DE19538528C2 - Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie und von Daten - Google Patents
Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie und von DatenInfo
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- H01F38/18—Rotary transformers
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur induktiven
Übertragung elektrischer Energie und von Daten nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der EP 0 183 580 A1 ist eine Vorrichtung zur berührungslo
sen Übertragung von Informationen von stationär angeordne
ten Fahrzeugbaugruppen auf Baugruppen bekannt, die am
Lenkrad vorgesehen sind. Fahrzeugseitig ist stationär eine
ringförmige, von einem Schalenkern umhüllte Primärspule und
auf der Lenkradseite eine mit dem Lenkrad drehbare ringför
mige, von einem Schalenkern umhüllte Sekundärspule koaxial
zur Längsachse angeordnet, wobei zwischen den Schalenkernen
ein Luftspalt besteht.
Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß für die
Gewährleistung der sicheren und störungsfreien Übertragung
von Impulsen der Luftspalt nicht verändert werden darf.
Deshalb sind besondere mechanische Elemente zur Konstant
haltung des Luftspaltes vorgesehen.
Dieser Nachteil soll bei einer Vorrichtung zur Übertragung
von elektrischer Energie und Daten in Kraftfahrzeugen
(DE 41 20 650 A1) dadurch vermieden werden, daß koaxial zu
einem zweiteiligen Transformator ein Kondensator angeordnet
ist. Dieser besteht aus fahrzeugseitig stationären, die Len
ksäule umgebenden Leiterbahnen und lenkradseitig gegenüber
stehenden, die Lenkwelle umgebenden, drehfest mit dieser
verbundenen Leiterbahnen mit dazwischenliegendem Luftspalt.
Die Daten vom Lenkrad zur Fahrzeugseite bzw. von der Fahr
zeugseite zum Lenkrad werden über den von der induktiven
Energieübertragung unabhängigen Kondensator gesendet. Der
Kondensator ist fahrzeug- und lenkradseitig an gleichartige
Ansteuer- und Auswerteschaltungen angeschlossen.
Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß ein zusätz
licher Energiespeicher in Form des Kondensators vorgesehen
ist und daß infolge der relativ geringen Kapazität des
Kondensators wegen der erforderlichen Luftspaltdicke von
0,2 bis 0,5 mm eine spezielle Ansteuerung notwendig ist, um
Störungen durch elektromagnetische Felder zu vermeiden.
Weiterhin ist aus der DE 38 12 628 C1 eine Vorrichtung zur
induktiven Übertragung elektrischer Energie und von Daten
zwischen der stationären Seite und der Lenkradseite eines
Fahrzeuges bekannt, die mehrere voneinander getrennte
induktive Stromkreise aufweist. Dadurch sind gegenüber der
erstgenannten Vorrichtungen zusätzliche Spulen erforder
lich, wodurch die Montage der Übertragungsvorrichtung
komplizierter wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Montage einer
Übertragungsvorrichtung mit mehreren voneinander getrennten
induktiven Stromkreisen zu vereinfachen.
Erfindungsgemäß wird das gemäß den Merkmalen des Anspruchs
1 erreicht.
Bei einer Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektri
scher Energie und von Daten zwischen der stationären Seite
und der Lenkradseite eines Fahrzeuges, insbesondere eines
Kraftfahrzeuges, mit mehreren voneinander getrennten induk
tiven Stromkreisen, wobei jeder Stromkreis ein stationäres
primäres und ein mit dem Lenkrad verbundenes sekundäres
Stromübertragungselement aufweist, sind erfindungsgemäß
Spulenkerne mit einem U-förmigen Querschnitt vorgesehen. In
die Spulenkerne sind Kunststoffkörper mit aufgewickelten
Spulen eingesetzt, wobei sich die Spulenkerne der Lenksäu
lenseite und die Spulenkerne der Lenkradseite mit der
offenen Seite der U-Form gegenüberliegen.
Damit ergibt sich
der Vorteil, daß jede Spule zunächst außerhalb des Spulen
kernes auf den Kunststoffkörper aufgewickelt wird. Anschlie
ßend wird dieser gewickelte Kunststoffkörper in die Spulen
kerne eingesetzt.
