JP2017022376A - ロータリートランス - Google Patents

Abstract

【課題】固定子と回転子との相互の離脱と嵌めあわせが容易に実施できるロータリートランスを提供する。
【解決手段】回転子と固定子とから構成された縦型のロータリートランスであって、回転子の円形外縁に沿って形成される固定子の円形内周を回転子の円形外縁周の長さの半分以下の弧状とし、固定子に付設するコイルの巻き線を、回転子のコイルの巻き線方向に沿った方向に、かつ固定子の上側面と下側面とを巻き回すようにして付設したことを特徴とするロータリートランス。
【選択図】図３

Description

本発明は、ロータリートランスに関し、さらに詳しくは、研削工具としてエンドミルを用いる超音波研削装置のような、超音波を印加しながら研削工具を回転させることにより研削などの加工を行う装置において用いるのに特に有用な、結線を必要とすることなく、装置本体から回転体への電気エネルギー（または電気信号）の伝送を可能にするロータリートランスに関する。

ロータリートランスは、回転子（ロータ）と固定子（ステータ）とから構成された結線を必要としない電気エネルギーの伝達部材であり、回転子から固定子あるいは、その逆の固定子から回転子への電気エネルギーの伝送を、結線を必要とすることなく可能にする部材である。ロータリートランスの代表的な形状として、平型（ディスク型）と縦型（シリンダ型）の二つのタイプの形状が知られている。添付図面の図１に縦型（シリンダ型）のロータリートランスの構造の説明図を示す。図１において、（Ａ）は、縦型（シリンダ型）のロータリートランス１の平面図を示す図であり、（Ｂ）は、その模式断面図である。図１の（Ａ）、（Ｂ）において、ロータリートランス１は、中央のシリンダ状もしくは円盤状の回転子（ロータ）２と、その回転子（ロータ）２の周囲に配設された、同じくシリンダ状もしくは円盤状の固定子（ステータ）３とから構成されている。回転子２は一般にフェライトから形成されたボビン状の形状を持ち、その内側の凹部には、回転子の円周方向に沿って導線４がコイル状に巻かれている。また、固定子３も一般にフェライトから形成され、その内周側は「コ」の字の形状の凹部が設けられている。そして、この固定子３の凹部にも全周に沿って導線５がコイル状に巻かれている。そして、回転子２と固定子３との間の電気エネルギーの伝送は、それらのコイルに発生する磁界を介して行われる。

ロータリートランスは、従来よりビデオテープレコーダやデジタルオーディオテープレコーダなどの録画／画像再生機器あるいは録音／音声再生機器における回転ヘッドからの入出力信号の伝送のために一般的に用いられてきた。

一方、特許文献１は、本願発明の発明者による超音波工具ホルダの発明を開示する明細書の公開特許公報であるが、そこには、結線を利用せずに電気エネルギーの伝送を可能にするロータリートランスを利用しての超音波加工装置における枠体（ハウジング）から回転体への電気エネルギーの伝送システムが開示されている。添付図面の図２に、特許文献１の図４に示されているロータリートランスを備えた超音波研削装置を転記する。図２において超音波研削装置２０は、回転する超音波工具ホルダ２１とその超音波工具ホルダ２１を回転可能に支持し、かつ超音波工具ホルダ２１にロータリートランス２２を介して超音波エネルギーを供給する枠体（ハウジング）２３とから構成されている。

これまでに知られている縦型（シリンダ型）のロータリートランスは、図１及び図２から明らかなように、リング状の回転子と同じくリング状の固定子とからなる二重リングの構造を持っている。従って、図２の超音波研削装置２０の修理や保守作業などの作業において、超音波工具ホルダ２１を枠体２３から取り外す作業が必要となった場合に、ロータリートランス２２の解体（回転子と固定子との分離）が必要となるが、回転子と固定子のそれぞれに各種構造体が結合されているため、その解体作業は容易ではない。また、それぞれ複雑な構造物が付設された回転子と固定子とを嵌めあわす作業も複雑な工程が必要となる。

