JPH01293721A - 回転系と静止系間のデータ伝送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は回転系と静止系間で情報データの授受をなすた
めの装置に関し、特に光伝送を利用することにより、そ
の改良を図るものである。

［従来の技術］ 昨今では、電気モータとか発電機内部の回転子の状態を
モニタするため、当該回転子に備え付けたセンサからの
情報を、外部静止系中に設けたデータ処理装置にまで導
き出したい等とする要望が高まってきているが、こうし
た場合にも、当該回転子等の回転系と、データ処理装置
が設置されている周囲の静止系との間でのデータ伝送に
利用される技術は、これまでの所、第４図に示されるよ
うな古典的なものしかなかった。

簡単に説明すると、図示されている回転系ｌＯは例えば
上記のように電気モータとか発電機内部の回転子であっ
て良く、この中には適当なセンサ等の信号［＋１が備え
られている。

回転系１０は適当な回転軸を有し、その周囲にはいわゆ
るスリップ・リング１４と呼ばれる導電性の輪が一般に
一対、設けられていて、各スリップ・リング１４．１４
には、回転系ＩＯの内部にて、信号源１１からの出力線
が接続している。

一方、このスリップ・リング１４の表面に対しては、静
止系中においてその一端が固定された導電性のブラシ１
３　、１３の他端先端が、適当なるバネ弾性部材を介し
て半径方向内方に向け、押し付けられている。

これにより、回転系１０内の信号源１１の発生する電気
信号としての情報は、当該回転系ＩＯが回転していても
、一対のスリップ・リング１４　、１４からブラシ１３
．１３に伝達され、さらにブラシ１３　、１３から静止
系１５に固定設置されたデータ処理装置１２に伝えられ
る。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のようなスリップ・リング１４とブラシ１３との組
合せ構成は極めて周知であるが、同時にまたその欠点も
、言われ続けて久しい。

つまり、スリップ・リング１４やブラシ１３の消耗が激
しく、頻繁に取り換えを要したり、それらの接触部にお
いて接触不良や電磁ノイズの発生を招き易い。

さらに、電気的な信号線で結局はデータ処理装置１２と
回転系ＩＯの内部の構成子とが接続されるので、必要に
応じての両系間の電気的な絶縁分離も取り難い。

なお、従来においても、回転系１０の回転軸に関し、そ
の軸方向端部に軸方向外側を向いた同心円状のスリップ
・リングを設け、これに対して軸方向にブラシを押し付
けることにより、信号源１１の発する電気情報を外部に
取出す構成のものもあるが、これは上記欠点に加え、使
途も限られる。

例えば、昨今の超電導発電機等に見られるように、当該
発電機回転子の一端はタービンに、他端はヘリウム給排
気装置に各接続されているような場合には、これら両端
部に軸方向を向いたリング構造やブラシ構造は取付ける
ことができない。

本発明は基本的にこのような欠点の解消を目的とし、従
来のスリップ・リングとブラシによる摺動構成を排斥す
る外、回転系の回転軸に対し、半径方向に情報の伝送を
行なえる新たなるデータ伝送装置を提供せんとするもの
である。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するため、まず基本的な提案と
して、回転系と静止系間でのデータの授受は、−旦、光
信号に変換して行なうことを提案する。

例えば上記のように、回転系内に何等かのセンサ等、信
号源がある場合、この信号源から発せられる電気信号と
しての情報データを、当該回転系内で一旦、光信号に変
換する。ただしこのときの変調方法は任意であり、伝え
たいデータをどのような形態で光信号に載せても良く、
本発明がこれを直接に規定するものではない。

こうした前提の下に、この回転系内の電気光変換器から
の出力光は、当該回転系の回転軸に対して直交する方向
である半径方向外方に向け、出力されるようにする。

これには、当該電気光変換器にあって最終的に光信号を
出力する光発生素子を直接に回転系の外周面部に備えさ
せる方法と、この光発生素子からの出力光を導く光ファ
イバを設けて、この出力端面を回転系の外周面に備えさ
せる方法とがあり、そのどちらでも良く、また、こうし
た光発生素子とか光ファイバは、少なくとも一つ以上あ
れば良いが、回転系外周面に沿って適当なる周方向間隔
で複数あっても良い。

