JP3802589B2 - 双方向情報伝送及びエネルギー同時伝送装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、例えばステータに対するロータから成る少くとも１つの回転ユニット及びトランスフォーマを備えた系において情報を少くとも２ウェイに、特に、双方向に伝送し、かつエネルギーを同時に伝送する情報伝送及びエネルギー同時伝送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば波動による情報伝送については、摺動リング法、水銀浴法又はテレメータ（Telemetrie）法などの機械的な方法が知られている。
【０００３】
これらの方法には、伝送の質及び量が限定されているという問題が存在する。特に、機械的な系においては、電位の変動によって、摩耗と、不正確な伝送といった問題が生ずる。水銀電池を使用した場合には、これらの問題は、確かに軽減されるが、この場合には、汚損及びカマルガムの形成による水銀浴の経時的な変質によって、保守に要するコストが増大する。
【０００４】
既知の伝送系においての特別の問題は、エネルギーの供給が地電圧及び供給（配電系）電圧に系統として接続されていることである。即ち、自然に生ずる電位の変動によって伝送の質が劣化する。また慣用されるアナログ式の信号伝送によっても擾乱を生ずる。そのため伝送する情報に誤りが生ずる。また高度の摩耗は、全ての機械的な伝送系において保守のコストを増大させる。
【０００５】
これに対し、ドイツ公開特許公報4034578号は機械的な伝送系及び水銀伝送系の欠点がさけられるようにした回転伝送装置を開示している。この伝送装置は、ステータとロータとから成る。ステータは、デジタル制御信号のための界面と、ロータへのエネルギー伝送のための界面と、ロータから入力される信号のための界面とを備えている。ロータは、測定信号の処理、制御信号の処理及び供給電圧の処理作成のための制御ユニットを備えている。ロータの制御ユニットのためのエネルギーは、円筒状コア（Schalenkern）型トランスフォーマを介して伝送され、このトランスフォーマの１次巻線は、ステータ中に配され、従って固定されている。２次巻線はロータ中に配されている。両方の巻線は、ロータ又はその制御ユニットへの誘導性のエネルギー供給が行われるように配されている。
【０００６】
ロータから送出される情報を光学的に伝送するために、ロータの回転軸線上には、ステータとの界面上において、送信ダイオードが配設されており、またこの回転軸線の延長線上において、固定子中に、送信ダイオードに指向された受信ダイオードが配設されている。回転軸線に対する伝送経路の推移ないし経過（Verlauf）のため、ロータのダイオードから送出される信号は擾乱なしに直接に（durchgehend）伝送される。しかしロータは、ステータからロータに伝送される必要のある制御信号を、その制御ユニットのために必要としている。既に占有されている回転軸線に伝送経路が交差するので、別の伝送経路のためには高い構造コストが必要とされる。
【０００７】
前出のドイツ公開特許公報は、ステータからロータに制御情報を伝送するために、ステータ側の周回リングに等間隔に分布された送信ダイオード列を備えた、中心配置の、ロータに固定された受信ダイオードを提案している。
【０００８】
光信号をカバーするために、１回転について必要とされる12個の数の送信ダイオードは、ロータ側の受信ダイオードを囲むステータリングに配設されている。ロータとステータとの間に必要とされる、13個のダイオード（送信側の12個と受信側の１個）を介した情報の伝送には、大きな構造的コストが必要となる。回転軸線上にあって、送信手段と受信手段とによる簡単な直接伝送を可能とする、この情報伝送経路は、ロータの送信手段と、ステータの受信手段とによって、既に占有されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述の装置において、送信ダイオードの数が多いことと、ダイオード担体の製造コストが余分に必要となることに加えて、伝送可能なデータ量は、主として、約２Ｍビット／秒に制限される。これは、クラウン状の送出側ダイオード列と受信ダイオードとの間には、受信ダイオードの回転のため、直接的（durchgehend）な信号経路が存在せず、空間的に振幅変調された信号経路が形成されることによる。
