具有选择性磨损指示的滑环制造技术

一种滑环单元，包括具有多个电刷的电刷块，所述多个电刷可相对于具有多个滑动轨道的模块旋转。角度编码器连接到电刷块和模块，用于检测其间的相对位置。评估单元从位置编码器接收信号并产生其取决于位置的磨损指示信号。评估单元具有多个磨损计数器，所述多个磨损计数器分配给多个位置和/或部分。如果在某个部分内检测到移动，则递增相关的磨损计数器。这允许监测不连续旋转的滑环处的磨损。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有选择性磨损指示的滑环
本专利技术涉及用于在旋转部件之间传输电信号的滑环。
技术介绍
电滑环用于在旋转部件和静止部件之间传递电功率和/或信号。这些装置用于不同的应用中，如风能设备或计算机断层扫描仪。还有许多国防和航空航天应用。在滑环中，在具有沿轴向方向布置的滑动轨道的圆柱形鼓或具有径向布置的拥有不同直径的滑动轨道的盘与电刷之间建立电接触。电刷通常包括一个或多个接触导线。所有这些应用通常需要高寿命和低接触电阻以及低接触噪声。由于电刷和滑动轨道之间的机械摩擦，因此存在导致滑环随时间退化的磨损。从现有技术中已知磨损指示器，其确定碳刷的长度并因此指示该电刷的磨损。在大多数滑环中，滑动轨道具有比电刷明显更长的寿命，但是它们也易于磨损。在WO2002/03403A2中，公开了滑环诊断系统。所述滑环诊断系统通过测量如接触电阻或接触噪声的电气参数来确定磨损状态。在CN202340045U中公开了一种具有添加的角度编码器的滑环。该角度编码器用于监控转速、角加速度、角度和角位置。没有用于测量或指示磨损的装置。US2013/218514A1公开了一种具有集成温度传感器的滑动电刷，用于连续旋转机器，如电动机和发电机。随着电刷温度的升高，磨损增加，并且指示相应地需要维护。由于电刷的热惯性，因此仅可以在许多分钟期间或针对大量旋转进行长时间观察。GB2461533A公开了一种用于估计风力涡轮机滑环中的磨损的装置。测量连续旋转的转子的旋转速度并计算其磨损指数。大量测试已经表明，轨道磨损的种类和分布可能因应用而异。在如雷达天线的连续旋转装置处的滑环轨道在轨道的整个长度上具有均匀分布的磨损。如果在如工业机器人的不连续操作装置中使用滑环，滑动轨道的某些部分可能比其他部分显示出更多的磨损。这使得磨损指示相对困难且不可靠。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是提供一种可靠的磨损指示，其能够指示滑动轨道的磨损。在独立权利要求中描述了该问题的解决方案。从属权利要求涉及本专利技术的进一步改进。在优选实施例中，一种滑环单元，包括至少一个滑动轨道和在轨道上滑动的至少一个电刷，所述至少一个电刷相对于轨道可移动和/或可旋转地布置。此外，提供编码器，用于检测所述至少一个滑动轨道和所述至少一个电刷之间的相对角位置和/或角移动。编码器机械地联接到所述至少一个滑动轨道和所述至少一个电刷。编码器可以是位置或角度编码器。它可以基于光学、磁性、机械或任何其他合适的编码器技术。编码器可以具有可相对于标记部分移动的传感器。标记部分优选地包括多个标记，所述多个标记可以由传感器检测。优选地，传感器机械地连接到所述至少一个电刷，而标记部分机械地连接到所述至少一个滑动轨道。可以将传感器安装到保持多个电刷的电刷块上而获得非常紧凑的设计。还可以交换传感器和标记部分，使得传感器机械地连接到滑动轨道并且标记部分机械地连接到电刷。编码器也可以是单件式部件，例如像具有壳体和驱动轴的角度编码器。编码器也可以是驱动包括滑环的复杂装置的电动机编码器的一部分。编码器优选地直接连接到滑环，但是它也可以间接地连接，例如通过齿轮箱。术语机械连接具有固定或固定地连接的含义，使得只存在用于补偿机械公差的轻微移动。它是不可旋转或可滑动的连接。连接可以是直接或间接连接，例如电刷和编码器安装到相同的印刷电路板。编码器可以是绝对或相对编码器或用于获得滑环角位置数据的任何其他装置。在相对编码器的情况下，必须存在至少一个绝对位置参考。这种参考可以是不同或附加的标记。替代地，绝对位置参考可以由机械止挡给出，该机械止挡机械地限制移动范围。此外，提供评估单元。评估单元构造成从位置编码器接收信号并产生其取决于角位置的磨损指示信号。磨损指示信号可以是指示故障状况的单个数字信号。可以存在指示多个磨损阶段的多个信号。还可以存在提供指示磨损量的值的模拟信号。此外，可以提供总线以用于传递详细的磨损信息。该总线也可用于构造评估单元。优选地，评估单元被构造成接收复位信号，例如当滑动轨道或电刷已经接受一些维护或已经对其更换时。这种复位信号可以经由总线、通过信号线、通过开关接收，该开关也可以是磁触发开关或任何其他合适的装置。磨损指示信号还可以是存储器中的值或任何其他信号。评估单元优选地被构造成用于选择性地记录一个或多个电刷在滑动轨道的特定角位置上的存在和/或移动。评估单元还可以被构造成用于选择性地记录一般而言的旋转和/或可移动角部分之间的存在和/或移动。后者执行起来更简单并且需要更少的储存器和计算能力资源。优选地，评估单元被构造成接收编码器信号并生成其位置值。