WO2013072375A1

WO2013072375A1 - Kernteil für einen induktiven drehübertrager

Info

Publication number: WO2013072375A1
Application number: PCT/EP2012/072635
Authority: WO
Inventors: Harald Nehring; Richard Habering
Original assignee: Igus GmbH
Current assignee: Igus GmbH
Priority date: 2011-11-14
Filing date: 2012-11-14
Publication date: 2013-05-23
Anticipated expiration: 2014-05-14
Also published as: DE202011107801U1

Abstract

Es wird ein Kernteil (10; 20; 30) vorgeschlagen für einen induktiven Drehübertrager. Der Kernteil weist eine Längsachse (A) und bezogen auf seine Längsachse eine im Wesentlichen zylindrische Außenkontur auf. Erfindungsgemäß hat der Kernteil (10; 20; 30) mindestens zwei Segmente (12-1...12-4; 32-1... 32-3; 42-1...42-3) mit sektorförmigem Querschnitt. Jedes dieser Segmente umfasst jeweils mehrere parallel zur Längsachse des Kernteils verlaufende Platten (14; 34; 44) aus magnetisch permeablem Material. Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass die Platten eines Segments, in Richtung senkrecht zur Längsachse (A) des Kernteils gesehen, stets in einem Winkel (α1; α2; α3) zu den Platten des benachbarten Segments ausgerichtet sind.

Description

Kernteil für einen induktiven Drehübertrager

Die Erfindung betrifft einen Kernteil mit im Wesentlichen zylindrischer Außenkontur zur Verwendung als Bestandteil eines magnetisch permeablen Kerns, insbesondere als endlos drehbaren Kernteil für einen induktiven Drehübertrager (Engl, „rotary transformer" ) zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie und/oder elektrischen Signalen zwischen relativ zueinander drehbaren Maschinenteilen.

Aus dem Stand der Technik bekannte Drehübertrager,

beispielsweise mit axial gegenüberliegenden Topfkernen, werden typischerweise bei Frequenzen im Bereich von 20kHz bis 30kHz betrieben um Luftspaltverluste möglichst gering zu halten. In diesen Frequenzbereichen können Kernbauweisen die bei Transformatoren im niedrigfrequenten Bereich,

insbesondere für Netzfrequenz von 50Hz oder 60Hz, üblich und bewährt sind nicht mehr sinnvoll eingesetzt werden, da die Wirbelstromverluste zu groß würden.

Bei Drehübertragern speziell für niedrige Frequenzen, insbesondere unterhalb des kHz-Bereichs, könnte die bewährte und kostengünstige Bauweise, bei welcher der Kern aus einem Stapel einzelner Lamellen oder Bleche aufgebaut ist, die durch isolierende Zwischenschichten miteinander verklebt sind, grundsätzlich eingesetzt werden. In der Praxis führt die Verwendung eines geblecht hergestellten Kernteils als drehbarer Bestandteil eines Kerns jedoch zu unerwünschten Effekten aufgrund der räumlichen Orientierung der einzelnen ferromagnetischen Bleche bzw. Lamellen innerhalb des Kerns. Insbesondere kommt es zu einem „Einrasteffekt", d. h, es bestehen innerhalb einer Umdrehung, bevorzugte Ausrichtungen des Blechpakets, welche durch die Ausrichtung der Bleche im feststehenden Kernteil vorgegeben wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es mithin, einen Kernteil für einen induktiven Drehübertrager vorzuschlagen, welcher eine Verringerung bzw. Vermeidung des

„Einrasteffekts" ermöglicht und insbesondere für den Betrieb bei geringen Freguenzen ausgelegt ist.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Kernteil gemäß Anspruch 1 bereits dadurch gelöst, dass der Kernteil

mindestens zwei Segmente mit sektorförmigem Querschnitt umfasst, welche mit parallel zur Längsachse des Kernteils verlaufenden Platten aus magnetisch permeablen Material hergestellt sind und derart räumlich angeordnet sind, dass die Platten eines Segments in Richtung senkrecht zur

Längsachse des Kernteils betrachtet, verschieden

ausgerichtet sind, d. h. in einem Winkel zu den Platten des unmittelbar benachbarten Segments liegen. In der

Querschnittsebene haben die Platten zweier benachbarter Segmente, vorzugsweise aller beliebiger Nachbarpaare, unterschiedliche räumliche Ausrichtung.

