| 【発明の名称】 |
回転型トランスフォーマおよび回転型トランスフォーマを使用した非接触による回路間電送方式 |
| 【発明者】 |
【氏名】原田 武史
【住所又は居所】静岡県裾野市御宿１５００ 矢崎総業株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】全体形状を小型化すると共に、コア形状を単純にして厳しい加工精度および組み付け精度を要求されない回転型トランスフォーマを形成する。
【解決手段】軸方向断面がほぼＵ字形状に形成された環状の磁性素材からなるポット型コア１０２Ａと、ポット型コア１０２Ａの径方向の幅を半径方向の幅とした環状の磁性素材からなる円盤型コア１０４Ａ、ポット型コア１０２Ａの脚部１０２ａ、１０２ｂの一内周面に環状に配置した一次コイル１１４と、円盤型コア１０４Ａに、一次コイル１１４と所定間隙を設けて対向する位置に環状に配置した二次コイル１１６とを備え、二次コイル１１６をポット型コア１０２Ａの脚部１０２ａ、１０２ｂ間に臨ませ、円盤型コア１０４Ａおよびポット型コア１０２Ａを互いに相互回転可能に配置して回転型トランスフォーマを形成する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 軸方向断面がほぼＵ字形状に形成された環状の磁性素材からなるポット型コアと、このポット型コアの径方向の幅を半径方向の幅とした環状の磁性素材からなる円盤型コア、前記ポット型コアの脚部の一内周面に環状に配置した一次コイルと、前記円盤型コアに、前記一次コイルと所定間隙を設けて対向する位置に環状に配置した二次コイルとを備え、前記二次コイルを前記ポット型コアの脚部間に臨ませ、円盤型コアおよびポット型コアを互いに相互回転可能に配置して構成したことを特徴とする回転型トランスフォーマ。
【請求項２】 軸方向断面がほぼＵ字形状に形成された環状の磁性素材からなるポット型コアと、このポット型コアの径方向の幅を半径方向の幅とした環状の磁性素材からなる円盤型コア、前記ポット型コアの脚部の一内周面に環状に配置した一次コイルと、前記円盤型コアに、前記一次コイルと所定間隙を設けて対向する位置に環状に配置した二次コイルとを備え、前記二次コイルを前記ポット型コアの脚部間に臨ませ、円盤型コアおよびポット型コアを互いに相互回転可能に配置して回転型トランスフォーマ構成し、前記ポット型コアを、電源部に一次コイルの端部を接続する一次側制御回路に備え付け、前記円盤型コアをその中空部に挿通するシャフトに固定すると共に、二次コイルの端部を前記シャフトに固定された二次側制御回路の電源部に接続し、前記各制御回路間で前記回転型トランスフォーマを介して電力または電気信号を非接触で電送することを特徴とする回転型トランスフォーマを使用した非接触による回路間電送方式。
【請求項３】 前記一次側制御回路は、一次コイルに印加される交流信号を制御信号で変調して二次コイルに電磁誘導して二次側制御回路に電送することを特徴とする請求項２に記載の回転型トランスフォーマを使用した非接触による回路間電送方式。
【請求項４】 一次側制御回路および二次側制御回路の少なくとも一方の制御回路は、外部信号による電磁誘導にて発生した電圧にて信号発生回路を起動して交流信号を発生し、この交流信号を回転型トランスフォーマにより他方の制御回路に電送することを特徴とする請求項２に記載の回転型トランスフォーマを使用した非接触による回路間電送方式。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、相互に相対回転する２つの部材に配置した電気回路間で非接触にて電力あるいは電気信号を電送する非接触による回路間電送方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来このような方式により回路間で電力あるいは電気信号を電送する手段として、例えば特開平８−５１０４１号公報に記載されているように回転型トランスフォーマがある。この回転型トランスフォーマ１００は図６に示すように軸方向断面がほぼＵ字形状に形成された環状の強磁性素材からなる一次ステータ１０２と、同じく軸方向断面がＵ字形状に形成された環状の強磁性素材からなり、前記一次ステータ１０２の脚部１０８とその脚部１０６とを組み合わせた二次ロータ１０４と、巻線の軸線が一次ステータ１０２の軸線に一致し、前記ステータＵ字形状の脚部１１２の一方に受入れられている一次コイル１１４と、巻線の軸線が前記二次ロータ１０４の軸線に一致しており、前記Ｕ字形状ロータの脚部１０６の一方に受け入れられ、前記一次コイル１１４と共通の軸方向位置に配置されている二次コイル１１６とを有している。
