(57)【要約】【課題】テレメータ装置の送信機の給電手段として、構成が簡素かつ低コストで、取り付けが容易な給電手段を実現する。【解決手段】回転軸１２に取り付けられた歪ゲージ２２と、回転軸１２に取り付けられ、歪ゲージ２２で得られた計測信号によって変調された搬送波を発信する送信機２４と、監視室等の静止部に設けられ、搬送波を受信し搬送波を復調させて前記計測信号を得る受信機３０とを備えると共に、回転軸１２の周囲に設けられ、回転軸１２の外周面に向けて光ビームｌｂを照射する発光素子３４と、光ビームｌｂが照射される回転軸１２の外周面に装着され、光ビームｌｂを受光すると共に、受光した光ビームｌｂを電力に変換する受光素子３６と、受光素子３６で得られた電力を駆動電流ａとして送信機２４に供給する電気回路４０及び５２とを備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体に取り付けられ、該回転体が動作中の状態量を計測する計測回路と、
前記回転体に取り付けられ、前記計測回路で得られた計測信号によって変調された搬送波を発信する送信機と、
静止部に設けられ、前記搬送波を受信し該搬送波を復調させて前記計測信号を得る受信機とを備えた回転体テレメータであって、
前記回転体の外周面に対向して配置され、前記回転体の外周面に向けて光を照射する発光素子と、
前記発光素子から照射された照射光の照射領域となる前記回転体の外周面に装着され、前記照射光を受光して電力に変換する受光素子と、
前記受光素子で得られた電力を駆動電流として前記送信機に供給する電気回路とを備えていることを特徴とする回転体テレメータの給電装置。
【請求項２】
前記受光素子が前記回転体の周方向に間隔を置いて設けられた複数の受光素子からなり、
前記電気回路は、前記受光素子から発生するパルス状電圧を平滑電圧に変換する平滑回路を有していることを特徴とする請求項１に記載の回転体テレメータの給電装置。
【請求項３】
前記受光素子で発生した電力を蓄積する蓄電部をさらに備え、
前記蓄電部に蓄積された電力を必要時に前記電気回路を介して駆動電流として前記送信機に供給するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転体テレメータの給電装置。
【請求項４】
前記電気回路に設けられたオンオフスィッチと、
前記オンオフスィッチの動作を制御し、前記回転体の動作と同期させて前記オンオフスィッチを作動させる制御装置とをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の回転体テレメータの給電装置。
【請求項５】
回転体に取り付けられた計測回路で、該回転体が動作中の状態量を計測する計測工程と、
前記回転体に取り付けられた送信機で前記計測回路で得られた計測信号によって変調された搬送波を発信する発信工程と、
静止部に設けられた受信機で前記搬送波を受信し、該搬送波を復調させて前記計測信号を得る受信工程とを行う回転体テレメータであって、
前記回転体の外周面に対向して配置された発光素子で、前記回転体の外周面に向けて光を照射する照射工程と、
前記発光素子から照射された照射光の照射領域となる前記回転体の外周面に装着された受光素子で、前記照射光を受光して電力に変換する電力変換工程と、
前記電力変換工程で得られた電力を駆動電流として前記送信機に供給する給電工程とからなることを特徴とする回転体テレメータの給電方法。
【請求項６】
前記受光素子が前記回転体の周方向に間隔を置いて設けられた複数の受光素子からなり、
前記電力変換工程が、
前記受光素子から発生するパルス状電圧を平滑電圧に変換する電圧平滑工程と、
前記電圧平滑工程で平滑電圧に変換された電力を蓄電部に蓄積する蓄電工程とを有していることを特徴とする請求項５に記載の回転体テレメータの給電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば風力発電装置や蒸気タービン等の回転軸等、回転体の作動中の状態を計測した計測値を回転体から監視室等の静止部に設けられた受信装置に送る送信機に給電する非接触式給電装置及び給電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置や蒸気タービン、その他内燃機関、電動機等の回転軸等、回転体の作動中の状態量（歪、温度、変位量、トルク、曲げ応力、振動数等）を計測する場合、テレメータ装置等を用いて、計測信号を回転体から監視室等の静止部に伝送している。テレメータ装置は、回転体に取り付けられた計測回路によって回転体の状態量を電気信号に変換し、この電気信号によって変調された搬送波（電波）を、回転体に取り付けられた送信機から発信する。この搬送波を受信機で受信し、該搬送波を電気信号に復調して計測信号を得るものである。
