Когда вращающийся узел имеет очень мало осевого пространства, стандартное цилиндрическое контактное кольцо часто оказывается слишком высоким, чтобы поместиться за панелью, внутри соединения робота или под поворотным столом. Токосъемное кольцо решает эту проблему, прокладывая токопроводящие дорожки плоско на диске, сохраняя низкую высоту установки, сохраняя при этом передачу мощности, управляющих сигналов и данных между неподвижной и вращающейся сторонами.
В этом руководстве объясняется, что такое плоское контактное кольцо, чем оно отличается от капсульного, а также конструкция-отверстия и барабана, какие характеристики наиболее важны перед заказом и когдаизготовленное на заказ контактное кольцоэто лучший ответ, чем стандартная деталь.
Что такое блинное контактное кольцо?
Контактное кольцо блина представляет собой плоский вращающийся электрический разъем. Вместо того, чтобы располагать токопроводящие кольца вдоль длинного цилиндрического корпуса, проводящие дорожки расположены на статоре в форме диска, а щетки соприкасаются с ними при вращении ротора. Результатом является очень короткая монтажная высота и сравнительно больший внешний диаметр.
Вы увидите несколько названий, используемых для одного и того же семейства продуктов, и они не всегда идентичны:
- Блинное контактное кольцо- общий отраслевой термин, обозначающий плоский диск.
- Плоское контактное кольцоиликонтактное кольцо диска- используются как взаимозаменяемые, обычно подчеркивая низкую-форму профиля.
- контактное кольцо печатной платы- подмножество, в котором проводящие дорожки выгравированы на печатной плате. Изготовление печатных плат часто встречается в конструкциях блинов, но технически это метод производства, а не синоним. Для более детального ознакомления с конструкцией статора см. этот обзорСтаторы печатных плат в блинных контактных кольцах.
Электрическая функция такая же, как и у любого другого контактного кольца: непрерывная передача энергии или сигналов через вращающийся интерфейс без наматывания кабеля. Механический компромисс--это то, что делает блинную конструкцию уникальной - она возвращает осевую высоту и требует взамен радиального пространства.
Когда следует использовать контактное кольцо для блинов?
Блинное контактное кольцо обычно является правильным выбором, когда одновременно совпадают три условия:
- Система нуждается в непрерывном или многократном вращении.
- Кабели не должны перекручиваться, утомляться или наматываться вокруг оси.
- Высота установки является ограничивающим фактором, но радиального зазора достаточно для установки более широкого компонента.
Если присутствует только одно или два из этих условий, другоетип контактного кольцаможет послужить лучше. Типичные примеры использования включают в себя роботизированные инструменты на конце--манипулятора, поворотные делительные столы со скоростью менее 100 об/мин, компактные ячейки автоматизации, платформы камер и датчиков, вращающиеся приспособления для медицинских и лабораторных исследований, упаковочное оборудование и поворотные столы, скрытые за плоской панелью.
Подходит ли контактное кольцо блина для вашего дизайна?
| Проектное состояние | Кольцо для блинов |
|---|---|
| Высота установки менее 25 мм, радиальное пространство 60 мм и более. | Хорошо подходит |
| Скорость вращения примерно 250 об/мин, непрерывная работа. | Хорошо подходит |
| Смешанное низкое-питание плюс сигналы (CAN, RS-485, энкодер) | Хороший вариант при правильной планировке |
| Скорость вращения выше 500 об/мин или постоянные высокие-токовые нагрузки. | Просмотрите альтернативы или запросите индивидуальную оценку |
| Строгое ограничение радиального пространства, но большая осевая высота. | Не подходит - рассмотрите капсулу |
| Требуется большое центральное сквозное-отверстие для вала или линии подачи жидкости. | Не подходит -, рассмотрите сквозное-отверстие |
| Сильная вибрация, удары или суровая герметичная среда. | Требуется индивидуальная оценка |
Почему блинные контактные кольца экономят осевое пространство
В компактных машинах обычно сложнее сохранить осевую высоту, чем радиальную ширину. Запястье робота, поворотный индексатор или сенсорная турель могут иметь вертикальное пространство за вращающейся пластиной всего 15–25 мм. Капсульная конструкция длиной 60–80 мм просто не подойдет. Плоское контактное кольцо с таким же количеством цепей может упасть в это пространство, поскольку пути контакта расположены наружу, а не вверх.
