CN116487964B - 一种柔性接触电极径向面接触滑环 - Google Patents
一种柔性接触电极径向面接触滑环 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种柔性接触电极径向面接触滑环，涉及滑环技术领域，包括外环接触电极、内环接触电极以及之间均匀设置在外环接触电极、内环接触电极之间的柔性滚动导体，所述柔性滚动导体包括导电筒，以及同轴设于柔性导体筒内部的导电柱，所述外环接触电极和所述内环接触电极之间产生的径向压力能使得所述导电筒发生弯曲弹性形变，导电柱和导电筒之间具有形变间隙，且所述形变间隙两端的导电柱和导电筒之间设置有环状弹性密封件。本发明能提高柔性滚动导体与外环接触电极和内环接触电极的接触面积，以降低电阻和提高导电可靠性，并且还能降低柔性滚动导体与外环接触电极和内环接触电极的压力，以降低装配的难度和降低内环接触电极转动的阻力。
Description
技术领域
本发明涉及滑环技术领域，具体为一种柔性接触电极径向面接触滑环。
背景技术
在电滑环中主要有电刷滑环、滚动滑环和水银滑环，电刷滑环为多点接触滑动摩擦滑环；滚动滑环为多线接触滚动摩擦滑环；水银滑环为面接触无摩擦密封滑环；其中电刷滑环主要采用碳刷紧靠铜环的技术，缺点为其动摩擦会产生大量碳合金粉，减少使用寿命并需频繁清理；滚动滑环使用类似于轴承的方案，将相对运动的导体通过滚动体连接在一起，其摩擦为滚动摩擦，不能均匀的发挥每个滚动体的导电能力，且滚动体和内外滚道的制造误差，导致滚动体在旋转过程中有可能出现不接触和接触的频繁切换，该切换将导致大量电弧火花的出现，电弧易烧蚀滚动体和内外滑道，加速损坏；水银滑环使用水银作为导电介质，不会产生摩擦，但却对密封难度和要求较高；
如专利CN204992218U公开了一种适用于功率传输的滚动汇流环装置，其包括内导线、外导线、内轴、外壳、若干层滚动汇流环组件、若干层绝缘组件，内轴和外壳之间转动连接……。该方案通过在外导电环和内导电环之间设置有弹性环，弹性环存在一定的弹性压缩变形，弹性环在滚动过程中可始终保持与外导电环、内导电环的导电接触，提高导电可靠性。
如专利CN111326928B公开了一种柔性接触电极径向面接触滑环，其包括第一支撑壳、第二支撑壳、支撑轴、多个内环接触电极、多个外环接触电极、多个柔性滚动导体和多个隔离轴套，所述第一支撑壳和所述第二支撑壳可拆卸连接，所述支撑轴设置在所述第一支撑壳和所述第二支撑壳内部，多个所述内环接触电极均嵌在所述支撑轴上，多个所述隔离轴套均套设在所述支撑轴上，用于隔开相邻的所述内环接触电极，所述第一支撑壳和所述第二支撑壳内壁均开设有导线槽和外环电极键槽，多个所述外环接触电极均嵌在所述外环电极键槽内，每组所述外环接触电极与所述内环接触电极之间均设置有多个所述柔性滚动导体，所述柔性滚动导体在所述外环接触电极和所述内环接触电极的压力作用下发生径向变形……。该方案通过在外环接触电极和内环接触电极之间设置柔性滚动导体，装配之后将在其径向方向上被压扁变形，该形变可使柔性滚动导体产生均匀的与外环接触电极、内环接触电极之间的接触压力，以保证均衡接触，且该形变还可使柔性滚动导体与外环接触电极和内环接触电极形成面接触，同时柔性滚动导体也将滚动前进，从而增大了接触面积、并能够减少摩擦损耗且不需要密封。
上述专利一种适用于功率传输的滚动汇流环装置和一种柔性接触电极径向面接触滑环都是通过将内环与外环之间滚动导体进行压缩以提高接触面，从而确保导电可靠性；但是上述两个专利在实际使用过程中都存在一定缺陷，方案：一种适用于功率传输的滚动汇流环装置，由于为滚动导体为环体，其存在其内部无支撑，当压缩量过大容易发生塑性形变，且不易恢复，同时因其径向截面小，导致电阻大；而方案：一种柔性接触电极径向面接触滑环，由于滚动导电柱状且实心的，使得其弹性恢复能力较好，但是其发生的形变为压缩形变，这样就导致其在装配时需要提供较大的压力，不仅增加装配的难度，而且增大了内环转动的阻力，同时虽然其整体截面较大，但是由于滚动导体是压缩形变，就导致其与内环与外环的接触面不会很大，从而导致其电阻还是较大的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