加工機械の２つの部分の間で信号を無線送信する装置
【課題】加工機械の２つの部分の間で信号を無線送信する装置を提供する。
【解決手段】加工機械の運転時に、２つの部分の一方が他方に対して、軸１８を中心に回転し、複数のアンテナ８、または、１３が、２つの部分１７、２３のうちの少なくとも一方に、回転の周辺に沿う方向に少なくともほぼ規則的な分布で配置されている。アンテナ８、または、１３は、各部分１７、２３に割り当てられた送信装置および／または受信装置に、並列に接続されている。個々のアンテナ８の長さは、回転の周辺に沿う方向に重なり合っており、これらのアンテナは、回転軸１８の半径方向かつ／または長手方向に、少なくとも部分的にオフセットされて配置されている。送信装置から個々のアンテナへ、位相シフトされた信号が供給され、アンテナで受信された信号が、受信装置によって、位相シフトされて重ね合わせられる。
【解決手段】加工機械の運転時に、２つの部分の一方が他方に対して、軸１８を中心に回転し、複数のアンテナ８、または、１３が、２つの部分１７、２３のうちの少なくとも一方に、回転の周辺に沿う方向に少なくともほぼ規則的な分布で配置されている。アンテナ８、または、１３は、各部分１７、２３に割り当てられた送信装置および／または受信装置に、並列に接続されている。個々のアンテナ８の長さは、回転の周辺に沿う方向に重なり合っており、これらのアンテナは、回転軸１８の半径方向かつ／または長手方向に、少なくとも部分的にオフセットされて配置されている。送信装置から個々のアンテナへ、位相シフトされた信号が供給され、アンテナで受信された信号が、受信装置によって、位相シフトされて重ね合わせられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工機械の２つの部分の間で信号を無線送信する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
加工機械の２つの部分の間で信号を無線送信する装置は、独国特許出願公開第２０ ２００４ ０１６ ７５１（Ａ１）号明細書で知られており、この明細書は、誘導結合トランスポンダシステムの、機械およびシステム構築の分野への最適化について記載している。そのようなトランスポンダシステムを、金属製包囲物内で使用する場合について、この明細書は、金属内への磁力線の浸透を防ぎ、このような環境的条件での動作を保証する高透過性材料の使用を提案している。
【０００３】
送信機と受信機との間で回転運動が行われる無線トランスポンダシステムでは、回転子および／または固定子における各アンテナの放射特性または受信特性が、データ伝送の品質を本質的に決定する。ここでは、送信および受信の品質が、各角度位置において可能な限り一定であることが望ましい。送信および／または受信の品質が次善の水準になることは、データの誤送信率の上昇に直接つながる。
したがって、たとえば、送信または受信の周波数と、さらに元の幾何学的条件とに適合させたワイヤループが、回転子または固定子の周辺に沿う方向に走っている場合には、この周辺の１つまたは複数の場所で放射または受信が最小になる。このことは、回転子の回転運動によって強力な振幅変調をもたらし、この振幅変調は、受信側でのデータの再構築能力に直接影響する。同じことが、ダイポールアンテナについても同じように当てはまる。この場合も、放射または受信の空間特性には、最小になる部分があり、この部分が伝送品質に悪影響を及ぼす。
【０００４】
市販の無線受信部品は、そのアンテナ入力部に、制御ループによって増幅率を受信信号にマッチングさせる可変増幅器を含んでいる。この制御は、高い回転速度では、データ送信に干渉するように作用する過渡応答を有するため、多くの場合において、受信が不可能であるか、可能であっても誤り率が高くなる。このような場合は、誤り認識を可能にする符号化方法（たとえば、ＣＲＣチェック）を用い、さらに、複数のデータ送信（すなわち、送信対象の個々のデータワードの複数送信）を行うことにより、誤り率を低減することは確かに可能である。しかしながら、これは、有効データ伝送レートの低下につながり、多くの応用分野では望ましくない。
【０００５】
市販の送信および受信用アンテナは、回転対称構造で使用されるようには設計されていない。実際は、このようなアンテナでは、原理的に回転対称特性が与えられているが、この回転対称特性が有効であるためには、アンテナを軸方向に取り付けなければならず、同時に、対応する相手側アンテナまでの見通し線が与えられていなければならない。しかしながら、これは構造上不可能である。それは、回転子の電子回路が、常にシャフトの周辺に取り付けられていなければならず、そのために、軸方向の見通し線が与えられないためである。
【０００６】
解決策として考えられるのは、基準位置に対する現在の角度位置を、回転子上の適切なセンサで連続的に測定し、良好な伝送品質が保証される、限定された角度部分でのみ、常にデータ送信を行うことである。したがって、市販のアンテナを使用することは可能ではあるが、この解決策には、回転子の角度位置を検出して処理することのコストが高いこと、さらには、達成可能なデータレートが低くなってしまうという弱点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の課題は、干渉のないデータ送信を高データレートで可能にするレベルを目的として、装置のアンテナ配置を考案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、本発明によれば、請求項１に記載の特徴を有する装置によって解決される。従属請求項において、有利な構成が指定される。
本発明は、複数のアンテナの組み合わせに基づいており、これらのアンテナはいずれも、それ自体としては、無線伝送経路によって接続されるべき２つの機械部分として望ましい、半径方向の、対称な放射特性または受信特性を有していないが、これらが、送信側において、調和的に接続され、適切に励起された場合、または、受信側において、個々の信号が適切に重ね合わせられた場合には、これらのアンテナの個々の特性は、半径方向にほぼ対称な、全体的な伝送特性をもたらす。ここで、原理的には、このようなアンテナの組み合わせを、送信側または受信側のいずれかで使用することは適切であるが、両側で使用することにより効果を高めることができる。
【０００９】
第１の好ましい変形例は、回転の周辺に沿う方向に、個々のアンテナを空間的に対応するように重ね合わせることである。個々の伝送特性を、対応するように重ね合わせて、個々のアンテナの、前述の周辺に沿う方向の相対的なオフセットを適切に選択することにより、このような組み合わせは、顕著な突出が非常に少ない全体特性をもたらす。
【００１０】
第２の好ましい変形例は、複数の送信アンテナの、回転の周辺に沿う方向のシーケンスに従う、位相シフトされた励起、および／または、複数の受信アンテナの受信信号の、対応する、位相シフトされた重ね合わせである。
従属請求項から、本発明の、他の有利な構成が理解されるであろう。
以下、図面を参照しながら、本発明の諸実施形態を説明する。それらの図面は、以下に示すとおりである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】加工機械用無線センサシステムのブロック回路図である。
【図２】加工機械の、無線センサシステムを備えられた部分の長手方向断面図である。
【図３】本発明による、第１のアンテナ配置のブロック回路図である。
【図４】図３のアンテナ配置の、軸方向の概略図である。
