EP0688028A1 - Elektromagnetischer Koppler - Google Patents

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Publication number
EP0688028A1
EP0688028A1 EP95810366A EP95810366A EP0688028A1 EP 0688028 A1 EP0688028 A1 EP 0688028A1 EP 95810366 A EP95810366 A EP 95810366A EP 95810366 A EP95810366 A EP 95810366A EP 0688028 A1 EP0688028 A1 EP 0688028A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electromagnetic coupler
coupler according
legs
ring
sheets
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP95810366A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karl-Heinz Schmall
Michael Blessing
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0688028A1 publication Critical patent/EP0688028A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/18—Rotary transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/02—Cores, Yokes, or armatures made from sheets

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic coupler for energy transmission with a primary and secondary circuit.
  • the primary circle and secondary circle rotate relative to each other.
  • the primary circuit induces current in the secondary circuit, so that the energy transfer is effected without contact and in particular without slip rings.
  • Couplers of this type are primarily used in the area of lathes and systems, where an electrical consumer is arranged on a rotating machine part.
  • Couplers with ferrite cores are known.
  • the performance achieved is low, the mechanical strength of ferrite cores is low and, moreover, the production is complex and expensive.
  • the invention is based on the object of providing an electromagnetic coupler which, with a simple structure, is suitable for the transmission of high powers (several kilowatts).
  • the primary circuit and the secondary circuit can be constructed in different lengths and designs from identical sheets.
  • the ring-shaped core arrangement also allows a structure in which the coupler can be arranged on a rotating shaft, making the special arrangement on the end face of a shaft or on a separate drive element superfluous.
  • the fact that the end faces of the legs limit the air gap means that the core arrangements of the primary circuit and the secondary circuit can be mechanically completed and assembled.
  • the gaps can be filled, which arise radially outwards due to the increase in diameter, so that the legs are packed tightly at least in the areas adjacent to the air gap and ensure high flow.
  • the front sides of the legs can then be ground to size so that the smallest air gaps can be achieved.
  • the layered core arrangements of transformer sheets allow a simple and inexpensive construction of the core arrangement, the use of sheets with a U-shaped recess on the one hand defining the recesses for receiving the toroidal coils and on the other hand the end faces of the legs the air gap between the primary -Circle and the secondary circle.
  • Such an arrangement can also be particularly advantageously poured out with casting compound in known manner, after which the end faces of the legs can be ground flat.
  • the primary circuit and secondary circuit are arranged next to one another and the air gap runs radially between the end faces of the legs.
  • the primary circuit and secondary circuit can also be formed as identical components, which improves economy and transmission properties.
  • the magnetic properties of the core arrangement are ensured in that at least one part of the sheets which delimit successive depressions has two the thighs lie side by side.
  • E-shaped blanks with three or four legs can be provided and the additional sheet metal sections can be simply rectangular and at least in the area of the inner core arrangement in such a number can be inserted between the legs of the E-blanks that the front of the legs is tightly packed throughout.
  • the respective coil lengths are the same on such an arrangement on the primary side and secondary side.
  • the packets in the area of the radially outer ring coils have a larger number of layered sheets than the packets in the area of the inner ring coil.
  • the entire core arrangement can be constructed economically from U-shaped metal sheets, which each overlap with one leg in the region of adjoining depressions, and the length differences can can be compensated for by L-shaped sheet metal blanks.
  • sheets are provided which have three legs and thus form two depressions for ring coils and / or if sheets are provided which have four legs and thus form three depressions for ring coils, the sheets also having the lower number of legs are used in each case in the outer region of the core arrangement to compensate for gaps by increasing the radial circumference.
  • the packets are designed as ring segments and are shortened in their radially outer region in such a way that they cover a smaller angular segment than in their inner region. This reduces the effective area of the elements in the outer area and compensates for the transmission / coupling of the different ring coils.
  • Spacers which are arranged between the ring segments have proven useful for mechanically strengthening the core arrangement, for holding the ring coils and also for separating the individual ring segments.
  • the shortening of the outer magnetic circuits described above can be ensured by the wedge-shaped design of the spacer elements.
  • the core arrangement is arranged in an annular housing with a U-shaped opening on the side. After the core arrangement has been introduced into the U-shaped opening, the overall arrangement can be cast and thereby connected to the housing. As material for the housing aluminum has proven particularly useful. The core arrangement and / or the spacer elements can be mechanically connected to the housing, which further improves the strength of the overall arrangement.
