(57)【要約】【課題】設置の自由度を向上させることができ、かつ、複雑化及び作業の煩雑化を抑制できるワイヤレス給電装置、テレメータ計測システム及び回転機械を提供する。【解決手段】軸線Ｏ回りに回転するロータに周方向に間隔をあけて配置された複数の受電アンテナに対して、ステータ側から非接触で給電するワイヤレス給電装置であって、高周波信号を発振する発振器９０と、高周波信号を電波として放射する複数の放射部８３が周方向に配列されるとともに周方向に円弧状に延びる漏洩導波管８０を有し、環状をなす送電部７１とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線回りに回転するロータに周方向に間隔をあけて配置された複数の受電アンテナに対して、ステータ側から非接触で給電するワイヤレス給電装置であって、
高周波信号を発振する発振器と、
前記高周波信号を電波として放射する複数の放射部が前記周方向に配列されるとともに前記周方向に円弧状に延びる漏洩アンテナを有し、環状をなす送電部と、
を備えるワイヤレス給電装置。
【請求項２】
前記送電部は、複数の前記漏洩アンテナが前記周方向の端部同士の間に間隙を介して前記周方向に配列されることで環状をなしている請求項１に記載のワイヤレス給電装置。
【請求項３】
前記発振器は、複数の前記漏洩アンテナに対応するように複数設けられ、
複数の前記発振器に対して、各前記発振器が発振する前記高周波信号を揃える同期信号を出力する基準発振器を備える請求項２に記載のワイヤレス給電装置。
【請求項４】
前記発振器が発振する高周波信号を各前記漏洩アンテナに分配する分配器を備える請求項２に記載のワイヤレス給電装置。
【請求項５】
前記分配器によって各漏洩アンテナに分配される前記高周波信号の位相を調整可能な移相器を備える請求項４に記載のワイヤレス給電装置。
【請求項６】
前記放射部の少なくとも一部を覆う誘電体レンズを備える請求項１から５のいずれか一項に記載のワイヤレス給電装置。
【請求項７】
前記漏洩アンテナは、漏洩導波管である請求項１から６のいずれか一項に記載のワイヤレス給電装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載のワイヤレス給電装置、及び前記ステータ側に設けられて無線情報を受信する受信部を有するステータ側ユニットと、
前記受電アンテナを含む受電モジュール、前記受電アンテナが受電する電力によって駆動され、前記ロータの状態を検出するセンサ、及び、前記受電アンテナが受電する電力によって駆動され、前記センサの検出信号を無線情報として送信する送信部を有し、前記ロータに対して周方向に間隔をあけて複数設けられたロータ側ユニットと、
を備えるテレメータ計測システム。
【請求項９】
前記ステータと、
前記ステータに対して前記軸線回りに回転する回転軸、及び、該回転軸の外周面から放射状に延びるように設けられた複数の動翼を有する前記ロータと、
請求項８に記載のテレメータ計測システムと、
を備え、
前記センサは、それぞれ前記動翼に設けられている回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤレス給電装置、テレメータ計測システム及び回転機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン等の回転機械の運転状況を監視する運転監視システムとして、テレメータ計測システムが知られている。テレメータ計測システムは、例えばタービンの各動翼に取り付けられた複数のセンサによって該動翼の状態を検出する。そして、これらセンサの検出情報は、各センサに対応するように回転側に設けられた送信機によって、固定側に無線送信される。
【０００３】
ここで、回転側に取り付けられたセンサ及び送信機を駆動する電力は、固定側からワイヤレス給電装置によって回転側の受電モジュールに非接触で給電される。このようなワイヤレス給電装置として、固定側の送電用コイルによって、回転側の受電用コイルに非接触で給電を行う誘導給電方式のもの知られている（例えば特許文献１参照）開示されている。
また、一般的に送電アンテナから送信されるマイクロ波を受電アンテナで受信して電力に変換する電波方式のワイヤレス給電装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第６０１２２２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１に記載のワイヤレス給電装置は誘導給電方式を採用しているため、送電用コイル・受電用コイル間の伝送距離が短い。そのため、両コイルの径寸法や設置位置を回転機械の設計段階で予め考慮しなければ、適切な無線送電を実現することが困難であった。
【０００６】
