CN114122841A - 一种无线数据传输旋转连接器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线数据传输旋转连接器，包括转子部件和定子部件，转子部件包括转子端接口连接器、法兰盘、旋转轴及转子端印制板部件，定子部件包括定子端接口连接器、尾部端盖、外壳体及定子端印制板部件；转子端接口连接器固定于法兰盘上，法兰盘固定于旋转轴一端，转子端印制板部件安装于旋转轴另一端；定子端接口连接器固定于尾部端盖，外壳体通过轴承与旋转轴转动连接从而使转子部件能够相对于定子部件旋转；转子端印制板部件上设有第一无线芯片，定子端印制板部件上设有与第一无线芯片进行双向无线数据传输的第二无线芯片。本发明采用无线传输技术取代传统接触式数据传输形式，保证产品体积小、重量小的同时高速传输数据稳定无丢失。

Description

一种无线数据传输旋转连接器

技术领域

本发明属于旋转连接器技术领域，特别涉及一种无线数据传输旋转连接器。

背景技术

随着5G时代的来临，现有的旋转连接器已经越来越跟不上日益增长的需求。现代工业场景要求在旋转部件之间提供更快、更可靠的数据传输，随着此需求日益增长，对旋转接头中使用的数据接口的带宽、串扰和EMI性能的要求也日益严格。满足这些要求对于保证相应工业设备的实时运行、连续正常运行和最大效率至关重要。在军事上，随着设备更新换代，要求旋转连接器的转速越来越高，寿命更加高，传输速率也逐渐上升到Gbps。目前，传统旋转连接器均有较明显的不足：①体积大、重量高。因为旋转连接器内部结构的影响，使得其体积大、重量高，限制了众多使用场景；②数据传输速率低。刷丝和滑环高速旋转时，接触点阻抗不连续问题导致数据损失；③寿命低。刷丝和滑环接触摩擦，造成接触磨损；④可靠性较差。刷丝和滑环接触摩擦，造成接触火花，影响传输可靠性；⑤无法高转速旋转传输。高速旋转时进行数据传输，接触阻抗不连续，传输高速信号不连续甚至存在无法传输高速信号。

发明内容

为解决现有技术问题，本发明提出一种无线数据传输旋转连接器，连接器内部转子端和定子端中负责数据传输元器件之间无接触，无传统连接器接触传输时问题，高速旋转时可以无障碍传输高速数据信号。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种无线数据传输旋转连接器，包括转子部件和定子部件，转子部件包括转子端接口连接器、法兰盘、旋转轴以及转子端印制板部件，定子部件包括定子端接口连接器、尾部端盖、外壳体、轴承以及定子端印制板部件；

转子端接口连接器固定于法兰盘上，法兰盘固定于旋转轴一端，转子端印制板部件安装于旋转轴另一端并与转子端接口连接器电性相连；定子端接口连接器固定于尾部端盖上，尾部端盖固定于外壳体后端，外壳体前端通过轴承与旋转轴转动连接从而使转子部件能够相对于定子部件转动；定子端印制板部件安装在尾部端盖上并与转子端接口连接器电性连接，转子端印制板部件位于外壳体内并与定子端印制板部件相对设置，转子端印制板部件上设有第一无线芯片，定子端印制板部件上设有与第一无线芯片相对设置并进行双向无线数据传输的第二无线芯片。

进一步的，转子端印制板部件包括平行间隔设置的第一信号接入印制板和第一信号收发印制板，第一信号接入印制板和第一信号收发印制板均固定在第一绝缘体上，第一绝缘体固定于旋转轴上，第一信号接入印制板和第一信号收发印制板通过固定于第一绝缘体内的毛纽扣接触件电性相连；第一信号接入印制板用于与转子端接口连接器电性连接，第一无线芯片集成在第一信号收发印制板上；

定子端印制板部件包括平行间隔设置的第二信号接入印制板和第二信号收发印制板，第二信号接入印制板和第二信号收发印制板均固定在第二绝缘体上，第二绝缘体固定于尾部端盖上，第二信号接入印制板和第二信号收发印制板通过固定于第二绝缘体内的毛纽扣接触件电性相连；第二信号接入印制板用于与定子端接口连接器电性连接，第二无线芯片集成在第二信号收发印制板上。

进一步的，转子端印制板部件上还集成有第一串行解串器芯片，第一串行解串器芯片与第一无线芯片电性连接；定子端印制板部件上集成有第二串行解串器芯片，第二串行解串器芯片与第二无线芯片电性连接。

进一步的，外壳体的前端面上固设有金属端盖，旋转轴外套装有固定环，固定环上套装有V型密封圈，V型密封圈具有用于与金属端盖弹性贴合的活动端，以实现旋转过程中旋转轴与定子部件之间的密封。

