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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Drehtransformator zur induktiven Energieübertragung sowie eine fremderregte elektrische Synchronmaschine mit einem solchen Drehtransformator.
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Sogenannte fremderregte elektrische Synchronmaschinen benötigen in ihrem Drehtransformator-Rotor eine elektrische Gleichspannung zur Erzeugung des magnetischen Rotorfeldes. Dieser Vorgang wird als „Rotorerregung“ bezeichnet.
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Die elektrische Energieübertragung auf den sich drehenden Drehtransformator-Rotor erfolgt induktiv, also drahtlos. Ein solcher Aufbau wird als Teil einer fremderregten Synchronmaschine als „Drehtransformator“ oder „rotierender Planartransformator“ bezeichnet.
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Das Funktionsprinzip besagter induktiver Energieübertragung basiert auf einem elektrischen Transformator, wobei die Primärwicklung bzw. Primärspule des Transformators am Drehtransformator-Stator des Drehtransformators bzw. der Synchronmaschine und die Sekundärwicklung bzw. Sekundärspule am sich drehenden Drehtransformator-Rotor angeordnet ist. Da bei der induktiven Energieübertragung in der Sekundärspule immer eine elektrische Wechselspannung erzeugt wird, ist es zur Bestromung des elektrischen Rotors erforderlich, diese in eine elektrische Gleichspannung umzuwandeln.
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Für den Betrieb des elektrischen Drehtransformators bzw. einer mit diesem Drehtransformator ausgestatteten fremderregten elektrischen Synchronmaschine ist es oftmals erforderlich, Daten oder zumindest Signale oder von der Primärseite, also vom Stator, zur Sekundärseite, also zum Rotor, oder in umgekehrter Richtung vom Rotor zum Stator oder auch in beide Richtungen zu übertragen.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei der Entwicklung von Drehtransformatoren neue Wege aufzuzeigen. Insbesondere soll eine verbesserte Ausführungsform für einen solchen Drehtransformator geschaffen werden, welcher eine einfache, gleichwohl effiziente Signal- bzw. Datenübertragung zwischen Primärseite und Sekundärseite, also zwischen Stator und Rotor ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Grundidee der vorliegenden Erfindung ist demnach, einen elektrischen Drehtransformator mit einer kapazitiven Kopplungseinrichtung auszustatten, mittels welcher zwischen dem Stator und dem relativ zum Stator drehbaren Rotor eine kontaktfreie Signalübertragung ermöglicht wird. Dies erlaubt die gewünschte Signal- bzw. Datenübertragung zwischen der ortsfesten Primärseite und der drehbaren Sekundärseite des Drehtransformators. Da die Signal- bzw. Datenübertragung elektrisch getrennt zur induktiven Energieübertagung erfolgt, ist eine Störung der kapazitiven Signalübertragung durch elektromagnetische Einwirkung ausgeschlossen. Darüber hinaus erlaubt die Übertragung auf kapazitivem Weg bei geeigneter Konfiguration der Kopplungseinrichtung eine hohe Datenübertragungsrate. Schließlich benötigt eine solche kapazitive Kopplungseinrichtung nur wenig Bauraum und erweist sich auch im Langzeitbetrieb als störungsresistent und somit zuverlässig.
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Ein erfindungsgemäßer elektrischer Drehtransformator zur induktiven Energieübertragung, insbesondere für einen Traktionsmotor eines Fahrzeugs, umfasst einen eine Primärspule aufweisenden Drehtransformator-Stator. Ferner umfasst der Drehtransformator einen relativ zum Drehtransformator-Stator um eine Drehachse drehbar ausgebildeten und eine Sekundärspule aufweisenden Drehtransformator-Rotor. Die Sekundärspule ist induktiv mit der Primärspule koppelbar oder gekoppelt. Erfindungsgemäß umfasst der Drehtransformator außerdem eine kapazitive Kopplungseinrichtung zur kapazitiven Signalübertragung zwischen dem Drehtransformator-Stator und dem Drehtransformator-Rotor. Die kapazitive Kopplungseinrichtung ist teilweise am Drehtransformator-Stator und teilweise am Drehtransformator-Rotor ausgebildet.
