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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024147232
(43)【公開日】2024-10-16
(54)【発明の名称】水力機器光通信装置および水力機器システム
(51)【国際特許分類】
H04B 10/80 20130101AFI20241008BHJP
【ＦＩ】
H04B10/80
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023060112
(22)【出願日】2023-04-03
(71)【出願人】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(71)【出願人】
【識別番号】317015294
【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001092
【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】内田 竜朗
(72)【発明者】
【氏名】中薗 昌彦
【テーマコード（参考）】
5K102
【Ｆターム（参考）】
5K102AL11
5K102KA01
5K102KA42
5K102PB01
5K102PH31
5K102RD28
(57)【要約】
【課題】通信の安定化を容易に実現可能な水力機器光通信装置等を提供する。
【解決手段】実施形態の水力機器光通信装置は、回転側無線通信部と静止側無線通信部とを有し、回転部を内部に備える水力機器に設けられる。回転側無線通信部は、回転部に設置される。静止側無線通信部は、水力機器の外部に設置され、水力機器において水が流れる流路を介して、回転側無線通信部との間において光無線通信を実行する。回転側無線通信部は、回転側送信部を含み、静止側無線通信部は、静止側受信部を含み、光無線通信を行う際には、回転側送信部が送信した第１の光信号を静止側受信部が受信するように構成されている。回転側送信部には、中空円錐形状になるように第１の光信号を静止側受信部へ発散させて送信させる回転側送信用光学部品が設置されている。
【選択図】図４
【解決手段】実施形態の水力機器光通信装置は、回転側無線通信部と静止側無線通信部とを有し、回転部を内部に備える水力機器に設けられる。回転側無線通信部は、回転部に設置される。静止側無線通信部は、水力機器の外部に設置され、水力機器において水が流れる流路を介して、回転側無線通信部との間において光無線通信を実行する。回転側無線通信部は、回転側送信部を含み、静止側無線通信部は、静止側受信部を含み、光無線通信を行う際には、回転側送信部が送信した第１の光信号を静止側受信部が受信するように構成されている。回転側送信部には、中空円錐形状になるように第１の光信号を静止側受信部へ発散させて送信させる回転側送信用光学部品が設置されている。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転部を内部に備える水力機器に設けられる水力機器光通信装置であって、
前記回転部に設置される回転側無線通信部と、
前記水力機器の外部に設置され、前記水力機器において水が流れる流路を介して、前記回転側無線通信部との間において光無線通信を実行する静止側無線通信部と
を有し、
前記回転側無線通信部は、
回転側送信部
を含み、
前記静止側無線通信部は、
静止側受信部
を含み、
前記光無線通信を行う際には、前記回転側送信部が送信した第１の光信号を静止側受信部が受信するように構成されており
前記回転側送信部には、中空円錐形状になるように前記第１の光信号を前記静止側受信部へ発散させて送信させる回転側送信用光学部品が設置されている、
水力機器光通信装置。
前記回転部に設置される回転側無線通信部と、
前記水力機器の外部に設置され、前記水力機器において水が流れる流路を介して、前記回転側無線通信部との間において光無線通信を実行する静止側無線通信部と
を有し、
前記回転側無線通信部は、
回転側送信部
を含み、
前記静止側無線通信部は、
静止側受信部
を含み、
前記光無線通信を行う際には、前記回転側送信部が送信した第１の光信号を静止側受信部が受信するように構成されており
前記回転側送信部には、中空円錐形状になるように前記第１の光信号を前記静止側受信部へ発散させて送信させる回転側送信用光学部品が設置されている、
水力機器光通信装置。
【請求項2】
前記回転側送信用光学部品は、アキシコンレンズを含む、
請求項１に記載の水力機器光通信装置。
請求項１に記載の水力機器光通信装置。
【請求項3】
前記静止側受信部には、前記第１の光信号を前記回転側送信部に集光させて受信させる静止側受信用光学部品が設置されている、
請求項１に記載の水力機器光通信装置。
請求項１に記載の水力機器光通信装置。
【請求項4】
前記静止側受信用光学部品は、凹レンズと凸レンズとを含む、
請求項３に記載の水力機器光通信装置。
請求項３に記載の水力機器光通信装置。
【請求項5】
前記静止側受信用光学部品は、非球面レンズを含む、
請求項３に記載の水力機器光通信装置。
請求項３に記載の水力機器光通信装置。
【請求項6】
前記回転側無線通信部は、
回転側受信部
を含み、
前記静止側無線通信部は、
静止側送信部
を含み、
前記光無線通信を行う際には、前記静止側送信部が送信した第２の光信号を回転側受信部が受信するように構成されており
前記回転側受信部には、前記第２の光信号を前記回転側受信部に集光させて受信させる回転側受信用光学部品が設置されている、
請求項１に記載の水力機器光通信装置。
回転側受信部
を含み、
前記静止側無線通信部は、
静止側送信部
を含み、
前記光無線通信を行う際には、前記静止側送信部が送信した第２の光信号を回転側受信部が受信するように構成されており
前記回転側受信部には、前記第２の光信号を前記回転側受信部に集光させて受信させる回転側受信用光学部品が設置されている、
請求項１に記載の水力機器光通信装置。
【請求項7】
前記回転側受信用光学部品は、凹レンズと凸レンズとを含む、
請求項６に記載の水力機器光通信装置。
請求項６に記載の水力機器光通信装置。
【請求項8】
前記回転側受信用光学部品は、魚眼レンズを含む、
請求項６に記載の水力機器光通信装置。
請求項６に記載の水力機器光通信装置。
【請求項9】
前記静止側送信部には、前記第２の光信号を前記回転側受信部へ発散させて送信させる静止側送信用光学部品が設置されている、
請求項６に記載の水力機器光通信装置。
請求項６に記載の水力機器光通信装置。
【請求項10】
前記静止側送信用光学部品は、シリンドリカルレンズを含む、
請求項９に記載の水力機器光通信装置。
請求項９に記載の水力機器光通信装置。
【請求項11】
回転部を内部に備える水力機器に設けられる水力機器光通信装置であって、
前記回転部に設置される回転側無線通信部と、
前記水力機器の外部に設置され、前記水力機器において水が流れる流路を介して、前記回転側無線通信部との間において光無線通信を実行する静止側無線通信部と
を有し、
前記回転側無線通信部は、
回転側受信部
を含み、
前記静止側無線通信部は、
静止側送信部
を含み、
前記光無線通信を行う際には、前記静止側送信部が送信した第２の光信号を回転側受信部が受信するように構成されており
前記回転側受信部には、前記第２の光信号を前記回転側受信部に集光させて受信させる回転側受信用光学部品が設置されている、
水力機器光通信装置。
前記回転部に設置される回転側無線通信部と、
前記水力機器の外部に設置され、前記水力機器において水が流れる流路を介して、前記回転側無線通信部との間において光無線通信を実行する静止側無線通信部と
を有し、
前記回転側無線通信部は、
