JP2018110498A

JP2018110498A - 回転型差動変圧器

Info

Publication number: JP2018110498A
Application number: JP2017000539A
Authority: JP
Inventors: 賢一赤羽; Kenichi Akaha
Original assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Current assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Priority date: 2017-01-05
Filing date: 2017-01-05
Publication date: 2018-07-12

Abstract

【課題】本発明は、インナロータ型の差動変圧器の入出力用リード線を筒状ケース側に設けないようにすることである。【解決手段】本発明による回転型差動変圧器は、筒状ケース(1)の内壁(1c)に設けられ、内方に向けて突出する複数個の突出コア部(60,61)を有するステータコア(12A)と、前記ステータコア(12A)の内側に配設され、前記筒状ケース(1)に設けられた一対の軸受(62,63)を介して回転自在な回転軸(12)と、前記回転軸(12)に設けられたロータコア(13)と、前記ロータコア(13)に設けられ半径方向に突出する複数のロータ歯部(50〜53)に設けられた励磁・検出コイルと、よりなり、前記励磁・検出コイル(10A〜10D)に接続された励磁リード線(73)及び出力リード線(74)は前記回転軸(12)の周面又は内部を介して前記筒状ケース(1)の外部に導出される構成である。【選択図】図１

Description

本発明は、回転型差動変圧器に関し、特に、筒状ケースのステータコアの内側に設けられたロータコアのコイルに接続されたリード線を、筒状ケースの外面等を用いることなく、回転軸のみを介して筒状ケースの外部に導出するための新規な改良に関する。

従来、用いられていたこの種の回転型差動変圧器としては、特許文献１に開示されている構成を図９に第１従来構成として示すことができる。
すなわち、図９において符号１２Ａで示されるものは全体形状が輪状に形成され、符号２,３,４,５で示す４極構成よりなるステータコアであり、この４極により符号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで示す４スロットが形成されている。図１０で示す励磁巻線１０は、図９にも示されるように、対向配置の第１極２及び第３極４に巻回され、図１０で示す出力巻線１１は、図９でみて互いに対向配置の第４極５及び第２極３に巻回されている。前記ステータコア１２Ａの内側には、回転軸１２を介してロータ１３が回転自在に設けられており、このロータ１３は、大径部１３ａと小径部１３ｂが半円（１８０°）形状で一体となって構成されている。従って、このロータ１３は、ステータコア１２Ａとの間のギャップパーミアンスが回転角度θに比例して変化する形状に構成され、このロータ１３を回転した時の出力電圧Ｖ_ｏｕｔは図１１で示すように、−１８０°から０°を経て＋１８０°迄の角度範囲において、変化部分としては−４５°から＋４５°迄の直線範囲となっている。尚、前記励磁巻線１０及び出力巻線１１は、図１０で示されるような巻線構造である。

また、特許文献１の図６の構成を図１２として示すアウタロータ型の第２従来構成では、固定軸１２Ｂに４個の極２,３,４,５が設けられたステータコア１２Ａが設けられ、前記各極２,３,４,５には、励磁巻線１０と出力巻線１１が巻回されている。
尚、前記ステータコア１２Ａの外側に回転自在に配設されたロータコア１３の内壁１３Ａには、図１２に示されるようにその全周に対して１ヶ所のみの凹部２０が形成され、前記凹部２０とステータコア１２Ａの各極２,３,４,５との間のギャップパーミアンスは、前記凹部２０が形成されていない内壁１３Ａとの対応よりも大きく変化するように構成されている。
従って、図１２の状態において、前記ロータコア１３を左右何れかの方向に回転させると、前記極４の周方向Ｅに沿うギャップパーミアンスの変化により、出力電圧Ｖ_ｏｕｔはロータコア１３の回転に応じて変化する。

