一种电传输旋转关节制造技术

本发明专利技术涉及一种电传输旋转关节，该关节包括主轴、壳体、电机、齿圈、N个导电滚环组，N大于等于1；电机驱动齿圈旋转，齿圈与壳体固定连接，齿圈驱动壳体旋转，使得壳体为转动部分，主轴位于壳体内部，两端通过角接触轴承与壳体连接，主轴与卫星本体上的固定部件连接，为固定部分，N个导电滚环组并列位于壳体和主轴之间，用于实现外转子、内固定的电传输结构。这种主轴固定，壳体转动的方式可以实现多个滚环组(即环体组件)串联，多个太阳电池阵串联，尤其适用于大型航天器，如空间太阳能电站。

【技术实现步骤摘要】
一种电传输旋转关节
本专利技术涉及一种电传输旋转关节，用于载人空间站，太阳能空间发电站等超大功率使用场合，属于空间滚动导电环

技术介绍
空间大功率旋转电传输主要有滑环和滚环两种方案。滚环由于滚子数量多，接触电阻小，摩擦力矩小等优点适合于载人空间站，太阳能空间发电站等超大功率使用场合。现有滚环结构保持架采用惰轮方案，相邻柔性环之间通过惰轮间隔。为支撑惰轮装置，内环设置有与其固定连接的轨道结构，柔性环与惰轮、惰轮与轨道之间均滚动接触，圆周方向要求柔性环与惰轮紧密相连，成一个整圈。因此各柔性环设计、加工、制造难度大，合格率低，承载能力差。此外，一般滚环引出线方案采用宇航常规导线，电阻大，线束散热困难、耐压不能满足特点要求。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种电传输旋转关节，面向太空发电站在轨验证任务研制MW级导电旋转关节，解决超大传输功率、超高工作电压5000V、100Nm大力矩驱动和高结构刚度强度需求。本专利技术的技术解决方案是：一种电传输旋转关节，该旋转关节包括主轴、壳体、电机、齿圈、N个导电滚环组，N大于等于1；电机驱动齿圈旋转，齿圈与壳体固定连接，齿圈带动壳体旋转，使得壳体为转动部分，主轴位于壳体内部，两端通过角接触轴承与壳体连接，主轴与卫星本体上的固定部件连接，为固定部分，N个导电滚环组并列位于壳体和主轴之间，用于实现外转子、内固定的电传输结构。所述主轴为中空结构。所述每个导电滚环组包括M个并列的滚环，每个滚环又包括内环、外环、保持架和L个柔性环，L个柔性环在保持架的支撑下位于内环和外环之间，用于实现内环和外环之间的电联通，内环与主轴固定，外环与壳体固定；外环的引出线与太阳电池阵串联；内环的引出线与航天器内部用电负载连接，M大于等于1，L大于等于1。所述外环引出线和内环引出线均采用刚性铜棒外套绝缘套筒制成。所述绝缘套筒采用聚酰亚胺材料制成。所述滚环组包括外环的外周沿轴向设有环形槽，外环引出线从外环的环形槽平行于外环轴线伸出，M个滚环的外环引出线周向均布在滚环组件外侧；所述内环的内周沿轴向设有环形槽，内环引出线从内环环形槽平行于内环轴线伸出，M个滚环的内环引出线周向均布在滚环组件内侧。所述外环和内环的环形槽内部均填充导热绝缘环胶。所述滚环的外环和内环周向相对的位置包括两个平行的滚道，每个滚道内圆周均布L个柔性环，共2L个柔性环，内环还开有第三个滚道，记为支撑滚道，位于两个柔性环滚道中间，所述保持架为环状结构，该环状结构沿轴向每隔一弧段朝相反的方向交替形成共L个凹槽结构，保持架上还装有L个支撑轴承和2L个间隔轴承，L个支撑轴承安装在凹槽结构处，所述支撑轴承内套圈采用销轴固定在保持架凹槽结构上，支撑轴承外套圈固定在滚环内环对应支撑槽内；间隔轴承则分别固定安装在两个相反方向凹槽结构中间的弧段上用于限制其外侧的柔性环圆周方向不能任意滚动，在滚环转动工作中，多个柔性环绕绕中心轴做行星滚动，同一滚道多个柔性环公转速度不完全一致；转动快的柔性环内侧推动间隔轴承外套圈，转动慢的柔性环内侧被间隔轴承外套圈推动，通过上述侧相互作用，实现柔性环间隔作用，防止同一滚道内柔性环相互碰撞而导致的严重磨损。每个间隔轴承与柔性环一一对应，轴承宽度方向尺寸、位置与柔性环宽度方向尺寸、位置对应。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：(1)、本专利技术整机壳体和主轴采用两端各两套角接触轴承连接，轴两端与卫星连接，为固定部分，壳体与太阳电池阵连接，为转动部分：这种主轴固定，壳体转动的方式可以实现多个滚环(即旋转关节)串联，多个太阳电池阵串联，尤其适用于大型航天器，如空间太阳能电站；(2)、本专利技术采用刚性铜棒引出线并设计绝缘套筒结构可解决高电压、超大功率传输过程中发热大，散热困难，耐压不满足国军标等问题。(3)、本专利技术设计了一种全新柔性环支撑保持架结构方案，工艺性好，抗力学性能好，解决以往惰轮方案加工制造难度大，工艺性差的问题。附图说明图1为本专利技术实施例电传输旋转关节整体结构；图2(a)为本专利技术实施例滚环组(环体组件)多个滚环组装整体结构；图2(b)为本专利技术实施例滚环组(环体组件)截面图；图3为本专利技术实施例保持架组件结构；图4为本专利技术实施例滚环的局部剖面放大图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步阐述。