CN106356691B - 集电环以及具有集电环的集电环单元 - Google Patents

集电环以及具有集电环的集电环单元 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种集电环，包括：具有环形的周面和径向定向的套管的绝缘的载体以及第一导体元件和第二导体元件。导体元件在第一部段中平行于在周面上的轴向的位移地在周向方向上延伸地布置，并且在第二部段中利用径向的方向部件延伸进入套管中。第一部段在周向方向上分别延伸经过小于360°的第一角度范围，从而使得沿着导体元件的周向方向分别在第二角度范围中存在有间断。此外套管布置用于，使得第一导体元件的第二角度范围相对于第二导体元件的第二角度范围在周向方向上错位地布置，其中，第一导体元件和第二导体元件相互电连接。本发明还涉及集电环单元。

Description

集电环以及具有集电环的集电环单元
技术领域
本发明涉及一种集电环以及包括这种集电环的集电环单元。
集电环单元通常包括两个组件，即定子和转子。定子通常包括至少一个电刷单元，对此转子主要具有集电环组。在运行中，电刷单元的电刷具有与转动的集电环的外壳侧的平滑的接触。这样的电刷单元在多个技术领域中使用，以便将电信号或电功率从位置固定的单元传输到旋转的电单元上或者在相反的方向上传输。
背景技术
在文献US 5224138中公开了一种集电环，其具有由绝缘材料构成的圆柱形的载体，在其周面上布置有导体带。
发明内容
本发明的目的在于提出一种用于集电环单元的集电环，该集电环单元特别适用于传输高频电流或者信号，并且同时允许简单的和经济的制造。
该目的根据本发明实现。
相应地，集电环包括具有环形的周面和径向定向的套管的绝缘的载体，该套管穿过周面或者载体。此外，集电环包括第一导体元件和第二导体元件，其中，导体元件分别具有第一部段和第二部段。在第一部段中，两个导体元件与在周面上的轴向的位移平行地在周向方向上延伸地布置。在第二部段中，导体元件利用径向的方向部件延伸进入套管中。在此，第一部段分别延伸经过小于360°的第一角度范围，从而使得沿着导体元件的周向方向分别在第二角度范围中存在有间断。此外套管布置用于，使得第一导体元件的第二角度范围相对于第二导体元件的第二角度范围在周向方向上错位地布置。第一导体元件和第二导体元件相互电连接。特别地，第一导体元件和第二导体元件随后配属于相同的轨道。
因此，两个导体元件的第一部段与在周面上的特别是圆弧形的轴向的位移平行地在周向方向上延伸，而导体元件的第二部段利用径向的方向部件特别是直线地延伸进入套管中。
周面的概念在接下来根据用于圆柱形体的几何定义来理解，其中，集电环能够圆柱形地、特别是空心圆柱形地或者环形地设计。特别地，周面是集电环的环形的外表面，然而接下来其也能够在该概念下理解为环形的内表面。
特别地，第一角度范围和第二角度范围沿着导体元件的圆周线如下地测量，即其在总和上延伸超过360°，也就是超过完整的圆周。
间断的概念在接下来意味着沿着圆周线的位置，在该位置中，导体元件在其外直径上(对于导体元件安装在外部的周面上的情况)或者在其内直径上(对于导体元件安装在内部的周面上的情况)不在载体上环绕。特别地，导体元件的第一部段的端部通过缝隙或接缝间隔开。相应地作为例子，间断在此也能够理解为缝隙或接缝。
因此，间断延伸经过对应于第二角度范围的圆心角，该第二角度范围特别地通过360°减去导体元件的第一部段的第一角度范围的公式进行计算。
有利地，周面包括环形的第一槽和环形的第二槽，其中，第一导体元件布置在第一槽中，并且第二导体元件布置在第二槽中。
在本发明的一个改进方案中，集电环具有第三导体元件，该第三导体元件在第一部段中与在周面上相对于第一导体元件和第二导体元件的轴向的位移平行地在周向方向上延伸地布置。此外，第三导体元件在第二部段中利用径向的方向部件延伸进入套管中。第一部段延伸经过小于360°的第一角度范围，从而使得沿着第三导体元件的周向方向分别在第二角度范围中或者沿着第二角度范围存在有间断。此外套管布置用于，使得第三导体元件的第二角度范围相对于第一和/或第二导体元件的第二角度范围在周向方向上错位地布置，其中，第一导体元件、第二导体元件和第三导体元件相互电连接。
