CN211209705U

CN211209705U - 一种高速通信用的非接触滑环

Info

Publication number: CN211209705U
Application number: CN201921495920.XU
Authority: CN
Inventors: 任金淼
Original assignee: BEIJING REFUL AEROSPACE ELECTRONIC EQUIPMENT CO LTD
Current assignee: BEIJING REFUL AEROSPACE ELECTRONIC EQUIPMENT CO LTD
Priority date: 2019-09-10
Filing date: 2019-09-10
Publication date: 2020-08-07
Anticipated expiration: 2029-09-10

Abstract

本实用新型涉及一种高速通信用的非接触滑环，包括静止部件、运动部件以及连接静止部件、运动部件的滚动轴承部件，静止部件包括由上盖板、下盖板和套筒构成的外壳，上盖板、下盖板的中央分别固定两个同轴的滚动轴承，滚动轴承连接中空旋转轴，中空旋转轴与运动部件的转轴通过机械连接为一个整体，中空旋转轴属于运动部件；静止部件的套筒上固定电能发送环，以及第一信号收发环，运动部件的中空旋转轴外侧与电能发送环相对应的位置上固定电能接收环，中空旋转轴外侧与第一信号收发环相对应的位置上固定第二信号收发环。本滑环结构没有涉及到滑动接触，使用寿命长；无需铁氧体磁环，光电转换速度快，可以应用于高速通信和高速旋转的场合。

Description

一种高速通信用的非接触滑环

技术领域

本实用新型涉及旋转运动部件与静止部件之间存在数据通信的技术领域，具体为一种高速通信用的非接触滑环。

背景技术

导电滑环依靠电刷与环壁接触，从静止的金属环向转动的金属环传输电能和数据信号，该技术出现早，相对比较成熟，应用广泛。然而导电滑环存在两个明显的问题，一是由于存在滑动摩擦，滑动接触导致产品的可靠性不高，摩擦磨损导致产品的寿命不长，用贵金属来增强导电性又导致了产品价格昂贵；二是由于存在滑动摩擦，决定了其不能应用于高速转动的场合，滑动连接的不可靠意味着不能用于高速通信的场合。此外，对于有粉尘、有易燃易爆危险品因而不能有放电火花的特殊场合，导电滑环也不能使用。随着对高速通信的广泛应用，如视频信号、多媒体信号等越来越普及，导电滑环的局限性越来越明显。

为了突破接触式导电滑环的限制，人们借鉴变压器的工作原理，构成了一种非接触式导电滑环。为了无线传电，采用了两组线圈，一组是装在旋转部件上的动线圈，另一组是装在静止部件上的静线圈，通过电磁感应传递电能，此外还可以在线圈中间增加磁芯以提高传电性能。该技术原则上也能用于传输信息。

现代社会中，除了与探测器相连等少数场合还用模拟信号外，数字信号已经占据了通信业的主流位置，本文下面的通信信号将以数字信号为例来阐述。

在上述非接触式导电滑环中，人们通常将数字信号作为开关，来控制高频交流信号的通断，用交流信号的电磁感应在运动部件和静止部件之间传递信号。这种方案有两个问题，一是需要交流信号发生器作为调制器，以及将交流信号携带的开关信息还原出来的解码器，这导致滑环体积比较大；二是在交流信号上加开关的方式只适于低速通信场合，无法满足高速通信的需求。

为了满足高速通信的要求，人们利用旋转光纤连接器来构成光纤滑环。单光纤的光纤滑环比较简单，一根光纤装在旋转的运动部件上，另一根光纤装在静止部件上。但由于光纤结构件尺寸很小，机械加工与装调的要求很高。此外存在多信道通信时，需要采用复杂的波长复用系统，这大大增加了系统的复杂性，限制了其广泛应用。此外，对于需要中空结构的应用场合，相应的光纤滑环需要结构复杂的光学系统，价格昂贵，实际中很少用到。