进一步的，转子端接口连接器与法兰盘之间设置有橡胶垫。

进一步的，法兰盘与旋转轴之间设置第一O型圈。

进一步的，尾部端盖具有伸入外壳体内部的印制板安装部，定子端印制板部件安装在印制板安装部前端，该印制板安装部与外壳体内壁之间设有第二0型圈。

进一步的，金属端盖与外壳体之间还设有用于端面密封的第三O型圈。

进一步的，旋转轴为中空的变径轴结构，以供连接转子端接口连接器与转子端印制板部件的线缆穿过，旋转轴包括相连的小径端和大径端，其中大径端设于外壳体内部并用于安装转子端印制板部件。

进一步的，转子端印制板部件和定子端印制板部件上均集成有电源电路，电源电路用于将来自对应接口连接器的电压转化成各印制板部件上的电子元器件使用的工作电压。

借由上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明为一种无线数据传输的旋转连接器，连接器内部通过采用无线传输技术替代传统电旋转连接器内部的刷丝滑环结构，实现数据传输，从而简化连接器内部结构，非接触式数据传输取代传统接触式传输，保证产品小体积、小重量，且高速旋转时不存在接触点阻抗不连续问题，使高速传输数据稳定无丢失。

2、本发明采用滚动轴承结构进行支撑，不存在刷丝滑环的接触磨损，连接器使用寿命长，影响因素理论上只有轴承寿命。

3、本发明中无线芯片采用60GHz印制板天线进行数据发射和接受，支持3.25Gbps高速差分信号传输。

4、本发明通过采用两块印制板为一组、四块印制板并行排列，保证产品两端均可实现数据的发射和接受，又缩小了产品径向尺寸，相比于刷丝滑环复杂结构，缩小了连接器体积，极大减轻了重量。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明一种无线数据传输旋转连接器的剖面结构示意图。

图2是本发明一种无线数据传输旋转连接器不带防尘帽时的侧视图。

图3是本发明一种无线数据传输旋转连接器的电路原理框图。

附图标记说明：

1-转子端接口连接器； 2-法兰盘；

3-旋转轴； 4-定子端接口连接器；

5-尾部端盖； 6-外壳体；

7-轴承； 8-橡胶垫；

9-第一O型圈； 10-第二0型圈；

11-金属端盖； 12-固定环；

13-V型密封圈； 131-活动端；

14-第三O型圈； 15-第一信号接入印制板；

16-第一信号收发印制板； 17-第二信号接入印制板；

18-第二信号收发印制板； 19-转子端绝缘体；

20-第一无线芯片； 21-定子端绝缘体；

22-第二无线芯片； 23-毛纽扣连接器；

24-防尘帽。

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例对本发明的技术方案作进一步的详细说明。

请参阅图1至图3，一种无线数据传输旋转连接器，包括转子部件和定子部件，转子部件包括转子端接口连接器1、法兰盘2、旋转轴3以及转子端印制板部件，定子部件包括定子端接口连接器4、尾部端盖5、外壳体6、轴承7以及定子端印制板部件。为便于描述，定义转子端接口连接器的安位置为转子部件的后端，定子端接口连接器的安装位置为定子部件后端。

转子端接口连接器1通过螺钉与法兰盘2固定为一体，法兰盘2再通过螺钉套装固定在旋转轴3一端上；为了提高连接器各端面密封性能，在转子端接口连接器1与法兰盘2之间设置有橡胶垫8，法兰盘2与旋转轴3之间设置第一O型圈9。旋转轴3为中空轴结构件，中空轴便于线缆穿过，旋转轴的另一端上安装所述转子端印制板部件。

定子端接口连接器4通过螺钉固定到尾部端盖5后端，尾部端盖5通过螺钉与外壳体6形成一个整体，尾部端盖5具有位于外壳体内部的印制板安装部501，印制板安装部501用于安装所述定子端印制板部件，该印制板安装部501与外壳体6之间设有第二0型圈10进行密封，而且定子端接口连接器4与尾部端盖5之间也设有用于端面密封的橡胶垫。轴承7嵌装在外壳体6前端内壁，外壳体6通过轴承7实现与旋转轴3的转动相连；具体而言，轴承7的外圈与外壳体固定相连，内圈与旋转轴3固定相连，从而使旋转轴能够相对于外壳体进行转动，进而使转子部件相对于定子部件能自由旋转。进一步的，外壳体6前端面上固设有金属端盖11，旋转轴3外套装有固定环12，固定环12上套装有V型密封圈13，V型密封圈13具有一个活动端131，活动端具有弹性变形能力，V型密封圈的活动端131与金属端盖11为相互弹性贴合或挤压接触，旋转轴3和定子部件之间采用此V型密封圈能进行旋转过程的密封。金属端盖配合V型密封圈能够罩盖轴承以起密封防护作用，金属端盖与外壳体之间还设有用于端面密封的第三O型圈14。外壳体的前端还设置法兰安装部，用于和设备等载体连接实现连接器的安装定位。尾部端盖具轴向贯通的通孔，用于供连接定子端印制板部件与定子端接口连接器的线缆穿过。