【０００３】そして、一次ステータ１０２および二次ロータ１０４におけるＵ字形状の半径方向内側および外側の脚部１０８−１０６，１１０−１１２が、それぞれ一次ステータ１０２および二次ロータ１０４間の磁束を形成するために半径方向内側および外側のエアギャップＧ１，Ｇ２を形成しており、一次ステータ１０２および二次ロータ１０４は相互に相対回転可能に配置されている。
【０００４】このような構成の回転型トランスフォーマ１００において、一次ステータ１０２を図示しない車両の固定コラムに取付、この固定コラムに挿通した図示しないステアリングシャフトに二次ロータ１０４を取り付ける。そして、一次ステータ１０２より二次ロータ１０４に電磁誘導された交流電圧を電源電圧としてステアリングシャフトに取り付けられたステアリングホィールに装着された電子回路で受電することで、固定コラムよりステアリングホィールの回転と共に回転する電子回路に非接触で電力が電送され、例えばステアリングホィールに装着したエアバッグを起動することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の回転型トランスフォーマは以上のように一次コイル、二次コイルを配置した一次ステータと二次ロータはそれぞれ個々の断面Ｕ字型形状のコアに配置され、これらコアを一次コイルと二次コイルとが対向するように交互に噛み合わせて構成するため全体形状が大型化すると共に、最適電力特性を得るには各コイルと対向するコアとのギャップ長精度が要求され、この要求を満たすためにはコアの加工精度および組み付け精度等が厳しくなり製造コストが上がるという問題点がある。
【０００６】この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、コア形状が単純でしかも小型化され、厳密な加工精度や組み付け精度を要求されない回転型トランスフォーマおよび回転型トランスフォーマを使用した非接触による回路間電送方式を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明に係る回転型トランスフォーマ１００Ａは図１に示すように、軸方向断面がほぼＵ字形状に形成された環状の磁性素材からなるポット型コア１０２Ａと、このポット型コア１０２Ａの径方向の幅を半径方向の幅とした環状の磁性素材からなる円盤型コア１０４Ａ、前記ポット型コア１０２Ａの脚部１０２ａ、１０２ｂの一内周面に環状に配置した一次コイル１１４と、前記円盤型コア１０４Ａに、前記一次コイル１１４と所定間隙を設けて対向する位置に環状に配置した二次コイル１１６とを備え、前記二次コイル１１６を前記ポット型コア１０２Ａの脚部１０２ａ、１０２ｂ間に臨ませ、円盤型コア１０４Ａおよびポット型コア１０２Ａを互いに相互回転可能に配置して構成したものである。この発明によれば、内周面に環状に一次コイル１１４を配置した断面Ｕ字形状のポット型コア１０２Ａの脚部１０２ａ、１０２ｂ間を、環状に二次コイル１１６を配置した円盤型コア１０４Ａで同軸状に覆い、一次コイル１１４と二次コイル１１６とを所定間隙を設けて対向配置させることで、全体平面の大きさが円盤型コア１０４Ａの平面形状とほぼ同等のポット型コア１０２Ａの軸方向の厚みに収まる回転型トランスフォーマ１００Ａを構成できる。
【０００８】この発明に係る回転型トランスフォーマ１００Ａを使用した非接触による回路間電送方式は、軸方向断面がほぼＵ字形状に形成された環状の磁性素材からなるポット型コア１０２Ａと、このポット型コア１０２Ａの径方向の幅を半径方向の幅とした環状の磁性素材からなる円盤型コア１０４Ａ、前記ポット型コア１０２Ａの脚部１０２ａ、１０２ｂの一内周面に環状に配置した一次コイル１１４と、前記円盤型コア１０４Ａに、前記一次コイル１１４と所定間隙を設けて対向する位置に環状に配置した二次コイル１１６とを備え、前記二次コイル１１６を前記ポット型コア１０２Ａの脚部１０２ａ、１０２ｂ間に臨ませ、円盤型コア１０４Ａおよびポット型コア１０２Ａを互いに相互回転可能に配置して回転型トランスフォーマ１００Ａを構成し、前記ポット型コア１０２Ａを、図２に示すように電源部に一次コイル１１４の端部を接続する一次側制御回路ＣＴＲ１に備え付け、前記円盤型コア１０４Ａをその中空部に挿通するシャフトに固定すると共に、二次コイル１１６の端部を前記シャフトに固定された二次側制御回路ＣＴＲ２の電源部に接続し、前記各制御回路ＣＴＲ１，ＣＴＲ２間で前記回転型トランスフォーマ１００Ａを介して電力または電気信号を非接触電送する。この発明によれば、本発明に係る回転型トランスフォーマ１００Ａを介して固定系と回転系のそれぞれに配置した制御回路ＣＴＲ１，ＣＴＲ２間で電力または電気信号を非接触にて電送させる。