【００１０】
本発明の課題は、機械的伝送、摺動性伝送又は無線による伝送の不利益を除き、２ウェイ、特に両方向の伝送経路について光学的な信号の直接伝送による利益を活用することによって、本質的に増大した量のデータ量の伝送を可能とし、少い製造コストに適合されるようにすると共に、同時にエネルギーの供給を行う、回転系による情報伝送及びエネルギー同時伝送装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の第一の視点によれば、回転部材と、これに対向する別の部材を有する双方向情報伝送及びエネルギー同時伝送装置であって、回転軸線上において両部材に、互に向い合いに配された受信手段と、該回転軸線に関し偏心させて各部材に配された送信手段と、該両部材に配されたトランスフォーマと、を有し、該送信手段をそれぞれ対応する受信手段に指向させ、該トランスフォーマの内部において伝送が生ずるようにし、該トランスフォーマは、該回転軸に配された孔を備える円筒状コアを有し、該受信手段及び該送信手段は該孔内に配されることを特徴とする、双方向情報伝送及びエネルギー同時伝送装置（基本構造１）が提供される。
【００１２】
さらに、本発明の第二の視点によれば、共通の回転軸線の回りに相対回転されるように互いに対向して配された２つの部材を有する双方向情報伝送及びエネルギー同時伝送装置であって、該２つの部材は、３つ以上の受信手段と、３つ以上の送信手段と、トランスフォーマとを有し、回転軸上において、第１の部材には少なくとも１つの（第１）受信手段が配されると共に、第２の部材には少なくとも２つの（第２、第３）受信手段がそれぞれ配され、これらの第１及び第２、第３受信手段は互いに他の部材に配された受信手段と互いに向かい合いに配され、１つの部材に配された複数の該受信手段は、回転軸線方向に互いに距離をあけて配されること、該複数の送信手段は、該回転軸線に関し偏心させて各部材に配されると共に、他の部材に配された対応する所定の受信手段にそれぞれ指向され、該複数の送信手段の各偏心角は、他の送信手段と他の受信手段により形成される信号路を妨げないように規定されること、該両部材に配されるトランスフォーマの内部において伝送が生ずること、及び該トランスフォーマは、該回転軸に配された孔を備える円筒状コアを有し、該受信手段及び該送信手段は該孔内に配されることを特徴とする、双方向情報伝送及びエネルギー同時伝送装置（基本構造２）が提供される。
【００１３】
この課題の解決の原理は、回転するユニットの受信手段だけでなく、回転しないユニットの受信手段も、回転軸線又はその延長線上に位置させると共に、回転軸線に対し傾斜させて対向側の受信手段に指向された送信光を有するそれぞれの送信手段を、回転軸線の領域に配することに存する。
【００１４】
互いに回転する系の、回転軸線上に配された各受信手段は、本発明による装置においては、互に向い合いに配されている。従来の伝送系と相違して、本発明の伝送装置においては、直接回転軸線上には、伝送経路は形成されない。
【００１５】
信号は、１以上の送信手段から、これらに夫々対応する受信手段に伝送される。中心位置において伝送を行う従来の伝送系とは相違して、回転軸線が、前述したように、占有されていないため、２ウェイ、特に双方向の伝送が可能となる。本発明によれば、送信手段は、回転軸線に対して傾斜された送信光（ビーム）を有し、この送信光（ビーム）は、対向側の受信手段に指向されている。
【００１６】
送信手段は、受信手段の直接の隣接領域中に配設できるため、これに対向される受信手段の開口角は、小さな値に保たれる。
【００１７】
本発明の好ましい形態によれば、円筒型トランスフォーマは、別の部材に対向する回転部材の端面及び回転部材に対向する別の部材の端面に配設される。別の好ましい形態によれば、受信手段及び送信手段は光学的な受信、送信手段である。さらに別の好ましい形態によれば、情報はパルスコード変調して伝送される。
【００１８】
なお、各請求項に付記した図面参照符号は専ら理解を助けるためであり、本発明を図示の態様に限定することを意図しない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
受信手段と送信手段とは、送信信号の符号化を可能とするパルスコード変調器と接続ないし結合させることが好ましい。
