DE1563330A1 - Drehtransformator - Google Patents

Description

D-1993

Sanders Associates, Inc. Nashua, Mew Hampshire, U.S.A.

Drehtransformator

Drehkopplungen werden benötigt zur Übertragung elektrischer Energie zwischen feststehenden Untergestellen und rotierenden Elementen, wie beispielsweise bei Radarantennen oder dgl. Bei ausreichend hohen Frequenzen kann eine Kopplung dieser Art durch zwei angrenzende Hohlleiterabschnitte und ein zwischen diesen angeordnetes drehbares Verbindungsstück erfolgen. Sind in der über die Kopplungsvorrichtung zu übertragenden Energie jedoch auch verhältnismässig niedrige Frequenzkomponenten enthalten, so ist ein Hohlleiter wegen der erforderlichen Grosse unzweckmässig. ITlan verwendet daher zwei andere Arten von Kopplungen. Bei der einen handelt es sich um eine konventionalle Schleifringanordnung, bei der auf dem Rotor Ringe ange-Dracht sind, gegen die feststehende Bürsten anliegen. Bei dieser Kopplungsvorrichtung treten jedoch elektrische Störungen sowie 8üratenverschleiss auf, wodurch die Betriebsfahigkeit beeinträchtigt wird, insbesondere, wenn die. Vorrichtung für einen sich über grössere Zeiträume erstreckenden unbemannten Betrieb vorgesehen ist.

Drehtransformatoren sind vor der vorliegenden Erfindung auch bereits zur übertragung von elektrischer Energie zwischen zwei relativ aueinander rotierenden Teilen benutzt morden, Zear werden durch diese Transformatoren

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die sich aus αβη Schleifringen ergebenden Schwierigkeiten vermieden, doch treten dafür bei ihnen andere Probleme auf. Insbesondere mird die erzielbare Bandbreite durch die Streuinduktivitst sehr stark herabgesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Drehkopplungsvorrichtung zu schaffen, mit der elektrische Energie von einem Element auf ein anderes, sich relativ zu diesem drehendes Element übertragen uiird und die sich durch verlustarme Eigenschaften und eine gleichmassig geringe Dämpfung über einen breiten Frequenzbereich auszeichnet.

Diese Aufgabe löst die Erfindung mit einem Breitband-Drehtransforraator, Dei dem als Primärwicklung der Aussenleiter eines im wesentlichen koaxialen Systems dient, dessen Innenleitsr von der Sekundärwicklung des Transformators gebildet uiird. Uurch diese ^Husbildung u/ird dia Streuinduktiwität sehr stark verringert, so dass 3ich eine wesentliche Erweiterung der Betriebsbandbreite ergibt. Die er- findungsgemä:,-:e Kopplung zeichnet sich durch minimale Er-ZBugung elektrischer Störungen aus.

Die Erfindung umfasst aie konstruktionellen ffiassnahmen sowie die Anordnung der Teile und deren Kombination, uiie sie nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise' beschrieben werden. Der Erfindungsumfang ergibt sich aus den Patentansprüchen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Drehkopplungsvorrichtung gemä'ss der Erfindung?

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Fi|j. 2 einen Mxialschnitt durch den Primärteil der Kopplungsvorrichtung;

Fig. 3 den Primärteil der Kopplungsvorrichtung in Draufsicht;

Fig. 4 einen Axialschnitt durch den Sekundärteil der Kopplungsvorrichtung und

Fig. 5 den bekundärteil in Draufsicht.

Allgemein tujrd die Erfindung durch einen Drehtransformator verkörpert, dessen Primär- und Sekundärteil als Schleifen ausgebildet sind, die eine gemeinsame Drehachse aufweisen und so angeordnet sind, dass sie sich relativ um diese Achse drehen können. Die Primärwicklung ist als kreisrundes Rohr ausgebildet, in welchem ein Längsschlitz vorgesehen ist. Die Sekundärwicklung ist im Rohr angeordnet, wobei die Sekundärzuleitungen vom Schlitz ausgehen. Primär- und Sekundärteil sind also zusammen ähnlich tui« ein Koaxialkaoel aufgebaut.

