DE10012981A1 - Non-contact inductive signal transmission unit for use between parts with relative motion, has compensation for signal loss - Google Patents
Non-contact inductive signal transmission unit for use between parts with relative motion, has compensation for signal lossInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die kontaktlose Übertragung von elektrischer Energie von einer stationären zu einer rotierenden Einheit und die zuverlässige bidirektionale Übertragung von elektronischen Daten zwischen einer stationären und einer rotierenden Einheit. Dabei muß die übertragbare elektrische Energie ausreichen, um auf der rotierenden Seite z. B. einen mittelgroßen Elektromotor zu betreiben bzw. eine komplexe elektronische Schaltung mit Spannung zu versorgen. Die übertragbare Datenrate muß ausreichen, um die Steuerung von komplexen elektronischen Systemen auf der rotierenden Seite zu gewährleisten. Des weiteren soll die Einrichtung kompakt sein und das bei Werkzeugmaschinen übliche Verfahren zum seitlichen Werkzeugwechsel unterstützen.In particular, the invention relates to the contactless transmission of electrical energy from a stationary to a rotating unit and the reliable one bidirectional transmission of electronic data between a stationary and a rotating unit. The transferable electrical energy must be sufficient to on the rotating side z. B. to operate a medium-sized electric motor or a complex to supply electronic circuitry with voltage. The transferable data rate must sufficient to control complex electronic systems on the rotating Ensure side. Furthermore, the facility should be compact and that at Support machine tool usual procedures for lateral tool change.
Es ist bekannt, daß für die kontaktlose Übertragung von elektrischer Energie eine induktive bzw. eine kapazitive Kopplung zwischen Quelle und Senke verwendet werden kann.It is known that a for the contactless transmission of electrical energy inductive or a capacitive coupling between source and sink can be used.
Das induktive Ververfahren wird bereits verwendet bei der Übertragung von elektrischer Energie von einer stationären zu einer, sich relativ dazu geradlinig bewegenden Einheit (DE 44 12 957 A1).The inductive method is already used for the transmission of electrical energy from a stationary to a linearly moving relative to it Unit (DE 44 12 957 A1).
Nachteilig an dieser Einrichtung ist, daß sie nur eine Translation der beweglichen Einheit, nicht aber eine Rotation relativ zur stationären Einheit erlaubt.The disadvantage of this device is that it is only a translation of the movable Unit, but not a rotation relative to the stationary unit allowed.
Eine weitere bekannte Einrichtung (Präsentation der Firma GAUSS GmbH & Co KG von COMBITRANS® am 15. Februar 2000 bei der Firma MAPAL, Aalen) kann die kontaktlose Übertragung von elektrischer Energie und elektronischen Daten zwischen einem stationären und einem rotierenden System gewährleisten. Die Übertragung von elektrischer Energie basiert hierbei auf dem Prinzip eines Transformators, bei dem Primär- und Sekundärspule durch einen gemeinsamen Ferritkörper vom gleichen magnetischen Fluß durchdrungen werden. Um Primär- (stationäre Einheit) und Sekundärseite (bewegliche Einheit) gegeneinander rotieren zu können, ist der Ferritkörper zwischen beiden Spulen als Doppelring mit je einem U-Profil ausgeführt. Zwischen beiden Ringen befindet sich ein schmaler Luftspalt, der stationäre und rotierende Seite voneinander trennt.Another well-known facility (presentation of the company GAUSS GmbH & Co KG from COMBITRANS® on February 15, 2000 at MAPAL, Aalen) contactless transmission of electrical energy and electronic data between one ensure a stationary and a rotating system. The transmission of electrical Energy is based on the principle of a transformer, in which primary and Secondary coil through a common ferrite body from the same magnetic flux to be penetrated. To primary (stationary unit) and secondary side (movable Unit) to be able to rotate against each other, is the ferrite body between the two coils as Double ring with one U-profile each. There is a between the two rings narrow air gap that separates the stationary and rotating sides.
