JPH023238B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は不動の観察装置に対して動いている
物体上で測定された感知装置からの情報を収集す
る装置に関する。更に具体的に云えば、この発明
は回転する物体又は装置から、温度、圧力、トル
ク、歪み等の感知装置の測定データを収集する伝
送手段に関する。

タービン、電動機及び発電機の様な種々の回転
機械は、臨界的な最適条件又は臨界的な応力条件
の下で運転される場合が多いので、装置の内部状
態を正確に測定する必要性が高くなつた。この様
に感知装置のデータを一層多く必要とする様にな
つたのは、一般的に２つの理由によるものであ
る。第１に、種々の機械を最適状態又は最適状態
に近い状態で運転するのが次第に望ましくなつて
来たためであり、そうするには、回転部分自体に
関連した種々のパラメータについて一層多くの情
報を必要とするからである。こういう場合、周辺
の感知装置による間接的な又は２次的なデータの
測定は十分な正確さ又は信頼性がなかつたり、或
いは実際の内部状態を反映していないことがあ
る。第２に、種々の回転装置が一層大きな負荷定
格で運転されるにつれて、越えてはならないシス
テムの条件を正確に決定することが尚更望ましく
なつて来たためである。こういう条件を正確に感
知することは、装置の損傷が起る前に、装置に対
するパワーを減らしたり或いは遮断すること等の
保護制御装置による適切な動作が確実に行なわれ
るようにする為に重要である。更に、大規模集積
回路チツプ上に構成されるデイジタル及びアナロ
グ制御装置が出現したことにより、非常に多数の
入力信号パラメータを持つ制御装置を構成するの
が著しく容易になつている。

従来、回転する部分と固定部分との間で感知装
置の情報を伝送することは、幾つかの理由で困難
であり、費用がかゝつた。例えば、回転する感知
装置並びに伝送装置に対して電力を供給する方法
を用意しなければならない。この様な装置にとつ
て、蓄電池の電力は、この化学的な蓄電池の寿命
が比較的短い点で、不便である。その為、他の感
知装置及び伝送装置では、不動の部分と回転部分
との間を直接スリツプ・リングにより接続してい
る。然し、この方法は信号が雑音によつて不明瞭
になることの多い不便な電力伝送方法である。更
に、スリツプ・リングによる接続は保守が困難で
あり、常時監視している必要があると共に、一般
的に或る程度の機拡的な干渉がある。種々の回転
する電子データ発生装置に給電する為にブラシ接
続を使うのは問題があるので、所望の電力を伝達
する為にリアクタンス性結合部を用いている装置
がある。例えば、固定コイルと、電動機又は発電
機の軸と共に回転するコイルとの間で、無線周波
数の電磁結合により、所望の電力の伝送を行うこ
とが出来る。然し、特に大形の電動機及び発電機
は比較的高いレベルの放射電磁雑音を発生する場
合が多いので、従来のデータ収集装置は、著しい
雑音の問題に悩まされることがある。更に、従来
の装置では、回転するデータ収集装置に電力を供
給することが必要であるだけでなく、回転する物
体から相対的に固定の観察装置はデータ信号を伝
達する為に別の独立のチヤンネルを設けることも
必要である。従来の装置では、これが周波数又は
振幅変調された搬送波信号の伝送によつて行われ
ている。更に、こういう装置は雑音の問題にも悩
まされ、不必要に複雑で費用がかゝる。

この発明の好ましい実施例では、不動の観察装
置に対して動いている回転物体上で測定された感
知装置からのデータを収集する装置が、無線周波
数のエネルギ源を動いている物体上に設けられた
負荷変更手段に結合するリアクタンス性手段を有
する。動いている物体に設けられた感知装置から
の測定データに従つて、この負荷を変え、負荷の
変化がリアクタンス性結合手段を介して、負荷の
変化に応答する固定の検出手段に送り返される。

更に具体的に云うと、この発明の好ましい１実
施例では、電圧依存性感知装置が電圧制御形発振
器を制御する。この発振器が、測定されたパラメ
ータに依存した周波数で、発振器に対する電源を
オン及びオフ状態の間で切換える。電源が、不動
のコイルに誘導結合されていて、このコイルを通
じて無線周波数のエネルギを受取り、希望によつ
て整流並びに波した後、発振器及び感知装置に
給電する為にこのエネルギを使う。この為、負荷
の変化が誘導結合コイルを通じて、この変化に応
答する検出器に送り返される。

従つて、この発明の目的は、固定又は不動の観
察装置と、それに対して動いている物体との間の
データ伝送手段を提供することである。この発明
の別の目的は、この様なデータ伝送装置として、
現存の機械に後から容易に組込むことが出来、低
廉簡単で、特に比較的大電力の誘導機械を用いる
環境で、雑音に対する免疫性が高いデータ伝送装
置を提供することである。