以相似的方式，也能够在载体上布置另外的导体元件，从而因此能够例如在四个或更多的槽中布置四个或更多的导体元件。
有利地，第一角度范围延伸经过至少270°，在另外的有利的设计方案中经过至少300°、特别是经过至少340°。
可替换地，集电环也能够如下地设计，即沿着圆周线在周向方向上相互串联地布置多个导体元件，从而使得沿着该圆周线出现多个间断。
在本发明的另一个设计方案中，在第一导体元件的套管和第二导体元件的套管之间，在周向方向上、在周面上存在间距。
有利地，导体元件分别设计为导线，其特别地具有小于20mm2、特别是小于10mm2、特别是小于5mm2的横截面。
导线能够具有圆形的横截面，这能够直接带来传输高频信号的优点。
有利地，导体元件与其第一和第二部段分别一件式地设计。
以有利的方式，导体元件以贵金属、例如金涂敷。
根据有利的结构类型，导体元件有关第一部段的电连接径向内置地布置。在该结构类型中，导体元件布置在载体的外圆周上。
在本发明的另外的设计方案中，相互电连接的导体元件配属于由接片轴向地界定的轨道。
本发明也涉及一种集电环单元，其包括相应的集电环以及具有电刷的电刷单元。两个导体元件在导体元件的相应的第一部段中能由电刷分别经由第一角度范围磨削地接触，其中，第一角度范围延伸经过至少270°。
在具有三个导体元件的集电环的设计方案中，集电环单元能够如下地配置，即至少两个导体元件能够通过电刷在相关导体元件的相应的第一部段中经由整个圆周磨削地接触。
有利地，电刷由含金属的材料制成，特别是由不含碳的材料制成。
根据集电环单元的优选的变体方案，电刷具有含贵金属、例如含金的表面。
特别地，集电环单元能够如下地构造，即导体元件能够由电刷双重地接触。在这点上，电刷有利地具有两个自由端，其利用在周向方向上存在的位移分别抵靠在相同的导体元件上。该布置也能够被称为双电刷，其特别地带来了电流或者数据传输的冗余。
在本发明的另外的设计方案中，形成轨道的导体元件特别地在第一部段中由接片轴向地环绕，其为了界定电刷的轴向的能移动性而具有比导体元件的第一部件更大的外直径。
集电环单元用于传输电功率和/或电信号，因此用于传输信息。
通过根据本发明的集电环或者通过根据本发明的集电环单元，能够以相对简单的方式传输高频信号。特别地，集电环的特有的结构类型有利地在减少的电容量方面得到证明。
附图说明
根据附图，从接下来的实施例的描述中得出根据本发明的集电环或者根据本发明的集电环单元的另外的细节和优点。
其示出，
图1示出集电环单元的立体图，
图2示出集电环单元的侧视图，
图3示出没有导体元件的集电环的周面的详细视图，
图4示出作为截面图的、没有导体元件的集电环的载体的详细视图，
图5示出具有导体元件的集电环的周面的详细视图，
图6示出作为截面图的、具有导体元件的集电环的详细视图，
图7示出作为截面图的、具有导体元件的集电环单元的详细视图，
图8示出根据第二实施例的、作为截面图的、具有导体元件的集电环的详细视图，
图9示出根据第二实施例的、作为截面图的、具有导体元件的集电环单元的详细视图，
图10示出根据第三实施例的、作为截面图的、具有导体元件的集电环单元的详细视图。
具体实施方式
图1和2示出了集电环单元，其包括基本上环形地设计的绝缘的载体1以及电刷单元2。尽管集电环单元总共具有五个用于传输五种不同的电流或信号的导轨或者通道，接下来示例性地仅详细阐述两个导轨或者通道。相应地，其他的导轨或者通道不标记标号。
在载体1上或者在其周面1.4上布置有导体元件10.1，20.1；10.2，20.2，其中，导体元件10.1，20.1能够配属于第一轨道，并且导体元件10.2，20.2能够配属于第二轨道。电刷单元2具有多个导电的电刷2.1，2.2，其固定在电刷支架2.3上。在提出的实施例中，电刷2.1，2.2分别设计为特别是具有圆形的横截面的导线，其优选地涂敷金。第一电刷2.1属于第一轨道并且第二电刷2.2属于第二轨道。
集电环单元如下地设计，即在载体1或者导体元件10.1，20.1；10.2，20.2围绕轴线A相对旋转时，能够实现导体元件10.1，20.1；10.2，20.2和电刷2.1，2.2之间的电流传输、特别是信号传输。在提出的实施例中，导体元件10.1，20.1；10.2，20.2由电刷2.1，2.2双重地接触，因为每个电刷2.1，2.2利用各个自由端(双电刷结构类型)具有两个区域。端部在电刷2.1，2.2的弹性的范围中是可径向运动的。
