CN109887654B

CN109887654B - 耐交变工况动力电缆

Info

Publication number: CN109887654B
Application number: CN201910111829.1A
Authority: CN
Inventors: 刘海深; 刘海超; 刘虎; 陈明
Original assignee: Yichang Hongqi Zhongtai Cable Co ltd
Current assignee: Yichang Hongqi Zhongtai Cable Co ltd
Priority date: 2019-02-12
Filing date: 2019-02-12
Publication date: 2020-10-02
Anticipated expiration: 2039-02-12
Also published as: CN109887654A

Abstract

本发明提供一种耐交变工况动力电缆，包括多个控制线芯和动力线芯，控制线芯之外依次设有绝缘层和屏蔽层；动力线芯之外依次设有绝缘层和屏蔽层；在各个控制线芯之间、动力线芯之间和控制线芯与动力线芯之间填充有橡胶填充层；控制线芯与动力线芯组成的线缆总成之外依次设有防火带、纤维编织层和外护套。通过采用以上的方案，使线缆具有足够的柔韧性，即在具有足够柔性的同时，也具有足够的韧性，以确保电缆不会被以较小的角度弯折。同时，本发明中的动力电缆将动力线芯和控制线芯集成到一起，减少了线缆的数量。

Description

耐交变工况动力电缆

技术领域

本发明涉及电缆领域，特别是一种耐交变工况动力电缆。

背景技术

随着RV减速器的发展，目前以电力驱动的动力机械机械臂的外形和承重能力逐步增大。现有的动力机械例如机械臂中，通常采用动力电缆与控制电缆分别布置的方案，由此造成线缆较多，且动力机械处于交变工况下，控制电缆和动力电缆容易因摩擦和交变工况而受损，影响了机械臂的使用寿命，线缆在足够的机械强度和柔性之间难以达到最佳的平衡。由于动力机械通常需要较高的控制精度，需要确保控制电缆具有足够的防屏蔽能力。现有技术中通常采用外包的金属编织网或金属带防屏蔽方案。存在的问题是金属编织网由于具有空隙，防屏蔽的能力较弱，金属带的防屏蔽能力更强，但是在交变工况中耐反复变形的能力较弱。

中国专利文献CN105825915A记载了一种自动埋弧焊机用耐高温柔性电缆，在电缆内设置了滑石粉薄层，能够减少线芯间的微摩擦，提高电缆在交变工况下的使用寿命。但是该方案加工较为困难，主要是难以确保润滑层的厚度均匀。中国专利文献CN104616814A记载了一种金属丝编织石墨烯复合屏蔽低负载直流高压柔性电缆。采用了石墨烯导电带来提高屏蔽效果，但是石墨烯导电带因生产工艺不成熟，目前成本非常高。至少市场上尚未见可量产的产品。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种耐交变工况动力电缆，能够延长交变工况下的动力电缆使用寿命，在提供动力的同时，还能够提供控制信号，减少动力机械，例如机械臂中布置的线缆数量。优选的方案中，能够减少线芯间的微摩擦，提高线芯的电磁屏蔽能力，且能够降低生产成本。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种耐交变工况动力电缆，包括多个控制线芯和动力线芯，控制线芯之外依次设有绝缘层和屏蔽层；

动力线芯之外依次设有绝缘层和屏蔽层；

在各个控制线芯之间、动力线芯之间和控制线芯与动力线芯之间填充有橡胶填充层；

控制线芯与动力线芯组成的线缆总成之外依次设有防火带、纤维编织层和外护套。

优选的方案中，在控制线芯与绝缘层之间设有润滑层；

所述的润滑层为高膨胀石墨蠕虫。

优选的方案中，在动力线芯与绝缘层之间设有润滑层；

所述的润滑层为高膨胀石墨蠕虫。

所述的高膨胀石墨蠕虫为目数大于80目的石墨鳞片插层、膨化后，经过脱硫、水洗和干燥后的成品，高膨胀石墨蠕虫的膨胀体积倍数大于800倍；

在无氧铜丝的表面通过静电吸附或导电硅脂粘附的方式能够得到润滑层，在绞合过程中石墨蠕虫被绞合固定在无氧铜丝之间，以提高无氧铜丝之间的润滑效果，降低无氧铜丝之间的电阻率。

