、１次巻線４ａ、ダイオード９、抵抗７に負荷信号電流を流して電流検出回路１０で検出し、その検出値に応じて発振周波数可変回路１１に対して発振回路１２の発振周波数を可変させ、ＭＯＳトランジスタ６のスイッチング周期を変え、１次側の直流電圧のチョッピング周期を変えることにより、無負荷、軽負荷時には小電力、２次側からの負荷信号電流検出時には大電力を２次側に供給する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の電力伝送装置では、電磁誘導結合によって重畳させるパルス状の負荷信号電流すなわちフィードバック信号電流が、出力トランス４を介して１次側に伝達されるため、ノイズの影響を受けたり、その他のノイズ源になったりして、安定した出力電圧を２次側に供給できないという問題がある。
【０００５】
よって本発明は、上述した従来の問題点に鑑み、ノイズの影響を受けにくく、安定したフィードバック制御を行うことができる電力・信号伝送装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、第１のユニットと第２のユニット間で電力および信号を伝送する電力・信号伝送装置であって、１次巻線が上記第１のユニット側に配置されかつ２次巻線が上記第２のユニット側に配置された出力トランスを含み、該出力トランスを介して上記第１のユニット側から上記第２のユニット側へ上記電力の伝送を行うスイッチング電源装置と、上記第２のユニット側に配置された第１および第２の発光部と上記第１のユニット側に配置され上記第１および第２の発光部からの光信号を受光する第１の受光部とを有する光通信回路を備え、上記光通信回路の上記第１の発光部および上記第１の受光部を介して上記信号としての通信パルス信号の伝送を行う通信装置とを含み、上記通信装置は、上記スイッチング電源装置において２次側の出力電圧を安定化するためのフィードバック信号を、上記光通信回路の上記第２の発光部および上記第１の受光部を介して１次側に伝送するように構成されていることを特徴とする電力・信号伝送装置に存する。
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、第１のユニットと第２のユニット間で電力および信号を伝送する電力・信号伝送装置であって、１次巻線が第１のユニット側に配置されかつ２次巻線が第２のユニット側に配置された出力トランスを含み、出力トランスを介して第１のユニット側から第２のユニット側へ電力の伝送を行うスイッチング電源装置と、第２のユニット側に配置された第１および第２の発光部と第１のユニット側に配置され第１および第２の発光部からの光信号を受光する第１の受光部とを有する光通信回路を備え、光通信回路の第１の発光部および第１の受光部を介して信号としての通信パルス信号の伝送を行う通信装置とを含み、通信装置は、スイッチング電源装置において２次側の出力電圧を安定化するためのフィードバック信号を、光通信回路の第２の発光部および第１の受光部を介して１次側に伝送するように構成されているので、出力トランスによる電磁誘導結合を利用して電力伝送を行い、光通信回路による光通信を利用して信号伝送を行い、さらに、光通信を利用して電力伝送の安定化のためのフィードバック信号を伝送しているため、電磁ノイズの発生を低減することができ、ノイズの影響も受けにくく、安定した電力伝送を行うことができる。また、既存の通信装置の受光部を通信パルス信号とフィードバック信号の伝送に兼用できるので、簡単でコスト削減も期待できる。
【０００８】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載の発明は、前記通信装置は、前記第１のユニット側に配置された第１の通信制御回路と、前記第２のユニット側に配置された第２の通信制御回路をさらに含み、上記第１の通信制御回路と上記第２の通信制御回路は、前記光通信回路を介して、前記信号としての通信パルス信号と、前記フィードバック信号との伝送を行うことを特徴とする請求項１記載の電力・信号伝送装置に存する。
【０００９】
請求項２記載の発明によれば、通信装置は、第１のユニット側に配置された第１の通信制御回路と、第２のユニット側に配置された第２の通信制御回路をさらに含み、第１の通信制御回路と第２の通信制御回路は、光通信回路を介して、信号としての通信パルス信号と、フィードバック信号との伝送を行うので、通信パルス信号とフィードバック信号は電磁ノイズの影響を受けにくく、安定した動作が可能となる。
【００１０】
上記課題を解決するためになされた請求項３記載の発明は、前記スイッチング電源装置は、前記第２のユニット側に配置され、２次側の出力電圧を監視する出力電圧監視回路をさらに含み、前記通信装置は、上記出力電圧監視回路の出力電圧を前記フィードバック信号として上記光通信回路の上記第２の発光部および上記第１の受光部を介して１次側に伝送するように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の電力・信号伝送装置に存する。
【００１１】
請求項３記載の発明によれば、スイッチング電源装置は、第２のユニット側に配置され、２次側の出力電圧を監視する出力電圧監視回路をさらに含み、通信装置は、出力電圧監視回路の出力電圧をフィードバック信号として光通信回路の第２の発光部および第１の受光部を介して１次側に伝送するように構成されているので、出力電圧監視回路の出力電圧をフィードバック信号として光信号で伝送することにより、電磁ノイズの発生を抑えて、第２のユニット側から第１のユニット側へ安定して伝送することができ、安定した動作が可能となる。
【００１２】
上記課題を解決するためになされた請求項４記載の発明は、前記通信装置は、上記出力電圧監視回路の出力電圧が前記フィードバック信号として供給され、該出力電圧の変化に応じて前記第２の発光部の発光強度を可変する発光制御回路をさらに含み、前記通信装置は、前記第１の受光部の受光出力が供給され、上記受光出力から前記通信パルス信号と前記フィードバック信号を分離する信号分離回路をさらに含むことを特徴とする請求項３記載の電力・信号伝送装置に存する。
【００１３】
請求項４記載の発明によれば、通信装置は、出力電圧監視回路の出力電圧がフィードバック信号として供給され、出力電圧の変化に応じて第２の発光部の発光強度を可変する発光制御回路をさらに含み、通信装置は、第１の受光部の受光出力が供給され、受光出力から通信パルス信号とフィードバック信号を分離する信号分離回路をさらに含むので、１個の受光部を利用して通信パルス信号とフィードバック信号を第２のユニット側から第１のユニット側へ伝送して分離することができる。
【００１４】
上記課題を解決するためになされた請求項５記載の発明は、前記発光制御回路は、前記出力電圧監視回路の出力電圧が供給される第１のオペアンプと、直流電源と前記第２の発光部の間に接続され、上記第１のオペアンプの出力が供給される第１のトランジスタとを含み、前記信号分離回路は、前記第１の受光部と前記第１の通信制御回路間に接続された第１のコンデンサと、前記第１の受光部と前記スイッチング電源装置の１次側間に接続されたダイオードと、該ダイオードと前記スイッチング電源装置の１次側の接続点と接地間に接続された第２のコンデンサとを含むことを特徴とする請求項４記載の電力・信号伝送装置に存する。
【００１５】
請求項５記載の発明によれば、発光制御回路は、出力電圧監視回路の出力電圧が供給される第１のオペアンプと、直流電源と第２の発光部の間に接続され、第１のオペアンプの出力が供給される第１のトランジスタとを含み、信号分離回路は、第１の受光部と第１の通信制御回路間に接続された第１のコンデンサと、第１の受光部とスイッチング電源装置の１次側間に接続されたダイオードと、ダイオードとスイッチング電源装置の１次側の接続点と接地間に接続された第２のコンデンサとを含むので、発光制御回路により、第２の発光部の発光強度をフィードバック信号の変化に応じて可変し、信号分離回路により、第１の受光部の受光出力から通信パルス信号とフィードバック信号を確実に分離することができる。
