(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方が回転し他方が静止してエアギャップを有するように対向して配置される回転側ポットコアおよび静止側ポットコアと、上記回転側ポットコアおよび静止側ポットコアの対向面にそれぞれ互いに対向して形成される同心円状の回転側巻線用溝および静止側巻線用溝と、上記回転側巻線用溝内に形成された回転側巻線および上記静止側巻線用溝内に形成された静止側巻線とを備え、上記静止側巻線から上記回転側巻線へ誘導結合により電力を伝送する回転式非接触型トランスにおいて、
上記回転側ポットコアの厚みは、上記静止側ポットコアの厚みより薄く形成され、
上記静止側ポットコアに対向しない側の上記回転側ポットコアの背面板厚は、上記静止側ポットコアの上記回転側ポットコアの対応しない側の背面板厚と同一の厚みであるとともに、
上記回転側巻線用溝の深さは、上記静止側巻線用溝の深さより浅く形成されていることを特徴とする回転式非接触型トランス。
【請求項２】
一方が回転し他方が静止してエアギャップを有するように対向して配置される回転側ポットコアおよび静止側ポットコアと、上記回転側ポットコアおよび静止側ポットコアの対向面にそれぞれ互いに対向して形成される同心円状の回転側巻線用溝および静止側巻線用溝と、上記回転側巻線用溝内に形成された回転側巻線および上記静止側巻線用溝内に形成された静止側巻線とを備え、上記静止側巻線から上記回転側巻線へ誘導結合により電力を伝送する回転式非接触型トランスにおいて、
上記回転側ポットコアの厚みは、上記静止側ポットコアの厚みより薄く形成され、
上記静止側ポットコアに対向しない側の上記回転側ポットコアの背面板厚は、上記静止側ポットコアの上記回転側ポットコアの対応しない側の背面板厚より薄く形成されているとともに、
上記回転側巻線用溝の深さは、上記静止側巻線用溝の深さと同一とすることを特徴とする回転式非接触型トランス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転箇所において機械的に非接触で給電を行うための回転式非接触型トランスに係り、特に消費電力の低減に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
監視カメラ、防犯カメラに用いられているＣＣＴＶ（Ｃｌｏｓｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ、閉回路テレビジョン）では、広い範囲を観測するため、カメラが回転する方式がある。このようなカメラでは、高速で３６０度エンドレスに回転することができ、かつ、長寿命であることが要求されることから、電力および信号を機械的に非接触で伝送する方法が有効である（例えば、特許文献１参照）。
そしてこのような、回転軸を有する関節部において、電力および信号を機械的に非接触で伝送する手段として、従来の回転式非接触型トランスによる誘導結合を利用する方法がある。この回転式非接触型トランスに用いるコアの形状としては、回転しても磁束が変化しないように円形のポットコアが用いられる（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−９２４７５号公報
【特許文献２】特開昭５８−１４２５０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、ＣＣＴＶへの電力供給は、ＰｏＥ（Ｐｏｗｅｒ  ｏｖｅｒ  Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、パワー・オーバ・イーサネット（登録商標））によって行われている。このＰｏＥは、イーサネット（登録商標）の配線に使うケーブルを利用して電力を供給する技術で、ＩＥＥＥ８０２．３ａｆとして標準化されたものである。監視カメラは、電源が取りにくい天井付近などの高い場所に設置されることが多く、ＰｏＥによって電力供給することは、大きな利点となる。しかし、供給できる電力が１２．９５Ｗと上限があるため、負荷の消費電力を小さくする必要がある。そのため、従来の回転式非接触型トランスより、回転側を軽量化し、回転動力の消費電力を小さくすることが望まれている。
【０００５】