将槽1.41，1.42加入到载体1的环形的周面1.4中，该槽在提出的实施例中设计为环形的v形槽1.41，1.42(见图3和4)。在此，在提出的实施例中，两个槽1.41，1.42设置由于轨道或者传输通道。槽1.41，1.42的槽线、即出现在槽1.41，1.42的两个面会聚的位置上的线以轴向的间距a布置。槽线垂直于轴线A地在周向方向上延伸。在一对槽1.41，1.42之间轴向地布置接片1.44。
如图3所示，在载体1中布置有径向定向的套管1.1，1.2或者穿孔，其穿过周面1.4，其中，套管1.1，1.2在相同的圆周线上以间距U布置。在槽线的区域中，套管1.1，1.2分别具有凹槽1.11，1.21。
在图5中，如图3所示的集电环的相同的截面具有的差别在于，在图5中第一轨道的导体元件10.1，20.1和第二轨道的导体元件10.2，20.2安装在载体1上。
接下来根据第一轨道阐述集电环的详细的结构。用于导体元件10.1，20.1的材料能够作为绕起来的半成品提供，从而能相对低成本和经济地制造集电环。有关装配方面，相应地剪切并且弯曲导体元件10.1，20.1，从而使导体元件10.1，20.1在其端部具有环绕的柄或者第二部段10.12，10.13，20.12，20.13(图6)。
随后，将准备好的导体元件10.1，20.1放入到槽1.41，1.42中。第二部段10.12，10.13，20.12，20.13延伸到套管1.1，1.2中，从而使第二部段10.12，10.13，20.12，20.13或者其端部径向向内地从载体1中伸出(图6)。导体元件10.1，20.1分别具有第一部段10.11，20.11，其在相应的槽1.41，1.42中以圆弧形围绕轴线A在周向方向上延伸，特别是第一部段10.11，20.11的径向的外轮廓沿着圆弧延伸。通过凹槽1.11，1.21能够实现导体元件10.1，20.1在槽1.41，1.42中与轴向的位移a平行的合适的布置。
在导体元件10.1，20.1布置在载体1上之后，第二部段10.12，10.13，20.12，20.13或者导体元件10.1，20.1的端部相互焊接。在此生成第一焊接点40.1，其与第二部段10.12，10.13，20.12，20.13电地并且机械地相互连接。在图6中以点线标记焊接点40.1。因此第一轨道的两个导体元件10.1，20.1(其因此布置在两个接片1.44之间)通过所属的第二部段10.12，10.13，20.12，20.13的焊接而具有相同的电势。在集电环单元的之后的运行中，通道的信号施加在导体元件10.1，20.1处。
其余的导体元件10.2，20.2类似地安装。
导体元件10.1，20.1；10.2，20.2如下地布置在槽1.41，1.42中，即其分别在小于360°的包角中旋转。换句话说，第一轨道的导体元件10.1，20.1的第一部段10.11，20.11分别沿着圆周线延伸经过小于360°(在此355°)的第一角度范围α10，α20。相应地，沿着该导体元件10.1，20.1的周向方向分别在第二角度范围β10，β20中存在有间断u10，u20或者分别存在有间隙。第二角度范围β10，β20在此延伸经过5°的角度。在提出的实施例中，第一角度范围α10，α20分别利用第二角度范围β10，β20补充到360°。因此存在：
α10+β10＝360°＝α20+β20。
通过将套管1.1，1.2布置为使得第一导体元件10.1的第二角度范围β10相对于第二导体元件20.1的第二角度范围β20在周向方向上错位地布置，能够实现第一轨道的电刷1.1经由整个圆周与第一轨道的导体元件10.1，20.1中的至少一个持续地接触。
通过套管1.1，1.2的错位的布置，导体元件10.1，20.1；10.2，20.2以如下方式在槽1.41，1.42中延伸，即轨道的相应的间断u在周向方向上相互错位参量T地布置。因此，导体元件10.1，20.1分别具有第一部段10.11，20.11，其在槽1.41，1.42中以圆弧形围绕轴线A延伸，特别是第一部段10.11，20.11(即在间断u10，u20的外部)的径向的外轮廓沿着圆弧延伸。