【００１６】
上記課題を解決するためになされた請求項６記載の発明は、前記発光制御回路は、前記出力電圧監視回路の出力電圧が供給される第１のオペアンプと、直流電源と前記第２の発光部の間に接続され、上記第１のオペアンプの出力が供給される第１のトランジスタと、発振回路と、上記第１のトランジスタと前記第２の発光部の間に接続され、上記発振回路の出力が供給される第２のトランジスタとを含み、前記信号分離回路は、前記第１の受光部と前記第１の通信制御回路間に接続され、前記通信パルス信号を通過させる第１のバンドパスフィルタと、前記第１の受光部と前記スイッチング電源装置の１次側間に接続され、前記フィードバック信号を通過させる第２のバンドパスフィルタとを含むことを特徴とする請求項４記載の電力・信号伝送装置に存する。
【００１７】
請求項６記載の発明によれば、発光制御回路は、出力電圧監視回路の出力電圧が供給される第１のオペアンプと、直流電源と第２の発光部の間に接続され、第１のオペアンプの出力が供給される第１のトランジスタと、発振回路と、第１のトランジスタと第２の発光部の間に接続され、発振回路の出力が供給される第２のトランジスタとを含み、信号分離回路は、第１の受光部と第１の通信制御回路間に接続され、通信パルス信号を通過させる第１のバンドパスフィルタと、第１の受光部とスイッチング電源装置の１次側間に接続され、フィードバック信号を通過させる第２のバンドパスフィルタとを含むので、発光制御回路により、第２の発光部の発光強度をフィードバック信号の変化に応じて可変し、信号分離回路により、第１の受光部の受光出力から通信パルス信号とフィードバック信号を確実に分離することができる。
【００１８】
上記課題を解決するためになされた請求項７記載の発明は、前記発光制御回路は、前記出力電圧監視回路の出力電圧が供給され、該出力電圧の変化に応じて周波数が変化する発振出力信号を出力する発振周波数制御回路と、直流電源と前記第１の受光部間に接続され、該発振周波数制御回路の発振出力信号が供給される第３のトランジスタと、第２のオペアンプと、上記第３のトランジスタと前記第１の受光部間に接続され、上記第２のオペアンプの出力が供給される第４のトランジスタとを含み、前記信号分離回路は、前記第１の受光部と前記第１の通信制御回路間に接続され、前記通信パルス信号を通過させる第１のバンドパスフィルタと、前記第１の受光部と前記スイッチング電源装置の１次側間に接続され、前記フィードバック信号を通過させる第２のバンドパスフィルタとを含むことを特徴とする請求項４記載の電力・信号伝送装置に存する。
【００１９】
請求項７記載の発明によれば、発光制御回路は、出力電圧監視回路の出力電圧が供給され、出力電圧の変化に応じて周波数が変化する発振出力信号を出力する発振周波数制御回路と、直流電源と第１の受光部間に接続され、発振周波数制御回路の発振出力信号が供給される第３のトランジスタと、第２のオペアンプと、第３のトランジスタと第１の受光部間に接続され、第２のオペアンプの出力が供給される第４のトランジスタとを含み、信号分離回路は、第１の受光部と第１の通信制御回路間に接続され、通信パルス信号を通過させる第１のバンドパスフィルタと、第１の受光部とスイッチング電源装置の１次側間に接続され、フィードバック信号を通過させる第２のバンドパスフィルタとを含むので、発光制御回路により、第２の発光部の発光強度をフィードバック信号の変化に応じて可変し、信号分離回路により、第１の受光部の受光出力から通信パルス信号とフィードバック信号を確実に分離することができる。
【００２０】
上記課題を解決するためになされた請求項８記載の発明は、前記第１のユニットは車両の車体であり、前記第２のユニットはステアリングであることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の電力・信号伝送装置に存する。
【００２１】
請求項８記載の発明によれば、第１のユニットは車両の車体であり、第２のユニットはステアリングであるので、車両の車体とステアリング間の電力・信号の伝送を非接触で行うことができる。
【００２２】
上記課題を解決するためになされた請求項９記載の発明は、前記出力トランスは、前記車体側に配置される固定部側部材と、前記ステアリング側に配置され、上記固定部側部材と所定のエアギャップを介して回転可能に連結される回転部側部材と、これらの部材に配置された導光体とから構成されると共に、前記１次巻線が上記固定部側部材に設けられかつ前記２次巻線が上記回転部側部材に設けられた、回転型トランスからなり、前記導光体は、前記固定部側部材に設けられた第１の導光路と、前記回転部側部材に設けられ、上記第１の導光路と互いに向き合うように配置された第２の導光路を含み、前記光通信回路の前記第１および第２の発光部と前記第１の受光部は、上記第１および第２の導光路を介して光通信することを特徴とする請求項８記載の電力・信号伝送装置に存する。
【００２３】
請求項９記載の発明によれば、出力トランスは、車体側に配置される固定部側部材と、ステアリング側に配置され、固定部側部材と所定のエアギャップを介して回転可能に連結される回転部側部材と、これらの部材に配置された導光体とから構成されると共に、１次巻線が固定部側部材に設けられかつ２次巻線が回転部側部材に設けられた、回転型トランスからなり、導光体は、固定部側部材に設けられた第１の導光路と、回転部側部材に設けられ、第１の導光路と互いに向き合うように配置された第２の導光路を含み、光通信回路の第１および第２の発光部と第１の受光部は、第１および第２の導光路を介して光通信するので、１つの出力トランスで、電磁誘導による電力伝送と光通信による信号伝送が可能となる。
【００２４】
上記課題を解決するためになされた請求項１０記載の発明は、第１のユニットと第２のユニット間で電力および信号を伝送する電力・信号伝送装置であって、１次巻線が上記第１のユニット側に配置されかつ２次巻線が上記第２のユニット側に配置された出力トランスを含み、該出力トランスを介して上記第１のユニット側から上記第２のユニット側へ上記電力の伝送を行うスイッチング電源装置であって、上記第２のユニット側に配置され、２次側の出力電圧を監視する出力電圧監視回路をさらに含むスイッチング電源装置と、上記第２のユニット側に配置された第１の発光部と上記第１のユニット側に配置され上記第１の発光部からの光信号を受光する第１の受光部とを有する光通信回路を備え、上記光通信回路の上記第１の発光部および上記第１の受光部を介して上記信号としての通信パルス信号の伝送を行う通信装置とを含み、上記通信装置は、上記スイッチング電源装置において２次側の出力電圧を安定化するためのフィードバック信号として上記出力電圧監視回路の出力電圧を上記光通信回路の上記第１の発光部および上記第１の受光部を介して１次側に伝送するように構成されていることを特徴とする電力・信号伝送装置に存する。
【００２５】