种柔性接触电极径向面接触滑环，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供的一种柔性接触电极径向面接触滑环，包括外环接触电极、内环接触电极以及之间均匀设置在外环接触电极、内环接触电极之间的柔性滚动导体，所述柔性滚动导体在所述外环接触电极和所述内环接触电极的压力作用下发生径向变形，其特征在于，所述柔性滚动导体包括导电筒，以及同轴设于柔性导体筒内部的导电柱，所述外环接触电极和所述内环接触电极之间产生的径向压力能使得所述导电筒发生弯曲弹性形变，所述导电柱和导电筒之间具有形变间隙，且所述形变间隙两端的导电柱和导电筒之间设置有环状弹性密封件，以使的形变间隙形成密闭的介质腔，所述介质腔内填充有液态导电介质。
进一步地，所述导电筒为导电金属薄片制成的筒状体。
进一步地，所述导电筒发生弯曲弹性形变后，所述导电筒的形变区域的内侧边抵触于导电柱的外周面上。
进一步地，所述环状弹性密封件的材质为橡胶，且环状弹性密封件的内设置有环状气腔。
进一步地，所述环状弹性密封件的内外侧分别粘附在导电筒的内壁和导电柱的外周面上。
进一步地，所述环状弹性密封件与导电筒之间设置有第一加强结构，所述环状弹性密封件与导电柱之间设置有第二加强结构，所述第一加强结构被配置在导电筒发生弯曲弹性形变时施加给环状弹性密封件一朝向导电筒的径向压力，所述第二加强结构被配置为在所述环状弹性密封件发生形变时，施加给环状弹性密封件一轴向夹持力。
进一步地，所述第一加强结构包括连接在环状弹性密封件外周边的两侧并沿其轴向方向延伸形成的第一外环边和第二外环边，所述第一外环边和第二外环边的内部均卡设有抵触环。
进一步地，所述第二加强结构包括连接在环状弹性密封件内周边的两侧并沿径向方向延伸形成的第一内环边和第二内环边；还包括螺纹连接在导电柱端部的第一螺钉和螺纹连接在第一螺钉远离导电柱一端的第二螺钉，所述第一内环边能伸入第一螺钉和导电柱之间被夹持，所述第二内环边能伸入第一螺钉和第二螺钉之间被夹持。
与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
本发明能提高柔性滚动导体与外环接触电极和内环接触电极的接触面积，以降低电阻和提高导电可靠性，并且还能降低柔性滚动导体与外环接触电极和内环接触电极的压力，以降低装配的难度和降低内环接触电极转动的阻力。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的柔性滚动导体结构示意图；
图3是本发明的柔性滚动导体剖视结构示意图；
图4是本发明的柔性滚动导体剖视平面结构示意图；
图5是图4的A处局部的结构示意图。
图中：
100、外环接触电极；200、内环接触电极；300、柔性滚动导体；310、导电筒；320、导电柱；330、形变间隙；340、环状弹性密封件；341、环状气腔；342、第一外环边；343、第二外环边；344、抵触环；345、第一内环边；346、第二内环边；347、第一螺钉；348、第二螺钉。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
请参阅图1-图5，本发明提供了一种柔性接触电极径向面接触滑环，包括外环接触电极100、内环接触电极200以及之间均匀设置在外环接触电极100、内环接触电极200之间的柔性滚动导体300，所述柔性滚动导体300在所述外环接触电极100和所述内环接触电极200的压力作用下发生径向变形。通过柔性滚动导体300的形变能使柔性滚动导体300与外环接触电极100和内环接触电极200形成面接触，并且柔性滚动导体300滚动前进，从而增大了接触面积、并能够减少摩擦损耗且不需要密封。
