本發(fā)明涉及用于在兩個(gè)可相對(duì)旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件之間建立電連接的連接器。

背景技術(shù)：

1、許多應(yīng)用需要將電流傳送至旋轉(zhuǎn)部件，其中包括機(jī)器部件、風(fēng)力渦輪機(jī)、海上高壓旋轉(zhuǎn)裝置或船舶吊艙。船舶吊艙是用于借助于可以相對(duì)于船舶自由旋轉(zhuǎn)并由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的螺旋槳移動(dòng)和引導(dǎo)船舶的推進(jìn)和轉(zhuǎn)向模塊。提供至電動(dòng)機(jī)的電流在船舶內(nèi)部生成。

2、已知用于將電流傳送至旋轉(zhuǎn)部件的不同解決方案。

3、常見(jiàn)的解決方案是包括滑環(huán)和電刷的旋轉(zhuǎn)電導(dǎo)體，其中滑環(huán)或電刷旋轉(zhuǎn)，并且設(shè)置一個(gè)或更多個(gè)滑動(dòng)觸點(diǎn)。然而，在使用中，當(dāng)長(zhǎng)期沒(méi)有旋轉(zhuǎn)并且電刷的位置相對(duì)于滑環(huán)固定時(shí)，電流總是流過(guò)相同的點(diǎn)。這對(duì)環(huán)的表面造成了嚴(yán)重的問(wèn)題(微坑和重影效應(yīng))，并導(dǎo)致接觸電阻的增大和溫度的升高(自饋現(xiàn)象)。此外，在通常不與電刷接觸的環(huán)部件上，由于氧化現(xiàn)象可能會(huì)出現(xiàn)表面涂層，這可能由環(huán)境特別地為海洋環(huán)境促進(jìn)。當(dāng)再次存在旋轉(zhuǎn)時(shí)，電刷的操作受到接觸表面粗糙度和接觸電阻的變化的影響，并且隨著時(shí)間的推移，發(fā)生電刷和環(huán)的劣化。

4、另一種解決方案是包括滾子軸承的旋轉(zhuǎn)電導(dǎo)體，但是該解決方案存在與前述解決方案相同的缺點(diǎn)。

5、另一種旋轉(zhuǎn)電導(dǎo)體包括同軸滾動(dòng)環(huán)。成對(duì)布置的環(huán)相對(duì)于彼此滾動(dòng)。然而，在組裝期間難以獲得環(huán)的正確對(duì)準(zhǔn)，并且由于環(huán)的同心度受到限制，因此所得到的電接觸是不均勻的。另外，每個(gè)傳輸層只可以使用一個(gè)環(huán)，這意味著在多次傳輸?shù)那闆r下需要多個(gè)層，這會(huì)增加總空間需求。

6、在另一種解決方案中，使用水銀旋轉(zhuǎn)接頭。這個(gè)系統(tǒng)公知了幾十年。通常，這樣的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)體用于低功率應(yīng)用(相當(dāng)減小的尺寸)。主要缺點(diǎn)是使用有害材料，與海洋或其他外部應(yīng)用不兼容。

7、在另一種解決方案中，使用齒輪組件。齒輪允許傳遞運(yùn)動(dòng)和傳送動(dòng)力，因?yàn)樵谌魏螘r(shí)候幾乎都有一個(gè)齒與輪的相應(yīng)的部分接觸。具有插入至外部齒冠中的一系列齒輪的行星齒輪經(jīng)常在工業(yè)中使用。

8、在另一個(gè)最近的解決方案中，使用在環(huán)上滾動(dòng)的錐形主體。在該解決方案中，錐形主體被封裝在相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)的盤之間。這樣的旋轉(zhuǎn)電導(dǎo)體例如在文獻(xiàn)wo0201682a1、wo2021097502a1和ep3195423b1中公開(kāi)。

