(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次側コアと、該１次側コアに所定のギャップを介して回転軸方向に対向配置される２次側コアと、前記１次側コア及び前記２次側コアにそれぞれ巻装されて互いに回転軸方向に誘導結合するように配置された１次側コイルと２次側コイルとを有する分離型トランスであって、
所定のギャップを介して配置される前記１次側コア及び前記２次側コアの対向する面に、当該対向する面を電極支持面として、トランス効率に影響を与えない厚さの静電電極がそれぞれ設けられることにより、前記１次側コア及び前記２次側コアの対向する面間に信号伝送用の平行電極型コンデンサが形成されたことを特徴とする分離型トランス。
【請求項２】
前記各静電電極には、少なくても１本の絶縁用のスリットをそれぞれ設けたことを特徴とする請求項１に記載の分離型トランス。
【請求項３】
１次側コアと、該１次側コアに所定のギャップを介して回転軸方向に対向配置される２次側コアと、前記１次側コア及び前記２次側コアにそれぞれ巻装されて互いに回転軸方向に誘導結合するように配置された１次側コイルと２次側コイルとを有する分離型トランスを備え、少なくとも１つの第１の信号伝送手段から前記分離型トランスを介して信号を伝送する信号伝送システムであって、
前記分離型トランスとして、前記請求項１又は請求項２に記載の分離型トランスを有するとともに、前記静電電極からなるコンデンサによって信号を前記分離型トランスの一方のコア側から他方のコア側に伝送する第２の信号伝送手段を備えたことを特徴とする分離型トランスを用いた信号伝送システム。
【請求項４】
前記第２の信号伝送手段は、伝送する信号のキャリア周波数を前記第１の信号伝送手段が伝送する信号のキャリア周波数と異なる周波数にすることを特徴とする請求項３に記載の分離型トランスを用いた信号伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非接触での電気エネルギーの伝送に用いられる分離型トランス及びその信号伝送システムに関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
分離型トランスは、例えば自動車のエアバッグの起爆に必要なパワー及びハンドルと車体間の信号伝送システムに利用されており、１次側及び２次側のコイルがギャップを介して相対的に回転可能に構成されている。
上記信号伝送システムでは、多重信号伝送回路に必要なパワーを供給するために、分離型トランスの１次側及び２次側コイルの互いの誘電結合によって、上記パワーを一方の側のコイルから多重信号伝送回路が接続された他方の側のコイルに伝えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようなシステムでは、コイル間のギャップが広く、変動するために、コイル間の結合状況に影響を及ぼして伝送効率が悪くなり、通常１次側コイルに数百ｍＡ以上の電流を流す必要がある。このため、上記システムでは、消費電力が大きくなり、停車中にバッテリが上がってしまうことがある。
【０００４】
そこで、システム全体の電源をイグニッションキーでオン／オフするものがあるが、上記イグニッションキーを外すと、電源がオフになってシステム全体が機能しなくなってしまう。信号伝送を行う負荷にはいろいろあるが、ホンスイッチもその１つである。上記ホンスイッチは、イグニッションキーを外してもホンを操作できる必要があるが、上記信号伝送システムでは、イグニッションキーを外すと上記ホンも他の負荷と同様に使用できなくなってしまう。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、特定の信号を小さい消費電流で伝送できる分離型トランス及びその信号伝送システムを提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、特定の信号と他の信号間での干渉を防止することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、１次側コアと、該１次側コアに所定のギャップを介して回転軸方向に対向配置される２次側コアと、前記１次側コア及び前記２次側コアにそれぞれ巻装されて互いに回転軸方向に誘導結合するように配置された１次側コイルと２次側コイルとを有する分離型トランスであって、前記所定のギャップを介して配置される前記１次側コア及び前記２次側コアの対向する面に、当該対向する面を電極支持面として、トランス効率に影響を与えない厚さの静電電極がそれぞれ設けられることにより、前記１次側コア及び前記２次側コアの対向する面間に信号伝送用の平行電極型コンデンサが形成された分離型トランスが提供される。
【０００７】
すなわち、分離型トランスのギャップ空間と同一の空間内に設けた上記コンデンサのキャパシタンスによって小さい消費電流で信号伝送を可能にする。好ましくは、各静電電極には、少なくても１本の絶縁用のスリットをそれぞれ設けて、上記静電電極が１ターンコイルにならないようにする。