【図５】図３および４のアンテナ配置の相互接続を示す図である。
【図６】本発明による、第２のアンテナ配置のブロック回路図である。
【図７】図６のアンテナ配置の、軸方向の概略図である。
【図８】本発明による、第３のアンテナ配置の、軸方向の概略図を、個々のアンテナの放射図と組み合わせた図である。
【図９】図８の個々のアンテナの受信電力の時間特性を示す図である。
【図１０】図９の受信電力の重ね合わせの時間特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
現代の自動加工機械では、動作パラメータ（たとえば、力、トルク、温度などの値）の変化を検出するために無線センサシステムを用いる傾向がある。図１は、そのようなセンサシステムのブロック回路図を示す。ここでは、回転子電子回路１は、機械の運転時に回転している部分（以下、「回転子」と呼ぶ）に位置する。これらの電子回路は、基本的な機能単位として、１つまたは複数のセンサ２（たとえば、抵抗ひずみ計）と、センサ信号処理装置３と、マイクロコントローラ４と、他の装置から電力を誘導供給されるための、２次コイル６を有する電力変換器５と、外部との通信（特に、検出された測定データの送信）のための、アンテナ８を有する無線モジュール７と、を含む。
【００１３】
固定子電子回路９は、機械の静止部分（以下、「固定子」と呼ぶ）に位置する。これらの電子回路は、基本的な機能単位として、１次コイル１１を介して電力を回転子電子回路１に誘導供給するための電力変換器１０と、回転子電子回路１と通信するための、アンテナ１３を有する無線モジュール１２と、機械の電源（図示せず）から電力を受け取るための電力変換器１４と、マイクロコントローラ１５と、さらに、センサ２で測定され、固定子電子回路９へ送信されたデータを、さらに高いレベルの機械コントローラへ転送するためのインタフェース１６と、を含む。
【００１４】
センサシステムは、既知のトランスポンダ技術に基づいており、電力は、（たとえば、約３０ｋＨｚの周波数で）回転子電子回路１と誘導結合され、受信された測定データは、（たとえば、約２．４ＧＨｚの周波数、または別のＩＳＭ帯）の無線により、固定子電子回路９へ送信される。
【００１５】
加工機械の、そのような無線センサシステムを備えられた部分の長手方向断面図を、図２に示す。機械の運転時には、回転子１７は、軸１８を中心に回転する。回転子１７は、回転子電子回路１が取り付けられた、金属製の円柱状シャフト（スピンドル）１９を含む。部品２０が、フレキシブル基板２１上に構築されており、フレキシブル基板２１は、スピンドル１９の周囲を周辺に沿う方向に案内されていて、スピンドル１９の軸１８と一致する軸を有する２次コイル６に囲まれている。回転子電子回路１のアンテナ８は、回転子電子回路１の半径方向の最も外側の要素を形成しており、全体が、スピンドル１９に堅固に連結されている、プラスチック製の内側保持具２２に埋め込まれている。
【００１６】
固定子２３は、金属製の機械的機械要素２４を含む。この機械要素の内側に、中空円筒形状の、プラスチック製の外側保持体２５が、堅固に連結されている。内側保持体２２と外側保持体２５との間に、周辺に沿って一定幅のエアギャップ２６が存在する。固定子電子回路９の１次コイル１１およびアンテナ１３は、外側保持体２５に埋め込まれており、アンテナ１３は、１次コイル１１よりも半径方向内側に配置されている。図２に示されていない、固定子電子回路９のその他の部品も、（たとえば、外側保持体２５に埋め込まれて）固定子２３上に直接配置されることが可能であるが、この機械の別の場所に（たとえば、固定子２３から離れた場所に）配置されることも可能である。機械の運転時には、回転子１７は、固定子２３に対して、所定の量だけ、軸１８の長手方向にシフトされる。しかしながら、軸１８に対する回転子１７および固定子２３の配置の、既述の回転対称性は、そのまま保たれる。
【００１７】
図３は、本発明を実施する、第１のアンテナの配置を、ブロック回路図のかたちで示す。以下ではまず、図３は、送信側のアンテナ配置に関するものであるとする。図３に示されるように、３つの同等の個別ループアンテナ８Ａ、８Ｂ、および８Ｃが設けられている。それぞれは、それぞれの整合素子２７Ａ、２７Ｂ、または２７Ｃ、ならびに給電線２８Ａ、２８Ｂ、または２８Ｃによって、共通分岐素子２９に接続されている。整合素子２７Ａ、２７Ｂ、および２７Ｃは、信号処理を簡略化するために、対称ループアンテナ８Ａ、８Ｂ、および８Ｃを非対称給電線２８Ａ、２８Ｂ、または２８Ｃと整合させる、既知の、いわゆる平衡−不平衡変圧器を含む。
【００１８】
本発明による特別な特徴の１つが、３つのループアンテナ８Ａ、８Ｂ、および８Ｃの幾何学的配置である。この配置を、図４に概略的に示す。これら３つのループ素子８Ａ、８Ｂ、および８Ｃは、軸１８と中心を共有して、放射状に配置されている。これらのループ素子は、それぞれの基部３０Ａ、３０Ｂ、および３０Ｃにおいて半径方向にそれぞれ角度が付けられており、基部３０Ａ、３０Ｂ、および３０Ｃは、互いに対して１２０°ずつ、連続してオフセットされている。図２および３で示されている、その他の部品は、明確さを期するために、図４では省略されている。図４による配置は、基部３０Ａ、３０Ｂ、および３０Ｃの位置に対し、周辺に沿う方向に、規則正しく、対称である。ループアンテナ８Ａ、８Ｂ、および８Ｃは、異なる直径を有する代わりに、同じ直径で、軸１８の長手方向に、互いに対してオフセットされることも可能である。ここで重要なのは、図４に見られる直径の違い、あるいは、代替として可能な、軸１８の長手方向のオフセットが、平均直径に比べて相対的に小さいため、放射特性に対する有意な影響がないことである。すなわち、３つのループアンテナ８Ａ、８Ｂ、および８Ｃはすべて、基部３０Ａ、３０Ｂ、および３０Ｃの位置が異なるものの、本質的に同等の放射特性を有する。
【００１９】
結果として、図４のような配置では、各ループアンテナ８Ａ、８Ｂ、および８Ｃの基部３０Ａ、３０Ｂ、および３０Ｃは、他の２つのループアンテナで覆われるため、上述の各基部３０Ａ、３０Ｂ、および３０Ｃにおける、この図面の面の半径方向の放射特性の最小になる部分が、他の２つのループアンテナの放射特性によってほぼ等化され、これによって、半径方向の全体的な放射特性がよりいっそう均等になる。
金属製包囲物の形状（たとえば、試錐孔の形状）の不規則性を生む放射電界の不規則性を補償するためには、連続するアンテナ間の角度オフセットに常に同じ値を選択するのではなく、選択に偏りを持たせることも有用である。
【００２０】
完全を期すために、図５は、分岐素子２９内の、個々の給電線２８Ａ、２８Ｂ、および２８Ｃの相互接続を示す。この図に示されるように、これらの給電線２８Ａ、２８Ｂ、および２８Ｃは、第１の抵抗を介して接地され、第２の抵抗を介して共通スターポイント３１に接続されており、共通スターポイント３１には、ループアンテナ８Ａ、８Ｂ、および８Ｃから放射されるべき共通データ信号が結合されている。
【００２１】
給電線２８Ａ、２８Ｂ、および２８Ｃに関しては、これらの長さが、図３の概略図と比べて著しく異なるものであってはならないことにも注意されたい。これは、結果としての伝搬時間の差によって、個々のアンテナ８Ａ、８Ｂ、および８Ｃから放射される無線信号の間に望ましくない位相シフトが発生するためである。したがって、長さまたは伝搬時間の等化が行われなければならない。
【００２２】