【０００３】
テレメータ装置の送信機に給電する手段は、例えば、アルカリ乾電池等を回転体に固定し、該アルカリ乾電池等から送信機に給電している。かかる給電手段を有するテレメータ装置の概要を図４及び図５により説明する。図４に示すテレメータ装置１１０は、モータ１００の回転軸１０２を発電機１０４に連結し、モータ１００作動中に回転軸１０２に付加されるトルクを計測し、この計測値を監視室等の静止部に送るものである。図５はテレメータ装置１１０の電気回路を示す。図５に示す回転軸１０２は、図４のＢ部を拡大したものである。
【０００４】
回転軸１０２の外周面の複数箇所に、動作中に発生するトルクを計測する歪ゲージ１１２が設けられている。また、回転軸１０２の外周面に、歪ゲージ１１２で得た計測信号によって変調された搬送波（電波）を発信する送信機１１４と、送信機１１４に駆動電流ａを供給する乾電池１１６が装着されている。一方、監視室等の静止部には、受信機１２０が設けられている。送信機１１４の送信アンテナ１１８から発信された搬送波は、受信アンテナ１２２で受信され、受信機１２０に送られる。
【０００５】
歪ゲージ１１２で得られた計測信号（電気信号）は、送信機１１４に送られる。送信機１１４では、この計測信号によって変調された搬送波が発信される。この搬送波を受信アンテナ１２２で受信し、受信機１２０では、該搬送波を電気信号に復調して計測信号を得る。
【０００６】
また、別な給電手段として、誘導電源を用いた非接触式給電手段がある。特許文献１及び特許文献２には、誘導電源を用いた非接触式給電手段が開示されている。例えば、特許文献１には、回転軸の外周面で周方向に二次コイルを装着し、静止部では、該二次コイルに対向した位置に一次コイルを設け、両者の電磁結合によって二次コイルに電力を供給するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０４−２９７９９９号公報
【特許文献２】特開昭６２−２０７１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
テレメータ装置の送信機へ給電する従来の給電手段のうち、乾電池を回転体に固定する方法は、乾電池の寿命がなくなると、乾電池を交換する必要があり、交換作業が面倒であった。また、誘導電源を用いた前記給電手段は、一次コイルを回転体の周囲に全周に亘り、回転体に接触しないように配置する必要があり、一次コイルの取り付けに手間とコストを要している。
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、テレメータ装置の送信機の給電手段として、構成が簡素かつ低コストで、取り付けが容易な給電手段を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の回転体テレメータの給電装置は、回転体に取り付けられ、該回転体が動作中の状態量を計測する計測回路と、回転体に取り付けられ、計測回路で得られた計測信号によって変調された搬送波を発信する送信機と、静止部に設けられ、該搬送波を受信し搬送波を復調させて計測信号を得る受信機とを備えた回転体テレメータに適用される。
前記目的を達成するため、本発明の給電装置は、回転体の外周面に対向して配置され、回転体の外周面に向けて光を照射する発光素子と、発光素子から照射された照射光の照射領域となる回転体の外周面に装着され、照射光を受光して電力に変換する受光素子と、受光素子で得られた電力を駆動電流として送信機に供給する電気回路とを備えている。
【００１１】
発光素子は、例えば、通常の白熱ランプやＬＥＤ照明灯などを用いることができる。要するに、光を発するものであればよい。受光素子は、例えば、ｐｎ接合の両側に電極を付けたフォトダイオード、太陽電池、あるいはフォトトランジスタなどのように、光電変換機能を有するものである。
【００１２】
本発明の給電装置では、発光素子から照射する光を受光素子で受光して電力に変換し、この電力を送信機の駆動電流として用いる。そのため、静止部に設けられる発光素子は、回転体の周囲の任意の位置に１か所設けらればよく、取付けが容易かる低コストになる。発光素子及び受光素子自体も、誘導電源を用いた給電手段と比べて、構成が簡素かつ低コストで済む。