Dadurch, dass im Querschnitt des Kernteils die magnetisch permeablen Platten in unterschiedlichen Richtungen

verlaufen, kann zuverlässig eine bevorzugte Orientierung des Kernteils gegenüber einem anderen herkömmlich geblechten Kernteil vermieden werden. Die Vermeidung von Wirbelströmen wird hierdurch jedoch nicht abträglich beeinflusst, da die einzelnen Platten aller Segmente parallel zur Längsachse und somit zur Hauptrichtung des magnetischen Flusses verlaufen.

Der Begriff Segmente wird vorliegend entsprechend

„horizontalen Zylindersegmenten" im geometrischen Sinne verwendet. Mit anderen Worten wird die Geometrie solcher Segmente erzeugt durch gedachtes Schneiden eines Zylinderkörpers, vorzugsweise eines kreiszylindrischen

Körpers, entlang einer oder mehrerer Schnittebenen, welche zur Längsachse parallel verlaufen und sich in der Längsachse schneiden .

Eine hinsichtlich der Umdrehung bzw. der Drehgeschwindigkeit möglichst optimal invariante Ausführung wird dadurch

erzielt, dass alle Segmente ein technisch identisches

Winkelmaß im sektorförmigen Querschnitt aufweisen. Dies ermöglicht zudem eine in Richtung senkrecht zur Längsachse des Kernteils bzw. im Querschnitt gleich verteilte

Ausrichtung der magnetisch leitenden Platten zwischen den Segmenten .

Eine verhältnismäßig einfach herstellbare Ausführung sieht vor, dass der Kernteil aus vier im Querschnitt

sektorförmigen Segmenten zusammengefügt ist. Hierbei sind die Platten eines jeden Segments in Richtung senkrecht zur Längsachse jeweils in einem rechten Winkel (90°) zu den Platten der unmittelbar angrenzenden Segmente ausgerichtet. Diese Ausführungsform hat insbesondere den Vorteil, dass ausgehend von einem quaderförmigen Blechpaket, aus welchem entsprechend vier sektorförmige Segmente abgetrennt werden, alle vier Segmente zur Herstellung des gleichen Kernteils verwendet werden können.

Grundsätzlich können Kernteile auch aus einer anderen Anzahl sektorförmiger Segmente hergestellt werden. Der Kernteil kann bereits aus nur zwei sektorförmigen Segmenten erzeugt werden. Bevorzugt wird der Kernteil jedoch aus einer Anzahl von mindestens drei im Querschnitt sektorförmiger Segmente zusammengefügt. Hierbei verlaufen die Platten eines Segments verglichen mit den Platten seiner unmittelbar angrenzenden Nachbarsegmente in Richtung senkrecht zur Längsachse gesehen bevorzugt jeweils in einem Versatzwinkel, welcher dem vollen Kreisbogen (360°) geteilt durch die Anzahl der Segmente oder einem ganzzahligen Vielfachen hiervon entspricht.

Der Kernteil kann als Hohlzylinder oder als Vollzylinder mit im Wesentlichen kreiszylindrischer Basis ausgeführt sein. Eine Ausführung als Hohlzylinder wird bevorzugt, um die Verwendung einer Hohlwelle zur drehbaren Lagerung des

Kernteils zu ermöglichen. Durch diesen Hohlraum bzw. die Hohlwelle lassen sich somit Anschlussleitungen zwischen den relativ zueinander drehbaren Kernteilen führen. Als

Möglichkeit zur Herstellung der im Querschnitt

sektorförmigen Segmente besteht eine einfache Lösung darin, von einem näherungsweise quaderförmig gestapelten Blechpaket als Vorformling auszugehen. Das Blechpaket wird zunächst zu einem hohl- oder vollzylindrischen Körper umgearbeitet, woraus die Segmente durch Äbtrennen entlang Trennebenen erzeugt werden, welche durch die Symmetrieachse des zuvor hergestellten Hohl- bzw. Vollzylinders verlaufen. In den einzelnen Schritten können an sich bekannte Verfahren zum geeigneten Bearbeiten und/oder Trennen aus der

Metallverarbeitung eingesetzt werden. So können die Segmente aus herkömmlichen Blechpaketen erzeugt werden, welche mit kostengünstigen Verfahren zur Herstellung von

Transformatorkernen hergestellt sind. Bevorzugt werden als Platten demnach Blechlamellen aus ferromagnetischem

Material, insbesondere aus geeignetem Elektroblech,

vorzugsweise aus hochpermeablem Transformatorenblech, verwendet .

