Контактные кольца, также называемые электрическими шарнирами, коллекторными кольцами и поворотными электрическими соединениями, представляют собой электромагнитные устройства электромеханического, волоконно—оптического или даже бесконтактного типов индуктивности и емкости, которые передают сигналы питания и данных между вращающимся сегментом машины и неподвижным сегментом.

Конечно, передача энергии связана с более высоким напряжением и большим током, чем при передаче данных через контактные кольца. Такая передача энергии может использоваться в приложениях, требующих высокого напряжения, постоянного или переменного тока.

Чтобы было понятно, первоначальное применение контактного кольца заключалось в передаче мощности. Но современные контактные кольца могут передавать как аналоговые, так и цифровые сигналы от устройств обратной связи и даже данные через Ethernet или промышленные полевые шины.

Во многих случаях электрическая мощность используется для приведения в действие электродвигателей, соленоидов, приводящих в действие гидравлику, или других приводов с электрическим приводом.

Передача сигналов данных может осуществляться для органов управления, датчиков и тензодатчиков различных типов, аудио- и видеосигналов, а также цифровой информации, часто для поддержки IoT и функций профилактического обслуживания. Фактически, многие производители дополнительно подразделяют эти функции контактного кольца на категории для управления и передачи данных, поскольку их требования часто различаются. Частота сигналов данных может варьироваться — от прямого сигнала постоянного тока до ГГц с самыми высокими частотами и самыми быстрыми скоростями, требующими сложной конструкции контактных колец.

Добавление такой функциональности означает, что скользящие кольца позволяют применять уникальные приложения, которые в противном случае были бы невозможны, или, по крайней мере, упрощают механические конструкции, избегая при этом использования проводов в подвижных соединениях. Они наиболее распространены в ветряных турбинах, медицине, аэрокосмической промышленности, судостроении и промышленности в целом.

Конечно, если машинный узел включает вращение одной секции с фиксированным числом оборотов, может оказаться возможным использовать катушки с достаточной длиной кабеля и скоростью вращения, чтобы обеспечить требуемые обороты

Но если секция машины непрерывно вращается, использование кабелей для передачи сигналов между вращающейся и неподвижной секциями не особенно практично или надежно.

Вебинар на эту тему был представлен в прямом эфире во вторник, 18 декабря 2018 года.Нажмите ниже, чтобы посмотреть его по запросу.

Нельзя сказать, что скользящие кольца не работают в приложениях, требующих поворота или колебания менее чем на 360 °. На самом деле поворотные оси с ограниченным ходом довольно распространены. Одним из соображений здесь является то, что скользящее кольцо включает в себя функцию вращения по часовой стрелке и против часовой стрелки.

Это яркий пример от калифорнийского производителя систем управления движением Newmark Systems



Скользящие кольца содержат изнашиваемые элементы помимо щеток скользящего элемента и проводящих колец (в случае электромеханических вариаций) в виде шарикоподшипников. Смазка с помощью консистентной смазки устраняет необходимость в техническом обслуживании, но не всегда подходит для сред с экстремальными давлениями или температурами.

В некоторых случаях используется внешняя смазка и даже термопары для обеспечения длительного срока службы и максимальных скоростей при отслеживании любого перегрева элементов подшипника.

Да, в частности, для передачи данных существуют беспроводные соединения для передачи от движущихся секций машины к неподвижным. Здесь такие опции могут превзойти устаревшие контактные кольца и те, которые вышли из строя и демонстрируют дрожание сигнала и ухудшение качества, например, из-за чрезмерной вибрации.

Конечно, у Wi-Fi, инфракрасной и радиосвязи могут быть свои проблемы — это может подтвердить любой, кто сталкивался с устройством с поддержкой Bluetooth. Но это могут быть варианты для некоторых сред и отдельных приложений с определенными требованиями к электромагнитной совместимости (ЭМС), а также для тех, кому требуется удаленный мониторинг и определенная пропускная способность данных.

Конечно, технологии беспроводных контактных колец как для передачи данных, так и для питания стирают границы между этими приложениями и определениями, относящимися к контактным кольцам и другим технологиям.