EP1041589B1 - Induktiver Überträger - Google Patents
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- 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
Definitions
- the invention relates to an inductive transformer, in particular a rotary transformer, for signal and / or energy transmission between movable components according to the preamble of the main claim.
- a bidirectional data transmission between steering column and steering wheel with simultaneous energy transfer from the steering column to the steering wheel be possible.
- the energy transfer can be about 1 W, if only the steering wheel electronics must be supplied and an additional 120 W, if a steering wheel heating to be supplied.
- a winding spring for data transmission and a slip ring for energy transmission is provided in such cases.
- an inductive transmitter for transmitting measurement data and / or electrical energy between two mutually movable components with a primary and a secondary transformer part with the features specified in the characterizing part of claim 1 advantageously developed because in the area between the primary and the secondary transformer part a flexible or sliding ferromagnetic material is attached.
- the transformer according to the invention has an apron of flexible ferromagnetic material which almost completely encloses the gap between the primary and the secondary transformer part.
- the transformers or transformers arise as a rule, openings between the two transformer halves and thus a non-negligible Ausstrahl Anlagenkeit of electromagnetic radiation, the disturbances, for example in an application in a motor vehicle.
- the manufacturing and assembly-related openings are sealed in a simple manner with a magnetic apron.
- the inductively coupling coils are in this embodiment, for example, a rotary transformer, with one another within predetermined limits mechanical play each other movable.
- the magnetic skirt which is preferably made of silicone or an elastomer with similar properties and with embedded ferromagnetic powder is slipped over the core of the abutment and attached.
- the primary core is brought through the apron in the secondary core. Since the inner diameter of the skirt is smaller than the outer diameter of the secondary core, no electromagnetic radiation can escape to the outside.
- the flexible ferromagnetic material is a bearing shell, on which the primary and / or the secondary transmission part is slidably guided with a given within predetermined mechanical play, with a gap between the primary and the secondary transformer part almost completely through the bearing shell is completed.
- the transmitter parts can be arranged rotationally symmetrical to each other in an advantageous manner, wherein at least one transformer part is rotatable.
- the above-described game between the transmission parts is required in this application as clearance compensation between the steering column and the steering shaft.
- the efficiency of the transformer is increased, however, if the resulting gap is reduced.
- a part of the transformer provided with a sliding sheathing or apron or in that the entire transmitter is floatingly mounted in a bearing shell of sliding material such as plastic, optimizes the electrical transmission without restricting the mechanical function.
- the sliding plastic of the bearing shell is enriched here with a ferromagnetic material, so that the field line profile is improved by the plastic.
- a steering column 10 is shown, which is part of a steering device, not shown here and not explained in detail for a motor vehicle.
- the end of a steering shaft 11 is rotatable by means of a steering wheel, wherein the steering shaft 11 is rotatably supported on the steering column 10 which is fixedly connected to the chassis of the vehicle.
- a rotary transformer 12 is arranged with the measurement data and / or electrical energy between, for example, arranged on the steering shaft 11 sensors and a central evaluation unit in the vehicle can be transmitted.
- a primary transformer part 13 with a coil 14 and an associated core and a secondary transformer part 15 with a coil 16 and an associated core are formed.
- the primary transformer part 13 is fixed to the steering column 10 and the secondary transformer part 15 is rotatably arranged with the steering shaft 11.
- an apron 17 made of flexible ferromagnetic material, for example made of silicone or an elastomer with similar properties and with embedded ferromagnetic powder, is present on the transformer 12, the gap between the primary 13 and the secondary Transformer part 15 almost completely encloses.
- transformers 12 on a steering device arise in the rule openings through the production and assembly-related bearing clearance, in particular between the two coils 14 and 16 and thus a non-negligible Ausstrahlschitzkeit of electromagnetic radiation, which can lead to disturbances in the motor vehicle.
- the above-described openings are easily sealed with the magnetic skirt 17.
- the core of the primary transmission part 13 is then brought through the skirt 17 in the region of the secondary transmission part 15. If the inner diameter of the skirt 17 is smaller than the outer diameter of the secondary core, no electromagnetic radiation can escape to the outside.
- a bearing shell 20 is arranged on which the primary and / or the secondary transmission part 13, 15 can be guided in a sliding manner with a mechanical clearance present within predetermined limits, a gap between the primary and the secondary transmission part 13 and 15 almost completely filled by the bearing shell 20.
- the same components are here provided with the same reference numerals, in Figure 3, an enlarged section A of the bearing shell 20 between the primary transformer part 13 and the secondary transformer part 15 is shown.
