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WO2002025616A1 - Induktiver übertrager - Google Patents

Induktiver übertrager Download PDF

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WO2002025616A1
WO2002025616A1 PCT/DE2001/003269 DE0103269W WO0225616A1 WO 2002025616 A1 WO2002025616 A1 WO 2002025616A1 DE 0103269 W DE0103269 W DE 0103269W WO 0225616 A1 WO0225616 A1 WO 0225616A1
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WO
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transmitter
transformer
transmission
concentric
primary
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PCT/DE2001/003269
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English (en)
French (fr)
Inventor
Harald Kazmierczak
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Priority to DE50102163T priority patent/DE50102163D1/de
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Priority to US10/380,594 priority patent/US7053791B2/en
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/18Rotary transformers
    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08CTRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C17/00Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • G08C17/04Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using magnetically coupled devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14Inductive couplings

Definitions

  • the invention relates to an inductive transformer, in particular a rotary transformer, for the transmission of signals and energy between movable components according to the preamble of the main claim.
  • bidirectional data transmission between the steering column and the steering wheel should be possible with simultaneous energy transmission from the steering column to the steering wheel.
  • the energy transfer can be approx. 1 W if only the steering wheel electronics need to be supplied, and an additional 120 W if a steering wheel heater is to be supplied.
  • a winding spring for data transmission and / or a slip ring for energy transmission is conventionally provided.
  • an inductive transmitter for the transmission of measurement data and electrical energy between two mutually movable components with a primary and a secondary transmitter part with the means specified in the characterizing part of claim 1 is advantageously further developed.
  • a transmitter for the transmission of measurement data and a transmitter for the transmission of electrical energy are housed in separate, magnetically largely shielded chambers, which are formed by concentric and radial metal walls on the movable components, the concentric walls each other grip that they form the radially successive chambers.
  • a metallic chamber element can be arranged on each of the mutually movable components, each of which has a double U-shape in radial section and whose concentric walls are arranged in such a way that they interlock without interfering with the rotary movement.
  • This is preferably applied in such a way that the one transmitter parts and chamber elements are attached to the steering spindle of a vehicle and the other transmitter parts and chamber elements are attached to the steering column of a vehicle.
  • the middle separator of the two chamber elements serves as a magnetic part for both parts of the transmission, but has no significant crosstalk, since in most applications, e.g. in the motor vehicle, frequencies of 50 kHz or several megahertz only a magnetic skin effect occurs and the magnetic interactions do not have a disruptive effect.
  • Figures 1 and 2 are each a view of a rotary transmitter between a steering spindle and a steering column of a motor vehicle with separate transmitter parts for signal and energy transmission in separate chambers.
  • FIG. 1 shows an inductive transformer which has chamber elements 1 and 2 which intermesh like a comb and are part of a steering device for a motor vehicle, which is not shown here and is not explained in detail.
  • the chamber element 1 is attached to a steering column, for example, and the chamber element 2 is then attached to a steering spindle.
  • the end of the steering spindle can be rotated by means of a steering wheel, the steering spindle being rotatably held on the steering column, which is firmly connected to the chassis of the vehicle.
  • a primary transmitter part 3 is arranged on element 1 and a secondary transmitter part 4 on element 2 for signal transmission, and a primary transmitter part 5 on element 1 and a secondary transmitter part 6 on element 2 for energy transmission. This can then be used to transmit measurement data and electrical energy between, for example, sensors arranged on the steering spindle and a central evaluation unit in the vehicle.
  • a chamber 7 for signal transmission By forming the comb-like concentric and radial walls of the chamber elements 1 and 2 here is a chamber 7 for signal transmission and a chamber 8 for energy transmission. Mixing signal and energy transmission can thus be avoided in a simple manner by the thus achieved design of two transmitters separated by chamber walls.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen induktiven Übertrager zur Übertragung von Messdaten und elektrischer Energie zwischen zwei gegeneinander beweglichen Bauteilen (1, 2) mit mindestens einem primären (3, 5) und mindestens einem sekundären Übertragerteil (4, 6). Es ist jeweils ein Übertrager (3, 4) für die Übertragung von Messdaten und ein Übertrager (5, 6) für die Übertragung von elektrischer Energie vorhanden, wobei sich die primären (3, 5) und sekundären (4, 6) Übertragerteile jeweils eines Übertragers in separaten, magnetisch weitgehend voneinander abgeschirmten Kammern (7, 8) befinden. Die Kammern (7, 8) werden durch konzentrische und radiale Metallwände von Kammerelementen (1, 2) an den Bauteilen gebildet, wobei die konzentrischen Wände jeweils so ineinander greifen, dass sie die radial hintereinander liegende Kammern (7, 8) bilden.

