CN110291686B - 能够具有高电流和高rpm的滑环组件 - Google Patents

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Abstract

一种在选定应用中使用的用于在外部环境和内部环境之间传输电力的能够具有高电流和高RPM的滑环组件，其包括：多个导电组件，每个都具有固定的外部电连接盘和安装在非导电主轴周围的旋转内部电连接盘，非导电主轴具有中心孔和穿过主轴中心的中心轴，中心轴的一端连接到选定应用，中心轴的另一端连接到支撑结构安装件，并且在每个传导组件的内部和外部电连接盘之间的主轴周围夹设有涂油的多孔/烧结盘，以使得在每个外部电连接盘和每个旋转内部电连接盘之间的旋转容易些。

Description

能够具有高电流和高RPM的滑环组件
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年12月8日提交的美国临时专利申请序列号62/497，937的优先权和权益，其全部内容通过引用包含于此。
关于联邦政府资助的研究或开发的声明
不适用
计算机程序附录的引用并入
不适用
序列表的引用并入
不适用
有关受版权保护的材料的通知
本专利文件中的一部分材料可能受到美国和其他国家的版权法的版权保护。版权所有者不反对任何人对专利文件或专利公开内容进行复制再现，因为它出现在美国专利商标局的公开文件或记录中，但在其他方面保留所有版权。版权所有者在此不放弃任何使本专利文件保密的权利，包括但不限于其根据37C.F.R.§1.14的权利。
背景技术
1.技术领域
主题技术涉及一种滑环组件，其能够以相对高的RPM值和低的工作温度传输高电流，并且经常结合反向旋转(CR)电动机一起使用。更具体地，主题技术包括一系列电隔离的配对盘，其围绕公共轴线旋转，其中电流在静止的外部环境与操作时旋转的内部环境之间通过，如和CR电动机一起使用时。
2.现有技术的描述
滑环已存在数十年，然而，现有的滑环具有两个严重的限制：1)它们主要用于RPM相对低的系统；2)它们通常不能传递相对高的电流。已知薄饼状或扁平盘滑环系统受到了限制。然而，这些扁平盘滑环的构造包括一个薄的接触构件在其上摩擦的盘，基本上类似于典型的接触件涂刷法，并且已知有过度的极端磨损问题。主题滑环组件当配置为与CR电动机(例如，如2015年10月2日提交的临时专利申请序列号62/284，535以及转换后2016年9月6日提交的原专利申请序列号15/330，324中所公开的CR电动机，其全部内容通过引用包含于此)一起操作时，特别有用。由于CR电动机使电枢和定子在相反方向上旋转，因此向旋转励磁线圈输送电流不是简单的过程，并且主题滑环组件在至少100小时内实现该功能而没有检测到对电接触构件的磨损。
发明内容
主题技术的目的为制造一种滑环组件，该滑环组件在高RPM值下旋转的同时输送高电流和高电压并在相对低的温度下操作。
主题技术的另一个目的为提供一种滑环组件，滑环组件的尺寸可设计为根据所需电流的大小传输具有任何所需安培数和电压的电流。
主题技术的另一个目的为制造一种滑环组件，该滑环组件在操作过程中保持相对冷却的同时将高安培数和电压从低RPM值向高RPM值传输。
主题技术的又一个目的为制造一种滑环组件，该滑环组件在操作过程中保持相对冷却的同时传输具有高安培数(通常为数十安培和更高)和高RPM值(通常为12，000RPM或更高)的电流。
主题技术的另一个目的为公开一种可批量生产的滑环组件，该滑环组件在主题装置以高RPM值旋转，但保持相对冷却的同时，可适用于在两个位置之间输送电流的各种应用。
公开了一种在选定应用，通常为反向旋转(CR)电动机或等同物中使用的用于在外部环境和内部环境之间传输电力的可高RPM滑环组件，其包括：非导电主轴构件，非导电主轴构件包括：应用安装板以及从所述应用安装板延伸的轴，其中轴具有位于安装板处的第一端和远端处的第二端，轴的中心轴线在第一端和第二端之间延伸。还包括多个传导组件，其安装在轴上，每个传导组件包括：内部导体连接盘，其具有中心孔以及用于与内部环境电连接的装置，轴延伸穿过中心孔；导电间隔件盘，其具有中心孔，轴延伸穿过中心孔；外部导体连接盘，其具有中心孔以及用于与外部环境电连接的装置，轴延伸穿过中心孔；多个电绝缘体盘，每个绝缘体盘位于每个相邻的传导组件之间并且都具有中心孔，轴延伸穿过中心孔；非导电导体壳体，其具有中心孔，并且位于轴远端附近，轴延伸穿过中心孔；以及弹性装置，其用于向多个传导组件加压以在滑环组件的操作过程中保持电力传输。另外，导电间隔件盘通常包括OiliteTM。此外，内部导体连接盘和导电间隔件盘通常都包括OiliteTM。而且，当内部导体连接盘和导电间隔件盘都包括OiliteTM时，OiliteTM导电间隔件盘粘附到外部导体连接盘上并在操作过程中与外部导体连接盘一起旋转。通常，弹性装置包括安装在所述轴周围的一个或多个弹簧或波形垫圈。
本文描述的技术的其他方面将在说明书的以下部分中提出，其中详细说明是为了充分公开本技术的优选实施例而不是对其进行限定。
附图说明
通过参考以下说明书附图，将会更全面地理解本文所述的技术，这些说明书附图仅用于说明目的：
