(57)【要約】【課題】本発明は，回転機構を介して電気信号を電流によって発生する磁界と磁電変換素子を組み合わせて非接触で送受信する磁気式回転リンクにおいて，その信号の応答性を改善することを目的とする。【解決手段】本発明による磁気式回転リンクは，回転機構の固定側に，回転軸の中心に対して同心で円形の電流路となる第一のコイルを配置し，回転側にそのコイルの円周部分に沿って，回転可能な空隙を設けて磁電変換素子を配置し，固定側に更にその磁電変換素子を回転軸方向に挟むようにして，回転軸の中心に対して同心で円形の電流路となる第二のコイルを配置し，入力信号電流を２つのコイルに，互いのコイルに発生する磁界のうち，磁電変換素子を鎖交する磁界は加算され，互いのコイルを相互に鎖交する磁界は減算されるように流し，その電流によって発生した磁界を，空隙を介して磁電変換素子で検出することにより可能とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機構の固定側に，回転軸の中心に対して同心で円形の電流路となる第一のコイルを配置し，第一のコイルの円周部分に沿って回転可能な空隙を設けた回転側に磁電変換素子を配置し，更にその磁電変換素子を回転軸方向に挟むようにして，固定側に回転軸の中心に対して同心で円形の電流路となる第二のコイルを配置し，入力信号電流を２つのコイルに，互いのコイルが発生する磁界のうち，磁電変換素子を鎖交する磁界は加算され，互いのコイルを相互に鎖交する磁界は減算されるように流し，その電流によって発生した磁界を，空隙を介して磁電変換素子で検出することにより，回転中も固定側から回転側へ信号を伝える磁気式回転リンク。
【請求項２】
回転機構の回転側に，回転軸の中心に対して同心で円形の電流路となる第一のコイルを配置し，第一のコイルの円周部分に沿って回転可能な空隙を設けた固定側に磁電変換素子を配置し，更にその磁電変換素子を回転軸方向に挟むようにして，回転側に回転軸の中心に対して同心で円形の電流路となる第二のコイルを配置し，入力信号電流を２つのコイルに，互いのコイルに発生する磁界のうち，磁電変換素子を鎖交する磁界は加算され，互いのコイルを相互に鎖交する磁界は減算されるように流し，その電流によって発生した磁界を，空隙を介して磁電変換素子で検出することにより，回転中も回転側から固定側へ信号を伝える磁気式回転リンク。
【請求項３】
請求項１と請求項２の構成を組み合わせて径方向に同心状に配置することにより，回転側から固定側へと，固定側から回転側への信号伝達を同時にすなわち双方向の信号伝達を行う磁気式回転リンク。
【請求項４】
請求項１または請求項２の構成を複数個組み合わせて径方向に同心状に配置することにより，多チャンネルの信号伝達を行う磁気式回転リンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，回転機構を介して電気信号を送受信する装置のうち，電流によって発生する磁界と磁電変換素子を組み合わせて信号を非接触で伝達する構成を持つものに関するものであり，電流を流すコイルが磁電変換素子を軸方向に挟むようにして２つ配置され，互いのコイルが発生する磁界のうち，磁電変換素子を鎖交する磁界は加算され，互いのコイルを相互に鎖交する磁界は減算されるように，各コイルに電流を流すことにより，磁電変換素子の出力，つまり受信信号の大きさが大きくなりS／N比が向上すると共に，信号の立ち上がり時間と立ち下がり時間が短くなり，高速通信を可能とするものである。
【背景技術】
【０００２】
回転機構を介して電気信号を送受信する装置のうち，電流によって発生する磁界と磁電変換素子を組み合わせて信号を非接触で伝達する構成を持つものとしては，先願した特開２００２−２９８２７５号公報がある。
【０００３】
図７は上記の先願した磁気式回転リンクの基本構成を示す図である。図に示すように，固定側のフレーム３３に対して，回転軸３１が軸受け３２によって回転する構造になっている。固定側の電流路となるコイル１はプリント基板３の表面にプリント回路パターンで形成されている。コイル１のパターン形状は回転軸３１の中心に対して同心の複数ターンの円形となっている。回転側の磁変換電素子１７はプリント基板１４に実装されており，回転軸３１を介してプリント基板１４が回転したとき，磁電変換素子１７はコイル１と接触しないように小さな空隙を保って，コイル１と対抗しながらコイルの円周に沿って回転する。入力信号を電流信号に変換する処理回路５はここではプリント基板３の裏面に実装されており，コイル１に電流が流れるとコイルの廻りに電流に比例した磁界が発生する。その磁界に鎖交する位置に磁界の強さを電気信号に変換する素子すなわち磁電変換素子１７を配置しておけば，固定側の入力信号を非接触で回転側に伝達できる。
【特許文献１】特開２００２−２９８２７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の先願した磁気式回転リンクは，以上のように構成されていたため，次のような課題が存在していた。