9、wo0201682a1公開(kāi)了包括兩個(gè)可相對(duì)旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件和軸承組件的電連接器，軸承組件包括主體，每個(gè)主體限定第一基本錐形導(dǎo)電表面，該第一基本錐形導(dǎo)電表面在使用中被布置成與兩個(gè)構(gòu)件同時(shí)非滑動(dòng)電接觸，該布置使得每個(gè)主體隨兩個(gè)構(gòu)件的相對(duì)旋轉(zhuǎn)同時(shí)繞主體的圓錐軸線旋轉(zhuǎn)。此處，主體被布置在可旋轉(zhuǎn)地安裝在支承可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)軸上的單件環(huán)形的殼體內(nèi)。不超過(guò)兩個(gè)主體可以徑向地布置在殼體內(nèi)，允許不超過(guò)兩次電力傳輸。由于沒(méi)有(或非常低的)摩擦和永久接觸二者，該解決方案克服了標(biāo)準(zhǔn)滑動(dòng)接觸的缺點(diǎn)。在該電導(dǎo)體中，構(gòu)件的接觸表面通過(guò)在可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)軸線的方向上施加的彈簧力壓靠于至少一個(gè)主體的接觸表面。然而，必須以非常高的精度執(zhí)行制造，以獲得在接觸表面之間形成的線接觸，特別是當(dāng)單個(gè)主體限定兩個(gè)不同的導(dǎo)電表面時(shí)。在實(shí)踐中，這樣的線接觸的形成可能因制造公差和/或在操作過(guò)程中的磨損而中斷。

10、為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，文獻(xiàn)wo2021097502a1提供了下述電連接器，其中可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的成角度的接觸表面在組裝狀態(tài)下是自由的，使得它們的角度位置可以相對(duì)于構(gòu)件的支承部分的角度位置改變。這是通過(guò)在薄金屬板(2mm的最大厚度)中制造可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的成角度的接觸表面來(lái)獲得的。當(dāng)可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的成角度的接觸表面通過(guò)在構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)軸線的方向上施加的彈簧力壓靠于一個(gè)滾動(dòng)主體的成角度的接觸表面時(shí)，壓力使可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的成角度的接觸表面傾斜，使得它們?cè)诮M裝狀態(tài)下與滾動(dòng)主體的成角度的接觸表面重合。這允許確保在接觸表面之間線接觸的形成。然而，由于可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的成角度的接觸表面的低厚度，該組件不能用于傳送高電流。在該電連接器中，滾動(dòng)主體也布置在環(huán)形的殼體中，該環(huán)形的殼體的安裝沒(méi)有詳細(xì)說(shuō)明。如果需要多次電力傳輸，該布置需要設(shè)置多層滾子/構(gòu)件。

11、ep3195423b1提供了相似結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)體，利用該旋轉(zhuǎn)導(dǎo)體可以以穩(wěn)定和連續(xù)的方式傳送高電流。該文獻(xiàn)教導(dǎo)了在高接觸壓力下將接觸表面放置成滾動(dòng)接觸，以獲得非常穩(wěn)定和有效的電流傳送。在高壓力下的連續(xù)滾動(dòng)接觸允許具有精細(xì)的機(jī)械“冷成形”效果(塑性變形)，導(dǎo)致表面的平滑化以及表面硬度的增加。這樣的壓力是通過(guò)設(shè)置彈簧元件來(lái)獲得的，該彈簧元件在滾動(dòng)主體繞其旋轉(zhuǎn)的徑向軸線的平面中在可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)軸線的方向上偏置每個(gè)滾動(dòng)主體的成角度的接觸表面。然而，由于滾動(dòng)主體固定至可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件圍繞其旋轉(zhuǎn)的中心軸，當(dāng)需要多次傳輸時(shí)，需要多層滾動(dòng)主體，這增加了在軸方向上的導(dǎo)體的尺寸。此外，每個(gè)滾動(dòng)主體到中心軸的組裝相當(dāng)復(fù)雜。此外，由于構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和每個(gè)滾動(dòng)主體到中心軸的固定，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)體的整體重量相當(dāng)高。這樣的重量可能導(dǎo)致在使用期間缺乏穩(wěn)定性。

12、因此，仍然需要允許高電流傳送的具有簡(jiǎn)單緊湊結(jié)構(gòu)的改進(jìn)的旋轉(zhuǎn)電導(dǎo)體。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明涉及用于在具有滾子的特定布置的兩個(gè)相對(duì)可旋轉(zhuǎn)的部件之間傳送電流的滾動(dòng)電接觸組件。