Description

Induktiver Übertrager
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen induktiven Übertrager, insbesondere einen Drehübertrager, zur Signal- und Energieüber- tragung zwischen beweglichen Bauteilen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs .
Insbesondere bei einer Anwendung eines solchen Übertragers in einem Kraftfahrzeug soll z.B. eine bidirektionale Daten- Übertragung 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. Weiterhin könnten auch Informationen betreffend die Betätigung der Hupe, der Bedientasten für den Fahrkomfort, einer Telefonruftaste, einer Geschwindigkeitsregelung (Tem- pomat) , bestimmter Radiofunktionen oder auch einer Air- bagüberwachung und -Zündung ausgetauscht werden.
In herkömmlicher Weise wird in solchen Fällen eine Wickelfe- der zur Datenübertragung und/oder ein Schleifring zur Energieübertragung vorgesehen. Die Wickelfeder und der Schleifring haben jedoch prinzipiell einen relativ hohen Geräuschpegel und verursachen gleichzeitig eine Vielzahl von Problemen, wie sog. EMV-Probleme (EMV = Elektro-Magnetische- Verträglichkeit) , Montage- und Reparaturprobleme sowie eine nicht zu vernachlässigende Reibung und eine schwierige Kon- taktierung. Wenn bei der induktiven Übertragung von elektrischer Energie dies gleichzeitig mit der Datenübertragung realisiert wird, kann es ferner zu einem Übersprechen kom- men, insbesondere weil der Übertrager einen Wirkungsgrad von <0,6 aufweist und der Innenwiderstand der Sekundärseite >15 Ohm beträgt.
Vorteile der Erfindung
Gemäß der Erfindung wird ein induktiver Übertrager zur Übertragung von Messdaten und 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. Es ist erfindungsgemäß jeweils ein Übertrager für die Übertagung von Messdaten und ein Übertrager für die Übertragung von elektrischer Energie vorhanden. Die primären und die sekundären Übertragerteile jeweils eines Übertragers sind in separaten, magnetisch weitgehend voneinander abgeschirmten Kammern untergebracht, die durch konzentrische und radiale Metallwände an den beweglichen Bauteilen gebildet werden, wobei die konzentrischen Wände jeweils so ineinander greifen, dass sie die radial hintereinander liegende Kammern bilden.
Auf einfache Weise kann dabei an jedem der gegeneinander beweglichen Bauteile ein metallisches Kammerelement angeordnet werden, das jeweils im radialen Schnitt eine doppelte U-Form aufweist und deren konzentrische Wände so angeordnet sind, dass sie ohne Behinderung der Drehbewegung ineinander greifen. Bevorzugt wird dies so angewendet, dass die jeweils einen Übertragerteile und Kammerelemente an der Lenkspindel eines Fahrzeuges und das die jeweils anderen Übertragerteile und Kammerelemente an der Lenksäule eines Fahrzeuges angebracht sind.
Durch die vorgeschlagene Anbringung von zwei durch Kammer- wände getrennten Übertragern kann somit auf einfache Weise eine Vermischung von Signal- und Energieübertragung vermieden werden. Der mittlere Trennsteg der beiden Kammerelemente dient zwar als magnetischer Teil für beide Teile der Übertragung, hat aber kein bedeutendes Übersprechen, da bei den in den meisten Anwendungsfällen, z.B. im Kraftfahrzeug, verwendeten Frequenzen von 50 kHz bzw. mehreren Megaherz nur ein magnetischer Skineffekt auftritt und sich die magnetischen Wechselwirkungen nicht störend auswirken.
Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und der Zeichnung 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.
Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen induktiven Übertragers zur Signal- und Energieübertragung zwischen Bauteilen eines Drehübertragers wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Figur 1 und 2 jeweils eine Ansicht eines Drehübertragers zwischen einer Lenkspindel und einer Lenksäule eines Kraftfahrzeuges mit separaten Übertragerteilen für eine Signal- und eine Energieübertragung in jeweils getrennten Kammern.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Figur 1 ist ein induktiver Übertrager gezeigt, der Kammerelemente 1 und 2 aufweist, die kammartig ineinander greifen und Bestandteil einer hier nicht dargestellten und nicht näher erläuterten Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug sind. Das Kammerelement 1 ist beispielsweise an einer Lenksäule angebracht und das Kammerelement 2 ist dann an einer Lenkspindel befestigt. Das Ende der Lenkspindel ist dabei mittels eines Lenkrades drehbar, wobei die Lenkspindel an der Lenksäule, die fest mit dem Chassis des Fahrzeugs ver- bunden ist, drehbar gehalten ist.
Zwischen der Lenkspindel und der Lenksäule ist ein induktiver Drehübertrager vorhanden. Es ist jeweils ein primäres Übertragerteil 3 am Element 1 und ein sekundäres Übertragerteil 4 am Element 2 für eine Signalübertragung und jeweils ein primäres Übertragerteil 5 am Element 1 und ein sekundäres Übertragerteil 6 am Element 2 für eine Energieübertragung angeordnet. Hiermit können dann Messdaten und elektrische Energie zwischen beispielsweise auf der Lenkspindel angeordneten Sensoren und einer zentralen Auswerteeinheit im Fahrzeug übertragen werden.
Durch die Ausbildung der kammartig ineinander greifenden konzentrischen und radialen Wände der Kammerelemente 1 und 2 ist hier eine Kammer 7 für eine Signalübertragung und eine Kammer 8 für die Energieübertragung geschaffen. Durch die somit ereichte Ausbildung von zwei durch Kammerwände getrennte Übertrager kann somit auf einfache Weise eine Vermischung von Signal- und Energieübertragung vermieden werden.

