CN212160149U - 一种小型化的多路光纤旋转连接器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种小型化的多路光纤旋转连接器，包括芯部，芯部包括旋转端出线组件、固定端出线组件、传动机构和棱镜组件；旋转端出线组件、固定端出线组件分别安装在传动机构的两端，传动机构包括内轴，棱镜组件安装在传动机构的内轴中；棱镜组件包括异形道威棱镜和棱镜套筒，异形道威棱镜安装在棱镜套筒中；异形道威棱镜包括两侧相对的射入面和射出面，射入面和射出面的延伸线构成90°夹角，射入面和射出面之间的底部为水平的折射面，折射面的上侧为一个圆柱状的非工作面，两侧为光的射入面和射出面为工作面，光从一侧的射入面射入，在底部折射面折射后，从相对的另一侧的射出面射出；异形道威棱镜的圆柱状的非工作面、棱镜套筒和内轴同轴心。

Description

一种小型化的多路光纤旋转连接器

技术领域

本实用新型属于光信号传输领域，尤其涉及一种小型化的多路光纤旋转连接器。

背景技术

光纤旋转连接器(FORJ：Fiber Optic Rotary Joint)又称光纤滑环，光纤旋转接头，光铰链等，其作用是解决相对的旋转部件间光信号的传输问题，即保证光信号的传输不因为旋转而中断。与传统的电连接器相比，光纤旋转连接器有以下优点：使用光进行信号传输，无电磁泄漏，保密性好，抗电磁干扰；无接触传输，无磨损，寿命长，可达500万转。无摩擦，可在易燃易爆的环境中使用；传输带宽远远大于电连接器，与波分复用器配合使用，更可以成倍提高带宽；允许转速高，最高可达上万转每分钟。光纤旋转连接器可实现光信号从固定部分到转动部分间的360°旋转传输。

光纤旋转连接器按照通道数可分为单通道、双通道和多通道。多通道光纤旋转连接器传输信号的容量大，可以实现双向传输，不过它体积较大，结构相对复杂。在现有技术中多路光纤旋转连接器的实现方法，采用道威棱镜的光传输原理，利用相应的传动机构来实现2∶1 的转速比，但随着光纤旋转连接器的广泛应用，一些小型化雷达、机载设备、机器人、智能制造等行业对多路光纤旋转连接器的体积和重量提出了新的要求，现有技术中，一些多路光纤旋转连接器普遍尺寸及重量偏大，无法满足小型化设备的需要，因此小型轻量的产品的需求日益迫切。

实用新型内容

针对现有技术所存在的问题和不足，本实用新型设计的一种小型化的多路光纤旋转连接器，解决多路光纤旋转连接器不能满足某些小型化设备对尺寸及重量需求及其严苛的问题。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种小型化的多路光纤旋转连接器，包括芯部，所述芯部包括旋转端出线组件、固定端出线组件、传动机构和棱镜组件；所述旋转端出线组件、固定端出线组件分别安装在所述传动机构的两端，所述传动机构包括内轴，所述棱镜组件安装在所述传动机构的内轴中；所述棱镜组件包括异形道威棱镜和棱镜套筒，所述异形道威棱镜安装在棱镜套筒中；所述异形道威棱镜包括两侧相对的射入面和射出面，所述射入面和射出面的延伸线构成90°夹角，所述射入面和射出面之间的底部为水平的折射面，所述折射面的上侧为一个圆柱状的非工作面，两侧为光的射入面和射出面为工作面，光从一侧的射入面射入，在底部折射面折射后，从相对的另一侧的射出面射出；所述异形道威棱镜的圆柱状的非工作面、棱镜套筒和内轴同轴心。