Es ist zweckmäßig, daß sich die Spulenkerne axial und
radial überlappen. Damit wird eine induktive Ein- und
Abstrahlung verhindert.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind im Lenkrad und in
der Lenksäulenverkleidung je zwei Spulenkerne mit Spulen
vorgesehen. In diesem Fall sind also zwei getrennte Strom
kreise vorhanden. Dabei dient der eine Stromkreis zur
direkten Übertragung des Zündstromes von einem Sensor zum
Airbag des Kraftfahrzeuges und der andere Stromkreis zur
direkten Übertragung des Steuerstromes vom Lenkrad zum
Horn.
Die Spulen zur Leistungsübertragung weisen vorzugsweise
Ferritkerne und die Spulen zur Datenübertragung Kerne aus
Elektro- oder Dynamoblech auf.
Es ist zweckmäßig, daß die Lenksäulenverkleidung mit dem
Lenkstockschalter gegenüber dem Lenkrad einstellbar ist.
Dadurch können die Spulenkerne mit einer größeren Toleranz
gefertigt werden und die erforderliche Spaltbreite zwischen
den Spulenkernen kann anschließend leicht eingestellt
werden.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, daß die Blinker
schalter-Aufnahme und die Verkleidung aus einem Teil beste
hen und daß die Blinkerschalter und das induktive Übertra
gungssystem in der Blinkeraufnahme montiert sind.
Die Erfindung soll in einem Ausführungsbeispiel anhand von
Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen
Spulenanordnung;
Fig. 2 die lenksäulenseitige Zuordnung der Spulenkerne zu
den Spulen;
Fig. 2a einen Spulenkern für die Primärseite des Airbag
kreises;
Fig. 2b einen Spulenkern für die Primärseite des Hupenkrei
ses;
Fig. 3 die Spulenanordnung nach Fig. 1 im eingebauten
Zustand;
Fig. 4 eine Schaltung mit den erfindungsgemäßen
Spulenanordnungen.
In der Fig. 1 ist ein Schaltermodul 1 dargestellt, der an
einer fest mit einem Kraftfahrzeug verbundenen Lenksäulen
verkleidung 2 angeordnet ist. Diese kann mittels einer
Schelle 2a befestigt werden und ist somit in ihrer Lage ein
stellbar. Zur sicheren Übertragung des Zündstromes von der
Zentralelektronik im Fahrzeug zum Airbag im Lenkrad sowie
der Steuerströme für das Horn, Tempomat, Radiofunktionen
usw. vom Lenkrad zur Zentralelektronik ist das in der Fig.
1 dargestellte Spulensystem vorgesehen. Dieses umfaßt
getrennte Spulenbaugruppen für einen Airbagkreis 4 und
einen Hupenkreis 5 (Fig. 4). Der Airbagkreis 4 weist eine
Primärseite 6 sowie eine Sekundärseite 7 auf und der Hupen
kreis weist ebenfalls eine Primärseite 8 sowie eine Sekun
därseite 9 auf. Jede Primär- bzw. Sekundärseite weist
Steckkontakte 10, 11, 12, 13 auf, über die sie mit der
jeweiligen Baugruppe verbunden sind.
In der in Fig. 2 dargestellten Zuordnung der Spulen und
Spulenkerne auf der Seite der Lenksäule ist für die Primär
seite 6 des Airbagkreises ein Spulenkern 14 vorgesehen, der
einen U-förmigen Querschnitt aufweist. Dieser Querschnitt
ist aus der Fig. 2a ersichtlich. In diesem Spulenkern 14
ist eine Spule 15, eingebettet, die vor dem Einbringen auf
einen Kunststoffkörper 15a gewickelt wird. Weiterhin ist
für die Primärseite 8 des Hupenkreises ein Spulenkern 16
vorgesehen, der ebenfalls einen U-förmigen Querschnitt
aufweist. Eine zugehörige Spule 17 wird vor dem Einbringen
in den Spulenkern 16 auf einen Kunststoffkörper 17a gewic
kelt (Fig. 2b) und anschließend wird diese vorgewickelte
Spule in den Spulenkern 16 eingebracht.
