KR100777499B1 - 회전체와 고정체 간의 송수신을 위한 신호전달장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전체와 고정체 사이에 설치되어 신호 전달을 매개하는 신호전달장치에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 회전체에 축정렬되도록 연결되어 일체로 회전하고, 그 회전축을 중심으로 하는 가상의 원형 정렬기준선 상에 적어도 하나 이상의 송신용 광소자(또는 수신용 광소자)가 배치되어 있는 제1전송모듈; 및 상기 제1전송모듈과 대향하도록 고정체에 고정되고, 상기 제1전송모듈의 정렬기준선에 상응하는 가상의 정렬기준선 상에는 상기 송신용 광소자(또는 수신용 광소자)에 대응하는 수신용 광소자(또는 송신용 광소자)가 배치되어 있는 제2전송모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 신호전달장치가 개시된다.

대연기, 연합기, 광소자, 회전축

Description

회전체와 고정체 간의 송수신을 위한 신호전달장치{SIGNAL TRANSMISSION DEVICE FOR TRANSMITTING AND RECEIVING A SIGNAL BETWEEN ROTARY BODY AND STATIONARY BODY}

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 종래기술에 따른 접점식 신호전달장치의 구성을 도시하는 단면도.

도 2는 종래기술에 따른 광소자식 신호전달장치의 구성을 도시하는 단면도.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신호전달장치의 구성을 도시하는 단면도.

도 4는 도 3에서 제1전송모듈에 구비되는 광소자의 배열구조를 도시하는 평면도.

도 5는 도 3에서 제2전송모듈에 구비되는 광소자의 배열구조를 도시하는 평면도.

도 6은 본 발명에 구비되는 송신회로부의 회로 구성도.

도 7은 본 발명에 구비되는 수신회로부의 회로 구성도.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

100...제1전송모듈 101,202...수신용 광소자

102,201...송신용 광소자 103...회전기판

104...회전몸체 105...회전축

106,107,206,207...정렬기준선 200...제2전송모듈

203...고정기판 205...중심축

208...격막

본 발명은 신호전달장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회전체와 고정체 사이에 설치되어 비접촉식으로 신호를 전달하는 신호전달장치에 관한 것이다.

전선 제조설비인 대연기나 연합기와 같이 고정체에 대하여 회전체를 회전시키면서 해당 가공을 수행하는 장치에는 통상적으로 회전체와 고정체 간의 상대 회전시 소정의 제어신호나 감지신호 등을 전달할 수 있는 신호전달장치가 구비된다.

도 1에는 종래의 접점식 신호전달장치의 구성이 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 종래의 접점식 신호전달장치는, 회전체(미도시)에 연결되고 외주면에 회전전극(13)이 노출되어 있는 회전부재(10)와, 고정체(미도시)에 연결되고 회전전극(13)과 접점방식으로 접촉되는 고정전극(14)과, 상기 회전전극(13) 방향으로 고정전극(14)을 탄성 바이어스하는 탄성체(15)를 포함한다.

여기서, 회전부재(10)는 보통 베이클라이트나 에폭시수지 등의 절연재로 이루어진, 중공(11)이 형성된 몸체를 구비하며, 몸체에는 신호선(12)이 인입되어 회전전극(13)에 연결된다.

위와 같은 구조를 갖는 종래의 접점식 신호전달장치는 회전체에 연동하여 회전축(16)을 중심으로 회전부재(10)가 회전할 때 회전전극(13)과 고정전극(14)이 연속적으로 접촉되면서 신호선(12), 회전전극(13), 고정전극(14)의 순서로, 혹은 그 반대의 순서로 신호의 전달이 이루어지게 된다.

그러나, 이 방식의 경우 회전전극(13)과 고정전극(14)이 상호 기계적으로 마찰됨에 따라 양 전극이 마모되어 주기적으로 전극을 교체해 주어야 하는 불편함이 있고, 양 전극의 표면상태가 불균일할 경우에 접촉저항이 변화되므로 노이즈에 의한 신호왜곡이 발생할 수 있는 문제가 있다.

도 2에는 회전체와 고정체 간의 송수신을 위한 광소자식 신호전달장치의 구성이 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 종래의 광소자식 신호전달장치는, 회전체에 연결되는 회전부재(20)의 회전축(21)에 배치되는 송신용 광소자(또는 수신용 광소자)(22)와, 고정체에 배치되는, 송신용 광소자(또는 수신용 광소자)(22)에 대응하는 수신용 광소자(또는 송신용 광소자)(23)와, 양측 광소자 사이에 개재되어 광신호의 방향을 전환해 주는 반사경(24)을 포함한다.