【０００９】この発明に係る回転型トランスフォーマを使用した非接触による回路間電送方式では、一次側制御回路ＣＴＲ１は一次コイル１１４に印加される交流信号を制御信号で変調して二次コイル１１６に電磁誘導して二次側制御回路ＣＴＲ２に電送する。この発明によれば、回転型トランスフォーマ１００Ａを用いて交流電力の電送を行うだけでなく、一次側制御回路ＣＴＲ１で発生した制御信号で所定周波数の交流信号を変調して得た被変調波を一次コイル１１４より二次コイル１１６に電磁誘導して二次側制御回路ＣＴＲ２に送り、そこで被変調波を復調して元制御信号を取り出し回転系側での制御動作に供する。
【００１０】この発明に係る回転型トランスフォーマ１００Ａを使用した非接触による回路間電送方式では、一次側制御回路ＣＴＲ１および二次側制御回路ＣＴＲ２の少なくとも一方の制御回路は、外部信号による電磁誘導にて発生した電圧にて信号発生回路を起動して交流信号を出力し、この交流信号を回転型トランスフォーマ１００Ａにより他方の制御回路に電送する。この発明によれば、外部から電源供給を受けない一次側制御回路ＣＴＲ１あるいは二次側制御回路ＣＴＲ２に高周波信号を送り電磁誘導にて発生した電圧で信号発生回路を起動させ、この信号発生回路より出力された交流信号を回転型トランスフォーマ１００Ａにより他方の制御回路に非接触で電送する。
【００１１】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本実施の形態に係る非接触による回路間電送方式に用いる回転型トランスフォーマの軸方向の断面図である。本実施の形態に係る回転型トランスフォーマ１００Ａには軸方向の断面形状がほぼＵ字形状で、Ｕ字形状の半径方向外側の脚部１０２ａとこの脚部１０２ａと軸方向に同じ長さの半径方向内側の脚部１０２ｂより構成される環状の強磁性体のポット型コア１０２Ａがステータとして設けられている。ポット型コア１０２Ａの脚部１０２ｂの内周面にコイルボビン１１４ａにより一次コイル１１４が巻回されている。
【００１２】また、回転型トランスフォーマ１００Ａは、強磁性体の円盤型コア１０４Ａがポット型コア１０２Ａと同軸状にロータして配置されている。この円盤型コア１０４Ａの裏面には同軸状にコイルボビン１１６ａが形成され、このコイルボビン１１６ａに円周方向に二次コイル１１６が巻回されている。円盤型コア１０４Ａは二次コイル１１６が巻回されてコイルボビン１１６ａをポット型コア１０２Ａの脚部１０２ａと１０２ｂとの間に臨ませ、一次コイル１１４と所定間隙を設けて対向するようにポット型コア１０２Ａに同軸状に組み合わされている。
【００１３】ここで各コア１０４Ａ、１０２Ａは、例えばＮｉ−Ｚｎ系フェライトやＭｎ−Ｚｎ系フェライト等の軟磁性フェライト粉末をナイロンやポリフェニレンスフィルド（ｐｐｓ）等の合成樹脂中に所定量混入したものを環状に成型したものである。尚、各コア１０４Ａ，１０２Ａは環状に成型された軟磁性フェライト焼結体（例えば、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトあるいはＭｎ−Ｚｎ系フェライト等にバインダ剤を混ぜて焼結したもの）を用いてもよい。各コアはこれら素材に限定されるものでない。
【００１４】このような構成の回転型トランスフォーマ１００Ａにおいて、ポット型コア１０２Ａは図示しないステアリングシャフトに設けたステアリングコラム（固定系）に取り付けられる。このステアリングコラムには一次コイル１１４に電力を供給あるいは電気信号を入出力する一次側制御回路が設けられている。この一次側制御回路より一次コイル１１４に電力供給あるいは信号を入出力する。