【００２０】
受信手段と送信手段とは、光学式の回転伝送においては、特に回転する測定（ないし検出）系及び情報（ないし記録）系のために有利に使用される。全体の装置は、本発明による伝送装置において、トランスフォーマのリング部分（特にその中心ボアの端域内）に取付けることができる。そのためロータに信号を伝送するための高価なクラウン状のダイオード群（列）は不要となる。本発明による伝送装置の別の利点は、伝送可能な情報量が両方向について同一となり、従来の伝送装置に比べて著しく増大されていることである。更に、両方向の信号伝送は、同時に、連続的に（ないし不断に）行われる。更に、送信ユニットと受信ユニットとが簡単な構成をもつため、容易な交換が可能となる。
【００２１】
次に本発明の実施例について図面に基づいて一層詳細に説明する。
【００２２】
情報の伝送は、ロータ軸線６の領域の、ステータ２とロータ１の界面の間において行われる。伝送手段は、円筒状コア（Schalenkern）型トランスフォーマ３の中心部に存在している。ステータ２の受信手段４とロータ１の受信手段５とは、互に向い合いに、ロータ軸線６（回転軸線）上に配設されている。ロータ軸線６の外側において、ロータ（回転）軸線と偏心させて、ステータ受信手段としての受信ダイオード５の隣接領域に、ステータ送信ダイオード７が、またロータ受信ダイオード５の隣接領域にロータ送信ダイオード８が、それぞれ配設されている。送信ダイオード７、８は、送信手段の光信号が、この送信手段と向い合いに回転軸線６上に配された受信ダイオード４、５に指向されるように、角度を傾けて配設されている。受信ダイオード４、５は、偏心的に配された送信ダイオードの信号を受信するに足る開口角を有している。送信ダイオード８は、送信ダイオード８がロータ上に偏心して配置されているため、ロータ１の回転時に周回運動を行い、この間送出光は、ステータ２の受信ダイオード４に常時直接に指向される状態に保たれる。ステータ２の送信ダイオード７の送出光は、ロータ１の回転する受信ダイオード５に常時指向されている。回転式の円筒状コア型トランスフォーマ３の保護された中心部９の内部において、光信号の伝送は問題なく、また擾乱なしに推移することができる。入力信号と出力信号とは、送信ダイオード７、８及び受信ダイオード４、５に接続されているパルスコード変調部10、11、12、13によって、最適の伝送のために符号化される。ロータへのエネルギーの供給は、このトランスフォーマ３の如く、回転式トランスを介して行うことができ、この際トランスによる電磁的変動は光学的信号伝送に影響を与えない。
【００２３】
なお、受信手段は、任意の光学的受光素子ないし光電（変換）受光素子でよく、例えばフォトダイオード、ＣＣＤ等を用いることができる。また送信手段としては、任意の光学的送光素子ないし、光電変換（発光）素子でよく、例えば発光ダイオード、レーザ素子等を用いることができる。
【００２４】
さらに、光学的受光素子ないし送光素子としては、光学系の素子（オプティカルファイバ端子ないし微小レンズ素子）を用いることもでき、他のタイプの素子との組合せも可能である。要するに、回転軸上の受信（受光）素子に対し、所定半径距離離れて偏心配置された送光素子から回転軸に斜交する角度で、光信号が送受信されることが肝要である。
【００２５】
この構成によれば、双方向のデータの高伝送レートが実現されると共に、製造コストも最小となる。
【００２６】
図示の実施例では、２対の送信／受信手段を双方向用として備えているが、必要に応じて、１つの受信手段（回転軸線上）に対し、２以上の送信ダイオードを指向させて偏心配置することができる。また、必要に応じて、さらに１以上の受信手段を回転軸線上に配することもでき、これに対応する１以上の偏心送信手段を配置することもできる。但し、その際各送信ビームの光路が互いに他の送信ないし受信手段により、干渉されない配置を選ぶ必要がある。これは送信、受信各素子の小型化によって、十分可能である。例えば、送信手段の傾斜角又は偏心距離に差を設けると共に複数の受信手段を回転軸線上で互いに所定距離離して配設することによって、これは可能となる。
【００２７】