- the game described above between the transformer parts 13 and 15 is also to be considered in this embodiment, since a clearance compensation between the steering column and the steering shaft is always required here.
- the efficiency of the transformer 12 is at both embodiments thereby increases that the gap resulting from the game is reduced.
- the sliding plastic of the bearing shell 20 is also enriched here with a ferromagnetic material.
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Description
- Die Erfindung betrifft einen induktiven Übertrager, insbesondere einen Drehübertrager, zur Signal- und/oder Energieübertragung zwischen beweglichen Bauteilen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
- Es stellt sich bei der elektrischen Signal- und Energieübertragung, beispielsweise an beweglichen Teilen in einem Kraftfahrzeug in Verbindung mit an den beweglichen Teilen angebrachten Sensoren, häufig die Aufgabe, trotz mechanischer Führungsprobleme eine sichere und trotzdem flexible elektrische Kopplung zwischen den beweglichen Teilen herzustellen. Beispielsweise bei Lenkwinkelsensoren zur Detektierung des Drehwinkels eines Lenkrades sind zwischen der drehbaren Lenkspindel und der feststehenden Lenksäule erhebliche Montage- und Lagetoleranzen im mm-Bereich vorhanden.
- Häufig soll hier z.B. eine bidirektionale Datenübertragung zwischen Lenksäule und Lenkrad bei gleichzeitiger Energieübertragung von der Lenksäule zum Lenkrad möglich sein. Die Energieübertragung kann bei ca. 1 W liegen, wenn nur die Lenkradelektronik versorgt werden muss und bei zusätzlichen 120 W, wenn eine Lenkradheizung versorgt werden soll. In herkömmlicher Weise wird in solchen Fällen eine Wickelfeder zur Datenübertragung und ein Schleifring zur Energieübertragung vorgesehen. Die Wikkelfeder und der Schleifringe haben jedoch prinzipiell einen relativ hohen Geräuschpegel und verursachen gleichzeitigen sog. EMV-Probleme (EMV = Elektro-Magnetische-Verträglichkeit).
- In der
US 4,404,559 wird ein induktiver Übertrager beschrieben, bei dem zwischen einem primären und einem sekundären Übertragungsteil ein Schmiermittel bzw. ein Schmierstoff (lubricant) verwendet wird. Hierbei handelt es sich um einen flüssigen Stoff bzw. Schmierstoff, der im Betrieb weggedrückt werden kann. Dadurch sind irreversible Spaltvergrößerungen möglich. Bei dem in derUS 5,656,983 beschriebenen stationären Übertragungssystem für einen Transformator wird zwischen den beiden Übertragungsteilen ein Gummi (rubber) verwendet. Dieser Gummi würde aber bei beweglichen Systemen eine zu hohe Reibung erzeugen und ist somit bei beweglichen Systemen wenig geeignet. - Gemäß der Erfindung wird ein induktiver Übertrager zur Übertragung von Messdaten und/oder elektrischer Energie zwischen zwei gegeneinander beweglichen Bauteilen mit einem primären und einem sekundären Übertragerteil mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Mitteln in vorteilhafter Weise weitergebildet, da im Bereich zwischen dem primären und dem sekundären Übertragerteil ein flexibles oder gleitendes ferromagnetisches Material angebracht ist.
- Bei einer ersten vorteilhaften Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Übertrager eine Schürze aus flexiblem ferromagnetischen Material auf, die den Spalt zwischen dem primären und dem sekundären Übertragerteil nahezu vollständig umschließt. Beim Aufbau von solchen Übertragern bzw. Transformatoren ergeben sich in der Regel Öffnungen zwischen den beiden Übertragerhälften und somit eine nicht zu vernachlässigende Ausstrahlmöglichkeit von elektromagnetischen Strahlen, die zu Störungen, beispielsweise bei einer Anwendung in einem Kraftfahrzeug, führen können. Gemäß der Erfindung werden die fertigungs- und montagebedingten Öffnungen auf einfache Weise mit einer magnetischen Schürze abgedichtet.
- Die induktiv koppelnden Spulen sind bei dieser Ausführungsform, beispielsweise eines Drehübertragers, mit einem in vorgegebenen Grenzen vorhandenen mechanischem Spiel zueinander beweglich. Bei der Montage wird beispielsweise die magnetische Schürze, die vorzugsweise aus Silikon oder einem Elastomer mit ähnlichen Eigenschaften und mit eingebettetem ferromagnetischen Pulver hergestellt ist über den Kern des Sekundärteils gestülpt und befestigt. Der Primärkern wird durch die Schürze in den Sekundärkern gebracht. Da der Innendurchmesser der Schürze kleiner als der Außendurchmesser des Sekundärkerns ist, kann keine elektromagnetisch Strahlung nach außen dringen.
- Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist das flexible ferromagnetische Material eine Lagerschale, an der das primäre und/oder das sekundäre Übertragerteil gleitend mit einem in vorgegebenen Grenzen vorhandenen mechanischem Spiel führbar ist, wobei ein Spalt zwischen dem primären und dem sekundären Übertragerteil nahezu vollständig durch die Lagerschale ausgefüllt wird. Auch hier können in vorteilhafter Weise die Übertragerteile rotationssymetrisch zueinander angeordnet sein, wobei mindestens ein Übertragerteil drehbeweglich ist.
- Eine vorteilhafte Anwendung ergibt sich insbesondere, wenn das eine rotationssymetrisches Übertragerteil an der Lenkspindel eines Fahrzeuges und das andere rotationssymetrisches Übertragerteil an der Lenksäule eines Fahrzeuges angebracht ist, I wobei dann auf einfache Weise über die Übertragerteile eine Messdaten- und/oder Energieübertragung durchführbar ist.
- Das oben beschriebene Spiel zwischen den Übertragerteilen ist bei dieser Anwendung als Spielausgleich zwischen der Lenksäule und der Lenkspindel erforderlich. Der Wirkungsgrad des Übertragers wird jedoch erhöht, wenn die dadurch entstehende Lücke verringert wird. Erfindungsgemäß wird dadurch, dass ein Teil des Übertragers mit einer gleitenden Ummantelung bzw. Schürze versehen oder dadurch, dass der gesamte Übertrager schwimmend in einer Lagerschale aus gleitendem Material wie Kunststoff gelagert ist, die elektrische Übertragung optimiert ohne die mechanische Funktion einzuschränken. Der gleitende Kunststoff der Lagerschale ist auch hier mit einem ferromagnetischen Material angereichert, so dass der Feldlinienverlauf durch den Kunststoff verbessert wird.
- Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.
- Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen induktiven Übertragers zur Signal- und Energieübertragung zwischen Bauteilen eines Drehübertragers werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
- Figur 1 zwei Ansichten eines Drehübertragers zwischen einer Lenkspindel und einer Lenksäule eines Kraftfahrzeuges mit einer magnetischen Schürze;
- Figur 2 zwei Ansichten eines Drehübertragers zwischen einer Lenkspindel und einer Lenksäule eines Kraftfahrzeuges mit einer schwimmenden Lagerung an einer magnetischen Lagerschale und
- Figur 3 eine Teilansicht der Lagerschale nach der Figur 2.
- In Figur 1 ist eine Lenksäule 10 gezeigt, die Bestandteil einer hier nicht dargestellten und nicht näher erläuterten Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug ist. Das Ende einer Lenkspindel 11 ist dabei mittels eines Lenkrades drehbar, wobei die Lenkspindel 11 an der Lenksäule 10, die fest mit dem Chassis des Fahrzeugs verbunden ist, drehbar gehalten ist.
- Zwischen der Lenkspindel 11 und der Lenksäule 10 ist ein Drehübertrager 12 angeordnet mit dem Messdaten und/oder elektrische Energie zwischen beispielsweise auf der Lenkspindel 11 angeordneten Sensoren und einer zentralen Auswerteeinheit im Fahrzeug übertragen werden können. Es werden dabei ein primäres Übertragerteil 13 mit einer Spule 14 und einem dazugehörigen Kern und ein sekundäres Übertragerteil 15 mit einer Spule 16 und einem dazugehörigen Kern gebildet.
- Das primäre Übertragerteil 13 ist dabei fest an der Lenksäule 10 und das sekundäre Übertragerteil 15 ist drehbar mit der Lenkspindel 11 angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist am Übertrager 12 eine Schürze 17 aus flexiblem ferromagnetischen Material, beispielsweise aus Silikon oder einem Elastomer mit ähnlichen Eigenschaften und mit eingebettetem ferromagnetischen Pulver, vorhanden, die den Spalt zwischen dem primären 13 und dem sekundären Übertragerteil 15 nahezu vollständig umschließt. Beim Aufbau von solchen Übertragern 12 an einer Lenkvorrichtung ergeben sich in der Regel Öffnungen durch das fertigungs- und montagebedingte Lagerspiel, insbesondere zwischen den beiden Spulen 14 und 16 und somit eine nicht zu vernachlässigende Ausstrahlmöglichkeit von elektromagnetischen Strahlen, die zu Störungen im Kraftfahrzeug führen können.
