專利名稱：電纜卷軸及裝有此種卷軸的電磁波通信裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種電纜卷軸及裝有這種卷軸的電磁波通信裝置。
基于電磁信號的與在地球參照系中可動的衛(wèi)星進行通信的裝置(如天線)，一般來說，包括至少一個第一元件和第二元件，它們之間可相對轉(zhuǎn)動(樞轉(zhuǎn)連接)。在該轉(zhuǎn)軸連接處需要保證由各電纜攜帶的電信號(信息傳輸、供電或命令信號)的連續(xù)性。
為保證這種連續(xù)性，傳統(tǒng)上的解決方法包括采用旋轉(zhuǎn)觸點。但這種方法成本高，且在操作穩(wěn)定性方面被證實相對不可靠。
為了克服這些缺點，本發(fā)明提供了一種卷軸，它包括一個可相對一個第二元件繞一軸線轉(zhuǎn)動的第一元件，和至少一條在至少一點處與第一元件固連的第一電纜，其中第一電纜在至少一點處與第二元件固連，且繞所述軸線螺旋形卷繞。
第一電纜確保信息在一個方向的傳輸；為了實現(xiàn)信息的反向傳輸，轉(zhuǎn)軸包括至少一條第二電纜，它繞所述軸線螺旋形卷繞，并由一個與所述軸線垂直的第一法蘭與第一電纜分開。
本發(fā)明還提出，第一法蘭上有一個用來使第二電纜通過的孔，且第一法蘭與第二元件固連。從而不需要第二元件在由第一和第二電纜形成的螺旋的高度處(沿所述軸線)形成一個用于第二電纜的導引結(jié)構(gòu)。在系統(tǒng)尺寸不變的情況下，這使得可以增大螺旋的外徑對內(nèi)徑的比值，并從而增加第一和第二元件相對旋轉(zhuǎn)的可能性。
第一電纜被容納在軸向上由一個第二法蘭和所述第一法蘭確定的第一線倉中，第二電纜被容納在軸向上由所述第一法蘭和所述第一元件確定的第二線倉中，一條第三電纜被容納在軸向上由所述第二法蘭和所述第二元件確定的第三線倉中。
第一線倉和第二線倉在徑向上一方面由第一元件確定，另一方面由第二元件確定。第三線倉在徑向上一方面由從第二法蘭延伸出來的壁確定，另一方面由第二元件確定。第二法蘭與第二元件固連。
本發(fā)明還提供了一種用于電磁波通信的裝置，至少包括一套在機械上和電氣上與一個底座相連的發(fā)送器／接收器組件，同時還包括這樣的卷軸。
下面結(jié)合附圖來說明本發(fā)明，其中

圖1為本發(fā)明所指的天線的總圖；圖2為圖1所示天線的一個關節(jié)的零件圖，這個天線中使用了本發(fā)明所述的卷軸。
圖3a和圖3b為圖2所示關節(jié)對應上臂和下臂兩個相關位置的立體圖；圖4為圖2所示關節(jié)的另一個立體圖。
為了接收由衛(wèi)星發(fā)出的電磁信號以及向衛(wèi)星傳送該相同類型信號，如圖1所示，按楞勃透鏡原理設計的天線2主要包括一個主要由絕緣材料構(gòu)成的球4，以及接收器6及發(fā)送器8。
如專利EP 0555262所述，球4把入射在焦點F處的平面波極化，焦點位于球4外部，且因此在這點上安裝一個接收器6。同樣，位于焦點F處的點源(比如一個發(fā)送器8)在球4方向上發(fā)送的波將產(chǎn)生一個平面波。焦點F作為入射的或發(fā)送的平面波的方向的函數(shù)是可變的。
對于衛(wèi)星傳輸，攜帶信號的電磁波被認為是平面波，它的方向是連接天線到衛(wèi)星的一條直線。
天線2是更適用于與高度低的衛(wèi)星通訊，這種衛(wèi)星的軌道位于低于地球同步衛(wèi)星高度的高度處，此種衛(wèi)星在地球參照系中是運動的，因此入射的和發(fā)射的平面波的方向是變化的。接收器6和發(fā)送器8可移動，以便能隨時定位于對應入射波方向的焦點F上。
此外，這些衛(wèi)星在地球參照系中移動這個事實意味著它們可能從視野中消失，例如在它們通過地平線以下時。因此，規(guī)定要求使用全部發(fā)射相同信號的衛(wèi)星的星座，天線2上裝有兩套發(fā)送器／接收器組件10，他們可以相互取代，以便獲得一個連續(xù)的接收信號且總具有向星座的某個衛(wèi)星發(fā)送信號的能力。
這兩套發(fā)送器／接收器組件10安裝在一個復雜的機械系統(tǒng)上，這個系統(tǒng)包括以下元件一個固定在地球坐標系中的底座11；一個相對于底座11可繞一優(yōu)選的(但非必需的)鉛直軸y0旋轉(zhuǎn)的基座12。
