JP3142570B2

JP3142570B2 - 無接触電力伝送装置、無接触信号伝送装置およびこれらを用いた分離型機械装置とその制御方法

Info

Publication number: JP3142570B2
Application number: JP06501340A
Authority: JP
Inventors: 淳之平井; 義二平賀; 謙次広瀬; 裕治新田; 浩志浜本; 賢二野村
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1992-06-18
Filing date: 1993-06-18
Publication date: 2001-03-07
Anticipated expiration: 2016-03-07
Also published as: KR100309240B1; EP0598924A1; US5770936A; EP0844627A3; US5637973A; EP0844627A2; US5818188A; EP0598924A4; DE69321325T2; EP0598924B1; US5798622A; EP0845794A1; DE69321325D1; KR940702307A; EP0845793A1; EP0851441A1; WO1993026020A1

Description

【発明の詳細な説明】発明が関連する技術分野本発明は、移動体または回転体に設けた電気負荷に対
して、電力および信号の伝送を行う伝送機構、およびそ
れらの伝送機構を用いた分離型機械装置に関する。本発
明は、さらに、前記分離型機械装置の制御方法に関す
る。また、本発明は、さらに、電力および信号の伝送機
構を用いて高速回転する回転軸上の情報を伝送する伝送
システムに関する。

背景技術の表示近年、工作機械やロボットを含む機械全般において、
加工システムを、独立の制御機能および処理機能をもつ
機能単位、すなわち自律単位に分け、これらの単位が独
立性を保ちつつ、固定部と機能単位の間、および機能単
位相互間で通信しあい、指令や情報を交換しあいながら
統一化された処理を行う自律分散化の要求が増大してい
る。

このように加工システムを複数の機能単位に分割する
ことの利点として、その時々の加工目的に合わせて複数
の機能単位の最適の組合わせが可能になり、その結果、
１つの機械装置が多様な機能を果す点が挙げられる。

しかし、加工システムを機能単位に分けることは決し
て自明ではない。例えば、加工システムのどの範囲の装
置を１つの単位にまとめるかが１つの技術的問題であ
る。また、個々の機能単位は取付け、取はずしが容易
で、かつ、取付けと同時に、当該機能単位と固定部との
間に電力輸送システムや通信システムが自動的に構築さ
れていることが望ましい。このことは、例えば、工作機
械分野においては段取り工程から加工工程へと移動する
パレット上のワークの位置決め、芯だし、クランピング
などを電動化し、治具の完全自動化を実現する場合など
に特に必要である。

また物理的な分離まで到らなくても、多回転する回転
体上で電動機を駆動するという形の制御が望まれるよう
になって来ている。例えば、工作機主軸の先に取りつく
刃物台の電動機による直線駆動や旋盤ヘッドチャッキン
グ部の電動化などがこれに相当する。あるいは、電動機
主軸を回転インデクス・テーブルに載せる場合がこれに
相当する。このようなとき、電動機を駆動する電力や制
御信号を固定部から伝送する場合には、回転体が回転し
ても、常に安定して動作する電力輸送システムや通信シ
ステムが必要になる。

このような機械工学の現状の観点から、以下に、本発
明に関連する従来技術を概観する。

図１は従来の電動機制御の基本的な構成を示すブロッ
ク図である。

商用周波数電源を入力する電源11は、制御器12に対し
て主電源S12と制御電源S13とを供給する。制御電源S13
によって動作する制御器12は、位置増幅器12₁、速度増
幅器12₂、微分器12₃、電流増幅器12₄およびパワスイッ
チ12₅によって構成されるもので、上位システムから送
られてくる位置指令S11に応じて主電源S12を変調して電
動機13に供給する。検出器14は電動機13の位置を検出
し、位置信号S15を位置増幅器12₁へ帰還する（位置ルー
プ）。位置増幅器12₁は、位置指令S11と位置信号S15か
ら速度指令を生成する。微分器12₃は位置信号S15を微分
して速度信号を生成する。速度増幅器12₂は速度信号と
速度指令を入力し、トルク指令を出力する（速度ルー
プ）。電流増幅器12₄はトルク指令と電流信号（電流検
出値）S14とを比較し、パワースイッチ12₅を制御して電
動機13への供給電源を変調制御する。このように、従来
の電動機制御は、電源、電動機、および制御器が固定さ
れており、両方が分離しないことを前提に行われてき
た。

工作機械加工分野において、図２に示すように主軸電
動機21の先端で刃物台24を位置決め制御したり（フェー
サーマシニングセンタ）、主軸電動機31あるいはスピン
ドルユニットの軸端でチャッキングつめ33を介してチャ
ッキング電動機32によってワーク34をチャッキングする
（図３）など、回転軸上において回転動力の伝達とは別
にさらに動力を伝え、さらには信号の授受を行って、仕
事をさせる場合がある。しかし、これらの場合には、従
来は電力や信号の供給が容易にできなかったため、図４
に示すように、例えば、主軸電動機41やスピンドルユニ
ットを中空軸にしてその中に同軸シャフト43を配して機
械動力の形で動力を供給してきたが、加工精度上の問題
や長期信頼性の問題により低コストでこれを実用化する
のは甚だ難しかった。なお、図４には、機械動力で傘歯
車44₁,44₂を駆動し、移動台45を移動させる場合が示さ
れている。

また、工作機械加工における主軸の先端においてアク
チュエータ制御をしたいという要求、あるいはアクチュ
エータ制御に至らないまでも主軸の先端のワークや治工
具に情報を与えたり、検出器によってこれらの状態をモ
ニタしたいという要求は従来から多くある。例えば、油
圧シリンダを用いたスピンドルヘッド先端へのチャッキ
ング装置においては、スピンドル回転数の上昇にしたが
ってワークに働く遠心力によって実効チャッキング圧が
減少するため、チャッキング圧のフィードバックによる
オンライン制御の実現が望まれている。また制御に至ら
ないまでも、チャッキング圧のオンラインモニタリング
をしたいという要求もある。

一方、スピンドルヘッドの先に取り付けられた刃物工
具の加工時のインプロセス状態監視（刃物の折損の予知
と折損発生の確認）は、FMCにおける24時間連続加工実
現のためには必須の事項である。そのため主軸先端セン
サ情報（例えば刃先温度情報、振動情報、アコースティ
ックエミッション情報など）が加工作業中にリアルタイ
ムでNC制御装置に戻って来ることが望まれている。ま
た、スピンドルヘッドより先での位置（例えば、工具と
ワーク間の間隙）測定情報、そしてより単純にはATCコ
レットチャック部リミットスイッチ信号などシーケンス
信号の帰還も必要である。

以上の様に、主軸より先の情報をオンラインにて入手
したいという要求が強いにも関わらず、いずれも高速回
転部から固定部への情報伝達であるので配線による情報
伝送は使えない。また、これらの情報を確実に得るため
には、その検出器をより主軸先端側に搭載しなければな
らず殆どの場合、検出器はその外部からの電源供給を必
要とする。バッテリを主軸先端に搭載して電源を供給す
る方法も考えられるが、結果的に高速回転部に搭載する
部分の重量を増大することになり、交換の問題もあり現
実的ではない。一方、主軸に回転発電機を直結して主軸
の回転により電力を得ようとするアイデアもあるが、主
軸停止時低速回転時には必要電力を得ることができな
い。したがって主軸の回転状態によらず、なんらかの方
法で高速回転部を経由して固定部から主軸先端に検出器
用電力を伝え、逆に検出情報を主軸先端から固定部に伝
送する手段の実現が必要となってきている。

従来方法として主軸と同軸に配置したスリップリング
により電源供給と信号伝送を行う事例もあるが、接点摩
耗や接触不良によるノイズ発生などの問題が発生しやす
く主軸が毎分数千回転以上の高速回転する状態では実用
的ではない。

多関節ロボットやSCARAロボットにおいては、各電動
機出力軸ごとの電力および信号授受は多本数の配線によ
り行われ、その配線のかわしの問題からロボットアーム
の動作範囲が制限を受けたり、長期間繰り返し動作によ
る配線の疲労破断の問題を生じるなどしていた。

多関節ロボットについては前記配線のかわしの問題を
解決する発明が、特公平５−13796号に記載されてい
る。この多関節ロボットでは、第１アームは、固定軸に
設置されたダイレクトドライブモータによって駆動され
る。第２アームおよびツール軸は、固定軸、第２アーム
回動軸、ツール軸に支持されたプーリーと、プーリー間
を連結する回転伝達手段（タイミングベルト）を介して
駆動される。また、配線に関しては、第１アーム駆動用
のダイレクトドライブモータの外周に第１スリップリン
グが設けられ、第２アーム先端のツール軸の外周に第３
スリップリングが設けられ、ベース内の配線は第１スリ
ップリングを介して第１アーム先端の中空回動軸内を通
して第３スリップリングへ、更に、中空ツール軸内を通
してハンドへ接続される。このようにして、第１アー
ム、第２アーム、手首を、互いに干渉することなく、ま
た、配線のねじれや断線を生じることなく、360度以上
の回動をすることができる。しかし、この多関節ロボッ
トにおいては、ツール軸への電力や信号の伝送にはスリ
ップリングが用いられている。

多関節ロボットばかりでなく、従来から多回転する物
体に電源を供給し、または多回転する物体と信号の授受
を行うためには、接触式のスリップリングが使われてき
たが、高速回転時の安定性や電極摩耗の問題があり信頼
性の向上に限界があるとともに、機械に組み込んだ場合
の取り替え交換作業が困難であった。また、とりわけ金
属切り粉や切削油がミスト状に入り込む工作機械加工雰
囲気においては、絶縁および導通確保上この様な電極接
触による方法の採用は事実上不可能であった。

技術的課題本発明の第１の課題は、移動または多回転する物体に
無接触で電力を供給し、および移動または多回転する物
体と無接触で信号の授受を行うことができる電力伝送装
置および信号伝送装置を提供することにある。

本発明の第２の課題は、前記伝送装置を用いることを
前提として、自律分散化された電動機制御システムを提
供し、該システムによる電動機制御方法を提供すること
にある。

本発明の第３の課題は、回転軸上に設置された動作機
械に固定部から電力の供給を受け、かつ、回転軸と固定
部との間で信号の授受を行うことができる回転装置を提
供することにある。

本発明の第４の課題は、前記伝送装置を用いることを
前提として電動機主軸先端における情報をリアルタイム
で固定部に伝送する装置を提供することにある。

本発明の第５の課題は、移動体を固定部に固定すると
き、容易に電力伝送システムが構築される無接触給電シ
ステムを提供することにある。

課題を解決する手段上記の課題を解決するために、本発明の無接触電力伝
送装置は、固定部と回転部にそれぞれ固定され、回転部
が任意に回転しても磁路長が変化しない磁気回路を、磁
極間隙を介して構成する第１、第２のコアで成る分割型
コアと、固定部に設置されている高周波交流電源に接続
され、磁気回路に起磁力を与える第１の巻線と、回転部
に固定されている受電装置に接続され磁気回路を通る磁
束が鎖交する第２の巻線とを有する。

磁気回路の磁路長は、回転部が任意に変化しても変ら
ない（回転不変である）から、第２の巻線と鎖交する磁
束は、起磁力のみに依存し、回転部の回転角度、回転速
度のいずれにも依存しない。したがって、第２の巻線に
は、回転部の任意の回転（多回転、高速回転を含む）に
対して回転不変の誘導起電力が発生する。

また、固定部、回転部にそれぞれ固定されている第
１、第２のコアは、磁極間隙を介して分割されているの
で、電力は無接触で伝送され、また、回転部は固定部か
ら容易に分離移動することができる。したがって、分離
型機械装置への電力伝送にも適合している。

第１、第２のコアのうち、いずれか一方のコアはＵ字
型断面形をもつ高周波磁性部材であり、その平行に延び
る２つの脚部は、回転部の回転軸の軸心に垂直に向けら
れ、他方のコアは中心軸が前記軸心と同軸になるように
配置された円筒型の高周波磁性部材で成り、その円筒型
コアの両端部は、Ｕ字型コアのそれぞれの脚部に設けら
れた受け孔に収容され、当該２つのコアは前記軸心のま
わりに相対的に摺動回転可能である。

また、Ｕ字型コアと円筒型コアとの嵌合面はテーパ形
に成形され、Ｕ字型コアの脚部には、円筒型コアをＵ字
型コアの受け孔へ着脱するための、各脚部の端部から受
け孔に至る切り欠きを有する。このようにして、機械装
置の固定部から回転部へ無接触で電力を供給する無接触
電力伝送装置を実現することができる。

本発明の第１の無接触信号伝送装置は、固定部と回転
部のうちの、電気信号を送信する側を送信側とし、その
信号を受信する側を受信側とするとき、送信側に固定さ
れ、送信すべき電気信号を、回転部の回転軸の軸心につ
いて回転対称の光信号に変換する電気・光変換手段と、
受信側に固定され、前記電気・光変換手段が出射した光
信号を受光して電気信号に変換する光電変換手段とを有
する。

電気・光変換手段は、回転部の回転軸心について回転
対称の光信号を発生するから、その光信号を受光して光
電変換する光電変換手段は、回転部の回転角に対して回
転対称の特性をもつ電気信号を出力する。従って、送信
側と受信側間の任意の相対回転（多回転、高速回転を含
む）に対して安定した信号伝送が行われる。