优选的方案中，所述的控制线芯和动力线芯为多根无氧铜丝绞合而成，单根铜丝直径为0.03~0.2mm，铜丝数量为6-189根。

优选的方案中，所述的绝缘层采用聚烯烃绝缘层、聚乙烯-四氟乙烯共聚物绝缘层、交联聚乙烯-四氟乙烯共聚物绝缘层、聚全氟乙丙烯绝缘层、聚全氟烷基乙烯基醚绝缘层或聚酰亚胺绝缘层中的一种。

优选的方案中，所述的屏蔽层包括金属网编织屏蔽层；

所述的金属网编织屏蔽层的材质为无氧铜丝、黄铜丝或表面镀锡退火铝合金。

优选的方案中，所述的屏蔽层还包括屏蔽带，所述的屏蔽带为聚脂薄膜带，在聚脂薄膜表面粘附有高膨胀石墨蠕虫。

优选的方案中，所述的控制线芯数量为2~8根，动力线芯为2、3或4根；

控制线芯位于中间，动力线芯位于周围。

优选的方案中，所述的防火带为添加云母和有机硅的聚氯乙烯带、耐火云母带或陶瓷化硅胶带。

优选的方案中，所述的纤维编织层为玻纤、涤纶纤维、聚酰亚胺纤维或芳纶纤维中的一种；

所述的外护套为低烟无卤阻燃热塑性聚氨酯弹性体。

发明人发现，在交变工况下，线缆的使用寿命除了和材质本身的变形能力相关，还与材料之间的微摩擦相关，在需要较高交变速度的应用场合，线芯之间的微摩擦导致较大的磨损。从而影响线芯的电阻率和电磁屏蔽效果。虽然石墨烯概念已经流行较长的时间，但是价格仍非常昂贵，市场上也没有量产能够用于实用的产品。

本发明提供的一种耐交变工况动力电缆，通过采用以上的方案，使线缆具有足够的柔韧性，即在具有足够柔性的同时，也具有足够的韧性，以确保电缆不会被以较小的角度弯折。同时，本发明中的动力电缆将动力线芯和控制线芯集成到一起，减少了线缆的数量。优选的方案中，通过设置的高膨胀石墨蠕虫和金属网编织屏蔽层的组合，克服了现有技术中的技术难题，在确保足够屏蔽效果的同时，还能够确保足够的柔韧性，且成本较低，能够直接购入量产成品。尤其是，高膨胀石墨蠕虫还具有非常好的润滑效果，能够大幅降低线芯之间的微摩擦，延长动力电缆的无故障工作时间。避免因为频繁维修而影响动力机械，例如机械臂的生产效率。在线芯之间填充的橡胶填充层，能够通过橡胶的自身变形来减少线芯的微摩擦，同时提供足够的柔韧性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明中直流动力电缆的横截面示意图。

图2为本发明中三相动力电缆的横截面示意图。

图3为别发明中四相动力电缆的横截面示意图。

图中：控制线芯1，润滑层2，绝缘层3，屏蔽带4，金属网编织屏蔽层5，橡胶填充层6，防火带7，纤维编织层8，外护套9，动力线芯10。

具体实施方式

如图1~3中，一种耐交变工况动力电缆，包括多个控制线芯1和动力线芯10，控制线芯1之外依次设有绝缘层3和屏蔽层；

动力线芯10之外依次设有绝缘层3和屏蔽层；

在各个控制线芯1之间、动力线芯10之间和控制线芯1与动力线芯10之间填充有橡胶填充层6；

控制线芯1与动力线芯10组成的线缆总成之外依次设有防火带7、纤维编织层8和外护套9。由此结构，动力电缆能够在柔软度和韧性之间达到较佳的平衡，在具有足够柔性的同时，也具有足够的韧性，以确保电缆不会被以较小的角度弯折。采用将控制线芯1与动力线芯10集成在一起的方式，能够减少动力机械的线缆数量。