【００１５】円盤型コア１０４Ａは図示しないカップリングを介してステアリングシャフト（回転系）に取り付けられる。円盤型コア１０４Ａに設けられた二次コイル１１６よりステアリングシャフトに接続されるステアリングホィールに取り付けられた二次側制御回路には、一次コイル１１４より二次コイル１１６に電磁誘導された交流電力が供給される。あるいは二次側制御回路は二次コイル１１６を通して一次コイル１１４との間で信号入出力を行う。
【００１６】図２は本実施の形態における非接触による回路間電送方式を説明する図である。図において、ＣＴＲ１は、例えば車両前方のエンジンルーム内に設けられた衝撃センサよりセンサ信号を入力し、このセンサ信号に基づいてステアリングホィールに設けたエアバック膨張器に起動信号を交流電圧を出力する一次側制御回路、１００Ａは一次側制御回路ＣＴＲ１より出力された交流電圧を一次コイル１１４より二次コイルに例えば昇圧して電磁誘導する回転型トランスフォーマ、ＣＴＲ２は二次コイル１１６に誘導された交流電圧に基づいてエアバック膨張器の起動信号を生成する二次側制御回路である。
【００１７】一次側制御回路ＣＴＲ１は図３に示すようにステアリングコラムにポット型コア１０２Ａ（図１を参照）を介して固定的に設けられた一次コイル１１４と配線Ｒ，Ｓにより接続されている。また、二次側制御回路ＣＴＲ２はステアリングホィールＳＷに電子回路ＥＣとして設けられている。電子回路ＥＣは、一次コイル１１４の周囲をステアリングシャフトＳＳに取り付けられた円盤型コア１０４Ａを介して回転する二次コイル１１６に配線Ｕ，Ｖが接続されている。
【００１８】この様な構成において、衝撃センサ（エアバッグセンサ）が車両の他車両への衝突を検知すると、一次側制御回路ＣＴＲ１は入力されたセンサ信号に基づいて交流電圧を生成して回転型トランスフォーマ１００Ａの一次コイル１１４に印加する。この交流電圧は一次コイル１１４と二次コイル１１６との巻線比で決まる値に昇圧され二次コイル１１６に電磁誘導にて誘起されて二次側制御回路ＣＴＲ２に送られる。二次側制御回路ＣＴＲ２は誘起された交流電圧によりエアバッグ膨張器を起動させて瞬時にエアバッグを膨張させる。
【００１９】尚、上記説明では、回転型トランスフォーマ１００Ａは一次コイル１１４より二次コイル１１６への電力送電であったが、図４（ａ）に示すように一次コイル１１４に印加される所定周波数の交流信号（搬送波）を一次側制御回路ＣＴＲ１としての変調回路でセンサ信号（変調信号）で変調して、二次コイル１１６に被変調波として電磁誘導した後、ステアリングホィール側において二次側制御回路ＣＴＲ２としての復調回路（図４（ｂ））で復調してセンサ信号を取り出してもよい。
【００２０】このセンサ信号を各フィルタ（ＢＰＦ）にかけて周波数を判定してセンサ信号内容を読みだし、センサ信号に応じたランプＰＬ１〜ＰＬ４を点灯して異常を報知したり、発振回路を起動して車内無線ＬＡＮに供してもよい。
【００２１】上記説明では回転型トランスフォーマ１００Ａで電送される信号をアナログ信号としたが、図５（ａ）に示すように変調回路としての一次側制御回路ＣＴＲ１に入力されるデータ０１０１０を信号変換回路で、例えばＯＮ／ＯＦＦパルスであるベースバンド信号に変換した後、ベースバンド信号をミキサに送り、そこで発振器より入力された搬送波を変調して被変調波として回転型トランスフォーマ１００Ａの一次コイル１１４に送ってもよい。
【００２２】一次コイル１１４に送られた被変調波は二次コイル１１６に電磁誘導されて復調部としての二次側制御回路ＣＴＲ２に送られ、そこでバンドパス（ＢＰＦ）フィルタにかけられて搬送波周波数以外の周波数成分は除去されて後に、ミキサにおいて搬送波と混合されて復調される。復調された信号はローパスフィルタ（ＬＰＦ）にかけられて搬送波周波数成分を除去したベースバンド信号を生成して判定回路に入力する。判定回路ではベースバンド信号より［１］、［０］を判定して元データを出力する。また、判定回路は出力されるデータを搬送波再生用同期信号として前記発振器に入力し、ミキサに搬送波を入力させる。出力された元データは、前記同様データに応じたランプＰＬ１〜ＰＬ４を点灯して異常を報知したり、発振回路を起動して車内無線ＬＡＮに供してもよい。
【００２３】このようにデータ通信にディジタル無線を用いることで、回転型トランスフォーマ１００Ａによるデータ送信の際に波形歪みが発生しても受信データを波形整形して［１］，［０］を判定することである程度の品質を保ってデータ通信を行うことができる。
