(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両側に突部を設けた断面コの字型の磁性体からなる１次側コアと、
前記１次側コアの前記突部の間に巻回された１次側コイルと、
回転自在に支持された略円柱形の回転軸と同心で、前記１次側コアの前記突部の先端面と所定の間隔にて対向する円柱面を有する中空円柱状の２次側コアと、
前記回転軸の軸方向に垂直な一面に対して平行に並んで配置されている前記突部間に挟まれて前記２次側コアの外周上に配置され、前記１次側コイルに対向して巻回されている２次側コイルと、
を備えて、前記回転軸に設けられて前記回転軸に加わるトルクを検出する歪みゲージと、前記歪みゲージによって検出された前記トルクをデジタル変換して光送信する回転基板と、へ給電する回転型非接触給電変圧器であって、
前記１次側コアは前記回転軸の円周方向の一部にのみ配置され、
前記１次側コアの少なくとも一方の前記突部から、少なくとも前記１次側コア及び前記１次側コイルを前記軸方向に垂直な一面に投影した領域を含んで、前記軸方向に延伸した１次側コア延伸部が設けられた、
ことを特徴とする回転型非接触給電変圧器。
【請求項２】
前記１次側コア延伸部が、前記２次側コアを前記軸方向に垂直な一面に投影した領域を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の回転型非接触給電変圧器。
【請求項３】
前記１次側コア延伸部が、導電体にて形成されることを特徴とする請求項１から２のいずれかに記載の回転型非接触給電変圧器。
【請求項４】
前記１次側コア延伸部が、磁性体にて形成されることを特徴とする請求項１から２のいずれかに記載の回転型非接触給電変圧器。
【請求項５】
前記１次側コア延伸部が、磁性体を樹脂フィルムにて積層したものを前記１次側コアに貼り付けて形成されることを特徴とする請求項４に記載の回転型非接触給電変圧器。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の回転型非接触給電変圧器を備えていることを特徴とするトルク検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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の構造の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転体の種々の物理量を検出する際、固定側から回転体側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、スリップリング機構があるが、スリップリング機構は長期に渡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、精密な加工や組立てを施す必要があった。またスリップリングやブラシからの漏電を防ぐと共に、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。さらに摩耗時に粉塵が発生するためケーシング内の吸引や洗浄も必要であった。
【０００３】
これに対し、回転型非接触給電変圧器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、保守は不要であるため近年採用が進んでいる。
【０００４】
回転軸の外周固定側に１次側の変圧器を取り付ける方式において、１次側コアが回転軸と２次側コア及び２次側コイルを全周で被う構造になっている場合には装置が大きくなるという課題があった。特に回転軸の直径が大きくなるとそれに応じて２次側コアの直径も増大し、取りも直さず１次側コアの外径も大きくなり、装置の大型化、製作費の増大の要因になっていた。
【０００５】
これに対して、略コの字型のコアを用いてこの両突部間にコイルを巻き１次側とする一方、回転する側に設けられたコイルをこの略コの字の内部に食い込む形で対向させた構造にて、装置の小型化、製作費の低減を図るものが公知として知られている。（例えば、特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−５８３５５号公報
【特許文献２】特開２０１３−１５６２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１をはじめとする回転型非接触給電変圧器では、１次側及び２次側の対向する箇所が近接してしかも２次側は回転しているため、コイルを覆うことが構造上困難であって、オープン構造が通常である。よって回転型非接触給電変圧器から電力を得て物理量を検出する電気回路部が回転側基板に搭載されている場合では、この物理量を検出する電気回路部が回転型非接触給電変圧器から発するノイズを受けてしまい正確な物理量の取得が困難となる場合があった。また検出した物理量を回転側から無線等で送る電気回路も同様にノイズを受けて誤動作や送信の欠落などが起こる場合が生じていた。そこで特許文献２のように回転型非接触給電変圧器と物理量の検出用電気回路部を離して配置する発明が開示されているが、双方を離して配置することから軸方向の長さが大きくなってしまい、装置の小型化を妨げるものとなっていた。