图1A为主题技术的第一实施例的透视图，其示出了附接到用于为飞行的无人机供电的CR马达的主题滑环组件。
图1B为主题滑环组件的第一实施例的立体图。
图1C为主题滑环组件的第一实施例的分解图。
图2为主题技术的第二实施例的分解图。
图3A为主题技术的第三实施例的分解侧视图。
图3B为主题技术的第三实施例的分解斜视图。
图3C为主题技术的第三实施例的立体图，其中主题滑环组件附接到三相CR电动机，并且在CR电动机和主题滑环组件之间示出了三根连接线。
图4为主题技术的第四实施例的分解图，其中CR电动机每个内部电连接盘由两个固定的导电元件形成，其中一个是具有润滑剂的多孔/烧结部件，并且每个外部电连接盘由两个固定的导电元件形成，其中一个是具有润滑剂的多孔/烧结部件，其中这两个具有润滑剂的多孔/烧结盘在CR电动机工作时彼此旋转。
具体实施方式
更具体地参考附图，为了说明的目的，主题技术体现在图1到图4中总体示出的系统中。应当理解，主题滑环组件可以在构造和组件的细节方面发生变化，并且利用主题技术的方法可以在特定步骤和操作顺序方面发生变化，而不脱离本文公开的基本概念。
通常，主题技术包括在选定应用中使用的用于在外部环境和内部环境之间传输电力的可高RPM滑环组件，通常选定应用为利用CR电动机或等同物的系统，其中主题滑环组件包括：
非导电主轴构件，非导电主轴构件包括：应用安装板以及从所述应用安装板延伸的轴，其中轴具有位于安装板处的第一端(靠近利用CR电动机的装置，例如无人机飞行器臂)和第二端(靠近主题滑环组件供电的CR电动机)，轴的中心轴线在第一端和第二端之间延伸。还包括多个传导组件，其围绕中心轴安装，每个传导组件包括：内部电导体连接盘(由钢、各种其他金属合金，通常由黄铜制成)，其具有中心孔，轴延伸穿过中心孔，以及用于与内部环境电连接的装置(例如，连接到CR电动机的电线)；至少一个导电间隔件盘，通常为两个，每个都具有中心孔，中心轴延伸穿过中心孔；外部电导体连接盘(由钢、各种其他金属合金，通常由黄铜制成)，其具有中心孔，轴延伸穿过中心孔，以及用于与外部环境电连接的装置(例如，连接到控制器和电源的电线)；多个电绝缘体盘，每个绝缘体盘位于每个相邻的传导组件之间(对于三个相邻的传导组件，会有两个绝缘体盘，其使三者彼此电隔离)并且都具有中心孔，中心轴延伸穿过中心孔；非导电导体壳体，其具有中心孔，中心轴延伸穿过中心孔，并且位于轴第一端附近(靠近利用CR电动机的装置，例如无人机飞行器臂)；以及弹性装置，其用于向多个传导组件加压以在滑环组件的操作过程中保持电力传输。另外，每个导电间隔件盘通常由多孔/烧结材料构成，该材料含有所需粘度的润滑剂，并且由易于商购的OiliteTM材料举例说明。此外，内部导体连接盘和导电间隔件盘通常都包括含有所需粘度的润滑剂并且由易于商购的OiliteTM材料例证说明的多孔/烧结材料。而且，当内部导体连接盘和导电间隔件盘都包括OiliteTM时，OiliteTM导电间隔件盘粘附到外部导体连接盘上并在操作过程中与外部导体连接盘一起旋转。通常，弹性装置包括安装在所述轴周围的一个或多个弹簧、波形垫圈以及等效机构。
更具体地，主题技术5的第一实施例在图1A、1B和1C中示出。仅为了说明目的而不是作为限制，主题滑环组件所附接的应用为用于提升无人机飞行器或在等效环境中应用的CR电动机(CRM)。CRM具有关联的螺旋桨。在2015年10月2日提交的临时专利申请序列号62/284，535以及之后转换为2016年9月6日提交的原专利申请序列号15/330，324中记载了与主题滑环组件连接的示例性CR电动机的详细描述，其全部内容通过引用包含于此。
图1A示出了附接到主题滑环组件5的CRM(反向旋转电动机)，其具有相对旋转的螺旋桨，相对旋转的螺旋桨附接到相对旋转的定子和电枢部件。通常，示例性有效薄型CRM用于为飞行器车辆或用于移动气体的风扇提供动力并包括两个相对旋转的螺旋桨，其可安装到水平飞行和垂直离地起升的飞行器或风扇壳体，空间尺寸类似于仅具有一个螺旋桨的传统电动机的安装空间。
更具体地，与主题滑环组件一起使用的示例性CRM包括：中心轴，其具有第一端和第二端；第一旋转构件，其固定到沿第一方向旋转的中心轴的第一端并位于中心轴的第一端附近；第一螺旋桨，其固定到第一旋转构件；第二旋转构件，其围绕中心轴朝向第二轴端安装；主轴，其可围绕中心轴旋转安装且固定到第二旋转构件并沿与第一旋转方向相反的第二方向旋转；第二螺旋桨，其固定到第二旋转构件；电磁装置，其与第一和第二旋转构件相关联，用于为第一和第二旋转构件围绕中心轴在相反方向上的旋转提供动力；主题滑环组件，其用于将电力从外部电源传输到电磁装置，其中，主题滑环组件位于中心轴以及第二旋转构件与中心轴的第二端之间的主轴周围；以及机构，其构造为用于将相对旋转的第一和第二旋转构件以及中心轴安装到支撑结构安装机构，其中安装机构与中心轴旋转地相关联并位于主题滑环组件之后且靠近中心轴的第二端。