特許第３３４３４６６号公報

従来の回転型差動変圧器は、以上のように構成されているため、次のような課題が存在していた。
すなわち、図９及び図１０にて示される第１従来構成においては、インナロータ型であるため、励磁及び出力巻線１０,１１は全てステータコア１２Ａの内側で突出する各極２,３,４,５に設けられているが、前記各巻線１０,１１に接続されたリード線３０は、例えば、図１３及び図１４で示されるように、ケース１の孔３２を貫通して前記ケース１の外部に引き出され、タイラップ３３で締結されていた。
そのため、結果的には、ケース１の外周の寸法がより増大し、受け側の装置の取付部(図示せず)の形状を小型化すると云う要求に応じることは不可能であった。

また、図１５及び図１６のように、図１２で示されたステータコア１２Ａに巻回されている励磁巻線１０及び出力巻線１１のリード線３０は、ケース１の前蓋４０の対向位置に設けられた後蓋４１に形成された各貫通孔４２を貫通して外部に導出されて、図１６のように各リード線３０が互いに異なる方向に引き出されている。
そのため、各リード線３０が障害となって、ケース１の軸方向の寸法を小型化することができなかった。
また、図１２に示される従来構成２の場合は、アウタロータ型であるが故に、ロータコア１３を回転させるための空間を確保する必要があり、狭い空間に設置するには適切ではなかった。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、特に、筒状ケースのステータコアの内側に設けられたロータコアのコイルに接続されたリード線を、筒状ケースの外面等を用いることなく、回転軸のみを介して筒状ケースの外部に導出するようにした回転型差動変圧器を提供することを目的とする。

本発明による回転型差動変圧器は、筒状ケースの内壁に設けられ、内方に向けて突出する複数個の突出コア部を有するステータコアと、前記ステータコアの内側に配設され、前記筒状ケースに直接的又は間接的に設けられた一対の軸受を介して回転自在な回転軸と、前記回転軸に設けられたロータコアと、前記ロータコアに設けられ半径方向に突出する複数のロータ歯部と、前記各ロータ歯部に設けられた励磁・検出コイルと、よりなり、前記励磁・検出コイルに接続された励磁リード線及び出力リード線は前記回転軸のみを介して前記筒状ケースの外部に導出されるようにした構成であり、また、前記各ロータ歯部は、前記ステータコアの前記突出コア部の内面に形成された内周円弧面に対して所定の間隔を保つような外周円弧面を有する構成であり、また、前記励磁リード線及び前記検出リード線は、前記回転軸の外周面よりも内側に配設されている構成であり、また、前記各リード線は、前記回転軸の中空部内を経て外部に導出される構成であり、また、前記各リード線又は、前記各励磁・検出コイルは、前記回転軸の表面又は溝内に設けられた励磁用又は検出用の第１、第２導体に接続されている構成であり、また、前記各導体は、前記回転軸の端部にその一部又は全部が設けられたスリップリングに接続されている構成である。

本発明による回転型差動変圧器は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、ロータコアに設けられた励磁・検出コイルのリード線は、回転軸を介して外部に導出されているため、リード線は筒状ケースの径方向及び軸方向における外側には飛び出ることはなく、装置の狭い場所にも容易かつ確実に取付けることができる。
尚、リード線は回転軸を介して外部に導出されているため、回転軸の有限角（３６０°以内）回転には支障が発生することはない。
また、リード線は、回転軸の外周面よりも内側に設けられているため、従来のように筒状ケースの外側等にはリード線が設けられることはなく、回転型差動変圧器の外形、外径及び軸方向長さを短縮化できる。

本発明による回転型差動変圧器を示す横断面図である。図１の縦断面図である。図１の回転軸の拡大断面図である。本発明の他の形態を示す断面図である。図４の要部の拡大断面図である。本発明の他の形態を示す断面図である。図６のＡ−Ａ’断面図である。図６のＢ−Ｂ’断面図である。従来のインナロータ型の回転型差動変圧器を示す第１従来構成図である。図９の巻線構造を示す巻線図である。図９の回転型差動変圧器の出力特性を示す特性図である。従来のアウタロータ型の回転型差動変圧器を示す平面図である。従来のインナロータ型の回転型差動変圧器を示す断面図である。図１３の左側面図である。従来のインナロータ型の回転型差動変圧器を示す断面図である。図１５のリード線を上下に曲げた状態の左側面図である。

