CN116581615A - 一种碳刷滚子汇流环 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开一种碳刷滚子汇流环，汇流环包括：固定轴；安装于固定轴上的外壳，外壳可绕中心轴线相对于固定轴转动；配置于外壳和固定轴之间的导电组件，导电组件包括：同轴固定于固定轴上的内绝缘环；与内绝缘环同轴配置的外绝缘环，外绝缘环结合固定在外壳内壁面上，同轴固定在内绝缘环上内导电环；与内导电环同轴配置的外导电环，外导电环结合固定在外绝缘环上；内导电环和外导电环之间包括有环形导槽，以及，位于内导电环和外导电环之间的滚子，滚子可转动的配合于两个环形导槽内；滚子和环形导槽之间形成有第一配合面、第二配合面和第三配合面。本发明增大了汇流环电流的传输效率，提高了汇流环工作的可靠性，增加了汇流环的使用寿命。

Description

一种碳刷滚子汇流环

技术领域

本申请涉及汇流环技术领域，更具体地，本申请涉及一种碳刷滚子汇流环。

背景技术

汇流环主要的作用在于实现设备转动部分与固定部分之间的电能和电信号的传递，避免设备做相对转动时导线相互缠绕，已广泛应用在军事、新能源等领域。

目前，汇流环根据接触摩擦方式的不同，可分为滑动摩擦汇流环与滚动摩擦汇流环。目前滑动摩擦汇流环应用较为广泛，制造技术成熟，其优点为制造简单经济，接触副通过压力控制较为可靠，缺点为滑动摩擦力大，接触表面容易磨损，导致接触电阻波动较大，甚至在恶劣工况下磨损的导电刷材料大量堆积使汇流环失效，汇流环的可靠性大大降低，与此同时设备的安全性随之降低，设备的使用寿命变短而维护成本增加。滚动式汇流环在一些领域也有少量应用。滚动式汇流环利用一个或者多个绕行滚子以及相连的内外环道代替滑动摩擦汇流环的碳刷与导电环，其优势为使用滚动摩擦代替滑动摩擦，摩擦力矩显著减小，接触副的磨损也显著减小；挠性体在装入滑道时有一定的变形，保证了汇流环在滑动过程中具有较大的接触面积，接触电阻波动较小，接触压力稳定。滚动摩擦汇流环的缺点在于挠性环制造技术不成熟，加工制造难度大，成本高，可靠性低；挠性环为薄壁构件，长期在压缩状态下完成滚动，受到交变应力的作用容易发生疲劳断裂，使滚子与挠性环的接触面面积发生变化，大大降低汇流环的可靠性；且挠性环在更换时较为困难，维护成本高昂。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种碳刷滚子汇流环以解决现有滚动和滑动式汇流环电流传输功率小，可靠性低，使用寿命较短，以及滑动摩擦式汇流环由于磨损导致的接触电阻波动较大和滚动式汇流环的挠性件制造更换难度大的问题。

为了达到上述目的中一个，本申请采用下述技术方案：

本申请提供一种碳刷滚子汇流环，所述汇流环包括：

固定轴；其沿着在上下方向延伸的中心轴线而配置；

安装于所述固定轴上的外壳，所述外壳可绕中心轴线相对于所述固定轴转动；

配置于所述外壳和固定轴之间的导电组件，所述导电组件用以在所述外壳和固定轴之间传递电流信号；

所述导电组件包括：

同轴固定于所述固定轴上的内绝缘环；

与所述内绝缘环同轴配置的外绝缘环，所述外绝缘环结合固定在所述外壳内壁面上

同轴固定在所述内绝缘环上内导电环；

与所述内导电环同轴配置的外导电环，所述外导电环结合固定在所述外绝缘环上；

所述内导电环和外导电环之间包括有环形导槽，所述环形导槽有两个；以及

位于内导电环和外导电环之间的滚子，所述滚子可转动的配合于两个所述环形导槽内；

所述滚子和环形导槽之间形成有第一配合面、第二配合面和第三配合面。

可选地，所述第一配合面包括有位于环形导槽内的上侧壁面和滚子上端面与所述上侧壁面形成滑动摩擦的部分，第二配合面包括有滚子的圆柱面和位于环形导槽内的底面，所述底面与圆柱面形成滚动摩擦，第三配合面包括位于环形导槽内的下侧壁面和滚子下端面与所述下侧壁面形成滑动摩擦的部分。