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Zum Erzeugen und Empfangen von elektrischen Signalen kann der Drehtransformator eine am Drehtransformator-Stator vorgesehene elektrische Sende- und Empfangseinheit umfassen. Zum Erzeugen und Empfangen von elektrischen Signalen kann der Drehtransformator ferner eine am Drehtransformator-Rotor angeordnete elektrische Sende- und Empfangseinheit umfassen. Für die Signalübertragung zwischen beiden Sende- und Empfangseinheiten kann der Drehtransformator um einen ersten und einen zweiten elektrischen Leitungspfad erweitert sein, welche beide - elektrisch voneinander getrennt und in elektrischer Parallelschaltung zueinander - beiden Sende- und Empfangseinheiten elektrisch miteinander verbinden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die kapazitive Kopplungseinrichtung einen ersten Plattenkondensator und einen zweiten Plattenkondensator. Jeder der beiden Plattenkondensatoren umfasst ein erstes Plattenelement und ein zweites Plattenelement, welches unter Ausbildung eines Zwischenraums im Abstand zum ersten Plattenelement angeordnet ist. Die im Zwischenraum angeordnete Luft kann als Dielektrikum fungieren. Bei dieser Ausführungsform sind die beiden ersten Plattenelemente am Stator und die beiden zweiten Plattenelemente am Drehtransformator-Rotor angeordnet. Die zweiten Plattenelemente sind also gegenüber den ersten Plattenelementen drehbar ausgebildet und auch galvanisch von diesen getrennt.
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Dabei liegen sich jeweils ein erstes Plattenelement und ein zweites Plattenelement zur kapazitiven Kopplung, vorzugsweise axial, gegenüber. Somit kann jedes der beiden ersten Plattenelemente axial in sehr geringem Abstand zum jeweils zugeordneten zweiten Plattenelement angeordnet werden. Auf diese Weise wird auch die Kapazität der Plattenkondensatoren erhöht werden. Darüber hinaus benötigt die kapazitive Kopplungseinrichtung, insbesondere in axialer Richtung, nur wenig Bauraum.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Drehtransformator-Rotor eine gegenüber dem Drehtransformator-Stator um die Drehachse drehbare Sekundärspulen-Leiterplatte auf. Auf der Sekundärspulen-Leiterplatte ist - axial der Primärspule zugewandt - die Sekundärspule angeordnet. Dabei ist die Sekundärspule durch wenigstens eine auf der Sekundärspulen-Leiterplatte vorhandene Leiterbahn gebildet. Mit „auf der Sekundärspulen-Leiterplatte angeordnet“ ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung gemeint, dass die die Sekundärspule bildende wenigstens eine Leiterbahn - insbesondere sichtbar - auf der Oberfläche der Leiterplatte angeordnet ist oder - insbesondere unsichtbar - vom Material der Leiterplatte umgeben ist. Auch eine Kombination beider Varianten, wie sie insbesondere bei mehrlagigen Leiterplatten eingesetzt werden kann, ist durch voranstehende Formulierung umfasst.
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Die beiden zweiten Plattenelemente sind jeweils durch wenigstens eine auf der Sekundärspulen-Leiterplatte ausgebildete Leiterbahn aus einem Metall, bevorzugt aus Kupfer, gebildet. Mit „auf der Leiterplatte angeordnet“ ist im gesamten Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung gemeint, dass die die Plattenelemente bildenden Leiterbahnen - insbesondere sichtbar - auf der Oberfläche der Leiterplatte angeordnet sind oder - insbesondere unsichtbar - vom Material der Leiterplatte umgeben sind. Auch eine Kombination beider Varianten, wie sie insbesondere bei mehrlagigen Leiterplatten eingesetzt werden kann, ist von obiger Formulierung umfasst.
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Die zweiten Plattenelemente können in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform aber auch auf einer separaten Leiterplatte angeordnet sein, also nicht mit der Sekundärwicklung auf einer gemeinsamen Leiterplatte. In einer weiteren Alternative ist die Ausbildung der ersten oder/und zweiten Plattenelemente als um die Rotorwelle umlaufende Ringelemente aus einem Metall oder als auf den Rotor aufgekupferter Kunststoff ausgebildet sein, falls keine Sekundärspulen-Leiterplatte vorgesehen ist.