特開２０１０−１９４６１３号公報

本発明の発明者は、特許文献１に記載の超音波加工装置及びそれに類似する超音波加工装置の改良のための検討を引き続き行ってきたが、その検討の過程において、特許文献１に記載されたような超音波加工装置に用いるために有利に用いることができるロータリートランスの改良、すなわち、比較的大型の機械装置における回転体への電気エネルギー伝送のために用いるロータリートランスの構造の改良の必要性に気付き、その改良の検討を行った。すなわち、互いに近接対向して設置された回転子から固定子の、あるいは固定子から回転子の取り外しの作業性そして固定子と回転子との嵌めあわせの作業性の向上が可能となるロータリートランスの構造の改良を目的として検討を行った。

本発明の発明者は、上記のロータリートランスの構造の改良の検討を進める内に、ロータリートランスの固定子３は、必ずしも図１に示されているような回転子２の周囲の全周を取り囲むようなリング状構造にある必要はなく、固定子３に備えられるコイル５が作りだす磁界に回転子２のコイル４が接触下に置かれるように、固定子の構造と固定子に付設するコイルの巻き線を回転子のコイルの巻き線方向に沿った方向で、かつ固定子の上側面と下側面とを巻き回すようにして付設することにより、実用的に充分な機能を示すロータリートランスとなることを見出した。

ただし、そのような構成としたロータリートランスであっても、回転子の外側円周部に対向する固定子の内側円周部が回転子の外側円周部の半分以上の長さとなる場合には、ロータリートランスとしての機能については問題ないものの、図１に示したような従来の縦型のロータリートランスの構造において問題となる回転子と固定子との間の相互の離脱作業そして嵌めあわせの複雑さの問題の解決が困難となる。従って、固定子の内側円周部は、その内側円周部に対向する回転子の外側円周部の長さの半分以下となるような弧状とする必要がある。

本発明は、このようなロータリートランスの構造の改良を目的とした検討の結果完成した発明である。

従って、本発明は、回転子と固定子とから構成された縦型のロータリートランスであって、回転子の円形外縁に沿って形成される固定子の円形内周を回転子の円形外縁周の長さの半分以下の長さの弧状とし、固定子に付設するコイルの巻き線を、回転子のコイルの巻き線方向に沿った方向に、かつ固定子の上側面と下側面とを巻き回すようにして付設したことを特徴とするロータリートランスにある。

本発明のロータリートランスの好ましい態様を以下に記載する。
（１）固定子が、側面縦断面が「コ」の字の形状となるように支持部により結合された二枚の長方形の平面部材から構成されていて、その一方の端部に円形弧状の凹部が形成され、この凹部にて回転子の円形外縁面と対向するようにされている。
（２）固定子のコイルの巻き線が、上記（１）の平面部材の内の一方の側の平面部材の側面と上下面とを巻き回すように付設されている。
（３）固定子が、側面縦断面が「コ」の字の形状となるように支持部により結合された二枚の扇状平面部材から構成されていて、その一方の端部に円形弧状の凹部が形成され、この凹部にて回転子の円形外縁面と対向するようにされている。
（４）固定子が、側面縦断面が「コ」の字の形状となるように支持部により結合された二枚の扇状平面部材から構成されていて、その一方の端部に円形弧状の凹部が形成され、この凹部にて回転子の円形外縁面と対向するようにされている互いに分離された二以上の固定子片から構成されている。

本発明のロータリートランスは、固定子から回転子を容易に分離することができる。従って、超音波を印加しながら研削工具を回転させることにより研削などの加工を行う装置に、電気エネルギーの伝送手段としてロータリートランスを組み込んだ場合において、固定子が備えられている固定体からの回転子が接続する回転体の分離作業が極めて容易となる。また、固定子が備えられている固定体に、回転子が接続する回転体を対向配置する作業も極めて容易となる。