【０００８】
本発明は、前述のような従来の問題を解決するためになされたもので、装置の大型化をすること無しに、回転体に設けられた物理量を検出する電気回路部等に対してノイズを抑制して電力を供給する回転型非接触給電変圧器を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の回転型非接触給電変圧器は、
両側に突部を設けた断面コの字型の磁性体からなる１次側コアと、
１次側コアの突部の間に巻回された１次側コイルと、
回転自在に支持された略円柱形の回転軸と同心で、１次側コアの突部の先端面と所定の間隔にて対向する円柱面を有する中空円柱状の２次側コアと、
回転軸の軸方向に垂直な一面に対して平行に並んで配置されている突部間に挟まれて前記２次側コアの外周上に配置され、１次側コイルに対向して巻回されている２次側コイルと、
を備えて、回転軸に設けられて回転軸に加わるトルクを検出する歪みゲージと、歪みゲージによって検出された前記トルクをデジタル変換して光送信する回転基板と、へ給電する回転型非接触給電変圧器であって、
１次側コアは回転軸の円周方向の一部にのみ配置され、
１次側コアの少なくとも一方の突部から、少なくとも１次側コア及び１次側コイルを回転軸の軸方向に垂直な一面に投影した領域を含んで、１次側コアから軸方向に延伸した１次側コア延伸部が設けられたことを特徴としている。
【００１０】
本発明の回転型非接触給電変圧器は、１次側コア延伸部が、２次側コアを軸方向に垂直
な一面に投影した領域を含んでいることが好ましい。
【００１１】
本発明の回転型非接触給電変圧器は、１次側コア延伸部が、導電体にて形成されることが好ましい。
【００１２】
本発明の回転型非接触給電変圧器は、１次側コア延伸部が、磁性体にて形成されることが好ましい。
【００１３】
本発明の回転型非接触給電変圧器は、１次側コア延伸部が、磁性体を樹脂フィルムにて積層したものを１次側コアに貼り付けて形成されることが好ましい。
【００１４】
本発明のトルク検出器は、上記の回転型非接触給電変圧器を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、１次側コアに延伸部を設けることで回転型非接触給電変圧器より発生するノイズの拡散を低減できて、回転軸側の電気回路への影響を少なくして例えば回転トルクなどの正確な物理量の測定を可能にしている。また２次側コアの側面まで１次側コアの延伸部が覆うことで安定した磁束の透過が実現され、非接触給電の効率も向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る回転型非接触給電変圧器を有するトルク検出器の部分断面斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る回転型非接触給電変圧器を有するトルク検出器の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る回転型非接触給電変圧器のＢ部詳細図である。
【図４】本発明の実施形態に係る回転型非接触給電変圧器のＡＡ断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る回転型非接触給電変圧器を有するトルク検出器の回路ブロック図である。
【図６】従来の１次側コア延伸部が無い回転型非接触給電変圧器を有するトルク検出器にてトルクを測定した時のグラフである。
【図７】本発明の実施形態に係る１次側コア延伸部がある回転型非接触給電変圧器を有するトルク検出器にてトルクを測定した時のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態に係る回転型非接触給電変圧器及びこれを有するトルク検出器について説明する。
【００１８】
図１は本発明の実施形態に係る回転型非接触給電変圧器４０を有するトルク検出器１の一部である外装カバー等を切断して内部を表示した部分断面斜視図である。また図２は、このトルク検出器１の軸中心を通って、軸方向に平行な平面で切断した断面図である。
【００１９】