請求項１０記載の発明によれば、第１のユニットと第２のユニット間で電力および信号を伝送する電力・信号伝送装置であって、１次巻線が第１のユニット側に配置されかつ２次巻線が第２のユニット側に配置された出力トランスを含み、出力トランスを介して第１のユニット側から第２のユニット側へ電力の伝送を行うスイッチング電源装置であって、第２のユニット側に配置され、２次側の出力電圧を監視する出力電圧監視回路をさらに含むスイッチング電源装置と、第２のユニット側に配置された第１の発光部と第１のユニット側に配置され第１の発光部からの光信号を受光する第１の受光部とを有する光通信回路を備え、光通信回路の第１の発光部および第１の受光部を介して信号としての通信パルス信号の伝送を行う通信装置とを含み、通信装置は、スイッチング電源装置において２次側の出力電圧を安定化するためのフィードバック信号として出力電圧監視回路の出力電圧を光通信回路の第１の発光部および第１の受光部を介して１次側に伝送するように構成されているので、出力トランスによる電磁誘導結合を利用して電力伝送を行い、光通信回路による光通信を利用して信号伝送を行い、さらに、光通信を利用して電力伝送の安定化のためのフィードバック信号を伝送しているため、電磁ノイズの発生を低減することができ、ノイズの影響も受けにくく、安定した電力伝送を行うことができる。また、既存の通信装置の発光部および受光部を通信パルス信号とフィードバック信号の伝送に兼用できるので、新たに発光素子や受光素子を増やすことなく、簡単にフィードバック信号を給電回路側に送信することができ、コスト削減も期待できる。
【００２６】
上記課題を解決するためになされた請求項１１記載の発明は、前記通信装置は、前記第１のユニット側に配置された第１の通信制御回路と、前記第２のユニット側に配置された第２の通信制御回路をさらに含み、上記第１の通信制御回路と上記第２の通信制御回路は、前記光通信回路を介して、前記信号としての通信パルス信号と、前記フィードバック信号の伝送を行うことを特徴とする請求項１０記載の電力・信号伝送装置に存する。
【００２７】
請求項１１記載の発明によれば、通信装置は、第１のユニット側に配置された第１の通信制御回路と、第２のユニット側に配置された第２の通信制御回路をさらに含み、第１の通信制御回路と上記第２の通信制御回路は、光通信回路を介して、信号としての通信パルス信号と、フィードバック信号との伝送を行うので、通信パルス信号とフィードバック信号は電磁ノイズの影響を受けにくく、安定した動作が可能となる。
【００２８】
上記課題を解決するためになされた請求項１２記載の発明は、前記第２の通信制御回路は、通信パルス信号を出力する通信パルス制御部を含み、前記通信装置は、前記出力電圧監視回路の出力電圧が供給されるオペアンプ、直流電源と前記第１の受光部間に接続され、上記オペアンプの出力が供給される第１のトランジスタ、および上記直流電源と前記第１のトランジスタ間に接続され、上記通信パルス制御部からの上記通信パルス信号で制御される第５のトランジスタを含み、前記第１の発光部の発光強度を可変する発光制御回路と、前記第１の受光部の出力を増幅する増幅回路、該増幅回路と前記第１の通信制御回路間に接続され、該増幅回路の出力を所定の基準レベルと比較し、前記第１の受光部の出力中に含まれる前記通信パルス信号を分離する比較回路、該増幅回路の出力が供給されるマルチバイブレータ、該増幅回路の出力が供給され、該マルチバイブレータの出力で制御されるアナログスイッチ、および該アナログスイッチの出力が供給され、該マルチバイブレータの出力のタイミングでサンプリングしホールドして、前記第１の受光部の出力中に含まれる前記フィードバック信号を分離して前記スイッチング電源装置の１次側に伝送するサンプリングホールド回路を含む信号分離回路とをさらに含むことを特徴とする請求項１０または１１記載の電力・信号伝送装置に存する。
【００２９】
請求項１２記載の発明によれば、第２の通信制御回路は、通信パルス信号を出力する通信パルス制御部を含み、通信装置は、出力電圧監視回路の出力電圧が供給されるオペアンプ、直流電源と第１の受光部間に接続され、オペアンプの出力が供給される第１のトランジスタ、および直流電源と第１のトランジスタ間に接続され、通信パルス制御部からの通信パルス信号で制御される第５のトランジスタを含み、第１の発光部の発光強度を可変する発光制御回路と、第１の受光部の出力を増幅する増幅回路、増幅回路と第１の通信制御回路間に接続され、増幅回路の出力を所定の基準レベルと比較し、第１の受光部の出力中に含まれる通信パルス信号を分離する比較回路、増幅回路の出力が供給されるマルチバイブレータ、増幅回路の出力が供給され、マルチバイブレータの出力で制御されるアナログスイッチ、およびアナログスイッチの出力が供給され、マルチバイブレータの出力のタイミングでサンプリングしホールドして、第１の受光部の出力中に含まれるフィードバック信号を分離してスイッチング電源装置の１次側に伝送するサンプリングホールド回路を含む信号分離回路とをさらに含むので、発光制御回路により、第１の発光部の発光強度を通信パルス信号とフィードバック信号の変化に応じて可変し、信号分離回路により、第１の受光部の受光出力から通信パルス信号とフィードバック信号を確実に分離することができる。
【００３０】
上記課題を解決するためになされた請求項１３記載の発明は、前記第１のユニットは車両の車体であり、前記第２のユニットはステアリングであることを特徴とする請求項１０から１２のいずれか１項に記載の電力・信号伝送装置に存する。
【００３１】
請求項１３記載の発明によれば、第１のユニットは車両の車体であり、第２のユニットはステアリングであるので、車両の車体とステアリング間の電力・信号の伝送を非接触で行うことができる。
【００３２】
上記課題を解決するためになされた請求項１４記載の発明は、前記出力トランスは、前記車体側に配置される固定部側部材と、前記ステアリング側に配置され、上記固定部側部材と所定のエアギャップを介して回転可能に連結される回転部側部材と、これらの部材に配置された導光体とから構成されると共に、前記１次巻線が上記固定部側部材に設けられかつ前記２次巻線が上記回転部側部材に設けられた、回転型トランスからなり、前記導光体は、前記固定部側部材に設けられた第１の導光路と、前記回転部側部材に設けられ、上記第１の導光路と互いに向き合うように配置された第２の導光路を含み、前記光通信回路の前記第１の発光部および前記第１の受光部は、上記第１および第２の導光路を介して光通信することを特徴とする請求項１３記載の電力・信号伝送装置に存する。
【００３３】
請求項１４記載の発明によれば、出力トランスは、車体側に配置される固定部側部材と、ステアリング側に配置され、固定部側部材と所定のエアギャップを介して回転可能に連結される回転部側部材と、これらの部材に配置された導光体とから構成されると共に、１次巻線が固定部側部材に設けられかつ２次巻線が回転部側部材に設けられた、回転型トランスからなり、導光体は、固定部側部材に設けられた第１の導光路と、回転部側部材に設けられ、第１の導光路と互いに向き合うように配置された第２の導光路を含み、光通信回路の第１の発光部および第１の受光部は、第１および第２の導光路を介して光通信するので、１つの出力トランスで、電磁誘導による電力伝送と光通信による信号伝送が可能となる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明による電力・信号伝送装置の第１の実施形態を示すブロック図である。なお、ここでは、電力・信号伝送装置が、車両に搭載され、第１のユニットとしての車両の車体（ボディ）と第２のユニットとしてのステアリングとの間で、非接触で電力および信号を伝送するために適用されている場合について説明する。
【００３５】
図１において、電力・信号伝送装置は、第１のユニット側に設けられた、直流電源１０１、給電回路１０２、第１の通信制御回路１０９、パルス幅変調回路１１１、スイッチ回路１１３、信号分離回路１１６および制御装置１１８と、第２のユニット側に設けられた、受電回路１０４、出力電圧監視回路１０５、第２の通信制御回路１０７、負荷１１２、インジケータ１１４、発光制御回路１１５およびスイッチ回路１１７との間で、出力トランス１０３および光通信回路１０８を介して非接触の形態で電力および信号を伝送するように構成される。
