JP2020184647A - 回転トランスの磁性コア - Google Patents

Abstract

【課題】振動の激しい環境に耐えられる回転トランス用の磁性コア構成を提供する。【解決手段】回転トランス用の磁性コア１４は、コアが、コアの長手方向軸１６に沿って配置されたバー１４２と、トロイダルコイルを受けるための少なくとも１つの環状溝をバーと協働して画成するために、軸方向に互いに離間しバーから径方向に延在する少なくとも２つのチーク１４４とを備える。各チークは、径方向に配置された円形磁性薄板の集合体から構成される。各バー１４２は、複数の磁性薄板の積層体から構成される。バーを形成する薄板の積層体は、コアの長手方向軸周りで互いに角度方向に離間した状態で、軸方向に配置され、円形薄板の集合体に組み付けられる。【選択図】図２

Description

本発明は、２つの要素間の電磁誘導によって電力を伝達するために使用される軸方向型の回転トランスの一般的な分野に関する。

軸方向型の回転トランスは、典型的には、径方向に重なる円形状の２つの要素、すなわち、トロイダルコイルを受ける１つまたは複数の外側環状溝を有する内側コア、および、内側コアの周りに同軸に取り付けられ、内側コアの外側溝に面してトロイダルコイルを受ける１つまたは複数の内側環状溝を有する外側コアから構成される。これらの円形状の２つの要素は、要素のうちの一方が他方に対して共通の長手方向軸の周りで回転することができるように、同軸に取り付けられる。

そのような軸方向型の回転トランスを作製するための既存の解決策は、内側および外側コアを焼結フェライト材料などで作り、小型のトランスについては、高抵抗性の鋳鉄を機械加工することによってそれらを作るものである。その場合、内側コアについては、トロイダルコイルは、内側コアの外側溝にトロイダルコイルを直接巻き付けることによって構築され得る。外側コアに関しては、通常トロイダルコイルは変形されることによって内側溝に受けられる。

しかし、回転トランスのそのような構成にはいくつかの問題がある。特に、トロイダルコイルが大きな断面のものである場合には、外側コアの内側溝に受けられ得るようにトロイダルコイルを変形することが常に可能であるとは限らず、このことは、その場合これらのコイルの周りに外側コアを構築することが必要になることを意味する。さらに、使用される材料（焼結フェライトまたは鋳鉄）は脆く、それらがおそらく晒されることになり得る、特に航空の分野における、振動の激しい環境に常に耐えられるとは限らない。

本発明の主目的は、そのような欠点を引き起こさない回転トランス用の磁性コア構成を提案することである。

この目的は、回転トランス用の磁性コアであって、コアが、コアの長手方向軸に沿って配置されたバーと、トロイダルコイルを受けるための少なくとも１つの環状溝をバーと協働して画成するために、軸方向に互いに離間しバーから径方向に延在する少なくとも２つのチークとを備え、本発明によれば、各チークが、軸方向に配置された円形磁性薄板の集合体から構成され、各バーが、複数の磁性薄板の積層体から構成され、バーを形成する薄板の積層体が、コアの長手方向軸周りで互いに角度方向に離間した状態で、軸方向に配置され、円形薄板の集合体に組み付けられる、磁性コアによって達成される。

本発明のコアは、磁束を、最初にチークを形成する円形薄板において径方向に伝え、次にバーを形成する薄板において軸方向に伝えるための、磁性薄板の配置を備えることから、注目に値する。したがって、そのような構造は、特に作製ツーリング作業と再加工作業の両方を制限することによって、軸方向型の回転トランスの組み立ておよび工業化を容易にすることができる。特に、そのようなコアでは、コアを構築する前にトロイダルコイルが作られ、絶縁され得る。さらに、様々な薄板を積層し絶縁することにより、ここに電流損失が最小化される。さらに、薄板に開口部を作ることによって、トランスのコイルへの接続を通過させるための特定のポイントを生成することが可能である。

有利な提供形態では、各チークを形成する円形薄板は分割される。円形薄板をそのように分割することによって、円形薄板を通る磁界により各円形薄板に発生する逆起電力の影響を打ち消すことが可能になる。具体的には、円形薄板を区分化することによって、薄板を通る交番磁界線に主に起因する誘導円電流を除去することが可能になる。

