CN102334245A - 线性运动电接头组件 - Google Patents

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Abstract

一种线性运动电接头包括：一个外部的部件，该外部的部件具有由一个内表面限定的一个孔；以及位于该孔中的一个圆柱体。该圆柱体具有一个外表面。在该圆柱体的外表面或者该外部的部件的内表面之一上形成了一个环形凹槽。该环形凹槽具有一个轴向长度。一个导电弹簧被配装在该环形凹槽内并且在该外部的部件与该圆柱体之间提供了电接触。该导电的螺旋弹簧被适配为沿着该环形凹槽的轴向长度卷动以便在该圆柱体相对于该外部的部件被平移时保持电接触。

Description

线性运动电接头组件
技术领域
本披露总体上涉及电接头。更确切地讲，本披露涉及线性运动电接头组件。
背景技术
许多的应用要求在使一个部件相对于另一个部件进行平移的同时保持一种电连接。例如，一个伸缩的天线要求在底座与末端之间的电连接是跨越该天线的整个长度。一种解决办法是在这两个部件之间提供一种滑动接触，如一个指状弹簧。然而，当这些区段被平移时该指状弹簧会跳跃，导致断续接触。此外，这种滑动接触的摩擦会产生可导致接头粘连的磨损物，如金属碎片。最终，磨损会导致该指状弹簧的失效。另一种解决办法是在这两个部件之间提供挠性电缆。这种挠性电缆可以在这些部件相对彼此被平移时提供一种恒定连接、并且不将磨损物引入接点内。然而，这些电缆的挠曲会使导体或绝缘体疲劳，产生短路或电连接的失效。
发明内容
在一个实施方案中，一种线性运动电接头可以包括：一个外部的部件，该外部的部件具有限定了一个孔的一个内表面；以及位于该孔中的圆柱体。该圆柱体可以具有一个外表面。此外，一个环形凹槽可以形成在该外部的部件的内表面或者该圆柱体的外表面之一上。另外，一个导电弹簧可以配装在该环形凹槽内。该导电的螺旋弹簧可以在该外部的部件与该圆柱体之间提供一种电接触。该导电的螺旋弹簧可以沿着该凹槽的长度卷动以便在该圆柱体与该外部的部件相对彼此被平移时保持这种电接触。
在另一个实施方案中，一种可伸展的天线可以包括：一个第一天线段，该第一天线段具有由一个内表面限定的一个孔；以及位于该孔中的一个第二天线段。该第二天线段可以具有一个外表面。一个环形凹槽可以形成在该第二天线段的外表面或者该第一天线段的内表面之一上。该环形凹槽可以具有一个轴向长度并且一个导电弹簧被配装在该环形凹槽内。该导电弹簧可以在该第一与第二天线段之间提供电接触。此外，该导电的螺旋弹簧可以被适配为沿着该环形凹槽的轴向长度卷动以便在该第二天线段相对于该第一天线段被平移时保持电接触。
在另一个示例性的实施方案中，一种机器人系统可以包括：一个本体，该本体具有由一个内表面限定的一个孔；以及位于该孔中的一个轴。该轴可以具有一个外表面。一个环形凹槽可以形成在该轴的外表面或者该本体的内表面之一上并且该环形凹槽具有一个轴向长度。一个导电弹簧可以被配装在该环形凹槽内并且可以在该轴与该本体之间提供电接触。此外，该导电的螺旋弹簧可以被适配为沿着该环形凹槽的轴向长度卷动以便在该轴相对于该本体被平移时保持电接触。
在又一个示例性的实施方案中，一种液压系统可以包括：一个缸体，该缸体具有由一个内表面限定的一个孔；以及位于该孔内的一个活塞。该活塞可以具有一个外表面。一个环形凹槽可以形成在该活塞的外表面或者该缸体的内表面之一上，该环形凹槽具有一个轴向长度。一个导电弹簧可以被配装在该环形凹槽内并且可以在该缸体与该活塞之间提供电接触。此外，该导电的螺旋弹簧可以被适配为沿着该环形凹槽的轴向长度卷动以便在该活塞相对于该缸体被平移时保持电接触。
附图说明
通过参见附图可以更好地理解本披露，并且使其许多特征和优点对于本领域技术人员变得清楚。
图1是展示一种线性运动电接头的一个示例性实施方案的一个图。
图2是展示一种卷动弹簧(rolling spring)的一个示例性实施方案的一个图。
图3至图5是展示了一种线性运动电接头的另一个示例性实施方案的图。
在不同的图中使用相同的参考符号表示相似的或相同的事项。
具体实施方式
