JP2012104109A - 回転部品からデータを送信するためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転部品からデータを送信するためのシステム及び方法を提供する。
【解決手段】データスリップリングが、回転部品１３上に配置されかつその各々が回転部品１３の少なくとも１つの特性を検出すると共に特性を反映した信号２４を送信するセンサ１２と連通しており、またセンサ１２及びデータスリップリング間に配置された信号処理回路１４が、センサ１２からの信号２４の各々をデジタル信号に変換する。信号処理回路１４は次に、複数タイプのセンサ１２からの複数のデジタル化信号をデータスリップリングを通して送信するための交互データフォーマットの単一ストリームとして多重化することができる。このようにして、単一のデータスリップリングを通して送信された単一のデータストリームは、複数の位置における複数のセンサ１２からの情報を含むことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、総括的には回転部品からデータを送信するためのシステム及び方法に関係する。具体的な実施形態では、本システム及び方法は、回転部品上のセンサに電力を供給することができる。

多くの機械が、回転部品を含む。例えば、風力タービン、ガスタービン、蒸気タービン、ポンプ、ファン、発電機、モータ及びその他の形式の業務用設備は多くの場合に、シャフト、ブレード及びその他の回転部品を含む。回転部品の作動を制御し、監視しかつ／又は強化するために、該回転部品上に１以上のセンサを据付けて該回転部品の様々な特性を測定することが、当技術分野では知られている。例えば、回転部品の温度、速度、応力、歪み、振動及び／又はその他の特性を測定するセンサは、異常の早期検出、修理又は保守整備予定に対する調整、並びに／或いは作動を強化するためのその他の措置を可能にすることができる。

当技術分野では、更なる分析を行なうためにセンサデータを回転部品から固定部品に送信する様々なスリップリング及び遠隔測定システムが、知られている。例えば、スリップリングシステムでは、アナログセンサデータは、スリップリングを通して固定データ収集回路に送信することができる。しかしながら、各スリップリングを通して転送することができるアナログデータのボリュームは、各回転部品上に存在させることができる多数のセンサと比較して相対的に制限される。一方、遠隔測定システムは、回転部品上に配置されかつセンサデータを圧縮データストリームとしてパッケージ化する回路を含むことができる。回転部品上に配置された送信機は次に、圧縮データストリームを回転部品から近くの固定ループアンテナに送信することができる。このようにして、遠隔測定システム内における各送信機は、スリップリングを通して送信することができるよりも大量のセンサデータを送信することができる。

遠隔測定システムにより一般的に、従来型のスリップリングシステムに比較して大きなデータ送信能力が得られるが、遠隔測定システムもまた、その限界を有している。個々の送信機は一般的に、各タイプのセンサを必要とし、また送信機及びループアンテナ部品は一般的に、スリップリングシステムで使用する部品よりも高価である。ループアンテナを通してセンサに供給することができる電力の量は、該ループアンテナ及び送信機間の誘導結合と関連する固有の問題により幾分制限される。加えて、信頼性がある通信を保証するためには、ループアンテナ及び送信機間に特定の幾何学形状が必要である。回転部品に固有に存在する振動、電磁障害及び他の作用により、特定の幾何学形状が阻害されかつ送信機及びループアンテナ間でデータの脱落が生じる。

米国特許第７０７９６１９号明細書

その結果、回転部品からデータを転送するためのシステム及び方法における継続的改良が有用であると言える。

本発明の態様及び利点は、次の説明において以下に記載しており、或いはそれら説明から自明なものとして理解することができ、或いは本発明の実施により学ぶことができる。

本発明の１つの実施形態は、回転部品からデータを送信するためのシステムである。本システムは、回転部品上に配置されかつその各々が回転部品の少なくとも１つの特性を検出すると共に該特性を反映した信号を送信する複数のセンサを含む。複数のデータスリップリングが、複数のセンサと連通しており、また複数のセンサ及び複数のデータスリップリング間に配置された信号処理回路が、該複数のセンサからの信号の各々をデジタル信号に変換する。