图1B示出了主题技术5的第一实施例的特写视图，而图1C示出了分解图。通常由诸如迭尔林(Delrin)等非导电材料制成的可旋转主轴110由面向CRM的安装板和轴区域构成，面向CRM的安装板通过诸如螺栓、螺钉等标准装置可释放地紧固到CRM的第二旋转构件，轴区域远离CRM安装板延伸。多个导电组件130、131和132安装在轴周围(对于需要三根电线从外部进入CRM以给CRM内的励磁线圈供电的三相CRM，有三个传导组件，但是其他数量的传导组件也认为是在本公开的范围内)。每个导电组件130、131和132包括：1)内部导体连接盘120、121和122，其具有中心孔，中心轴和主轴110延伸穿过中心孔(记住中心轴(具体示出在图2和图3中)固定到CRM的第一旋转构件并且主轴110固定到CRM的第二旋转构件)，以及电连接机构(通常是形成到每个连接盘120、121和122中的凸耳，其朝向CRM并平行于中心轴和主轴110延伸，用于与CRM中的励磁线圈的内部环境电连接)；2)导电间隔件盘150、155和160，其具有中心孔，中心轴和主轴110延伸穿过中心孔；以及3)外部导体连接盘125、126和127，其具有中心孔，中心轴和主轴110延伸穿过中心孔，以及机构(通常是形成在每个外部连接盘125、126和127的周边的凸耳，其垂直于主轴110延伸，用于与控制器和电源的外部环境电连接。
另外，包括在主题滑环组件中的是多个电绝缘体盘169和170，每个绝缘体盘169和170都具有中心孔，中心轴和主轴110延伸穿过中心孔。每个绝缘体盘169和170位于每个相邻的传导组件130至131以及131至132之间。对于示例性的三个传导组件的滑环组件，仅需有两个绝缘体盘169和170用于使三个传导组件130、131和132彼此电隔离。此外，包括在主题滑环组件5中的是非导电壳体108，其位于远端附近且具有中心孔，中心轴和主轴110延伸穿过中心孔。壳体108通常由迭尔林(Delrin)或等效的非导电材料制成，并且配置有槽从而以固定的方式将每个外部连接盘125、126和127上的凸耳固定。中心轴可旋转地固定到支撑结构安装件115(参见图1B)。
此外，包括在主题滑环组件5中的是弹性机构109，其构造成压缩多个传导组件130、131和132，以在主题滑环组件5的操作过程中保持电力传输。弹性机构可以是一组弹簧(参见图1C、图3A、图3B和图4)，波形垫圈(参见图2)或等效部件。
重要的是，注意在图1B和1C中，部件125和150(其在元件120上旋转)、126和155(其在元件121上旋转)、127和160(其在元件122上旋转)可以全部形成/制造为三个单独的集成单元：即125/150；126/155；127/160可以制造成多个单一件而不是多个单独的元件。可通过铆钉、点焊、导电粘合剂、包括焊接的其他等效手段实现集成。一种特别有用的组合将黄铜用于组件125、126和127以及将含润滑剂的多孔/烧结材料，例如易购的OiliteTM，用于组件150，155和160。这种方法简化了整个组件以及组装主题系统的过程。对于在下面描述并在图2、图3和图4中示出的其他实施例中发现的等效元件，相同的一体制造也是如此。图4不仅针对成对的125/150；126/155；以及127/160采用一体制造，还对等效部件120、121和122采用了一体制造(详见下文)。
整个滑环组件5的每个实施例均通过中心轴(参见图2中的211以及图3A和3B中的311)保持在一起，中心轴从CRM的第一旋转构件延伸并附接到CRM的第一旋转构件且延伸穿过主轴(110、210和310，其固定到CRM的第二旋转构件)并在轴承组件(图2、图3A和图3B中的216和217)中终止于壳体108和固定夹环(参见图3C中312，用于等效夹环)。
在图1A、1B和1C所示的第一实施例中，内部导体连接盘120、121和122由面向CRM的导电构件和面向第二中心轴端的构件以及导电间隔件盘150、155和160制成，面向CRM的导电构件为金属、金属合金、导电有效的等效材料且优选为黄铜合金，面向第二中心轴端的构件优选为通常浸渍有润滑油，例如通常可用的OiliteTM材料的多孔/烧结青铜、黄铜、铁合金或其他导电金属或非金属材料，导电间隔件盘150、155和160均由OiliteTM制成。再次，需要注意的是，OiliteTM为通常浸渍有润滑油并且从多个商业供应商处易购的多孔/烧结青铜、黄铜、铁合金或其他导电金属或非金属材料。吸收了润滑剂的烧结黄铜是用于这些部件的优选示例性材料并且可非常有效地进行导电。润滑油可以是天然的或合成的。多孔/烧结盘(例如可商购的OiliteTM)通常使用粉末冶金形成，使得金属中存在微小的孔。然后用油真空浸渍孔以改善材料承载能力。该材料按体积计含有约20％的油。常见的润滑剂是油SAE30或其他等效物。OiliteTM的其他等效材料可以与主题技术一起使用。
通常通过胶合、点铜焊、点焊、在炉内焊接或类似方法将外部导体连接盘125、126和127分别粘接/固定到每个相邻的导电间隔件盘150、155和160上。通过将OiliteTM用于内部连接盘120、121和122以及导电间隔件盘150、155和160，将会有OiliteTM到OiliteTM(经润滑后的多孔/烧结至经润滑后的多孔/烧结)表面，当滑环5运行时，上述表面在彼此上滑动。采用这种构造，在多个完整的操作测试中，在任一滑动表面上都没有观察到可检测到的磨损，每次测试进行100个小时或更长时间。
