JPH023239B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、回転トランス機構に係るものであ
り、非接触電気的接続装置、例えば渦流探傷器、
特に回転プローブコイル方式渦流探傷器における
回転プローブ（検出素子）と探傷器本体との電気
的結合を非接触状態で磁力線を介して行わせるに
当つて用いられる非接触電気的接続装置として最
適である回転トランス機構を提供することを目的
とする。

一般に、回転可視状態にあるローターコイル
（以下、Ｒコイルとする。）と固定状態にあるステ
ーターコイル（以下、Ｓコイルとする。）との二
ケのコイルを、若干の空隙を置いて、前者を内側
に後者を外側に同軸に配置してなる回転トランス
機構はよく知られており、その用途一つとして
は、周知の通り、回転プローブコイル方式渦流探
傷器における回転プローブと探傷器本体との電気
的結合を非接触状態で磁力線を介して行わせるに
当つての非接触電気的接続装置としての使用例が
ある。即ち、例えば特開昭49−36391号公報に開
示されている通り、回転プローブコイル方式渦流
探傷器において、回転可視状態にあるＲコイルの
端子を回転プローブに接続し、該Ｒコイルの外側
に若干の空隙を置いて同軸に配置された固定状態
にあるＳコイルの端子を探傷器本体に接続し、回
転プローブと探傷器本体との間を無接触状態で磁
力線を介して電気的に結合している機構が提案さ
れている。この機構にあつては、回転運動を行な
う回転プローブに対して固定された探傷器本体か
らの交流電力の伝送と回転運動を行なう回転プロ
ーブから固定された探傷器本体への電気的信号の
伝達とが非接触状態で行われるのである。

ところで、上掲の用途に用いられる回転トラン
ス機構においては通常のトランスのように単に電
力の伝送を目的とする場合とは異なり、弱電的な
電気的信号による情報伝送を目的として用いられ
ているために、一次巻線としてのＳコイルと二次
巻線としてのＲコイルとの間の磁気的結合状態が
問題となる。詳言すれば回転トランス機構におい
てはＲコイルとＳコイルとの間には当然若干の空
隙が設けられているが、Ｒコイルの回転に伴ない
ＲコイルとＳコイルとの空隙の間隔量（以下、ｇ
とする。）が変動するとＲコイルとＳコイルとの
磁気的結合状態が変化し、これによつて生じる信
号変化がノイズとなり探傷精度を劣化させてしま
うことになる。この場合、ｇの変化量（以下、△
ｇとする。）は、専ら回転機構自体の機械的精度
に左右されるものであり、ｇが比較的大きい場合
にはさほど機械的精度を要求されることなく△
ｇ／ｇを小さくすることができる。しかしｇを大き
くすれば、当然一次巻線としてのＳコイルと二次
巻線としてのＲコイルとの間の漏洩磁束が大きく
なり伝送効率が低下してしまうことになる。従つ
てｇをできるだけ小さく（狭まく）設定して置く
必要があるが、ｇを小さくすればする程△g/gの
値は大きくなる（ＲコイルとＳコイルとの磁気的
結合状態の変化が大きくなる。）ので機械的精度
を可及的に向上させ△ｇを小さくすることが要求
されることになる。かゝる事情によつて回転トラ
ンス機構を回転プローブコイル方式渦流探傷器に
おける非接触電気的接続装置として応用する場合
には、回転機構等の設計、製作に極めて高度な機
械的精度が要求されており、このためその設計、
製作は困難視されているとともに製造コストも極
めて高価なものとなつている。

本発明者は、上記の現況に鑑み、高度な機械的
精度を要求されることなくＲコイルとＳコイルと
の間の伝送効率を良くすることができ、更にＲコ
イルの回転に伴なうＲコイルとＳコイルの間隔の
変動によつても両コイル間の磁気的結合状態に実
質的な変化を及ぼすことがない回転トランス機構
を提供せんと研究、試作を重ねた末、本発明を完
成したものである。