あるいは、各円形薄板に発生する逆起電力の影響をさらに阻止するために、チークを形成する各円形薄板は、電流ループの経路を長くするのに役立つ内部そらせ部（バッフル）を形成する径方向のノッチを含む。

別の有利な提供形態では、各チークを形成する円形薄板に空洞があってもよい。これらの空洞があることによって、重量の軽減、漏れインダクタンスの低減を達成すること、および任意の接続を通過させるための通路を解放することが可能になる。

各バーを形成する積層体の薄板は径方向に積層されてもよい。あるいは、薄板は接線方向に積層されてもよい。

チークを構成する円形薄板の集合体は、バーを形成する薄板の積層体が組み付けられる軸方向のノッチを有してもよい。

そのような状況において、コアは、有利には、バーを形成する薄板の各積層体の側部と、円形薄板の集合体にあるノッチの側部との間に配置された非磁性材料で作られるスペーサをさらに備えてもよい。そのようなスペーサがあることによって、薄板の平面に垂直な方向に入る磁束を低減させることで、チークにおける電流の発生を低減させることが可能になる。

さらに、コアは、有利には、円形薄板の集合体にあるノッチの底部に配置された絶縁材料をさらに備えてもよい。そのような絶縁材料があることによって、コアのチークとバーとの接続部において円形薄板の区分間で電気接触が生成されるのを回避することが可能になる。

本発明はまた、内側環状コアおよび外側環状コアを備える回転トランスであって、内側環状コアおよび外側環状コアが、これらのコアの一方が他方に対して共通の長手方向軸周りに回転することができるように、前記長手方向軸の周りに同軸に取り付けられる回転トランスにおいて、コアのうちの少なくとも１つが、上記で定義されたコアである、回転トランスを提供する。

本発明のその他の特徴および利点は、添付の図面を参照して記載される以下の記述から明らかになり、図面は、限定的な特性を有さない実施形態を示す。

本発明が適用される軸方向回転トランスの例を示す概略図である。 本発明の実施形態における回転トランスの外側コアの斜視図である。 図２のコアの長手方向断面図である。 本発明の別の実施形態における回転トランスの外側コアの斜視および長手方向断面図である。 本発明の有利な提供形態による、外側コアのチークの分割を示す図である。 本発明の別の有利な提供形態による、外側コアのチークにどのようにそらせ部が作られるかを示す図である。 本発明のさらに他の有利な提供形態による、外側コアのチークとバーの間に存在する非磁性スペーサおよび絶縁材料を示す図である。 本発明のさらに別の有利な提供形態による、外側コアのチークにどのように凹部が作られるかを示す図である。

本発明は、図１に示される三相回転トランス１０などの、静止要素と回転要素との間の電磁誘導によって電力を伝達するために使用される任意の軸方向型の回転トランス（単相または多相に関わらず）に適用される。

知られている態様では、この回転トランス１０は、内側環状コア１２および外側環状コア１４を備え、この内側環状コア１２および外側環状コア１４は、これらのコアの一方が他方に対して共通の長手方向軸１６周りに回転することができるように、前記長手方向軸１６の周りに同軸に取り付けられる。

内側コア１２は、トロイダルコイル２０を受ける２つの外側環状溝１８を有し、外側コア１４は、内側コアの外側溝１８に面して同じくトロイダルコイル２４を受ける２つの内側環状溝２２を有する。

内側コア１２と物理的に接触することなく内側コア内で回転することができるように、内側コア１２の内径と外側コア１４の外径との間に径方向の空隙２６が配置される。

当然ながら、本発明は、各コアが単一のトロイダルコイルを受けるための１つの溝および２つのチークしか有さない単相の回転トランスにも同じく適用される。同様に、本発明は、溝およびチークの数を変えることによって多相である他の回転トランスに適用される。

図２および図３は、本発明の実施形態におけるそのような回転トランスの外側コア１４を示す。当然ながら、本発明は内側コアを作るためにも適用される。

本発明によれば、外側コア１４は、回転トランスの長手方向軸１６に沿って配置されたバー１４２（磁性連結部、クラウン、ヨークとも呼ばれる）を備え、これらのバーのそれぞれは、軸方向に配置された、例えば矩形状の複数の磁性薄板の積層体から構成される。

