CN105393413A - 用于多纤维电刷的高电流滑环 - Google Patents

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Abstract

滑环包括围绕旋转轴线(11)旋转的滑环模块(10)，所述滑环模块具有多条滑动轨道(13)和于滑动轨道上滑动的至少一个多线电刷(21，22)。滑动轨道(13)具有圆形接触表面，所述圆形接触表面的中心位于旋转轴线(11)上并且具有凸形横截面(19)。由于该凸形滑动轨道(13)，因此多线电刷(21，22)的单个电刷线(50，51，52)分布在滑动轨道表面上并且提供大量接触点。这导致产生较高的载流量、较低的接触电阻以及较低的接触噪音。

Description

用于多纤维电刷的高电流滑环
技术领域
本发明涉及一种用于通过可旋转部件之间的滑动接触传递电信号和/或能量的滑环。在这种滑动接触中，电刷能够在滑动轨道上滑动，所述滑动轨道还称作滑环轨道。电刷和滑动轨道包括导电材料。电刷和滑动轨道之间的接触建立了电流连接，凭借所述电流连接可以传递电流。
背景技术
在DE1489080A中公开了一种滑环。这里，电刷包括在轨道的凹槽中行进的实心单线。
在EP0662736A中公开了另一种滑环，所述滑环具有在轨道的V形凹槽中行进的多线电刷。多线电刷具有多根电刷线，所述多根电刷线提供与滑动轨道的多个同时接触部。这导致产生较低的接触电阻和较高的载流量。
发明内容
待由本发明解决的问题是提供一种滑环，所述滑环提供进一步改进的性能、进一步减小的接触电阻和接触噪音、以及进一步增加的载流量。本发明的另一目的在于提供一种滑动轨道，所述滑动轨道具有改进的性能、进一步减小的接触电阻和接触噪音、以及进一步增加的载流量。
在独立权利要求中描述了问题的解决方案。从属权利要求涉及对本发明的进一步改进。
在第一实施例中，滑动轨道呈凸形，以使多纤维电刷的电刷线(也称作接触线)更好的分布。优选地，这种凸形部从滑环模块的表面向外突出。现有技术已知的大部分滑动轨道具有向内形成到滑环模块的表面中的凹表面，所述凹表面设计成在预定轨道处引导电刷的至少一根电刷线。如果多根电刷线在凹滑动轨道中行进，则电刷中的一些电刷线在凹轨道表面上直接滑动，而其它电刷线位于这些滑动的电刷线的顶部上。这些其它电刷线没有与滑动轨道建立电接触。系列测试表明，在大多数情况中，20％至50％、甚至高到80％的可用电刷线不在滑动轨道表面上滑动。所述第一实施例通过使用凸滑动轨道表面改善了这个问题。这里，单个电刷线均匀地分布在滑动轨道的表面上。如果一根电刷线位于另一根电刷线的上方，则该电刷线仅滑动到所述另一根电刷线的旁侧并且接触滑动轨道。
仅在与具有至少两根电刷线的多线电刷相结合的情况下，使用凸滑动轨道才有益。如果存在多根电刷线，则电刷线中的一些相对于轨道的中心的第一侧滑动，而其它电刷线在轨道的中心的另一侧上滑动。由于呈凸形，因此存在从轨道侧向以及向下拉动电刷线的力。由于对轨道的中心的两侧均施加这些力，这些力抵消并且使电刷作为整体保持在稳定位置。
在另一实施例中，在凸形滑动轨道的一侧处设置至少一个凹槽。优选地，在凸形滑动轨道的两侧上设置两个凹槽。这些凹槽可以限制电刷线的运动。通过设置至少一个侧翼和/或抬高侧部来进一步改进对电刷线的运动的限制。在另一实施例中，可以设置具有至少两个凸形横截面区段的接触表面。可以设置相互平行的多个电刷，所述多个电刷中的每个在其自己的横截面区段上。
优选地，滑动轨道呈圆形，所述圆形还可以描述为圆弧区段。凸滑动轨道的中心限定中心平面。优选地，至少一个电刷被保持在中心平面中。优选地，电刷至少基本平行于中心平面。
另一实施例涉及一种滑环模块，所述滑环模块包括至少一条如本文所述的滑动轨道。另一实施例涉及一种滑环，所述滑环包括如本文所述的至少一个滑环模块和至少一个多线电刷。而且，优选地，所述至少一个多线电刷包括至少两根电刷线和用于保持所述至少两根电刷线的电刷保持件。优选地，所述至少一个多线电刷安装在由圆形接触表面的中心限定的中心平面内。
由于本发明的凸滑动轨道，电刷线更好地分布在滑动轨道上。测试表明，多于90％的电刷线与滑动轨道直接接触。因此，通过使用根据前述实施例的滑动轨道，能够在不增加滑动的电刷线的总数量的情况下增加与滑动轨道保持滑动接触的电刷线的数量。这导致增加的载流量、减小的接触电阻以及减小的接触噪音。而且，热量在更大的表面上消散并且更好地分布在电刷线和轨道表面上，这进一步通过减小磨损而增加载流量并且延长使用寿命。由于增加的载流量，可以制造更小的滑环。特别地，如果在现有技术已知的具有凹滑动轨道的实施例中存在大量滑动的电刷线，则电刷线可以相对于其它电刷线移动其位置。这导致产生额外的接触噪音。通过本文描述的实施例避免这种接触噪音。
最优选地，本文提及的滑动轨道和电刷线包括至少一种金属、优选地为贵金属。这种贵金属可以是金、银或者其合金。滑动轨道和/或至少一根电刷线可以具有由这种金属中的一种制成的表面，或者可以是由这种金属制成实心体。优选地，滑动轨道具有金属主体，所述金属主体可以是表面包括至少一种贵金属的铜或者任何铜合金、或者类似的导电金属材料。至少一个电刷可以具有由导电材料(例如钢、黄铜或者铜)制成的内部主体，所述内部主体由包括至少一种贵金属的材料涂覆。通常，如本文提及的电刷包括多根电刷线。
