JP2011142626A - 平行移動式テレメトリ固定アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の一部の実施形態は、平行移動式テレメトリ固定アンテナ（２１２）を構成するシステム及び方法を含むことができる。本発明の実例としての実施形態によると、固定アンテナ（２１２）を対応するロータアンテナ（２１８）と自動的に整列させる方法を提供する。ロータ（２２２）に関連するロータアンテナ（２１８）に対して固定アンテナ（２１２）を取付ける方法を提供する。
【解決手段】本方法は、支持フレーム（２０２）の内周部に固定アンテナ（２１２）を取付けるステップと、支持フレーム（２０２）に複数のラジアル空気軸受（２１０）を取付けて、ロータアンテナ（２１８）に対する固定アンテナ（２１２）の半径方向整列を維持するステップと、支持フレーム（２０２）に複数のアキシァル空気軸受（２０８）を取付けて、ロータアンテナ（２１８）に対する固定アンテナ（２１２）の軸方向整列を維持するステップとを含む。
【選択図】 図２

Description

本発明は、総括的には回転構成要素に関連するアンテナに関し、より具体的には、平行移動式テレメトリ固定アンテナに関する。

モータ、発電機及びタービンを含む多くの機械では、回転シャフト及びロータを使用して、機械の内部又は外部の構成要素間で運動エネルギーを効率的に伝達している。一般的に、機械に関連するロータは、軸線の周りで固定基準フレームに対して回転する。幾つかのケース、特に電気モータ及び発電機では、機械の固定部分と該機械の回転部分との間で、電気的接続を構成しなければならない。例えば、直流電気モータ及び発電機は、ブラシを使用して、ロータ上の電気巻線に対して固定電流源又はシンクを接続しかつ整流する。

ロータに対する接続を確立するために、またスリップリングも使用される。スリップリングは、ロータ上に取付けられるが該ロータ及び他のスリップリングから電気絶縁された導電性サークル又はバンドで構成される。ロータ上の構成要素からの電気接続は、スリップリングに接続することができ、また該リングに対して固定接点又はブラシを摩擦接触させて、機械の固定部分に対してかつ該固定部分から電力又は電気信号を伝達することができる。

しかしながら、一部の機械では、スリップリング、ブラシ及び機械的接点が摩滅する可能性があり、それらは、耐久性及び信頼性の観点で実施可能でないものとなるおそれがある。さらに、スリップリングに対する摩擦接触機械的接点は、実際には信号を品質低下させまた望ましくないノイズを生じさせかつ／又は信号帯域幅における限界値をもたらして、機械の回転及び固定部分間における通信が損なわれるようになるおそれがある。

そのような限界を克服するために、機械の回転及び固定部分間に非接触電気通信（テレメトリ）を構成する回転アンテナシステムが、これ迄提案されてきた。回転アンテナシステムは一般的に、一方が機械の回転部分に取付けられまた他方が該機械の固定部分に取付けられた一対の円形「フープ」形状のかつ同心配列のアンテナで構成される。

回転アンテナ及び固定アンテナは一般的に、それらアンテナ間に好適な結合をもたらすような最小空気ギャップ分離を備えた状態で軸方向及び半径方向の両方向に注意深く整列させなければならない。従って、機械の固定部分に対して固定アンテナを取付けるために、一般的に重量がありかつ複雑な支持構造体が使用される。回転アンテナに対して固定アンテナを手動で整列することは、多くの場合、該固定アンテナの多数の寸法調整を必要とする時間が掛りかつ面倒な仕事である。さらに、ロータが固定フレームに対して平行移動した（膨張、収縮又はその他の要因により）場合に、アンテナは、作動時に不整列となる可能性がありまたアンテナ間の通信及び／又は誘導電力伝達が中断されるおそれがある。

特開昭５７−１５４５１６号公報

従って、平行移動式テレメトリ固定アンテナのためのシステム及び方法の改善に対する必要性が依然として存在する。

上記の必要性の幾つか又は全ては、本発明の一部の実施形態によって対処することができる。本発明の一部の実施形態は、平行移動式テレメトリ固定アンテナのためのシステム及び方法を含むことができる。