图7示出了详细视图，在其中，电刷2.1，2.2与导体元件10.1，20.1或者10.2，20.2磨削地接触。电刷2.1，2.2分别以相对弹性地导电的金属线的方式设计，其中，电刷2.1，2.2的表面是镀金的。电刷2.1，2.2利用导体元件10.1，20.1；10.2，20.2之间的部分截面置入，从而在集电环单元的运行中使电刷2.1，2.2不能够在轴向方向上位移。特别地，例如在第一轨道中，电刷2.1在导体元件10.1，20.1的第一部段10.11中与两个导体元件10.1，20.1电连接。
集电环单元用于传输电信号、特别是高频信号。通过集电环单元能够传输例如用于以太网数据连接、串行实时通信协议数据连接或其他的实时数据连接的高数据率。特别地，通过特有的结构类型确保的是，电刷2.1，2.2具有与导体元件10.1，20.1；10.2，20.2持续的接触。此外，新的结构类型的特征在于在传输路径中的相对小的电容量，从而也能传输特别高频的信号。
根据图8或者图9的第二实施例，第一轨道包括载体1’的周面1.4中的三个槽1.41，1.42，1.43。在这些槽1.41，1.42，1.43中以像在第一实施例中那样的方式安装导体元件10.1，20.1，30.1。相应地，导体元件10.1，20.1，30.1也在此布置在槽1.41，1.42，1.43中，以使得其分别在小于360°的第一角度范围α10，α20，α30中旋转。由此，在相应的导体元件10.1，20.1，30.1的外圆周上，在第二角度范围β10，β20，β30中存在有间断u10，u20，u30或者间隙。通过载体1’中的套管1.1，1.2，1.3的错位的布置，导体元件10.1，20.1，30.1在槽1.41，1.42，1.43中延伸，以使得相应的间断u10，u20，u30在周向方向上相互错位地布置。
具有导体元件10.1，20.1，30.1的第一轨道通过接片1.44与相邻的第二轨道隔开。第一电刷2.1’包括两个电刷元件2.1a’，2.1b’。在提出的实施例中电刷元件2.1a’，2.1b’分别设计为特别具有圆形的横截面的导线，其优选地以贵金属、例如金涂敷。
根据示出了第三实施例的图10，第一轨道包括在载体1”的周面1.4中的三个槽1.41，1.42，1.43。在这些槽1.41，1.42，1.43中以像在第一或者第二实施例中那样的方式安装导体元件10.1，20.1，30.1。
具有导体元件10.1，20.1，30.1的第一轨道通过接片1.44与相邻的第二轨道隔开。第一电刷2.1”包括两个相互焊接的电刷元件2.1a”，2.1b”。在提出的实施例中第一电刷元件2.1a”设计为特别具有圆形的横截面的导线。在该第一电刷元件2.1a”上固定第二电刷元件2.1b”。其基本上设计为方形的并且特别地由银-石墨制成。在集电环单元的运行中，第一电刷元件2.1a”用于传输电流或信号，并且用于将第二电刷元件2.1b”径向地弹性安置到导体元件10.1，20.1，30.1处。此外，通过接片1.44保障第二电刷元件2.1b”在轴向方向上的运动的界定。

Claims (17)

1.一种集电环，包括：
具有环形的周面(1.4)和径向定向的套管(1.1，1.2)的绝缘的载体(1；1’)，所述套管穿过所述周面(1.4)，和
第一导体元件(10.1)和第二导体元件(20.1)，
其中，所述第一导体元件(10.1)和所述第二导体元件(20.1)在第一部段(10.11，20.11)中在所述周面(1.4)上并列布置并且在周向方向上延伸布置，并且在第二部段(10.12，10.13，20.12，20.13)中利用径向的方向部件延伸进入所述套管(1.1，1.2)中，并且在第一部段中在所述第一导体元件与所述第二导体元件之间设有轴向的位移(a)，
其中，所述第一部段(10.11，20.11)在周向方向上分别延伸经过小于360°的第一角度范围(α10，α20)，从而使得沿着所述第一导体元件(10.1)的和所述第二导体元件(20.1)的周向方向分别在第二角度范围(β10，β20)中存在有间断(u10，u20)，并且此外所述套管(1.1，1.2)布置用于使得所述第一导体元件(10.1)的第二角度范围相对于所述第二导体元件(20.1)的第二角度范围在周向方向上错位地布置，其中，所述第一导体元件(10.1)和所述第二导体元件(20.1)相互电连接。