本实施例中，旋转轴3为中空的变径轴结构，其与法兰盘2固定相连的一端为小径端，而另一端为大径端，大径端设于外壳体6内部，转子端印制板部件安装在该大径端上并与定子端印制板部件相对分布。

转子端印制板部件包括相互平行设置且电性相连的第一信号接入印制板15及第一信号收发印制板16，定子端印制板部件包括相互平行间隔设置且电性相连的第二信号接入印制板17及第二信号收发印制板18。旋转轴的大径端上设有转子端绝缘体19，第一信号接入印制板15安装在转子端绝缘体后端，第一信号收发印制板16安装在转子端绝缘体前端，第一信号接入印制板15通过线缆与转子端接口连接器1电性连接，第一信号收发印制板上设有第一无线芯片20。对应的，尾部端盖5上固设有定子端绝缘体21，第二信号接入印制板17及第二信号收发印制板18分别固定在定子端绝缘体的前后两端，第二信号接入印制板17通过线缆与定子端接口连接器4电性连接，第二信号收发印制板18上设有与第一无线芯片相对设置的第二无线芯片22，第一无线芯片与第二无线芯片之间能够进行双向无线数据传输。第一信号接入印制板与第一信号收发印制板之间通过毛纽扣连接器23实现电性相连，毛纽扣连接器23嵌设在转子端绝缘体19内；同理，第二信号接入印制板与第二信号收发印制板之间也是通过毛纽扣连接器电性相连，不再赘述。各印制板沿轴向相互平行布置，能充分利用连接器内部空间，使连接器直径及体积小的同时保证了印制板有足够的布板面积。

转子端印制板部件上集成有第一串行解串器芯片，该第一串行解串器芯片与第一无线芯片电性连接；定子端印制板部件上集成有第二串行解串器芯片，该第二串行解串器芯片与第二无线芯片电性连接。上述各串行解串器芯片集成在信号接入印制板或信号收发印制板上均可，本发明对此不作限制。结合图3，以数据信号由转子端接口连接器向定子端接口连接器传输为例：数据信号通过转子端接口连接器传入第一信号接入印制板，经过第一信号接入板的处理后通过毛纽扣连接器传递给第一信号收发印制板，此时第一信号收发印制板作为信号发射板进行数据发射工作，经过此信号发射印制板处理后，N路低速信号通过第一串行解串器芯片(此时作为串行器)合并为一路高速差分信号，并经第一无线芯片进行信号发射第二无线芯片，第二无线芯片接收到该数据信号后，传输至第二串行解串器芯片(此时作为解串器)还原呈N路低速信号，最后通过第二信号接入印制板传递至定子端接口连接器。

进一步的，第一/第二串行解串器芯片还均与电源电路连接，电源电路集成在对应信号接入印制板上，电源电路用于对供电电源处理，将输入的供电电压进行转化，转化成各个电子器件所需求的电压值，信号接入印制板还用于对接入的数据信号进行传递。各个信号收发印制板主要是对接入的数据信号进行处理，通过电子元器件将信号放大、滤波等处理，然后通过对应的无线芯片进行发射和接收。各信号接入印制板与其有线相连的信号收发印制板之间通过毛纽扣连接器进行电源及数据信号的交换。本方案示例传输N路低速信号，通过串行解串芯片进行信号合并，合并后总速率可达到3.25Gbps，合并后通过60GHz毫米波PCB天线进行传输。此外，在转子端和定子端的印制板部件上均集成有单片机同步电路和状态指示模块，从而便于实现数据传输通断控制、同步处理、状态指示等功能。

由于转子部件和定子部件中的印制板电路基本一致，在其它实施例中，数据的传输方向也可以为由定子端至转子端，因此本发明可以实现连接器高速转动情况下双向数据无线传输，高速旋转时不存在接触点阻抗不连续问题，高速传输数据稳定无丢失。

本实施例中，轴承为滚动轴承，其它实施例中，也可以采用其它类型的轴承，本发明对轴承种类不作限制。

本实施例中，第一无线芯片和第二无线芯片均设置在旋转连接器的中心轴线上，从而在高速旋转时两个无线芯片能够始终正对，保证高速数据信号传输性能。

本实施例中，转/定子端印制板部件均采用两块印制板为一组、四块印制板并行排列，保证产品可实现发射和接收，又缩小了产品径向尺寸。其它实施例中，也可以在每端设置一块或三块或三块以上的印制板，本发明对此不作限制。