本発明の例示的な実施形態によると、回転構成要素に関連するロータアンテナに対して固定アンテナを取付ける方法を提供する。本方法は、支持フレームの内周部に固定アンテナを取付けるステップと、支持フレームに複数のラジアル空気軸受を取付けて、ロータアンテナに対する固定アンテナの半径方向整列を維持するステップと、支持フレームに複数のアキシァル空気軸受を取付けて、ロータアンテナに対する固定アンテナの軸方向整列を維持するステップとを含む。

別の例示的な実施形態によると、回転構成要素に取付けられたロータアンテナ及び固定アンテナ間で通信する方法を提供する。本方法は、支持フレームの内周部の少なくとも一部分に固定アンテナを取付けて、ロータアンテナに対する該固定アンテナの半径方向整列及び軸方向整列が複数の空気軸受によって維持されるステップを含む。本方法はまた、固定アンテナ及びロータアンテナ間で信号を伝達するステップを含む。

さらに別の例示的な実施形態によると、ロータアンテナと通信する装置を提供する。本装置は、支持フレームと該支持フレームに取付けられた固定アンテナとを含む。固定アンテナは、複数の空気軸受によってロータアンテナに対して軸方向整列及び半径方向整列状態に維持され、また固定アンテナは、ロータアンテナと通信するように作動可能である。

本明細書では、本発明のその他の実施形態及び態様を詳細に説明しており、かつそれらは、本特許請求発明の一部であると考えている。その他の実施形態及び態様は、以下の詳細な説明、添付の図面、及び特許請求の範囲を参照して理解することができる。

次に、添付の図表及び図面を参照することにするが、これら図面は、必ずしも縮尺通りには描いていない。

機械の固定部分に結合された固定アンテナのための支持マウントを備えた従来型のロータの斜視図。 本発明の例示的な実施形態による、実例としての平行移動式テレメトリ固定アンテナの斜視図。 本発明の例示的な実施形態による、実例としてのロータ噛合い表面及び関連する空気軸受の側面斜視図。 本発明の例示的な実施形態による例示的な方法のフロー図。 本発明の別の例示的な実施形態による例示的な方法のフロー図。

その中に本発明の実施形態を示している添付図面を参照して、以下に本発明の実施形態をより完全に説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化することができ、また本明細書に記載した実施形態に限定されるものとして解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態は、この開示がより詳細かつ完全なものとなりまた当業者に本発明の技術的範囲を十分に伝えるものとなるために提示している。本開示の全体にわたって使用している「例示的な」と言う用語は、「実例」を意味していることを明確に示している。

本発明の一部の実施形態は、回転及び固定アンテナ間での通信を可能にすることができる。本発明の一部の例示的な実施形態によると、固定アンテナは、ロータに取付けられた対応する回転アンテナに対する軸方向及び半径方向自動整列を維持することができる。

本発明の例示的な実施形態によると、様々な空気軸受及び浮動支持システムを使用して、回転アンテナに対する固定アンテナの整列を維持することができる。固定アンテナを取付けるための従来型のシステム及び方法を示している図１を除いて、添付の図を参照して、例示的なシステム及び方法について説明する。

図１は、本発明との比較の目的で従来型の固定アンテナ取付けシステム１００を示している。システム１００は、タイロッド１０４に取付けられた固定アンテナ支持体１０６を含む。タイロッド１０４はさらに、タイロッド１０４に連結された固定フレームマウント１０８を介して機械の固定部分（図示せず）に取付けられる。固定アンテナは、固定アンテナ支持体１０６に取付けられ、また回転アンテナは、ロータ１０２に取付けられる。システム１００は、高価であり、重量がありかつ複雑な取付け整列構成要素を必要とし、また機械の作動時にロータが回転軸線１１０に沿って平行移動した時及びロータが回転軸線１１０に対して垂直に横滑りした時に回転アンテナに対する固定アンテナの動的な軸方向及び／又は半径方向整列を維持する装置が設けられていない。

これと対照的に、図２は、本発明の例示的な実施形態による、平行移動式テレメトリ固定アンテナシステム２００の斜視図を示している。本発明の例示的な実施形態によると、空気軸受２０８、２１０を使用して、固定アンテナ２１２をロータアンテナ２１８と動的に整列させることができる。例示的な実施形態によると、アキシャル軸受２０８及びラジアル軸受２１０は、支持フレーム２０２に対して取付けることができる。本発明の例示的な実施形態によると、支持フレーム２０２は、上半分フレーム２０４及び下半分フレーム２０６を含んで、組立てるのを可能にしかつロータ２２２の円周部の周りで該支持フレーム２０２及び関連する構成要素を囲むことができる。