Bekanntlich umgibt bei einem Koaxialkabel das gesamte durch Strom im Aussenleiter erzeugte magnetfeld den Innenleiter des Kabels. Ein Transformator, der den Aussenleiter als Primärteil und den Innenleiter als Sekunderteil benutzt, hat also keinen Streufluss. Im vorliegenden Fall verhindert der in der Primärschleife vorgesehene Schlitz, der als Zugang zur inneren Sekundärschleife erforderlich ist, zwar eine vollständige Beseitigung des Streuflusses. Gegenüber bekannten Drshtransformatoren ergibt sich jedoch eine sehr starke Verringerung, die ausiBicht, dass ein nach der Erfindung hergestellter Transformator über einen grossen,

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sich von 30-100OWHz erstreckenden Frequenzbereich ohne unzulässige Dämpfung arbeitet.

Wie Fig. 1 zeigt, enthält der erfindungegemässe Drehtransformator einen Primärteil 10 und einen Sekundärteil 12, die so angeordnet sind, dass sie sich relativ zueinander um eine Achse 14 drehen können. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der SekundMrteil 12 am Ende eines feststehenden Rohres 16 angeordnet. Der Primärteil wird mit Klemmschrauben 17 in einem Ausaenrohr gehalten, das in geeigneter Uleise mit einem (nicht gezeigten) Antriebsystem verbunden ist, welches das Ausaenrohr 18 um die Achse 14 zu drehen vermag.

bile Fig. 1, 2 und 3 zeigen, enthält der Primärteil 10 eine Grundplatte 20, in der ein Ringkanal 22 vorgesehen ist, der konzentrisch zur Achse 14 angeordnet und zum Sekundär teil 12 hin offen ist. Der Ringkanal 22 hat eine Rietallauskleidung, die als Primärechleife 24, d. h. als Primärwicklung des Transformators, dient. Ulis Fig. 3 zeigt, ist die Primärschleife 24 unterbrochen, eo dass sich Enden 24a und 24b ergeben, die mit dem Ausaen- bzw. Innenleiter eines Koaxialkabels 26 verbunden sind. Das Koaxialkabel 26 läuft nach oben durch eine in der Grundplatte 20 vorgesehene Öffnung 27 (Fig. 2) und ist an eint (nicht gezeigte) elektrische Signalquelle angeechloeaen.

Ulie Fig. 1, 4 und 5 zeigen, enthält der Sekundärteil 12 eine runde Grundplatte 28, auf der ein Isolierring 30 sitzt, der in die Primärschleife 24 hineinragt und auf

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seiner Oberseite einen ffletallring trä§t, der al9 Sekundärschleife 32 dient. Ulie Fig. 5 ZBigt, ist die Sekundärschlaifs 32 gleichfalls unterbrochen, so dass sich Enden 32a und 32b ergeben, an die der Aussen- bzw. Innenleiter eines Koaxialkabels 34 angeschlossen ist. Durch eine in der Grundplatte 28 vorgesehene Öffnung 36 läuft das Koaxialkabel 34 nach oben und ist an eine (nicht gezeigte) Vorrichtung angeschlossen, welche die über den Transformator geleiteten Signale empfängt.

Zur Vermeidung von Reibungseinflüssen, insbesondere bei hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten, sind der Primärteil 10 und der Sekundärteil 12 vorzugsweise im Abstand voneinander angeordnet. Der Isolierring 30 berührt also nicht die Primärschiaife 24, und zwischen den beiden Grundplatten 20 und 28 besteht ein kleiner Spalt, der etwa 0,125 mm breit . ist .·

Da die Primärschleife 24 mit Ausnahme ihrer der Grundplatte 28 zugewandten ^ingöffnung 38 die Form eines Rohres hat, tritt somit nahezu das gesamte, durch Stromfluss in dieser Schleife bewirkte magnetfeld ausserhalb der Schleife auf. Die Sekundärschleife 32 wird also fast vom .gesamten Magnetfeld angekoppelt. Infolge des Abstandes zwischen der Ringöffnung 38 und der Sekundärschleife 32 bewirkt selbst der im Inneren der Pri-märschleif e 24 auftretende Teil da· fHagnetfeldes infolge Wirkung des elektrischen Streufelder sine starke Ankopplung der Sekundärschleife 32. Die Btreuinduktivität des Transformators ist also sehr gering, wodurch sich der breite Frequenzbereich,

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über den die Kopplung wirksam ist, noch wesentlich erweitert.