本発明の別の実施形態は、回転部品からデータを送信するためのシステムである。本システムは、回転部品上に配置されかつ該回転部品の複数の特性を検出すると共に該複数の特性を反映した複数の信号を送信する複数のセンサを含む。複数のデータスリップリングが、複数のセンサと連通しており、また複数のセンサ及び複数のデータスリップリング間に配置された信号処理回路が、複数の信号を複数のデジタル信号に変換する。

本発明はまた、回転部品からデータを送信する方法を含む。本方法は、複数のセンサを使用して回転部品の特性を検知するステップと、複数のセンサの各々により回転部品の特性を反映した信号を発生させるステップとを含む。本方法はさらに、信号の各々をデジタル信号に変換するステップと、デジタル信号の各々を回転部品から複数のデータスリップリングを通して転送するステップとを含む。

本明細書を精査することにより、当業者には、そのような実施形態の特徴及び態様並びにその他がより良好に理解されるであろう。

添付図面の図を参照することを含む本明細書の以下の残り部分において、当業者に対する本発明の最良の形態を含む本発明の完全かつ有効な開示をより具体的に説明する。

本発明の１つの実施形態によるシステムの一部分の斜視図。 図１に示したシステムの別の部分の斜視図。

次に、その１以上の実施例を添付図面に示している本発明の現時点での実施形態を詳細に説明する。詳細な説明では、図面中の特徴要素を示すために参照符号及び文字表示を使用している。本発明の同様な又は類似した部品を示すために、図面及び説明において同様な又は類似した表示を使用している。

各実施例は、本発明の限定ではなくて本発明の説明として示している。実際には、本発明においてその技術的範囲及び技術思想から逸脱せずに修正及び変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。例えば、１つの実施形態の一部として例示し又は説明した特徴要素は、別の実施形態で使用してさらに別の実施形態を生成することができる。従って、本発明は、そのような修正及び変更を特許請求の範囲及びその均等物の技術的範囲内に属するものとして保護することを意図している。

本発明の実施形態は、回転部品からデータを送信するためのシステム及び方法を提供する。本システム及び方法は、複数のセンサからスリップリングを通してデータ収集回路への複数のデータ信号をデジタル化し、多重化しかつ／又は流すための１以上の調整回路を用いる。調整回路は、実質的に回転部品の特性を測定するように選択されたあらゆるセンサからデータ信号を受信するようにプログラミングすることができる。特定の実施形態はさらに、センサの相互接続、置換、交換又は互換性を可能にする回路基板コネクタを含むことができる。データ収集回路は、回転部品から遠隔して設置して、該回転部品の試験、制御運転、補修及び／又は保守整備における次の使用のためにデータ信号をさらに処理し、記録しかつ分析することができる。加えて、スリップリングは、センサに電力を供給するための都合のよいかつ信頼性がある方法を提供することができる。

図１及び図２は、本発明の１つの実施形態によるシステム１０の簡略斜視図を示している。本システム１０は一般的に、複数のセンサ１２、１以上の信号処理回路１４、並びに複数のデータスリップリング１６を含む。特定の実施形態はさらに、回路基板コネクタ１８、データ収集回路２０、及び複数の電力スリップリング２２を含むことができる。

