JP2000058355A

JP2000058355A - 回転体への電力供給用変圧器

Info

Publication number: JP2000058355A
Application number: JP10230375A
Authority: JP
Inventors: Yukio Odawara; 幸生小田原
Original assignee: Oita Prefectural Government
Current assignee: Oita Prefectural Government
Priority date: 1998-08-17
Filing date: 1998-08-17
Publication date: 2000-02-25

Abstract

(57)【要約】【目的】回転体に設置した回路に非接触で電力を供給
する。【構成】変圧器に内鉄形の鉄心を用い、２次コイル
（５）が回転体の回転の軸（１）を中心とし、鉄心
（４）の枠の中を通って環状に巻かれている。鉄心
（４）には１次コイル（２）が巻かれ、また、２次コイ
ル（５）を前記の回転体から支持するプレート（８）と
２次コイルのリード線（６）が通過する間隙（７）が設
けられている。鉄心（４）及び１次コイル（２）を固定
側に置き、２次コイル（５）を回転体と一体で回転さ
せ、電磁結合により回転体の回路に電力を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機械において回転
体の種々の物理量を検出するため、回転体に置かれた回
路に電力を供給する変圧器（インダクタンス）の構造に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】回転体の種々の物理量を検出するうえ
で、固定側から回転体に置かれた検出器や回路に直接配
線できないという障害がある。回転体に電力を供給する
公知の方法では、図１に示すスリップリング機構や、図
２及び図３に示す回転トランスなどがある。スリップリ
ング機構は長期に亘りブラシとスリップリングの機械的
接触を良好に保つため、精密な工作，組立が必要であ
り、スリップリングやブラシからの漏電を防ぐ絶縁，物
が触れて接触事故を起こさないようにケースに入れるこ
と，ブラシが摩耗するため定期的に部品の交換や保守が
必要である。これに対し、回転トランスでは電磁誘導を
用いるため交流変換回路が必要であるが、非接触のため
接触不良は発生せず、絶縁は容易で、保守は不要であ
る。特に、回転トランスを回転体の端面の回転中心に設
置した図２の方式は、小型のもので電力供給が可能で有
効な手段である。図３の方式は図２のものと機能は同じ
であるが、機械の回転軸の外周に取り付ける点が異な
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】回転トランスで回転体
の端面の中心部に設置する方式（図２）は、取り付けは
比較的容易であるが、取り付ける空間がない場合や取り
付けることが困難な場合などがあり、全てには適用でき
ない。一方、機械の回転軸の外周に取り付ける方式（図
３）では、鉄心が１次コイル及び２次コイルを全面的に
被う外鉄形変圧器の構造になっているため、回転軸の径
が大きくなるとそれに応じて鉄心の径も増大し、製作費
の増大を招く傾向がある。そこで、本発明は機械の回転
軸の外周に取り付ける公知の方式において、回転軸によ
り鉄心の製作費が増大し、製作が困難になることを解決
する。

【０００４】

【課題を解決する手段】変圧器の鉄心に巻くコイルの巻
き方を緩くし、このコイルと鉄心の間に遊びを作れば、
鉄心に対するコイルの動きの自由度は増す。これを利用
してコイルが回転できるようにすれば、電磁誘導により
回転体への電力供給が実現できる。内鉄形の鉄心を用い
た変圧器で、２次コイルが回転体と共に回転できるよう
に、２次コイルを回転体の回転の軸を中心とし、この鉄
心の枠の中を通して円形に巻く。この鉄心には１次コイ
ルが巻かれ、また、２次コイルを前記の回転体から支持
するプレート及び２次コイルのリード線が通過するため
の間隙が設けられる。この変圧器において、鉄心及び１
次コイルを固定側に置き、２次コイルを回転体と共に回
転させ、回転体に置かれた回路に電力を供給する。

【０００５】

【発明の実施の形態】回転体への電力供給用変圧器の一
般的な使用目的は、機械の回転している箇所でトルクや
温度など各種の物理量を検出するため、検出器や送信器
など回転する箇所に置く回路に非接触で電力を供給する
ことである。図４はこの変圧器の構造の概略と、代表的
な取り付けの例である。図５はこれを図４のＸＸ方向か
ら見たものである。

