(57)【要約】回転部と固定部との間で光を用いて非接触通信を行う際に、回転部と固定部との距離が大きくなった場合においても、光受信機が受光する光量の減衰が少なく、安定的に連続通信する。回転部と固定部との間で光を用いて非接触通信する光伝送装置であって、回転部と固定部の一方に発光部を、他方に受光部を配置し、発光部と受光部の間の照射光は、回転部の回転の際に受光部に照射されるようにその照射角度が変更されるように回転部と同じ周期で回転していることを特徴とする。
2015004736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転部と固定部との間で光を用いて非接触通信する光伝送装置であって、
前記回転部と前記固定部の一方に発光部を、他方に受光部を配置し、前記発光部と前記受光部の間の照射光は、前記回転部の回転の際に前記受光部に照射されるようにその照射角度が変更されるように前記回転部と同じ周期で回転していることを特徴とする光伝送装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光伝送装置であって、
前記発光部からの照射光は、光信号を出力する光送信素子と、該光送信素子から出力された光を集光して集光光とする集光レンズと、集光光を平行光にするコリメートレンズにより得られていることを特徴とする光伝送装置。
【請求項３】
回転部と固定部との間で光を用いて非接触通信する光伝送装置であって、
前記回転部と前記固定部の一方に発光部を、他方に受光部を配置し、前記発光部と前記受光部の間の照射光の光路上にミラーを備え、前記ミラーは、前記回転部と同じ周期で回転することで前記回転部の回転の際に前記受光部に照射されるようにその照射角度が変更されることを特徴とする光伝送装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光伝送装置であって、
前記発光部からの照射光は、光信号を出力する光送信素子と、該光送信素子から出力された光を集光して集光光とする集光レンズと、前記回転部と同じ周期で回転する前記ミラーと、前記ミラーの後段に設けられ、集光光を平行光にするコリメートレンズにより得られていることを特徴とする光伝送装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光伝送装置であって、
該光伝送装置は、前記固定部であるケーシングとその内部に収納された前記回転部である回転軸を含む回転電機に取り付けられており、
前記光伝送装置の前記固定部には前記ケーシング内壁の第１の固定部機器と、前記ケーシング外壁側の第２の固定部機器と、前記第１の固定部機器と前記第２の固定部機器の間の第１の光ファイバとで構成され、
前記光伝送装置の前記回転部には前記回転軸上の第１の回転部機器と、前記回転軸側の第２の回転部機器と、前記第１の回転部機器と前記第２の回転部機器の間の第２の光ファイバとで構成され、
前記第２の固定部機器と前記第２の回転部機器の一方から発光を行い、他方において最終的に受光することを特徴とする光伝送装置。
【請求項６】
請求項５に記載の光伝送装置であって、
前記第２の固定部機器と前記第２の回転部機器の一方に異なる複数波長の光を合波するための光合波器を備え、他方に前記複数波長の光を分波するための光分波器を備えていることを特徴とする光伝送装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光伝送装置であって、
前記照射光の発光強度が、前記回転部と同じ周期で変化することを特徴とする光伝送装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光伝送装置であって、
前記照射光を定める電気信号の振幅を大きくする増幅器を備え、前記増幅器の増幅率が、前記回転部と同じ周期で変化することを特徴とする光伝送装置。
【請求項９】
固定部であるケーシングとその内部に収納された回転部である回転軸を含み、前記固定部と前記回転部との間で光を用いて非接触通信する光伝送装置を備える回転電機であって、
