JP5207948B2 - 相対回転可能な両機械部品間におけるデータ伝送手段を備えた機械 - Google Patents

Description

本発明は、相対回転可能な両機械部品間におけるデータ伝送手段を備えた機械に関する。

特許文献１は、機械を開示し、特に第２機械部品に支持された第１機械部品を備えたスリップリング装置を開示している。その両機械部品は共通の回転軸線を中心として相対回転できる。光を発する複数のダイオードがその回転機械部品に設けられ、データ伝送用の光を静止機械部品に配置された光検出器まで種々の光路を通して発する。その光は、機械の回転軸線に関して半径方向に発せられ、データ伝送に用いられる連続リングを形成する。

特許文献２は、電磁ビームの送信装置および／又は受信装置を開示している。データを伝送するために、その送信装置および／又は受信装置の回転可能部位と固定部位との間で光信号が利用されている。その場合、光信号を１個あるいは複数の光電変換器により光波導体に伝送するかその逆向きに伝送する光波導体分岐路が開示されている。

第１機械部品とこの第１機械部品に対して回転軸線を中心として相対回転できる第２機械部品を備えた機械において、データが一方の機械部品から他方の機械部品に伝送されねばならず、場合によっては、その逆向きに他方の機械部品から一方の機械部品に伝送されねばならないという問題がある。その要件は、特にフィールドバス（Feldbus）信号が伝送されねばならない機械において生ずる。ここでは、データ伝送が光信号を介して行われるようにし、このために、一方の機械部品に少なくとも１個の光源が配置され、他方の機械部品に少なくとも１個の光受信器が配置される。

光源と光受信器が回転軸線上に配置されるとき、精確に光源が光をぴったり光受信器に送信するので、光通信が簡単に実現できる。しかし、回転可能な機械部品の回転は、通常、中空軸を介して行われる。その場合、任意の角度位置において光受信器に光が到達しなければならないという問題が生ずる。これは、中空軸を取り囲む無端リングを介して光が放射されねばならないことを意味する。従来、複数の光源を配置し、その光を発光リングの形に広がるように光を軸方向に案内することによって、それに対処されている。しかしその方式では、機械において軸方向に比較的大きな場所が、光線を広げるための装置で占められる。
米国特許第４１９０３１８号明細書 独国特許出願公開第３４０９８０９号明細書

本発明の課題は、冒頭に述べた形式の機械を、比較的短く単純に構成され、エネルギが節約されるように改良することにある。

この課題は、特許請求の範囲の請求項１に記載の機械によって解決される。

光源と光受信器との配列は、光信号が回転軸線に対して半径方向に伝送されるように行われている。即ちここでも、個々の光源の光線が広がらねばならないという問題があるが、その広がりも当然半径方向に行われ、これによって、機械は短く構成できる。

光は本発明に基づいて複数の光源から分岐光波導体構造物に入射され、その場合、個々の光波導体分岐路が一方の機械部品の円周縁で終えている。光は光波導体分岐路から射出し、即ち、円の全周にわたって射出せず、円の個々の点でしか射出しない。しかし少なくとも２個の受信器が配置されていることにより、光が受信側に到達することが保証される。詳しくは、光波導体分岐路端の数が十分な量であり、その角度間隔が受信器の数およびその角度間隔に合わされているだけで十分である。本発明に基づいて、光波導体分岐路端および受信器は、あらゆる角度位置において光が少なくとも１つの光波導体分岐路端から受信器に到達するように互いに合わされている。これによって、正にあらゆる角度位置において光信号が送信器から受信器に到達し、データ伝送が中断されないことが保証される。

かかる光波導体構造物は、支持基板上に配置されるが、これが導体プレートに一体化されていることにより、特に単純に製造でき、その場合、導体プレート上に、信号を発生するためないしその評価のために用いられる電子部品も配置できる。

いずれにしても、データ伝送が保証されるようにするために、光が少なくとも１個の光源から少なくとも１個の受信器に到達することが保証されねばならない。これは、所定の角度位置において１個あるいは２個の光源からの光で十分であり、残りの光源の光は使用されないことを意味する。本発明の有利な実施態様において、光源が、それらの一部光源しか同時に光を放射させないように、制御装置によって制御される。つまり、エネルギが節約される。それらの一部光源は、好適には、第２機械部品の角度位置に関係して決定され、詳しくは、上述の角度位置において光が受信器に到達する光源だけが光を放射させるように決定される。