Diese Einrichtung widerspricht jedoch der Forderung, den bei Werkzeugmaschinen üblichen Verfahren zum Werkzeugwechsel zu unterstützen. Sie erlaubt keine seitliche Zuführung des Werkzeuge an die Spannvorrichtung der Werkzeugaufnahme, da der Ferritkörper der stationären Seite als Vollring im Verfahrweg der Werkzeugzuführung liegt. Da dieses System mit einer kapazitiven Datenübertragung arbeitet, kann der Vollring aus schaltungstechnischen Gründen nicht unterbrochen werden. Die Werkzeugzuführung kann bei dieser Einrichtung nur von unten erfolgen, was den Werkzeugwechsel erheblich komplizierter macht.However, this device contradicts the requirement for machine tools to support usual procedures for changing tools. It does not allow lateral Feeding the tools to the clamping device of the tool holder, since the Ferrite body on the stationary side as a full ring lies in the path of the tool feed. Since this system works with a capacitive data transmission, the full ring can circuit-technical reasons are not interrupted. The tool feed can this device can only be done from below, which makes the tool change considerably more complicated makes.
Eine ähnliche Lösung (Werbeblätter der Firma MESA Systemtechnik GmbH) für kontaktlose Übertragung von elektrischer Energie und elektronischen Daten basiert auf induktiver Übertragung sowohl der Energie als auch der Daten. Dieses System erlaubt eine Ausführung des Ferritkörpers auf stationärer Seite sowohl als Vollring als auch als Teilring.A similar solution (advertising leaflets from MESA Systemtechnik GmbH) for contactless transmission of electrical energy and electronic data is based on inductive transmission of both energy and data. This system allows one Design of the ferrite body on the stationary side both as a full ring and as a partial ring.
Nachteilig an der Vollringausführung sind die oben genannten Probleme beim Werkzeugwechsel.A disadvantage of the full ring design are the problems mentioned above Tool change.
Bei der Teilringausführung treten in der Sekundärspule (rotierende Einheit) hohe Streuinduktivitäten (schlechte induktive Kopplung) auf, wodurch nur ein relativ geringer Wirkungsgrad bei der Übertragung der elektrischen Energie erzielt werden kann. Die übertragbare elektrische Energie reicht nur aus, um die Ansteuerelektronik für einen Sensor zu versorgen, aber nicht, um einen mittelgroßen Motor (z. B. Werkzeugmaschinenmotor) zu betreiben. Um bei diesem geringen Wirkungsgrad die erwünschte elektrische Energie zur rotierenden Einheit übertragen zu können, wären in der Primärwicklung (stationäre Einheit) hohe Ströme notwendig. Die damit verursachte hohe Verlustwärme würde einen kompakten Aufbau der stationären Einheit verhindern.In the case of the partial ring, there are high ones in the secondary coil (rotating unit) Leakage inductances (poor inductive coupling), which means only a relatively small one Efficiency in the transmission of electrical energy can be achieved. The Transferable electrical energy is only sufficient to activate the control electronics for a sensor supply, but not to a medium-sized motor (e.g. machine tool motor) operate. In order to achieve the desired electrical energy at this low efficiency rotating unit would be in the primary winding (stationary unit) high currents necessary. The resulting high heat loss would be compact Prevent the stationary unit from being set up.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur kontaktlosen induktiven Übertragung von elektrischer Energie von einer stationären zur einer rotierenden Einheit und einer zuverlässigen bidirektionale Übertragung von elektronischen Daten zwischen einer stationären und einer rotierenden Einheit bereitzustellen. Dabei muß die übertragbare Energie ausreichen, um auf der rotierenden Seite einen mittelgroßen Elektromotor zu betreiben bzw. eine komplexe elektronische Schaltung mit Spannung zu versorgen. Die übertragbare Datenrate muß ausreichen, um die Steuerung von komplexen elektronischen Systemen auf der rotierenden Seite zu gewährleisten. Gleichzeitig muß die Erfindung die Kompaktheit der Einrichtung und die Unterstützung der bei Werkzeugmaschinen üblichen seitlichen Werkzeugzuführung ermöglichen.The invention has for its object a device for contactless inductive transmission of electrical energy from a stationary to a rotating one Unit and reliable bidirectional transmission of electronic data between a stationary and a rotating unit. The transferable energy is sufficient to have a medium-sized on the rotating side Operate electric motor or a complex electronic circuit with voltage too supply. The transferable data rate must be sufficient to control complex to ensure electronic systems on the rotating side. At the same time, the Invention the compactness of the facility and the support of Allow machine tools the usual side tool feed.