  • the primary circuit 1 and the identical secondary circuit 2 of an electromagnetic coupler 3, which is indicated schematically in FIG. 2, contains a core arrangement 4.
  • the core arrangement 4 has radially extending, layered sheets 5, which are connected by a casting compound and not by one holding device shown are held together.
  • the sheets 5 delimit recesses 6 which have a U-shaped cross section.
  • the recesses 6 are delimited by legs 7 of the sheets 5.
  • Annular coils 8, 9, 10 are provided in the recesses and are also fixed by a casting compound.
  • the primary circuit 1 is arranged in a stationary manner, while the secondary circuit 2 is fastened on a rotating shaft.
  • the ring coils 8, 9, 10 of the primary circuit 1 are fed with a three-phase three-phase current by a current source, not shown.
  • the frequency is approximately 500 to 8,000 Hz.
  • An air gap 11 is defined by the end faces of the legs 7 of primary circuit 1 and secondary circuit 2. Due to the alternating field generated in the primary circuit, alternating current of the same frequency with an output of approximately four kilowatts is transmitted to the three coils of the secondary circuit (2).
  • the inner diameter of the core arrangement 4 is approximately 30 cm.
  • the outside diameter is about 45 cm.
  • Each of the depressions 6 is about 1 cm wide and 4 deep.
  • Commercially available transformer sheets are used which are separated from one another by insulating layers (the insulating layers are omitted in the drawings for the sake of simplicity).
  • the stator absorbs a large part of the heat loss (approx. 10 to 20% of the transmission power).
  • the back of the stator can therefore be cooled by cooling fins (not shown) and suitable fans can be provided for air cooling.
  • the end face of the legs 7 is ground flat, so that a small air gap of 0.1 mm to 0.3 mm can be maintained between the primary circuit 1 and the secondary circuit 2, as a result of which the coupling factor can be kept relatively high.
  • the core arrangement 4 is subdivided into individual laminated cores 12, 13, 14 which are designed as ring segments 15. Spacer elements 16 are arranged between the ring segments 15 and, like the packages 12, 13, 14, are connected to a holder (not shown).
  • the spacer elements 16 cover the ring coils 8, 10 and fix them on the holder, not shown, as can be seen in particular from the sectional view in FIG. 4.
  • 5a and 5b show a U-shaped sheet metal blank 5a with two legs 7a and 7b, which delimit a U-shaped recess 6.
  • 5c and 5d show an L-shaped sheet metal blank 5b with a leg 7c.
  • the U-shaped sheet metal blanks 5a 1 are layered directly in the region of the inner radius r.
  • the legs 7b1 of the blanks 5a1 are laterally layered on the legs 7b2 of the U-shaped sheet metal blanks 5a2, which are arranged in the region of the central ring coil 9.
  • the sheet blanks 5a1 and 5a2 So they overlap in their thigh area and thus guarantee good flow properties of the overall arrangement. Since the circle length increases with increasing radius from the inner radius r to the outer radius R, L-shaped sheet metal blanks are layered between the U-shaped sheet metal blanks 5a 1 to 5 a 3 to fill the gaps in order to fill the packing density of the core arrangement 4 to optimize.
  • FIG. 7 shows modified sheet metal blanks 20a to 20d. Analogously to FIG. 6, these blanks can be layered in such a way that the blanks with the smaller number of legs 20b, 20c, 20d in the region of the outer radius R are used to fill gaps in the laminated cores 12, 13, 14 (FIG. 3) which are due to of the greater arc length in the area of the radius R.
  • FIG. 8 shows a modified exemplary embodiment in which a laminated core 12 (which exemplifies all laminated cores) is shortened in the area of the outer radius R, so that the covered angle ⁇ is smaller than the angle ⁇ in the area of the inner radius r.
  • the total length of the end faces 22 of the legs 7 is approximated, so that the induction in the area of the three ring coils 8, 9, 10 does not deviate too much due to an extended flux passage area in the area of the outer radius R.
  • FIG. 9 shows a further modified exemplary embodiment, in which the core arrangement 4, in addition to the ring coils 8, 9, 10, is provided with signal coils 24, 25 (or rings), by means of which control signals from the primary circuit 1 to the secondary circuit 2 or can be transferred inductively or capacitively from the secondary circuit 2 to the primary circuit 1.
  • both the exemplary embodiment 8 and the exemplary embodiment 9 can be realized by sheet metal blanks according to FIGS. 5a to 7. But there are also modified embodiments of sheet metal blanks are conceivable as long as gaps between the sheets can be filled by lateral overlapping of legs and by narrower blanks (analogous to FIGS. 5c and 7).