本発明による回転型差動変圧器は、筒状ケースのステータコアの内側に設けられたロータコアのコイルに接続されたリード線を、筒状ケースの外面等を用いることなく、回転軸のみを介して筒状ケースの外部に導出することである。

以下、図面と共に本発明による回転型差動変圧器の好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分には、同一符号を付して説明する。
図１において、符号１で示されるものは、その内壁１ｃにステータコア１２Ａを有する筒状ケースであり、前記ステータコア１２Ａの内周１２Ａａには、互いに１８０度で対向するように一対の突出コア部６０,６１が内方に向けて突出するように形成されている。

前記ステータコア１２Ａの内側には、図２に示されるように、一対の軸受６２,６３を介して、ロータコア１３を有する回転軸１２が回転自在に設けられている。
前記ロータコア１３の外周には、所定角度間隔（図１の場合は、９０度）毎に、正面図で見てほぼＴ字型をなす４個の第１〜第４ロータ歯部５０,５１,５２,５３が形成されている。

前記各ロータ歯部５０,５１,５２,５３の外周は、円弧状をなす外周円弧面６０ａが形成され、この各外周円弧面６０ａは、前記各突出コア部６０,６１の内周円弧面６０Ａ，６１Ａと間隔Ｇを介して対面している。
前記各ロータ歯部５０,５１,５２,５３の根元には、励磁コイルと検出コイルからなる第１〜第４励磁・検出コイル１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄが各々設けられている。

前記回転軸１２を回転自在に保持するための各軸受６２,６３のうち、一方の軸受６２は前記筒状ケース１の内壁１ｃで支持され、他方の軸受６３は前記筒状ケース１の内壁１ｃに設けられた軸受保持部７０によって支持されると共に、前記軸受保持部７０から一体に延設された筒状保持部７１の先端７２は、前記ステータコア１２Ａに当接している。
前記ロータコア１３に設けられた各励磁・検出コイル１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの励磁リード線７３と検出リード線７４は、前記回転軸１２の外周面１２Ｇよりも内側に配設されている。
すなわち、図３に示されるように、例えば、前記回転軸１２の軸芯に沿って形成された孔１２Ｈ内に前記検出リード線７４及び前記励磁リード線７３が収容されて外部の機器(図示せず)に接続されている構成とすることができる。

前述の構成において、前記各励磁・検出コイル１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの各励磁コイル側に対して前記機器(図示せず)側から励磁信号を印加し、各検出コイル側から検出信号を前記機器に取り出すようにした場合、図１で示される状態においては、第１ロータ歯部５０及び第２ロータ歯部５１が突出コア部６０に対して等しい対面状態であり、かつ、第３ロータ歯部５２及び第４ロータ歯部５３が突出コア６１に対して等しい対面状態であるため、第１、第２励磁・検出コイル１０Ａ，１０Ｂから検出される検出電圧は等しく、さらに、第３、第４励磁・検出コイル１０Ｃ，１０Ｄから検出される検出電圧は等しいため、前記ロータコア１３は原点位置であることを示している。
尚、前記各励磁・検出コイル１０Ａと１０Ｂからの検出電圧は等しく、又、１０Ｃと１０Ｄからの検出電圧も等しいため、冗長系として構成することもできる。

次に、前記ロータコア１３が左右何れかに回転すると、ギャップパーミアンスの変化により、各励磁・検出コイル１０Ａと１０Ｂ並びに１０Ｃと１０Ｄの各検出信号すなわち検出電圧は差が発生するため、各々発生した電圧差によって前記ロータコア１３の回転角度（位置）を検出することができる。