【００２４】尚、本実施の形態では回転型トランスフォーマ１００Ａを通して一次側制御回路ＣＴＲ１より二次側制御回路ＣＴＲ２に電気信号を送信したが、ステアリングホィールＳＷに設けた二次側制御回路ＣＴＲ２中の信号送信回路より回転型トランスフォーマ１００Ａを通して一次側制御回路に非接触で信号を送信するようにしてもよい。
【００２５】この信号送信方法の一例として、ステアリングホィールＳＷに装着された二次側制御回路ＣＴＲ２は外部より入力された無線信号による電磁誘導で電源電圧を得たならば、この電源電圧により制御信号発生部を起動させて制御信号を二次コイル１１６に入力する。二次コイル１１６は電磁誘導により制御信号を一次コイル１１４を通して一次側制御回路ＣＴＲ１に非接触で送ることで、一次側制御回路ＣＴＲ１は制御信号に基づいて制御対象を動作させる。この場合、制御信号はアナログ信号であってもディジタル信号であってもよい。
【００２６】二次側制御回路ＣＴＲ２は、入力された無線信号に基づいて電源電圧を得ると共に信号内容を判別し、信号内容に応じた制御信号を生成して一次側制御回路ＣＴＲ１に送り、一次側制御回路ＣＴＲ１は制御信号内容を判別して内容に基づいて制御対象を動作させるようにしてもよい。ディジタル無線データ通信方式はこの方式に限らず、ＦＳＫ，ＰＳＫ，ＱＡＭ等を用いた他の方式を用いてもよい。
【００２７】
【発明の効果】この発明によれば、内周面に環状に一次コイルを配置した断面Ｕ字形状のポット型コアの開放部を、環状に二次コイルを配置した円盤型コアで同軸状に覆い一次コイルと二次コイルと所定間隙を対向配置させることで、全体形状が円盤型コアの平面形状とほぼ同等のポット型コアの厚みで収まる回転型トランスフォーマを構成できるため全体形状を小型化できると共に、コア形状が単純なため厳しい加工精度および組み付け精度を要求されず価格を低く抑えることができるという効果がある。
【００２８】この発明によれば、本発明に係る小型化された回転型トランスフォーマを介してポット型コアを含む固定系と円盤型コアを含む回転系のそれぞれに配置した制御回路間で電力または電気信号を非接触で電送させる構成としたので、回転型トランスフォーマと周囲の機器との干渉を極力排除して各制御回路間で非接触電送を行うことができるという効果がある。
【００２９】この発明によれば、回転型トランスフォーマを用いて交流電力の電送を行うのみならず、一次側制御回路で発生した制御信号で所定周波数の交流信号を変調して得た被変調波を一次コイルより二次コイルに電磁誘導して二次側制御回路に送り、そこで被変調波を復調して元制御信号を取り出し回転系側での制御動作に供することで、二次側制御回路は単一の信号路を通して各種の制御信号を一次側制御回路より受信することができるため、回路の多機能化を図ることができるという効果がある。
【００３０】この発明によれば、外部から電源供給を受けない一次側制御回路あるいは二次側制御回路に高周波信号を送り電磁誘導にて発生した電圧で信号発生回路を起動させ、この信号発生回路より出力された交流信号を回転型トランスフォーマにより他方の制御回路に非接触で電送することで、制御回路内に電源部を含むことによる信号送信方向の制約を受けずに双方の制御回路間にて信号の授受を行うことができるという効果がある。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６８９５
【氏名又は名称】矢崎総業株式会社
【住所又は居所】東京都港区三田１丁目４番２８号
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| 【出願日】 |
平成１３年８月２０日（２００１．８．２０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６０６９０
【弁理士】
【氏名又は名称】瀧野 秀雄 （外３名）
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| 【公開番号】 |
特開２００３−５９７３６（Ｐ２００３−５９７３６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年２月２８日（２００３．２．２８） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−２４８９６６（Ｐ２００１−２４８９６６） |
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