DE10351117B3 - Drehtransformator - Google Patents

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DE10351117B3
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Jochen Dipl.-Ing. Mast
Jean Dr.-Ing. Schutz
Jens. Dipl.-Ing. Helfrich
Guntram Dr.-Ing. Scheible
Colin Luthardt
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ABB Research Ltd Switzerland
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/18Rotary transformers

Abstract

Es wird ein Drehtransformator mit mindestens einer Primärwicklung und mindestens einer hierzu drehbeweglichen Sekundärwicklung vorgeschlagen, DOLLAR A È wobei Primärwicklung und Sekundärwicklung in jeweils mindestens zwei Wicklungsabschnitte (11, 12, 13, 14, 15, 18, 19, 20, 21, 22, 33, 34, 35, 36, 37, 40, 41, 42, 43, 44, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 71, 72, 73, 74, 75, 76) unterteilt sind, DOLLAR A È wobei diese Wicklungsabschnitte kammartig ineinander greifen DOLLAR A È und wobei der Stromfluss direkt gegenüberliegender Wicklungsabschnitte jeweils entgegengesetzt gerichtet ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehtransformator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung kann beispielsweise bei Schweißrobotern verwendet werden.
  • Aus der EP 0 722 811 B1 ist ein drahtloser Roboter mit einer Vorrichtung zur Übertragung elektrischer Energie bekannt, die einen ein Gelenk tragenden starren Kern mit einer Primärwicklung um einen proximalen Teil einer drehbaren Welle und einen drehbaren Kern mit einer Sekundärwicklung um einen distalen Teil der drehbaren Welle umfasst, wobei der starre Kern dem drehbaren Kern auf kontaktlose Weise gegenübersteht, um mittels elektromagnetischer Hochfrequenzinduktion elektrische Energie vom proximalen zum distalen Teil auf kontaktlose Weise zu übertragen.
  • Aus der EP 0 598 924 B1 ist eine kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung für eine Maschineneinrichtung bekannt, wobei Leistung ohne direkten elektrischen Kontakt von einer statischen Einheit auf eine drehbare Einheit der Maschineneinrichtung übertragen wird. Es wird ein gespaltener Kern verwendet, der aus einem ersten Kern und einem zweiten Kern besteht, wobei diese Kerne an der statischen Einheit bzw. der drehbaren Einheit befestigt sind und eine magnetische Schaltung bilden, deren magnetische Weglänge sich durch eine beliebige Rotation des zweiten Kerns in Bezug auf den ersten Kern nicht verändert. Eine erste Spule ist mit einer Hochfrequenz-Wechselstrom quelle verbunden und in der statischen Einheit vorgesehen, um die magnetische Schaltung mit einer magnetomotorischen Kraft zu versehen. Eine zweite Spule ist mit einer Leistung empfangenden Vorrichtung verbunden und an der drehbaren Einheit befestigt, wobei die zweite Spule derart angeordnet ist, dass sie mit einem magnetischen Fluss, der durch die magnetische Schaltung tritt, in Verbindung steht.
  • Aus der EP 0 680 060 A1 ist ein Drehtransformator mit ringförmigem, im Querschnitt U-förmig ausgebildetem Stator und Rotor bekannt. Die hülsenförmige Primärspule ist um den inneren Schenkel des Stators gewickelt, während sich die ebenfalls hülsenförmige Sekundärspule an den Außenschenkel des Rotors anschmiegt, so dass sich – unter Ausbildung eines die gegenseitige Beweglichkeit sicherstellenden Luftspaltes – Primärspule und Sekundärspule unmittelbar gegenüberliegen.
  • Aus der DE 195 45 220 A1 ist eine Anordnung zum kontaktlosen Übertragen von Signalen zwischen gegeneinander linear bewegbaren Fahrzeugteilen bekannt, wobei die Anordnung aus mindestens einem Übertrager besteht, dessen Primär- und Sekundärwicklung in getrennten Schalenkernen liegen. Beide Schalenkerne sind als aneinander entlanggleitende Schienen ausgebildet, welche solche Profile besitzen, dass sie zusammen einen geschlossenen Kreis für den magnetischen Fluss zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung bilden.