  • a housing 28 which has an outer reinforcing ring 26, an inner ring 27 and a bottom part 29.
  • the housing 28 is thus U-shaped in cross section and the core arrangement 4 is inserted and potted.
  • Aluminum is particularly suitable as the material for the housing 28 with regard to mechanical strength.
  • Spacer elements 16 according to FIG. 1 or 3 can be mechanically connected, in particular screwed, to the base part 29 and / or the reinforcement ring 26 or the ring 27.
  • FIG. 10 shows a coupler in partial section along the line A-A according to FIG. 11.
  • an external primary circuit 1a and an internal secondary circuit 2a are arranged in such a way that a cylindrical air gap 11a results.
  • Each of the two core arrangements 4a has four legs 7a and 7b.
  • the legs 7a and 7b are formed on transformer sheets 20e, 20f.
  • the inner radius r of the secondary circle 2a is evidently smaller than the outer radius R.
  • spaces are formed on the end face of the legs 20f, which are filled in by rectangular additional sheet metal sections 20g. This ensures a tight packing of the sheets in the area of the air gap 11a.
  • Primary circuit 1a and secondary circuit 2a are arranged analogously to the exemplary embodiment according to FIG. 9 in housings 28a and 28b made of cast aluminum.
  • clamping arrangements (not shown) can, for. B. provide in a ring shape.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Pens And Brushes (AREA)
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Abstract

Ein elektromagnetischer Koppler zur Energieübertragung weist einen Primär-Kreis (1) und einen Sekundär-Kreis (2) auf. Sowohl Primär-Kreis (1) als auch Sekundär-Kreis (2) beinhalten eine ringförmige Kernanordnung (4), die mit ringförmigen Vertiefungen (6) versehen ist, in denen Ringspulen (8, 9, 10) verlaufen. Die Kernanordnung (4) besteht aus wenigstens einem Paket mit geschichteten Transformator-Blechen (5). Die Bleche (5) verlaufen radial und wenigstens ein Teil der Bleche ist mit Schenkeln (7) versehen, die U-förmige Ausnehmungen begrenzen, in denen die Ringspulen (8, 9, 10) verlaufen. Bei wenigstens einem Teil der Bleche (5) überlappen sich die Schenkel (7b1, 7b2) seitlich. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Koppler zur Energieübertragung mit Primär- und Sekundär-Kreis. Dabei rotieren Primär-Kreis und Sekundär-Kreis relativ zueinander. Der Primär-Kreis induziert dabei Strom in den Sekundär-Kreis, so dass die Energieübertragung berührungslos und insbesondere ohne Schleifringe bewirkt wird.
  • Der Einsatz derartiger Koppler liegt vor allem im Bereich von Drehmaschinen und Anlagen, wo ein elektrischer Verbraucher an einem rotierenden Maschinenteil angeordnet ist.
  • Bekannt sind Koppler mit Ferritkernen. Die dabei erzielten Leistungen sind nieder, die mechanische Belastbarkeit von Ferritkernen ist gering und ausserdem ist die Herstellung aufwendig und teuer.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen elektromagnetischen Koppler zu schaffen, der bei einfachem Aufbau zur Uebertragung von hohen Leistungen (mehrere Kilowatt) geeignet ist.
  • Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe in erster Linie gemäss Kennzeichen der Patentansprüche gelöst.
  • Besonders vorteilhaft ist dabei, dass sich Primär-Kreis und Sekundär-Kreis in unterschiedlichster Länge und Ausführungsform aus identischen Blechen aufbauen lassen. Die ringförmige Kernanordnung erlaubt ausserdem einen Aufbau, bei dem der Koppler auf einer drehenden Welle angeordnet werden kann, womit sich die spezielle Anordnung auf der Stirnseite einer Welle oder an einem separaten Antriebselement erübrigt.
  • Dadurch, dass die Stirnseiten der Schenkel den Luftspalt begrenzen, können die Kernanordnungen von Primär-Kreis und Sekundär-Kreis mechanisch kompletiert und zusammengebaut werden. Dabei können die Zwischenräume aufgefüllt werden, die durch den Durchmesserzuwachs radial nach aussen entstehen, so dass die Schenkel wenigstens in den dem Luftspalt benachbarten Bereichen dicht gepackt sind und hohen Fluss gewährleisten. Danach können die Stirnseiten der Schenkel auf Mass geschliffen werden, so dass sich kleinste Luftspalten realisieren lassen.