在最简单的情况下，位置值与编码器信号相同。还可能需要缩放和/或校准编码器信号。它可以乘以或除以某个因子，也可以加上和/或减去位置偏移。如果位置值没有改变，则显然电刷没有相对于轨道移动。如果位置值改变，则检测到移动。通常，这种移动产生磨损。评估单元可以包括微控制器、FPGA、台式计算机、工业控制或具有数据存储或存储介质的任何其他合适的设备，该数据存储或存储介质包括用于执行评估任务的软件。它可以集成到滑环单元壳体中，或者它可以容纳在与滑环单元分开的分立壳体中。它也可以是更大系统的控制单元的一部分，例如，包括滑环单元的制造机器。在优选实施例中，存在专用于(分配给)多个角位置和/或角部分的多个磨损计数器。例如，包括360°的一整圈旋转可以被分成36个部分，每个部分覆盖10°。优选具有更高的分辨率，如1°或0.1°。如果在某个部分中检测到移动，则可以增加该部分的磨损计数器。针对任何一个移动方向可以设置独立的磨损计数器。在另一实施例中，可以检测移动速度，例如通过评估改变位置值之间的时间。磨损计数器可以根据速度而增加。随着速度可以存在线性或指数增加，使得例如在低速条件下磨损计数器增加1并且速度为两倍条件下磨损计数器增加2。另外，磨损计数器可以根据最大加速度或减速度而递增，该最大加速度或减速度在行进通过相应于(ressembling)部分的计数器时施加在电刷上。除了加速度(速度的导数)之外，加速度的导数还可能对磨损计数器产生影响，以相应于滑环的实际电刷磨损。在另一个实施例中，存在至少一个辅助传感器，用于检测和/或测量至少一个操作值，如温度、湿度、加速度等。还可以测量如跨滑环的电压或通过滑环的电流之类的电气值。众所周知，电负载也会影响磨损，因此可以通过磨损计数器来考虑。测量值可以进一步影响磨损计数器值。在示例中，在标准温度下磨损计数器增加1将在高10°的温度下改变为2的值，在高20°的温度下改变为4的值等等。如果在滑环中使用多个电刷，则可以增加分配给电刷所在部分的相应的磨损计数器。例如，如果提供3个电刷(每个电刷与下一个电刷间隔开120°)，则可以增加3个部分的磨损计数器，所述3个部分间隔开120°并且对应于电刷。在相同的滑环中，针对不同的轨道应用，可以实施单独的磨损计数器：例如，每个不同模块直径，一个用于信号而一个用于电力传输，每个不同电刷构造，例如一个用于单导线电刷而一个用于多导线电刷，每个不同接触技术，例如一个用于金属石墨刷而一个用于金线刷。如上所述，根据不同部分中的相对磨损，磨损计数器可在这些部分处不同地增加。如果至少一个磨损计数器接近和/或达到极限值，则可以给出磨损指示信号。还可以发出磨损警告信号，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种滑环单元，其包括能够相对于至少一个滑动轨道(161)旋转的至少一个电刷(201)、编码器(300)和评估单元(311)，所述编码器检测所述至少一个电刷(201)和所述至少一个滑动轨道(161)之间的相对角位置，并且所述评估单元(311)构造成从位置编码器接收信号，并且产生其取决于角位置的磨损指示信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.08 EP 16197826.71.一种滑环单元，其包括能够相对于至少一个滑动轨道(161)旋转的至少一个电刷(201)、编码器(300)和评估单元(311)，所述编码器检测所述至少一个电刷(201)和所述至少一个滑动轨道(161)之间的相对角位置，并且所述评估单元(311)构造成从位置编码器接收信号，并且产生其取决于角位置的磨损指示信号。2.根据权利要求1所述的滑环单元，其特征在于，所述评估单元(311)具有分配给多个角位置和/或角部分的多个磨损计数器。3.根据权利要求2所述的滑环单元，其特征在于，所述评估单元(311)构造成如果编码器值改变则检测到移动。4.根据权利要求2至3中任一项所述的滑环单元，其特征在于，所述评估单元(311)构造成如果在相关的位置处已经检测到移动则递增磨损计数器。5.根据权利要求2至4中任一项所述的滑环单元，其特征在于，所述评估单元(311)构造成根据角移动的速度和/或角移动的加速度或减速度来增加磨损计数器的增量。6.根据权利要求2至5中任一项所述的滑环单元，其特征在于，所述滑环单元包括至少一个另外的辅助传感器，用于测量至少一个操作值，并且所述评估单元(311)构造成根据传感器值中的至少一个来增加所述磨损计数器的增量，其中，所述传感器值能够对应于所述滑环处的温度、湿度、加速度、电压或电流中的至少一个。7.根据前述权利要求中任一项所述的滑环单元，其特征在于，所述编码器包括传感器单元(310)和能够相对于所述传感器单元移动的至少一个标记部分(...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·霍尔茨阿普费尔，H·海夫纳，
申请(专利权)人：史莱福灵有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE