CN110718822A - 一种具有测角功能的柔性导电环 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有测角功能的柔性导电环，其包括外环以及与所述外环相配合的内环，所述内环与所述外环之间布置有柔性电路板，所述内环上设置有光栅带，所述外环上设置有与所述光栅带相配合的测角读数头。本发明通过采用柔性电路板替换传统的铜环‑碳刷结构，并将光栅带与测角读数头形成的测角传感器置于内环与外环之间，以减少导电环的体积，实现导电环的轻小型化设计，从而可以使得激光通信跟瞄天线的轻小型化。

Description

一种具有测角功能的柔性导电环
技术领域
本发明涉及导电环技术领域，特别涉及一种具有测角功能的柔性导电环。
背景技术
导电滑环又称为集电环、旋转接头、集流环等等，其作用是实现固定部分向旋转部分的电力或者信号传输功能。现在，导电滑环被广泛应用于激光通信跟瞄天线领域中，并且导电环是实现激光通信跟瞄天线旋转部分向固定部分传输功率与信号的关键器件。但是，现有的导电环普遍采用铜环-碳刷滑环，而铜环-碳刷滑环存在体积大、重量重以及摩擦力矩大以及寿命低的问题，这会对激光通信跟瞄天线的体积以及使用寿命产生影响，使得激光通信跟瞄天线无法实现轻小型化。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种具有测角功能的柔性导电环，以解决现有导电环体积大、重量重以及摩擦力矩大的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种具有测角功能的柔性导电环，其包括外环以及与所述外环相配合的内环，所述内环与所述外环之间布置有柔性电路板，所述内环上设置有光栅带，所述外环上设置有与所述光栅带相配合的测角读数头，所述柔性电路板与所述内环的连接端与所述光栅带间隔布置。
所述具有测角功能的柔性导电环，其中，所述柔性电路板呈回转式布置于所述内环与所述外环之间，所述柔性电路板靠近所述外环的第一端连接有输出线束，所述柔性电路板靠近内环的第二端连接有输入线束。
所述具有测角功能的柔性导电环，其中，所述柔性电路板的第一端通过外环压板固定于所述外环上，所述柔性电路板的第二端通过内环压板固定于所述内环上。
所述具有测角功能的柔性导电环，其中，所述柔性电路板的第二端相对于所述柔性电路板的第一端回转，以使得第一端和第二端之间具有处于悬空状态的圆弧部。
所述具有测角功能的柔性导电环，其中，所述外环的内表面设置有第一楔形槽，所述内环的外表面设置有第二楔形槽，所述柔性电路板的第一端与所述圆弧部之间的部分与所述第一楔形槽贴合，所述柔性电路板的第二端与所述圆弧部之间的部分与所述第二楔形槽贴合。
所述具有测角功能的柔性导电环，其中，所述外环上设置有输出孔位，所述输出线束穿过所述输出孔位。
所述具有测角功能的柔性导电环，其中，所述内环上设置有输入孔位，所述输入线束穿过所述输入孔位与所述柔性电路板相连接。
所述具有测角功能的柔性导电环，其中，所述外环的内表面设置有测角读数头安装架，所述测角读数头安装与所述测角读数头安装架上。
所述具有测角功能的柔性导电环，其中，所述导电环还包括轴座和轴，所述轴座与所述外环相连接，所述轴与所述内环相连接，以通过所述轴座和轴的配合来形成内环与外环之间的旋转结构。
所述具有测角功能的柔性导电环，其中，所述轴座与所述轴之间设置有轴承，并且所述轴承通过轴座压圈以及轴压圈固定。
有益效果：与现有技术相比，本发明提供了一种具有测角功能的柔性导电环，其包括外环以及与所述外环相配合的内环，所述内环与所述外环之间布置有柔性电路板，所述内环上设置有光栅带，所述外环上设置有与所述光栅带相配合的测角读数头。本发明通过采用柔性电路板替换传统的铜环-碳刷结构，并将光栅带与测角读数头形成的测角传感器置于内环与外环之间，以减少导电环的体积，实现导电环的轻小型化设计，从而可以使得激光通信跟瞄天线的轻小型化结构。
附图说明
图1为本发明提供的具有测角功能的柔性导电环的剖面轴侧结构图。
图2为本发明提供的具有测角功能的柔性导电环的轴侧结构图。
图3为本发明提供的具有测角功能的柔性导电环的剖面结构图。
具体实施方式
本发明提供一种具有测角功能的柔性导电环，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接连接到另一个部件或者间接连接至该另一个部件上。
还需说明的是，本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
下面结合附图，通过对实施例的描述，对发明内容作进一步说明。