【００１３】
本発明装置において、受光素子が回転体の周方向に間隔を置いて設けられた複数の受光素子からなり、電気回路は、受光素子から発生するパルス状電圧を平滑電圧に変換する平滑回路を有するようにしてもよい。これによって、受光素子を回転体の全周に配置する必要がなくなるので、受光素子の構成及び配置に要する費用を低コストにできる。
また、受光素子を回転体の周方向に断続的に配置することで、受光素子で発生する電力がパルス状となるが、送信機に駆動電流を送る電気回路は平滑回路を有するので、パルス状電圧を平滑電圧に変換できる。そのため、駆動電流として平滑電流を送信機に供給できるので、送信機が誤動作するおそれがなくなる。
【００１４】
本発明装置において、受光素子で発生した電力を蓄積する蓄電部をさらに備え、蓄電部に蓄積された電力を必要時に電気回路を介して駆動電流として送信機に供給するようにするとよい。これによって、発光素子が作動しないときでも、送信機に電力を供給できる。なお、蓄電部とは、例えば、蓄電池又はキャパシタを指し、これらを蓄電部として用いることができる。
【００１５】
本発明装置において、電気回路に設けられたオンオフスィッチと、オンオフスィッチの動作を制御し、回転体の動作と同期させてオンオフスィッチを作動させる制御装置とをさらに備えることができる。これによって、回転体の稼動開始と同期させて、送信機に給電を開始でき、回転体の稼動停止と同時に給電を停止でき、省エネ化が可能になる。
【００１６】
また、本発明の回転体テレメータの給電方法は、回転体に取り付けられた計測回路で、回転体が動作中の状態量を計測する計測工程と、該回転体に取り付けられた送信機で計測回路で得られた計測信号によって変調された搬送波を発信する発信工程と、静止部に設けられた受信機で搬送波を受信し、該搬送波を復調させて計測信号を得る受信工程とを行う回転体テレメータに適用される。
【００１７】
そして、前記目的を達成するため、本発明の給電方法は、回転体の外周面に対向して配置された発光素子で、回転体の外周面に向けて光を照射する照射工程と、発光素子から照射された照射光の照射領域となる回転体の外周面に装着された受光素子で、照射光を受光して電力に変換する電力変換工程と、電力変換工程で得られた電力を駆動電流として送信機に供給する給電工程とからなる。
【００１８】
これによって、発光素子から照射する光を受光素子で受光して電力に変換し、この電力を送信機の駆動電流として用いるため、静止部に設けられる発光素子は、回転体の周囲の任意の位置１か所に設けらればよく、取付けが容易になる。発光素子及び受光素子自体も、誘導電源を用いた給電手段と比べて、構成が簡素かつ低コストで済む。
【００１９】
本発明方法において、受光素子が回転体の周方向に間隔を置いて設けられた複数の受光素子からなり、電力変換工程が、受光素子から発生するパルス状電圧を平滑電圧に変換する電圧平滑工程と、電圧平滑工程で平滑電圧に変換された電力を蓄電部に蓄積する蓄電工程とを有しているとよい。これによって、受光素子を回転体の全周に配置する必要がなくなり、受光素子の配置を低コスト化できる。
【００２０】
また、受光素子を回転体の周方向に断続的に配置することで、受光素子で発生する電力がパルス状となっても、平滑回路によってパルス状電圧を平滑電圧に変換でき、平滑電流を駆動電流として送信機に供給できる。そのため、送信機を正常に作動できる。また、蓄電部に電力を蓄積することで、発光素子が作動しないときでも、送信機に電力を供給できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、発光素子と受光素子とを用いて光エネルギを電気エネルギに変換し、この電気エネルギで送信機を駆動するので、構成が簡素かつ低コストで、取り付けが容易な給電手段を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係るテレメータ装置の概要図である。
【図２】前記テレメータ装置の受光素子を含む電気回路である。
【図３】（Ａ）は、前記テレメータ装置の受光素子で得られるパルス状電力を示す線図であり、（Ｂ）は、パルス状電力を平滑化した平滑電力を示す線図である。
【図４】は従来のテレメータ装置の概要図である。
【図５】図４のテレメータ装置の受光素子を含む電気回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００２４】