電気・光変換手段と光電変換手段とは光結合であり、
したがって無接触であるから、送信側と受信側を相互に
容易に分離移動することができる。従って、分離型機械
装置と固定部または他の分離型機械装置との間の信号伝
送にも適合している。

本発明の第２の無接触信号伝送装置は、固定部と回転
部のうちの、電気信号を送信する側を送信側とし、その
信号を受信する側を受信側とするとき、送信側に固定さ
れ、送信すべき電気信号を光信号に変換する電気・光変
換素子と、受信側に固定され、前記電気・光変換素子か
ら出射された光信号を電気信号に変換する光電変換手段
を有し、前記光電変換手段は、回転部の回転軸心につい
て回転対称に分布する入射面を有し、前記電気・光変換
素子は前記入射面の近傍に位置する。

光電変換手段は、回転部の回転軸心について回転対称
に分布する入射面を有するので、回転部の回転角に対し
て回転対称の特性をもつ電気信号を出力する。従って、
送信側と受信側間の任意の相対回転（多回転、高速回転
を含む）に対して安定した信号伝送が行われる。

電気・光変換素子と光電変換手段とは光結合であり、
したがって無接触であるから、送信側と受信側を相互に
容易に分離移動することができる。従って、分離型機械
装置と固定部または他の分離型機械装置との間の信号伝
送にも適合している。

本発明の第３の無接触信号伝送装置は、固定部と回転
部にそれぞれ固定され、回転部が任意に回転しても磁路
長が変化しない磁気回路を、磁極間隙を介して構成する
第１、第２のコアで成る分割型コアと、磁気回路を通る
磁束と鎖交する第１、第２の巻線とを有し、第１の巻線
は固定部に設置されている、信号源と信号処理装置のい
ずれか一方と接続され、第２の巻線は回転部に設置され
ている。信号源と信号処理装置のいずれか他方と接続さ
れている。

また、固定部、回転部にそれぞれ連結されている第
１、第２のコアは、磁極間隙を介して分割されているの
で、信号は無接触で伝送され、また、回転部は固定部か
ら容易に分離移動することができる。したがって固定部
と分離型機械装置間の信号伝送にも適合している。

上記の第２の課題を達成するために、本発明の電動機
制御システムは、固定部と分離移動および回転が可能の
回転部で成り、回転部は自律電動機部を有し、該自律電
動機部は、少くとも、電動機と、該電動機を駆動する電
力を無接触で受電する電力伝送装置の回転部に固定され
た要素と、電力伝送装置によって伝送された電力を入力
し、前記電動機を駆動する駆動手段と、当該電動機の回
転を制御するコントローラから分離され、前記駆動手段
を駆動する電流制御部と、前記電流制御部へ入力すべき
トルク指令を無接触で受信する第１の信号伝送装置の回
転部に固定された要素と、当該電動機の動作情報を検出
する検出手段と、該検出手段の出力信号を無接触で伝送
する第２の信号伝送装置の回転部に固定された要素を備
え、固定部は、少くとも、高周波電源と、該高周波電源
の電力を自律電動機部へ無接触で伝送する電力伝送装置
の固定部に固定された要素と、前記自律電動機部の検出
手段の出力を無接触で受信する第２の信号伝送装置の固
定部に固定された要素と、前記電流制御部が分離された
コントローラ部分で成り、受信された検出手段の出力と
上位装置から供給された指令信号とからトルク指令を生
成する固定部側コントローラと、固定部側コントローラ
から出力されたトルク指令を無接触で自律電動機部に伝
送する第１の信号伝送装置の固定部に固定された要素と
を有する。

本発明の電動機制御システムにおいては、電動機を制
御するコントローラのうち、電動機の種類に依存するコ
ントローラ部分を電動機と組合わせて自律電動機部を構
成し、電動機の種類に依存しないコントローラ部分、す
なわち、どの電動機にも共通して使用できるコントロー
ラ部分を固定部に配置している。

このようにして、自律電動機部を小型軽量化したもの
である。自律電動機部は多種類用意され、目的に応じて
最適のものが使用される。したがって自律電動機部は交
換使用されるけれど、それが交換されても、固定部側コ
ントローラは共通して使用することができる。なお、電
動機の種類、例えば直流電動機、同期電動機、誘導電動
機に依存するコントローラ部分は、電流制御部である。

本発明の第３の課題を解決するために、回転装置は、
その回転軸に同軸に本発明の無接触電力伝送装置および
無接触信号伝送装置が設置されている。

前記の第４の課題を達成するために、本発明の主軸先
端情報伝送装置は、高速回転をする電動機主軸の先端に
おける先端情報を検出して固定部に伝送する主軸先端情
報伝送装置であって、主軸上に取付けられ、先端情報を
検出するセンサ手段と、主軸上に取付けられ、高周波交
流を整流してセンサ手段に安定化された電源を供給する
電源手段と、電源手段に固定部から無接触で高周波電力
を伝送する無接触電力伝送装置と、センサ手段によって
検出された検出情報を固定部へ無接触で伝送する無接触
信号伝送装置とを有する。

ここで無接触電力伝送装置および無接触信号伝送装置
とは、本発明による装置である。前記したように、本発
明の無接触電力伝送装置および無接触信号伝送装置は、
回転部の高速回転に対しても安定に動作することができ
る。したがって、これらの伝送装置を主軸と固定部間に
設置することにより、主軸先端に配置されたセンサ手段
に安定した電源を供給することができると共に、主軸先
端情報を確実に固定部に伝送することができる。

本発明の電動機の無接触給電制御方法は、固定部側コ
ントローラが、検出手段での検出内容と所定の上位装置
から供給される指令信号からトルク指令を生成して自律
電動機部へ与え、自律電動機部が、前記固定部側コント
ローラからのトルク指令に応じて電動機を駆動する。

本発明の自律電動機部には、前記したように、コント
ローラのうちの電流制御部が設置されている。したがっ
て、固定部側コントローラは、無接触信号伝送装置を経
由して、自律電動機部へトルク指令を送信する。

前記第５の課題を達成するために、本発明の無接触給
電方法は、磁気回路を構成する高周波磁性コアの一部を
機械的に開き、これと磁気結合させる２次巻線に当該磁
気回路が鎖交するように、２次巻線を挿入し、この挿入
を確認した後、機械的に開いていた前記コアを閉じ１次
巻線を高周波励磁することによって２次巻線に電圧が誘
導され同巻線に接続された移動体上の負荷に電力を供給
し、そして再び１次巻線の高周波励磁を止めてから機械
的に前記コアを開いて２次巻線を取出す。

前掲の無接触電力伝送装置は、磁気回路中に磁極間隙
が介在しているので、回転部の回転時に磁極間隙を不変
にするための精密な加工が必要である。

本発明の無接触給電方法を適用する装置は、磁性コア
の回路を機械的に閉じるので、磁極間隙は存在せず、し
たがって製作が容易である。しかし、給電中に多回転は
できない。

図面の簡単な説明図１は従来の電動機制御の基本的な構成を示すブロック
図である。

図２は電動機主軸先端における刃物台位置決めの様子を
示す図である。

図３は電動機主軸の軸端におけるワークチャッキングの
様子を示す図である。

図４は同軸シャフトを用いた機械動力伝達機構を示す図
である。

図５は本発明の第１実施例の無接触電力伝送装置の基本
的構成を示す図である。

図６は、図５の装置の変形例で１次側と２次側の電磁結
合度を高めたものである。

図７はＵ字形コアと円筒形コアを分離・結合を可能にす
るための構造を示す図である。

図８は、無接触電力伝送装置の、工作機械における軸追
加への応用例を説明する図である。

図９は、第１実施例の方式のパレット上軸追加への応用
例を説明する図である。

図10は本発明の第２実施例の無接触電力伝送装置の構成
を示す図である。

図11は、図10の装置の磁気回路の構成を示す図である。

図12はシート状２次巻線の構成を示す図である。

図13は、シート状２次巻線を用いた場合の図10の装置の
回転体とＵ字形コアとの配置を示す側面図である。

図14はポットコア型高周波変圧器の構成を示す図であ
る。

図15は回転機コア型高周波変圧器の構成を示す図であ
る。

図16は本発明の第３実施例の無接触信号伝送装置の構成
を示し、特に光ファイバ群の分岐出射端が円形に分布し
ている様子を示す図である。

図17は本発明の第４実施例の無接触信号伝送装置の構成
を示し、光ファイバ群の分岐入射端が円形に分布してい
る様子を示す図である。

図18は、本発明の第５実施例の無接触信号伝送装置の構
成を示す平面図で、面状光学素子を用いた構成を示す。

図19は、本発明の第６実施例の無接触信号伝送システム
の構成を示す図である。

図20は、本発明の第７実施例の無接触信号伝送装置の発
光素子群と受光素子の配置を示す図である。

図21は、本発明の第８実施例の回転装置の構成を示す図
である。

図22は回転軸上の溝および中空部穴内の配線を示す断面
図である。

図23は、本発明の第９実施例の回転装置の構成を示す図
である。

図24は、本発明の第10実施例の回転装置の構成を示す図
である。

図25は本発明の第11実施例の電気回路図で一般電動機負
荷への電力の与え方を説明する図である。

図26は本発明の第12実施例で、軸端より先の制御部およ
び検出器への電源の与え方を説明する電気回路図であ
る。

図27は本発明の第13実施例の主軸先端情報伝送装置の構
成を示すブロック図である。

図28は、主軸ユニットの中に内蔵する場合の高周波変圧
器構造を示す図である。

図29は、主軸先端に取付ける高周波変圧器の構成を示す
図である。

図30は、主軸先端におけるPWM変調情報フィードバック
方式を説明する図である。

図31は、図30の主軸先端におけるPWM変調用電源の構成
を示す図である。

図32は、同軸配置による複数チャンネル情報伝送路を説
明する図である。

図33は、本発明の、インフィード刃具の刃先寸法測定へ
の応用を説明する図である。

図34は、本発明の、主軸先端チャッキング把持力のモニ
タリングへの応用を説明する図である。

図35は本発明の分離型制御電動機の制御回路の一実施例
のブロック図である。

図36は固定部側コントローラと自律電動機部の接続例を
示す図である。

図37は図35の分離型高周波変圧器の具体的な構造を示す
斜視図である。

図38は固定部から自律電動機部への無接触電力伝送を説
明する図である。

図39は自律電動機部と固定部間の光カプラによる無接触
信号伝送を説明する図である。

図40は同軸配置による複数チャンネル光信号伝送路を説
明する図である。

図41は、無接触電力伝送装置および無接触信号伝送の多
段接続の一実施例を表す図である。

図42は、本発明のコア開閉型無接触給電システムの構成
を示す概念図である。

図43は、本発明の無接触給電システムの一実施例の構成
図である。

図44は、本発明の無接触給電システムの他の実施例の構
成図である。

図45は、移動部をワークパレットとした実施例を示す図
である。

実施例前述したように、本発明は無接触電力伝送装置、無接
触信号伝送装置、およびそれらを用いた各種機械装置に
関するものである。以下に記述する多数の実施例は、一
見多岐にわたっているが、いずれも無接触電力伝送装置
（無接触給電装置）、または受電側装置上に設置された
動作機械の制御ための、給電側装置と受電側装置間の制
御信号やデータ信号の授受のための信号伝送装置を含ん
でいる。これらの装置が従来の工作機械、ロボットその
他の機械の新たな発展を約束するものであることは、以
下の実施例によって明らかにされるであろう。本発明
は、各種の機械に、本発明の電力および信号の無接触伝
送装置を適用することによって更に発展した機能をもつ
装置を提供するものである。後述する各実施例は、前掲
の、本発明の課題の１つ、または複数の課題を同時に実
現するものである。以下、次の順で実施例を説明する。

（１）無接触電力伝送装置およびこの工作機械における
軸追加への応用（図５−13）（２）無接触信号伝送装置（図16−20）（３）回転体の回転軸上への給電、および回転軸側と給
電側との間の信号授受のための装置の構成（図21−26）（４）（３）の応用として、主軸先端情報伝送装置
（図示27−32）（５）（３）の応用としてインフィード刃具の刃先寸
法測定、および主軸先端チャッキング把持力のモニタリ
ング（図33、34）（６）分離型制御電動機とその制御回路（図35−40）（７）無接触電力伝送装置および無接触信号伝送装置の
多段接続（８）コア開閉型無接触給電装置およびその応用図５は本発明の第１実施例の無接触電力伝送装置の基
本的な構成を示し、（Ａ）は構成図で（Ｂ）は平面図で
ある。

磁気回路（以下、磁路と記す）は、Ｕ字形の固定コア
51と、固定コア51に開けたテーパ穴52に挿入される円筒
形の回転コア53によって構成されている。固定コア51に
は１次巻線54が巻かれ、回転コア53には２次巻線55が巻
かれている。巻線はともに高周波特性の改善のためにリ
ツツ線が使われる。２次巻線55は回転体上に取り出して
電気負荷を駆動する必要があるので、リード引込み穴56
から回転コア内部を経由して上部のリード引出し57に引
き出される。この様な構造において、回転コア53が固定
部に対して相対的に多回転しても、高周波励磁周波数に
比べて充分に低い電気周波数相当の回転であることが大
部分の場合であるので、磁界の乱れや有効磁路長に変化
はなく、回転による摺動部分のギャップ長の変動がなけ
れば安定に電源供給が可能である。