여기서, 반사경(24)은 회전부재(20)의 회전축(21) 선상에 비스듬히 설치되어 송신용 광소자(22)로부터 입사되는 광신호를 수신용 광소자(23)로 반사시킨다.

위와 같은 구조를 갖는 광소자식 신호전달장치는, 회전체에 연동하는 회전부 재(20)의 회전과는 무관하게 회전부재(20)의 회전축(21)에 배치된 송신용 광소자(또는 수신용 광소자)(22), 반사경(24), 수신용 광소자(또는 송신용 광소자)(23)의 순서로, 혹은 그 반대의 순서로 무접촉식의 광신호 전달이 이루어지게 된다. 이러한 구성에 따르면, 무접촉식으로 신호의 전송이 이루어지므로 신호왜곡이 발생하지 않아 정확한 신호전송이 가능한 장점이 있다.

그러나, 종래의 광소자식 신호전달장치는 회전부재(20)의 회전축(21)에 하나의 광소자만을 설치할 수 있으므로 단방향 전송을 지원하는 단일 통신채널만이 구비되는 취약점이 있고, 이에 따라 RS232, RS422, RS485 등의 통신표준을 따르는 양방향 데이터 통신은 불가능한 문제가 있다.

또한, 연합기와 같은 전선설비에서는 회전부재(20)의 중공을 전선들이 통과해야 하는 바, 종래의 신호전달장치는 반사경(24)이 회전축에 정렬되는 관계로 전선 제조설비에는 적용 자체가 불가능하는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 회전체와 고정체 사이에서 광신호를 송수신함으로써 비접촉식으로 신호를 전달하고, 회전체의 회전축에서 이격된 영역에서 송신용 광소자와 수신용 광소자 간의 광결합이 이루어지는 구조의 신호전달장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 회전체와 고정체 간에 양방향 다채널의 신호전송이 수행될 수 있는 신호전달장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 대연기나 연합기 등 전선 제조설비에 적용 가능하 도록 전선이 통과할 수 있는 중심 통로를 구비한 신호전달장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 신호전달장치는 회전체와 연동하며, 회전체의 회전축으로부터 일정 반경만큼 이격되도록 설치되는 적어도 하나 이상의 송신용 광소자(또는 수신용 광소자)와, 상기 송신용 광소자(또는 수신용 광소자)에 대응하도록 고정체에 고정되는 수신용 광소자(또는 송신용 광소자)를 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 고정체와, 상기 고정체에 대하여 상대적으로 회전하게 되는 회전체 사이에 설치되어 신호 전달을 매개하는 신호전달장치에 있어서, 상기 회전체에 축정렬되도록 연결되어 일체로 회전하고, 그 회전축을 중심으로 하는 가상의 원형 정렬기준선 상에 적어도 하나 이상의 송신용 광소자(또는 수신용 광소자)가 배치되어 있는 제1전송모듈; 및 상기 제1전송모듈과 대향하도록 상기 고정체에 고정되고, 상기 제1전송모듈의 정렬기준선에 상응하는 가상의 정렬기준선 상에는 상기 송신용 광소자(또는 수신용 광소자)에 대응하는 수신용 광소자(또는 송신용 광소자)가 배치되어 있는 제2전송모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 신호전달장치가 제공된다.

상기 제1전송모듈과 제2전송모듈은, 동심원 패턴으로 분포되는 둘 이상의 정렬기준선 상에 각각 광소자가 배치되어 둘 이상의 신호전송채널을 형성하는 것이 바람직하다.

바람직하게, 상기 제1전송모듈과 제2전송모듈은, 상기 신호전송채널들에 대하여 송신용 광소자와 수신용 광소자가 교호적으로 배치될 수 있다.

신호전송채널들 사이에는 광간섭의 방지를 위해 격막이 구비될 수 있다.

상기 송신용 광소자로는 발광다이오드 또는 레이저 다이오드가 채용되고, 상기 수신용 광소자로는 포토 다이오드 또는 포토 트랜지스터가 채용될 수 있다.