前記光伝送装置の前記固定部には前記ケーシング内壁の第１の固定部機器と、前記ケーシング外壁側の第２の固定部機器と、前記第１の固定部機器と前記第２の固定部機器の間の第１の光ファイバとで構成され、
前記光伝送装置の前記回転部には前記回転軸上の第１の回転部機器と、前記回転軸側の第２の回転部機器と、前記第１の回転部機器と前記第２の回転部機器の間の第２の光ファイバとで構成され、
前記第２の固定部機器と前記第２の回転部機器の一方から発光を行い、他方において最終的に受光するとともに、前記第１の固定部機器と前記第１の回転部機器の間の非接触通信に使用される照射光は、前記回転軸の回転の際に前記第１の固定部機器と前記第１の回転部機器の一方から他方に照射されるようにその照射角度が変更されるように前記回転軸と同じ周期で回転していることを特徴とする回転電機。
【請求項１０】
前記回転軸側に電力変換機を備えた請求項９に記載の回転電機であって、
前記第２の回転部機器は、前記電力変換器に接続されており、前記照射光により電力変換素子を制御することを特徴とする回転電機。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０に記載の回転電機であって、
前記第１の固定部機器と前記第１の回転部機器の間の非接触通信に使用される照射光は、光信号を出力する光送信素子と、該光送信素子から出力された光を集光して集光光とする集光レンズと、集光光を平行光にするコリメートレンズにより得られていることを特徴とする回転電機。
【請求項１２】
請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の回転電機であって、
前記回転部と前記固定部の一方に発光部を、他方に受光部を配置し、前記発光部と前記受光部の間の照射光の光路上にミラーを備え、前記ミラーは、前記回転部と同じ周期で回転することで前記回転部の回転の際に前記受光部に照射されるようにその照射角度が変更されることを特徴とする回転電機。
【請求項１３】
請求項１２に記載の回転電機であって、
前記発光部からの照射光は、光信号を出力する光送信素子と、該光送信素子から出力された光を集光して集光光とする集光レンズと、前記回転部と同じ周期で回転する前記ミラーと、前記ミラーの後段に設けられ、集光光を平行光にするコリメートレンズにより得られていることを特徴とする回転電機。
【請求項１４】
請求項９から請求項１４のいずれか１項に記載の回転電機を含む風力発電システムであって、
風を受けて回転するロータと、前記回転電機を内部に収納するナセルと、前記ナセルの水平面内の回転を可能に記ナセルを支持するタワーとを備え、前記回転電機の前記回転子は前記ロータの回転力により回転し、前記固定子の巻線は電力系統側と接続されていることを特徴とする風力発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転部と固定部との間で光を用いて非接触通信を行う光伝送装置及びそれを用いた回転電機、風力発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転部と固定部との間で光を用いて非接触通信を行う装置として、例えば、特許文献１に記載された交流励磁同期回転電機がある。特許文献１では、交流励磁同期発電機の固定部から、交流励磁同期発電機回転子（回転部）に設置された電力変換器を非接触で制御するために、光を使用した非接触通信技術を用いることが記載されている。【０００３】
また、回転部と固定部との間で、光を用いて非接触通信を行う光伝送装置の具体的な構造を示した例として、特許文献２に記載されたものがある。特許文献２では、その図１０に示すように、指光性が低く広範囲に光を出力する光送信素子３を、光伝送装置回転部１の外周面へ所定の間隔で複数個設け、光伝送装置固定部２の内径側壁面に設置された光受信素子４へ、絶えず光が照射される構成とすることにより、回転部と固定部との間の連続的な非接触通信を可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１３６１９１号公報