既に述べたように、本発明は特に、第２機械部品が中空軸を介して回転できる場合に適用される。

本発明に基づく原理は、二方向データ伝送（データ交換）においても利用できる。その場合、光源が配置されている機械部品に、補助的に少なくとも１個の光受信器も配置され、光受信器が配置されている他方の機械部品に少なくとも１個の光源が配置されるだけで済む。

二方向通信の場合に具体的形成は、基本的には単向データ伝送の場合と変わらない。これは特に、機械部品の正面側で光が半径方向外向きに放射され、背面側で光が半径方向内向きに放射されるようにして簡単に実施できる。

第１機械部品からこの第１機械部品に対して回転軸線を中心として相対回転できる第２機械部品にデータ伝送するための光信号の伝送方法の提供も本発明に存在し、その場合、本発明に基づいて、光信号が回転軸線に対して半径方向に伝送される。その好適な実施態様は、光信号が半径方向外側に伝送される形態にある。この形態は特に、回転機械部品が中空軸に連結され、場合によってはハウジングに連結された固定機械部品より半径方向内側に位置している場合である。

以下図を参照して本発明の有利な実施例を詳細に説明する。

機械は、その機械の設置箇所に不動に存在する第１機械部品と、この第１機械部品に対して相対回転する第２機械部品を有している。その第１機械部品にハウジング１０が属し、このハウジング１０に支持板１２が固定されている。第２機械部品に中空軸１４が属し、この中空軸１４は軸受１６を介してハウジング１０に対して回転でき、中空軸１４に支持板１８が配置されている。その両支持板１２、１８は浮動軸受２０を介して互いに連結されている。ここでは、データが回転可能な機械部品から非回転機械部品に伝送されねばならない。このために、光を透光性リング２４に入射する複数の光源２２が支持板１８上に配置されている。その透光性リング２４は光波導体材料で作られ、その内周面を介して入射された光は外周面に伝送される。リング２４の幅および光源２２の数は、光源２２から出る光波ビーム束２６が、隣の光源２２から出された光波ビーム束２６と少なくとも、リング２４の外周面で規定された外周縁において重なり合うように選定されている。

リング２４の外周面にレンズ構造物２８が配置され、このレンズ構造物２８は、光が外縁において射出することを容易にする。そしてここでは、支持板１２上に２個の受信器３０が配置され、これらの受信器３０の前に同様に光波導体材料３２が配置され、ここではそれはリングとしても配置でき、あるいは部分リング（リングセグメント）としても配置できる。その光波導体材料にいまや同様にレンズ構造物３４が配置され、このレンズ構造物３４は、レンズ構造物２８から射出される光を再び入射するためおよび光波導体材料３２従って受信器３０に導くために用いられる。

ここでは本発明の対象でない図１と図２における形態の場合、光源２２が半径方向内側に、光受信器３０が半径方向外側に置かれている。しかし、それと全く逆に配置することもでき、即ち、光受信器を半径方向内側に、光源を半径方向外側に置くこともできる。ここでは特許請求されない図３における実施例の場合、その両原理が同時に実現される。即ち、図３における支持板１２、１８の左側は正に図１に相当している。これに対して、支持板１２、１８の背面では、上述と逆にここでは本発明の対象でない形態が実現され、つまり、複数の送信器３６は光を半径方向外側に光波導体３８に入射し、支持板１８の背面における受信器４２に達する。従って、図３は二方向データ通信を可能としている。

ここでは本発明の対象でない図１〜図３における形態の場合、光源２２、３６が光を半径方向に光波導体プレート２４ないし３８に入射する。いま本発明に基づく実施例において、透光性プレート２４の代わりに個々の光波導体を利用することが計画され、詳しくは、それは図４に示されているように、好適に導体プレート４４に埋設されている。光源２２′は光を導体プレート４４に入射し、そこで光は鏡４６によって反射され、光波導体４８に入射される。その光はレンズ構造物５０を介して両機械部品間の隙間に入り、光はレンズ構造物５２を介して再び導体プレート５４に入射し、つまり特に、そこに存在する光波導体５６に入射し、受信器３０′に達する。

光波導体４８、５６は分岐されている。これは図５に光波導体４８について示されている。光は光源２２′から出て半径方向に走り、分岐点で２つの光波導体分岐路に走り、その光波導体分岐路においてもう一度分岐され、支持板１８の外周面における光波導体端５８で射出する。この実施例において、ここでは本発明の対象でない図２における形態と異なり、支持板１８の外周面全体が放射せず、あるいは放射できない。いつでも光が光源２２′から受信器３０′に到達することを保証するために、一方では、例えば両光波導体端５８間の間隔に相当する所定の角度範囲を走査するような受信器３０′が利用される。一方では両光波導体端５８間の間隔および他方では両受信器３０′間の間隔は、常にどちらかの光波導体端５８から光が受信器３０′に到達するように定められている。

