CN108808401A - 一种用于太阳能子阵电能传输的大电流导电旋转关节 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于太阳能子阵电能传输的大电流导电旋转关节，用于太空电站太阳能电池子阵之间的机械连接及电能传输，该大电流导电旋转关节包括截面为圆环形且相互转动插接的内导电轴和外导电轴以及设置在内导电轴和外导电轴之间的滚动旋转结构，所述的滚动旋转结构包括贴合在外导电轴内表面的接触弹片、贴合在内导电轴表面的电接触环以及设置在电接触环与接触弹片之间且沿周向均匀分布的多个导电滚针。与现有技术相比，本发明具有提高导电性能、减小了旋转摩擦损耗、动热稳定性高、电寿命长等优点。

Description

一种用于太阳能子阵电能传输的大电流导电旋转关节
技术领域
本发明涉及太空电站大功率能量转换与传输领域，尤其是涉及一种用于太阳能子阵电能传输的大电流导电旋转关节。
背景技术
太空电站是一种在空间将太阳光转化为电能、再通过无线能量传输的方式将能量传输到地面的超大型发电系统。太阳电池阵列之间需要大量的电缆旋转关节连接，其功率损耗、电接触可靠性、电寿命等问题是实现大电流高效率传输的难点。在导电旋转关节中，传统的导电旋转结构虽具有很好的起动性能和承载能力，但由于其导体接触面积过小，导致接触电阻过大，极大地降低了电能的传输效率，且由于电流密度过大，极易导致接触点局部过热，造成设备故障。
目前国际上采用的一般为滚环式导电旋转关节，相比于滑环式导电关节，滚环式导电关节是一种传输功率较大、摩擦力矩小、磨损少、寿命较长的电传输装置。但是，滚环式导电关节还存在一些技术问题使得其难以直接用于空间太阳能电站，其中最突出的问题接触电阻较大导致电能损耗较高，极大地影响了整个能量转换与传输系统的总体效率。同时，由于损耗过大引起的发热，极易导致接触点局部过热，造成设备故障。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于太阳能子阵电能传输的大电流导电旋转关节。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于太阳能子阵电能传输的大电流导电旋转关节，用于太空电站太阳能电池子阵之间的机械连接及电能传输，该大电流导电旋转关节包括截面为圆环形且相互转动插接的内导电轴和外导电轴以及设置在内导电轴和外导电轴之间的滚动旋转结构，所述的滚动旋转结构包括贴合在外导电轴内表面的接触弹片、贴合在内导电轴表面的电接触环以及设置在电接触环与接触弹片之间且沿周向均匀分布的多个导电滚针。
优选地，所述的外导电轴内表面沿周向均匀设有多个圆弧形凹槽，所述的接触弹片在圆弧形凹槽处设有与圆弧形凹槽形状相同且贴合的圆弧形凸起，所述的导电滚针设置在圆弧形凸起与电接触环形成的空间中。
优选地，所述的导电滚针为圆柱型金属导体。
优选地，所述的接触弹片为一表面带有圆弧形凸起的筒状结构，用于缓冲转动产生的应力。
优选地，所述的电接触环为与内导电轴同轴的圆筒结构。
优选地，所述的外导电轴上还设有用以密封的保护盖.
优选地，所述的内导电轴和外导电轴的材料为紫铜，所述的接触弹片和电接触环材料为铍铜合金。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明通过对传统机械结构的改进，增大导电滚针与内、外导电环的接触面积，极大的减小了导电旋转关节的接触电阻，提高了关节的导电性能。
2)本发明通过优选导电关节的金属材料，在保证关节导电性能的同时减小了导电滚针与内、外导电环间的摩擦因数，从而减小了旋转时的摩擦损耗，保障了关节的机械性能，所选材料也具有耐腐蚀耐高温等特点，适用于大功率的电能传输。
3)本发明同时具有高导电性、高机械旋转性、动热稳定性高、电寿命长等特点，不仅适用于空间太阳能电站的大功率能量传输，还能运用于地面太阳能发电等需要结合能量传输与机械旋转于一体的环节。
附图说明
图1为本发明的大电流导电旋转关节在太阳能电池阵中所处位置示意图；
图2为本发明的大电流导电旋转关节部分剖面示意图。
图3为本发明的局部结构放大图。
图中，1为外导电轴，2为接触弹片、3为导电滚针、4为电接触环、5为内导电轴、6为保护盖，7为凹槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
针对现有导电旋转关节接触电阻过大，损耗较高的问题，设计新型导电旋转关节结构，提高电能传输效率。
如图1-3所示，本发明提供一种用于太阳能子阵电能传输的大电流导电旋转关节，包括内导电轴5、外导电轴1以及滚动旋转结构三部分组成，滚动旋转结构由接触弹片2、12个导电滚针3、以及电接触环4构成。外导电轴1内壁设有凹槽7，并贴合有接触弹片2，电接触环4为与内导电轴5同轴的圆环结构，且完全贴合在内导电轴表面，导电滚针3设置在接触弹片2的凹槽部分与电接触环4之间，并在旋转时保持接触，滚动旋转结构两侧设有保护盖6。
内导电轴5和外导电轴1为同轴的圆筒结构，且由高导电率、耐磨损、耐高温的铍铜合金材料构成。
导电滚针3为圆柱型铜导体，采用高导电性、耐磨损的钨铜合金材料，导电滚针3直径约为外导电轴周长的1/30，12个导电滚针均匀分布在电接触环4上，凹槽7的直径略大于导电滚针3的直径，用于增加导电滚针与内、外导电轴的接触面积。
接触弹片2为弧形铍铜垫片，凸起的圆弧直径略大于导电滚针直径，能有效减小转动时产生的应力并减小摩擦阻力，并减小接触电阻。
本发明的工作原理如下：
如图1所示，该结构安装在两个太阳能电池子阵之间或电池子阵与主轴的连接处，外导电轴与内导电轴分别硬性连接两个太阳能电池子阵或电池子阵与主轴，并保持电接触良好。太阳能电池子阵正常工作时，通过旋转电机使其电池板始终保持与太阳光方向垂直，与主轴或相邻的电池子阵通过本发明结构进行相对旋转运动，同时电池子阵所获取的电能经调节后通过本发明结构的内导电轴-滚动旋转结构-外导电轴传输到主轴，进而实现机械的良好旋转和电能的高效传输。
该导电旋转关节能够有效地运用于大功率能量传输环节。其摩擦因数小，具有优秀的机械旋转能力；接触电阻和功率损耗小，具有高导电性能；结构动热稳定性高，适用于长期的大功率电能传输。