  • Durch den Einsatz von drei Ringspulen in Vertiefungen der Kernanordnung lässt sich Drehstrom und damit entsprechend hohe Leistung übertragen. Durch die geschichteten Kernanordnungen aus Transformator-Blechen lässt sich ein einfacher und preisgünstiger Aufbau der Kernanordnung erreichen, wobei durch die Verwendung von Blechen mit U-förmiger Ausnehmung einerseits die Vertiefungen zur Aufnahme der Ringspulen definiert werden und andererseits die Stirnseiten der Schenkel den Luftspalt zwischen dem Primär-Kreis und dem Sekundär-Kreis bilden. Eine solche Anordnung lässt sich auch besonders vorteilhaft in bekannter Weise mit Giessmasse ausgiessen, wobei danach die Stirnseiten der Schenkel plangeschliffen werden können.
  • Kleiner und vor allem einstellbarer Luftspalt und wirtschaftliche Herstellung lassen sich besonders gut gewährleisten, wenn Primär-Kreis und Sekundär-Kreis nebeneinander angeordnet sind und der Luftspalt zwischen den Stirnseiten der Schenkel radial verläuft. Dadurch lassen sich auch Primär-Kreis und Sekundär-Kreis als identische Bauteile ausbilden, was Wirtschaftlichkeit und Uebertragungseigenschaften verbessert.
  • Die magnetischen Eigenschaften der Kernanordnung werden dadurch sichergestellt, dass bei wenigstens einem Teil der Bleche, die aufeinanderfolgende Vertiefungen begrenzen, zwei der Schenkel seitlich aneinanderliegen.
  • Alternativ wäre es auch möglich, den Luftspalt zylindrisch auszubilden, d. h. also einen äusseren Kreis mit einer zylindrischen Bohrung und einen inneren zylindrischen Kreis mit radial verlaufenden Blechen aufzubauen. Eine derartige Anordnung ist ersichtlicherweise erheblich aufwendiger, obwohl sie für bestimmte Anwendungszwecke vorteilhaft sein kann.
  • Bei dieser Anordnung sind für Primär-Kreis und Sekundär-Kreis unterschiedliche Blechschnitt-Formen erforderlich. Es lassen sich aber jeweils E-förmige Zuschnitte mit drei oder vier Schenkeln (je nach Anzahl der Ringspulen) vorsehen und die zusätzlichen Blechabschnitte können einfach rechteckig ausgebildet sein und wenigstens im Bereich der inneren Kernanordnung in solcher Anzahl zwischen die Schenkel der E-Zuschnitte gesteckt werden, dass die Stirnseite der Schenkel durchgehend dicht gepackt ist. Bei zylindrischem Luftspalt ergibt sich in der Regel grössere axiale Länge bei geringerem Durchmesser, was in bestimmten Anwendungsfällen vorteilhaft sein kann und vor allem zu geringeren Fliehkräften aufgrund des kleineren Durchmessers führt. Ausserdem sind die jeweiligen Spulenlängen bei einer derartigen Anordnung auf Primär-Seite und Sekundär-Seite gleich.
  • Zum Ausgleich der radial nach aussen zunehmenden Länge der Kern-Pakete ist es vorteilhaft, wenn im Bereich der radial äusseren Ringspulen die Pakete eine grössere Anzahl von geschichteten Blechen aufweisen, als die Pakete im Bereich der inneren Ringspule. Zum Ausgleich des nach aussen zunehmenden Umfangs lassen sich bei Anordnungen mit radialem Luftspalt besonders einfach L-förmige Blech-Zuschnitte nachträglich stecken. So kann die gesamte Kernanordnung wirtschaftlich aus U-förmigen Blechen aufgebaut werden, die sich jeweils im Bereich aneinanderstossender Vertiefungen mit einem Schenkel überlappen und die Längenunterschiede können durch L-förmige Blech-Zuschnitte ausgeglichen werden.
  • In der Praxis hat es sich auch bewährt, wenn Bleche vorgesehen sind, die drei Schenkel aufweisen, und damit zwei Vertiefungen für Ringspulen bilden und/oder wenn Bleche vorgesehen sind, die vier Schenkel aufweisen und damit drei Vertiefungen für Ringspulen bilden, wobei die Bleche mit der geringeren Schenkel-Zahl jeweils im äusseren Bereich der Kernanordnung zum Ausgleich von Spalten durch radiale Umfangs-Zunahme eingesetzt werden.