  • Aus Bödefeld, Theodor; Sequenz, Heinrich: Elektrische Maschinen, Springer Verlag, 7. Auflage, 1965, Seiten 50–51, 56–60 ist der Ausbau von Zylinderwicklungen und Scheibenwicklungen bekannt. Bei der Zylinderwicklung wird die Röhre der Oberspannungswicklung über die Röhre der Unterspannungswicklung gestülpt. Bei der Scheibenwicklung werden Primär- und Sekundärwicklung in mehrere Spulen, die Scheibenspulen genannt werden, unterteilt, die abwechselnd übereinander geschichtet werden. Um den Streublindwiderstand und die Bauhöhe herabzusetzen, kann die Unterspannungswicklung auch in zwei Röhren unterteilt werden. Zwischen diesen beiden Röhren liegt dann die Röhre der Oberspannungswicklung. Der durch die primäre Spannung bestimmte Hauptfluss wird im Leerlauf von der primären Seite aus erregt. Nimmt nun die sekundäre Wicklung Strom auf, wird dieser Zustand gestört. Die Primärwicklung ist gezwungen, Strom aufzunehmen, um die magnetisierende Wirkung des sekundären Stromes aufzuheben und das magnetische Gleichgewicht wieder herzustellen. Wir nennen diesen Vorgang die transformatorische Rückwirkung des sekundären Stromes auf den primären Strom.
  • Drehtransformatoren gemäß dem Stand der Technik haben verteilte Wicklungen, d. h. die Primärwicklung und die Sekundärwicklung befinden sich in voneinander getrennten Kernhälften, welche sie jeweils nicht überragen. Es bildet sich einerseits ein relativ großes Streufeld aus, andererseits sind die Verluste des Drehtransformators relativ hoch.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehtransformator anzugeben, der auch bei Beaufschlagung mit Hochfrequenz – beispielsweise 25 kHz – einen relativ hohen Wirkungsgrad aufweist und ein relativ geringes Streufeld produziert.
  • Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die bei Hochfrequenz auftretenden Stromverdrängungseffekte sowie die auftretenden Transformatorenverluste und das auftretende Streufeld minimiert sind. Es ergibt sich somit ein hoher Wirkungsgrad des Drehtransformators. Der Drehtransformator ist exakt reproduzierbar, d. h. die bei der Fertigung auftretenden Abweichungen der elektrischen Daten sind äußerst gering. Der zwischen den beiden Kernhälften auszubildende Luftspalt – wichtig für die freie Drehbeweglichkeit beider Transformatorenhälften gegenein ander – ist mit relativ großem Maß wählbar und spielt eine vernachlässigbare Rolle hinsichtlich des produzierten Streufeldes und der produzierten Verluste.
  • Primärteil und Sekundärteil des Drehtransformators sind gleichzeitig als galvanisch getrennte "Kontakte" im Sinne eines Steckers verwendbar, beispielsweise befindet sich der Primärteil am freien Ende eines Roboterarmes, welcher mit unterschiedlichen Werkzeugarmen bestückt werden kann. Diese unterschiedlichen Werkzeugarme weisen jeweils den Sekundärteil des Drehtransformators an ihrem zur Befestigung am Roboterarm dienenden Ende auf. Es ist ein einfacher, rascher Werkzeugwechsel, d. h. Montage verschiedenartiger Werkzeugarme am Roboterarm möglich.
  • Weitere Vorteile sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Drehtransformators mit sich parallel zur Drehachse erstreckenden Wicklungsabschnitten im Schnitt,
  • 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Drehtransformators mit sich senkrecht zur Drehachse erstreckenden Wicklungsabschnitten im Schnitt,
  • 3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Drehtransformators mit mehreren ringförmigen Ausnehmungen in den Kernhälften im Schnitt,
  • 4, 5 Ausführungsbeispiele mit einer Zentralbohrung im Kern in perspektivischer Darstellung,
  • 6 den Verlauf der magnetischen Feldstärke über den einzelnen Wicklungsabschnitten.
  • In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Drehtransformators mit sich parallel zur Drehachse erstreckenden Wicklungsabschnitten dargestellt. Bei dieser Ausführungsform weisen Primärwicklung und Sekundärwicklung kammartig ineinandergreifende, jeweils hülsenförmige Wicklungsabschnitte auf. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft bei Drehtransformatoren, bei denen die Bauhöhe groß im Verhältnis zum Durchmesser des Kernes sein soll.
  • Der Drehtransformator 1 weist zwei im wesentlichen symmetrische Kernhälften auf, und zwar eine erste Kernhälfte mit einer Basisplatte 2, einem Außenring 3 und einem Innenzylinder 4 sowie eine zweite Kernhälfte mit einer Basisplatte 5, einem Außenring 6 und einem Innenzylinder 7. Zwischen beiden Kernhälften ist ein Luftspalt 8 ausgebildet, so dass eine berührungsfreie Drehbeweglichkeit beider Kernhälften gegeneinander um eine gemeinsame, im Zentrum der Innenzylinder 4, 7 verlaufende Drehachse 9 gegeben ist.