また、電波方式のワイヤレス給電装置を回転機械に適用した場合、回転体に環状に配置された複数の受電アンテナに電力を送電するため、固定側には多数の送電用のパッチアンテナを環状に配置する必要がある。この場合、各パッチアンテナから放射される電波の干渉による受電アンテナの受信電力の低下を回避すべく、各パッチアンテナの位相調整を行う必要がある。そのため、各パッチアンテナに対応して移相器を設け、個別に調整を行わなければならず、装置の複雑化及び作業の煩雑化を招いてしまう虞があった。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、設置の自由度を向上させることができ、かつ、複雑化及び作業の煩雑化を抑制できるワイヤレス給電装置、テレメータ計測システム及び回転機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用している。
即ち、本発明の第一態様に係るワイヤレス給電装置は、軸線回りに回転するロータに周方向に間隔をあけて配置された複数の受電アンテナに対して、ステータ側から非接触で給電するワイヤレス給電装置であって、高周波信号を発振する発振器と、前記高周波信号を電波として放射する複数の放射部が前記周方向に配列されるとともに前記周方向に円弧状に延びる漏洩アンテナを有し、環状をなす送電部と、を備える。
【０００９】
本態様では、送電部としての漏洩アンテナから放射する電波を受電アンテナで受電することにより、回転側に電力が送電される。このようなアンテナ方式の場合、誘導給電方式に比べて伝送距離が長いため、送電アンテナ及び受電アンテナの設置の自由度を向上させることができる。
【００１０】
一方、本態様では、送電部としての漏洩アンテナが周方向に延びているため、一の漏洩アンテナによって周方向に配列された複数の受電アンテナに同時に電波を放射することができる。即ち、漏洩アンテナによって周方向の広い範囲に位置する受電アンテナ群に対して同時に電波を放射することができる。
また、漏洩アンテナには一の発振器からの高周波信号が伝搬するため、放射部のピッチ及び大きさを適切に設定することにより、各放射部から放射される電波の位相を適切に設定することができる。これによって、近接する放射部から放射される電波同士でフェージングが発生することにより受電アンテナの受信電力が低下してしまうことを抑制できる。さらに、固定側に送電用のパッチアンテナを多数配列した場合のように、パッチアンテナ毎に発振器を設ける必要はない。さらに、パッチアンテナ毎に移送器を設置することでの個別の位相調整を行う必要もない。
【００１１】
上記態様では、前記送電部は、複数の前記漏洩アンテナが前記周方向の端部同士の間に間隙を介して前記周方向に配列されることで環状をなしていてもよい。
【００１２】
漏洩アンテナが周方向に分割された構造をなすことによって、全体として環状をなす送電部を回転機械の外周側から容易に取り付け、取り外しを行うことができる。
【００１３】
上記態様では、前記発振器は、複数の前記漏洩アンテナに対応するように複数設けられ、複数の前記発振器に対して、各前記発振器が発振する前記高周波信号を揃える同期信号を出力する基準発振器を備えていてもよい。
【００１４】
送電部を複数の漏洩アンテナによって構成した場合であっても、各漏洩アンテナによって周方向の広い範囲に電波を放射することができるため、パッチアンテナを多数並べた場合に比べて構造の複雑化を回避することができる。また、各漏洩アンテナに対応して設けられた発振器から伝搬される高周波信号は、基準発振器によって位相が揃えられているため、送電部全体として一様な電波を放射することができる。これにより、フェージングを抑制し、受信電力の低下を回避することができる。
【００１５】
上記態様では、前記発振器が発振する高周波信号を各前記漏洩アンテナに分配する分配器を備えていてもよい。
【００１６】
この場合も上記同様、各漏洩アンテナには同様の位相の高周波信号が伝搬されることになる。そのため、送電部全体として一様な電波を放射し、フェージングを抑制することができる。
【００１７】
上記態様では、前記分配器によって各漏洩アンテナに分配される前記高周波信号の位相を調整可能な移相器を備えていてもよい。
【００１８】
これにより各漏洩アンテナから放射される電波の位相の微調整を行うことができ、各漏洩アンテナからの電波の位相をより精度高く一致させることができる。
また、各受電アンテナの受信電力を見ながら移相器によって位相調整を行うことで、例えば分配器・漏洩アンテナ間の配線長や漏洩アンテナの周方向の寸法が異なる場合であっても、各漏洩アンテナから放射される電波の位相差をより小さくすることができる。
【００１９】
上記態様では、前記放射部の少なくとも一部を覆う誘電体レンズを備えていてもよい。
【００２０】
これによって、漏洩アンテナの放射部に異物が侵入してしまうことを抑制することができる。したがって、当該異物による漏洩アンテナの特性劣化を抑制できる。
また、誘電体レンズによって電波の指向性を任意に設定することができる。よって、送電部と受電アンテナとの設置の自由度をさらに向上させることができる。
【００２１】
上記態様では、前記漏洩アンテナは、漏洩導波管であることが好ましい。
【００２２】
漏洩導波管は、一般に耐熱性が高いため、漏洩アンテナをより高温環境下に設置することができる。したがって、設置の自由度をさらに向上させることができる。
【００２３】