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Vorzugsweise können die beiden zweiten Plattenelemente radial innen und die Sekundärspule radial außen auf der Sekundärspulen-Leiterplatte angeordnet sein, oder umgekehrt. Diese Variante ist besonders einfach herzustellen und somit mit geringen Herstellungskosten verbunden, da sowohl die Sekundärspule des Drehtransformators als auch der drehbare Teil der beiden Plattenkondensatoren in Form der zweiten Plattenelemente auf derselben Leiterplatte ausgebildet sind. Darüber hinaus baut diese Ausführungsform besonders kompakt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind die beiden Plattenkondensatoren entlang einer sich senkrecht von der Drehachse weg erstreckenden radialen Richtung im Abstand zueinander angeordnet. Diese Variante erfordert in axialer Richtung besonders wenig Bauraum.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind die beiden ersten Plattenelemente auf wenigstens einer zusätzlichen Leiterplatte angeordnet, die axial im Abstand zur Sekundärspulen-Leiterplatte angeordnet ist. Eine solche zusätzliche Leiterplatte ist technisch relativ einfach herzustellen und somit kostengünstig in der Herstellung. Darüber hinaus können die Sekundärspule-Leiterplatte und die zusätzliche Leiterplatte axial nahe aneinander angeordnet werden. Damit geht eine weitere Ersparnis an Bauraum entlang der axialen Richtung einher. Außerdem kann auf diese Weise die Kapazität der beiden Plattenkondensatoren erhöht werden. Mit „auf der zusätzlichen Leiterplatte angeordnet“ ist im gesamten Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung gemeint, dass die Plattenelemente bildenden Leiterbahnen - insbesondere sichtbar - auf der Oberfläche der Leiterplatte angeordnet sind oder - insbesondere unsichtbar - vom Material der Leiterplatte umgeben sind. Auch eine Kombination beider Varianten, wie sie insbesondere bei mehrlagigen Leiterplatten eingesetzt werden kann, ist von obiger Formulierung umfasst.
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Besonders zweckmäßig können die beiden ersten Plattenelemente jeweils durch eine auf der zusätzlichen Leiterplatte ausgebildete Leiterbahn aus einem Metall, bevorzugt aus Kupfer, gebildet sein. Auch diese Variante ist besonders einfach herstellbar.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Plattenkondensatoren in einer sich entlang der Drehachse erstreckenden axialen Richtung nebeneinander angeordnet. Diese Ausführungsvariante baut in radialer Richtung besonders kompakt. In einer weiteren Variante können die beiden Plattenkondensatoren axial nebeneinander und radial zueinander versetzt angeordnet sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind die beiden ersten Plattenelemente auf zwei verschiedenen zusätzlichen Leiterplatten angeordnet. Bei dieser Weiterbildung ist die Sekundärspulen-Leiterplatte axial zwischen den beiden zusätzlichen Leiterplatten angeordnet.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind die beiden zweiten Plattenelemente auf axial einander gegenüberliegenden Seiten der Sekundärspulen-Leiterplatte angeordnet. Dabei ist eines der beiden zweiten Plattenelemente axial dem auf der ersten zusätzlichen Leiterplatte angeordneten ersten Plattenelement zugewandt. Das andere der beiden zweiten Plattenelemente ist axial dem auf der zweiten zusätzlichen Leiterplatte angeordneten ersten Plattenelement zugewandt.
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Auch diese Weiterbildung baut axial besonders kompakt und zeichnet sich darüber hinaus durch eine geringe elektrische/elektronische Störanfälligkeit aus.
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Zweckmäßig können die beiden ersten und zweiten Plattenelemente jeweils rotationssymmetrisch zur Drehachse ausgebildet sein. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Funktionalität der Plattenkondensatoren betreffend die Übertragung von elektrischen Signalen während der Drehbewegung des Drehtransformator-Rotors in jeder Drehposition des Drehtransformator-Rotors relativ zum Drehtransformator-Stator gewährleistet ist.
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Besonders zweckmäßig können das erste und zweite Plattenelement wenigstens eines Plattenkondensators, bevorzugt beider Plattenkondensatoren, daher jeweils eine ringförmige Geometrie aufweisen. Dadurch kann die voranstehend erläutert gewährleistet werden, dass die Funktionsfähigkeit der Plattenkondensatoren betreffend die Übertragung von elektrischen Signalen während der Drehbewegung des Rotors nicht herabgesetzt wird.
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Besonders bevorzugt sind die ersten und zweiten Plattenelemente bezüglich der Drehachse koaxial zueinander angeordnet. Auch diese Maßnahme stellt sicher, dass die Funktionsfähigkeit der Plattenkondensatoren während der Drehbewegung des Rotors nicht herabgesetzt wird.
