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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6200557
(24)【登録日】2017年9月1日
(45)【発行日】2017年9月20日
(54)【発明の名称】回転機械用の受動的ワイヤレスセンサ
(51)【国際特許分類】
G08C 15/00 20060101AFI20170911BHJP
B64D 45/00 20060101ALI20170911BHJP
【ＦＩ】
G08C15/00 D
B64D45/00 Z
【請求項の数】20
【外国語出願】
【全頁数】22
(21)【出願番号】特願2016-129507(P2016-129507)
(22)【出願日】2016年6月30日
(65)【公開番号】特開2017-16658(P2017-16658A)
(43)【公開日】2017年1月19日
【審査請求日】2016年9月1日
(31)【優先権主張番号】14/792,336
(32)【優先日】2015年7月6日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】390041542
【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
(74)【代理人】
【識別番号】100137545
【弁理士】
【氏名又は名称】荒川 聡志
(74)【代理人】
【識別番号】100105588
【弁理士】
【氏名又は名称】小倉 博
(74)【代理人】
【識別番号】100129779
【弁理士】
【氏名又は名称】黒川 俊久
(74)【代理人】
【識別番号】100113974
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 拓人
(72)【発明者】
【氏名】ヨンジェ・リー
(72)【発明者】
【氏名】ジョセフ・アルフレッド・イアノッティ
【審査官】
深田 高義
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００３−１８８６２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１３−１５８０７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００６−２２０５７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００５−２９１９９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１３−０７７２６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００７−０９３４５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００８−１１７１６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２００７／０２４１８９０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
米国特許出願公開第２０１４／００００３８６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
国際公開第９２／００５４０２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
米国特許出願公開第２００５／０２８７３８６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
特表２０１０−５２０９６１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０８Ｃ １５／００
Ｂ６４Ｄ ４５／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転機械用の監視システム（２００）であって、前記回転機械が、回転可能シャフト（１０６）と、前記回転可能シャフト（１０６）に結合されており、かつ前記回転可能シャフト（１０６）の周りに少なくとも部分的に延びている保持リング（２０２）とを含み、前記回転可能シャフト（１０６）が、前記回転可能シャフト（１０６）を通して延びる長手方向軸（２０４）を画定し、前記回転可能シャフト（１０６）および前記保持リング（２０２）が、前記回転可能シャフト（１０６）と前記保持リング（２０２）との間に実質的に環状の空洞（２０６）を画定し、前記回転可能シャフト（１０６）が、半径方向外側表面（２０８）を含み、前記保持リング（２０２）が、半径方向外側表面（２１０）を含む、監視システム（２００）において、
前記保持リング（２０２）に近接して位置付けられる固定リーダアンテナ（２４０）と、
無線周波数（ＲＦ）カプラ（２２０）と
を備え、前記ＲＦカプラ（２２０）が、
前記保持リング（２０２）の前記半径方向外側表面（２１０）に結合されており、かつ前記保持リング（２０２）の前記半径方向外側表面（２１０）にわたって延びている少なくとも１つの可撓性アンテナバンドであって、前記固定リーダアンテナ（２４０）とのＲＦ結合を確立するように構成されている、少なくとも１つの可撓性アンテナバンドと、
前記少なくとも１つの可撓性アンテナバンドに結合された少なくとも１つのセンサダイ（２５６）であって、前記実質的に環状の空洞（２０６）の中に少なくとも部分的に延び、前記回転可能シャフト（１０６）の前記半径方向外側表面（２０８）にも結合される、少なくとも１つのセンサダイ（２５６）と
を備える、監視システム（２００）。
前記保持リング（２０２）に近接して位置付けられる固定リーダアンテナ（２４０）と、
無線周波数（ＲＦ）カプラ（２２０）と
を備え、前記ＲＦカプラ（２２０）が、
前記保持リング（２０２）の前記半径方向外側表面（２１０）に結合されており、かつ前記保持リング（２０２）の前記半径方向外側表面（２１０）にわたって延びている少なくとも１つの可撓性アンテナバンドであって、前記固定リーダアンテナ（２４０）とのＲＦ結合を確立するように構成されている、少なくとも１つの可撓性アンテナバンドと、
前記少なくとも１つの可撓性アンテナバンドに結合された少なくとも１つのセンサダイ（２５６）であって、前記実質的に環状の空洞（２０６）の中に少なくとも部分的に延び、前記回転可能シャフト（１０６）の前記半径方向外側表面（２０８）にも結合される、少なくとも１つのセンサダイ（２５６）と
を備える、監視システム（２００）。
【請求項2】
前記少なくとも１つの可撓性アンテナバンドが、
前記長手方向軸（２０４）に対して時計回りの方向（２７２）に、前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）に結合されており、かつ前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）から延びている第１のアーム（２５８）であって、
可撓性積層体（２５４）の第１の部分（２６２）、および
前記可撓性積層体（２５４）の前記第１の部分（２６２）内に実質的に埋め込まれている第１の可撓性電圧誘起導体（２６４）であって、前記長手方向軸（２０４）に対して前記時計回りの方向（２７２）に、前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）に結合されており、かつ前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）から延びている、第１の可撓性電圧誘起導体（２６４）
を備える第１のアーム（２５８）と、
前記長手方向軸（２０４）に対して反時計回りの方向（２７４）に、前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）に結合されており、かつ前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）から延びている第２のアーム（２６６）であって、
前記可撓性積層体（２５４）の第２の部分（２６８）、および
前記可撓性積層体（２５４）の前記第２の部分（２６８）内に実質的に埋め込まれている第２の可撓性電圧誘起導体（２７０）であって、前記長手方向軸（２０４）に対して前記反時計回りの方向（２７４）に、前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）に結合されており、かつ前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）から延びている、第２の可撓性電圧誘起導体（２７０）
を備える第２のアーム（２６６）と
を備える、請求項１記載の監視システム（２００）。
前記長手方向軸（２０４）に対して時計回りの方向（２７２）に、前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）に結合されており、かつ前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）から延びている第１のアーム（２５８）であって、
可撓性積層体（２５４）の第１の部分（２６２）、および
前記可撓性積層体（２５４）の前記第１の部分（２６２）内に実質的に埋め込まれている第１の可撓性電圧誘起導体（２６４）であって、前記長手方向軸（２０４）に対して前記時計回りの方向（２７２）に、前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）に結合されており、かつ前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）から延びている、第１の可撓性電圧誘起導体（２６４）
を備える第１のアーム（２５８）と、
