JP2013513231A - 取り付けの容易な回転変圧器 - Google Patents

Abstract

一般的に言えば、本発明は、回転可能なシャフトの周囲に取り付けるための回転変圧器（４００、８００）であって、前記回転変圧器が、特に、電磁誘導を利用して環状内側コア（４０３）と環状外側コア（４０４）との間で電気エネルギーを伝導するための前記内側コア（４０３）および前記外側コア（４０４）を備え、環状内側コア（４０３）および環状外側コア（４０４）が、同軸上に取り付けられて、外側コアの内面が、内側コアの外面と反対向きに回転することができるようになっている、回転変圧器（４００、８００）であって、内側コア（４０３）が、複数の内側コア分解部分（４０５、４０６）からなり、内側コア分解部分（４０５、４０６）が、第１の取り付け手段（９０１、９１１）によって組み立てられ、外側コアが、複数の外側コア分解部分（４０７、４０８）からなり、外側コア分解部分（４０７、４０８）が、第２の取り付け手段によって組み立てられる、ことを特徴とする回転変圧器（４００、８００）に関する。

Description

本発明の目的物は、取り付けの容易な回転変圧器である。これは、基本的には、単相型の回転変圧器であって、固定部材と可動部材（典型的には回転可能）との間で電力の伝達を実現するために用いられる回転変圧器、特に、ブレードの可変設定およびヘリコプターのプロペラピッチ設定用に介在するセンサによる位置情報の回復時に用いられる回転変圧器に関する。

本発明の分野は、一般的に言えば、回転変圧器であって、電磁誘導を利用して第１および第２の巻線の間で電気エネルギーを伝導するために使用され、第１および第２の巻線が、それぞれ、第１および第２の（強磁性体の）管状部品に同心円状に固定され、第１および第２の管状部品については、同軸上に取り付けられ、一方の外面が他方の内面と反対向きに回転できるようになっている、回転変圧器の分野である。

回転変圧器の使用によって恩恵を受ける産業として、特に、宇宙産業が挙げられるが、宇宙産業では、例えば、人工衛星内で、回転継手によって支持板に取り付けられた計測装置に電流を供給し、これにより、計測装置を星に向けることを可能とする。この回転変圧器は、さらに、航空産業の、特にトルクセンサに使用される。この場合、トルクセンサは、例えば、ヘリコプターのプロペラピッチの設定に用いられる。さらに、特定の機能、「リアロータの除氷」および「ピッチ制御」の名称で知られる機能は、電力の伝達を必要とする場合がある。これらの用途では、従来の摩擦ブラシコレクタ（ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｂｒｕｓｈ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）を取り外して、これを上記の変圧器と交換することが有利である。このような変圧器により、ブラシの磨耗により発生する故障のリスクを除去することによって機器の信頼性を向上させることが可能になる。

添付図面のうちの図１および図２には、既知のタイプの回転変圧器が、図式的に示されている。図１に示されているものは、基本的には、２つの部品１および２であって、２つの部品１および２が、それぞれ、環状リングの形態をした内側コアおよび外側コアに対応しており、２つの部品１および２は、同心円状に取り付けられて、一方が、共通の軸線Ｘを中心に他方に対して回転できるようになっており、部品１および２には、それぞれ、環状溝３および４が形成されており、環状溝３および４は、それぞれ、電気巻線５および６を収容する、２つの部品１および２を備える。部品１の内径は、部品２の外径よりわずかに大きくなっており、そのため、部品２は、部品１の内側でこれと接触せずに回転することができる。このように、半径隙間（ここでは厚さ０．１ｍｍオーダーの隙間）が、巻線の両側には設けられている。これらは、部品１および２に直接巻き付けられており、フェライトなどの磁性材料から作製されている。

さらに、変形例として、図２に図式的に示されているように、同じ軸線Ｘ’を中心に回転可能な２つのリング１’および２’を備え、これらのリングの、対向するように位置する２つの軸方向の端部には、それぞれ、２つの環状溝３’および４’が形成されており、環状溝３’および４’が、それぞれ、巻線５’および６’を受け入れている、変圧器が知られている。したがって、巻線の両側に位置する隙間は、軸方向にある。

