[發(fā)明專利]機械和非接觸復合式滑環(huán)及工作方式

有效

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• 申請日: 2016-03-03
• 公開（公告）號: CN105679522B
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發(fā)明（設計）人: 陳乾宏;姜立信;黃君濤;李圓圓
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H01F38/14
• 分類號: H01F38/14;H01R39/64;H01R43/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發(fā)明涉及一種機械和非接觸復合式滑環(huán)及工作方式，屬于電能傳輸和電能變換領域。

背景技術

旋轉電子設備在航空航天場合得到大量的應用，例如旋轉雷達、慣性平臺、系留平臺、陀螺儀表、衛(wèi)星電源以及航空發(fā)電機勵磁系統(tǒng)等。如何確保電能從固定側向旋轉側高效可靠傳輸，實現(xiàn)固定側與旋轉側間準確及時的信息交互，成為保證旋轉電子設備功能實現(xiàn)的關鍵所在。

目前的旋轉電子設備多采用導電環(huán)和電刷匹配的滑動式電接觸裝置，又稱為導電滑環(huán)，來進行電能和信號傳輸。傳統(tǒng)的導電滑環(huán)設備旋轉過程中電刷與滑環(huán)動態(tài)接觸，導電環(huán)和電刷不可避免存在磨損。研制高可靠的導電滑環(huán)對導電環(huán)和電刷材料的導電性、抗電侵蝕、抗環(huán)境氣氛腐蝕及抗磨損性等提出極其苛刻的要求。目前導電滑環(huán)的摩擦觸點是采用金、銀、鉑、銥等貴金屬配合其他稀有元素制成，不僅造價高昂，工藝復雜而且在太空的低重力環(huán)境下，摩擦產(chǎn)生的導電粒子的積累和漂浮還會引發(fā)短路故障，使得設備失效。顯然，以上傳統(tǒng)接觸式導電滑環(huán)的缺點制約了旋轉電子設備可靠性和經(jīng)濟性。

非接觸滑環(huán)利用原副邊完全分離的非接觸變壓器，通過磁場的耦合傳輸電能，使得能量傳遞過程中供電側和用電側無物理連接。相比于傳統(tǒng)的接觸式機械滑環(huán)，非接觸滑環(huán)從根本上解決了機械磨損問題?；h(huán)的“非接觸化”使其功能更加多樣化，不僅可以承擔簡單的電氣連接功能，還能實現(xiàn)電氣隔離、功率變換的功能。

但是相比于傳統(tǒng)接觸式導電滑環(huán)，非接觸滑環(huán)起步較晚，技術不成熟，電能傳輸效率受到松耦合變壓器的制約且在一些惡劣環(huán)境下的可靠性及過載能力稍顯遜色。本發(fā)明提出一種機械和非接觸復合式滑環(huán)，將機械滑環(huán)作為非接觸滑環(huán)的備用選擇，將會大大提升旋轉設備電能傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是結合非接觸滑環(huán)和傳統(tǒng)機械滑環(huán)的優(yōu)勢，提升在惡劣環(huán)境下旋轉電子設備電能傳輸?shù)目煽啃?，設計一種新的機械和非接觸復合式滑環(huán)。

第一種機械和非接觸復合式滑環(huán)，其特征在于：包括主動力軸，以及固定于主動力軸上的非接觸滑環(huán)轉子和機械滑環(huán)轉子；還包括通過直線軸承安裝于主動力軸上且位于非接觸滑環(huán)轉子和機械滑環(huán)轉子之間的復合式定子；復合式定子是由兩種滑環(huán)的定子結合在一起組成的，其和機械滑環(huán)轉子上分別安裝有相互匹配的電刷與集電環(huán)；還包括與復合式定子相連的，使其能夠在主動力軸上軸向移動的軸向進給裝置。

所述的機械和非接觸復合式滑環(huán)的工作方法，其特征在于：系統(tǒng)在正常運行時，軸向進給裝置使復合式定子向非接觸滑環(huán)轉子側移動，保持二者最佳的工作間隙，而與機械滑環(huán)轉子開路，此時電能通過非接觸滑環(huán)來傳輸；當非接觸滑環(huán)發(fā)生故障時，軸向進給裝置對復合式定子施力，使復合式定子脫離非接觸滑環(huán)轉子，而向機械滑環(huán)轉子側移動，使復合式定子的電刷與機械滑環(huán)轉子的集電環(huán)相接觸，此時電能通過機械滑環(huán)來傳輸；當非接觸滑環(huán)恢復正常時，復合式定子再按上述方式切換回非接觸滑環(huán)轉子一側。

第二種機械和非接觸復合式滑環(huán)，其特征在于：包括主動力軸，以及固定于主動力軸上的復合式轉子；還包括均通過直線軸承安裝于主動力軸上，且分別位于復合式轉子兩側的非接觸滑環(huán)定子和機械滑環(huán)定子，其中非接觸滑環(huán)定子和機械滑環(huán)定子相互固定形成定子組件；復合式轉子是由兩種滑環(huán)的轉子結合在一起組成的，其和機械滑環(huán)定子上分別安裝有相互匹配的集電環(huán)和電刷；還包括與上述定子組件相連的，使其能夠在主動力軸上軸向移動的軸向進給裝置。

所述的機械和非接觸復合式滑環(huán)的工作方法，其特征在于：系統(tǒng)在正常運行時，軸向進給裝置使非接觸滑環(huán)定子向復合轉子側移動，保持二者最佳的工作間隙，而與機械滑環(huán)定子開路，此時電能通過非接觸滑環(huán)來傳輸；當非接觸滑環(huán)發(fā)生故障時，軸向進給裝置對定子組件施力，使非接觸滑環(huán)定子脫離復合轉子，機械滑環(huán)定子向復合轉子側移動，使復合式轉子的集電環(huán)和機械滑環(huán)定子的電刷相接觸，此時電能通過機械滑環(huán)來傳輸；當非接觸滑環(huán)恢復正常時，非接觸滑環(huán)定子再按上述方式切換回復合轉子側。

本發(fā)明相對現(xiàn)有技術，既能利用非接觸滑環(huán)的優(yōu)點，解決了傳統(tǒng)接觸式滑環(huán)存在的機械磨損等問題，又能在非接觸滑環(huán)出現(xiàn)故障時切換到機械滑環(huán)，以保證系統(tǒng)的可靠運行。適用于大多數(shù)旋轉電子設備的電能傳輸。