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Die Erfindung betrifft ferner eine fremderregte elektrische Synchronmaschine, insbesondere einen Traktionsmotor für ein Fahrzeug. Die Synchronmaschine umfasst einen elektrisch bestrombaren Synchronmaschinen-Stator zum Erzeugen eines magnetischen Stator-Feldes. Diese Maschine umfasst ferner einen elektrisch bestrombaren und gegenüber dem Synchronmaschinen-Stator drehbaren Synchronmaschinen-Rotor zum Erzeugen eines magnetischen Rotors-Feldes, der eine Synchronmaschinen-Rotorwelle aufweist. Die Synchronmaschine umfasst außerdem einen voranstehend vorgestellten, erfindungsgemäßen Drehtransformator, welcher drehfest mit der Synchronmaschinen-Rotorwelle verbunden ist. Die voranstehend vorgestellten Vorteile des erfindungsgemäßen Drehtransformators übertragen sich daher auch auf die erfindungsgemäße fremderregte elektrische Synchronmaschine.
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Die Synchronmaschine kann insbesondere in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz kommen, welches als Energiequelle eine Batterie umfassen kann. Dabei dient die Synchronmaschine insbesondere dem Antrieb des Kraftfahrzeugs, ist also insbesondere als ein Traktionsmotor ausgebildet. Bevorzugt besitzt der erfindungsgemäße Traktionsmotor eine Ausgangs- bzw. Antriebsleistung zwischen 100 kW und 240 kW, insbesondere 140kW.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch:
- 1 in schaltplanartiger Darstellung die elektrische Verdrahtung eines erfindungsgemäßen elektrischen Drehtransformators,
- 2 ein den funktionalen Aufbau der erfindungswesentlichen kapazitiven Kopplungseinrichtung illustrierendes Diagramm,
- 3 den mechanischen Aufbau eines ersten Beispiels des erfindungsgemäßen Drehtransformators, bei welchem die Plattenkondensatoren der kapazitiven Kopplungseinrichtung radial nebeneinander angeordnet sind, in einem Längsschnitt,
- 4 den Drehtransformator der 3 in einer Draufsicht auf die Sekundärspulen-Leiterplatte,
- 5 den mechanischen Aufbau eines ersten Beispiels des erfindungsgemäßen Drehtransformators, bei welchem die Plattenkondensatoren der kapazitiven Kopplungseinrichtung axial nebeneinander angeordnet sind, in einem Längsschnitt,
- 6 den Drehtransformator der 5 in einer Draufsicht auf die Sekundärspulen-Leiterplatte.
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1 zeigt in schaltplanartiger Darstellung die elektrische Verdrahtung eines erfindungsgemäßen elektrischen Drehtransformators 1 zur induktiven Energieübertragung. Der Drehtransformator 1 kann in einer fremderregten elektrischen Synchronmaschine eingesetzt, insbesondere in einem Traktionsmotor für ein Fahrzeug, eingesetzt werden. Der Drehtransformator 1 umfasst primärseitig einen Drehtransformator-Stator 2 mit einer Primärspule 20. Ferner umfasst der Drehtransformator 1 sekundärseitig einen relativ zum Drehtransformator-Stator 2 um eine Drehachse D (in 1 nicht gezeigt) drehbar ausgebildeten und eine Sekundärspule 21 aufweisenden Drehtransformator-Rotor 3. Die Sekundärspule 21 ist induktiv mit der Primärspule 20 gekoppelt.
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Für die elektrische Energieübertragung von der Primärspule 20 auf die Sekundärspule 21 ist es erforderlich, in der Primärspule 20 einen elektrischen Wechselstrom zu erzeugen. Die hierzu benötigte elektrische Wechselspannung kann mit einer primärseitig angeordneten und elektrisch mit der Primärspule 20 verbundenen Transistorschaltung 22 erzeugt werden. Die Transistorschaltung 22 kann vier Leistungstransistoren 23a, 23b, 23c, 23d umfassen, welche im Beispiel über eine Steuerungseinrichtung 24 mit zwei integrierten Schaltkreisen 25a, 25b angesteuert werden. Bei elektrischer Bestromung der Primärspule 20 mit einem elektrischen Wechselstrom wird auch in der Sekundärspule 21 eine elektrische Wechselspannung induziert. Die Sekundärspule 21 ist elektrisch mit einer elektrischen Gleichrichterschaltung 26 verbunden, die im Beispiel vier Gleichrichterelemente 27a, 27b, 27c, 27d umfasst und mittels welcher die induzierte elektrische Wechselspannung in eine elektrische Gleichspannung umgewandelt werden kann. Die vier Gleichrichterelemente 27a-27d können jeweils durch eine Gleichrichterdiode 28a-28d gebildet sein. Der auf diese Weise erzeugte elektrische Gleichstrom dient zur elektrischen Bestromung des Synchronmaschinen-Rotors der elektrischen Synchronmaschine, der in 1 schematisch durch eine mit dem Bezugszeichen 29 bezeichnete Induktivität und einen mit dem Bezugszeichen 38 bezeichneten ohmschen Widerstand angedeutet ist.