前記長手方向軸（２０４）に対して反時計回りの方向（２７４）に、前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）に結合されており、かつ前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）から延びている第２のアーム（２６６）であって、
前記可撓性積層体（２５４）の第２の部分（２６８）、および
前記可撓性積層体（２５４）の前記第２の部分（２６８）内に実質的に埋め込まれている第２の可撓性電圧誘起導体（２７０）であって、前記長手方向軸（２０４）に対して前記反時計回りの方向（２７４）に、前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）に結合されており、かつ前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）から延びている、第２の可撓性電圧誘起導体（２７０）
を備える第２のアーム（２６６）と
を備える、請求項１記載の監視システム（２００）。
【請求項3】
前記保持リング（２０２）の前記半径方向外側表面（２１０）が、前記半径方向外側表面（２１０）上に外周を有し、前記保持リング（２０２）の前記外側表面（２１０）に沿って完全に延ばされたときの前記第１のアーム（２５８）と、前記保持リング（２０２）の前記外側表面（２１０）に沿って完全に延ばされたときの第２のアーム（２６６）とが、
前記第１のアーム（２５８）と前記第２のアーム（２６６）との間の隙間、
前記外周の周りの実質的に完全な延長部、および
前記第１のアーム（２５８）と前記第２のアーム（２６６）との少なくとも部分的な重なりであって、それによって自己容量効果が促進される、少なくとも部分的な重なり
のうちの１つを画定する、請求項２記載の監視システム（２００）。
前記第１のアーム（２５８）と前記第２のアーム（２６６）との間の隙間、
前記外周の周りの実質的に完全な延長部、および
前記第１のアーム（２５８）と前記第２のアーム（２６６）との少なくとも部分的な重なりであって、それによって自己容量効果が促進される、少なくとも部分的な重なり
のうちの１つを画定する、請求項２記載の監視システム（２００）。
【請求項4】
前記保持リング（２０２）が、第１の長手方向端部（２４４）と、前記第１の長手方向端部（２４４）に対向する第２の長手方向端部（２４６）とを含み、前記少なくとも１つの可撓性アンテナバンドが、前記第１の長手方向端部（２４４）に近接する第１の可撓性アンテナバンド（２２２）と、前記第２の長手方向端部（２４６）に近接する第２の可撓性アンテナバンド（２２４）とを含む２つの可撓性アンテナバンドを備える、請求項１記載の監視システム（２００）。
【請求項5】
前記第１の可撓性アンテナバンド（２２２）が、第１のセンサダイ（２５６）を備え、前記第２の可撓性アンテナバンド（２２４）が、前記実質的に環状の空洞（２０６）内で前記第１のセンサダイ（２５６）からおよそ１８０°の円周方向に位置付けられた第２のセンサダイ（２５６）を備える、請求項４記載の監視システム（２００）。
【請求項6】
前記少なくとも１つの可撓性アンテナバンドおよび前記保持リング（２０２）の前記半径方向外側表面（２１０）のうちの少なくとも一部分に結合されており、かつ前記少なくとも一部分にわたって延びている熱収縮材料（２２６）、バイメタルリング（２２８）、およびガラス繊維撚糸巻きのうちの１つをさらに備える、請求項１記載の監視システム（２００）。
【請求項7】
前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）が、接着剤を介して前記回転可能シャフト（１０６）の前記半径方向外側表面（２０８）に結合される、請求項１記載の監視システム（２００）。
【請求項8】
半径方向外側表面（２０８）を含む回転可能シャフト（１０６）と、
前記回転可能シャフト（１０６）に結合されており、かつ前記回転可能シャフト（１０６）の周りに少なくとも部分的に延びている保持リング（２０２）であって、前記回転可能シャフト（１０６）が、前記回転可能シャフト（１０６）を通して延びる長手方向軸（２０４）を画定し、前記回転可能シャフト（１０６）および当該保持リング（２０２）が、前記回転可能シャフト（１０６）と当該保持リング（２０２）との間に実質的に環状の空洞（２０６）を画定し、当該保持リング（２０２）が、半径方向外側表面（２１０）を含む、保持リング（２０２）と
監視システム（２００）と
を備える回転機械であって、前記監視システム（２００）が、
前記保持リング（２０２）に近接して位置付けられる固定リーダアンテナ（２４０）と、
無線周波数（ＲＦ）カプラ（２２０）と
を備え、前記ＲＦカプラ（２２０）が、
前記保持リング（２０２）の前記半径方向外側表面（２１０）に結合されており、かつ前記保持リング（２０２）の前記半径方向外側表面（２１０）にわたって延びている少なくとも１つの可撓性アンテナバンドであって、前記固定リーダアンテナ（２４０）とのＲＦ結合を確立するように構成されている、少なくとも１つの可撓性アンテナバンドと、
前記少なくとも１つの可撓性アンテナバンドに結合された少なくとも１つのセンサダイ（２５６）であって、前記実質的に環状の空洞（２０６）の中に少なくとも部分的に延び、前記回転可能シャフト（１０６）の前記半径方向外側表面（２０８）にも結合される、少なくとも１つのセンサダイ（２５６）と
を備える、回転機械。
前記回転可能シャフト（１０６）に結合されており、かつ前記回転可能シャフト（１０６）の周りに少なくとも部分的に延びている保持リング（２０２）であって、前記回転可能シャフト（１０６）が、前記回転可能シャフト（１０６）を通して延びる長手方向軸（２０４）を画定し、前記回転可能シャフト（１０６）および当該保持リング（２０２）が、前記回転可能シャフト（１０６）と当該保持リング（２０２）との間に実質的に環状の空洞（２０６）を画定し、当該保持リング（２０２）が、半径方向外側表面（２１０）を含む、保持リング（２０２）と
監視システム（２００）と
を備える回転機械であって、前記監視システム（２００）が、
前記保持リング（２０２）に近接して位置付けられる固定リーダアンテナ（２４０）と、
無線周波数（ＲＦ）カプラ（２２０）と
を備え、前記ＲＦカプラ（２２０）が、
前記保持リング（２０２）の前記半径方向外側表面（２１０）に結合されており、かつ前記保持リング（２０２）の前記半径方向外側表面（２１０）にわたって延びている少なくとも１つの可撓性アンテナバンドであって、前記固定リーダアンテナ（２４０）とのＲＦ結合を確立するように構成されている、少なくとも１つの可撓性アンテナバンドと、
前記少なくとも１つの可撓性アンテナバンドに結合された少なくとも１つのセンサダイ（２５６）であって、前記実質的に環状の空洞（２０６）の中に少なくとも部分的に延び、前記回転可能シャフト（１０６）の前記半径方向外側表面（２０８）にも結合される、少なくとも１つのセンサダイ（２５６）と
を備える、回転機械。
【請求項9】
前記少なくとも１つの可撓性アンテナバンドが、
前記長手方向軸（２０４）に対して時計回りの方向（２７２）に、前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）に結合されており、かつ前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）から延びている第１のアーム（２５８）であって、
可撓性積層体（２５４）の第１の部分（２６２）、および
前記可撓性積層体（２５４）の前記第１の部分（２６２）内に実質的に埋め込まれている第１の可撓性電圧誘起導体（２６４）であって、前記長手方向軸（２０４）に対して前記時計回りの方向（２７２）に、前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）に結合されており、かつ前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）から延びている、第１の可撓性電圧誘起導体（２６４）
を備える第１のアーム（２５８）と、
前記長手方向軸（２０４）に対して反時計回りの方向（２７４）に、前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）に結合されており、かつ前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）から延びている第２のアーム（２６６）であって、
前記可撓性積層体（２５４）の第２の部分（２６８）、および
前記可撓性積層体（２５４）の前記第２の部分（２６８）内に実質的に埋め込まれている第２の可撓性電圧誘起導体（２７０）であって、前記長手方向軸（２０４）に対して前記反時計回りの方向（２７４）に、前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）に結合されており、かつ前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）から延びている、第２の可撓性電圧誘起導体（２７０）
を備える第２のアーム（２６６）と
を備える、請求項８記載の回転機械。
前記長手方向軸（２０４）に対して時計回りの方向（２７２）に、前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）に結合されており、かつ前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）から延びている第１のアーム（２５８）であって、
可撓性積層体（２５４）の第１の部分（２６２）、および
前記可撓性積層体（２５４）の前記第１の部分（２６２）内に実質的に埋め込まれている第１の可撓性電圧誘起導体（２６４）であって、前記長手方向軸（２０４）に対して前記時計回りの方向（２７２）に、前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）に結合されており、かつ前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）から延びている、第１の可撓性電圧誘起導体（２６４）