このように回転系側を構成する一方で、静止系の方に備
える光電変換器には入力部に受光用の光ファイバを設け
、しかも、これを多数本設けて、それら全ての入力端面
が中心軸を向いた輪を作り、この輪を回転系の回転に伴
って上記の回転系側からの出力光が描く軌跡の上に被せ
る。

正確に言えば冒頭に記載された本願請求項に記載の通り
となり、上記多数本の受光用光ファイバ群の全ての入力
端面が、回転系の回転軸に対し直交しながら半径方向内
方を向き、かつ、上記回転系の回転に伴って上記出力用
光ファイバの出力端面または光発生素子の光出力端が描
く軌跡の同心円上に乗るように、該同心円の周方向に沿
って隣り合うもの同志、密接するべく配置する。

そして望ましくは、上記の光ファイバの入力端面は、単
に上記の同心円上に一列に載るのみならず、回転系の回
転軸方向に沿っても互いに密な関係で複数列にわたるよ
うに配する。

また、このようにした場合には特に、回転系側からの出
力光を出力する光ファイバ出力端面または光発生素子の
光出力部を、そこから発せられる光が所定の広がりを持
つように加工して置くとなお良い。プラスチック光ファ
イバを用いる場合には、例えばこうした加工は単に当該
光ファイバの出力端面をほぼ垂直に切断するだけで得る
ことができるし、光発生素子においても、その出力部は
一般に幾何的な窓構造を有しているので、この部分を適
当に加工することにより、所定角度以上の光の広がりを
得ることができる。もちろん、積極的にレンズ構造を援
用しても良い。

しかるに、上記の構成は原理的に可逆的であることも理
解される。つまり、上記では回転系側から静止系側への
情報データの伝送を考えたが、明らかなように、本発明
により構成される当該回転系と静止系間の光リンク部分
自体は、どちらからどちらにでも、光を伝送することが
できる。

したがって、本発明の成された結果からして見ると、本
発明は、光の入出力関係を逆にし、静止系側からの情報
データを回転系内のデータ処理装置に送出する装置とし
ても使うことができる。

［作用および効果］ 本発明に従った場合、回転系側からの情報データ光の出
力端が回転系の回転に伴って描く円軌跡に対し、その同
心円上に多数本の受光用光ファイバの入力端面が当該同
心円の周方向に隙間なく配されているので、回転系が回
転中にあっても、また任意の回転角位置で静止していて
も、少なくとも常にどれか一つの受光用光ファイバには
上記出力光が入射可能となっている。

そのため、これら多数本の受光用光ファイバを有して成
る光電変換器の出力には、回転系内の信号源において電
気信号として発生された情報データを再び電気信号に変
換した信号が得られ、これをデータ処理装置に伝送する
ことができる。

このとき、多数本の受光用光ファイバが、回転系回転軸
にその中心軸を置く一つの円上にのみならず、当該中心
軸の軸方向に沿っても密に複数列あれば、回転系側から
一旦、光信号として空間に輻射されるデータを取りこぼ
しなく捕える確率を増すことができる外、情報の再現性
に優れるものとなる。回転系側からの出力光に所定角以
上の広がり角を設ければ、この出力光収集効果、情報の
高忠実度再生効果はさらに増す。

上記の関係は、既に述べたように、原理的にも可逆的で
ある。信号源と、この信号源の発する電気信号データを
光信号データに変換する電気光変換器とを静止系の方に
備えさせ、光電変換器とデータ処理装置とを回転系内に
備えさせた場合にも、上記同様のメカニズムにより、十
分な情報データの伝送が可能となる。

このようにして、本発明によれば、回転系の外周面を介
して情報データの授受を行なうに際し、スリップ・リン
グとブラシを利用していた従来の欠点は全て解消するこ
とができる。改めて本発明の効果をまとめれば次の通り
である。

■　機械的な接触部分がないので、保守点検の要が大幅
に減り、長寿命となる。

■　スリップ・リングとブラシ間のスパークに基づく等
、電磁ノイズの発生要因がないので、自身のデータを毀
損するおそれがないのみならず、他の周辺電子機器に対
する妨害波を発生することもない。

■　回転系と静止系との電気的な絶縁分離が可能となる
ため、電圧オーダの異なる回路系相互の組合せが可能と
なったり、下手なアース・ループを作るおそれもないの
で、その意味でも耐ノイズ性を向トさせることができる
。

