JPH0793171B2 - 多段スリップリング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多重の回転軸や単軸の
高速回転軸を有する被回転供試体に電気エネルギーの供
給、又はこれらの被回転供試体からの各種物理情報を直
接電気信号として取り出す回転接続用コネクタとしての
スリップリング装置、さらには出力軸に被回転供試体を
搭載し、超低速から高速までの回転試験ができる装置と
して応用が可能な多段スリップリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、回転体への電力供給や信号伝達手
段としての回転接続用コネクタには、スリップリングが
用いられているが、その型式には種々のものがある。ス
リップリングの接点・接触部に関しては、ブラシ接点タ
イプ、水銀接点タイプ、誘導タイプ等種々の方式のもの
が知られている。また、接触回転部の形状については、
ディスクタイプ、円筒タイプ及びディスク挾み込みタイ
プ等を用いた単軸スリップリングが知られている。これ
ら従来のものは、何れも単軸回転型であり、単軸の被回
転供試体上に電気エネルギーを送ること、又は被回転供
試体の各種物理現象を電気信号として固定機体側に取り
出すことはできるが、被回転供試体が多軸の回転軸を有
するものには適用できず、多軸の場合はそれぞれ別々に
スリップリングを設けなければならず、配線が複雑にな
り、電線が絡まる等の不都合があった。

【０００３】一方、これら従来のスリップリングの高速
接続性能は、ブラシ等の接点・接触部や軸受の性能上、
最大１５，０００ｒｐｍが限度であった。さらに、宇宙
空間等の真空中において使用するスリップリングの場合
は、固体潤滑剤を用いた軸受の性能に制約があり、最大
３００〜４００rpm位が限度であった。従って、それ以
上の回転速度で回転する被回転供試体に対しては、誤動
作がなく精度良く電気エネルギーや信号を伝達すること
はスリップリングによっては困難であった。そのため、
従来高速回転体から情報収集する方法として、電波方式
が主に用いられているが、電波方式の場合高速回転体に
電池、発信機等を装着しなければならず、それによる重
量のアンバランスが生じたり、電気エネルギー供給能力
や多チャンネル化に制限を受ける等の問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記のように、従来の
スリップリングは単軸回転型であるため、被回転供試体
が多重回転軸を有するものである場合、多重回転軸上の
それぞれに電気エネルギーを供給したり、又は各種信号
を固体機体側に取り出すことはできない問題がある。ま
た、従来のスリップリングは、性能的に最大１５０００
rpm、宇宙空間や真空中では最大３００〜４００rpmが限
度であり、それ以上の高速回転する被回転供試体に対し
ては誤情報のもとになり、適用できない問題があった。
本発明は、従来のスリップリングの上記問題点を解消す
るために創案されたものであって、被回転供試体が多重
回転軸を有するものであっても、超高速回転する被回転
供試体であっても、確実に電気エネルギーの供給や電気
信号等の取出や送信ができ、また被回転供試体を積極的
に回転させて回転試験装置にも適用できる多段スリップ
リング装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の多段スリップリ
ング装置は、固定基体、端部に被回転供試体取付部を有
する内側回転体及び外側回転体とを有し、前記固定基体
と前記内側回転体との間に１段以上の外側回転体がそれ
ぞれ軸受を介して同心に回転自在に嵌合して設けられ、
前記固定基体と外側回転体間、及び外側回転体と前記内
側回転体間の対向するそれぞれの嵌合壁面に、多極多接
点回転接続用コネクタ機構を設け、且つ少なくとも前記
内側回転体と前記固定基体に前記多極多接点回転接続用
コネクタ機構に導通する入出力用端子を設け、さらに前
記固定基体と前記外側回転体間に、固定基体がステータ
を構成し、外側回転体がロータを構成するコアレスの電
動モータを設け、該外側回転体を固定基体に対して直接
回転駆動して該外側回転体を任意の回転速度に回転制御
でき、前記内側回転体に取り付けられる被回転供試体と
外部と電気エネルギーや信号の授受ができることを特徴
とする構成によって、前記固定基体に対する前記内側回
転体の見掛け上の回転速度を減少させることができ、超
高速で回転する被回転供試体との電気エネルギーや信号
の授受を可能にし、上記問題点を解決したものである。