センサ１２は、回転部品１３上に設置されかつ該回転部品１３についての１以上の特性を監視する。回転部品１３は実質的に、回転する又は往復動するあらゆるもの含むことができる。例えば、回転部品１３は、回転するか又は往復するロータ、シャフト、インペラ、圧縮機ブレード、タービンブレード或いはあらゆるその他の部品とすることができる。センサ１２には、圧縮機ブレード、タービンブレード又はその他の回転部品による振動或いは運動を反映した１以上の信号２４を発生させる圧力検出器、歪みゲージ或いは加速度計を含むことができる。このようにして、センサ１２によって検出された特性は、所望の通りブレード又は回転部品における振動を最少化させる又は増加させる最適な流れ或いはやや最適な流れを求めるために使用することができる。他の実施形態では、センサ１２は、様々な回転部品の温度を反映した１以上の信号２４を発生させる熱電対或いは抵抗温度検出器を含むことができる。このようにして、センサ１２によって検出された特性は、効率を高め、異常を検出し、かつ／又は回転部品１３の作動を監視するために使用することができる。本発明の実施形態は、特許請求の範囲に特に記載していない限りあらゆる特定のセンサに限定されるものではないことが、当業者には容易に解るであろう。

信号処理回路１４は一般的に、センサ１２及びデータスリップリング１６間に設置される。特定の実施形態は、各タイプ（例えば、歪みゲージ、熱電対など）のセンサのための個々の信号処理回路を含むことができる。信号処理回路１４は、センサ１２が発生させた信号２４を受信しかつデータスリップリング１６を通して送信を行なうために信号２４を処理するか又はフォーマットする。例えば、信号処理回路１４は、センサ１２から複数のアナログ信号２４を受信しかつ該アナログ信号２４をデジタル信号、二進信号又はその他のベースシステムフォーマット信号に変換することができる。信号処理回路１４はさらに、複数のデジタル化信号をデジタルデータの単一ストリームとして多重化することができる。例えば、信号処理装置は、熱電対信号２４を０〜２．３ボルトのデジタル値に、また歪みゲージ信号２４を２．６〜５ボルトのデジタル値に変換することができる。信号処理回路１４は次に、複数タイプのセンサ１２からの複数のデジタル化信号をデータスリップリング１６を通して送信するための交互データフォーマットの単一ストリームとして多重化することができる。このようにして、単一のデータスリップリングを通して送信された単一のデータストリームは、複数の位置における複数のセンサ１２からの情報を含むことができる。

信号処理回路１４はさらに、各特定のセンサ１２のサンプル量を決定するようにプログラミングすることができる。例えば、温度は一般的に、圧力又は振動に比較して相対的に緩やかに変化する特性である。その結果、信号処理回路１４は、圧力センサ１２からの信号２４のサンプル量よりも非常に緩やかな頻度で温度センサ１２からの信号２４をサンプルするようにプログラミングすることができる。加えて、回転部品１３の特定の領域におけるセンサ１２は、異なるサンプル量を必要とする可能性がある。例えば、より短い圧縮機又はタービンブレードは、より長い圧縮機又はタービンブレードよりも大幅により高い周波数で振動する。従って、信号処理回路１４は、長い圧縮機又はタービンブレードに取り付けられたものよりも多い頻度で短い圧縮機又はタービンブレードに取り付けられた圧力センサ１２からの信号２４をサンプルするようにプログラミングすることができる。

本明細書に説明するように、信号処理回路１４には、あらゆる好適な方法で用いて所望の機能性を得る配線ロジック、プロセッサ、マイクロプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ又はその他の埋込み式回路を含むことができる。例えば、１以上のプロセッサは、制御ソフトウェアにより使用者が送信した命令に応答させることによって、記載の機能を行なうようにすることができる。しかしながら、本明細書に開示した信号処理回路１４は、あらゆる特定のハードウェア又はソフトウェアアーキテクチャ或いは構成に限定されるものではなく、また使用される各タイプのセンサ１２に対して異なる信号処理回路１４を用いることができる。例えば、付加的な詳細な説明を必要としないで当業者には解るように、本明細書に記載しかつ開示した幾つかのシステム又は方法はまた、それに限定されないが特定用途向け回路を含む配線ロジック又はその他の回路によって実施することができる。言うまでもなく、コンピュータ実行ソフトウェア並びに実配線ロジック又はその他の回路もまた、同様に好適なものとすることができる。