回転側受信部
を含み、
前記静止側無線通信部は、
静止側送信部
を含み、
前記光無線通信を行う際には、前記静止側送信部が送信した第２の光信号を回転側受信部が受信するように構成されており
前記回転側受信部には、前記第２の光信号を前記回転側受信部に集光させて受信させる回転側受信用光学部品が設置されている、
水力機器光通信装置。
【請求項12】
回転部を内部に備える水力機器に設けられる水力機器光通信装置であって、
前記回転部に設置される回転側無線通信部と、
前記水力機器の外部に設置され、前記水力機器において水が流れる流路を介して、前記回転側無線通信部との間において光無線通信を実行する静止側無線通信部と
を有し、
前記回転側無線通信部は、
回転側受信部
を含み、
前記静止側無線通信部は、
静止側送信部と、
を含み、
前記光無線通信を行う際には、前記静止側送信部が送信した第２の光信号を回転側受信部が受信するように構成されており
前記静止側送信部には、前記第２の光信号を前記回転側受信部へ発散させて送信させる静止側送信用光学部品が設置されている、
水力機器光通信装置。
前記回転部に設置される回転側無線通信部と、
前記水力機器の外部に設置され、前記水力機器において水が流れる流路を介して、前記回転側無線通信部との間において光無線通信を実行する静止側無線通信部と
を有し、
前記回転側無線通信部は、
回転側受信部
を含み、
前記静止側無線通信部は、
静止側送信部と、
を含み、
前記光無線通信を行う際には、前記静止側送信部が送信した第２の光信号を回転側受信部が受信するように構成されており
前記静止側送信部には、前記第２の光信号を前記回転側受信部へ発散させて送信させる静止側送信用光学部品が設置されている、
水力機器光通信装置。
【請求項13】
回転部を内部に備える水力機器に設けられる水力機器光通信装置であって、
前記回転部に設置される回転側無線通信部と、
前記水力機器の外部に設置され、前記水力機器において水が流れる流路を介して、前記回転側無線通信部との間において光無線通信を実行する静止側無線通信部と
を有し、
前記回転側無線通信部は、
回転側送信部、
を含み、
前記静止側無線通信部は、
静止側受信部
を含み、
前記光無線通信を行う際には、前記回転側送信部が送信した第１の光信号を静止側受信部が受信するように構成されており
前記静止側受信部には、前記第１の光信号を前記回転側送信部に集光させて受信させる静止側受信用光学部品が設置されている、
水力機器光通信装置。
前記回転部に設置される回転側無線通信部と、
前記水力機器の外部に設置され、前記水力機器において水が流れる流路を介して、前記回転側無線通信部との間において光無線通信を実行する静止側無線通信部と
を有し、
前記回転側無線通信部は、
回転側送信部、
を含み、
前記静止側無線通信部は、
静止側受信部
を含み、
前記光無線通信を行う際には、前記回転側送信部が送信した第１の光信号を静止側受信部が受信するように構成されており
前記静止側受信部には、前記第１の光信号を前記回転側送信部に集光させて受信させる静止側受信用光学部品が設置されている、
水力機器光通信装置。
【請求項14】
前記回転側無線通信部は、
前記水力機器に関する測定データを出力する測定部
を含み、
前記測定部によって出力された前記測定データが、前記光無線通信によって、前記回転側無線通信部から前記静止側無線通信部へ送信される、
請求項１に記載の水力機器光通信装置。
前記水力機器に関する測定データを出力する測定部
を含み、
前記測定部によって出力された前記測定データが、前記光無線通信によって、前記回転側無線通信部から前記静止側無線通信部へ送信される、
請求項１に記載の水力機器光通信装置。
【請求項15】
請求項１に記載の水力機器光通信装置。
を備える、
水力機器システム。
を備える、
水力機器システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、水力機器光通信装置および水力機器システムに関する。
【背景技術】
【0002】
水車、ポンプ等の水力機器は、水中において光無線通信を行う場合がある。
【0003】
具体的には、水力機器は、内部構造物の変形等を把握するために、歪ゲージや圧力センサなどの計測器を用いて計測を実行する場合がある。例えば、ギヤポンプ、スクリューポンプ等の容積型流体機械、熱交換器等の各種流体機械、及び、単純な配管等の内部に配置された翼などに関して。計測が実行される。また、水力機器においては、内部の流動を可視化して、機器の健全性を定量的に評価するために、撮像装置を用いて内部の画像を撮影する場合がある。そして、計測器によって取得された計測データ、および、撮像装置によって取得された撮像データ等のデータが、光無線通信によって伝送される。
【0004】
上記の光無線通信を実行する水力機器光通信装置は、例えば、水力機器の回転部に設置された無線通信部と、水力機器の外部に設置された他の無線通信部とを有し、両者の間の光無線通信が、水力機器の流路を流れる水を介して、実行される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１９－２２０８０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上記の光無線通信は、水を介して実行されるため、通信状態が不安定になる場合がある。このため、通信の安定化が求められている。
【0007】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、通信の安定化を容易に実現可能な、水力機器光通信装置および水力機器システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
実施形態の水力機器光通信装置は、回転側無線通信部と静止側無線通信部とを有し、回転部を内部に備える水力機器に設けられる。回転側無線通信部は、回転部に設置される。静止側無線通信部は、水力機器の外部に設置され、水力機器において水が流れる流路を介して、回転側無線通信部との間において光無線通信を実行する。回転側無線通信部は、回転側送信部を含み、静止側無線通信部は、静止側受信部を含み、光無線通信を行う際には、回転側送信部が送信した第１の光信号を静止側受信部が受信するように構成されている。回転側送信部には、中空円錐形状になるように第１の光信号を静止側受信部へ発散させて送信させる回転側送信用光学部品が設置されている。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
実施形態について図面を参照して説明する。以下の実施形態は、一例である。また、図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には、同一の符号又は類似の符号を付している。また、説明の都合上、図面は、寸法比率が実際の比率とは異なる場合があり、一部の構成を省略している場合がある。
【0011】
【0012】
本実施形態の水力機器システム１は、図１に示すように、フランシス水車１００（水力機器）と光通信装置２５（水力機器光通信装置）とを備える。図１では、フランシス水車１００に関しては、鉛直面に沿った断面を模式的に示している。
【0013】
水力機器システム１を構成する各部について順次説明する。
【0014】
［Ａ－１］フランシス水車１００
本実施形態の水力機器システム１において、フランシス水車１００は、図１に示すように、ケーシング２とステーベーン３とガイドベーン４とランナ５と発電機７と吸出し管８とを有し、水力によってランナ５（回転部）が回転するように構成されている水力機器である。
本実施形態の水力機器システム１において、フランシス水車１００は、図１に示すように、ケーシング２とステーベーン３とガイドベーン４とランナ５と発電機７と吸出し管８とを有し、水力によってランナ５（回転部）が回転するように構成されている水力機器である。