  • Da die äusseren Vertiefungen zur Aufnahme der Ringspulen länger sind als die inneren Vertiefungen, können Unterschiede in der Uebertragungs-Leistung auftreten, die in vielen Anwendungsfällen nicht wünschenwert sind. Um dies auszugleichen ist es vorteilhaft, wenn die Pakete als Ringsegmente ausgebildet sind und in ihrem radial äusseren Bereich derart verkürzt sind, dass sie ein kleineres Winkelsegment überdecken als in ihrem inneren Bereich. Damit wird die wirksame Fläche der Elemente im äusseren Bereich verringert und die Uebertragung/Kopplung der unterschiedlichen Ringspulen ausgeglichen.
  • Zur mechanischen Verfestigung der Kernanordnung, zur Halterung der Ringspulen und auch zur Trennung der einzelnen Ringsegmente haben sich Abstandselemente bewährt, die zwischen den Ringsegmenten angeordnet sind. Durch keilförmige Ausbildung der Abstandselemente lässt sich die vorstehend beschriebene Verkürzung der äusseren Magnetkreise gewährleisten.
  • Besonders gute mechanische Festigkeit bei einfachem Aufbau lässt sich erreichen, wenn die Kernanordnung in einem ringförmigen Gehäuse mit seitlich U-förmiger Oeffnung angeordnet ist. Nach dem Einbringen der Kernanordnung in die U-förmige Oeffnung lässt sich die Gesamtanordnung vergiessen und dadurch mit dem Gehäuse verbinden. Als Material für das Gehäuse hat sich besonders Aluminium bewährt. Die Kernanordnung und/oder die Abstandselemente lassen sich dabei mechanisch mit dem Gehäuse verbinden, was die Festigkeit der Gesamtanordnung weiter verbessert.
  • Die Erfindung ist im folgenden in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    die schematische Darstellung der Frontansicht eines Kopplers mit den Merkmalen der Erfindung,
    Figur 2
    einen Schnitt durch den Koppler gemäss Figur 1 längs der Linie A-A,
    Figur 3
    einen Ausschnitt aus einem Koppler in vergrössertem Massstab,
    Figur 4
    eine Schnittdarstellung längs der Linie A-A in Figur 3,
    Figur 5a bis 5d
    Blech-Schnitte zur Herstellung der Kernanordnungen für die Koppler gemäss Figur 1 bis 4,
    Figur 6
    die schematische Darstellung einer Schichtung der Bleche zur Herstellung der Kernanordnung für einen Koppler,
    Figur 7
    abgewandelte Blech-Zuschnitte zur Herstellung einer Kernanordnung,
    Figur 8
    ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines Kopplers in vergrössertem Massstab und im Ausschnitt,
    Figur 9
    die schematische Darstellung eines weiter abgewandelten Kopplers mit den Merkmalen der Erfindung, und
    Figur 10 und 11
    die schematische Darstellung eines Kopplers mit zylindrischem Luftspalt mit den Merkmalen der Erfindung.
  • Gemäss Figur 1 enthält der Primär-Kreis 1 und der in Figur 2 schematisch angedeutete identische Sekundär-Kreis 2 eines elektromagnetischen Kopplers 3 eine Kernanordnung 4. Die Kernanordnung 4 weist radial verlaufende, geschichtete Bleche 5 auf, die durch eine Vergussmasse verbunden und durch eine nicht dargestellte Halteeinrichtung zusammengehalten werden. Die Bleche 5 begrenzen Ausnehmungen 6, die im Querschnitt U-förmig verlaufen. Die Ausnehmungen 6 werden durch Schenkel 7 der Bleche 5 begrenzt. In den Ausnehmungen sind Ringspulen 8, 9, 10 vorgesehen, welche ebenfalls durch eine Vergussmasse fixiert sind.
  • Im Betrieb ist der Primär-Kreis 1 stationär angeordnet, während der Sekundär-Kreis 2 auf einer rotierenden Welle befestigt ist. Die Ringspulen 8, 9, 10 des Primär-Kreises 1 werden durch eine nicht dargestellte Stromquelle mit dreiphasigem Drehstrom gespeist. Die Frequenz beträgt etwa 500 bis 8.000 Hz. Durch die Stirnseiten der Schenkel 7 von Primär-Kreis 1 und Sekundär-Kreis 2 wird ein Luftspalt 11 definiert. Durch das im Primär-Kreis erzeugte Wechselfeld wird in die drei Spulen des Sekundär-Kreises (2) Wechselstrom gleicher Frequenz mit einer Leistung von etwa vier Kilowatt übertragen. Der Innendurchmesser der Kernanordnung 4 beträgt etwa 30 cm. Der Aussendurchmesser beträgt etwa 45 cm. Jede der Vertiefungen 6 ist etwa 1 cm breit und 4 tief. Es finden handelsübliche Transformator-Bleche Anwendung, die durch Isolierschichten voneinander getrennt sind (die Isolierschichten sind in den Zeichnungen der Einfachheit halber weggelassen).