바람직하게, 상기 제1전송모듈은, 상기 회전체에 연결되는, 중공이 형성된 회전몸체; 및 상기 회전몸체의 외주를 둘러싸도록 설치되고, 상기 송신용 광소자(또는 수신용 광소자)가 실장되는 회전기판;을 포함하고, 상기 제2전송모듈은, 상기 고정체에 연결되며, 베어링을 매개로 상기 회전몸체와 커플링되고 상기 회전몸체의 중공과 연통되는 중공이 형성된 고정몸체; 및 상기 고정몸체의 외주를 둘러싸도록 설치되고, 상기 수신용 광소자(또는 송신용 광소자)가 실장되는 고정기판;을 포함할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들 이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신호전달장치의 구성을 도시하는 단면도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명은 회전체(미도시)에 연결되어 일체로 회전하게 되는 제1전송모듈(100)과, 제1전송모듈(100)과 대향하도록 고정체(미도시)에 연결되는 제2전송모듈(200)을 포함한다.

여기서, 회전체와 고정체는 예컨대, 대연기나 연합기 등의 전선 제조설비에 구비되는 관련 부분이 해당될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 고정된 물체와 그에 대하여 회전하는 물체의 대응관계를 가지며, 상호간에 신호 전달이 요구되는 대상물인 한 어떠한 구조라도 해당될 수 있음은 물론이다.

제1전송모듈(100)은 회전체와 일체로 회전하도록 연결되는 회전몸체(104)와, 회전몸체(104)의 외주를 둘러싸는 회전기판(103)과, 회전기판(103)에 실장되는 송신용 광소자(102) 및/또는 수신용 광소자(101)를 포함한다.

회전몸체(104)는 내부에 중공이 형성되며 전체적으로 대략 원통형 구조를 갖도록 형성되고, 회전체와 축정렬을 이루도록 연결된다.

회전몸체(104)의 외주를 둘러싸도록 장착되는 회전기판(103)은 페놀수지나 에폭시수지 등으로 형성되며, 예컨대 도 4에 도시된 바와 같은 배열구조로 송신용 광소자(102) 및/또는 수신용 광소자(101)가 실장된다. 즉, 회전몸체(104)의 회전축(105)을 중심으로 하는 가상의 원형 정렬기준선(106,107) 상에 적어도 하나 이상의 송신용 광소자(102)와 수신용 광소자(101)가 배치된다. 여기서, 송신용 광소자 (102)로는 발광다이오드 또는 레이저 다이오드가 채용되고, 수신용 광소자(101)로는 포토 다이오드 또는 포토 트랜지스터가 채용되는 것이 바람직하다.

임의의 정렬기준선에 배치되는 광소자는 후술하게 될 제2전송모듈(200)에 배치되는 광소자와 함께 광신호를 송수신하는 신호전송채널을 형성하게 된다. 따라서, 회전축(105)을 중심으로 동심원 패턴으로 분포되는 둘 이상의 정렬기준선에 대하여 광소자를 배치하게 되면 정렬기준선의 수에 상응하는 다중 신호전송채널을 형성할 수 있다.

광소자의 실장이나 회로구성의 편의 등을 감안할 때 다중의 신호전송채널들에는 송신용 광소자(102)와 수신용 광소자(101)가 교호적으로 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 회전축(105)을 기준으로 홀수번째 정렬기준선(107)에는 적어도 하나 이상의 송신용 광소자(102)가 배치되고, 짝수번째 정렬기준선(106)에는 적어도 하나 이상의 수신용 광소자(101)가 배치될 수 있을 것이다. 여기서, 송신용 광소자(102)나 수신용 광소자(101)의 배열 개수 및 배열 간격이 도면에 도시된 것에 한정되지 않고 다양하게 변형될 수 있음은 물론이다.

제2전송모듈(200)은 제1전송모듈(100)과 대향하도록 고정체에 고정되는 고정몸체(204)와, 고정몸체(204)의 외주를 둘러싸는 고정기판(203)에 실장되는 송신용 광소자(201) 및/또는 수신용 광소자(202)를 포함한다.

고정몸체(204)에는 제1전송모듈(100)의 회전몸체(104)가 끼워질 수 있는 내부 중공이 마련되며 전체적으로 대략 원통형 구조로 형성되고, 그 중심축(205)은 제1전송모듈(100)의 회전축(105)과 축정렬된다. 여기서, 회전몸체(104)가 커플링 (Coupling) 되는 고정몸체(204)의 내주에는 베어링(150)이 개재되어 고정몸체(204)에 대한 회전몸체(104)의 회전시 마찰을 최소화하는 것이 바람직하다.