进一步的，传动机构包括左侧轴承端盖、左侧螺母、左侧轴承、左侧挡圈、左侧锥齿轮、小锥齿轮、小轴承、螺钉、小齿轮轴、内轴、右侧锥齿轮、右侧挡圈、右侧轴承、右侧螺母、右侧轴承端盖；所述内轴横向设置在传动机构的中心；所述内轴的左、右两端分别连接旋转端出线组件和固定端出线组件；所述左侧轴承包括2个，安装在内轴和左侧锥齿轮之间，2个左侧轴承之间通过左侧挡圈隔开，再通过左侧螺母并紧间隙，左侧轴承端盖设置在左侧轴承的左侧；所述右侧轴承包括2个，安装在内轴和右侧锥齿轮之间，2个右侧轴承之间通过右侧挡圈隔开，再通过右侧螺母并紧间隙，右侧轴承端盖设置在右侧轴承的右侧；所述小锥齿轮和小轴承的外圈连，小轴承的内圈装在小齿轮轴上，并通过螺钉限位，小齿轮轴通过过盈配合装到内轴的孔内。

进一步的，所述左侧锥齿轮和右侧锥齿轮为对称设置的大锥齿轮，与小锥齿轮的齿数比为3∶1，模数为0.2～0.3。

进一步的，所述棱镜套筒与内轴之间无需装调间隙。

进一步的，所述左侧轴承、右侧轴承采用薄壁轴承。

进一步的，旋转端出线组件包括动端光纤准直器和动端准直器固定端盖，动端准直器固定端盖与左侧轴承端盖连接；所述动端光纤准直器设置在动端准直器固定端盖上。

进一步的，所述固定端出线组件包括定端准直端盖、定端准直器固定端盖和定端光纤准直器；所述定端光纤准直器设置在定端准直器固定端盖上，所述定端准直器固定端盖设置在定端准直端盖上，定端准直端盖通过定位台阶安装在传动机构的右侧轴承端盖上。

进一步的，所述动端光纤准直器和定端光纤准直器均采用微小光纤准直器。

进一步的，还包括可拆卸的壳部，所述可拆卸的壳部包括拨叉、旋转密封圈、法兰、外壳、定端出线端盖，所述拨叉与传动机构的左侧轴承端盖连接，作为光纤旋转端的出线端盖，同时可带动旋转端出线组件旋转；法兰与外壳相连，法兰上设计有旋转密封圈的安装位置；外壳通过与定端准直端盖连接作为固定端出线组件的外壳体；定端准直端盖与传动机构的右侧轴承端盖相连。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供的一种小型化的多路光纤旋转连接器，采用异形道威棱镜，此种异形道威棱镜可通过机械定位实现光轴与旋转轴重合，无需道威棱镜装调系统；同时，采用小模数锥齿轮行星轮系及薄壁轴承，设计一种小型结构的2∶1传动机构；再结合微型光纤准直器提高光纤路数，实现了一种小型化、轻量化的光纤旋转连接器设计，光纤路数可达4路，相比现有技术中的4路旋转连接器，外径尺寸可减少60％以上，壳体外径可达25mm以内，重量减小90％，可达300g以内；去掉可拆卸的壳部后，仍有可作为多路光纤旋转连接器独立使用可进一步减小外形尺寸及重量。

附图说明

图1为本实用新型的小型化的多路光纤旋转连接器的总装图；

图2为本实用新型的芯部总装图；

图3为本实用新型的传动机构的细节图；

图4为本实用新型的异形道威棱镜的正视图；

图5为本实用新型的异形道威棱镜的俯视图；

图6为本实用新型的异形道威棱镜的侧视图；

其中：1、拨叉；2、旋转密封圈；3、法兰；4、外壳，5、传动机构；6、定端准直端盖； 7、定端准直器固定端盖；8、定端出线端盖；9、动端光纤准直器；10、动端准直器固定端盖；11、异形道威棱镜；12、棱镜套筒；13、定端光纤准直器；14、左侧轴承端盖；15、左侧螺母；16、左侧轴承；17、左侧挡圈；18、左侧锥齿轮；19、小锥齿轮；20、小轴承；21、螺钉；22、小齿轮轴；23、内轴；24、右侧锥齿轮；25、右侧挡圈；26、右侧轴承；27、右侧螺母；28、右侧轴承端盖。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的优选的机构和运动实现的方法做进一步的说明。