即ち、本発明は、回転可能状態にあるＲコイル
と該Ｒコイルの外側に若干の空隙を置いて配置さ
れた固定状態にあるＳコイルとからなる回転トラ
ンス機構において、 一対の横断面方形状の半環状コアー２，２′の
それぞれの内外円孤面に添つてコイル２１，２
１′を捲線するとともに溝部が外方を向いて形成
された横断面状の環状コアー１の溝底面にコイ
ル部１１を捲線し、該横断面状の環状コアー１
の溝部内に、前記一対の横断面方形状の半環状コ
アー２，２′を空隙を置き且つ前記コイル部２１，
２１′のそれぞれの内円孤面が前記コイル１１面
に非接触状態で所定の間隔をもつて対面するよう
に配置し、前記横断面状の環状コアー１を回転
可能状態とすることによつてそのコイル１１をＲ
コイルに、前記一対の横断面方形状の半環状コア
ー２，２′を固定状態とすることによつてそのコ
イル部２１，２１′をＳコイルにしてなる回転ト
ランス機構である。

次に、本発明の構成、効果を図面を用いて説明
する。

第１図は本発明に係る回転トランス機構の斜視
説明図であり、第２図は第１図のＡ−A′線にお
いて切断した拡大部分説明図である。第３図は本
発明におけるそれぞれの内外円孤面に添つてコイ
ルが捲線された一対の横断面方形状の半環状コア
ーの斜視説明図である。尚、第４図は第３図の矢
印個所の拡大部分説明図であり、第５図は第２図
に描かれている切断面を模型的に示した平面説明
図である。

本発明に係る回転トランス機構は、第１〜第５
図に示す通り、それぞれの内外円孤面に添つてコ
イル２１，２１′が捲線された一対の横断面方形
状の半環状コアー２，２′（特に第３図、第４図
参照）と溝底面にコイル１１が捲線された溝部が
外方を向いて形成されている横断面状の環状コ
アー１（特に第１図、第２図参照）とから構成さ
れている。

そして、横断面状の環状コアー１の溝部内
に、一対の横断面方形状の半環状コアー２，２′
が、空隙（第５図中の各Ｇ）を置き且つそのコイ
ル２１，２１′のそれぞれの内円孤面が環状コア
ー１のコイル１１面に非接触状態で所定の間隔
（第５図中のｇ）を置いて対面するように配置さ
れている（特に第２図、第５図参照、尚、第１図
中の点線は環状コアー１内における半環状コアー
２，２′の位置を示している。）。

上記の通りの位置関係において、環状コアー１
を回転可能状態とすることによつてそのコイル１
１は二次捲線としてのＲコイルとされ、一対の半
環状コアー２，２′を固定状態とすることによつ
てそのコイル２１，２１′は一体的に一次捲線と
してのＳコイルとされ、ここに回転トランス機構
が形成されるのである。

尚、環状コアー１を回転可能状態とするには、
環状コアー１の中心孔（第１図矢印Ｂで示す。）
に軸管を固定し（図示せず。）、該軸管を周知の回
転機構一例えば、軸管を軸受によつて支持すると
共に該軸管外側の適当個所に回転動力を伝達する
プーリー、歯車等を固着し、このプーリー、歯車
等を介して外部回転動力を伝達して軸管を回転さ
せる。一によつて回転させる。また一対の半環状
コアー２，２′を環状コアー１の溝部内の所定位
置で固定状態とするには、一対の半環状コアー
２，２′のそれぞれに絶縁材料（例えば、合成樹
脂材料）からなる固定用保持具を固着し、当該保
持具の一部を外部の適当個所に固定することによ
つて固定状態とする。

尚、また、コイル２１とコイル２２′とは、半
環状コアー２，２′に同一方向の磁束を発生させ
るように直列（後出第６図参照）又は、並列に接
続されて一体的に一次捲線としてのコイルを形成
する。