前述の説明は、伝送経路の送信側に関するものであった。しかしながら、本発明は、受信側にも同様に適用されることが可能である。この場合、個々のアンテナ８Ａ、８Ｂ、および８Ｃは、受信アンテナである。しかしながら、受信側においては、図３および５に示された、アンテナ８Ａ、８Ｂ、および８Ｃの相互接続と、さらに、図４に示された、アンテナ８Ａ、８Ｂ、および８Ｃの互いに対する幾何学的配置とにおける、信号の流れの方向だけが異なる。この場合、分岐素子２９のスターポイント３１では、信号が、放射のために供給される代わりに、さらなる処理のために出力される。ループアンテナ８Ａ、８Ｂ、および８Ｃを使用する場合、各基部の範囲に、半径方向の受信特性が最小になる部分があるが、これらは、個々のアンテナ同士の重なり合いと、対称的な一定の角度オフセットとによって、ほぼ等化される。
【００２３】
明らかに、本発明のこの実施形態を、送信側および受信側の両方に同時に適用することが可能である。本発明の等化効果は、使用される別々の個々のアンテナの数が多いほど、伝送特性に強く作用することが理解されよう。送信側および受信側のそれぞれに設けられることが可能なアンテナの数は、利用可能な空間によって限定されるため、数個のアンテナを送信側に設けて、さらに受信側にも数個のアンテナを設ければ、特に実用的にもなりうる。
【００２４】
本発明が設計される構成では、送信機と受信機との間の距離が非常に小さいため、アンテナの放射または受信の空間特性については、近距離場は確定的であるが、遠距離場はそうではないことに注意されたい。場の特性はさらに、金属製包囲物（スピンドル１９、機械要素２４）、すなわち、それらの反射挙動の影響をかなり受けるため、アンテナ配置の厳密な寸法決定のためには、これらの影響を考慮することが必須である。
【００２５】
図６は、本発明を実施する、第２のアンテナの配置を、ブロック回路図のかたちで示す。以下でも、まず、図６の配置は、送信側のアンテナ配置に関するものであるとする。図６に示されるように、３つの同等の個別ダイポールアンテナ１０８Ａ、１０８Ｂ、および１０８Ｃが設けられている。それぞれは、それぞれの整合素子１２７Ａ、１２７Ｂ、または１２７Ｃ、ならびに給電線１２８Ａ、１２８Ｂ、または１２８Ｃによって、共通分岐素子１２９に接続されており、共通分岐素子１２９は、図５に示された分岐素子２９と同様に構成されている。ここで、整合素子１２７Ａ、１２７Ｂ、および１２７Ｃも、信号処理を簡略化するために、対称ダイポールアンテナ１０８Ａ、１０８Ｂ、および１０８Ｃを非対称給電線１２８Ａ、１２８Ｂ、および１２８Ｃと整合させる平衡−不平衡変圧器を含む。
【００２６】
本発明による第１の特別な特徴は、給電線１２８Ｂおよび１２８Ｃのそれぞれに（たとえば、遅延線のかたちの）遅延素子１３２Ｂおよび１３２Ｃが配置されていることである。これによって、個々のダイポールアンテナ１０８Ａ、１０８Ｂ、および１０８Ｃは、放射のために同じ信号を受け取るが、それらは、同相ではなく、定義された相互位相シフトを有し、これは、１２０°づつ連続する。すなわち、アンテナ１０８Ｂは、アンテナ１０８Ａに対して１２０°の位相シフトを有し、アンテナ１０８Ｃは、アンテナ１０８Ａに対して２４０°の位相シフトを有する。金属製包囲物の形状（たとえば、試錐孔の形状）の不規則性を生む放射電界の不規則性を等化するために、連続するアンテナ間の位相シフトに常に同じ値を選択するのではなく、選択に偏りを持たせることも理にかなっている。
【００２７】
本発明による、別の特別な特徴は、３つの同等のダイポールアンテナ１０８Ａ、１０８Ｂ、および１０８Ｃの幾何学的配置である。この配置を、図７に概略的に示す。３つのダイポールアンテナ１０８Ａ、１０８Ｂ、および１０８Ｃは、スピンドル１９（図２）の軸１８を中心とする円の上に互いに隣接して配置され、それぞれが、周辺に沿う方向に連続的に１２０°づつの角度でオフセットされており、これによって、ダイポールアンテナ１０８Ａ、１０８Ｂ、および１０８Ｃのそれぞれは、約１２０°のセクタをカバーする。結果として、基部１３０Ａ、１３０Ｂ、および１３０Ｃのそれぞれにおいて、ダイポールアンテナ１０８Ａ、１０８Ｂ、および１０８Ｃのそれぞれの、半径方向の角度が付けられており、基部１３０Ａ、１３０Ｂ、および１３０Ｃのそれぞれは、互いに対して、１２０°づつの角度で連続的にオフセットされている。図２および６で示されているその他の部品は、明確さを期するために、図７では省略されている。図７による配置は、周辺に沿う方向に、規則正しく、対称である。
アンテナ１０８Ａ、１０８Ｂ、および１０８Ｃから放射される信号の間で遅延素子１３２Ｂおよび１３２Ｃによって引き起こされた位相シフトにより、これらの信号の重ね合わせは、個々のダイポールアンテナ１０８Ａ、１０８Ｂ、および１０８Ｃのそれぞれの半径方向の放射特性の、最小になる部分を有意に等化し、これによって、ほぼ均一な、半径方向の全体的な放射特性が得られる。
【００２８】
前述の説明は、伝送経路の送信側に関するものであった。本発明のこの実施形態は、受信側にも同様に適用されることが可能である。この場合、個々のアンテナは、受信アンテナである。しかしながら、受信側においては、図５および６に示された、アンテナ同士の相互接続と、さらに、図７に示された、それらのアンテナの、互いに対する幾何学的配置とにおける、信号の流れの方向だけが異なる。受信側の場合、遅延素子１３２Ｂおよび１３２Ｃは、アンテナ１０８Ｂおよび１０８Ｃで受信された信号の位相シフトを引き起こす。以下、本発明の第２実施形態の、受信側への適用について、図８〜１０を参照しながら、より詳細に説明する。
【００２９】
図８は、一例として、受信アンテナである３つのダイポールアンテナ１３Ａ、１３Ｂ、および１３Ｃの対称的な円形配置を示す。アンテナ配置の内部には、個々のダイポールアンテナについて典型的な半径方向の放射図が示されている。ここでは、半径方向の電力密度ＰＤが、方向の関数として示されている。図示されている特性ＰＤは、ダイポールの特定の角度位置について有効であり、顕著な最小部分Ｍを有する。ここでは、図示された放射特性ＰＤを有する単一ダイポールアンテナが、回転子１７上に単一の送信アンテナとして設けられ、３つのダイポールアンテナ１３Ａ、１３Ｂ、および１３Ｃが、固定子２３上に受信アンテナとして設けられているものとし、３つのダイポールアンテナ１３Ａ、１３Ｂ、および１３Ｃも、図６のダイポールアンテナ１０８Ａ、１０８Ｂ、および１０８Ｃと同様に接続されていて、信号の流れの方向だけが反対であるものとする。
【００３０】
図９は、送信アンテナとして設けられたダイポールの回転角度φに対する、３つの受信アンテナ１３Ａ、１３Ｂ、および１３Ｃの受信信号の信号強度ＳＡ、ＳＢ、およびＳＣの特性を示す。顕著な最大部分と最小部分とが見られるであろう。ここで、図９の横軸の位置は、無作為に選択されており、ゼロ線は表示されていない。これら３つの受信信号ＳＡ、ＳＢ、およびＳＣのそれぞれに、図５に示されたタイプの遅延素子によって、連続する１２０°の位相シフトが付加された場合、定性的には、結果として得られる信号強度ＳＲは、送信アンテナの回転角度φに対して、図１０に示される特性となる。このような信号特性が、図６における送信アンテナ１０８Ａ、１０８Ｂ、および１０８Ｃが、受信アンテナ１３Ａ、１３Ｂ、および１３Ｃに置き換えられた場合の、図６の回路のスターポイント１３１から出力される。ＳＲの特性は、確かにまだ、わずかなリップルがあるが、個々の特性ＳＡ、ＳＢ、およびＳＣのそれぞれに比べればはるかに一様である。
【００３１】