Die Lösung des Problems ergibt sich durch die Merkmale der Patentansprüche 1 bis 3.The solution to the problem results from the features of claims 1 to 3.
Gemäß Anspruch 1 wird die Einrichtung für die kontaktlose induktive Übertragung von elektrischer Energie von einer stationären zur einer rotierenden Einheit und die Übertragung von elektronischen Daten zwischen einer stationären und einer rotierenden Einheit folgendermaßen aufgebaut. Die Ferritkörper zur Kopplung zwischen stationärer und rotierender Einheit sind auf der stationären Seite als Teilringe ausgeführt. Dies ist erforderlich, um eine seitliche Werzeugzuführung zu erlauben. Die Teilringe verursachen eine geringe Kopplung zwischen der stationären und rotierenden Einheit. Um die Möglichkeit zu haben, mit Hilfe einer speziellen schaltungstechnischen Maßnahme die dadurch entstehenden Wärmeverluste zu vermeiden, ohne die Übertragung der elektronischen Daten zu beeinflussen, werden die elektronischen Daten und die elektrische Energie mittels getrennter Teilringe übertragen.According to claim 1, the device for contactless inductive transmission of electrical energy from a stationary to a rotating unit and the Transfer of electronic data between a stationary and a rotating one Unit constructed as follows. The ferrite body for coupling between stationary and rotating unit are designed as partial rings on the stationary side. This is required to allow a side tool feed. The partial rings cause a small Coupling between the stationary and rotating unit. To have the opportunity with the help of a special circuit-technical measure Avoid heat loss without transferring the electronic data too influence, the electronic data and the electrical energy are separated by means of Transfer partial rings.
Gemäß Anspruch 2 werden die Blindanteile der Ströme, die bei der Übertragung von elektrischer Energie durch die Schaltungselemente der stationären Einheit fließen und die Wärmeverluste verursachen, mit Hilfe von Kondensatoren kompensiert. Diese spezielle schaltungstechnische Maßnahme wird in der elektrischen Schaltungstechnik Blindleistungskompensation genannt. Aufgrund der geringen Wärmeverluste kann die Schaltung kompakt aufgebaut werden und es kann gleichzeitig genügende elektrische Energie übertragen werden, um z. B. einen mittelgroßen Elektromotor zu betreiben bzw. eine komplexe elektronische Schaltung mit Spannung zu versorgen.According to claim 2, the reactive components of the currents that are in the transmission of electrical energy flow through the circuit elements of the stationary unit and the Cause heat loss, compensated with the help of capacitors. This special Circuitry measure is in electrical circuitry Reactive power compensation called. Due to the low heat losses, the Circuit can be built compactly and at the same time sufficient electrical energy be transferred to e.g. B. to operate a medium-sized electric motor or a to supply power to complex electronic circuits.
Um die rotierende Einheit möglichst klein zu halten, wird gemäß Anspruch 3 die Blindleistungskompensation in der stationären Einheit durchgeführt.In order to keep the rotating unit as small as possible, according to claim 3 Reactive power compensation carried out in the stationary unit.