本発明の第二態様に係るテレメータ計測システムは、上記いずれかのワイヤレス給電装置、及び、前記ステータ側に設けられて無線情報を受信する受信部を有するステータ側ユニットと、前記受電アンテナを有する受電モジュール、該受電アンテナが受電する電力によって駆動されて前記ロータの状態を検出するセンサ、及び、前記受電アンテナが受電する電力によって駆動されて前記センサの検出信号を無線情報として送信する送信部を有し、前記ロータに対して周方向に間隔をあけて複数設けられたロータ側ユニットと、を備える。
【００２４】
本発明の第三態様に係る回転機械は、前記ステータと、前記ステータに対して前記軸線回りに回転する回転軸、及び、該回転軸の外周面から放射状に延びるように設けられた複数の動翼を有する前記ロータと、上記のテレメータ計測システムと、を備え、前記センサは、それぞれ前記動翼に設けられている。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のワイヤレス給電装置、テレメータ計測システム及び回転機械によれば、設置の自由度を向上させることができ、かつ、複雑化及び作業の煩雑化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第一実施形態に係るガスタービンの模式的な縦断面図である。
【図２】第一実施形態に係るテレメータ計測システムの概略構成を示す縦断面図である。
【図３】第一実施形態に係るワイヤレス給電装置の概略構成図である。
【図４】第一実施形態に係るワイヤレス給電装置の漏洩導波管の放出部の配列態様の一例を示す図である。
【図５】第一実施形態の変形例に係るワイヤレス給電装置の漏洩導波管の放出部の配列態様の一例を示す図である。
【図６】第二実施形態に係るワイヤレス給電装置の概略構成図である。
【図７】第三実施形態に係るワイヤレス給電装置の概略構成図である。
【図８】第四実施形態に係るワイヤレス給電装置の漏洩導波管及び誘電体レンズの周方向に直交する断面図である。
【図９】第四実施形態の第一変形例に係るワイヤレス給電装置の漏洩導波管及び誘電体レンズの周方向に直交する断面図である。
【図１０】第四実施形態の第二変形例に係るワイヤレス給電装置の漏洩導波管及び誘電体レンズの周方向に直交する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の第一実施形態について図１から図４を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態に係るガスタービン１は、高圧空気を生成する圧縮機１０と、高圧空気に燃料を混合して燃焼させることで燃焼ガスを生成する燃焼器２０と、燃焼ガスによって駆動されるタービン３０と、を備えている。
【００２８】
圧縮機１０は、軸線Ｏ回りに回転する圧縮機ロータ１１と、圧縮機ロータ１１を外周側から覆う圧縮機ケーシング１２と、を有している。圧縮機ロータ１１は、軸線Ｏに沿って延びる柱状をなしている。圧縮機ロータ１１の外周面上には、軸線Ｏ方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機動翼段１３が設けられている。各圧縮機動翼段１３は、圧縮機ロータ１１の外周面上で軸線Ｏの周方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機動翼１４を有している。
【００２９】
圧縮機ケーシング１２は、軸線Ｏを中心とする筒状をなしている。圧縮機ケーシング１２の内周面には、軸線Ｏ方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機静翼段１５が設けられている。これらの圧縮機静翼段１５は、上記の圧縮機動翼段１３に対して、軸線Ｏ方向から見て交互に配列されている。各圧縮機静翼段１５は、圧縮機ケーシング１２の内周面上で、軸線Ｏの周方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機静翼１６を有している。
【００３０】
燃焼器２０は、上記の圧縮機ケーシング１２と、後述するタービンケーシング３２との間に設けられている。圧縮機１０で生成された高圧空気は、燃焼器２０内部で燃料と混合されて予混合ガスとなる。燃焼器２０内で、この予混合ガスが燃焼することで高温高圧の燃焼ガスが生成される。燃焼ガスは、タービンケーシング３２内に導かれてタービン３０を駆動する。
【００３１】
タービン３０は、軸線Ｏ回りに回転するタービンロータ３１と、タービンロータ３１を外周側から覆うタービンケーシング３２と、を有している。タービンロータ３１は、軸線を中心としたディスク状をなすタービンディスク３１ａ（図２参照）が軸線Ｏ方向に複数積層されることで、全体として軸線Ｏに沿って延びる柱状をなしている。各タービンディスク３１ａの外周にはタービン動翼段３３が設けられている。これにより、タービンロータ３１には、軸線Ｏ方向に間隔をあけて配列された複数のタービン動翼段３３が設けられていることになる。
【００３２】
各タービン動翼段３３は、タービンロータ３１の外周面上で、軸線Ｏの周方向に間隔をあけて配列された複数のタービン動翼３４を有している。このタービンロータ３１は、上記の圧縮機ロータ１１に対して軸線Ｏ方向に一体に連結されることで、ガスタービンロータを形成する。