明らかに、第２の実施形態では、本発明を、送信側と、さらに受信側との両方に同時に適用することも可能である。ここでもまた、伝送特性に対する本発明の等化効果は、使用される別々の個々のアンテナの数が多いほど、顕著になることが理解されよう。空間上の都合から、ここでもまた、数個のアンテナを送信側に設けて、さらに受信側にも数個のアンテナを設けることだけでも十分実用にかなう。近距離場の確定性、ならびに、金属製包囲物の反射挙動の影響に関して前述された事柄は、本発明の第２の実施形態についても、第１の実施形態と同様に当てはまる。
【００３２】
当業者であれば、ここまでの説明から、本発明を修正することに関して、別の可能性を見出されるであろう。たとえば、周辺に沿う方向の重なりは、第１の実施形態のループアンテナの場合のように、約３６０°にわたって均等ではなく、他のアンテナ形状の重なり配置（たとえば、重なり量が著しく小さくてもよい、ダイポールの重なり配置）が設けられてもよい。さらに、ここで説明された２つの実施形態は、互いに組み合わせることも可能である。すなわち、重なり配置において、信号の位相シフトを与えることも有用である可能性がある。これらの実施形態において与えられた３つというアンテナの数は、明らかに一例であるに過ぎず、個々の応用の要件および初期条件（空間の関係、コストなど）に応じて様々な数であってよい。回転子電子回路１と固定子電子回路９との間の通信は、双方向であってもよい（たとえば、回転子電子回路１の特定機能（たとえば、センサ２の自己診断）を固定子電子回路９から作動させる場合など）。
【符号の説明】
【００３３】
１ 回転子電子回路
２ センサ
３ センサ信号処理装置
４ マイクロコントローラ
５ 電力変換器
６ ２次コイル
７ 無線モジュール
８ アンテナ
８Ａ、８Ｂ、８Ｃ ループアンテナ
９ 固定子電子回路
１０ 電力変換器
１１ １次コイル
１２ 無線モジュール
１３ アンテナ
１４ 電力変換器
１５ マイクロコントローラ
１６ インタフェース
１７ 回転子
１８ 軸
１９ スピンドル
２０ 部品
２１ フレキシブル基板
２２ 内側保持具
２３ 固定子
２４ 機械的機械要素
２５ 外側保持体
２６ エアギャップ
２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ 整合素子
２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ 給電線
２９ 共通分岐素子
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ 基部
３１ 共通スターポイント
１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃ ダイポールアンテナ
１２７Ａ、１２７Ｂ、１２７Ｃ 整合素子
１２８Ａ、１２８Ｂ、１２８Ｃ 給電線
１２９ 共通分岐素子
１３１ スターポイント
１３２Ｂ、１３２Ｃ 遅延素子
１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ ダイポールアンテナ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工機械の２つの部分の間で信号を無線送信する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
加工機械の２つの部分の間で信号を無線送信する装置は、独国特許出願公開第２０ ２００４ ０１６ ７５１（Ａ１）号明細書で知られており、この明細書は、誘導結合トランスポンダシステムの、機械およびシステム構築の分野への最適化について記載している。そのようなトランスポンダシステムを、金属製包囲物内で使用する場合について、この明細書は、金属内への磁力線の浸透を防ぎ、このような環境的条件での動作を保証する高透過性材料の使用を提案している。
【０００３】
送信機と受信機との間で回転運動が行われる無線トランスポンダシステムでは、回転子および／または固定子における各アンテナの放射特性または受信特性が、データ伝送の品質を本質的に決定する。ここでは、送信および受信の品質が、各角度位置において可能な限り一定であることが望ましい。送信および／または受信の品質が次善の水準になることは、データの誤送信率の上昇に直接つながる。
したがって、たとえば、送信または受信の周波数と、さらに元の幾何学的条件とに適合させたワイヤループが、回転子または固定子の周辺に沿う方向に走っている場合には、この周辺の１つまたは複数の場所で放射または受信が最小になる。このことは、回転子の回転運動によって強力な振幅変調をもたらし、この振幅変調は、受信側でのデータの再構築能力に直接影響する。同じことが、ダイポールアンテナについても同じように当てはまる。この場合も、放射または受信の空間特性には、最小になる部分があり、この部分が伝送品質に悪影響を及ぼす。
【０００４】
市販の無線受信部品は、そのアンテナ入力部に、制御ループによって増幅率を受信信号にマッチングさせる可変増幅器を含んでいる。この制御は、高い回転速度では、データ送信に干渉するように作用する過渡応答を有するため、多くの場合において、受信が不可能であるか、可能であっても誤り率が高くなる。このような場合は、誤り認識を可能にする符号化方法（たとえば、ＣＲＣチェック）を用い、さらに、複数のデータ送信（すなわち、送信対象の個々のデータワードの複数送信）を行うことにより、誤り率を低減することは確かに可能である。しかしながら、これは、有効データ伝送レートの低下につながり、多くの応用分野では望ましくない。
【０００５】
市販の送信および受信用アンテナは、回転対称構造で使用されるようには設計されていない。実際は、このようなアンテナでは、原理的に回転対称特性が与えられているが、この回転対称特性が有効であるためには、アンテナを軸方向に取り付けなければならず、同時に、対応する相手側アンテナまでの見通し線が与えられていなければならない。しかしながら、これは構造上不可能である。それは、回転子の電子回路が、常にシャフトの周辺に取り付けられていなければならず、そのために、軸方向の見通し線が与えられないためである。
【０００６】
解決策として考えられるのは、基準位置に対する現在の角度位置を、回転子上の適切なセンサで連続的に測定し、良好な伝送品質が保証される、限定された角度部分でのみ、常にデータ送信を行うことである。したがって、市販のアンテナを使用することは可能ではあるが、この解決策には、回転子の角度位置を検出して処理することのコストが高いこと、さらには、達成可能なデータレートが低くなってしまうという弱点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の課題は、干渉のないデータ送信を高データレートで可能にするレベルを目的として、装置のアンテナ配置を考案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、本発明によれば、請求項１に記載の特徴を有する装置によって解決される。従属請求項において、有利な構成が指定される。
本発明は、複数のアンテナの組み合わせに基づいており、これらのアンテナはいずれも、それ自体としては、無線伝送経路によって接続されるべき２つの機械部分として望ましい、半径方向の、対称な放射特性または受信特性を有していないが、これらが、送信側において、調和的に接続され、適切に励起された場合、または、受信側において、個々の信号が適切に重ね合わせられた場合には、これらのアンテナの個々の特性は、半径方向にほぼ対称な、全体的な伝送特性をもたらす。ここで、原理的には、このようなアンテナの組み合わせを、送信側または受信側のいずれかで使用することは適切であるが、両側で使用することにより効果を高めることができる。