2.根据权利要求1所述的集电环，其中，所述周面(1.4)包括环形的第一槽(1.41)和环形的第二槽(1.42)，其中，所述第一导体元件(10.1)布置在所述第一槽(1.41)中，并且所述第二导体元件(20.1)布置在所述第二槽(1.42)中。
3.根据权利要求1或2所述的集电环，其中，所述集电环包括第三导体元件(30.1)，所述第三导体元件在第一部段中在所述周面(1.4)上相对于所述第一导体元件(10.1)和所述第二导体元件(20.1)并列布置并且在周向方向上延伸布置，并且在第二部段中利用径向的方向部件延伸进入套管中，并且在第一部段中在所述第一导体元件与所述第三导体元件之间或者在所述第二导体元件与所述第三导体元件之间设有轴向的位移，
其中，用于所述第三导体元件的所述第一部段延伸经过小于360°的第一角度范围，从而使得沿着所述第三导体元件(30.1)的周向方向分别在第二角度范围中存在有间断，并且此外用于所述第三导体元件的所述套管布置用于使得所述第三导体元件(30.1)的第二角度范围相对于所述第一导体元件(10.1)的第二角度范围和/或所述第二导体元件(20.1)的第二角度范围在周向方向上错位地布置，其中，所述第一导体元件(10.1)、所述第二导体元件(20.1)和所述第三导体元件(30.1)相互电连接。
4.根据权利要求1或2所述的集电环，其中，在所述第一导体元件(10.1)的套管和所述第二导体元件(20.1)的套管之间，在周向方向上存在间距(U)。
5.根据权利要求1或2所述的集电环，其中，所述第一导体元件(10.1)和所述第二导体元件(20.1)分别设计为导线。
6.根据权利要求5所述的集电环，其中，所述导线具有小于20mm2的横截面。
7.根据权利要求1或2所述的集电环，其中，所述第一导体元件(10.1)和所述第二导体元件(20.1)分别一件式地设计。
8.根据权利要求1或2所述的集电环，其中，所述第一导体元件(10.1)和所述第二导体元件(20.1)的电连接相对于所述第一部段(10.11，20.11)径向内置地布置。
9.根据权利要求3所述的集电环，其中，相互电连接的所述第一导体元件(10.1)、所述第二导体元件(20.1)和所述第三导体元件(30.1)配属于由接片(1.44)轴向地界定的轨道。
10.一种集电环单元，包括根据权利要求1至9中任一项所述的集电环以及具有电刷(2.1；2.1’；2.1”)的电刷单元(2)，其中，第一导体元件(10.1)和第二导体元件(20.1)在第一部段(10.11，20.11)中能由所述电刷(2.1；2.1’；2.1”)分别经由第一角度范围(α10，α20)磨削地接触，其中，所述第一角度范围(α10，α20)为至少270°。
11.根据权利要求10所述的集电环单元，其中，所述电刷由含金属的材料制成。
12.根据权利要求10或11所述的集电环单元，其中，所述电刷具有含贵金属的表面。
13.一种集电环单元，包括根据权利要求3至9中任一项所述的集电环以及具有电刷的电刷单元(2)，其中，第一导体元件(10.1)、第二导体元件(20.1)和第三导体元件(30.1)中的至少两个能通过所述电刷在第一部段中经由整个圆周磨削地接触。
14.根据权利要求13所述的集电环单元，其中，所述电刷由含金属的材料制成。
15.根据权利要求13或14所述的集电环单元，其中，所述电刷具有含贵金属的表面。
16.根据权利要求13或14所述的集电环单元，其中，所述第一导体元件(10.1)、所述第二导体元件(20.1)和所述第三导体元件(30.1)中的至少一个能由所述电刷双重地接触。
17.根据权利要求13或14所述的集电环单元，其中，相互电连接的所述第一导体元件(10.1)、所述第二导体元件(20.1)和所述第三导体元件(30.1)配属于由接片(1.44)轴向地界定的轨道。
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