すなわち，コイルに入力信号電流を流して磁界を発生させているため，コイルのインダクタンス分によって通電電流の立ち上がりと立ち下がりが鈍り，発生する磁界，つまり磁電変換素子を鎖交する磁界の応答性も悪くなり，その結果，磁電変換素子の出力である受信信号の応答性が悪くなり，高速通信が困難になるという問題があった。また，空隙を介して入力信号電流が発生する磁界を検出しているため，磁電変換素子が検出する磁界の大きさが小さいという問題もあった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による磁気式回転リンクは，回転機構の固定側に，回転軸の中心に対して同心で円形の電流路となる第一のコイルを配置し，回転側にそのコイルの円周部分に沿って，回転可能な空隙を設けて磁電変換素子を配置し，固定側に更にその磁電変換素子を回転軸方向に挟むようにして，回転軸の中心に対して同心で円形の電流路となる第二のコイルを配置し，入力信号電流を２つのコイルに，互いのコイルが発生する磁界のうち，磁電変換素子を鎖交する磁界は加算され，互いのコイルを相互に鎖交する磁界は減算されるように流し，その電流によって発生した磁界を，空隙を介して磁電変換素子で検出することにより，回転中も固定側から回転側へ信号を伝える構成である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に成る磁気式回転リンクは，以上のように構成されているため，次のような効果を得ることができる。
すなわち，磁電変換素子を鎖交する磁界は加算されて，受信信号の大きさが大きくなり，S／N比が向上して信号伝達の信頼性も向上する。また，一方のコイルで発生する磁界が，他方のコイルを減算するように鎖交するため，各コイル自身の磁界による自己誘導で発生する電流と，もう一方のコイルの磁界による相互誘導で発生する電流が減算されて，通電電流の立ち上がり時間と立ち下がり時間が短くなるため，その電流が発生する磁界，つまり磁電変換素子を鎖交する磁界の応答性が改善される。その結果，磁電変換素子の出力である受信信号の応答性も良くなり高速通信を可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明は，磁電変換素子を一対の第１，第２コイルで回転軸方向に挟んで配置し，それらのコイルに発生する磁界が，互いに逆方向になるように電流を流すことにより，受信信号の大きさと応答性が，従来よりも改善される磁気式回転リンクを提供することを目的とする。
【実施例１】
【０００８】
以下図面によって本発明の実施例を説明する。図１に本発明になる非接触信号伝達装置すなわち磁気式回転リンクの基本要素の一実施例を示す。固定側のフレーム３３に対して，回転軸３１が軸受け３２によって回転する構造になっている。固定側の電流路となるコイル１，２は，プリント基板３，４の表面にプリント回路パターンで形成されている。このプリント基板３，４はリード線４１でつながっている。コイル１，２のパターン形状は回転軸３１の中心に対して同心の複数ターンの円形となっている。回転側の磁電変換素子１７はプリント基板１４に実装されており，回転軸３１を介してプリント基板１４が回転したとき，磁電変換素子１７とコイル１とが接触しないように小さな空隙を保って，コイル１と対抗しながらコイルの円周に沿って回転する。コイル２は磁電変換素子１７を軸方向に挟むようにして，プリント基板１４と接触しないように小さな空隙を保って配置する。入力信号を電流信号に変換する処理回路５はここではプリント基板３の裏面に実装されており，コイル１，２に電流が流れるとコイルの廻りに電流に比例した磁界が発生する。その磁界に鎖交する位置に磁界の強さを電気信号に変換する素子すなわち磁電変換素子１７を配置し，おけば，固定側の入力信号を非接触で回転側に伝達できる。
【０００９】
図２は図１のコイル１，２に本発明になる磁界が発生するように，コイル１，２に電流を流したときの，それぞれのコイルによる磁界の発生の様子を示す。コイル１が発生する磁界で，磁電変換素子を鎖交する磁界５１と，コイル２が発生する磁界で，磁電変換素子を鎖交する磁界６１は，磁電変換素子上で加算される。コイル２が発生する磁界でコイル１を鎖交する磁界６３と，コイル１が発生する磁界でコイル１自身と鎖交する磁界５２の向きは逆方向なので，コイル１では磁界５２による自己誘導で発生する電流と，磁界６３の相互誘導で発生する電流の向きも逆となり減算されるので，通電電流の立ち上がり時間と立ち下がり時間が短くなる。同様にして，コイル１が発生する磁界でコイル２を鎖交する磁界５３と，コイル２が発生する磁界でコイル２自身と鎖交する磁界６２の向きは逆方向なので，コイル２では磁界６２による自己誘導で発生する電流と，磁界５３の相互誘導で発生する電流の向きも逆となり減算されるので，通電電流の立ち上がり時間と立ち下がり時間が短くなる。その結果，コイル１，２の通電電流によって発生する磁界の立ち上がり時間と立ち下がり時間も短くなる。以上により，コイル１，２を使う場合の磁電変換素子を鎖交する磁界は，コイル１のみを使う場合に比べて大きさが大きくなり，立ち上がり時間と立ち下がり時間も短くすることができる。