【００３６】
ここで、第１のユニット側に設けられた、直流電源１０１、給電回路１０２、第１の通信制御回路１０９、パルス幅変調回路１１１および信号分離回路１１６と、第２のユニット側に設けられた、受電回路１０４、出力電圧監視回路１０５、発光制御回路１１５および通信制御回路１０７と、出力トランス１０３と、光通信回路１０８とにより、スイッチング電源装置が構成されている。
【００３７】
また、第１のユニット側に設けられた、通信制御回路１０９、スイッチ回路１１３および制御装置１１８と、第２のユニット側に設けられた、通信制御回路１０７、インジケータ１１４およびスイッチ回路１１７と、光通信回路１０８とにより、通信装置が構成されている。
【００３８】
直流電源１０１は、たとえば車両に搭載されているバッテリである。給電回路１０２は、出力トランス１０３の１次巻線に接続されたＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子（図示しない）を含み、このスイッチング素子をパルス幅変調回路１１１からのパルスでスイッチングし、出力トランス１０３の１次巻線と２次巻線の電磁誘導結合で第２のユニット側の受電回路１０４へ交流電力を伝送する。
【００３９】
出力トランス１０３は、たとえば、１次巻線が車体（ボディ）側のコラムに配置され、２次巻線がステアリング側に配置され、両巻線が相対回転可能になるように構成された回転型トランスであり、その詳細な構造は後述する。
【００４０】
受電回路１０４は、給電回路１０２から出力トランス１０３を介して非接触の形態で伝送された交流電力を整流手段（図示しない）で直流電力に変換して、負荷１１２や通信制御回路１０７へ直流電源として供給する。
【００４１】
図２から図５は、出力トランス１０３の構造例を説明する図である。出力トランス１０３は、回転部側部材Ｐ１と、固定部側部材Ｐ２と、これらの部材間に配置された導光体Ｐ３とから構成されている。
【００４２】
図２は、出力トランス１０３がステアリングと車体（ボディ）側のコラムとの連結部分に搭載される様子を示す図であり、同図に示すように、ステアリングとコラムを連結する際に、回転部側部材Ｐ１と固定部側部材Ｐ２が対向して連結、配置されるようになっている。
【００４３】
図３は、出力トランス１０３の断面図であり、回転部側部材Ｐ１と固定部側部材Ｐ２の連結部分の詳細を示す。回転部側部材Ｐ１と固定部側部材Ｐ２には、それぞれ、導光体Ｐ３の一部をなす第１の導光路Ｐ３ａおよび第２の導光路Ｐ３ｂが、互いに向き合って配置されている。また、コラム側からステアリング側へ非接触で電磁誘導により電力を供給するために、固定部側部材Ｐ２には、１次巻線１０３ａが設けられ、回転部側部材Ｐ１には、２次巻線１０３ｂが設けられている。
【００４４】
図４は、導光体Ｐ３の詳細な構成を示す斜視図である。導光体Ｐ３は、回転部側部材Ｐ１に取り付けられる第１の導光路Ｐ３ａと、固定部側部材Ｐ２に取り付けられる第２の導光路Ｐ３ｂとを有している。第１および第２の導光路Ｐ３ａおよびＰ３ｂは、それぞれ、アクリルまたはガラス等の赤外線信号を通過させる導光路材料にて作られており、厚さがテーパーになった平板をリング状に曲げた形状を有する。
【００４５】
図５は、リング形状をなす各導光路Ｐ３ａ，Ｐ３ｂを、横方向に広げた様子を模式的に示す図であり、同図に示すように、第１の導光路Ｐ３ａは、下面がフラット面Ｐ３ａ１とされ、上面がテーパー面Ｐ３ａ２とされている。そして、導光路Ｐ３ａの一方の端部（図中左側）が幅広側端面Ｐ３ａ３とされ、他方の端部（図中右側）が幅狭側端面Ｐ３ａ４とされ、幅広側端面Ｐ３ａ３と幅狭側端面Ｐ３ａ４が連結されて、図４に示すようなリング形状が構成される。同様に、第２の導光路Ｐ３ｂは、上面がフラット面Ｐ３ｂ１とされ、下面がテーパー面Ｐ３ｂ２とされている。そして、導光路Ｐ３ｂの一方の端部（図中右側）が幅広側端面Ｐ３ｂ３とされ、他方の端部（図中左側）が幅狭側端面Ｐ３ｂ４とされ、幅広側端面Ｐ３ｂ３と幅狭側端面Ｐ３ｂ４が連結されて、図４に示すようなリング形状が構成される。
【００４６】
また、第１の導光路Ｐ３ａと第２の導光路Ｐ３ｂは、そのフラット面Ｐ３ａ１とフラット面Ｐ３ｂ１がほぼ並行になるように対向配置され、これらの間には、一定の間隔を有するエアギャップＧが形成されている。
【００４７】
さらに、図４に示すように、第１の導光路Ｐ３ａの幅広側端面Ｐ３ａ３と幅狭側端面Ｐ３ａ４の連結部分には段部Ｐ３ａ５が形成され、この段部Ｐ３ａ５は、ＬＥＤ等の発光素子からなる発光部１０８ｆ，１０８ｉおよびフォトダイオード等の受光素子からなる受光部１０８ｇが設置されることにより、発光部１０８ｆ，１０８ｉおよび受光部１０８ｇに対する光の入出射面として役立つ。同様に、第２の導光路Ｐ３ｂの幅広側端面Ｐ３ｂ３と幅狭側端面Ｐ３ｂ４の連結部分には段部Ｐ３ｂ５が形成され、この段部Ｐ３ｂ５は、ＬＥＤ等の発光素子からなる発光部１０８ｂおよびフォトダイオード等の受光素子からなる受光部１０８ｃが設置されることにより、発光部１０８ｂおよび受光部１０８ｃに対する光の入出射面として役立つ。
【００４８】
図５に示すように、第１の導光路Ｐ３ａの幅広側端面Ｐ３ａ３に、発光部１０８ｆ，１０８ｉより発せられた光信号が入射すると、この光信号は、第１の導光路Ｐ３ａの内部で、図中矢印に示すように、順次反射を繰り返しながら、幅狭側端面Ｐ３ａ４側に進む。この際、第１の導光路Ｐ３ａが台形形状をなしている（すなわち、フラット面Ｐ３ａ１とテーパー面Ｐ３ａ２とが平行でない）ことから、光信号の反射角は次第に小さくなる。つまり、図５に示す角度が、θ１，θ２，θ３と順次小さくなる。そして、この反射角が、ある大きさ（スネルの法則の臨界角度）に達すると、光信号は、第１の導光路Ｐ３ａ内で反射することができなくなり、エアギャップＧへ屈折透過され、第２の導光路Ｐ３ｂへ屈折入射される（図中矢印Ｙ１）。
【００４９】
第２の導光路Ｐ３ｂに入射した光信号は、入射面と反対側の境界面（すなわち、第２の導光路Ｐ３ｂのテーパー面Ｐ３ｂ２）に当たる際に、第２の導光路Ｐ３ｂが台形形状をなしていることから、わずかに上述の臨界角度以下となる。よって、第２の導光路Ｐ３ｂ内に入射した光信号は、第２の導光路Ｐ３ｂ内で反射を繰り返しながら、幅広側端面Ｐ３ｂ３側に進むことになり、受光部１０８ｃにて受光される。
【００５０】
なお、発光部１０８ｂより発せられた光信号は、同様に、第２の導光路Ｐ３ｂおよび第１の導光路Ｐ３ａを介して受光部１０８ｇにて受光される。
【００５１】
次に、図６は、光通信回路１０８と、通信制御回路１０７および１０９の一部との構成を示すブロック図である。
【００５２】
光通信回路１０８は、第１のユニット側と第２のユニット側との間で双方向の光通信を行うために、第１のユニット側に配置された発光回路１０８ａ、発光部１０８ｂ、受光部１０８ｃおよび受光回路１０８ｄと、第２のユニット側に配置された発光回路１０８ｅ、発光部１０８ｆ、受光部１０８ｇおよび受光回路１０８ｈを含む。さらに、光通信回路１０８は、図１に示す発光制御回路１１５に接続された、発光部１０８ｉを含む。
【００５３】
通信制御回路１０７は、マイコン等で構成され、パラレル／シリアル変換部１０７ａと、ゲインコントロール部１０７ｂとを含む。パラレル／シリアル変換部１０７ａは、第２のユニット側から入力されるパラレル形式の入力信号（たとえば、スイッチ回路１１３からのスイッチＯＮ信号等を含む）をシリアル形式の出力信号に変換して光通信回路１０８の発光回路１０８ｅに供給すると共に、光通信回路１０８の受光回路１０８ｈからのシリアル形式の出力信号がゲインコントロール部１０７ｂを介して入力されて、第２のユニット側にパラレル形式の出力信号（たとえば、インジケータ１１４を点灯させるための信号等を含む）として供給する。