兩個肩臂14(shoulder arm)，分別安裝在基座上的一位置處，可繞各自的軸線y1旋轉(zhuǎn)。
兩個肘臂16，分別安裝在各自的肩臂14上，并可繞各自的軸線y2旋轉(zhuǎn)。
每個發(fā)送器／接收器組件10安裝在一相應的肘臂16上。
可以看出，為了圖紙清晰，圖1中只畫出了一個肩臂14和一個肘臂16。
基座12相對于底座11的轉(zhuǎn)動位置、每個肩臂14相對于基座12的轉(zhuǎn)動位置及每個肘臂相對于相關聯(lián)的肩臂14的轉(zhuǎn)動位置借助于安裝在每個轉(zhuǎn)動軸線上的同樣多的電機18，20，22來改變。具體地說，電機18可以使基座12轉(zhuǎn)動，每個電機20可以使相應肩臂14相對基座12轉(zhuǎn)動，以及每個電機22使肘臂16相對于所述肘臂安裝其上的肩臂14轉(zhuǎn)動。
使一個機械零件12、14、16相對于另一個轉(zhuǎn)動連接的各零件的整體稱為關節(jié)。
電機18、20、22由一電子控制電路(未畫出)來控制，這個電路移動各個元件的方式是兩套發(fā)送器／接收器組件10各自定位在相應于星座衛(wèi)星的接收方向的焦點F處。
底座11包含電源、電控電路和處理接收和發(fā)送的信號的電路。在底座11和發(fā)送器／接收器組件10之間形成有以下電連接。
一條為第一同軸電纜形式的電纜24，用來傳輸接收到的信號(高頻信號)；一條為第二同軸電纜形式的電纜26，用來傳輸要發(fā)送的信號(高頻信號)；一條電纜28，用于發(fā)送器的放大器的電力傳輸；電纜30，用于電機18、20、22的供電；電纜32，用來傳輸電機18、20、22的控制信息，所述信息由電控回路產(chǎn)生(低頻信號)。
供電電纜28、30與控制電纜32被合并在一條扁平的片狀電纜(第三電纜)34中。(FFC，代表扁平撓性電纜)。
盡管各機械零件(基座12、肩臂14、肘臂16)相對于彼此的轉(zhuǎn)動，為了保證各電纜24、26、28、30、32的電連續(xù)性，在每個關節(jié)處設置一個電纜卷軸36。
下面參照圖2、3a、3b和圖4描述卷軸36，卷軸分別涉及基座12／肩臂14關節(jié)或肩臂14／肘臂12關節(jié)，并已知相應于這些關節(jié)的卷軸36都是由相同原理制造。在此框架下，術(shù)語“下臂38”指關節(jié)的兩個臂中機械上離底座11(分別為基座12或肩臂14)最近的那個臂，而術(shù)語“上臂40”是指最遠的那個(分別為肩臂14或肘臂16)。
此外，還可看到，也有可能在底座11和基座12之間用相同的技術(shù)形成一個關節(jié)。
在下臂(第一構(gòu)件)38和上臂(第二構(gòu)件)40之間的關節(jié)主要包括一個配裝在上臂40上的軸42。軸42在轂41的區(qū)域中安裝在上臂上，轂是從上臂40的下表面74(就是指朝向下臂38的那個面)延伸出。軸40由電機44驅(qū)動旋轉(zhuǎn)(根據(jù)關節(jié)的不同，而為電機20或電機22)，電機44配裝在下臂38上。
更具體地說，電機44裝在下臂38的下表面46(就是指，與上臂40相對的那個面)上；旋轉(zhuǎn)軸42穿過下臂38，它們中間帶有一個防磨環(huán)48，然后穿過上臂40。旋轉(zhuǎn)軸42通過裝在軸42上端的螺母50固緊于上臂，螺母壓在上臂40的上表面52(指與下臂38相對的那個面)上。
在余下的描述中，術(shù)語“徑向的”和“軸向的”理解為相對旋轉(zhuǎn)軸42的軸線Y的方向。術(shù)語“下部的”和“下”意思為相對軸線Y的方向從上臂40朝向下臂38的方向。術(shù)語“上部的”和“上”意思為相對軸線Y的方向從下臂38朝向上臂40的方向。
卷軸36包括一個環(huán)形的下部納線腔54，它在徑向由一個軸線Y方向的小直徑柱狀壁56和一個軸線Y方向的大直徑柱狀壁58確定。下部納線腔54包括一個用來容納第二同軸電纜26的下線倉(第二線倉)60，和一個用來容納第一同軸電纜24的中間線倉(第一線倉)62。
更具體地說，下部納線腔54在軸向上由與Y軸垂直的下壁68確定，下壁68是由下臂38的上表面形成的，柱狀壁56、58同樣地與下臂38做成一體。