  • Der Stator nimmt einen grossen Teil der Verlustwärme (ca. 10 bis 20 % der Uebertragungsleistung) auf. Die Rückseite des Stators kann deshalb durch (nicht dargestellte) Kühlrippen gekühlt werden, und es können geeignete Gebläse zur Luftkühlung vorgesehen werden.
  • Die Stirnseite der Schenkel 7 ist plangeschliffen, so dass sich zwischen Primär-Kreis 1 und Sekundär-Kreis 2 ein kleiner Luftspalt von 0,1 mm bis 0,3 mm einhalten lässt, wodurch der Kopplungsfaktor relativ hoch gehalten werden kann.
  • Bei einem Koppler gemäss Figur 3 ist die Kernanordnung 4 in einzelne Blech-Pakete 12, 13, 14 unterteilt, die als Ringsegmente 15 ausgebildet sind. Zwischen den Ringsegmenten 15 sind Abstandselemente 16 angeordnet, die ebenso wie die Pakete 12, 13, 14 mit einer nicht dargestellten Halterung verbunden sind.
  • Die Abstandselemente 16 überdecken die Ringspulen 8, 10 und fixieren diese auf der nicht dargestellten Halterung, wie dies insbesondere aus der Schnittdarstellung in Figur 4 ersichtlich ist.
  • Figur 5a und 5b zeigen einen U-förmigen Blech-Zuschnitt 5a mit zwei Schenkeln 7a und 7b, die eine U-förmige Ausnehmung 6 begrenzen.
  • Figur 5c und 5d zeigen einen L-förmigen Blech-Zuschnitt 5b mit einem Schenkel 7c.
  • Wie in Figur 6 schematisch angedeutet, sind die U-förmigen Blech-Zuschnitte 5a₁ im Bereich des inneren Radius r direkt aneinandergeschichtet. Die Schenkel 7b₁ der Zuschnitte 5a1 sind seitlich an die Schenkel 7b₂ der U-förmigen Blech-Zuschnitte 5a₂ geschichtet, die im Bereich der mittleren Ringspule 9 angeordnet sind. Die Blech-Zuschnitte 5a₁ und 5a₂ überlappen sich also in ihrem Schenkel-Bereich und garantieren damit gute Flusseigenschaften der Gesamtanordnung. Da die Kreis-Länge mit zunehmendem Radius vom inneren Radius r bis hin zum äusseren Radius R zunimmt, sind zum Füllen von Lücken L-förmige Blech-Zuschnitte zwischen die U-förmigen Blech-Zuschnitte 5a₁ bis 5a₃ geschichtet, um die Packungsdichte der Kernanordnung 4 zu optimieren.
  • Figur 7 zeigt abgewandelte Blech-Zuschnitte 20a bis 20d. Analog Figur 6 können diese Zuschnitte so geschichtet werden, dass die Zuschnitte mit der geringeren Schenkelzahl 20b, 20c, 20d im Bereich des äusseren Radius R dazu verwendet werden, Spalten in den Blechpaketen 12, 13, 14 (Figur 3) zu füllen, die aufgrund der grösseren Bogenlänge im Bereich des Radius R auftreten.
  • Figur 8 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel, bei welchem ein Blechpaket 12 (das beispielhaft für alle Blechpakete steht) im Bereich des äusseren Radius R verkürzt ist, so dass der überdeckte Winkel β kleiner ist, als der Winkel α im Bereich des inneren Radius r. Dadurch wird die Gesamt-Länge der Stirnflächen 22 der Schenkel 7 angenähert, so dass die Induktion im Bereich der drei Ringspulen 8, 9, 10 nicht durch eine verlängerte Flussdurchtritts-Fläche im Bereich des äusseren Radius R zu stark abweicht.
  • Figur 9 zeigt ein weiter abgewandeltes Ausführungsbeispiel, bei dem die Kernanordnung 4 zusätzlich zu den Ringspulen 8, 9, 10 mit Signalspulen 24, 25 (oder Ringen), versehen ist, durch welche Steuersignale vom Primär-Kreis 1 auf den Sekundär-Kreis 2 oder vom Sekundär-Kreis 2 auf den Primär-Kreis 1 induktiv oder kapazitiv übertragen werden können.