【０００９】
第１の好ましい変形例は、回転の周辺に沿う方向に、個々のアンテナを空間的に対応するように重ね合わせることである。個々の伝送特性を、対応するように重ね合わせて、個々のアンテナの、前述の周辺に沿う方向の相対的なオフセットを適切に選択することにより、このような組み合わせは、顕著な突出が非常に少ない全体特性をもたらす。
【００１０】
第２の好ましい変形例は、複数の送信アンテナの、回転の周辺に沿う方向のシーケンスに従う、位相シフトされた励起、および／または、複数の受信アンテナの受信信号の、対応する、位相シフトされた重ね合わせである。
従属請求項から、本発明の、他の有利な構成が理解されるであろう。
以下、図面を参照しながら、本発明の諸実施形態を説明する。それらの図面は、以下に示すとおりである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】加工機械用無線センサシステムのブロック回路図である。
【図２】加工機械の、無線センサシステムを備えられた部分の長手方向断面図である。
【図３】本発明による、第１のアンテナ配置のブロック回路図である。
【図４】図３のアンテナ配置の、軸方向の概略図である。
【図５】図３および４のアンテナ配置の相互接続を示す図である。
【図６】本発明による、第２のアンテナ配置のブロック回路図である。
【図７】図６のアンテナ配置の、軸方向の概略図である。
【図８】本発明による、第３のアンテナ配置の、軸方向の概略図を、個々のアンテナの放射図と組み合わせた図である。
【図９】図８の個々のアンテナの受信電力の時間特性を示す図である。
【図１０】図９の受信電力の重ね合わせの時間特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
現代の自動加工機械では、動作パラメータ（たとえば、力、トルク、温度などの値）の変化を検出するために無線センサシステムを用いる傾向がある。図１は、そのようなセンサシステムのブロック回路図を示す。ここでは、回転子電子回路１は、機械の運転時に回転している部分（以下、「回転子」と呼ぶ）に位置する。これらの電子回路は、基本的な機能単位として、１つまたは複数のセンサ２（たとえば、抵抗ひずみ計）と、センサ信号処理装置３と、マイクロコントローラ４と、他の装置から電力を誘導供給されるための、２次コイル６を有する電力変換器５と、外部との通信（特に、検出された測定データの送信）のための、アンテナ８を有する無線モジュール７と、を含む。
【００１３】
固定子電子回路９は、機械の静止部分（以下、「固定子」と呼ぶ）に位置する。これらの電子回路は、基本的な機能単位として、１次コイル１１を介して電力を回転子電子回路１に誘導供給するための電力変換器１０と、回転子電子回路１と通信するための、アンテナ１３を有する無線モジュール１２と、機械の電源（図示せず）から電力を受け取るための電力変換器１４と、マイクロコントローラ１５と、さらに、センサ２で測定され、固定子電子回路９へ送信されたデータを、さらに高いレベルの機械コントローラへ転送するためのインタフェース１６と、を含む。
【００１４】
センサシステムは、既知のトランスポンダ技術に基づいており、電力は、（たとえば、約３０ｋＨｚの周波数で）回転子電子回路１と誘導結合され、受信された測定データは、（たとえば、約２．４ＧＨｚの周波数、または別のＩＳＭ帯）の無線により、固定子電子回路９へ送信される。
【００１５】
加工機械の、そのような無線センサシステムを備えられた部分の長手方向断面図を、図２に示す。機械の運転時には、回転子１７は、軸１８を中心に回転する。回転子１７は、回転子電子回路１が取り付けられた、金属製の円柱状シャフト（スピンドル）１９を含む。部品２０が、フレキシブル基板２１上に構築されており、フレキシブル基板２１は、スピンドル１９の周囲を周辺に沿う方向に案内されていて、スピンドル１９の軸１８と一致する軸を有する２次コイル６に囲まれている。回転子電子回路１のアンテナ８は、回転子電子回路１の半径方向の最も外側の要素を形成しており、全体が、スピンドル１９に堅固に連結されている、プラスチック製の内側保持具２２に埋め込まれている。
【００１６】
固定子２３は、金属製の機械的機械要素２４を含む。この機械要素の内側に、中空円筒形状の、プラスチック製の外側保持体２５が、堅固に連結されている。内側保持体２２と外側保持体２５との間に、周辺に沿って一定幅のエアギャップ２６が存在する。固定子電子回路９の１次コイル１１およびアンテナ１３は、外側保持体２５に埋め込まれており、アンテナ１３は、１次コイル１１よりも半径方向内側に配置されている。図２に示されていない、固定子電子回路９のその他の部品も、（たとえば、外側保持体２５に埋め込まれて）固定子２３上に直接配置されることが可能であるが、この機械の別の場所に（たとえば、固定子２３から離れた場所に）配置されることも可能である。機械の運転時には、回転子１７は、固定子２３に対して、所定の量だけ、軸１８の長手方向にシフトされる。しかしながら、軸１８に対する回転子１７および固定子２３の配置の、既述の回転対称性は、そのまま保たれる。
【００１７】
図３は、本発明を実施する、第１のアンテナの配置を、ブロック回路図のかたちで示す。以下ではまず、図３は、送信側のアンテナ配置に関するものであるとする。図３に示されるように、３つの同等の個別ループアンテナ８Ａ、８Ｂ、および８Ｃが設けられている。それぞれは、それぞれの整合素子２７Ａ、２７Ｂ、または２７Ｃ、ならびに給電線２８Ａ、２８Ｂ、または２８Ｃによって、共通分岐素子２９に接続されている。整合素子２７Ａ、２７Ｂ、および２７Ｃは、信号処理を簡略化するために、対称ループアンテナ８Ａ、８Ｂ、および８Ｃを非対称給電線２８Ａ、２８Ｂ、または２８Ｃと整合させる、既知の、いわゆる平衡−不平衡変圧器を含む。
【００１８】
本発明による特別な特徴の１つが、３つのループアンテナ８Ａ、８Ｂ、および８Ｃの幾何学的配置である。この配置を、図４に概略的に示す。これら３つのループ素子８Ａ、８Ｂ、および８Ｃは、軸１８と中心を共有して、放射状に配置されている。これらのループ素子は、それぞれの基部３０Ａ、３０Ｂ、および３０Ｃにおいて半径方向にそれぞれ角度が付けられており、基部３０Ａ、３０Ｂ、および３０Ｃは、互いに対して１２０°ずつ、連続してオフセットされている。図２および３で示されている、その他の部品は、明確さを期するために、図４では省略されている。図４による配置は、基部３０Ａ、３０Ｂ、および３０Ｃの位置に対し、周辺に沿う方向に、規則正しく、対称である。ループアンテナ８Ａ、８Ｂ、および８Ｃは、異なる直径を有する代わりに、同じ直径で、軸１８の長手方向に、互いに対してオフセットされることも可能である。ここで重要なのは、図４に見られる直径の違い、あるいは、代替として可能な、軸１８の長手方向のオフセットが、平均直径に比べて相対的に小さいため、放射特性に対する有意な影響がないことである。すなわち、３つのループアンテナ８Ａ、８Ｂ、および８Ｃはすべて、基部３０Ａ、３０Ｂ、および３０Ｃの位置が異なるものの、本質的に同等の放射特性を有する。
【００１９】
結果として、図４のような配置では、各ループアンテナ８Ａ、８Ｂ、および８Ｃの基部３０Ａ、３０Ｂ、および３０Ｃは、他の２つのループアンテナで覆われるため、上述の各基部３０Ａ、３０Ｂ、および３０Ｃにおける、この図面の面の半径方向の放射特性の最小になる部分が、他の２つのループアンテナの放射特性によってほぼ等化され、これによって、半径方向の全体的な放射特性がよりいっそう均等になる。
