CN105610024A - 一种旋转导电连接器及导电设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种旋转导电连接器以及包括该连接器的导电设备，导电连接器包括：内环、外环、多个耦合式导电体。内环与外部驱动机构相连，并在受到驱动时与外环保持相对旋转，耦合式导电体设置于内环与外环之间，耦合导电体具有绝缘防碰撞带，用于防止相邻的耦合式导电之间的碰撞。如此能更好地适应实际装配中内外环轨道偏心、倾斜等精度误差问题，减少了由于轨道不平整时发生的硬摩擦对导电体的损伤，还避免了耦合式导电体之间的相互碰撞，延长了机构的使用寿命。导电设备，包含多个旋转导电连接器构成的多层结构，每层内环和外环间由绝缘隔板间隔，中心转轴串联所有内环，从而使装置能够传输大功率电能。

Description

一种旋转导电连接器及导电设备

技术领域

本发明涉及滚动电接触技术领域，尤其涉及一种具有旋转结构的导电连接器及导电设备。

背景技术

随着我国现代化工业化水平不断的提高，旋转导电部件已广泛应用于各个领域。旋转导电部件一般运用在要求提供无限制、连续或断续旋转的设备上，提供多通路的旋转动力、数据的机电系统。其大大简化系统结构，避免导线在旋转过程中造成扭伤。旋转导电部件已在如风力发电机，太空站，雷达等地方都有应用。

传统的旋转导电部件是滑环式，依据传输介质来区别，滑环分为导电滑环、集电环、电滑环、流体滑环、光滑环，旋转接口等。典型的滑环式导电旋转关节由传动轴、接触环组件(包括导电环、绝缘环、导线等)和电刷组件(包括刷丝、刷架、簧片等)组成，利用簧片结构提供电刷与导电环之间的接触压力，通过电刷与导电环之间的滑动电接触在旋转界面之间传输电功率。但滑环摩擦力矩较大、滑动接触表面磨损严重、波动电阻较大，很难满足更大传输功率和更长运行寿命的需要。

发明内容

为了克服滑环式导电旋转关节磨损寿命短、波动电阻大的缺点，申请人尝试了滚环(滚轮、滚珠)式导电旋转关节，由于滚动接触的磨损远小于滑动方式，所以滚环式导电旋转部件技术是一种可行的方案。其内外环和滚环为导电材料，内外环同轴且设计有滚环的运动轨道，滚环可以多个并联，其直径略大于内外环的半径差并且由高弹性金属材料制成，所以被内外环轨道压缩后会产生一定的接触压力，惰性轮为绝缘材料处于两两滚环之间并且有外轨道约束，防止两个相邻的滚环接触产生相对摩擦。进行电能传输时，以外环为固定参考，内环受到机构驱动一起转动，滚环和惰性轮会随之产生滚动行为，滚动过程中需要始终保持滚环与内外环接触，从而将电能从内环到外环再输送到其他的用电设备。

然而，在不断的实验和研究中，申请人发现，滚环式(或滚珠式)电旋转结构由于惰性轮与相邻柔性环的不断摩擦产生碎屑附着于柔性滚环表面，使接触电阻变大产生更大的焦耳热大大缩短了旋转导电部件的使用寿命。为了解决这一问题，使旋转滚动导电部件能高效长期的传输大功率电能，本专利提出了一种新型的滚动式旋转电接触部件，使用耦合式导电体代替滚环，并且使用绝缘防碰撞带，来防止耦合式导电体之间的碰撞和摩擦。

为实现上述发明目的，采用以下技术方案：

一种旋转导电连接器，其特征在于，所述连接器包括：内环、外环、多个耦合式导电体；所述内环与外部驱动机构相连，并在受到驱动时与外环保持相对旋转，内环内侧设有内环接线柱，用于连接输入/输出电流的导线；所述外环与内环同心且与内环在同一平面，外环外侧设有接线柱，用于连接输出/输入电流的导线；所述耦合式导电体设置于所述外环与内环之间，由与内环之间的摩擦力带动而运动；所述耦合式导电体还具有绝缘防碰撞带，用于防止相邻的耦合式导电之间的碰撞。