図１及び図２に示すように、信号処理回路１４及び複数のデータスリップリング１６間に配置された回路基板コネクタ１８は、信号処理回路１４と共同して、データストリームを編制しかつ該データストリームを特定のデータスリップリング１６に導くことができる。例えば、図１に示すように、信号処理回路１４は、複数のデータストリーム２８を発生させ、また各データストリーム２８は次に、複数のセンサ１２からの情報を含むことができる。各データストリーム２８は、回路基板コネクタ１８の第１の側面３０に接続され、また単にワイヤハーネスとすることができる回路基板コネクタ１８内の内部配線は、入力データストリーム２８を回路基板コネクタ１８の第２の側面３２に向けて送り直しかつ編制する。図２に示すように、回路基板コネクタ１８の第２の側面３２は、ワイヤを集合させるか又は分離させて、該ワイヤを特定のデータスリップリング１６に接続するのを可能にするピグテール、バンドル３４又はその他の構造体を含むことができる。例えば、所望に応じて、回路基板コネクタ１８は、センサ１２のタイプ、回転部品１３上における位置、又はオペレータが選択したあらゆるその他のディスクリミネータにより、データストリーム２８を編制することができる。

データスリップリング１６は、回転部品１３からデータを送信するための手段を提供する。各データスリップリング１６は、回転部品１３と共に回転する導電性サークル又はバンドを含む。センサ１２及びデータスリップリング１４間の電気的接続により、データをセンサ１２からデータスリップリング１６を通して連続的に通信することができる。データスリップリング１６と接触した固定ブラシ又はワイヤが、データを回転部品１３から離れるように送信するのできる回路を完成させる。データ量の転送は、各スリップリング１６を複数の導電性セグメントに分割することによって倍数単位で増加させることができることは当業者には自明であろう。例えば、４つの独立したデータストリーム２８は、４つの導電性セグメントを有するデータスリップリング１６を通して送信することができ、８つの独立したデータストリーム２８は、８つの導電性セグメントを有するデータスリップリング１６を通して送信することができ、その他の場合も同様である。付加的な電力スリップリング２２は、回転部品１３内に電力を供給するか又は伝達するために使用することができる。このようにして、電力スリップリング２２は、電力を信号処理回路１４を通してセンサ１２に供給するために使用することができる。ブラシ並びにデータ及び電力スリップリング１６、２２間の電気的接続により、ノイズ、幾何学形状における変化、並びに遠隔測定システムの信頼性及び電力伝達を制限するその他の要因に対して大幅により信頼性がありかつより影響を受けないものとなることは当業者には自明であろう。

図２に示すように、データ収集回路２０は、複数のデータ及び電力スリップリング１６、２２に接続されて、信号処理回路１４からデータストリーム２８を受信する。データ収集回路２０は一般的に、デマルチプレクサ又はデコーダとして機能して、信号処理回路１４で発生されたデータストリーム２８から個々のセンサ信号２４を取出す。データ収集回路２０は、回転部品上に設置されないので、データ収集回路２０は、回転部品１３から遠隔した固定部品上に容易に設置することができる。

図１及び図２に関して説明しかつ図示したシステム１０により、回転部品からデータを送信するための方法を得ることができることは当業者には自明であろう。本方法は一般的に、複数のセンサ１２を使用して回転部品の特性を検知するステップと、複数のセンサ１２の各々により回転部品の特性を反映した信号２４を発生させるステップとを含む。本方法はさらに、信号２４の各々をデジタル信号に変換するステップと、デジタル信号の各々を回転部品から複数のデータスリップリング１６を通して転送するステップとを含む。特定の実施形態では、本方法はさらに、複数のセンサ１２を使用して回転部品の複数の特性を検知するステップと、特性を反映した複数の信号２４を発生させるステップとを含むことができる。加えて、信号処理回路１４は、特性を反映した複数の信号２４を多重化することができる。従って、複数の信号２４は、回転部品から遠隔したデータ収集回路２０にデータスリップリング１６を通して転送することができる。

