具有內(nèi)部溫度影響元件的集成滑環(huán)組件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總體上涉及滑環(huán)技術(shù)，更具體而言，涉及改進(jìn)的滑環(huán)技術(shù)，該技術(shù)允許在更 寬的溫度范圍內(nèi)通過(guò)滑環(huán)進(jìn)行可靠的信號(hào)和功率傳輸。
【背景技術(shù)】
[0002] 用于在兩個(gè)能夠相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)的構(gòu)件之間傳導(dǎo)信號(hào)的裝置是本領(lǐng)域公 知的。這樣的通常被稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)接頭的裝置既包括滑環(huán)，又包括扭轉(zhuǎn)膜盒（twistcapsule)。 通常在希望構(gòu)件之間進(jìn)行不受限制的旋轉(zhuǎn)時(shí)采用滑環(huán)，在要求構(gòu)件之間只能發(fā)生有限的旋 轉(zhuǎn)的時(shí)候采用扭轉(zhuǎn)膜盒。
[0003] 高邊緣速度使得通過(guò)旋轉(zhuǎn)接頭傳輸高頻信號(hào)所面臨的各種挑戰(zhàn)錯(cuò)綜復(fù)雜，其中高 邊緣速度帶來(lái)了帶寬和阻抗匹配的限制。當(dāng)前存在各種擴(kuò)展高頻滑環(huán)技術(shù)的技術(shù)，但是將 有源電子器件物理集成到旋轉(zhuǎn)接頭內(nèi)往往存在困難，其受到熱限制的制約，尤其是在低溫。 低溫將損害電接觸部的機(jī)能，從而給電子器件帶來(lái)熱方面的難題。在這樣的條件下，需要改 善環(huán)境不利影響的措施使得旋轉(zhuǎn)接頭可靠運(yùn)行。
[0004] 在下面的現(xiàn)有技術(shù)專(zhuān)利中代表性地示出并描述了當(dāng)前的高頻滑環(huán)技術(shù)的例子：
[0005]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]將對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的對(duì)應(yīng)零件、部分或表面進(jìn)行括號(hào)引用，其只是為了舉例說(shuō) 明而非構(gòu)成限制，在此情況下本發(fā)明提供了滑環(huán)改進(jìn)，所述滑環(huán)具有定子和轉(zhuǎn)子并且包括 刷子，所述刷子的近端安裝在定子和轉(zhuǎn)子之一上，遠(yuǎn)端與定子和轉(zhuǎn)子的另一個(gè)嚙合，所述刷 子適于跨越定子和轉(zhuǎn)子之間的接口傳送電信號(hào)。
[0008] 所述改進(jìn)主要包括：轉(zhuǎn)子包括支撐構(gòu)件（1);在定子和轉(zhuǎn)子中的另一個(gè)上提供的 軌道，所述軌道被布置為與所述刷子的遠(yuǎn)端滑動(dòng)接觸；以及布置在所述支撐構(gòu)件內(nèi)的熱元 件（3或4)，其用于有選擇地影響轉(zhuǎn)子的溫度；由此可以提高滑環(huán)的溫度工作范圍。
[0009] 所述轉(zhuǎn)子可以是餅型轉(zhuǎn)子。
[0010] 所述熱元件可以是加熱器或冷卻器。
[0011] 所述改進(jìn)還可以包括用于操作所述熱元件的控制電子器件(6)。所述控制電子器 件可以物理上位于所述支撐構(gòu)件（1)內(nèi)。
[0012] 所述支撐構(gòu)件可以具有凹部，所述控制電子器件可以物理上位于這一凹部?jī)?nèi)。
[0013] 所述支撐構(gòu)件可以是印刷電路板。所述熱元件可以是印刷電路板內(nèi)的跡線(xiàn)。
[0014] 所述支撐構(gòu)件可以由碳纖維復(fù)合材料形成。
[0015] 相應(yīng)地，本發(fā)明的總的目的在于提供一種改進(jìn)的滑環(huán)。