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Zur Signal- bzw. Datenübertragung zwischen der Primärseite und der Sekundärseite, also zwischen dem Drehtransformator-Stator 2 und dem drehbaren Drehtransformator-Rotor 3, umfasst der Drehtransformator 1 eine kapazitive Kopplungseinrichtung 4. Der Aufbau der kapazitive Kopplungseinrichtung 4 ist Aufbau ist in 2 schaltplanartig gezeigt. Zum Senden von elektrischen Signalen an den Drehtransformator-Rotor 3 und zum Empfangen von elektrischen Signalen vom Drehtransformator-Rotor 3 umfasst der Drehtransformator 1 eine am Drehtransformator-Stator 2 vorgesehene elektrische Sende- und Empfangseinheit 40. Zum Senden von elektrischen Signalen an den Drehtransformator-Stator 2 und zum Empfangen von elektrischen Signalen vom Drehtransformator-Stator 2 umfasst der Drehtransformator 1 eine am Drehtransformator-Rotor 3 vorgesehene elektrische Sende- und Empfangseinheit 41. Für die Signalübertragung zwischen den beiden Sende- und Empfangseinheiten 40,41 umfasst der Drehtransformator 1 einen ersten und einen zweiten elektrischen Leitungspfad 30a, 30b, welche beide - elektrisch parallel zueinander geschaltet - die beiden Sende- und Empfangseinheiten 40, 41 elektrisch miteinander verbinden. Im ersten Leitungspfad 30a ist ein erster Plattenkondensator 5 der Kopplungseinrichtung 4 angeordnet. Im zweiten Leitungspfad 30b ist ein zweiter Plattenkondensator 5 der Kopplungseinrichtung 4 angeordnet. Mittels der beiden Plattenkondensatoren 5, 6 ist eine galvanische Trennung der am Drehtransformator-Stator 2 vorgesehenen Sende- und Empfangseinheit 40 von der am drehbaren Drehtransformator-Rotor 3 vorgesehenen Sende- und Empfangseinheit 41 realisiert.
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Der erste Plattenkondensator 5 umfasst ein erstes Plattenelement 5.1 und ein zweites Plattenelement 5.2. Der zweite Plattenkondensator 6 umfasst ein zweites Plattenelement 6.1 und ein zweites Plattenelement 6.2. Die beiden ersten Plattenelemente 5.1, 6.1 sind im Abstand, also unter Ausbildung eines Zwischenraums, zum jeweils zugeordneten zweiten Plattenelement 5.2, 6.2 angeordnet. Die im Zwischenraum angeordnete Luft fungiert als Dielektrikum des jeweiligen Plattenkondensators 5, 6.
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Wie 2 außerdem veranschaulicht, kann in beiden elektrischen Leitungspfaden 30a, 30b jeweils sowohl zwischen der Sende- und Empfangseinheit 40 und den beiden Plattenkondensatoren 5, 6 als auch zwischen der Sende- und Empfangseinheit 41 und den beiden Plattenkondensatoren 5, 6 jeweils eine elektrische Filtereinrichtung 42 bzw. 43 zum Filtern von Störungen aus den mittels der beiden elektrischen Leitungspfade 30a, 30b übertragenen elektrischen Signalen vorgesehen sein.