【0015】
［Ａ－１－１］ケーシング２
ケーシング２は、渦巻き状であって、内部を水が流れるように構成されている。
ケーシング２は、渦巻き状であって、内部を水が流れるように構成されている。
【0016】
［Ａ－１－２］ステーベーン３
ステーベーン３は、ケーシング２の内側において、複数が周方向に間隔をあけて配置されている。ステーベーン３は、ケーシング２から流入する水をガイドベーン４およびランナ５に導くために設置されている。
ステーベーン３は、ケーシング２の内側において、複数が周方向に間隔をあけて配置されている。ステーベーン３は、ケーシング２から流入する水をガイドベーン４およびランナ５に導くために設置されている。
【0017】
［Ａ－１－３］ガイドベーン４
ガイドベーン４は、ステーベーン３の内側において、複数が周方向に間隔をあけて配置されている。ステーベーン３から流入する水をランナ５に導くために設置されている。複数のガイドベーン４のそれぞれは、回動し開度が変わることによって、ランナ５に流入する水の流量を調節可能に構成されている。
ガイドベーン４は、ステーベーン３の内側において、複数が周方向に間隔をあけて配置されている。ステーベーン３から流入する水をランナ５に導くために設置されている。複数のガイドベーン４のそれぞれは、回動し開度が変わることによって、ランナ５に流入する水の流量を調節可能に構成されている。
【0018】
［Ａ－１－４］ランナ５
ランナ５は、上カバー５１と下カバー（図示省略）との間において、鉛直方向に沿った回転軸Ｘを中心に回転方向Ｒに回転するように構成されている。ここでは、ランナ５は、クラウン９とバンド１０とランナ羽根１１とを有する。
ランナ５は、上カバー５１と下カバー（図示省略）との間において、鉛直方向に沿った回転軸Ｘを中心に回転方向Ｒに回転するように構成されている。ここでは、ランナ５は、クラウン９とバンド１０とランナ羽根１１とを有する。
【0019】
具体的には、ランナ５において、クラウン９は、主軸６に連結されており、鉛直方向に沿った貫通孔を含む。バンド１０は、クラウン９との間にギャップが介在するように配置されている。ランナ羽根１１は、複数であって、複数のランナ羽根１１がクラウン９とバンド１０との間のギャップにおいて、周方向に間隔をあけて配置されている。複数のランナ羽根１１は、クラウン９とバンド１０とのそれぞれに接合されている。
【0020】
ランナ５には、ランナコーン２０がクラウン９の下面に連結されている。ランナコーン２０は、例えば、上方から下方に向かって外径が小さくなっている円錐台部を有し、例えば、ボルト等を用いてクラウン９に固定されている。ランナコーン２０は、例えば、中空構造であって、内部空間を含む。ここでは、ランナコーン２０の内部空間は、例えば、上方側の内径が、下方側の内径よりも小さくなるように構成されており、クラウン９の貫通孔に連通している。
【0021】
［Ａ－１－５］発電機７
発電機７は、ランナ５の上方に位置しており、主軸６を介してランナ５に連結されており、ランナ５の回転によって発電を行うように構成されている。
発電機７は、ランナ５の上方に位置しており、主軸６を介してランナ５に連結されており、ランナ５の回転によって発電を行うように構成されている。
【0022】
［Ａ－１－６］吸出し管８
吸出し管８は、ランナ５の下方に位置しており、下池（図示省略）または放水路（図示省略）に連結されている。
吸出し管８は、ランナ５の下方に位置しており、下池（図示省略）または放水路（図示省略）に連結されている。
【0023】
吸出し管８には、ドラフトマンホール２１が設けられている。ドラフトマンホール２１は、吸出し管８の外部から内部を観察するために設置されている。ここでは、ドラフトマンホール２１は、吸出し管８の外周面において回転軸Ｘから半径方向に離間した部分に設けられている。
【0024】
この他に、ドラフトマンホール２１には、透過窓が設けられている。透過窓は、光通信装置２５において光無線通信が実行される際に用いられる光信号が透過する光透過材料で構成されている。例えば、光透過材料は、ガラス、及び、透明樹脂などであって、透過率が９０％以上の材料が好ましい。光透過材料は、屈折率が１．３３に近い値であって、高い圧力に耐える高耐圧性材料であることが好ましい。より具体的には、光信号が可視光である場合には、光透過材料は、ガラス、アクリル樹脂、または、ポリカーボネートなどのように、透過率が高い材料であることが好ましい。この他に、光透過材料は、水と屈折率が等しいフッ素モノマー重合材であってもよい。
【0025】
［Ａ－１－７］フランシス水車１００の動作
上記のフランシス水車１００の動作について説明する。
上記のフランシス水車１００の動作について説明する。
【0026】
［Ａ－１－７－１］水車運転（発電運転）
本実施形態のフランシス水車１００において、水車運転（発電運転）を実行する際には、上池（図示省略）から水圧鉄管（図示省略）を経由して水がケーシング２に流入する。そして、ケーシング２からステーベーン３とガイドベーン４とを順次介して、水がランナ５に導入され、ランナ５の外周側から内周側へ流れる。これにより、ランナ５が回転軸Ｘを中心にして主軸６と共に回転方向Ｒに回転する。すなわち、ランナ５において、水の圧力エネルギーが回転エネルギーへ変換される。そして、ランナ５の回転エネルギーが主軸６を介して発電機７に伝達され、発電機７が発電を行う。水車運転の実行の際に、ランナ５から流出した水は、吸出し管８を介して、下池または放水路に放出される。
本実施形態のフランシス水車１００において、水車運転（発電運転）を実行する際には、上池（図示省略）から水圧鉄管（図示省略）を経由して水がケーシング２に流入する。そして、ケーシング２からステーベーン３とガイドベーン４とを順次介して、水がランナ５に導入され、ランナ５の外周側から内周側へ流れる。これにより、ランナ５が回転軸Ｘを中心にして主軸６と共に回転方向Ｒに回転する。すなわち、ランナ５において、水の圧力エネルギーが回転エネルギーへ変換される。そして、ランナ５の回転エネルギーが主軸６を介して発電機７に伝達され、発電機７が発電を行う。水車運転の実行の際に、ランナ５から流出した水は、吸出し管８を介して、下池または放水路に放出される。
【0027】
［Ａ－１－７－２］ポンプ運転（揚水運転）
本実施形態のフランシス水車１００は、水車運転（発電運転）の他に、ポンプ運転（揚水運転）を実行可能に構成されていてもよい。つまり、回転電機を発電機７として用いる以外に電動機として用いてもよい。ポンプ運転（揚水運転）を実行する際には、回転電機（電動機）に電力を供給して駆動させることによって、ランナ５を回転させる。これにより、吸出し管８を介して、下池の水が吸い上げられ、その吸い上げられた水が上池に放出される。この際、ガイドベーン４の開度は、ポンプ揚程に応じて適切な揚水量になるように変えられる。
本実施形態のフランシス水車１００は、水車運転（発電運転）の他に、ポンプ運転（揚水運転）を実行可能に構成されていてもよい。つまり、回転電機を発電機７として用いる以外に電動機として用いてもよい。ポンプ運転（揚水運転）を実行する際には、回転電機（電動機）に電力を供給して駆動させることによって、ランナ５を回転させる。これにより、吸出し管８を介して、下池の水が吸い上げられ、その吸い上げられた水が上池に放出される。この際、ガイドベーン４の開度は、ポンプ揚程に応じて適切な揚水量になるように変えられる。
【0028】
なお、本実施形態では、水力機器がフランシス水車１００である場合について説明するが、これに限らない、水力機器は、フランシス水車１００以外であってもよい。
【0029】
［Ａ－２］光通信装置２５（水力機器光通信装置）