図１および図２に関連して上記した既知の回転変圧器には、その使用を大幅に制限する制約がある。この制約は、図３Ａおよび図３Ｂに示されている。これらの図には、上記の回転変圧器を特定の位置に、容易に取り付けることができない（より適切に言えば、どうやっても取り付けることができない）ということが、図式的に示されている。実際、すべての回転変圧器、例えば、同心の環状外側コア３０１および環状内側コア３０２を有する、図３Ａおよび図３Ｂに示されている既存の変圧器３００などは、一体品として実現されている。したがって、それらは、これらを取り付けるための部材（特にシャフトタイプの部材）に対してスライドされることによって、配置される。そのため、機械的シャフト３０３が特定の特徴を有する場合には、例えば、上記の回転変圧器を前記シャフト３０３の周囲に、このシャフトを分解せずに取り付けることはできない。この特徴には、例えば、図３Ａに示されている張り出し端部３０４、または図３Ｂに示されているような、軸受３０６によってシャフト３０３に接続された壁３０５など、様々なタイプがありえる。

本発明の目的物によって、ちょうど今明らかにした問題が解決される。本発明の目的はまさに、上記した制約の影響を受けない回転変圧器を実現することである。一般的に言えば、本発明は、基本的には、回転変圧器であって、その幾何学的構造によって、手で操作せずとも、特に、シャフトを変圧器のコア部に向けてスライド操作せずとも、シャフトの周囲への前記変圧器の取り付けまたは取り外しが可能となる、回転変圧器を提案する。

有利なことに、本発明に係る回転変圧器によって、さらに、従来技術の回転変圧器によく見られる問題、すなわち、既存の回転変圧器では、内側シャフトの材料の種類が、変圧器の特性、特に、磁化インダクタンス、漏れインダクタンス、または効率特性に影響を与える場合があるという問題を解決することができる。実際、内側シャフトが磁束導体である場合、回転変圧器のコアによって形成された磁気回路にリラクタンスの増加が認められる。本発明の有利な実施形態では、変圧器の特性は、これと関連するシャフトとは無関係である。

したがって、本発明は、基本的には、回転可能なシャフトの周囲に取り付けるための回転変圧器であって、前記回転変圧器が、特に、電磁誘導を利用して環状内側コアと環状外側コアとの間で電気エネルギーを伝導するための前記内側コアおよび前記外側コアを備え、該内側コアおよび該外側コアが、同軸上に取り付けられて、外側コアの内面が、内側コアの外面と反対向きに回転することができるようになっている、回転変圧器であって、内側コアが、複数の内側コア分解部分からなり、複数の内側コア分解部分が、第１の取り付け手段によって組み立てられ、外側コアが、複数の外側コア分解部分からなり、複数の外側コア分解部分が、第２の取り付け手段によって組み立てられる、ことを特徴とする回転変圧器に関する。

前の段落でちょうど今述べた主要な特徴の他に、本発明に係る回転変圧器は、以下の１つ以上の補足的な特徴を有することができる。これらの補足的な特徴は、個別的に考えられるし、あるいは、技術的に可能な組み合わせであれば、それらのあらゆる組み合わせが考えられる：
複数の内側コア分解部分の形状および寸法が、同一である、
複数の外側コア分解部分の形状および寸法が、同一である、
内側コア分解部分のそれぞれおよび外側コア分解部分のそれぞれが、電気巻線を有する、
内側コア分解部分および／または外側コア分解部分のそれぞれが、第１の側部溝および第２の側部溝を有し、これらの溝を当該分解部分の電気巻線が通る、
内側コア分解部分および／または外側コア分解部分のそれぞれが、その内面上および／または外面上に環状溝を有し、この溝を当該分解部分の電気巻線が通る、
内側コア分解部分の全体および／または外側コア分解部分の全体には、同じ電流源によって電流が供給される、
第１の取り付け手段および／または第２の取り付け手段が、内側コア分解部分および／または外側コア分解部分における電機子の全周締結からなる、
第１の取り付け手段および／または第２の取り付け手段が、内側コア分解部分および／または外側コア分解部分の電機子の高さに配置されるボルトを含む、
組み立てられる２つの内側コア分解部分は、第１の接合平面を有し、組み立てられる２つの外側コア分解部分は、第２の接合平面を有し、第１の接合平面のそれぞれおよび第２の接合平面のそれぞれが、半径方向に位置合わせする、
内側コアおよび外側コアが、それぞれ、２つのコア分解部分によって構成される。