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Die 3 illustriert in schematischer, stark vereinfachter Darstellung den mechanischen Aufbau des Drehtransformators 1 im Übergangsbereich des Stators 2 zum Rotor 3. Der Drehtransformator-Rotor 6 ist gegenüber dem Drehtransformator-Stator 2 drehbar ausgebildet. Der Drehtransformator-Rotor 3 umfasst eine um die Drehachse D drehbare Rotorwelle 9. Eine Mittellängsachse M der Rotorwelle 9 ist identisch zur Drehachse D. Eine axiale Richtung A erstreckt sich entlang der Mittellängsachse M und somit auch entlang der Drehachse D. Eine radiale Richtung R erstreckt sich senkrecht zur axialen Richtung A von der Mittellängsachse M bzw. Drehachse D weg. Eine Umfangsrichtung U erstreckt sich senkrecht zur axialen Richtung A und auch senkrecht zur radialen Richtung R und läuft um die Mittellängsachse M bzw. um die Drehachse D um.
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Der Drehtransformator-Rotor 3 umfasst eine gegenüber dem Drehtransformator-Stator 2 um die Drehachse D drehbare und drehfest mit der Rotorwelle 9 verbundene Sekundärspulen-Leiterplatte 7. Auf der Sekundärspulen-Leiterplatte 7 ist eine Leiterbahn 36 angeordnet, welche die Sekundärspule 21 bildet. Die Sekundärspule 21 bzw. die Leiterbahn 36 ist elektrisch mit der bereits anhand der 1 erläuterten und ebenfalls auf der Sekundärspulen-Leiterplatte 7 angeordneten (in 3 nicht gezeigt) Gleichrichterschaltung 26 verbunden. Mit „auf der Sekundärspulen-Leiterplatte 7 angeordnet“ ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung gemeint, dass die die Sekundärspule bildende wenigstens eine Leiterbahn - insbesondere sichtbar - auf der Oberfläche der Leiterplatte angeordnet ist oder - insbesondere unsichtbar - vom Material der Leiterplatte umgeben ist. Auch eine Kombination beider Varianten, wie sie insbesondere bei mehrlagigen Leiterplatten eingesetzt werden kann, ist durch voranstehende Formulierung umfasst.
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Am Drehtransformator-Stator 3 ist ein Transformatorkern 31 aus einem magnetischen Kernmaterial, vorzugsweise aus einem Ferrit, angeordnet. Der Transformatorkern 31 des Drehtransformator-Stators 2 kann ringförmig ausgebildet und koaxial zur Drehachse D angeordnet sein. Im Beispiel der 3 weist der Transformatorkern 31 an seinem Innenumfang 32 eine radial nach innen offene Ausnehmung 33 auf. In dieser Ausnehmung 33 ist die Sekundärspulen-Leiterplatte 7 mit einem radial äußeren Leiterplattenabschnitt 34 angeordnet, auf welchem die Sekundärspule 21 angeordnet ist. Die Ausnehmung 33 kann außerdem wie in 3 gezeigt radial außen eine axiale Vertiefung 35 aufweisen, in welcher die Primärspule 20 des Drehtransformator-Stators 2 angeordnet ist. Die Primärspule 20 ist ortsfest zum Transformatorkern 31 so in der Ausnehmung 33 angeordnet, dass sich die Primärspule 20 und die Sekundärspule 21 entlang der axialen Richtung A im Abstand zueinander gegenüberliegen. Bei elektrischer Bestromung der Primärspule 20 mit einem elektrischen Wechselstrom wird in der Sekundärspule 21 eine elektrische Wechselspannung induziert. Die Primärspule 20 kann durch eine Spulenwicklung 37 aus einem elektrisch leitenden Wicklungsdraht gebildet sein.
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Wie 3 außerdem erkennen lässt, sind die beiden ersten Plattenelemente 5.1, 6,1 der beiden Plattenelemente 5, 6 am Drehtransformator-Stator 2 angeordnet. Die beiden zweiten Plattenelemente 5.2, 6.2 sind am Drehtransformator-Rotor 3 angeordnet. Somit sind die beiden zweiten Plattenelemente 5.2, 6.2 gegenüber den beiden ersten Plattenelementen 5.1, 6.1 um die Drehachse D drehverstellbar ausgebildet. Im Beispiel der 3 sind die beiden Plattenkondensatoren 5, 6 außerdem entlang der radialen Richtung R im Abstand zueinander angeordnet. Die beiden ersten Plattenelemente 5.1, 6.1 der beiden Plattenkondensatoren 5, 6 sind am Drehtransformator-Stator 2 angeordnet. Zur kapazitiven Kopplung sind das erste und das zweite Plattenelement 5.1, 5.2 des ersten Plattenkondensators 5 axial gegenüberliegend und im Abstand zueinander angeordnet. Ebenso sind zur kapazitiven Kopplung das erste und das zweite Plattenelement 6.1, 6.2 des zweiten Plattenkondensators 6 axial gegenüberliegend und axial im Abstand zueinander angeordnet. In einem zwischen dem ersten Plattenelement 5.1 und dem zweiten Plattenelement 5.2 des ersten Plattenkondensators 5 gebildeten axialen Zwischenraum 12a des ersten Plattenkondensators 5 ist als Dielektrikum Luft angeordnet. Entsprechend ist in einem zwischen dem ersten Plattenelement 6.1 und dem zweiten Plattenelement 6.2 des zweiten Plattenkondensators 5 gebildeten axialen Zwischenraum 12b des zweiten Plattenkondensators 6 als Dielektrikum ebenfalls Luft angeordnet.