Zur Erzielung eines möglichst geringen magnetischen

Widerstands verlaufen die parallel zur Längsachse

erstreckten Platten jedes Segments vorzugsweise voll

durchgehend von einem stirnseitigen Ende zu dem anderen stirnseitigen Ende des Kernteils. Es ist jedoch auch

denkbar, mehrere getrennte Längsabschnitte mit zusätzlich gegeneinander versetzten Ausrichtungen der magnetisch permeablen Platten vorzusehen. Die vorgeschlagene Bauweise des Kernteils eignet sich insbesondere zum Einsatz in einem induktiven Drehübertrager zur berührungslosen Übertragung elektrischer Energie und/oder elektrischer Signale zwischen relativ zueinander drehbaren Maschinenteilen. Ein solcher induktiver

Drehübertrager umfasst gattungsgemäß einen Kern mit einem ersten Teil und einem zweiten Teil, welche jeweils

mindestens eine Induktionswicklung aufweisen. Ein Teil ist stationär bzw. feststehend angeordnet, wohingegen der andere Teil gegenüber dem stationären Teil um eine vorgegebene Achse drehbar bzw. rotierbar ist. Die vorgeschlagene

Bauweise des Kernteils eignet sich insbesondere bei

Verwendung in einem solchen Drehübertrager zur Übertragung elektrischer Netzspannung oder sonstiger niedrigfrequenter Wechselspannungen, unterhalb des Kilohertzbereichs.

Ein erfindungsgemäßes Kernteil ist jedoch nicht auf die vorgenannte Anwendung beschränkt, sondern kann auch in sonstigen elektrotechnischen Vorrichtungen zum Einsatz kommen .

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter

Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Figuren. Hierbei zeigen:

FIG.1A: in perspektivischer Ansicht schematisch eine erste

Ausführung eines erfindungsgemäßen Kernteils für einen induktiven Drehübertrager beispielsweise gemäß FIG.6;

FIG.1B: einen schematischen Querschnitt quer zur

Längsachse durch einen Kernteil gemäß FIG.1A;

FIG.2 : eine schematisierte Illustration zu Schritten

eines Herstellungsverfahrens für einen Kernteil nach FIG.1A-1B; FIG.3: einen schematischen Querschnitt quer zur

Längsachse durch einen Kernteil gemäß eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels;

FIG. : einen schematisehen Querschnitt quer zur

FIG.5: eine schematisierte Illustration zu einem

Herstellungsverfahren für einen Kernteil gemäß

FIG.3 und FIG. ;

FIG.6: einen beispielhaften induktiven Drehübertrager in welchem ein Kernteil gemäß FIG.1A-1B, FIG.3 bzw. FIG.4 vorteilhaft eingesetzt werden kann.

In FIG.1A-1B ist ein Kernteil für einen induktiven

Drehübertrager allgemein mit 10 bezeichnet. Der Kernteil 10 weist eine Längsachse A auf, bezüglich derer er eine im Wesentliche zylindrische Außenkontur hat. Der Kernteil 10 gemäß FIG.1A-1B ist gemäß einem kreis zylindrischen

Hohlzylinder mit einer mittigen Aussparung bzw.

Durchgangsbohrung 11 ausgestaltet, wobei jedoch auch zylindrische Konturen mit anderer Basis, bspw. einer

Polygonbasis, möglich sind.

Wie am besten aus FIG.1B ersichtlich, ist der Kernteil 10 aus vier verschiedenen Segmenten 12-1, 12-2, 12-3, 12-4 hergestellt, welche jeweils einen sektorförmigen Querschnitt aufweisen. Um eine in Umfangsrichtung gleichmäßige

Verteilung der Segmente 12-1 ... 12-4 zu erzielen, weisen diese im Querschnitt ein identisches Winkelmaß ßl, im gezeigten Beispiel 90°, auf. Jedes der Segmente 12-1 ... 12- 4 weist jeweils eine Vielzahl Lamellen bzw. Platten 14 auf, welche aus magnetisch permeablen bzw. leitenden Material hergestellt sind. Die Platten 14 verlaufen in Längsrichtung parallel zur Längsachse A des Kernteils 10. Zur Vermeidung von induzierten Wirbelströmen sind die Platten 14 untereinander bzw. gegeneinander jeweils durch geeignete Zwischenschichten 16 voneinander elektromagnetisch isoliert.