【００５４】
同様に、通信制御回路１０９は、マイコン等で構成され、パラレル／シリアル変換部１０９ａと、ゲインコントロール部１０９ｂとを含む。パラレル／シリアル変換部１０９ａは、第１のユニット側から入力されるパラレル形式の入力信号（たとえば、スイッチ回路１１７からのスイッチＯＮ信号等を含む）をシリアル形式の出力信号に変換して光通信回路１０８の発光回路１０８ａに供給すると共に、光通信回路１０８の受光回路１０８ｄからのシリアル形式の出力信号がゲインコントロール部１０９ｂを介して入力されて、第１のユニット側にパラレル形式の出力信号（たとえば、制御回路１１８を作動させるための信号等を含む）として供給する。
【００５５】
ここで、再び図１を参照すると、発光制御回路１１５は、一方の入力に出力電圧監視回路１０５の出力電圧が入力され、他方の入力に抵抗１１５ｂが接続されたオペアンプ１１５ａと、＋Ｖｃｃ電源（受電回路１０４の整流後出力）と発光部１０８ｉの間に直列接続され、オペアンプ１１５ａの出力で制御されるトランジスタ１１５ｃとから構成されている。発光部１０８ｉは、トランジスタ１１５ｃのエミッタと、オペアンプ１１５ａの他方の入力との間に接続されている。
【００５６】
信号分離回路１１６は、通信制御回路１０９と受光部１０８ｃの間に接続されたコンデンサ１１６ａと、受光部１０８ｃとコンデンサ１１６ａの接続点とパルス幅変調回路１１１の間に接続されたダイオード１１６ｂと、ダイオード１１６ｂとパルス幅変調回路１１１の接続点と接地間に接続されたコンデンサ１１６ｃとから構成されている。
【００５７】
次に、上述の構成を有する第１の実施形態に係る電力・信号伝送装置の動作について概略的に説明する。たとえば、自動車の車体側のコラムとステアリング間で非接触の電力および信号の伝送を行うものとする。図１に示す電力・信号伝送装置は、電力伝送は出力トランス１０３による電磁誘導結合を利用し、信号伝送は光通信回路１０８による光通信を利用する。光通信回路１０８は、信号の双方向通信を行うために、２組の発光部および受光部（すなわち、発光部１０８ｂおよび受光部１０８ｇと、発光部１０８ｆおよび受光部１０８ｃ）が備えられているが、さらに、電力伝送の制御を行うフィードバック信号を伝送するために、受光部１０８ｃに対応するもう１つの発光部１０８ｉが備えられている。
【００５８】
まず、受電回路１０４の出力電圧を出力電圧監視回路１０５で監視し、その結果を発光制御回路１１５へ伝送し、発光制御回路１１５で発光部１０８ｉに流す電流量を制御することにより、発光部１０８ｉの発光強度を調整する。たとえば、受電回路１０４の出力電圧が上がったならば、発光部１０８ｉの発光強度を上げ、出力電圧が下がったならば、発光部１０８ｉの発光強度を下げる。または、その逆でも良い。
【００５９】
ここで、受光部１０８ｃは、導光体Ｐ３を介して、発光部１０８ｆから発光される通信パルス信号と、発光部１０８ｉから発光されるフィードバック信号とを受光することになる。すなわち、受光部１０８ｃは、通信パルス信号とフィードバック信号の合成波形を受光することになる。受光部１０８ｃで受光された合成波形の信号は、信号分離回路１１６により元の通信パルス信号とフィードバック信号に分離される。そして、分離された通信パルス信号は通信制御回路１０９に供給される。また分離されたフィードバック信号はパルス幅変調回路１１１に供給され、出力トランス１０３の電磁誘導結合による電力伝送の制御を行う。
【００６０】
次に、上述の構成を有する第１の実施形態に係る電力・信号伝送装置の動作を詳細に説明する。通信制御回路１０９には、制御装置１１８が接続されており、通信制御回路１０７には、制御装置１１８に対応するスイッチ回路１１７が接続されている。そこで、スイッチ回路１１７からスイッチＯＮ信号が入力されると、通信制御回路１０７は、このスイッチＯＮ信号を通信パルス信号として光通信回路１０８の発光部１０８ｆ、導光体Ｐ３（図１では図示していない）および受光部１０８ｃを介して通信制御回路１０９へ伝送し、通信制御回路１０９は、受信したスイッチＯＮ信号に基づいて制御装置１１８を作動させることができる。その際、発光部１０８ｆからは、通信パルス信号により図７に示す発光パルスが出射される。
【００６１】
一方、給電回路１０２から出力トランス１０３を介して受電回路１０４へ非接触で電力が伝送される際、出力トランス１０３の２次側では、出力電圧監視回路１０５が、受電回路１０４の出力電圧の状態をリアルタイムで監視し、出力電圧値に応じて変化する監視出力アナログ信号を発生する。この監視出力アナログ信号は、発光制御回路１１５のオペアンプ１１５ａに入力され、オペアンプ１１５ａの出力が、トランジスタ１１５ｃのベースに入力される。したがって、トランジスタ１１５ｃのコレクタ、エミッタを流れる電流は、出力電圧監視回路１０５の出力電圧の変化に応じて変化し、それに応じて、トランジスタ１１５ｃのエミッタに接続された発光部１０８ｉを流れる電流量も変化し、発光部１０８ｉの発光強度が変化する。この発光強度が変化する光信号が、図７に示すようにフィードバック信号として発光部１０８ｉから出射される。
【００６２】
したがって、受光部１０８ｃは、導光体Ｐ３を介して、通信パルス信号による発光部１０８ｆからの発光パルスと、発光部１０８ｉから発光されるフィードバック信号との合成波形（図７参照）を受光する。受光部１０８ｃで受光された合成波形の信号は、信号分離回路１１６により元の通信パルス信号とフィードバック信号に分離される。分離された通信パルス信号は、通信制御回路１０９に供給され、通信制御回路１０９は、この通信パルス信号に基づき、対応する制御装置１１８を作動させることができる。
【００６３】
また、信号分離回路１１６で分離されたフィードバック信号は、パルス幅変調回路１１１に入力される。パルス幅変調回路１１１は、入力されたフィードバック信号によりパルス幅が変調され、給電回路１０２のスイッチング素子のＯＮ期間をＰＷＭ（パルス幅変調）制御することにより、受電回路１０４の出力電圧を安定化する。
【００６４】
一方、通信制御回路１０９には、スイッチ回路１１３が接続されており、通信制御回路１０７には、スイッチ回路１１３に対応するインジケータ１１４が接続されている。そこで、スイッチ回路１１３からスイッチＯＮ信号が入力されると、通信制御回路１０９は、このスイッチＯＮ信号を光通信回路１０８の発光部１０８ｂ、導光体Ｐ３（図１では図示していない）および受光部１０８ｇを介して通信制御回路１０７へ伝送し、通信制御回路１０７は、受信したスイッチＯＮ信号に基づいてインジケータ１１４を点灯させるように制御する。インジケータ１１４は、たとえば、ＬＥＤ（発光ダイオード）等からなり、スイッチ回路１１３の操作により点灯して何らかの異常を報知する異常警報手段として働くものである。
【００６５】
このように、出力トランス１０３による電磁誘導結合を利用して電力伝送を行い、光通信回路１０８による光通信を利用して信号伝送を行い、さらに、光通信を利用して電力伝送の安定化のためのフィードバック信号を伝送しているので、電磁ノイズの発生を低減することができ、ノイズの影響も受けにくく、安定した電力伝送を行うことができる。また、既存の通信装置の受光部を通信パルス信号とフィードバック信号の伝送に兼用できるので、簡単でコスト削減も期待できる。
【００６６】
次に、図８は、本発明による電力・信号伝送装置の第２の実施形態を示すブロック図である。なお、図１に示す第１の実施形態と同一の構成要素は、同一符号を付して説明する。
【００６７】
図８に示す電力・信号伝送装置は、図１に示す電力・信号伝送装置とほぼ同じ構成を有するが、発光制御回路１１５と信号分離回路１１６の構成が異なっている。
【００６８】