また、非接触給電回路の電力伝送効率を高くし、非接触給電回路での損失を減らすことも、入力電力を下げることに対し有効である。回転式非接触型トランスでは、静止側と回転側とのコアの間にエアギャップが必要であるため、電力伝送効率は、エアギャップを有さないトランスと比較して低い。そのため、従来の回転式非接触型トランスより、少しでも電力伝送効率を上げることのできる構造が望まれている。さらに、監視カメラはそれ自体目立たないことが要求されるため、薄型構造が望まれている。そのため、従来の回転式非接触型トランスより、特に天井裏などに隠すことのできない回転側の薄型化が望まれている。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、回転側の薄型化、軽量化、さらに、高い電力伝送効率を得ることができる回転式非接触型トランスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、一方が回転し他方が静止してエアギャップを有するように対向して配置される回転側ポットコアおよび静止側ポットコアと、回転側ポットコアおよび静止側ポットコアの対向面にそれぞれ互いに対向して形成される同心円状の回転側巻線用溝および静止側巻線用溝と、回転側巻線用溝内に形成された回転側巻線および静止側巻線用溝内に形成された静止側巻線とを備え、静止側巻線から回転側巻線へ誘導結合により電力を伝送する回転式非接触型トランスにおいて、
回転側ポットコアの厚みは、静止側ポットコアの厚みより薄く形成され、
上記静止側ポットコアに対向しない側の上記回転側ポットコアの背面板厚は、上記静止側ポットコアの上記回転側ポットコアの対応しない側の背面板厚と同一の厚みであるとともに、
上記回転側巻線用溝の深さは、上記静止側巻線用溝の深さより浅く形成されているものである。
【０００８】
また、この発明は、一方が回転し他方が静止してエアギャップを有するように対向して配置される回転側ポットコアおよび静止側ポットコアと、回転側ポットコアおよび静止側ポットコアの対向面にそれぞれ互いに対向して形成される同心円状の回転側巻線用溝および静止側巻線用溝と、回転側巻線用溝内に形成された回転側巻線および静止側巻線用溝内に形成された静止側巻線とを備え、静止側巻線から回転側巻線へ誘導結合により電力を伝送する回転式非接触型トランスにおいて、
上記回転側ポットコアの厚みは、上記静止側ポットコアの厚みより薄く形成され、
上記静止側ポットコアに対向しない側の上記回転側ポットコアの背面板厚は、上記静止側ポットコアの上記回転側ポットコアの対応しない側の背面板厚より薄く形成されているとともに、
上記回転側巻線用溝の深さは、上記静止側巻線用溝の深さと同一とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の回転式非接触型トランスは、一方が回転し他方が静止してエアギャップを有するように対向して配置される回転側ポットコアおよび静止側ポットコアと、回転側ポットコアおよび静止側ポットコアの対向面にそれぞれ互いに対向して形成される同心円状の回転側巻線用溝および静止側巻線用溝と、回転側巻線用溝内に形成された回転側巻線および静止側巻線用溝内に形成された静止側巻線とを備え、静止側巻線から回転側巻線へ誘導結合により電力を伝送する回転式非接触型トランスにおいて、
回転側ポットコアの厚みは、静止側ポットコアの厚みより薄く形成され、
上記静止側ポットコアに対向しない側の上記回転側ポットコアの背面板厚は、上記静止側ポットコアの上記回転側ポットコアの対応しない側の背面板厚と同一の厚みであるとともに、
上記回転側巻線用溝の深さは、上記静止側巻線用溝の深さより浅く形成されているので、回転側の軽量化および薄型化を図ることができ、ＡＬ−ｖａｌｕｅを大きくできるので、励磁インダクタンスを大きくでき、延いては、電力伝送に無効な励磁電流を小さくすることができるので、電力伝送効率を上げることができる。
【００１０】
また、この発明の回転式非接触型トランスは、一方が回転し他方が静止してエアギャップを有するように対向して配置される回転側ポットコアおよび静止側ポットコアと、回転側ポットコアおよび静止側ポットコアの対向面にそれぞれ互いに対向して形成される同心円状の回転側巻線用溝および静止側巻線用溝と、回転側巻線用溝内に形成された回転側巻線および静止側巻線用溝内に形成された静止側巻線とを備え、静止側巻線から回転側巻線へ誘導結合により電力を伝送する回転式非接触型トランスにおいて、
上記回転側ポットコアの厚みは、上記静止側ポットコアの厚みより薄く形成され、
上記静止側ポットコアに対向しない側の上記回転側ポットコアの背面板厚は、上記静止側ポットコアの上記回転側ポットコアの対応しない側の背面板厚より薄く形成されているとともに、
上記回転側巻線用溝の深さは、上記静止側巻線用溝の深さと同一とするので、