In Richtung senkrecht zur Längsachse A des Kernteils 10 gesehen sind, wie am besten aus FIG.1B ersichtlich, die einzelnen Segmente 12-1 ... 12-4 so angeordnet, dass ihre jeweiligen Platten unterschiedlich ausgerichtet sind. Mit anderen Worten sind die Platten zweier benachbarter Segmente 12-1 ... 12-4 jeweils in einem Winkel l zueinander

ausgerichtet. Im gezeigten Beispiel gemäß FIG.1A-1B beträgt der Winkel al, mit dem die Platten zueinander versetzt sind, entsprechend der Anzahl der verwendeten Segmente ebenfalls 90°. Auch andere Anzahlen verwendeter Segmente bzw. andere Winkelmaße des Versatzes in der Ausrichtung der Platten 14 liegen jedoch im Rahmen der Erfindung.

Wie ferner am besten aus FIG.1B ersichtlich, sind die einzelnen Segmente 12-1 ... 12-4 jeweils mittels einer zwischen liegenden Isolierschicht 18, welche bezüglich der Längsachse A im Wesentlichen radial verläuft, fest

zusammengefügt. Die Isolierschicht 18 kann zugleich als Klebeverbindung zwischen den Segmenten 12-1 ... 12-4 dienen und beispielsweise, ähnlich den Isolierschichten 16, aus in der Herstellung von Transformatorkernen verwendetem Backlack bestehen. Als Material für die einzelnen Lamellen bzw.

Platten 14 der Segmente ist beispielsweise handelsübliches Elektroblech nach DIN EN 10107 aus einer Eisen-Silizium- Legierung geeignet. Die Platten 14 sind durchgehend über die gesamte Lange des Kernteils 10 und entsprechend

dimensioniert .

FIG.2 zeigt rein beispielhaft zum Zwecke der Illustration grundlegende Schritte eines möglichen Herstellungsverfahrens zur kostengünstigen Herstellung eines Kernteils 10 gemäß FIG.1A-1B. In einem ersten Schritt (A) wird ein näherungsweise

quaderförmiger Vorformling 2 bereitgestellt, beispielsweise wie in der Herstellung von Transformatorkernen üblich, d.h. durch stapelweises Zusammenfügen von Blechlamellen aus Elektroblech . Der Vorformling 2 wird dann geeignet

bearbeitet gemäß schematisch angedeuteten Bearbeitungskurven 3, 4. So wird ein Rohling 5 für den Schritt (B) erzeugt. Im Schritt (B) wird der Rohling 5 in die einzelnen Segmente 12- 1 ... 12-4 aufgetrennt. Hierzu wird der Rohling 5 mittels einem geeigneten Schneide- bzw. Trennverfahren aus der

Metallverarbeitung entlang den Schnittebenen 6, 7

aufgetrennt. Hierbei schneiden sich die Schnittebenen 6, 7 mit dem Winkelmaß ßl der Segmente in der Mittelachse des hohlzylindrischen Rohlings 5, welche mit der späteren

Längsachse A des Kernteils 10 zusammenfällt. Anschließend an das Auftrennen entlang der Schnittebenen 6, 7 gemäß Schritt

(B) können die so vereinzelten Segmente 12-1 ... 12-4 seitlich mit geeignetem Material zur Herstellung der

späteren Isolierschichten 18 beschichtet werden. Im Schritt

(C) werden lediglich zwei Segmente 12-1, 12-3, die sich diametral gegenüberliegen, durch Kippen um die Querebene zur Längsachse A und anschließendes Drehen versetzt wieder mit den beiden anderen Segmenten 12-2, 12-4 zusammengeführt.

Hierdurch werden die einzelnen Platten 14 zwischen zwei benachbarten Segmenten jeweils um den Winkel l, d. h. im Beispiel nach FIG.1A-1B um 90°, zueinander versetzt.

