CN105226477B - 一种滚动电旋转传输装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滚动电旋转传输装置，包括轴体部分、壳体部分、以及二者之间的环体部分和轴承。环体部分由多环路滚动摩擦副轴向叠加而成，各环路间使用绝缘垫圈隔离。滚动摩擦副中柔性环圆周布置于内、外导电环环槽中，惰轮间隔放置于柔性环间，与导轨形成内切摩擦副。当轴体部分与壳体部分相互转动时，环体部分内、外导电环发生相对运动，柔性环在内、外导电环间滚动，使得信号及电流通过柔性环与内、外导电环的滚动摩擦进行传递，进而实现转动端与静止端之间的功率传输。本发明的滚动电旋转传输装置具有传输功率大、寿命长、稳定可靠的优点，可用于航空、航天、航海、风电等领域中大功率和大电流信号的旋转传输。

Description

一种滚动电旋转传输装置

技术领域

本发明涉及电旋转传输技术领域，尤其是涉及一种滚动电旋转传输装置。

背景技术

电旋转传输装置是实现两个相对360°无限制自由旋转设备间功率和信号传输的精密输电装置，主要应用于航空、航天、航海、兵器、风电等领域内需要进行信号旋转电传输的系统中。作为一个系统的单点失效装置之一，电旋转传输装置的工作寿命、传输效率等指标直接关系到整个系统工作任务的成败。

随着我国对各类大功率、长寿命航天飞行器、航管雷达、惯性陀螺测试设备和风电变桨系统的需求不断增加，对配套旋转电传输装置的工作寿命、传输功率、传输效率等电性能指标要求也不断提高。在保障旋转电传输装置稳定可靠的同时，传输大功率和大电流信号、延长工作寿命、增强传输效率是未来旋转电传输技术发展的一个重要方向。

传统的旋转电传输装置，即导电滑环，是依靠环体和刷丝两种不同贵金属材料相互接触滑动摩擦来实现旋转传输功能。由于环体和刷丝的长寿命摩擦副材料的工艺技术瓶颈难以攻克，目前的导电滑环存在传输电流小、摩擦力矩较大、传输效率较低，工作寿命最高只能达到5年的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种滚动电旋转传输装置，它运用滚动摩擦副结构中的柔性环与内外导电环之间的滚动摩擦来替代传统导电滑环滑动摩擦副结构中的环体与刷丝之间的滑动摩擦方式，可极大地提高整个旋转电传输装置的工作寿命，提高传输电流，降低摩擦力矩，增强传输效率，进而满足大功率长寿命应用系统的工作要求。

本发明的目的是这样实现的：

一种滚动电旋转传输装置，特征是：由轴体部分、壳体部分、环体部分和轴承组成，轴体部分为转动端，壳体部分为静止端，其中：

轴体部分包括轴体、轴体部分定位条和轴承座，在带轴体中心空腔的轴体的左右两端各安装有一个轴承座，在轴体的外壁套有轴体部分定位条；左右贯通的壳体部分包括壳体、壳体部分定位条和轴承端盖，在壳体的左右两端各安装有一个与轴承座位置对应的轴承端盖；轴体部分套在壳体中的壳腔中，在左右两端的轴承座和轴承端盖之间各套有一个轴承，轴体部分右端的出线口为转动端引出线的出口，壳体部分左端的出线口为静止端引出线的出口；

环体部分安装在轴体部分与壳体部分之间的中间位置，环体部分由若干个完全相同的环路滚动摩擦副轴向叠加而成，每个环路滚动摩擦副由内导电环、外导电环、柔性环、惰轮、导轨和绝缘垫圈组成，其中：内导电环放置于外导电环的中心，在内导电环外壁的内导电环环槽和外导电环内壁的外导电环环槽之间圆周布置有若干个柔性环，惰轮间隔放置于相邻两个柔性环间；内导电环通过轴体部分定位条套在轴体中部的外壁上，外导电环通过壳体部分定位条固定在壳体中部的内壁上；

在每个内导电环左右两端的轴向外壁、相邻两个内导电环之间设有导轨，导轨的直径小于外导电环的内径并大于内导电环的外径，惰轮的左右两端分别放置在内导电环左右两端的导轨上；在环体部分的各环路滚动摩擦副间安装有材料为聚酰亚胺的绝缘垫圈。

