CN112928568B - 一种旋转导电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转导电装置，包括：外壳、中心轴和多层滚动导电单元，每层滚动导电单元分别包括外导电环、弹性滚环及内导电环，还包括环形保持架，环形保持架上设有多个定位空隙，对应地定位装配弹性滚环，在中心轴轴向上和中心轴周向上，环形保持架能够与定位空隙中的弹性滚环顶压配合，使得环形保持架通过同一滚动导电单元内的所有弹性滚环悬装在内导电环和外导电环之间。利用环形保持架将各弹性滚环隔离开，避免相互扰动，同时，环形保持架通过弹性滚环悬装在内导电环和外导电环之间，环形保持架不会与内导电环、外导电环接触，使得弹性滚环的转动不会受到意外阻碍，有效避免出现滑动摩擦的情况，提高滚动导电接触的可靠性。

Description

一种旋转导电装置

技术领域

本发明涉及一种旋转导电装置。

背景技术

目前运动部件之间的电力传输主要是滑动式电传输装置，传统的滑动式电传输装置（简称滑环）主要利用电刷和导电环环片之间的滑动电接触来传输功率/信号，但是滑动摩擦存在磨屑积累多、接触电阻相对较高、摩擦力矩大等固有缺陷，制约了滑动电接触的应用。

基于机械滚动/电接触理论，弹性滚环通过一定的径向变形能够保证适当的接触压力，从而保持稳定的电接触以构成滚动载流摩擦副，薄壁柔性环结构在弹性预紧力控制、小型轻质化方面较其它结构有一定优势，滚动式电传输装置具有寿命长、电噪声小、速度稳定度高、传输功率大等特点，在航天器，雷达等高端装备中有广阔的应用前景，是空间太阳能电站、空间站等大型航天设施电传输的重要发展方向。

在申请公布号为CN109638590A的中国发明专利申请中公开了一种滚动接触式旋转电传输装置，包括壳体、中心轴以及多层旋转导电单元，每层旋转导电单元包括外导电环、内导电环及柔性环，所有的外导电环和内绝缘环均沿中心轴轴向依次排布，相邻外导电环之间布置外绝缘环，相邻内导电环之间布置内绝缘环，并且，外导电环和外绝缘环与壳体固定，内导电环和内绝缘环与中心轴连接为一个整体，每层旋转导电单元中的柔性环布置多个，内导电环的外周面上设有滚道，外导电环的内周面上设有滚道，每个柔性环分别弹性顶压在内外导电环的滚道内，通过柔性环和内外导电环的相对滚动实现信号或电源动力的传输，有效减少摩擦磨损。

但是，上述滚动接触式电传输装置中，柔性环在周向上缺乏限位，使用过程中，柔性环容易出现周向移位，不能排除出现连续堆积的情况，在内外导电环高速相对转动过程中容易出现受力不均衡的问题。

在授权公告号为CN108512005B的中国发明专利中公开了一种滚动导电旋转关节，其在滚动式汇流环中对应弹性环配置有惰轮，在圆周方向上，任意相邻两弹性环之间设置有惰轮，用于放置在运动过程碰撞，从整个圆周来看，利用惰轮实现了弹性环的周向均布，有效避免了弹性环的周向集中的问题。

实际上，上述滚动导电旋转关节中，在多个滚动式汇流环之间设有绝缘层，在绝缘层上设置惰轮运动轨道对惰轮进行限位。但是由于绝缘层一般与壳体相对固定，当壳体和外环转动时，会驱使惰轮跟随转动，进而容易驱使弹性环跟随转动，在惰轮运行轨道和惰轮的作用下，导致弹性环容易与内环发生滑动摩擦，降低了滚动导电传输效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种旋转导电装置，以解决现有技术中在与壳体相对固定装配的绝缘层上设置惰轮运行轨道以装配惰轮时，容易引起弹性环和内环发生滑动摩擦的技术问题。