Anschließend werden in Schritt (C) gemäß FIG.2 die einzelnen Segmente zu einem hohlzylindrischen Kernteil 10 gemäß

FIG.1A-1B zusammengefügt, vorzugsweise durch Verkleben mittels eines geeigneten Stoffs der nach Aushärten die

Isolierschichten 18 bildet. Optional kann am Außenumfang des Kernteils 10 eine weitere Isolierschicht (nicht gezeigt) zur Isolierung gegenüber nachträglich aufzubringender

Induktionswicklung (siehe FIG.6) vorgesehen werden. FIG.3 und FIG.4 zeigen zwei weitere Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Kernteilen jeweils allgemein mit

Bezugszeichen 30 bzw. 40 bezeichnet. Die Kernteile 30, 40 unterscheiden sich vom Ausführungsbeispiel gemäß FIG.lA-lB im Wesentlichen dadurch, dass eine andere Anzahl Segmente, nämlich drei im Querschnitt sektorförmige Segmente 32-1, 32- 2, 32-3 bzw. 42-1, 42-2, 42-3 verwendet werden. Demnach betragen die Winkel, mit welchen die Platten 34 bzw. 44 innerhalb der Segmente 32-1 ... 32-3 bzw. 42-1 ... 42-3 zueinander versetzt angeordnet sind cx2, α3, wie in FIG.3 bzw. FIG. gezeigt, jeweils 120°. Auch das Sektor- bzw.

Winkelmaß ß2 der Segmente 32-1 ... 32-3 bzw. 42-1 ... 42-3 beträgt hierbei 120°.

Der Kernteil 30 gemäß FIG.3 unterscheidet sich hingegen vom Kernteil 40 gemäß FIG.4 lediglich dadurch, dass die Platten 34 sowie die Isolierschichten 36 im Kernteil 30

näherungsweise radial verlaufen bezüglich der Längsachse Ä, wohingegen im Kernteil 40 gemäß FIG. die Platten 44 und Isolierschichten 45 näherungsweise tangential bezüglich der Längsachse A verlaufen. Sonstige Merkmale und Eigenschaften der Kernteile 30, 40 entsprechen den weiter oben zu FIG.1A- 1B beschriebenen und sind mit entsprechend erhöhter

Zehnerstelle in FIG.3 bzw. in FIG.4 bezeichnet.

FIG.5 illustriert rein beispielhaft und schematisch einen möglichen Weg zur Herstellung von Kernteilen 30, 40 gemäß FIG.3. Gemäß FIG.5 wird entsprechend Schritt (B) aus FIG.2 hergestellter Rohling 5 entsprechend den drei um das

Winkelmass ß2 der Segmente zueinander versetzten

Schnittebenen 6, 7, 8 aus FIG.5 in drei gleich große

Segmente bzw. Sektoren aufgetrennt. Hierdurch werden zwei Segmente 32—i, 32-j erzeugt, welche zur Herstellung eines Kernteils 30 gemäß FIG.3 geeignet sind, wohingegen zugleich ein Segment 42-i erzeugt wird, welches zur Herstellung eines Kernteils 40 gemäß FIG. geeignet ist. Entsprechend wird eine Auftrennung gemäß FIG.5 identisch an drei Rohlingen 5 wiederholt, um hierdurch zwei Kernteile gemäß FIG.3 und einen Kernteil gemäß FIG.4 herstellen zu können. Die

sonstigen Verfahrensschritte zur Herstellung eines Kernteils 30, 40 gemäß FIG.3 bzw. FIG.4 entsprechen analog den zuvor zu FIG.2 erläuterten.

Grundsätzlich kann ein Kernteil aus einer Anzahl H Ϊ 2

Segmente, vorzugsweise mit N £ 3, hergestellt werden, wobei entsprechend der Winkel α des Versatzes zwischen den Platten in Richtung senkrecht zur Längsachse A entsprechend α = m*(360°/N), mit m ganzzahlig 1, beträgt.

Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen dienen der

Vermeidung einer bevorzugten Ausrichtung der Drehstellung des Kernteils 10, 30, 40 innerhalb eines Magnetfelds, das durch einen parallel geblechten Kernteil erzeugt wird.

Nachfolgend wird der Vollständigkeit halber mit Bezugnahme auf FIG.6 ein speziell für niedrigfrequente

Eingangsspannungen entwickelter Drehübertrager beschrieben, in welchem bevorzugt Kernteile 10, 30, 40 gemäß der

vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen. In FIG.6 ist solcher Drehübertrager allgemein mit 100 bezeichnet.