图2示出了主题技术的第二实施例的分解图。对CRM进行了描绘，其中心轴211位于图2的最左侧。图2中所示的各个部件等同于图1中所示的第一实施例中所描绘的各个部件(等同部件的附图标记在本实施例中采用200等来表示)，但是也存在若干差异。首先，内部连接盘220、221和222以及外部连接盘225、226和227都是由导电金属，例如钢、合金以及等效材料等制成的。只有导电间隔件盘250、255和260由经润滑后的多孔/烧结材料如OiliteTM制成。外部连接盘225、226和227位于导电间隔件盘150、155和160附近，但不粘接/固定到其上。另外，波形垫圈209用在弹性机构处，用于向传导组件230、231和232加压。支撑结构安装件215与壳体208配合并围绕中心轴211和轴承组件216和217。
图3A、3B和3C示出了主题技术的第三实施例。图3中所示的元件的附图标记等同于图1和图2中所示的元件的附图标记，只是图3中的元件采用300等来表示。图3A和图3B为第三实施例在略微不同视角下的分解图。第三实施例包括前面描述的第二实施例，其中一个部件发生了变化。第二实施例和所描绘的第三实施例之间的唯一区别在于，在第三实施例中所示的弹性机构是壳体308内的一组弹簧309(不是如第二实施例中的波形垫圈209)。
图3C对于示出三个实施例均存在的外部到内部的电连接是有用的。连接到CRM内的三相励磁线圈并从其延伸的内部电线380、381和382通过连接器320、321和322附接到主题滑环组件5。外部连接器325、326和327通过电线390、392和391接收电流。另外，在图3C中可以看到与支撑结构安装件315配合的中心轴311固定机构或夹环312。
图4示出了主题技术的第四实施例，其中部件构造对于轻松和快速组装特别有用。图4中所示的元件的附图标记等同于图1、图2和图3所示的元件的附图标记，只是图4中的元件采用400等表示。整体构造也非常类似于图1-图3中所示的实施例，除了第四实施例中的内部(通常至CRM)电连接器盘420、421和422(优选地由黄铜合金制成，用于在钢等上增加导电性)分别直接热焊接到经润滑后/经涂油后的多孔/烧结(OiliteTM)间隔件盘490、491和492上。另外，外部(至控制器/电源)电连接器盘425、426和427(优选地由黄铜合金制成，用于在钢等上增加导电性)分别直接热焊接到经润滑后/经涂油后的多孔/烧结(OiliteTM)间隔件盘450、455和460上。电绝缘盘469和470将三个所示的导体组件(420/490和425/450以及421/491和426/455以及422/492和427/460)分开。
应该注意的是，散热“翼片”示于图1-4中，其围绕内部和/或外部导电构件(例如：在图1中，125、126和127外部导电构件；在图2中，220、221和222内部导电部件以及225、226和227外部导电部件；在图3中，320、321和322内部导电部件以及325、326和327外部导电部件；以及在图4中，420、421和422内部导电部件和425、426和427外部导电部件)的周边向外延伸。这些翼片可以是长的或短的并且其用于在主题滑环组件5的操作过程中散热。在期望的情况下，翼片可能从一些构造中丢失(除了每个上用于连接到内部电连接器或外部电连接器的一个翅片之外)，但是在大多数可能存在热问题的情况下，确实存在翅片用于冷却并且可以采用各种形状，例如所描绘的、并且仅用于示例性目的而非限制性的矩形构造。
实验结果
对高电流值的引用包括10安培数的倍数中的安培数，并且高RPM值包括组合的旋转速度(在CRM中相对旋转的旋转构件的和)达15，000RPM值及更大。
使用与图1中所示的CRM相关联的主题滑环组件进行了大量的操作测试。在测试条件下(如表1所示)，主题滑环组件在操作过程中从未超过50℃。所有测试均进行了100个小时的连续操作。在测试中使用恒定的标准电压/安培电源。
与标准电动机和无滑环组件相比，CRM(指定为表1中的CRM1-2.0)-滑环系统的操作测试结果表明主题滑环组件在高RPM值(总RPM为9，510-13，400)、低温(针对主题滑环组件和CRM电枢区域)下容易操作CRM，并使CRM相对标准电动机具有更大的推力。
存在多种主题滑环组件技术的实施例，并且其均包括一种在选定应用中使用的用于在外部环境和内部环境之间传输电力的能够具有高电流和高RPM滑环组件，其包括：非导电主轴构件，其具有中心孔，其中主轴包括应用安装表面；具有第一端和第二端的中心轴，中心轴在主轴中心孔内延伸到靠近第二轴端的支撑结构安装件，其中第一轴端靠近应用安装表面；多个传导组件，其安装在主轴周围，每个传导组件包括：内部导体连接盘，其具有中心孔以及构造成用于与内部环境电连接的机构，主轴延伸穿过中心孔；至少一个导电间隔件盘，其具有中心孔，主轴延伸穿过中心孔；外部导体连接盘，其具有中心孔以及构造成用于与外部环境电连接的机构，主轴延伸穿过中心孔；多个电绝缘体盘，每个绝缘体盘位于每个相邻的传导组件之间并且都具有中心孔，主轴延伸穿过中心孔；非导电导体壳体，其具有中心孔，主轴延伸穿过中心孔，并且位于轴第一端附近且定位到支撑结构安装件，其中将每个外部导体连接盘固定以防止在滑环组件的操作过程中旋转；弹性机构，其构造成用于对多个传导组件加压，以在滑环组件的操作过程中保持电力传输；以及支撑结构安装件，其可旋转地固定到中心轴上并固定在壳体上。进一步地包括该实施例，该实施例包括每个导电间隔件盘，其包括导电和经润滑后的多孔/烧结盘，并且每个内部导体连接盘和导电间隔件盘都包括导电和经润滑后的多孔/烧结盘。此外，内部导体连接盘和导电间隔件盘都可以包括导电和经润滑后的多孔/烧结盘，并且导电和经润滑后的多孔/烧结盘粘接到外部导体连接盘上并且在操作过程中与外部导体连接盘一起旋转。另外，对于滑环组件，弹性机构可包括安装在主轴周围的一个或多个弹簧或波形垫圈。此外，冷却片可以从内部导体连接盘和外部导体连接盘延伸。
