用于感应能量传输的电旋转变换器的制作方法

本发明涉及一种用于感应能量传输的电旋转变换器以及一种包括这种旋转变换器的他励式同步电动机器。

背景技术：

1、所谓的他励式同步电动机器在其旋转变换器转子中需要直流电压，以产生转子磁场。这一过程被称为“转子励磁”。

2、旋转的旋转变换器转子上的电能传输以感应的方式进行，因此是无线的。作为他励式同步电动机器的一部分，这种部件被称为“旋转变换器”或“旋转平面变换器”。

3、所述感应能量传输的工作原理基于电变换器，其中变换器的初级绕组或初级线圈布置在旋转变换器或同步电动机器的旋转变换器定子上，并且次级绕组或次级线圈设置在旋转的旋转变换器转子上。由于在感应能量传输期间，次级线圈中总是产生交流电压，因此，为了向电转子供电，需要将该交流电压转换为直流电压。

4、为了电旋转变换器或配置有该旋转变换器的他励式同步电动机器的运行，通常有必要将数据，或者至少信号，从初级侧(因而从定子)传输到次级侧(因而到转子)，或者以反方向从转子传输到定子，或者以双方向传输。

技术实现思路

1、本发明的目的是展示旋转变换器发展中的新方式。特别地，创建用于这种旋转变换器的改进的实施例，其提供初级侧和次级侧之间(因而定子和转子之间)的简单而高效的信号或数据传输。

2、该目的通过独立权利要求的主题解决。优选的实施例是从属权利要求的主题。

3、因此，本发明的基本思想是为电旋转变换器配备容性耦合装置，通过该容性耦合装置可以实现定子与可相对于定子旋转的转子之间的非接触信号传输。这样就充许在旋转变换器的静止初级侧和可旋转的次级侧之间进行期望的信号或数据传输。由于信号或数据传输与感应能量传输电隔离地进行，因此排除了因电磁影响对电容信号传输的干扰。在所述耦合装置的适当配置的情况下，电容方式的传输进一步能实现高数据传输速率。最后，这种容性耦合装置只需要很小的安装空间，并且事实证明它能够抵抗干扰，因此即使在长期运行期间也是可靠的。

4、根据本发明的特别是用于车辆牵引电机的用于感应能量传输的电旋转变换器包括具有初级线圈的旋转变换器定子。所述旋转变换器还包括旋转变换器转子，旋转变换器转子被形成为能够相对于旋转变换器定子绕旋转轴线旋转，且旋转变换器转子具有次级线圈。次级线圈电感耦合或者能够电感耦合到初级线圈。根据本发明，旋转变换器还附加性地包括容性耦合装置，用于旋转变换器定子和旋转变换器转子之间的电容信号传输。容性耦合装置部分地形成在所述旋转变换器定子上，部分地形成在所述旋转变换器转子上。

5、为了产生和接收电信号，旋转变换器可以包括设置在旋转变换器定子上的电发送和接收单元。为了产生和接收电信号，旋转变换器还可以具有设置在旋转变换器转子上的电发送和接收单元。为了发送单元和接收单元之间的信号传输，旋转变换器可以通过第一导电路径和第二导电路径扩展，这两个导电路径——彼此电分离并且彼此电并联——从而将两个发送单元和接受单元彼此电连接。

6、根据一个优选实施例，容性耦合装置包括第一板型电容器和第二板型电容器。两个板型电容器中的每一个都包括第一板元件和第二板元件，第二板元件被布置成与第一板元件间隔开，从而形成中间空间。中间空间中的空气可以充当电介质。在该实施例的情况下，两个第一板元件布置在定子上，两个第二板元件设置在旋转变换器转子上。因此，与第一板元件不同，第二板元件形成为能够旋转并且也与它们电隔离。

7、为了容性耦合，第一板元件和第二板元件因此相应地彼此相对，优选地轴向相对。因此，两个第一板元件中的每一个都可以轴向上布置成与对应的第二板元件相距非常小的距离。以这种方式，板型电容器的容量也会增加。此外，容性耦合装置仅需要很小的安装空间，特别是在轴向上。