Claims (7)

1.一种用于太阳能子阵电能传输的大电流导电旋转关节，用于太空电站太阳能电池子阵之间的机械连接及电能传输，其特征在于，该大电流导电旋转关节包括截面为圆环形且相互转动插接的内导电轴(5)和外导电轴(1)以及设置在内导电轴(5)和外导电轴(1)之间的滚动旋转结构，所述的滚动旋转结构包括贴合在外导电轴(1)内表面的接触弹片(2)、贴合在内导电轴(5)表面的电接触环(4)以及设置在电接触环(4)与接触弹片(2)之间且沿周向均匀分布的多个导电滚针(3)。
2.根据权利要求1所述的一种用于太阳能子阵电能传输的大电流导电旋转关节，其特征在于，所述的外导电轴(1)内表面沿周向均匀设有多个圆弧形凹槽(7)，所述的接触弹片(2)在圆弧形凹槽(7)处设有与圆弧形凹槽(7)形状相同且贴合的圆弧形凸起，所述的导电滚针(3)设置在圆弧形凸起与电接触环(4)形成的空间中。
3.根据权利要求1所述的一种用于太阳能子阵电能传输的大电流导电旋转关节，其特征在于，所述的导电滚针为圆柱型金属导体。
4.根据权利要求1所述的一种用于太阳能子阵电能传输的大电流导电旋转关节，其特征在于，所述的接触弹片(2)为一表面带有圆弧形凸起的筒状结构，用于缓冲转动产生的应力。
5.根据权利要求1所述的一种用于太阳能子阵电能传输的大电流导电旋转关节，其特征在于，所述的电接触环(4)为与内导电轴(5)同轴的圆筒结构。
6.根据权利要求1所述的一种用于太阳能子阵电能传输的大电流导电旋转关节，其特征在于，所述的外导电轴(1)上还设有用以密封的保护盖(6)。
7.根据权利要求1所述的一种用于太阳能子阵电能传输的大电流导电旋转关节，其特征在于，所述的内导电轴(5)和外导电轴(1)的材料为紫铜，所述的接触弹片(2)和电接触环(4)材料为铍铜合金。
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