- Die zuvor beschriebenen Öffnungen werden auf einfache Weise mit der magnetischen Schürze 17 abgedichtet. Bei der Montage wird hier die magnetische Schürze 17 über den Kern des sekundären Übertragerteils 15 gestülpt und befestigt. Der Kern des primären Übertragerteils 13 wird dann durch die Schürze 17 in den Bereich des sekundären Übertragerteils 15 gebracht. Wenn der Innendurchmesser der Schürze 17 dabei kleiner ist als der Außendurchmesser des sekundären Kerns, kann keine elektromagnetisch Strahlung nach außen dringen.
- Bei einem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist eine Lagerschale 20 angeordnet, an der das primäre und/oder das sekundäre Übertragerteil 13, 15 gleitend mit einem in vorgegebenen Grenzen vorhandenen mechanischem Spiel führbar ist, wobei ein Spalt zwischen dem primären und dem sekundären Übertragerteil 13 und 15 nahezu vollständig durch die Lagerschale 20 ausgefüllt wird. Die gleich wirkenden Bauteile sind hier mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wobei in Figur 3 ein vergrößerter Ausschnitt A der Lagerschale 20 zwischen dem primären Übertragerteil 13 und dem sekundären Übertragerteil 15 gezeigt ist.
- Das weiter oben beschriebene Spiel zwischen den Übertragerteilen 13 und 15 ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel zu berücksichtigen, da hier immer ein Spielausgleich zwischen der Lenksäule und der Lenkspindel erforderlich ist. Der Wirkungsgrad des Übertragers 12 wird bei beiden Ausführungsbeispielen dadurch erhöht, dass die durch das Spiel entstehende Lücke verringert wird. Dadurch, dass der gesamte Übertrager 12 bei dem Ausführungsbeispiel nach der Figur 2 schwimmend in der Lagerschale 20 aus gleitendem Material wie Kunststoff Pulver gelagert ist, wird die elektrische Übertragung optimiert ohne die mechanische Funktion einzuschränken. Der gleitende Kunststoff der Lagerschale 20 ist auch hier mit einem ferromagnetischen Material angereichert.
Claims (7)
- Induktiver Übertrager zur Übertragung von Messdaten und/oder elektrischer Energie zwischen zwei gegeneinander beweglichen Bauteilen mit einem primären und einem sekundären Übertragungsteil (13, 15), wobei der Spalt zwischen dem primären und dem sekundären Übertragerteil (13, 15) mit Hilfe einer Schürze (17) aus flexiblem ferromagnetischem Material nahezu vollständig umschlossen ist.
- Induktiver Übertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die induktiv koppelnden Spulen (14, 16) und die zugehörigen Kerne mit einem in vorgegebenen Grenzen vorhandenen mechanischen Spiel zueinander beweglich sind und dass die Schürze (17) über das primäre oder das sekundäre Übertragerteil (15) gestülpt ist und mit dem jeweils anderen Übertragerteil (13) in gleitendem Kontakt steht.
- Induktiver Übertrager zur Übertragung von Messdaten und/oder elektrischer Energie zwischen zwei gegeneinander beweglichen Bauteilen mit einem primären und einem sekundären Übertragerteil, wobei im Bereich zwischen dem primären und dem sekundären Übertragerteil (13, 15) ein gleitendes ferromagnetisches Material (20) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass das gleitende ferromagnetische Material eine Lagerschale (20) ist, an der das primäre und/oder das sekundäre Übertragerteil (13, 15) gleitend führbar ist, mit einem in vorgegebenen Grenzen vorhandenen mechanischen Spiel, wobei ein Spalt zwischen dem primären und dem sekundären Übertragerteil (13, 15) nahezu vollständig durch die Lagerschale (20) ausgefüllt ist.
- Induktiver Übertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragerteile (13, 15) rotationssymmetrisch zueinander angeordnet sind und mindestens ein Übertragerteil (15) drehbeweglich ist.
- Induktiver Übertrager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein rotationssymmetrisches Übertragerteil (15) an der Längsspindel (11) eines Fahrzeuges und das andere rotationssymmetrische Übertragerteil (13) an der Lenksäule (10) eines Fahrzeuges angebracht ist und dass über die Übertragerteile (13,15) eine Messdaten- und/oder Energieübertragung durchführbar ist.
- Induktiver Übertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Material (17,20) ein Kunststoff ist, in den ein ferromagnetisches Pulver eingebettet ist.
- Induktiver Übertrager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff Silikon oder ein Elastomer mit ähnlichen Eigenschaften ist.
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