如图1-3所示，一种小型化的多路光纤旋转连接器，包括芯部和可拆卸的壳部。

芯部，包括旋转端出线组件、固定端出线组件、传动机构5和棱镜组件；所述旋转端出线组件、固定端出线组件分别安装在所述传动机构5的两端，所述棱镜组件安装在所述传动机构5的中心。

其中，旋转端出线组件，设置在芯部的左侧，安装在传动机构5的左侧，包括动端光纤准直器9和动端准直器固定端盖10；所述动端光纤准直器9设置在动端准直器固定端盖10上。

固定端出线组件，设置在芯部的右侧，安装在传动机构5的右侧，包括定端准直端盖6、定端准直器固定端盖7和定端光纤准直器13；所述定端光纤准直器13设置在定端准直器固定端盖7上，所述定端准直器固定端盖7设置在定端准直端盖6上。

这里的动端光纤准直器9和定端光纤准直器13均采用微小光纤准直器，并通过胶结形式分别固定在动端准直器固定端盖10和定端准直器固定端盖7上。由于微小光纤准直器的外径小，可在有限的通光孔径内实现4路以内光纤排布

传动机构5，为锥齿轮行星轮系，包括左侧轴承端盖14、左侧螺母15、左侧轴承16、左侧挡圈17、左侧锥齿轮18、小锥齿轮19、小轴承20、螺钉21、小齿轮轴22、内轴23、右侧锥齿轮24、右侧挡圈25、右侧轴承26、右侧螺母27、右侧轴承端盖28。

内轴23横向设置在传动机构5的中心；内轴23的左、右两端分别连接旋转端出线组件和固定端出线组件。

在靠近旋转端出线组件的一侧，左侧轴承16包括2个，安装在内轴23和左侧锥齿轮18 之间，2个左侧轴承16之间通过左侧挡圈17隔开，再通过左侧螺母15并紧间隙，左侧轴承端盖14设置在左侧轴承16的左侧，即，左侧轴承端盖14、左侧锥齿轮18、左侧挡圈17与左侧轴承16的外圈相连。

对应的，在靠近固定端出线组件的一侧，右侧轴承26包括2个，安装在内轴23和右侧锥齿轮24之间，2个右侧轴承26之间通过右侧挡圈25隔开，再通过右侧螺母27并紧间隙，右侧轴承端盖28设置在右侧轴承26的右侧，即右侧轴承端盖28、右侧锥齿轮24、右侧挡圈25与右侧轴承26的外圈相连。

在内轴23的中间段，小锥齿轮19和小轴承20的外圈连，小轴承20的内圈装在小齿轮轴22上，并通过螺钉21限位，小齿轮轴22通过过盈配合装到内轴23的孔内。

旋转端出线组件的动端准直器固定端盖10与左侧轴承端盖14连接；左侧锥齿轮18和右侧锥齿轮24分别与小锥齿轮19相啮合；固定端出线组件的定端准直端盖6通过定位台阶安装在传动机构5的右侧轴承端盖28上，保证同轴精度，端部螺钉固定。

棱镜组件，包括异形道威棱镜11和棱镜套筒12，异形道威棱镜11胶结在棱镜套筒12 内。

如图4-6所示，异形道威棱镜11，为非工作面为圆柱状的道威棱镜，即：异形道威棱镜 11包括两侧相对的射入面和射出面，射入面和射出面的延伸线构成90°夹角，射入面和射出面之间的底部为水平的折射面，折射面的上侧为一个圆柱状的非工作面，两侧为光的射入面和射出面为工作面，光从一侧的射入面射入，在底部折射面折射后，从相对的另一侧的射出面射出。异形道威棱镜11的圆柱状的非工作面的中心轴和道威棱镜的光轴高度重合，相比传统的道威棱镜，其有效通光孔径可提高10％。