したがって、図２および図３の例では、それぞれのバーを形成するこれらの薄板の積層体は１２個であり、長手方向軸１６の周りに規則的に分配されており、それぞれが、挟まれた絶縁層とともに組み立てられた１７枚の矩形薄板から構成されている。当然ながら、これらの数は異なってもよく、同じく積層体の薄板の形状も必ず矩形である必要はない。これらの矩形薄板１４２の積層体では、磁束経路は軸方向である。

さらに本発明によれば、外側コア１４は、トロイダルコイル２４を受けるための２つの内側環状溝２２をバーと協働して画成するために、軸方向に互いに離間しバーから径方向に延在する３つのチーク１４４（円形チークまたは側部とも呼ばれる）を同じく備え、各チーク１４４は、軸方向に配置された、挟まれた絶縁層とともに組み立てられた円形状の磁性薄板の集合体から構成される。

したがって、図２および図３の例では、各チーク１４４は、磁束経路が径方向である１０枚の円形磁性薄板の集合体から成る。

より正確には、チーク１４４を構成する円形薄板の集合体のそれぞれは、バー１４２を形成する薄板の積層体が組み付けられる軸方向のノッチ１４６を有する。

さらに、図２および図３の実施形態では、コアのバー１４２を形成する積層体の薄板は、接線方向に積層される（すなわち、これらの薄板が接線方向に配置される）。

図４は、コアのバー１４２’を形成する積層体の薄板が異なる向きを有する、具体的には、それらが径方向に積層される（すなわち、これらの薄板が径方向に配置される）、外側コア１４’の変形実施形態を示す。

この例では、チーク１４４’のそれぞれは、バー１４２’を形成する薄板の積層体が組み付けられる軸方向のノッチ１４６’を同じく含み、例えば積層体当たり５枚のこれらの薄板がある。

コアのバーを形成する薄板およびチークを形成する円形薄板は、典型的には、絶縁層に覆われた非配向粒子を有する磁性薄板であり、集合体の形状および積層体の形状に組み立てられ得るようにともに押圧されることが確認されるべきである。

図５から図８を参照して、本発明の磁性コアの様々な有利な特徴が以下に記述される。

特に、チーク１４４、１４４’を形成する円形薄板の集合体のうちの各円形薄板は、それを通る磁界に起因して逆起電力が生じる場所であるという欠点がある。

誘導円電流ループ（ほぼ長手方向軸１６上に中心がある電流ループ）を打ち消すために、図５に示される通り、チーク１４４、１４４’を構成する円形薄板の集合体の円形薄板を分割することが可能である。したがって、図に示されるように、円形薄板の各集合体が、接着剤によって、またはねじ、リベットなどの固定要素を使用して機械的保持力によってともに保持される例えば４つの区分１４４ａ、１４４’ａに分割され、これらの固定要素は、誘導円電流の「再ループ化」を回避するために、薄板に対する絶縁をもたらすシステムを有する。区分の数は、約２個から３０個の範囲内であってもよい。

円形薄板をこのように分割することにより、誘導円電流ループを除去することが可能になる。残るのは渦電流だけであり、渦電流は、薄板の厚さが薄いことによって大幅に低減される。

磁性コアのチークを形成する円形薄板において誘導される円電流ループを低減させるための別の解決策が、図６に示される。それは、円形薄板に径方向のノッチ（またはスロット）１４８を作ることによってそらせ部を生成することから成る。図６に示されるように、（線１５０によって概略的に表される）電流ループがたどる経路は、これにより長くなる。

円形薄板において誘導される円電流ループを低減させるためのさらに別の解決策（図示せず）は、輪の生成を回避するために、円形薄板をらせん状に巻くことである。

さらに、チーク１４４、１４４’を形成する円形薄板において渦電流の発生を低減させるために、磁性薄板の平面に対し垂直な方向に入る磁気誘導ベクトルを、可能な限り低減させることが好ましい。