  • Wie in der Schnittdarstellung nach 1 gut zu erkennen ist, wird durch die Außenringe 3, 6, die Innenzylinder 4, 7 sowie die Basisplatten 2, 5 eine einzige, zur Aufnahme von (vorzugsweise jeweils spiralförmigen) Wicklungen geeignete, ringförmige Ausnehmung begrenzt. Die Befestigung der einzelnen Wicklungsabschnitte von Primärwicklung und Sekundärwicklung erfolgt dabei in kreisringförmigen Wicklungsträgern, welche jeweils aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise Kunststoff, bestehen und an den Innenseiten der Basisplatten montiert sind. Die elektrischen Verbindungen zwischen den einzelnen, jeweils hülsenförmigen Wicklungsabschnitten verlaufen innerhalb der Wicklungsträger. Jede Wicklung weist zwei Wicklungsanschlüsse auf, welche über den Wicklungsträger und entsprechende Öffnungen in der Basisplatte nach außen geführt sind.
  • Ein der Primärwicklung zugeordneter Wicklungsträger 10 ist an der Basisplatte 2 der ersten Kernhälfte befestigt und fixiert beispielhaft fünf Wicklungsabschnitte einer Primärwicklung, und zwar
    • • einen äußere Wicklungsabschnitt 11,
    • • zwei unmittelbar benachbarte mittlere Wicklungsabschnitte 12, 13,
    • • zwei unmittelbar benachbarte innere Wicklungsabschnitte 14, 15.
  • Ein der Sekundärwicklung zugeordneter Wicklungsträger 17 ist an der Basisplatte 5 der zweiten Kernhälfte befestigt und fixiert fünf Wicklungsabschnitte einer Sekundärwicklung, und zwar
    • • zwei unmittelbar benachbarte äußere Wicklungsabschnitte 18, 19,
    • • zwei unmittelbar benachbarte mittlere Wicklungsabschnitte 20, 21,
    • • einen innere Wicklungsabschnitt 22.
  • Es sind ein Wicklungsanschluss 16 der Primärwicklung sowie ein Wicklungsanschluss 23 der Sekundärwicklung zu erkennen (selbstverständlich sind pro Wicklung mindestens zwei Wicklungsanschlüsse erforderlich).
  • Wie in 1 gekennzeichnet sind die Stromrichtungen der sich direkt unter Bildung eines Luftspaltes gegenüberliegenden Wicklungsabschnitte (welche abwechselnd der Primärwicklung und der Sekundärwicklung zugeordnet sind) 11/18, 19/12, 13/20, 21/14, 15/22 jeweils entgegengesetzt.
  • In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Drehtransformators mit sich senkrecht zur Drehachse erstreckenden Wicklungsabschnitten dargestellt. Bei dieser Ausführungsform weisen Primärwicklung und Sekundärwicklung kammartig ineinandergreifende, jeweils kreisringförmige Wicklungsabschnitte auf. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft bei Drehtransformatoren, bei denen der Durchmesser groß im Verhältnis zur Bauhöhe sein soll.
  • Der Drehtransformator 24 weist zwei unsymmetrische Kernhälften auf, und zwar eine erste Kernhälfte mit einer Basisplatte 25 und einem Innenzylinder 26 sowie eine zweite Kernhälfte mit einer Basisplatte 27 und einem Außenring 28. Zwischen Basisplatte 27 und Innenzylinder 26 ist ein Luftspalt 29 sowie zwischen Basisplatte 25 und Außenring 28 ein Luftspalt 30 ausgebildet, so dass eine berührungsfreie Drehbeweglichkeit beider Kernhälften gegeneinander um eine gemeinsame, im Zentrum des Innenzylinders 26 verlaufende Drehachse 31 gegeben ist.