  • Ersichtlicherweise lässt sich sowohl das Ausführungsbeispiel 8 als auch das Ausführungsbeispiel 9 durch Blech-Zuschnitte gemäss Figur 5a bis Figur 7 realisieren. Es sind aber auch abgewandelte Ausführungsformen von Blech-Zuschnitten denkbar, solange durch seitliche Ueberlappung von Schenkeln und durch schmälere Zuschnitte (analog Figur 5c und 7) Spalten zwischen den Blechen gefüllt werden können.
  • Zum Aufnehmen der Kernanordnung 4 ist ein Gehäuse 28 vorgesehen, das einen äusseren Verstärkungsring 26, einen inneren Ring 27 und einen Bodenteil 29 aufweist. Das Gehäuse 28 ist also im Querschnitt U-förmig und die Kernanordnung 4 ist eingelegt und vergossen. Als Material für das Gehäuse 28 eignet sich besonders Aluminium im Hinblick auf mechanische Festigkeit. Abstandselemente 16 gemäss Figur 1 oder 3 können mit dem Bodenteil 29 und/oder dem Verstärkungsring 26 oder dem Ring 27 mechanisch verbunden, insbesondere verschraubt werden.
  • Figur 10 zeigt einen Koppler im Teilschnitt längs der Linie A-A gemäss Figur 11. Beim Koppler gemäss Figur 10 und 11 ist ein aussenliegender Primär-Kreis 1a und ein innenliegender Sekundär-Kreis 2a so angeordnet, dass sich ein zylindrischer Luftspalt 11a ergibt. Jede der beiden Kernanordnungen 4a weist vier Schenkel 7a und 7b auf. Die Schenkel 7a und 7b sind an Transformatorblechen 20e, 20f ausgebildet. Der innere Radius r des Sekundär-Kreises 2a ist ersichtlicherweise kleiner als der äussere Radius R. Dementsprechend bilden sich an der Stirnseite der Schenkel 20f Zwischenräume, die durch rechteckige zusätzliche Blechabschnitte 20g ausgefüllt werden. Dadurch ist im Bereich des Luftspalts 11a eine dichte Packung der Bleche gewährleistet. Primär-Kreis 1a und Sekundär-Kreis 2a sind analog dem Ausführungsbeispiel gemäss Figur 9 in Gehäusen 28a und 28b aus Aluminiumguss angeordnet. Um die zusätzlichen Blechabschnitte 20g mechanisch zu fixieren, lassen sich (nicht dargestellte) Spannanordnungen z. B. in Ringform vorsehen.

Claims (20)

  1. Elektromagnetischer Koppler zur Energieübertragung mit Primär- und Sekundär-Kreis (1, 1a, 2, 2a), die durch einen Luftspalt (11, 11a) getrennt sind, wobei Primär-Kreis und Sekundär-Kreis relativ zueinander rotieren, dadurch gekennzeichnet, dass
    - Primär-Kreis (1, 1a) und Sekundär-Kreis (2, 2a) eine ringförmige Kernanordnung (4) aufweisen,
    - und jeweils mit wenigstens einer, vorzugsweise mit drei in Vertiefungen (6) der Kernanordnung (4) angeordneten Ringspulen (8, 9, 10) versehen sind, dass die Kernanordnung (4) aus wenigstens einem Paket (12, 13, 14) mit geschichteten Transformator-Blechen (5, 5a, 5b, 20, 20a bis 20f) besteht,
    - dass die Bleche (5, 5a, 5b, 20, 20a bis 20f) radial verlaufen und wenigstens ein Teil der Bleche mit Schenkeln (7, 7a, 7b) versehen ist, die U-förmige Ausnehmungen begrenzen,
    - welche die ringförmigen Vertiefungen (6) zur Aufnahme der Ringspulen (8, 9, 10) bilden,
    - dass die Stirnseiten der Schenkel (7, 7a, 7b) den Luftspalt (11, 11a) begrenzen,
    - und dass zusätzliche Blechabschnitte (20b, 20c, 20d, 20g) wenigstens zwischen den Schenkeln (7, 7b) vorgesehen sind, um Zwischenräume aufzufüllen, die durch Umfangszunahme vom inneren Radius (r) zum äusseren Radius (R) zwischen den Blechen bestehen.