【０００６】機械の回転軸（９）に、変圧器の２次コイ
ル（５）を支持するプレート（８）と回転側の回路を取
り付ける回転板（10）を取り付ける。回転板（10）には
金属板を使用し、磁気遮蔽を行うことができる。これら
の物理的な回転の軸を（１）とする。変圧器の鉄心
（４）は内鉄形を用い、これに１次コイル（２）を巻
く。また、鉄心（４）に間隙（７）を設け、２次コイル
（５）が回転する際にプレート（８）と２次コイルのリ
ード線（６）が通過できるようにする。プレート（８）
は鉄心（４）の間隙（７）を横切るので、電磁誘導によ
る損失を少なくするため、材質は固体絶縁物や、金属を
用いた場合でも電磁誘導を受け難い構造のものとする。
２次コイル（５）は回転の軸（１）を中心とし、鉄心
（４）の枠の中を通して円形に巻く。この変圧器で、鉄
心（４）及び１次コイル（２）を機械等の固定側に置
き、２次コイル（５）を機械の回転軸（９）及び回転板
（10）と一体で回転させる。

【０００７】電力供給の原理は一般の変圧器と同様であ
る。１次コイルのリード線（３）に交流電圧を加えると
１次コイル（２）により鉄心（４）に発生した磁束が２
次コイル（５）と鎖交とし、２次コイルのリード線
（６）に交流電圧が発生し、１次コイル（２）から２次
コイル（５）へ電力を供給できる。１次コイル（２）に
加える電圧は、スイッチング電源の一方式であるフライ
バック式コンバータのように、高速で直流電圧をオンオ
フする方法でも良い。回転体への電力供給用変圧器で
は、２次コイル（５）はその回転に関係なく鉄心（４）
の同じ位置を通過するので、磁気回路的に同じ条件、即
ち一定の効率で電力を供給することができる。

【０００８】

【実施例】回転軸のトルク検出における実施回路の概略
を図６に示す。概略は、機械の回転軸（９）に貼られた
歪ゲージのブリッジ回路（Ｆ）の電位差（f1）によりこ
の箇所のトルクを検出し、増幅回路（Ｇ）で増幅し、変
調回路（Ｈ）でパルス幅変調によるオンオフ信号に変換
し、これにより赤外ＬＥＤ（Ｉ）を点滅し、光による信
号を送信する。これを固定側のフォトダイオード（Ｊ）
で受光して電気信号に変換し、増幅回路（Ｋ）で増幅
し、復調回路（Ｌ）でアナログ信号に変換し、検出信号
（l1）を得る。固定側（Ａ，Ｂ）から回転側の回路
（Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ）への電力の供給はスイッチ
ング回路（Ｂ）及び回転体への電力供給用変圧器（Ｃ）
により行う。

【０００９】鉄心（４）は枠の外側の寸法が縦35mm×横
25mm×厚10mm，枠の断面 5mm×10mmのフェライト製コア
を用い、幅 4mmの間隙（７）を設け、これに被覆導線を
45回巻き、１次コイル（２）とした。２次コイル（５）
は被覆導線を45回巻き、直径60mm，断面直径 5mmの環状
のコイルとした。機械の回転軸（９）の材質は軟鋼で、
直径12mmである。これに磁気遮蔽を兼ねてアルミニウム
製の回転板（10）を取り付け、回転板（10）から20mm離
して２次コイル（５）を塩化ビニル製のプレート（８）
で支持し、また、回転板（10）の２次コイル（５）と反
対側の面に回路（Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ）を設置し
た。この際に２次コイル（５）は、間隙（７）からの漏
洩磁束の影響を受けないように、間隙（７）の位置から
できるだけ離した。

【００１０】電力供給の動作の概略は次の通りである。
スイッチング回路（Ｂ）のクロック（b2）は周波数30kH
zでオンとオフの各時間が等しく発振し、トランジスタ
（b3）をオンオフする。トランジスタ（b3）がオンにな
ると、直流電源（Ａ）の＋極から１次コイル（２）を通
って直流電源（Ａ）の−極に流れる電流が増加に転じ
る。この時、２次コイル（５）に電磁誘導による電圧が
発生するが、整流回路（Ｄ）のダイオード（d1）に阻止
され電流は流れない。次にトランジスタ（b3）がオフに
なると、１次コイル（２）に蓄積された電磁エネルギに
より１次コイル（２）とコンデンサ（b5）の間に電気振
動が起きる。この時、コンデンサ（b5）にトランジスタ
（b3）側を＋として充電が行われ、同時に１次コイル
（２）の電流は減少し、２次コイル（５）からダイオー
ド（d1）の順方向に流れる電流が発生し、コンデンサ(d
2)を充電する。さらに、コンデンサ（b5）の充電が終了
し最大電圧になると、次にコンデンサ（b5）のトランジ
スタ（b3）側から１次コイル（２）を経て直流電源
（Ａ）の＋極側に放電する電流が流れ、これにより２次
コイル（５）からダイオード（d1）の順方向に流れる電
流が発生し、コンデンサ（d2）を充電する。これら一連
のサイクルを繰り返し、回転体への電力供給用変圧器
（Ｃ）を介して直流電源（Ａ）から整流回路（Ｄ）のコ
ンデンサ（d2）に電力が供給され、このコンデンサ（d
2）の出力（d3）を電源として回転側の回路（Ｅ，Ｆ，
Ｇ，Ｈ，Ｉ）が動作する。