进一步，人们为了克服光纤滑环的限制，提出了一种用激光通信的非接触光电滑环装置。但是激光器驱动麻烦，配套电路复杂，线路板尺寸大，激光发射与接收端需要精准对接，有移动平台专门用于调节激光发射与接收端光轴的同轴性，此外还在转动轴上安装光学棱镜，使得系统不能通水、通气或者抽真空，装置整体复杂、价格高，难以获得广泛应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种高速通信用的非接触滑环。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种高速通信用的非接触滑环，包括静止部件、运动部件以及连接静止部件、运动部件的滚动轴承部件，静止部件包括由上盖板、下盖板和套筒构成的外壳，上盖板、下盖板的中央分别固定两个同轴的滚动轴承，滚动轴承的内孔通过机械紧配合连接中空旋转轴，中空旋转轴与运动部件的转轴通过机械连接为一个整体，中空旋转轴属于运动部件；

静止部件的套筒上固定电能发送环，以及第一信号收发环，运动部件的中空旋转轴外侧与电能发送环相对应的位置上固定电能接收环，中空旋转轴外侧与第一信号收发环相对应的位置上固定第二信号收发环。

进一步，所述电能发送环上装有金属发送线圈和高频发生器，高频发生器将外接直流电变为高频交流电，并通过金属发送线圈在周围建立局域的高频交变电磁场，其中，电能发送环的内径大于中空旋转轴外径；

与电能发送环相对的电能接收环上装有金属接收线圈和电源模块，金属接收线圈在周围的高频交变电磁场中感应产生高频交流电，并通过电源模块进行整流、滤波和稳压，为运动部件上的电子元器件供电，其中，电能接收环的外径小于套筒的内径。

进一步，第一信号收发环上装有第一挡光板，第一信号收发环上第一挡光板的内侧装有排列成环形的第一发光单元阵列，第一发光单元阵列的一侧设有第一光扩散板，第一发光单元阵列和第一光扩散板构成发射信号的环形光源，第一挡光板的外侧装有第一光电探测器，第一信号收发环的背面与第一光电探测器相应位置设有第一精密电子学器件，第一光电探测器和第一精密电子学器件构成接收信号系统。

进一步，第二信号收发环上装有第二挡光板，第二挡光板的内侧装有第二光电探测器，第二信号收发环的背面设有与第二光电探测器对应的第二精密电子学器件，第二光电探测器和第二精密电子学器件构成接收信号系统，第二挡光板的外侧装有排列成环形的第二发光单元阵列，第二发光单元阵列的一侧设有第二光扩散板，第二发光单元阵列和第二光扩散板构成发射信号的环形光源。

进一步，第一发光单元阵列和第一光扩散板构成的环形光源的发射信号，被第二光电探测器和第二精密电子学器件构成的接收信号系统所接收，第二发光单元阵列和第二光扩散板构成的环形光源的发射信号，被第一光电探测器和第一精密电子学器件构成的接收信号系统所接收，共同构成信号光电传输系统。

进一步，中空旋转轴上有槽或小孔，电能接收环的电源线和第二信号收发环的信号线穿过槽或小孔连接到运动部件上的电子学设备。

进一步，下盖板带有小孔，电能发送环的电源线和第一信号收发环的信号线穿过该小孔连接静止部件外的电子学设备。

进一步，光扩散板位于环状排列的发光单元阵列正前方，不同的发光单元发出的光照射到光扩散板正面时形成许多小光斑，光在光扩散板内扩散，到达光扩散板背面时形成大光斑，使得相邻发光单元发出的光彼此相连而没有暗区，从而形成连续的环状光源，这样使得光电探测器与发光单元阵列之间无论如何旋转，都能进行正常的光电信息传输，不至于由于对准不良等原因而在某些点上中断。