异形道威棱镜11胶结在棱镜套筒12内，棱镜套筒12安装在内轴23内并通过螺钉固定在右侧螺母27上，异形道威棱镜11与棱镜套筒12之间无安装间隙。这里要求，异形道威棱镜11的圆柱状的非工作面的中心与棱镜套筒12的中心同心，棱镜套筒12与内轴23同心，即异形道威棱镜11的圆柱状的非工作面、棱镜套筒12、内轴23三者同轴心。

安装时，所述异形道威棱镜11的圆柱形表面可作为机械定位面，通过高精度加工可保证圆柱表面的中心轴和道威棱镜的光轴高度重合，再根据异形道威棱镜11的圆柱表面配做棱镜套筒12的中心孔，保证高精度的配合，胶结在棱镜套筒12内；棱镜套筒12与内轴23通过机械定位保证同心，再通过螺钉固定在右侧螺母27上。这样，可实现异形道威棱镜11的无装调装配，不但可提高装配效率、降低装调难度；同时，可增大异形道威棱镜11的尺寸，进一步扩大通光孔径，棱镜套筒12与内轴23之间无需装调间隙。现有技术中，一般此装调间隙在1mm左右，去掉此间隙，亦可增加道威棱镜的尺寸，或减小多路光纤旋转连接器的外径尺寸。

可拆卸的壳部，包括拨叉1、旋转密封圈2、法兰3、外壳4、定端出线端盖8。

拨叉1与传动机构5的左侧轴承端盖14连接，作为光纤旋转端的出线端盖，同时可带动旋转端出线组件旋转；法兰3与外壳4相连，法兰3上设计有旋转密封圈2的安装位置；外壳4通过与定端准直端盖6连接作为固定端出线组件的外壳体；定端准直端盖6与传动机构5的右侧轴承端盖28相连。

本实施例的一种小型化的多路光纤旋转连接器如去掉可拆卸的壳部，仍有可作为多路光纤旋转连接器独立使用，参见图2，可进一步减小小型多路光纤旋转连接器的外形尺寸及重量，在对尺寸及重量要求及其严苛的应用场合，可利用上一设备的中心孔作为外壳，统一考虑密封及走线。

本实施例一种小型化的多路光纤旋转连接器的工作过程为：

棱镜组件由锥齿轮行星轮系带动旋转，锥齿轮行星轮系包括同样齿数的大锥齿轮，即左侧锥齿轮18、右侧锥齿轮24，以及一个或多个小行星锥齿轮，即小锥齿轮19；左侧锥齿轮 18及右侧锥齿轮24的中心轴与光纤旋转连接器的中心轴重合，而小锥齿轮19的中心轴，与左侧锥齿轮18及右侧锥齿轮24的中心轴成90度分布。

当旋转端出线组件旋转时，带动左侧锥齿轮18旋转，但右侧锥齿轮24固定，左侧锥齿轮18旋转，带动小锥齿轮19绕自身的中心轴自转的同时绕左侧锥齿轮18、右侧锥齿轮24的中心轴进行公转，小锥齿轮19自转并通过小轴承20、螺钉21带动小齿轮轴22同步绕光纤旋转连接器的中心轴旋转，从而小齿轮轴22带动内轴23旋转，内轴23带动棱镜组件旋转，转速为旋转端出线组件转速的一半，即锥齿轮行星轮系的传动比为2∶1。

属于大锥齿轮的左侧锥齿轮18、右侧锥齿轮24，与小锥齿轮19采用小模数齿轮设计，模数为0.2～0.3；左侧锥齿轮18、右侧锥齿轮24采用对称设计，与小锥齿轮19的齿数比为 3∶1，同时左侧轴承16、右侧轴承26采用薄壁轴承，可有效降低传动机构外径尺寸。