【００１１】安定化回路（Ｅ）は、整流出力（d3）の電
圧を僅かに降下させ、安定化出力（e1）の電圧を一定に
保つ役割をする。コンデンサ（b5）の容量は0.2μFであ
る。また、歪ゲージのブリッジ回路（Ｆ）に用いた４枚
の歪ゲージの抵抗値は何れも350Ωである。スイッチン
グ回路（Ｂ）の入力電圧（b1）を10Ｖとし、整流出力
（d3）の出力電流を70mA前後に保つように制御し、この
条件で整流出力（d3）の電圧は13Ｖとなり、また、回転
体への電力供給用変圧器（Ｃ）による電力供給効率は約
60％となった。

【００１２】

【発明の効果】発明した回転体への電力供給用変圧器
は、公知の回転トランスで回転軸の外周に取り付ける方
式の持つ欠点、すなわち回転軸の径が大きくなると鉄心
の径が増大し、これにより鉄心の製作費が大きくなり、
或いは製作が困難になるという点を解決する。これは、
公知の回転トランスが外鉄形の鉄心により１次コイル及
び２次コイルを全体的に被う構造であるのに対し、発明
した回転体への電力供給用変圧器では内鉄形の鉄心を用
い、鉄心が１次コイルと２次コイルを連結する構造であ
り、このため回転軸の径によって変化するのは２次コイ
ルの径のみで、鉄心の形状や大きさは変化せず、従って
鉄心の製作費が大きくなったり、製作が困難になること
はないからである。また、公知の回転トランスの持つ長
所の非接触で電力の供給ができる点、電気的絶縁が容易
で保守が不要という点は失われない。発明した変圧器の
取り付けは、理論的にこの鉄心の枠の中を２次コイルが
通っておれば性能を発揮できるので、取り付けにあたっ
て精密な工作や取り付けは必要とせず、簡易的な扱いが
できる。これにより、従来、各種設備や試験装置で回転
トランスの利用範囲が限定されていたものを、低廉に且
つ簡易にすることにより、民生用機器にも適用範囲を広
げる事が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】トルク検出におけるスリップリング機構の使用
例の概略図。

【図２】回転体の端面の回転中心に取り付ける方式の回
転トランスの概略図、鉄心のコア及びコイルは回転の軸
を通る破断面を示す。

【図３】回転軸の外周に取り付ける方式の回転トランス
の概略図、鉄心のコア及びコイルは回転の軸を通る破断
面で示す。

【図４】回転体への電力供給用変圧器の取り付けの例を
示す図面、２次コイル（５），プレート（８），回転板
（10）は回転の軸を通る断面で示す。

【図５】図４をＸＸの方向から見た図面である。

【図６】回転体への電力供給用変圧器を、回転軸のトル
ク検出における電力供給に応用した例の回路のブロック
図である。

【符号の説明】

１物理的な回転の軸、２１次コイル、３
１次コイルのリード線、４鉄心、
５２次コイル、６２次コイルのリード線、
７間隙、８プレート、９機械の回転軸、
10 回転板、Ａ直流電源、
Ｂスイッチング回路、b1 スイッチング回路の入
力、 b2 クロック、b3 トランジスタ、
b4 ダイオード、b5 コンデンサ、Ｃ回転体への
電力供給用変圧器、Ｄ整流回路、d1 ダイオード、
d2 コンデンサ、d3 整流回路の出力、Ｅ安
定化回路、 e1 安定化回路の出力、Ｆ４枚
の歪ゲージによるブリッジ回路、f1 電位差、Ｇ増幅
回路、Ｈ変調回路、Ｉ赤外ＬＥ
Ｄ、Ｊフォトダイオード、Ｋ増幅回
路、Ｌ復調回路、 l1 検出信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第２のコイルが回転体の回転の軸を中心
として、第１のコイルが巻かれた内鉄形鉄心の枠の中を
通って円形に巻かれ、該鉄心には第２のコイルを該回転
体から支持するプレートと第２のコイルのリード線が通
過する間隙を設けてあり、第１のコイルを１次コイル，
第２のコイルを２次コイルとし、１次コイル及び前記鉄
心を固定側に置き、２次コイルを回転体と一体で回転さ
せ、回転体に電力を供給することを特徴とする回転体へ
の電力供給用変圧器。