【００１０】
図３は図１と図７の磁電変換素子を鎖交する磁界の立ち上がりと立ち下がり特性を示す。図１のコイル１，２を使った場合の磁電変換素子を鎖交する磁界変化８２は，図７のコイル１のみを使った場合の磁電変換素子を鎖交する磁界変化８１に比べて大きさが大きくなり，立ち上がり時間と立ち下がり時間も短くなる。
【００１１】
図４は回転側から固定側に信号を伝達する実施例である。図１の固定側から回転側へ信号を伝達する場合のコイルと磁電変換素子の関係を入れ替えて，回転側にコイルを，固定側に磁電変換素子を使用することによって実現できる。
【００１２】
図５は回転側から固定側へと，固定側から回転側への信号伝達を同時に，すなわち双方向の信号伝達を行うため，図１と図４の構成を組合せた実施例を示す。図１の実施例に対して，回転側の基板１４には回転軸３１に同心の円形コイル１２が，磁電変換素子１７に対して外径側でかつ磁電変換素子１７とは反対の基板面に追加されている。固定側の基板４にはコイル２に対して外径側で，コイル１２と同じ径でかつコイル２とは反対の基板面に磁電変換素子７が追加されている。固定側の基板３の裏面には磁電変換素子７の受信信号を処理する信号処理回路６が追加されている。回転軸には磁電変換素子７をプリント基板１４と軸方向に挟むようにプリント基板１３が追加されている。このプリント基板１３とプリント基板１４はリード線４２でつながっている。プリント基板１３には回転軸３１に同心の円形コイル１１が，コイル１２と同じ径でかつ磁電変換素子７に対向して，回転軸方向に小さな空隙を保つように配置され，信入力信号を電流信号に変換する処理回路１５と，磁電変換素子１７の受信信号を処理する処理回路１６も配置されている。この構成により，回転側から固定側へと，固定側から回転側への信号伝達を同時に，すなわち双方向の信号伝達を行うことが可能となる。
【００１３】
図６は，図５の双方向の組合せを２組すなわち２チャンネルの双方向通信を行うための一実施例を示す。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
回転体と固定側の間で非接触の多チャンネル双方向通信が可能なので，ロボットの関節部，工作機械，監視カメラなどの制御信号伝送部分等産業上の利用可能性は非常に高い。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に成る例の固定側から回転側への信号伝達方法の基本原理を示す断面                構造図である。
【図２】図１のコイル１，２に本発明になる磁界が発生するように，コイル１，２に            電流を流したときの磁界を図である。
【図３】図１及び図７の磁電変換素子を鎖交する磁界の変化を示す図である。
【図４】本発明に成る例の回転側から固定側への信号伝達方法の基本原理を示す断面                構造図である。
【図５】回転側から固定側へと，固定側から回転側への信号伝達を同時に，すなわち            双方向の信号伝達を実現する方法の断面構造図である。
【図６】多チャンネルの例として双方向２チャンネルを径方向に同心状に配列した例            の断面構造図である。
【図７】従来の固定側から回転側への信号伝達方法の基本原理を示す断面構造図であ            る。
【符号の説明】
【００１６】
１    回転軸に同心の固定側第１円形コイル
２    回転軸に同心の固定側第２円形コイル
３    固定側第１プリント基板
４    固定側第２プリント基板
５    固定側入力信号処理回路
６    固定側出力信号処理回路
７    固定側磁電変換素子
１１  回転軸に同心の回転側第１円形コイル
１２  回転軸に同心の回転側第２円形コイル
１３  回転側第１プリント基板
１４  回転側第２プリント基板
１５  回転側入力信号処理回路
１６  回転側出力信号処理回路
１７  回転側磁電変換素子
３１  回転軸
３２  軸受
３３  固定側フレーム
４１  固定側リード線
４２  回転側リード線
５１  磁電変換素子と鎖交するコイル１の磁界
５２  コイル１自身と鎖交するコイル１の磁界
５３  コイル２と鎖交するコイル１の磁界
６１  磁電変換素子と鎖交するコイル２の磁界
６２  コイル２自身と鎖交するコイル２の磁界
６３  コイル１と鎖交するコイル２の磁界
７１  紙面の表面から裏面に向けて流れるコイル電流
７２  紙面の裏面から表面に向けて流れるコイル電流
８１  図７の磁電変換素子を鎖交する磁界変化
８２  図１の磁電変換素子を鎖交する磁界変化
８３  入力信号
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図３】
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