图1展示了一种线性运动电接头的一个示例性实施方案，总体上指代为100。该线性运动电接头100可以包括一个外部的部件102和一个圆柱体104。外部的部件102可以具有限定了一个孔的一个内表面106并且圆柱体104可以具有一个外表面108。圆柱体104的大小可以被确定为滑动地配装在外部的部件102的孔的内部。在一个实施方案中，圆柱体104的大小可以被确定为使得当圆柱体104在该孔中被置于中心且对齐时在圆柱体104的外表面108与该外部的部件102的内表面106之间存在最小的接触。圆柱体104和外部的部件102可以是相对于彼此在一个冲程长度上进行平移。
另外，环形凹槽110和112可以是形成在圆柱体104的外表面108上。在一个实施方案中，这些环形凹槽110可以具有一种带有深度118和轴向长度120的矩形截面。在替代实施方案中，可以存在一个或多个环形凹槽。一般，环形凹槽的数目可以是小于该孔的长度与该冲程长度之比，使得这些环形凹槽是不重叠的。该冲程长度可以是该线性运动电接头在正常操作过程中的整个平移范围。此外，这些环形凹槽可以是沿着该孔长度布置的以便将圆柱体104保持在相对于该孔而言的一个位于中心并且对齐的位置上。
卷动弹簧118和120可以被放置在环形凹槽110和112内。在一个实施方案中，卷动弹簧118和120可以是一种重叠的螺旋盘绕弹簧，这将在下面详细进行说明。在一个替代实施方案中，可以使用其他形式的卷动弹簧。例如，在授予Kunkel的美国专利3,502,784中所描述的一种不重叠的螺旋盘绕弹簧或者在授予Mather的美国专利3,468,527中所描述的一种倾斜盘绕弹簧。
在该线性运动电接头的操作过程中，圆柱体104和外部的部件102可以相对于彼此线性地进行平移。在平移过程中该圆柱体104与外部的部件102之间的电连接是可以保持的。卷动弹簧118和120可以沿着环形凹槽110和112卷动。由于卷动弹簧118和120发生卷动，圆柱体104与外部的部件102之间的滑动摩擦可以被显著减小。
图2展示了一个示例性的卷动弹簧，总体上指代为200。卷动弹簧200可以通过将一个导电带202卷绕在一个重叠的螺旋盘绕圈204中而形成。导电带202可以具有在大约0.060英寸与大约0.300英寸之间的一个宽度以及在大约0.003英寸与大约0.006英寸之间的一个厚度。螺旋盘绕圈204的每一个盘绕都可以按一个重叠距离而重叠在螺旋盘绕圈204的前一个盘绕上。例如，盘绕206重叠在前一个盘绕208上。该重叠距离可以是在导电带202宽度的大约20％与大约40％之间。重叠的螺旋盘绕圈204可以具有一个盘绕圈直径210。盘绕圈直径210可以是小于导电带202宽度的约三倍，例如在大约0.060英寸与大约0.250英寸之间。此外，重叠的螺旋盘绕圈204可以被弯曲并且导电带202的两个末端例如通过焊接被结合在一起，以形成该具有圆环形状的卷动弹簧200。在一个替代实施方案中，可以将一个实心环定位在该重叠的螺旋盘绕圈内。卷动弹簧200可以具有一个内直径212。卷动弹簧200的内直径可以是不小于盘绕圈直径210的约八倍。
在一个实施方案中，导电带202可以包括一种金属或者一种金属合金。例如，导电带202可以包括一种镍合金(如哈司特镍基合金、Ni220和Phynox)、一种铜合金(例如铍铜和铜铬锌合金)、或者不锈钢。此外，该金属带可以被镀有一种电镀金属，如金、锡、镍或银。在一个替代的实施方案中，该导电带可以由一种聚合物形成，例如一种导电聚合物或者一种涂覆有电镀金属的聚合物。在一个实施方案中，该导电聚合物可以是一种具有导电性填充剂的聚合物。
在一个实施方案中，卷动弹簧200的内直径212可以与该圆柱体在该环形凹槽位置处的直径相关，使得在卷动弹簧200与该圆柱体的外表面之间存在平稳接触。此外，盘绕圈直径210可以与该环形凹槽的深度相关。确切地说，在中等的压缩力下，卷动弹簧200的外边缘与该外部的部件的内表面保持一种平稳接触。此外，在中等的压缩力下，该重叠的螺旋盘绕圈可以保持一个基本上圆形的截面。该中等的压缩力可以导致该弹簧的不大于该盘绕圈直径的25％的一种跨直径压缩，例如不大于该盘绕圈直径的20％，甚至不大于该盘绕圈直径的15％。在一个实施方案中，为了保持适当的电接触，产生至少为盘绕圈直径的10％的弹簧的跨直径压缩是令人希望的。在另一个实施方案中，该弹簧可以具有位于该螺旋盘绕圈内的一个实心的金属环。该实心的金属环可以实质性地进一步限制弹簧在重的侧面负载下的压缩。