技術(shù)特征：

1.一種用于在兩個(gè)可相對(duì)旋轉(zhuǎn)的部件之間傳送電流的滾動(dòng)電接觸組件(1)，所述滾動(dòng)電接觸組件(1)包括至少一個(gè)電力傳輸組(2i)，所述至少一個(gè)電力傳輸組(2i)包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滾動(dòng)電接觸組件(1)，其特征在于，每個(gè)滾子保持器組件(28i)包括殼體(280)，所述殼體(280)容納圍繞固定至所述殼體的所述軸可旋轉(zhuǎn)地安裝的所述滾子或一對(duì)滾子，所述殼體具有兩個(gè)相對(duì)的孔(283，284)，所述滾子或一對(duì)滾子的所述接觸表面通過(guò)所述兩個(gè)相對(duì)的孔(283，284)伸出。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一項(xiàng)所述的滾動(dòng)電接觸組件(1)，其特征在于，滾子保持器組件(28i)的每個(gè)滾子(24i)或一對(duì)滾子(24i)借助于軸承(285)圍繞軸(282)可旋轉(zhuǎn)地安裝。

4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的滾動(dòng)電接觸組件(1)，其特征在于，所述至少一個(gè)滾子保持器組件包括與所述至少一個(gè)施壓裝置(26i)協(xié)作的壓力調(diào)節(jié)裝置(262)，以調(diào)節(jié)所述力f。

5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的滾動(dòng)電接觸組件(1)，其特征在于，所述至少一個(gè)施壓裝置(26i)包括安裝在所述滾子保持器組件上的彈性元件(260)，以在所述滾子或一對(duì)滾子上施加所述力f。

6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的滾動(dòng)電接觸組件(1)，其特征在于，對(duì)于所述至少一個(gè)電力傳輸組的每個(gè)滾子，所述滾子的所述接觸表面與所述電極的所述相應(yīng)的接觸表面具有相同的角度αi，所述角度αi限定在所述第二軸線和形成在所述滾子的所述接觸表面與所述電極的所述相應(yīng)的接觸表面之間的接觸線li之間，并且αi的值等于所述接觸線li經(jīng)過(guò)所述第一軸線與所述第二軸線之間的交點(diǎn)的角度的值，可選地，對(duì)于每個(gè)滾子(24i)，αi的值等于或小于45°。

7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的滾動(dòng)電接觸組件(1)，其特征在于，每個(gè)接觸表面(200i，220i，240i)形成在主體(202i，222i，242i)的外表面上，并且可選地，所述主體是電極的環(huán)形的主體(202i，222i)或滾子的輪形的主體(242i)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的滾動(dòng)電接觸組件(1)，其特征在于，在滾子的接觸表面(240i)與電極的所述相應(yīng)的接觸表面(200i，220i)之中選擇的至少一個(gè)接觸表面(200i，220i，240i)涂覆或鍍覆有導(dǎo)電性高于其主體的材料的導(dǎo)電性的材料。

9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的滾動(dòng)電接觸組件(1)，其特征在于，滾子的每個(gè)接觸表面(240i)具有小于所述電極的所述相應(yīng)的接觸表面(200i，220i)的電極平均直徑的滾子平均直徑，可選地所述滾子平均直徑與相應(yīng)的電極平均直徑的比率為1:20至1：1，優(yōu)選地為1：8至1：4。

10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的滾動(dòng)電接觸組件(1)，其特征在于，所述至少一個(gè)電力傳輸組(2i)的每個(gè)滾子保持器組件(28i)包括一對(duì)滾子(24i)，其中，每個(gè)滾子包括環(huán)形的成角度的導(dǎo)電接觸表面，并且當(dāng)所述第二電極圍繞所述第一軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩個(gè)滾子的所述接觸表面滾動(dòng)到所述第一電極和所述第二電極的相同的相應(yīng)的接觸表面上或者滾動(dòng)到所述第一電極和所述第二電極的兩個(gè)相鄰的相應(yīng)的接觸表面上。

11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的滾動(dòng)電接觸組件(1)，其特征在于，所述滾動(dòng)電接觸組件(1)還包括第一電絕緣支承件(40)和第二電絕緣支承件(42)，所述第一電絕緣支承件(40)相對(duì)于所述第一軸線可旋轉(zhuǎn)地安裝，每個(gè)電力傳輸組(2i)的所述第一電極(20i)安裝到所述第一電絕緣支承件(20)上，并且每個(gè)電力傳輸組(2i)的所述第二電極(22i)安裝到所述第二電絕緣支承件(42)上，并且可選地，所述第一電絕緣支承件和所述第二電絕緣支承件(40，42)限定外殼。