本発明の例示的な実施形態によると、固定アンテナ２１２は、上半分固定アンテナセクション２１４及び下半分固定アンテナセクション２１６を含むことができる。本発明の例示的な実施形態によると、固定アンテナ２１２は、支持フレーム２０２に取付けられ、また結合した組立体２０２、２１２は、空気軸受２０８、２１０を介してロータアンテナ２１８に対する固定アンテナ２１２の軸方向及び半径方向整列をもたらすことができる。例えば、支持フレーム２０２は、該支持フレーム２０２の内周部の周りに等距離に配置しかつ取付けた状態で３つ又はそれ以上のラジアル軸受２１０を収容することができる。ラジアル軸受２１０は、ロータ２２２の噛合い表面と半径方向に接触することができかつロータアンテナ２１８に対する固定アンテナ２１２の半径方向整列を可能にすることができる。ラジアル軸受２１０を通して空気を強制的に流した時に、ロータ２２２及びロータアンテナ２１８は、結合した支持フレーム２０２及び固定アンテナ２１２に対して回転軸線２２４の周りで自由に回転することができると同時に、ロータアンテナ２１８に対する固定アンテナ２１２の軸方向整列は、維持することができる。

本発明の例示的な実施形態によると、平行移動式テレメトリ固定アンテナシステム２００を使用して、回転アンテナ及び固定アンテナ２１２間で信号を通信することができる。例えば、ロータ２２２に対して変換器、センサ、歪みゲージ、加速度計、回転速度計などを含む様々な測定及び／又は制御装置を取付けて、機械に関連する様々なパラメータを測定することができる。測定及び／又は制御装置は、ロータ２２２に取付けることができ、またそれらの出力ポートは、固定アンテナ２１２と通信状態になったロータアンテナ２１８に接続することができる。この例示的な構成では、平行移動式テレメトリ固定アンテナシステム２００は、固定アンテナ２１２からの電力をロータアンテナ２１８に結合して、ロータ２２２に取付けた測定及び／又は制御装置に電力供給する送電装置として作用することができる。また、結合した又は分離した平行移動式テレメトリ固定アンテナシステム２００を使用して、ロータ２２２に取付けた測定及び／又は制御装置からロータアンテナ２１８を介して、固定アンテナ２１２と通信状態になった固定受信機に信号を送信することができる。例えば、一実施形態では、固定アンテナ２１２は、対応する専用（電力）ロータアンテナ２１８に電力を送電するように作動可能である１つのアンテナ要素を含むことができ、かつその同一の固定アンテナ２１２はまた、対応する専用（信号）ロータアンテナ２１８から信号を受信するように作動可能である別のアンテナ要素を含むことができる。別の実施形態では、電力及び信号アンテナは、統合することができる。

本発明の他の例示的な実施形態によると、空気軸受配置及び形状の様々な組合せ並びに構成を使用して、平行移動式テレメトリ固定アンテナシステム２００のコスト、重量及び複雑さを低減することができる。例えば、図３は、実例としての複合式半径方向及び軸方向整列システム３００を示している。この例示的な実施形態では、ラジアル軸受２１０及びアキシャル軸受２０８の機能は、ロータ２２２の円周部の周りに突出噛合い表面３０２を形成することによって組合せる（複合する）ことができる。突出噛合い表面３０２に逆向きで適合した１つ又はそれ以上の対応する空気軸受３０４は、半径方向及び軸方向の両方向においてロータアンテナ２１８に対して固定アンテナ２１２を整列させる働きをすることができる。別の実施形態では、複合式半径方向及び軸方向整列システム３００は、突出噛合い表面３０２の代わりにロータ２２２の円周部の周りに陥凹噛合い表面（図示せず）を形成することによって完成させることができる。この例示的な実施形態では、対応する空気軸受３０４は、陥凹噛合い表面と適合して半径方向及び軸方向の両方向においてロータアンテナ２１８に対して固定アンテナ２１２を整列させる適合突出表面（図示せず）を有することができる。本発明の例示的な実施形態では、噛合い表面輪郭及び対応する空気軸受輪郭は、以下の輪郭すなわちＶ−輪郭、Ｕ−輪郭、Ｗ−輪郭、或いは半径方向及び軸方向整列をもたらすあらゆる輪郭の組合せのいずれかを含むことができる。

