CN112072387A - 电气连接接口 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种电气连接接口，包括：主动接口部分，包括法兰连接体，具有容置空间、位于第一面的连接法兰和位于第二面的连接底面；还包括置于容置空间内的转子转接件、电连接器公端、转子、螺母、浮动装置、中空螺杆、外壳和超声电机；所述超声电机置设于第一面，转子转接件套设于电连接器公端的第一端，贴设于所述超声电机，转子固定于转子转接件上；螺母套设于电连接器公端上，且卡置于转子转接件内，通过角接触球轴承对将螺母径向支撑和轴向限位于外壳内；浮动装置置放于中空螺杆内，且与中空螺杆内壁固定连接，中空螺杆通过浮动装置的内螺纹套设于电连接器公端的第二端；所述超声电机驱动转子转接件及转子旋转，并带动螺母旋转。

Description

电气连接接口

技术领域

本申请实施例涉及卫星导航领域，涉及但不限于一种主动电气连接接口及被动电气连接接口。

背景技术

受限于运载约束，大型空间设施需采用分段发射入轨，通过空间机器人在轨构建形成。为了降低在轨构建的复杂度和操作难度、提高在轨构建效率，大型空间设施将采用模块化设计技术，在进行空间设施的在轨构建及维修维护的过程中，在模块间采用标准化连接接口，可实现各功能舱段或模块的自由组合和扩展。标准化连接接口有助于实现新型空间飞行器的模块化设计和多任务应用，降低在轨服务与维护的复杂度和操作难度、提高在轨构建及维修维护的效率。

从基于现有卫星的可维修适应性设计角度来看，模块间标准化连接接口可为现有卫星增加可维修维护接口，在不改变卫星主体机构和平台架构的基础上，在现有卫星平台上增加可维修性接口，以便在轨进行故障模块更换或系统设备升级。从未来模块化设计的可在轨维修卫星角度来看，模块间标准化连接接口能更好满足在轨服务与维护的系统需求，从卫星平台设计和主体结构出发，进行模块化可接受在轨服务的卫星系统设计，一旦在轨发生故障或需要进行卫星系统部分功能或结构的改进和升级，可单独更换相关模块，使卫星任务能力恢复或进行性能提升。因此，设计面向空间飞行器在轨服务与维护的模块间连接接口具有非常重要的工程意义。

模块间标准化连接接口技术是进行新型空间飞行器设计和空间在轨服务与维护方案研究的关键技术之一。并且，由于系统结构、材料、空间环境、碎片破坏等原因，可能导致模块单元出现故障，对故障模块的维修或更换需要一种标准化的模块与舱段间连接接口，实现快速、稳定、可靠地工作。标准化电气连接接口是一种典型的模块间标准化对接接口，可以实现接口间数据与信号的快速、稳定、可靠的传输。

目前，面向在轨服务与维护的现有电气连接接口还存在一些不足之处。有些电气连接接口提供的连接力不足，导致连接不到位，使得电连接器无法正常工作；有些电气连接接口在连接到位后还过力紧固，导致连接卡死甚至部件损坏，不能够保证电气连接接口稳定可靠的工作。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种电气连接接口。

第一方面，本申请提供一种电气连接接口，包括：

主动接口部分，包括法兰连接体，具有容置空间、位于第一面的连接法兰和位于第二面的连接底面，其中，第一面和第二面相对；还包括置于所述容置空间内的转子转接件、电连接器公端、转子、螺母、浮动装置、中空螺杆、外壳和超声电机；所述超声电机置设于第一面，转子转接件套设于电连接器公端的第一端，贴设于所述超声电机，转子固定于转子转接件上；螺母套设于电连接器公端上，且卡置于转子转接件内，通过角接触球轴承对将螺母径向支撑和轴向限位于外壳内；浮动装置置放于中空螺杆内，且与中空螺杆内壁固定连接，中空螺杆通过浮动装置的内螺纹套设于电连接器公端的第二端；所述超声电机驱动转子转接件及转子旋转，并带动螺母旋转，螺母的旋转运动转变成中空螺杆沿轴向移动，并驱动浮动装置带动电连接器公端沿轴向移动；

主动接口，用于安装主动接口部分。

在一些实施例中，所述浮动装置包括弹簧、钢球、连接套和固定套；连接套外表面圆周上分布有锥形孔，固定套圆周上对应位置分布有通孔，钢球置放连接套上的锥形孔内，弹簧置放于固定套的通孔中。