■　回転系と静止系との電気的な分離はまた、回路設計
の自由度を増し、上記■とあいまって相対的に信頼性を
高め得る働きもする。

［実　施　例］ 第１．２図には本発明により構成された回転系２０と静
止系２７間のデータ伝送装置の望ましい一実施例が示さ
れている。

回転系２０は既述のように、電気モータとか発電機内部
の回転子等であって良く、したがって静止系２７に配さ
れるデータ処理装置２６は、当該回転子の状態をモニタ
する装置等であって良いが、本発明の原理から明らかな
ように、こうした使途自体をまで、本発明がこれを直接
に規定するものではない。あくまで−例と考えられたい
。

ただ、詳しくは図示していないが、回転系２０の軸端部
は、例えばタービンとかヘリウム給排気装置等に接続さ
れ、それらで占有されていても良い。換言すると本発明
は、このように、回転系の回転軸の軸端部分に機械的な
加工を施すのが難しいか、あるいはその余裕がないよう
な装置系に対し、特に有効である。

図示実施例の場合、回転系２０内には適当なるセンサ等
、送出すべき情報データを電気信号に載せて出力する情
報出力源ないし信号源２１が設けられている。この信号
源２１からのデータは、通常の電気信号線路を介して電
気光変換器２２に与えられ、ここで公知既存の適当なる
変調方法を援用して光信号に変えられる。一般にこの光
データはデジタル・データとされることが多いが、この
光パルス変調方法にはパルス幅変調、パルス振幅変調を
始め、昨今流行りのパルス・コード変調等々、種々のも
のがあり、どれをも採用可能である。

電気光変換器２２は、この実施例の場合、さらに出力用
の光ファイバ２３も有し、この光ファイバの出力端面は
、第２図に特に良く示されているよ、うに、当該回転系
２０の観念的な回転軸心（第１図中の一点鎖線）を含み
、物理的にこの回転系を支持してもいる回転軸２０Ｊの
外周面の一部に開口している。したがって、回転系２０
ないし回転軸２０Ｊが回転軸心の回りに回転すると、こ
の出力用光ファイバ２３の当該出力端面は円軌跡を描く
。

これに対し、上記の出力用光ファイバ２３の出力端面が
描く円軌跡と同心円関係となる位置には、−本一本の受
光用の光ファイバ２４ｆの束から成る光ファイバ群２４
にあって、全ての光ファイバ２４ｆの入力端面２４ｔが
回転系の回転軸に向いて密に配置され、かつ、この実施
例の場合、回転軸の軸方向に沿っても複数列、密に配置
されている。

言ってみれば、隣接する光ファイバ同志で入力端面２４
ｔの相互を接着等により周方向に固定して構成された輪
が複数個、回転系回転軸２０Ｊの周りに軸方向に複数列
にわたって密に被され、かつ、これら輪の少なくともど
れか一つに対し、半径方向に臨む位置に回転系側からの
出力用光ファイバ２３の端面が位置するようになってい
る。

このようにしであるため、回転系２０が任意の回転角位
置に静止しているときはもとより、回転していても、出
力用光ファイバ２３の出力端面から半径方向外方に放射
される光は、少なくとも常にどれか一つの受光用光ファ
イバ２４ｆにて捕えられ、これが光電変換器２５に送ら
れるので、当該光電変換器２５により、再度電気信号に
変換された情報データは、時間的に切れ目なく、データ
処理装置２６に人力することができる。

こうしたことから逆に明らかなように、上記において多
数本の受光用光ファイバ２４ｆから成る光ファイバ群２
４を、出力用光ファイバ２３の出力端面を取囲む位置に
一列にのみならず、軸方向にも複数列にわたって配した
のは、一つには当該光信号を漏れなく捕えるのに望まし
いからである。

したがってこうした場合、出力用光ファイバ２３の出力
端面がどの回転角位置にあっても、その時々で一本にだ
けではなく、複数本の光ファイバに光を入射させること
ができれば、光電変換器における入射先輩が増え、Ｓ／
Ｎ比等も良好になるのでさらに望ましい。