【０００６】前記外側回転体が外側回転体入出力用端子
を有し、前記固体基体に設けた固定基体入出力用端子の
各極端子配線が、外側の多極多接点回転接続用コネクタ
機構を介して前記外側回転体内でそれぞれ分岐し、一方
は外側回転体に設けた前記外側回転体入出力用端子に接
続し、他方はさらに内側の多極多接点回転接続用コネク
タ機構を介して内側回転体に設けた内側回転体入出力用
端子に接続することによって、前記内側回転体及び外側
回転体に取り付けられる被回転供試体の各回転軸間及び
外部との電気エネルギーや信号授受を可能にした。

【０００７】固定基体、端部に被回転供試体取付部を有
する内側回転体及び外側回転体とを有し、前記固定基体
と前記内側回転体との間に１段以上の外側回転体がそれ
ぞれ軸受を介して同心に回転自在に嵌合して設けられ、
前記固定基体と外側回転体間、及び外側回転体と前記内
側回転体間の対向するそれぞれの嵌合壁面に、多極多接
点回転接続用コネクタ機構を設け、且つ前記固定基体、
前記内側回転体に前記多極多接点回転接続用コネクタ機
構に導通する入出力用端子を設け、さらに前記固定基体
と前記外側回転体間、及び外側回転体と内側回転体間
に、前記各回転体を固定基体に対してそれぞれ独立して
相対的に直接回転駆動するコアレスの電動モータを設
け、これらの前記電動モータを可逆制御することにより
前記内側回転体に取り付けられる被回転供試体を、超低
速から超高速まで回転制御することができると共に、前
記各多極多接点回転接続用コネクタ機構を介して被回転
供試体と外部と電気エネルギーや信号の授受ができるこ
とを特徴とする構成によって、それ自体が直接回転試験
装置として使用することが可能なスリップリング装置を
得ることができた。前記多極多接点回転接続用コネクタ
機構としては、ブラシタイプ、ニードルタイプ、誘導タ
イプ等の接触式又は非接触式のスリップリング機構が採
用できる。

【０００８】

【作用】被回転供試体が多重同軸回転軸を有する場合、
固定基体の取付け部に被回転供試体の基盤を結合し、外
側回転体及び内側回転体に順次被回転供試体の各回転軸
を結合し、各回転軸に配線された電気エネルギー線や各
種信号線をそれぞれが結合された外側回転体または内側
回転体に設けられた入出力用端子にそれぞれ接続する。
被回転供試体の各回転軸の回転に応じて外側回転体及び
内側回転体が独立して回転し、各回転軸間の信号や電気
エネルギーのやり取りが本スリップリングを介して行う
ことができ、またその出力は固定基体に設けられた入出
力用端子を介して外部に取り出すこともできる。また、
逆に外部から入出力用端子を介して被回転供試体の各回
転軸に電気エネルギーや信号を供給することができる。
これら信号や電気エネルギーの授受は、各多極多接点回
転接続用コネクタ機構の配線を適宜選択することによっ
て任意に変更することができる。また、被回転供試体が
高速回転する単軸回転軸を有するものである場合、内側
回転体に回転軸に結合し、回転軸の電気エネルギー線及
び又は信号線を内側回転体の入出力用端子に接続する。
そして、電動モータを作動させて、単軸回転軸の回転方
向と同方向に外側回転体を回転させることによって、外
側回転体と内側回転体間の相対速度が低減させることが
でき、見掛け上超高速で回転する被回転軸へのエネルギ
ーや信号の授受が可能となる。