  • Wie in der Schnittdarstellung nach 2 gut zu erkennen ist, wird durch den Außenring 28, den Innenzylinder 26 sowie die Basisplatten 25, 27 eine einzige, zur Aufnahme von (vorzugsweise jeweils spiralförmigen) Wicklungen geeignete, ringförmige Ausnehmung begrenzt. Eine Befestigung der einzelnen Wicklungsabschnitte von Primärwicklung und Sekundärwicklung erfolgt dabei in hülsenförmigen Wicklungsträgern, welche jeweils aus einem elektrisch isolierendem Material, beispielsweise Kunststoff, bestehen und an der Innenseite des Außenrings 28 bzw. Außenseite des Innenzylinders 26 montiert sind. Die elektrischen Verbindungen zwischen den einzelnen jeweils kreisringförmigen Wicklungsabschnitten verlaufen innerhalb der Wicklungsträger. Jede Wicklung weist zwei Wicklungsanschlüsse auf, welche über den Wicklungsträger und entsprechende Öffnungen in der Basisplatte nach außen geführt werden.
  • Ein der Primärwicklung zugeordneter Wicklungsträger 32 ist an der Außenseite des Innenzylinders 26 der ersten Kernhälfte befestigt und fixiert beispielhaft fünf Wicklungsabschnitte einer Primärwicklung, und zwar
    • • einen Wicklungsabschnitt 33,
    • • zwei unmittelbar benachbarte Wicklungsabschnitte 34, 35,
    • • zwei unmittelbar benachbarte Wicklungsabschnitte 36, 37.
  • Ein der Sekundärwicklung zugeordneter Wicklungsträger 39 ist an der Innenseite des Außenrings 28 der zweiten Kernhälfte befestigt und fixiert fünf Wicklungsabschnitte einer Sekundärwicklung, und zwar
    • • zwei unmittelbar benachbarte Wicklungsabschnitte 40, 41,
    • • zwei unmittelbar benachbarte mittlere Wicklungsabschnitte 42, 43,
    • • einen Wicklungsabschnitt 44.
  • Es sind ein Wicklungsanschluss 38 der Primärwicklung sowie ein Wicklungsanschluss 45 der Sekundärwicklung zu erkennen.
  • Wie in 2 gekennzeichnet sind die Stromrichtungen der sich direkt unter Bildung eines Luftspaltes gegenüberliegenden Wicklungsabschnitte (welche abwechselnd der Primärwicklung und der Sekundärwicklung zugeordnet sind) 33/40, 41/34, 25/42, 43/36, 37/44 jeweils entgegengesetzt.
  • In 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines Drehtransformators mit mehreren ringförmigen Ausnehmungen in den Kernhälften dargestellt. Bei dieser Ausführungsform Aufnahme der Wicklungen auf. Diese Ausführungsform ist prinzipiell sowohl für hülsenförmige Wicklungsabschnitte – siehe 1 – als auch für kreisringförmige Wicklungsabschnitte – siehe 2 – geeignet, es ist jedoch lediglich eine Ausführungsform in Anlehnung an 1 mit hülsenförmigen Wicklungsabschnitten gezeigt.
  • Der Drehtransformator 46 weist zwei im wesentlichen symmetrische Kernhälften auf, und zwar eine erste Kernhälfte mit einer Basisplatte 47, einem Außenring 48, zwei Zwischenringen 49, 50 und einem Innenzylinder 51 sowie eine zweite Kernhälfte mit einer Basisplatte 52, einem Außenring 53, zwei Zwischenringen 54, 55 und einem Innenzylinder 56. Zwischen beiden Kernhälften ist ein Luftspalt 57 ausgebildet, so dass eine berührungsfreie Drehbeweglichkeit beider Kernhälften gegeneinander um eine gemeinsame, im Zentrum der Innenzylinder 51, 56 verlaufende Drehachse 58 gegeben ist.
  • Wie in der Schnittdarstellung nach 3 gut zu erkennen ist, werden durch die Außenringe 48, 53, die Zwischenringe 49/54, 50/55, die Innenzylinder 51/56 sowie die Basisplatten 47/52 drei separate und konzentrisch angeordnete, zur Aufnahme von (vorzugsweise jeweils spiralförmigen) Wicklungen geeignete, ringförmige Ausnehmungen begrenzt. Eine Befestigung der einzelnen Wicklungsabschnitte von Primärwicklung und Sekundärwicklung erfolgt dabei in kreisringförmigen Wicklungsträgern, welche jeweils aus einem elektrisch isolierendem Material, beispielsweise Kunststoff, bestehen und an den Innenseiten der Basisplatten montiert sind. Die elektrischen Verbindungen zwischen den einzelnen jeweils hülsenförmigen Wicklungsabschnitten verlaufen innerhalb der Wicklungsträger. Jede Wicklung weist zwei Wicklungsanschlüsse auf, welche über den Wicklungsträger und entsprechende Öffnungen in der Basisplatte nach außen geführt werden.