本発明の一実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１は、モータ１０の回転軸１２を発電機１４に連結し、回転軸１２に付加されるトルクを計測する場合に適用されるテレメータ装置２０を示す。図２はテレメータ装置２０の電気回路を示す。図２に示す回転軸１２は、図１のＡ部を拡大したものである。
【００２５】
図１において、回転軸１２の外周面の複数箇所に、回転軸１２の稼働中に発生するトルクを計測する歪ゲージ２２が設けられている。また、回転軸１２の外周面に、歪ゲージ２２で得た計測信号によって変調された搬送波を発信する送信機２４と、送信機２４に供給される電力を蓄積可能な蓄電池２８が装着されている。一方、監視室等の静止部には、受信機３０が設けられている。送信機２４の送信アンテナ２６から発信された搬送波は、受信アンテナ３２で受信され、受信機３０に送られる。
【００２６】
歪ゲージ２２で得られた計測信号（電気信号）は、送信機２４に送られる。送信機２４では、この計測信号によって変調された搬送波が送信アンテナ２６を介して発信される。この搬送波を受信アンテナ３２で受信し、受信機３０では、該搬送波を電気信号に復調して歪ゲージ２２で得られた計測信号を得る。また、回転軸１２の外周面に対向した位置で静止部に又は静止して発光素子３４が設けられている。一方、回転軸１２の外周面でかつ発光素子３４から光が照射される領域で、回転軸１２の周方向に板状の複数の受光素子３６が等間隔に断続的に固定されている。
【００２７】
図２において、各受光素子３６と蓄電池２８とは電気回路４０で接続されている。そして、電気回路３２に平滑回路４２が設けられ、平滑回路４２は、抵抗素子４４と、キャパシタ４６と、整流作用を有するダイオード４８及び５０とで構成されている。また、蓄電池２８と平滑回路４２との間の電気回路４０には、送信機２４に駆動電流ａを供給する電気回路５２が設けられている。電気回路５２にはオンオフスィッチ５４が設けられ、回転軸１２の駆動装置５６から駆動装置５６の発停信号を入力し、その入力信号に基づいてオンオフスィッチ５４を操作する制御装置５８が設けられている。
【００２８】
発光素子３４は、例えば、ＬＥＤユニットを用い、１００Ｖ交流電源３８に接続することで、全光束７７０ｌｍの光ビームを発する。受光素子３６は、例えば、ｐｎ接合の両側に電極を付けたフォトダイオード、太陽電池、あるいはフォトトランジスタなどのように、光電変換機能を有するもの、又はこれら光電変換機能を有するものを組み込んだ装置で構成されている。
【００２９】
かかる構成において、回転軸１２の稼動中に、発光素子３４から受光素子３６に光ビームｌｂを照射する。複数の受光素子３６は、発光素子３４の正面に対面した位置に達し、そこで光ビームｌｂを受光するたびに、各受光素子３０で電力が発生する。発生した電力は、図３（Ａ）に示すようなパルス状電圧を有する電力となる。このパルス状電力は平滑回路４２で、図３（Ｂ）に示すように、平滑化され、ほぼ定電圧を有する平滑化された電力となる。図３（Ｂ）は、一例として、抵抗素子４４が１００Ωであり、回転軸１２の回転数が１，０００ｒｐｍであり、キャパシタ４６の容量が１μＦである場合の電力値を示している。
【００３０】
平滑回路４２で平滑化された電力は、不要なとき又は過剰分が蓄電池２８に蓄積される。あるいはそのまま電気回路５２を介して送信機２４に供給される。蓄電池２８に蓄積された電力は、必要なとき、電気回路５２を介して送信機２４に供給される。電気回路５２に設けられたオンオフスィッチ５４は、制御装置５８によってその動作が制御される。制御装置５８には、回転軸１２の駆動装置５６から、回転軸１２の発停信号が入力される。制御装置５８は、この入力信号により、回転軸１２の稼動開始と同時に、オンオフスィッチ５４を閉とし、送信機１８に駆動電流ａを供給する。また、回転軸１２の稼動停止と同時に、オンオフスィッチ５４を開とする。
【００３１】
本実施形態によれば、発光素子３４から照射する光ビームｌｂを受光素子３６で受光すると共に電力に変換し、この電力を送信機２４の駆動電流として用いることができる。受光素子３６は、回転軸１２の外周面に断続的に固定されているので、全周に配置される場合と比べて、取付けが容易になる。また、発光素子３４及び受光素子３６自体も、誘導電源を用いた給電手段と比べて、構成が簡素かつ低コストで済む。