を備える第１のアーム（２５８）と、
前記長手方向軸（２０４）に対して反時計回りの方向（２７４）に、前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）に結合されており、かつ前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）から延びている第２のアーム（２６６）であって、
前記可撓性積層体（２５４）の第２の部分（２６８）、および
前記可撓性積層体（２５４）の前記第２の部分（２６８）内に実質的に埋め込まれている第２の可撓性電圧誘起導体（２７０）であって、前記長手方向軸（２０４）に対して前記反時計回りの方向（２７４）に、前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）に結合されており、かつ前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）から延びている、第２の可撓性電圧誘起導体（２７０）
を備える第２のアーム（２６６）と
を備える、請求項８記載の回転機械。
【請求項10】
前記保持リング（２０２）の前記半径方向外側表面（２１０）が、前記半径方向外側表面（２１０）上に外周を有し、前記保持リング（２０２）の前記外側表面（２１０）に沿って完全に延ばされたときの前記第１のアーム（２５８）と、前記保持リング（２０２）の前記外側表面（２１０）に沿って完全に延ばされたときの第２のアーム（２６６）とが、
前記第１のアーム（２５８）と前記第２のアーム（２６６）との間の隙間、
前記外周の周りの実質的に完全な延長部、および
前記第１のアーム（２５８）と前記第２のアーム（２６６）との少なくとも部分的な重なりであって、それによって自己容量効果が促進される、少なくとも部分的な重なり
のうちの１つを画定する、請求項９記載の回転機械。
前記第１のアーム（２５８）と前記第２のアーム（２６６）との間の隙間、
前記外周の周りの実質的に完全な延長部、および
前記第１のアーム（２５８）と前記第２のアーム（２６６）との少なくとも部分的な重なりであって、それによって自己容量効果が促進される、少なくとも部分的な重なり
のうちの１つを画定する、請求項９記載の回転機械。
【請求項11】
前記保持リング（２０２）が、第１の長手方向端部（２４４）と、前記第１の長手方向端部（２４４）に対向する第２の長手方向端部（２４６）とを含み、前記少なくとも１つの可撓性アンテナバンドが、前記第１の長手方向端部（２４４）に近接する第１の可撓性アンテナバンド（２２２）と、前記第２の長手方向端部（２４６）に近接する第２の可撓性アンテナバンド（２２４）とを含む２つの可撓性アンテナバンドを備える、請求項８記載の回転機械。
【請求項12】
前記第１の可撓性アンテナバンド（２２２）が、第１のセンサダイ（２５６）を備え、前記第２の可撓性アンテナバンド（２２４）が、前記実質的に環状の空洞（２０６）内で前記第１のセンサダイ（２５６）からおよそ１８０°の円周方向に位置付けられた第２のセンサダイ（２５６）を備える、請求項１１記載の回転機械。
【請求項13】
前記少なくとも１つの可撓性アンテナバンドおよび前記保持リング（２０２）の前記半径方向外側表面（２１０）のうちの少なくとも一部分に結合されており、かつ前記少なくとも一部分にわたって延びている熱収縮材料（２２６）、バイメタルリング（２２８）、およびガラス繊維撚糸巻きのうちの１つをさらに備える、請求項８記載の回転機械。
【請求項14】
前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）が、接着剤を介して前記回転可能シャフト（１０６）の前記半径方向外側表面（２０８）に結合される、請求項８記載の回転機械。
【請求項15】
胴体と、
前記胴体に結合された少なくとも１つのロータ組立体と
を備える航空機であって、前記少なくとも１つのロータ組立体が、
半径方向外側表面（２０８）を含む回転可能シャフト（１０６）と、
前記回転可能シャフト（１０６）に結合されており、かつ前記回転可能シャフト（１０６）の周りに少なくとも部分的に延びている保持リング（２０２）であって、前記回転可能シャフト（１０６）が、前記回転可能シャフト（１０６）を通して延びる長手方向軸（２０４）を画定し、前記回転可能シャフト（１０６）および当該保持リング（２０２）が、前記回転可能シャフト（１０６）と当該保持リング（２０２）との間に実質的に環状の空洞（２０６）を画定し、当該保持リング（２０２）が、半径方向外側表面（２１０）を含む、保持リング（２０２）と、
監視システム（２００）と
を備え、前記監視システム（２００）が、
前記保持リング（２０２）に近接して位置付けられる固定リーダアンテナ（２４０）と、
無線周波数（ＲＦ）カプラ（２２０）と
を備え、前記ＲＦカプラ（２２０）が、
前記保持リング（２０２）の前記半径方向外側表面（２１０）に結合されており、かつ前記保持リング（２０２）の前記半径方向外側表面（２１０）にわたって延びている少なくとも１つの可撓性アンテナバンドであって、前記固定リーダアンテナ（２４０）とのＲＦ結合を確立するように構成されている、少なくとも１つの可撓性アンテナバンドと、
前記少なくとも１つの可撓性アンテナバンドに結合された少なくとも１つのセンサダイ（２５６）であって、前記実質的に環状の空洞（２０６）の中に少なくとも部分的に延び、前記回転可能シャフト（１０６）の前記半径方向外側表面（２０８）にも結合される、少なくとも１つのセンサダイ（２５６）と
を備える、航空機。
前記胴体に結合された少なくとも１つのロータ組立体と
を備える航空機であって、前記少なくとも１つのロータ組立体が、
半径方向外側表面（２０８）を含む回転可能シャフト（１０６）と、
前記回転可能シャフト（１０６）に結合されており、かつ前記回転可能シャフト（１０６）の周りに少なくとも部分的に延びている保持リング（２０２）であって、前記回転可能シャフト（１０６）が、前記回転可能シャフト（１０６）を通して延びる長手方向軸（２０４）を画定し、前記回転可能シャフト（１０６）および当該保持リング（２０２）が、前記回転可能シャフト（１０６）と当該保持リング（２０２）との間に実質的に環状の空洞（２０６）を画定し、当該保持リング（２０２）が、半径方向外側表面（２１０）を含む、保持リング（２０２）と、
監視システム（２００）と
を備え、前記監視システム（２００）が、
前記保持リング（２０２）に近接して位置付けられる固定リーダアンテナ（２４０）と、
無線周波数（ＲＦ）カプラ（２２０）と
を備え、前記ＲＦカプラ（２２０）が、
前記保持リング（２０２）の前記半径方向外側表面（２１０）に結合されており、かつ前記保持リング（２０２）の前記半径方向外側表面（２１０）にわたって延びている少なくとも１つの可撓性アンテナバンドであって、前記固定リーダアンテナ（２４０）とのＲＦ結合を確立するように構成されている、少なくとも１つの可撓性アンテナバンドと、
前記少なくとも１つの可撓性アンテナバンドに結合された少なくとも１つのセンサダイ（２５６）であって、前記実質的に環状の空洞（２０６）の中に少なくとも部分的に延び、前記回転可能シャフト（１０６）の前記半径方向外側表面（２０８）にも結合される、少なくとも１つのセンサダイ（２５６）と
を備える、航空機。
【請求項16】
前記少なくとも１つの可撓性アンテナバンドが、
前記長手方向軸（２０４）に対して時計回りの方向（２７２）に、前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）に結合されており、かつ前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）から延びている第１のアーム（２５８）であって、
可撓性積層体（２５４）の第１の部分（２６２）、および
前記可撓性積層体（２５４）の前記第１の部分（２６２）内に実質的に埋め込まれている第１の可撓性電圧誘起導体（２６４）であって、前記長手方向軸（２０４）に対して前記時計回りの方向（２７２）に、前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）に結合されており、かつ前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）から延びている、第１の可撓性電圧誘起導体（２６４）
を備える第１のアーム（２５８）と、
前記長手方向軸（２０４）に対して反時計回りの方向（２７４）に、前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）に結合されており、かつ前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）から延びている第２のアーム（２６６）であって、
前記可撓性積層体（２５４）の第２の部分（２６８）、および
前記可撓性積層体（２５４）の前記第２の部分（２６８）内に実質的に埋め込まれている第２の可撓性電圧誘起導体（２７０）であって、前記長手方向軸（２０４）に対して前記反時計回りの方向（２７４）に、前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）に結合されており、かつ前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）から延びている、第２の可撓性電圧誘起導体（２７０）
を備える第２のアーム（２６６）と
を備える、請求項１５記載の航空機。
前記長手方向軸（２０４）に対して時計回りの方向（２７２）に、前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）に結合されており、かつ前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）から延びている第１のアーム（２５８）であって、