  • Ein der Primärwicklung zugeordneter äußerer Wicklungsträger 59 ist an der Basisplatte 47 der ersten Kernhälfte am Ort der äußeren ringförmigen Ausnehmung befestigt und fixiert zwei Wicklungsabschnitte einer Primärwicklung, und zwar
    • • einen äußeren Wicklungsabschnitt 62
    • • einen inneren Wicklungsabschnitt 63.
  • Ein der Primärwicklung zugeordneter mittlerer Wicklungsträger 60 ist an der Basisplatte 47 der ersten Kernhälfte am Ort der mittleren ringförmigen Ausnehmung befestigt und fixiert zwei Wicklungsabschnitte einer Primärwicklung, und zwar
    • • einen äußeren Wicklungsabschnitt 64
    • • einen inneren Wicklungsabschnitt 65.
  • Ein der Primärwicklung zugeordneter innerer Wicklungsträger 61 ist an der Basisplatte 47 der ersten Kernhälfte am Ort der inneren ringförmigen Ausnehmung befestigt und fixiert zwei Wicklungsabschnitte einer Primärwicklung, und zwar
    • • einen äußeren Wicklungsabschnitt 66
    • • einen inneren Wicklungsabschnitt 67.
  • Ein der Sekundärwicklung zugeordneter äußerer Wicklungsträger 68 ist an der Basisplatte 52 der zweiten Kernhälfte am Ort der äußeren ringförmigen Ausnehmung befestigt und fixiert zwei unmittelbar benachbarte Wicklungsabschnitte 71, 72 einer Sekundärwicklung.
  • Ein der Sekundärwicklung zugeordneter mittlerer Wicklungsträger 69 ist an der Basisplatte 52 der zweiten Kernhälfte am Ort der mittleren ringförmigen Ausnehmung befestigt und fixiert zwei unmittelbar benachbarte Wicklungsabschnitte 73, 74 einer Sekundärwicklung.
  • Ein der Sekundärwicklung zugeordneter innerer Wicklungsträger 70 ist an der Basisplatte 52 der zweiten Kernhälfte am Ort der inneren ringförmigen Ausnehmung befestigt und fixiert zwei unmittelbar benachbarte Wicklungsabschnitte 75, 76 einer Sekundärwicklung.
  • Wie in 3 gekennzeichnet sind die Stromrichtungen der sich direkt unter Bildung eines Luftspaltes gegenüberliegenden Wicklungsabschnitte (welche abwechselnd der Primärwicklung und der Sekundärwicklung zugeordnet sind) 62/71, 72/63, 64/73, 74/65, 66/75, 76/67 jeweils entgegengesetzt.
  • Zusätzliche Vorteile dieser Ausführungsform gemäß 3:
    • • Es können auch mehrere galvanisch getrennte Primärwicklungen und Sekundärwicklungen vorgesehen sein, d. h. es ist die induktive Kopplung von mehreren Stromkreisen in ein und demselben Drehtransformator möglich.
    • • Bezüglich des magnetischen Flusses ergibt sich eine verkürzte Weglänge, was die Verluste herabsetzt und somit den Wirkungsgrad steigert.
    • • Es ist insgesamt weniger Kernmaterial zur Führung des magnetischen Flusses erforderlich.
    • • Im Vergleich zu den Ausführungsbeispielen gemäß 1 und 2 kann ein größeres Übersetzungsverhältnis primär/sekundär gewählt werden.
  • In den 4 und 5 sind Ausführungsbeispiele mit einer Zentralbohrung im Kern dargestellt, und zwar entspricht 4 im wesentlichen der Ausführungsform nach 1 und 5 im wesentlichen der Ausführungsform nach 2.
  • In 4 ist ein Drehtransformator 77 zu erkennen, welcher eine erste Kernhälfte 78 und eine im wesentlichen symmetrisch hierzu ausgebildete zweite Kernhälfte 79 aufweist, wobei ein Luftspalt 80 zwischen beiden Kernhälften ausgebildet ist und eine Zentralbohrung 81 in den Kernhälften vorgesehen ist. In der ringförmigen Ausnehmung des Drehtransformators 77 befindet sich ein Wicklungssystem 82, bestehend aus Primärwicklung und Sekundärwicklung, wobei die Innenzylinder 4, 7 der Ausführungsform nach 1 durch Innenringe ersetzt sind, um die gewünschte Zentralbohrung 81 zu realisieren.