附图说明
在下文中，参照附图，通过以示例而非限制整体发明理念的方式描述实施例的示例而对本发明进行说明，附图中：
图1示出了凸滑动轨道的截面图。
图2示出了第二实施例的截面图。
图3在滑动轨道的截面图中示出了在滑动的电刷线处的力。
图4在侧视图中示出了由电刷保持件保持的多个电刷。
图5示出了现有技术已知的滑动轨道。
图6示出了现有技术已知的另一滑动轨道。
图7示出了滑环的截面图。
具体实施方式
在图1中，示出了根据第一实施例的凸滑动轨道的截面图。滑动轨道具有滑动轨道体14。滑动轨道体14由滑环体16保持或者嵌入到所述滑环体中。为了允许与电刷的良好电接触，在滑动轨道体14的表面处存在滑动轨道涂层15。多根电刷线50在滑动轨道涂层处滑动。滑动轨道基本具有凸形横截面19，其中，中心段41限定中心平面49。除了所述中心段之外，优选地，还设置有侧翼42和43，所述侧翼优选地也如上所述被涂覆。在正常操作期间，电刷线50在凸形滑动轨道部分上滑动并且不在侧翼上滑动。所述侧翼可以为电刷线50离开其正常位置的情况提供一些安全裕度。可能因未对准、冲击或者振动而使电刷线离开其正常位置。凸滑动轨道的横截面可以是球形、椭圆形、正弦形(sinus)或者导致产生凸形的任何其它形状的区段。在本附图和以下附图中，仅示出单条滑动轨道。还可以存在多条这种轨道并排安装在滑环模块处。这些轨道可以彼此电连接或者彼此绝缘。
在图2中，示出了滑动轨道的第二实施例的截面图。这里，设置侧凹槽44和45以捕获滑动离开凸形滑动轨道的任何电刷线。此外，可以设置抬高侧部46和47以提供额外的安全裕度。
在图3中，在滑动轨道的截面图中示出了在滑动的电刷线处的力。在本示例中，出于简化的目的，仅示出两根滑动的电刷线。基本上，如果存在大量滑动的电刷线，施加相同的力。第一电刷线51示出为位于中心平面49的左侧，而第二电刷线52示出为位于中心平面49的右侧。施加到电刷51和52的力相对于中心平面49对称。在第一电刷51处，第一切向力61将电刷向外拉至左侧。该力具有两个分量。第一分量62与中心平面成直角地将电刷拉离中心平面，而第二力63平行于中心平面地将电刷51推压至滑动轨道表面。第二力63由电刷线的弹性产生，从而沿朝滑环的旋转轴线的方向并且平行于中心平面49推压电刷的电刷线。利用切向力65、第一力66和第二力67对第二电刷52施加相同的力，从而基本将第二电刷推压至右侧。如果这种布置是对称的，则电刷51处的第一力62和第二电刷52处的第一力66大小相等但是方向相反。因此，这些力相互抵消并且允许电刷线51和52在凸滑动轨道的表面上的稳定定位。为了允许这种力的抵消，电刷51和52优选地在电刷保持件中紧密地附接并保持在一起。
在图4中，在侧视图中示出了由电刷保持件53保持的多个电刷50。电刷保持件53的至少一部分可以是套筒，从而将所有电刷线紧密地保持在一起。优选地，电刷保持件53布置在中心平面49内并且可以由印刷电路板20(如图7所示)或者任何其它电刷保持组件保持。
在图5中，示出了现有技术已知的滑动轨道。在滑环体30上存在滑动轨道涂层31，从而形成V形凹槽33。基本上，滑环体呈凹形。多根电刷线32在所述V形凹槽中滑动。能够看出的是，仅一部分电刷线32与凹槽电接触，而其它电刷线位于滑动的电刷线的顶部上。
在图6中，示出了现有技术已知的滑动轨道。在滑环体30上存在滑动轨道涂层31，从而形成平坦滑动轨道。多根电刷线32在所述平坦滑动轨道上滑动。能够看出的是，仅一部分电刷线32与轨道电接触，而其它电刷线位于滑动的电刷线的顶部上。
在图7中，在截面图中示出了滑环的示意图。滑环具有滑环模块10，所述滑环模块能够沿着旋转方向12围绕旋转轴线11旋转。所述滑环模块还可以沿着相反的方向旋转。滑环模块具有滑环体16，所述滑环体优选地包括绝缘材料，所述绝缘材料最优选地为陶瓷、塑料、聚合物或者环氧树脂。至少一条滑动轨道13由滑环体16保持和/或嵌入到所述滑环体中。第一线电刷21和/或第二线电刷22可以在滑动轨道13上滑动并且在第一接触点23和第二接触点24附近接触滑动轨道。优选地，两个线电刷均可以由印刷电路板20或者任何其它类型的电刷保持组件保持。可以使用如金属板的任何其它部件来代替印刷电路板。
附图标记列表
10滑环模块
11旋转轴线
12旋转方向
13滑动轨道
14滑动轨道体
15滑动轨道涂层
16滑环体
19凸形横截面
20印刷电路板
21第一线电刷
22第二线电刷
23第一接触点
24第二接触点
30滑动轨道体
31滑动轨道涂层
32电刷线
33V形凹槽
41滑动轨道中心段
42第一侧翼
43第二侧翼
44第一侧凹槽
45第二侧凹槽
46第一抬高侧部
47第二抬高侧部
49中心平面
50、51、52电刷线
53电刷保持件
61、62、63第一电刷力
65、66、67第二电刷力