优选的方案如图1~3中，所述的控制线芯1数量为2~8根，动力线芯10为2、3或4根；控制线芯1位于中间，动力线芯10位于周围。优选的，控制线芯1采用成对绞合的方式布置，在每根的控制线芯1之外依次设有润滑层2、绝缘层3、屏蔽带4和金属网编织屏蔽层5。在控制线芯1为2根时，2根均为数据传输线。当控制线芯1为4根时，其中2根为数据传输线。另2根为电源输送线，如图1中，动力电缆被设置成扁圆形，该结构适用于轻型机械臂的动力传输。当控制线芯1为6根时，其中2根为发送数据传输线，2根为接收数据传输线，2根为电源输送线。当控制线芯1为8根时，其中2根为发送数据传输线，2根为接收数据传输线，2根为电源输送线，剩余的两根为备用数据传输线。如图1中，当动力线芯10为2根时，可用于直流动力电流传输，或者两相交流电传输，例如110V以上交流电。如图2中，当动力线芯10为3根时，用于三相交流电传输，例如380V交流电。如图3中，当动力线芯10为4根时，用于用于三相交流电传输和一根接地线。图2中的动力电缆被设置成圆角三角形。图3中的动力电缆被设置成圆角矩形，该结构有助于减小动力电缆的整体体积，以节省动力机械内部的宝贵空间。也有利于提高产品的识别度。

优选的方案中，在控制线芯1与绝缘层3之间设有润滑层2；所述的润滑层2为高膨胀石墨蠕虫。

优选的方案中，在动力线芯10与绝缘层3之间设有润滑层2；所述的润滑层2为高膨胀石墨蠕虫。

本例中所述的高膨胀石墨蠕虫为目数大于80目的石墨鳞片插层、膨化后，经过脱硫、水洗和干燥后的成品，高膨胀石墨蠕虫的膨胀体积倍数大于800倍，优选的采用1000~1500倍。高膨胀石墨蠕虫为市售的产品，在湖北省当阳市新成石墨有限公司购入。高膨胀石墨蠕虫经过搅拌后在动力线芯10和控制线芯1的无氧铜丝绞合工序粘附在无氧铜丝的外表面和无氧铜丝之间，利用石墨蠕虫的层间润滑效果，发明人发现，当石墨蠕虫的膨胀体积倍数大于800倍，在无氧铜丝的表面通过静电吸附或导电硅脂粘附的方式能够得到很薄的润滑层，在绞合过程中也有部分的石墨蠕虫被绞合固定在无氧铜丝之间，以提高无氧铜丝之间的润滑效果，且石墨蠕虫还具有较佳的导电效果，能够降低无氧铜丝之间的电阻率。优选的，在设置润滑层2后以厚度低于0.05mm的聚四氟乙烯包带绕包。

或者润滑层2单独采用厚度低于0.05mm的聚四氟乙烯包带。

优选的方案中，所述的控制线芯1和动力线芯10为多根无氧铜丝绞合而成，单根铜丝直径为0.03~0.2mm，铜丝数量为6-189根，动力线芯10的无氧铜丝直径大于控制线芯1的无氧铜丝直径，动力线芯10的无氧铜丝数量多于控制线芯1的无氧铜丝数量。制线芯1和动力线芯10节距等参数根据具体工况选用。

优选的方案如图1~3中，所述的绝缘层采用聚烯烃绝缘层、聚乙烯-四氟乙烯共聚物绝缘层、交联聚乙烯-四氟乙烯共聚物绝缘层、聚全氟乙丙烯绝缘层、聚全氟烷基乙烯基醚绝缘层或聚酰亚胺绝缘层中的一种。

优选的方案如图1~3中，所述的屏蔽层包括金属网编织屏蔽层5；

所述的金属网编织屏蔽层5的材质为无氧铜丝、黄铜丝或表面镀锡退火铝合金。金属网编织屏蔽层5的单丝直径采用0.05~0.2mm，编织密度为70%~90%，优选为80%~85%。

由于金属网编织屏蔽层5的屏蔽效果仍存在泄漏，而本申请中的动力电缆需要运用在交变工况中，优选的方案如图1~3中，屏蔽带的结构不满足要求，所述的屏蔽层还包括屏蔽带4，所述的屏蔽带4为聚脂薄膜带，在聚脂薄膜表面粘附有高膨胀石墨蠕虫。在聚脂薄膜带至少一面的表面设有粘胶，高膨胀石墨蠕虫通过粘胶粘附在聚脂薄膜带表面。屏蔽带4绕包在金属网编织屏蔽层5的内层或外层。经测试，采用本发明中的复合屏蔽结构后，屏蔽效果满足1000Mbps千兆网的要求。