8、根据一个优选实施例，旋转变换器转子具有次级线圈印刷电路板，其可以相对于旋转变换器定子绕旋转轴线旋转。次级线圈布置在次级线圈印刷电路板上——轴向面对初级线圈。因此，次级线圈由布置在次级线圈印刷电路板上的至少一个导体路迹形成。关于本发明，“布置在次级线圈印刷电路板上”是指形成次级线圈的至少一个导体路迹被布置——特别是可见地——布置在印刷电路板的表面上，或者被包围——特别是不可见地——被次级线圈印刷线路板的材料包围。这两种变型的组合，特别是可以应用在多层次级线圈印刷电路板的情况下，也包括在上文表述中。

9、两个第二板元件均通过形成在次级线圈印刷电路板上的至少一个由金属、优选铜制成的导体路迹形成。就本发明整体而言，“布置在印刷电路板上”是指形成板元件的导体路迹被布置——特别是可见地——布置在印刷线路板的表面上，或者被包围——特别是不可见地——被印刷电路板的材料包围。这两种变型的组合，特别是可以应用在多层印刷电路板的情况下，也包括在上文表述中。

10、然而，在另一个优选实施例中，第二板元件也可以布置在单独的印刷电路板上，因此不与次级绕组安装在共同的印刷电路板上。在另一替换实施例中，如果未提供次级线圈印刷电路板，第一板元件或/和第二板元件的结构形成为由金属制成的环形元件或者形成为转子上的镀铜塑料，且第一板元件或/和第二板元件围绕转子轴。

11、两个第二板元件可以优选地径向上布置在次级线圈印刷电路板的内侧上，并且次级线圈径向上布置在次级线圈印刷电路板的外侧上，或者反之亦然。这种变型可特别容易实现，从而生产成本低，因为旋转变换器的次级线圈以及两个板型电容器的成第二板元件形式的可旋转部分形成在同一印刷电路板上。此外，该实施例的结构特别紧凑。

12、根据有利的进一步实施例，两个板型电容器布置成沿着垂直于旋转轴线远离延伸的径向彼此间隔开。这种变型在轴向上需要的安装空间特别小。

13、根据另一有利的进一步实施例，两个第一板元件布置在至少一个附加印刷电路板上，该附加印刷电路板布置成与次级线圈印刷电路板轴向间隔开。这种附加印刷电路板在技术上可以相对容易地生产，因此，其生产具有成本效益。次级线圈印刷电路板和附加印刷电路板还可以轴向彼此靠近地布置。这使得沿轴向的安装空间进一步节省。用这种方式，可以额外地增加两个板型电容器的容量。就本发明整体而言，“布置在附加印刷电路板上”是指形成板元件的导体路迹被布置——特别是可见地——布置在印刷电路板的表面上，或者被包围——特别是不可见地——被印刷电路板材料包围。这两种变型的组合，特别是可以应用于多层印刷电路板的情况下，也包括在上文表述中。

14、特别有利的是，两个第一板元件可以均通过导体路迹形成，该导体路迹由金属、优选地由铜制成，导体路径形成在附加印刷电路板上。这种变型也可以特别容易地生产。

15、根据另一个优选实施例，两个板型电容器在沿着旋转轴线延伸的轴向上彼此相邻地布置。该变型实施例径向上结构特别紧凑。在另一变型中，两个板型电容器可以轴向彼此相邻地布置并且径向彼此偏移错开。

16、根据有利的进一步实施例，两个第一板元件布置在两个不同的附加印刷电路板上。在进一步实施例的情况下，次级线圈印刷电路板轴向布置在两个附加印刷电路板之间。

17、根据另一有利的进一步实施例，两个第二板元件布置在次级线圈印刷电路板的轴向相反侧部上。两个第二板元件中的一个因此轴向面对布置在第一附加印刷电路板上的第一板元件。两个第二板元件中的另一个轴向面对布置在第二附加印刷电路板上的第一板元件。这种进一步的方案还具有特别紧凑的轴向结构，并且其特征还在于对干扰的低电敏感性/低电子敏感性。