【０００９】さらに、内側回転体と外側回転体との間に
も電動モータを設けることによって、内側回転体を積極
的に回転させることができ、しかも外側の電動モータと
内側の電動モータとの相互作用により、内側回転体を超
低速から超高速まで回転制御することができる。従っ
て、内側回転体に被回転供試体を結合すれば、被回転供
試体を任意の速度で回転させることができると共に、被
回転供試体への電気エネルギーの供給や被回転供試体と
の物理情報等電気信号の授受ができ回転試験機として利
用することができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を基に詳細に説
明する。図１は本発明の実施例に係る多段スリップリン
グ装置の断面図である。本実施例装置は、多重同軸の回
転軸を有する被回転供試体に取付け、被回転供試体の回
転軸間の信号の授受を行うとか、単軸で超高速回転する
被回転供試体に電気エネルギーの供給や信号の授受を行
うことに適用する場合の一実施例を示している。その全
体構造は、円筒状の固定基体１と、該円筒状の固定基体
の円筒内に回転可能に１段又は複数段（図の実施例では
１段）の外側回転体２と、さらに該外側回転体に回転可
能に嵌合された内側回転体３とからなり、固定基体１と
外側回転体２間、外側回転体２と内側回転体３間との間
にそれぞれ軸受４が設けられ、これらの軸受を介して外
側回転体及び内側回転体が固定基体１に対して互いに回
転自在に嵌合されている。そして、これらの固定基体、
外側回転体２、内側回転体３の各頂部には、被回転供試
体を取付けるためのフランジ５、６、７がそれぞれ設け
られている。そして、前記固定基体１と外側回転体２
間、及び外側回転体２と前記内側回転体３間の対向する
それぞれの嵌合壁面に、多極多接点回転接続用コネクタ
機構としての外側の多極多接点スリップリング機構９及
び内側の多極多接点スリップリング機構１０が設けられ
ている。前記固定基体１の外周部に設けた固定基体入出
力用端子８の各極が外側のスリップリング機構９を介し
て外側回転体２内でそれぞれ分岐し、一方は外側回転体
２のフランジ近傍に設けた外側回転体入出力用端子１１
の各極に接続し、他方はさらに内側のスリップ機構１０
を介して内側回転体のフランジ近傍に設けた内側回転体
入出力用端子１２の各極に接続している。それにより、
被回転供試体のそれぞれの軸上に電気エネルギーや信号
の供給及び又は取出ができるようになっている。

【００１１】さらに、前記固定基体１と外側回転体２間
に、前記フランジと反対側にコアレス・フレームレスモ
ータ等の電動モータ１５を並設して設け、被回転供試体
の回転によって高速回転する内側回転体と同方向に外側
回転体を回転させ、内側回転体の固定基体に対する相対
速度を低減させることができるようになっている。な
お、図中１６はコアレス・フレームレスモータのステー
タ側コイルを示し、１７はロータ側永久磁石を示してい
る。

【００１２】本実施例の装置は、以上のように構成さ
れ、次のように使用される。例えば、被回転供試体が基
盤に同心の第１回転軸と第２回転軸を順次有して、第１
回転軸及び第２回転軸がそれぞれ相対的に回転駆動する
ようなものである場合、固定基体１のフランジ５を被回
転供試体の基盤に固定し、且つ外側回転体２のフランジ
６を被回転供試体の第１回転軸に、内側回転体３のフラ
ンジ７を被回転供試体の第２回転軸にそれぞれフレキシ
ブル継手等を介して又は直接固定し、被回転供試体の第
１回転軸、第２回転軸に配線された電気エネルギー線や
各種信号線の端子をそれぞれに固定された本実施例の多
段スリップリング装置のフランジに設けられている外側
回転体入出力用端子、及び内側回転体入出力用端子にそ
れぞれ接続することによって、被回転供試体の各回転軸
と共に外側回転体及び内側回転体も回転し、各回転体間
の信号や電気エネルギーのやり取りがスリップリング機
構９、１０を介して行うことができ、またその出力は固
定基体１に設けられた出力端子８を介して外部に取り出
すこともできる。また、逆に外部から出力端子８、前記
両入スリップリング機構９、１０を介して被回転供試体
の第１回転軸及び第２回転軸に電気エネルギーや信号を
供給することができる。

【００１３】なお、各端子と内側及び外側の各多極多接
点スリップリング機構との配線は、目的に応じて任意に
選択することができ、例えば上記実施例のように固定基
体入出力端子、外側回転体入出力端子、内側回転体入出
力端子を相互に接続することによって、上記のような機
能を有するが、外側回転体入出力端子と内側回転体入出
力端子とを内側及び外側の各多極多接点スリップリング
機構の別々の極を介して固定基体の出力端子に接続すれ
ば、それぞれ別個に信号や電気エネルギーを授受するこ
とができる。

