DE102007042659B4 - coupling device - Google Patents
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Abstract
Koppeleinrichtung
mit einem ersten Gehäuseteil und einen zweiten Gehäuseteil,
die relativ zueinander um eine Achse drehbar gelagert sind,
wobei
– eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung ein induktives Koppelelement bilden, wobei
die Primärwicklung am ersten Gehäuseteil konzentrisch zur Achse angeordnet ist und die Sekundärwicklung am zweiten Gehäuseteil konzentrisch zur Achse angeordnet ist,
– am ersten Gehäuseteil eine elektrisch leitfähige Fläche als erste Koppelfläche ausgebildet ist
und am zweiten Gehäuseteile eine elektrisch leitfähige Fläche als zweite Koppelfläche ausgebildet ist,
die zusammen ein kapazitives Koppelelement bilden,
dadurch gekennzeichnet, dass
das induktive Koppelelement von einer magnetischen Abschirmung umgeben ist,
wobei die magnetische Abschirmung zwischen induktivem Koppelelement und kapazitiven Koppelelementen angeordnet ist.coupling device
with a first housing part and a second housing part,
which are mounted rotatably relative to each other about an axis,
in which
- Form a primary winding and a secondary winding, an inductive coupling element, wherein
the primary winding is arranged concentrically with the axis on the first housing part and the secondary winding is arranged on the second housing part concentric with the axis,
- Is formed on the first housing part, an electrically conductive surface as a first coupling surface
and an electrically conductive surface is formed as a second coupling surface on the second housing parts,
which together form a capacitive coupling element,
characterized in that
the inductive coupling element is surrounded by a magnetic shield,
wherein the magnetic shield between the inductive coupling element and capacitive coupling elements is arranged.
Description
Die Erfindung betrifft eine Koppeleinrichtung für eine Anlage zur berührungslosen Energie- und Datenübertragung.The invention relates to a coupling device for a system for contactless energy and data transmission.
Aus der
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Aus der
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage mit berührungsloser Energie- und Datenübertragung weiterzubilden, wobei die Fehlerrate der Übertragung verringert ist.The invention has the object of developing a system with contactless energy and data transmission, the error rate of the transmission is reduced.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Koppeleinrichtung nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.According to the invention the object is achieved in the coupling device according to the features indicated in claim 1.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Koppeleinrichtung sind in Anspruch 1 angegeben. Somit ist insbesondere vorgesehen, dass ein erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil vorgesehen sind, die relativ zueinander um eine Achse drehbar gelagert sind, wobei
- – eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung ein induktives Koppelelement bilden, wobei die Primärwicklung am ersten Gehäuseteil konzentrisch zur Achse angeordnet ist und die Sekundärwicklung am zweiten Gehäuseteil konzentrisch zur Achse angeordnet ist,
- – am ersten Gehäuseteil eine elektrisch leitfähige Koppelfläche ausgebildet ist und am zweiten Gehäuseteil eine elektrisch leitfähige Koppelfläche ausgebildet ist, die zusammen ein kapazitives Koppelelement bilden.
- A primary winding and a secondary winding form an inductive coupling element, wherein the primary winding is arranged on the first housing part concentric to the axis and the secondary winding is arranged on the second housing part concentric to the axis,
- - An electrically conductive coupling surface is formed on the first housing part and on the second housing part an electrically conductive coupling surface is formed, which together form a capacitive coupling element.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist am ersten Gehäuseteil ein erstes Paar von Koppelflächen und am zweiten Gehäuseteile ein zweites Paar von Koppelflächen ausgebildet, wobei je eine Kontaktfläche des ersten Paars mit einer Kontaktfläche des zweiten Paars ein kapazitives Koppelelement bilden. Von Vorteil ist dabei, dass das Signal der Leistungsübertragung nicht auf das Signal der Datenübertragung übersprechen kann. Somit sind die Übertragungsfehler verringert. Von Vorteil ist weiter, dass mit dem induktiven Koppelelement große Stromstärken übertragbar sind und somit eine Leistungsversorgung möglich ist, während mit den kapazitiven Koppelelementen Datensignale mit kleiner Stromstärke verzerrungsarm übertragen werden.In an advantageous embodiment, a first pair of coupling surfaces and on the second housing parts, a second pair of coupling surfaces is formed on the first housing part, wherein each form a contact surface of the first pair with a contact surface of the second pair a capacitive coupling element. The advantage here is that the signal of the power transmission can not crosstalk to the signal of the data transmission. Thus, the transmission errors are reduced. Another advantage is that with the inductive coupling element large currents are transferable and thus a power supply is possible, while with the capacitive coupling elements data signals are transmitted with low amperage distortion.