前記回転軸１２は、左右に回転するが、その場合の回転軸１２の回転角度は、前記各リード線７３,７４のねじれの限界によるが、±６０度位である。

次に、図４及び図５の本発明の他の形態について説明する。
尚、前述の図２の構成と同一部分には同一符号を付し、その説明は重複を避けるために省略し、図２と異なる部分についてのみ説明する。
前記ロータコア１３の第１励磁・検出コイル１０Ａに接続された前述の励磁リード線７３及び検出リード線７４は、中空型に形成された前記回転軸１２の外周に形成された開口１２Ｅを貫通して内部の中空部１２Ｄに挿入される。
前記中空部１２Ｄ内の前記各リード線７３、７４は、前記筒状ケース１外の図示しない信号処理系に接続されている。従って、図４及び図５の形態も、回転軸１２の回転は、３６０度以内の有限角回転である。

次に、図６〜図８は、本発明における他の形態の回転軸１２の軸方向に対する軸直角断面を示しており、図７は図６の回転軸のＡ−Ａ’断面の構成を示している。
また、図８は図７の他の形態を示すため、図６のＢ−Ｂ’断面の構成である。
まず、図６において、回転軸１２の外周には、その軸方向Ｐに沿って、励磁用としての一対の第１導体１２Ｍが１８０度対向配置の一対の第１溝１２Ｎに設けられている。
前記回転軸１２の外周には、その軸方向Ｐに沿って、検出用としての一個の第２導体１２Ｆが所定角度間隔配置の３個の第２溝１２Ｒに設けられている。

前記各導体１２Ｍ、１２Ｆは、前記回転軸１２が金属等の導電部材である場合には絶縁皮覆のリード線で構成され、前記回転軸１２が絶縁部材よりなる場合には、導電部材又は導電パターンとすることもできる。
また、前記各溝１２Ｎ、１２Ｒによって、その深さが異なっているのは、前記回転軸１２自体の直径が極めて小さいため、前記各導体１２Ｍ、１２Ｆ間の導通等を避けるために形成されている。

図７及び図８は、図６のＡ−Ａ’断面及びＢ−Ｂ’断面を示しており、図６で説明した部分には同一符号を付し、その説明は省略しているが、前記回転軸１２の端部１２Ｙにはスリップリング１００の全部もしくはスリップリング１００の一部が設けられ、前記スリップリング１００を介して前記各導体１２Ｍ、１２Ｆを経て励磁信号及び検出信号の供給及び取り出しが行われるように構成されている。
但し、前述の図６から図８で示す形態においては、スリップリング１００を用いた場合には、多回転の検出も可能であるが、有限角回転の検出としても用いることができる。
また、スリップリング１００を全く用いない場合には、有限角回転検出としても用いることができる。

次に、本発明による回転型差動変圧器の要旨とするところは、次の通りである。
すなわち、筒状ケース１の内壁１ｃに設けられ、内方に向けて突出する複数個の突出コア部６０、６１を有するステータコア１２Ａと、前記ステータコア１２Ａの内側に配設され、前記筒状ケース１に直接的又は間接的に設けられた一対の軸受６２，６３を介して回転自在な回転軸１２と、前記回転軸１２に設けられたロータコア１３と、前記ロータコア１３に設けられ半径方向に突出する複数のロータ歯部５０，５１，５２，５３と、前記各ロータ歯部５０，５１，５２，５３に設けられた励磁・検出コイル１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄと、よりなり、前記励磁・検出コイル１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄに接続された励磁リード線７３及び出力リード線７４は前記回転軸１２のみを介して前記筒状ケース１の外部に導出されるようにした構成であり、また前記各ロータ歯部５０，５１，５２，５３は、前記ステータコア１２Ａの前記突出コア部６０，６１の内面に形成された内周円弧面６０Ａ，６１Ａに対して所定の間隔Ｇを保つような外周円弧面６０ａを有する構成であり、また、前記励磁リード線７３及び前記検出リード線７４は、前記回転軸１２の外周面１２Ｇよりも内側に配設されている構成であり、また、前記各リード線７３，７４は、前記回転軸１２の中空部１２Ｄ内を経て外部に導出される構成であり、また、前記各リード線７３、７４又は前記各励磁・検出コイル１０Ａ〜１０Ｄは、前記回転軸１２の表面又は溝１２Ｎ、１２Ｒ内に設けられた励磁用又は検出用の第１、第２導体１２Ｍ、１２Ｆに接続されている構成であり、また、前記各導体１２Ｍ、１２Ｆは、前記回転軸１２の端部１２Ｙにその一部又は全部が設けられたスリップリング１００に接続されている構成である。