本实施例中，通过螺钉穿过各印制板部件和绝缘体实现其压装固定，其它实施例中，也可以采用卡扣结构或粘接等实现印制板部件的安装。

本实施例中，转子部件和定子部件为一体化结构，但本发明不局限于一体化结构，负责数据发射端和接收端可分为两部分，采用两体式结构。

本实施例中，转子端和定子端的两端接口连接器采用HD插合式连接器，保证产品传输电能电流的能力，保证阻抗匹配，信号高速率传输。但不局限于该种接口形式，还可采用弹簧针接触式连接器、毛纽扣连接器、磁吸式连接器等。此外，在双端HD插合式连接器上还可以套置防尘帽24进行密封防护。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种无线数据传输旋转连接器，其特征在于，包括转子部件和定子部件，转子部件包括转子端接口连接器、法兰盘、旋转轴以及转子端印制板部件，定子部件包括定子端接口连接器、尾部端盖、外壳体、轴承以及定子端印制板部件；

转子端接口连接器固定于法兰盘上，法兰盘固定于旋转轴一端，转子端印制板部件安装于旋转轴另一端并与转子端接口连接器电性相连；定子端接口连接器固定于尾部端盖上，尾部端盖固定于外壳体后端，外壳体前端通过轴承与旋转轴转动连接从而使转子部件能够相对于定子部件转动；定子端印制板部件安装在尾部端盖上并与定子端接口连接器电性连接，转子端印制板部件位于外壳体内并与定子端印制板部件相对设置，转子端印制板部件上设有第一无线芯片，定子端印制板部件上设有与第一无线芯片相对设置并进行双向无线数据传输的第二无线芯片。

2.根据权利要求1所述的一种无线数据传输旋转连接器，其特征在于：

转子端印制板部件包括平行间隔设置的第一信号接入印制板和第一信号收发印制板，第一信号接入印制板和第一信号收发印制板均固定在第一绝缘体上，第一绝缘体固定于旋转轴上，第一信号接入印制板和第一信号收发印制板通过固定于第一绝缘体内的毛纽扣接触件电性相连；第一信号接入印制板用于与转子端接口连接器电性连接，第一无线芯片集成在第一信号收发印制板上；

定子端印制板部件包括平行间隔设置的第二信号接入印制板和第二信号收发印制板，第二信号接入印制板和第二信号收发印制板均固定在第二绝缘体上，第二绝缘体固定于尾部端盖上，第二信号接入印制板和第二信号收发印制板通过固定于第二绝缘体内的毛纽扣接触件电性相连；第二信号接入印制板用于与定子端接口连接器电性连接，第二无线芯片集成在第二信号收发印制板上。

3.根据权利要求1或2所述的一种无线数据传输旋转连接器，其特征在于：转子端印制板部件上还集成有第一串行解串器芯片，第一串行解串器芯片与第一无线芯片电性连接；定子端印制板部件上集成有第二串行解串器芯片，第二串行解串器芯片与第二无线芯片电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种无线数据传输旋转连接器，其特征在于：外壳体的前端面上固设有金属端盖，旋转轴外套装有固定环，固定环上套装有V型密封圈，V型密封圈具有用于与金属端盖弹性贴合的活动端，以实现旋转过程中旋转轴与定子部件之间的密封。

5.根据权利要求1所述的一种无线数据传输旋转连接器，其特征在于：转子端接口连接器与法兰盘之间设置有橡胶垫。

6.根据权利要求1所述的一种无线数据传输旋转连接器，其特征在于：法兰盘与旋转轴之间设置第一O型圈。

7.根据权利要求1所述的一种无线数据传输旋转连接器，其特征在于：尾部端盖具有伸入外壳体内部的印制板安装部，定子端印制板部件安装在印制板安装部前端，该印制板安装部与外壳体内壁之间设有第二0型圈。

8.根据权利要求4所述的一种无线数据传输旋转连接器，其特征在于：金属端盖与外壳体之间还设有用于端面密封的第三O型圈。

9.根据权利要求1所述的一种无线数据传输旋转连接器，其特征在于：旋转轴为中空的变径轴结构，以供连接转子端接口连接器与转子端印制板部件的线缆穿过，旋转轴包括相连的小径端和大径端，其中大径端设于外壳体内部并用于安装转子端印制板部件。

10.根据权利要求3所述的一种无线数据传输旋转连接器，其特征在于：转子端印制板部件和定子端印制板部件上均集成有电源电路。

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