【００３３】
タービンケーシング３２は、軸線Ｏを中心とする筒状をなしている。タービンケーシング３２の内周面には、軸線Ｏ方向に間隔をあけて配列された複数のタービン静翼段３５が設けられている。これらのタービン静翼段３５は、上記のタービン動翼段３３に対して、軸線Ｏ方向から見て交互に配列されている。各タービン静翼段３５は、タービンケーシング３２の内周面上で、軸線Ｏの周方向に間隔をあけて配列された複数のタービン静翼３６を有している。タービンケーシング３２は、上記の圧縮機ケーシング１２に対して軸線Ｏ方向に連結されることで、ガスタービンケーシングを形成する。すなわち、上記のガスタービンロータは、このガスタービンケーシング内で、軸線Ｏ回りに一体に回転可能とされている。
【００３４】
ここで本実施形態では、運転中のガスタービン１の運転状況を監視するためのテレメータ計測システム４０を備えている。テレメータ計測システム４０は、図２に示すように、ロータ側ユニット５０とステータ側ユニット６０とを備えている。
【００３５】
ロータ側ユニット５０は、ガスタービン１のタービンロータ３１に一体に設けられており、該タービンロータ３１の回転に伴って軸線Ｏ回りに回転する。ロータ側ユニット５０は、受電モジュール５１、二次電池５３、センサ５４及び送信部５５を有する。ロータ側ユニット５０は、それぞれ一の受電モジュール５１、二次電池５３、センサ５４及び送信部５５を一組として、複数組を有している。
【００３６】
受電モジュール５１は、外部から電波（マイクロ波）として伝送される電力を受電する受電アンテナ５２を有している。受電アンテナ５２は、タービンディスク３１ａの外面から露出するように該タービンディスク３１ａの軸線Ｏ方向一方側（図２における右側、タービンの下流側）を向く面に、周方向に間隔をあけて複数設けられている。該受電モジュール５１は、例えば、各タービン動翼３４に対応するように、周方向に所定の角度で間隔をあけながら複数が設けられていてもよい。受電アンテナ５２で受信した電波は、受電モジュール５１内で電力に変換される。
【００３７】
二次電池５３は、複数の受電モジュール５１に対応するように複数が設けられている。各二次電池５３は、各受電モジュール５１と一体に設けられている。二次電池５３は、対応する受電モジュール５１と電気的に接続されており、受電モジュール５１が受電した電力によって充電される。二次電池５３は、センサ５４及び送信部５５に対してこれらを駆動するための電力を供給する。即ち、本実施形態では、受電モジュール５１が受電した電力は、二次電池５３を介してセンサ５４及び送信部５５に給電される。
【００３８】
センサ５４は、タービンディスク３１ａに対して周方向に間隔をあけて複数設けられており、本実施形態では、各タービン動翼３４に取り付けられている。センサ５４としては、例えばタービン動翼３４の振動を検出する歪みゲージやタービン動翼３４の温度を検出する熱電対等が用いられている。なお、ガスタービン１の運転状態におけるタービン動翼３４の物理量を検出可能であれば、他のセンサ５４を用いてもよい。これらセンサ５４は、対応する組の二次電池５３に電気的に接続されており、該センサ５４を駆動するための電力が二次電池５３から供給される。
【００３９】
送信部５５は、受電モジュール５１及び二次電池５３と対応するように周方向に間隔をあけて複数が設けられている。受電アンテナ５２は、タービンディスク３１ａの外面から露出するように該タービンディスク３１ａの軸線Ｏ方向一方側（図２における右側、タービンの下流側）を向く面に設けられている。一組の送信部５５、受電モジュール５１、二次電池５３は、互いに一体に設けられている。送信部５５は、二次電池５３及びセンサ５４と電気的に接続されている。送信部５５は二次電池５３から供給される電力によって駆動される。送信部５５には、対応するセンサ５４が検出した検出信号が入力される。送信部５５は、センサ５４の検出信号を無線情報に変換し、送信アンテナを介して無線情報を外部に送信する。
【００４０】
次にステータ側ユニット６０について説明する。ステータ側ユニット６０は、受信部６１、信号処理装置６２、表示部６３、及びワイヤレス給電装置７０を有する。ステータ側ユニット６０の受信部６１は、静止部材３２ａ（ステータ）に設けられている。
ここで、静止部材３２ａは、軸線Ｏ回りに回転するタービンロータ３１に対して、回転せずに静止している部材であって、本実施形態では例えばタービンケーシング３２に固定されている。なお、静止部材３２ａは、タービンケーシング３２に固定されているのみならず、静止している構造物に取り付けられていればよい。
【００４１】
静止部材３２ａは、ロータ側ユニット５０の受電モジュール５１、受電アンテナ５２が設けられたタービンディスク３１ａの面に軸線Ｏ一方側から対向する円盤状をなす静止部材本体３２ｂを有している。タービンロータ３１は静止部材本体３２ｂを軸線Ｏ方向に貫通している。静止部材３２ａは、静止部材本体３２ｂからタービンディスク３１ａに向かって、即ち軸線Ｏ方向一方側（図２の右側、タービン３０の上流側）に向かって突出する突出部３２ｃを有する。該突出部３２ｃは周方向に間隔をあけて複数設けられている。該突出部３２ｃの先端は、ロータ側ユニット５０の受電モジュール５１及び送信部５５と間隔をあけて、かつ、近接して配置されている。