Die beiden Grundplatten 20 und 28 sind ausssrdem vor» zugsmeise aus Ferrit gefertigt, so dass sie einen lUeg geringen magnetischen Widerstandes für Magnetfelder in den geiuünschcen, die Primärschleife 24 umgebenden Bereichen bilden» Dies trägt insbesondere mit dazu bei, dass man am unteren Frequenzende des Arbeitsbereiches einen hohen Kopplungsfaktor erhält. Der Koppelfaktor des Transformators ist verhältnismässig unabhängig v/on der Winkelstellung der Primärschleife gegenüber der Sekundärschleife, solange der Umkreis beider Schleifen wesentlich kürzer ist als eine Wellenlänge bei den Frequenzen der durch die Kopplung zu übertragenden Signale.

Im' Rahmen der vorliegenden Erfindung sind noch wer*· schiedene Änderungen möglich. Beispielsweise kann der Transformator als Aufmärtstransformator ausgebildet uiardan, indem die Sekundärschleife 32 anstelle der im dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehenen einen Windung mehrere Windungen erhält. Ferner braucht die Ringöffnung 38 nicht unbedingt in Axialrjchtung angeordnet zu sein, mie dies in dar Zeichnung dargestellt ist. Sie kann won der Primärschleife 24 aus auch radial nach aussen oder innen zeigen. Allerdings erleichtert die in der Zeichnung dargestellte Anordnung die Herstellung des Transformators.

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Claims (6)

Patentansprüche

1. Drehtransformator, gekennzeichnet durch einen im wesentlichen runden Primärleiter mit rohrförmigem Querschnitt und einem Längsschlitz, und einen Sekundärleiter, der im Primärleiter sitzt und sich dort in Längsrichtung erstreckt.

2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass eine elektrische Zuleitung vorgesehen ist, die sich vom Sekundärleiter durch den Schlitz erstreckt.

3. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass Primär- und Sekund&rleiter so angeordnet sind, dass sie sich ständig relativ zueinander um die Achse dee vom Primärleiter gebildeten Kreises drehen können.

4. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass der Primärleiter von einem magnetischen Werkstoff hoher Permeabilität umschlossen wird.

5. Transformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse des rohrförmigen Primärleiters einen ersten Kreis beschreibt, dass der im Primärleiter angeordnete Sekundär leiter einen zum ersten Kreis im wesentlichen konzentrischen Kreis beschreibt und dass Primär- und Sekundärluiter so angeordnet sind, dass sie sich relativ zueinander um den Mittelpunkt der Kreise drehen können.

6. Transformator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste und zweite Grundplatte aus einem magnetischen Material hahar Permeabilität, einen Ringkanal in der ersten Grundplatte, der zur zuzeiten Grundplatte hin offen

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ist, eine als rohrförmiger erster Leiter ausgebildete Primärwicklung, die in dem Ringkanal angeordnet ist und eine einen ersten Kreis beschreibende Achse souiis einen * der zweiten Grundplatte gegenüberliegenden Längsschlitz aufweist, eine Sekundärwicklung in Form einjss zweiten Leiters, die auf der Grundplatte im Inneren des ersten Leiters sitzt und deren Achse einen zuleiten Kreis beschreibt, der im wesentlichen konzentrisch zum ersten Kreis verläuft, eine mit der Sekundärwicklung verbundene und sich vom Schlitz erstreckende Zuleitung, eine weitere mit der Pri-* märuiicklung verbundene Zuleitung, und mittel, um die erste und zweite Grundplatte so zu montieren, das· eine Helativrotation zwischen beiden um den Mittelpunkt das ersten und zweiten Kreises möglich ist.

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