可撓性積層体（２５４）の第１の部分（２６２）、および
前記可撓性積層体（２５４）の前記第１の部分（２６２）内に実質的に埋め込まれている第１の可撓性電圧誘起導体（２６４）であって、前記長手方向軸（２０４）に対して前記時計回りの方向（２７２）に、前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）に結合されており、かつ前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）から延びている、第１の可撓性電圧誘起導体（２６４）
を備える第１のアーム（２５８）と、
前記長手方向軸（２０４）に対して反時計回りの方向（２７４）に、前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）に結合されており、かつ前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）から延びている第２のアーム（２６６）であって、
前記可撓性積層体（２５４）の第２の部分（２６８）、および
前記可撓性積層体（２５４）の前記第２の部分（２６８）内に実質的に埋め込まれている第２の可撓性電圧誘起導体（２７０）であって、前記長手方向軸（２０４）に対して前記反時計回りの方向（２７４）に、前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）に結合されており、かつ前記少なくとも１つのセンサダイ（２５６）から延びている、第２の可撓性電圧誘起導体（２７０）
を備える第２のアーム（２６６）と
を備える、請求項１５記載の航空機。
【請求項17】
前記保持リング（２０２）の前記半径方向外側表面（２１０）が、前記半径方向外側表面（２１０）上に外周を有し、前記保持リング（２０２）の前記外側表面（２１０）に沿って完全に延ばされたときの前記第１のアーム（２５８）と、前記保持リング（２０２）の前記外側表面（２１０）に沿って完全に延ばされたときの第２のアーム（２６６）とが、
前記第１のアーム（２５８）と前記第２のアーム（２６６）との間の隙間、
前記外周の周りの実質的に完全な延長部、および
前記第１のアーム（２５８）と前記第２のアーム（２６６）との少なくとも部分的な重なりであって、それによって自己容量効果が促進される、少なくとも部分的な重なり
のうちの１つを画定する、請求項１６記載の航空機。
前記第１のアーム（２５８）と前記第２のアーム（２６６）との間の隙間、
前記外周の周りの実質的に完全な延長部、および
前記第１のアーム（２５８）と前記第２のアーム（２６６）との少なくとも部分的な重なりであって、それによって自己容量効果が促進される、少なくとも部分的な重なり
のうちの１つを画定する、請求項１６記載の航空機。
【請求項18】
前記保持リング（２０２）が、第１の長手方向端部（２４４）と、前記第１の長手方向端部（２４４）に対向する第２の長手方向端部（２４６）とを含み、前記少なくとも１つの可撓性アンテナバンドが、前記第１の長手方向端部（２４４）に近接する第１の可撓性アンテナバンド（２２２）と、前記第２の長手方向端部（２４６）に近接する第２の可撓性アンテナバンド（２２４）とを含む２つの可撓性アンテナバンドを備える、請求項１５記載の航空機。
【請求項19】
前記第１の可撓性アンテナバンド（２２２）が、第１のセンサダイ（２５６）を備え、前記第２の可撓性アンテナバンド（２２４）が、前記実質的に環状の空洞（２０６）内で前記第１のセンサダイ（２５６）からおよそ１８０°の円周方向に位置付けられた第２のセンサダイ（２５６）を備える、請求項１８記載の航空機。
【請求項20】
前記少なくとも１つの可撓性アンテナバンドおよび前記保持リング（２０２）の前記半径方向外側表面（２１０）のうちの少なくとも一部分に結合されており、かつ前記少なくとも一部分にわたって延びている熱収縮材料（２２６）、バイメタルリング（２２８）、およびガラス繊維撚糸巻きのうちの１つをさらに備える、請求項１５記載の航空機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示の分野は、一般に、受動的ワイヤレスセンサに関し、より詳細には、回転機械用の受動的ワイヤレスセンサに関する。
【背景技術】
【0002】
ヘリコプタは、動力駆動のロータブレードのシステムを使用して、ヘリコプタの上昇／降下、および水平方向の移動を可能にする揚力と推進力を生み出す回転翼航空機である。ロータブレードは、回転可能なシャフト、すなわち、回転駆動装置に結合されたロータシャフトに結合され、ロータシャフトから半径方向外側に延びる。各ブレードのピッチは、各ブレードによって生み出される迎え角および揚力の量を変えるために個々に調整可能とすることができる。いくつかの公知のヘリコプタにおいては、操縦士には、ブレードのすべてにおいて、ピッチを同時、かつ均等に変更するコレクティブピッチコントロールと、各回転周期を通して、個々のブレードのピッチを常に変えるサイクリックピッチコントロールとが与えられる。その上、サイクリックピッチコントロールを用いて回転ブレードのピッチを変えると、回転シャフトの中のトルクとひずみが変わる。
【0003】
ブレードピッチ変更によりロータシャフトに誘起される力と結合されて、回転駆動装置によってロータシャフトに誘起される回転力は、所定のパラメータの下、そのような誘起力の維持を促進するために監視される。したがって、これらの公知のヘリコプタロータシャフトの多くは、たとえば、１分当たり２５，０００回転（ｒｐｍ）を超える高回転速度と、ほんの短い時間期間、すなわち１００時間以下の間、そのような高速回転効果と関連する応力およびひずみとに耐えるように構成されている公知の感知装置を含む。そのため、そのような回転シャフト用の応力監視装置には、飛行中の故障の可能性を抑え、その運用耐用年数を延ばすために頑丈に構築され、搭載されることが必要である。たとえば、そのような公知の応力監視装置のうちのいくつかは、接地面および終端抵抗器などのハードウェアを含み、これらは、ヘリコプタの構築と保守の費用を実質的に増大させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】米国特許第８２９６０８７号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0005】
１つの態様においては、回転機械用の監視システムが提供される。回転機械は、回転可能シャフトと、回転可能シャフトに結合されており、かつ回転可能シャフトの周りに少なくとも部分的に延びている保持リングとを含む。回転可能シャフトは、それを通して延びる長手方向軸を画定する。回転可能シャフトおよび保持リングは、それらの間に実質的に環状の空洞を画定する。回転可能シャフトは、半径方向外側表面を含み、保持リングは、半径方向外側表面を含む。監視システムは、保持リングに近接して位置付けられる固定リーダアンテナと、無線周波数（ＲＦ）カプラとを含む。ＲＦカプラは、保持リングの半径方向外側表面に結合されており、かつ保持リングの半径方向外側表面にわたって延びている少なくとも１つの可撓性アンテナバンド（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ａｎｔｅｎｎａ ｂａｎｄ）を含む。少なくとも１つの可撓性アンテナバンドは、固定リーダアンテナとのＲＦ結合を確立するように構成されている。ＲＦカプラはまた、少なくとも１つの可撓性アンテナバンドに結合された少なくとも１つのセンサダイを含む。少なくとも１つのセンサダイ（ｓｅｎｓｏｒ ｄｉｅ）は、実質的に環状の空洞の中に少なくとも部分的に延びる。少なくとも１つのセンサダイは、回転可能シャフトの半径方向外側表面にも結合される。
【0006】
さらなる態様においては、回転機械が提供される。回転機械は、半径方向外側表面を含む回転可能シャフトと、回転可能シャフトに結合されており、かつ回転可能シャフトの周りに少なくとも部分的に延びている保持リングとを含む。回転可能シャフトは、それを通して延びる長手方向軸を画定し、回転可能シャフトおよび保持リングは、それらの間に実質的に環状の空洞を画定する。保持リングは、半径方向外側表面を含む。回転機械はまた、保持リングに近接して位置付けられる固定リーダアンテナと、無線周波数（ＲＦ）カプラとを含んだ監視システムを含む。ＲＦカプラは、保持リングの半径方向外側表面に結合されており、かつ保持リングの半径方向外側表面にわたって延びている少なくとも１つの可撓性アンテナバンドを含む。少なくとも１つの可撓性アンテナバンドは、固定リーダアンテナとのＲＦ結合を確立するように構成されている。ＲＦカプラはまた、少なくとも１つの可撓性アンテナバンドに結合された少なくとも１つのセンサダイを含む。少なくとも１つのセンサダイは、実質的に環状の空洞の中に少なくとも部分的に延びる。少なくとも１つのセンサダイは、回転可能シャフトの半径方向外側表面にも結合される。
【0007】
別の態様においては、航空機が提供される。航空機は、胴体と、胴体に結合された少なくとも１つのロータ組立体とを含む。少なくとも１つのロータ組立体は、半径方向外側表面を含む回転可能シャフトを含む。少なくとも１つのロータ組立体はまた、回転可能シャフトに結合されており、かつ回転可能シャフトの周りに少なくとも部分的に延びている保持リングを含む。回転可能シャフトは、それを通して延びる長手方向軸を画定する。回転可能シャフトおよび保持リングは、それらの間に実質的に環状の空洞を画定する。保持リングは、半径方向外側表面を含む。ロータ組立体は、保持リングに近接して位置付けられる固定リーダアンテナと、無線周波数（ＲＦ）カプラとを含んだ監視システムをさらに含む。ＲＦカプラは、保持リングの半径方向外側表面に結合されており、かつ保持リングの半径方向外側表面にわたって延びている少なくとも１つの可撓性アンテナバンドを含む。少なくとも１つの可撓性アンテナバンドは、固定リーダアンテナとのＲＦ結合を確立するように構成されている。ＲＦカプラはまた、少なくとも１つの可撓性アンテナバンドに結合された少なくとも１つのセンサダイを含む。少なくとも１つのセンサダイは、実質的に環状の空洞の中に少なくとも部分的に延びる。少なくとも１つのセンサダイは、回転可能シャフトの半径方向外側表面にも結合される。