In FIG.6 umfasst der Drehübertrager 100 einen Kern zur

Führung des magnetischen Felds (Φ: nicht abgebildet), welcher im Wesentlichen aus einem ersten Kernteil 110 und einem zweiten Kernteil 120 besteht, welches nach FIG.1A-1B, FIG.3 oder FIG. ausgeführt ist. Auch der erste Kernteil 110 ist aus magnetisch hochpermeablen Material, beispielsweise aus ferromagnetischen Blechplatten, insbesondere aus

Elektroblech, hergestellt. Die Kernteile 110, 120 und führen im Betrieb den magnetischen Kreis im Wesentlichen parallel zur Ebene gemäß FIG.6 in einem quasi geschlossenen Kreis. Der erste Kernteil 110 hat im Ausführungsbeispiel nach FIG.6 eine U-fÖrmige bzw. C-förmige Geometrie und stellt somit einen Bügel dar mit zwei Schenkeln 114, 115, die durch einen Stegbereich 116 verbunden sind. Der Stegbereich 116 des ersten Kernteils 110 ist mit einer ersten Induktionswicklung 111 aus einer geeigneten Zahl Induktionswindungen umgeben, welche durch Induktion das magnetische Feld erzeugen bzw. aufgrund des magnetischen Felds eine Spannung in der

Induktionswicklung 111 induzieren.

Der zweite Kernteil 120 des ferromagnetischen Kerns ist stirnseitig durch zwei Luftspalte 102, 104 vom ersten

Kernteil 110 getrennt und gegenüber diesem um eine Drehachse A endlos drehbar d.h. rotierbar angeordnet. Die Breite der Luftspalte 102, 104 ist so gering wie möglich gehalten vorzugsweise im Bereich von wenigen Zehntel Millimeter. Eine am zweiten Kernteil 120 befestigte und diesen umgebende weitere Induktionswicklung 121 ermöglicht die Übertragung elektrischer Energie und/oder elektrischer Signale von bzw. zur Induktionswicklung 111 am ersten Kernteil 110. Die elektromagnetische Kopplung zwischen beiden

Induktionswicklungen 111, 121 erfolgt somit grundsätzlich nach dem Prinzip eines Transformators mit Trafokern. Eine Spannungsumsetzung bzw. -transformation ist in der Regel nicht erwünscht, weshalb hier die Bezeichnung Drehübertrager bevorzugt wird. Die Funktion des zweiten Kernteils 120 entspräche jedoch bei einem Trafo mit UI-Bauform der des I- Teils.

Wie aus FIG.6 ersichtlich, erstreckt sich der zweite

Kernteil 120 axial entlang der Drehachse A zwischen den beiden Endbereichen der Schenkel 114, 115 des ersten

Kernteils 110. Der zweite Kernteil 120 weist an seinen axial gegenüberliegenden bzw. stirnseitigen Enden entsprechend zwei voneinander abgewandte parallele Polflächen 122, 123 auf. Die Polflächen entsprechen den Stirnenden des gemäß FIG.1A-1B bzw. F I G .3 oder FIG.4 hergestellten Kernteils 120. Die beiden Polflächen 122, 123 verlaufen senkrecht zur Drehachse Ά an den stirnseitigen Enden des drehbaren zweiten Kernteils 120. Wie ferner am besten aus FIG.6 ersichtlich, liegen folglich diesen voneinander abgewandten Polflächen 122, 123 zwei einander zugewandte Polflächen 112, 113 an den Schenkeln 114, 115 des ersten Kernteils 110 gegenüber. Die einander zugewandten Polflächen 112, 113 des ersten

Kernteils 110 sind somit ebenfalls senkrecht zu Drehachse A angeordnet .

Durch Feldeinkopplung parallel zur Drehachse Ä an den gegenpoligen Polflächen 112, 122 bzw. 113, 123 wird somit einerseits vermieden, dass Kräfte quer zur Drehachse A elektromagnetisch erzeugt werden. Insbesondere wird

sichergestellt, dass bei der Drehung des zweiten Kernteils 120 Gegendrehmomente weitestgehend vermieden werden. Mit einem Zylinderkörper als Kernteil gemäß FIG.1A, insbesondere einem näherungsweise kreiszylindrischen Körper, wird das Magnetfeld innerhalb des zweiten Kernteils 120 quasi

vollständig parallel zur Drehachse Ά. Zudem wird durch das magnetische Feld an axial gegenüberliegenden gegenpoligen Polflächen 112, 122 bzw. 113, 123 der zweite Kernteil 120 quasi selbsttätig zwischen den beiden Schenkeln 114, 115 des ersten Kernteils 110 zentriert, so dass die Breite der

Luftspalte 102, 104 gleich bleibt.