図６は図５の装置の応用変形で、漏れ磁束の発生を押
え、１次巻線と２次巻線の結合度を高める構造になって
いる。すなわち図５の構成においてＵ字形コア61を回転
部に取付け、円筒形コア63を固定部に固定し、更に１次
巻線と２次巻線の結合度を増すために１次巻線を巻いた
円筒形コア63を覆って、しかも接触しない様に成形２次
巻線65が配置されている。成形２次巻線65は回転部にき
つく固定され、同巻線に発生する誘導電圧が回転部に供
給される。一方、Ｕ字形コア61は、この構造では２次巻
線の支持物ではなく磁路を閉じるための働きをするの
で、ギャップを極力減らす様に摺動面に嵌合して動く構
造であることが望まれる。回転部にしっかりと固定され
ていると、その目的が果たせないが、この構造では固く
固定する必要がないので、ルース結合部材66によって回
転に支障をきたさない範囲でＵ字形コアを回転体に緩く
固定をする。こうすれば電磁吸着力により自動的に円筒
形コア63に吸着され自ずからギャップが減少する様に移
動するので、前記の２次巻線の重ね巻き効果と併せて磁
束漏れの少ない電磁結合が実現される。

図７は、Ｕ字形コアと円筒形コア73とを分離・結合す
るための構造を示し、（Ａ）はその構造、（Ｂ）は結合
および分離手順を示す図である。

図に示す様に、図５の構成における固定部分であるＵ
字形コアの平行に延びる２つの脚部71のそれぞれに、端
部からテーパ穴72に至る切り欠き74を作って開口型にし
ておき、回転体の回転軸に垂直な方向に沿って回転部と
固定部が結合、分離しうる構造にすると、対象機械シス
テム構成上より有効な場合がある。すなわち同図中に示
す様に結合、回転給電、そして分離という順番で、取り
外しが可能でかつ多回転する部分に対しても対応可能な
給電装置が形成される。

図８は、この構成が有効な工作機械（マシニングセン
タ）における軸追加への応用事例である。（Ａ）はパレ
ット上軸追加前、（Ｂ）は追加後を表わす。ここで参照
番号81はマシニングセンタであり、その回転テーブル82
上のパレット83に取り付けられたワークに対しては上下
面を除く四面の加工が可能である。この回転テーブル82
には、ワーク84をクランプしたパレット83がパレット交
換によって取り付けられるが、このパレットにさらに図
示の様に垂直回転テーブル86の機能が搭載されていれ
ば、加工の自由度が一つ増え、五面の加工が可能とな
る。そのためにはパレット上にサーボ軸が搭載されてお
り（サーボ軸は回転テーブル台85に内蔵されている）、
切削開始に先んじてパレット83交換の際に自動的に電源
供給がなされる必要がある。ただし、この電源供給は通
常の環境下で行う様な接点式の結合ではできない。なぜ
ならば、接点式の給電では多極（二点以上）同時に接触
が必要であり位置決め特性上その自動化は容易ではな
い。加えてマシニングセンタ加工エリア内の様に、金属
切り粉や切削油がかかる状況下での電極給電は、絶縁お
よび導通確保上、不可能といっても良いからである。

従って、本発明の様な高周波電磁誘導による給電の応
用が提案される。これは電力伝送がアナログ的に連続に
なされ、厳密な位置決めや嵌合を必要としないという点
で優れているばかりか、悪環境に対して強いという利点
を有している。例えば、マシニングセンタ用の切削油が
水溶性のものであって導電率が高くても、渦電流を生じ
電力伝送の特性に影響を及ぼすほどのレベルには達しな
いため、切削油を被ってもその伝送は殆ど阻害されるこ
とはない。またワーク切削によって生じる金属切り粉の
磁路中への付着は、渦電流発生による伝送ロス発生のも
とになると懸念されるが、実際には吸引付着の可能性の
ある磁性体切り粉においても励磁周波数が高くしかも極
性が交番しているので、磁性コアの残留磁束が大きくな
い限り付着は生じない。また仮に別の要因によって生じ
ても、切削油を積極的にかけることによって洗い流すこ
ともできる。

図９には、図８に示す軸追加の実現のために分離、結
合可能な回転給電方式を用いた構成を示す。（Ａ）はパ
レット90の移動による交換前の固定コア91と回転コア93
を示し、（Ｂ）は、固定コア91と回転コア93が嵌合状態
になって追加軸へ給電している状態を示す。図示の様
に、マシニングセンタの固定部からはアーム92によっ
て、固定コア91が回転テーブルの回転中心付近に精度良
く位置決めされている。一方、パレットの回転軸心上に
は回転コア93が配置されており、回転コア93に巻かれた
２次巻線からリード線がパレット内部に引き込まれる。
前記のごとく自動交換（図中（Ａ）から（Ｂ）へ）にお
いては回転軸心が一致する様にパレットと回転テーブル
が結合されるので図７の形で給電装置が構成される。そ
してテーブルが割り出しによって回転しても、その回転
角度に影響されることなくマシニングセンタ固定部から
パレット上に連続的に給電がなされる。一方パレット内
部にはサーボ軸およびコントローラが取り付けられてお
り、２次巻線に誘導された高周波電圧はパレットに埋め
込んだ整流平滑回路により直流電圧に変換され同コント
ローラの主電源および制御電源として用いられる。な
お、追加軸の制御、およびフィードバック信号は図示せ
ぬ方法（例えば、電力伝送と同様な原理の高周波電磁誘
導で、あるいは、赤外線などの光通信）によって行う。

このように、高周波電磁誘導を応用することによっ
て、従来の接触式（スリップリング）電源供給の高速回
転時の不安定性や摩耗の問題を解決するとともに、工作
機械加工雰囲気においても切削油や切り粉の介在に影響
されることのない多回転体への電力伝送を行うことがで
きる。

これによって、伝送効率も高く、しかも工作機械雰囲
気の様な悪条件のもとでも使用でき、回転のみならず分
離、結合する物体間でも無接点で給電ができる装置が出
来上り、その結果、例えば工作機械加工における切削ワ
ークパレットや加工ツール、ヘッドの自動交換などが容
易に実現され、少量多品種生産対応の形での自動化産業
の促進に寄与することができる。

図10は、本発明の第２実施例の無接触電力伝送装置の
構成を示す。図11は、図10の装置の磁気回路の構成を示
す図で、（Ａ）は、回転体103の周縁部が非磁性体の場
合、（Ｂ）は、高周波磁性体の場合を示す。

電力供給対象の回転体103の周縁部に電気絶縁物（非
磁性体）102を取り付け、その上に円周状に２次巻線105
を配置する。これに対し円周外部の固定部からは、１次
巻線104を巻いたＵ字形高周波磁性コア（Ｕ字形コア）1
01が絶縁物102および２次巻線105を挟み込む様に配置す
る。そして回転体が固定部に対して回転してもＵ字形コ
ア101と２次巻線105が当たらない様に２次巻線の先端リ
ード線は、取り出し穴109を通して回転軸方向に取り出
される。固定部の高周波インバータ106によって励磁さ
れる１次巻線104は、Ｕ字形コア101および絶縁物102を
通過する主磁束を形成する。ここで、絶縁物102の幅Ｗ
は、回転体上の電気負荷容量を満足する範囲内で極力薄
くし磁束の漏れを小さく抑える。ただし後述の様に絶縁
物102をＵ字形コアと同じ磁性材料で形成し、磁路を閉
じる構成が採れる場合はこの限りではない。また、回転
体103に移動機能が必要な場合は、Ｕ字形コアが取り外
せる様に絶縁物102、２次巻線105ともにその幅を小さく
する。

２次巻線105には、電磁誘導によって高周波電圧が発
生し、２次巻線105を回転体上の電気負荷を通して回路
的に閉じた場合、１次巻線が作る磁束（図示）の変化を
打ち消す様に電流が流れる。従って、リード線取出し穴
109を通して回転体上に取り出される二次誘導電圧は、
回転体上で電圧変換回路107および安定化回路108を経
て、電動機やソレノイドなどの電気負荷に供給されるほ
か、図示せぬ情報伝送装置や検出器用の電源として使わ
れる。

ここで電気絶縁物102の素材が非磁性体（とくに高周
波磁性材料）でない場合は、１次巻線がつくる磁路は図
11（Ａ）に示す様に磁束の漏れを生じるが、多少の伝送
損失が許される応用に対しては前記の様に絶縁物102の
幅Ｗを極力薄くすることで対応できる。したがって、低
い電力伝送の領域においては、絶縁物102および２次巻
線105を、図12に、平面図で示されているように、プリ
ント基板あるいはシートコイル状に構成する方法が有効
である。図13は、２次巻線がシートコイル状に形成され
た回転体とＵ字形コアとの配置を示す側面図である。

一方、磁束漏れによる損失が許されない応用に対して
は、図11（Ｂ）に示す様に、回転体103の周縁部をＵ字
形コア101と同じ高周波磁性材料で作り上げ、回転体上
にも磁路の一部となるリング状コア111を配置する。

ただし、図11（Ａ），（Ｂ）のいずれの場合も、無接
触での電力伝送を前提としているので、大かれ少なかれ
エアギャップが存在し、磁束漏れの発生原因となる。し
たがって可能な限り、幾何配置上このギャップを小さく
する必要がある。

いずれにせよ以上の様な給電方法では、接点式の場合
と違い、電力伝送がアナログ的に連続になされ、厳密な
位置決めや嵌合を必要としないという点で優れているば
かりか、悪環境に対して強いという利点を有している。
例えば、工作機械加工環境においては、切削油を被って
もその伝送は殆ど阻害されることはない。また渦電流発
生による伝送ロス発生のもとになると懸念される金属切
り粉の磁性コアやエアギャップへの付着に関しては、実
際には磁性体切り粉であっても励磁周波数が高く極性が
交番しているので、磁性コアの残留磁束が大きくない限
り付着は生じない。また仮りになにかの要因によって生
じても、切削油を積極的にかけることによって洗い流す
こともできる。

本実施例によれば、外部に２次巻線を配置するだけで
回転体自体の構造を変えることなく無接触の給電を行う
ことができる。更に切削油や切り粉の介在など工作機械
加工雰囲気の様な悪条件のもとでも動作し、回転のみな
らず分離、結合する物体でも無接点で給電ができる装置
が出来上がる。

その結果、既存の多回転体（例えば円テーブル）上に
おける作業機能向上が容易に達成され、例えば工作機械
加工における切削ワークパレット上サーボ軸追加や加工
ツール、ヘッドの自動交換などの実現にも有効なものと
なり、少量多品種生産対応などの形で自動化産業の促進
に寄与することができる。

ここで、従来技術ではあるが以下の実施例にたびたび
引用される無接触電力伝送装置について簡単に説明して
おく。ポット型コアを用いた図14の場合と、回転機型の
構造をもつ図15の場合とがある。ポット型コアの場合、
１次巻線141を巻き付けたポットコア140と２次巻線142
を巻き付けたポットコア140とを間隔をおいて突き合わ
せ、電磁誘導によって電力を伝達する。これらのポット
コアはいずれも高周波磁性体である。この型は、構造
上、フラットな形状であるので、電動機あるいは減速機
内に収納して設けるに際して、設計上、回転軸方向の形
状増大に与える影響が少ないが、磁路が図14（Ｂ）に図
示されているように回転軸方向であるためコア材の磁束
密度の上限（飽和特性）から通過磁束量が制限されやす
い。他方回転機型は、回転機の回転子と固定子の関係と
同様に、円筒形コア150の内側に他のコアを挿入する同
心型のもので（図15（Ａ）参照）、磁路が同図（Ｂ）に
図示されているように、回転軸方向に垂直となるため、
これらを内蔵した電動機や減速機の長手方向の寸法は長
くなるが、通常の電動機と同様に単位体積当たりの通過
磁束量を大きくすることができ、総合的なパワレート
（単位体積当たりの伝送電力）を高く採ることができる
という利点がある。ただし、この型の場合は、回転角度
によって磁路長が変化しないように図15（Ａ）に示した
ようにいずれか一方のコアに電気角上のスキューをかけ
ておく必要がある。同図では、内側に挿入するコアにス
キューを施している。

これらの装置は、いずれも分割型高周波変圧器で、分
割型高周波変圧器Trの１次側巻線141,151（固定側）は
高周波（正弦波あるいは矩形波）インバータにより励磁
され、僅かな間隙をもって対向する２次側巻線142,152
（回転部）に電磁誘導により高周波の電圧を生じる。こ
こで分割型高周波変圧器Trの１次、２次磁性コア間の間
隙は極力小さく採り、エアギャップの介在による損失を
減らすようにする。

また１次、２次コアは同軸上で相対的に回転しても、
その回転の等価電気的周波数が上述の高周波励磁周波数
以下であれば実質上磁界分布の乱れはないため、回転時
も停止時も、電力伝送特性に変化を生じない。

図16は、本発明の第３実施例の無接触信号伝送装置の
構成を示し、（Ａ），（Ｂ）は、回転部から固定部へ信
号を伝送する場合における装置の平面図，側面図をそれ
ぞれ示し、（Ｃ）は固定部から回転部へ信号を伝送する
場合の装置の模式的な説明図である。