【００４２】
受信部６１は、静止部材３２ａの突出部３２ｃに設けられており、ロータ側ユニット５０の送信部５５が送信する無線情報を受信する受信アンテナを有する。受信アンテナは、静止部材３２ａの各突出部３２ｃに設けられていてよいし、各突出部３２ｃを固定箇所として周方向に延びるように設けられていてもよい。受信部６１は、送信部５５に対して、軸線Ｏ方向一方側かつ径方向外側に間隔をあけて配置されている。即ち、受信部６１は送信部５５に対して軸線Ｏ方向に対して傾斜する方向に対向している。
【００４３】
信号処理装置６２は、受信部６１が受信した無線情報が入力される。信号処理装置６２は、無線情報に含まれるセンサ５４の検出信号を抽出する。
表示部６３は、信号処理装置６２が抽出したセンサ５４の検出信号を、例えばガスタービン１の管理者が確認できるように表示する。
これら信号処理装置６２及び表示部６３は、ガスタービン１の外部に設けられていてもよい。
【００４４】
次にワイヤレス給電装置７０について図２及び図３を用いて説明する。ワイヤレス給電装置７０は、タービンロータ３１に周方向に間隔をあけて配置された複数の受電アンテナ５２に対して、静止部材３２ａ側から非接触で給電する。
ワイヤレス給電装置７０は、送電部７１及び発振器９０を有する。
【００４５】
送電部７１は、全体として軸線Ｏを中心とした円環状をなしている。送電部７１は、静止部材３２ａに対して固定されている。本実施形態では、送電部７１は、一の漏洩導波管８０（漏洩アンテナ）によって構成されている。
【００４６】
漏洩導波管８０は、周方向に向かって、かつ、軸線Ｏを中心とした円弧に沿って延びている。漏洩導波管８０は、内部が中空状とされており、延在方向に直交する断面形状が例えば方形又は円形とされている。漏洩導波管８０は周方向の一方側の端部である第一端部８１と、周方向の他方側の端部である第二端部８２とがわずかな間隙を介して対向している。即ち、漏洩導波管８０はＣ字状をなすように湾曲しており、間隙を除く全周で軸線Ｏを囲う円環状をなしている。
【００４７】
漏洩導波管８０は、静止部材３２ａの複数の突出部３２ｃの先端に固定されている。即ち、漏洩導波管８０は、周方向に間隔をあけて配置された突出部３２ｃを順次経由しながら、当該突出部３２ｃを固定箇所としている。漏洩導波管８０は、図２に示すように、ロータ側ユニット５０に円環状に配列された受電アンテナ５２に対して、軸線Ｏ方向一方側かつ径方向外側に位置している。即ち、漏洩導波管８０は、各受電アンテナ５２に対して軸線Ｏ方向に対して傾斜する方向に対向している。
【００４８】
このような漏洩導波管８０における受電アンテナ５２側を向く面、例えば軸線Ｏ方向他方側の面には、該漏洩導波管８０を貫通する複数の放射部８３が、互いに間隔をあけて配列されている。
本実施形態では、詳しくは図４に示すように、周方向を長手方向として延在する放射部８３が、周方向に向かうにしたがって漏洩導波管８０の径方向内側の部分と径方向外側の部分とに交互にジグザグ状に配置されている。
【００４９】
発振器９０は、図示しない電源からの給電に応じて、所定の周波数の高周波信号を発振する。発振器９０は、漏洩導波管８０の第一端部８１に配線を介して電気的に接続されている。発振器９０が発振した高周波信号が漏洩導波管８０の第一端部８１に伝送されることで、漏洩導波管８０内では、第一端部８１側から第二端部８２側に向かって電磁波が電磁界を形成しながら伝搬する。この電磁波に基づいて、各放射部８３から該放射部８３の形成箇所に応じた位相の電波（マイクロ波）が放射される。
【００５０】
次に本実施形態の作用効果について説明する。
タービンロータ３１が回転状態にあるガスタービン１の運転時には、各タービン動翼３４に取り付けられたセンサ５４が二次電池５３からの電力によって駆動されることで、該センサ５４の検出信号が送信部５５に出力される。送信部５５は、二次電池５３からの電力によって駆動されることで、当該検出信号を無線情報に変換してステータ側ユニット６０の送信部５５に送信する。信号処理装置６２では、送信部５５が受信した無線情報からセンサ５４の検出信号を抽出し、当該検出信号が表示部６３に表示される。これに基づいて、ガスタービン１の管理者は、ガスタービン１の運転状態の正常・異常を判断する。
【００５１】
このようなタービン動翼３４の状態検出と同時にステータ側ユニット６０のワイヤレス給電装置７０からロータ側ユニット５０の受電アンテナ５２に無線送電が行われ、二次電池５３が充電される。
【００５２】
即ち、ワイヤレス給電装置７０の発振器９０が発振した高周波信号は、漏洩導波管８０内を電磁波として伝搬し、各放射部８３から電波が放射される。放射部８３が漏洩導波管８０の周方向全域に形成されているため、当該電波は周方向全域から放射されることになる。このように放射される電波は、軸線Ｏ回りに回転方向Ｒに回転している受電モジュール５１の受電アンテナ５２によって受信される。各受電アンテナ５２は、回転時に周方向に移動する過程で、各放射部８３から放射される電波を順次受信する。即ち、受電アンテナ５２は、周方向の全域で漏洩導波管８０の各放射部８３からの電波を順次受信する。各受電アンテナ５２が受信した電波は受電モジュール５１で電力に変換され、二次電池５３に供給される。これにより、二次電池５３は、センサ５４及び送信部５５を駆動するための電力が充電される。