この発明の新規と考えられる特徴は、特許請求
の範囲に具体的に記載してあるが、この発明の構
成並びに作用、及びその他の目的並びに利点は、
以下図面について説明する所から、最もよく理解
されよう。

第１図は、固定又は不動の基準枠１０と動いて
いる基準枠１１との間で情報信号を結合する反射
負荷データ伝送装置を示す。線１９が、装置の固
定部分を可動部分から区切つている。この発明の
装置は次の様に作用する。無線周波数（RF）の
エネルギ源１８がRFエネルギ２６をリアクタン
ス性結合手段１６に供給する。この結合手段は、
容量結合又は誘導結合のいずれであつてもよい。
リアクタンス性結合手段の一部分は固定であり、
残りの部分が基準枠１１と共に動く。こゝでは、
基準枠１１の運動は回転運動であると考えてよ
い。リアクタンス性結合手段１６が無線周波数の
エネルギ信号２４を負荷変更手段１５に供給す
る。負荷変更手段１５は感知装置１２（１個又は
複数）からの信号２０をも受取り、感知装置１２
からの電気出力信号２０に応答して負荷を変える
様に作用する。負荷の変化がリアクタンス性結合
手段を通じて、時間的に変化する負荷信号２３と
して送り返される。第１図で、幅の広い矢印２
１，２４，２６が電力信号を表わし、他の矢印が
情報信号を表わすことに注意されたい。然し、特
に線２３及び２４について、これらをこゝで別々
に示したのは、単にその機能を理解する為であつ
て、実際にこの発明の好ましい実施例では、信号
並びに電力に対して別々の伝送チヤンネルを設け
ることは不必要であることに注意されたい。不動
の基準枠１０から見た負荷変化信号２５が検出器
１７に供給され、この検出器が感知装置の測定値
を表わす電気信号２７を発生する。

特に負荷変更手段１５は、典型的には、感知装
置１２によつて発生されたデータに依存する電気
信号２２を発生する様に作用する信号手段１３を
有する。この信号手段は、電源手段１４から電力
信号２１を受取り、また感知装置からの信号２０
から導き出された情報に従つて電源手段をオン及
びオフに切換える様に作用する電気信号２２を電
源手段に供給することにより、この電源手段と相
互作用する。この構成により、電源手段１４から
見た負荷が感知装置の信号２０に従つて変化す
る。リアクタンス性結合手段１６を介して送り返
されるのはこの負荷変化であり、結合手段は電源
手段１４及び信号手段１３、並びに必要な場合
は、感知装置１２を作動する電気エネルギの源と
しても作用する。必要であれば、電源手段は、電
気信号２２が電源手段に対する負荷としての信号
手段を切離す様に作用した時間の間、信号手段１
３に電気エネルギを供給する様に作用する容量性
貯蔵手段をも含んでいてよい。

負荷となる電源自体が切換えられるので、負荷
変化信号がリアクタンス性結合手段を通じて不動
の基準枠１０に送り返される。この為、１つのリ
アクタンス性結合手段だけを設ければよく、回転
する負荷変更手段に電力信号を供給するチヤンネ
ルが、感知装置の情報を検出器に伝達する作用も
する。負荷の変化は種々の依存性を持ち得るが、
負荷が２進法に従つて、即ちオン及びオフ式に変
化するのが一番便利である。この様な動作様式に
より、高度の雑音免疫性を持つ情報のデイジタル
伝送が得られる。

第２図はこの発明の１実施例を示す。この場
合、リアクタンス性結合手段が１対のコイル３３
で構成され、その一方が観察装置の不動の基準枠
に固定されていて、他方が回転する基準枠に固定
されている。無線周波数のエネルギがRF電力発
振器１８からコイル３３を介して伝達される。こ
のRFエネルギを切換え式電源３２が受取る。電
源３２は両波整流ブリツジ回路、ブリツジ回路の
出力の両端に接続された波コンデンサ、及びコ
ンデンサとブリツジの間に直列に接続されてい
て、電圧制御形発振器３１及び増幅器３０に制御
された直流電力信号を供給するための被制御形電
子スイツチで構成することが好ましい。増幅器３
０が回転する基準枠に設けられた感知装置又は変
換器からの情報信号を受取り、それを増幅して、
電圧制御形発振器３１を駆動する。この発振器が
電気信号２２を発生し、この電気信号が電子スイ
ツチを作動して、整流器から要求される直流電流
２１を間欠的に遮断する。この為、時間的に変化
する負荷依存性が得られ、それがコイル３３を介
して固定基準枠に送り返される。この送り返され
る信号２５は、包絡線検波器３６によつて検出す
るのが便利である。この時、特定の期間にわたつ
て、負荷の変化を計数器３７で計数する。このカ
ウントが信号２７であり、これは電圧制御形発振
器３１に印加された感知装置の電圧に依存する。
この発明のこの実施例では、発振器３１の周波数
はRF電力発振器１８の発振周波数より１桁又は
それ以上低く選ぶことが好ましいことに特に注意
されたい。