次に図４のフロー図を参照して、平行移動式テレメトリ固定アンテナシステム２００を取付ける例示的な方法４００を説明する。ブロック４０２において、また本発明の例示的な実施形態によると、固定アンテナは、支持フレームの内周部に取付けることができる。図２に示しまた上記したように、固定アンテナ及び支持フレームの両方は、別個の部品として組立てることができる。例えば、固定アンテナは、上半分固定アンテナセクション２１４及び下半分固定アンテナセクション２１６を含むことができる。同様に、支持フレームは、上半分フレーム２０４及び下半分フレーム２０６を含むことができる。ブロック４０４において、また例示的な実施形態によると、複数のラジアル空気軸受２１０は、支持フレームに取付けて、ロータアンテナ２１８に対する固定アンテナ２１２の半径方向整列を維持することができる。ブロック４０６において、また例示的な実施形態によると、複数のアキシャル空気軸受２０８は、支持フレーム２０２に取付けて、ロータアンテナ２１８に対する固定アンテナ２１２の軸方向整列を維持することができる。方法４００は、ブロック４０８において終了する。

次に図５のフロー図を参照して、平行移動式テレメトリ固定アンテナシステム２００を使用して、固定構成要素及び回転構成要素間で通信する例示的な方法５００を説明する。ブロック５０２において、また本発明の例示的な実施形態によると、固定アンテナ２１２は、支持フレーム２０２の内周部の少なくとも一部分に取付けて、複数の空気軸受によってロータアンテナ２１８に対する該固定アンテナ２１２の半径方向整列及び軸方向整列が維持されることができる。ブロック５０４において、固定アンテナ２１２及びロータアンテナ２１８間で信号を伝達することができる。方法５００は、ブロック５０６において終了する。

従って、本発明の例示的な実施形態は、信号エネルギー（電力を含む）を与えて、一方のアンテナを固定とすることができかつ他方のアンテナを回転構成要素に取付けることができる一対の非接触アンテナ間で結合させる特定のシステム及び方法を形成するという技術的効果を提供することができる。本発明の例示的な実施形態は、テレメトリシステムに関連する重量、コスト及び／又は複雑さを低減するシステム及び方法を構成するという更なる技術的効果を提供することができる。さらに、本発明の例示的な実施形態は、ロータ２２２が関連する機械の固定部分に対して平行移動した時に固定アンテナ２１２及びロータアンテナ２１８間の軸方向及び半径方向整列を維持するという技術的効果を提供することができる。本発明の例示的な実施形態はまた、固定アンテナ２１２をロータアンテナ２１８から電気絶縁し、それによってセンサ及びデータ収集システム間の接地径路を排除することによりデータ収集信号品質を向上させるシステム及び方法を構成するという更なる技術的効果を提供することができる。

所望に応じて、本発明の実施形態は、図２及び図３に示した構成要素よりも多い又は少ない構成要素を備えた平行移動式テレメトリ固定アンテナシステム２００を含むことができる。

以上、本発明の例示的な実施形態によるシステム、方法及び／又は装置のブロック図並びにフロー図を参照して、本発明を説明している。ブロック図及びフロー図の幾つかのブロックは、提示した順序で実行することが必ずしも必要でないものとすることができ、或いは本発明の幾つかの実施形態によると全てを実行することが必ずしも必要でないものとすることができる。

現時点で最も実用的かつ様々な実施形態であると考えられるものに関して本発明を説明してきたが、本発明は開示した実施形態に限定されるべきものではなく、逆に、特許請求の範囲の技術的範囲内に含まれる様々な変更及び均等な構成を保護しようとするものであることを理解されたい。本明細書では特定の用語を使用しているが、それらの用語は、一般的かつ説明的な意味でのみ使用しており、限定を目的とするものではない。