【０００８】
また、本発明では、少なくとも１つの第１の信号伝送手段から前記分離型トランスを介して信号を伝送する信号伝送システムであって、前記分離型トランスの前記静電電極からなるコンデンサによって信号を前記分離型トランスの一方のコア側から他方のコア側に伝送する第２の信号伝送手段を備えたことを特徴とする分離型トランスを用いた信号伝送システムが提供される。
【０００９】
好ましくは、前記信号伝送システムにおいて、前記第２の信号伝送手段は、伝送する信号のキャリア周波数として前記第１の信号伝送手段が伝送する信号のキャリア周波数と異なる周波数を用いる。これにより、第１の信号伝送手段及び第２の信号伝送手段の信号間における干渉を防止する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に係る分離型トランス及びその信号伝送システムを図１乃至図７の図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る分離型トランスの一実施形態である回転トランスを断面にして示す第１実施例の正面図である。なお、本実施例では、上記回転トランスを車両のエアバッグの起爆に必要なパワーやハンドルと車体間の信号を伝送する信号伝送システムに用いた場合を説明する。
【００１１】
図において、回転トランス１０は、ハンドルシャフト１１を中心軸として、図示しないコラム側に取り付けられたステータ１２と、シャフト１１に取り付けられたロテータ１３とを有するとともに、ステータ１２とロテータ１３には、本発明の１次側コア１４と２次側コア１５とがギャップを隔てて相対的に回転可能に対向配置されている。また、各コア１４，１５の互いに対向する面に別々に離隔されて形成された環状の凹部内には、本発明の１次側コイル１６と２次側コイル１７が装着されている。さらに、各コア１４，１５の上記対向面には、上記ギャップＧを介して本発明の静電電極１８，１９が対向配置されている。
【００１２】
本実施例では、例えば厚さ約１０μｍのアルミ箔を、各コア１４，１５の上記対向面の全面に、例えば接着剤等によって貼り付けることで静電電極１８，１９を構成する。このように本実施例では、１次及び２次の両側の電極１８，１９が向かい合っているので、１つの平行電極型コンデンサ２０となり、上記コンデンサ２０の容量Ｃは、通常次の式で求められる。
【００１３】
Ｃ＝ε0Ｓ／ｄ
但し、Ｓは電極の表面積、ｄは電極間の間隔、ε0は空気の誘電率である。すなわち、電極の面積が大きいほど、及び又は電極間の間隔が短いほど上記容量Ｃが大きくなる。なお、本実施例では、各コア１４，１５の対向する全表面に電極１８，１９を貼り付けるが、電極間の距離が非常に小さい場合には、電極の直径をコア径より小さくしても良い。
【００１４】
また、上記コンデンサ２０の静電容量は、両電極の表面積の変化によって変わる。そこで、本実施例では、回転トランス１０が回転するときの静電容量の変化を最小限に抑えるために、図２に示すように両電極１８，１９を円形形状に構成する。さらに、電極によるトランス伝送効率の低減を抑えるために、電極１８，１９の外周から中心に向かって絶縁用のスリット２１を設け、１ターンコイルにならないようにする。上記スリット２１の幅は、回転トランス１０の回転による静電容量の変動を抑えるため、できるだけ小さくすることが有効である。なお、本実施例では、１本のスリット２１を設けた場合を示したが、本発明はこれに限らず、２本以上のスリットを設けることも可能である。
【００１５】
また、両電極の厚さは、厚いほど耐摩耗性及び機械強度が強くなるが、遮蔽によってトランス伝送効率が悪化し、車両等に用いる場合にはコスト及びスペース的にも制約がある。そこで、上記スリットを設けるのに伴って、又はその変わりに、例えば両電極の厚さをトランス伝送効率に影響を与えないだけの薄さにするのも、トランス伝送効率の低減を抑えるのに有効である。
【００１６】
図３は、図１に示した回転トランス１０を用いた信号伝送システムの構成を示す回路図である。図において、回転トランス１０のステータ側の１次側コイル１６には、イグニッションキー３０を介して電源であるバッテリー３１が接続され、１次側コイル１６と誘導結合された２次側コイル１７には、図示しない例えば多重信号伝送回路や起爆回路が接続されており、ロテータ側からステータ側への信号伝送やステータ側からロテータ側の起爆回路への電力供給が可能になっている。
【００１７】
また、バッテリー３１には、ホン制御ユニット３２が接続されるとともに、スイッチ３３を介してホン３４が接続されている。ホン制御ユニット３２は、固定抵抗３５を介して上述したコンデンサ２０と接続されるとともに、固定抵抗３５とコンデンサ２０間に接続されており、コンデンサ２０は、ロテータ側でホンスイッチ３６と接続されている。
【００１８】
