CN111755928A - 滑环和具有滑环的滑环单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种滑环和具有滑环的滑环单元。滑环包括第一介电载体(1.1)和第二介电载体(1.2)，其中每个介电载体(1.1、1.2)都具有至少一个沿圆周延伸的肩部(1.11、1.21)。滑环还包括相对于轴线(A)呈环形且闭合的导体元件(2.13、2.14)，以及安装在第一介电载体(1.1)的肩部(1.11)上的至少一个导体元件(2.13、2.14)和安装在第二介电载体(1.2)的肩部(1.21)上的至少一个导体元件(2.21、2.22)。第一介电载体(1.1)布置成在轴线(A)的方向上相对于第二介电载体(1.2)错开，使得具有第一介电载体(1.1)的至少一个导体元件(2.13、2.14)的肩部(1.11)和具有第二介电载体(1.2)的至少一个导体元件(2.21、2.22)的肩部(1.21)彼此轴向相对布置。

Description

滑环和具有滑环的滑环单元
技术领域
本发明涉及一种滑环和一种具有该滑环的滑环单元。
滑环单元通常包括两个部件组，即定子和转子。定子通常包括至少一个电刷单元，而转子通常具有一系列滑环。在运行中，电刷单元的电刷与旋转滑环的罩面侧滑动接触。这样的滑环单元应用于许多技术领域中，以便将电信号或电功率从位置固定的电单元传输到旋转的电单元或沿相反方向传输。
背景技术
申请人的专利文献EP 3 118 946 B1披露了一种滑环，该滑环具有由绝缘材料制成的柱形载体，在该载体上固定有导线，导线可以被分配给多个轨道。
发明内容
本发明的目的是提出一种滑环以及滑环单元，该滑环和滑环单元特别适合于传输高频电流或信号并且同时制造简单且经济。
根据本发明，该目的通过根据本发明的滑环来实现。
因此，滑环包括第一介电(或电绝缘)载体和第二介电载体。这两个载体均具有至少一个沿圆周延伸的肩部或者说相应的凸肩。滑环还包括多个导体元件，导体元件被设计成相对于轴线呈环形并且是闭合的，其中，在第一介电载体的肩部上安装至少一个导体元件。此外，在第二介电载体的肩部上安装至少一个导体元件。第一介电载体被布置成在轴线方向上相对于第二介电载体错开的，使得具有第一介电载体的导体元件的肩部和具有第二介电载体的导体元件的肩部在轴向上彼此相对布置。
在此，导体元件相对于轴线居中放置，使得导体元件布置成同心的且在轴向上彼此间隔开。导体元件尤其在沿周向方向的肩部上以轴向错位平行地延伸。
在下文中，术语“载体的肩部”，类似地例如结合轴承圈上的肩部设计加以理解，特别是根据DIN 615(径向推力球轴承)加以理解。因此，肩部也可以看作是凸肩，其中肩部在此不必设计成无中断环绕的，而是也可以沿其圆周具有中断。
有利地，第一载体的至少一个导体元件和第二载体的至少一个导体元件彼此电连接或短路。因此，这些导体元件具有相同的电势。
有利地，在第一和第二载体上分别布置两个导体元件。载体的这两个导体元件也被设计为相对于轴线呈环形并且是闭合的。在此，在第一介电载体的肩部上安装两个导体元件，在第二介电载体的肩部上安装另外两个导体元件。具有第一介电载体的两个导体元件的肩部和具有第二介电载体的两个导体元件的肩部在轴向上彼此相对布置。
在本发明的另一个设计方案中，在第一介电载体的肩部上的两个导体元件具有不同的直径。可替代地或附加地，第二介电载体的肩部上的两个导体元件具有不同的直径。在此，术语“直径”应理解为，环形且闭合的导体元件的环直径或外径，而不是导体元件的内外径之差(即，不是导体元件的材料厚度)。
有利地，具有较小直径的两个导体元件布置成在轴向上彼此有较小的间距，而具有较大直径的两个导体元件布置成在轴向上彼此有较大的间距。
有利地，在至少一个载体上布置有四个导体元件，这些导体元件被设计为环形闭合的。在此，四个导体元件相对于轴线居中布置，使得导体元件同心地放置且在轴向上彼此间隔开。例如，可以如下地布置导体元件：分配给载体的接片在轴向上布置在一对导体元件之间。
在本发明的另一个设计方案中，导体元件由半成品，特别是金属线制成，其中，半成品的端部被对接焊接在一起。金属线可以具有圆的或圆形的横截面，这恰好对于高频信号的传输能够是有利的。因此，当导体元件由具有圆形横截面的金属线制成时，导体元件具有基本圆环形的几何形状。