本実施形態の水力機器システム１において、光通信装置２５は、図１に示すように、回転側無線通信部３０（第１無線通信部）と静止側無線通信部４０（第２無線通信部）とを有し、フランシス水車１００に設けられる。ここでは、光通信装置２５は、回転側無線通信部３０と静止側無線通信部４０との間の光無線通信が、フランシス水車１００において水が流れる流路を介して実行されるように構成されている。回転側無線通信部３０と静止側無線通信部４０との間において光無線通信が行われる距離は、例えば、１０ｍｍ以上であって、本実施形態の光無線通信は、いわゆる近距離無線とは相違する。
本実施形態の水力機器システム１において、光通信装置２５は、図１に示すように、回転側無線通信部３０（第１無線通信部）と静止側無線通信部４０（第２無線通信部）とを有し、フランシス水車１００に設けられる。ここでは、光通信装置２５は、回転側無線通信部３０と静止側無線通信部４０との間の光無線通信が、フランシス水車１００において水が流れる流路を介して実行されるように構成されている。回転側無線通信部３０と静止側無線通信部４０との間において光無線通信が行われる距離は、例えば、１０ｍｍ以上であって、本実施形態の光無線通信は、いわゆる近距離無線とは相違する。
【0030】
本実施形態の光通信装置２５は、図１に示すように、例えば、ドラフトマンホール２１を介して、回転側無線通信部３０と静止側無線通信部４０との間の光無線通信が実行できるように、回転側無線通信部３０と静止側無線通信部４０とが配置されている。
【0031】
［Ａ－２－１］回転側無線通信部３０
光通信装置２５において、回転側無線通信部３０は、図１に示すように、フランシス水車１００において回転部であるランナコーン２０に設置されている。ここでは、回転側無線通信部３０は、例えば、ランナコーン２０に形成された内部空間に小型発電機器（図示省略）と共に配置されており、小型発電機器（図示省略）から供給される電力で動作する。
光通信装置２５において、回転側無線通信部３０は、図１に示すように、フランシス水車１００において回転部であるランナコーン２０に設置されている。ここでは、回転側無線通信部３０は、例えば、ランナコーン２０に形成された内部空間に小型発電機器（図示省略）と共に配置されており、小型発電機器（図示省略）から供給される電力で動作する。
【0032】
図２は、第１実施形態に係る光通信装置２５において、回転側無線通信部３０の要部を模式的に示す図である。
【0033】
回転側無線通信部３０は、図２に示すように、測定センサ３００と電気回路３０２と直流電源３０４と増幅器３０６とＡＤ変換器３０８と回転側データ収録器３１０（第１データ収録器）と回転側ネットワークプロトコル変換器３１２（第１ネットワークプロトコル変換器）と回転側撮像装置３１４（第１撮像装置）と回転側撮像制御器３１６（第１撮像制御器）と回転側無線通信器３１８（第１無線通信器）とを有する。この他に、本実施形態では、回転側無線通信部３０は、回転側送信用光学部品３１９ａと回転側受信用光学部品３１９ｂとを有する。回転側無線通信部３０において、測定センサ３００、電気回路３０２、直流電源３０４、増幅器３０６、および、ＡＤ変換器３０８は、測定部を構成している。
【0034】
［Ａ－２－１－１］測定センサ３００
測定センサ３００は、フランシス水車１００を構成するランナ５（図１参照）に関する測定データを出力するように構成されている。測定センサ３００は、少なくとも１つであって、例えば、ランナ５の表面に貼り付けられている。ここでは、測定センサ３００は、例えば、ランナ５の表面歪または応力を測定し、測定データを出力する。この他に、測定センサ３００は、ランナ５内の圧力、温度、振動などの値を測定データとして出力するように構成されていてもよい。
測定センサ３００は、フランシス水車１００を構成するランナ５（図１参照）に関する測定データを出力するように構成されている。測定センサ３００は、少なくとも１つであって、例えば、ランナ５の表面に貼り付けられている。ここでは、測定センサ３００は、例えば、ランナ５の表面歪または応力を測定し、測定データを出力する。この他に、測定センサ３００は、ランナ５内の圧力、温度、振動などの値を測定データとして出力するように構成されていてもよい。
【0035】
［Ａ－２－１－２］電気回路３０２
電気回路３０２は、例えば、ブリッジ回路であって、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２と第３抵抗Ｒ３とを含む。電気回路３０２においては、測定センサ３００の一端に第１抵抗Ｒ１の一端が接続され、測定センサ３００の他端に第２抵抗Ｒ２の一端が接続されている。第１抵抗Ｒ１の他端に第３抵抗Ｒ３の一端が接続され、第２抵抗Ｒ２の他端が第３抵抗Ｒ３の他端に接続されている。
電気回路３０２は、例えば、ブリッジ回路であって、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２と第３抵抗Ｒ３とを含む。電気回路３０２においては、測定センサ３００の一端に第１抵抗Ｒ１の一端が接続され、測定センサ３００の他端に第２抵抗Ｒ２の一端が接続されている。第１抵抗Ｒ１の他端に第３抵抗Ｒ３の一端が接続され、第２抵抗Ｒ２の他端が第３抵抗Ｒ３の他端に接続されている。
【0036】
測定センサ３００の他端と第１抵抗Ｒ１の他端とのそれぞれには、直流電源３０４が接続されている。そして、測定センサ３００の一端と第２抵抗Ｒ２の他端とのそれぞれには、増幅器３０６が接続されている。このため、測定センサ３００が出力する測定データは、アナログ電圧の計測信号として、増幅器３０６によって増幅される。
【0037】
［Ａ－２－１－３］ＡＤ変換器３０８
ＡＤ変換器３０８は、増幅器３０６に接続されており、増幅器３０６によって増幅された測定データをアナログ信号からデジタル信号に変換する。
ＡＤ変換器３０８は、増幅器３０６に接続されており、増幅器３０６によって増幅された測定データをアナログ信号からデジタル信号に変換する。
【0038】
［Ａ－２－１－４］回転側データ収録器３１０
回転側データ収録器３１０は、ＡＤ変換器３０８に接続されている記録装置であって、ＡＤ変換器３０８によってデジタル信号に変換された測定データを時系列に記録する。
回転側データ収録器３１０は、ＡＤ変換器３０８に接続されている記録装置であって、ＡＤ変換器３０８によってデジタル信号に変換された測定データを時系列に記録する。
【0039】
［Ａ－２－１－５］回転側ネットワークプロトコル変換器３１２
回転側ネットワークプロトコル変換器３１２は、回転側データ収録器３１０に記録された測定データをネットワークプロトコル形式に変換し、回転側無線通信器３１８に出力する。
回転側ネットワークプロトコル変換器３１２は、回転側データ収録器３１０に記録された測定データをネットワークプロトコル形式に変換し、回転側無線通信器３１８に出力する。
【0040】
［Ａ－２－１－６］回転側撮像装置３１４
回転側撮像装置３１４は、静止画の撮影及び動画の撮影が可能なカメラであって、画像データを生成するように構成されている。
回転側撮像装置３１４は、静止画の撮影及び動画の撮影が可能なカメラであって、画像データを生成するように構成されている。
【0041】
［Ａ－２－１－７］回転側撮像制御器３１６
回転側撮像制御器３１６は、回転側撮像装置３１４に接続されており、回転側撮像装置３１４の撮像動作を制御する。回転側撮像制御器３１６は、演算器（図示省略）とメモリ装置（図示省略）とを含み、メモリ装置が記憶しているプログラムを用いて演算器が演算処理を行うことによって、上記の制御を行うように構成されている。ここでは、回転側撮像制御器３１６は、回転側撮像装置３１４の撮像によって得た画像データが、回転側データ収録器３１０において時系列に収録されるように制御を行う。