主题技术的另一个实施例为一种在选定应用中使用的用于在外部环境和内部环境之间传输电力的能够具有高电流和高RPM的滑环组件，其包括：非导电主轴构件，其具有中心孔，其中主轴包括应用安装表面；具有第一端和第二端的中心轴，其在主轴中心孔内延伸到靠近第二轴端的支撑结构安装件，第一轴端靠近应用安装表面；多个传导组件，其安装在主轴周围，每个传导组件包括：内部导体连接盘，其具有中心孔以及构造成用于与内部环境电连接的机构，主轴延伸穿过中心孔；至少一个导电的经润滑后的多孔/烧结间隔件盘，其具有中心孔，主轴延伸穿过中心孔；外部导体连接盘，其具有中心孔以及构造成用于与外部环境电连接的机构，主轴延伸穿过中心孔；多个电绝缘体盘，每个绝缘体盘位于每个相邻的传导组件之间并且都具有中心孔，主轴延伸穿过中心孔；非导电导体壳体，其具有中心孔，主轴延伸穿过中心孔，并且位于轴第一端附近且定位到支撑结构安装件，其中将每个外部导体连接盘固定以防止在滑环组件的操作过程中旋转；弹性机构，其构造成用于对多个传导组件加压，以在滑环组件的操作过程中保持电力传输；以及支撑安装件，其可旋转地固定到中心轴上并固定在壳体上。此外，内部导体连接盘和导电间隔件盘都可以包括导电和经润滑后的多孔/烧结盘，或者内部导体连接盘和导电间隔件盘都包括导电和经润滑后的多孔/烧结盘，并且导电和经润滑后的多孔/烧结盘间隔件盘粘接到外部导体连接盘上并且在操作过程中与外部导体连接盘一起旋转。另外，主题技术可具有弹性机构，其包括安装在主轴周围的一个或多个弹簧或波形垫圈。此外，主题组件可包括从内部导体连接盘延伸的冷却片，以及从外部导体连接盘延伸的冷却片。
主题技术的又一实施例为一种用于在外部环境和CRM之间传输电力的能够具有高电流和高RPM滑环组件，其包括：非导电主轴，其具有中心孔和CRM安装表面；中心轴，其具有第一端和第二端，并且在主轴内从CRM安装表面附近延伸到靠近第二轴端的支撑结构安装件；多个传导组件，其安装在主轴上，每个传导组件包括：内部导体连接盘，其具有中心孔以及构造为用于与CRM电连接的机构，主轴延伸穿过中心孔；第一导电和经润滑后的多孔/烧结盘间隔件盘，其具有中心孔，主轴延伸穿过中心孔，将第一导电和经润滑后的多孔/烧结盘间隔件盘固定到内部导体连接盘；外部导体连接盘，其具有中心孔以及构造为用于与外部环境电连接的机构，主轴延伸穿过中心孔；以及第二导电和经润滑后的多孔/烧结盘间隔件盘，其具有中心孔，主轴延伸穿过中心孔，将第二导电和经润滑后的多孔/烧结盘间隔件盘固定到外部导体连接盘，其中，在滑环组件的操作过程中，第一和第二导电和经润滑后的多孔/烧结盘彼此相邻旋转，以将电流从外部环境传输到CRM；多个电绝缘体盘，每个绝缘体盘位于每个相邻的导电组件之间且都具有中心孔，主轴延伸穿过中心孔；非导电导体壳体，其具有中心孔，主轴延伸穿过中心孔，并且位于轴第一端附近且定位到支撑结构安装件，其中将每个外部导体连接盘固定以防止在滑环组件的操作过程中旋转；弹性机构，其构造成用于对多个传导组件加压，以在滑环组件的操作过程中保持电力传输；以及支撑安装件，其可旋转地固定到中心轴上并固定在壳体上。另外，冷却片可以从内部导体连接盘和外部导体连接盘延伸。
这里可以参考根据本技术的实施例的方法和系统的流程图说明、和/或程序、算法、步骤、操作、公式或其他计算描绘来描述本技术的实施例，其也可以作为计算机程序产品来实现。在这方面，流程图的每个程序块或步骤，和流程图中的程序块(和/或步骤)的组合，以及任何程序、算法、步骤、操作、公式或计算描绘都可以通过各种手段来实现，例如包括计算机可读程序代码中体现的一个或多个计算机程序指令的硬件、固件和/或软件。可以理解，任何这样的计算机程序指令都可以由一个或多个计算机处理器执行，其包括但不限于通用计算机或专用计算机，或生产机器的其他可编程处理装置，以使得在计算机处理器或其他可编程处理设备上执行的计算机程序指令创建用于实现指定功能的手段。
因此，这里描述的流程图的程序块、程序、算法、步骤、操作、公式或计算描绘支持用于执行指定功能的手段的组合、用于执行指定功能的步骤的组合、以及用于执行指定功能的计算机程序指令，如体现在计算机可读程序代码逻辑装置中的。还将理解，流程图说明的每个程序块以及本文描述的任何程序、算法、步骤、操作、公式或计算描绘及其组合可以由执行指定功能或步骤的基于专用硬件的计算机系统或专用硬件和计算机可读程序代码的组合来实现。