【００５３】
以上のように本実施形態では、送電部７１としての漏洩導波管８０から放射する電波を受電アンテナ５２で受電することにより回転側に電力が送電されるアンテナ方式の無線送電を採用している。アンテナ方式は、例えば回転側と静止側とでコイルを介してエネルギーを伝送する誘導給電方式に比べて伝送距離が長い。
ここで、伝送距離が短い誘導給電方式を採用する場合、ガスタービン１の回転側と静止側とで無線送電を行うためには、コイルの径寸法や設置位置をガスタービン１の設計段階で予め考慮する必要がある。そのため、誘導給電方式の給電装置を後付けできないという問題がある。
これに対して本実施形態では、アンテナ方式を採用しているため、比較的伝送距離が長くても十分に静止側から回転側への送電を行うことができる。そのため、設計の自由度を向上させることができる他、ガスタービン１にワイヤレス給電装置７０を後付けすることも可能となる。
【００５４】
また、本実施形態では、送電部７１としての一の漏洩導波管８０が周方向に円環状に延びているため、一の漏洩導波管８０によって周方向に配列された複数の受電アンテナ５２に電波を同時に放射することができる。即ち、一の漏洩導波管８０によって周方向の広い範囲に位置する受電アンテナ５２群に対して同時に電波を放射することができる。
【００５５】
さらに、漏洩導波管８０には一の発振器９０からの高周波信号が伝搬するため、放射部８３のピッチ及び大きさを適切に設定することにより、各放射部８３から放射される電波の位相を揃えることができる。これによって、近接する放射部８３から放射される電波同士でフェージングが発生することにより受電アンテナ５２の受信電力が低下してしまうことを抑制できる。
【００５６】
ここで、例えば漏洩導波管８０に変えてパッチアンテナを用いて回転側への送電を行うことを試みた場合、各パッチアンテナの位相を揃えるためには、周方向に波長の２分の１のピッチで多数のパッチアンテナを配列する必要がある。さらに、各パッチアンテナから放射される位相の調整を行うためには、パッチアンテナ毎に移送器を設置する必要がある。
【００５７】
これに対して本実施形態では、一の漏洩導波管８０が多数のパッチアンテナを兼ねているため、構造を簡易にすることができ、コストを低減することができる。さらに、各放射部８３の形成箇所（ピッチ）、形状を適切に設定することで各放射部８３から放射される電波の位相を揃えることができるため、移送器を個別に設置して位相調整を行う必要もない。そのため、装置の複雑化及び作業の煩雑化を回避することができる。
【００５８】
また、漏洩導波管８０は、パッチアンテナや誘導給電方式のコイルに比べて一般的に耐熱性が高いため、例えばタービン３０の比較的高温になる箇所にも設置することができる。したがって、設計の自由度をより大きく確保することができる。
特にガスタービン１は、発電効率が最大となるように設計されている。ワイヤレス給電装置７０の設計の自由度が高ければ、それだけ本来のガスタービン１の設計を損なわせずに当該ワイヤレス給電装置７０を設置することができる。そのため、ガスタービン１としての本来の機能を担保しながら、ワイヤレス給電装置７０を柔軟性高く設置することができる。
【００５９】
なお、第一実施形態の変形例として、例えば図５に示すように放射部８４を形成してもよい。
即ち、当該変形例では、各放射部８４が周方向に向かうに従って径方向に向かう斜め方向を長手方向としている。より詳細には、一の放射部８４が周方向一方側に向かうにしたがって径方向外側に延びており、該放射部８４の周方向一方側に隣り合う他の放射部８４は、周方向一方側に向かうにしたがって径方向内側に延びている。このように変形例では、複数の放射部８４がジグザグ状に延在するように配列されている。
【００６０】
これによっても、放射部８４のピッチや形状を適切に設定することにより、各放射部８４から放射される電波の位相を揃えることができる。これにより、複数の放射部８４から放射される電波が互いに干渉してしまうことを抑制し、受電アンテナ５２での受電レベルを高く維持することができる。
【００６１】
次に本発明の第二実施形態について図６を参照して説明する。図６では、第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
第二実施形態のワイヤレス給電装置１７０は、送電部１７１、複数の発振器９０及び基準発振器１９０を備えている。
【００６２】
第二実施形態の送電部１７１は、複数（本実施形態では２つ）の漏洩導波管１８０を有している。これら漏洩導波管１８０は、周方向に向かって、かつ、軸線Ｏを中心とする円弧に沿って延びている。本実施形態では、各漏洩導波管１８０は、それぞれ軸線Ｏを中心とする約１８０°の範囲で延在している。２つの漏洩導波管１８０の周方向の寸法は同一とされている。
【００６３】