【特許文献２】特開平５−２５３２１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、回転部と固定部との間で光を用いて非接触通信を行う従来の光伝送装置では、指光性が低く広範囲に出力する光を用いているため、回転部と固定部との距離が大きくなるほど（光送信機と光受信機との距離が大きくなるほど）、光は拡がって行き、光が進むほど、光の単位面積あたりの光量は小さくなる。その結果、光受信機が受光する光量が減少し、通信の誤り率が増加してしまう。【０００６】
また一方で、光受信機が受光する光量を大きくするために、回転部と固定部との距離を小さくすると、固定部の中で光が照射されない領域が生じ、回転部と固定部との間の連続的な通信が出来なくなってしまう。つまり、回転部と固定部との距離が大きくなるほど通信の誤り率が増加し、回転部と固定部との距離を小さくすると連続的な通信ができなくなってしまう。【０００７】
この課題は装置が大きいほど顕著になり、例えば、発電機の回転部と固定部との間で光を用いて非接触通信を行う場合には、発電機が大型化するほど顕著になる。【０００８】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、回転部と固定部との間で光を用いて非接触通信を行う際に、回転部と固定部との距離が大きくなった場合においても、光受信機が受光する光量の減衰が少なく、安定的に連続通信することができる光伝送装置及びそれを用いた回転電機、風力発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本願発明の光伝送装置では、回転部と固定部との間で光を用いて非接触通信する光伝送装置であって、回転部と固定部の一方に発光部を、他方に受光部を配置し、発光部と受光部の間の照射光は、回転部の回転の際に受光部に照射されるようにその照射角度が変更されるように回転部と同じ周期で回転している。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、回転部と固定部との間で光を用いて非接触通信を行う際に、回転部と固定部との距離が大きくなった場合においても、光受信機が受光する光量の減衰が少なく、安定的に連続通信することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る光伝送装置を用いた回転電機の構成例を示す図。
【図２】回転電機の光伝送部分の径方向断面を示す図。
【図３】送信部Ｓ１の基本的な構成事例を示す図。
【図４】ケーシング側に送信部を複数設ける形態を示す図。
【図５】回転軸側に送信部を複数設ける形態を示す図。
【図６】実施例２の光伝送装置の構成例を示す図。
【図７】実施例２においてミラー７による光路変更の理由を示す図。
【図８】実施例３の光伝送装置の構成例を示す図。
【図９】実施例４の光伝送装置の構成例を示す図。
【図１０】実施例５の光伝送装置の構成例を示す図。
【図１１】実施例６の光伝送装置の構成例を示す図。
【図１２】本発明の光伝送装置を用いた風力発電システムの具体的な一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図示した実施例に基づいて本発明の光伝送装置及びそれを用いた回転電機について説明する。なお、各実施例において、同一構成部品には同符号を使用する。
【実施例１】
【００１３】
実施例１では、本発明の光伝送装置の基本的な構成例を説明する。ここでは、その前提として、最初に本発明の光伝送装置を用いた回転電機の一例について図１を用いて説明する。【００１４】
本発明による新規な回転電機１４は、図１に例示されるようにケーシング１００内に従来の巻線部分Ｍ１と、光伝送部分Ｍ２を備える。このうち従来の巻線部分Ｍ１は、ケーシング１００に固定された固定子巻線１１０と回転軸１０１に設けられた回転子巻線１０２が対向して配置されている。この部分の構成は従来と同じであり、本発明による変更を生じるものではない。従ってこの部分には、各種原理の回転電機構成が採用できる。【００１５】