【0008】
図面全体を通じて、同様の文字が同様の部品を表す添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むと、本開示のこれらならびに他の特徴、態様、および利点がより良く理解されるようになるであろう。
【発明を実施するための形態】
【0010】
別段の指示がない限り、本明細書に提供される図面は、本開示の実施形態の特徴を示すことを意味している。これらの特徴は、本開示の１つまたは複数の実施形態を含む幅広い多様なシステムにおいて適用できると考えられる。したがって、図面は、本明細書に開示される実施形態を実践するのに必要な、当業者によって知られている従来の特徴をすべて含んでいることを意味しているわけではない。
【0011】
以下の明細書および特許請求の範囲においては、いくつかの用語を参照することになり、これらは、以下の意味をもつように定義することとする。
【0012】
文脈により別段の明瞭な指示がない限り、単数形「ａ」「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、複数の言及を含む。
【0013】
「任意選択の（ｏｐｔｉｏｎａｌ）」または「任意選択で（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」は、続いて説明される事象または事態が、起きる場合も、または起きない場合もあり、説明には、事象が起きる事例と起きない事例とが含まれることを意味する。
【0014】
明細書および特許請求の範囲全体を通じて、本明細書に使用されるとき、近似の文言は、関連する基本的な機能に変化をもたらすことなく、許容範囲で変わることがあり得るいずれの量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「約（ａｂｏｕｔ）」、「およそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、および「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」などの１つの用語または複数の用語によって修飾される値は、指定された正確な値に限定すべきではない。少なくともいくつかの事例においては、近似の文言は、値を測定するための機器の精度に対応する場合がある。ここでは、明細書および特許請求の範囲全体を通じて、範囲の限界値は、組み合わせても、および／または相互に置き換えてもよく、そのような範囲は、特定され、文脈または文言により別段の指示がない限り、その中に含まれるすべての副範囲を含む。
【0015】
本明細書に使用されるとき、用語「プロセッサ（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）」および「コンピュータ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ）」、ならびに関連用語、たとえば、「処理装置（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）」、「コンピューティング装置（ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）」、および「コントローラ（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）」は、当技術分野において、コンピュータと称されるそれらの集積回路のみに限定されるのではなく、広範に、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、および特定用途向け集積回路、ならびに他のプログラマブル回路を示し、これらの用語は、本明細書において相互に置換え可能に使用される。本明細書に説明される実施形態においては、メモリは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などのコンピュータ可読媒体、フラッシュメモリなどのコンピュータ可読不揮発性媒体を含むことができるが、それらに限定されない。代替として、フロッピディスク、コンパクトディスク、すなわち読み取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、磁気光学ディスク（ＭＯＤ）、および／またはデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）が使用されてもよい。また、本明細書に説明される実施形態においては、追加の入力チャネルは、マウス、およびキーボードなどのオペレータインターフェースと関連するコンピュータ周辺機器とすることができるが、それらに限定されない。代替として、たとえば、スキャナを含み得るが、それに限定されない他のコンピュータ周辺機器が使用されてもよい。さらには、例示的な実施形態においては、追加的な出力チャネルは、オペレータインターフェースモニタを含み得るが、それに限定されない。
【0016】
さらには、本明細書に使用されるとき、用語「ソフトウェア（ｓｏｆｔｗａｒｅ）」、および「ファームウェア（ｆｉｒｍｗａｒｅ）」は、相互に置換え可能であり、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、クライアント、およびサーバによって実行されるようにメモリの中に任意のコンピュータプログラム記憶部を含む。
【0017】
本明細書に使用されるとき、用語「非一時的コンピュータ可読媒体（ｎｏｎ−ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ｒｅａｄａｂｌｅ ｍｅｄｉａ）」は、コンピュータ可読命令、データ構造体、プログラムモジュールおよび副モジュール、または任意の装置の中の他のデータなどの短期的および長期的に情報を記憶するための技術の任意の方法において実装される任意の有形のコンピュータベースの装置を表すように意図される。そのため、本明細書に説明される方法は、限定ではなく、記憶装置および／またはメモリ装置を含んだ有形の非一時的コンピュータ可読媒体に具現化される実行可能命令として符号化され得る。そのような命令は、プロセッサによって実行されるとき、プロセッサに、本明細書に説明される方法の少なくとも一部分を行わせる。その上、本明細書に使用されるとき、用語「非一時的コンピュータ可読媒体」は、限定ではなく、ファームウェアなどの揮発性および不揮発性媒体と取外し式および非取外し式の媒体、物理および仮想記憶部、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ならびにネットワークまたはＩｎｔｅｒｎｅｔなどの任意の他のデジタルソースだけでなく、まだ開発されていないデジタル手段も含む、限定ではなく、非一時的コンピュータ記憶装置を含んだすべての有形のコンピュータ可読媒体を含み、唯一の例外は、一時的伝搬信号である。
【0018】
本明細書に使用されるとき、用語「実時間（ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ）」は、関連事象の発生時間、所定のデータの測定および収集時間、データを処理する時間、ならびに事象および環境へのシステム応答の時間のうちの少なくとも１つを指す。本明細書に説明される実施形態においては、これらの活動および事象は、実質的には、瞬時に起きる。
【0019】
本明細書に説明される受動的センサ、関連のＲＦカプラ、ならびに関連の感知および監視システムは、過酷な環境における拡張動作を促進する。具体的には、本明細書に説明されるような無線周波数（ＲＦ）カプラは、ヘリコプタロータ組立体の中でロータシャフトの周りに延びる保持リングの少なくとも一部の外周の周りに延びる２つのフレックスアンテナ（ｆｌｅｘ ａｎｔｅｎｎａ）を使用する。より具体的には、２つのフレックスアンテナのうちの一方は、保持リングの第１の長手方向端部に近接して位置付けられ、２つのリングのうちの第２のリングは、第１の長手方向端部と対向する保持リングの第２の長手方向端部に近接して位置付けられる。各フレックスアンテナは、対向方向に延びる２つのアームを含み、共通の固定表面弾性波（ＳＡＷ）ダイからそれぞれが、両アームに結合される。各フレックスアンテナのアームは、互いに直接、電気的に結合されず、それによって、ロータ組立体の組立の容易さが促進される。
【0020】
第１の固定ＳＡＷダイは、第１の固定ＳＡＷダイが、ロータシャフトの半径方向外側部分と、保持リングの半径方向内側部分との間に画定される環状領域内のロータシャフト上に位置付けられるように、保持リングの第１の長手方向端部の周囲に折り畳める。同様に、第２の固定ＳＡＷダイは、第２の固定ＳＡＷダイが、同じ環状領域内のロータシャフト上に位置付けられるように、保持リングの第２の長手方向端部の周囲に折り畳める。第１の固定ＳＡＷダイは、環状領域内の第２の固定ＳＡＷダイから円周方向１８０°に位置付けられる。ＳＡＷ装置は、ロータシャフトにおけるトルクとひずみを測定するように構成されている。しかしながら、ＳＡＷ装置はまた、たとえば、局所温度などの環境上、およびロータシャフトの回転速度などの動作上の他の条件を測定するようにも構成され得る。２つのフレックスアンテナを使用することにより、ロータシャフトの高回転速度によって作り出される過酷な条件における冗長性が促進される。また、保持リングに可撓性アンテナを結合すると、可撓性アンテナが保持リングと結合解除する可能性を軽減することによって、ヘリコプタの動作中断の軽減が促進される。