进一步地，为了尽可能的提高柔性滚动导体300与外环接触电极100和内环接触电极200的接触面积，以降低电阻和提高导电可靠性，在本技术方案中，所述柔性滚动导体300包括导电筒310，以及同轴设于导电筒310内部的导电柱320，所述外环接触电极100和所述内环接触电极200之间产生的径向压力能使得所述导电筒310发生弯曲弹性形变，所述导电柱320和导电筒310之间具有形变间隙330，且所述形变间隙330两端的导电柱和导电筒310之间设置有环状弹性密封件340，以使的形变间隙330形成密闭的介质腔，所述介质腔内填充有液态导电介质。在所述外环接触电极100和所述内环接触电极200装配后，外环接触电极100和所述内环接触电极200能产生的径向压力能使得所述导电筒310发生弯曲弹性形变，该弯曲弹性形变相较于压缩弹性形变，其形变量更大，进而使得柔性滚动导体300与外环接触电极100和所述内环接触电极200接触面积更大，能尽可能的以降低电阻和提高导电可靠性，并且柔性滚动导体300发生弯曲弹性形变后，其整体横截面还能通过液态导电介质和导电柱320导电，同时柔性滚动导体300发生弯曲弹性形变后，其整体径向截面还能获得延展，进一步降低了电阻。
更进一步地，为了降低柔性滚动导体300与外环接触电极100和内环接触电极200的压力，以降低装配的难度和降低内环接触电极200转动的阻力，本技术方案中，所述导电筒310为导电金属薄片制成的筒状体。通过降低导电筒310的径向厚度，使其能更容易的发生弯曲弹性形变，即发生弯曲弹性形变所需的压力较小，进而降低装配的难度和降低内环接触电极200转动的阻力，从理论上来说导电筒310的径向厚度越小，其发生弯曲弹性形变的量就越大，且形变后会更贴敷于外环接触电极100和内环接触电极200，进一步地，在满足导电筒310强度的要求下，可以尽可能的降低导电筒310的厚度，以降低弯曲弹性形变的压力和增大导电筒310与外环接触电极100和内环接触电极200接触面，在本实施例中，所述导电筒310的厚度为0.1mm-0.5mm。
当然不限于此，所述导电筒310也可以为高弹性导电材料制成。
需要注意的是，当导电筒310厚度越低，相应地，其恢复形变的力越弱，由于柔性滚动导体300是需要在外环接触电极100和内环接触电极200之间滚动的，当恢复形变的力越弱时，会导致柔性滚动导体300在外环接触电极100和内环接触电极200之间发生滑动摩擦，本技术方案中，当导电筒310发生形变后，会挤压介质腔内部的液体导电介质，使得导电介质挤压弹性密封件，而弹性密封件弹性形变后将压力传递给液体导电介质，由液体导电介质均匀传递至导电筒310内壁，使得导电筒310还能具有优异的形变恢复力。
进一步地，为了控制导电筒310的形变量，在本技术方案中，所述导电筒310发生弯曲弹性形变后，所述导电筒310的形变区域的内侧边抵触于导电柱320的外周面上。在装配外环接触电极100和内环接触电极200后，导电柱320能限制导电筒310的形变量，避免导电筒310过渡形变，同时，在外环接触电极100和内环接触电极200相对转动时，该导电柱320的设置能使得导电筒310更容易在形变后的发生转动。
具体的，所述环状弹性密封件340的环状弹性密封件340的材质为橡胶。由于橡胶为可逆形变的高弹性聚合物材料，能在很小的外力作用下能产生较大形变，且除去外力后能恢复原状，能使得环状弹性密封件340，在导电筒310发生形变且转动时各方向都能发生伸缩，实现密封的要求。
具体的，所述液态导电介质为水银，当然不限于此，液态导电介质也可以为其他能实现导电的液体。
进一步地，所述环状弹性密封件340的内部设置有环状气腔341。当导电筒310相发生形变，导致形变部分的环状弹性密封件340被压缩时，环状弹性密封件340的环状气腔341气体能向其他位置发生移动，使得其他部位发生膨胀贴近于导电筒310，避免导电筒310延展部分与环状弹性密封件340之间产生的过大拉力导致环状弹性密封件340与导电筒310发生脱离。
进一步地，为了环状弹性密封件340的可靠性，所述环状弹性密封件340靠近介质腔的一侧涂覆有耐腐蚀层。
具体的，所述环状弹性密封件340的内外侧分别粘附在导电筒310的内壁和导电柱320的外周面上。
进一步地，为了提高环状弹性密封件340与导电筒310的内壁和导电柱320的连接性，所述环状弹性密封件340与导电筒310之间设置有第一加强结构，所述环状弹性密封件340与导电柱320之间设置有第二加强结构，所述第一加强结构被配置在导电筒310发生弯曲弹性形变时施加给环状弹性密封件340一朝向导电筒310的径向压力，所述第二加强结构被配置给施加给环状弹性密封件340一轴向夹持力。通过第一加强结构和第二加强结构的设置提供的径向压力和轴向夹持力，以防止导电筒310发生形变时，环状弹性密封件340与导电筒310发生脱离。