本実施例は、固定部と回転部の間で信号を伝送するた
めに光ファイバの分岐機能を用いた例で、発光素子161
と光ファイバ群162は、信号を送信する送信側に固定さ
れ、受光素子163は信号を受信して処理する受信側に固
定される。ここで発光素子とは、電気信号を光信号に変
換する電気・光変換素子で、受光素子とは光電変換素子
である。発光素子161としては光ファイバの伝送減衰を
生じない波長領域に出力ピークを有する赤外発光ダイオ
ード、レーザダイオードのいずれでも良い。伝送すべき
デジタル信号は、パルス列の形で、あるいはシリアル変
換され、高速駆動回路による発光素子161の電気・光変
換によって光パルス信号となる。光ファイバ群162の入
射端は発光素子161に光学的に接合されているので、発
生した光パルスは光ファイバ群162によって同図の様に
ガイドおよび分岐される。光ファイバ群162の出射端は
回転部の回転軸心160に関して回転対称に分布するよう
に構成されているので、発光素子161から出射された光
信号は、光ファイバ群162の出射端において、回転軸心
に関して、ほぼ回転対称の強度分布になる。したがっ
て、回転部から固定部への伝送においては、同図（Ａ）
に示されているように回転軸心周辺の電気配線やファイ
バ配線によって光路が妨げられない様に軸心から放射状
に、しかも固定部の受光素子が回転角度に関係なく一定
の位相とゲインで光パルスを捕捉できるに充分な数で光
路分岐が行われる。

一方、固定部から回転部への伝送においては、同図
（Ｂ）の様に、入射端が固定部の発光素子に結合された
ファイバ群162の出射端は、回転軸上に取り付けられた
受光素子を取り囲む様に分布配置され、回転角度によら
ず受光素子にはいずれかのファイバの出射端から一定の
位相とゲインで光パルスが届く様にされている。

なお、図16では構造上実現しやすい様に固定部を外
側、回転部（回転軸）を内側としたが、これはその逆、
すなわち固定部を内側、回転部を外側にしてもよい。

図17は、本発明の第４実施例の無接触信号伝送装置の
構成図で、（Ａ）は回転部から固定部へ信号を伝送する
場合の装置の構成を説明する模式図で、（Ｂ），（Ｃ）
はそれぞれ、固定部から回転部へ信号を伝送する場合の
装置の平面図および断面図を示す。

この装置は、回転軸心に関して回転対称に分岐されて
いる光ファイバ群172を備えている点において図16の装
置と同様であるが、光ファイバ群172の収束された端部
は出射端になっていて受光素子173と光学的に結合し、
分岐端は入射端になって発光素子171と対向し、分布し
ている複数のファイバ端のいずれか（複数の発光素子を
同時使用してもよい）で発光素子の出力光を捕捉できる
ように、発光素子が配置されている点が図16と異なる点
である。したがって、図17の装置は、図16の装置のよう
に回転対称の光信号を生成しないけれど、回転部が回転
しても、同じ光源からの光信号が受光素子にガイドされ
る。その結果、受光素子173の出力は、回転部の回転角
に対して、ほぼ回転対称の特性をもつ信号になる。この
場合においても、発光素子と受光素子はそれぞれ送信
側、受信側に固定される。しかし、光ファイバ群172は
受信側に固定される。

図18は本発明の第５実施例の無接触信号伝送装置の構
成を説明する平面図で、（Ａ）は回転部から固定部へ信
号を伝送する場合を示し、（Ｂ）は固定部から回転部へ
信号を伝送する場合を示す。

本実施例においては、２つの同心円の間に挟まれた環
状平面の形状をもつ面発光体（平面電気・光変換素子）
181が用いられ、この面発光体181は、回転軸心180と同
軸にすなわち、前記同心円の中心を通り、該同心円に垂
直な直線が回転軸心と一致するように配置される。した
がって、面発光体181に印加された電気信号は、回転軸
心180に関して回転対称の光信号に変換される。図18
（Ａ），（Ｂ）のいずれの場合にも、面発光体181は送
信側に配置され、受光素子（光電変換素子）183は受信
側に配置される。したがって送信側から送信された信号
は、回転部の回転によって変化しない電気信号として受
光素子183から出力される。

図18の装置は、図16の光ファイバ群によるガイド、分
岐を適用した装置の発展形態であり、面状光学素子（こ
こでは面発光体の場合）181でしかも高速応答特性を有
するものが得られた場合の構成である。この構成では、
面状光学素子自体にガイドおよび分岐機能があるので、
極めて容易に図16の装置と同様な効果が得られる。ま
た、素子が面状受光体であっても同じ様な構成にしうる
ことは言うまでもない。

以上は光学系の構成についての説明であるが、実際に
はこれに加えて多回転体、高速回転体にどの様にパワを
供給するかという問題が残っている。すなわち回転部の
発光素子および受光素子の駆動用に電源供給が必要であ
るが上記の様に信号伝送を接点を用いない方法で行うこ
とを前提としているので従来のスリップリングの様な接
点式の電源供給を行うことはできない。

図19は、本発明の第６実施例の無接触信号伝送システ
ムの構成を示す。本実施例の伝送システムは、２チャネ
ルの無接触信号伝送装置と図14のポットコア型電力伝送
装置およびその周辺装置で構成されている。２チャネル
の信号伝送装置は、第３実施例（図16）および第４実施
例（図17）の装置である。回転体200には、発光素子と
光ファイバ群で成る発光部（電気・光変換部）201と、
受光素子と光ファイバ群とで成る受光部（光電変換部）
202が固定されている。発光部201、受光部202に供給す
る電力は、ポットコア型電力伝送装置203、整流平滑回
路204を経由して高周波インバータ205から発光素子駆動
回路205、受光素子駆動回路206に伝送される。駆動回路
205は、回転体上の情報D1に応答して発光部201を駆動
し、光信号を発生させる。固定部の受光素子207は、光
信号を電気信号D1に変換する。逆に、固定部の情報D2は
発光素子208によって光信号に変換され、当該光信号は
受光部202によって電気信号に変換され、駆動回路206か
ら出力される。

図20は、本発明の第７実施例の無接触信号伝送装置の
発光素子群と受光素子の配置の一例を示す図で、（Ａ）
は回転テーブル210上から固定部へ電気信号を送信する
場合の配置を示し、（Ｂ）は固定部から回転テーブル21
0上へ電気信号を送信する場合の配置を示す。いずれの
場合にも電気信号を光信号に変換する電気・光変換素子
群は送信側に配置され、回転軸の軸心に関して回転対称
の位置に固定され、光信号を電気信号に変換する光電変
換素子は受信側に固定される。

一般に、電動機制御用の指令信号（位置、速度、トル
ク指令）やフィードバック信号（例えばロータリエンコ
ーダのパルス信号）については、高速のリアルタイム伝
送が必要である。このため、発光素子としてレーザや高
速LEDの様な電気・光変換素子と、受光素子として高速
応答フォトダイオードやフォトトランジスタの様な光電
変換素子を用いた光カプリングによる信号伝送装置によ
って行われる。この伝送装置は、回転によって信号伝送
が途切れたり、位相や振幅の変化が生じないように、す
なわち、回転位置による伝送指向性が持たないように構
成されている。図20（Ａ）の実施例では、回転軸心に垂
直な平面内の円周方向に等間隔に16個のLEDが直列に接
続されて配列され、図20（Ｂ）では22個の直列LED211が
配列されている。直列LEDの両端は、送信しようとする
デジタル信号の信号源に接続される。光電変換素子212
としてフォトダイオードがLEDとほぼ同一の平面内に、L
EDから半径方向に少し離れて配置され、図20では、３個
のLEDから出射される光信号がフォトダイオード212に受
光される。電気・光変換素子群211を構成する角素子は
応答特性のばらつきの少いものが使用される。図中、
Ｋ、Ａはそれぞれカソード、アノードである。回転部の
配線は、回転軸中空部213を経由して行われる。

以上、第３実施例から第７実施例までは、回転部と固
定部との間の信号伝送を光の媒介によって行う光結合信
号伝送装置であるが、第１および第２実施例および前掲
のポットコア型電力伝送装置と同様の構造の分割型高周
波変圧器を用いて電磁誘導によって信号を無接触で伝送
することができる。この場合には分割型高周波変圧器
は、小電力であるが、伝送する信号の波形に応じた周波
数特性をもつよう構成される。以下の記載において無接
触伝送装置をカプラと記し、光を用いた無接触信号伝送
装置を光カプラと記し、電磁誘導を用いた無接触信号伝
送装置を電磁誘導通信カプラと記す。

本発明の無接触信号伝送装置を用いることによって、
接点を全く有せず信頼性の高い信号伝送システムが安価
に構成され、相対的に多回転する部分の間での情報伝送
を可能にする方法が実現される。そしてこの方法は、車
両や工作機械などの高速多回転主軸の先端情報のフィー
ドバックや軸先端への指令情報伝送を始めとして、回転
体と固定部の間で信号伝送を必要とするあらゆる用途へ
の適用が可能であり、安定性、信頼性の観点から従来の
スリップリング方式にとってかわる有効なものとなり自
動化産業に貢献することができる。

図21は、本発明の第８実施例の構成を図示したもの
で、主軸電動機（あるいはさらに広く一般の電動機）筐
体内に、電力伝送部および信号伝送部を組み込んだ例で
ある。図22は信号取出線、電力取出線の軸端からの取出
し方を説明する図で、（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ中空部
穴および溝による取出しを表わす。

同図において、固定子223と回転子224で構成される電
動機の筐体内部には、軸受に近接して固定側に配置され
る高周波電磁誘導コアの１次側コア221と、これに対向
してある間隙を経て、回転軸220に設けた２次側コア222
があり、この１次および２次コアが前述の分割型高周波
変圧器を形成している。１次側コア221の巻線はトルク
（動力）伝達部の固定子223と同様に、電力線を通して
励磁され、２次側コアの巻線出力は、回転軸220上の溝2
31ないし中空部穴230を通して配線した電力取出し線229
を経て、回転軸先端へと取出される（図22参照）。これ
らの電力伝送部および動力伝達部（一括してパワ伝送
部）に対して、反負荷側には、軸受を経て情報伝送部が
配置される。225,226は、それぞれ信号伝送のための光
あるいは高周波電磁誘導カプラを形成し、一方は固定側
に、他方は回転軸側に設けられ、必要に応じて送信部あ
るいは受信部のいずれともなり得る。また軸端に設けら
れる電気負荷との信号授受は、回転軸上の溝231ないし
中空部穴230を通して配線した信号取出し線228を経て行
われる（図22参照）。図21には、信号カプラ225,226が
複数ペア設けられているが、この場合には、それぞれの
ペアが他のペアからの光信号、電磁誘導信号の漏れ（リ
ーク）の影響を受けないように遮蔽を行う必要がある。
特に、複数の光学的カプラを用い、しかも個々のカプラ
の応答スペクトラムのピーク波長がそれぞれ大きく異な
る場合は、前記の遮蔽を必要としない。また、電動機に
内蔵されている従来の電動機用センサ（例えば、位置検
出用エンコーダ）227の電源は、前記の信号カプラの駆
動電源として共用することも可能であり、さらに、カプ
ラ出力の波形整形などの信号処理も従来のセンサの信号
処理部で一括して行うこともできる。

図23および図24は、同様な発想により減速機筐体内に
電力伝送部と信号伝送部を組み込んだ第９、第10実施例
であり、それぞれ入力軸と出力軸が同軸となっていない
場合（図23）と、入力軸が同軸配置になっている場合
（図24）である。図23について説明する。電動機247の
回転は、筐体内の歯車列241を介して出力軸242に減速し
て伝達される。出力軸242は減速機筐体の両側部の軸受
で両持ち支持されており、その間に分割型高周波変圧器
の２次側コア241及び信号カプラの受信部246とが取付け
られ、それぞれの取出し線248、249は出力軸242上の溝
ないし中空部穴内に配線されて出力軸先端に設けられる
電気負荷に向けて導出される。また筐体内面には、分割
型高周波変圧器の１次側コア243及び信号カプラの送信
部245が、出力軸側の２次側コア241及び受信部246に間
隙を置いた位置に対向して取付けられている。また図24
については、入出力軸が同軸配置であることと、変速段
としてハーモニックギア（歳差歯車）を用いたことが図
23と相違するだけである。作用はいずれも電動機に組み
込んだ場合と同様で、出力軸上に電力伝送部と信号伝送
部が取付けられ、これらの配線258,259が出力回転軸上
の溝ないしは、中空部穴を通して先端に設けた電気負荷
に取出される（図22）。なお、電力伝送部と信号伝送部
の軸上位置の順序は入れ替えても構わない。

このようにして形成した電力および信号の出力軸端ま
での伝送が可能な電動機あるいは同様な効果を有する減
速機ユニットを使い、これらの回転出力軸端にて電動機
を始めとする電気負荷に電力信号を伝送して、それらを
駆動する方法は次のとおりである。

電気的な負荷として光や温度を発生させるものの場合
は、いずれも実効値負荷となるため、軸端部取出し高周
波電圧をそのまま負荷に供給すればよい。また、高周波
電動機を駆動する場合も軸端部取出し電圧をそのまま加
えればよい。しかし一般の電動機負荷の場合は、直流な
いしは、より低周波領域で動作するため図25のように軸
端の先に高周波整流回路263（ダイオードおよびLCフィ
ルタからなる）を挿入して一度直流電圧に変換する必要
がある（第11実施例）。その後この直流電圧から（１）
直接直流電動機264を電圧制御する、（２）トランジス
タなどパワスイッチ素子ブリッジ265を通して負荷266を
制御するという形が採られる。