従来一般的に用いられているロータリートランスの概念図を示し、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は模式断面図である。 特許文献１の図４に示されている超音波研削装置の構成を示す図である。 本発明のロータリートランスの代表的構成を示す図であり、（Ａ）は斜視図であって、（Ｂ）は模式断面図である。 図３に示したロータリートランスを組み込んだ超音波研削装置の構成を示す図である。 本発明のロータリートランスの別の代表的構成を示す図であり、（Ａ）は平面図であって、（Ｂ）は模式断面図である。 本発明のロータリートランスのさらに別の代表的構成を示す図であり、（Ａ）は平面図であって、（Ｂ）は模式断面図である。 図６に示した分割タイプの回転子の固定に利用することのできる回転子固定具と回転子コア部材を示す図であって、（Ａ）は回転子固定具の斜視図であり、（Ｂ）は巻き線が施されたコア部材を示す斜視図である。

本発明のロータリートランスを添付図面を参照しながらさらに詳しく説明する。

本発明のロータリートランスの代表的構成を図３に示す。（Ａ）は斜視図であって、（Ｂ）は（Ａ）の斜視図のＡ−Ａ線に沿う断面の模式図である。図に示すように、本発明のロータリートランス３１を構成する回転子と固定子の内、回転子３２については、従来より一般的に用いられている回転子と実質的な相違はない。一方、図３の固定子３３は、回転子３２の円形外縁に沿って形成される円形内周を回転子３２の円形外周部の長さの半分以下の弧状とし、固定子３３に付設するコイルの巻き線３５を、回転子３２のコイルの巻き線３４の方向に沿った方向に、かつ固定子３３の上側面と下側面とを巻き回すようにして付設している。

図４は、図２に示した超音波研削装置と類似の超音波研削装置に図３に示した本発明のロータリートランス３１を付設した構成を示している。図４に示す超音波研削装置における回転体２１と枠体２３との対向配設や分離はいずれも、回転体２１を、図４に示す矢印（→）の方向、あるいはその逆の方向に移動させることにより、容易に実現する。

図５は、本発明のロータリートランスの別の代表的構成を示す図であり、（Ａ）は平面図であって、（Ｂ）は図（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面の構造を示す模式図である。図５でも、回転子５２については、従来より一般的に用いられている回転子と実質的な相違はない。一方、図５のロータリートランスの固定子は、二つに分割された側面縦断面がコの字型で、平面が扇状の形状にある固定子５３ａ、５３ｂとから構成され、それらの固定子５３ａ、５３ｂの回転子５２の円形外縁に沿って形成される円形内周の長さを合計で、回転子５２の円形外縁の半分以下となるように弧状とし、固定子５３ａ、５３ｂに付設するコイルの巻き線５５を、回転子５２のコイルの巻き線５４の方向に沿った方向に、かつ固定子５３ａ、５３ｂのそれぞれの上腕部の上側面と下側面とを巻き回すようにして付設している。ただし、この巻き線５４は、固定子５３ａ、５３ｂのそれぞれの下腕部の上側面と下側面とを巻き回すようにして付設してもよい。

ロータリートランスの回転子は前述のように、通常は、フェライトの成形体である。回転子の径が小さい場合には特に問題はないが、ロータリートランスを図２や図４に示したような超音波研削装置に組み込む場合には、必然的にロータリートランスの回転子の径を大きくする必要がある。しかしながら、このように大きな直径を持つフェライト製の回転子は、その高速回転により発生する大きな遠心力により破壊され易くなる。

本発明の発明者は、上記のような大きな遠心力が働く回転子の強度（耐破壊強度）を高めるために、回転子を複数個のコアの組み合わせとすることが有効であることを見出した。

図６は、本発明のロータリートランスのさらに別の代表的構成を示す図であって、回転子を複数個のコア部材の組み合わせとした構成を示す。（Ａ）は平面図であって、（Ｂ）は図（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面の構造を示す模式図である。図６において、軸体６６の周囲に配設される回転子６２は、互いに側面に沿って分離配設された８個の回転子コア６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６２ｅ、６２ｆ、６２ｇ、６２ｈから構成されている。そして、コア部材の導電用の巻き線６４を、回転子６２の回転方向に沿った方向（複数のコア部材により構成される回転子６２の円周に沿った方向）で、各コア部材の上側面と下側面とを巻き回すようにして付設している。