これを満たすためには、出力用光ファイバ２３の出力端
面からの光にある程度以上の広がりを持たせれば良く、
逆に言って当該端面がそのように加工されていると良い
が、例えば光ファイバ２３として公知市販の１ｌＩＩ１
１程度のプラスチック光ファイバを用いる場合には、そ
の端面を平滑な垂直面に形成するだけでも、相当程度、
必要な光の広がりを得ることができ、特に難しい加工は
要しない。ただし、必要に応じ、ファイバ出力端に小さ
な発散レンズ系を組込む等しても良い。

同様に、受光した情報データを十分な電気信号晴に変換
するためには、光電変換器２５に光電子増倍管等を援用
し、この入力部に受光用光ファイバ２４ｆの各出力端を
臨ませると良い。もちろん、この種の光電変換技術に周
知の構成は本発明においても任意に採用することができ
、光電変換器２５の出力部には波形整形用のシュミット
・トリガやコンパレータ構成を採用して良い。

また、上記のような構成にすると、信号の高忠実度再生
を可能にする意味でも望ましい。

例えば、受光用光ファイバ２４ｆの数が少なく、周方向
に飛び飛びにしかなかったような場合、第３図示のよう
に、送光側光信号に最も簡単な矩形波光信号を考えても
、当該受光用光ファイバ２４ｆの群２４の出力に得られ
る受光信号は、同図中、受光信号■のようになり、あた
かも現信号（送光側光信号）より高周波な信号が人力し
てきたかのような誤受信を起こす可能性がある。

これに対し、上記した実施例のように、受光用光ファイ
バ２４ｆの数を増やし、周方向に密に配するのみならず
、望ましくは軸方向にも複数列にわたって密に配すれば
、受光用の光ファイバ群２４としての受光信号は、同第
３図中、受光信号■のようになり、細かなノイズが載る
ような形にはなっても、全体としては、送光側の発した
光信号に対し、忠実度の極めて高い信号となる。これは
また、論理“Ｈ”　、“Ｌ”の判断しきい値の設定自山
皮を高めることでもある。

なお、必要に応じ、回転系側からの出力光が外部に漏れ
るのを防ぐには、特に図示はしなかったが、適当なる覆
い手段（光シールド）を採用すれば良い。

しかるに、上記実施例に若干の改変を加え、回転系２０
の出力部には特には光ファイバ２３を用いないことも考
えられる。つまり、回転系２０側の電気光変換器２２に
おいて最終的に光信号を発生する素子、例えば半導体レ
ーザとか発光ダイオード等の出力端を直接に半径方向に
露呈させても良い。

ただ一般には、光ファイバが柔軟なため、光出力位置や
光入力位置を設計的に自由に定め得ること等から、部品
点数が増えるとは言っても、こうした光ファイバの採用
がむしろ設計、製作上、楽になることが多い。

また、受光側において、上記のように多数本の光ファイ
バをそれらの入力端面があいまって円を構成するように
組み上げることも、適当なる接着剤の援用により１、そ
れ程に難しい技術は要しない。廉価なプラスチック・フ
ァイバを用いる場合には特にそうであるし、市販の中に
は既に帯状に複数本を接着したものもあるので、これら
を応用すれば、組み上げはより一層、簡単化する。

最後に、これも既に述べたが、本発明は上記実施例にお
けるように、回転系２０の側から静止系２７の側への情
報データの伝送に限らず、信号源２１と電気光変換器２
２を静止系２７の側に、そして光電変換器２５とデータ
処理装置２６を回転系２０の側に備えさせれば、他は上
記実施例とほぼ同様の構成により、静止系の側から回転
系内部に必要な情報データを送り込む用途にも使うこと
ができる。

そうした場合、第１．２図示実施例におけると全く同様
に、静止系２７の側において送光側光ファイバを多数本
で構成しても良いが、入出力関係が逆転するので、多数
本の受光用光ファイバ群２４を回転系回転軸の長さ方向
の一部位にあってこの回転軸の周面に密に揃うように配
置しても良い。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲での改変は任意
であり、例えば第１．２図示実施例では回転軸の周面か
ら半径方向外方に光を出力する光ファイバ端面は一つで
あるが、これを周方向に適当な角度間隔を置いた複数個
から構成しても良い。これはファイバを用いず、電気光
変換器の最終的な光信号発生素子の出力部を回転軸周面
に直接に露呈させる場合にも適用し得る。これら光信号
発生素子を複数個用いれば良い。