また、２つの漏洩導波管１８０は、周方向の端部同士の間に間隙を介して周方向に配列されている。より詳細には、一方の漏洩導波管１８０の第一端部１８１は、他方の漏洩導波管１８０の第二端部１８２と僅かな間隙を介して周方向に対向している。他方の漏洩導波管１８０の第一端部１８１は、一方の漏洩導波管１８０の第二端部１８２と僅かな間隙を介して周方向に対向している。これによって、送電部１７１は全体として軸線Ｏを中心とした円環状をなしている。
【００６４】
本実施形態では、発振器９０は複数の漏洩導波管１８０に対応して複数（本実施形態では２つ）が設けられている。各発振器９０はそれぞれ対応する漏洩導波管１８０に対して配線を介して接続されている。本実施形態では、一方の発振器９０は一方の漏洩導波管１８０の第一端部１８１に配線を介して接続されている。他方の発振器９０は他方の漏洩導波管１８０の第二端部１８２に配線を介して接続されている。各配線の長さは同一とされていることが好ましい。
【００６５】
基準発振器１９０は、各発振器９０に電気的に接続されている。基準発振器１９０は、各発振器９０が発振する高周波信号が一致するように、これら発振器９０に対して発振トリガーとしての同期信号を出力する。当該同期信号に基づいて、各発振器９０は、異なる発振器９０との間で、周波数が互いに一致するように、かつ、互いに位相が揃うように高周波信号を発振する。
【００６６】
このような第二実施形態のワイヤレス給電装置１７０では、送電部１７１を構成する漏洩導波管１８０が周方向に複数に分割された構造をなしている。このため、全体として環状をなす送電部７１をタービン３０の外周側から容易に取り付け、取り外しを行うことができる。したがって、製造・組み立てが容易になる他、メンテナンス時の着脱作業を容易に行うことができる。
【００６７】
また、このように送電部７１を複数の漏洩導波管１８０によって構成した場合であっても、各漏洩導波管１８０の多数の放射部８３によって周方向の広い範囲（本実施形態では１８０°の範囲）に電波を放射することができる。よって、パッチアンテナを多数並べた場合に比べて構造の複雑化を回避することができる。
さらに、各漏洩導波管１８０に対応して設けられた発振器９０から伝搬される高周波信号は、基準発振器１９０によって周波数及び位相が揃えられているため、送電部１７１全体として一様な電波を放射することができる。これにより、フェージングを抑制し、受信電力の低下を回避することができる。
【００６８】
次に本発明の第三実施形態について図７を参照して説明する。図７では第二実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
第三実施形態のワイヤレス給電装置２７０は、送電部１７１、発振器９０、分配器２９０及び移相器２９１を備えている。
【００６９】
本実施形態では、発振器９０は一つのみが設けられている。発振器９０と複数（本実施形態では２つ）の漏洩導波管１８０との間には、分配器２９０が介在されている。
分配器２９０は、発振器９０が発振する高周波信号を各漏洩アンテナに分配する。分配器２９０と一方の漏洩導波管１８０の第一端部１８１とは配線によって直接的に電気的に接続されている。分配器２９０と他方の漏洩導波管１８０の第二端部１８２とは配線によって接続されているが、当該配線の中途には移相器２９１が設置されている。
【００７０】
本実施形態では、一の発振器９０からの高周波信号を分配器２９０によって各漏洩導波管８０に伝搬する構成のため、各漏洩アンテナには同様の位相の高周波信号が伝搬されることになる。そのため、そのため、送電部１７１全体として一様な電波を放射し、フェージングを抑制することができる。
【００７１】
さらに、他方の漏洩導波管１８０と分配器２９０との間に移相器２９１が介在しているため、他方の漏洩導波管１８０から放射される電波の位相の微調整を行うことができる。
特に、一方の漏洩導波管１８０の第二端部１８２と他方の漏洩導波管１８０の第一端部１８１とは、高周波信号が伝送される箇所から離間しているため、フェージングが発生し易い。例えば２つの漏洩導波管１８０の周方向の寸法が異なる場合や、２つの漏洩導波管８０に高周波信号を伝送する配線の長さが異なる場合には、上記箇所でフェージングが発生する場合がある。
本実施形態では、例えば各受電アンテナ５２の受信電力を見ながら移相器２９１によって位相調整を行うことで、各漏洩導波管１８０から放射される電波の位相差をより小さくすることができ、フェージングの発生をより一層抑制できる。
【００７２】
次に本発明の第四実施形態について図８を参照して説明する。図８では第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
第四実施形態の漏洩導波管８０には、各放射部８３に誘電体レンズ１００が設けられている。誘電体レンズ１００は例えばポリ４フッ化エチレン等の樹脂によって形成されている。
誘電体レンズ１００は、放射部８３を閉塞する入射面１０１と、該入射面１０１に接続されるとともに該入射面１０１に傾斜して出射面１０２とを有している。
【００７３】
このような誘電体レンズ１００が設けられていることで、当該誘電体レンズ１００が放射部８３のカバーとなる。そのため、漏洩導波管８０の外部から放射部８３を介して内側に異物が侵入してしまうことを抑制できる。これによって、異物による漏洩導波管８０の特性劣化を回避できる。