优选地，内环外侧设有第一开槽轨道，外环内侧设有第二开槽轨道，所述耦合式导电体设置于所述第一开槽轨道和第二开槽轨道之间，其半径大小使其恰好能放置于两槽轨道间。

优选地，所述绝缘防碰撞带半径大于耦合式导电体半径，小于第二开槽轨道与第一开槽轨道的轨道半径差，使耦合式导电体恰好能在轨道中运动且能使相邻的耦合式导电不发生碰撞。

优选地，所述耦合式导电体包括互为镜像的上下导电圆台；所述上下导电圆台为中空结构，放置永磁体或弹簧；利用磁力或弹力使所述上下导电圆台之间存在斥力，提供耦合式导电体与轨道间的接触压力。

优选地，所述耦合式导电体的上下导电圆台之间存在间隙，使其能在纵向有位移能力，从而降低精度误差。

优选地，所述耦合式导电体有环状凹槽放置环形绝缘带对所述上下导电圆台进行限位，防止所述上下导电圆台分离。

优选地，所述绝缘防碰撞带与所述环形绝缘带为一体结构。

本发明还提出了一种导电设备，其特征在于，所述设备包含多个旋转导电连接器、转轴、绝缘隔板和绝缘底板；所述旋转导电连接器包括：所述连接器包括：内环、外环、多个耦合式导电体；所述内环与外部驱动机构相连，并在受到驱动时与外环保持相对旋转，内环内侧设有内环接线柱，用于连接输入/输出电流的导线；所述外环与内环同心且与内环在同一平面，外环外侧设有接线柱，用于连接输出/输入电流的导线；所述耦合式导电体设置于所述外环与内环之间，由与内环之间的摩擦力带动而运动；所述耦合式导电体还具有绝缘防碰撞带，用于防止相邻的耦合式导电之间的碰撞；所述多个旋转导电连接器构成多层结构，每层内环和外环间由绝缘隔板间隔，中心转轴串联所有内环；所述转轴为中空结构，导线穿过所述转轴的中空结构的接入内环接线柱；所述导电设备最下边为下绝缘底板。

优选地，内环外侧设有第一开槽轨道，外环内侧设有第二开槽轨道；所述绝缘防碰撞带半径大于耦合式导电体半径，小于第二开槽轨道与第一开槽轨道的轨道半径差，使耦合式导电体恰好能在轨道中运动且能使相邻的耦合式导电不发生碰撞。

优选地，所述旋转导电连接器最外层由绝缘外壳包裹外环而成；所述绝缘外壳设有槽位用于固定外环位置，绝缘外壳由两个半壳组合而成。

本发明的有益效果体现在：

1.本发明采用了耦合式导电体，能更好地适应实际装配中内外环轨道偏心、倾斜等精度误差问题。减少了由于轨道不平整时发生的硬摩擦对导电体的损伤，延长了机构的使用寿命。

2.本发明采用了绝缘防碰撞带，避免了耦合式导电体之间的相互碰撞，从而避免了耦合式导电体由于碰撞摩擦而造成的机械损伤、磨损、碎屑等等，延长了机构的使用寿命。

3.本发明采用了多层内外轨道组成且每层内外轨道之间放有多个耦合式导电体从而使装置能够传输大功率电能。除大功率输出外，本发明还可以通过设置旋转导电连接器的数量实现对于输出功率的动态调整。

附图说明：

附图1是本发明旋转导电连接器结构图；

附图2是本发明具有绝缘防碰撞带的耦合式导电体结构图；

附图3是本发明导电设备整体结构图；

附图4是本发明中放置磁铁的耦合式导电体结构；

附图5是本发明中放置弹簧的耦合式导电体结构；

其中：1为外环接线柱；2为外环；3为内环接线柱；4为耦合式导电体；5为转轴；6内环；8为限位圆孔；7为耦合式导电体上圆台；8为绝缘防碰撞带；9耦合式导电体下圆台；10为环形绝缘带；11为放置磁铁(弹簧)圆槽；12为绝缘外壳；13为外壳固定螺孔；14为绝缘隔板；15为下绝缘底板；16为磁铁；17为弹簧。