Die Einzelheiten der Erfindung werden im nachfolgenden Ausführungsbeispiel anhand der Fig. 1 und Fig. 2 erläutert.The details of the invention will in the following exemplary embodiment of FIG. 1 and FIG. 2 based explained.
Die Fig. 1 zeigt die Seitenansicht und die Fig. 2 die Draufsicht einer Schematischen Darstellung der Einrichtung. Fig. 1 shows the side view and Fig. 2 shows the top view of a schematic representation of the device.
Die Einrichtung zur kontaktlosen Übertragung von elektrischer Energie und elektronischen Daten zwischen einer stationären A und einer rotierenden Einheit B umfaßt die Spulen 1 zur induktiven Übertragung von Energie und Daten. Diese Spulen sind eingebettet in Ferritring 2 auf der rotierenden Einheit B für die Übertragung von elektrischer Energie, Ferritring 3 auf der rotierenden Einheit B für die Übertragung von elektronischen Daten, Ferritring 4 auf der stationären Einheit A für die Übertragung von elektrischer Energie und in Ferritring 5 auf der stationären Einheit A für die Übertragung von elektronischen Daten. Die Blindleistungskompensation, um die entstehende Verlustwärme zu verringern und eine Kompaktheit der elektronischen Schaltung 9 in der stationären Einheit A zu ermöglichen, erfolgt durch den Kondensator 5.The device for the contactless transmission of electrical energy and electronic data between a stationary A and a rotating unit B comprises the coils 1 for the inductive transmission of energy and data. These coils are embedded in ferrite ring 2 on the rotating unit B for the transmission of electrical energy, ferrite ring 3 on the rotating unit B for the transmission of electronic data, ferrite ring 4 on the stationary unit A for the transmission of electrical energy and in ferrite ring 5 on the stationary unit A for the transmission of electronic data. The reactive power compensation in order to reduce the resulting heat loss and to make the electronic circuit 9 in the stationary unit A compact is performed by the capacitor 5 .
Die übertragene elektrische Energie wird benötigt, um den Elektromotor 7 und die Elektronische Schaltung 8 in der rotierenden Einheit B, zu versorgen. The transmitted electrical energy is required to supply the electric motor 7 and the electronic circuit 8 in the rotating unit B.
Fig.Fig.
11
Seitenansicht
Side view
Fig.Fig.
22
Draufsicht
A stationäre Einheit der Einrichtung
B rotierende Einheit der Einrichtung
Top view
A stationary unit of the facility
B rotating unit of the facility
11
Spulen zur induktiven Übertragung von Energie und Daten
Coils for the inductive transmission of energy and data
22
Ferritring auf der rotierenden Einheit für die Übertragung von elektrischer Energie
Ferrite ring on the rotating unit for the transmission of electrical energy
33rd
Ferritring auf der rotierenden Einheit für die Übertragung von elektronischen Daten
Ferrite ring on the rotating unit for the transmission of electronic data
44
Ferritring auf der stationären Einheit für die Übertragung von elektrischer Energie
Ferrite ring on the stationary unit for the transmission of electrical energy
55
Ferritring auf der stationären Einheit für die Übertragung von elektronischen Daten
Ferrite ring on the stationary unit for the transmission of electronic data
66
Kondensator zur Blindleistungskompensation
Capacitor for reactive power compensation
77
Elektromotor
Electric motor
88th
Elektronische Schaltung in der rotierenden Einheit
Electronic circuit in the rotating unit
99
Elektronische Schaltung in der stationären Einheit
Electronic circuit in the stationary unit
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2000112981 DE10012981A1 (en) | 2000-03-16 | 2000-03-16 | Non-contact inductive signal transmission unit for use between parts with relative motion, has compensation for signal loss |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE2000112981 DE10012981A1 (en) | 2000-03-16 | 2000-03-16 | Non-contact inductive signal transmission unit for use between parts with relative motion, has compensation for signal loss |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE10012981A1 true DE10012981A1 (en) | 2001-09-27 |
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ID=7635066
Family Applications (1)
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