最后应说明的是：以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照实施例对本实用新型进行了详细的说明，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修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种小型化的多路光纤旋转连接器，其特征在于，包括芯部，所述芯部包括旋转端出线组件、固定端出线组件、传动机构和棱镜组件；所述旋转端出线组件、固定端出线组件分别安装在所述传动机构的两端，所述传动机构包括内轴，所述棱镜组件安装在所述传动机构的内轴中；所述棱镜组件包括异形道威棱镜和棱镜套筒，所述异形道威棱镜安装在棱镜套筒中；所述异形道威棱镜包括两侧相对的射入面和射出面，所述射入面和射出面的延伸线构成90°夹角，所述射入面和射出面之间的底部为水平的折射面，所述折射面的上侧为一个圆柱状的非工作面，两侧为光的射入面和射出面为工作面，光从一侧的射入面射入，在底部折射面折射后，从相对的另一侧的射出面射出；所述异形道威棱镜的圆柱状的非工作面、棱镜套筒和内轴同轴心。

2.根据权利要求1所述的小型化的多路光纤旋转连接器，其特征在于，传动机构包括左侧轴承端盖、左侧螺母、左侧轴承、左侧挡圈、左侧锥齿轮、小锥齿轮、小轴承、螺钉、小齿轮轴、内轴、右侧锥齿轮、右侧挡圈、右侧轴承、右侧螺母、右侧轴承端盖；所述内轴横向设置在传动机构的中心；所述内轴的左、右两端分别连接旋转端出线组件和固定端出线组件；所述左侧轴承包括2个，安装在内轴和左侧锥齿轮之间，2个左侧轴承之间通过左侧挡圈隔开，再通过左侧螺母并紧间隙，左侧轴承端盖设置在左侧轴承的左侧；所述右侧轴承包括2个，安装在内轴和右侧锥齿轮之间，2个右侧轴承之间通过右侧挡圈隔开，再通过右侧螺母并紧间隙，右侧轴承端盖设置在右侧轴承的右侧；所述小锥齿轮和小轴承的外圈连，小轴承的内圈装在小齿轮轴上，并通过螺钉限位，小齿轮轴通过过盈配合装到内轴的孔内。

3.根据权利要求2所述的小型化的多路光纤旋转连接器，其特征在于，所述左侧锥齿轮和右侧锥齿轮为对称设置的大锥齿轮，与小锥齿轮的齿数比为3∶1，模数为0.2～0.3。

4.根据权利要求2所述的小型化的多路光纤旋转连接器，其特征在于，所述棱镜套筒与内轴之间无需装调间隙。

5.根据权利要求2所述的小型化的多路光纤旋转连接器，其特征在于，所述左侧轴承、右侧轴承采用薄壁轴承。

6.根据权利要求2所述的小型化的多路光纤旋转连接器，其特征在于，旋转端出线组件包括动端光纤准直器和动端准直器固定端盖，动端准直器固定端盖与左侧轴承端盖连接；所述动端光纤准直器设置在动端准直器固定端盖上。

7.根据权利要求6所述的小型化的多路光纤旋转连接器，其特征在于，所述固定端出线组件包括定端准直端盖、定端准直器固定端盖和定端光纤准直器；所述定端光纤准直器设置在定端准直器固定端盖上，所述定端准直器固定端盖设置在定端准直端盖上，定端准直端盖通过定位台阶安装在传动机构的右侧轴承端盖上。

8.根据权利要求7所述的小型化的多路光纤旋转连接器，其特征在于，所述动端光纤准直器和定端光纤准直器均采用微小光纤准直器。

9.根据权利要求8所述的小型化的多路光纤旋转连接器，其特征在于，还包括可拆卸的壳部，所述可拆卸的壳部包括拨叉、旋转密封圈、法兰、外壳、定端出线端盖，所述拨叉与传动机构的左侧轴承端盖连接，作为光纤旋转端的出线端盖，同时可带动旋转端出线组件旋转；法兰与外壳相连，法兰上设计有旋转密封圈的安装位置；外壳通过与定端准直端盖连接作为固定端出线组件的外壳体；定端准直端盖与传动机构的右侧轴承端盖相连。

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