【００１４】また、被回転供試体が高速回転する１軸の
回転軸を有するものである場合、内側回転体３のフラン
ジ７を被回転供試体の回転軸に結合し、回転軸の電気エ
ネルギー線及び又は信号線を内側回転体３の内側回転体
入出力用端子１２に接続する。そして、電動モータ１５
を作動させて、高速回転体の回転方向と同方向に外側回
転体２を回転させることによって、外側回転体２と内側
回転体３間の相対速度が低減させることができ、超高速
で回転する被回転供試体の回転軸への電気エネルギーや
信号の授受が可能となる。例えば、前記電動モータ１５
を被回転供試体の回転軸の１／２の速度で同方向に回転
させると、外側回転体と内側回転体間の相対速度は、被
回転供試体の１／２の速度に低減することになり、１５
０００rpm以上に高速回転する被回転供試体であっても
楽に信号等の授受ができる。従って、例えばジャイロの
ロータ、タービンブレード、遠心分離機、ポリゴンミラ
等の単軸高速回転体に適用すれば、電気エネルギーの供
給と同時に回転体から物理情報等を電気信号として直接
取り出すことができる。

【００１５】図２は、回転試験機に適用することができ
る本発明のスリップリング装置の他の実施例を示してい
る。なお、図において前記実施例と同様な部分について
は、同一の符号を用い、詳細な説明は省略する。本実施
例の装置と前記実施例の装置との構造上の主な相違点
は、内側回転体２と外側回転体１との間にもコアレス・
フレームレス電動モータ２０を設けた点である。それに
より、本実施例装置では、内側回転体３を積極的に回転
させることができ、しかも外側の電動モータ１５と内側
の電動モータ２０の独立した回転による相殺相乗速度に
より、内側回転体を超低速から超高速まで回転制御する
ことができる。すなわち、外側の電動モータ２０が回転
数Ｎoで回転し、内側の電動モータ２０が同方向に回転
数Ｎiで回転すれば、内側回転体は回転数（Ｎo＋Ｎi）
で回転し、両モータが互いに逆方向に回転すれば回転数
（Ｎi−Ｎo）で回転するから、例えば両モータを等速で
同方向に回転させれば、内側回転体３は２倍の速度で回
転し、逆方向に等速で回転させれば相対速度はゼロとな
る。

【００１６】従って、内側回転体３のフランジ７に被回
転供試体を結合すれば、被回転供試体を任意の速度で回
転させることができ、回転試験機として利用することが
できる。図２は回転試験機として、タービンブレードの
回転試験を行っている場合を示している。図中、３０が
被回転供試体としてのブレードであり、該ブレードを取
付けた中空軸３１を内側回転体のフランジ７に固定し、
ブレード３０に歪ゲージ３２を貼り付けて、その信号線
３３を中空軸３１の中空部を通って内側回転体入出力用
端子１２に接続してある。従って、歪ゲージ３２で計測
されるブレード３０の歪情報は内側の多極多接点スリッ
プリング機構１０、外側の多極多接点スリップリング機
構９を介して固定基体入出力端子８に送られ、外部に取
り出すことができる。なお、図中２１は内側の電動モー
タ２０のステータ側コイル、２２はロータ側永久磁石で
ある。また、３４は被回転供試体を外方を外部から区画
するためのケーシングである。

【００１７】回転試験は、その内側の電動モータ２０及
び外側の電動モータ１５の回転速度を組合せることによ
って、ブレード３１を超低速回転から超高速回転まで所
望の条件で回転させることができ、そのときのブレード
３２に発生する歪など回転試験中の諸情報を確実に外部
に取り出すことができ、回転試験機として非常に有用で
ある。以上、本発明の好適な実施例を説明したが、本発
明は上記実施例に限るものでなく、例えば外側回転体を
それぞれ回転自在に嵌合した多段の回転体で構成し、各
外側回転体間の間にも電動モータを設ければ、被回転供
試体をより超高速で回転させ、精度良く信号や電気エネ
ルギーの授受ができる等、種々の設計変更が可能であ
る。