本発明およびその様々な適用は、以下の明細書を読むと、およびこれに添付された図面を検討することによってより良く理解される。

これらの図面は、例示として提示されるだけであり、本発明を限定するわけでは決してない。

すでに説明した、既知のタイプの回転変圧器の第１の例である。 同様にすでに説明した、既知のタイプの回転変圧器の第２の例である。 既知のタイプの回転変圧器を容易に取り付けることのできない内側シャフトの模式図である。 既知のタイプの回転変圧器を容易に取り付けることのできない内側シャフトの模式図である。 シャフトの周囲への本発明に係る回転変圧器の取り付け操作の模式図である。 本発明に係る回転変圧器の第１の例示的実施形態の詳細な図である。 図５の回転変圧器の例示的実施形態の詳細な断面図である。 本発明に係る回転変圧器の第１の例示的実施形態の模式的斜視図である。 本発明に係る回転変圧器の第２の例示的実施形態の模式的斜視図である。 本発明に係る回転変圧器の第２の例示的実施形態における第１の組み立て可能性の模式的斜視図である。 本発明に係る回転変圧器の第２の例示的実施形態における第２の組み立て可能性の模式的斜視図である。

特に断らない限り、同じ部材は、異なる図に登場しても、単一の参照符号を有する。

本発明に係る回転変圧器の一般的原理が、図４に示されている。この図には、シャフト４０１が示されている。その両端には張り出し部４０２が付いており、そのせいで、従来技術の回転変圧器の、シャフト４０１に沿うスライド操作による取り付けが不可能となっている。このようなシャフトの周囲への回転変圧器の取り付けを可能とするために、本発明では、回転変圧器４００であって、環状内側コア４０３および環状外側コア４０４を備え、これらの両方が複数の分解部品または分解部分によって構成される、回転変圧器４００を実現することが提案される。「コア分解部分」という表現は、他のコア部分との並置によって、閉じた環状磁性コアの構成の一部となるように意図された部材を示している。

このように、図示されている例では、内側コア４０３は、第１の半分のコア４０５および第２の半分のコア４０６によって構成されており、外側コア４０４は、第１の半分のコア４０７および第２の半分のコア４０８によって構成されている。分解部品からなる内側コアおよび外側コアを提案することにより、ちょうど今言及した半分のコアをシャフト４０１の周囲側方に直接位置決めして配置し、これらを相互に組み立てて、回転変圧器の環状内側コアおよび環状外側コアを再構成することによって、シャフト４０１に回転変圧器を取り付けることができるようになる。当該半分のコアのそれぞれは電気巻線を含むが、その特性および特に位置決めについて、以下で詳細に説明する。

図５では、図４の回転変圧器４００が、その正面図５００、底面図５０１、および側面図５０２によってより詳細に示されている。特に、回転変圧器４００の異なる電気巻線が、詳しく描かれている。

すでに述べたように、回転変圧器を構成している各環状（内側および外側）コアは、複数のリング部品によって構成されている。関連する各リングに関して、これを構成しているリング部品の形状および寸法は、有利には、同じである。このように、リング部品は環状リングの部分であり、そのそれぞれは、第１の側方部５１１および第２の側方部５１２を有しており、一方のリング部品の各側方部は、他方のリング部品の側方部と対向するように配置されるようになっており、これにより、正確に配置された複数のリング部品の組み立てによって、環状コアが有効に構成される。