可选地，所述导电组件至少有两组，所述导电组件沿所述固定轴的轴向堆叠配置，相邻两组所述导电组件绝缘安装。

可选地，所述导电组件至少包括有两个所述滚子。

可选地，所述汇流环还包括有沿所述滚子回转轴线贯穿各滚子的定位架。

可选地，所述定位架，包括：

两个定位环；

结合固定在两定位环之间的定位柱，所述定位柱贯穿各组所述导电组件的滚子。

可选地，所述固定轴包括：

转轴；

串套在所述转轴上用以将导电组件堆叠固定的夹紧结构。

可选地，所述夹紧结构包括：

串套固定在所述转轴上的轴套；所述轴套包括形成于所述轴套端部的挡壁；

串套在轴套上的挡环，所述挡环和挡壁将串套在所述轴套上的导电组件夹持固定；以及

结合固定在所述轴套上用以压紧所述挡环的螺环。

可选地，所述固定轴还包括有安装在所述转轴上用以限定夹紧结构轴向移动的限位环。

可选地，所述汇流环还包括有安装在所述外壳与转轴之间的轴承组。本申请的有益效果如下：

与现有技术相比较，

本发明滚子与内导电环与外导电环上的环形导槽具有三个配合面，滚子的圆柱面与环形导槽内的底面接触形式为滚动摩擦，滚子的上端面与环形导槽的上侧壁面和滚子的下端面与环形导槽的下侧壁面分别形成滑动摩擦，通过三面接触将电流从内导电环传导到外导电环的配合形式，提高接触稳定性，增大电流的传输功率，降低汇流环转动时的接触电阻波动，提高汇流环的可靠性与使用寿命；

本发明的导电环上未使用挠性元件，接触压力低，摩擦力矩小，可大大降低磨损率；本发明的碳刷滚子的制造是基于碳刷的制造技术，经济性强，质量可靠。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细的说明。

图1示出本申请的一个实施例中的汇流环整体结构纵向剖视图。

图2示出本申请的一个实施例中的汇流环横向剖切后的俯视图。

图3示出本申请的一个实施例中的内/外导电环与滚子的配合结构示意图。

图4示出本申请图1中的局部放大视图A。

具体实施方式

在下述的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或者多个实施方式的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施方式。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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申请和简化描述，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，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

还需要说明的是，在本申请的描述中，诸如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、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

为解决现有技术中存在的问题，本申请的一个实施例提供一种增大电流传输功率且具有高可靠性的碳刷滚子汇流环。如图1-4所示的汇流环包括：外壳1、固定轴2、内绝缘环3、导电组件5、定位架6以及外绝缘环4。

如图1所示，沿着在上下方向延伸的中心轴线而配置的固定轴2；固定轴2包括有转轴21和串套在转轴21上的夹紧结构22，在转轴21上安装有外壳1，外壳1可绕中心轴线相对于转轴21转动，外壳1和固定轴2之间形成有可容置若干组导电组件5的空腔，导电组件5套接固定在夹紧结构22上，具体的，导电组件5至少有两组，每组导电组件5至少包括有两个碳刷滚子52，相邻两组导电组件5绝缘安装。为了保证导电组件5的导电性能和节省导电组件5占用的空间，夹紧结构22沿转轴21的轴向夹紧堆叠布置的导电组件5，导电组件5用以在外壳1和固定轴2之间传递电流信号。

如图1所示，导电组件5包括：同轴固定于夹紧结构22上的内绝缘环3和结合固定在外壳1内壁面上的外绝缘环4，外绝缘环4与内绝缘环3同轴配置，在内绝缘环3上同轴固定有可与外部导线连接的内导电环53和开设有用以通过导线的过线孔31，外绝缘环4和内绝缘环3可采用环氧树脂玻璃板，聚四氟乙烯，聚砜等材质，在外绝缘环4上结合固定有可与外部导线连接的外导电环51；外导电环51同轴配置与内导电环53的外侧，外导电环51和内导电环53采用贵金属合金材质。