有利地，半成品的横截面小于10mm2，特别是小于5mm2，特别是小于1mm2。
有利地，在至少一个导体元件上制造有具有T形接头的径向向内指向的连接导体，其例如通过焊接连接来形成。有利的是，介电载体具有用于连接导体的径向指向的穿引部。
在本发明的另一个设计方案中，导体元件由实心的导电材料制成。特别适合作为导电材料的是金属，特别是贵金属。纯银或纯金或它们的合金在此特别合适。例如，导体元件可以由银的质量成份为至少80％的材料制成。可替代地，导体元件可以具有含贵金属的表面层。
有利地，载体设计为基本上环形的。
在本发明的另一设计方案中，彼此电连接的导体元件被分配给由接片轴向界定的轨道，其中，接片配属于载体。
根据另一方面，本发明包括一种滑环单元，该滑环单元具有滑环和包括至少一个电刷的电刷单元，其中电刷在两个第一点处接触第一介电载体的两个导体元件，并且电刷在两个第二点处接触第二介电载体的两个导体元件。在此，两个第一点或两个第二点，或者，两个第一点和两个第二点，相对于彼此轴向错位。电刷可以设计为单体，例如实施为(覆层的)金属线，又或者实施为所谓的纤维刷或多金属线构造，其中多根可相对移动的金属线形成电刷。
有利地，滑环单元的两个第一点和/或两个第二点被布置成彼此径向错位的。
根据本发明的另一设计方案，滑环单元的两个第一点和两个第二点被布置成彼此径向错位的，其中位于径向更内侧的点被布置成彼此有第一轴向间距，而位于径向更外侧的点被布置成彼此有第二轴向间距。在此，第一轴向间距小于第二轴向间距。
有利地，滑环单元的电刷具有圆形横截面。另外，电刷可以由含金属的材料制成。特别是由非含碳材料制成。
根据滑环单元的优选变型，电刷具有含贵金属(例如含金)的表面。
滑环单元尤其可以如下地构造，使得导体元件可以被电刷接触两次。在该背景下有利的是，电刷具有两个自由端部，它们分别以圆周方向上存在的错位抵靠在一个相同的导体元件处。该布置也可以称为双刷，其尤其在电流传输或数据传输中产生冗余。
在本发明的另一设计方案中，尤其是形成轨道的导体元件在第一部段中被接片轴向包围，接片的外径比导体元件的外径大，以便界定电刷的轴向移动。
滑环单元可以用于传输电功率和/或电信号，即传输信息。通过根据本发明的滑环或根据本发明的滑环单元，特别能够以相对简单的方式传输高频信号。特别是已证明，滑环的特殊构造在减小电容方面是有利的。
附图说明
根据本发明的滑环或根据本发明的滑环单元的进一步细节和优点由下面参照附图对实施例的描述得出。
图中示出：
图1示出了滑环单元的透视图，
图2示出了载体的侧视图，
图3a示出了第一导体元件的侧视图，
图3b示出了第二导体元件的侧视图，
图4示出了具有已安装的第一导体元件和已安装的第二导体元件的载体的侧视图，
图5示出了带有导体元件的载体的局部纵剖面图，
图6示出了滑环单元的局部纵向截面。
具体实施方式
图1示出了滑环单元，其包括多个介电的并且设计为基本上环形的载体1.1、1.2、1.3，在载体上安装有导体元件2.11、2.12、2.13、2.14、2.21、2.22、2.23、2.24、2.31、2.32(为了清楚起见，在图1中并非所有导体元件都设有附图标记)。此外，滑环单元包括电刷单元3，该电刷单元具有多个电刷3.1、3.2、3.3，电刷固定在电刷架3.10上。在图1中未示出电缆，电缆通常一方面布置在由依次排列的载体1.1、1.2、1.3形成的内腔中，另一方面连接到电刷单元3。
在所示的实施例中，载体1.1、1.2、1.3(例如图2或图4中示出的载体)由塑料制成，并且可以例如通过车削工艺或注射成型工艺来制造。根据图5，每个载体1.1、1.2、1.3分别具有第一肩部1.11、1.21、1.31并分别具有第二肩部1.12、1.22、1.32。在每个第一肩部1.11、1.21、1.31与每个第二肩部1.12、1.22、1.32之间，载体1.1、1.2、1.3分别具有接片1.13、1.23、1.33。第一肩部1.11、1.21、1.31和第二肩部1.12、1.22、1.32均具有在所示出的实施例中设计为凹形的环绕支撑面。此外，每个载体1.1、1.2、1.3具有径向向内延伸的穿引部1.14或径向延伸的通道。