  2. Elektromagnetischer Koppler, dadurch gekennzeichnet, dass bei wenigstens einem Teil der Bleche (7, 20a bis 20c), die aufeinanderfolgende Vertiefungen (6) begrenzen, jeweils zwei der Schenkel (7b₁, 7b₂) seitlich aneinanderstossen.
  3. Elektromagnetischer Koppler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Primär-Kreis (1, 1a) und Sekundär-Kreis (2, 2a) mit den Vertiefungen (6) für die Ringspulen (8, 9, 10) einander derart zugewendet sind, dass durch die Stirnseiten (22) der Schenkel (7, 7a, 7b) ein radial verlaufender Luftspalt (11, 11a) gebildet wird.
  4. Elektromagnetischer Koppler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der radial äusseren Ringspulen (9 oder 10) die Pakete (12, 13, 14) eine grössere Anzahl von geschichteten Blechen (5) aufweisen, als die Pakete im Bereich der inneren Ringspulen (8 oder 9), sodass die Packungsdichte trotz radial zum äusseren Radius (R) zunehmender Bogenlänge etwa gleich bleibt.
  5. Elektromagnetischer Koppler nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass U-förmige Bleche (5a) zur Bildung der Ringspulen-Vertiefungen (6) vorgesehen sind, die jeweils mit einem Schenkel (7b₁, 7b₂) überlappend zu den benachbarten U-förmigen Blechen (5a₂ bzw. 5a₃) angeordnet sind, und dass Füll-Bleche, vorzugsweise etwa L-förmige Bleche (5b) zum Auffüllen der radial äusseren Paket-Bereiche vorgesehen sind.
  6. Elektromagnetischer Koppler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Blech-Zuschnitte (20b) drei Schenkel aufweist, die zwei Vertiefungen für Ringspulen (8, 9, 10) begrenzen.
  7. Elektromagnetischer Koppler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Blech-Zuschnitte (20a) vier Schenkel aufweist, die drei Vertiefungen (6) für Ringspulen (8, 9, 10) begrenzen.
  8. Elektromagnetischer Koppler nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass Bleche (5b, 20b, 20c, 20d) jeweils zum Auffüllen der radialen Spalten vorgesehen sind, die zwischen Blechen mit der höheren Schenkelzahl (5a, 20a, 20b, 20c) bestehen.
  9. Elektromagnetischer Koppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Primär-Kreis (1a) und Sekundär-Kreis (2a) ineinander angeordnet sind, und dass die Schenkel (7a, 7b) der beiden Kreise einen zylindrischen Luftspalt (11a) begrenzen.
  10. Elektromagnetischer Koppler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllbleche (20g) im Bereich der Schenkel (7b) des inneren Kreises vorgesehen sind.
  11. Elektromagnetischer Koppler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens auf der Aussenseite der Kernanordnung (4) ein Verstärkungsring (26) vorgesehen ist.
  12. Elektromagnetischer Koppler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernanordnung (4) einen inneren Verstärkungsring (27) aufweist, und dass die Gesamtanordnung vergossen ist, wobei die Stirnseiten (22) der Schenkel (7, 7a, 7b, 7c) in einer scheibenförmigen Ebene plangeschliffen sind.
  13. Elektromagnetischer Koppler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Uebertragung von Steuersignalen wenigstens eine zusätzliche ringförmige Signalspule oder Signalring (24, 25) vorgesehen ist.
  14. Elektromagnetischer Koppler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pakete (12, 13, 14) als Ringsegmente (15) ausgebildet sind.
  15. Elektromagnetischer Koppler nach Anspruch 1 bis 8 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringsegmente (15) im Bereich des äusseren Radius (R) verkürzt sind und ein kleineres Winkelsegment (β) zu überdecken als das Winkelsegment (α) im Bereich des inneren Radius (r).
  16. Elektromagnetischer Koppler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass radial verlaufende Abstandselemente (16) vorgesehen sind, welche zwischen den Ringsegmenten (15) angeordnet sind.
  17. Elektromagnetischer Koppler nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (16) als Halterungen für die Ringspulen (8, 9, 10) ausgebildet sind.
  18. Elektromagnetischer Koppler nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (16) in der Draufsicht keilförmig ausgebildet sind.
  19. Elektromagnetischer Koppler nach einem der vorangegangenen Ansprüch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernanordnung (4) in einem Gehäuse (28) angeordnet ist.
  20. Elektromagnetischer Koppler nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (16) mechanisch mit dem Gehäuse verbunden sind, und dass die Pakete (12, 13, 14) und die Ringwicklungen (8, 9, 10) im Gehäuse (28, 28a, 28b) vergossen sind.
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