光波導体分岐が巧みに選択実施されている場合、光源２２′の数は、ここでは本発明の対象でない図２における形態に比べて減少される（特に高度な分岐が選定されている図６を参照）。

ここでは本発明の対象でない図２における形態並びに図５ないし図６の本発明に基づく実施例において、複数の光源２２、２２′のうちの一部が光を受信器３０、３０′から離れた方向に放射する点で一致している。それらの光はデータ交換に使われない。回転部品上で光源２２、２２′に対するエネルギを用意することは容易でない。そのエネルギは無駄にされてしまう。このために光源２２、２２′は、好適には、受信器３０′の範囲に存在する光源２２′だけが光を放射し、他の光源は放射しないように制御される。これは、ここでは本発明の対象でない図２における形態並びに図５における実施例においては実現できないが、特に図５における本発明に基づく実施例に対して図７に示されている。図７において、上側の３個の光源２２′が光を放射し、残りの光源は光を発しない。支持板１８が中空軸１４の回転により回転すると、その都度他の光源２２′が選択され、この光源２２′が放射し、つまり、特に次々に光を受信器３０′に送る光源２２′が選択される。

本発明の実施例について共通して、固定機械部品から回転機械部品の方向あるいはその逆方向への半径方向における光伝送が行われる経路が示されている。これは、一方の機械部品が他方の機械部品を包囲するように機械部品を配置することを可能とし、これによって、軸方向において空間が得られ、即ち、機械が短く構成される。

本発明の第１形態の縦断面図。 図１の形態の横断面図。 図１の形態を発展した形態の縦断面図。 本発明の実施例で利用される原理の説明図。 図２の形態の本発明の実施例の横断面図。 図２の形態の本発明の実施例の横断面図。 図２の形態の本発明の実施例の横断面図。

符号の説明

２２ 光源
２２′ 光源
３０ 光受信器
３０′ 光受信器
３６ 光源
４２ 光受信器
４８ 分岐光波導体構造物
５６ 分岐光波導体構造物
５８ 光波導体分岐路端

Claims (5)

1. 第１機械部品とこの第１機械部品に対して回転軸線を中心として回転できる第２機械部品とを備え、一方の機械部品に少なくとも１個の光源（２２、２２′、３６）が、データ伝送のために他方の機械部品に配置された少なくとも１個の光受信器（３０、３０′、４２）に対する光信号を発するために配置され、その少なくとも１個の光源（２２、２２′、３６）および少なくとも１個の光受信器（３０、３０′、４２）が、光信号が回転軸線に対して半径方向に伝送されるように配置されている、機械であって、
   一方の機械部品に複数の光源（２２′）が配置され、これらの光源（２２′）が、それぞれ分岐光波導体構造物（４８、５６）に光を入射するために用いられ、分岐光波導体構造物（４８、５６）の個々の光波導体分岐路がその機械部品の円周縁で終わり、
   他方の機械部品に少なくとも２個の受信器（３０、３０′）が配置され、分岐光波導体構造物（４８、５６）の端部である光波導体分岐路端（５８）の数およびそれらの角度間隔が、受信器（３０、３０′）の数およびそれらの角度間隔に合わせて、あらゆる角度位置において光が少なくとも１個の光波導体分岐路端（５８）から受信器（３０′）に到達するように定められており、
   分岐光波導体構造物（４８、５６）が導体プレート（４４、５４）に一体化されている、ことを特徴とする相対回転可能な両機械部品間におけるデータ伝送手段を備えた機械。
2. 複数の光源（２２、２２′、３６）が、それらの一部の光源しか同時に光を放射させないように、制御装置によって制御される、ことを特徴とする請求項１に記載の機械。
3. 制御装置が、角度位置において光が受信器（３０、３０′、４２）に到達する光源だけが光を放射させるように、第２機械部品の角度位置に関係して同時に光を放射させる光源（２２、２２′、３６）を選択する、ことを特徴とする請求項２に記載の機械。
4. 第２機械部品が中空軸（１４）を介して回転できる、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の機械。
5. 一方の機械部品に光受信器（４２）も、他方の機械部品に光源（３６）も配置され、これにより、一方の機械部品と他方の機械部品との間の二方向通信が可能とされている、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の機械。
   

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