本实施例提供了一种具有测角功能的柔性导电环，如图1-3所示，所述具有测角功能的柔性导电环包括内环1、外环2、柔性电路板4、光栅带11以及测角读数头13；所述外环2套设于所述内环1外，并与所述内环1之间形成容纳腔。所述柔性电路板4布置所述容纳腔内，并且分别与所述内环1和所述外环2相连接，以通过所述内环1和所述外环2固定。所述光栅带11设置于所述内环1的外表面，所述测角读数头13设置于所述外环2的内表面，以使得所述测角读数头13与所述光栅带11相对布置而形成角度传感器。当内环1相对于外环2旋转时，所述光栅带11在所述内环1的带动下相对于所述测角读数头13运动，以使得所述测角读数头13可以通过光栅带11的旋转距离而确定内环1的转动角度，从而使得角度测量。这样采用柔性电路板4替换传统的铜环-碳刷结构，并将光栅带11与测角读数头13形成的测角传感器置于内环1与外环2之间，以减少导电环的特征，实现导电环的轻小化结构，从而可以使得激光通信跟瞄天线的轻小化结构。同时，本实施例提供的导电环可以与辅助轴系连接独立工作，也可以安装于所应用的轴系工作，使用便捷，对轴系精度以及同轴度要求低。
如图1所示，所述光栅带11沿所述内环1外表面的周向布置，所述光栅带11沿所述内环1外表再周向的长度根据所述内环1相对于外环2旋转的角位移以及内环外径确定，并且在内环1相对于外环2旋转的过程中，所述测角读数头13始终与所述光栅带11相对应，即当内环1与外环2处于旋转行程中的任一位置时，所述光栅带11均与测角读数头13相对，所述测角读数头13均可检测到光栅带11，这样可以保证测角读数头13可以获取到内环1相对于外环2旋转的任意角度，提高了角度测量的准确性。在本实施例的一个可能实现方式中，所述光栅带11的长度可以等于所述内环1相对于外环2旋转的最大行程，即长度可以等于2π乘与内环外径和内环相对于外环旋转的最大角度的乘积。
如图1所示，所述外环2的内表面设置有测角读数头安装架12，所述测角读数头13安装在所述测角读数头安装架12上，以通过所述测角读数头安装架12与所述外环2相连接。在本实施例中，所述测角读数头安装架12可以包括固定座和滑动座，所述固定座连接于所述外环2内表面上，所述滑动座一端滑动连接于所述固定座上，另一端与所述测角读数头13相连接，所述滑动座可以相对于所述固定座向靠近/远离所述内环1的方向滑动，以通过所述滑动座和固定座的配合来调整所述测角读数头13与所述光栅带11之间的距离，以提高所述测角读数头13的检测精度。此外，在柔性电路板4运动过程中，所述测角读数头安装架12可以起到导向作用，进一步保障导电环的工作稳定性。
如图1和2所示，所述柔性电路板4呈回转式布置于所述内环1与所述外环2之间，所述柔性电路板4靠近所述外环2的第一端连接有输出线束6，所述柔性电路板4靠近内环1的第二端连接有输入线束9，以便于通过所述输入线束9和输出线束6实现电信号的传输。其中，所述输出线束6和输入线束9的长度以及连接器件可以根据需求确定，只要具有输出线束6和输入线束9的结构均在本申请的保护范围内。此外，在本实施例的一个实现方式中，所述外环2上设置有输出孔位7，所述内环1上设置有输入孔位10。所述输出线束6一端与所述柔性电路板4相连接，另一端穿过所述输出孔位7以便于与外部器件连接。所述输入线束9一端与所述柔性电路板4相连接，另一端穿过所述输入孔位10以便于与外部器件连接，从而通过所述柔性电路板4实现信号传输。这样在导电环的工作过程中，功率及信号数据通过输入线束9穿过输入孔位10进入柔性电路板4，在内环1相对外环2发生旋转运动时，柔性电路板4发生规则的运动和形变，并将功率及信号数据传递给输出线束6，穿过输出孔位7到达固定端以传输给外部设备，实现了功率计信号数据的传输。
进一步，如图1-3所示，所述外环2上设置有外环压板5，所述内环1上设置有内环压板8，所述柔性电路板4连接有输出线束6的第一端通过外环压板5连接于所述外环2上，以使得第一端相对于所述外环2固定。所述柔性电路板4连接有输入线束9的第二端通过所述内环压板8连接于所述内环1上，以得到所述第二端相对于所述内环1固定。所述第二端相对于所述第一端回转，以使得第一端和第二端之间形成处于悬空状态的圆弧部，这里记为鹅颈。此外，在本实施例中，所述外环2上设置有外环盖板3，所述外环2通过所述外环盖板3固定，以使得所述内环1与外环2发生相对运动时，外环2保持不动而内环1相对于外环2转动。
进一步，所述柔性线路板的一侧面与第一端相对应处朝向外环2内表面，并与所述外环2内表面相贴合，所述侧面与第二端相对应处翻转至朝向所述内环1的外表面，并且侧面靠近第二端的部分与内部外表面相贴合。而所述鹅颈位于第一端和第二端之间，并且所述鹅颈部位处于悬空状态，不与所述内环1和外环2相接触。当然，值得说明的，在内环1相对于外环2旋转发生角位移的过程中，柔性电路板4回转处的鹅颈也围绕轴线发生角位移，所述柔性电路板4的回转处的鹅颈发生的角位移与所述内环1相对于外环2发生的角位移的对应关系可以为：