为了制造导体元件2.11、2.12、2.13、2.14、2.21、2.22、2.23、2.24、2.31、2.32，将具有圆形横截面的银制实心线用作原材料。该金属线可以作为卷绕半成品来提供，将金属线定长，从而存在具有第一长度的段和具有第二长度的段。这些金属线段被弯曲并且在端部对接焊接，或者利用对接焊缝例如借助激光接合在一起，从而产生具有较小直径d的第一环和具有较大直径D的第二环。然后，从金属线半成品中切出较短的段，将其焊接到环上并且随后用作为连接导体2.111、2.121。以这种方式，制造导体元件2.11、2.12、2.13、2.14、2.21、2.22、2.23、2.24、2.31、2.32，其中两个(导体元件2.11、2.12)示例性地在图3中示出。从该图可以看出，连接导体2.111、2.121径向向内延伸，连接导体分别利用T型接头焊接到环上。以上述方式制造所有导体元件2.11、2.12、2.13、2.14、2.21、2.22、2.23、2.24、2.31、2.32，其中，导体元件2.11、2.13、2.21、2.23、2.31的直径d小于导体元件2.12、2.14、2.22、2.24、2.32的直径D。
在后续组装滑环单元的过程中，具有较大直径D的导体元件2.12、2.14、2.22、2.24、2.32首先被拉到载体1.1、1.2、1.3的大直径环绕凹形支撑面上。然后以相同的方式将具有较小直径d的导体元件2.11、2.13、2.21、2.23安装在为此目的而设置的环绕凹形支撑面上。支撑面或肩部1.11、1.21、1.31和导体元件2.11、2.12、2.13、2.14、2.21、2.22、2.23、2.24、2.31、2.32被设计成，使得导体元件2.11、2.12、2.13、2.14、2.21、2.22、2.23、2.24、2.31、2.32在机械张力下张紧地固定在载体1.1、1.2、1.3上。导体元件2.11、2.12、2.13、2.14、2.21、2.22、2.23、2.24、2.31、2.32被布置在载体1.1、1.2、1.3上，使得连接导体2.111、2.121位于穿引部1.14中。
然后将载体1.1、1.2、1.3与导体元件2.11、2.12、2.13、2.14、2.21、2.22、2.23、2.24、2.31、2.32轴向依次排列，使得载体1.1、1.2、1.3在它们的轴向端面彼此接触。随后，将电缆布置在由依次排列的载体1.1、1.2、1.3形成的内腔中，电缆的端部与连接导体2.111、2.121电连接。
导体元件2.13、2.14、2.21、2.22可被分配给第一轨道Y，并且导体元件2.23、2.24、2.31、2.32可被分配给第二轨道Z(图5)。具有导体元件2.13、2.14、2.21、2.22的第一轨道Y通过接片1.23与相邻的第二轨道Z分隔开。第一轨道Y的导体元件2.13、2.14、2.21、2.22彼此电连接并且因此具有相同的电势。第二轨道Z的导体元件2.23、2.24、2.31、2.32同样彼此连接并且具有相同的电势。
图6示出了滑环单元的局部纵向剖面图，滑环单元包括：载体1.1、1.2、1.3；导体元件2.11、2.12、2.13、2.14、2.21、2.22、2.23、2.24、2.31、2.32；以及电刷3.1、3.2、3.3，这些电刷配属于电刷单元3。在所示的实施例中，电刷3.1、3.2、3.3分别被设计为金属线，特别是具有圆或圆形横截面的金属线，其优选地涂覆有金。第一电刷3.1属于第一轨道Y，第二电刷3.2属于第二轨道Z。
参考图6，能够以第一轨道Y为例来描述滑环单元的几何造型，其中在所示的实施例中，第二轨道Z与所有其他轨道一样有类似构造。因此，电刷3.1分别在至少一个点B1，b1，B2，b2处接触第一轨道Y(图5)的每个导体元件2.13、2.14、2.21、2.22。电刷3.1在两个第一点b1，B1处接触第一介电载体1.1的两个导体元件2.13、2.14。类似地，电刷3.1在两个第二点b2，B2处接触第二介电载体1.2的两个导体元件2.21、2.22。