  • In 5 ist ein Drehtransformator 83 zu erkennen, welcher eine erste Kernhälfte 84 und eine zweite Kernhälfte 85 aufweist, wobei Luftspalte 86, 87 zwischen beiden Kernhälften ausgebildet sind und eine Zentralbohrung 88 in den Kernhälften vorgesehen ist. In der ringförmigen Ausnehmung des Drehtransformators 83 befindet sich ein Wicklungssystem 89, bestehend aus Primärwicklung und Sekundärwicklung, wobei der Innenzylinder 26 der Ausführungsform nach 2 durch einen Innenring ersetzt ist, um die gewünschte Zentralbohrung 88 zu realisieren.
  • Wenn vorstehend von Wicklungsabschnitten die Rede ist, kann ein Wicklungsabschnitt alternativ bestehen aus:
    • • einer einzigen Windung oder
    • • aus mehreren (zwei, drei, vier...) Windungen.
  • Das Übersetzungsverhältnis zwischen Primärwicklung und Sekundärwicklung ist prinzipiell frei wählbar.
  • 6 zeigt den Verlauf der magnetischen Feldstärke über den einzelnen Wicklungsabschnitten. Betrachtet man zunächst das Ausführungsbeispiel gemäß 1, so steigt die magnetische Feldstärke über dem Wicklungsabschnitt 11 von 0 auf den Maximalwert MAX, fällt über dem Wicklungsabschnitt 18 bzw. 19 auf 0 bzw. den Minimalwert MIN, steigt über dem Wicklungsabschnitt 12 bzw. 13 auf 0 bzw. MAX, fällt über dem Wicklungsabschnitt 20 bzw. 21 auf 0 bzw. MIN, steigt über dem Wicklungsabschnitt 14 bzw. 15 auf 0 bzw. MAX und fällt über dem Wicklungsabschnitt 22 auf 0. Ein identischer Verlauf der magnetischen Feldstärke ergibt sich über den Wicklungsabschnitten 33-40-41-34-35-42-43-36-37-44 beim Ausführungsbeispiel gemäß 2.
  • Selbstverständlich ergibt sich auch beim Ausführungsbeispiel gemäß 3 ein gleichartiger Verlauf der magnetischen Feldstärke 0-MAX-0-MIN-0-MAX-0-MIN-0-MAX-0-MIN-0 über den einzelnen Wicklungsabschnitten 62-71-72-63-64 -73-74-65-66-75-76-67.
  • Es ist leicht einzusehen, dass dieser bei allen Ausführungsbeispielen auftretende zickzackförmige Verlauf der magnetischen Feldstärke zwischen einem Maximalwert MAX und einem Minimalwert MIN aus der Tatsache resultiert, dass die Wicklungsabschnitte von Primärwicklung und Sekundärwicklung kammartig ineinander greifen, wobei der Stromfluss unmittelbar benachbarter Wicklungsabschnitte von Primärwicklung und Sekundärwicklung jeweils entgegengesetzt gerichtet ist. Wenn man alle Wicklungsabschnitte der Primärwicklung nebeneinander anordnen würde sowie alle Wicklungsabschnitte der Sekundärwicklung ebenfalls nebeneinander anordnen würde und die derart gebildete Primärwicklung und Sekundärwicklung gegenüberliegend anordnen würde, wie dies in der EP 0 680 060 A1 vorgesehen ist, so wäre der Maximalwert der magnetischen Feldstärke einer derartig verteilten Wicklung um ein Vielfaches höher als der sich bei der erfindungsgemäßen Anordnung mit kammartig ineinander greifenden Wicklungsabschnitten einstellende Maximalwert. Folglich wären einerseits die auftretenden Transformatorenverluste und andererseits das auftretende Streufeld um ein Vielfaches höher. Es ergäbe sich somit ein relativ geringer Wirkungsgrad des Drehtransformators.