本発明に係る回転変圧器では、内側コア分解部分または外側コア分解部分のそれぞれは、その周囲に巻き付けられる電気巻線を含む。このように、半分のコア４０５、４０６、４０７、および４０８は、それぞれ、電気巻線５０５、５０６、５０７、および５０８を含む。本発明に係る変圧器、例えば図４および図５の変圧器などでは、各電気巻線は、これと関連する分解部材の周囲に配置されており、コイル化手続きによって、関連する前記分解部材の周囲に複数の電路が実現されており、関連するコイル化による電路のそれぞれは、全体的に、回転変圧器の中心軸線Ｘに垂直な平面に収まっている。したがって、各部品の電気巻線は、それ自体が関連するリング部品の湾曲に適合する。

図示した例では、電気巻線があるがゆえに全体の寸法を限定することによって異なるリング部分の組み立てを容易にするために、電気巻線があるがゆえに全体の寸法を限定することによって、関連する各リング部品の側方部の高さに（側部溝として示されている）溝５１３が配置されるようにしている。溝の寸法は、２つのリング部材が組み立てられたときに、２つの連続した分解リング部分の２つの電気巻線が接触しないような寸法になっている。

有利なことに、図５に示されているように、各リング部材には、環状溝５１４、つまり、関連する分解部分の内側湾曲部に形成される溝が実現され、これにより、電気巻線が通るようにされる。図示した例では、環状溝は、内側コアおよび外側コアを構成しているリング部分の内面の高さに実現された溝である。コア部分の内面は、最小の寸法を有する内側湾曲面を示しており、その外面は、最大の寸法を有する面である。他の例示的実施形態では、内面の環状溝の代わりとして、または前記内面の環状溝の補足として外面の高さに環状溝が実現されるようにする。環状溝の実現により、基本的には、外側コアに位置する電気巻線と内側コアに位置する電気巻線との接触リスクの除去が可能になり、内側コアと外側コアとの隙間５１５を大きくすること、または回転変圧器の寸法全体を制限することが可能になる。

各電気巻線は、それ自体に属する入力端部５１６Ｅおよび出力端部５１６Ｆを有する。有利なことに、本発明では、内側コアを構成している異なる部分の電気巻線には、同じ第１の電流源によって電流が供給されるようにする。同様に、外側コアを構成している異なる部分の電気巻線には、可能ならば第１の電流源とは異なる同じ第２の電流源によって電流が供給されるようにする。変圧器の各コアのための単一の電流源を備えることによって、変圧器の特性に関して最適な安定性が確保される。

図５を参照してちょうど今説明したように電気巻線が配置されている図５の回転変圧器の角部分（ａｎｇｕｌａｒ ｐｏｒｔｉｏｎ）を示す図６に示されているように、本発明に係る変圧器内では、内部領域６００の磁束が、内側コアおよび外側コアによって構成された磁性コアへ流れることが注目される。このように、磁束は、磁性コア内で方向づけられており、本発明に係る変圧器が配置される内側シャフトには流れない。このように、変圧器の特性は、機械的シャフトとは無関係であるため、機械的シャフトの軸線に従って回転変圧器がわずかに並進しても、ほとんど影響を受けない。

図７には、回転変圧器を構成している異なる部材の形状をより良く示すために、内側コアが外側コアから取り外された状態の、図５の回転変圧器の模式的斜視図が示されている。

図４から図７の図面では、内側コアおよび外側コアは、それぞれ、２つの半分のコアだけから構成されているが、他の例示的実施形態では、内側コアおよび外側コアが２つ以上の分解部品から構成されるようにする。

このように、図８には、（内側および外側の）各環状コアが３つのリング部品によって構成されている状態の、本発明に係る回転変圧器８００の第２の例の模式図が示されている。この図は、回転変圧器を構成している異なる部材の形状をより良く示すために、内側コアが外側コアから取り外された状態の斜視図である。