【００３２】
また、受光素子３６が発生するパルス状電圧は、平滑回路４２で平滑化され、ほぼ定電圧にされるので、定電流を駆動電流として送信機２４に供給できる。そのため、送信機２４は誤動作を起こすおそれなく作動できる。また、受光素子３６で発生した電力を蓄積する蓄電池２８を備えているので、蓄電池２８に蓄積された電力を必要時に電気回路５２を介して送信機２４に供給できるので、発光素子３４が作動しないときでも、送信機２４に電力を供給できる。
【００３３】
また、電気回路５２に設けられたオンオフスィッチ５４と、オンオフスィッチ５４の動作を制御し、回転軸１２の動作開始に合わせてオンオフスィッチ５４を同期させる制御装置５８とを備えているので、省エネを達成できる。
【００３４】
なお、本実施形態では、回転軸１２の外周面に複数の受光素子３６を等間隔で断続的に配置したが、受光素子３６を回転軸１２の外周面全周に亘り配置してもよいし、あるいは回転軸１２の外周面の一部にのみ配置してもよい。いずれの場合でも、発光素子３４は、回転軸１２の外周面に対向する位置で１か所に配置すればよいので、発光素子３４の設置が容易かつ低コストになる。また、受光素子３６を回転軸１２の外周面全周に配置すれば、平滑回路４２を設けなくても、ほぼ平滑な起電圧が得られる。従って、平滑回路４２を省略できるので、電気回路４０の構成を簡素化かつ低コスト化できる。
【００３５】
また、本発明では、蓄電池２８の代わりに、キャパシタを設けるようにしてもよいし、あるいは特に、蓄電池又はキャパシタを設けなくてもよい。さらに、場合によっては、オンオフスィッチ５４を設けなくてもよい。これらいずれの場合でも本発明の所期の目的を達成できる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明によれば、テレメータ装置の送信機の給電手段として、構成が簡素かつ低コストで、部品の取り付けが容易な給電手段を実現できる。
【符号の説明】
【００３７】
１０，１００                          モータ
１２，１０２                          回転軸
１４，１０４                          発電機
２０，１１０                          テレメータ装置
２２，１１２                          歪ゲージ
２４，１１４                          送信機
２６，１１８                          送信アンテナ
２８                                  蓄電池
３０，１２０                          受信機
３２，１２２                          受信アンテナ
３４                                  発光素子
３６                                  受光素子
３８                                  １００Ｖ交流電源
４０、５２                            電気回路
４２                                  平滑回路
４４                                  抵抗素子
４６                                  キャパシタ
４８、５０                            ダイオード
５４                                  オンオフスィッチ
５６                                  駆動装置
５８                                  制御装置
１１６                                乾電池
ａ                                    駆動電流
ｌｂ                                  光ビーム
【図１】
2014135011.tif 000003
【図２】
2014135011.tif 000004
【図３】
2014135011.tif 000005
【図４】
2014135011.tif 000006
【図５】
2014135011.tif 000007