具体实施方式

为更加清楚地表明本发明的目的、技术方案和优点，现结合附图及示例性实例，进一步详细地说明本发明。应当理解，此处所描述的示例性实例仅用以解释本发明，并不限定本发明的适用范围。

参照附图1-2，4-5所示，其中包含一旋转导电机构，内环6受与其相连的外部机构驱动而与外环2保持相对旋转，内环6外侧设有球形开槽轨道，内环6内侧设有接线柱3接输入电流的导线。所述外环2与内环6同心且与内环在同一平面，外环2内侧设有球形开槽轨道，外环2外侧设有接线柱接1输出电流的导线。所述耦合式导电体4设置于内外环球形开槽轨道之间，半径大小使其恰好能放置于两槽轨道间。所述旋转导电机构由多层内外环2，6组成，每层内外2，6环间由绝缘隔板14间隔，中心转轴5串联所有内环2，6，装置最外层由绝缘外壳12包裹外环而成。所述绝缘外壳12设有槽位用于固定外环位置，绝缘外壳由两半组成，由外壳固定螺孔13固定组合。所述转轴5为中空结构，导线穿过中空转轴接入内环接线柱3。所述大功率传导的旋转导电机构最下边为下绝缘底板15。

在机构运动时，电流由穿过中心转轴5的导线流向内环接线柱3，由内环接线柱流3向内环6，再由内环6流向耦合式导电体4，由耦合式导电体4流向外环2，由外环2流向外环接线柱1，外环接线柱接1触接电流流出导线，最后电流流出导线从装置底部的出线孔穿出。在转轴5运动时，内环6随转轴5一起做圆周运动，由摩擦力带动多个耦合式导电体4运动。多个耦合式导电体4外围的绝缘防撞带避免了耦合式导电体4之间的相互碰撞，相互碰撞仅仅发生在绝缘防撞带之间，从而避免了耦合式导电体由于碰撞摩擦而造成的机械损伤，延长了机构的使用寿命。

参照附图1-2，4-5所示，所述耦合式导电体4由上下两块导电镜像圆台7，9组成。所述导电圆台7，9轮廓能吻合轨道轮廓使其能传输电能。所述耦合式导电体圆台7，9为中空，放置永磁体16或弹簧17利用磁力或弹力使两块镜像圆台7，9之间存在相互之间斥力，提供耦合式导电体4与轨道间的接触压力。所述耦合式导电体两块镜像导电圆台7，9之间存在间隙，使其能在纵向有位移能力，能更好地适应实际装配中内外环轨道偏心、倾斜等精度误差问题。所述耦合导电体4有环状凹槽放置环形绝缘10带对上下两块镜像导电圆台7，9进行限位，防止在耦合式导电体4在跑合过程中上下两块镜像导电圆台7，9分离。所述环形绝缘带10外侧连有绝缘防碰撞带8，所述绝缘防撞带8由环形绝缘带10中部向外延伸，并且二者一体形成。所述绝缘防碰撞带8半径大于耦合式导电体4半径，小于内外轨道半径差，使其恰好能在轨道中运动且能使相邻的耦合式导电4不发生碰撞。

参照附图3，4-5所示，导电设备包含多个层叠的图1所示的旋转导电机构，每层内外环间由绝缘隔板14间隔，中心转轴5串联所有内环6，装置最外层由绝缘外壳12包裹外环而成。所述转轴5为中空结构，导线穿过中空转轴5接入内环接线柱3。所述大功率传导的旋转导电机构最下边为下绝缘底板15，所述绝缘底板15开有出线孔。