回転側の軽量化および薄型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
以下、本願発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の実施の形態１による回転式非接触型トランスの構成を示した断面図、図２は図１に示した回転式非接触型トランスに用いられる各ポットコアと各ボビンとの構成を示す分解斜視図、図３は図１に示した回転式非接触型トランスを用いたＣＣＴＶの電力伝送の構成を示すブロック図、図４は図１に示した回転式非接触型トランスの効果を説明するためのポットコアの溝の深さＨとＡＬ−ｖａｌｕｅとの関係を示した図である。
【００１２】
図１および図２において、回転式非接触型トランス１０は、一方が回転軸Ａを中心として回転し他方が静止してエアギャップＧを有するように対向して配置される回転側ポットコア１および静止側ポットコア２と、回転側ポットコア１および静止側ポットコア２の対向面にそれぞれ互いに対向して形成される同心円状の回転側巻線用溝３および静止側巻線用溝４と、回転側巻線用溝３内に挿入可能な厚みに形成された回転側ボビン５に巻回して形成された回転側巻線６と、静止側巻線用溝４内に挿入可能な厚みに形成された静止側ボビン７に巻回して形成された静止側巻線８とを備え、静止側巻線８から回転側巻線６へ誘導結合により電力を伝送するように構成されている。そして、回転側ポットコア１の厚みＦｒは、静止側ポットコア２の厚みＦｓより薄く形成されている。これは、回転側巻線用溝３の深さＨｒが、静止側巻線用溝４の深さＨｓより浅く形成されているためである。これに伴い、回転側ボビン５および回転側巻線６の厚みは、静止側ボビン７および静止側巻線８の厚みより薄く形成されている。尚、回転側ポットコア１の静止側ポットコア２の対向しない側の背面板厚Ｄｒと、静止側ポットコア２の回転側ポットコア１の対応しない側の背面板厚Ｄｓとは同一の厚みにて形成されている。
【００１３】
この回転式非接触型トランス１０が採用されるＣＣＴＶは、図３に示すように、静止側回路１１で消費される負荷として、回転側回路１２を回転させるためのモータを駆動するためのパン駆動用負荷１３と、回転側回路１２をコントロールするための制御信号を伝送するための制御信号伝送用負荷１４と、回転側回路１２から送られてきた映像信号を受信する映像信号受信用負荷１５がある。尚、図３においては、静止側回路１１と回転側回路１２との間を送受信する制御信号および映像信号の経路を図示していないが、機械的に非接触で信号伝送する方法としては、例えば、電力伝送と同様にトランスによる誘導結合を用いてもよいし、ＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ、発光ダイオード）、ＬＤ（ｌａｓｅｒ  ｄｉｏｄｅ、レーザダイオード）とＰＤ（ｐｈｏｔｏ  ｄｉｏｄｅ、フォトダイオード）との組み合わせによる光結合を用いてもよい。
【００１４】
また、ＣＣＴＶでは、回転側回路１２で消費される負荷として、レンズをチルト方向に振るモータを駆動するためのチルト駆動用負荷１６と、レンズズーム用のモータを駆動するためのレンズズーム駆動用負荷１７と、映像として入力される光情報を電気情報へ変換、処理し、静止側回路１１へ伝達するための映像信号処理用負荷１８とがある。静止側回路１１のＰｏＥ電源１９の入力電圧はＤＣ４８Ｖである。ＤＣ４８Ｖは、静止側回路１１のＤＣ／ＤＣコンバータ２０により、パン駆動用負荷１３、制御信号伝送用負荷１４、映像信号受信用負荷１５がそれぞれ要求する電圧値へ変換され、各負荷１３、１４、１５にて消費される。また、一方でＤＣ４８Ｖは、ＤＣ／ＡＣコンバータ２１により、高周波のＡＣ電圧に変換される。高周波電圧は、回転式非接触型トランス１０によって、誘導結合により静止側回路１１から回転側回路１２へ伝達され、回転側回路１２の整流器２２で、ＤＣ電圧に整流される。そして、整流されたＤＣ電圧は、回転側回路１２のＤＣ／ＤＣコンバータ２３により、チルト駆動用負荷１６、レンズズーム駆動用負荷１７、映像信号処理用負荷１８が要求する電圧値へ変換され、各負荷１６、１７、１８にて消費される。
【００１５】