此外，诸如体现在计算机可读程序代码中的这些计算机程序指令也可以存储在一个或多个计算机可读存储器或存储器设备中，其可以指示计算机处理器或其他可编程处理设备以特定方式起作用，使得存储在计算机可读存储器或存储器设备中的指令产生包括指令装置的制品，该指令装置实现在流程图的程序块中指定的功能。计算机程序指令还可以由计算机处理器或其他可编程处理设备执行，以使得在计算机处理器或其他可编程处理设备上执行一系列操作步骤，以生成计算机实现的过程，这样在计算机处理器或其他可编程处理装置上执行的指令提供用于实现在流程图的程序块中指定的功能的步骤、程序算法、步骤、操作、公式中或计算描述。
还应当理解，这里使用的术语“编程”或“程序可执行”是指可以由一个或多个计算机处理器执行以执行如本文所述的一个或多个功能的一个或多个指令。指令可以体现在软件、固件或软件和固件的组合中。指令可以在非暂时性介质中本地存储到设备中，或者可以远程存储在诸如服务器上，或者可以本地和远程地存储全部或部分指令。远程存储的指令可以通过用户启动下载(推送)到设备，或者基于一个或多个因素自动下载(推送)到设备。
还应当理解，如本文所使用的，术语处理器、硬件处理器、计算机处理器、中央处理器(CPU)和计算机同义使用以表示能够执行指令并与输入/输出接口和/或外围设备通信的设备，术语处理器、硬件处理器、计算机处理器、CPU和计算机旨在包括单个或多个设备、单核和多核设备及其变型。
从本文的描述中，应该理解，本公开涵盖多个实施方案，其包括但不限于以下：
1.一种在选定应用中使用的用于在外部环境和内部环境之间传输电力的能够具有高电流和高RPM的滑环组件，其包括：(a)非导电主轴构件，其具有中心孔，其中主轴包括应用安装表面；(b)具有第一端和第二端的中心轴，中心轴在主轴中心孔内延伸到靠近第二轴端的支撑结构安装件，其中第一轴端靠近应用安装表面；(c)多个传导组件，其安装在主轴周围，每个传导组件包括：(i)内部导体连接盘，其具有中心孔以及构造成用于与内部环境电连接的机构，主轴延伸穿过该中心孔；(ii)至少一个导电间隔件盘，其具有中心孔，主轴延伸穿过该中心孔；(iii)外部导体连接盘，其具有中心孔以及构造成用于与外部环境电连接的机构，主轴延伸穿过该中心孔；(d)多个电绝缘体盘，每个绝缘体盘位于每个相邻的传导组件之间并且都具有中心孔，主轴延伸穿过该中心孔；(e)非导电导体壳体，其具有中心孔，主轴延伸穿过该中心孔，并且位于轴第一端附近且定位到支撑结构安装件，其中将每个外部导体连接盘固定以防止在滑环组件的操作过程中旋转；(f)弹性机构，其构造成用于对多个传导组件加压，以在滑环组件的操作过程中保持电力传输；以及(g)支撑结构安装件，其可旋转地固定到中心轴上并固定在壳体上。
2.根据任一前述或下列实施例所述的滑环组件，其中每个所述导电间隔件盘包括导电和经润滑后的多孔/烧结盘。
3.根据任一前述或下列实施例所述的滑环组件，其中所述内部导体连接盘和所述导电间隔件盘均包括导电且经润滑后的多孔/烧结盘。
4.根据任一前述或下列实施例所述的滑环组件，其中所述内部导体连接盘和所述导电间隔件盘均包括导电和经润滑后的多孔/烧结盘，并且所述导电和经润滑后的多孔/烧结盘附接到所述外部导体连接盘并在操作过程中与所述外部导体连接盘一起旋转。
5.根据任一前述或下列实施例所述的滑环组件，其中所述弹性机构包括一个或多个弹簧。
6.根据任一前述或下列实施例所述的滑环组件，其中所述弹性机构包括围绕所述主轴安装的波形垫圈。
7.根据任一前述或下列实施例所述的滑环组件，还包括从所述内部导体连接盘延伸的冷却片。
8.根据任一前述或下列实施例所述的滑环组件，还包括从所述外部导体连接盘延伸的冷却片。
9.一种在选定应用中使用的用于在外部环境和内部环境之间传输电力的能够具有高电流和高RPM的滑环组件，其包括：(a)非导电主轴构件，其具有中心孔，其中主轴包括应用安装表面；(b)具有第一端和第二端的中心轴，中心轴在主轴中心孔内延伸到靠近第二轴端的支撑结构安装件，其中第一轴端靠近应用安装表面；(c)多个传导组件，其安装在主轴周围，每个传导组件包括：(i)内部导体连接盘，其具有中心孔以及构造成用于与内部环境电连接的机构，主轴延伸穿过该中心孔；(ii)至少一个导电的经润滑后的多孔/烧结间隔件盘，其具有中心孔，主轴延伸穿过该中心孔；(iii)外部导体连接盘，其具有中心孔以及构造成用于与外部环境电连接的机构，主轴延伸穿过该中心孔；(d)多个电绝缘体盘，每个绝缘体盘位于每个相邻的传导组件之间并且都具有中心孔，主轴延伸穿过该中心孔；(e)非导电导体壳体，并具有中心孔，主轴延伸穿过该中心孔，并且位于轴第一端附近且定位到支撑结构安装件，其中将每个外部导体连接盘固定以防止在滑环组件的操作过程中旋转；(f)弹性机构，其构造成用于对多个传导组件加压，以在滑环组件的操作过程中保持电力传输；以及(g)支撑安装件，其可旋转地固定到中心轴上并固定在壳体上。
10.根据任一前述或下列实施例所述的滑环组件，其中所述内部导体连接盘和所述导电间隔件盘均包括导电和经润滑后的多孔/烧结盘。
11.根据任一前述或下列实施例所述的滑环组件，其中所述内部导体连接盘和所述导电间隔件盘均包括导电和经润滑后的多孔/烧结盘，并且所述导电和经润滑后的多孔/烧结盘间隔件盘附接到所述外部导体连接盘并在操作过程中与所述外部导体连接盘一起旋转。
12.根据任一前述或下列实施例所述的滑环组件，其中所述弹性机构包括一个或多个弹簧。
13.根据任一前述或下列实施例所述的滑环组件，其中所述弹性机构包括围绕所述主轴安装的波形垫圈。