金属製包囲物の形状（たとえば、試錐孔の形状）の不規則性を生む放射電界の不規則性を補償するためには、連続するアンテナ間の角度オフセットに常に同じ値を選択するのではなく、選択に偏りを持たせることも有用である。
【００２０】
完全を期すために、図５は、分岐素子２９内の、個々の給電線２８Ａ、２８Ｂ、および２８Ｃの相互接続を示す。この図に示されるように、これらの給電線２８Ａ、２８Ｂ、および２８Ｃは、第１の抵抗を介して接地され、第２の抵抗を介して共通スターポイント３１に接続されており、共通スターポイント３１には、ループアンテナ８Ａ、８Ｂ、および８Ｃから放射されるべき共通データ信号が結合されている。
【００２１】
給電線２８Ａ、２８Ｂ、および２８Ｃに関しては、これらの長さが、図３の概略図と比べて著しく異なるものであってはならないことにも注意されたい。これは、結果としての伝搬時間の差によって、個々のアンテナ８Ａ、８Ｂ、および８Ｃから放射される無線信号の間に望ましくない位相シフトが発生するためである。したがって、長さまたは伝搬時間の等化が行われなければならない。
【００２２】
前述の説明は、伝送経路の送信側に関するものであった。しかしながら、本発明は、受信側にも同様に適用されることが可能である。この場合、個々のアンテナ８Ａ、８Ｂ、および８Ｃは、受信アンテナである。しかしながら、受信側においては、図３および５に示された、アンテナ８Ａ、８Ｂ、および８Ｃの相互接続と、さらに、図４に示された、アンテナ８Ａ、８Ｂ、および８Ｃの互いに対する幾何学的配置とにおける、信号の流れの方向だけが異なる。この場合、分岐素子２９のスターポイント３１では、信号が、放射のために供給される代わりに、さらなる処理のために出力される。ループアンテナ８Ａ、８Ｂ、および８Ｃを使用する場合、各基部の範囲に、半径方向の受信特性が最小になる部分があるが、これらは、個々のアンテナ同士の重なり合いと、対称的な一定の角度オフセットとによって、ほぼ等化される。
【００２３】
明らかに、本発明のこの実施形態を、送信側および受信側の両方に同時に適用することが可能である。本発明の等化効果は、使用される別々の個々のアンテナの数が多いほど、伝送特性に強く作用することが理解されよう。送信側および受信側のそれぞれに設けられることが可能なアンテナの数は、利用可能な空間によって限定されるため、数個のアンテナを送信側に設けて、さらに受信側にも数個のアンテナを設ければ、特に実用的にもなりうる。
【００２４】
本発明が設計される構成では、送信機と受信機との間の距離が非常に小さいため、アンテナの放射または受信の空間特性については、近距離場は確定的であるが、遠距離場はそうではないことに注意されたい。場の特性はさらに、金属製包囲物（スピンドル１９、機械要素２４）、すなわち、それらの反射挙動の影響をかなり受けるため、アンテナ配置の厳密な寸法決定のためには、これらの影響を考慮することが必須である。
【００２５】
図６は、本発明を実施する、第２のアンテナの配置を、ブロック回路図のかたちで示す。以下でも、まず、図６の配置は、送信側のアンテナ配置に関するものであるとする。図６に示されるように、３つの同等の個別ダイポールアンテナ１０８Ａ、１０８Ｂ、および１０８Ｃが設けられている。それぞれは、それぞれの整合素子１２７Ａ、１２７Ｂ、または１２７Ｃ、ならびに給電線１２８Ａ、１２８Ｂ、または１２８Ｃによって、共通分岐素子１２９に接続されており、共通分岐素子１２９は、図５に示された分岐素子２９と同様に構成されている。ここで、整合素子１２７Ａ、１２７Ｂ、および１２７Ｃも、信号処理を簡略化するために、対称ダイポールアンテナ１０８Ａ、１０８Ｂ、および１０８Ｃを非対称給電線１２８Ａ、１２８Ｂ、および１２８Ｃと整合させる平衡−不平衡変圧器を含む。
【００２６】
本発明による第１の特別な特徴は、給電線１２８Ｂおよび１２８Ｃのそれぞれに（たとえば、遅延線のかたちの）遅延素子１３２Ｂおよび１３２Ｃが配置されていることである。これによって、個々のダイポールアンテナ１０８Ａ、１０８Ｂ、および１０８Ｃは、放射のために同じ信号を受け取るが、それらは、同相ではなく、定義された相互位相シフトを有し、これは、１２０°づつ連続する。すなわち、アンテナ１０８Ｂは、アンテナ１０８Ａに対して１２０°の位相シフトを有し、アンテナ１０８Ｃは、アンテナ１０８Ａに対して２４０°の位相シフトを有する。金属製包囲物の形状（たとえば、試錐孔の形状）の不規則性を生む放射電界の不規則性を等化するために、連続するアンテナ間の位相シフトに常に同じ値を選択するのではなく、選択に偏りを持たせることも理にかなっている。
【００２７】
本発明による、別の特別な特徴は、３つの同等のダイポールアンテナ１０８Ａ、１０８Ｂ、および１０８Ｃの幾何学的配置である。この配置を、図７に概略的に示す。３つのダイポールアンテナ１０８Ａ、１０８Ｂ、および１０８Ｃは、スピンドル１９（図２）の軸１８を中心とする円の上に互いに隣接して配置され、それぞれが、周辺に沿う方向に連続的に１２０°づつの角度でオフセットされており、これによって、ダイポールアンテナ１０８Ａ、１０８Ｂ、および１０８Ｃのそれぞれは、約１２０°のセクタをカバーする。結果として、基部１３０Ａ、１３０Ｂ、および１３０Ｃのそれぞれにおいて、ダイポールアンテナ１０８Ａ、１０８Ｂ、および１０８Ｃのそれぞれの、半径方向の角度が付けられており、基部１３０Ａ、１３０Ｂ、および１３０Ｃのそれぞれは、互いに対して、１２０°づつの角度で連続的にオフセットされている。図２および６で示されているその他の部品は、明確さを期するために、図７では省略されている。図７による配置は、周辺に沿う方向に、規則正しく、対称である。
アンテナ１０８Ａ、１０８Ｂ、および１０８Ｃから放射される信号の間で遅延素子１３２Ｂおよび１３２Ｃによって引き起こされた位相シフトにより、これらの信号の重ね合わせは、個々のダイポールアンテナ１０８Ａ、１０８Ｂ、および１０８Ｃのそれぞれの半径方向の放射特性の、最小になる部分を有意に等化し、これによって、ほぼ均一な、半径方向の全体的な放射特性が得られる。
【００２８】
前述の説明は、伝送経路の送信側に関するものであった。本発明のこの実施形態は、受信側にも同様に適用されることが可能である。この場合、個々のアンテナは、受信アンテナである。しかしながら、受信側においては、図５および６に示された、アンテナ同士の相互接続と、さらに、図７に示された、それらのアンテナの、互いに対する幾何学的配置とにおける、信号の流れの方向だけが異なる。受信側の場合、遅延素子１３２Ｂおよび１３２Ｃは、アンテナ１０８Ｂおよび１０８Ｃで受信された信号の位相シフトを引き起こす。以下、本発明の第２実施形態の、受信側への適用について、図８〜１０を参照しながら、より詳細に説明する。
【００２９】
図８は、一例として、受信アンテナである３つのダイポールアンテナ１３Ａ、１３Ｂ、および１３Ｃの対称的な円形配置を示す。アンテナ配置の内部には、個々のダイポールアンテナについて典型的な半径方向の放射図が示されている。ここでは、半径方向の電力密度ＰＤが、方向の関数として示されている。図示されている特性ＰＤは、ダイポールの特定の角度位置について有効であり、顕著な最小部分Ｍを有する。ここでは、図示された放射特性ＰＤを有する単一ダイポールアンテナが、回転子１７上に単一の送信アンテナとして設けられ、３つのダイポールアンテナ１３Ａ、１３Ｂ、および１３Ｃが、固定子２３上に受信アンテナとして設けられているものとし、３つのダイポールアンテナ１３Ａ、１３Ｂ、および１３Ｃも、図６のダイポールアンテナ１０８Ａ、１０８Ｂ、および１０８Ｃと同様に接続されていて、信号の流れの方向だけが反対であるものとする。