本発明による回転型差動変圧器は、ロータコアに設けられた各励磁・検出コイルの励磁リード線と検出リード線を回転軸に設けることにより、筒状ケースの外周にはリード線等を設けなくても済むようになり、回転型差動変圧器の外形を小型化でき、狭い場所にも容易に取付けることができる。

１筒状ケース
１ｃ内壁
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ第１〜第４励磁・検出コイル
１２回転軸
１２Ａステータコア
１２Ａａ内周
１２Ｇ外周面
１２Ｈ孔
１３ロータコア
５０,５１,５２,５３第１〜第４ロータ歯部
６０,６１突出コア部
６０ａ外周円弧面
６０Ａ内周円弧面
６２,６３軸受
７０軸受保持部
７１筒状保持部
７２先端
７３励磁リード線
７４検出リード線
Ｇ間隔
１２Ｄ中空部
１２Ｎ第１溝
１２Ｒ第２溝
１２Ｍ第１導体
１２Ｆ第２導体
１００スリップリング
Ｐ軸方向

Claims

筒状ケース(1)の内壁(1c)に設けられ、内方に向けて突出する複数個の突出コア部(60,61)を有するステータコア(12A)と、前記ステータコア(12A)の内側に配設され、前記筒状ケース(1)に直接的又は間接的に設けられた一対の軸受(62,63)を介して回転自在な回転軸(12)と、前記回転軸(12)に設けられたロータコア(13)と、前記ロータコア(13)に設けられ半径方向に突出する複数のロータ歯部(50,51,52,53)と、前記各ロータ歯部(50,51,52,53)に設けられた励磁・検出コイル(10A,10B,10C,10D)と、よりなり、前記励磁・検出コイル(10A,10B,10C,10D)に接続された励磁リード線(73)及び出力リード線(74)は前記回転軸(12)の周面又は内部を介して前記筒状ケース(1)の外部に導出されるように構成したことを特徴とする回転型差動変圧器。
前記各ロータ歯部(50,51,52,53)は、前記ステータコア(12A)の前記突出コア部(60,61)の内面に形成された内周円弧面(60A,61A)に対して所定の間隔(G)を保つような外周円弧面(60a)を有する構成であることを特徴とする請求項１記載の回転型差動変圧器。
前記励磁リード線(73)及び前記検出リード線(74)は、前記回転軸(12)の外周面(12G)よりも内側に配設されている構成としたことを特徴とする請求項１又は２記載の回転型差動変圧器。
前記各リード線(73,74)は、前記回転軸(12)の中空部(12D)内を経て外部に導出される構成としたことを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の回転型差動変圧器。
前記各リード線(73,74)又は前記各励磁・検出コイル(10A〜10D)は、前記回転軸(12)の表面又は溝(12N,12R)内に設けられた励磁用・又は検出用の第１、第２導体(12M,12F)に接続されている構成としたことを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の回転型差動変圧器。
前記各導体(12M,12F)は、前記回転軸の端部にその一部又は全部が設けられたスリップリング(100)に接続されている構成としたことを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の回転型差動変圧器。