Claims (13)

1.一种滑环模块(10)的滑动轨道(13)，所述滑动轨道(13)能够围绕旋转轴线(11)旋转，所述滑动轨道具有圆形接触表面，并且所述圆形接触表面的中心位于所述旋转轴线(11)处，其中，所述圆形接触表面具有凸形横截面(19)。
2.根据权利要求1所述的滑动轨道，其特征在于，在凸形接触表面(19)的至少一侧上设置至少一个侧翼(42，43)。
3.根据权利要求2所述的滑动轨道，其特征在于，在所述凸形接触表面(19)的两侧上设置两个侧翼(42，43)。
4.根据前述权利要求中的任意一项所述的滑动轨道，其特征在于，在所述凸形接触表面(19)的至少一侧上设置至少一个轨道侧凹槽(44，45)。
5.根据权利要求4所述的滑动轨道，其特征在于，在所述凸形接触表面(19)的两侧上设置两个轨道侧凹槽(44，45)。
6.根据前述权利要求中的一项所述的滑动轨道，其特征在于，在所述凸形接触表面(19)的至少一侧上设置至少一个抬高侧部(46，47)。
7.根据权利要求6所述的滑动轨道，其特征在于，在所述凸形接触表面(19)的两侧上设置两个抬高侧部(46，47)。
8.根据前述权利要求中的一项所述的滑动轨道，其特征在于，所述接触表面具有至少两个凸形横截面(19)区段。
9.一种滑环模块(10)，所述滑环模块包括根据前述权利要求中的任意一项所述的至少一条滑动轨道。
10.一种滑环，所述滑环包括根据权利要求8所述的滑环模块和至少一个多线电刷(21，22)。
11.根据权利要求10所述的滑环，其特征在于，所述至少一个多线电刷(21，22)包括至少两根电刷线(50)、和用于保持所述至少两根电刷线(50)的电刷保持件(53)。
12.根据权利要求10或者11所述的滑环，其特征在于，所述至少一个多线电刷(21，22)安装在中心平面(49)内。
13.根据权利要求12所述的滑环，其特征在于，所述至少一个多线电刷(21，22)安装成基本平行于由圆形接触表面的中心限定的中心平面(49)。
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