如图4所示，内导电环53和外导电环51之间包括有环形导槽54，环形导槽54有两个，具体的，一个环形导槽54形成在内导电环53的外侧壁面上，另一个环形导槽54形成在外导电环51的内侧壁面上，内导电环53和外导电环51上的环形导槽54的开口朝向相对，在内导电环53和外导电环51之间安装有碳刷滚子52，碳刷滚子52位于两个环形导槽54之间，碳刷滚子52可转动的配合于两个环形导槽54内；碳刷滚子52由银/石墨复合材质制成，碳刷滚子52和环形导槽54之间形成有第一配合面9、第二配合面91和第三配合面92，第一配合面9包括有位于环形导槽54内的上侧壁面和碳刷滚子52上端面与上侧壁面形成滑动摩擦的部分，第二配合面91包括有碳刷滚子52的圆柱面和位于环形导槽54内的底面，底面与圆柱面形成滚动摩擦，第三配合面92包括位于环形导槽54内的下侧壁面和碳刷滚子52下端面与下侧壁面形成滑动摩擦的部分，内导电环53和外导电环51与碳刷滚子52形成的接触形式，提高了碳刷滚子52和环形导槽54接触的稳定性，增大电流的传输功率，降低汇流环转动时的接触电阻(电刷与导电环接触部位之间的电阻为接触电阻)波动，减少了电噪声的干扰，提高汇流环的可靠性与使用寿命。

具体的，固定轴2可带动内绝缘环3和内导电环53围绕转轴的中心轴线同步转动，固定轴2内部包括有沿中心轴线的延伸方向扩展形成的通孔，外部的导线可通过固定轴2的通孔连接至内导电环53上，与外导电环51连接的导线，可从外壳1上的过线孔内连接至汇流环的外部。碳刷滚子52被配置为当转轴21带动内导电环53绕中心轴线转动时，内导电环53可通过环形导槽54的底面带动碳刷滚子52在外导电环51的环形导槽54的底面上转动，并使碳刷滚子52分别与两个环形导槽54的侧壁面形成滑动摩擦。

如图1所示，夹紧结构22包括：串套固定在转轴21上的轴套221；轴套221包括形成于轴套221端部的挡壁222；串套在轴套221上的挡环223，挡环223和挡壁222将串套在轴套221上的导电组件5夹持固定；以及结合固定在轴套221上用以压紧挡环223的螺环224，为了防止螺环224出现松动现象，在螺环224和挡环223之间还是设置有碟簧225，碟簧225为中部向上凸起的垫片结构，夹紧结构22可保证层间的平行度。

为了限定夹紧结构22在转轴21上轴向移动，固定轴2还包括有安装在转轴21上的限位环7，限位环7沿转轴21的轴向方向排布有两个，由于限位环7位于壳体1的空腔内，限位环7和壳体1可转动的配置，两个限位环7不仅可限定夹紧结构22轴向移动，同时，还保证了转轴转动的稳定性，增加了汇流环的使用寿命。

进一步的，汇流环还包括有沿碳刷滚子52回转轴21线贯穿各碳刷滚子52的定位架6，定位架6包括：

两个定位环61，两定位环61通过环孔套在固定轴2上，且两导电环分别分布于若干层导电组件5的上端和下端。

结合固定在两定位环61之间的定位柱62，定位柱62贯穿各组导电组件5的碳刷滚子52。

碳刷滚子52转动安装在定位柱62上，通过定位架6可完成碳刷滚子52的径向和周向定位，当碳刷滚子52在内导电环53的带动下，在内导电环53和外导电环51的环形导槽54内转动时，碳刷滚子52可以定位柱62为轴进行旋转同时带动定位架6转动，定位柱62通过螺帽固定在定位环61上。

具体的，外壳1包括：上轴承端盖13、上轴承衬圈11、下轴承衬圈12、套筒14，上轴承端盖13与上轴承衬圈11连接，上轴承衬圈11与下轴承衬圈12分别连接在套筒14的两端，转轴21安装在上轴承衬圈11和下轴承衬圈12转轴21的安装孔内，并在上轴承衬圈11与转轴21以及下轴承衬圈12与转轴21之间安装有轴承组8，轴承组8包括三个深沟球轴承，上轴承衬圈11和转轴21之间安装有两个深沟球轴承，两个深沟球轴承沿转轴21的轴线纵向排布，最后通过上轴承端盖13和下轴承端盖将轴承组8分别固定在上轴承衬圈11和下轴承衬圈12上，通过安装轴承组8使转轴21在上轴承衬圈11和下轴承衬圈12的转轴21安装孔内转动更加顺畅，提高转轴21的回转精度。