一方、図６のロータリートランスの固定子は、図３に示した側面縦断面がコの字型で、固定子の回転子の円形外縁に沿って形成される円形内周を、回転子の円形外周の合計長さの半分以下の長さの弧状とし、固定子６３に付設するコイルの巻き線６５を、回転子のコイルの巻き線６４の方向に沿った方向に、かつ固定子６３の上腕部の上側面と下側面とを巻き回すようにして付設している。

なお、図６に示す構成のロータリートランスは、本発明の構成例として示してあり、その固定子は、図３に示した本発明の特徴的な構成の固定子として図示している。しかしながら、明らかなように、図６の構成の複数個のコア部材からなる回転子は、従来から利用されている図１に示したような形状のリング状の固定子との組み合わせからなるロータリートランスでも有効に用いることができる。

図７は、図６に示した分割タイプの回転子の固定に利用することのできる回転子固定具と回転子コア部材を示す図であって、（Ａ）は回転子固定具の斜視図であり、（Ｂ）は巻き線が施されたコア部材を示す斜視図である。（Ａ）の回転子固定具７１は、合計３個のコア部材を収容する凹部が形成された成形部材であり、たとえば合成樹脂材料の成形体として製造される。この（Ａ）の回転子固定具７１の凹部のそれぞれに接着剤等の接着手段を利用してコア部材を接着固定する。なお、（Ａ）の回転子固定具７１は、二個一組として用い、合計６個のコア部材を収容する。

図７の（Ｂ）に斜視図で示したコア部材７２は、（Ａ）に示した回転子固定具７１に収容する回転子コア部材７２の構成の例を示しており、図６の（Ａ）に示したコア部材と同様に、コア部材の導電用の巻き線７４を、回転子の回転方向に沿った方向（複数のコア部材により構成される回転子の円周に沿った方向）で、コア部材７２の上側面と下側面とを巻き回すようにして付設している。

１ 従来のロータリートランス
２ 従来の回転子（ロータ）
３ 従来の固定子（ステータ）
４ 回転子の配線コイル
５ 固定子の配線コイル
２０ 特許文献１の図４に示されている超音波研削装置
２１ 回転体
２２ ロータリートランス
２３ 枠体
３１ 本発明のロータリートランス
３２ 回転子
３３ 固定子
３４ 回転子の配線コイル
３５ 固定子の配線コイル
５２ 回転子
５３ａ、５３ｂ 固定子
６２ 回転子
６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６２ｅ、６２ｆ、６２ｇ、６２ｈ 回転子コア部材
６３ 固定子
６６ 軸体
７１ 回転子固定具
７２ 回転子コア部材
７４ 回転子コア部材の配線コイル

Claims (5)

1. 回転子と固定子とから構成された縦型のロータリートランスであって、回転子の円形外縁に沿って形成される固定子の円形内周を回転子の円形外縁周の長さの半分以下の長さの弧状とし、固定子に付設するコイルの巻き線を、回転子のコイルの巻き線方向に沿った方向に、かつ固定子の上側面と下側面とを巻き回すようにして付設したことを特徴とするロータリートランス。
2. 固定子が、側面縦断面が「コ」の字の形状となるように支持部により結合された二枚の長方形の平面部材から構成されていて、その一方の端部に円形弧状の凹部が形成され、この凹部にて回転子の円形外縁面と対向するようにされている請求項１に記載のロータリートランス。
3. 固定子のコイルの巻き線が、上記平面部材の内の一方の側の平面部材の側面と上下面とを巻き回すように付設されている請求項２に記載のロータリートランス。
4. 固定子が、側面縦断面が「コ」の字の形状となるように支持部により結合された二枚の扇状平面部材から構成されていて、その一方の端部に円形弧状の凹部が形成され、この凹部にて回転子の円形外縁面と対向するようにされている請求項１に記載のロータリートランス。
5. 固定子が、側面縦断面が「コ」の形状となるように支持部により結合された二枚の扇状平面部材から構成されていて、その一方の端部に円形弧状の凹部が形成され、この凹部にて回転子の円形外縁面と対向するようにされている互いに分離された二以上の固定子片から構成されている請求項１に記載のロータリートランス。