回転側撮像制御器３１６は、回転側撮像装置３１４に接続されており、回転側撮像装置３１４の撮像動作を制御する。回転側撮像制御器３１６は、演算器（図示省略）とメモリ装置（図示省略）とを含み、メモリ装置が記憶しているプログラムを用いて演算器が演算処理を行うことによって、上記の制御を行うように構成されている。ここでは、回転側撮像制御器３１６は、回転側撮像装置３１４の撮像によって得た画像データが、回転側データ収録器３１０において時系列に収録されるように制御を行う。
【0042】
［Ａ－２－１－８］回転側無線通信器３１８
回転側無線通信器３１８は、図２に示すように、回転側送信部３１８０ａ（第１送信部）と回転側受信部３１８０ｂ（第１受信部）と回転側制御部３１８０ｃ（第１制御部）とを含み、静止側無線通信部４０との間の光無線通信を実行可能に構成されている。
回転側無線通信器３１８は、図２に示すように、回転側送信部３１８０ａ（第１送信部）と回転側受信部３１８０ｂ（第１受信部）と回転側制御部３１８０ｃ（第１制御部）とを含み、静止側無線通信部４０との間の光無線通信を実行可能に構成されている。
【0043】
［Ａ－２－１－８－１］回転側送信部３１８０ａ
回転側送信部３１８０ａは、回転側ネットワークプロトコル変換器３１２によって変換された測定データについて、電気信号から光信号に変換し、その光信号（第１の光信号）を送信する。ここでは、回転側送信部３１８０ａは、その変換した光信号を、例えば、可視光のレーザ光Ｌ３０として出射する。回転側送信部３１８０ａは、高速通信の性能を向上させるために、例えば、広がり角が２０°未満であるレーザ光Ｌ３０を出射するレーザを光源として有する。
回転側送信部３１８０ａは、回転側ネットワークプロトコル変換器３１２によって変換された測定データについて、電気信号から光信号に変換し、その光信号（第１の光信号）を送信する。ここでは、回転側送信部３１８０ａは、その変換した光信号を、例えば、可視光のレーザ光Ｌ３０として出射する。回転側送信部３１８０ａは、高速通信の性能を向上させるために、例えば、広がり角が２０°未満であるレーザ光Ｌ３０を出射するレーザを光源として有する。
【0044】
［Ａ－２－１－８－２］回転側受信部３１８０ｂ
回転側受信部３１８０ｂは、静止側無線通信部４０から送信された光信号（第２の光信号）を受信する。ここでは、回転側受信部３１８０ｂは、例えば、光電子増倍管を含み、静止側無線通信部４０からレーザ光Ｌ４０として出射された光信号を光電子増倍管が受光するように構成されている。
回転側受信部３１８０ｂは、静止側無線通信部４０から送信された光信号（第２の光信号）を受信する。ここでは、回転側受信部３１８０ｂは、例えば、光電子増倍管を含み、静止側無線通信部４０からレーザ光Ｌ４０として出射された光信号を光電子増倍管が受光するように構成されている。
【0045】
［Ａ－２－１－８－３］回転側制御部３１８０ｃ
回転側制御部３１８０ｃは、演算器（図示省略）とメモリ装置（図示省略）とを含み、メモリ装置が記憶しているプログラムを用いて演算器が演算処理を行うことによって、回転側無線通信部３０を構成する各部の動作を制御するように構成されている。ここでは、回転側制御部３１８０ｃは、例えば、静止側無線通信部４０から送信された光信号に基づいて、各部の動作を制御する。
回転側制御部３１８０ｃは、演算器（図示省略）とメモリ装置（図示省略）とを含み、メモリ装置が記憶しているプログラムを用いて演算器が演算処理を行うことによって、回転側無線通信部３０を構成する各部の動作を制御するように構成されている。ここでは、回転側制御部３１８０ｃは、例えば、静止側無線通信部４０から送信された光信号に基づいて、各部の動作を制御する。
【0046】
［Ａ－２－１－９］回転側送信用光学部品３１９ａ，回転側受信用光学部品３１９ｂ
回転側送信用光学部品３１９ａは、回転側送信部３１８０ａがレーザ光Ｌ３０を出射する光出射面に設置されている。詳細については後述するが、回転側送信用光学部品３１９ａは、回転側送信部３１８０ａが光信号として出射したレーザ光Ｌ３０を静止側無線通信部４０（静止側受信部４０００ｂ）へ発散させて送信させるように構成されている。
回転側送信用光学部品３１９ａは、回転側送信部３１８０ａがレーザ光Ｌ３０を出射する光出射面に設置されている。詳細については後述するが、回転側送信用光学部品３１９ａは、回転側送信部３１８０ａが光信号として出射したレーザ光Ｌ３０を静止側無線通信部４０（静止側受信部４０００ｂ）へ発散させて送信させるように構成されている。
【0047】
回転側受信用光学部品３１９ｂは、回転側受信部３１８０ｂがレーザ光Ｌ４０を受光する受光面に設置されている。詳細については後述するが、回転側受信用光学部品３１９ｂは、光信号として入射するレーザ光Ｌ４０を回転側受信部３１８０ｂに集光させて受信させるように構成されている。
【0048】
［Ａ－２－２］静止側無線通信部４０
光通信装置２５において、静止側無線通信部４０は、図１に示すように、フランシス水車１００の外部に設置されている。静止側無線通信部４０は、静止体である。
光通信装置２５において、静止側無線通信部４０は、図１に示すように、フランシス水車１００の外部に設置されている。静止側無線通信部４０は、静止体である。
【0049】
図３は、第１実施形態に係る光通信装置２５において、静止側無線通信部４０の要部を模式的に示す図である。
【0050】
静止側無線通信部４０は、図３に示すように、静止側無線通信器４００（第２無線通信器）と静止側ネットワークプロトコル変換器４０２ａ（第２ネットワークプロトコル変換器）と静止側データ収録器４０２ｂ（第２データ収録器）と静止側撮像制御器４０２ｃ（第２撮像制御器）と静止側撮像装置４０４（第２撮像装置）と表示部４０６と操作部４０８とを有する。この他に、本実施形態の静止側無線通信部４０は、静止側送信用光学部品４００２ａと静止側受信用光学部品４００２ｂとを有する。静止側無線通信部４０において、静止側ネットワークプロトコル変換器４０２ａ、静止側データ収録器４０２ｂ、および、静止側撮像制御器４０２ｃは、制御処理装置４０２を構成している。
【0051】
［Ａ－２－２－１］静止側無線通信器４００
静止側無線通信器４００は、図３に示すように、静止側送信部４０００ａ（第２送信部）と静止側受信部４０００ｂ（第２受信部）と静止側制御部４０００ｃ（第２制御部）とを含み、回転側無線通信部３０との間の光無線通信を実行可能に構成されている。
静止側無線通信器４００は、図３に示すように、静止側送信部４０００ａ（第２送信部）と静止側受信部４０００ｂ（第２受信部）と静止側制御部４０００ｃ（第２制御部）とを含み、回転側無線通信部３０との間の光無線通信を実行可能に構成されている。
【0052】
［Ａ－２－２－１－１］静止側送信部４０００ａ
静止側送信部４０００ａは、静止側ネットワークプロトコル変換器４０２ａによって変換されたデータについて、電気信号から光信号に変換し、その光信号（第２の光信号）を送信する。ここでは、静止側送信部４０００ａは、その変換した光信号を、例えば、可視光のレーザ光Ｌ４０として出射する。静止側送信部４０００ａは、高速通信の性能を向上させるために、例えば、広がり角が２０°未満であるレーザ光Ｌ４０を出射するレーザを光源として有する。
静止側送信部４０００ａは、静止側ネットワークプロトコル変換器４０２ａによって変換されたデータについて、電気信号から光信号に変換し、その光信号（第２の光信号）を送信する。ここでは、静止側送信部４０００ａは、その変換した光信号を、例えば、可視光のレーザ光Ｌ４０として出射する。静止側送信部４０００ａは、高速通信の性能を向上させるために、例えば、広がり角が２０°未満であるレーザ光Ｌ４０を出射するレーザを光源として有する。
【0053】
［Ａ－２－２－１－２］静止側受信部４０００ｂ