Wie weiter aus FIG.6 ersichtlich, erfolgt die mechanische Drehlagerung des rotierbaren zweiten Kernteils 120

unmittelbar am feststehenden ersten Kernteil 110. Die

Drehlagerung erfolgt mittels elektrisch isolierenden bzw. galvanisch trennenden inneren und äußeren Drehlagern 130, 131, vorzugsweise aus Kunststoff. Zur drehbaren Lagerung ist weiter eine Hohlwelle 132 vorgesehen, an welcher der zweite Kernteil 120 koaxial und drehfest angebracht ist. Die

Hohlwelle 132 ist durch die Lager 130, 131 drehbar gelagert, so dass ihre Längsachse auch die Drehachse A definiert. In der Ausführung gemäß FIG.6 wird eine stabile Lagerung auf einfache Weise dadurch gewährleistet, dass die Hohlwelle 132 durch beide Schenkel 114, 115 hindurch nach außen geführt ist und durch Drehlager 130, 131 beidseitig am ersten

Kernteil 110 gelagert ist. Hierbei werden vorzugsweise als äußere Drehlager zwei Gleitlager 130 eingesetzt und als inneres Paar zwei Wälzlager 131 eingesetzt, bspw.

Kugellager. Die Drehlager 130, 131 sind jeweils aus

Kunststoff. Das innere Paar Wälzlager 131 dient vorzugsweise zur Aufnahme axialer Kräfte. Der rotierbare Kernteil 120 kann zudem durch Nuten in der Hohlwelle 132 zentriert werden. Die Hohlwelle 132 erlaubt auf einfache Weise das Durchführen von Anschlussleitungen, insbesondere der

elektrischen Leitungen 124 der zweiten Induktionswicklung 121 auf den bzw. die drehbaren Maschinen- oder

Anlagenkomponenten,

Wie in FIG.6 gezeigt kann an einem Ende der Hohlwelle 132 eine Drehdurchführung bzw. Drehkopplung 140 angebracht werden, mittels welcher gasförmige und/oder flüssige

Betriebsmedien zwischen den relativ zueinander drehenden Vorrichtungskomponenten übertragen werden können. Die

Bauweise solcher Drehdurchführungen ist an sich bekannt und demnach hier nicht näher erläutert.

Ein erfindungsgemäßer Kernteil 10, 30, 40 eignet sich besonders aber nicht ausschließlich zur Verwendung als drehbarer Kernteil 120 in einem Drehübertrager nach FIG.6. Hierbei wird, ohne merkliche Erhöhung von

Wirbelstromverlusten, ein gleichmäßiges Drehverhalten ohne Einrasteffekte um die Dreh- bzw. Längsachse A erzielt. Ein Kernteil 10, 30, 40 kann jedoch auch in anderen

Drehübertragern, etwa nach der Offenlegungsschrift DE 103 14 282, vorteilhaft eingesetzt werden. Hierbei können zwei axial gegenüberliegende Kernteile 10, 30, 40, d.h. sowohl als Stator mit der Primärwicklung und auch als Rotor mit der Sekundärwicklung, verwendet werden. Kernteil für einen induktiven Drehübertrager

Bezugzeichenliste

FIG.1A-1B

10 Kernteil

11 Aussparung

12-1, 12-2, 12-3, 12-4 Segmente

14 Platten

16 Isolierschicht

18 Isolierschicht

al Ausrichtungswinkel

A Längsachse

FIG.2

2 Vorformling

3, 4 Schnittkurven

5 Rohling

6, 7 Trennebenen

12-1, 12-2, 12-3, 12-4 Segmente

(A) , (B) , (C) Verfahrensschritte

ßl Segmentwinkelmass

FIG.3

30 Kernteil

31 Aussparung

32-1, 32-2, 32-3 Segment

34 Platten

36 Isolierschicht

38 Isolierschicht 2 Ausrichtungswinkel A Längsachse

FIG.4

40 Kernteil

41 Aussparung

42-1, 42-2, 42-3 Segmente

44 Platten

46 Isolierschicht

48 Isolierschicht

a3 Ausrichtungswinkel

A Längsachse FIG.5

5 Rohling

6, 7, 8 Trennebenen

32-i, 32— ; 42-i Segmente ß2 Segmentwinkelmass

FIG.6

100 Drehübertrager

102, 104 Luftspalt

110 erster Kernteil (stationär) 111 Induktionswicklung

112, 113 zugewandte Polflächen

114, 115 Schenkel

116 Stegbereich

118 Anschlussleitung

120 zweiter Kernteil (rotierbar)