14.根据任一前述或下列实施例所述的滑环组件，还包括从所述内部导体连接盘延伸的冷却片。
15.根据任一前述或下列实施例所述的滑环组件，还包括从所述外部导体连接盘延伸的冷却片。
16.一种用于在外部环境和反向旋转电动机(CRM)之间传输电力的能够具有高电流和高RPM的滑环组件，其包括：(a)非导电主轴，其具有中心孔和CRM安装表面；(b)中心轴，其具有第一端和第二端，并且在主轴内从CRM安装表面附近延伸到靠近第二轴端的支撑结构安装件；(c)多个传导组件，其安装在主轴上，每个传导组件包括：(i)内部导体连接盘，其具有中心孔以及构造为用于与CRM电连接的机构，主轴延伸穿过该中心孔；(ii)第一导电和经润滑后的多孔/烧结盘间隔件盘，其具有中心孔，主轴延伸穿过该中心孔，将第一导电和经润滑后的多孔/烧结盘间隔件盘固定到内部导体连接盘；(iii)外部导体连接盘，其具有中心孔以及构造为用于与外部环境电连接的机构，主轴延伸穿过该中心孔；以及(iv)第二导电和经润滑后的多孔/烧结盘间隔件盘，其具有中心孔，主轴延伸穿过中心孔，将第二导电和经润滑后的多孔/烧结盘间隔件盘固定到外部导体连接盘，其中，在滑环组件的操作过程中，第一和第二导电和经润滑后的多孔/烧结盘彼此相邻旋转，以将电流从外部环境传输到CRM；(d)多个电绝缘体盘，每个绝缘体盘位于每个相邻的导电组件之间且都具有中心孔，主轴延伸穿过该中心孔；(e)非导电导体壳体，并具有中心孔，主轴延伸穿过该中心孔，并且位于轴第一端附近且定位到支撑结构安装件，其中将每个外部导体连接盘固定以防止在滑环组件的操作过程中旋转；(f)弹性机构，其构造成用于对多个传导组件加压，以在滑环组件的操作过程中保持电力传输；以及(g)支撑结构安装件，其可旋转地固定到中心轴上并固定在壳体上。
17.根据任一前述或下列实施例所述的滑环组件，还包括从所述内部导体连接盘延伸的冷却片。
18.根据任一前述或下列实施例所述的滑环组件，还包括从所述外部导体连接盘延伸的冷却片。
如本文所用，除非上下文另有明确规定，否则单数术语“一”，“一个”和“该”可包括复数指示物。除非明确说明，否则以单数形式提及对象并不意味着“一个且仅一个”，而是“一个或多个”。
如本文所用，术语“组”指的是一个或多个对象的集合。因此，例如，一组对象可以包括单个对象或多个对象。
如本文所用，术语“基本上”和“约”用于描述和解释小的变化。当与某种事件或情况一起使用时，这些术语可以指事件或情况恰好发生的实例以及与事件或情况很近似的实例。当与数值结合使用时，该术语可以指小于或等于该数值的±10％的变化范围，例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％。例如，“基本上”对齐可以指小于或等于±10°的角度变化范围，例如小于或等于±5°、小于或等于±4°、小于或等于±3°、小于或等于±2°、小于或等于±1°、小于或等于±0.5°、小于或等于±0.1°、或小于或等于±0.05°。
另外，数量、比率和其他数值有时可以以范围的格式呈现在本文中。应当理解，这种范围格式是为了方便和简洁而使用的，并且应该被灵活地理解为包括明确指定为范围限制的数值，但是也包括包含在该范围内的所有单独数值或子范围，如同明确指定每个数值和子范围。例如，在约1至约200的范围内的比率应理解为包括明确列举的约1和约200的边界值，但也包括单独的比例，例如约2、约3和约4，以及子范围例如约10至约50、约20至约100，等等。
尽管本文的描述包含许多细节，但是这些细节不应该被解释为限制本公开的范围，而是仅仅提供一些当前优选实施例的说明。因此，应当理解，本公开的范围完全包含对于本领域技术人员来说可能变得显而易见的其他实施例。
本领域普通技术人员已知的所公开实施例的元件的所有结构和功能等同物通过引用明确包含于此，并且旨在由本权利要求书所涵盖。此外，无论元件、组件或方法步骤是否在权利要求中明确地记载，本公开中的元件、组件或方法步骤都不旨在专用于公众。本文中要求保护的元件不应被解释为“装置加功能”的元件，除非使用短语“用于......的装置”明确地叙述了该元件。本文中要求保护的元件不应被解释为“步骤加功能”的元件，除非使用短语“用于……的步骤”明确地叙述了该元件。
表1
CRM与第一实施例的主题滑环组件的测试
Figure BDA0002071594460000171

Claims (13)

1.一种在选定应用中使用的用于在外部环境和内部环境之间传输电力的能够具有高电流和高RPM的滑环组件，其包括：
(a)非导电主轴，其具有中心孔，其中非导电主轴包括应用安装表面；
(b)具有第一端和第二端的中心轴，中心轴在非导电主轴的中心孔内延伸到靠近中心轴的第二端的支撑结构安装件，其中中心轴的第一端靠近应用安装表面；
(c)多个传导组件，其安装在非导电主轴周围，每个传导组件包括：
(i)内部导体连接盘，其具有中心孔以及构造成用于与内部环境电连接的机构，非导电主轴延伸穿过该中心孔；
(ii)至少一个导电间隔件盘，其具有中心孔，非导电主轴延伸穿过该中心孔；
(iii)外部导体连接盘，其具有中心孔以及构造成用于与外部环境电连接的机构，非导电主轴延伸穿过该中心孔；