18、两个第一板元件和第二板元件可以各自相对于旋转轴线旋转对称地形成。以这种方式，在旋转变换器转子相对于旋转变换器定子的每个旋转位置处，确保了板型电容器在旋转变换器转子旋转运动期间的电信号传输方面的功能。

19、特别有利的是，至少一个板型电容器、优选两个板型电容器的第一板元件和第二板元件，可以因此各自具有环形几何形状。通过这种方式，如上所述，因此，可以确保在转子的旋转运动期间，板型电容器有关电信号传输方面的功能不减弱。

20、特别优选地，第一板元件和第二板元件相对于旋转轴线彼此同轴地布置。该措施也确保了在转子的旋转运动期间，板型电容器的功能不会减弱。

21、在一个优选实施例的情况下，磁芯材料、优选铁氧体材料制成的变换器芯布置在旋转变换器定子上。磁场线的走向可以通过变换器芯改善，并且因此在从初级侧到次级侧的能量传输期间，旋转变换器的效率可以提高。

22、变换器芯围绕出线圈容纳空间，初级线圈和设置在印刷电路板上的次级线圈布置在该线圈容纳空间中。两个线圈都在线圈容纳空间中的布置使得初级线圈和次级线圈能够以特别高效的方式彼此感应耦合。

23、特别有利的是，变换器芯以环形方式形成，并与旋转轴线同轴布置。因此需要的安装空间特别小。

24、根据有利的进一步发展，变换器芯在其内圆周上具有凹部，该凹部径向向内开放，并且次级线圈印刷电路板的径向外部印刷电路板部分布置在该凹部中。具有次级线圈的径向外印刷电路板部分以这种方式被变换器芯包围。

25、根据有利的进一步发展，凹部可以具有轴向凹陷，初级线圈被接收在该轴向凹陷中。初级线圈以这种方式也被变换器线圈完全包围。

26、由于变换器线圈的磁性材料不能对容性耦合装置产生有利的效果，根据本发明，容性耦合装置相应地布置在变换器芯或线圈容纳空间的外部。由于以这种方式节约了变换器线圈的材料，因此可以获得显著的成本优势。

27、特别优选地，初级线圈和次级线圈被布置在比容性耦合装置离旋转轴更远的径向距离处。这使得可以在径向外侧提供变换器线圈，并将其固定到电动机器的静止的、因此非旋转的定子上。

28、本发明还涉及一种特别是用于车辆的牵引电机的他励式同步电动机器。同步电动机器包括可以被供电的同步电动机器定子，用于产生定子磁场。该机器还包括可以被供电并且可以相对于同步电动机器定子旋转的同步电动机器转子，用于产生转子磁场，该同步电动机器转子具有同步电动机器转子轴。同步电动机器还包括上文介绍的根据本发明的旋转变换器，该旋转变换器以不可相对旋转的固定方式连接到同步电动机器转子轴。根据本发明的旋转变换器的上述优点因此也体现于根据本发明的他励式同步电动机器中。

29、同步电动机器特别地可以用于包括作为能量源的电池的机动车辆中。因此，同步电动机器特别地用于驱动机动车辆，因此特别地形成为牵引电机。根据本发明的牵引电机优选地具有100kw到240kw、特别是140kw的输出或驱动功率。

30、本发明的其他重要特征和优点来自于从属权利要求、附图以及基于附图的相应附图说明。

31、不言而喻，在不脱离本发明范围的情况下，上述特征和将在下面描述的特征不仅能以相应指出的组合使用，还能以其他组合或单独使用。

32、本发明的优选示例性实施例在附图中示出，并将在下文中更详细地描述，其中相同的附图标记指代相同或相似或功能相同的部件。