【００７４】
また、誘電体レンズ１００は放射部８３から放射される電波を透過させるため、無線送電の妨げとならない。また、本実施形態のように、電波が入射する入射面１０１と電波が出射する出射面１０２とを交差させることによって、これら入射面１０１と出射面１０２との交差角度に応じて任意の方向に電波を出射することができる。したがって、電波の指向性を任意に変化させることができ、ワイヤレス給電装置７０給電装置の設置の自由度をさらに向上させることができる。
【００７５】
第四実施形態の第一変形例として、例えば図９に示すように、入射面１１１と出射面１１２とを有する誘電体レンズ１１０の入射面１１１を放射部８３から外方に離間させ、入射面１１１と放射部８３との間に空気層１１３を介在させてもよい。これによって、空気層及び誘電体レンズを通過して進行する電波の指向性をより大きく調整することができる。
【００７６】
さらに、第四実施形態の第二変形例として、例えば図１０に示すように、誘電体レンズ１２０の入射面１２１の反対側に位置する出射面１２２を、電波の進行方向に対して凸曲面状に形成してもよい。これにより、出射面１２２から出射される電波は、放射部８３の開口方向に集約されることになる。したがって、電波の強度を高めることができ、受電アンテナ５２に対して電波を安定的に供給することができる。
【００７７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば第二実施形態では、送電部１７１を２つの漏洩導波管８０によって構成したが、３つ以上の漏洩導波管１８０によって構成してもよい。この場合も、円弧状をなす漏洩導波管１８０をその端部同士を隙間を介して対向するように配列することで、全体として環状の送電部１７１を構成することができる。
【００７８】
また、各漏洩導波管１８０には複数の放射部８３が形成されているため、各漏洩導波管１８０それぞれがパッチアンテナ複数分と同様に電波を放射できる。そのため、装置全体の構造を簡易なものとすることができる。また、各漏洩導波管１８０から放射される電波の位相を移相器２９１によって調整する場合であっても、放射部８３毎ではなく漏洩導波管１８０毎で調整を行えばよい。したがって、構造の簡易化に加えて、作業の手間を大幅に低減することができる。
【００７９】
実施形態では、漏洩アンテナとして漏洩導波管８０，１８０を採用した例について説明したが、例えば漏洩同軸ケーブル等の他の漏洩アンテナを用いてもよい。
【００８０】
実施形態ではガスタービン１のタービン３０にワイヤレス給電装置７０、テレメータ計測システム４０を適用した例について説明したが、例えば、ガスタービン１の圧縮機１０に適用してもよいし、蒸気タービ等の他の回転機械に適用してもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１    ガスタービン
１０  圧縮機
１１  圧縮機ロータ
１２  圧縮機ケーシング
１３  圧縮機動翼段
１４  圧縮機動翼
１５  圧縮機静翼段
１６  圧縮機静翼
２０  燃焼器
３０  タービン
３１  タービンロータ（ロータ）
３１ａ       タービンディスク
３２  タービンケーシング
３２ａ       静止部材（ステータ）
３２ｂ       静止部材本体
３２ｃ       突出部
３３  タービン動翼段
３４  タービン動翼
３５  タービン静翼段
３６  タービン静翼
４０  テレメータ計測システム
５０  ロータ側ユニット
５１  受電モジュール
５２  受電アンテナ
５３  二次電池
５４  センサ
５５  送信部
６０  ステータ側ユニット
６１  受信部
６２  信号処理装置
６３  表示部
７０  ワイヤレス給電装置
７１  送電部
８０  漏洩導波管（漏洩アンテナ）
８１  第一端部
８２  第二端部
８３  放射部
８４  放射部
９０  発振器
１７０       ワイヤレス給電装置
１７１       送電部
１８０       漏洩導波管
１８１       第一端部
１８２       第二端部
１８３       放射部
１９０       基準発振器
２７０       ワイヤレス給電装置
２９０       分配器
２９１       移相器
１００       誘電体レンズ
１０１       入射面
１０２       出射面
１１０       誘電体レンズ
１１１       入射面
１１２       出射面
１１３       空気層
１２０       誘電体レンズ
１２１       入射面
１２２       出射面
Ｏ    軸線
Ｒ    回転方向
【図１】
2018170893.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2018170893.tif 000009
【図８】
2018170893.tif 000010
【図９】
2018170893.tif 000011
【図１０】
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