本明細書は最良の形態を含む実施例を使用して、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、特許請求の範囲により定めており、また当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。そのようなその他の実施例は、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含む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。

１０ システム
１２ センサ
１３ 回転部品
１４ 信号処理回路
１６ データスリップリング
１８ 回路基板コネクタ
２０ データ収集回路
２２ 電力スリップリング
２４ 信号
２８ データストリーム
３２ 第２の側面
３４ バンドル

Claims (13)

1. 回転部品（１３）からデータを送信するためのシステム（１０）であって、
   ａ．前記回転部品（１３）上に配置されかつその各々が該回転部品（１３）の少なくとも１つの特性を検出すると共に該特性を反映した信号（２４）を送信する複数のセンサ（１２）と、
   ｂ．前記複数のセンサ（１２）と連通した複数のデータスリップリング（１６）と、
   ｃ．前記複数のセンサ（１２）及び複数のデータスリップリング（１６）間に配置されかつ前記複数のセンサ（１２）からの前記信号（２４）の各々をデジタル信号に変換する信号処理回路（１４）と
   を備えるシステム（１０）。
2. 前記複数のセンサ（１２）が、熱電対、歪みゲージ、抵抗温度検出器、圧力ゲージ又は加速度計、並びにそれらの組合せの少なくとも１つを含む、請求項１記載のシステム（１０）。
3. 前記複数のセンサ（１２）が、前記回転部品（１３）の複数の特性を検出すると共に該特性を反映した複数の信号（２４）を送信する、請求項１又は請求項２記載のシステム（１０）。
4. 前記信号処理回路（１４）が、前記複数のセンサ（１２）からの前記信号（２４）の各々を多重化する、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のシステム（１０）。
5. 前記信号処理回路（１４）及び複数のデータスリップリング（１６）間に回路基板コネクタ（１８）をさらに含む、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のシステム（１０）。
6. 前記複数のデータスリップリング（１６）と連通したデータ収集回路（２０）をさらに含み、前記データ収集回路（２０）が、前記デジタル信号（２４）を受信する、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のシステム（１０）。
7. 前記データ収集回路（２０）が、前記回転部品（１３）から遠隔している、請求項６記載のシステム（１０）。
8. 前記複数のセンサ（１２）と連通した複数の電力スリップリング（２２）をさらに含み、前記複数の電力スリップリング（２２）が、前記複数のセンサ（１２）に電力を供給する、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載のシステム（１０）。
9. 回転部品（１３）からデータを送信する方法であって、
   ａ．複数のセンサ（１２）を使用して前記回転部品（１３）の特性を検知するステップと、
   ｂ．前記複数のセンサ（１２）の各々により前記回転部品（１３）の特性を反映した信号（２４）を発生させるステップと、
   ｃ．前記信号（２４）の各々をデジタル信号に変換するステップと、
   ｄ．前記デジタル信号の各々を前記回転部品（１３）から複数のデータスリップリング（１６）を通して転送するステップと
   を含む方法。
10. 前記複数のセンサ（１２）を使用して前記回転部品（１３）の複数の特性を検知するステップと、
    前記特性を反映した複数の信号（２４）を発生させるステップと
    をさらに含む、請求項９記載の方法。
11. 前記特性を反映した前記複数の信号（２４）を多重化するステップをさらに含む、請求項１０記載の方法。
12. 前記複数のデータスリップリング（１６）と連通しておりかつ前記回転部品（１３）から遠隔したデータ収集回路（２０）に前記デジタル信号の各々を転送するステップをさらに含む、請求項９乃至請求項１１のいずれか１項記載の方法。
13. 複数の電力スリップリング（２２）を通して前記複数のセンサ（１２）に電力を伝達するステップをさらに含む、請求項９乃至請求項１２のいずれか１項記載の方法。