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4 zeigt den Drehtransformator der 3 in einer axialen Draufsicht auf die Sekundärspulen-Leiterplatte 7. Deutlich erkennbar ist die die Sekundärspule 21 ausbildende Leiterbahn 36. Die Leiterbahn 36 läuft in Umfangsrichtung U spiralförmig um die Rotorwelle 9 um. Die beiden zweiten Plattenelemente 5.2, 6.2 sind wie in 4 erkennbar jeweils durch eine auf der Sekundärspulen-Leiterplatte 7 angeordnete Leiterbahn 10a, 10b aus einem Metall, beispielsweise aus Kupfer, gebildet. Mit „auf der Sekundärspulen-Leiterplatte 7 angeordnet“ ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung gemeint, dass die die Plattenelemente 5.2, 6.2 bildenden Leiterbahnen 10a, 10b - insbesondere sichtbar - auf der Oberfläche der Leiterplatte angeordnet sind oder - insbesondere unsichtbar - vom Material der Leiterplatte umgeben sind. Auch eine Kombination beider Varianten, wie sie insbesondere bei mehrlagigen Leiterplatten eingesetzt werden kann, ist durch voranstehende Formulierung umfasst.
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Im Beispiel der 4 sind die beiden Plattenkondensatoren 5, 6 radial innen und die Sekundärspule 21 radial außen auf der Sekundärspulen-Leiterplatte 7 angeordnet. Des Weiteren sind die beiden zweiten Plattenelemente 5.2, 6.2 jeweils rotationssymmetrisch zur Drehachse D ausgebildet. Ebenso besitzen die beiden zweiten Plattenelemente 5.2, 6.2 jeweils eine ring- bzw. kreisförmige Geometrie und erstrecken sich entlang der Umfangsrichtung U. Außerdem sind die zweiten Plattenelemente 5.2, 6.2 koaxial zur Drehachse D zueinander angeordnet. Ein Radius R1 des zweiten Plattenelements 5.2 des ersten Plattenkondensators 5 von der Drehachse D ist größer als ein Radius R2 des zweiten Plattenelements 6.2 des zweiten Plattenkondensators 6. Voranstehende Erläuterungen zur Geometrie der beiden zweiten Plattenelemente 5.2, 6.2 gelten mutatis mutandis auch für die beiden in 4 nicht dargestellten ersten Plattenelemente 5.1, 6.1 des ersten bzw. zweiten Plattenkondensators 5, 6.
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Die beiden ersten Plattenelemente 5.1, 6.1 können wie in 3 graphisch angedeutet auf einer zusätzlichen Leiterplatte 8 angeordnet sein, die als Teil des Drehtransformator-Stators 2 in axialer Richtung A im Abstand zur Sekundärspulen-Leiterplatte 7 angeordnet ist. Auch die beiden ersten Plattenelemente 5.1, 6.1 sind jeweils durch eine auf der zusätzlichen Leiterplatte 8 ausgebildete Leiterbahn 11a, 11b aus einem Metall, bevorzugt aus Kupfer, gebildet. Mit „auf der zusätzlichen Leiterplatte angeordnet“ ist im gesamten Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung gemeint, dass die Plattenelemente bildenden Leiterbahnen - insbesondere sichtbar - auf der Oberfläche der Leiterplatte 8 angeordnet sind oder - insbesondere unsichtbar - vom Material der Leiterplatte 8 umgeben sind. Auch eine Kombination beider Varianten, wie sie insbesondere bei mehrlagigen Leiterplatten 8 eingesetzt werden kann, ist von obiger Formulierung umfasst.