すなわち、発光制御回路１１５は、一方の入力に出力電圧監視回路１０５の出力電圧が入力され、他方の入力に抵抗１１５ｂが接続されたオペアンプ１１５ａと、コレクタが＋Ｖｃｃ電源に接続され、ベースがオペアンプ１１５ａの出力に接続されたトランジスタ１１５ｃと、発振回路１１５ｄと、コレクタがトランジスタ１１５ｃのエミッタに接続され、ベースが発振回路１１５ｄの出力に接続され、エミッタが発光部１０８ｉに接続されたトランジスタ１１５ｅとから構成されている。発光部１０８ｉは、トランジスタ１１５ｅのエミッタと、オペアンプ１１５ａの他方の入力との間に接続されている。
【００６９】
また、信号分離回路１１６は、入力側が受光部１０８ｃに接続され、出力側が通信制御回路１０９に接続され、通信パルス信号のみを通過させる第１のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１１６ｄと、入力側が受光部１０８ｃに接続され、出力側がパルス幅変調回路１１１に接続され、フィードバック信号のみを通過させる第２のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１１６ｅとから構成されている。
【００７０】
次に、上述の構成を有する第２の実施形態に係る電力・信号伝送装置の動作について説明する。なお、ここでは、主に、上述の第１の実施形態と異なる部分の動作について説明し、第１の実施形態と同一部分の動作については説明を省略する。
【００７１】
発光制御回路１１５の発振回路１１５ｄは、発光部１０８ｆの通信パルス信号の周波数より高い周波数を有する発振パルス信号を出力し、トランジスタ１１５ｅのベースを制御する。それにより、トランジスタ１１５ｅのコレクタ、エミッタを流れる電流は、発振回路１１５ｄの発振パルス信号に応じて変化し、それに応じて、発光部１０８ｉを流れる電流量も変化し、発光部１０８ｉの発光強度が変化する。また、発光部１０８ｉは、出力電圧監視回路１０５の出力電圧の変化に応じて変化するので、発光部１０８ｉからは、図９に示すように、発振パルス信号の高い周波数を有しかつ出力電圧監視回路１０５の出力電圧の変化に応じて振幅が変化する発光パルス信号がフィードバック信号として出射される。
【００７２】
受光部１０８ｃは、通信パルス信号による発光部１０８ｆからの発光パルスと、発光部１０８ｉから発光されるフィードバック信号との合成波形（図９参照）を受光する。受光部１０８ｃで受光された合成波形の信号は、信号分離回路１１６により元の通信パルス信号とフィードバック信号に分離される。
【００７３】
すなわち、合成波形信号中の通信パルス信号は、第１のＢＰＦ１１６ｄで分離されて、通信制御回路１０９に供給され、通信制御回路１０９は、この通信パルス信号に基づき、対応する制御装置１１８を作動させることができる。
【００７４】
また、合成波形信号中のフィードバック信号は、第２のＢＰＦ１１６ｅで分離されて、パルス幅変調回路１１１に入力される。パルス幅変調回路１１１は、入力されたフィードバック信号によりパルス幅が変調され、給電回路１０２のスイッチング素子のＯＮ期間をＰＷＭ（パルス幅変調）制御することにより、受電回路１０４の出力電圧を安定化する。
【００７５】
このように、出力トランス１０３による電磁誘導結合を利用して電力伝送を行い、光通信回路１０８による光通信を利用して信号伝送を行い、さらに、光通信を利用して電力伝送の安定化のためのフィードバック信号を伝送しているので、電磁ノイズの発生を低減することができ、ノイズの影響も受けにくく、安定した電力伝送を行うことができる。また、既存の通信装置の受光部を通信パルス信号とフィードバック信号の伝送に兼用できるので、簡単でコスト削減も期待できる。
【００７６】
次に、図１０は、本発明による電力・信号伝送装置の第３の実施形態を示すブロック図である。なお、図１および図８に示す第１および第２の実施形態と同一の構成要素は、同一符号を付して説明する。
【００７７】
図１０に示す電力・信号伝送装置は、図８に示す電力・信号伝送装置とほぼ同じ構成を有するが、発光制御回路１１５の構成が異なっていると共に、信号分離回路１１６の第２のＢＰＦ１１６ｅとパルス幅変調回路１１１の間に周波数／電圧（Ｆ／Ｖ）変換回路１１９が挿入されている点が異なる。
【００７８】
発光制御回路１１５は、出力電圧監視回路１０５の出力電圧が入力され、それに応じて周波数変調された発振パルス信号を出力する発振周波数制御回路１１５ｆと、コレクタが＋Ｖｃｃ電源に接続され、ベースが発振周波数制御回路１１５ｆの出力に接続されたトランジスタ１１５ｇと、一方の入力が、＋Ｖｃｃ電源に直列接続された抵抗１１５ｉおよび抵抗１１５ｊの接続点に接続され、他方の入力が抵抗１１５ｋに接続されたオペアンプ１１５ｈと、コレクタがトランジスタ１１５ｇのエミッタに接続され、ベースがオペアンプ１１５ｈの出力に接続され、エミッタが発光部１０８ｉに接続されたトランジスタ１１５ｌとから構成されている。発光部１０８ｉは、トランジスタ１１５ｌのエミッタと、オペアンプ１１５ｈの他方の入力との間に接続されている。
【００７９】
次に、上述の構成を有する第３の実施形態に係る電力・信号伝送装置の動作について説明する。なお、ここでは、主に、上述の第１および第２の実施形態と異なる部分の動作について説明し、第１の実施形態と同一部分の動作については説明を省略する。
【００８０】
発光制御回路１１５の発振周波数制御回路１１５ｆは、発光部１０８ｆの通信パルス信号の周波数より高い周波数を有する発振パルス信号を発生し、出力電圧監視回路１０５の出力電圧の変化に応じて周波数変調された発振パルス信号を出力し、トランジスタ１１５ｇのベースを制御する。それにより、トランジスタ１１５ｇのコレクタ、エミッタを流れる電流は、発振周波数制御回路１１５ｆの発振パルス信号に応じて変化し、それに応じて、発光部１０８ｉを流れる電流量も変化し、発光部１０８ｉの発光強度が変化する。その結果、発光部１０８ｉからは、図１１に示すように、通信パルス信号より高い周波数を有しかつ出力監視回路１０５の出力電圧の変化に応じて周波数が変化する発光パルス信号がフィードバック信号として出射される。
【００８１】
受光部１０８ｃは、通信パルス信号による発光部１０８ｆからの発光パルスと、発光部１０８ｉから発光されるフィードバック信号との合成波形（図１１参照）を受光する。受光部１０８ｃで受光された合成波形の信号は、信号分離回路１１６により元の通信パルス信号とフィードバック信号に分離される。
【００８２】
すなわち、合成波形信号中の通信パルス信号は、第１のＢＰＦ１１６ｄで分離されて、通信制御回路１０９に供給され、通信制御回路１０９は、この通信パルス信号に基づき、対応する制御装置１１８を作動させることができる。
【００８３】
また、合成波形信号中のフィードバック信号は、第２のＢＰＦ１１６ｅで分離されて、次いで、Ｆ／Ｖ変換回路１１９で、出力電圧監視回路１０５の出力電圧の変化に応じて変化する電圧信号に変換され、パルス幅変調回路１１１に入力される。パルス幅変調回路１１１は、Ｆ／Ｖ変換回路１１９で変換された電圧信号によりパルス幅が変調され、給電回路１０２のスイッチング素子のＯＮ期間をＰＷＭ（パルス幅変調）制御することにより、受電回路１０４の出力電圧を安定化する。
【００８４】
このように、出力トランス１０３による電磁誘導結合を利用して電力伝送を行い、光通信回路１０８による光通信を利用して信号伝送を行い、さらに、光通信を利用して電力伝送の安定化のためのフィードバック信号を伝送しているので、電磁ノイズの発生を低減することができ、ノイズの影響も受けにくく、安定した電力伝送を行うことができる。また、既存の通信装置の受光部を通信パルス信号とフィードバック信号の伝送に兼用できるので、簡単でコスト削減も期待できる。
【００８５】