层叠结构中由多层内外环2，6组成且每层内外环2，6轨道之间放有多个耦合式导电体4从而使装置能够传输大功率电能。

在具体实施时，本发明还可以不仅仅是图3中的层叠式结构，任何使多个旋转导电机构并联并导通的方式，例如面阵列式，均可以由本发明的思想实现。本发明还可以通过设置旋转导电机构的数量而实现对于功率输出范围的动态调整。

以上所述仅为本发明的较佳实例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种旋转导电连接器，其特征在于，所述连接器包括：内环、外环、多个耦合式导电体；

所述内环与外部驱动机构相连，并在受到驱动时与外环保持相对旋转，内环内侧设有内环接线柱，用于连接输入/输出电流的导线；

所述外环与内环同心且与内环在同一平面，外环外侧设有接线柱，用于连接输出/输入电流的导线；

所述耦合式导电体设置于所述外环与内环之间，由与内环之间的摩擦力带动而运动；

所述耦合式导电体还具有绝缘防碰撞带，用于防止相邻的耦合式导电之间的碰撞。

2.如权利要求1所述的旋转导电连接器，其特征在于：优选的，内环外侧设有第一开槽轨道，外环内侧设有第二开槽轨道，所述耦合式导电体设置于所述第一开槽轨道和第二开槽轨道之间，其半径大小使其恰好能放置于两槽轨道间。

3.如权利要求2所述的旋转导电连接器，其特征在于：所述绝缘防碰撞带半径大于耦合式导电体半径，小于第二开槽轨道与第一开槽轨道的轨道半径差，使耦合式导电体恰好能在轨道中运动且能使相邻的耦合式导电不发生碰撞。

4.如权利要求1所述的旋转导电连接器，其特征在于：所述耦合式导电体包括互为镜像的上下导电圆台；所述上下导电圆台为中空结构，放置永磁体或弹簧；利用磁力或弹力使所述上下导电圆台之间存在斥力，提供耦合式导电体与轨道间的接触压力。

5.如权利要求4所述的旋转导电连接器，其特征在于：所述耦合式导电体的上下导电圆台之间存在间隙，使其能在纵向有位移能力，从而降低精度误差。

6.如权利要求4所述的旋转导电连接器，其特征在于：所述耦合式导电体有环状凹槽放置环形绝缘带对所述上下导电圆台进行限位，防止所述上下导电圆台分离。

7.如权利要求6所述的旋转导电连接器，其特征在于：所述绝缘防碰撞带与所述环形绝缘带为一体结构。

8.一种导电设备，其特征在于，所述设备包含多个旋转导电连接器、转轴、绝缘隔板和绝缘底板；

所述旋转导电连接器包括：所述连接器包括：内环、外环、多个耦合式导电体；

所述内环与外部驱动机构相连，并在受到驱动时与外环保持相对旋转，内环内侧设有内环接线柱，用于连接输入/输出电流的导线；

所述外环与内环同心且与内环在同一平面，外环外侧设有接线柱，用于连接输出/输入电流的导线；

所述耦合式导电体设置于所述外环与内环之间，由与内环之间的摩擦力带动而运动；

所述耦合式导电体还具有绝缘防碰撞带，用于防止相邻的耦合式导电之间的碰撞；

所述多个旋转导电连接器构成多层结构，每层内环和外环间由绝缘隔板间隔，中心转轴串联所有内环；

所述转轴为中空结构，导线穿过所述转轴的中空结构的接入内环接线柱；所述导电设备最下边为下绝缘底板。

9.如权利要求8所述的导电设备，其特征在于：内环外侧设有第一开槽轨道，外环内侧设有第二开槽轨道；所述绝缘防碰撞带半径大于耦合式导电体半径，小于第二开槽轨道与第一开槽轨道的轨道半径差，使耦合式导电体恰好能在轨道中运动且能使相邻的耦合式导电不发生碰撞。

10.如权利要求8所述的导电设备，其特征在于：所述旋转导电连接器最外层由绝缘外壳包裹外环而成；所述绝缘外壳设有槽位用于固定外环位置，绝缘外壳由两个半壳组合而成。