静止側受信部４０００ｂは、回転側無線通信部３０から送信された光信号（第１の光信号）を受信する。ここでは、静止側受信部４０００ｂは、例えば、光電子増倍管を含み、回転側無線通信部３０からレーザ光Ｌ３０として出射された光信号を光電子増倍管が受光するように構成されている。静止側受信部４０００ｂが受信した光信号は、電気信号に変換されて、静止側ネットワークプロトコル変換器４０２ａに出力される。
静止側受信部４０００ｂは、回転側無線通信部３０から送信された光信号（第１の光信号）を受信する。ここでは、静止側受信部４０００ｂは、例えば、光電子増倍管を含み、回転側無線通信部３０からレーザ光Ｌ３０として出射された光信号を光電子増倍管が受光するように構成されている。静止側受信部４０００ｂが受信した光信号は、電気信号に変換されて、静止側ネットワークプロトコル変換器４０２ａに出力される。
【0054】
［Ａ－２－２－１－３］静止側制御部４０００ｃ
静止側制御部４０００ｃは、演算器（図示省略）とメモリ装置（図示省略）とを含み、メモリ装置が記憶しているプログラムを用いて演算器が演算処理を行うことによって、静止側無線通信部４０を構成する各部の動作を制御するように構成されている。ここでは、静止側制御部４０００ｃは、例えば、回転側無線通信部３０から送信された光信号に基づいて、各部の動作を制御する。
静止側制御部４０００ｃは、演算器（図示省略）とメモリ装置（図示省略）とを含み、メモリ装置が記憶しているプログラムを用いて演算器が演算処理を行うことによって、静止側無線通信部４０を構成する各部の動作を制御するように構成されている。ここでは、静止側制御部４０００ｃは、例えば、回転側無線通信部３０から送信された光信号に基づいて、各部の動作を制御する。
【0055】
［Ａ－２－２－２］静止側ネットワークプロトコル変換器４０２ａ
静止側ネットワークプロトコル変換器４０２ａは、静止側無線通信器４００から供給された電気信号をネットワークプロトコル形式に変換し、静止側データ収録器４０２ｂに出力する。
静止側ネットワークプロトコル変換器４０２ａは、静止側無線通信器４００から供給された電気信号をネットワークプロトコル形式に変換し、静止側データ収録器４０２ｂに出力する。
【0056】
［Ａ－２－２－３］静止側データ収録器４０２ｂ
静止側データ収録器４０２ｂは、静止側ネットワークプロトコル変換器４０２ａに接続されている記録装置であって、静止側ネットワークプロトコル変換器４０２ａによって変換された電気信号を時系列に記録する。
静止側データ収録器４０２ｂは、静止側ネットワークプロトコル変換器４０２ａに接続されている記録装置であって、静止側ネットワークプロトコル変換器４０２ａによって変換された電気信号を時系列に記録する。
【0057】
［Ａ－２－２－４］静止側撮像制御器４０２ｃ
静止側撮像制御器４０２ｃは、静止側撮像装置４０４に接続されており、静止側撮像装置４０４の撮像動作を制御する。静止側撮像制御器４０２ｃは、演算器（図示省略）とメモリ装置（図示省略）とを含み、メモリ装置が記憶しているプログラムを用いて演算器が演算処理を行うことによって、上記の制御を行うように構成されている。ここでは、静止側撮像制御器４０２ｃは、静止側撮像装置４０４の撮像によって得た画像データが、静止側データ収録器４０２ｂにおいて時系列に収録されるように制御を行う。また、静止側撮像制御器４０２ｃは、光通信装置２５を構成する各部の動作を制御するように構成されていてもよい。
静止側撮像制御器４０２ｃは、静止側撮像装置４０４に接続されており、静止側撮像装置４０４の撮像動作を制御する。静止側撮像制御器４０２ｃは、演算器（図示省略）とメモリ装置（図示省略）とを含み、メモリ装置が記憶しているプログラムを用いて演算器が演算処理を行うことによって、上記の制御を行うように構成されている。ここでは、静止側撮像制御器４０２ｃは、静止側撮像装置４０４の撮像によって得た画像データが、静止側データ収録器４０２ｂにおいて時系列に収録されるように制御を行う。また、静止側撮像制御器４０２ｃは、光通信装置２５を構成する各部の動作を制御するように構成されていてもよい。
【0058】
［Ａ－２－２－５］静止側撮像装置４０４
静止側撮像装置４０４は、静止画の撮影及び動画の撮影が可能なカメラであって、画像データを生成するように構成されている。静止側撮像装置４０４は、例えば、ドラフトマンホール２１の透過窓を介して、吸出し管８の内部について撮像する。
静止側撮像装置４０４は、静止画の撮影及び動画の撮影が可能なカメラであって、画像データを生成するように構成されている。静止側撮像装置４０４は、例えば、ドラフトマンホール２１の透過窓を介して、吸出し管８の内部について撮像する。
【0059】
［Ａ－２－２－６］表示部４０６
表示部４０６は、例えば、モニタ（ディスプレイ）を含み、静止側撮像制御器４０２ｃを介して、静止側データ収録器４０２ｂが記憶している画像データを、表示画面に表示するように構成されている。
表示部４０６は、例えば、モニタ（ディスプレイ）を含み、静止側撮像制御器４０２ｃを介して、静止側データ収録器４０２ｂが記憶している画像データを、表示画面に表示するように構成されている。
【0060】
［Ａ－２－２－７］操作部４０８
操作部４０８は、例えば、キーボード、マウス等のユーザインターフェイス装置を含み、ユーザの操作に応じて操作信号を静止側撮像制御器４０２ｃに出力する。静止側撮像制御器４０２ｃは、操作信号に基づいて、各部の動作を制御する。
操作部４０８は、例えば、キーボード、マウス等のユーザインターフェイス装置を含み、ユーザの操作に応じて操作信号を静止側撮像制御器４０２ｃに出力する。静止側撮像制御器４０２ｃは、操作信号に基づいて、各部の動作を制御する。
【0061】
［Ａ－２－２－８］静止側送信用光学部品４００２ａ，静止側受信用光学部品４００２ｂ
静止側送信用光学部品４００２ａは、静止側送信部４０００ａがレーザ光Ｌ４０を出射する光出射面に設置されている。詳細については後述するが、静止側送信用光学部品４００２ａは、静止側送信部４０００ａが光信号として出射したレーザ光Ｌ４０を回転側無線通信部３０（回転側受信部３１８０ｂ）へ発散させて送信させるように構成されている。
静止側送信用光学部品４００２ａは、静止側送信部４０００ａがレーザ光Ｌ４０を出射する光出射面に設置されている。詳細については後述するが、静止側送信用光学部品４００２ａは、静止側送信部４０００ａが光信号として出射したレーザ光Ｌ４０を回転側無線通信部３０（回転側受信部３１８０ｂ）へ発散させて送信させるように構成されている。
【0062】
静止側受信用光学部品４００２ｂは、静止側受信部４０００ｂがレーザ光Ｌ３０を受光する受光面に設置されている。詳細については後述するが、静止側受信用光学部品４００２ｂは、光信号として入射するレーザ光Ｌ３０を静止側受信部４０００ｂに集光させて受信させるように構成されている。
【0063】
［Ｂ］光学部品３１９ａ，３１９ｂ，４００２ａ，４００２ｂの詳細
上記した光学部品３１９ａ，３１９ｂ，４００２ａ，４００２ｂのそれぞれの詳細内容について説明する。
上記した光学部品３１９ａ，３１９ｂ，４００２ａ，４００２ｂのそれぞれの詳細内容について説明する。
【0064】
［Ｂ－１］回転側送信用光学部品３１９ａ
図４は、第１実施形態に係る光通信装置２５において、回転側送信用光学部品３１９ａを模式的に示す図である。
図４は、第１実施形態に係る光通信装置２５において、回転側送信用光学部品３１９ａを模式的に示す図である。
【0065】
図４では、回転側送信部３１８０ａから出射された後に、回転側送信用光学部品３１９ａを通過したレーザ光Ｌ３０の形状に関して、ハッチングを付して図示している。なお、図４において右側に位置する図は、図４において左側に位置する図のうち太い実線で示す部分の面（回転軸Ｘが直交する面）の様子を図示している。