本発明により追加された光伝送部分Ｍ２は、ケーシング１００側の送受信部Ｓ１と、回転軸１０１側の送受信部Ｓ２で構成されている。送受信部Ｓ１とＳ２は双方向通信が可能であるが、以下の説明ではケーシング１００側から、回転軸側１０１に信号を送る例で説明する。このため、送受信部Ｓ１を送信部、送受信部Ｓ２を受信部と称することがある。【００１６】
送信部Ｓ１は、ケーシング１００の内部に突出して固定された支持部１０３と、支持部１０３の先端に回転可能に取り付けられた送受信機（送信機）１０４で構成されている。図１では、回転軸１０１の上下にＡ系とＢ系の２組の送信部Ｓ１（Ｓ１Ａ、Ｓ１Ｂ）を備える例を示している。受信部Ｓ２は、回転軸１０１上に設置されたＡ系とＢ系の２組の送受信機（受信機）１０５（１０５Ａ、１０５Ｂ）で構成されている。【００１７】
また回転可能に取り付けられた送信機１０４の回転軸１０６は、回転電機１４の回転軸１０１と同方向に取り付けられており、２つの回転軸は同期した回転数で回転する。但し、送信機１０４の回転軸１０６の回転方向を右回転Ｒとするときに、回転電機１４の回転軸１０１の回転方向を左回転Ｌとした逆回転関係とされている。【００１８】
この図１において回転軸１０１側に取り付けられた機器で回転部を構成し、ケーシング１００側に取り付けられた機器で固定部を構成しており、本発明では回転部と固定部の間で光を用いた非接触通信を行うものである。【００１９】
図２は、回転電機１４の光伝送部分Ｍ２の径方向断面を示している。この図を用いて送受信部Ｓ１とＳ２が備える機器の概略構成を説明する。まず回転軸１０１上にはＡ系とＢ系の２組の受信機１０５Ａ、１０５Ｂを構成する光受信素子４Ａ、４Ｂが、回転軸１０１上で１８０度位相が相違する位置に設置されている。これらの受信機１０５Ａ、１０５Ｂを構成する光受信素子４Ａ、４Ｂは、回転軸１０１の回転方向Ｌに回転移動している。【００２０】
これに対し、固定子側には送信部Ｓ１ＡとＳ１Ｂが設置されている。これら送信部Ｓ１ＡとＳ１Ｂは、光受信素子４Ａ、４Ｂに対抗する位置に設置されており、送信部Ｓ１Ａと光受信素子４Ａが対抗する位置にあるとき、回転軸１０１に対して１８０度位相が相違する位置において、送信部Ｓ１Ｂと光受信素子４Ｂが対抗する位置に配置されている。【００２１】
また、送信部Ｓ１ＡとＳ１Ｂからの光もまた回転している。但しこれらの送信部Ｓ１ＡとＳ１Ｂが送出する照射光は、図１で説明した送信機１０４の回転軸１０６の回転により、回転軸１０１の回転方向とは逆方向Ｒに回転移動している。なお、送信部Ｓ１からの照射光と光受信素子４は、図示の上部あるいは下部位置において、最短距離で対峙するように同期して逆回転している。これにより、図２断面の上部では送信部Ｓ１Ａと光受信素子４Ａによる通信を実行し、図２断面の下部では送信部Ｓ１Ｂと光受信素子４Ｂによる通信を実行することになる。なお、この送受信機の組み合わせはさらに複数個所に設置することで回転軸全周での通信が可能になることは言うまでもない。【００２２】
図３に、送信部Ｓ１の基本的な構成事例を示している。ケーシング１００の内径側壁面に設置された送信部Ｓ１は、光信号ｌ１を出力する光送信素子３と、光送信素子３から出力された光ｌ１を集光して集光光ｌ２とする集光レンズ５と、光ｌ２を平行光ｌ３にするコリメートレンズ６とで構成されている。また送信部Ｓ１には、アクチュエータが取り付けられ、回転させることができる様になっている。図１の例ではアクチュエータの機能が送信機１０４の回転軸１０６により実現されている。なお、本発明において送信部Ｓ１を回転させることの最終目的は、送信する光ｌ３の方向を変更させることにある。従って、送信部Ｓ１を構成するにあたり、光送信素子３と集光レンズ５とコリメートレンズ６のどの部位を実際に回転させるのかについては、種々考えられる。具体的な機能については後述するが、その狙いはあくまでも送信光ｌ３の照射方向を変更することにある。【００２３】
上記構成を採用することで、回転軸１０１上の光受信素子４が図示点線の位置Ｐ１に回転移動したとき、照射光ｌ３は図示点線の角度位置に向いており、この角度と位置は光受信素子４を向いている。また回転軸１０１上の光受信素子４が図示実線の位置Ｐ２に回転移動したとき、照射光ｌ３は図示実線の角度位置に向いている。照射光ｌ３と光受信素子４による上記の対峙関係は、同期逆回転により毎回転の都度維持されている。この結果、照射光ｌ３が通信に十分な強度をもって光受信素子４に受信される通信可能範囲Ｋが定まる。【００２４】