上記の通りの構造の本発明に係る回転トランス
機構の製作に当つては、先づ、一対の横断面方形
状の半環状コアー２，２′と横断面状の環状コ
アー１の両者は、フエライト、積層珪素銅板等の
周知の高透磁性材料を使用してプレス加工、切
削・研磨加工等によつて所期の形状、寸法に製作
する。コアー２，２′とコアー１との寸法関係は、
コアー２，２′とコアー１とのそれぞれの所定位
置にコイルが捲線された状態において前者が後者
の溝部内に非接触状態で収納されるものとする。
両者の寸法関係ができるだけ精度の高いものであ
ることが望ましいことは勿論ではあるが、後述す
る理由によつて、第５図中の矢印ｇの空隙の間隔
は余裕をもつてとることができ、また同図中の矢
印Ｇの空隙についてはできるだけ接近した状態に
することが要求されるが、これは比較的容易に行
える。尚、本発明の実施に当つては、通常矢印ｇ
の空隙の間隔が２〜５mm程度に、矢印Ｇの空隙の
間隔が0.1〜0.2mm程度となるように設計、製作す
ることが好適である。

次に、コアー２，２′及びコアー１に捲線され
るコイルとしても銅線等の周知の捲線材料が使用
される。横断面状の環状コアー１の溝底面への
コイル１１の捲線は、該溝底面部は筒状体である
から、その周囲に添つて直接捲線して行くことに
よつて容易に行なえるが、一対の横断面方形状の
半環状コアー２，２′のそれぞれの内外円孤面へ
のコイル２１，２１′の捲線は、内外円孤面、特
に内円孤面に添わせるものであるから直接捲線し
て行くことは極めて困難であるので、かゝる場合
に一般に採用されている捲治具を使用する手段に
よる必要があり、あらかじめ捲治具を用いて所定
の形状に捲線して置いたものを半環状コアー２，
２′のそれぞれに嵌め、しかる後、内外円孤面に
添わせることによつて行なう。

以上の通りの構造の本発明に係る回転トランス
機構は、その構造上、次の通りの特長を備えてい
る。

先づ、第１点は、ＲコイルとＳコイルとの間の
伝送効果が極めて良い点である。これは横断面
状の環状コアー１の溝部内に、一対の横断面方形
状の半環状コアー２，２′が若干の空隙を置き且
つそのコイル２１，２１′のそれぞれの内円孤面
が環状コアー１のコイル１１面に非接触状態で対
面するように配置するという構造（特に第５図参
照）を採ることにより、Ｓコイル（コイル２１）
に交流電力が通電されるとこれに伴ない半環状コ
アー２に発生する磁束が環状コアー１の溝部両側
部の存在によつて第５図中の点線で示す磁路ｌを
形成し、漏洩磁束が殆んど外部には出ないからで
ある。

従つて、第５図に示すように半環状コアー２が
環状コアー１の溝内に位置している限りにおいて
は、Ｒコイル（コイル１１）面とＳコイル（コイ
ル２１）面との空隙の間隔（第５図中矢印ｇ）を
余裕をもつて設定しても両コイル間の伝送効率が
低下することはない。もつとも環状コアー１の溝
部両内側面と半環状コアー２，２′の側面（コイ
ル２１，２１′が捲線されていない個所）との各
空隙の間隔（第５図中矢印Ｇ）はできだけ接近し
た状態として置く必要があり、この間隔Ｇがあま
りにも大きい場合には、当然伝送効率は低下して
しまうことになる。

ところで、本発明における如き回転機構の設計
製作に当つては、一般によく知られている通り、
回転軸に垂直に発生する“フレ”（第５図中では
矢印ｇの“フレ”）を抑制するために要求される
機械的精度は、回転軸に平行に発生する“フレ”
（第５図中では矢印Ｇの“フレ”）を抑制するため
に要求される精度と比較して、極めて高度なもの
である。換言すれば、矢印Ｇの“フレ”は容易に
防止することが可能であるが、矢印ｇの“フレ”
を防止することは極めて困難なのである。従つ
て、上述の通りに矢印ｇの間隔を余裕をもつて設
定できることは、矢印ｇの問隔を小さくすること
が要求されてはいても機構自体の設計、製作上大
きなメリツトとなるのである。