优选的方案如图1~3中，所述的防火带7为添加云母和有机硅的聚氯乙烯带、耐火云母带或陶瓷化硅胶带。防火带7绕包在动力线芯10组成的线缆总成之外。防火带7也有利于整个线缆总成的成型。

优选的方案如图1~3中，所述的纤维编织层8为玻纤、涤纶纤维、聚酰亚胺纤维或芳纶纤维中的一种；采用非金属纤维编织层以获得符合要求的柔韧性。

所述的外护套9为低烟无卤阻燃热塑性聚氨酯弹性体。

通过采用摇摆机试验，本发明的耐交变工况动力电缆，在摇摆机模拟的变频率交变工况中，动力线芯10接入380V电源，控制线芯1持续输入1000Mbps数字信号，在试验过程中，电源电压无影响，数字信号传输无丢失。在试验结束后，截取控制线芯1和动力线芯10变形最大的一段剖开，在100倍显微镜下构成控制线芯1和动力线芯10的无氧铜丝外表面无明显磨损。本发明的耐交变工况动力电缆具有高柔韧性，高集成度、高可靠性和高屏蔽效果的优点。

Claims

1.一种耐交变工况动力电缆，包括多个控制线芯（1）和动力线芯（10），其特征是：控制线芯（1）之外依次设有绝缘层（3）和屏蔽层；

在控制线芯（1）与绝缘层（3）之间设有润滑层（2）；动力线芯（10）之外依次设有绝缘层（3）和屏蔽层；

在动力线芯（10）与绝缘层（3）之间设有润滑层（2）；

所述的润滑层（2）为高膨胀石墨蠕虫；

在无氧铜丝的表面通过静电吸附或导电硅脂粘附的方式能够得到润滑层，在绞合过程中石墨蠕虫被绞合固定在无氧铜丝之间，以提高无氧铜丝之间的润滑效果，降低无氧铜丝之间的电阻率；

在各个控制线芯（1）之间、动力线芯（10）之间和控制线芯（1）与动力线芯（10）之间填充有橡胶填充层（6）；

控制线芯（1）与动力线芯（10）组成的线缆总成之外依次设有防火带（7）、纤维编织层（8）和外护套（9）；

所述的控制线芯（1）和动力线芯（10）为多根无氧铜丝绞合而成，单根铜丝直径为0.03~0.2mm，铜丝数量为6-189根。

2.根据权利要求1所述的一种耐交变工况动力电缆，其特征是：所述的绝缘层采用聚烯烃绝缘层、聚乙烯-四氟乙烯共聚物绝缘层、交联聚乙烯-四氟乙烯共聚物绝缘层、聚全氟乙丙烯绝缘层、聚全氟烷基乙烯基醚绝缘层或聚酰亚胺绝缘层中的一种。

3.根据权利要求1~2任一项所述的一种耐交变工况动力电缆，其特征是：所述的屏蔽层包括金属网编织屏蔽层（5）；

所述的金属网编织屏蔽层（5）的材质为无氧铜丝、黄铜丝或表面镀锡退火铝合金。

4.根据权利要求3所述的一种耐交变工况动力电缆，其特征是：所述的屏蔽层还包括屏蔽带（4），所述的屏蔽带（4）为聚脂薄膜带，在聚脂薄膜表面粘附有高膨胀石墨蠕虫。

5.根据权利要求1所述的一种耐交变工况动力电缆，其特征是：所述的控制线芯（1）数量为2~8根，动力线芯（10）为2、3或4根；

控制线芯（1）位于中间，动力线芯（10）位于周围。

6.根据权利要求1所述的一种耐交变工况动力电缆，其特征是：所述的防火带（7）为添加云母和有机硅的聚氯乙烯带、耐火云母带或陶瓷化硅胶带。

7.根据权利要求1所述的一种耐交变工况动力电缆，其特征是：所述的纤维编织层（8）为玻纤、涤纶纤维、聚酰亚胺纤维或芳纶纤维中的一种；

所述的外护套（9）为低烟无卤阻燃热塑性聚氨酯弹性体。