12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的滾動(dòng)電接觸組件(1)，其特征在于，所述滾動(dòng)電接觸組件(1)包括兩個(gè)或更多個(gè)電力傳輸組，其中，一個(gè)電力傳輸組(2i)的所述第一電極、相應(yīng)的所述第二電極相對(duì)于至少一個(gè)其他電力傳輸組的所述第一電極、相應(yīng)的所述第二電極同心地布置，并且所有傳輸組的所述滾子的第二軸線布置在垂直于所述第一軸線的同一平面中并且所有傳輸組的所述滾子安裝到(i)所述單個(gè)支承板(300')上或(ii)所述兩個(gè)支承板(300，302)上。

13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的滾動(dòng)電接觸組件(1)，其中，所述兩個(gè)或更多個(gè)電力傳輸組(2i)的所述第一電極同心地布置在垂直于所述第一軸線的同一第一電絕緣支承件上，并且所述兩個(gè)或更多個(gè)電力傳輸組(2i)的所述第二電極同心地布置在垂直于所述第一軸線的同一第二電絕緣支承件上。

14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的滾動(dòng)電接觸組件(1)，其特征在于，每個(gè)電力傳輸組(2i)還包括電連接至所述第一電極(20i)的所述接觸表面(200i)的至少第一電端子(60i)以及電連接至所述第二電極(22i)的所述接觸表面(220i)的至少第二電端子(62i)，并且其中，所述滾動(dòng)電接觸組件(1)適合于將至少700a更優(yōu)選地至少1000a的電流從所述第一電端子(60i)引導(dǎo)至所述第二電端子(62i)。

15.一種用于可旋轉(zhuǎn)地連接至外部電源的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)(100)，所述旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括電機(jī)(110)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)還包括根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的滾動(dòng)電接觸組件(1)，其中，所述滾動(dòng)電接觸組件的每個(gè)電力傳輸組的所述第二電極旨在電連接至所述外部電源，并且所述滾動(dòng)電接觸組件的每個(gè)電力傳輸組的所述第一電極電連接至所述電機(jī)。

16.一種用于組裝滾動(dòng)電接觸組件的方法，包括：

17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的用于組裝滾動(dòng)電接觸組件的方法，其中，設(shè)置至少一個(gè)滾子保持器組件的所述步驟(2)包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及用于在兩個(gè)可相對(duì)旋轉(zhuǎn)的部件之間傳送電流的滾動(dòng)電接觸組件(1)，包括至少一個(gè)電力傳輸組，所述至少一個(gè)電力傳輸組包括：?第一電極(20<subgt;1</subgt;，20<subgt;2</subgt;，20<subgt;3</subgt;，20<subgt;4</subgt;)和第二電極(22<subgt;1</subgt;，22<subgt;2</subgt;，22<subgt;3</subgt;，22<subgt;4</subgt;)，各自包括同一第一軸線(A1)的環(huán)形的成角度的導(dǎo)電接觸表面，?包括一個(gè)滾子(24<subgt;1</subgt;)或一對(duì)滾子的至少一個(gè)滾子保持器組件(28<subgt;1</subgt;)，每個(gè)滾子包括：環(huán)形的成角度的導(dǎo)電接觸表面，該導(dǎo)電接觸表面適于在第一電極旋轉(zhuǎn)時(shí)滾動(dòng)到第一電極和第二電極的相應(yīng)的接觸表面上，限定第二軸線(A2)的軸，每個(gè)滾子(24<subgt;1</subgt;)圍繞該第二軸線(A2)可旋轉(zhuǎn)地安裝，至少一個(gè)施壓裝置，所述至少一個(gè)施壓裝置沿所述軸在每個(gè)滾子上施加力F。滾動(dòng)電接觸組件(1)還包括一個(gè)或兩個(gè)支承構(gòu)件(300、302)，該支承構(gòu)件(300、302)圍繞第一軸線可旋轉(zhuǎn)地安裝在一定位置，其中第二軸線(A2)相對(duì)于第一軸線(A1)為徑向的，并且每個(gè)滾子的接觸表面從設(shè)置在支承構(gòu)件中的孔伸出，并且施壓裝置在第一軸線的方向上施加力F。

技術(shù)研發(fā)人員：法比安·索爾戈,法比安·奈爾,沃爾夫?qū)ぐＸ惱?br/>受保護(hù)的技術(shù)使用者：美爾森奧斯特瑞馳希蒂紹烏公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6