上記構成によれば、光送信素子３から出力された光ｌ１を、集光レンズ５を用いて集光させ、照射光ｌ３を得ることにより、光ｌ３の単位面積あたりの光量を大きくすることができる。また、コリメートレンズ６を用いて光を平行光にすることで、光を拡げずに光を伝搬させることができる。また、アクチュエータを用いて、光送信素子３、集光レンズ５、コリメートレンズ６を、光受信素子４の動きに追従するように回転軸１０１と同じ周期で回転させることで、光送信素子３から出力された光が、回転する光受信素子４へ絶えず入射するようにする。【００２５】
並行光ｌ３を用いることで、図３の通信可能範囲Ｋを広くすることができるが、回転軸１０１の全範囲で通信を行うには送信部Ｓ１と受信部Ｓ２を複数備えるのがよい。複数配置の事例として図４は、ケーシング側に送信部Ｓ１を複数（この例では８個）設け、回転子軸１０１上の光受信素子４で受信する形態を示している。【００２６】
逆に図５は回転子軸１０１に送信部３を複数（この例では８個）設け、ケーシング側の光受信素子４で受信する形態を示している。なお図５のケーシング側の光受信素子４は、図４の送信部Ｓ１と同じ構成を備えて回転しており、回転軸側からの送信光をコリメートレンズ６から集光レンズ５を介して光送信素子３で受信していると考えればよい。【００２７】
このように光を集光して平行光とすることにより、回転側と固定側との距離が大きくなった場合においても、光送信素子３から光受信素子４へ光量の大きな光を連続的に入力することができ、回転部と固定部との間の安定的な連続通信が可能となる。
【実施例２】
【００２８】
実施例２では、回転軸上の光受信素子４に照射光を照射し追尾するために、送信部Ｓ１に備える回転機構の構成事例について説明する。先にも述べたように、回転機構の最終目的は、照射光の方向を光受信素子４に合わせて移動させることであり、そのために具体的にどの部位を回転機構のアクチュエータにより動かすのかということについては、種々の手法が考えられ、ここではその一例を示している。【００２９】
図６に示す実施例２では、光信号ｌ１を出力する光送信素子３と、光送信素子３から出力された光ｌ１を集光して集光光ｌ２とする集光レンズ５と、光ｌ２を平行光ｌ３にするコリメートレンズ６と、光の進行方向を変えるミラー７、８とが、ケーシング１００の内径壁面側に設置され、光受信素子４は回転軸１０１の外周面に設置されている。この場合には、ミラー８が図１の回転軸１０６に連動するアクチュエータ（図示せず）により回転駆動され、毎回転において光受信素子４を追尾している。【００３０】
この場合にも光送信素子３から出力された光は、集光レンズ５を用いて集光させた後、コリメートレンズ６を用いて光を平行光にする。また、ミラー８は、光受信素子４の動きに追従するように回転軸１０１と同じ周期で回転させ、光送信素子３から出力された光が、回転する光受信素子４へ絶えず入射する様にされている。【００３１】
ここで、ミラー８の前段にミラー７を設置して一度光路を変えているのは。ミラー８が光路を阻害することを回避するためである。例えば、図７に示すようにミラー７を用いなかった場合、ある時間に、光送信素子３と光受信素子４とを結ぶ光路とミラー８が平行な位置関係になることがあり、このとき、ミラー８は光を反射せず光路を阻害し、通信を遮断してしまう。【００３２】
そこで、ミラー８の前段で一度光路を変えて、ミラー８が光路と平行になることがないように設置し、ミラー８が光路を阻害することがない様にしている。【００３３】
このような実施例２の構成とすることにより、回転側と固定側との距離が大きくなった場合においても、光送信素子３から光受信素子４へ光量の大きな光を連続的に入力することができ、回転側と固定側との間の安定的な連続通信が可能となる。
【実施例３】
【００３４】