고정몸체(204)의 외주를 둘러싸도록 장착되는 고정기판(203)에는 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같은 배열구조로 송신용 광소자(201) 및/또는 수신용 광소자(202)가 실장된다. 즉, 고정몸체(204)의 중심축(205)을 중심으로 하는 동시에 제1전송모듈(100)의 회전기판(103)의 정렬기준선(106,107)에 상응하는 가상의 원형 정렬기준선(206,207) 상에 적어도 하나 이상의 송신용 광소자(201)와 수신용 광소자(202)가 배치되어 신호전송채널을 형성한다.

여기서, 각 정렬기준선에 배치되는 광소자는 제1전송모듈(100)의 회전기판(103)에 배치되는 광소자와 대응되는 관계를 갖는다. 즉, 전술한 회전기판(103)의 배열구조를 감안할 때, 고정기판(203)의 중심축(205)을 기준으로 홀수번째 정렬기준선(207)에는 적어도 하나 이상의 수신용 광소자(202)가 배치되고, 짝수번째 정렬기준선(206)에는 적어도 하나 이상의 송신용 광소자(201)가 배치될 수 있을 것이다. 여기서, 송신용 광소자(201)나 수신용 광소자(202)의 배열 개수 및 배열 간격이 도면에 도시된 것에 한정되지 않고 다양하게 변형될 수 있음은 물론이다.

바람직하게, 회전기판(103)이나 고정기판(203)에는 이웃하는 신호전송채널들을 서로 구획하도록 실린더 형태의 격막(208)을 설치하면 신호전송채널들간의 광간섭을 방지할 수 있다.

도 6에는 제1전송모듈(100)과 제2전송모듈(200)에 구비되는 송신용 광소자(102,201)를 통해 신호를 송신하기 위한 송신회로부의 구성예가 도시되어 있다.

도 6을 참조하면, 송신회로부는, 상호 직렬 연결되도록 예컨대, 회전기판(103)의 정렬기준선(107) 상에 배치되는, 발광다이오드(LED)에 해당하는 복수개의 송신용 광소자(102)와, 각 송신용 광소자(102)를 일괄적으로 스위칭하도록 연결되는 파워 트랜지스터(153)와, 파워 트랜지스터(153)의 베이스단에 연결되어 적정 동작전류를 인가하는 제1저항(151)과, 신호의 미입력시 파워 트랜지스터(153)의 오프특성을 향상시키도록 제1저항(151)을 기준으로 파워 트랜지스터(153)의 베이스단과 병렬연결되는 제2저항(152)과, 파워 트랜지스터(153)에 과전류가 인가되지 않도록 전류를 제한하는 제3저항(154)을 포함한다.

위와 같은 구성을 갖는 송신회로부는 제1저항(151)의 전단에 송신대상이 되는 디지털 전기신호를 입력함에 따라 파워 트랜지스터(153)가 온/오프 되면서 복수의 송신용 광소자(107)를 일괄적으로 동작시킴으로써 전기신호에 대응하는 광신호를 송신하게 된다.

한편, 도 7에는 제1전송모듈(100)과 제2전송모듈(200)에 구비되는 수신용 광소자(101,202)를 통해 신호를 수신하기 위한 수신회로부의 구성예가 도시되어 있다.

도 7을 참조하면, 수신회로부는 예컨대, 고정기판(203)의 정렬기준선(207) 상에 배치되는, 포토 트랜지스터에 해당하는 복수개의 수신용 광소자(202)와, 각각의 수신용 광소자(202)의 출력단에 연결되는 신호증폭기(155)와, 각 신호증폭기(155)의 출력단이 그 입력단에 연결되는 논리합 게이트(OR Gate)소자(156)를 포함한다.

수신용 광소자(202)는 송신회로부에서 전송된 광신호를 수신하여 광전변환하고, 신호증폭기(155)는 해당 수신용 광소자(202)에서 출력되는 일정 수신강도 이상의 신호에 대하여 'High' 신호를 출력하는 콤퍼레이터(Comparator) 기능을 수행한다.