回転式非接触型トランス１０による電力伝送の方式として、例えばフォワード方式を用いた場合、１次巻線側（静止側ポットコア２側が相当）の励磁インダクタンスが効率に与える影響は大きい。励磁インダクタンスが低い場合、１次巻線側に、電力伝送に無効な励磁電流が流れる。そのため、１次電流の実効値が大きくなり、１次側の銅損による損失が大きくなる。ところが、回転式非接触型トランス１０では、静止側ポットコア２と回転側ポットコア１とが、機械的に接触しないように一定のエアギャップＧを必要とする。１次巻線数に対するインダクタンスを示すＡＬ−ｖａｌｕｅは、ポットコアのギャップが大きくなるほど小さくなる特性がある。そのため、励磁インダクタンスを大きくすることができず、励磁電流による損失が大きくなり、電力伝送効率が低い。よって、このような非接触における給電は本質的に高効率を得にくい。
【００１６】
図４に、ポットコアの背板の厚さが同じ値で、ポットコアの溝の深さＨを変えた場合のＡＬ−ｖａｌｕｅの値を示す。尚、ここでは便宜上、エアギャップはゼロとし、同じ大きさ（同じ溝の深さ）のポットコアの対を用いて測定した場合について示している。図から明らかなように、溝の深さＨが小さくなるほど、ＡＬ−ｖａｌｕｅが大きくなることがわかる。これは以下の式（１）のエアギャップのないポットコアを用いたトランスにおけるＡＬ−ｖａｌｕから理論的に説明できる。
【００１７】
【数１】
0004874206.tif 000002
【００１８】
ここで、μはポットコアの透磁率、Ａｅはポットコアの断面積、ｌは平均磁路長を示す。ポットコアの溝の深さＨを小さくすると、平均磁路長が小さくなり、ＡＬ−ｖａｌｕｅが大きくなる。図４の測定結果では、ギャップのない場合であったが、エアギャップがある場合でも同様の傾向にあることを理論式から説明する。エアギャップがあるコアを使ったトランスのＡＬ−ｖａｌｕｅは、以下の式（２）で表される。
【００１９】
【数２】
0004874206.tif 000003
【００２０】
ここで、μ０は真空の透磁率、μｒはポットコアの比透磁率、Ａｅはポットコアの断面積、ｌはポットコアの磁路長、ｌｇはエアギャップの磁路長を示す。エアギャップＧが大きくなると、ＡＬ−ｖａｌｕｅは小さくなるが、同じエアギャップＧの場合で、ポットコアの溝の深さＨを小さくすると、平均磁路長が小さくなり、ＡＬ−ｖａｌｕｅが大きくなることが判断できる。
【００２１】
図３で示されるように、１次巻線は静止側ポットコア２に配設されている静止側巻線８、２次巻線は回転側ポットコア１に配設されている回転側巻線６に相当する。よって、例えばＰｏＥ電源１９の電圧４８Ｖに対し、負荷に必要とされる電圧は５Ｖ程度である場合、ＤＣ／ＡＣコンバータ２１において、オンデューティ５０％で電力を伝送すると、１次巻線と２次巻線との巻線数比は約５：１となる。つまり、巻線のスペースを考えた場合、静止側ポットコア２の静止側巻線用溝４の深さＨｓと回転側ポットコア１の回転側巻線用溝３の深さＨｒとを同じにする必要はなく、回転側巻線用溝３の深さＨｒを静止側巻線用溝４の深さＨｓより浅くすることが可能である。尚、上記示した場合と異なり、例えば１次巻線と２次巻線との巻線数比が約１：１の場合であったとしても、２次巻線側の巻線の断面積を１次巻線側の巻線の断面積より小さいものを用いることにより、回転側巻線用溝３の深さＨｒを静止側巻線用溝４の深さＨｓより浅くすることは可能である。
【００２２】
よって、図１の断面図に示したように、静止側ポットコア２の静止側巻線用溝４の深さＨｓよりも、回転側ポットコア１の回転側巻線用溝３の深さＨｒが浅い構造が可能となり、静止側巻線用溝４の深さＨｓと回転側巻線用溝３の深さＨｒとが同じ構造の場合に比べて、ＡＬ−ｖａｌｕｅを大きくすることができる。よって、励磁インダクタンスを大きくすることができ、励磁電流による損失を小さくでき、電力伝送効率を上げることができる。また、静止側ポットコア２の静止側巻線用溝４の深さＨｓよりも回転側ポットコア１の回転側巻線用溝３の深さＨｒが小さくなった分、回転側ポットコア１の厚みＦｒが静止側ポットコア２の厚みＦｓより薄く形成することが可能となり、回転側ポットコア１の軽量化および薄型化を図ることができる。
【００２３】
上記のように構成された実施の形態１の回転式非接触トランスは、回転側ポットコアの回転側巻線用溝の深さと静止側ポットコアの静止側巻線用溝の深さが同じである場合と比べて、ＡＬ−ｖａｌｕｅを大きくでき、励磁インダクタンスを大きくでき、電力伝送に無効な励磁電流を小さくすることができるので、電力伝送効率を上げることができる。また、回転側コアポットを軽量化および薄型化することができる。
【００２４】