【００１８】

【発明の効果】本発明は、以上のように構成され、次の
ような格別の効果を奏する。外側回転体を固定基体間が
直接コアレス電動モータを構成するので、外側回転体を
任意の速度で回転駆動することができ、外側回転体と内
側回転体間の相対速度を任意に低減させることができ
る。従って、従来のスリップリング機構では信号の授受
が困難であった超高速回転する被回転供試体であって
も、確実に精度良くエネルギーの供給や信号の授受を行
うことができ、高速回転で使用するタービンブレードや
ジャイロ等の遠心歪、破壊等の特性試験のデータ収集が
可能である。 また、多軸回転体を有する被回転供試体の
場合、各回転軸を内側回転体と外側回転体に別々に接続
して、各回転軸の回転に応じて外側回転体及び内側回転
体が独立して回転することができるので、外側回転体に
も入出力端子を設けることによって、各回転軸間の信号
や電気エネルギーのやり取りが確実にでき、且つ外部と
電気エネルギーや信号の授受が直接できる。さらに、請
求項３の構成によれば、内側回転体を積極的に回転させ
ることができ、しかも外側の電動モータと内側の電動モ
ータとの相互作用により、内側回転体を超低速から超高
速まで回転制御することができ、内側回転体に結合され
る被回転供試体を任意の速度で回転させることができる
と共に、被回転供試体への電気エネルギーの供給や被回
転供試体との物理情報等電気信号の授受ができ回転試験
機として利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る多段スリップリング装置
の縦断面図である。

【図２】本発明の他の実施例に係る多段スリップリング
装置の縦断面図である。

【符号の説明】

１ 固定機体 ２ 外側回
転体 ３ 内側回転体 ４ 軸受 ８ 固定基体入出力端子 ９ 外側の多極多接点スリップリング機構 １０ 内側の多極多接点スリップリング機構 １１ 外側回転体入出力用端子 １２ 内側
回転体入出力用端子 １５、２０ 電動モータ ３０ ブレ
ード ３２ 歪ゲージ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定基体、端部に被回転供試体取付部を
   有する内側回転体及び外側回転体とを有し、前記固定基
   体と前記内側回転体との間に１段以上の外側回転体がそ
   れぞれ軸受を介して同心に回転自在に嵌合して設けら
   れ、前記固定基体と外側回転体間、及び外側回転体と前
   記内側回転体間の対向するそれぞれの嵌合壁面に、多極
   多接点回転接続用コネクタ機構を設け、且つ少なくとも
   前記内側回転体と前記固定基体に前記多極多接点回転接
   続用コネクタ機構に導通する入出力用端子を設け、さら
   に前記固定基体と前記外側回転体間に、前記固定基体が
   ステータを構成し、前記外側回転体がロータを構成する
   コアレスの電動モータを設け、該外側回転体を固定基体
   に対して直接回転駆動して該外側回転体を任意の回転速
   度に回転制御でき、前記内側回転体に取り付けられる被
   回転供試体と外部と電気エネルギーや信号の授受ができ
   ることを特徴とする多段スリップリング装置。
2. 【請求項２】 前記外側回転体が外側回転体入出力用端
   子を有し、前記固体基体に設けた固定基体入出力用端子
   の各極端子配線が外側の多極多接点回転接続用コネクタ
   機構を介して前記外側回転体内でそれぞれ分岐し、一方
   は外側回転体に設けた前記外側回転体入出力用端子に接
   続し、他方はさらに内側の多極多接点回転接続用コネク
   タ機構を介して内側回転体に設けた内側回転体入出力用
   端子に接続している請求項１記載の多段スリツプリング
   装置。 【請求項３】 固定基体、端部に被回転供試体取付部を
   有する内側回転体及び外側回転体とを有し、前記固定基
   体と前記内側回転体との間に１段以上の外側回転体がそ
   れぞれ軸受を介して同心に回転自在に嵌合して設けら
   れ、前記固定基体と外側回転体間、及び外側回転体と前
   記内側回転体間の対向するそれぞれの嵌合壁面に、多極
   多接点回転接続用コネクタ機構を設け、且つ前記固定基
   体、前記内側回転体に前記多極多接点回転接続用コネク
   タ機構に導通する入出力用端子を設け、さらに、前記固
   定基体と前記外側回転体間、及び外側回転体と内側回転
   体間に、前記各回転体を固定基体に対してそれぞれ独立
   して相対的に直接回転駆動するコアレスの電動モータを
   設け、これらの前記電動モータを可逆回転制御すること
   により前記内側回転体に取り付けられる被回転供試体
   を、超低速から超高速まで回転制御することができると
   共に、前記各多極多接点回転接続用コネクタ機構を介し
   て被回転供試体と外部と電気エネルギーや信号の授受が
   できることを特徴とする多段スリップリング装置。