固定の基準枠１０に取付けられた電気回路は、
その出力がトランジスタ１個のＣ級増幅器を駆動
する発振器として動作するトランジスタ１個の回
路を使つて構成するのが便利である。Ｃ級増幅回
路は、その供給電流が、その出力が接続された負
荷と共に直接的に変化するので、この目的に特に
適している。この結果得られたＣ級増幅回路に対
する供給電力の振れは検出並びに計数が容易に出
来る。この様にして、Ｃ級増幅の固有の特性によ
り、包絡線検波器として作用させることが出来
る。

第３図はこの発明を利用することの出来る典型
的な場合を示している。更に第３図は、この発明
に伴う別の利点をも例示している。この図で、
RF電力発振器１７が固定誘導コイル１６ａを駆
動する。このコイルは１ターンのワイヤだけで構
成することが出来る。然し、一般的に、使われる
ターン数はコイルの直径、使われる周波数並びに
インピーダンス整合条件に関係する。コイル部１
６ａが、電動機の軸６０と、共に回転するコイル
１６ｂに電磁結合される。図示のコイル１６ｂ
は、約４ターンのワイヤで構成され、このワイヤ
が、２つの半部分５０ａ，２０ｂで形成された環
状円板の周面に形成された溝路５７内に配置され
る。部分５０ａ，５０ｂはいずれも半環状の、円
板の半部分であり、図示の様にナツト及びボルト
５２によつて結合される。然し、２つの半環状の
部分を取付ける任意の便利な機械的な手段を使う
ことが出来る。然し、図示の取付方法は、ナツト
及びボルト５２を好便に凹部５１内に配置してい
る。この発明の回路を収容する為、半環状の部分
５０ａに凹部５３を設ける。更に、コイル１６ｂ
からの導線をこの発明の負荷変更手段１５に通す
為の通路５６を部分５０ａに設ける。同様に、感
知装置（図に示してない）をこの発明の負荷変更
手段１５と接続する導線に対する通路５５を設け
る。電動機の軸６０には、通路５５と整合する様
に軸方向並びに半径方向に伸びる通路６１を設け
るのが便利である。この代りに、感知装置に対す
る導線を接着剤又はその他の取付け手段により、
軸６０の円周部分に固定してもよい。部分５０ｂ
に同様な凹部５４が設けられる。この凹部は、特
に軸の回転が高速になることが予想される場合、
凹部５３に設けられた回路の質量に釣合い錘を収
容する為に使うことが出来る。

この発明の特別の利点は、後からはめ込んで使
うことが出来ることである。即ち、この発明は、
その動作パラメータを正確に測定する必要のある
電動機の様な装置に付け加えるのが容易である。
現存の装置にこの発明を付け加えるのは、所望の
感知装置を固定し、その導線を、この発明の回路
を入れた回転円板の部分５０ａ，５０ｂに適当な
方法で通すことにより、容易に行うことが出来
る。感知装置によつて測定された負荷の変化が、
コイル１６ｂ，１６ａを介して負荷検出器１８に
送り返される。半環状の部分５０ａ，５０ｂが、
この発明を監視しようとする装置に取付ける便利
な手段になる。この様な半環状の部分は、取付け
て、後で希望する場合取外せる様に設計されてい
るので、コイル１６ｂは、各部分を結合する継目
にピン・コネクタ５８を備えている。コイル１６
ａは任意の便利な機械的な手段によつて支持する
ことが出来、この後発振器１７及び検出器１８を
接続すれば、装置は完成する。この為、この発明
はこれから作られる新しい機械に用いることが出
来るだけでなく、何年もの間現場で使われていた
電動機及び発電機にも、通常の動作を何等妨げず
に用いることが出来る。更に、固定部分及び回転
部分の間に何等機械的な接続を必要としない。

保護装置の用途では、感知装置のデータを帰還
形の構成で利用し、特定の限界を越えた場合、回
転装置の運転を停止することが出来る。例えば、
電動機の回転子巻線の温度が予め決めた値を越え
た場合、この発明によつて発生された信号をも利
用して、電動機をオフに転じ、部品の損傷を防止
することが出来る。

この発明を回転運動の場合について説明した
が、この発明は夫々の基準枠の間でこの他の相対
運動をする場合にも適用することが出来る。然
し、相対運動によつて、不動部分及び可動部分の
間の電磁結合度が変化する様な場合には、補償が
必要になることがある。この代りに、場合によつ
ては、長いコイルの様な結合部を用いて、所望の
電磁結合度を保つことが出来る。