Aus der Fig. 3 ist die Lage der Spulenkerne und Spulen im
eingebauten Zustand erkennbar. In der Lenksäulenverkleidung
2 ist der Spulenkern 14 mit der Spule 15 vorgesehen. Der
Spulenkern 14 ist von dem größeren Spulenkern 16 mit der
Spule 17 umgeben. Beide Spulenkerne weisen in diesem Ausfüh
rungsbeispiel eine nach oben offene U-Form auf. Beim Spulen
kern 14 sind die Seitenschenkel des U-Querschnitts am Rand
gegenüber der Mitte zurückgesetzt.
Im Lenkrad 3 ist die Sekundärseite 7 des Airbagkreises 4
mit einem U-förmigen Spulenkern 18 und darin
eingebettetem Kunststoffkörper 19a mit einer Spule 19
befestigt. Der Spulenkern 18 ist von einem U-förmigen
Spulenkern 20 größeren Durchmessers umgeben, der einen
eingebetteten Kunststoffkörper 21a mit einer Spule 21 der
Sekundärseite 9 des Hupenkreises aufweist. Beide Spulenker
ne weisen eine nach unten offene U-Form auf. Beim Spulen
kern 18 sind die Seitenschenkel des U-Querschnitts in der
Mitte gegenüber dem Rand zurückgesetzt.
Infolge der beschriebenen und in der Fig. 3 dargestellten
besonderen Form der Seitenschenkel überlappen sich der Spu
lenkern 14 der Primärseite und der Spulenkern 18 der Sekun
därseite sowohl in axialer als auch in radialer Richtung.
Dadurch wird eine induktive Ein- und Abstrahlung verhin
dert. Infolge dieser Anordnung der Spulen sind zwei getrenn
te Kreise für den Airbag und für die Hupe vorhanden. Das
ist insbesondere auch aus der Schaltung der Fig. 4 erkenn
bar. Der Ringkerntrafo für den Airbagkreis mit der Primär
seite 6 und der Sekundärseite 7 stellt die Verbindung
zwischen einem Airbag-Steuergerät 22 und einer Airbag-Auslö
sung 23 her. Die Übertragung der Daten vom Airbag-Steuerge
rät zur Airbag-Auslösung erfolgt mit einer Frequenz von 1
kHz.
Der Ringkerntrafo für den Hupenkreis mit der Primärseite 8
und der Sekundärseite 9 stellt die Verbindung zwischen
einem Huptaster 24 im Sekundärkreis und einer Hupe 25 mit
Wechselspannungsquelle 26 her. Dieser Kreis arbeitet bei
einer Frequenz von 2 kHz.
Claims (7)
1. Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer
Energie und von Daten zwischen der stationären
Seite und der Lenkradseite eines Fahrzeuges, insbe
sondere eines Kraftfahrzeuges, mit mehreren vonein
ander getrennten induktiven Stromkreisen, wobei
jeder Stromkreis ein stationäres primäres und ein
mit dem Lenkrad verbundenes sekundäres Stromübertra
gungselement aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß Spulenkerne (14, 16, 18, 20) mit einem U-förmi
gem Querschnitt vorgesehen sind, daß in die Spulen
kerne Kunststoffkörper (15a, 17a, 19a, 21a) mit
aufgewickelten Spulen (15, 17, 19, 21) eingesetzt
sind, wobei sich die Spulenkerne (14, 16) der Lenk
säulenseite und die Spulenkerne (18, 20) der Len
kradseite mit der offenen Seite der U-Form gegen
überliegen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß sich die Spulenkerne (14, 18) axial und
radial überlappen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß im Lenkrad (3) und in der Lenksäulen
verkleidung (2) je zwei Spulenkerne (18, 20
bzw. 14, 16) vorgesehen sind.
4. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kunststoffkörper einen U-förmigen Querschnitt
aufweisen.
5. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Spulen zur Leistungsübertragung Ferritkerne und die
Spulen zur Datenübertragung Kerne aus Elektro- oder
Dynamoblech aufweisen.
6. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder
Stromkreis (4, 5) mit einer anderen Frequenz betrie
ben wird.
7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Blinkerschalter-Aufnahme und die Verkleidung aus
einem Teil bestehen und daß die Blinkerschalter und
das induktive Übertragungssystem in der Blinkerauf
nahme montiert sind.
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