在内导电环的径向内壁均匀设有四个内导电环伸出凸台，在外导电环的径向外壁均匀设有四个外导电环伸出凸台。

柔性环是由疲劳寿命强的铍青铜材料制成的柔性薄壁圆环，壁厚不大于0.3mm。

轴承为一对角接触球轴承，用于支撑和实现轴体部分与壳体部分的相对旋转。

本发明与现有技术相比具有以下特点：

1、本发明的滚动电旋转传输装置运用滚动摩擦方式来替代传统导电滑环的滑动摩擦方式实现功率信号的旋转传输，可有效减少摩损，降低摩擦力矩，延长工作寿命，使电传输装置的工作寿命提高至15年以上，并提高传输大功率信号的可靠性和稳定性，实现了50KW大功率信号的旋转传输，可满足航空、航天、航海、风电等众多领域转动设备和固定设备之间对大功率信号旋转传输与长寿命工作的要求。

2、通过对环体部分滚动摩擦副的模块化、标准化设计，可以采用标准化组件进行不同环路数，不同信号传输类型的滚动摩擦副结构组合，以满足各领域对滚动电旋转传输装置的多样化应用需求。

因此，本发明具有传输功率大、低噪声、小摩擦力矩、长寿命和高可靠性等突出技术优点，可广泛配套于航天领域长寿命卫星太阳帆板，远洋船舶雷达，惯性陀螺高精度惯导测试系统以及风力发电机组等大功率、长寿命设备的旋转电传输应用系统中。

附图说明

图1为本发明的整体结构剖面图；

图2为轴体部分的结构剖面图；

图3为壳体部分的结构剖面图；

图4为环体部分滚动摩擦副的结构外形图；

附图标记说明：

1－轴体部分；2－壳体部分；3－环体部分；4－轴承；5－滚动摩擦副；6－内导电环；7－外导电环；8－柔性环；9－惰轮；10－导轨；11－绝缘垫圈；12－内导电环环槽；13－外导电环环槽；14－轴体；15－轴体部分定位条；16－轴承座；17－壳体；18－壳体部分定位条；19－轴承端盖； 20－内导电环内边缘伸出凸台；21－外导电环外边缘伸出凸台；22－轴体部分右端的出线口；23－壳体部分左端的出线口；24－轴体上的出线口；25－轴体中心空腔；26－壳体与壳体部分定位条间的空腔。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，一种滚动电旋转传输装置，由轴体部分1、壳体部分2、环体部分3和轴承4组成，轴体部分1为转动端，壳体部分2为静止端，在轴体部分1和壳体部分2之间安置有环体部分3和轴承4。

如图1、2，3所示，轴体部分1包括轴体14、轴体部分定位条15和轴承座16，在带轴体中心空腔25的轴体14的左右两端各安装有一个轴承座16，在轴体14的外壁套有轴体部分定位条15；左右贯通的壳体部分2包括壳体17、壳体部分定位条18和轴承端盖19，在壳体17的左右两端各安装有一个与轴承座16位置对应的轴承端盖19，轴体部分1套在壳体17中的壳腔27中，在左右两端的轴承座16和轴承端盖19之间各套有一个轴承4，轴承座16用于支撑轴承4，轴承端盖19用于固定轴承4，轴体部分1右端的出线口22为转动端引出线的出口，壳体部分2左端的出线口23为静止端引出线的出口。

如图1、4所示，环体部分3安装在轴体部分1与壳体部分2之间的中间位置，采用轴体部分定位条15和壳体部分定位条18可保证环体部分3的安装精度。环体部分3由十个完全相同的环路滚动摩擦副5轴向叠加而成，每个环路滚动摩擦副5由内导电环6、外导电环7、柔性环8、惰轮9、导轨10和绝缘垫圈11组成，其中：内导电环6放置于外导电环7的中心，在内导电环6外壁的内导电环环槽12和外导电环7内壁的外导电环环槽13之间圆周布置有若干个柔性环8，惰轮9间隔放置于相邻两个柔性环8间；内导电环6通过轴体部分定位条15套在轴体14中部的外壁上，外导电环7通过壳体部分定位条18固定在壳体17中部的内壁上，保证旋转时，内导电环6与轴体部分1相对静止，外导电环7与壳体部分2相对静止。

在每个内导电环6左右两端的轴向外壁、相邻两个内导电环6之间设有导轨10，导轨10的直径小于外导电环7的内径并大于内导电环6的外径，惰轮9的左右两端分别放置在内导电环6左右两端的导轨10上，惰轮9依靠柔性环8的定位和预紧作用与导轨10形成内切摩擦副；在环体部分3的各环路滚动摩擦副5间安装有材料为聚酰亚胺的绝缘垫圈11，用于各环路间电气信号的隔离，防止短路。