更に、第２図には、電気信号２２の周波数に従
つて電源３２をオン及びオフに切換える特定の場
合を示したが、他の切換え様式も可能である。特
に、感知装置の出力電圧をデイジタル信号に変換
し、それを用いて電源３２をオン及びオフに転ず
ることが出来る。然し、この方式を用いた場合、
容量性又はその他の手段による感知装置及びデイ
ジタル変換回路に対する給電が不充分になる惧れ
のある長い時間にわたつて、デイジタル・データ
出力が引き続きゼロになつて電源をオフ状態に切
換えたまゝにする様な状態に対する備えをしてお
かなければならない。然し、この問題を避ける為
に、多くの符号化方式がある。特に、デイジタ
ル・データの中に、電源をオフに転じない様に２
進１を分布して入れることが出来る。長く続く０
又は１を発生し得ない様なこの他の２進符号化方
式として、ビツトの中間レベルの変化を用いる２
相符号及び遅延変調符号化がある。更に、回転す
る回路部品に対する適切な電力を保証する為に、
負荷を減少させるだけにする様な半レベル符号も
使うことが出来る。

上に述べた所から、この発明が、固定の観察装
置に対して動いている物体から感知装置の測定デ
ータを伝送する装置を提供したことが理解されよ
う。更に、このデータ伝送装置は１チヤンネルし
た使わず、雑音に対する免疫性が高く、安いコス
トで構成することが出来、最小限の手間で現存の
機械に後から容易に組込むことが出来る。

更に、この単一のチヤンネルを共有して、複数
個の感知装置からの情報を供給することが出来
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の素子の間の関係を示す機能
的なブロツク図、第２図はこの発明の１実施例の
ブロツク図、第３図はこの発明を使うことの出来
る典型的な場合を示した斜視図である。 主な符号の説明 １０：固定の枠、１１：動い
ている枠、１２：感知装置、１５：負荷変更手
段、１６：リアクタンス性結合手段、１７：検出
器、１８：無線周波エネルギ源、３０：増幅器、
３１：電圧制御形発振器、３２：切換え式電源、
３３：コイル、３６：包絡線検波器、３７：計数
器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 不動の観察装置に対して動いている物体から
   物理的測定データを収集するデータ収集装置にお
   いて、 前記の動いている物体上に設けられていて、少
   なくとも１つの物理的測定値を表わす出力信号を
   発生する少なくとも１つの感知装置と、 前記観察装置に対して固定であつて、無線周波
   電力信号を供給する電気エネルギ源と、 前記無線周波電力信号を前記の動いている物体
   に結合して、該物体上の電気負荷に電力を供給す
   るリアクタンス性結合手段と、 前記の動いている物体上に設けられていて、前
   記感知装置の出力に応答して前記電気負荷に対応
   する変化を生じさせて、この負荷変化が前記リア
   クタンス性結合手段により前記無線周波電力信号
   の振幅の変化に反映されるようにする応答手段
   と、 前記観察装置に対して固定であつて、前記無線
   周波電力信号に応答して前記負荷変化に起因する
   前記無線周波電力信号の振幅の変化を検出し、前
   記物理的測定値を表わす出力信号を発生する検出
   手段とを有しているデータ収集装置。 ２ 前記リアクタンス性結合手段が、前記観察装
   置に対して固定である第１のコイル部および前記
   の動いている物体に固着されている第２のコイル
   部を有する誘導結合器で構成されている、特許請
   求の範囲第１項記載のデータ収集装置。 ３ 前記応答手段が、前記感知装置の出力信号に
   比例する周波数を持つ信号を発生する電圧制御形
   発振器と、前記電気負荷に接続されていて、オン
   状態とオフ状態との間の切換えが前記発振器の信
   号の波数に対応する速度で行われる電源手段とを
   含んでいる、特許請求の範囲第１又は２項記載の
   データ収集装置。 ４ 前記検出器手段が、前記電源手段の切換え速
   度を表わす周波数を持つ信号を発生する包絡線検
   波器と、前記包絡線検波器の信号の周波数を計数
   して、その計数値により前記物理的測定値を表わ
   す手段とを有する、特許請求の範囲第３項記載の
   データ収集装置。 ５ 前記電源手段に更に、前記電源手段が前記オ
   フ状態にあるときに前記電気負荷に電力を供給す
   るエネルギ貯蔵手段が設けられている、特許請求
   の範囲第４項記載のデータ収集装置。 ６ 前記電気負荷が前記電圧制御形発振器および
   前記感知装置を含んでいる、特許請求の範囲第５
   項記載のデータ収集装置。 ７ 前記感知装置の出力信号を増幅する増幅器が
   設けられている、特許請求の範囲第６項記載のデ
   ータ収集装置。