(d)多个电绝缘体盘，每个绝缘体盘位于每个相邻的传导组件之间并且都具有中心孔，非导电主轴延伸穿过该中心孔；
(e)非导电导体壳体，其具有中心孔，非导电主轴延伸穿过该中心孔，并且位于中心轴的第一端附近且定位到支撑结构安装件，其中将每个外部导体连接盘固定以防止在滑环组件的操作过程中旋转；
(f)弹性机构，其构造成用于对多个传导组件加压，以在滑环组件的操作过程中保持电力传输；以及
(g)支撑结构安装件，其可旋转地固定到中心轴上并固定在非导电导体壳体上。
2.根据权利要求1所述的滑环组件，其中每个所述导电间隔件盘包括导电和经润滑后的多孔/烧结盘。
3.根据权利要求1所述的滑环组件，其中所述内部导体连接盘和所述导电间隔件盘均包括导电且经润滑后的多孔/烧结盘。
4.根据权利要求1所述的滑环组件，其中所述内部导体连接盘和所述导电间隔件盘均包括导电和经润滑后的多孔/烧结盘，并且所述导电和经润滑后的多孔/烧结盘附接到所述外部导体连接盘或者与所述外部导体连接盘连续。
5.根据权利要求1所述的滑环组件，其中所述弹性机构包括一个或多个弹簧或者围绕所述非导电主轴安装的波形垫圈。
6.根据权利要求1所述的滑环组件，还包括从所述内部导体连接盘和/或所述外部导体连接盘延伸的冷却片。
7.一种在选定应用中使用的用于在外部环境和内部环境之间传输电力的能够具有高电流和高RPM的滑环组件，其包括：
(a)非导电主轴，其具有中心孔，其中非导电主轴包括应用安装表面；
(b)具有第一端和第二端的中心轴，中心轴在非导电主轴的中心孔内延伸到靠近中心轴的第二端的支撑结构安装件，其中中心轴的第一端靠近应用安装表面；
(c)多个传导组件，其安装在非导电主轴周围，每个传导组件包括：
(i)内部导体连接盘，其具有中心孔以及构造成用于与内部环境电连接的机构，非导电主轴延伸穿过该中心孔；
(ii)至少一个导电的经润滑后的多孔/烧结间隔件盘，其具有中心孔，非导电主轴延伸穿过该中心孔；
(iii)外部导体连接盘，其具有中心孔以及构造成用于与外部环境电连接的机构，非导电主轴延伸穿过该中心孔；
(d)多个电绝缘体盘，每个绝缘体盘位于每个相邻的传导组件之间并且都具有中心孔，非导电主轴延伸穿过该中心孔；
(e)非导电导体壳体，并具有中心孔，非导电主轴延伸穿过该中心孔，并且位于中心轴的第一端附近且定位到支撑结构安装件，其中将每个外部导体连接盘固定以防止在滑环组件的操作过程中旋转；
(f)弹性机构，其构造成用于对多个传导组件加压，以在滑环组件的操作过程中保持电力传输；以及
(g)支撑安装件，其可旋转地固定到中心轴上并固定在非导电导体壳体上。
8.根据权利要求7所述的滑环组件，其中所述内部导体连接盘包括导电和经润滑后的多孔/烧结盘。
9.根据权利要求7所述的滑环组件，其中所述至少一个导电的经润滑后的多孔/烧结间隔件盘包括第一导电间隔件盘和第二导电间隔件盘，所述内部导体连接盘包括导电和经润滑后的多孔/烧结盘并且所述内部导体连接盘和第一导电间隔件盘均附接到彼此或者彼此连续，并且第二导电间隔件盘附接到所述外部导体连接盘或者与所述外部导体连接盘连续。
10.根据权利要求7所述的滑环组件，其中所述弹性机构包括一个或多个弹簧或围绕所述非导电主轴安装的波形垫圈。
11.根据权利要求7所述的滑环组件，还包括从所述内部导体连接盘和/或所述外部导体连接盘延伸的冷却片。
12.一种用于在外部环境和反向旋转电动机之间传输电力的能够具有高电流和高RPM的滑环组件，其包括：
(a)非导电主轴，其具有中心孔和反向旋转电动机安装表面；
(b)中心轴，其具有第一端和第二端，并且在非导电主轴内从反向旋转电动机安装表面附近延伸到靠近中心轴的第二端的支撑结构安装件；
(c)多个传导组件，其安装在非导电主轴上，每个传导组件包括：
(i)内部导体连接盘，其具有中心孔以及构造为用于与反向旋转电动机电连接的机构，非导电主轴延伸穿过该中心孔；
(ii)第一导电和经润滑后的多孔/烧结盘间隔件盘，其具有中心孔，非导电主轴延伸穿过该中心孔，将第一导电和经润滑后的多孔/烧结盘间隔件盘固定到内部导体连接盘；
(iii)外部导体连接盘，其具有中心孔以及构造为用于与外部环境电连接的机构，非导电主轴延伸穿过该中心孔；以及
(iv)第二导电和经润滑后的多孔/烧结盘间隔件盘，其具有中心孔，非导电主轴延伸穿过该中心孔，将第二导电和经润滑后的多孔/烧结盘间隔件盘固定到外部导体连接盘，其中，在滑环组件的操作过程中，第一和第二导电和经润滑后的多孔/烧结盘彼此相邻旋转，以将电流从外部环境传输到反向旋转电动机；
(d)多个电绝缘体盘，每个绝缘体盘位于每个相邻的导电组件之间且都具有中心孔，非导电主轴延伸穿过该中心孔；
(e)非导电导体壳体，并具有中心孔，非导电主轴延伸穿过该中心孔，并且位于中心轴的第一端附近且定位到支撑结构安装件，其中将每个外部导体连接盘固定以防止在滑环组件的操作过程中旋转；
(f)弹性机构，其构造成用于对多个传导组件加压，以在滑环组件的操作过程中保持电力传输；以及
(g)支撑结构安装件，其可旋转地固定到中心轴上并固定在非导电导体壳体上。
13.根据权利要求12所述的滑环组件，还包括从所述内部导体连接盘和/或所述外部导体连接盘延伸的冷却片。
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