ホン制御ユニット３２は、図４に示しように、バッテリー３１及び固定抵抗３５と接続されるパルス信号発生回路３２ａと、固定抵抗３５とコンデンサ２０間に接続された信号検出・処理回路３２ｂと、信号検出・処理回路３２ｂからの信号に基づいてスイッチ３３をオン／オフ制御するホンＯＮ／ＯＦＦ制御回路３２ｃとから構成されている。なお、本実施例において、スイッチ３３は、ＭＯＳトランジスタから構成され、ホンＯＮ／ＯＦＦ制御回路３２ｃの制御によってスイッチング動作を行っている。
【００１９】
すなわち、ホン制御ユニット３２のパルス信号発生回路３２ａでは、イグニッションキー３０がオフ状態になっても、バッテリー３１から電源が供給されており、小電力のパルス信号（交流信号）が発生している。そして、ホンスイッチ３６がオン状態になると、上記パルス信号は、固有抵抗３５、静電結合コンデンサ２０、ホンスイッチ３６、ハンドルシャフト１１、コモンのルートに加わっており、ホンスイッチ３６のオン／オフによって電圧信号Ｖｓの電圧レベルが大きく変動することとなる。
【００２０】
つまり、ホンスイッチ３６がオフの時には、（電圧信号Ｖｓの電圧レベル）≒（電圧信号Ｖｈの電圧レベル）となり、またホンスイッチ３６がオンの時には、電圧信号Ｖｈの電圧レベルは、コンデンサ２０の静電容量と固有抵抗３５の抵抗値の分圧になり、（電圧信号Ｖｓの電圧レベル）≫（電圧信号Ｖｈの電圧レベル）、例えば（電圧信号Ｖｈの電圧レベル）＝（電圧信号Ｖｓの電圧レベル）／２程度と十分に小さくなる。信号検出・処理回路３２ｂでは、上記電圧信号Ｖｈを検出して直流電圧レベルに変換した後、その大きさを所定の基準値と比較判断し、判断結果に対応する信号をホンＯＮ／ＯＦＦ制御回路３２ｃに出力している。ホンＯＮ／ＯＦＦ制御回路３２ｃは、上記信号に基づいてＭＯＳトランジスタ３３をオン／オフ制御して、バッテリー３１からホン３４への電源供給を可能にしている。
【００２１】
このように、本実施例では、ギャップを介して対向配置される１次側及び２次側のコアの表面に、静電電極をそれぞれ設けて１つのコンデンサを構成し、コンデンサのキャパシタンスによって小さい消費電流で上記２次側から１次側への信号伝送を可能にするので、ホンを動作させるためのホンスイッチ信号等の特定の信号を小さい消費電流で伝送でき、これによりバッテリーからホンへの電源供給が可能になる。
【００２２】
図５は、本発明に係る分離型トランスの一実施形態である回転トランスを断面にして示す第２実施例の正面図であり、図６は、図５に示した回転トランスを用いた信号伝送システムの構成を示す回路図である。なお、以下の実施例において、図１〜図４と同様の構成部分については、説明の都合上、同一符号を付記する。
【００２３】
図５において、図１と異なる点は、各コア１４，１５の互いに対向する面に別々に離隔されて形成された複数の環状の凹部内に、１次側コイル１６ａ，１６ｂと２次側コイル１７ａ，１７ｂがそれぞれ装着されていることである。
図６に示すように、１次側コイル１６ａ，１６ｂの一端には、ステータ側ＥＣＵ４０及びイグニッションキー３０を介してバッテリー３１が接続されている。
【００２４】
１次側コイル１６ａの他端には、ＭＯＳトランジスタ４１を介してパルス信号発生回路４２が接続され、かつパルス信号発生回路４２は、ＥＣＵ４０とも接続されており、ＥＣＵ４０の制御によって動作し、キャリア周波数ｆ１のパルス信号をＭＯＳトランジスタ４１を介して１次側コイル１６ａに出力している。
１次側コイル１６ａと誘導結合された２次側コイル１７ａには、車両のエアバッグを起爆させるための抵抗からなる起爆回路５０が接続されており、コラム側のバッテリー３１からハンドルシャフト側の起爆回路５０への電力の供給が可能になっている。
【００２５】
１次側コイル１６ｂの他端には、ＭＯＳトランジスタ４３を介してパルス信号発生回路４４が接続され、かつパルス信号発生回路４４は、ＥＣＵ４０とも接続されており、ＥＣＵ４０の制御によって動作し、キャリア周波数ｆ２のパルス信号をＭＯＳトランジスタ４３を介して１次側コイル１６ｂに出力している。１次側コイル１６ｂと誘導結合された２次側コイル１７ｂには、整流回路５１、コイルＬ及びコンデンサＣ１，Ｃ２からなる共振回路５２を介して多重信号伝送回路５３が接続されており、ハンドルシャフト側の多重信号伝送回路５３の動作によって発生する共振周波数ｆ１を、１次側に設けたパルス信号発生回路４４を動作させて周波数ｆ１のパルス信号を発生させることで検出するように構成している。
【００２６】
また、ホン３３を起動制御するホン制御ユニット３２は、図４と同様の構成になっており、パルス信号発生回路３２ａは、ホンスイッチ信号の伝送中に多重伝送信号との干渉を避けるために、キャリア周波数を上記周波数ｆ１，ｆ２とは異なる周波数ｆ３に設定してパルス信号を出力する。