次に、第２点は、Ｒコイルの回転に伴なうＲコ
イル面とＳコイル面との間隔の変動によつても両
コイル間の磁気的結合状態に変化を受けることが
殆んどない点である。これも上述の通りの構造
（特に第５図参照）を採つた結果、Ｓコイル（コ
イル２１）に交流電力が通電され、これに伴なつ
て半環状コアー２に発生する磁束が環状コアー１
の溝部両側部の存在によつて第５図中の点線で示
す磁路ｌを形成し、この磁路ｌの長さが、環状コ
アー１の回転に伴なうＲコイル（コイル１１）面
とＳコイル（コイル２１）面との空隙の間隔（第
５図中矢印ｇ）の変化によつて変化しても、半環
状コアー２が環状コアー１の溝内に位置している
限りにおいては、当該磁路ｌを通る磁束の大きさ
に変化を受けることが実質的になくなるからであ
る。この作用を第５図中の磁路ｌの磁気抵抗Rm
の面から説明する。環状コアー１及び半環状コア
ー２中の磁路の長さをlm、この磁路の断面積を
Ａ、この磁路の透磁率をμ（ミユー）とすると、
第４図中の磁路ｌの磁気抵抗Rmは次の通りに表
わせる。

第４図中の環状コアー１及び半環状コアー２の
中での磁気抵抗Rm′は； Rm′＝lm／Aμ …… （高透磁性材料中） 第４図中の空隙Ｇの場所での磁気抵抗Rm′o
は； Rm′o＝Ｇ／Aoμo …… （空気中） 従つて、第４図中の磁路ｌの磁気抵抗は； Rm′＋2Rm′o＝lm／Aμ＋2G／Aoμo 高透磁性材料の断面積Ａと空隙の断面積Aoと
は実際上あまり変らないので、Ａ＝Aoとすれ
ば； Rm＝Rm′＋2Rm′o＝１／Ａ（lm／μ＋2G／μo） …… となる。

式において、高透磁性材料のＭの値は空気の
導磁率即ち、μoの値の数千倍の値を持つており、
またlmの長さは2Gの長さの数拾倍である。従つ
て、今、環状コアー１の回転に伴なつて第５図中
の矢印ｇの間隔が変化すると、式中のlmが変
動するのであるが式の第１項はＭの値が大きい
ために第２項の値に比較して数百分の１となり、
Rmの値は実質的には変化しないのである。

即ち、第５図中の矢印ｇの間隔が変化しても、
磁路ｌの磁気抵抗Rmは実質的には変化せず従つ
て当該磁路ｌ中を通る磁束の大きさも実質的には
変化を受けないのであり、これは第５図中の磁路
ｌに形成されているＲコイル（コイル１１）とＳ
コイル（コイル２１）との間の磁気的結合状態に
実質的に変化を受けることがないことを意味して
いる。

上述の通りに、環状コアー１の回転に伴なつて
発生する矢印ｇの間隔の変動によつてもＲコイル
とＳコイルとの間の磁気的結合状態に実質的な変
化を受けないことは、機構自体の設計・製作上大
きなメリツトとなるとともに、本発明に係る回転
トランス機構を回転プローブコイル方式渦流探傷
器における回転プローブと探傷器本体との非接触
電気的接続装置として応用する場合には、ノイズ
の減少、換言すれば探傷精度の向上という大きな
メリツトをもたらすものである。