转至图3-5，展示了该线性运动电接头的另一个实施方案，总体上指代为300。参见图3，圆柱体304位于外部的部件302内。此外，外部的部件302可以包括环形凹槽306和308。可以将卷动弹簧310和312放在各个环形凹槽内。
如图3所示，当圆柱体304被完全插入外部的部件302中时，卷动弹簧310和312可以被定位在环形凹槽306和308的一个第一末端处。当圆柱体304相对于外部的部件302被平移到如图4中所示的一个位置时，卷动弹簧310和312沿着圆柱体304的外表面并且在平行于圆柱体304的轴线的一个方向上在环形凹槽306和308内通过卷动来移动。沿着圆柱体304的外表面的移动可以通过各个卷动弹簧310和310围绕一个对应的盘绕圈轴线进行卷动而完成，该盘绕圈轴线是由该弹簧的每个盘绕的中心点所限定的。如图5所示，圆柱体304在该冲程长度的剩余部分上的进一步平移致使这些卷动弹簧310和312卷动到环形凹槽306和308的一个第二末端。该冲程长度是由图3中所示的位置与图5中所示的位置之差来展示的。
一般，卷动弹簧310和312可以起作用来将圆柱体304在外部的部件302的孔内保持在一种居中对齐中。居中对齐可以实质性地减少在外部的部件302的内表面与圆柱体304的外表面之间的的摩擦。此外，弹簧310和312的卷动可以防止弹簧310和312在内表面亦或外表面上的滑动摩擦。一般，卷动弹簧310和312的任何卷动摩擦都可以显著小于弹簧310和312的滑动摩擦。因此，卷动弹簧310和312可以起作用来减小线性运动电接头300的总摩擦。减小的摩擦可以降低线性运动电接头300的磨损并且延长其寿命。
该线性运动电接头可以被用于那些需要跨越一个线性运动接点而保持电连接的各种应用中。例如，该线性运动电连接可以被用于一种可伸展的天线中以在该天线的整个伸展范围上提供一种连续的电连接。在另一个实例中，该线性运动电接头可以被用于一种机器人系统中。在又一个实例中，可以将该线性运动电接头整合到一个液压活塞中以通过该活塞提供一种连接。
在一个实施方案中，该线性运动电接头可以用于提供一个用于接地的电流通路，例如用以限制来自一种电击或另一种放电的损害。在另一个实施方案中，该线性运动电接头可以用于提供来自电源的电通路。例如，可以使DC或者AC电流通过该线性运动电接头以向一个装置提供动力。在又一个实施方案中，可以将一个控制信号从一个控制系统经该线性运动电接头而提供至一个装置。

Claims (34)

1.一种线性运动电接头，包括：
一个外部的部件，该外部的部件具有由一个内表面限定的一个孔；
一个位于该孔内的圆柱体，该圆柱体具有一个外表面，
一个环形凹槽，该环形凹槽形成在该圆柱体的外表面或者该外部的部件的内表面之一上，该环形凹槽具有一个轴向长度；以及
一个配装在该环形凹槽内的导电弹簧，该导电弹簧在该外部的部件与该圆柱体之间提供了电接触，
其中，该导电弹簧被适配为沿着该环形凹槽的轴向长度卷动以便在该圆柱体相对于该外部的部件被平移时保持电接触。
2.如权利要求1所述的线性运动电接头，其中该环形凹槽是形成在该圆柱体的外表面上。
3.如权利要求1所述的线性运动电接头，其中该环形凹槽是形成在该外部的部件的内表面上。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的线性运动电接头，其中该环形凹槽具有一个矩形截面。
5.如权利要求1至3中的任一项所述的线性运动电接头，其中该导电弹簧是处于具有多个盘绕的一种螺旋的形式。
6.如权利要求1至3中的任一项所述的线性运动电接头，其中该导电弹簧是一个具有圆环形状的闭合环圈。
7.如权利要求1至3中的任一项所述的线性运动电接头，其中该圆柱体相对于该外部的部件在一个冲程长度上进行平移。
8.如权利要求7所述的线性运动电接头，其中该轴向长度是不小于该冲程长度。
9.如权利要求7所述的线性运动电接头，其中该孔具有一个孔长度，并且环形凹槽的数目是小于该孔长度与该冲程长度之比。
10.如权利要求9所述的线性运动电接头，其中这些环形凹槽是沿着该孔长度分布的。