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Die 5 zeigt eine Variante des Beispiels der 3. Bei der sogenannten „koplanaren“ Anordnung der 5 sind die beiden Plattenkondensatoren 5, 6 entlang der axialen Richtung A nebeneinander und im selben radialen Abstand R1, R2 von der Drehachse D angeordnet. Im Beispiel der 5 sind die beiden ersten Plattenelemente 5.1, 6.1 der beiden Plattenkondensatoren 5, 6 auf zwei verschiedenen zusätzlichen Leiterplatten 8a, 8b des Stators 2 angeordnet. Dabei ist die Sekundärspulen-Leiterplatte 7 in axialer Richtung A zwischen den beiden zusätzlichen Leiterplatten 8a, 8b angeordnet. Außerdem sind die beiden zweiten Plattenelemente 5.2, 6.2 auf axial einander gegenüberliegenden Seiten 13, 14 der Sekundärspulen-Leiterplatte 7 angeordnet. Das zweite Plattenelement 5.2 des ersten Plattenkondensators 5 ist dabei auf einer ersten Seite 13 der Sekundärspulen-Leiterplatte 7 angeordnet. Das zweite Plattenelement 6.2 des zweiten Plattenkondensators 6 ist auf einer der ersten Seite 13 axial gegenüberliegenden zweiten Seite 14 der Sekundärspulen-Leiterplatte 7 angeordnet. Folglich ist das zweite Plattenelement 5.2 des ersten Plattenkondensators 5 axial dem auf der ersten zusätzlichen Leiterplatte 8a angeordneten ersten Plattenelement 5.1 zugewandt und liegt diesem axial gegenüber. Entsprechend ist das zweite Plattenelement 6.2 des zweiten Plattenkondensators 6 axial dem auf der zweiten zusätzlichen Leiterplatte 8b angeordneten ersten Plattenelement 6.1 zugewandt und liegt diesem entlang der axialen Richtung A gegenüber.
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6 zeigt - in analoger Weise zur 4 - den Drehtransformator der 5 in einer axialen Draufsicht auf die Seite 14 der Sekundärspulen-Leiterplatte 7. Die Sekundärspule 21 ist demnach durch eine auf der Sekundärspulen-Leiterplatte 7 vorgesehene Leiterbahn 36 gebildet, die in Umfangsrichtung U spiralförmig um die Rotorwelle 9 umläuft. Die beiden zweiten Plattenelemente 5.2, 6.2 sind wie in 6 erkennbar jeweils durch eine auf der Sekundärspulen-Leiterplatte 7 angeordnete Leiterbahn 10a, 10b aus einem Metall, beispielsweise aus Kupfer, gebildet, wobei in 6 nur das zweite Plattenelement 6.2 des zweiten Plattenkondensators 6 erkennbar ist. Auch die beiden ersten Plattenelemente 5.1, 6.1 können jeweils durch eine auf der ersten zusätzlichen Leiterplatte 8a bzw. auf der zweiten zusätzlichen Leiterplatte 8b angeordnete Leiterbahn 11a, 11b aus einem Metall, beispielsweise aus Kupfer, gebildet sein (vgl. 5).
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Auch im Beispiel der 5 und 6 sind sowohl die beiden ersten als auch zweiten Plattenelemente 5.1, 5.2, 6.1, 6.2 jeweils rotationssymmetrisch zur Drehachse D ausgebildet. Ebenso besitzen die ersten und zweiten Plattenelemente 5.1, 5.2, 6.1, 6.2 jeweils eine ring- bzw. kreisförmige Geometrie und erstrecken sich entlang der Umfangsrichtung U. Außerdem sind die ersten und zweiten Plattenelemente 5.1, 5.2, 6.1, 6.2 koaxial zur Drehachse D zueinander angeordnet. Im Beispiel der 5 und 6 ist der Radius R1 des ersten und zweiten Plattenelements 5.1, 5.2 des ersten Plattenkondensators 5 von der Drehachse D gleich dem Radius R2 des ersten und zweiten Plattenelements 6.1, 6.2 des zweiten Plattenkondensators 6. Im Beispiel der 6 sind die beiden Plattenkondensatoren 5, 6 in analoger Weise zum Beispiel der 4 radial innen und die Sekundärspule 21 radial au-ßen auf der Sekundärspulen-Leiterplatte 7 angeordnet.