次に、図１２は、本発明による電力・信号伝送装置の第４の実施形態を示すブロック図である。なお、図１、図８および図１０に示す第１、第２および第３のの実施形態と同一の構成要素は、同一符号を付して説明する。
【００８６】
図１２に示す電力・信号伝送装置は、上述の第１、第２および第３の実施形態とほぼ同じ構成を有するが、通信制御回路１０７と、光通信回路１０８と、発光制御回路１１５と、信号分離回路１１６の構成が異なっている。
【００８７】
すなわち、通信制御回路１０７は、通信パルス信号を第１のユニット側に送信するための通信パルス制御部１０７ａを有する。光通信回路１０８は、発光部１０８ｉが削除されている。発光制御回路１１５は、コレクタが＋Ｖｃｃ電源に接続され、ベースが通信パルス制御部１０７ａに接続されたトランジスタ１１５ｍと、一方の入力に出力電圧監視回路１０５の出力電圧が入力され、他方の入力に抵抗１１５ｂが接続されたオペアンプ１１５ａと、コレクタがトランジスタ１１５ｍのエミッタに接続され、ベースがオペアンプ１１５ａの出力に接続され、エミッタが発光部１０８ｆに接続されたトランジスタ１１５ｃとから構成されている。発光部１０８ｆは、トランジスタ１１５ｃのエミッタと、オペアンプ１１５ａの他方の入力との間に接続されている。
【００８８】
信号分離回路１１６は、受光部１０８ｃに接続された増幅回路１１６ｆと、増幅回路１１６ｆの出力と通信制御回路１０９の間に接続された比較回路１１６ｇと、増幅回路１１６ｆの出力に接続されたアナログスイッチ１１６ｈと、増幅回路１１６ｆの出力に接続されたマルチバイブレータ１１６ｉと、アナログスイッチ１１６ｈおよびマルチバイブレータ１１６ｉの出力が入力され、サンプリング出力をパルス幅変調回路１１１に供給するサンプリングホールド回路１１６ｊとから構成されている。
【００８９】
次に、上述の構成を有する第４の実施形態に係る電力・信号伝送装置の動作について説明する。なお、ここでは、主に、上述の第１、第２および第３の実施形態と異なる部分の動作について説明し、同一部分の動作については説明を省略する。
【００９０】
この第４の実施形態の電力・信号伝送装置では、光通信回路１０８における２組の発光部および受光部（すなわち、発光部１０８ｂおよび受光部１０８ｇと、発光部１０８ｆおよび受光部１０８ｃ）が信号の双方向通信を行い、そのうちの１組の発光部及び受光部（すなわち、発光部１０８ｆおよび受光部１０８ｃ）が、さらに、電力伝送の制御を行うフィードバック信号を伝送するために兼用されることを特徴としている。
【００９１】
すなわち、スイッチ回路１１３からのスイッチＯＮ信号は、通信制御回路１０９、光通信回路１０８の発光部１０８ｂ、導光体Ｐ３（図１では図示していない）および受光部１０８ｇを介して通信制御回路１０７へ伝送され、通信制御回路１０７は、受信したスイッチＯＮ信号に基づいてインジケータ１１４を点灯させるように制御する。
【００９２】
一方、スイッチ回路１１７からのスイッチＯＮ信号は、図１３に示すように通信制御回路１０７の通信パルス制御部１０７ａから通信パルス信号としてトランジスタ１１５ｍのベースに供給される。また、図１３に示す出力電圧監視回路１０５の出力電圧は、オペアンプ１１５ａを介してトランジスタ１１５ｃのベースに供給される。それにより、図１３に示すように、通信パルス信号とフィードバック信号は、通信パルスに応じて発光している発光部１０８ｆの発光パルスの振幅が、出力電圧監視回路１０５の出力電圧で振幅変調されたような合成波形の光信号となって、発光部１０８ｆから出射される。当然ながら、この振幅変調は、通信パルス信号としての機能を損なわないレベルで行われる。
【００９３】
受光部１０８ｃは、導光体Ｐ３を介して発光部１０８ｆから発光される通信パルス信号とフィードバック信号との合成波形を受光する。受光部１０８ｃで受光された合成波形信号は、信号分離回路１１６により元の通信パルス信号とフィードバック信号に分離される。
【００９４】
すなわち、受光部１０８ｃからの合成波形信号は、増幅回路１１６ｆで増幅され、比較回路１１６ｇで所定の基準レベルと比較されることにより、通信パルス部分が分離され、通信制御回路１０９に供給される。上述の所定の基準レベルは、合成波形の振幅変調部分の最低振幅より低くなるように設定されている。通信制御回路１０９は、分離された通信パルス信号に基づき、対応する制御装置１１８を作動させることができる。
【００９５】
また、増幅回路１１６ｆで増幅された合成波形信号は、アナログスイッチ１１６ｈとマルチバイブレータ１１６ｉに入力される。マルチバイブレータ１１６ｉは、合成波形信号中の通信パルス信号の立ち上がりおよび立ち下がりと同期して立ち上がって立ち下がる出力信号を制御信号としてアナログスイッチ１１６ｈに入力し、それにより、アナログスイッチ１１６ｈは、通信パルス信号と同期したタイミングでオンし、合成波形信号をサンプリングホールド回路１１６ｊへ通過させる。サンプリングホールド回路１１６ｊは、合成波形信号をマルチバイブレータ１１６ｉの出力タイミングでサンプリングしてホールドすることにより、フィードバック信号として波形整形し、パルス幅変調回路１１１へ供給する。パルス幅変調回路１１１は、入力されたフィードバック信号によりパルス幅が変調され、給電回路１０２のスイッチング素子のＯＮ期間をＰＷＭ（パルス幅変調）制御することにより、受電回路１０４の出力電圧を安定化する。
【００９６】
このように、出力トランス１０３による電磁誘導結合を利用して電力伝送を行い、光通信回路１０８による光通信を利用して信号伝送を行い、さらに、光通信を利用して電力伝送の安定化のためのフィードバック信号を伝送しているので、電磁ノイズの発生を低減することができ、ノイズの影響も受けにくく、安定した電力伝送を行うことができる。また、既存の通信装置の発光部および受光部を通信パルス信号とフィードバック信号の伝送に兼用できるので、新たに発光素子や受光素子を増やすことなく、簡単にフィードバック信号を給電回路側に送信することができ、コスト削減も期待できる。
【００９７】
以上の通り、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。
【００９８】
たとえば、上述の各実施形態では、光通信回路１０８には、発光部１０８ｉのほかに、信号の双方向通信を行うために、２組の発光部および受光部（すなわち、発光部１０８ｂおよび受光部１０８ｇと、発光部１０８ｆおよび受光部１０８ｃ）が備えられているが、これに代えて、発光部１０８ｂおよび受光部１０８ｇを削除し、１組の発光部１０８ｆおよび受光部１０８ｃのみを備えた構成としても良い。この場合の通信装置は、当然、スイッチ回路１１３およびインジケータ１１４も削除された構成となり、第２のユニット側から第１のユニット側への通信パルス信号およびフィードバック信号の伝送のみが可能となる。
【００９９】
また、上述の第４の実施形態において、信号分離回路１１６は、フィードバック信号を分離する仕方として、アナログスイッチ１１６ｈ、マルチバイブレータ１１６ｉおよびサンプリングホールド回路１１６ｊに代えて、増幅回路１１６ｆで増幅後、マイコン等に、サンプリングタイミングを合成波形信号中の通信パルス信号に合わせて、合成波形信号をＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換して入力し、振幅の変化をフィードバック信号としてマイコンから出力して、パルス幅変調回路１１１へ供給するように構成することもできる。
【０１００】
また、上述の実施の形態では、第１のユニットとしての車両の車体（ボディ）と第２のユニットとしてのステアリングとの間で、非接触で電力および信号を伝送するために適用されている場合について説明したが、本発明は、これに限らず、たとえば車体とスライドドア間の非接触電力・信号の伝送等の車両内全般において適用可能であり、さらに車両に限らず他の分野における非接触電力・信号伝送においても適用可能である。