Именно поэтому блинные контактные кольца чаще встречаются в OEM-оборудовании, чем в установках общего-назначения: деталь имеет форму фиксированной механической оболочки, а не наоборот.
Могут ли блинные контактные кольца передавать энергию и данные вместе?
Да, но расположение имеет значение. Контактное кольцо блина может быть спроектировано для передачи питания постоянного тока, цепей управления переменного тока, обратной связи энкодера, CAN, RS-485, USB 2.0 и Gigabit Ethernet в одном узле. Ошибка заключается в том, что все схемы считаются взаимозаменяемыми. Это не так.
| Тип цепи | Типичный диапазон | Главный проектный концерн |
|---|---|---|
| мощность постоянного тока | 5–48 В, 1–10 А на кольцо | Ширина кольца, контактное сопротивление, тепловыделение |
| Низкоскоростные-цифровые сигналы (CAN, RS-485) | До ~1 Мбит/с | Прокладка витой-пары, отделение от силовых колец |
| Обратная связь энкодера (инкрементная, абсолютная) | A/B/Z или SSI/BiSS | Дифференциальные пары, экранирование, низкий уровень шума |
| Высокоскоростная-передача данных (Ethernet, USB) | 100 Мбит/с – 1 Гбит/с | Контроль импеданса, выделенные каналы, изоляция от электромагнитных помех - см.Руководство по проектированию контактного кольца Ethernet |
| Видео (HD-SDI, аналоговый) | До 3G-SDI | Согласование 75 Ом, коаксиальная связь, обратные потери |
Если Ethernet, обратная связь с кодировщиком или аналоговое видео расположены на том же диске, что и питание, положение этих колец, стратегия экранирования и прокладка кабеля должны быть определены до блокировки схемы. Попытка устранить помехи после того, как машина построена, обходится гораздо дороже, чем тратить час на проверку компоновки в самом начале.
Блинное контактное кольцо по сравнению с другими типами контактных колец
| Особенность | Блин | Капсула | Сквозное-отверстие | Барабан |
|---|---|---|---|---|
| Форма | Плоский диск | Маленький цилиндр | Цилиндр с центральным отверстием | Длинный цилиндр |
| Экономит осевую высоту | Да | Ограниченный | Ограниченный | Нет |
| Экономит радиальное пространство | Нет | Да | Зависит от размера отверстия | Да |
| Центральное сквозное-отверстие | Необязательно, ограничено | Нет | Да (основная особенность) | Необязательный |
| Типичное количество цепей | 2–56 | 2–24 | 4–100+ | 10–100+ |
| Типичный диапазон скоростей | От низкого до умеренного | Умеренный | От умеренного до высокого | Умеренный |
| Лучшее для | Сборки с-ограниченной высотой | Требуется компактный диаметр | Проходить-через вал или жидкость | Высокая плотность цепей |
Самое короткое правило принятия решения: выбирайте блин, когда главная проблема – рост.капсульное контактное кольцокогда диаметр является основной проблемой, иконтактное кольцо со сквозным-отверстиемкогда вал, пневматическая линия или пучок кабелей должен проходить через центр. Более глубокое сравнение см.сквозное-отверстие и контактное кольцо блина.
Основные характеристики, которые необходимо подтвердить перед заказом
Запрос типа «нам нужно плоское контактное кольцо» недостаточен для достоверного предложения. Приведенная ниже информация — это то, что команда инженеров запросит во время проверки проекта.