このようにして直流電動機、同期電動機、誘導電動機
のいずれもが回転軸端より先にて制御されるが、特に従
来からある電動機コントローラのすべてを軸端に搭載す
る必要はない。それは先述のように信号伝送（入力、お
よび出力用）が電動機、減速器などの固定側から無接触
伝送により出力軸端までなされているためであり、例え
ば軸端より先に取付けられる電動機に搭載された検出器
にて得られる位置情報、速度情報をこの伝送チャネルに
より固定側に返し、トルク指令情報を別の信号伝送チャ
ネルにより固定側から軸端側に与えれば、電動機制御の
うち位置および速度制御を固定側において行い、トルク
制御を軸端より先にて行うことができる。このようにし
て、軸端より先に取付く制御部の重量や物理的な大きさ
を減らす方法も採ることが可能となる。

軸端より先の制御部および検出器の電源は、先述の整
流後の伝送電力から図26の形で自動電圧調整器（AVR）2
73を通して安定化された後に供給される（第12実施
例）。

以上は、軸端より先に電気負荷をとり、伝送電力を用
いて仕事をさせる場合を中心に、述べたものであるが、
軸端より先に小電力を加え（あるいは場合によっては電
力を与えなくても）検出器を動作させ、この信号を固定
側に伝えるという限定した用途にも本発明は有効であ
る。この場合、先述の電力伝送部は極めて小さく（ある
いは無く）することができる。

また図21、図23および図24では高周波誘導電力伝送
は、単相によって行われているが、これを（１）伝送電
力増大のため、（２）高周波電動機やステッピング電動
機などの直接制御のため、（３）整流回路の負担を減ら
すため、のいずれか、あるいは複数の理由によりこれを
多相化することも有効である。

以上のような電力および信号伝送要素を電動機あるい
は減速機内に組み込んで一体化し、（１）軸受け間にこれら回転部分（特に重量の重い電力
伝送部）を組み入れることによって出力軸回転振れの発
生を抑え、（２）無接触電力伝送部における間隙の管理および、間
隙の雰囲気管理（ゴミなどの介在防止）をしやすくし、（３）特に、光カプラによる信号伝送部も従来の光学式
エンコーダと同様な形で雰囲気管理し、（４）電動機に組み込む場合は従来の電動機のトルク発
生部と上述の電力伝送部を一括してパワ伝達部としてま
とめ、従来の電動機の光学式エンコーダなどセンサ部と
上述の信号伝送部を一括して雰囲気管理することにより
合理的な構成が実現できる。

第８〜第12実施例は、上述のようなロボットアーム各
軸関節や工作機械（特に主軸先端の駆動）など精密な電
動機制御応用分野のみに留まらず、回転部分を経た電力
供給や情報授受を必要とするあらゆる分野で、従来から
有線方式やスリップリングを用いて疲労や摩耗などの問
題を生じていた総てアプリケーションをも含む。

本発明により、従来できなかった回転部を経由した電
力伝送や信号伝送が可能となり、しかもそのための無接
触伝送部を電動機や減速機の中に取込む（特に電動機に
内蔵する場合）従来の動力伝達部と電力伝送部とを一括
してパワ伝送部の形で扱い、センサ部と信号伝送部を一
括して情報伝送部の形で扱うことによって、回転部の機
構を安定化するとともに、これら伝送部を外部環境から
絶縁して間隙および雰囲気管理ができるようになる。

また出力軸の溝部あるいは中空部穴を通して電力伝
送、情報伝送の配線を行うことにより配線処理が動力伝
送に影響を与えることなく行えるとともに、軸受を経て
接地されている出力軸によるシールド効果も期待でき、
外部に放出するノイズおよび外部から受けるノイズの影
響を飛躍的に下げられる。

また本発明を用いれば、回転部を経由して軸端から検
出器情報も得ることができるため、従来のメカニカルな
動力伝達（例えば図４）と組み合わせ、その制御にも使
うこともできる。

このようにして構成した電力および信号伝送機構内蔵
の電動機あるいは減速機を複数組み合わせて用いれば、
容易に配線が無くかつ各軸毎が簡単に着脱、交換可能な
機械（工作機、ロボット）が構成できる。

次に、本発明の第13実施例の主軸先端情報伝送装置に
ついて記す。本実施例では、高周波電磁誘導を利用した
無接触電力伝送と、同じく高周波電磁誘導あるいは光カ
プラによる情報伝送を組み合わせ、主軸先端情報のセン
シングおよび伝送を実現する。

図27は本実施例における無接触の電力および情報の伝
送について原理的な構成を示す。同図において分割形高
周波変圧器Tr構造の電力カプラ283は図中に示す様に主
軸ユニットの中に内蔵されるか、あるいは主軸先端に取
付けられる。同軸左側の固定部には、高周波インバータ
281および情報受信回路282が設置されている。高周波イ
ンバータ281から出力された電力は、電力カプラ283を経
由して回転部へ伝送され、整流平滑回路286、安定化回
路288によって整流安定化された後、検出端（センサ）2
89へ、電源として供給される。カプラ駆動回路287は、
安定化回路288の出力によって電源が与えられ、検出端2
89から出力されるセンサ情報S_Tに応答して光カプラ284
および電磁誘導通信カプラ285を駆動する。情報受信回
路282は、光カプラ284、電磁誘導通信カプラ285の出力
（固定側）を受けとり、これを処理する。図28は主軸ユ
ニットの中に内蔵する場合の高周波変圧器Tr構造を示
し、ポットコアタイプの高周波磁性体の突き合わせによ
る電磁誘導を介して電力伝送が行われる。この場合に
は、２次側ポットコア292は、主軸290に同軸に固定さ
れ、主軸290はタイミングベルト296を介して主軸モータ
297によって駆動される。１次側ポットコア291は主軸モ
ータ297に固定されている。１次巻線293が励磁される
と、１次、２次ポットコアを介して２次巻線294に誘起
された誘導起電力は、２次巻線リード295によって工具2
98の先端に伝達される。

図29は、電力カプラの高周波変圧器Tr構造を主軸先端
に取付けた場合を示し、（Ａ）は取付け位置を説明する
模式図で、（Ｂ）は、電力カプラの、工具側から見た配
置を示す平面図である。電力カプラは、実施例１と同型
で、Ｕ字形コア301は固定部に固定され、Ｕ字形コア301
と共に磁気回路を形成する、高周波磁性体のコアリング
303は主軸209の先端周縁に、主軸290と同軸に固定され
る。

いずれの構造においてもTrの１次巻線293は固定側で
あり、高周波励磁され２次側に巻線比に相当する高周波
電圧を生じる。２次巻線を配置した２次側は主軸側に取
り付けられているため、１次側に対して主軸回転速度分
の相対速度で回転している。図28、図29の場合のいずれ
も主軸の１回転の内の１次巻線と２次巻線間のギャップ
長が変化しない様な構造にしておく。ここで高周波励磁
を10kHz以上の高周波で行えば、電気角に換算した主軸
最高回転周波数に比べて充分に高くなり、主軸が高速回
転しても１次及び２次巻線高周波磁性コアの相対ギャッ
プが変化しない構造のもとでは磁界分布に実質的な乱れ
を生ぜず、安定な電力伝送が行われる。

また本来、検出器用の電源はその電圧が充分に安定し
ていることが必須条件であるため、図27に示されている
様に２次巻線誘導高周波電圧を整流平滑して得られる直
流電圧は安定化回路を通したのち検出器に加えられる。
この電力により、検出器（センサ）は主軸先端回転部の
物理諸量の検出を行いセンサ情報を発生する。そして同
センサ情報（信号）がパルス列のデジタル信号である場
合は、これを増幅したのち後述の信号伝送回路にそのま
ま入力する。一方、アナログ信号である場合は、図30に
示されているように、高速回転部（電力カプラ部）を経
由して主軸先端に送られる電圧、すなわち安定化回路28
8の出力電圧によって作られる三角波キャリア信号を変
調するパルス幅変調（PWM）によってこれもパルス列信
号に変換される。とくに検出アナログ信号が正負両極性
に変化する場合は、三角波も両極性とする必要がある
が、その場合は主軸先端の電源回路の簡素化のために図
31に示されている様な２次巻線と整流回路の構成が採用
されている。図30の装置は、図27の装置にPWM変調回路3
11が付加された装置で、V⁺,V^-は正負両極性に変化する
三角波を生成するための電圧である（図31参照）。PWM
変調回路311は三角波キャリア信号をアナログセンサ情
報S_Tで変調してPWM変調波S_PWMを生成する。図31は、正
負両極性に変化する三角波を生成するために必要な正、
負電圧を発生する整流・安定化回路（図30の整流平滑回
路286と安定化回路288に該当）のブロック図である。こ
の回路においては、電力カプラを構成する分割型高周波
トランス321の２次巻線は中間タップをもち、その中間
タップは回転部のグラウンド電位に接続されている。分
割型高周波トランス321の出力は、ダイオードD₁,D₂、キ
ャパシタC₁,C₂で整流、平滑された後、電圧安定化用レ
ギュレータAVR1,AVR2,AVR3で安定化され、出力キャパシ
タC₃,C₄,C₅を経て出力される。電圧V₁は、検出器289の
電源として用いられ、V⁺,V^-は前記のようにPWM変調回路
311に入力される。

この様にしてパルス信号となった検出器信号は、前記
のパワ伝送用変圧器Trの中央部あるいは外側を経由して
高速回転部を越えて光パルス伝送、あるいは高周波誘導
伝送によって非接触で固定側に伝えられる。固定側で
は、光あるいは高周波パルスを受けて必要に応じてデジ
タル・アナログ変換する。特にPWM変調した信号は、固
定側でローパスフィルタを通過させるだけでアナログ信
号に復調することも可能である。

検出器信号が複数チャンネルである場合は、チャンネ
ルの数の情報伝送路を図32の様な同軸配置（これは光伝
送を用いた例）で構成するか、あるいはマイクロコンピ
ュータを２次側即ち主軸先端に取り付け、チャンネル番
号を添えてデータの形で単一情報伝送路で複数データを
送ることによって信号を伝送することができる。図32は
３チャンネルの光カプラで、（Ａ）は発光部、（Ｂ）は
受光部を示す。発光部331,332,333は回転軸330に同軸に
配置され、各々の間には、光しゃへい体335が設置され
ている。発光部331〜333は、実施例3,5,7に開示されて
いる電気・光変換部のいずれをも用いることができる。
受光素子336,337,338は、回転軸330が軸受け339に嵌合
しているときに、発光部331,332,333にそれぞれ対向す
る位置に配置されている。

本実施例により、従来は出来なかった主軸上および主
軸先端情報の入手が可能となり、主軸が回転している状
態でのオンライン状態監視ができる様になるばかりで無
く、主軸先端の情報のフィードバックにより従来の開ル
ープ制御を閉ループ制御に替えることが可能となる。

図33は主軸に取付けたボーリング径可変のインフィー
ド刃具340における刃先寸法をリモート測定するという
事例である。これは図中に示す様に、主軸と同軸の動力
伝達用同軸シャフト341を、主軸ユニット343中に取付け
られている中空タイプ主軸の中に通し遠方より傘歯車34
2a,342bなどの機構を経由してサーボモータの動力を伝
え刃物台344上にて刃先を直動させてボーリング径を変
化させる構造であるが動力源のサーボモータから、この
様に複雑な機構を経て刃物を直動させているため刃先寸
法は開ループ制御となっている。従って、刃先寸法は加
工の度ごとに主軸の回転を止めて作業者がスケールを用
いてその都度計測して確認せざるを得ない。これに対し
て、刃先寸法を主軸のより先の部分でリニアスケール34
5などによって計測し、本発明によりその値を固定にフ
ィードバックすることにより、主軸を回転させながらリ
モート刃先寸法計測ができるため、インプロセスにてボ
ーリング径を閉ループ制御にて変化させることができ
る。図33のリニアスケール345、信号処理通信回路348の
電源は、ポットコア型電力カプラを経由して整流平滑回
路347によって供給される。信号処理通信回路348は、リ
ニアスケール345の出力をパルス例に変換し、発光素子3
49a、受光素子349bで成る光カプラ349を経由して固定部
に送信する。

同様に、本発明を用いればFMCにおける24時間連続加
工に必要な刃物工具の加工時オンライン状態監視（例え
ば刃先温度情報、振動情報、アコースティックエミッシ
ョン情報に基く刃物の折損の予知と折損発生の確認）も
可能となる。

また、スピンドルヘッドより先での位置（例えば、工
具とワーク間の間隔）測定情報、そしてより単純にはAT
Cコレットチャック部リミットスイッチ信号などシーケ
ンス信号の帰還も容易に実現可能である。例えば、油圧
シリンダを用いたスピンドルヘッド先端へのチャッキン
グ装置においては、スピンドル回転数の上昇にしたがっ
て実際のチャッキング圧が変化するため、チャッキング
圧のフィードバックによるオンライン制御の実現が望ま
れている。また制御に至らないまでも、チャッキング圧
のオンラインモニタリングをしたいという要求もある。
この様な場合、図34に示されている様に、ワーク351が
チャック352と接する部分に取り付けた圧力センサ（ピ
エゾ素子などを応用したもの）353によりワーク把持力
の変化を検出し、これを本実施例によるデータ伝送の方
法で、固定部側に送りモニタリングすることも可能とな
る。図中の油圧アクチュエータ354は回転シリンダ355か
ら回転カプラ356を経由して加えられる油圧によって駆
動される。信号処理回路358の電源供給は、ポットコア
型電力カプラ357aを経由して固定部から伝送された高周
波電圧を整流平滑回路357bによって整流安定化すること
によって達成される。信号処理通信装置358は圧力セン
サ353の出力をパルス列に変換し、発光素子359a、受光
素子359bで成る光カプラ359を介して固定部へ送信す
る。