具体的，所述第一加强结构包括连接在环状弹性密封件340外周边的两侧并沿其轴向方向延伸形成的第一外环边342和第二外环边343，所述第一外环边342和第二外环边343的内部均卡设有抵触环344。当导电筒310发生形变时，该抵触环344能够与导电筒310一同发生形变抵触于第一外环边342和第二外环边343，防止环状弹性密封件340与导电筒310发生脱离。
进一步地，所述抵触环344的弹性性能小于导电筒310的弹性性能。在导电筒310发生形变使得抵触环344发生形变时，该抵触环344恢复形变力大于导电筒310恢复形变力，产生一推动反作用力抵触于第一外环边342和第二外环边343，防止环状弹性密封件340与导电筒310发生脱离。
进一步地所述第二加强结构包括连接在环状弹性密封件340内周边的两侧并沿径向方向延伸形成的第一内环边345和第二内环边346；还包括螺纹连接在导电柱320端部的第一螺钉347和螺纹连接在第一螺钉347远离导电柱320一端的第二螺钉348，所述第一内环边345能伸入第一螺钉347和导电柱320之间被夹持，所述第二内环边346能伸入第一螺钉347和第二螺钉348之间被夹持。通过第一螺钉347和第二螺钉348的设置能很好的夹持住第一内环边345和第二内环边346，防止环状弹性密封件340与导电柱320发生脱离，并且该种方式方便对环状弹性密封件340的装配。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种柔性接触电极径向面接触滑环，包括外环接触电极、内环接触电极以及之间均匀设置在外环接触电极、内环接触电极之间的柔性滚动导体，所述柔性滚动导体在所述外环接触电极和所述内环接触电极的压力作用下发生径向变形，其特征在于，所述柔性滚动导体包括导电筒，以及同轴设于柔性导体筒内部的导电柱，所述外环接触电极和所述内环接触电极之间产生的径向压力能使得所述导电筒发生弯曲弹性形变，所述导电柱和导电筒之间具有形变间隙，且所述形变间隙两端的导电柱和导电筒之间设置有环状弹性密封件，以使的形变间隙形成密闭的介质腔，所述介质腔内填充有液态导电介质。
2.根据权利要求1所述的柔性接触电极径向面接触滑环，其特征在于，所述导电筒为导电金属薄片制成的筒状体。
3.根据权利要求2所述的柔性接触电极径向面接触滑环，其特征在于，所述导电筒发生弯曲弹性形变后，所述导电筒的形变区域的内侧边抵触于导电柱的外周面上。
4.根据权利要求1所述的柔性接触电极径向面接触滑环，其特征在于，所述环状弹性密封件的材质为橡胶，且环状弹性密封件的内设置有环状气腔。
5.根据权利要求4所述的柔性接触电极径向面接触滑环，其特征在于，所述环状弹性密封件的内外侧分别粘附在导电筒的内壁和导电柱的外周面上。
6.根据权利要求5所述的柔性接触电极径向面接触滑环，其特征在于，所述环状弹性密封件与导电筒之间设置有第一加强结构，所述环状弹性密封件与导电柱之间设置有第二加强结构，所述第一加强结构被配置在导电筒发生弯曲弹性形变时施加给环状弹性密封件一朝向导电筒的径向压力，所述第二加强结构被配置为在所述环状弹性密封件发生形变时，施加给环状弹性密封件一轴向夹持力。
7.根据权利要求6所述的柔性接触电极径向面接触滑环，其特征在于，所述第一加强结构包括连接在环状弹性密封件外周边的两侧并沿其轴向方向延伸形成的第一外环边和第二外环边，所述第一外环边和第二外环边的内部均卡设有抵触环。
8.根据权利要求7所述的柔性接触电极径向面接触滑环，其特征在于，所述第二加强结构包括连接在环状弹性密封件内周边的两侧并沿径向方向延伸形成的第一内环边和第二内环边；还包括螺纹连接在导电柱端部的第一螺钉和螺纹连接在第一螺钉远离导电柱一端的第二螺钉，所述第一内环边能伸入第一螺钉和导电柱之间被夹持，所述第二内环边能伸入第一螺钉和第二螺钉之间被夹持。
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