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das induktive Koppelelement von einer magnetischen Abschirmung umgeben. Vorzugsweise ist die magnetische Abschirmung zwischen induktivem Koppelelement und kapazitiven Koppelelementen angeordnet. Somit ist die Induktion von Wirbelströmen durch die induktive Übertragung in die kapazitiven Koppelelemente weiter vermindert und es sind Störquellen für die Datenübertragung vom Übertragungsbereich ferngehalten.In an advantageous embodiment, the inductive coupling element is surrounded by a magnetic shield. Preferably, the magnetic shield between inductive coupling element and capacitive coupling elements is arranged. Thus, the induction of eddy currents through the inductive transmission in the capacitive coupling elements is further reduced and there are sources of interference for data transmission away from the transmission range.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Koppelflächen durch metallische, ringförmige Bänder gebildet, deren Oberfläche jeweils radial zur Drehachse angeordnet ist. Somit sind die kapazitiven Koppelelemente unabhängig von der Drehposition funktionsfähig, weil die elektrischen Koppelflächen die Drehsymmetrie der Koppeleinrichtung nachbilden.In an advantageous embodiment, the coupling surfaces are formed by metallic, annular bands whose surface is arranged in each case radially to the axis of rotation. Thus, the capacitive coupling elements are functional independently of the rotational position, because the electrical coupling surfaces simulate the rotational symmetry of the coupling device.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Koppelflächen jedes Paars auf einem gemeinsamen, gedachten Zylinder angeordnet. Somit ist eine kompakte Baugröße bereitgestellt.In an advantageous embodiment, the coupling surfaces of each pair are arranged on a common, imaginary cylinder. Thus, a compact size is provided.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung verlaufen die Windungen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung jeweils um die Drehachse. Von Vorteil ist dabei, dass die Leistungsversorgung unabhängig von der Drehposition der Koppeleinrichtung bereitsteht.In an advantageous embodiment, the turns of the primary winding and the secondary winding each extend about the axis of rotation. The advantage here is that the power supply is available regardless of the rotational position of the coupling device.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Primärwicklung und die Sekundärwicklung jeweils mit einem Stecker verbunden, der eine Auszugssicherung aufweist. Somit ist eine hohe Stromstärke, beispielsweise von mehr als 10 A, übertragbar, und die Anlage weist eine erhöhte Sicherheit auf.In an advantageous embodiment, the primary winding and the secondary winding are each connected to a plug which has a pull-out protection. Thus, a high current, for example, of more than 10 A, transferable, and the system has increased security.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das induktive Koppelelement radial innerhalb der kapazitiven Koppelelemente angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass das induktive Koppelelement mit geringem Platzbedarf ausführbar ist, und dass die kapazitive Kopplung preiswert realisierbar ist.In an advantageous embodiment, the inductive coupling element is arranged radially within the capacitive coupling elements. The advantage here is that the inductive coupling element with a small footprint is executable, and that the capacitive coupling can be realized inexpensively.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist jede Kontaktfläche eine Ringbreite von 1 cm bis 3 cm auf, insbesondere 2 cm. Vorzugsweise sind die Koppelflächen jeder kapazitiven Koppeleinrichtung 0,5 cm bis 2 cm, insbesondere 1 cm, beabstandet. Somit sind besonders günstige Verhältnisse für die Datenübertragung erreicht.In an advantageous embodiment, each contact surface has a ring width of 1 cm to 3 cm, in particular 2 cm. Preferably, the coupling surfaces of each capacitive coupling device 0.5 cm to 2 cm, in particular 1 cm, spaced. Thus, particularly favorable conditions for data transmission are achieved.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung bilden die Koppelflächen der kapazitiven Koppeleinrichtungen jeweils eine elektrisch leitenden Ring, der an einer Stelle elektrisch durchtrennt ist. Somit sind umlaufende Wirbelströme, die in den Kondensatorflächen der kapazitiven Koppelelemente vom induktiven Koppelelement induziert würden, unterbrochen.In an advantageous embodiment, the coupling surfaces of the capacitive coupling devices each form an electrically conductive ring, which is electrically severed at one point. Thus, circulating eddy currents that would be induced in the capacitor surfaces of the capacitive coupling elements of the inductive coupling element, interrupted.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Koppelflächen der kapazitiven Koppeleinrichtungen jeweils in der Mitte zwischen den durch die Durchtrennung gebildeten Enden mit Anschlussmitteln verbunden. Somit ist eine gute Dateneinkopplung erreicht.In an advantageous embodiment, the coupling surfaces of the capacitive coupling devices are each connected in the middle between the ends formed by the transection with connection means. Thus, a good data coupling is achieved.