本实用新型的有益效果为：

1、没有滑动接触，使用寿命长；

2、无需铁氧体磁环，光电转换速度快，可以应用于高速通信和高速旋转的场合；

3、无需激光器以及驱动电路，采用环状光源，无需精密调整发射和接收元器件的位置，安装方便，可靠性高；

4、没有安装在旋转轴上的光学元件，中空旋转轴便于应用在通水、通气、抽真空等场合；

5、结构简单，元器件少，尺寸小。

附图说明

图1为本实用新型的内部结构示意图；

图2为本实用新型信号发射与接收部分的结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种高速通信用的非接触滑环，包括静止部件、运动部件以及连接静止部件、运动部件的滚动轴承部件，具体为，静止部件包括由上盖板1、下盖板2和套筒3构成的外壳，上盖板1内固定上滚动轴承4，下盖板2内固定下滚动轴承5，上滚动轴承4和下滚动轴承5的内孔通过机械紧配合连接中空旋转轴6，中空旋转轴6与运动部件的转轴机械连接为一个整体，中空旋转轴属于运动部件。

电能发送环7和第一信号收发环8都固定在套筒3上，电能发送环7上的电源线和第一信号收发环8上的信号线都通过下盖板2上的小孔9连接到静止部件外的设备上。电能接收环10和第二信号收发环11都固定在中空旋转轴6上，电能接收环10上的电源线和第二信号收发环11上的信号线都通过中空旋转轴6上的槽或小孔12连接到中空旋转轴6上的运动部件的设备上。第一信号收发环8上都装有第一挡光板13，第二信号收发环11上都装有第二挡光板26，以避免不同通道的光相互串扰。

电能发送环7上装有金属发送线圈14和高频发生器15，与电能发送环7 相对的电能接收环10上装有金属接收线圈16和电源模块17，共同构成电能无线传输系统。

第一信号收发环8上第一挡光板13的内侧装有排列成环形的第一发光单元阵列18，第一发光单元阵列18一侧设有第一光扩散板19，第一发光单元阵列18和第一光扩散板19构成发射信号的环形光源，第一挡光板13的外侧装有第一光电探测器20，在第一信号收发环8的背面与第一光电探测器20 相应位置设有第一精密电子学器件21，第一光电探测器20和第一精密电子学器件21构成接收信号系统。第二信号收发环11上第二挡光板26的内侧装有第二光电探测器22，第二光电探测器22在第二信号收发环11的背面有第二精密电子学器件23，第二光电探测器22和第二精密电子学器件23构成接收信号系统，第二挡光板26的外侧装有排列成环形的第二发光单元阵列24，第二发光单元阵列24前有第二光扩散板25，第二发光单元阵列24和第二光扩散板25构成发射信号的环形光源。在这里，第一发光单元阵列18和第一光扩散板19构成的环形光源的发射信号，正好被第二光电探测器22和第二精密电子学器件23构成的接收信号系统所接收，第二发光单元阵列24和第二光扩散板25构成的环形光源的发射信号，正好被第一光电探测器20和第一精密电子学器件21构成的接收信号系统所接收，共同构成信号光电传输系统。

本专利中，光扩散板位于环状排列的发光单元阵列正前方，不同的发光单元发出的光照射到光扩散板正面时形成许多小光斑，光在光扩散板内扩散，到达光扩散板背面时形成大光斑，使得相邻发光单元发出的光彼此相连而没有暗区，从而形成连续的环状光源，这样使得光电探测器与发光单元阵列之间无论如何旋转，都能进行正常的光电信息传输，不至于由于对准不良等原因而在某些点上中断。

另外，本专利的具体工作原理为：第一光电探测器20接收第二信号收发环11上的环状光源发射的光信号，并通过第一精密电子学器件21还原成为数字电信号，供给静止部件上的电子学设备使用，第二光电探测器22接收第一信号收发环8上的环状光源发射的光信号，并通过第二精密电子学器件23 还原成为数字电信号，供给运动部件上的电子学设备使用。信号发射部分由排列成环形的发光单元阵列和光扩散板构成，发光单元将数字电信号转变为脉冲光信号，发光单元排列成环状并通过光扩散板构成环状光源，使得无论运动部件怎样旋转，对应的静止部件上的光电探测器总是能够接收到运动部件发出的光信号。