このように、本実施例では、エアバック起爆用の電力伝送系と、多重信号伝送用の信号伝送系とを、回転トランスの１次側コア及び２次側コアにそれぞれ別々に離隔して設けるとともに、これら伝送系とは別に静電電極を利用したホンスイッチ信号の信号伝送系を設け、かつこれら伝送系のキャリア周波数をそれぞれ異なる周波数に設定して信号伝送を行うので、特定のホンスイッチ信号を小さい消費電流で伝送でき、かつホンスイッチ信号の伝送中に多重伝送信号との干渉を防止することができる。
【００２７】
また、これら実施例では、１次側及び２次側コアの対向する面にアルミ箔からなる静電電極を設けたので、たとえギャップの変動により上記両コアが接触したとしても、上記静電電極が保護カバーの役目をしてコイルの破損等を防止することも可能となる。本発明は、これら実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。
【００２８】
上記構成の回転トランスを用いて図３に示す信号伝送システムを構築させれば、第１実施例と同様に、ホンを動作させるためのホンスイッチ信号等の特定の信号を小さい消費電流で伝送でき、これによりバッテリーからホンへの電源供給が可能になる。
従って、これら実施例では、静電電極によって２次側のホンスイッチからのホンスイッチ信号を伝送することで、消費電力が非常に小さくなり、イグニッションキーで電源をオフしても、ホン制御ユニットに電流を流すことができ、ホンのオン／オフ操作が可能となる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１では、１次側コアと、該１次側コアに所定のギャップを介して回転軸方向に対向配置される２次側コアと、前記１次側コア及び２次側コアにそれぞれ巻装されて互いに回転軸方向に誘導結合するように配置された１次側コイルと２次側コイルとを有する分離型トランスであって、所定のギャップを介して配置される前記１次側及び２次側の対向する面に、当該対向する面を電極支持面として、トランス効率に影響を与えない厚さの静電電極をそれぞれ設けて前記１次側コア及び前記２次側コアの対向する面間に信号伝送用の平行電極型コンデンサを形成したので、上記静電電極を介して特定の信号を小さい消費電流で伝送することが可能となる。
【００３０】
請求項３では、１次側コアと、該１次側コアに所定のギャップを介して回転軸方向に対向配置される２次側コアと、前記１次側コア及び２次側コアにそれぞれ巻装されて互いに回転軸方向に誘導結合するように配置された１次側コイルと２次側コイルとを有する分離型トランスを備え、少なくとも１つの第１の信号伝送手段から前記分離型トランスを介して信号を伝送する信号伝送システムであって、前記分離型トランスとして、前記請求項１又は２に記載の分離型トランスを有するとともに、前記静電電極からなるコンデンサによって信号を前記分離型トランスの一方のコア側から他方のコア側に伝送する第２の信号伝送手段を備えたので、静電電極のコンデンサによって小さい消費電流で第２の信号伝送手段からの信号伝送を可能にする。
【００３１】
請求項４では、前記第２の信号伝送手段は、伝送する信号のキャリア周波数を前記第１の信号伝送手段が伝送する信号のキャリア周波数と異なる周波数にするので、第２の信号伝送手段が伝送する特定の信号と第１の信号伝送手段が伝送する他の信号間での干渉を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る分離型トランスの一実施形態である回転トランスを断面にして示す第１実施例の正面図である。
【図２】図１に示した静電電極の平面図である。
【図３】図１に示した回転トランスを用いた信号伝送システムの構成を示す回路図である。
【図４】図３に示したホン制御ユニットの構成を示す回路図である。
【図５】本発明に係る回転トランスを断面にして示す第２実施例の正面図である。
【図６】図５に示した回転トランスを用いた信号伝送システムの構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１０ 回転トランス
１１ ハンドルシャフト
１２ ステータ
１３ ロテータ
１４，１５ コア
１６，１７，１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ コイル
１８，１９，２４，２５ 静電電極
２０ コンデンサ
２１ スリット
３０ イグニッションキー
３１ バッテリー
３２ ホン制御ユニット
３２ａ，４２，４４ パルス信号発生回路
３２ｂ 信号検出・処理回路
３２ｃ ホンＯＮ／ＯＦＦ制御回路
３３，４１，４３ ＭＯＳトランジスタ
３４ ホン
３５ 固定抵抗
３６ ホンスイッチ
４０ ステータ側ＥＣＵ
５０ 起爆回路
５１ 整流回路
５２ 共振回路
５３ 多重信号伝送回路
Ｇ ギャップ
【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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【図６】
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