Механический контрольный список
- Максимальный внешний диаметр и минимальный внутренний диаметр
- Максимальная высота установки
- Расположение монтажных отверстий, с PCD и размером винтов
- Направление и длина выхода кабеля
- Тип соединителя, если он предварительно-завершен
- Закрытая или открытая-конструкция
- Чертеж САПР или 3D-модель окружающей оболочки
Электрический контрольный список
- Количество силовых цепей с напряжением и током на каждую цепь
- Количество сигнальных цепей, сгруппированных по протоколу
- Требования к заземлению и изоляции
- Экранирование чувствительных линий
- Разделение мощности и высокоскоростных-данных
Контрольный список сигналов
- Протокол (CAN, RS-485, Ethernet, USB, HD-SDI, тип кодера)
- Требуемая скорость передачи данных
- Тип кабеля и полное сопротивление
- Приемлемый уровень шума или целевой показатель BER
- Любой стандарт испытаний, требуемый конечным потребителем
Контрольный список окружающей среды и жизненного цикла
- Диапазон рабочих температур
- Пыль, влага, химическое воздействие
- НеобходимыйIP-рейтингзаМЭК 60529
- Профиль вибрации и ударов
- Скорость вращения и рабочий цикл (постоянный, прерывистый)
- Ожидаемый срок службы в оборотах или часах
- Доступ для обслуживания после установки
Как правильно выбрать контактное кольцо для блинов
Шаг 1. Сначала определите оболочку пространства.Прежде чем обсуждать схемы, подтвердите доступную высоту, внешний диаметр и центральный зазор. Механическая оболочка - это первый фильтр - если блин не влезет, то никакая электрическая оптимизация не поможет.
Шаг 2. Разделите списки мощности и сигналов.Таблица цепей с указанием напряжения, тока, протокола и типа кабеля более полезна, чем одно число, например «12 каналов».
Шаг 3. Проверьте скорость вращения и рабочий цикл.Блинная конструкция удобна на низких и средних скоростях. При частоте вращения выше 500 об/мин износ контактов, шум щеток и линейная скорость внешней-края начинают иметь значение и должны рассматриваться в каждом конкретном случае.
Шаг 4. Проверьте риск целостности сигнала.Отмечайте высокоскоростные-данные, кодировщик и аналоговые сигналы отдельно и заблаговременно принимайте решение об экранировании и размещении каналов.
Шаг 5. Решите, стандартный или индивидуальный. A стандартное контактное кольцо блинаработает, когда количество, размер и протоколы ваших каналов соответствуют существующей модели. В противном случае создание специальной версии будет более экономически выгодным,-чем принудительное изменение конструкции существующей машины.
Стандартные и нестандартные блинные контактные кольца
| Ваша ситуация | Стандартный блин | Пользовательские блины |
|---|---|---|
| Количество общих цепей, простой сигнал постоянного тока + низкоскоростной-сигнал | Да | Обычно не требуется |
| Плотность, не-стандартная схема монтажа или направление кабеля | Ограниченный | Рекомендуется |
| Смешанные данные о мощности и высокой скорости-на одном диске | Ограниченный | Рекомендуется |
| Специальный корпус, уплотнение или материал (чистое помещение, пищевой-класс) | Нет | Необходимый |
| Объем менее 20 единиц, стандартный каталог соответствует спецификации. | Да | Необязательный |
Инженерный практический пример: компактный поворотный стол для инспекций
Типичный запрос: поворотный стол для видеоинспекции-с монтажной высотой 22 мм, свободный внешний диаметр 90 мм, непрерывное вращение со скоростью 60 об/мин, список цепей с питанием 24 В постоянного тока, абсолютным энкодером и Ethernet-подключением к камере со скоростью 100 Мбит/с.
Механическая оболочка исключила капсулу и сквозное-проходное отверстие в первый день. Блинная схема была подтверждена в первом обзоре, но в исходной схеме пара Ethernet располагалась рядом с кольцом 24 В. Во время проверки конструкции мы разделили их двумя защитными кольцами, добавили внутреннее кольцо заземления под пару Ethernet и использовали прокладку с контролируемым-импедансом на статоре. Предварительный-образец прошел испытания на целостность, сопротивление изоляции (больше или равно 500 МОм при 500 В постоянного тока), диэлектрическую прочность (1000 В переменного тока в течение 60 с) и испытание на срок службы при 5 миллионах оборотов. Урок был знакомым: плоский профиль сам по себе не гарантирует производительность - размещение кольца, экранирование и дисциплина испытаний завершают работу.
Распространенные ошибки, которых следует избегать
Первая ошибка — рассматривать слово «блин» как синоним слова «компактный». Он компактен по высоте, а не по диаметру. Если ваше радиальное пространство также ограничено, разговор следует начать с другого семейства контактных колец.