【００３０】
図９は、送信アンテナとして設けられたダイポールの回転角度φに対する、３つの受信アンテナ１３Ａ、１３Ｂ、および１３Ｃの受信信号の信号強度ＳＡ、ＳＢ、およびＳＣの特性を示す。顕著な最大部分と最小部分とが見られるであろう。ここで、図９の横軸の位置は、無作為に選択されており、ゼロ線は表示されていない。これら３つの受信信号ＳＡ、ＳＢ、およびＳＣのそれぞれに、図５に示されたタイプの遅延素子によって、連続する１２０°の位相シフトが付加された場合、定性的には、結果として得られる信号強度ＳＲは、送信アンテナの回転角度φに対して、図１０に示される特性となる。このような信号特性が、図６における送信アンテナ１０８Ａ、１０８Ｂ、および１０８Ｃが、受信アンテナ１３Ａ、１３Ｂ、および１３Ｃに置き換えられた場合の、図６の回路のスターポイント１３１から出力される。ＳＲの特性は、確かにまだ、わずかなリップルがあるが、個々の特性ＳＡ、ＳＢ、およびＳＣのそれぞれに比べればはるかに一様である。
【００３１】
明らかに、第２の実施形態では、本発明を、送信側と、さらに受信側との両方に同時に適用することも可能である。ここでもまた、伝送特性に対する本発明の等化効果は、使用される別々の個々のアンテナの数が多いほど、顕著になることが理解されよう。空間上の都合から、ここでもまた、数個のアンテナを送信側に設けて、さらに受信側にも数個のアンテナを設けることだけでも十分実用にかなう。近距離場の確定性、ならびに、金属製包囲物の反射挙動の影響に関して前述された事柄は、本発明の第２の実施形態についても、第１の実施形態と同様に当てはまる。
【００３２】
当業者であれば、ここまでの説明から、本発明を修正することに関して、別の可能性を見出されるであろう。たとえば、周辺に沿う方向の重なりは、第１の実施形態のループアンテナの場合のように、約３６０°にわたって均等ではなく、他のアンテナ形状の重なり配置（たとえば、重なり量が著しく小さくてもよい、ダイポールの重なり配置）が設けられてもよい。さらに、ここで説明された２つの実施形態は、互いに組み合わせることも可能である。すなわち、重なり配置において、信号の位相シフトを与えることも有用である可能性がある。これらの実施形態において与えられた３つというアンテナの数は、明らかに一例であるに過ぎず、個々の応用の要件および初期条件（空間の関係、コストなど）に応じて様々な数であってよい。回転子電子回路１と固定子電子回路９との間の通信は、双方向であってもよい（たとえば、回転子電子回路１の特定機能（たとえば、センサ２の自己診断）を固定子電子回路９から作動させる場合など）。
【符号の説明】
【００３３】
１ 回転子電子回路
２ センサ
３ センサ信号処理装置
４ マイクロコントローラ
５ 電力変換器
６ ２次コイル
７ 無線モジュール
８ アンテナ
８Ａ、８Ｂ、８Ｃ ループアンテナ
９ 固定子電子回路
１０ 電力変換器
１１ １次コイル
１２ 無線モジュール
１３ アンテナ
１４ 電力変換器
１５ マイクロコントローラ
１６ インタフェース
１７ 回転子
１８ 軸
１９ スピンドル
２０ 部品
２１ フレキシブル基板
２２ 内側保持具
２３ 固定子
２４ 機械的機械要素
２５ 外側保持体
２６ エアギャップ
２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ 整合素子
２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ 給電線
２９ 共通分岐素子
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ 基部
３１ 共通スターポイント
１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃ ダイポールアンテナ
１２７Ａ、１２７Ｂ、１２７Ｃ 整合素子
１２８Ａ、１２８Ｂ、１２８Ｃ 給電線
１２９ 共通分岐素子
１３１ スターポイント
１３２Ｂ、１３２Ｃ 遅延素子
１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ ダイポールアンテナ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工機械の２つの部分（１７、２３）の間で信号を無線送信する装置であって、前記加工機械の運転時に、前記２つの部分の一方が他方に対して、軸（１８）を中心に回転する、装置であり、複数のアンテナ（８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、または、１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃ、または、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ）が、前記２つの部分（１７、２３）のうちの少なくとも一方に、前記回転の周辺に沿う方向に少なくともほぼ規則的な分布で配置されていることと、前記アンテナ（８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、または、１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃ、または、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ）が、各前記部分（１７、２３）に割り当てられた送信装置（７）および／または受信装置（１２）に、並列に接続されていることと、を特徴とする装置。
【請求項２】
複数のアンテナ（８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、または、１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃ、または、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ）が、前記加工機械の前記２つの部分（１７、２３）に、前記回転の周辺に沿う方向に少なくともほぼ規則的な分布で配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記加工機械の同じ部分に配置された前記個々のアンテナ（８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、または、１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃ、または、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ）は、互いに同じ形状を有し、少なくともほぼ、３６０°を前記アンテナ（８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、または、１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃ、または、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ）の数で割った角度だけ、周辺に沿う前記方向にオフセットされていることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