本発明に係る回転変圧器の有利な例示的実施形態では、組み立てられる２つの内側コア分解部分が、第１の接合平面７０２を有し、組み立てられる２つの外側コア分解部分が、第２の接合平面７０１を有し、第１の接合平面７０２のそれぞれおよび第２の接合平面７０１のそれぞれが、特に図７および図８に見られるように、半径方向に位置合わせしている。

図９には、異なる分解コア部分の第１の組み立て例が示されており、この第１の例では、全周締結９０１が、軸線Ｘに垂直な平面に位置する側壁の高さでコア部分に配置された（特に図６に見られる）電機子６０１の高さに、実現されている。

図１０には、異なる分解コア部分の第２の組み立て例が示されており、この第２の例では、組み立てが、電機子６０１の高さに配置されるボルト９１１によって実現されている。

より一般的には、内側コア分解部分は、第１の取り付け手段によって組み立てられ、外側コア分解部分は、第２の取り付け手段によって組み立てられ、第１の取り付け手段および第２の取り付け手段は、必ずしも同一ではない。

Claims (9)

1. 回転可能なシャフトの周囲に取り付けるための回転変圧器（４００、８００）であって、前記回転変圧器が、特に、電磁誘導を利用して環状内側コア（４０３）と環状外側コア（４０４）との間で電気エネルギーを伝導するための前記内側コア（４０３）および前記外側コア５（４０４）を備え、該内側コア（４０３）および該外側コア（４０４）が、同軸上に取り付けられて、外側コアの内面が、内側コアの外面と反対向きに回転することができるようになっている、回転変圧器（４００、８００）であって、内側コア（４０３）が、複数の内側コア分解部分（４０５、４０６）からなり、内側コア分解部分（４０５、４０６）が、それぞれ電気巻線（５０５、５０６）を含み、かつ第１の取り付け手段（９０１、９１１）によって組み立てられ、外側コアが、複数の外側コア分解部分（４０７、４０８）からなり、外側コア分解部分（４０７、４０８）が、それぞれ電気巻線（５０７、５０８）を含み、第２の取り付け手段によって組み立てられる、ことを特徴とする回転変圧器（４００、８００）。
2. 内側コア分解部分の形状および寸法が、同一であり、
   外側コア分解部分の形状および寸法が、同一である
   ことを特徴とする、請求項１に記載の回転変圧器（４００、８００）。
3. 内側コア分解部分および／または外側コア分解部分のそれぞれが、第１の側部溝（５１３）および第２の側部溝を有し、これらの溝を当該分解部分の電気巻線が通る、ことを特徴とする、請求項１または２に記載の回転変圧器（４００、８００）。
4. 内側コア分解部分および／または外側コア分解部分のそれぞれが、その内面上および／または外面上に環状溝（５１４）を有し、この／これらの溝を当該分解部分の電気巻線が通ることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の回転変圧器（４００、８００）。
5. 内側コア分解部分の全体および／または外側コア分解部分の全体に、同じ電流源によって電流が供給されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の回転変圧器（４００、８００）。
6. 第１の取り付け手段および／または第２の取り付け手段が、内側コア分解部分および／または外側コア分解部分における電機子（６０１）の全周締結（９０１）からなることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の変圧器（４００、８００）。
7. 第１の取り付け手段および／または第２の取り付け手段が、内側コア分解部分および／または外側コア分解部分の電機子（６０１）の高さに配置されるボルト（９１１）を含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の変圧器（４００、８００）。
8. 組み立てられる２つの内側コア分解部分が、第１の接合平面（７０２）を有し、組み立てられる２つの外側コア分解部分が、第２の接合平面（７０１）を有し、第１の接合平面のそれぞれおよび第２の接合平面のそれぞれが、半径方向に位置することを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の回転変圧器（４００、８００）。
9. 内側コアおよび外側コアは、それぞれ、２つのコア分解部分によって構成されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の回転変圧器（４００、８００）。

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