両回転部材の回転の精度に対応して十分な開口角を受信手段に設ければ、信号の欠損は確実に防止できる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の各基本構造により、互いに回転する２部材間の両方向の同時信号伝送が、大量にしかもノイズの影響を避けて、簡単な構造で実現される。さらに、双方の部材間に機能的にトランスフォーマを配して回転部材へのエネルギー供給システムを兼備し、トランスフォーマの内部に、相方向伝送系を配することにより、スペースの節約と外部ノイズへの防護性が得られる（請求項１及び２）。従って低コストの要請も満たす。各従属請求項の特徴は、この基本的効果に、さらに、特有の利点を付加するものである。
【００２９】
典型的には一方を回転部材、他方を静止部材とする（請求項３）がこれには必ずしも限定されず、双方が回転部材（同方向、又は逆方向）であってもよい。
【００３０】
受信、送信手段として光学的手段を用いることにより、送信量の増大、耐ノイズ性（伝送信頼性）が広まる。また装置の小型化も容易となる（請求項４）。
【００３１】
パルスコード化信号の伝送により、最小のチャンネルによって、大量の同時双方向送受信が可能となる（請求項５）。
【図面の簡単な説明】
【図１】 偏心された情報伝送手段の概略的な横断面図である。
【符号の説明】
１ 回転部材（ロータ）
２ 別の部材（ステータ）
３ トランスフォーマ
４、５ 受信手段（受信ダイオード）
７、８ 送信手段（送信ダイオード）

Claims (5)

1. 回転部材と、
   これに対向する別の部材（２）を有する双方向情報伝送及びエネルギー同時伝送装置であって、
   回転軸線上において両部材（１）、（２）に、互に向い合いに配された受信手段（４、５）と、
   該回転軸線に関し偏心させて各部材（１、２）に配された送信手段（７、８）と、
   該両部材（１、２）に配されたトランスフォーマ（３）と、を有し、
   該送信手段（７、８）をそれぞれ対応する受信手段（４、５）に指向させ、
   トランスフォーマ（３）の内部において伝送が生ずるようにし、
   該トランスフォーマ（３）は、該回転軸に配された孔を備える円筒状コアを有し、
   該受信手段（４、５）及び該送信手段（７、８）は該孔内に配されることを特徴とする、双方向情報伝送及びエネルギー同時伝送装置。
2. 共通の回転軸線の回りに相対回転されるように互いに対向して配された２つの部材（１、２）を有する双方向情報伝送及びエネルギー同時伝送装置であって、
   該２つの部材は、３つ以上の受信手段と、３つ以上の送信手段と、トランスフォーマとを有し、
   回転軸上において、第１の部材には少なくとも１つの（第１）受信手段が配されると共に、第２の部材には少なくとも２つの（第２、第３）受信手段がそれぞれ配され、これらの第１及び第２、第３受信手段は互いに他の部材に配された受信手段と互いに向かい合いに配され、
   １つの部材に配された複数の該受信手段は、回転軸線方向に互いに距離をあけて配されること、
   該複数の送信手段は、該回転軸線に関し偏心させて各部材に配されると共に、他の部材に配された対応する所定の受信手段にそれぞれ指向され、
   該複数の送信手段の各偏心角は、他の送信手段と他の受信手段により形成される信号路を妨げないように規定されること、
   該両部材に配されるトランスフォーマ（３）の内部において伝送が生ずること、及び
   該トランスフォーマは、該回転軸に配された孔を備える円筒状コアを有し、該受信手段及び該送信手段は該孔内に配されることを特徴とする、双方向情報伝送及びエネルギー同時伝送装置。
3. 円筒型トランスフォーマは、前記別の部材（２）に対向する前記回転部材（１）の端面及び前記回転部材（１）に対向する前記別の部材（２）の端面に配設されることを特徴とする請求項１又は２記載の双方向情報伝送及びエネルギー同時伝送装置。
4. 前記受信手段（４、５）及び前記送信手段（７、８）は光学的な受信、送信手段であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の双方向情報伝送及びエネルギー同時伝送装置。
5. 情報がパルスコード変調して伝送されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の双方向情報伝送及びエネルギー同時伝送装置。

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