実施例３も回転軸上の光受信素子４に照射光を照射し追尾するために、送信部Ｓ１に備える回転機構の構成事例である。図８に示す実施例３の光伝送装置は、ケーシング１０１側の光送信素子３、集光レンズ５、コリメートレンズ６を回転させる機構１０８を採用しており、回転機構１０８と回転軸１０１を欠歯歯車ｇ１、ｇ２で連結する。実施例３の光伝送装置を図１の実施例１と比較すると、光送信素子３、集光レンズ５、コリメートレンズ６を回転させる機構が異なるものであり、他の構成は実施例１と略同様である。【００３５】
即ち、図８に回転機構１０８と回転軸１０１を欠歯歯車g１、ｇ２で連結する構成を示しているように、ケーシング１０１側の回転機構１０８はその周の一部に欠歯歯車ｇ１を備えており、通常は図示の位置Ａで待機している。これに対し、回転軸１０１も周の一部に欠歯歯車ｇ２を備えており、図示の位置Ａで初めて係合し、欠歯歯車ｇ１、ｇ２の最後の位置での係合が解かれる図示の位置Ｂまでの期間、係合状態を維持してケーシング１０１側の回転機構１０８が回転している。この結果、この間光送信素子３から光受信素子４への信号伝送が実現される。【００３６】
このように、回転軸１０１に設置した光受信素子４がＡ点からＢ点まで回転する間のみ、回転軸１０１とケーシング１０１側の回転機構１０８に設置した欠歯歯車ｇ１、ｇ２が噛み合うようにされている。ここで、Ａ点とＢ点は、ケーシング１０１側の回転機構１０８の欠歯歯車ｇ１の回転軸Ｏ´から、回転軸１０１の外周面に引いた接線に対する接点である。また、点Ｏは回転軸１０１の回転軸、ｒは回転軸１０１の半径、ｄはＯ´−ＡおよびＯ´−Ｂとの距離である。【００３７】
光受信素子４がＡ点からＢ点まで回転する間のみ噛み合う欠歯歯車ｇ１、ｇ２を用いることで、光受信素子４が点Ａから点Ｂまで回転する間のみ、光受信素子４と同時に光送信素子３、集光レンズ５、コリメートレンズ６を回転させることができる。【００３８】
このとき、光受信素子４の動きに追従して光送信素子３を回転させるために、回転軸１０１に設置した欠歯歯車ｇ２の歯数に対する、ケーシング１０１側の回転機構１０８に設置した欠歯歯車の歯数をｒ／ｄ倍にし、光送信素子３から出力された光が、回転する光受信素子４へ絶えず入射するようにする。【００３９】
また、ケーシング１０１側の回転機構１０８に設置された欠歯歯車ｇ１にはゼンマイばねが取り付けられており、光受信素子４が点Ｂから点Ａへ回転する間に、ケーシング１０１側の回転機構１０８に設置された欠歯歯車ｇ１は、ゼンマイばねの駆動力により元の位置Ａに戻るようにする。【００４０】
そして、再び光受信素子４が点Ａから点Ｂへ回転するときには、回転軸１０１とケーシング１０１側の回転機構１０８に設置した欠歯歯車ｇ１、ｇ２が同じ位置で再度噛み合い、光受信素子４と同時に光送信素子３、集光レンズ５、コリメートレンズ６を回転させるようにする。【００４１】
このような実施例３の構成とすることにより、回転軸１０１とケーシング１０１側の回転機構１０８との距離が大きくなった場合においても、光送信素子３から光受信素子４へ光量の大きな光を連続的に入力することができ、回転軸１０１とケーシング１０１側の回転機構１０８との間の安定的な連続通信が可能となる。
【実施例４】
【００４２】
実施例４は、回転軸上に光送信素子３を備え、固定側の光受信素子４を補足、追尾する構成事例である。この考えは、追尾は回転部と固定部間の相対的な問題であることから、今までのケーシング側からの追尾を、回転軸からの追尾に変更したものである。図９に係る機能を果たす光伝送装置の実施例４を示している。【００４３】
図９に示す如く、実施例４の光伝送装置は、実施例１と比較すると、光送信素子３、集光レンズ５、コリメートレンズ６、光受信素子４を設置する位置が異なるものであり、他の構成は実施例１と略同様である。【００４４】
即ち、光送信素子３、集光レンズ５、コリメートレンズ６は、回転軸１０１の外周面に設置され、光受信素子４は、ケーシング１００側の内径側壁面に設置されている。【００４５】
光送信素子３から出力された光は、集光レンズ５を用いて集光させた後、コリメートレンズ６を用いて光を平行光にする。光送信素子３、集光レンズ５、コリメートレンズ６は、光送信素子３から出力された光が、光受信素子４へ絶えず入射するように、回転部と同じ周期で回転させる。【００４６】