尚、上記応用に際しては、Ｒコイル（コイル１
１）の端子を回転プローブに、Ｓコイル（コイル
２１，２１′）の端子を探傷器本体に接続すれば
よいことは勿論である。第６図はその配線の一例
を示す結線説明図である。同図に示す如く、コイ
ル２１の一方の端子２１１とコイル２１′の一方
の端子２１１′とは、一次捲線端子として探傷器
本体（図示せず）に接続され、コイル２１の他方
の端子２１２とコイル２１′の他方の端子２１
２′とは直列接続される。またコイル１１の各端
子１１は回転プローブＰの端子に接続される。図
示しないがコイル２１と２１′とを並列接続する
ことも勿論可能である。

尚、また、本発明に係る回転トランス機構は上
記の応用例にとどまらず、機構自体の設計・製作
が容易で低コストで製造できるにもかゝわらず伝
送効率が良くまたＲコイルの回転に伴なつて発生
するＲコイルとＳコイルとの間の磁気的結合状態
の変化が殆んど生じないという利点を生かして、
例えば、抵抗線ひずみ装定装置、棒・管状体超音
波探傷装置等への応用も可能である。

更に、第３点として、本発明に係る回転トラン
ス機構は、その製作過程における組立工程が非常
に容易に行えることが挙げられる。即ち、組立工
程においては、始めに環状コアー１を前記した如
き周知の回転機構を用いて回転可能に設置して置
き、続いて該環状コアー１に対して半環状コアー
２，２′をそれぞれ個別に組込んで嵌装させるの
で、環状物と環状物とを同軸に組立てる場合と比
較して、組立工程が非常に容易に行えるのであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る回転トランス機構の斜視
説明図であり、第２図は第１図のＡ−A′線にお
いて切断した拡大部分説明図である。第３図は本
発明における半環状コアーの斜視説明図である。
第４図は第３図の矢印個所の拡大部分説明図であ
る。第５図は本発明に係る回転トランス機構にお
ける磁路の状態を説明するために第２図に描かれ
ている切断面を模型的に示した平面説明図であ
る。 第１〜５図において；１は、溝部が外方を向い
て形成されている横断面状の環状コアー。２，
２′は、一対の横断面方形状の半環状コアー。１
１は、環状コアー１の溝底面に捲線されたコイ
ル。２１，２１′は、半環状コアー２，２′のそれ
ぞれの内外円孤面に添つて捲線されたコイル。
尚、第１図における矢印Ｂは環状コアー１の中心
孔を示し、同図中の点線は環状コアー１内におけ
る半環状コアー２，２′の位置を示す。また、第
５図における矢印ｇ，Ｇはそれぞれ間隔を示し、
点線ｌは磁路を表わす。 第６図は、本発明に係る回転トランス機構を回
転プローブコイル方式渦流探傷器における非接触
電気的接続装置として用いた場合の配線の一例を
示す結線説明図である。 第６図において；２１はコイル、２１１，２１
２はコイル２１の各端子、２１′はコイル、２１
１′，２１２′はコイル２１′の各端子、１１はコ
イル、１１１はコイル１１の各端子、Ｐは回転プ
ローブを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転可能状態にあるローターコイルと該ロー
   ターコイルの外側に若干の空隙を置いて配置され
   た固定状態にあるステーターコイルとからなる回
   転トランス機構において、 一対の横断面方形状の半環状コアー２，２′の
   それぞれの内外円孤面に添つてコイル２１，２
   １′を捲線するとともに、溝部が外方を向いて形
   成された横断面状の環状コアー１の溝底面にコ
   イル部１１を捲線し、該横断面状の環状コアー
   １の溝部内に、前記一対の横断面方形状の半環状
   コアー２，２′を空隙を置き且つ前記コイル２１，
   ２１′のそれぞれの内円孤面が前記コイル１１面
   に非接触状態で対面するように配置し、前記横断
   面状の環状コアー１を回転可能状態とすること
   によつてそのコイル１１をローターコイルに、前
   記一対の横断面方形状の半環状コアー２，２′を
   固定状態とすることによつてそのコイル２１，２
   １′をステーターコイルにしたことを特徴とする
   回転トランス機構。