この目的のために、図７に示されるように、バーを形成する薄板の各積層体の側部と、バーを形成する薄板が組み付けられる円形薄板１４４の集合体にあるノッチ１４６の側部との間に、非磁性材料のスペーサ１５２を配置することが、有利に提供される。典型的には、スペーサ１５２は、ポリマーマトリックス複合材料または非強磁性金属材料（例えばアルミニウム合金）で作られ得る。

あるいは、バーを形成する薄板の積層体の側部と、円形薄板の集合体にあるノッチの側部との間に隙間を空けておき、その隙間に樹脂が充填され得ることが提供され得る。

さらに、磁性コアのチーク１４４、１４４’を形成する円形薄板の集合体の円形薄板が（図５に示されるように）分割される場合、バーを形成する薄板の積層体とチークとの直接接触が、円形薄板の様々な区分間で電気接触を引き起こし、それにより分割の効果を打ち消す危険性がある。

そのような現象を回避するために、円形薄板１４４の集合体にあるノッチ１４６の底部に絶縁材料１５４を配置することが有利に提供される（図７）。例えば、この絶縁材料１５４は、ガラス繊維、または、ポリイミドタイプもしくはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）タイプのポリマーフィルムで作られる非常に薄い（典型的には１００分の数ミリメートル程度の）シート形状であってもよい。

あるいは、絶縁材料はワニスもしくは適切な接着剤であってもよく、または、絶縁材料は、バーを形成する薄板の積層体とチークとの直接接触を妨げる当接部を配設することにより、非導電性のギャップを生成することによって作られてもよい。

本発明のさらに別の有利な提供形態では、図８に示されるように、コアの各チーク１４４、１４４’を形成する円形薄板に内部空洞１５６がある。

そのような空洞１５６は、重量の軽減、漏れインダクタンスの低減を達成するのに役立ち、可能性のある電気接続のための通路も解放する。

Claims (9)

1. 回転トランス（１０）用の磁性コア（１２、１４；１４’）であって、コアが、コアの長手方向軸（１６）に沿って配置されたバー（１４２；１４２’）と、トロイダルコイル（２４）を受けるための少なくとも１つの環状溝（２２）をバーと協働して画成するために、軸方向に互いに離間しバーから径方向に延在する少なくとも２つのチーク（１４４；１４４’）とを備え、各チークが、径方向に配置された円形磁性薄板の集合体から構成され、各バーが、複数の磁性薄板の積層体から構成され、バーを形成する薄板の積層体が、コアの長手方向軸周りで互いに角度方向に離間した状態で、軸方向に配置され、円形薄板の集合体に組み付けられる、磁性コアにおいて、
   チークを形成する各円形薄板が、電流ループの経路を長くするのに役立つ内部そらせ部を形成する径方向のノッチ（１４８）を含むことを特徴とする、磁性コア。
2. 各チークを形成する円形薄板が分割される、請求項１に記載のコア。
3. 各チークを形成する円形薄板に空洞（１５６）がある、請求項１または２に記載のコア。
4. 各バー（１４２）を形成する積層体（１４２）の薄板が径方向に積層される、請求項１から３のいずれか一項に記載のコア。
5. 各バー（１４２’）を形成する積層体（１４２’）の薄板が接線方向に積層される、請求項１から３のいずれか一項に記載のコア。
6. チーク（１４４；１４４’）を構成する円形薄板の集合体が、バーを形成する薄板の積層体が組み付けられる軸方向のノッチ（１４６；１４６’）を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載のコア。
7. バーを形成する薄板の各積層体の側部と、円形薄板の集合体にあるノッチの側部との間に配置された非磁性材料（１５２）で作られたスペーサをさらに備える、請求項６に記載のコア。
8. 円形薄板の集合体にあるノッチの底部に配置された絶縁材料（１５４）をさらに備える、請求項６または７に記載のコア。
9. 内側環状コア（１２）および外側環状コア（１４；１４’）を備える回転トランス（１０）であって、内側環状コア（１２）および外側環状コア（１４；１４’）が、これらのコアの一方が他方に対して共通の長手方向軸（１６）周りに回転することができるように、前記長手方向軸の周りに同軸に取り付けられる、回転トランスにおいて、
   コアのうちの少なくとも１つが、請求項１から８のいずれか一項に記載のコアであることを特徴とする、回転トランス。

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