[0016] 另一目的在于提供一種具有布置在支撐構(gòu)件內(nèi)的內(nèi)部熱元件的改進(jìn)滑環(huán)，因而可 以增大所述改進(jìn)滑環(huán)的溫度工作范圍。
[0017] 通過(guò)前述和正在繼續(xù)的書(shū)面說(shuō)明書(shū)、附圖和所附權(quán)利要求，這些以及其他目的和 優(yōu)點(diǎn)將變得明顯。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1是一種餅型滑環(huán)轉(zhuǎn)子的一部分的局部示意性垂直斷面圖，其示出了熱元件和 位于支撐構(gòu)件的凹部?jī)?nèi)的控制電子器件。
[0019] 圖2示出了結(jié)合加熱跡線(xiàn)作為兩個(gè)內(nèi)層的六層印刷電路板的局部示意性分解垂 直截面圖。
[0020] 圖3是其局部水平截面圖，其示出了加熱元件跡線(xiàn)之一的頂視平面圖。
[0021] 圖4是轉(zhuǎn)子支撐構(gòu)件的等角視圖。
[0022] 圖5是具有碳纖維徑向支撐構(gòu)件的轉(zhuǎn)子的頂視平面圖。
[0023]圖6是具有附著于其上的某些額外控制電路板的印刷電路板支撐構(gòu)件的透視圖。
[0024] 圖7A是二維印刷電路板的透視圖。
[0025] 圖7B是三維印刷電路板的另一透視圖。
[0026] 圖8是一種改進(jìn)的旋轉(zhuǎn)接頭的示意性等角視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] -開(kāi)始，應(yīng)當(dāng)清楚地理解，幾幅附圖中的類(lèi)似的附圖標(biāo)記旨在對(duì)相同結(jié)構(gòu)元件、部 分或表面做出一致的標(biāo)識(shí)，這樣的元件、部分或表面將通過(guò)整個(gè)書(shū)面說(shuō)明書(shū)受到進(jìn)一步的 描述或解釋?zhuān)@一【具體實(shí)施方式】部分是這一說(shuō)明書(shū)的不可分割的部分。除非另行指出，否則 應(yīng)當(dāng)結(jié)合說(shuō)明書(shū)理解附圖（例如，交叉影線(xiàn)、各部分的布置、比例、程度等），應(yīng)當(dāng)將附圖看 作是本發(fā)明的整個(gè)書(shū)面說(shuō)明書(shū)的部分。下面的描述當(dāng)中采用的詞語(yǔ)"水平"、"豎直"、"左"、 "右"、"上"、"下"以及由其派生的形容詞和副詞（例如，"水平地"、"向右地"、"向上地"等 等）只是指在具體的附圖面向讀者時(shí)所示結(jié)構(gòu)的取向。類(lèi)似地，詞語(yǔ)"向內(nèi)地"、"向外地" 一般是指某一表面相對(duì)于其伸長(zhǎng)軸或旋轉(zhuǎn)軸的取向，具體視情況而定。
[0028] 在被稱(chēng)為電滑環(huán)的裝置中，導(dǎo)電刷子在導(dǎo)電環(huán)上滑動(dòng)，從而在轉(zhuǎn)子和定子之間傳 送電力和信號(hào)。
[0029] 使滑環(huán)操作擴(kuò)展至較低的溫度（例如，-50到_60°C)的常規(guī)方法涉及適當(dāng)?shù)碾娊?觸部設(shè)計(jì)以及適當(dāng)?shù)剡x擇邊界潤(rùn)滑劑。電流經(jīng)由支持接觸部之間的負(fù)載的每一接觸構(gòu)件上 的金屬凹凸（asperity)在接觸部之間流動(dòng)。邊界潤(rùn)滑劑也支持一部分接觸負(fù)載。如果潤(rùn)滑 劑的粘滯度提高，使得降低了施加在金屬凹凸上的接觸壓力，那么電力和電信號(hào)可能中斷。 隨著轉(zhuǎn)子的表面速度的提高，可能出現(xiàn)流體動(dòng)力升力，因而電路可能斷開(kāi)?？梢灾辽俨糠值?通過(guò)提高組件的溫度規(guī)避這一影響。