Claims

Patentansprüche
1) Induktiver Übertrager zur Übertragung von Messdaten und elektrischer Energie zwischen zwei gegeneinander beweglichen Bauteilen (1,2) mit mindestens einem primären (3, 5) und min- destens einem sekundären Übertragerteil (4,6), dadurch gekennzeichnet, dass
- jeweils ein Übertrager (3,4) für die Übertagung von Messdaten und ein Übertrager (5,6) für die Übertragung von elektrischer Energie vorhanden ist und dass - sich die primären (3,5) und sekundären (4,6) Übertragerteile jeweils eines Übertragers in separaten, magnetisch weitgehend voneinander abgeschirmten Kammern (7,8) befinden, die durch konzentrische und radiale Metallwände an den Bauteilen (1,2) gebildet werden, wobei die konzentrischen Wände jeweils so ineinander greifen, dass sie die radial hintereinander liegende Kammern (7,8) bilden.
2) Induktiver Übertrager nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass - an jedem der gegeneinander beweglichen Bauteile ein metallisches Kammerelement (1,2) befindet, dass im radialen Schnitt eine doppelte U-Form aufweist und deren konzentrische Wände so angeordnet sind, dass sie ohne Behinderung der Drehbewegung ineinander greifen.
3) Induktiver Übertrager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
- eine Kammerelement (2) an der Lenkspindel eines Fahrzeuges und das andere Kammerelement (1) an der Lenksäule eines Fahrzeuges angebracht ist.
PCT/DE2001/003269 2000-09-20 2001-08-28 Induktiver übertrager Ceased WO2002025616A1 (de)

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