Figure BDA0002263163280000051
其中，所述α为内环相对于外环旋转发生的角位移，为柔性电路板的回转处的鹅颈发生的角位移，R为外环内径，Lβ为柔性电路板与内环外表面相连接的线长与柔性电路板与外环内表面相连接的线长的和，所述Lβ的表达式可以为：
此外，在内环相对于外环旋转发生的角位移，通过内环压板固定于内环的柔性电路板在内环的带动下发生角位移也为α，从而内环相对于外环旋转发生的角位移为α的表达式可以为：
Figure BDA0002263163280000062
其中，r为内环外径，R为外环内径，L为柔性电路板的线长，Lβ为柔性电路板与内环外表面相连接的线长与柔性电路板与外环2内表面相连接的线长的和。
进一步，如图1-3所示，所述外环2的内表面设置有第一楔形槽，所述内环1的外表面设置有第二楔形槽，所述柔性电路板4的第一端与所述圆弧部之间的部分与所述第一楔形槽贴合，所述柔性电路板4的第二端与所述圆弧部之间的部分与所述第二楔形槽贴合，这样可以使得柔性电路板4回转处为处于悬空状态的鹅颈，在工作过程中不与内环1和外环2的底面接触，使得摩擦力矩得到了大幅度减少。在本实施例中，所述第一楔形槽和第二楔形槽均采用楔形阶梯结构，柔性电路板4与外径配合的部分贴合与第一楔形槽的表面，所述柔性电路板4与内径配合的部分贴合与第二楔形槽的表面。此外，在本实施例的一个可能实现方式中，所述光栅带11与所述第二楔形槽的表面相贴合，并且所述光栅带11与所述柔性电路板4的第二端间隔设置，并且所述光栅带11朝向所述第二端的一端与所述第二端之间的角距离大于或者等于所述内环1相对于外环2发生的最大角位移，这样可以避免当内环1相对于外环2发生的最大角位移时，测角读数头13与所述第二端相接触而对所述测角读数头13和/或第二端产生损坏，提高了导电环的使用寿命。
如图1-3所示，所述导电环还包括轴座14和轴17，所述轴座14与所述外环2相连接，所述轴17与所述内环1相连接，以通过所述轴座14和轴17的配形成内环1与外环2之间的旋转结构。所述轴座14与所述轴17之间设置有轴承16，并且所述轴承16通过轴座压圈15以及轴压圈18固定。本实施例通过轴17、轴承16以及轴座14的配合形成转动机构，可以实现内环1相对于外环2转动，并且在轴座和轴之间设置有轴承，可以避免因轴与轴座的摩擦而造成轴或轴座损坏，从而提高了导电环的使用寿命。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种具有测角功能的柔性导电环，其包括外环以及与所述外环相配合的内环，其特征在于，所述内环与所述外环之间布置有柔性电路板，所述内环上设置有光栅带，所述外环上设置有与所述光栅带相配合的测角读数头，所述柔性电路板与所述内环的连接端与所述光栅带间隔布置。
2.根据权利要求1所述具有测角功能的柔性导电环，其特征在于，所述柔性电路板呈回转式布置于所述内环与所述外环之间，所述柔性电路板靠近所述外环的第一端连接有输出线束，所述柔性电路板靠近内环的第二端连接有输入线束。
3.根据权利要求2所述具有测角功能的柔性导电环，其特征在于，所述柔性电路板的第一端通过外环压板固定于所述外环上，所述柔性电路板的第二端通过内环压板固定于所述内环上。
4.根据权利要求2所述具有测角功能的柔性导电环，其特征在于，所述柔性电路板的第二端相对于所述柔性电路板的第一端回转，以使得第一端和第二端之间具有处于悬空状态的圆弧部。
5.根据权利要求4所述具有测角功能的柔性导电环，其特征在于，所述外环的内表面设置有第一楔形槽，所述内环的外表面设置有第二楔形槽，所述柔性电路板的第一端与所述圆弧部之间的部分与所述第一楔形槽贴合，所述柔性电路板的第二端与所述圆弧部之间的部分与所述第二楔形槽贴合。
6.根据权利要求2所述具有测角功能的柔性导电环，其特征在于，所述外环上设置有输出孔位，所述输出线束穿过所述输出孔位。
7.根据权利要求2所述具有测角功能的柔性导电环，其特征在于，所述内环上设置有输入孔位，所述输入线束穿过所述输入孔位与所述柔性电路板相连接。
8.根据权利要求1所述具有测角功能的柔性导电环，其特征在于，所述外环的内表面设置有测角读数头安装架，所述测角读数头安装与所述测角读数头安装架上。
9.根据权利要求1所述具有测角功能的柔性导电环，其特征在于，所述导电环还包括轴座和轴，所述轴座与所述外环相连接，所述轴与所述内环相连接，以通过所述轴座和轴的配合来形成内环与外环之间的旋转结构。
10.根据权利要求9所述具有测角功能的柔性导电环，其特征在于，所述轴座与所述轴之间设置有轴承，并且所述轴承通过轴座压圈以及轴压圈固定。
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