Вторая ошибка — оставить протоколы сигналов неопределенными. «Некоторые сигнальные линии» не является спецификацией. Ethernet, кодер и аналоговое видео имеют свои собственные требования к компоновке, экранированию и тестированию.
Третья ошибка – недооценка тока на кольцо. Плоский диск рассеивает тепло иначе, чем цилиндрическое тело. Ширина кольца и материал контактов определяют практический предел тока, а не только каталожный номер.
Четвертая ошибка – слишком позднее вмешательство поставщика контактных колец. К моменту фиксации корпуса, двигателя и энкодера оставшееся пространство для контактного кольца часто имеет неправильную форму. Привлечение поставщика во время механической компоновки позволяет сэкономить как минимум одну ревизию.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Что такое контактное кольцо для блинов?
О: Контактное кольцо типа "плиночка" представляет собой плоский вращающийся электрический разъем с токопроводящими дорожками, расположенными на статоре в форме диска-. Он передает мощность и сигналы через вращающийся интерфейс, сохраняя при этом небольшую высоту установки, поэтому его иногда называют плоским контактным кольцом или дисковым контактным кольцом.
Вопрос: Когда мне следует использовать контактное кольцо для блинов вместо капсулы?
О: Выбирайте блин, когда осевая высота является ограничивающим фактором и у вас есть свободное радиальное пространство. Выбирайте капсулу, если ее диаметр невелик, но у вас достаточно высоты для небольшого цилиндрического корпуса.
Вопрос: Подходят ли блинные контактные кольца для высокоскоростного-вращения?
Ответ: Они наиболее удобны на низких и средних скоростях, обычно до нескольких сотен об/мин. Помимо этого, начинают иметь значение линейная скорость внешней-края, износ щеток и шум сигнала, и конструкция требует индивидуального--анализа каждого случая.
Вопрос: Может ли контактное кольцо блина передавать данные по Ethernet или USB?
А: Да. Гигабитный Ethernet, 100 Мбит/с Ethernet и USB 2.0 могут быть реализованы в блинной конструкции, но для них требуется маршрутизация с-управляемым импедансом, выделенные каналы и экранирование от соседних колец питания. Обсудите протокол с поставщиком до того, как макет будет заблокирован.
Вопрос: В чем разница между контактным кольцом печатной платы и контактным кольцом блина?
A: Контактное кольцо печатной платы описывает метод изготовления - токопроводящие дорожки выгравированы на печатной плате. Блин описывает общую форму. В большинстве современных контактных колец типа «пластина» используется статор из печатной платы, но не каждое контактное кольцо на основе печатной платы является блином.
Вопрос: Какая информация необходима для расчета индивидуального предложения по контактному кольцу для блинов?
A: Как минимум: размер установки, список цепей с указанием напряжения и тока на каждую линию электропередачи и протокола на каждую сигнальную линию, скорость вращения, рабочий цикл, рабочую среду, целевой класс IP и ожидаемое количество. Чертеж окружающей сборки значительно сокращает обзор конструкции.
Вопрос: Как долго прослужит контактное кольцо блина?
О: Срок службы зависит от скорости вращения, текущей нагрузки, материала контактов и окружающей среды. Хорошо спроектированные агрегаты обычно достигают десятков миллионов оборотов при непрерывной работе на низкой-скорости, но эта цифра должна быть подтверждена с учетом конкретного рабочего цикла.
Краткое содержание
Токосъемные кольца типа "блинчик" являются практическим ответом, когда вращающийся узел имеет высоту ломтика хлеба и бюджет точного инструмента. Они высвобождают осевое пространство, поддерживают смешанную передачу мощности и сигнала и хорошо адаптируются к механическим оболочкам OEM - при условии, что радиальное пространство, скорость вращения и расположение сигнала честно проверены с самого начала.
Если у вас есть установочный конверт и список цепей, этого достаточно для начала. Отсюда выбор между стандартнымблинное контактное кольцоииндивидуальный дизайнобычно становится ясным в ходе первого технического обзора. Для проектов, включающих чувствительные сигналы обратной связи или системы технического зрения на вращающихся платформах,Ресурсы сигнальных контактных колец для робототехники и БПЛАвозможно, также стоит прочитать перед вашим запросом.