【0021】
１つの実施形態においては、２つのフレックスアンテナはそれぞれ、保持リングの外表面の外周の周りに完全には延びていないアームを含む。別の実施形態においては、２つのアームはそれぞれ、関連の固定ＳＡＷダイに対向して１８０°の円周方向に接する。さらなる別の実施形態においては、アームのうちの一方が、およそ半周、他方のアームにわたって延び、それによって、ＲＦカプラからリーダアンテナ装置に送信されるＲＦ信号の信号品位、たとえば、かつ限定ではなく、信号の品質を向上させる自己容量効果（ｓｅｌｆ−ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｅｆｆｅｃｔ）が促進される。その上、本明細書に説明される配置構成のうちのいずれにも必要でないように、２つのアームの重なり合っている配置構成には、接地面が必要でない。そのため、接地面と関連する材料が、組立体から取り除かれる。さらには、ＲＦ信号が接地接続部から後方に反射しないようにするために、交流インピーダンスに合わせるように通常は接地接続部に結合されている終端抵抗器もやはり、取り除かれる。
【0022】
フレックスアンテナをそのように使用することにより、ヘリコプタロータ組立体の製造の容易さと速さとが促進される。接着剤を使用してフレックスアンテナを保持リングに結合すると、ＲＦカプラとリーダアンテナ装置との間に満足のいくＲＦ結合品質が維持されるとともに、時として１分当たり２５，０００回転（ｒｐｍ）以上であることもあるロータシャフトの高速速度を介してロータシャフトに誘起される高Ｇ力（ｈｉｇｈ−Ｇ ｆｏｒｃｅ）に、ＲＦカプラが耐えることが容易になる。その上、本明細書に説明されるようなＲＦカプラの配置構成は、ＲＦカプラの機械的不安定性をその効果的な固定によって抑えることを容易にする。
【0023】
図１は、例示的な回転機械１００、すなわち、航空機、具体的には、ヘリコプタ１００の概略斜視図である。代替として、回転機械１００は、回転装置を使用する、限定でなく、実質的に連続的に一方向に回転運動を生み出すそれらの機械を含んだ任意の機械、たとえば、かつ限定ではなく、エアコンプレッサ（ガスタービンエンジン向けのものを含む）、高速ドリル、プロペラ駆動航空機、および風力タービンである。また、代替として、回転機械１００は、逆回転運動を生み出す任意の機械、たとえば、かつ限定ではなく、電気洗濯機である。
【0024】
ヘリコプタ１００は、胴体１０２と、胴体１０２に結合されたロータ組立体１０４とを含む。ロータ組立体１０４は、回転可能シャフト、すなわち、ロータシャフト１０６と、中央ハブ１１０からロータ先端部１１２へと外側にそれぞれが延びる複数のロータブレード１０８とを含む。ロータ組立体１０４はまた、さらに後述するように、ロータ組立体１０４の部分内の動作上および環境上の条件を感知し、監視することを容易にする内蔵された監視システム２００を含む。例示的な実施形態においては、監視システム２００は、本明細書に説明されるような監視システム２００の動作を可能にする任意のコンピュータプログラムを内蔵した任意の処理装置、コンピューティング装置、およびコントローラ（図示せず）とを含む。監視システム２００は、ロータシャフト１０６と、限定ではなく、ロータシャフト１０６におけるトルクおよびひずみ、ロータシャフト１０６に近接する局所温度、ならびにロータシャフト１０６の回転速度および位置を含んだ局所環境との実時間測定を記録することにより、ロータ組立体１０４およびヘリコプタ１００の動作を促進する。監視システム２００は、限定ではなく、条件ベースの保守システム、構造監視プログラム、機械の動作制御システム、計装スキーマ、技術開発検証、および製品検証についての遠隔監視を促進する。
【0025】
図２は、ヘリコプタ１００（図１に示されている）とともに使用され得るロータ組立体１０４および監視システム２００の例示的な一部分の概略図である。図３は、図２に示されているロータ組立体１０４および監視システム２００の部分の概略斜視図である。ロータ組立体１０４は、ロータシャフト１０６と、ロータシャフト１０６の周りに少なくとも部分的に延びる、および例示的な実施形態においては、完全に延びる保持リング２０２とを含む。ロータシャフト１０６は、ロータシャフト１０６を通して延びる長手方向中心線軸２０４を画定する。保持リング２０２およびロータシャフト１０６は、それらの間に実質的に環状の空洞２０６を画定する。ロータシャフト１０６は、半径方向外側表面２０８を含み、保持リング２０２は、半径方向外側表面２１０および半径方向内側表面２１２を含み、ここでは、表面２１０および２１２は、それらの間に画定される空洞２０６全体にわたって互いから実質的に等距離にある。したがって、保持リング２０２およびロータシャフト１０６は、実質的には、長手方向軸２０４の周りの互いに同心円である。また、保持リング２０２は、半径方向外側表面２１０と半径方向内側表面２１２との間に延びており、長手方向軸２０４の周りに同心円状に延びている長手方向表面２１１を含む。その上、保持リング２０２およびロータシャフト１０６は、限定ではなく、ダブテール接合部とハードウェア留め具との締まり嵌めを含んだ、リング２０２のシャフト１０６との同期回転を可能にする任意の機構を介して回転可能に結合される。
【0026】
監視システム２００は、保持リング２０２の半径方向外側表面２１０に結合された少なくとも１つの可撓性アンテナバンド２２２を含む無線周波数（ＲＦ）カプラ２２０を含む。例示的な実施形態においては、可撓性アンテナバンド２２２は、第１のバンドであり、ＲＦカプラ２２０はまた、半径方向外側表面２１０に結合された第２の可撓性アンテナバンド２２４を含む。したがって、第１の可撓性アンテナバンド２２２および第２の可撓性アンテナバンド２２４は、実質的には、長手方向軸２０４の周りの同心円である。半径方向外側表面２１０は、本明細書に説明されるような第１の可撓性アンテナバンド２２２および第２の可撓性アンテナバンド２２４の部分を受けるために平坦である。
【0027】
図４は、静止ブラケット２３０および保持リング２０２の例示的な配置構成の概略図である。静止ブラケット２３０は、本明細書に説明されるようにロータ組立部１０４および監視システム２００の動作を可能にする任意の手段を介して胴体１０２（図１に示されている）に結合される。図２、図３、および図４を参照すると、静止ブラケット２３０は、保持リング２０２の周りに部分的に延びて、それらの間に通路２３２を画定する。静止ブラケット２３０の実際の配置構成は、通路２３２が、第１の部分２３４、第２の部分２３６、および第３の部分２３８を含むようにしてある。通路２３２の第１の部分２３４および第２の部分２３６は、静止ブラケット２３０と保持リング２０２との間に減少する距離を伴って実質的に同一であり、それにより、静止ブラケット２３０および保持リング２０２が、通路２３２の第３の部分２３８においてほぼ触れるようになる。通路２３２の第１の部分２３４および第２の部分２３６は、それらをより明瞭に示すように、図４においては、やや誇張して示されている。ＲＦカプラ２２０はまた、周波数スペクトルのＲＦレンジにおける伝送により第１の可撓性アンテナバンド２２２および第２の可撓性アンテナバンド２２４に信号を送信するように構成されたリーダアンテナ２４０（図４には示されていない）を含み、それによって、バンド２２２および２２４に問合せが行われる。リーダアンテナ２４０はまた、周波数スペクトルのＲＦレンジにおける伝送を介して第１の可撓性アンテナバンド２２２および第２の可撓性アンテナバンド２２４から信号を受信するように構成され、それによって、バンド２２２および２２４の読取りが行われる。したがって、リーダアンテナ２４０は、第１の可撓性アンテナバンド２２２および第２の可撓性アンテナバンド２２４にエネルギーを送信し、ここで、バンド２２２および２２４は、受動的に問合せが行われ、バンド２２２および２２４は、バンド２２２および２２４のそれぞれに結合されたＲＦセンサダイ（図４には示されていない）からの任意の変更された信号をリーダアンテナ２４０に受動的に送り返す。リーダアンテナ２４０は、導体２４２を介して、本明細書に説明されるように監視システム２００の動作を可能にする任意の電源および任意の処理装置に結合される。
【0028】
図５は、無線周波数（ＲＦ）カプラ２２０の一部分の概略図である。図６は、図５に示されているＲＦカプラ２２０の部分の概略斜視図である。例示的な実施形態においては、保持リング２０２は、第１の長手方向表面２１１を含む第１の長手方向端部２４４と、第１の長手方向表面２１１に実質的に類似している第２の長手方向表面２４８を含む第２の長手方向端部２４６とを含む。第１の可撓性アンテナバンド２２２は、本明細書に説明されるようなＲＦカプラ２２０および監視システム２００の動作を可能にする任意の接着剤を使用することにより、第１の長手方向端部２４４に近接して保持リング２０２の半径方向外側表面２１０の周りに延び、保持リング２０２の半径方向外側表面２１０に結合される。例示的な実施形態においては、第１の可撓性アンテナバンド２２２は、実質的には、無孔である。第２の可撓性アンテナバンド２２４もまた、本明細書に説明されるようにＲＦカプラ２２０および監視システム２００の動作を可能にする任意の接着剤を使用することにより、第２の長手方向端部２４６に近接して保持リング２０２の半径方向外側表面２１０の周りに延び、保持リング２０２の半径方向外側表面２１０に結合される。第１の可撓性アンテナバンド２２２と対照的に、第２の可撓性アンテナバンド２２４は、表面２１０に対するバンド２２４の接着力の向上を促進する複数の穿孔２５０を含む。
【0029】