本明細書は最良の形態を含む実例を使用して、本発明を開示し、また当業者が、あらゆる装置又はシステムを製作しかつ使用しまたあらゆる組込み方法を実行することを含む本発明の実施を行なうことを可能にもする。本発明の特許性がある技術的範囲は、特許請求の範囲に定めており、また当業者が想到するその他の実例を含むことができる。そのようなその他の実例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を有するか又はそれらが特許請求の範囲の文言と本質的でない相違を有する均等な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲の技術的範囲内に属することになることを意図している。

１００ 従来技術の固定アンテナ取付けシステム
１０２ ロータ
１０４ タイロッド
１０６ 固定アンテナ支持体
１０８ 固定フレームマウント
１１０ 回転軸線
２００ 平行移動式テレメトリ固定アンテナシステム
２０２ 支持フレーム
２０４ 上半分フレーム
２０６ 下半分フレーム
２０８ アキシァル空気軸受
２１０ ラジアル空気軸受
２１２ 固定アンテナ
２１４ 上半分固定アンテナセクション
２１６ 下半分固定アンテナセクション
２１８ ロータアンテナ
２２０ アキシァル軸受フランジ
２２２ ロータ
２２４ 回転軸線
３００ 複合式半径方向及び軸方向整列システム
３０２ 突出噛合い表面
３０４ 突出噛合い表面に適合した対応する空気軸受

Claims (10)

1. ロータ（２２２）に関連するロータアンテナ（２１８）に対して固定アンテナ（２１２）を取付ける方法であって、
   支持フレーム（２０２）の内周部に前記固定アンテナ（２１２）を取付けるステップと、
   前記支持フレーム（２０２）に複数のラジアル空気軸受（２１０）を取付けて、前記ロータアンテナ（２１８）に対する前記固定アンテナ（２１２）の半径方向整列を維持するステップと、
   前記支持フレーム（２０２）に複数のアキシァル空気軸受（２０８）を取付けて、前記ロータアンテナ（２１８）に対する前記固定アンテナ（２１２）の軸方向整列を維持するステップと
   を含む方法。
2. 前記支持フレーム（２０２）が、前記ロータに隣接して該支持フレーム（２０２）を同軸に取付けるための複数のフレームセクションを含む、請求項１記載の方法。
3. 前記固定アンテナ（２１２）が、前記ロータアンテナ（２１８）に隣接して該固定アンテナ（２１２）を同軸に取付けるための複数のアンテナセクションを含む、請求項１記載の方法。
4. 前記ロータ（２２２）が、前記ロータアンテナ（２１８）との前記固定アンテナ（２１２）の軸方向整列を維持するロータフランジ（２２０）を含む、請求項１記載の方法。
5. 前記支持フレーム（２０２）及び固定アンテナ（２１２）が、ロータフランジ（２２０）との連動結合により前記ロータ（２２２）と共に軸方向に平行移動するように作動可能である、請求項１記載の方法。
6. 前記固定アンテナ（２１２）が、前記ロータアンテナ（２１８）とは独立して回転するように作動可能である、請求項１記載の方法。
7. ロータ（２２２）に取付けられたロータアンテナ（２１８）及び固定アンテナ（２１２）間で通信する方法であって、
   支持フレーム（２０２）の内周部の少なくとも一部分に前記固定アンテナ（２１２）を取付けて、前記ロータアンテナ（２１８）に対する該固定アンテナ（２１２）の半径方向整列及び軸方向整列が複数の空気軸受（２０８、２１０）によって維持されるステップと、
   前記固定アンテナ（２１２）及びロータアンテナ（２１８）間で信号を伝達するステップと
   を含む方法。
8. 前記信号を伝達するステップが、前記ロータ（２２２）に取付けられた送信機から前記ロータアンテナ（２１８）を介して該信号を送信するステップと、前記固定アンテナ（２１２）と通信状態になった受信機を介して前記送信信号を受信するステップとを含む、請求項７記載の方法。
9. 前記信号を伝達するステップが、前記固定アンテナ（２１２）と通信状態になった送信機から該固定アンテナ（２１２）を介して該信号を送信するステップと、前記ロータ（２２２）に取付けられた受信機を介して前記送信信号を受信するステップとを含む、請求項７記載の方法。
10. 前記支持フレーム（２０２）が、前記ロータに隣接して該支持フレーム（２０２）を同軸に取付けるための複数のフレームセクションを含む、請求項７記載の方法。