本実施例の効果は以上の様な工作機械主軸周辺に限ら
れるものではなく、さらに一般的に、従来はできなかっ
た電動機回転軸上の物理諸量測定にも有効であり、結果
としてサーボモータを始めとする電動機の制御性向上に
も役立つことになる。例えば電動機軸振動の直接検出も
サーボ制御特性向上には不可欠である。その検出のため
には電動機回転軸上の適切な箇所に歪ゲージを貼り付
け、そのブリッジ出力アナログ電圧を増幅の後にPWM変
換して本実施例の構成を用い回転部を経由して軸応力の
形で軸振動の発生をオンラインで検出することが可能と
なる。また、誘導電動機のベクトル制御に必要な回転子
部温度の測定も本実施例の方法を用いてオンラインで行
うことが出来る。

図35は本発明の第14実施例の分離型制御電動機の制御
システムの構成を示すブロック図である。

本実施例は、固定設置側となる固定部側コントローラ
361と、分離移動側となり、自律分散化する機械要素で
ある自律電動機部364と、これらの間で行われる電力供
給および信号の送受を無接触にて行う分離型高周波変圧
器362およびカプラ363₁,363₂とから構成されている。

固定部側コントローラ361は、電源361₁、高周波電力
発生器361₂、位置増幅器361₃、微分器361₄および速度増
幅器361₅より構成され、自律電動機部364は、整流回路3
64₁、電圧安定変換器364₂、パワスイッチ364₃、電動機3
64₄、検出器364₅、電流増幅器364₆および電流指令発生
器364₇より構成されている。

本実施例においては分離移動側に設けられる電動機36
4₄を直流機、交流機の区別をすることなく、統一的にト
ルク発生機と理解する。

電動機364₄の位置信号S17は光パルスまたは電磁パル
スに変換され、カプラ363₂を経由して無接触伝送によっ
て固定部へ帰還される。固定部側コントローラ361の位
置増幅器361₃は、上位位置から受信した位置指令S11と
位置信号S17から速度指令S_vを生成する。速度増幅器361
₅は速度信号S12と速度指令S_vからトルク指令S13を生成
する。速度信号S12は、また、高周波電力発生器361₂の
出力を制御する。トルク指令S13は、カプラ363₁による
無接触伝送によって自律電動機部側へ送信される。

電動機364₄を駆動する電力の伝送は、分離型高周波変
圧器362を用いた高周波電磁誘導により行われる。直流
電源361₁の出力は高周波電力発生器361₂によって高周波
矩形波に変換され、分離型高周波変圧器362の１次側に
供給され、該分離型高周波変圧器362の２次側出力が自
律電動機部364に供給される。この高周波電力は自律電
動機部364に設けられたブリッジダイオードとフィルタ
からなる整流回路364₁によって整流された後に電圧安定
変換器364₂とパワスイッチ364₃とに供給され、該パワス
イッチ364₃を経て電動機駆動電力となる。また、電圧安
定変換器364₂は、整流回路364₁からの供給電圧を安定化
し、電源S16として電流増幅器364₆へ供給される。

上記の様にパルスにて情報を伝達する理由は、光カプ
ラまたは高周波電磁誘導通信カプラが、パワ伝送用の分
離型高周波変圧器362と一体にカプラ363₁,363₂として取
り付けられているので、高周波電磁誘導カプラの隙間変
化によってデータが変化しない様にするためであり、ト
ルク指令S13はＶ・Ｆ変換あるいはPWM変調により不図示
のアナログ・デジタル変換器によってパルス変換された
後カプラ363₂により伝送される。

自律電動機部364では、この指令パルスは不図示のデ
ジタル・アナログ変換器によってアナログのトルク指令
S13に変換される。電流指令発生器364₇は、トルク指令S
13と、検出器364₅より得られる電動機364₄の位相信号S1
5から電流指令S14をつくり電流増幅器364₆へ出力する。
なお、電動機が直流機である場合にはトルク指令S13が
そのまま電流指令S14となり、電流指令発生器364₇は不
要となる。

電動機364₄への供給電流がフィードバックされる比例
制御あるいは比例積分制御の電流増幅器364₆は、電流指
令S14と検出電流値との差による増幅を行い、PWM変調を
行ってパワスイッチ364₃へ出力する。該出力はパワトラ
ンジスタ、MOSFET、IGBTなどによって構成されるパワス
イッチ364₃のベース（もしくはゲート）ドライブ用前段
増幅器の入力信号となる。パワスイッチ364₃は上記の整
流回路364₁より供給される直流主電源を、電流増幅器36
4₆出力であるベースドライブ信号に応じて変化させ、ト
ルク指令S13とトルクフィードバック（電流フィードバ
ック）が一致する様なPWM電圧を電動機364₄に供給す
る。

以上説明したように本実施例は、近年のパワスイッチ
の小型化及び周辺回路との集積化の動向のもとになされ
たもので、電動機とともに分離移動する部分（例えばパ
レットや回転体上）に電動機種類に固有な制御部の一部
（電流制御回路）とパワスイッチのみを含めて搭載し、
これらを一括してトルク発生機とみなして固定側コント
ローラからは電動機の種類に関係なく制御する方法であ
る。その結果、電動機を制御する制御系として必要な位
置制御、速度制御および電流制御のうちの電動機の種類
に関係なく普遍的な位置制御、速度制御を行う位置ルー
プおよび速度ループは、電動機種類に固有な電流制御を
行う電流ループと分離される。固定側コントローラにお
いてパワ電源制御部とともに総合的に制御を行い、自律
電動機部では搭載する電動機に固有な電流ループのみが
設けられる形態となる。これにより上記のパレットなど
自律機能要素上そして回転体上の電動機制御が可能とな
るとともに、分離移動する部分の物理的な大きさが小さ
くなる。さらに図36に示す様に直流電動機371、誘導電
動機372および同期電動機373をそれぞれ搭載する自律電
動機部370₁〜370₃のそれぞれを一つの固定部側コントロ
ーラ361で分離駆動できるようになる。

図37（Ａ），（Ｂ）のそれぞれは、図36中の分離型高
周波変圧器362の具体的な構成を示す斜視図、図38は本
実施例において行われる高周波励磁を説明するための図
である。

電動機364₄を駆動する電力は、固定部側コントローラ
361内の高周波電力発生器361₂（図35参照）を構成する
トランジスタスイッチ391により高周波の形とされ、分
割型変圧器362を通して高周波電磁誘導により自律電動
機部364に伝送される。図37（Ａ）に示すものでは、Ｅ
型コア382₁,382₂に巻き付けられた巻線381₁,381₂の巻線
比に応じて変圧される。また、図37（Ｂ）に示すもので
は、ポットコア384₁,384₂に巻き付けられた巻線383₁,38
3₂の巻線比に応じて変圧される。

高周波電力は自律電動機部364内の整流回路364₁で整
流され、パワスイッチ364₃を経て電動機駆動電力とな
る。分離型高周波変圧器362の１次側は固定部側コント
ローラ361内部の矩形波（あるいは正弦波）インバータ
により高周波励磁される。その結果、１次２次の巻線比
に応じた矩形波（あるいは正弦波）電圧が２次側に生じ
るが、この電圧は整流回路364₁を構成する高周波ダイオ
ードブリッジ392とリアクトルＬおよび平滑キャパシタ
ＣからなるLCフィルタによって全波整流され、電動機駆
動用の直流主電源となる。また自律電動機部364の通信
および制御回路の制御電源S16は、自律電動機部364内で
この電力の一部をレギュレータである電圧安定変換器36
4₂により安定化制御して得られる。

なお、特に、受電側の電源を安定化する必要がある場
合には、電圧検出値が前記の位置データと同様な形で無
接触で帰還される。この電圧検出フィードバックと速度
フィードバック情報に基いて固定部側コントローラ361
側で振幅変調ないしは時間幅変調の制御を行うことによ
ってその安定化が行われる。

この様にして分離型でしかもトルク制御性の優れた電
動機制御系が構成される。この構成は分離型制御のみな
らず、回転体を経た電動機制御にも適用可能である。た
だし、回転体の場合は回転軸に対して同軸上に電力供給
と信号伝送が必要であるので多少の工夫を要する。電力
供給については図37（Ｂ）に示されているポットコア状
の分割変圧器を用いることにより伝送可能である。一
方、信号の授受は、このポットコア状の分割変圧器と同
軸に配置された光パルス通信ないしは高周波電磁誘導通
信により行われる必要がある。

光パルスによる場合は、図39に示すように発光・受光
感度特性が波長により大きく異なる光カプラを多数用い
て、ホローシャフト回転軸の中を通して行う方法があ
る。

固定台401にベアリングポール403₁,403₂を介すること
によって回転自在に固定される回転軸402の内部には、
発光素子もしくは受光素子である光素子404₁〜404₄と40
5₁〜405₄とのそれぞれが光カプラを構成するように対向
して設けられている。光カプラを構成する光素子404₁〜
404₄と405₁〜405₄は、発光波長のピークおよび受光波長
のピークが他の光カプラとそれぞれ異なるように構成さ
れて伝送信号が互いに影響することを防いでいる。

光パルスによる他の例としては、図40（Ａ），（Ｂ）
に示すように、同軸状に発光、受光エレメントを配置
し、お互いに影響しないように遮蔽する方法がある。こ
の場合には、複数の光カプラの発光波長や受光波長が同
じでもよい。

図40（Ａ）は回転部側の構成を示すもので、回転軸41
1と同軸に導光部材412₁〜412₃がそれぞれ径が異なる円
形状に形成され、各導光部材412₁〜412₃の外周部は光遮
蔽部材413₁〜413₃によって覆われている。図40（Ｂ）に
示される固定部側では、軸受け415の周囲に導光部材412
₁〜412₃と同型に形成されて光カプラを構成する光遮蔽
体416₁〜416₃内に導光部材414₁〜414₃がそれぞれ埋設さ
れている。光カプラを構成する一方の導光部材を通る光
は、光遮蔽部材413₁〜413₃および光遮蔽体416₁〜416₃に
よって互いに影響を及ぼすことなく対向して設けられ他
方の導光部材に伝播する。

これらの導光部材を介して光パルスによる伝送がなさ
れるが、各導光部材を直接発光素子もしくは受光素子に
て構成してもよい。

また、環境の悪化により光パルス通信の信頼性が低く
なる場合には、高周波電磁誘導を用いるが、これも図39
および図40に示した光パルスの伝送方法と同様に、誘導
ユニットを同軸径方向に配置する方法と軸方向に配置す
る方法が考えられる。

また、上記の各分離型高周波変圧器および各カプラ
は、一体に形成されてもよく、例え、回転体を経た独立
電動機部の制御を行う場合でも、図37（Ｂ）に示したポ
ットコア形状の分離型高周波変圧器384₁,384₂と図40
（Ａ），（Ｂ）に示すカプラとを同軸上に配置すること
により容易に実現可能である。

図41は本発明の第15実施例の無接触電力伝送装置の構
成を示すブロック図である。

本実施例においては、固定側コントローラ421によっ
て第１の自律電動機部422と第２の自律電動機部423に対
して電力供給を行うとともにトルク制御を行うものであ
る。固定部側コントローラ421の制御回路の構成および
第１の自律電動機部422と第２の自律電動機部423におけ
る電動機の構成は図35に示したものと同様であるため、
ここでは要部の構成および動作についてのみ説明する。

固定側コントローラ421から供給される高周波電磁誘
導電力は、第１の分離型高周波変圧器424を介して第１
の自律電動機部422に伝えられ、さらに、第２の分離型
高周波変圧器425を介して第２の自律電動機部423に伝え
られる。一方、制御を行うために、固定部側コントロー
ラ421と第１の自律電動機部422との間にはカプラ426₁〜
426₄が設けられ、第１の自律電動機部422と第２の自律
電動機部423との間にはカプラ427₁,427₂が設けられてい
る。第１の自律電動機部422については、カプラ426₁,42
6₂によってトルク指令およびフィードバック情報の送受
が行われ、第２の自律電動機部423についてはカプラ426
₃,426₄,427₁,427₂を介してトルク指令およびフィードバ
ック情報の送受が行われる。

上記のように自律電動機部を介して他の自律電動機部
について電力供給およびトルク制御がなされるため、自
律電動機部が多段に構成される、例えば、多関節のロボ
ット等についての分離駆動を効率よく行うことができ
る。このように、自律電動機部が該自律電動機部に取り
付けられた可動部材を駆動するものとしてもよい。

なお、自律電動機部が多段に構成されず、並列に設け
られるものについては、自律電動機部を介することな
く、固定部側コントローラによって直接制御を行うもの
としても当然よい。

以上説明した各実施例に示される本発明による新規分
離方式の電動機制御を採用すれば、電極付きのコネクタ
の脱着やメカニカルな機構では高い信頼性が得られなか
ったパレット上位置決めや治具自動化・工作機ATCツー
ル、ロボットエンドエフェクタなどで代表される機能要
素の電動機駆動による自律分散化が実現されるとともに
総合的な自動化が可能になる。

また多回転する回転体上で電動機を駆動するという形
の制御（例えば、工作機主軸の先に取りつく刃物台の電
動機による直線駆動や旋盤ヘッドチャッキング部の電動
化など）も可能となる。