11.如权利要求1至3中的任一项所述的线性运动电接头，其中该导电的螺旋弹簧具有一个盘绕圈直径并且该环形凹槽具有一个深度，该深度是不小于盘绕圈直径的75％。
12.如权利要求11所述的线性运动电接头，其中该深度是不大于该盘绕圈直径。
13.如权利要求12所述的线性运动电接头，其中该深度是不大于该盘绕圈直径的95％。
14.如权利要求13所述的线性运动电接头，其中该深度是不大于该盘绕圈直径的90％。
15.如权利要求12所述的线性运动电接头，其中该深度是不小于该盘绕圈直径的65％。
16.如权利要求15所述的线性运动电接头，其中该深度是不小于该盘绕圈直径的70％。
17.如权利要求1至3中的任一项所述的线性运动电接头，其中该导电的螺旋弹簧包括一个导电带。
18.如权利要求17所述的线性运动电接头，其中该导电带包括被焊接在一起的第一和第二末端。
19.如权利要求17所述的线性运动电接头，其中该导电带具有的宽度是在大约0.060英寸与大约0.300英寸之间。
20.如权利要求19所述的线性运动电接头，其中该导电的螺旋弹簧具有一个盘绕圈直径，该盘绕圈直径小于该导电带宽度的约三倍。
21.如权利要求20所述的线性运动电接头，其中该盘绕圈直径是在大约0.060英寸与大约0.250英寸之间。
22.如权利要求17所述的线性运动电接头，其中该导电带具有的厚度是在大约0.003英寸与大约0.006英寸之间。
23.如权利要求17所述的线性运动电接头，其中该导电带被形成为一个重叠的螺旋盘绕圈。
24.如权利要求23所述的线性运动电接头，其中该重叠的螺旋盘绕圈具有在该宽度的大约20％与大约40％之间的一个重叠距离。
25.如权利要求23所述的线性运动电接头，其中该导电的螺旋弹簧包括位于该重叠的螺旋盘绕圈内的一个实心环。
26.如权利要求1至3中的任一项所述的线性运动电接头，其中该导电的螺旋弹簧是由一种金属或者金属合金形成的。
27.如权利要求26所述的线性运动电接头，其中该金属合金包括一种镍合金、一种铜合金、不锈钢、或它们的任何组合。
28.如权利要求27所述的线性运动电接头，其中该镍合金包括哈司特镍基合金、Ni220、Phynox、或它们的任何组合。
29.如权利要求28所述的线性运动电接头，其中该铜合金包括铍铜、铜铬锌合金、或它们的任何组合。
30.如权利要求1至3中的任一项所述的线性运动电接头，其中该导电的螺旋弹簧被镀有一种电镀金属。
31.如权利要求30所述的线性运动电接头，其中该电镀金属包括金、锡、镍、银、或它们的任何组合。
32.一种可伸展的天线，包括：
一个第一天线段，该第一天线段具有由一个内表面限定的一个孔；
一个位于该孔中的第二天线段，该第二天线段具有一个外表面；
一个环形凹槽，该环形凹槽形成在该第二天线段的外表面或者该第一天线段的内表面之一上，该环形凹槽具有一个轴向长度；以及
一个配装在该环形凹槽内的导电弹簧，该导电弹簧在该外部的部件与该圆柱体之间提供了电接触，
其中，该导电弹簧被适配为沿着该环形凹槽的轴向长度卷动以便在该第二天线段相对于该第一天线段被平移时保持电接触。
33.一种机器人系统，包括：
一个本体，该本体具有由一个内表面限定的一个孔；
一个位于该孔内的轴，该轴具有一个外表面；
一个环形凹槽，该环形凹槽形成在该轴的外表面或者该本体的内表面之一上，该环形凹槽具有一个轴向长度；以及
一个配装在该环形凹槽内的导电弹簧，该导电弹簧在该轴与该本体之间提供了电接触，
其中，该导电弹簧被适配为沿着该环形凹槽的轴向长度卷动以便在该轴相对于该本体被平移时保持电接触。
34.一种液压系统，包括：
一个缸体，该缸体具有由一个内表面限定的一个孔；
一个位于该孔内的活塞，该活塞具有一个外表面；
一个环形凹槽，该环形凹槽形成在该活塞的外表面或者该缸体的内表面之一上，该环形凹槽具有一个轴向长度；以及
一个配装在该环形凹槽内的导电弹簧，该导电弹簧在该缸体与该活塞之间提供了电接触，
其中，该导电弹簧被适配为沿着该环形凹槽的轴向长度卷动以便在该活塞相对于该缸体被平移时保持电接触。
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