このような本実施例の構成とすることにより、回転軸１０１とケーシング１００側との距離が大きくなった場合においても、光送信素子３から光受信素子４へ光量の大きな光を連続的に入力することができ、回転軸１０１とケーシング１００側との間の安定的な連続通信が可能となる。
【実施例５】
【００４７】
図１０に本発明の光伝送装置の実施例５を示す。実施例５の光伝送装置は、図６の実施例２を改良したものである。【００４８】
実施例５の光送信素子３は回転電機１４のケーシング１００の外部に設置されている。光送信素子３には光ファイバ９がケーシング１００を経由して接続されている。他方、回転軸上には光ファイバ１０が搭載されており、ここで送信されてきた光を受信し、光ファイバ１０に接続された光受信素子４に導く。【００４９】
このように光送信素子３に接続された光ファイバ９は、ケーシング１００の内径側壁面に設置され、光送信素子３はケーシング１００外の任意の位置に設置されている。光受信素子４に接続された光ファイバ１０は、回転軸１０１の外周面に設置され、光受信素子４は回転軸１０１の任意の位置に設置されている。また、光ファイバ１０の前段に集光レンズ５を設置して、光ファイバ１０のコアに光が効率的に入力する様にしている。他の構成は、実施例２と同様である。【００５０】
このような実施例５の構成により、実施例２と同様な効果を得ることができることは勿論、光ファイバを敷設することにより、光送信素子３はケーシング１００外の任意の位置へ、また、光受信素子４は回転軸１０１の任意の位置へ設置できる．このため、例えば、発電機の回転部と固定部との間で光を用いて非接触通信する場合には、発電機内の高温な領域を避けて、光送信機と光受信機を設置すること可能となる。一般的に、光送信機と光受信機内に実装される光素子は高温動作により寿命が大きく劣化するため、光送信機と光受信機を、高温な領域を避けて設置することで、上述した光素子の寿命の劣化を抑制することができる。
【実施例６】
【００５１】
図１１に本発明の光伝送装置の実施例６を示す。実施例６の光伝送装置は、図１０の実施例５をさらに改良したものである。即ち、異なる波長の光信号を出力する複数の光送信素子３−１〜３−ｎが、波長の異なる複数の光信号を合波する光合波器１１を介して、光ファイバ９に接続され、複数の光受信素子４−１〜４−ｎが、波長の異なる複数の光信号を波長ごとに分波する光分波器１２を介して、光ファイバ１０に接続されている。他の構成は、図１０の実施例５と同様である。【００５２】
複数の光送信素子３−１〜３−ｎからは、各々異なる波長をもつ光信号が出力され、各々の光信号は光合波器１１により合波され、１本の光ファイバ９の中を伝搬する。ケーシング１００の内径側壁面に設置された１本の光ファイバ９から出力された光信号は、回転軸１０１の外周面に設置された１本の光ファイバ１０へ入力された後、光分波器１２により、波長ごとに分波され、各々の波長の光信号が複数の光受信素子４−１〜４−ｎへ入力される。【００５３】
このような実施例６の構成により、実施例５と同様な効果を得ることができることは勿論、光ファイバ９、１０、集光レンズ５、コリメートレンズ６、ミラー７、８の数と配置を、実施例５と同様にしたまま、より多くのチャネル数の光信号を伝送させることが可能となる。
【実施例７】
【００５４】
実施例７では、図１２を用いて本発明の光伝送装置を用いた風力発電システムの具体的な一例を光伝送の使用目的とともに説明する。【００５５】
図１２では、実施例７に係る回転電機システム１３が風力発電システムに搭載される様子を説明している。風力発電システムの原動機側は、風を受けて回転するロータ２６と、ロータ２６に接続されたシャフト２７及び増速機２８で構成されている。原動機で駆動される回転電機システム１３は、タワー（図示せず）上のナセル（図示せず）内に収納されている。これにより、ロータ２６が受けた風のエネルギーを回転電機システム１３が電気エネルギーに変換し、電力系統２５に電力を送電する。【００５６】
図１２の回転電機システム１３は、電力系統２５に発電電力を送る主発電機として働く回転電機１４と、励磁用回転電機１５を備えている。回転電機１４と、励磁用回転電機１５はどう軸上に形成されており、風車により駆動される。また回転電機１４の励磁電力は励磁用回転電機１５から供給され、励磁用回転電機１５の励磁電力は電力系統２５から供給されている。【００５７】