논리합 게이트 소자(156)에서는 적어도 하나의 신호증폭기(155)로부터 신호가 입력될 때 'High' 신호를 출력함으로써 송신회로부에서 송신된 디지털 전기신호를 복원한다. 이러한 구성에 따르면, 회전체의 회전시 회전체와 고정체 간의 정렬상태가 변하여 다수의 수신용 광소자(202) 중 임의의 수신용 광소자(202)의 수신강도가 변하더라도 어느 하나의 신호증폭기(155)로부터 신호가 입력되기만 하면 정확히 신호를 복원할 수 있다.

이상과 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신호전달장치는 회전체의 회전에 연동하여 제2전송모듈(200)에 대하여 제1전송모듈(100)이 회전하면서 광신호를 송수신하게 된다. 즉, 제1전송모듈(100)에 배치된 송신용 광소자(102) 및 수신용 광소자(101)의 회전궤적과, 제2전송모듈(200)에 배치된 수신용 광소자(202) 및 송신용 광소자(201)의 원형 정렬기준선(207,206)은 회전중에 지속적으로 상호 대향하는 상태를 유지하게 되므로 비접촉식으로 광신호의 양방향 송수신 동작이 수행된다. 여기서, 양 전송모듈(100,200)의 중공에는 장애물이 존재하지 않으므로 예컨대, 전선과 같은 가공대상물을 통과시키는 것이 가능하다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

이상의 설명과 같이 본 발명에 따른 신호전달장치는 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 신호전달의 매체로 광이 사용되므로 노이즈나 신호왜곡 없이 회전체와 고정체 간에 신호를 전달할 수 있다.

둘째, 다중의 신호전송채널이 구비될 수 있으므로 RS232, RS422, RS485와 같은 데이터 통신의 지원이 가능하다.

셋째, 전달장치 몸체의 중심에 전선이 통과될 수 있는 통로가 확보되므로 대연기나 연합기와 같은 전선 제조설비에 유용하게 적용될 수 있다.

넷째, 각 신호전달채널이 복수개의 광소자를 통해 형성될 수 있으므로 회전체의 회전으로 인해 회전체와 고정체 간의 정렬상태가 다소 변하더라도 정확히 광신호를 송수신 할 수 있다.

Claims (6)

1. 고정체와, 상기 고정체에 대하여 상대적으로 회전하게 되는 회전체 사이에 설치되어 신호 전달을 매개하는 신호전달장치에 있어서,

   상기 회전체에 축정렬되도록 연결되어 일체로 회전하고, 그 회전축을 중심으로 하는 가상의 원형 정렬기준선 상에 적어도 하나 이상의 송신용 광소자(또는 수신용 광소자)가 배치되어 있는 제1전송모듈; 및

   상기 고정체에 고정되되 상기 회전축의 종방향으로 상기 제1전송모듈과 대향하도록 배치되고, 상기 제1전송모듈의 정렬기준선에 대응하는 가상의 정렬기준선 상에는 상기 송신용 광소자(또는 수신용 광소자)에 대응하는 수신용 광소자(또는 송신용 광소자)가 배치되어 있는 제2전송모듈;을 포함하고,

   상기 제1전송모듈과 제2전송모듈은, 동심원 패턴으로 분포되는 둘 이상의 정렬기준선 상에 각각 광소자가 배치되어 둘 이상의 신호전송채널이 형성되고, 상기 신호전송채널들을 서로 구획하도록 설치되어 광간섭을 방지하는 격막;을 구비하며,

   상기 제1전송모듈은, 상기 회전체에 연결되는, 중공이 형성된 회전몸체; 및 상기 회전몸체의 외주를 둘러싸도록 설치되고, 상기 송신용 광소자(또는 수신용 광소자)가 실장되는 회전기판;을 포함하고,

   상기 제2전송모듈은, 상기 고정체에 연결되며, 베어링을 매개로 상기 회전몸체와 커플링되고 상기 회전몸체의 중공과 연통되는 중공이 형성된 고정몸체; 및 상기 고정몸체의 외주를 둘러싸도록 설치되고, 상기 수신용 광소자(또는 송신용 광소자)가 실장되는 고정기판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 신호전달장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 제1전송모듈과 제2전송모듈은, 상기 신호전송채널들에 대하여 송신용 광소자와 수신용 광소자가 교호적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 신호전달장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 송신용 광소자로는 발광다이오드 또는 레이저 다이오드가 채용되고,

   상기 수신용 광소자로는 포토 다이오드 또는 포토 트랜지스터가 채용되는 것을 특징으로 하는 신호전달장치.
6. 삭제

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