为实现上述目的，本发明所提供的旋转导电装置的技术方案是：一种旋转导电装置，包括：

外壳，内部转动装配有中心轴；

多层滚动导电单元，沿中心轴轴向依次分布，且在中心轴径向上布置在外壳和中心轴之间；

每层滚动导电单元分别包括沿中心轴径向依次布置的外导电环、弹性滚环及内导电环，外导电环与外壳固定装配，内导电环同轴固定套装在中心轴外，所述中心轴为绝缘轴或与内导电环绝缘装配，所述外壳为绝缘壳或与外导电环绝缘装配，所述弹性滚环和外导电环、内导电环弹性顶压导电接触，并与内导电环、外导电环分别滚动配合；

每层滚动导电单元还包括环形保持架，环形保持架为绝缘件，所述环形保持架布置在内导电环和外导电环之间，并与内导电环同轴布置；

环形保持架上设有沿中心轴周向间隔分布的多个定位空隙，各定位空隙中分别一一对应地定位装配有一个所述的弹性滚环，在中心轴轴向上和中心轴周向上，环形保持架能够与定位空隙中的弹性滚环顶压配合，使得所述环形保持架通过同一滚动导电单元内的所有弹性滚环悬装在内导电环和外导电环之间。

有益效果是：本发明所提供的滚动导电装置中，每层滚动单元均配置有环形保持架，环形保持架上设置定位空隙以用于定位放置弹性滚环，从而将各弹性滚环隔离开，避免相互扰动，同时，环形保持架能够通过同一滚动导电单元内的所有弹性滚环悬装在内导电环和外导电环之间，环形保持架不会与内导电环、外导电环接触，也不与中心轴、外壳接触，使得弹性滚环的转动不会受到意外阻碍，有效避免出现滑动摩擦的情况，提高滚动导电接触的可靠性。

作为进一步地改进，所述环形保持架包括沿中心轴轴向间隔分布的两个环形件，两环形件之间设有沿中心轴周向间隔分布的隔离件，任意相邻的两隔离件和两环形件围成一个所述的定位空隙。

有益效果是：环形保持架包括两环形件和隔离件，相互配合以形成定位空隙，方便加工制作。

作为进一步地改进，所述环形件为环板，环板所在平面垂直于中心轴。

有益效果是：环形件采用环板，与弹性滚环的侧面接触面积较大，方便提高接触稳定性。

作为进一步地改进，所述隔离件为隔离柱或为隔离惰轮。

有益效果是：采用隔离柱可以简化结构，隔离惰轮则可实现与弹性滚环的滚动接触。

作为进一步地改进，所述外壳中沿中心轴轴向依次叠放有多个外绝缘垫环，外绝缘垫环上设有环形台阶以支撑放置所述的外导电环，使得在中心轴轴向上任意相邻的两个外导电环通过所述外绝缘垫环绝缘间隔布置。

有益效果是：利用外绝缘垫环上的环形台阶支撑外导电环，结构简单，方便加工制作。

作为进一步地改进，在中心轴轴向上，所有的外绝缘垫环和所有的外导电环相配合形成至少一个垫环夹紧固定结构，垫环夹紧固定结构包括相邻的两个外绝缘垫环和夹紧固定在两外绝缘垫环之间的一个外导电环。