两个第一点b1，B1被布置成彼此径向错位的，其中点b1相对于轴线A有较小的间距r，另一个点B1相对于轴线A有较大的间距R。根据图6，第一点b1，B1之间的径向错位是两个间距R，r之差(径向错位＝R-r)。相同的考虑也适用于两个第二点b2，B2。因此，在所示的实施例中，在轨迹Y中存在相对于轴线A有较小间距r的点b1，b2(径向更内侧)，并存在相对于轴线A有较大间距R的点B1，B2(径向更外侧)，从而r<R。此外，径向更内侧的点b1，b2与轴线A的间距r在此相等，同样，径向更外侧的点B1，B2与轴线A的间距R相等。
另外，径向更内侧的点b1，b2被布置成彼此有第一轴向间距q，并且径向更外侧的点B1，B2被布置成彼此有第二轴向间距Q。在此，第一轴向间距q小于第二轴向间距Q(q＜Q)。
此外，两个第一点b1，B1被布置成彼此轴向错位的(轴向错位＝1/2·[Q-q])。这同样适用于两个第二点b2，B2。
如果以虚拟直线连接两个第一点b1，B1并且同样以虚线直线连接两个第二点b2，B2，则这些直线成V形，其中，所涉及的V径向向外敞开。
如下地设计滑环单元：在载体1.1、1.2、1.3或者导体元件2.11、2.12、2.13、2.14、2.21、2.22、2.23、2.24、2.31、2.32围绕轴线A相对旋转时，可以在导体元件2.11、2.12、2.13、2.14、2.21、2.22、2.23、2.24、2.31、2.32与电刷3.1、3.2、3.3之间实现电流传输，尤其是信号传输。电刷单元3通常被分配给定子，而具有载体元件1.1、1.2、1.3的导体元件2.11、2.12、2.13、2.14、2.21、2.22、2.23、2.24、2.31、2.32被分配给转子。导体元件2.11、2.12、2.13、2.14、2.21、2.22、2.23、2.24、2.31、2.32的特殊布置使得通过导体元件2.11、2.12、2.13、2.14、2.21、2.22、2.23、2.24、2.31、2.32良好地引导电刷3.1、3.2、3.3，并且始终可以实现高品质的滑动接触，从而可以实现可靠的信号传输。另外，接片1.13、1.23、1.33确保了电刷3.1、3.2、3.3在轴向方向上的最大移动的最远限界。
在所示的实施例中，导体元件2.11、2.12、2.13、2.14、2.21、2.22、2.23、2.24、2.31、2.32被电刷接触两次(双电刷构造)。端部在电刷3.1、3.2、3.3的弹性范围内可径向移动。
在所示的实施例中描述的滑环单元特别适合于传输高频信号。尤其已证明了，滑环的特殊构造在减小电容方面是有利的。

Claims (15)

1.一种滑环，包括
第一介电载体(1.1)和第二介电载体(1.2)，其中每个介电载体(1.1、1.2)都具有至少一个沿着圆周延伸的肩部(1.11、1.21)，
导体元件(2.13、2.14)，所述导体元件被设计为相对于轴线(A)呈环形且是闭合的，其中，
在所述第一介电载体(1.1)的肩部(1.11)上安装有至少一个所述导体元件(2.13、2.14)，以及
在所述第二介电载体(1.2)的肩部(1.21)上安装有至少一个所述导体元件(2.21、2.22)，其中
所述第一介电载体(1.1)被布置成在所述轴线(A)的方向上相对于所述第二介电载体(1.2)错开，使得
具有所述第一介电载体(1.1)的至少一个所述导体元件(2.13、2.14)的肩部(1.11)和
具有所述第二介电载体(1.2)的至少一个所述导体元件(2.21、2.22)的肩部(1.21)在轴向上彼此相对布置。
2.根据权利要求1所述的滑环，其中，所述第一介电载体(1.1)的至少一个所述导体元件(2.13、2.14)和所述第二介电载体(1.2)的至少一个所述导体元件(2.21、2.22)彼此电连接。
3.根据权利要求1或2所述的滑环，其特征在于，在所述第一介电载体(1.1)和所述第二介电载体(1.2)上分别布置两个相对于所述轴线(A)呈环形且闭合的所述导体元件(2.13、2.14；2.21、2.22)，其中，
两个所述导体元件(2.13、2.14)安装在所述第一介电载体(1.1)的肩部(1.11)上，并且
两个所述导体元件(2.21、2.22)安装在所述第二介电载体(1.2)的肩部(1.21)上，其中