【0066】
図４に示すように、本実施形態の回転側送信用光学部品３１９ａは、例えば、アキシコンレンズを含み、発散レンズとして機能するように構成されている。ここでは、回転側送信部３１８０ａから光信号として出射されたレーザ光Ｌ３０は、回転側送信用光学部品３１９ａを構成するアキシコンレンズによって、中空円錐形状に発散された状態で、静止側受信部４０００ｂに送信される。アキシコンレンズは、アルファ角αと頂角πとで規定される円錐形状のプリズムであって、例えば、レーザ光Ｌ３０が静止側受信部４０００ｂに受光される中空円錐形状になるように、アルファ角αと頂角πとが設定されたアキシコンレンズが用いられる。
【0067】
具体的には、本実施形態では、回転側送信部３１８０ａは、ランナコーン２０が回転した状態であってもレーザ光Ｌ３０の光軸の位置を同じにするために、レーザ光Ｌ３０の光軸を回転軸Ｘに一致させてレーザ光Ｌ３０を出射する。そして、回転側送信部３１８０ａから出射されたレーザ光Ｌ３０は、回転側送信用光学部品３１９ａから中空円錐形状に発散した状態で出射される。つまり、回転側送信用光学部品３１９ａから出射されるレーザ光Ｌ３０は、回転軸Ｘに直交する面における形状が円環形状（同心円状）である。回転側送信用光学部品３１９ａから出射される円環形状のレーザ光Ｌ３０は、進行方向において一定の厚みであって、進行方向に沿って円環形状の径が一定の割合で増加する。そして、回転側送信用光学部品３１９ａによって中空円錐形状に発散されたレーザ光Ｌ３０は、ドラフトマンホール２１（図１参照）を介して、静止側受信部４０００ｂに入射し、静止側受信部４０００ｂにおいて受光される。
【0068】
したがって、本実施形態では、ランナコーン２０が回転した状態で回転側送信部３１８０ａから第１の光信号として出射されたレーザ光Ｌ３０が、回転側送信用光学部品３１９ａによって中空円錐形状に発散される。このため、本実施形態では、既存のドラフトマンホール２１を介して、回転側送信部３１８０ａから第１の光信号として出射されたレーザ光Ｌ３０が、静止側受信部４０００ｂにおいて安定的に受光される。その結果、本実施形態では、通信の安定化を容易に実現することができる。
【0069】
また、回転側送信部３１８０ａから出射されたレーザ光Ｌ３０が、回転側送信用光学部品３１９ａによって、静止側受信部４０００ｂへ直進するため、ドラフトマンホール２１の透過窓を小さくすることができる。その結果、吸出し管８の強度低下が抑制されるので、信頼性を向上可能である。
【0070】
［Ｂ－２］回転側受信用光学部品３１９ｂ
図５は、第１実施形態に係る光通信装置２５において、回転側受信用光学部品３１９ｂを模式的に示す図である。図５において、一点鎖線は、例えば、静止側送信部４０００ａの光出射面と、回転側受信部３１８０ｂの受光面とを結ぶ線に相当する。
図５は、第１実施形態に係る光通信装置２５において、回転側受信用光学部品３１９ｂを模式的に示す図である。図５において、一点鎖線は、例えば、静止側送信部４０００ａの光出射面と、回転側受信部３１８０ｂの受光面とを結ぶ線に相当する。
【0071】
図５に示すように、本実施形態の回転側受信用光学部品３１９ｂは、例えば、凸レンズ３１９ｂ＿１と凹レンズ３１９ｂ＿２とを含み、集光レンズとして機能するように構成されている。回転側受信用光学部品３１９ｂでは、静止側送信部４０００ａ（図３）から第２の光信号として出射されたレーザ光Ｌ４０が、凹レンズ３１９ｂ＿２と凸レンズ３１９ｂ＿１とを順次介して、回転側受信部３１８０ｂに集光される。そして、その集光されたレーザ光Ｌ４０は、既存のドラフトマンホール２１を介して、回転側受信部３１８０ｂにおいて受光される。
【0072】
したがって、本実施形態では、既存のドラフトマンホール２１を介して、静止側送信部４０００ａから第２の光信号として出射されたレーザ光Ｌ４０が、回転側受信部３１８０ｂにおいて安定的に受光される。その結果、本実施形態では、通信の安定化を容易に実現することができる。
【0073】
回転側受信用光学部品３１９ｂは、上記の構成以外であってもよい。
【0074】
図６は、第１実施形態に係る光通信装置２５において、回転側受信用光学部品３１９ｂの他の例を模式的に示す図である。図６において、一点鎖線は、例えば、静止側送信部４０００ａの光出射面と、回転側受信部３１８０ｂの受光面とを結ぶ線に相当する。
【0075】
図６に示すように、本実施形態の回転側受信用光学部品３１９ｂは、例えば、第１非球面レンズ３１９ｂ＿１１と第２非球面レンズ３１９ｂ＿２１と第３非球面レンズ３１９ｂ＿３１とを含む魚眼レンズであって、静止側送信部４０００ａ（図３）から第２の光信号として出射されたレーザ光Ｌ４０が、魚眼レンズを構成する各非球面レンズを順次介して、回転側受信部３１８０ｂに集光される。つまり、レーザ光Ｌ４０は、超広角領域から魚眼レンズに入射し、集光される。そして、その集光されたレーザ光Ｌ４０は、既存のドラフトマンホール２１を介して、回転側受信部３１８０ｂにおいて受光される。したがって、上記の場合と同様に、通信の安定化を容易に実現することができる。
【0076】
［Ｂ－３］静止側送信用光学部品４００２ａ
図７は、第１実施形態に係る光通信装置２５において、静止側送信用光学部品４００２ａを模式的に示す図である。
図７は、第１実施形態に係る光通信装置２５において、静止側送信用光学部品４００２ａを模式的に示す図である。
【0077】
図７では、静止側送信部４０００ａから出射された後に、静止側送信用光学部品４００２ａを通過したレーザ光Ｌ４０の形状に関して、ハッチングを付して図示している。なお、図７において右側に位置する図は、図７において左側に位置する図のうち太い実線で示す部分の面（回転軸Ｘが直交する面）の様子を図示している。また、図７において、一点鎖線は、例えば、静止側送信部４０００ａの光出射面と、回転側受信部３１８０ｂの受光面とを結ぶ線に相当する。
【0078】
図７に示すように、静止側送信用光学部品４００２ａは、例えば、平凹型のシリンドリカルレンズを含み、発散レンズとして機能するように構成されている。ここでは、静止側送信部４０００ａが光信号として出射したレーザ光Ｌ４０は、光軸に直交する面における形状がシート形状（帯状）になる。そのシート状のレーザ光Ｌ４０の幅が、進行方向に沿って一定の割合で増加する。そして、静止側送信用光学部品４００２ａによって発散されたレーザ光Ｌ４０は、ドラフトマンホール２１（図１参照）を介して、回転側受信部３１８０ｂに入射し、回転側受信部３１８０ｂにおいて受光される。
【0079】
したがって、本実施形態では、静止側送信部４０００ａから第２の光信号として出射されたレーザ光Ｌ４０が、静止側送信用光学部品４００２ａによってシート形状で発散される。このため、ランナコーン２０が回転した状態であるために回転側受信部３１８０ｂが振動した状態である場合であっても、既存のドラフトマンホール２１を介して、静止側送信部４０００ａから第２の光信号として出射されたレーザ光Ｌ４０が、回転側受信部３１８０ｂにおいて安定的に受光される。その結果、本実施形態では、通信の安定化を容易に実現することができる。
【0080】
なお、上記の静止側送信用光学部品４００２ａは、シリンドリカルレンズを含む場合について説明したが、これに限らない。例えば、静止側送信用光学部品４００２ａは、同様な効果を得るように、凹レンズ、凸レンズなどのレンズを用いて構成されていてもよい。
【0081】
［Ｂ－４］静止側受信用光学部品４００２ｂ
図８は、第１実施形態に係る光通信装置２５において、静止側受信用光学部品４００２ｂを模式的に示す図である。図８において、一点鎖線は、例えば、回転側送信部３１８０ａの光出射面と、静止側受信部４０００ｂの受光面とを結ぶ線に相当する。