需要说明的是：本发明中的固定轴2，内绝缘环3、内导电环53以及限位环7组成本汇流环的转子结构，外壳1和外绝缘环4组成本汇流的定子结构。

下面结合碳刷滚子52的运动形式对本申请作进一步阐述：碳刷滚子52在两环形导槽54上运动时，碳刷滚子52的圆柱面与内导电环53和外导电环51的环形导槽54的圆柱底面滚动接触形成滚动摩擦，碳刷滚子52上下端面与内导电环53和外导电环51环形导槽54的上下两侧壁面滑动接触形成滑动摩擦。碳刷滚子52的外圆柱面与环形导槽54的圆柱面传导电流信号，同时，碳刷滚子52的上下端面与环形导槽54的上下两侧壁面传导电流信号。本发明采用内导电环53和外导电环51的环形导槽54与碳刷滚子52三面接触传导电流信号的形式，在环形导槽54径向为滚动摩擦，降低了接触压力，减少了磨损率，在环形导槽54轴向为滑动摩擦，增大了碳刷滚子52与环形导槽54之间的接触面积，降低了接触电阻波动，碳刷滚子52上下两面与环形导槽54接触，提高了接触可靠性与设备安全性能。

本发明提供的碳刷滚子汇流环中的导电部分由多层导电组件5堆叠而成，每层导电组件5由外绝缘环4，外导电环51，碳刷滚子52，内导电环53，内绝缘环3组成。每层环形导槽54中的碳刷滚子52数目可根据需要设计，当一个碳刷滚子52接触不良时，其它碳刷滚子52仍可很好的传导电流信号。本发明可根据需要传输的电功率，灵活的设计导电组件5的层数，碳刷滚子52的个数以及碳刷滚子52的大小。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种碳刷滚子汇流环，其特征在于，所述汇流环包括：

固定轴；其沿着在上下方向延伸的中心轴线而配置；

安装于所述固定轴上的外壳，所述外壳可绕中心轴线相对于所述固定轴转动；

配置于所述外壳和固定轴之间的导电组件，所述导电组件用以在所述外壳和固定轴之间传递电流信号；

所述导电组件包括：

同轴固定于所述固定轴上的内绝缘环；

与所述内绝缘环同轴配置的外绝缘环，所述外绝缘环结合固定在所述外壳内壁面上

同轴固定在所述内绝缘环上内导电环；

与所述内导电环同轴配置的外导电环，所述外导电环结合固定在所述外绝缘环上；

所述内导电环和外导电环之间包括有环形导槽，所述环形导槽有两个；以及

位于内导电环和外导电环之间的滚子，所述滚子可转动的配合于两个所述环形导槽内；

所述滚子和环形导槽之间形成有第一配合面、第二配合面和第三配合面。

2.根据权利要求1所述的汇流环，其特征在于，所述第一配合面包括有位于环形导槽内的上侧壁面和滚子上端面与所述上侧壁面形成滑动摩擦的部分，第二配合面包括有滚子的圆柱面和位于环形导槽内的底面，所述底面与圆柱面形成滚动摩擦，第三配合面包括位于环形导槽内的下侧壁面和滚子下端面与所述下侧壁面形成滑动摩擦的部分。

3.根据权利要求1所述的汇流环，其特征在于，所述导电组件至少有两组，所述导电组件沿所述固定轴的轴向堆叠配置，相邻两组所述导电组件绝缘安装。

4.根据权利要求1所述的汇流环，其特征在于，所述导电组件至少包括有两个所述滚子。

5.根据权利要求1所述的汇流环，其特征在于，所述汇流环还包括有沿所述滚子回转轴线贯穿各滚子的定位架。

6.根据权利要求5所述的汇流环，其特征在于，所述定位架，包括：

两个定位环；

结合固定在两定位环之间的定位柱，所述定位柱贯穿各组所述导电组件的滚子。

7.根据权利要求1所述的汇流环，其特征在于，所述固定轴包括：

转轴；

串套在所述转轴上用以将导电组件堆叠固定的夹紧结构。

8.根据权利要求7所述的汇流环，其特征在于，所述夹紧结构包括：

串套固定在所述转轴上的轴套；所述轴套包括形成于所述轴套端部的挡壁；

串套在轴套上的挡环，所述挡环和挡壁将串套在所述轴套上的导电组件夹持固定；以及

结合固定在所述轴套上用以压紧所述挡环的螺环。

9.根据权利要求7所述的汇流环，其特征在于，所述固定轴还包括有安装在所述转轴上用以限定夹紧结构轴向移动的限位环。

10.根据权利要求7所述的汇流环，其特征在于，所述汇流环还包括有安装在所述外壳与转轴之间的轴承组。