回転電機システム１３のうち、主発電機として働く回転電機１４は、固定子１６と、固定子１６の内径側に間隙を設けて配置される回転子１７と、固定子１６に設けたスロット内（図示せず）に巻回される固定子巻線１８と、回転子１７内に設けたスロット内（図示せず）に巻回される回転子巻線１９と、回転子１７に配置されて回転子巻線１８と接続される電力変換器２０とを備えている。【００５８】
ここで電力変換機２０では、回転電機１４が商用周波数の電力を発生する様に制御を行う必要があるが、電力変換器２０は運転中において回転している回転子内に配置されている。他方、電力制御のための制御信号は外部から伝達される必要がある。この場合に制御信号の伝送には光を用いた非接触通信が有効である。本実施例では、回転電機１４の固定子１６内に光送信素子３及び回転子１７内に光受信素子４を設置し、光送信素子３から光受信素子４へ、電力変換器２０を制御する光信号を非接触で伝送する様にしている。このための具体構成は、上述の実施例の考え方を適用することができる。【００５９】
回転電機システム１３のうち、励磁用回転電機１５は、固定子２１と、固定子２１の内径側に間隙を設けて配置される回転子２２と、固定子２１に設けたスロット内（図示せず）に巻回される固定子巻線２３と、回転子２２内に設けたスロット内（図示せず）に巻回される回転子巻線２４とを備えている。【００６０】
回転電機１４と、励磁用回転電機１５の固定子巻線１８と、固定子巻線２３は電力系統２５に接続されている。電力系統２５は商用周波数を持った交流電流が流れていることから、電圧が時間的に変化し、励磁用回転電機１５の回転子２２は回転することにより、回転子巻線２４内には回転速度に応じた誘導電流が発生する。回転子巻線２４は、電力変換器２０を経由して回転電機１４の回転子巻線１９と電気的に接続されており、回転子巻線２４の回転により発生した誘導電流により回転電機１４の励磁電流を賄うことができる。これにより、スリップリング及びブラシを用いずとも励磁電流を回転子巻線２４に流すことができる。【００６１】
上述の構成とすることにより、スリップリング及びブラシを用いずとも、励磁電流および制御信号を伝送することができるため、ブラシの摩耗によるメンテナンスが不要となる。【００６２】
なお、本実施例では、光送信素子３は、回転電機１４の固定子１６内に設置しているが、光送信素子３の設置位置は、励磁用回転電機１５の固定子２１内でも良く、回転電機１４の筐体壁面及び励磁用回転電機１５の筐体壁面でも良い。また、光受信素子４は、回転電機１４の回転子１７内に設置されているが、光受信機の設置位置は、励磁用回転電機１５の回転子２２内でも良く、シャフト２６でも良い。【００６３】
なお本発明の光伝送装置では照射光の発光強度が、回転部と同じ周期で変化することにしてもよい。また照射光を定める電気信号の振幅を大きくする増幅器を備え、増幅器の増幅率が回転部と同じ周期で変化することにしてもよい。【００６４】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成を置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００６５】
３：光送信素子，４Ａ、４Ｂ：光受信素子，５：集光レンズ，６：コリメートレンズ，７，８：ミラー，１３：回転電機システム，１４：回転電機，１５：励磁用回転電機，１６：固定子，１７：回転子，１８：固定子巻線，１９：回転子巻線，２０：電力変換器，２５：電力系統，２６：ロータ，２７：シャフト，２８：増速機，１００：ケーシング，１０１：回転軸，１０２：回転子巻線，１０３：支持部，１０４：送受信機，１０５：送受信機，１０６：回転軸，１０８：回転機構，１１０：固定子巻線，ｇ１、ｇ２：欠歯歯車，Ｋ：通信可能範囲，Ｍ１：巻線部分，Ｍ２：光伝送部分，Ｓ１、Ｓ２：送受信部
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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