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Koppelflächen der kapazitiven Koppeleinrichtungen in Umfangsrichtung quer verlaufende Lücken oder Einschnitte auf. Somit sind Wirbelströme, die in den Kondensatorflächen der kapazitiven Koppelelemente vom induktiven Koppelelement induziert würden, weiter vermindert.In an advantageous embodiment, the coupling surfaces of the capacitive coupling devices in the circumferential direction on transverse gaps or cuts. Thus, eddy currents that would be induced in the capacitor surfaces of the capacitive coupling elements of the inductive coupling element, further reduced.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Koppelflächen jeweils auf einer elektrisch isolierenden Unterlage befestigt. Somit ist eine ungestörte Datenübertragung über den durch die Koppelflächen gebildeten Kommunikationskanal ermöglicht.In an advantageous embodiment, the coupling surfaces are each mounted on an electrically insulating pad. Thus, an undisturbed data transmission over the communication channel formed by the coupling surfaces is made possible.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.Further advantages emerge from the subclaims. The invention is not limited to the combination of features of the claims. For the skilled person, further meaningful combination options of claims and / or individual claim features and / or features of the description and / or figures, in particular from the task and / or posing by comparison with the prior art task.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- DrehübertragerRotary joint
- 22
- Gehäuseteilhousing part
- 33
- Gehäuseteilhousing part
- 44
- Verbindungsringconnecting ring
- 55
- Anschlusskastenjunction box
- 66
- Steckerplug
- 77
- Auszugssicherungpull-out protection
- 88th
- BNC-AnschlussBNC connector
- 99
- Schraubescrew
- 1010
- Wellewave
- 2020
- Primärwicklungprimary
- 2121
- Sekundärwicklungsecondary winding
- 2222
- Anschlussconnection
- 2323
- Abschirmungshielding
- 2424
- Luftspaltair gap
- 2525
- Ringeinsatzring insert
- 26, 27, 28, 2926, 27, 28, 29
- Kupferbandcopper tape
- 3030
- Labyrinthdichtunglabyrinth seal
- 3131
- Drehachseaxis of rotation
- 3232
- Primärwicklungprimary
- 3333
- Trogtrough
- 3434
- Sekundärwicklungsecondary winding
- 3535
- Trägercarrier
- 3636
- Deckelcover
- 3737
- Spaltgap
- 3838
- BereichArea
- 4040
- Kupferstreifencopper strips
- 4141
- Längsstreifenvertical stripes
- 4242
- Querstreifentuck
- 4343
- Lückegap
- 4444
- Streifenendestrip end
- 4545
- Einschnittincision
- 50, 5150, 51
- Modemmodem
- 52, 53 52, 53
- Transceivertransceiver
- 5454
- Generatorgenerator
- 5555
- AC/DC-WandlerAC / DC converter
- 5656
- Primärseiteprimary
- 5757
- Sekundärseitesecondary side
- 58, 5958, 59
- Kondensatorcapacitor
- 6060
- Verbraucherconsumer
- 6161
- DrehübertragerRotary joint
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:The invention will now be explained in more detail with reference to figures:
Es zeigtIt shows
Am ersten Gehäuseteil
Ein klappbarer Bügel am Stecker
Erstes Gehäuseteil
Der Verbindungsring
Der Stecker
Primärwicklung
Außerhalb der Abschirmungen
Zwischen dem Ringeinsatz
Die Ringeinsätze
Die Kupferbänder
Durch die zwei parallel betriebenen kapazitiven Koppelelemente ist eine Übertragung von HF-Signalen vom BNC-Anschluss
Die Ringbreite der eingesetzten Kupferbänder
In einem ersten Gehäuseteil
Das ringförmige Träger
Erstes Gehäuseteil
In den Seitenwänden des Bereichs
Ein erstes Kupferband
Zwischen den zwei zu jedem kapazitiven Koppelelement gehörenden Kupferbändern ist jeweils Luft angeordnet.Air is arranged between the two copper strips belonging to each capacitive coupling element.
Erste kapazitives Koppelelement und zweites kapazitives Koppelelement bilden gemeinsam einen Übertragungskanal für die Datenübertragung.First capacitive coupling element and second capacitive coupling element together form a transmission channel for data transmission.
In Weiterbildungen sind die Kupferbänder
Der Kupferstreifen
In einen Kupferstreifen
In weiteren Ausführungsbeispielen wird statt Kupfer ein anderer metallischer Leiter, beispielsweise Aluminium, eingesetzt.In further embodiments, instead of copper, another metallic conductor, for example aluminum, is used.
Ein als Übertragerkopf ausgebildeter Drehübertrager
Die Primärseite
Dieser Wechselstrom wird über den Transformator an einen Gleichrichter
Der Gleichrichter
Der Generator
Der Drehübertrager
Die Kondensatoren
Über die parallel angeordneten Kondensatoren
Der Transceiver
Das Modem
So ist ein bidirektionaler Datenaustausch über eine bewegliche Koppeleinrichtung bereitgestellt, wobei parallel zur Koppelung für den Datenaustausch eine induktive Kopplung für Energie vorgesehen ist, aus der ein Verbraucher und die Transceiver
Claims (17)
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Legal Events
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
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R026 | Opposition filed against patent |
Effective date: 20121128 |
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R034 | Decision of examining division/federal patent court maintaining patent in limited form now final | ||
R206 | Amended patent specification |