図１、図２に示すように、本実施形態に係る回転型非接触給電変圧器４０を有するトルク検出器１は、モータ（不図示）と繋がった減速機と一体した構造である。本実施形態は例示であってモータ等の駆動源と直接繋がったものであっても構わない。モータ側からの出力となるモータ軸１０１はベアリング１０２によって回転自在に支持されており、モータからの動力はモータ軸１０１からウエーブジェネレータ１４、フレクスプライン１３を経由して、回転軸２へと伝達する。すなわちこの減速機は波動歯車減速機であって、薄肉カップの形状をして開口部外周にギア歯が設けられたフレクスプライン１３と、このフレクスプライン１３の外周ギア歯に対応して内周面にギア歯を有するサーキュラスプライン１２と、フレクスプライン１３の開口した内周部に位置してモータ軸１０１と連結したウエーブジェネレータ１４から構成されている。そして回転軸２はフレクスプライン１３のダイヤフラム部１３ａすなわち減速機出力部とネジによって締結されている。
【００２０】
回転軸２は略円柱形であって、軸カバー１５に取り付けられたベアリング３と、カバー１６に取り付けられたベアリング１８を介して回転自在に支持されている。この回転軸２には起歪体の機能を有する起歪部２ａがあり、この起歪部２ａは回転軸の軸方向には強度を有して変形せず、捻れ方向には撓むようになっており、起歪体と動力伝達軸を兼ねる構成となっている。この起歪部２ａの円筒面には歪みゲージ３０が接着され、回転軸２に加わった回転トルクの検出を行うことができる。なお組立て後には歪みゲージ３０は支持部材３２にて覆われるため、図１では支持部材３２の一部を切断して歪みゲージ３０を表示している。歪みゲージ３０からの配線は、リード線３１によって行われ、後述の回転側基板４に接続されている。
【００２１】
図３は図２におけるＢ部を拡大した拡大詳細断面図であって、カバー１６側に間接的に固定されて、回転型非接触給電変圧器４０の１次側が構成されている。カバー１６には、固定側基板１０が絶縁シート３４を挟んで固定されていて、両端に突部を設けた断面コの字型の磁性体の１次側コア７が、コアホルダ９を介して固定側基板１０に取り付けられている。そしてこの１次側コア７の両突部間には銅線を巻回してなる１次側コイル８が設けられている。本実施形態では１次側コア７は低損失フェライト材を用いている。コアホルダ９は樹脂等でできており、１次側コア７を囲い込む形状であってこれを保持している。
【００２２】
一方回転軸２には１次側コイル８及び１次側コア７と所定間隔をおいて対向するように、回転型非接触給電変圧器４０の２次側が構成されている。２次側コア６は回転軸２に同心で設けられており、この２次側コア６の外周に２次側コイル５が設けられている。２次側コア６は１次側コア７の突部に所定の間隔を有して設けられており、本実施形態では２次側コア６は焼結体フェライトを樹脂フィルムにて積層して薄手のシート状にしたものを、回転軸２に同軸で固定された支持部材３２の円筒面に接着して構成しているが、中空円柱状のフェライトを挿入したものでも良い。また２次側コイル５は、軸方向で１次側コア７の両突部の間に挟まれるように銅線が複数段巻回されて配置され、これを接着剤で固定している。
【００２３】
１次側コア７の突部の左側面には１次側コア延伸部２０が設けられている。１次側コア延伸部２０は、焼結体フェライトを樹脂フィルムにて積層してシート状にしたものを、１次側コア７の突部側面に接着固定されている。１次側コア延伸部２０は、少なくとも１次側コア７及び１次側コイル８を回転軸２の軸方向に垂直な一面に投影した領域を覆って設けられ、さらに２次側コア６を回転軸２の軸方向に垂直な一面に投影した領域まで延伸して覆って設けられている（図３、図４参照）。また１次側コア延伸部２０の素材は金属板のように導電体を有したシールド効果があるものでも良い。
【００２４】
図４は、図２におけるＡＡで切断した断面図であって、１次側コア延伸部２０を透過して描画して、１次側コア７、２次側コア６及びコアホルダ９との位置関係を示している。よって、１次側コア延伸部２０により、特に１次側コア７と２次側コア６の隙間を通って放出されるノイズを低減することができる。よって図１、図２における１次側コア延伸部２０より左側の部分へのノイズ拡散を低減することができる。これと同時に１次側コア７の突部先端面７ｂから２次側コア６表面に生じる磁束も１次側コア延伸部２０によって覆われるため給電の安定性が向上する。なお本実施形態では１次側コア延伸部２０と１次側コア７は別体で接着によって結合されているが、１次側コア延伸部２０と１次側コア７を一体のもので形成しても良い。
【００２５】
さらに回転軸２には回転側基板４が支持部材３２と基板押えリング３３で挟み込まれるように固定され、回転側基板４上には固定側基板１０と対で通信を行う通信素子２１が実装されている。よって支持部材３２は２次側コア６を支持する部分と、回転側基板４を支持する部分と、この両方を連結し、２次側コイル５からの引出線を這わせて収納する柱状の部材を含んだ３個の柱部（図４参照）を有している。
【００２６】