在一些实施例中，所述主动接口部分还包括：

导向销，穿插于第二面，并抵接或穿设于中空螺杆，以限制中空螺杆转动，使电连接器公端仅沿轴向进行插拔运动。

在一些实施例中，所述主动接口部分还包括：

位移传感器，用于测量电连接器公端沿轴向的移动距离，以在与待连接接口连接时，确保主动接口部分与待连接接口之间完全对接，在与待连接接口脱离时，确保主动接口部分与待连接接口之间完全脱离。

在一些实施例中，所述位移传感器包括线圈、磁芯；所述线圈固定连接于外壳上，磁芯与中空螺杆固定连接，基于LC振荡电路的特性，通过改变电感的值而改变选频回路，选频回路的变化导致输出的正弦信号幅值发生变化，以确定不同位移下，输出不同的正弦波幅值。

在一些实施例中，所述磁芯采用硅钢片材料制成，将铜线缠绕在圆柱形，硅钢片穿过圆柱形内部以形成不同的电感值，硅钢片位移的实时变化量即为中空螺杆的实时伸出量。

在一些实施例中，所述外壳由铸铝合金材料，采用金属模具压力铸造，并辅以机械加工而成，表面采用阳极化、镀镍。

第二方面，本发明实施例提供一种电气连接接口，包括：

被动接口部分，包括法兰连接体、外壳、浮动装置和电连接器母端，法兰连接体套设于外壳上，浮动装置通过螺纹连接方式套设于电连接器母端上，电连接器母端固定连接于外壳上，使电连接器母端与法兰连接体的法兰同轴；

被动主动接口，用于安装被动接口部分。

在一些实施例中，所述浮动装置包括弹簧、钢球、连接套和固定套；连接套外表面圆周上分布有锥形孔，固定套圆周上对应位置分布有通孔，钢球置放连接套上的锥形孔内，弹簧置放于固定套上的通孔中。

发明效果：

本发明提供的超声驱动电气连接接口，可以实现在轨服务与维护的标准化接口间数据与信号的快速、稳定、可靠的传输。具有结构简单、响应快、噪音低、断电自锁、无磁场干扰、控制精度高等优点，另外还具有耐低温、真空等特点，可以适应太空恶劣环境，可以提供给电连接器连接时足够的插拔力。在结构上集成直线位移传感器用来检测电连接器的连接到位情况，保证电气连接接口稳定可靠的工作，不会出现卡死或损坏现象。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种超声驱动电气连接接口的整体连接结构示意图；

图2为本申请实施例的主动电气连接接口的结构示意图；

图3为本申请实施例的被动电气连接接口的结构示意图；

图4为本申请实施例的浮动装置的结构示意图。

具体实施方式

图1为本申请实施例提供的一种超声驱动电气连接接口的整体连接结构示意图，如图1所示，本申请实施例的面向在轨服务与维护的超声驱动电气连接接口包括电气连接接口主动部分1、标准化主动接口安装座2、标准化被动接口安装座3、电气连接接口被动部分4。电气连接接口主动部分1安装在的标准化主动接口安装座2上，电气连接接口被动部分4安装在标准化被动接口安装座3上，通过接口对接可以实现标准化接口的数据与信号的传输。

图2为本申请实施例的主动电气连接接口的结构示意图，如图2所示，本申请实施例的电气连接接口主动部分1主要包括定子5、转子6、浮动装置7、线圈8、磁芯9、导向销10、电连接器公端11、中空螺杆12、角接触球轴承对13、外壳14、螺母15、转子转接件16、超声电机底座17、主动法兰连接体18。主动法兰连接体18具有容置空间、位于第一面的连接法兰和位于第二面的连接底面，其中，第一面和第二面相对。图2中，第一面相当于下表面，第二面相当于上表面。电气连接接口主动部分1通过超声电机驱动、依靠螺纹传动来提供足够的连接力，电气连接接口主动部分1与标准化主动接口2通过主动法兰连接体18固定连接。为减小质量与体积，驱动单元由超声电机作为驱动源，其利用压电陶瓷激发超声频率的振动作动力源，输入的电能在压电陶瓷上产生电势能并在逆压电效应作用下转化成应变能，定子5在共振现象下进一步转化为转子6的机械动能输出。超声电机具有结构简单、响应快、噪音低、断电自锁、无磁场干扰、控制精度高等优点，另外还具有耐低温、真空等适应太空条件的特点，可以广泛应用于航空航天领域中。