如图4所示，在内导电环6的径向内壁均匀设有四个内导电环伸出凸台20，在外导电环7的径向外壁均匀设有四个外导电环伸出凸台21，内导电环伸出凸台20用于钩焊内导电环引出线，外导电环伸出凸台21用于钩焊外导电环引出线。内导电环引出线即转动端引出线，通过轴体14上的出线口24引入轴体中心空腔25，并向轴体14部分右端的出线口22引出。外导电环引出线即静止端引出线，通过壳体17与壳体部分定位条18间的壳体空腔26向壳体17部分左端的出线口23引出。

柔性环8是由疲劳寿命强的铍青铜材料制成的柔性薄壁圆环，壁厚不大于0.3mm。

轴承4为一对角接触球轴承，用于支撑和实现轴体部分1与壳体部分2的相对旋转。轴承4基材选用不锈钢材料，润滑方式采用二硫化钼固体润滑，能满足10⁸转以上的工作寿命要求。为降低壳体17的厚度和直径，减轻结构重量，将轴承4的承载力放置在轴体部分1，壳体部分2的轴承端盖19固定轴承4外部。

工作原理：

当轴体部分1与壳体部分2相互转动时，环体部分3的内导电环6、外导电环7发生相对运动，柔性环8在内导电环6、外导电环7间滚动，同时驱动惰轮9进行自转和公转，信号及电流通过柔性环8与内导电环6、外导电环7的滚动摩擦进行传递，进而实现转动端与静止端之间的功率传输。

要保证柔性环8在内导电环6外壁的内导电环环槽12和外导电环7内壁的外导电环环槽13中跑合运转时和被内导电环环槽12和外导电环环槽13卡紧时的动态接触性能的稳定性，需保证柔性环8有足够的压缩量，且柔性环8的半径达到内导电环6外壁的内导电环环槽12半径和外导电环7内壁的外导电环环槽13半径，此时，柔性环8与内导电环6外壁的内导电环环槽12和外导电环7内壁的外导电环环槽13的接触面积最大，接触应力达到最小，产生的接触电阻也最小。

导轨10用于安装惰轮10，并为惰轮10提供滚动轨道，限制惰轮10的周向转动轨迹和轴向定位，同时给柔性环8提供轴向和径向两种定位约束，保证单层环路的环组安装合理和良好运转。

惰轮9的材料为聚四氟乙烯，惰轮9的轴向尺寸以导轨10与惰轮9间不产生滑动摩擦来确定，径向尺寸根据速度矢量法进行确定。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本发明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说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明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发明范围内。

Claims (4)

1.一种滚动电旋转传输装置，其特征在于：由轴体部分、壳体部分、环体部分和轴承组成，轴体部分为转动端，壳体部分为静止端，其中：

轴体部分包括轴体、轴体部分定位条和轴承座，在带轴体中心空腔的轴体的左右两端各安装有一个轴承座，在轴体的外壁套有轴体部分定位条；左右贯通的壳体部分包括壳体、壳体部分定位条和轴承端盖，在壳体的左右两端各安装有一个与轴承座位置对应的轴承端盖，轴体部分套在壳体中的壳腔中，在左右两端的轴承座和轴承端盖之间各套有一个轴承，轴体部分右端的出线口为转动端引出线的出口，壳体部分左端的出线口为静止端引出线的出口；

环体部分安装在轴体部分与壳体部分之间的中间位置，环体部分由若干个完全相同的环路滚动摩擦副轴向叠加而成，每个环路滚动摩擦副由内导电环、外导电环、柔性环、惰轮、导轨和绝缘垫圈组成，其中：内导电环放置于外导电环的中心，在内导电环外壁的内导电环环槽和外导电环内壁的外导电环环槽之间圆周布置有若干个柔性环，惰轮间隔放置于相邻两个柔性环间；内导电环通过轴体部分定位条套在轴体中部的外壁上，外导电环通过壳体部分定位条固定在壳体中部的内壁上；

在每个内导电环左右两端的轴向外壁、相邻两个内导电环之间设有导轨，导轨的直径小于外导电环的内径并大于内导电环的外径，惰轮的左右两端分别放置在内导电环左右两端的导轨上；在环体部分的各环路滚动摩擦副间安装有材料为聚酰亚胺的绝缘垫圈。

2.根据权利要求1所述的滚动电旋转传输装置，其特征在于：内导电环的径向内壁均匀设有四个内导电环伸出凸台，在外导电环的径向外壁均匀设有四个外导电环伸出凸台。

3.根据权利要求1所述的滚动电旋转传输装置，其特征在于：柔性环是由疲劳寿命强的铍青铜材料制成的柔性薄壁圆环，壁厚不大于0.3mm。

4.根据权利要求1所述的滚动电旋转传输装置，其特征在于：轴承为一对角接触球轴承。