また、先述のように制御部を固定側と電動機（機械搭
載側）に適切に切り分けることにより分離移動する部分
の物理的な大きさが小さくなるとともに、同一固定側コ
ントローラで、直流機、誘導機、同期機搭載の自律機能
要素のいずれもが分離駆動できるようになる。

第14、15実施例による装置は、分割変圧器を用いた高
周波誘導により電力を伝送するとともに、光伝送あるい
は高周波電磁信号伝送の形でトルク指令入力を行うこと
により、水や油の介在などの悪環境にも強くしかも火花
の発生や電極損傷の発生もなく活線で物理的分割ができ
るという特徴を有するものとなる。これは電動機を搭載
した機械要素の自律化や回転体上電動機制御の実現とい
う最近強まりつつある要求に答えるものである。

また、電動機の種類に関係なく、直流機、誘導電動
機、同期機などを一括してトルク発生機として扱えるた
め、広い互換性を有した電源制御器を提供するものとな
る。

これらの実施例を用いれば、次の様な具体的な事例に
対して上記の効果が発揮され画期的な改善、技術のブレ
ークスルーがなされる。

１）パレット上のワークの位置割り出し電動機制御。

２）多関節ロボット各軸電動機アクチュエータの信号お
よび電力線なしでの駆動。

３）工作機械（マシニングセンタ）の自動工具交換にお
ける工具への配線なしでの駆動。

４）回転を伴う工作機主軸の先にとりつく電動アクチュ
エータ（例えば旋盤の先のチャッキング部の電動化や、
主軸上刃物台等）の制御。

５）特に、電動機にトルク制御性が要求され、かつその
電動機が搭載される台そのものが自律移動する必要があ
る用途、例えば加工パレットでのワーク芯だし、クラン
ピングのための電動機を用いる場合の制御。

６）ガラスなど透明体ないしは非磁性の金属で隔絶され
たチャンバ、例えばクリーンルームにおいて電動機を含
めたあらゆる電気負荷への電力供給と制御信号伝達。

７）また、電極給電が不可能な水中、真空中での電動機
を含めたあらゆる電気負荷への電力供給と制御信号伝
達。

特に上記応用のうち、チャッキングや芯だし、クラン
プなど電動機をトルク発生機として使う用途では、もと
もと全ての電動機をトルク発生機として理解し、分離型
の制御をする本発明はそのままで有効なものとなる。

第14、15実施例は以上説明したように構成されている
ので、以下に記載するような効果を奏する。

分離移動する独立電動機部を小型化することができ、
分離制御型電動機の実現可能性を高くし、利用範囲を広
げることができる効果がある。また、自律電動機部を制
御する固定コントローラの構成は、電動機の種類に関わ
らないため、各種電動機に対して同じ固定コントローラ
を使用することができ、固定コントローラの種類を少な
くして効率のよい製造とすることができる効果がある。
また本発明の分離型制御電動機は水や油の介在などの悪
環境にも強くしかも火花の発生や電極損傷の発生もなく
活線で物理的分割ができるという効果を奏する。

次に、本発明の第16実施例のコア間開閉型無接触電力
給電装置について説明する。

本実施例は、電源を内蔵せず自律移動する物体（例え
ばマシニングセンタ用加工パレットなど）に対して電気
接点を用いることなく固定部側より無接触で給電および
情報を授受する装置に関するものである。従来から提
案、実現されている高周波電磁誘導による無接触給電装
置は、図14を示すように磁性体面の突合せによるもの
や、図15に示すように挿入によるものであり、主磁路中
のエアギャップ長が固定部（給電側）と移動体部（受電
側）の距離により決まり給電のための位置決め精度が直
接給電効率に影響を及ぼす形であった。したがって効率
の良い電力伝送および情報伝送の実現には、突合せ面
（勘合面）の製作における加工精度の向上、給電側と受
電側の間の正確な位置決めの達成、そして使用時の周囲
環境によって生じる介在物（金属、油、水など）の突合
せ面（勘合面）からの除去などのメンテナンスが不可欠
であった。

そこで、本実施例によって、従来方式の問題を解決
し、給電部と受電部の相対位置がある程度変化しても１
次、２次巻線間の高周波電磁結合が変化せず、製作精度
や介在物の有無に左右されず安定に給電および情報伝送
できる方法および装置を提供することができる。

図42は、このコア開閉型無接触給電システムの構成の
概念図である。

移動体446と固定部との間には、高周波磁性コア443₁,
443₂で成る磁気回路が構成されている。コア443₁は、電
力伝送用で、高周波インバータ447によって励磁され
る。コア443₁には開閉部があって、移動体446に電力を
伝送する時には、開閉部を機械的に開き、移動体を移動
させて、２次巻線に磁路が鎖交するように、コアの開い
た部分から２次巻線444₁を挿入し、コア443₁を機械的に
閉じる。このようにして、電磁誘導によって高周波イン
バータの出力を移動体446へ伝送する。２次巻線に励起
された誘導電流は整流回路または周波数変換回路446₁で
整流され、または所望の周波数に変換されて電気負荷44
6₂に供給される。

同様に、電気負荷446₂と高周波電磁誘導通信装置間の
通信は、コア443₂上の、固定部側および移動体446側に
巻かれている巻線間の電磁誘導によって行われる。電気
負荷446₂から固定部へ送信されるフィードバック信号は
通信制御装置446₃によってパルス列に変換される。固定
部から移動体446に送信された信号は通信制御装置446₃
によってアナログ信号に変換され、電気負荷へ送られ
る。作業が終了するとコアを開き、移動体446を移動さ
せて、移動体側の巻線を引き出す。図43は、この高周波
電磁誘導を実現する具体的な巻線および磁性材料による
磁路の構成であり、スライダを用いた磁路の開閉方式と
なっている。ここで固定部451のスライド機構452の先端
には閉路時に高周波磁性体453aの主磁路の一部を形成す
る高周波磁性体片453bが取り付けられる。そして高周波
磁気結合のための移動体側２次巻線454（モールド成形
処理などを施した物）の１次巻線455の主磁路への挿入
シーケンスに基き、給電開始に先だって、まずスライド
機構452は高周波磁性体片453bを直線移動させる。移動
体側は２次巻線が閉路時の１次巻線主磁路と完全に鎖交
できる範囲内で動き（あるいは動かされるが）、固定側
において何らかの方法で２次巻線454の挿入を確認がな
されるとスライド機構452が元の位置まで高周波磁性体
片453bを直動させ磁路を閉じる。更に磁路を閉じたこと
を図示しない機構で機械的にあるいは光学的に確認した
のち、固定部451では図示しない高周波インバータを動
作させ１次巻線を励磁する。この高周波電磁誘導により
挿入された成形２次巻線に電圧が誘導されるので、自律
移動体への給電が可能となる。

図44は、主磁路の開閉機構を回転式にした変形例であ
り、（Ａ）は、移動体側２次巻線464が挿入されたよう
すを示し、（Ｂ）はその後に高周波磁性体片463bが回転
することにより主磁路を閉じたようすを示すものであ
る。

上記いずれの構成においても、１次巻線が作り上げる
磁束のほとんどは高周波磁性材料を通過するので、磁路
中の空隙（エアギャップ）の大きさ、そしてその結果発
生する伝送損失は閉路方式のメカニズムおよび幾何構成
によって決まり、１次巻線および高周波磁性材料から成
る給電部（固定部）と２次巻線が取り付けられた移動部
の相対位置決め精度では決まらない。ここで磁路中の空
隙ギャップ長は完全に皆無にすることはできないし、ギ
ャップ中に異物（油、水、切り粉）は介入する可能性も
あるので、漏れ磁束がほとんど生じないトロイダル形状
磁路によるような高い電磁結合は実現できないが、先述
の様に接合面全体に異物が介在する可能性が非常に高い
従来方式に比べれば各段に改善がなされる。なお、以上
は電力供給を中心に述べたが、高周波電磁誘導を用いた
情報伝送に関しても同様な原理と構造を用いることによ
って安定な通信が確保できることは言うまでもない。

図45（Ａ），（Ｂ）は、本発明の移動体476を工作機
械分野で使用されるワークパレットとした例である。

図45（Ａ）は、固定部471から２次巻線474を介して給
電を受けた電力および情報をつかって電気油圧変換アク
チュエータ等を用いた自動クランプ装置477a〜477dを形
成した例である。このようにすれば、従来手作業であっ
たワーク478のパレットへの固定作業が自動化される。

図45（Ｂ）は、固定部471から２次巻線474を介して給
電を受けた電力および情報をつかって駆動されるサーボ
モータおよびコントローラをパレットの内部に設け、パ
レット上のテーブル479を回転可能にする例である。こ
れにより、加工時の軸追加（例えばワークの回転やティ
ルティング）がパレット側の対応によって可能となる。
もちろんマシニングセンタでの加工切削時には、切り粉
やクーラントが磁性体や成形巻線にかかることが避けら
れないが、これらはエアブローしたり、より積極的に導
電性の低いクーラントで洗い流すことによって除去する
ことが可能である。

本実施例は、従来から提案されてきている高周波電磁
誘導を用いた無接触給電方式における問題点、すなわち
給電部と受電部間の相対位置決め精度が電力伝送効率に
大きく影響をあたえる点、そして給電および受電の接合
面の耐環境管理（油、水、切り粉など）が難しい点を解
決し、安定で信頼性の高い方式を提供できるものであ
る。