所述超声电机置设于第一面，转子转接件16套设于电连接器公端11的第一端，贴设于所述超声电机，转子6固定于转子转接件16上；螺母15套设于电连接器公端11上，且卡置于转子转接件16内，通过角接触球轴承对13将螺母15径向支撑和轴向限位于外壳内；浮动装置7置放于中空螺杆12内，且与中空螺杆12内壁固定连接，中空螺杆12通过浮动装置7的内螺纹套设于电连接器公端11的第二端；所述超声电机驱动转子转接件16及转子6旋转，并带动螺母15旋转，螺母15的旋转运动转变成中空螺杆12沿轴向移动，并驱动浮动装置7带动电连接器公端11沿轴向移动。具体地，转子6与转子转接件16固定连接，转子转接件16与螺母15固定连接，螺母15与外壳14之间依靠角接触球轴承对13径向支撑和轴向限位，转子6将螺母15的回转运动转变成中空螺杆12的直线运动。其中，导向销10穿插于第二面，并抵接或穿设于中空螺杆12，以限制中空螺杆转动，使电连接器公端仅沿轴向进行插拔运动。导向销10使电连接器公端11只能进行插拔运动。电连接器公端11与浮动装置7通过螺纹连接，浮动装置7与中空螺杆12也是固定连接的。驱动电路固定在超声电机底座17上，超声电机底座17与主动法兰连接体18固定连接。

线圈8和磁芯9组成直线位移传感器。线圈8固定在外壳14上，磁芯9与中空螺杆12固定连接，可以测量电连接器公端11伸出高度，确保电气连接接口连接到位。直线位移传感器的原理基于LC振荡电路的特性。在LC振荡电路中，改变电感L的值可改变选频回路，选频回路的变化会导致输出的正弦信号幅值发生变化。将被测目标的位移变化和电路内部电感的变化结合起来，即不同的位移下，会输出不同的正弦波幅值。对输出的正弦波信号进行整流及滤波，得到稳定的电压值。输出的电压值信号由AD采集卡采集，上位机通过寄存器读取数值。直线位移传感器反馈位置信号给控制系统，控制系统控制超声电机，以防止电气连接接口在到位后继续过力紧固，导致卡死甚至部件损坏。直线位移传感器的前端信号发生电路采用起振电感，使得满量程时信号的电压值仍在检测范围内。磁芯采用硅钢片材料，将铜线紧密、均匀缠绕在圆柱形3D打印件上，硅钢片可穿过环形件内部以形成不同的电感值，硅钢片位移的实时变化量即为中空螺杆的实时伸出量。

电连接器的外壳14可以保护接触件和绝缘体等电连接器内部零件不被损伤，保护导线与接触件端接后的端接处不受损伤；为满足航空电连接器性能高、重量轻等要求，壳体14通常用铸铝合金材料，采用金属模具压力铸造成形，并辅以机械加工而成，表面常采用阳极化、镀镍等达到防蚀的目的。电连接器的绝缘体可以保持接触件在设定位置，并使各个接触件之间相互电气绝缘；为适应航空上耐高低温，绝缘体大多采用热固性塑料经模塑成形。电连接器靠接触件来实现标准化接口间电路的连接，接触件是插针与插孔构成的插合式组件，采用刚性插针和弹性插孔形式。接触件应满足以下要求：保证在振动、冲击环境条件中良好的电接触，应插合与分离方便，应具有与电连接器使用期相匹配的插拔寿命。为适应航空上高可靠的电连接要求，接触件采用铜合金材料经车削加工而成，表面采用镀银或镀金等达到导电及防蚀目的。

本申请实施例的浮动装置的结构可参见图4所示。

图3为本申请实施例的被动电气连接接口的结构示意图，如图3所示，本申请实施例的电气连接接口被动部分4主要包括被动法兰连接体28、外壳1 9、浮动装置20、电连接器母端21。为减小质量与体积，超声驱动电气连接接口被动部分4是无驱动源的，电连接器母端21与浮动装置20通过螺纹连接，浮动装置20固定在外壳19上，通过被动法兰连接体28将电气连接接口被动部分4与标准化被动接口3相连。

图4为本申请实施例的浮动装置的结构示意图，如图4所示，本申请实施例的超声驱动电气连接接口的浮动装置20采用同构设计，主要包括弹簧26、钢球25、连接套24和固定套22。连接套24外表面圆周上均匀分布六组共12个锥形孔，固定套22圆周上对应位置均匀分布六组共12个通孔，钢球25放入连接套24上的锥形孔内，弹簧26放在固定套22上的通孔中，钢球25的可以在同孔内左右移动，弹簧26另一端抵在限位套27内壁。限位套27为被动法兰连接体28的一部分。本申请实施例中，通过选取合适的弹簧尺寸以及钢球尺寸，可以使得电连接器径向具有1mm浮动量。