如图1所示，本专利技术提供了一种电传输旋转关节，该电传输旋转关节包括主轴、壳体、电机、齿圈、N个导电滚环组，N大于等于1。电机驱动齿圈旋转，齿圈与壳体固定连接，齿圈带动壳体旋转，使得壳体为转动部分，主轴位于壳体内部，壳体和主轴采用两端各两套角接触轴承连接，轴两端与卫星本体上的固定部件连接，为固定部分，N个导电滚环组并列位于壳体和主轴之间，用于实现外转子、内固定的电传输结构。这种主轴固定，壳体转动的方式可以实现多个滚环(即旋转关节)串联，多个太阳电池阵串联，尤其适用于大型航天器，如空间太阳能电站。优选地，所述主轴为中空结构。主轴的中空空间可用于航天器安装传输电缆，尤其适用于大型串联航天器结构。中空轴两端可以与空间电站系统的桁架结构相连。上述驱动采用大齿圈加偏置电机的布局结构，实现驱动与电传输模块化设计。如图2(a)和图2(b)所示，所述每个导电滚环组包括M个并联的滚环，每个滚环又包括内环、外环、保持架和L个柔性环，L个柔性环在保持架的支撑下位于内环和外环之间，用于实现内环和外环之间的电联通，内环与主轴固定，外环与壳体固定；外环的引出线与太阳电池阵串联；内环的引出线与航天器内部用电负载连接，M大于等于1，L大于等于1。所述外环引出线和内环引出线均采用刚性铜棒外套绝缘套筒制成。导体结构可根据产品布局进行定制，单根刚性铜棒比常规导线导体截面积更大，减小引出线电阻，减小发热；所述绝缘套筒采用聚酰亚胺材料制成，绝缘强度大，便于实现高压应用。所述滚环组包括外环的外周沿轴向设有环形槽，外环引出线从外环的环形槽平行于外环轴线伸出，M个滚环的外环引出线周向均布在滚环组件外侧；内环的内周沿轴向设有环形槽，内环引出线从内环环形槽平行于内环轴线伸出，M个滚环的内环引出线周向均布在滚环组件内侧。圆周分布的引出线减少线束集中，增加散热面积。优选地，外环和内环的环形槽内部均填充导热绝缘环胶，进一步增强导线间绝缘性能，并可以作为引出线的辅助支撑，提高抗力学性能。上述滚环转动和固定部分之间采用柔性环实现电流和功率传输。为降接触电阻，降低发热，提高电传输可靠性，应尽量增加柔滚环数量。在滚环转动工作中，多个柔性环绕绕中心轴做行星滚动。由于实际过程中的存在误差和滑动，连续运行过程中柔性环最终会互相碰撞、干涉而引起严重磨损。需要设计保持架对其进行间隔固定。当前NASA、国内八院、五院等单位的滚环保持架有不同的间隔方案。但存在工艺性差、重量大等问题。根据上述需求，本专利技术设计了包括新型柔性滚子间隔装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电传输旋转关节，其特征在于包括主轴、壳体、电机、齿圈、N个导电滚环组，N大于等于1；/n电机驱动齿圈旋转，齿圈与壳体固定连接，齿圈带动壳体旋转，使得壳体为转动部分，主轴位于壳体内部，两端通过角接触轴承与壳体连接，主轴与卫星本体上的固定部件连接，为固定部分，N个导电滚环组并列位于壳体和主轴之间，用于实现外转子、内固定的电传输结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种电传输旋转关节，其特征在于包括主轴、壳体、电机、齿圈、N个导电滚环组，N大于等于1；
电机驱动齿圈旋转，齿圈与壳体固定连接，齿圈带动壳体旋转，使得壳体为转动部分，主轴位于壳体内部，两端通过角接触轴承与壳体连接，主轴与卫星本体上的固定部件连接，为固定部分，N个导电滚环组并列位于壳体和主轴之间，用于实现外转子、内固定的电传输结构。


2.根据权利要求1所述的一种电传输旋转关节，其特征在于所述主轴为中空结构。


3.根据权利要求1或2所述的一种电传输旋转关节，其特征在于所述每个导电滚环组包括M个并列的滚环，每个滚环又包括内环、外环、保持架和L个柔性环，L个柔性环在保持架的支撑下位于内环和外环之间，用于实现内环和外环之间的电联通，内环与主轴固定，外环与壳体固定；外环的引出线与太阳电池阵串联；内环的引出线与航天器内部用电负载连接，M大于等于1，L大于等于1。


4.根据权利要求3所述的一种电传输旋转关节，其特征在于所述外环引出线和内环引出线均采用刚性铜棒外套绝缘套筒制成。


5.根据权利要求4所述的一种电传输旋转关节，其特征在于所述绝缘套筒采用聚酰亚胺材料制成。


6.根据权利要求3所述的一种电传输旋转关节，其特征在于所述滚环组包括外环的外周沿轴向设有环形槽，外环引出线从外环的环形槽平行于外环轴线伸出，M个滚环的外环引出线周向均布在滚...

【专利技术属性】
技术研发人员：王斌，刘继奎，周元子，曾峥，李利，高卫青，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11