具有所述第一介电载体(1.1)的两个所述导体元件(2.13、2.14)的肩部(1.11)和
具有所述第二介电载体(1.2)的两个所述导体元件(2.21、2.22)的肩部(1.21)在轴向上彼此相对地布置。
4.根据权利要求3所述的滑环，其特征在于，在所述第一介电载体(1.1)的肩部(1.11)上的两个所述导体元件(2.13、2.14)具有不同的直径(D，d)，和/或，在所述第二介电载体(1.2)的肩部(1.21)上的两个所述导体元件(2.21、2.22)具有不同的直径(D，d)。
5.根据权利要求3所述的滑环，其中，在所述第一介电载体(1.1)的肩部(1.11)上的两个所述导体元件(2.13、2.14)具有不同的直径(D，d)，并且在所述第二介电载体(1.2)的肩部(1.21)上的两个所述导体元件(2.21、2.22)具有不同的直径(D，d)，其中
具有较小直径(d)的两个所述导体元件(2.13、2.21)在轴向上以较小的间距布置，并且
具有较大直径(D)的两个所述导体元件(2.13、2.21)在轴向上以较大的间距布置。
6.根据前述权利要求中任一项所述的滑环，其中，在一个所述载体(1.1、1.2、1.3)处布置有四个环形闭合地设计的导体元件(2.11、2.12、2.13、2.14、2.21、2.22、2.23、2.24、2.31、2.32)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的滑环，其中，所述导体元件(2.11、2.12、2.13、2.14、2.21、2.22、2.23、2.24、2.31、2.32)由半成品，特别是金属线制成，其中，所述半成品的端部对接焊在一起。
8.根据前述权利要求中任一项所述的滑环，其中，在至少一个所述导体元件(2.11、2.12、2.13、2.14、2.21、2.22、2.23、2.24、2.31、2.32)上成型有径向向内指向的连接导体(2.111、2.121、2.211、2.221、2.311、2.321、2.411、2.421)，所述连接导体具有T型接头。
9.根据前述权利要求中任一项所述的滑环，其中，所述导体元件(2.11、2.12、2.13、2.14、2.21、2.22、2.23、2.24、2.31、2.32)由实心导电材料制成。
10.根据权利要求9所述的滑环，其中，所述导体元件(2.11、2.12、2.13、2.14、2.21、2.22、2.23、2.24、2.31、2.32)由银的质量成份至少为80％的材料制成。
11.一种滑环单元，包括根据权利要求2至10中任一项所述的滑环和具有电刷(3.1、3.2、3.3)的电刷单元(3)，其中，所述电刷(3.1、3.2、3.3)在两个第一点(b1，B1)处接触所述第一介电载体(1.1)的两个所述导体元件(2.13、2.14)，并且所述电刷在两个第二点(b2，B2)处接触所述第二介电载体(1.2)的两个所述导体元件(2.21、2.22)，其中，两个所述第一点(b1，B1)和/或两个所述第二点(b2，B2)被布置成彼此轴向错开的。
12.根据权利要求11所述的滑环单元，其特征在于，两个所述第一点(b1，B1)和/或两个所述第二点(b2，B2)被布置成彼此径向错开的。
13.根据权利要求12所述的滑环单元，其中，两个所述第一点(b1，B1)和两个所述第二点(b2，B2)被布置成彼此径向错开的，其中
位于径向更内侧的点(b1，b2)被布置成彼此有第一轴向间距(q)，并且
位于径向更外侧的点(B1，B2)被布置成彼此有第二轴向间距(Q)，其中，
所述第一轴向间距(q)小于所述第二轴向间距(Q)。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的滑环单元，其中，所述电刷(3.1、3.2、3.3)具有圆形横截面。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的滑环单元，其中，所述电刷(3.1、3.2、3.3)由含金属的材料制成。
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