121 Induktionswicklung

122, 123 abgewandte Polflächen

124 Anschlussleitung

130, 131 Drehlager

132 Hohlwelle 140 Drehdurchführung A Drehachse

Claims

Kernteil für einen induktiven Drehübertrager Patentansprüche

1. Kernteil (10; 20; 30) für einen induktiven

Drehübertrager, wobei der Kernteil eine Längsachse (A) und bezogen auf seine Längsachse eine im Wesentlichen

zylindrische Außenkontur aufweist

dadurch gekennzeichnet, dass

der Kernteil (10; 20; 30) mindestens zwei Segmente (12-1... 12-4; 32-1... 32-3; 42-1... 42-3) mit sektorförmigem Querschnitt umfasst, wobei jedes Segment jeweils mehrere parallel zur Längsachse des Kernteils verlaufende Platten (14; 34; 44) aus magnetisch permeablem Material aufweist, und die Platten eines Segments, in Richtung senkrecht zur Längsachse (A) des Kernteils gesehen, in einem Winkel ( l; 2; a.3) zu den

Platten des benachbarten Segments ausgerichtet sind.

2. Kernteil nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass alle im Querschnitt sektorförmigen Segmente

identisches Winkelmass (ßl, ß2) aufweisen.

3. Kernteil nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Kernteil (10) aus vier im Querschnitt

sektorförmigen Segmenten (12-1... 12-4) zusammen gefügt ist, und die Platten (14) eines Segments, in Richtung senkrecht zur Längsachse (A) des Kernteils gesehen, jeweils in einem Winkel (al) von 90° zu den Platten (14) der beiden

unmittelbar angrenzenden Segmente ausgerichtet sind.

4. Kernteil nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet , dass der Kernteil (30; 40) aus einer Anzahl N^3 im

Querschnitt sektorförmiger Segmente (32-1... 32-3; 42-1... 42-3) zusammen gefügt ist, und die Platten (34; 44) eines Segments, in Richtung senkrecht zur Längsachse (Ä) des

Kernteils gesehen, jeweils in einem Winkel (α2; a3) zu den Platten der beiden unmittelbar angrenzenden Segmente

ausgerichtet sind, vorzugsweise in einem Winkel von m*360°/N mit einer ganzen Zahl m ^ 1.

5. Kernteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Kernteil (10; 20; 30) als Hohlzylinder mit im Wesentlichen kreiszylindrischer Basis ausgeführt ist.

6. Kernteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Kernteil als Vollzylinder mit im Wesentlichen kreiszylindrischer Basis ausgeführt ist.

7. Kernteil nach Anspruch 5 oder 6 dadurch

gekennzeichnet, dass die im Querschnitt

sektorförmigen Segmente (12-1... 12-4; 32-1... 32-3; 42-1... 42-3) durch Abtrennen aus einem hohl- bzw. vollzylindrisch

bearbeiteten quaderförmigen Blechpaket (2) entlang

Trennebenen (6, 7, 8), welche durch die Symmetrieachse (A) des Hohl- bzw. Vollzylinders verlaufen, hergestellt sind.

8. Kernteil nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (14; 34; 44) aus Elektroblech, vorzugsweise aus hochpermeablem

Transformatorenblech, hergestellt sind.

9. Kernteil nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (12-1... 12-4; 32-1.,. 32-3; 42-1... 42-3) aus Blechpaketen hergestellt sind, wobei die Blechpakete aus mittels Isolierschichten miteinander verklebten Blechlamellen aus Elektroblech, vorzugsweise aus hochpermeablem Transformatorenblech, hergestellt sind.

Kernteil nach einem der vorstehenden Ansprüch dadurch gekennzeichnet, dass die parallel zur Längsachse des Kernteils verlaufenden Platten (14) jedes Segments sich jeweils durchgehend von einem Stirnende zum anderen Stirnende des Kernteils (10) erstrecken. 11. Induktiver Drehübertrager (100) zur berührungslosen Übertragung elektrischer Energie und/oder elektrischer Signale zwischen relativ zueinander drehbaren Maschinenteilen, umfassend einen Kern mit einem ersten und einem zweiten Teil (110, 120), wobei ein Teil stationär und der andere Teil gegenüber dem stationären Teil um eine Drehachse (A) rotierbar ist und beide Teile jeweils mindestens eine Induktionswicklung (111, 121) aufweisen dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der beiden Teile (120) des Kerns als

Kernteil (10/ 30; 40) nach einem der Ansprüche 1 bis

ausgeführt ist.