いくつかの実施形態においては、熱収縮材料２２６が、第１の可撓性アンテナバンド２２２と、第２の可撓性アンテナバンド２２４と、半径方向外側表面２１０の任意の残りの部分とにわたって位置付けられる。例示的な実施形態においては、熱収縮材料２２６は、第１の長手方向端部２４４から第２の長手方向端部２４６に延びる。代替として、熱収縮材料２２６は、第１の可撓性アンテナバンド２２２および／または第２の可撓性アンテナバンド２２４の一部分のみにわたって延びる。熱収縮材料２２６により、特にロータシャフト１０６の高速動作時に、第１の可撓性アンテナバンド２２２および第２の可撓性アンテナバンド２２４が半径方向外側表面２１０から結合解除する可能性の低減が促進される。さらには、いくつかの実施形態においては、バイメタルリング（ｂｉｍｅｔａｌｌｉｃ ｒｉｎｇ）２２８が、半径方向外側表面２１０の一部分によって分離される第１の可撓性アンテナバンド２２２および第２の可撓性アンテナバンド２２４の一部分にわたって位置付けられる。バイメタルリング２２８は、本明細書に説明されるようなバンド２２２および２２４の動作を妨げる可能性を抑えるように、中心導電性部分２５２から所定の距離に位置付けられる。バイメタルリング２２８により、特にロータシャフト１０６の高速動作時に、半径方向外側表面２１０のなおも露出された部分に近接している第１の可撓性アンテナバンド２２２および第２の可撓性アンテナバンド２２４の部分が曲がりくねる可能性、および別の形で半径方向外側表面２１０から結合解除する可能性の低減が促進される。その上、いくつかの実施形態においては、バイメタルリング２２８ではなく、熱収縮金属バンド、またはバイメタルリング２２８に配置構成において類似するリング（図示せず）が使用される。さらには、いくつかの実施形態においては、熱収縮材料２２６ではなく、ガラス繊維撚糸巻き（ｆｉｂｅｒ ｇｌａｓｓ ｔｈｒｅａｄ ｗｒａｐｐｉｎｇ）（図示せず）が、第１の可撓性アンテナバンド２２２、第２の可撓性アンテナバンド２２４、および熱収縮材料２２６のものに類似する配置構成における半径方向外側表面２１０の任意の残りの部分の周囲に巻き付けられる。ガラス繊維撚糸巻きは、エポキシが含浸され、硬化されて、ＲＦカプラ２２０の全体的な機械的剛性の向上を促進する。代替として、任意の配置構成における任意の材料が、本明細書に説明されるように監視システム２００の動作を可能にする。図６においては、第２の可撓性アンテナバンド２２４の重なり領域２５１が示されている。可撓性アンテナバンドを重ね合わせることについては、さらに後述する。
【0030】
図７は、この例示的な実施形態においては、実質的に同一である第１の可撓性アンテナバンド２２２および第２の可撓性アンテナバンド２２４の概略図である。第１の可撓性アンテナバンド２２２および第２の可撓性アンテナバンド２２４はともに、固定リーダアンテナ２４０（図２および図３に示されている）とのＲＦ結合を確立するように構成されている。また、第１の可撓性アンテナバンド２２２および第２の可撓性アンテナバンド２２４はともに、限定ではなく、本明細書に説明されるようなＲＦカプラ２２０および監視システム２００の動作を可能にする電気伝導性およびインピーダンスを含んだ十分な電気特性を有する任意の導電性材料である中心導電性部分２５２を含み、そのような材料は、たとえば、かつ限定ではなく、銅を含む。また、第１の可撓性アンテナバンド２２２および第２の可撓性アンテナバンド２２４はともに、２つの外側非導電性部分２５４を含む。例示的な実施形態においては、部分２５４は、限定ではなく、ポリイミドの薄膜または積層体を含んだ、本明細書に説明されるようなＲＦカプラ２２０および監視システム２００の動作を可能にする任意の非導電性可撓性材料である。例示的な実施形態においては、中心導電性部分２５２は、可撓性ポリイミド積層体内に埋め込まれている。
【0031】
第１の可撓性アンテナバンド２２２および第２の可撓性アンテナバンド２２４はそれぞれ、ＲＦセンサダイ２５６を含む。また、バンド２２２および２２４はそれぞれ、コネクタストリップ２６０を介してＲＦセンサダイ２５６に結合されており、かつＲＦセンサダイ２５６から延びている第１のアーム２５８を含む。第１のアーム２５８は、可撓性積層体の第１の部分２６２と、その中に埋め込まれている第１の可撓性電圧誘起導体（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｖｏｌｔａｇｅ−ｉｎｄｕｃｉｎｇ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）２６４とを含む。さらには、バンド２２２および２２４のそれぞれは、コネクタストリップ２６０を介してＲＦセンサダイ２５６に結合されており、かつＲＦセンサダイ２５６から延びている第２のアーム２６６を含む。第２のアーム２６６は、可撓性積層体の第２の部分２６８と、その中に埋め込まれている第２の可撓性電圧誘起導体２７０とを含む。
【0032】
図５、図６、および図７を参照すると、第１の可撓性電圧誘起導体２６４がその中に埋め込まれている第１のアーム２５８が、長手方向軸２０４に対して時計回りの方向２７２にＲＦセンサダイ２５６から延びる。同様に、第２の可撓性電圧誘起導体２６８がその中に埋め込まれている第２のアーム２６６が、長手方向軸２０４に対して反時計回りの方向２７４にＲＦセンサダイ２５６から延びる。
【0033】
また、例示的な実施形態においては、第１の可撓性アンテナバンド２２２のコネクタストリップ２６０は、第１の長手方向端部２４４に近接して空洞２０６の中に第１の長手方向表面２１１にわたって折り畳まれて、摩擦嵌め（ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｆｉｔ）により、ロータシャフト１０６の半径方向外側表面２０８にＲＦセンサダイ２５６を結合する。同様に、第２の可撓性アンテナバンド２２４のコネクタストリップ２６０は、第２の長手方向端部２４６に近接して空洞２０６の中に第２の長手方向表面２４８にわたって折り畳まれて、摩擦嵌めにより、ロータシャフト１０６の半径方向外側表面２０８にＲＦセンサダイ２５６を結合する。
【0034】
図８は、保持リング２０２に結合する前の第１の可撓性アンテナバンド２２２および第２の可撓性アンテナバンド２２４の概略図である。図９は、ロータシャフト１０６に対して保持リング２０２に結合する前の第１の可撓性アンテナバンド２２２および第２の可撓性アンテナバンド２２４の概略図である。図１０は、保持リング２０２に少なくとも部分的に結合された第１の可撓性アンテナバンド２２２および第２の可撓性アンテナバンド２２４の概略図である。例示的な実施形態においては、バンド２２２のＲＦセンサダイ２５６は、接触領域２７６内でロータシャフト１０６に接触するように、空洞２０６（図２および図３に示されている）の中に挿入される。同様に、バンド２２４のＲＦセンサダイ２５６は、接触領域２７６に類似した、表面２０８に沿って１８０°の円周方向に位置付けられた接触領域（図示せず）内でロータシャフト１０６に接触するように、空洞２０６の中に挿入される。例示的な実施形態においては、バンド２２２のＲＦセンサダイ２５６は、温度、およびロータ組立体１０４の意図した使用に関連するロータシャフト１０６の速さに耐えるように構成されている強固な接着剤を用いて、接触領域２７６に結合される。代替として、限定ではなく、ろう付けを含んだ、接触領域２７６にバンド２２２のＲＦセンサダイ２５６を結合する任意の方法が使用される。
【0035】
図１１は、例示的な重なり合っている配置構成２８０における第１の可撓性アンテナバンド２２２および第２の可撓性アンテナバンド２２４の概略図である。例示的な実施形態においては、ＡとＢとの間に、バンド２２２の第１のアーム２５８が、バンド２２２の重なり領域２８２を画定するためのおよそ１８０°について第２のアーム２６６に重なり合う。同様に、第２の可撓性アンテナバンド２２４は、バンド２２２の重なり領域２８２に対向するＡとＢとの間の重なり領域２８４を画定する。代替として、本明細書に説明されるようなＲＦカプラ２２０および監視システム２００の動作を可能にするアーム２５８および２６６の任意の量の重なりが使用される。本明細書に説明されるようにバンド２２２および２２４を重ね合わせると、ＲＦカプラ２２０とリーダアンテナ２４０（図２および図３に示されている）との間のＲＦ結合品質の向上をさらに促進する各バンド２２２および２２４内の自己容量効果の誘起が促進される。したがって、バンド２２２および２２４を重ね合わせると、高速動作中の信号品質の変動性を減少させることが促進される。
【0036】
図１２は、例示的な隙間がある配置構成２８６における第１の可撓性アンテナバンド２２２および第２の可撓性アンテナバンド２２４の概略図である。バンド２２２の場合、第１のアーム２５８および第２のアーム２６６は、保持リング２０２の表面２１０にわたって円周方向に完全に延びて、ＲＦセンサダイ２５６およびコネクタ２６０に対向するアーム２５８と２６６との間の隙間がある領域２８８を画定する。第２の可撓性アンテナバンド２２４も同様に構成されている。隙間がある領域２８８を画定すると、ＲＦカプラ２２０の組立の加速化が促進される。
【0037】
図１３は、例示的な完全リング配置構成２９０における第１の可撓性アンテナバンド２２２および第２の可撓性アンテナバンド２２４の概略図である。バンド２２２の場合、第１のアーム２５８および第２のアーム２６６は、保持リング２０２の表面２１０にわたって円周方向に完全に延びて、それにより、アーム２５８および２６６は、ＲＦセンサダイ２５６およびコネクタ２６０に対向する、およそ円周方向に１つの点で触れるようになる。第２の可撓性アンテナバンド２２４も同様に構成されている。
【0038】