また、給電中にも固定部と移動体の相対位置が多少変
化しても巻線間の電磁誘導結合状態が殆ど変化しない点
を利用し、移動体が一次元、二次元あるいは三次元方向
に小さなストロークの範囲内を高速で動くため疲労問題
などにより、従来のような配線による受給電ができない
用途においても安定な電源供給ができるという効果もあ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者新田裕治埼玉県入間市大字上藤沢字下原480番地株式会社安川電機東京工場内 (72)発明者浜本浩志埼玉県入間市大字上藤沢字下原480番地株式会社安川電機東京工場内 (72)発明者野村賢二埼玉県入間市大字上藤沢字下原480番地株式会社安川電機東京工場内 (56)参考文献実開昭62−126812（ＪＰ，Ｕ) 実公昭44−31538（ＪＰ，Ｙ１) 実公昭49−2808（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01F 38/14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】機械装置の固定部と回転部にそれぞれ固定
され、回転部が任意に回転しても磁路長が変化しない磁
気回路を、磁極間隙を介して構成する第１、第２のコア
で成る分割型コアと、固定部に設置されている高周波交
流電源に接続され、前記磁気回路に起磁力を与える第１
の巻線と、前記回転部に固定されている受電装置に接続
され前記磁気回路を通る磁束が鎖交する第２の巻線とを
有し、第１、第２のコアのうち、いずれか一方のコアは
Ｕ字型断面形をもつ高周波磁性部材であり、その平行に
延びる２つの脚部は、回転部の回転軸の軸心に垂直に向
けられ、他方のコアは中心軸が前記軸心と同軸になるよ
うに配置された円筒型の高周波磁性部材で成り、その円
筒型コアの両端部は、Ｕ字型コアのそれぞれの脚部に設
けられた受け孔に収容され、当該２つのコアは前記軸心
のまわりに相対的に摺動回転可能である、無接触電力伝
送装置において、前記Ｕ字型コアと前記円筒型コアとの嵌合面はテーパ形
に成形され、Ｕ字型コアの脚部には、円筒型コアをＵ字
型コアの受け孔へ着脱するための、各脚部の端部から受
け孔に至る切り欠きを有する、機械装置の固定部から回
転部へ無接触で電力を供給する無接触電力伝送装置。
【請求項２】第１のコアが円筒型コアであり、第２のコ
アがＵ字型コアであり、第２のコアは、励磁されたとき
に第１のコアに密着することができるように、回転部に
ゆるく固定され、第１の巻線は第１のコア上に巻かれ、
第２の巻線は、第１の巻線から半径方向に間隔を隔てて
第１の巻線を覆って巻かれている、請求項１に記載の装
置。
【請求項３】第１のコアがＵ字型コアであり、第２のコ
アが円筒型コアであり、第１、第２の巻線はそれぞれ第
１、第２のコアに巻かれている、請求項１に記載の装
置。
【請求項４】機械装置の固定部から回転部へ無接触で電
力を供給する、無接触電力伝送装置において、固定部と回転部にそれぞれ固定され、回転部が任意に回
転しても磁路長が変化しない磁気回路を、磁極間隙を介
して構成する磁性コアと、固定部に設置されている高周波交流電源に接続され、前
記磁気回路に起磁力を与える第１の巻線と、前記回転部
に固定されている受電装置に接続され前記磁気回路を通
る磁束が鎖交する第２の巻線と、第２の巻線を支持する基板とを有し、前記磁性コアがＵ字型断面形をもつ高周波磁性部材であ
り、基板は、回転部の回転軸に同軸に結合されている平
板状円形部材であって磁性コアの平行に延びる２つの脚
部に挟まれて配置され、第１の巻線は磁性コア上に巻か
れ、第２の巻線は、基板の外周部に沿って巻かれてお
り、前記基板は非磁性材料で成り、第２の巻線はシートコイ
ル状に構成され、磁性コアの２つの脚部の間隔は、基板
と接触しない程度に充分に狭くされる、無接触電力伝送
装置。
【請求項５】機械装置の固定部と回転部との間で無接触
で信号を伝送する無接触信号伝送装置において、固定部
と回転部のうちの、電気信号を送信する側を送信側と
し、その信号を受信する側を受信側とするとき、送信側に固定され、送信すべき電気信号を、回転部の回
転軸の軸心について回転対称の光信号に変換する電気・
光変換手段と、受信側に固定され、前記電気・光変換手段が出射した光
信号を受光して電気信号に変換する光電変換手段とを有することを特徴とする無接触信号伝送装置。
【請求項６】電気、光変換手段が、送信すべき電気信号
に応答して発光する電気・光変換素子と、入射端が該電
気・光変換素子に光学的に結合され、出射端は分岐し、
その分岐出射端は回転部の回転軸心に垂直な平面上の、
回転軸心と該平面の交点を中心とする円周上に同一間隔
で分布されている第１の光ファイバ手段とを有する、請
求項５に記載の装置。
【請求項７】電気、光変換手段が、送信すべき電気信号
に応答して発光する面発光素子であり、該面発光素子
は、回転部の回転軸心に垂直な平面上の、回転軸心と当
該平面との交点を中心とする２つの同心円で挟まれた環
状面を形成している、請求項５に記載の装置。
【請求項８】電気、光変換手段は、回転体の回転軸心に
垂直な平面上の、回転軸心と当該平面との交点を中心と
する円周上に等間隔に配置されている電気・光変換素子
の直列接続を有し、送信すべき電気信号は、前記電気・
光変換素子の直列接続の両端に印加され、各電気・光変
換素子は入力電気信号に応答して発光する、請求項５に
記載の装置。
【請求項９】機械装置の固定部と回転部との間で無接触
で信号を伝送する無接触信号伝送装置において、固定部
と回転部のうちの、電気信号を送信する側を送信側と
し、その信号を受信する側を受信側とするとき、送信側に固定され、送信すべき電気信号を光信号に変換
する電気・光変換素子と、受信側に固定され、前記電気
・光変換素子から出射された光信号を電気信号に変換す
る光電変換手段を有し、前記光電変換手段は、回転部の回転軸心について回転対
称に分布する入射面を有し、前記電気・光変換素子は前
記入射面の近傍に位置することを特徴とする無接触信号
伝送装置。
【請求項１０】前記光電変換手段は、光電変換素子と第
２の光ファイバ手段を有し、第２の光ファイバ手段は出
射端が光電変換素子に光学的に結合され、入射端は分岐
し、その分岐入射端は回転部の回転軸心に垂直な平面上
の、回転軸心と該平面との交点を中心とする円周上に同
一間隔で分布し、前記電気・光変換素子は、第２の光ファイバ手段の分岐
入射端が存在する平面と、ほぼ同一平面上に、かつ、分
岐入射端の近傍に位置する、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】光電変換手段が、回転部の回転軸心に垂
直な平面上の、回転軸心と当該平面との交点を中心とす
る２つの同心円で挟まれた環状面を形成する面光電素子
である、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】無接触信号伝送装置の回転部側要素に必
要な電力は、請求項１に記載の無接触電力伝送装置によ
って固定部から伝送される、請求項５または９に記載の
無接触信号伝送装置。
【請求項１３】請求項５または９に記載の無接触信号伝
送装置の複数個が同軸に配置される無接触信号伝送装
置。
【請求項１４】機械装置の固定部と回転部の間で無接触
で信号を伝送する、無接触信号伝送装置において、固定部と回転部にそれぞれ固定され、回転部が任意に回
転しても磁路長が変化しない磁気回路を、磁極間隙を介
して構成する第１、第２のコアで成る分割型コアと、前記磁気回路を通る磁束と鎖交する第１、第２の巻線とを有し、第１の巻線は固定部に設置されている、信号線
と信号処理装置のいずれか一方と接続され、第２の巻線
は回転部に設置されている、信号線と信号処理装置のい
ずれか他方と接続されていることを特徴とする機械装置
用無接触信号伝送装置。
【請求項１５】請求項１に記載の無接触電力伝送装置を
電力伝送装置と記し、請求項5,9,14のいずれか１項に記
載の無接触信号伝送装置を信号伝送装置と記すとき、少
くとも、電力伝送装置と信号伝送装置のいずれかを備え
ている機械装置。
【請求項１６】工作機械の電動機軸追加によって、追加
さるべき電動機軸を搭載するパレット上への給電のため
の無接触電力伝送装置であって、第１のコアがパレット
を載せる回転テーブルの回転軸近傍において固定部に固
定され、第２のコアは、パレットの回転軸心に同軸に、
パレットに固定される、請求項３に記載の無接触電力伝
送装置。
【請求項１７】機械装置は、固定部と分離移動および回
転が可能の回転部で成り、回転部は自律電動機部を有し、該自律電動機部は、少く
とも、電動機と、該電動機を駆動する電力を無接触で受電する電力伝送装
置の回転部に固定された要素と、電力伝送装置によって伝送された電力を入力し、前記電
動機を駆動する駆動手段と、当該電動機の回転を制御するコントローラから分離さ
れ、前記駆動手段を駆動する電流制御部と、前記電流制御部へ入力すべきトルク指令を無接触で受信
する第１の信号伝送装置の回転部に固定された要素と、当該電動機の動作情報を検出する検出手段と、該検出手段の出力信号を無接触で伝送する第２の信号伝
送装置の回転部に固定された要素を備え、固定部は、少くとも、高周波電源と、該高周波電源の電力を自律電動機部へ無接触で伝送する
電力伝送装置の固定部に固定された要素と、前記自律電動機部の検出手段の出力を無接触で受信する
第２の信号伝送装置の固定部に固定された要素と、前記電流制御部が分離されたコントローラ部分で成り、
受信された検出手段の出力と上位装置から供給された指
令信号とからトルク指令を生成する固定部側コントロー
ラと、固定部側コントローラから出力されたトルク指令を無接
触で自律電動機部に伝送する第１の信号伝送装置の固定
部に固定された要素とを有する、請求項15に記載の機械装置。
【請求項１８】固定部側コントローラには、検出手段の
検出内容が示す電動機の位置および速度から電動機への
トルク指令を生成する位置増幅器および速度増幅器が設
けられ、自律電動機部には、前記トルク指令に応じて電動機を制
御する電流増幅器が設けられている請求項17に記載の機
械装置。
【請求項１９】固定部側コントローラには、検出手段の
検出内容が示す電動機の位置および速度と、上位装置か
らの指令信号とから電動機へのトルク指令を生成する位
置増幅器および速度増幅器が設けられ、電流制御部には、前記トルク指令と前記検出手段の検出
内容が示す電動機の位相とから電流指令を生成する電流
指令発生器と、該電流指令に応じて電動機を制御する電
流増幅器が設けられている、請求項17に記載の機械装
置。
【請求項２０】固定部側コントローラからトルク指令を
受ける、多段に構成された複数の自律電動機部が設けら
れ、固定部から各段の自律電動機部への電力供給と、固
定部側コントローラと各段の電流制御部との間のデータ
信号および制御信号の授受は、固定部と初段の自律電動
機部との間および各段の自律電動機部間に設けられた電
力伝送装置、信号伝送装置で行われる、請求項15に記載
の機械装置。
【請求項２１】電力伝送装置と信号伝送装置とが一体に
作製されている、請求項18乃至20のいずれか１項に記載
の機械装置。
【請求項２２】自律電動機部が、当該自律電動機部に取
付けられた可動部材を駆動し、または当該自律電動機部
自身の機構を駆動する、請求項17に記載の機械装置。
【請求項２３】機械装置が工作機械またはロボット装置
もしくはそれらの附属装置である、請求項15または17に
記載の機械装置。
【請求項２４】請求項17に記載の自律電動機部が機械装
置から分離して移動することができるユニットとして構
成されている、自律電動機ユニット。
【請求項２５】機械装置は回転装置であり、電力伝送装
置および信号伝送装置は、回転軸に同軸に設置されてい
る、請求項15に記載の装置。
【請求項２６】回転装置は、その回転軸端に電気負荷が
設置され、電力伝送装置の第２の巻線から前記回転軸端
へ至る配線、および信号伝送装置の回転部に固定された
要素から前記回転軸端へ至る配線は、回転軸の外周部に
軸方向に設けられた溝、または中空回転軸の中空部穴内
に配置される、請求項25に記載の装置。
【請求項２７】回転装置が電動機であって、軸受で両持
支持される回転軸上に電力伝送装置の第２のコアが設け
られ、該第２のコアと磁極間隙を距てて対向して固定部
に固定された第１のコアが設けられ、前記回転軸の外周
部およびそれに対向する固定部の位置に請求項８に記載
の信号伝送装置が設けられている、請求項26に記載の装
置。
【請求項２８】回転装置が変速機であって、軸受で両持
支持される変速出力軸上に電力伝送装置の第２のコアが
設けられ、該第２のコアと磁極間隙を隔てて対向して固
定部に固定された第１のコアが設けられ、前記変速出力
軸の外周部およびそれに対向する固定部の位置に請求項
８に記載の信号伝送装置が設けられている、請求項26に
記載の装置。
【請求項２９】高速回転をする電動機主軸の先端におけ
る先端情報を検出して固定部に伝送する主軸先端情報伝
送装置であって、前記主軸上に取付けられ、前記先端情報を検出するセン
サ手段と、前記主軸上に取付けられ、高周波交流を整流して前記セ
ンサ手段に安定化された電源を供給する電源手段と、前記電源手段に固定部から無接触で高周波電力を伝送す
る、請求項１に記載の無接触電力伝送装置と、前記センサ手段によって検出された検出情報を固定部へ
無接触で伝送する、請求項5,9,14のいずれか１項に記載
の無接触信号伝送装置とを有する主軸先端情報伝送装置。
【請求項３０】センサ手段が出力する先端情報がデジタ
ル信号である場合には該信号をパルス列に変換する第１
の変換手段を前記主軸上に備え、先端情報がアナログ信
号である場合には、該信号をデジタル信号のパルス列に
変換する第２の変換手段を前記主軸上に備え、前記パル
ス列は請求項5,9,14のいずれか１項に記載の無接触信号
伝送装置により固定部に伝送される、請求項29に記載の
装置。
【請求項３１】第２の変換手段がパルス幅変調手段であ
り、パルス幅変調波は固定部においてアナログ復調さ
れ、もしくは、パルス幅のクロックカウントデジタル計
測によって先端情報の検出信号が測定される、請求項30
に記載の装置。
【請求項３２】検出されるべき先端情報は、刃具とワー
ク間の間隙測定、ボーリング径可変インフィード刃具の
刃先飛び出し量リモート測定に必要な情報である、請求
項29に記載の装置。
【請求項３３】検出されるべき先端情報は、一般刃物工
具のオンライン状態監視に必要な情報、特に刃先温度情
報、振動情報、アコースティックエミッション，情報で
ある、請求項29に記載の装置。
【請求項３４】検出されるべき先端情報は、シーケンス
信号、特にATCコレットチャック部リミットスイッチ信
号の帰還に必要な情報である、請求項29に記載の装置。
【請求項３５】検出されるべき先端情報は、主軸先端チ
ャッキング装置におけるワーク把持力オンラインモニタ
リングとこれを使ったチャッキング圧の閉ループ制御の
ために必要な情報である、請求項29に記載の装置。
【請求項３６】検出されるべき先端情報は、一般電動機
の回転軸上の物理量、特に軸振動量および回転子温度の
測定に必要な情報である、請求項29に記載の装置。
【請求項３７】請求項17に記載の機械装置に適用する電
動機の給電制御方法であって、固定部側コントローラは、検出手段での検出内容と所定
の上位装置から供給される指令信号からトルク指令を生
成して自律電動機部へ与え、前記自律電動機部は、前記固定部側コントローラからの
トルク指令に応じて電動機を駆動することを特徴とする
電動機の無接触給電制御方法。
【請求項３８】固定部側コントローラは、検出手段の検
出内容が示す電動機の位置および速度と上位装置から供
給される指令信号からトルク指令を生成して自律電動機
部へ与え、自律電動機部は、前記固定部側コントローラからのトル
ク指令を電流指令として電動機を駆動する請求項37に記
載の電動機の無接触給電制御方法。
【請求項３９】固定部側コントローラは、検出手段の検
出内容が示す電動機の位置および速度と上位装置から入
力される指令信号からトルク指令を生成して自律電動機
部へ与え、自律電動機部は、前記固定部側コントローラからのトル
ク指令と前記検出手段の検出内容が示す電動機の位相と
から電流指令を生成して電動機を駆動する請求項37に記
載の電動機の無接触給電制御方法。
【請求項４０】磁気回路を構成する高周波磁性コアの一
部を機械的に開き、これと磁気結合させる２次巻線に当
該磁気回路が鎖交するように、２次巻線を挿入し、この
挿入を確認した後、機械的に開いていた前記コアを閉じ
１次巻線を高周波励磁することによって２次巻線に電圧
が誘導され同巻線に接続された移動体上の負荷に電力を
供給し、そして再び１次巻線の高周波励磁を止めてから
機械的に前記コアを開いて２次巻線を取出すことを特徴
とする無接触給電方法。
【請求項４１】磁気回路を構成する高周波磁性コアの一
部を機械的に開く機構を設け、該磁気回路が鎖交するよ
うに移動する２次巻線を有することを特徴とする無接触
給電装置。
【請求項４２】請求項41記載の無接触給電装置の２次巻
線を備える受電側移動体が自律動作機能を有するワーク
パレットであることを特徴とする無接触給電装置。