具有内部温度影响元件的集成滑环组件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体上涉及滑环技术，更具体而言，涉及改进的滑环技术，该技术允许在更 宽的温度范围内通过滑环进行可靠的信号和功率传输。
【背景技术】
[0002] 用于在两个能够相对于彼此旋转或移动的构件之间传导信号的装置是本领域公 知的。这样的通常被称为旋转接头的装置既包括滑环，又包括扭转膜盒（twistcapsule)。 通常在希望构件之间进行不受限制的旋转时采用滑环，在要求构件之间只能发生有限的旋 转的时候采用扭转膜盒。
[0003] 高边缘速度使得通过旋转接头传输高频信号所面临的各种挑战错综复杂，其中高 边缘速度带来了带宽和阻抗匹配的限制。当前存在各种扩展高频滑环技术的技术，但是将 有源电子器件物理集成到旋转接头内往往存在困难，其受到热限制的制约，尤其是在低温。 低温将损害电接触部的机能，从而给电子器件带来热方面的难题。在这样的条件下，需要改 善环境不利影响的措施使得旋转接头可靠运行。
[0004] 在下面的现有技术专利中代表性地示出并描述了当前的高频滑环技术的例子：
[0005]
【发明内容】
[0007]将对所公开的实施例的对应零件、部分或表面进行括号引用，其只是为了举例说 明而非构成限制，在此情况下本发明提供了滑环改进，所述滑环具有定子和转子并且包括 刷子，所述刷子的近端安装在定子和转子之一上，远端与定子和转子的另一个啮合，所述刷 子适于跨越定子和转子之间的接口传送电信号。
[0008] 所述改进主要包括：转子包括支撑构件（1);在定子和转子中的另一个上提供的 轨道，所述轨道被布置为与所述刷子的远端滑动接触；以及布置在所述支撑构件内的热元 件（3或4)，其用于有选择地影响转子的温度；由此可以提高滑环的温度工作范围。
[0009] 所述转子可以是饼型转子。
[0010] 所述热元件可以是加热器或冷却器。
[0011] 所述改进还可以包括用于操作所述热元件的控制电子器件(6)。所述控制电子器 件可以物理上位于所述支撑构件（1)内。
[0012] 所述支撑构件可以具有凹部，所述控制电子器件可以物理上位于这一凹部内。
[0013] 所述支撑构件可以是印刷电路板。所述热元件可以是印刷电路板内的迹线。
[0014] 所述支撑构件可以由碳纤维复合材料形成。
[0015] 相应地，本发明的总的目的在于提供一种改进的滑环。
[0016] 另一目的在于提供一种具有布置在支撑构件内的内部热元件的改进滑环，因而可 以增大所述改进滑环的温度工作范围。
[0017] 通过前述和正在继续的书面说明书、附图和所附权利要求，这些以及其他目的和 优点将变得明显。
【附图说明】
[0018] 图1是一种饼型滑环转子的一部分的局部示意性垂直断面图，其示出了热元件和 位于支撑构件的凹部内的控制电子器件。
[0019] 图2示出了结合加热迹线作为两个内层的六层印刷电路板的局部示意性分解垂 直截面图。
[0020] 图3是其局部水平截面图，其示出了加热元件迹线之一的顶视平面图。
[0021] 图4是转子支撑构件的等角视图。
[0022] 图5是具有碳纤维径向支撑构件的转子的顶视平面图。
[0023]图6是具有附着于其上的某些额外控制电路板的印刷电路板支撑构件的透视图。
[0024] 图7A是二维印刷电路板的透视图。
[0025] 图7B是三维印刷电路板的另一透视图。
[0026] 图8是一种改进的旋转接头的示意性等角视图。
【具体实施方式】