図２、図３、図５、および図６を参照すると、ヘリコプタ１００および監視システム２００の動作に際して、リーダアンテナ２４０は、ＲＦスペクトルの所定の部分においてＲＦカプラ２２０に近接して電磁場（図示せず）を生成し、それによって、第１の可撓性アンテナバンド２２２および第２の可撓性アンテナバンド２２４に電磁場が照らされる。具体的には、リーダアンテナ２４０は、放射アンテナとして、励起し、動作するように命令され、それにより、アンテナバンド２２２および２２４は、受信側アンテナとして動作するようになる。第１の可撓性アンテナバンド２２２および第２の可撓性アンテナバンド２２４は、バンド２２２および２２４のうちの一方に異常が起きた場合に、ヘリコプタ１００の動作を中断するいずれもの可能性を軽減する冗長バンドである。第１の可撓性アンテナバンド２２２および第２の可撓性アンテナバンド２２４はそれぞれ、ＲＦセンサダイ１５６に動力供給するために、十分なエネルギーを受け取る。ＲＦセンサダイ２５６は、ロータシャフト１０６に触れ、ダイ２５６は、たとえば、かつ限定ではなく、２５，０００ｒｐｍを超える半径方向高速度で回転しているロータシャフト１０６と関連する対象の特性を感知する。ＲＦセンサダイ２５６は、対象の特性の変化を感知することを促進し、測定信号が、ダイ２５６によって生成され、アンテナバンド２２２および２２４に送信され、反射してリーダアンテナ２４０に向けて戻される電磁場（図示せず）を生成する。リーダアンテナ２４０は、反射信号を受信し、調整された電磁場を示す電圧および電流の信号を生成し、この電圧および電流の信号は、その中のプログラミングされた十分なアルゴリズムおよび命令を含む処理装置に送信されて、少なくとも１つの測定特性の値を示す信号を生成し、少なくとも１つの測定特性の値を示す信号を記録装置および表示装置のうちの少なくとも１つに送信する。
【0039】
本明細書に説明される上述の受動的センサ、関連のＲＦカプラ、ならびに関連の感知および監視システムは、過酷な環境における動作の拡張を促進する。具体的には、本明細書に説明されるような無線周波数（ＲＦ）カプラは、ヘリコプタロータ組立体内のロータシャフトの周りに延びる保持リングの少なくとも一部分の外周の周りに延びる２つのフレックスアンテナを使用する。各フレックスアンテナは、対向方向に延びる２つのアームを含み、共通の固定表面弾性波（ＳＡＷ）ダイからそれぞれが、両アームに結合される。各フレックスアンテナのアームは、電気的に結合されず、それによって、ロータ組立体の組立の容易さが促進される。２つの固定ＳＡＷダイは、ロータシャフトの半径方向外側部分と保持リングの半径方向内側部分との間に画定される環状領域内でロータシャフトに近接して互いから円周方向１８０°に位置付けられる。ＳＡＷ装置は、ロータシャフトにおけるトルクとひずみを測定するように構成されている。２つのフレックスアンテナおよび２つのＳＡＷダイを使用することにより、ロータシャフトの高回転速度によって生み出される過酷な条件における冗長性が促進される。１つの実施形態においては、アームのうちの一方が、およそ半周、他方のアームにわたって延び、それによって、ＲＦカプラからリーダアンテナ装置に送信されるＲＦ信号を向上させる自己容量効果が促進される。その上、本明細書に説明される配置構成のうちのいずれにも必要でないように、２つのアームの重なり合っている配置構成には、接地面、または終端抵抗器が必要でない。そのため、接地面と関連する材料が、組立体から取り除かれる。フレックスアンテナをそのように使用することにより、ヘリコプタロータ組立体の製造の容易さと速さとが促進される。接着剤を使用してフレックスアンテナを保持リングに結合すると、高速動作中を含んで、ＲＦカプラとリーダアンテナ装置との間に満足のいくＲＦ結合品質が維持されるとともに、時として１分当たり２５，０００回転（ｒｐｍ）以上であることもあるロータシャフトの高速速度を介してロータシャフトに誘起される高Ｇ力に、ＲＦカプラが耐えることが容易になる。その上、本明細書に説明されるようなＲＦカプラの配置構成は、ＲＦカプラの機械的不安定性をＲＦカプラダイの効果的な固定によって抑えることを容易にする。
【0040】
本明細書に説明される方法、システム、および機器の例示的な技術的効果は、（ａ）回転可能な構成要素と関連する感知および監視システム構成要素を、あまり材料を使用せずに、構成要素の組立がより容易なそのような回転可能な構成要素の製造中に組み立てることであり、それによって、それらが製造された後、それぞれの機械の中に挿入するための回転可能な構成要素を準備する際に費やされる時間と資源の量が抑えられること、（ｂ）フレックスアンテナの部分を使用して、自己容量効果を得ることであり、それによって、ＲＦカプラとリーダアンテナ装置との間のＲＦ品質が向上し、したがって、高速動作中の信号品質の変動性が減少すること、（ｃ）関連のロータ組立体内の最も適切な、かつ望ましい位置に、センサ構成要素を配置することを促進すること、（ｄ）過酷な環境に、精巧なチップ特徴を有していないセンサを位置付けることであり、それによって、より強固な感知装置が促進されること、（ｅ）２つのフレックスアンテナおよび２つのロータダイを使用して、ロータシャフトの高回転速度によって生み出される過酷な条件における冗長性を向上させること、（ｆ）組立体から接地面および終端抵抗器を取り除くことであり、それによって、組立の時間、材料、および費用がさらに減少すること、ならびに（ｇ）ＲＦカプラを効果的に固定することによって、ＲＦカプラの機械的不安定性を抑えること、のうちの少なくとも１つを含む。
【0041】
回転機械を動作させるための方法、システム、および機器の例示的な実施形態は、本明細書に説明される具体的な実施形態に限定されるのではなく、むしろ、システムの構成要素および／または方法のステップは、本明細書に説明される他の構成要素および／またはステップと無関係に、かつ分離して利用され得る。たとえば、方法、システム、および機器はまた、過酷な環境、および関連の方法における構成要素の監視が必要な他のシステムとの組合せで使用されてよく、本明細書に説明されるようなシステムおよび方法のみを用いて実践するように限定されない。むしろ、例示的な実施形態は、本明細書に説明されるＲＦ結合特徴を有する受動的ワイヤレスセンサを使用することから便益を得ることが可能な多くの他の適用例、装備、およびシステムと関係して、実装可能であり、利用可能である。
【0042】
本開示の様々な実施形態の具体的な特徴は、一部の図面には示されていても、他の図面には示されていないこともあるが、これは、単に便宜上にすぎない。本開示の原理により、ある図面の任意の特徴は、任意の他の図面の任意の特徴との組合せで参照され、かつ／または特許請求され得る。
【0043】
いくつかの実施形態は、１つまたは複数の電子装置もしくはコンピューティング装置の使用を含む。そのような装置は、典型的には、汎用中央処理ユニット（ＣＰＵ）、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）、マイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータ（ｒｅｄｕｃｅｄ ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｅｔ ｃｏｍｐｕｔｅｒ：ＲＩＳＣ）プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルロジック回路（ＰＬＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号処理（ＤＳＰ）装置、および／または本明細書に説明される機能を実行することができる任意の他の回路もしくは処理装置など、プロセッサ、処理装置、あるいはコントローラを含む。本明細書に説明される方法は、限定ではなく、記憶装置、および／またはメモリ装置を含んだ、コンピュータ可読媒体の中に具現化された実行可能な命令として符号化され得る。そのような命令は、処理装置によって実行されるとき、処理装置に、本明細書に説明される方法の少なくとも一部分を行わせる。上記の例は、例示にすぎず、したがって、プロセッサおよび処理装置という用語定義ならびに／または意味付けをいかなる形でも限定するように意図されていない。
【0044】
本明細書は、例を使用して、最良モードを含んだ実施形態を開示し、また当業者が、任意の装置またはシステムを作製し使用すること、および任意の組み込まれた方法を行うことを含んだ実施形態を実践することを可能にする。本開示の特許請求可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者に思い付く他の例を含み得る。そのような他の例は、それらが、特許請求の範囲の文字通りの文言と異なっていない構造上の要素を有する場合、またはそれらが、特許請求の範囲の文字通りの文言と実質的には異なっていない等価な構造上の要素を含む場合、特許請求の範囲内にあるものと意図される。
【符号の説明】
【0045】
１００ ヘリコプタ１０２ 胴体
１０４ ロータ組立体
１０６ ロータシャフト（回転可能シャフト）
１０８ ロータブレード
１１０ 中央ハブ
１１２ ロータ先端部
２００ 監視システム
２０２ 保持リング
２０４ 長手方向中心線軸
２０６ 空洞
２０８ 半径方向外側表面（ロータシャフト）
２１０ 半径方向外側表面（保持リング）
２１１ 第１の長手方向表面（保持リング）
２１２ 半径方向内側表面（保持リング）
２２０ 無線周波数（ＲＦ）カプラ
２２２ 第１の可撓性アンテナバンド
２２４ 第２の可撓性アンテナバンド
２２６ 熱収縮材料
２２８ バイメタルリング
２３０ 静止ブラケット
２３２ 通路
２３４ 通路の第１の部分
２３６ 通路の第２の部分
２３８ 通路の第３の部分
２４０ リーダアンテナ
２４２ 導体
２４４ 第１の長手方向端部（保持リング）
２４６ 第２の長手方向端部（保持リング）
２４８ 第２の長手方向表面（保持リング）
２５０ 穿孔
２５１ 重なり領域
２５２ 中心導電性部分
２５４ 外側非導電性部分（可撓性積層体）
２５６ ＲＦセンサダイ
２５８ 第１のアーム
２６０ コネクタストリップ
２６２ 可撓性積層体の第１の部分
２６４ 第１の可撓性電圧誘起導体
２６６ 第２のアーム
２６８ 可撓性積層体の第２の部分
２７０ 第２の可撓性電圧誘起導体
２７２ 時計回りの方向
２７４ 反時計回りの方向
２７６ 接触領域
２８０ 重なり合っている配置構成
２８２ 重なり領域
２８４ 重なり領域
２８６ 隙間がある配置構成
２８８ 隙間がある領域
２９０ 触れている配置構成