次いで、図５を参照して、本発明の実施形態に係る回転型非接触給電変圧器４０とこれを有するトルク検出器１の回路について説明する。トルク検出器１の回路はカバー１６に固定された固定側基板１０と、回転軸２に固定されて一緒に回転する回転側基板４で構成されていて、固定側基板１０には外部に設けた直流電源２０１から電力が供給される。
【００２７】
直流電源２０１から供給された直流電圧は、固定側基板１０上のスイッチング回路２０２にて交流に変換され、交流に変換された電流を１次側コイル８に通電すると、交流磁界が１次側コア７から発生し、この交流磁界が回転軸側の２次側コア６に透過することで、２次側コイル５に電流が誘起される。誘起された電流は回転側基板４内の整流化回路３０１にて整流されて、歪みゲージ３０で構成されるホイートストンブリッジ回路部に供給される。整流化回路３０１からの出力は、回転側基板４内の他の回路、すなわち増幅回路３０２、Ａ／Ｄ変換回路３０３、回転側ＣＰＵ３０４へもそれぞれ供給される。以上の仕組みをもって、回転側基板４に非接触で給電がなされる。
【００２８】
実際のトルクの測定は、回転軸２にトルクが加わると、回転軸２の起歪部２ａがトルクの大きさに応じて歪み、この歪みの大きさは、歪みゲージ３０の抵抗値の変化の大きさとしてホイートストンブリッジ回路部より出力され、増幅回路３０２にて増幅された後このアナログ信号をＡ／Ｄ変換回路３０３でデジタル化される。
【００２９】
この増幅回路３０２は微少な歪みゲージ３０の抵抗値変化を増幅するアナログ回路であるためノイズの影響を受けやすい。このためもし回転側基板４の増幅回路３０２部分にシールドケース等を施すことになると、回転側基板４の回転バランスを保つ設計が困難となると同時に、回転軸２を含んだ回転体全体のイナーシャも増え、しかもコストアップとなる。したがって、ノイズ源となりやすい回転型非接触給電変圧器側で、ノイズの放出をしない工夫が重要となって、本実施形態では１次側コア延伸部２０がその役割を果たしている。
【００３０】
次いで、回転側ＣＰＵ３０４にて歪みの大きさからトルク値への算出演算と送信するため変調などの信号処理が行われ、通信素子２１から光送信される。通信素子２１は電波、赤外光線、可視光線などのいずれであってもよい。固定側基板１０にも通信素子２１が実装されていて、固定側ＣＰＵ２０３にて復調などの信号処理が行われて、次いでＤ／Ａ変換回路２０４にてデジタル化されたトルク値を所定のアナログ電圧に変換して、トルク値に比例した電圧で出力することができる。もちろん検出したトルク値は固定側ＣＰＵ２０３から直接のデジタル信号で出力しても構わない。
【００３１】
図６と図７は、実際のトルク検出器１に一定の負荷がかけられた状態で測定した時にトルク検出器１によって得られたトルク値の波形である。図６は従来の１次側コア延伸部２０が無いもの、図７は本発明の実施形態の１次側コア延伸部２０が設けられたものである。横軸は時間（秒）であり、縦軸はトルク値である。図６では特に１秒、６〜７秒付近でノイズによりトルク値が乱れている。これに対して図７の１次側コア延伸部２０が設けられたものではスパイク状の波形は消えて、また総じてばらつきも小さく、ノイズの影響が低減されていることが判る。
【００３２】
以上、本発明の適用に好適なトルク検出器の実施形態を基に説明した。本実施形態は例示であり、各構成要素に色々な変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明に係る回転型非接触給電変圧器は、トルク検出器をはじめとする回転体の物理量の検出を行う装置に用いることができる。
【符号の説明】
【００３４】
１  トルク検出器
２  回転軸
２ａ  起歪部
３  ベアリング
４  回転側基板
５  ２次側コイル
６  ２次側コア
７  １次側コア
７ｂ  突部先端面
８  １次側コイル
９  コアホルダ
１０  固定側基板
１２  サーキュラスプライン
１３  フレクスプライン
１３ａ  ダイヤフラム部
１４  ウエーブジェネレータ
１５  軸カバー
１６  カバー
１８  ベアリング
２０  １次側コア延伸部
２１  通信素子
３０  歪みゲージ
３１  リード線
３２  支持部材
３３  基板押えリング
３４  絶縁シート
４０  回転型非接触給電変圧器
１０１  モータ軸
１０２  ベアリング
２０１  直流電源
２０２  スイッチング回路
２０３  固定側ＣＰＵ
２０４  Ｄ／Ａ変換回路
３０１  整流化回路
３０２  増幅回路
３０３  Ａ／Ｄ変換回路
３０４  回転側ＣＰＵ
【図１】
0006516589.tif 000002
【図２】
0006516589.tif 000003
【図３】
0006516589.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0006516589.tif 000007
【図７】
0006516589.tif 000008