[0030] 提高滑環(huán)的工作溫度范圍也可以使作為旋轉(zhuǎn)接頭的部分的電子器件受益。擴(kuò)展 低溫范圍的常規(guī)解決方案是利用有源加熱，例如，利用單片或周帶加熱器（monolithicor perimeterbandheater)提高組件的溫度。這樣的方案可能有效，但是其缺點(diǎn)是無(wú)法將熱 量有效率地直接提供到最關(guān)鍵的部件當(dāng)中。典型的將電子器件集成到旋轉(zhuǎn)接頭內(nèi)的方法還 面臨著將分立的加熱器件以及熱控制機(jī)構(gòu)結(jié)合到密集組件內(nèi)的困難。
[0031] 本發(fā)明提供了其內(nèi)具有有源控制電子器件的改進(jìn)的集成旋轉(zhuǎn)接頭組件，本發(fā)明的 特征在于一種新穎的具有空間效率的構(gòu)造，該構(gòu)造利用一種特有的徑向支撐輪轂或構(gòu)件來(lái) 安裝一個(gè)或多個(gè)餅型滑環(huán)，在所述支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)具有內(nèi)部集成的有源和無(wú)源電子器件。本發(fā) 明的其他權(quán)利要求包括利用智能微控制器控制旋轉(zhuǎn)接頭組件的加熱和冷卻，以擴(kuò)展旋轉(zhuǎn)接 頭的電及環(huán)境工作范圍。
[0032] 本公開(kāi)描述了能夠?qū)⒒h(huán)的工作范圍擴(kuò)展至對(duì)于常規(guī)技術(shù)而言無(wú)法實(shí)現(xiàn)的更高 頻率和更寬溫度范圍的熱及空間管理技術(shù)。
[0033] 本發(fā)明利用一種集成旋轉(zhuǎn)接頭組件解決了這些缺陷，所述組件在印刷電路板 (PCB)旋轉(zhuǎn)接頭分組件內(nèi)結(jié)合了電子器件和熱調(diào)節(jié)部。
[0034]圖1示出了本發(fā)明的實(shí)質(zhì)，其相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)提供改進(jìn)。在圖1中，福板⑴起著 安裝平面旋轉(zhuǎn)接頭組件（2)的作用，并且提供了凹部?jī)?nèi)的內(nèi)部體積以包含電子部件（6)和 三維PCB構(gòu)造（4)、布線(xiàn)（5)以及用于有選擇地為所述部件提供加熱（3)和/或冷卻（4)的 措施。
[0035] 將電子器件和布線(xiàn)集成到旋轉(zhuǎn)接頭組件內(nèi)的優(yōu)點(diǎn)包括：(a)由于共享組件包絡(luò)內(nèi) 的空間而節(jié)省了尺寸和重量，（b)提高了高頻性能，從而降低了損耗，改善了阻抗匹配，（c) 利用結(jié)合到PCB堆疊（3)內(nèi)的印刷電路板加熱元件對(duì)部件進(jìn)行局部加熱，從而擴(kuò)展了低溫 工作范圍，（d)采用結(jié)合到旋轉(zhuǎn)接頭組件內(nèi)的熱電裝置（4)提供加熱、冷卻或絕熱，以擴(kuò)展 諸如微處理器、時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA)的有源器件的溫度下限和 上限，（e)利用在板傳感器和微處理器控制對(duì)旋轉(zhuǎn)接頭加熱芯和熱電致冷器（TEC)進(jìn)行智 能熱管理，（f)通過(guò)徑向安裝結(jié)構(gòu)（1)降低了發(fā)射，改善了屏蔽。
[0036] 在徑向安裝結(jié)構(gòu)內(nèi)采用碳纖維或類(lèi)似的復(fù)合結(jié)構(gòu)提供了與金屬相當(dāng)?shù)碾姶鸥蓴_ (EMI)屏蔽，并且允許將RF吸收材料安裝到組件內(nèi)，從而對(duì)電磁場(chǎng)進(jìn)行吸收和衰減。
[0037] 圖2示出了一種PCB結(jié)構(gòu)，該P(yáng)CB結(jié)構(gòu)在PCB堆疊內(nèi)結(jié)合了被實(shí)現(xiàn)為跡線(xiàn)層的加 熱元件。這樣的加熱層可以通過(guò)常規(guī)的銅跡線(xiàn)實(shí)現(xiàn)，例如，如圖3所示，或者