記個々のアンテナ（８Ａ、８Ｂ、８Ｃ）の長さは、前記回転の周辺に沿う方向に重なり合っていることと、前記個々のアンテナは、前記回転軸（１８）の半径方向かつ／または長手方向に、互いに対して少なくとも部分的にオフセットされて配置されていることと、を特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記送信装置（７）から前記個々のアンテナ（８Ａ、８Ｂ、８Ｃ）へ同相信号が供給され、前記個々のアンテナから受け取られた信号が、前記受信装置（１２）によって、互いに同相で重ね合わせられることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記送信装置から前記個々のアンテナ（１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃ）へ、位相シフトされた信号が供給され、かつ／または、前記個々のアンテナ（１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ）で受信された信号が、前記受信装置によって、互いに位相シフトされて重ね合わせられることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記位相シフトは、少なくともほぼ３６０°を前記アンテナ（１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃ、または１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ）の数で割った角度であることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項１】
加工機械の２つの部分（１７、２３）の間で信号を無線送信する装置であって、前記加工機械の運転時に、前記２つの部分の一方が他方に対して、軸（１８）を中心に回転する、装置であり、複数のアンテナ（８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、または、１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃ、または、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ）が、前記２つの部分（１７、２３）のうちの少なくとも一方に、前記回転の周辺に沿う方向に少なくともほぼ規則的な分布で配置されていることと、前記アンテナ（８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、または、１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃ、または、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ）が、各前記部分（１７、２３）に割り当てられた送信装置（７）および／または受信装置（１２）に、並列に接続されていることと、を特徴とする装置。
【請求項２】
複数のアンテナ（８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、または、１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃ、または、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ）が、前記加工機械の前記２つの部分（１７、２３）に、前記回転の周辺に沿う方向に少なくともほぼ規則的な分布で配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記加工機械の同じ部分に配置された前記個々のアンテナ（８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、または、１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃ、または、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ）は、互いに同じ形状を有し、少なくともほぼ、３６０°を前記アンテナ（８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、または、１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃ、または、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ）の数で割った角度だけ、周辺に沿う前記方向にオフセットされていることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記個々のアンテナ（８Ａ、８Ｂ、８Ｃ）の長さは、前記回転の周辺に沿う方向に重なり合っていることと、前記個々のアンテナは、前記回転軸（１８）の半径方向かつ／または長手方向に、互いに対して少なくとも部分的にオフセットされて配置されていることと、を特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記送信装置（７）から前記個々のアンテナ（８Ａ、８Ｂ、８Ｃ）へ同相信号が供給され、前記個々のアンテナから受け取られた信号が、前記受信装置（１２）によって、互いに同相で重ね合わせられることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記送信装置から前記個々のアンテナ（１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃ）へ、位相シフトされた信号が供給され、かつ／または、前記個々のアンテナ（１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ）で受信された信号が、前記受信装置によって、互いに位相シフトされて重ね合わせられることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記位相シフトは、少なくともほぼ３６０°を前記アンテナ（１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃ、または１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ）の数で割った角度であることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−２７３１２９（Ｐ２００９−２７３１２９Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１０３４９（Ｐ２００９−１１０３４９）
【出願日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【出願人】（５０７０８２８７３）オット−ヤコブ シュパンテヒニック ゲーエムベーハー (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【出願人】（５０７０８２８７３）オット−ヤコブ シュパンテヒニック ゲーエムベーハー (6)
【Ｆターム（参考）】
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