下線倉60和中線倉62每個都有一個高度(與Y軸平行)，這個高度只比同軸電纜24、26的直徑大一點兒，例如大0．2mm。在每個線倉60、62中，同軸電纜24、26以單一厚度繞Y軸螺旋形卷繞，從而形成同心的各圈，他們的半徑沿著電纜24、26變化。
卷軸36也包括一個環(huán)形的上納線腔55，它由一個沿Y軸方向的小直徑柱狀壁64和一個沿Y軸方向的大直徑柱狀壁66確定。上納線腔55確定了一個上線倉(第三線倉)，它用來容納扁平片狀電纜34。上線倉55的高度與扁平片狀電纜34的寬度相對應，扁平電纜34繞Y軸螺旋形卷繞，它的寬度沿平行Y軸方向延伸。
防磨環(huán)48在其上端有一個環(huán)形翼49，它使防磨環(huán)在軸向上保持在下臂38和上臂40之間。更具體地說，該翼49的上表面軸向上與轂41的一面相靠，而翼49的下表面軸向抵靠在下部納線腔54的小直徑柱狀壁56上。
下線倉60和中線倉62之間的隔斷由一個基本上環(huán)形的第一法蘭70形成，這個法蘭布置在與Y軸垂直的方向上，且在轉(zhuǎn)動方面而言與上臂40保持固定。中線倉62和上線倉55之間的隔斷由一個基本上環(huán)形的第二法蘭72形成，它布置在與Y軸垂直的方向上，且在轉(zhuǎn)動方面而言與下臂38保持固定。
下線倉60和中線倉62在徑向上一方面由下納線腔54的大直徑柱狀壁58確定，另一方面由形成在上臂40上的位于轂41末端的套環(huán)57確定。套環(huán)57在Y軸方向有一個柱面斜度(cylindrical slope)，它的半徑比下納線腔54的小直徑柱狀壁56的大，但比轂41的外半徑小。
形成第二法蘭72的部件同時帶有上納線腔55的大直徑柱狀壁66。上納線腔55的上壁由上臂40的下表面74的一部分形成，上納線腔55的小直徑柱狀壁64由轂41的外表面形成。
每條同軸電纜24、26通過在下納線腔54的大直徑柱狀壁58上的孔76穿入各自的線倉62、60，每條同軸電纜24、26在孔76處被固定，從而每一同軸電纜24、26的，與下臂38相齊的、在下納線腔54外面(亦即在下線倉60和中線倉62外面)的那部分相對下臂38固定。
此外，每條同軸電纜24、26通過相應的管路78、80穿過上臂40(從而穿過上線倉55)，各導管制成在轂41中并平行于Y軸。每條同軸電纜24、26相對各自的導管78、80固定不動，其方式是每條同軸電纜24、26的，與上臂40相齊的，位于下納線腔和導管78、80外面的那部分相對于上臂40固定。
更具體地說，納放在下納線腔60中的第二電纜26在孔71處穿過第一法蘭70，經(jīng)由管路80穿過中線倉62和上臂40。因此可以理解第一法蘭70需要固定于上臂40，如上面所闡述的那樣。
因此，對于每條同軸電纜24、26，位于線倉62、60中的那部分電纜的兩端82、84被固定，一個頭82相對下臂38固定，另一個頭84相對上臂40固定。在一個臂相對另一臂轉(zhuǎn)動過程中，電纜24、26各點處的半徑被機械地調(diào)整，其方式是兩個末端82、84之間的角度距離對應于位于線倉62、60中電纜24、26的長度(這個長度是恒定的)?？梢岳鐓⒄請D3a和圖3b，它們分別表示了由上臂40相對下臂38旋轉(zhuǎn)一圈造成的同軸電纜24的兩種不同的結(jié)構(gòu)布置。
根據(jù)一個臂相對另一個臂的可實現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，線倉62、60的半徑尺寸按以下方式確定，即其允許可能發(fā)生的在半徑方面的所有變化。
例如，線倉內(nèi)外半徑的比為4．3可實現(xiàn)轉(zhuǎn)動一圈，6．3可實現(xiàn)轉(zhuǎn)動三圈。
利用孔71使第二同軸電纜26穿過固連在上臂40上的法蘭70使得可以避免在下納線腔區(qū)域內(nèi)沿Y軸伸長管路80(并從而轂41)。結(jié)果，徑向確定下線倉和中線倉的套環(huán)57可以具有比轂41的半徑小的半徑。在給定的外部尺寸的情況下(大直徑柱狀壁的半徑已確定)，增大了內(nèi)外徑的比，從而可以增加可旋轉(zhuǎn)的角度。