本滑环结构没有涉及到滑动接触，使用寿命长；无需铁氧体磁环，光电转换速度快，可以应用于高速通信和高速旋转的场合；无需激光器以及驱动电路，采用环状光源，无需精密调整发射和接收元器件的位置，安装方便，可靠性高；没有安装在旋转轴上的光学元件，中空旋转轴便于应用在通水、通气、抽真空等场合；结构简单，元器件少，尺寸小。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims

1.一种高速通信用的非接触滑环，包括静止部件、运动部件以及连接静止部件、运动部件的滚动轴承部件，其特征在于，静止部件包括由上盖板、下盖板和套筒构成的外壳，上盖板、下盖板的中央分别固定两个同轴的滚动轴承，滚动轴承的内孔通过机械紧配合连接中空旋转轴，中空旋转轴与运动部件的转轴通过机械连接为一个整体，中空旋转轴属于运动部件；

2.根据权利要求1所述的一种高速通信用的非接触滑环，其特征在于，所述电能发送环上装有金属发送线圈和高频发生器，高频发生器将外接直流电变为高频交流电，并通过金属发送线圈在周围建立局域的高频交变电磁场，其中，电能发送环的内径大于中空旋转轴外径；

3.根据权利要求1所述的一种高速通信用的非接触滑环，其特征在于，第一信号收发环上装有第一挡光板，第一信号收发环上第一挡光板的内侧装有排列成环形的第一发光单元阵列，第一发光单元阵列的一侧设有第一光扩散板，第一发光单元阵列和第一光扩散板构成发射信号的环形光源，第一挡光板的外侧装有第一光电探测器，第一信号收发环的背面与第一光电探测器相应位置设有第一精密电子学器件，第一光电探测器和第一精密电子学器件构成接收信号系统。

4.根据权利要求1所述的一种高速通信用的非接触滑环，其特征在于，第二信号收发环上装有第二挡光板，第二挡光板的内侧装有第二光电探测器，第二信号收发环的背面设有与第二光电探测器对应的第二精密电子学器件，第二光电探测器和第二精密电子学器件构成接收信号系统，第二挡光板的外侧装有排列成环形的第二发光单元阵列，第二发光单元阵列的一侧设有第二光扩散板，第二发光单元阵列和第二光扩散板构成发射信号的环形光源。

5.根据权利要求1所述的一种高速通信用的非接触滑环，其特征在于，第一发光单元阵列和第一光扩散板构成的环形光源的发射信号，被第二光电探测器和第二精密电子学器件构成的接收信号系统所接收，第二发光单元阵列和第二光扩散板构成的环形光源的发射信号，被第一光电探测器和第一精密电子学器件构成的接收信号系统所接收，共同构成信号光电传输系统。

6.根据权利要求1所述的一种高速通信用的非接触滑环，其特征在于，中空旋转轴上有槽或小孔，电能接收环的电源线和第二信号收发环的信号线穿过槽或小孔连接到运动部件上的电子学设备。

7.根据权利要求1所述的一种高速通信用的非接触滑环，其特征在于，下盖板带有小孔，电能发送环的电源线和第一信号收发环的信号线穿过该小孔连接静止部件外的电子学设备。

8.根据权利要求3或4所述的一种高速通信用的非接触滑环，其特征在于，光扩散板位于环状排列的发光单元阵列正前方，不同的发光单元发出的光照射到光扩散板正面时形成许多小光斑，光在光扩散板内扩散，到达光扩散板背面时形成大光斑，使得相邻发光单元发出的光彼此相连而没有暗区，从而形成连续的环状光源，这样使得光电探测器与发光单元阵列之间无论如何旋转，都能进行正常的光电信息传输，不至于由于对准不良等原因而在某些点上中断。