尚、上記実施の形態１では、回転側巻線用溝の深さを、静止側巻線用溝の深さより浅くすることにより、回転側ポットコアの厚みを、静止側ポットコアの厚みより薄く形成する例を示したが、これに限られることはなく、上記実施の形態１に加えて、さらに、回転側の軽量化および薄型化を追求するのであれば、例えば図５に示すように、回転式非接触型トランス１００は、回転側ポットコア１０１として、静止側ポットコア２の対向しない側の背面板厚Ｄｒ１を、静止側ポットコア２の回転側ポットコア１０１の対応しない側の背面板厚Ｄｓより薄く形成することが考えられる。このように形成すれば上記実施の形態１の場合よりさらに、回転側ポットコア１０１の厚みＦｒ１が、静止側ポットコア２の厚みＦｓより薄く形成され、回転側の軽量化および薄型化を図ることができる。
【００２５】
また、ＡＬ−ｖａｌｕｅを大きくする効果が得られないものの、回転側の軽量化および薄型化による効果のみを追求するのであれば、例えば図６に示したように、回転式非接触型トランス１０２は、回転側ポットコア１０３に形成される回転側巻線用溝３１の深さＨｒ１は、静止側ポットコア２に形成される静止側巻線用溝４の深さＨｓと同様に形成する。そして、回線側巻線用溝３１内に挿入可能な厚みに形成された回転側ボビン５１に巻回して形成された回転側巻線６１を備える。よって、回転側ボビン５１および回転側巻線６１と、静止側ボビン７および静止側巻線８とは同様な構成にて形成することが可能となり製造が簡便となる。そして、回転側ポットコア１０３の静止側ポットコア２の対向しない側の背面板厚Ｄｒ１を、静止側ポットコア２の回転側ポットコア１０３の対応しない側の背面板厚Ｄｓより薄く形成することが考えられる。このように形成すれば、回転側ポットコアと静止側ポットコアとを同一の大きさにて形成した場合と比べて、回転側ポットコア１０２の厚みＦｒ２が、静止側ポットコア２の厚みＦｓより薄く形成され、回転側の軽量化および薄型化を図ることができる。
【００２６】
また、回転側の軽量化および薄型化による効果が得られないものの、ＡＬ−ｖａｌｕｅを大きくする効果のみを追求するのであれば、例えば図７に示したように、回転式非接触トランス１０４は、上記実施の形態１と同様に、回転側巻線用溝３の深さＨｒを、静止側巻線用溝４の深さＨｓより浅くする。そして、回転側ポットコア１０５の厚みＦｒ３と、静止側ポットコア２の厚みＦｓとを同様に形成し、回転側ポットコア１０５の静止側ポットコア２の対向しない側の背面板厚Ｄｒ２を、静止側ポットコア２の回転側ポットコア１０４の対応しない側の背面板厚Ｄｓより厚く形成することが考えられる。回転側ポットコア１０５と静止側ポットコア２との外形を同様に形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の実施の形態１の回転式非接触型トランスの構成を示す断面図である。
【図２】図１に示した回転式非接触型トランスに用いられるポットコアとボビンとの構成を示す分解斜視図である。
【図３】図１に示した回転式非接触型トランスを用いたＣＣＴＶの電力伝送の構成を示すブロック図である。
【図４】図１に示した回転式非接触型トランスの効果を説明するためのポットコアの溝の深さＨとＡＬ−ｖａｌｕｅとの関係を示した図である。
【図５】この発明の実施の形態１の他の回転式非接触型トランスの構成を示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態１の他の回転式非接触型トランスの構成を示す断面図である。
【図７】この発明の実施の形態１の他の回転式非接触型トランスの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１，１０１，１０３，１０５    回転側ポットコア、２  静止側ポットコア、
３，３１  回転側巻線用溝、４  静止側巻線用溝、５，５１  回転側ボビン、
６，６１  回転側巻線、８  静止側巻線、
１０，１００，１０２，１０４  回転式非接触型トランス、１１  静止側回路、
１２  回転側回路、１３  パン駆動用負荷、１４  制御信号伝送用負荷、
１５  映像信号受信用負荷、１６  チルト駆動用負荷、１７  レンズズーム駆動用負荷、
１８  映像信号処理用負荷、１９  ＰｏＥ電源、２０，２３  ＤＣ／ＤＣコンバータ、
２１  ＤＣ／ＡＣコンバータ、２２  整流器、Ａ  回転軸、Ｇ  エアギャップ。
【図１】
0004874206.tif 000004
【図２】
0004874206.tif 000005
【図３】
0004874206.tif 000006
【図４】
0004874206.tif 000007
【図５】
0004874206.tif 000008
【図６】
0004874206.tif 000009
【図７】
0004874206.tif 000010