扁平片狀電纜34在孔85處穿過上線倉55的大直徑壁66，并經(jīng)由槽86穿過上臂40，并在槽86處被固定。如上所述，扁平片狀電纜34的寬度(亦即，各電纜28、30、32據(jù)以對準的尺寸)平行于卷軸36的Y軸延伸。
扁平片狀電纜34繞Y軸螺旋形卷繞。位于上線倉55中那部分扁平片狀電纜的兩端被固定(一個固定在孔85處，并因而相對固定于下臂38的第二法蘭72固定不動；另一端固定在槽86處，并因而相對上臂40保持不動)，其方式是在一個臂相對另一個臂轉(zhuǎn)動過程中，扁平片狀電纜34的狀態(tài)與上面針對同軸電纜24、26描述的狀態(tài)一樣。
可以看出，并不是所用構(gòu)成扁平片狀電纜24的電纜都終止在發(fā)送器／接收器組件10處，由于它們中的一些電纜終止在承載它們所供電或控制的電機的臂的區(qū)域中。因此，構(gòu)成扁平片狀電纜34的電纜的數(shù)目在所有上線倉55中并非都是相等的。
上面介紹的卷軸36使得可以在合理的成本下實現(xiàn)在下臂38／上臂40關節(jié)處的特別可靠的電氣連接，特別是因為由于這些電纜24、26、34尤其是同軸電纜24、26在它們穿過關節(jié)時未被中斷，而使這個解決方案不需要使用任何接線器。
另一方面，特別是由于下線倉54和上線倉55的大直徑壁58、66及套環(huán)57分別形成在下臂38、第二法蘭72和轂41上，使構(gòu)成卷軸36的零件數(shù)目減少到最小。
權(quán)利要求
1．一種卷軸，包括一個可以繞一軸線(Y)相對一第二元件(40)轉(zhuǎn)動的第一元件(38)，以及至少一條在至少一點處固定于第一元件(38)的第一電纜(24)，其特征在于第一電纜(24)在至少一點處固定于第二元件(40)，且第一電纜(24)繞所述軸線(Y)螺旋形卷繞。
2．如權(quán)利要求1所述的卷軸，其特征在于至少一條第二電纜(26)繞所述軸線(Y)螺旋形卷繞，并由一個與所述軸線(Y)垂直的第一法蘭(70)與第一電纜(24)隔開。
3．如權(quán)利要求2所述的卷軸，其特征在于第一法蘭(70)包括一個用于使第二電纜(26)穿過的孔(71)，并固定于第二元件(40)。
4．如權(quán)利要求2或3所述的卷軸，其特征在于第一電纜(24)被容放在軸向上由一第二法蘭(72)和所述第一法蘭(70)確定的一第一線倉(62)中。
5．如權(quán)利要求4所述的卷軸，其特征在于第二電纜(26)被容放在軸向上由所述第一法蘭(70)和第一元件(38)確定的第二線倉(60)中。
6．如權(quán)利要求5所述的卷軸，其特征在于第一線倉(62)和第二線倉(60)在徑向上一方面由第一元件(38)確定，在另一方面由第二元件(40)確定。
7．如權(quán)利要求4到6中任一項所述的卷軸，其特征在于一第三電纜(34)被容放在軸向上由所述第二法蘭(72)和第二元件(40)確定的第三線倉(55)中。
8．如權(quán)利要求7所述的卷軸，其特征在于第三線倉(55)在徑向上一方面由從第二法蘭(72)延伸出來的壁(66)確定，另一方面由第二元件(40)確定。
9．如權(quán)利要求8所述的卷軸，其特征在于第二法蘭(72)固定于第二元件(40)。
10．一種用于電磁波通信的裝置，包括至少一個在機械和電氣上與一個底座(11)連接的發(fā)送器／接收器組件(10)，其特征在于它包含一個如權(quán)利要求1到8中的任一項所述的卷軸。
全文摘要
本發(fā)明公開了卷軸的使用,卷軸包含一可以繞一軸相對第二元件轉(zhuǎn)動的第一元件及至少一條與第一元件在至少一點處固連的第一電纜。第一電纜與第二元件在至少一點處固連,且第一電纜繞上述軸螺旋形纏繞。該卷軸包括至少一條第二電纜,它繞上述軸螺旋形纏繞并由一與該軸垂直的第一法蘭與第一電纜隔開。本發(fā)明也公開了一種用于電磁波通信的裝置,它包括至少一套與底座機械和電連接的發(fā)送器/接收器組件及這樣一種卷軸。
文檔編號H01Q3/04GK1293464SQ0013065
公開日2001年5月2日 申請日期2000年10月9日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月13日
發(fā)明者菲利普·伯薩德, 帕特里斯·赫茲林 申請人:湯姆森多媒體公司, 湯納羅伊斯電子工業(yè)公司