【０１０１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、出力トランスによる電磁誘導結合を利用して電力伝送を行い、光通信回路による光通信を利用して信号伝送を行い、さらに、光通信を利用して電力伝送の安定化のためのフィードバック信号を伝送しているため、電磁ノイズの発生を低減することができ、ノイズの影響も受けにくく、安定した電力伝送を行うことができる。また、既存の通信装置の受光部を通信パルス信号とフィードバック信号の伝送に兼用できるので、簡単でコスト削減も期待できる。
【０１０２】
請求項２記載の発明によれば、通信パルス信号とフィードバック信号は電磁ノイズの影響を受けにくく、安定した動作が可能となる。
【０１０３】
請求項３記載の発明によれば、出力電圧監視回路の出力電圧をフィードバック信号として光信号で伝送することにより、電磁ノイズの発生を抑えて、第２のユニット側から第１のユニット側へ安定して伝送することができ、安定した動作が可能となる。
【０１０４】
請求項４記載の発明によれば、１個の受光部を利用して通信パルス信号とフィードバック信号を第２のユニット側から第１のユニット側へ伝送して分離することができる。
【０１０５】
請求項５記載の発明によれば、発光制御回路により、第２の発光部の発光強度をフィードバック信号の変化に応じて可変し、信号分離回路により、第１の受光部の受光出力から通信パルス信号とフィードバック信号を確実に分離することができる。
【０１０６】
請求項６記載の発明によれば、発光制御回路により、第２の発光部の発光強度をフィードバック信号の変化に応じて可変し、信号分離回路により、第１の受光部の受光出力から通信パルス信号とフィードバック信号を確実に分離することができる。
【０１０７】
請求項７記載の発明によれば、発光制御回路により、第２の発光部の発光強度をフィードバック信号の変化に応じて可変し、信号分離回路により、第１の受光部の受光出力から通信パルス信号とフィードバック信号を確実に分離することができる。
【０１０８】
請求項８記載の発明によれば、車両の車体とステアリング間の電力・信号の伝送を非接触で行うことができる。
【０１０９】
請求項９記載の発明によれば、１つの出力トランスで、電磁誘導による電力伝送と光通信による信号伝送が可能となる。
【０１１０】
請求項１０記載の発明によれば、出力トランスによる電磁誘導結合を利用して電力伝送を行い、光通信回路による光通信を利用して信号伝送を行い、さらに、光通信を利用して電力伝送の安定化のためのフィードバック信号を伝送しているため、電磁ノイズの発生を低減することができ、ノイズの影響も受けにくく、安定した電力伝送を行うことができる。また、既存の通信装置の発光部および受光部を通信パルス信号とフィードバック信号の伝送に兼用できるので、新たに発光素子や受光素子を増やすことなく、簡単にフィードバック信号を給電回路側に送信することができ、コスト削減も期待できる。
【０１１１】
請求項１１記載の発明によれば、通信パルス信号とフィードバック信号は電磁ノイズの影響を受けにくく、安定した動作が可能となる。
【０１１２】
請求項１２記載の発明によれば、発光制御回路により、第１の発光部の発光強度を通信パルス信号とフィードバック信号の変化に応じて可変し、信号分離回路により、第１の受光部の受光出力から通信パルス信号とフィードバック信号を確実に分離することができる。
【０１１３】
請求項１３記載の発明によれば、車両の車体とステアリング間の電力・信号の伝送を非接触で行うことができる。
【０１１４】
請求項１４記載の発明によれば、１つの出力トランスで、電磁誘導による電力伝送と光通信による信号伝送が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電力・信号伝送装置の第１の実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１の電力・信号伝送装置における出力トランスの構造例を説明する図であり、トランスがステアリングと車体（ボディ）側のコラムとの連結部分に搭載される様子を示す図である。
【図３】出力トランスの構造例を説明する断面図である。
【図４】出力トランスにおける導光体の詳細な構成を示す斜視図である。
【図５】図４の導光体を構成する導光路を、横方向に広げた様子を模式的に示す図である。
【図６】図１の電力・信号伝送装置における光通信回路と通信制御回路の一部との構成を示すブロック図である。
【図７】図１の電力・信号伝送装置における各部の信号波形図である。
【図８】本発明による電力・信号伝送装置の第２の実施形態を示すブロック図である。
【図９】図８の電力・信号伝送装置における各部の信号波形図である。
【図１０】本発明による電力・信号伝送装置の第３の実施形態を示すブロック図である。
【図１１】図１０の電力・信号伝送装置における各部の信号波形図である。
【図１２】本発明による電力・信号伝送装置の第４の実施形態を示すブロック図である。
【図１３】図１２の電力・信号伝送装置における各部の信号波形図である。
【図１４】従来の電力伝送装置の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０１　　直流電源
１０２　　給電回路
１０３　　出力トランス
１０４　　受電回路
１０５　　出力電圧監視回路
１０７　　通信制御回路（第２の通信制御回路）
１０７ａ　通信パルス制御部
１０８　　光通信回路（光通信回路）
１０８ｆ　発光部（第１の発光部）
１０８ｃ　受光部（第１の受光部）
１０８ｉ　発光部（第２の発光部）
１０９　　通信制御回路（第１の通信制御回路）
１１１　　パルス幅変調回路
１１２　　負荷
１１５　　発光制御回路
１１５ａ　オペアンプ（第１のオペアンプ）
１１５ｃ　トランジスタ（第１のトランジスタ）
１１５ｄ　発振回路
１１５ｅ　トランジスタ（第２のトランジスタ）
１１５ｆ　発振周波数制御回路
１１５ｇ　トランジスタ（第３のトランジスタ）
１１５ｈ　オペアンプ（第２のオペアンプ）
１１５ｌ　トランジスタ（第４のトランジスタ）
１１５ｍ　トランジスタ（第５のトランジスタ）
１１６　　信号分離回路
１１６ａ　コンデンサ（第１のコンデンサ）
１１６ｂ　ダイオード
１１６ｃ　コンデンサ（第２のコンデンサ）
１１６ｄ　ＢＰＦ（第１のバンドパスフィルタ）
１１６ｅ　ＢＰＦ（第２のバンドパスフィルタ）
１１６ｆ　増幅回路
１１６ｇ　比較回路
１１６ｈ　アナログスイッチ
１１６ｉ　マルチバイブレータ
１１６ｊ　サンプリングホールド回路
Ｐ１　　　回転部側部材
Ｐ２　　　固定部側部材
Ｐ３　　　導光体
Ｐ３ａ　　第１の導光路
Ｐ３ｂ　　第２の導光路
【図１】
2004064114.tif 000003
【図２】
2004064114.tif 000004
【図３】
2004064114.tif 000005
【図４】
2004064114.tif 000006
【図５】
2004064114.tif 000007
【図６】
2004064114.tif 000008
【図７】
2004064114.tif 000009
【図８】
2004064114.tif 000010
【図９】
2004064114.tif 000011
【図１０】
2004064114.tif 000012
【図１１】
2004064114.tif 000013
【図１２】
2004064114.tif 000014
【図１３】
2004064114.tif 000015
【図１４】
2004064114.tif 000016