さらに、上記では回転系２０の回転軸２０Ｊ゛に対して
加工を施していたが、回転系の本体部分、例えばモータ
回転子の本体部分にあっても巻線のない余裕部分があれ
ば、この部位にこうした光の出力端（ないし静止系から
回転系側に情報を伝送する場合には入力端）を設けても
もちろん良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のデータ伝送装置の望ましい一実施例の
要部概略構成図。 第２図は第１図中の光リンク部分を拡大して示す概略構
成図。 第３図は入力側の光ファイバの粗密具合による受光信号
の状態を模式的に示す説明図。 第４図は従来における回転系と静止系間のデータ伝送装
置の概略構成図。 である。 図中、２０は回転系、２０Ｊは回転系の回転軸、２１は
信号源、２２は電気光変換器、２３は出力用光ファイバ
、２４は受光用光ファイバ群、２４ｆは受光用光ファイ
バ群中の一木一本の光ファイバ、２４ｔは各光ファイバ
の入力端面、２５は光電変換器、２６はデータ処理装置
、である。 指定代理人　　　　　　工業技術院 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転系と静止系のいずれか一方に、電気的な信号
   を発生する信号源と、この電気的な信号を光信号に変換
   する電気光変換器とを設け； 他方には、上記回転系が回転中にあるか、または任意の
   回転角位置で静止中にあっても、上記電気光変換器の出
   力する光信号を常に受けることのできる光電変換器と、
   該光電変換器の変換電気出力を処理するデータ処理装置
   とを設けたこと； を特徴とする回転系と静止系間のデータ伝送装置。
2. （２）電気的な信号を発生する信号源と、この電気的な
   信号を光信号に変換する電気光変換器とは回転系に備え
   られ、該電気光変換器の出力する光信号を常に受けるこ
   とのできる光電変換器と、該光電変換器の変換電気出力
   を処理するデータ処理装置とは静止系に備えられている
   こと； を特徴とする請求項１に記載の回転系と静止系間のデー
   タ伝送装置。
3. （３）電気光変換器はさらに、光信号の出力用の光ファ
   イバを有し、その出力端を、回転系の回転軸に対して直
   交する半径方向外方に向けて露呈させている一方； 光電変換器はさらに、多数本の受光用光ファイバ群を有
   し、それら全ての入力端面は、上記回転系の回転軸に対
   し直交しながら半径方向内方を向き、かつ、上記回転系
   の回転に伴って上記出力用光ファイバの出力端面が描く
   軌跡の同心円上に乗るように、該同心円の周方向に沿っ
   て隣り合うもの同志、密接するべく配置され、上記回転
   系が回転中にあるか、または任意の回転角位置で静止中
   にあっても、少なくとも常にどれか一つの受光用光ファ
   イバには上記出力用光ファイバからの出力光が入射可能
   となっていること； を特徴とする請求項２に記載の回転系と静止系間のデー
   タ伝送装置。
4. （４）電気光変換器は、最終的に光信号を輻射する光発
   生素子の出力端を、回転系の回転軸に対して直交する半
   径方向外方に向けて直接に露呈させている一方； 光電変換器はさらに、多数本の受光用光ファイバ群を有
   し、それら全ての入力端面は、上記回転系の回転軸に対
   し直交しながら半径方向内方を向き、かつ、上記回転系
   の回転に伴って上記光発生素子の出力端が描く軌跡の同
   心円上に乗るように、該同心円の周方向に沿って隣り合
   うもの同志、密接するべく配置され、上記回転系が回転
   中にあるか、または任意の回転角位置で静止中にあって
   も、少なくとも常にどれか一つの受光用光ファイバには
   上記光発生素子の出力端からの出力光が入射可能となっ
   ていること； を特徴とする請求項２に記載の回転系と静止系間のデー
   タ伝送装置。
5. （５）受光用光ファイバ群はさらに、回転系の回転軸に
   沿う方向にも複数列にわたり、互いに密接しながら配さ
   れていること； を特徴とする請求項３または４に記載の回転系と静止系
   間のデータ伝送装置。
6. （６）光信号出力用の光発生素子または光ファイバの出
   力端面は、それらから上記回転系の回転軸に対して半径
   方向外方に出力される出力光に、所定角度の広がりを持
   たせるように加工されていること； を特徴とする請求項４または５に記載の回転系と静止系
   間のデータ伝送装置。