有益效果是：利用相邻的外绝缘垫环夹紧固定外导电环，不需要另外再单独设置固定结构，可简化整体结构。

作为进一步地改进，在中心轴为绝缘轴时，在任一内导电环沿中心轴轴向的相对两侧布置有内绝缘垫环，所有内绝缘垫环和内导电环通过固定螺栓与所述中心轴固定装配在一起。

有益效果是：利用固定螺栓将中心轴、内绝缘垫环和内导电环固定在一起，便于实现。

作为进一步地改进，所述内导电环和中心轴接触，中心轴为空心轴结构，在中心轴上设有导线长孔，供从内导电环上引出的导电线路进入中心轴中以穿出旋转导电装置。

有益效果是：设置导线长孔，方便将相应导线线路引出。

作为进一步地改进，所述导线长孔沿中心轴周向均匀地间隔分布有至少两个。

有益效果是：导线长孔布置多个，方便对应数量较多的内导向环的引出线路。

作为进一步地改进，所述中心轴的一端开放，供所述导电线路穿出中心轴，中心轴的另一端同轴地固定装配有旋转连接架，以用于引入转动驱动力。

有益效果是：在中心轴的相应端同轴固定旋转连接架，方便引入相应的转动驱动力。

附图说明

图1为本发明所提供的旋转导电装置的结构示意图；

图2为图1所示旋转导电装置的剖视图；

图3为图1中单层滚动导电单元的结构示意图；

图4为图1中旋转连接架的结构示意图；

图5为图1中的中心轴结构示意图；

图6为图5的俯视图。

附图标记说明：

2、外壳顶盖；3、外壳；4、外导电环；5、内导电环；6、中心轴；61、环形台阶；62、导线长孔；7、内部下垫片；10、轴承结构；14、旋转连接架；141、驱动臂；16、螺栓穿孔；18、下端盖；19、内绝缘垫环；20、外绝缘垫环；21、弹性滚环；22、环形保持架；221、环板；222、隔离件；23、内部上垫片；24、外部上垫环；25、上盖；27、固定螺栓。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物品或者设备不仅包括那些要素，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、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本发明所提供的旋转导电装置的具体实施例1：

如图1至图6所示，该实施例中的旋转导电装置整体上包括外壳3、中心轴6及多层滚动导电单元，其中，中心轴6通过轴承结构10转动装配在外壳3内，多层滚动导电单元对应布置在外壳3和中心轴6之间。

多层滚动导电单元沿中心轴轴向分布，相邻层滚动导电单元之间绝缘布置，每层滚动导电单元均包括外导电环4、内导电环5和沿内导电环5周向分布的多个弹性滚环21，内导电环5和外导电环4同轴间隔分布，在外导电环4的内周面上和内导电环5的外周面上分别设置滚道，此处的滚道为V形结构，弹性滚环21对应地顶压装卡在两导电环的滚道内，并在两导电环相对转动时与两导电环分别滚动配合。

一般来讲，此处的弹性滚环21在与内导电环5和外导电环4弹性顶压配合时会发生变形，使得弹性滚环21向内导电环5、外导电环4施加一定的预紧定压力，保证有效的导电接触。

为实现对所有弹性滚环21的周向定位，在本实施例中，每层滚动导电单元还包括环形保持架22，环形保持架22为绝缘件，在中心轴径向上，环形保持架22布置在内导电环5和外导电环4之间，并与内导电环5同轴布置，在环形保持架22上设有沿中心轴周向间隔分布的多个定位空隙，各定位空隙中分别一一对应地定位装配有一个弹性滚环21，在中心轴轴向上和中心轴周向上，环形保持架22能够与定位空隙中的弹性滚环21顶压配合，使得环形保持架22通过同一滚动导电单元内的所有弹性滚环21悬装在内导电环5和外导电环4之间。

实际上，此处的环形保持架22包括沿中心轴轴向间隔分布的两个环形件，两环形件均为环板221，环板221所在的平面垂直于中心轴6，在两环板221之间设有沿中心轴周向间隔分布的隔离柱，该隔离柱作为隔离件222用于分隔由两环板221形成的空间，任意相邻的两环板221和两隔离柱围成一个定位空隙，以定位放置一个弹性滚环21。

在本实施例中，各层滚动导电单元的内导电环5均同轴固定套装在中心轴6外，并与中心轴6接触，中心轴6为绝缘轴，并且，对于任意一个内导电环5来讲，在内导电环5的沿中心轴轴向的两侧分别设有内绝缘垫环19，保证任意相邻的两内导电环5之间绝缘间隔布置。

装配时，中心轴6具有突出布置的支撑环台，将内部下垫片7及内绝缘垫环19和内导电环5对应套装在中心轴6上，利用固定螺栓27将所有的内导电环5、内绝缘垫环19、内部下垫片7均固定在支撑环台上，当然，在内导电环5、内绝缘垫环19及内部下垫片7上分别设有螺栓穿孔16。