  • Bei den vorstehenden Ausführungsformen wird beispielhaft davon ausgegangen, dass Primärwicklung und Sekundärwicklung des Drehtransformators für gleiche Leistung ausgeführt sind. Abweichend hiervon sind selbstverständlich Ausführungsformen realisierbar, bei denen die Sekundärwicklung des Drehtransformators mit geringerer Leistungsfähigkeit als die Primärwicklung und dementsprechend auch leichter ausgebildet ist, wenn sekundärseitig nur relativ geringe Leistungen produziert werden sollen. Bei einer derartigen Ausführungsform kann die Kernhälfte des Sekundärteiles ganz entfallen. Diese Ausführungsform ist insbesondere bei Einsatz des Drehtransformators bei einem Roboter mit Werkzeugwechseleinrichtung von großem Vorteil. Eine Werkzeugwechseleinrichtung erlaubt die Montage verschiedenartiger Werkzeugarme am Roboterarm. Die verschiedenen Werkzeuge besitzen unterschiedliche Leistungsaufnahme. Die Sekundärseiten des Drehtransformators werden jeweils an den speziellen Leistungsbedarf des Werkzeuges angepasst, während die Primärseite des Drehtransformators für alle verschiedenen Werkzeuge (mit unterschiedlichem Leistungsbedarf) die gleiche bleibt.
  • Bei den vorstehenden Ausführungsformen wird davon ausgegangen, dass die Kernhälften jeweils einstückig ausgebildet sind. Abweichend hiervon ist es selbstverständlich auch möglich, die Kernhälften bzw. den Kern aus einzelnen Segmenten (beispielsweise in Form von "Kuchenstücken") zusammenzusetzen.
  • 1
    Drehtransformator
    2
    Basisplatte der ersten Kernhälfte
    3
    Außenring
    4
    Innenzylinder
    5
    Basisplatte der zweiten Kernhälfte
    6
    Außenring
    7
    Innenzylinder
    8
    Luftspalt
    9
    Drehachse
    10
    Wicklungsträger der ersten Kernhälfte
    11
    erster Wicklungsabschnitt der Primärwicklung
    12
    zweiter Wicklungsabschnitt
    13
    dritter Wicklungsabschnitt
    14
    vierter Wicklungsabschnitt
    15
    fünfter Wicklungsabschnitt
    16
    Wicklungsanschluss
    17
    Wicklungsträger der zweiten Kernhälfte
    18
    erster Wicklungsabschnitt der Sekundärwicklung
    19
    zweiter Wicklungsabschnitt
    20
    dritter Wicklungsabschnitt
    21
    vierter Wicklungsabschnitt
    22
    fünfter Wicklungsabschnitt
    23
    Wicklungsanschluss
    24
    Drehtransformator
    25
    Basisplatte der ersten Kernhälfte
    26
    Innenzylinder
    27
    Basisplatte der zweiten Kernhälfte
    28
    Außenring
    29
    Luftspalt
    30
    Luftspalt
    31
    Drehachse
    32
    Wicklungsträger der ersten Kernhälfte
    33
    erster Wicklungsabschnitt der Primärwicklung
    34
    zweiter Wicklungsabschnitt
    35
    dritter Wicklungsabschnitt
    36
    vierter Wicklungsabschnitt
    37
    fünfter Wicklungsabschnitt
    38
    Wicklungsanschluss
    39
    Wicklungsträger der zweiten Kernhälfte
    40
    erster Wicklungsabschnitt der Sekundärwicklung
    41
    zweiter Wicklungsabschnitt
    42
    dritter Wicklungsabschnitt
    43
    vierter Wicklungsabschnitt
    44
    fünfter Wicklungsabschnitt
    45
    Wicklungsanschluss
    46
    Drehtransformator
    47
    Basisplatte der ersten Kernhälfte
    48
    Außenring
    49
    Zwischenring
    50
    Zwischenring
    51
    Innenzylinder
    52
    Basisplatte der zweiten Kernhälfte
    53
    Außenring
    54
    Zwischenring
    55
    Zwischenring
    56
    Innenzylinder
    57
    Luftspalt
    58
    Drehachse
    59
    Wicklungsträger der ersten Kernhälfte
    60
    Wicklungsträger
    61
    Wicklungsträger
    62
    erster Wicklungsabschnitt der Primärwicklung
    63
    zweiter Wicklungsabschnitt
    64
    dritter Wicklungsabschnitt
    65
    vierter Wicklungsabschnitt
    66
    fünfter Wicklungsabschnitt
    67
    sechster Wicklungsabschnitt
    68
    Wicklungsträger der zweiten Kernhälfte
    69
    Wicklungsträger
    70
    Wicklungsträger
    71
    erster Wicklungsabschnitt der Sekundärwicklung
    72
    zweiter Wicklungsabschnitt
    73
    dritter Wicklungsabschnitt
    74
    vierter Wicklungsabschnitt
    75
    fünfter Wicklungsabschnitt
    76
    sechster Wicklungsabschnitt
    77
    Drehtransformator
    78
    erste Kernhälfte
    79
    zweite Kernhälfte
    80
    Luftspalt
    81
    Zentralbohrung
    82
    Wicklungssystem
    83
    Drehtransformator
    84
    erste Kernhälfte
    85
    zweite Kernhälfte
    86
    Luftspalt
    87
    Luftspalt
    88
    Zentralbohrung
    89
    Wicklungssystem

Claims (15)

  1. Drehtransformator mit mindestens einer Primärwicklung und mindestens einer hierzu drehbeweglichen Sekundärwicklung, dadurch gekennzeichnet, • dass Primärwicklung und Sekundärwicklung in jeweils mindestens zwei separate Wicklungsabschnitte (11, 12, 13, 14, 15, 18, 19, 20, 21, 22, 33, 34, 35, 36, 37, 40, 41, 42, 43, 44, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 71, 72, 73, 74, 75, 76) unterteilt sind, • wobei diese Wicklungsabschnitte kammartig ineinander greifen.