[0027] -开始，应当清楚地理解，几幅附图中的类似的附图标记旨在对相同结构元件、部 分或表面做出一致的标识，这样的元件、部分或表面将通过整个书面说明书受到进一步的 描述或解释，这一【具体实施方式】部分是这一说明书的不可分割的部分。除非另行指出，否则 应当结合说明书理解附图（例如，交叉影线、各部分的布置、比例、程度等），应当将附图看 作是本发明的整个书面说明书的部分。下面的描述当中采用的词语"水平"、"竖直"、"左"、 "右"、"上"、"下"以及由其派生的形容词和副词（例如，"水平地"、"向右地"、"向上地"等 等）只是指在具体的附图面向读者时所示结构的取向。类似地，词语"向内地"、"向外地" 一般是指某一表面相对于其伸长轴或旋转轴的取向，具体视情况而定。
[0028] 在被称为电滑环的装置中，导电刷子在导电环上滑动，从而在转子和定子之间传 送电力和信号。
[0029] 使滑环操作扩展至较低的温度（例如，-50到_60°C)的常规方法涉及适当的电接 触部设计以及适当地选择边界润滑剂。电流经由支持接触部之间的负载的每一接触构件上 的金属凹凸（asperity)在接触部之间流动。边界润滑剂也支持一部分接触负载。如果润滑 剂的粘滞度提高，使得降低了施加在金属凹凸上的接触压力，那么电力和电信号可能中断。 随着转子的表面速度的提高，可能出现流体动力升力，因而电路可能断开。可以至少部分地 通过提高组件的温度规避这一影响。
[0030] 提高滑环的工作温度范围也可以使作为旋转接头的部分的电子器件受益。扩展 低温范围的常规解决方案是利用有源加热，例如，利用单片或周带加热器（monolithicor perimeterbandheater)提高组件的温度。这样的方案可能有效，但是其缺点是无法将热 量有效率地直接提供到最关键的部件当中。典型的将电子器件集成到旋转接头内的方法还 面临着将分立的加热器件以及热控制机构结合到密集组件内的困难。
[0031] 本发明提供了其内具有有源控制电子器件的改进的集成旋转接头组件，本发明的 特征在于一种新颖的具有空间效率的构造，该构造利用一种特有的径向支撑轮毂或构件来 安装一个或多个饼型滑环，在所述支撑结构内具有内部集成的有源和无源电子器件。本发 明的其他权利要求包括利用智能微控制器控制旋转接头组件的加热和冷却，以扩展旋转接 头的电及环境工作范围。
[0032] 本公开描述了能够将滑环的工作范围扩展至对于常规技术而言无法实现的更高 频率和更宽温度范围的热及空间管理技术。
[0033] 本发明利用一种集成旋转接头组件解决了这些缺陷，所述组件在印刷电路板 (PCB)旋转接头分组件内结合了电子器件和热调节部。
[0034]图1示出了本发明的实质，其相对于现有技术提供改进。在图1中，福板⑴起着 安装平面旋转接头组件（2)的作用，并且提供了凹部内的内部体积以包含电子部件（6)和 三维PCB构造（4)、布线（5)以及用于有选择地为所述部件提供加热（3)和/或冷却（4)的 措施。
[0035] 将电子器件和布线集成到旋转接头组件内的优点包括：(a)由于共享组件包络内 的空间而节省了尺寸和重量，（b)提高了高频性能，从而降低了损耗，改善了阻抗匹配，（c) 利用结合到PCB堆叠（3)内的印刷电路板加热元件对部件进行局部加热，从而扩展了低温 工作范围，（d)采用结合到旋转接头组件内的热电装置（4)提供加热、冷却或绝热，以扩展 诸如微处理器、时钟数据恢复装置和现场可编程门阵列（FPGA)的有源器件的温度下限和 上限，（e)利用在板传感器和微处理器控制对旋转接头加热芯和热电致冷器（TEC)进行智 能热管理，（f)通过径向安装结构（1)降低了发射，改善了屏蔽。
[0036] 在径向安装结构内采用碳纤维或类似的复合结构提供了与金属相当的电磁干扰 (EMI)屏蔽，并且允许将RF吸收材料安装到组件内，从而对电磁场进行吸收和衰减。
[0037] 图2示出了一种PCB结构，该PCB结构在PCB堆叠内结合了被实现为迹线层的加 热元件。这样的加热层可以通过常规的铜迹线实现，例如，如图3所示，或者