同时，顶部的内绝缘垫环19为内部上垫片23，为形成有效保护，在内部上垫片23外布置上盖25，上盖25通过螺钉与中心轴6固定装配，并且，固定螺栓27也穿过上盖25，以将上盖25、内绝缘垫环19、内导电环5及内部下垫片7相对固定装配在一起。

需要说明的是，由于内导电环5与中心轴6直接接触，为方便引出导电线路，中心轴6为空心轴结构，在中心轴上设有导线长孔62，导线长孔62沿中心轴周向均匀地间隔分布有四个，供从内导电环5上引出的导电线路进入中心轴中以穿出旋转导电装置。并且，此处的导线长孔62的一端为开口结构。

对于中心轴6来讲，中心轴6通过轴承结构10转动装配在外壳3中，中心轴6的一端开放，供相应导电线路穿出中心轴6，中心轴6的另一端固设有下端盖18，下端盖18上固定装配有旋转连接架14，旋转连接架14和中心轴6同轴布置，以用于传动引入转动驱动力。旋转连接架14具有四个驱动臂141，四个驱动臂141对应吻合插装入下端盖18上的四个装配孔中，可实现旋转连接架14和下端盖18的止转装配。

对于多层滚动导电单元来讲，所有的外导电环4均通过外绝缘垫环20和外壳3绝缘装配，外绝缘垫环20沿中心轴轴向依次叠放由多个，并且，每个外绝缘垫环20上分别设有环形台阶61以支撑放置相应的外导电环4，使得在中心轴轴向上任意相邻的两个外导电环4通过外绝缘垫环20绝缘间隔布置。在外壳3的相应端部通过螺栓固定有外壳顶盖2，外壳顶盖2通过外部上垫片将所有的外导电环4和外绝缘垫环20压装固定在外壳3中，使得所有外导电环4与外壳3相对固定装配。

并且，由于外绝缘垫环20与外导电环4一一对应布置，使得任意相邻的两外绝缘垫环20均能够夹持固定一个外导电环4以形成垫环夹紧固定结构，形成对相应外导电环4的有效固定。

并且，可以在外壳3上设置接线孔，用于引出相应导电线路，该导线线路用于与外导电环4导电连接。

整体装配时，可先将多层滚动导电单元、内绝缘垫片和外绝缘垫片安装在主轴上以形成模块，在将整个模块对应的装入外壳3中，再装夹固定外壳顶盖2，并加装下端盖18和旋转连接架14，保证旋转导电装置的正常工作。

使用时，在中心轴6和外壳3相对转动时，实现内导电环5和外导电环4的相对转动，弹性滚环21与内导电环5、外导电环4滚动导电接触以传输电信号或动力电流。本实施例所提供的旋转导电装置中，在每层滚动导电单元中分别配置环形保持架22，利用保持架将各弹性滚环21进行定位，并且，环形保持架22通过弹性滚环21悬装在内导电环5和外导电环4之间，并不与内导电环5和外导电环4接触，这样一来，在中心轴6带着内导电环5与外导电环4及外壳3产生相对转动时，弹性滚环21收到的驱动作用力完全来源于内导电环5，保证弹性滚环21能够与外导电环4、内导电环5产生相对滚动，尽量降低发生相对滑动的可能性，进而可有效改善整个滚动导电装置的滚动导电接触效果。

本发明所提供的旋转导电装置的具体实施例2：

其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，内导电环和外导电环的滚道均为V形滚道。在本实施例中，内导电环和外导电环的滚道均为U形滚道。

本发明所提供的旋转导电装置的具体实施例3：

其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，环形保持架的两个环形件均为环板，中间隔离件为隔离柱。在本实施例中，隔离件选用隔离惰轮，隔离惰轮能够自转，形成与弹性滚环的弹性滚动接触。

本发明所提供的旋转导电装置的具体实施例4：

其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，外壳与外导电环绝缘装配。在本实施例中，外壳可为绝缘壳，相应的，在本实施例中，为保证足够强度，中心轴为金属件，为保证绝缘，可在金属轴外套装绝缘套，保证与内导电环的绝缘装配，需要说明的是，安装绝缘套时不能影响内导电环和中心轴的相对固定装配。

本发明所提供的旋转导电装置的具体实施例5：

其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，环形保持架由两个环形件和中间的隔离件形成。在本实施例中，环形保持架可为具有一定径向厚度的环套，在环套上设置沿径向延伸的定位孔，定位孔沿周向间隔分布多个，以形成多个定位间隙，用于定位放置相应的弹性滚环。

最后需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动的修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种旋转导电装置，包括：

外壳（3），内部转动装配有中心轴（6）；

多层滚动导电单元，沿中心轴轴向依次分布，且在中心轴径向上布置在外壳（3）和中心轴（6）之间；

每层滚动导电单元分别包括沿中心轴径向依次布置的外导电环（4）、弹性滚环（21）及内导电环（5），外导电环（4）与外壳（3）固定装配，内导电环（5）同轴固定套装在中心轴（6）外，所述中心轴为绝缘轴或与内导电环（5）绝缘装配，所述外壳（3）为绝缘壳或与外导电环（4）绝缘装配，所述弹性滚环（21）和外导电环（4）、内导电环（5）弹性顶压导电接触，并与内导电环（5）、外导电环（4）分别滚动配合；

其特征在于，每层滚动导电单元还包括环形保持架（22），环形保持架（22）为绝缘件，所述环形保持架（22）布置在内导电环（5）和外导电环（4）之间，并与内导电环（5）同轴布置；

环形保持架（22）上设有沿中心轴周向间隔分布的多个定位空隙，各定位空隙中分别一一对应地定位装配有一个所述的弹性滚环（21），在中心轴轴向上和中心轴周向上，环形保持架（22）能够与定位空隙中的弹性滚环（21）顶压配合，使得所述环形保持架（22）通过同一滚动导电单元内的所有弹性滚环（21）悬装在内导电环（5）和外导电环（4）之间；

所述环形保持架（22）包括沿中心轴轴向间隔分布的两个环形件，两环形件之间设有沿中心轴周向间隔分布的隔离件（222），任意相邻的两隔离件（222）和两环形件围成一个所述的定位空隙。

2.根据权利要求1所述的旋转导电装置，其特征在于，所述环形件为环板（221），环板（221）所在平面垂直于中心轴（6）。

3.根据权利要求1所述的旋转导电装置，其特征在于，所述隔离件（222）为隔离柱或为隔离惰轮。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的旋转导电装置，其特征在于，所述外壳（3）中沿中心轴轴向依次叠放有多个外绝缘垫环（20），外绝缘垫环（20）上设有环形台阶（61）以支撑放置所述的外导电环（4），使得在中心轴轴向上任意相邻的两个外导电环（4）通过所述外绝缘垫环（20）绝缘间隔布置。

5.根据权利要求4所述的旋转导电装置，其特征在于，在中心轴轴向上，所有的外绝缘垫环（20）和所有的外导电环（4）相配合形成至少一个垫环夹紧固定结构，垫环夹紧固定结构包括相邻的两个外绝缘垫环（20）和夹紧固定在两外绝缘垫环（20）之间的一个外导电环（4）。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的旋转导电装置，其特征在于，在中心轴为绝缘轴时，在任一内导电环（5）沿中心轴轴向的相对两侧布置有内绝缘垫环（19），所有内绝缘垫环（19）和内导电环（5）通过固定螺栓（27）与所述中心轴（6）固定装配在一起。

7.根据权利要求6所述的旋转导电装置，其特征在于，所述内导电环（5）和中心轴接触，中心轴（6）为空心轴结构，在中心轴上设有导线长孔（62），供从内导电环（5）上引出的导电线路进入中心轴中以穿出旋转导电装置。

8.根据权利要求7所述的旋转导电装置，其特征在于，所述导线长孔（62）沿中心轴周向均匀地间隔分布有至少两个。

9.根据权利要求7所述的旋转导电装置，其特征在于，所述中心轴（6）的一端开放，供所述导电线路穿出中心轴（6），中心轴（6）的另一端同轴地固定装配有旋转连接架（14），以用于引入转动驱动力。

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