  2. Drehtransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Wicklungsabschnitte (11, 12, 13, 14, 15, 18, 19, 20, 21, 22, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 7 1, 72, 73, 74, 75, 76) parallel zur Drehachse (9, 58) des Drehtransformators (1, 46) erstrecken und hülsenförmig ausgebildet sind.
  3. Drehtransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Wicklungsabschnitte (33, 34, 35, 36, 37, 40, 41, 42, 43, 44) senkrecht zur Drehachse (31) des Drehtransformators (24) erstrecken und kreisringförmig ausgebildet sind.
  4. Drehtransformator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei zueinander drehbewegliche Kernhälften vorgesehen sind, welche mindestens eine ringförmige Ausnehmung zur Aufnahme von Primärwicklung und Sekundärwicklung bilden.
  5. Drehtransformator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kernhälften im wesentlichen symmetrisch aufgebaut sind und jede Kernhälfte aus einer Basisplatte (2, 5, 47, 52) mit angeformtem Außenring (3, 6, 48, 53) und angeformtem Innenzylinder (4, 7, 51, 56) oder angeformtem Innenring besteht.
  6. Drehtransformator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisplatten (47, 52) mit mindestens einem angeformten Zwischenring (49, 50, 54, 55) versehen sind, um derart mehr als eine ringförmige Ausnehmung zu schaffen.
  7. Drehtransformator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kernhälfte eine Basisplatte (25) mit angeformtem Innenzylinder (26) oder Innenring sowie die zweite Kernhälfte eine Basisplatte (27) mit angeformtem Außenring (28) aufweist.
  8. Drehtransformator nach einem der Ansprüche 5–8, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung der einzelnen Wicklungsabschnitte (11, 12, 13, 14, 15, 18, 19, 20, 21, 22, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 71, 72, 73, 74, 75, 76) in kreisringförmigen Wicklungsträgern (10, 17, 59, 60, 61, 68, 69, 70) erfolgt, welche an den Innenseiten der Basisplatten (2, 5) montiert sind.
  9. Drehtransformator nach einem der Ansprüche 5–8, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung der einzelnen Wicklungsabschnitte (33, 34, 35, 36, 37, 40, 41, 42, 43, 44) in hülsenförmigen Wicklungsträgern (32, 39) erfolgt, welche an der Außenseite des Innenzylinders (26) oder Innenrings und an der Innenseite des Außenrings (28) montiert sind.
  10. Drehtransformator nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Verbindungen zwischen den einzelnen Wicklungsabschnitten (11, 12, 13, 14, 15, 18, 19, 20, 21, 22, 33, 34,35, 36, 37, 40, 41, 42, 43, 44, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 71, 72, 73, 74, 75, 76) in den Wicklungsträgern (10, 17, 32, 39, 59, 60, 61, 68, 69, 70) verlaufen.
  11. Drehtransformator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Wicklungsanschlüsse (16, 23, 38, 45) über entsprechende Öffnungen in den Basisplatten (2, 5, 25, 27, 47, 52) nach außen geführt sind.
  12. Drehtransformator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wicklungsabschnitt aus einer einzigen Windung besteht.
  13. Drehtransformator nach einem der Ansprüche 1–12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wicklungsabschnitt aus mehreren Windungen besteht.
  14. Drehtransformator nach einem der Ansprüche 4–13, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Zentralbohrung (81, 88) in den Kernhälften vorgesehen ist.
  15. Drehtransformator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Primärteil und Sekundärteil gleichzeitig als galvanisch getrennte "Kontakte" im Sinne eines Steckers verwendet sind.
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