図８は、第１実施形態に係る光通信装置２５において、静止側受信用光学部品４００２ｂを模式的に示す図である。図８において、一点鎖線は、例えば、回転側送信部３１８０ａの光出射面と、静止側受信部４０００ｂの受光面とを結ぶ線に相当する。
【0082】
図８に示すように、本実施形態の静止側受信用光学部品４００２ｂは、例えば、凸レンズ４００２ｂ＿１と凹レンズ４００２ｂ＿２とを含み、集光レンズとして機能するように構成されている。静止側受信用光学部品４００２ｂでは、回転側送信部３１８０ａ（図２参照）から第１の光信号として出射されたレーザ光Ｌ３０が、凹レンズ４００２ｂ＿２と凸レンズ４００２ｂ＿１とを順次介して、静止側受信部４０００ｂに集光される。そして、その集光されたレーザ光Ｌ３０は、ドラフトマンホール２１を介して、静止側受信部４０００ｂにおいて受光される。
【0083】
したがって、本実施形態では、既存のドラフトマンホール２１を介して、回転側送信部３１８０ａから第１の光信号として出射されたレーザ光Ｌ３０が、静止側受信部４０００ｂにおいて安定的に受光される。その結果、本実施形態では、通信の安定化を容易に実現することができる。
【0084】
静止側受信用光学部品４００２ｂは、上記の構成以外であってもよい。
【0085】
図９は、第１実施形態に係る光通信装置２５において、静止側受信用光学部品４００２ｂの他の例を模式的に示す図である。図８において、一点鎖線は、例えば、回転側送信部３１８０ａの光出射面と、静止側受信部４０００ｂの受光面とを結ぶ線に相当する。
【0086】
図９に示すように、本実施形態の静止側受信用光学部品４００２ｂは、例えば、第１非球面レンズ４００２ｂ＿１１と第２非球面レンズ４００２ｂ＿２１と第３非球面レンズ４００２ｂ＿３１とを含む魚眼レンズであって、回転側送信部３１８０ａ（図２参照）から第１の光信号として出射されたレーザ光Ｌ３０が、魚眼レンズを構成する各非球面レンズを順次介して、静止側受信部４０００ｂに集光される。つまり、レーザ光Ｌ３０は、超広角領域から魚眼レンズに入射し、集光される。そして、その集光されたレーザ光Ｌ３０は、既存のドラフトマンホール２１を介して、静止側受信部４０００ｂにおいて受光される。したがって、上記の場合と同様に、通信の安定化を容易に実現することができる。
【0087】
［Ｃ］まとめ
以上のように、本実施形態の光通信装置２５は、回転側送信部３１８０ａに回転側送信用光学部品３１９ａが設置され、回転側受信部３１８０ｂには回転側受信用光学部品３１９ｂが設置されている。そして、静止側受信部４０００ｂに静止側受信用光学部品４００２ｂが設置され、静止側送信部４０００ａに静止側送信用光学部品４００２ａが設置されている。このため、上記したように、本実施形態では、フランシス水車１００の運転が実行されるときであっても、光無線通信の安定化を容易に実現することができるため、大容量のデータを高速に伝送可能である。また、本実施形態では、光無線通信を実行するために、主軸６を中実構造から中空構造に変更等することが不要である。
以上のように、本実施形態の光通信装置２５は、回転側送信部３１８０ａに回転側送信用光学部品３１９ａが設置され、回転側受信部３１８０ｂには回転側受信用光学部品３１９ｂが設置されている。そして、静止側受信部４０００ｂに静止側受信用光学部品４００２ｂが設置され、静止側送信部４０００ａに静止側送信用光学部品４００２ａが設置されている。このため、上記したように、本実施形態では、フランシス水車１００の運転が実行されるときであっても、光無線通信の安定化を容易に実現することができるため、大容量のデータを高速に伝送可能である。また、本実施形態では、光無線通信を実行するために、主軸６を中実構造から中空構造に変更等することが不要である。
【0088】
［Ｄ］変形例
上記の実施形態では、回転側送信部３１８０ａと回転側受信部３１８０ｂと静止側受信部４０００ｂと静止側送信部４０００ａとのそれぞれに、光学部品３１９ａ，３１９ｂ，４００２ａ，４００２ｂを設置する場合について説明したが、これに限らない。回転側送信部３１８０ａと回転側受信部３１８０ｂと静止側受信部４０００ｂと静止側送信部４０００ａとの少なくとも１つに、光学部品を設置することが好ましい。
上記の実施形態では、回転側送信部３１８０ａと回転側受信部３１８０ｂと静止側受信部４０００ｂと静止側送信部４０００ａとのそれぞれに、光学部品３１９ａ，３１９ｂ，４００２ａ，４００２ｂを設置する場合について説明したが、これに限らない。回転側送信部３１８０ａと回転側受信部３１８０ｂと静止側受信部４０００ｂと静止側送信部４０００ａとの少なくとも１つに、光学部品を設置することが好ましい。
【0089】
上記の実施形態では、ドラフトマンホール２１を介して光無線通信が実行できるように、回転側無線通信部３０と静止側無線通信部４０とを配置する場合について説明したが、これに限らない（図１参照）。例えば、光無線通信が回転軸Ｘに沿って実行可能なように吸出し管８に透過窓（図示省略）を設け、回転側無線通信部３０と静止側無線通信部４０を回転軸Ｘにおいて並ぶように配置してもよい。
【0090】
また、上記の実施形態では、光無線通信は、可視光のレーザ光を用いて実行される場合について説明したが、これに限らない。光無線通信は、例えば、紫外線、Ｘ線などのように、可視波長帯以外の波長帯の光を用いて、光無線通信を実行してもよい。
【0091】
＜その他＞
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【0092】
１：水力機器システム、２：ケーシング、３：ステーベーン、４：ガイドベーン、５：ランナ、６：主軸、７：発電機、８：吸出し管、９：クラウン、１０：バンド、１１：ランナ羽根、２０：ランナコーン、２１：ドラフトマンホール、２５：光通信装置、３０：回転側無線通信部、４０：静止側無線通信部、５１：上カバー、１００：フランシス水車、３００：測定センサ、３０２：電気回路、３０４：直流電源、３０６：増幅器、３０８：変換器、３１０：回転側データ収録器、３１２：回転側ネットワークプロトコル変換器、３１４：回転側撮像装置、３１６：回転側撮像制御器、３１８：回転側無線通信器、３１９ａ：回転側送信用光学部品、３１９ｂ：回転側受信用光学部品、３１９ｂ＿１：凸レンズ、３１９ｂ＿１１：非球面レンズ、３１９ｂ＿２：凹レンズ、３１９ｂ＿２１：非球面レンズ、３１９ｂ＿３１：非球面レンズ、４００：静止側無線通信器、４０２：制御処理装置、４０２ａ：静止側ネットワークプロトコル変換器、４０２ｂ：静止側データ収録器、４０２ｃ：静止側撮像制御器、４０４：静止側撮像装置、４０６：表示部、
４０８：操作部、３１８０ａ：回転側送信部、３１８０ｂ：回転側受信部、３１８０ｃ：回転側制御部、４０００ａ：静止側送信部、４０００ｂ：静止側受信部、４０００ｃ：静止側制御部、４００２ａ：静止側送信用光学部品、４００２ｂ：静止側受信用光学部品、４００２ｂ＿１：凸レンズ、４００２ｂ＿１１：非球面レンズ、４００２ｂ＿２：凹レンズ、４００２ｂ＿２１：非球面レンズ、４００２ｂ＿３１：非球面レンズ、Ｌ３０：レーザ光、Ｌ４０：レーザ光、Ｒ：回転方向、Ｒ１：抵抗、Ｒ２：抵抗、Ｒ３：抵抗、Ｘ：回転軸
４０８：操作部、３１８０ａ：回転側送信部、３１８０ｂ：回転側受信部、３１８０ｃ：回転側制御部、４０００ａ：静止側送信部、４０００ｂ：静止側受信部、４０００ｃ：静止側制御部、４００２ａ：静止側送信用光学部品、４００２ｂ：静止側受信用光学部品、４００２ｂ＿１：凸レンズ、４００２ｂ＿１１：非球面レンズ、４００２ｂ＿２：凹レンズ、４００２ｂ＿２１：非球面レンズ、４００２ｂ＿３１：非球面レンズ、Ｌ３０：レーザ光、Ｌ４０：レーザ光、Ｒ：回転方向、Ｒ１：抵抗、Ｒ２：抵抗、Ｒ３：抵抗、Ｘ：回転軸
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】