本申请实施例的电连接器除了要满足一般的性能要求外，更重要的是电连接器必须达到接触良好，工作可靠，维护方便，其工作可靠与否直接影响数据与信号的正常传输。航空系统对电连接器的质量和可靠性有非常严格的要求，圆形电连接器由于自身结构的特点在航空上得到广泛应用。为了达到连接快速的要求，采用推拉式连接。在电连接器公端11外周上有间隔120度的三个钢球，配合的电连接器母端21有一圆弧槽，当插合到位后，钢球在弹簧外力的作用下，始终保持在圆弧槽内，以保证自锁。电连接器在连接和分离时是往复直线运动，不须扭转和旋转，只需要很小的工作空间即可完成连接及分离。推拉连接形式因为没有机械上省力的机构，一旦误插，机械阻力明显增大，能及时被发现。以上装置实施例的描述，与上述方法实施例的描述是类似的，具有同方法实施例相似的有益效果。对于本申请实施例中未披露的技术细节，请参照本发明方法实施例的描述而理解。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本发明的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。

上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元；既可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

以上所述，仅为本发明的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种电气连接接口，其特征在于，所述连接接口包括：

主动接口部分，包括法兰连接体，具有容置空间、位于第一面的连接法兰和位于第二面的连接底面，其中，第一面和第二面相对；还包括置于所述容置空间内的转子转接件、电连接器公端、转子、螺母、浮动装置、中空螺杆、外壳和超声电机；所述超声电机置设于第一面，转子转接件套设于电连接器公端的第一端，贴设于所述超声电机，转子固定于转子转接件上；螺母套设于电连接器公端上，且卡置于转子转接件内，通过角接触球轴承对将螺母径向支撑和轴向限位于外壳内；浮动装置置放于中空螺杆内，且与中空螺杆内壁固定连接，中空螺杆通过浮动装置的内螺纹套设于电连接器公端的第二端；所述超声电机驱动转子转接件及转子旋转，并带动螺母旋转，螺母的旋转运动转变成中空螺杆沿轴向移动，并驱动浮动装置带动电连接器公端沿轴向移动；

主动接口，用于安装主动接口部分。

2.根据权利要求l所述的连接接口，其特征在于，所述浮动装置包括弹簧、钢球、连接套和固定套；连接套外表面圆周上分布有锥形孔，固定套圆周上对应位置分布有通孔，钢球置放连接套上的锥形孔内，弹簧置放于固定套的通孔中。

3.根据权利要求l所述的连接接口，其特征在于，所述主动接口部分还包括：

导向销，穿插于第二面，并抵接或穿设于中空螺杆，以限制中空螺杆转动，使电连接器公端仅沿轴向进行插拔运动。

4.根据权利要求l所述的连接接口，其特征在于，所述主动接口部分还包括：

位移传感器，用于测量电连接器公端沿轴向的移动距离，以在与待连接接口连接时，确保主动接口部分与待连接接口之间完全对接，在与待连接接口脱离时，确保主动接口部分与待连接接口之间完全脱离。

5.根据权利要求4所述的连接接口，其特征在于，所述位移传感器包括线圈、磁芯；所述线圈固定连接于外壳上，磁芯与中空螺杆固定连接，基于LC振荡电路的特性，通过改变电感的值而改变选频回路，选频回路的变化导致输出的正弦信号幅值发生变化，以确定不同位移下，输出不同的正弦波幅值。

6.根据权利要求5所述的连接接口，其特征在于，所述磁芯采用硅钢片材料制成，将铜线缠绕在圆柱形，硅钢片穿过圆柱形内部以形成不同的电感值，硅钢片位移的实时变化量即为中空螺杆的实时伸出量。

7.根据权利要求5所述的连接接口，其特征在于，所述外壳由铸铝合金材料，采用金属模具压力铸造，并辅以机械加工而成，表面采用阳极化、镀镍。

8.一种电气连接接口，其特征在于，所述连接接口包括：

被动接口部分，包括法兰连接体、外壳、浮动装置和电连接器母端，法兰连接体套设于外壳上，浮动装置通过螺纹连接方式套设于电连接器母端上，电连接器母端固定连接于外壳上，使电连接器母端与法兰连接体的法兰同轴；

被动主动接口，用于安装被动接口部分。

9.根据权利要求8所述的连接接口，其特征在于，所述浮动装置包括弹簧、钢球、连接套和固定套；连接套外表面圆周上分布有锥形孔，固定套圆周上对应位置分布有通孔，钢球置放连接套上的锥形孔内，弹簧置放于固定套上的通孔中。

Images