[发明专利]机械和非接触复合式滑环及工作方式

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械和非接触复合式滑环及工作方式，属于电能传输和电能变换领域。

背景技术

旋转电子设备在航空航天场合得到大量的应用，例如旋转雷达、惯性平台、系留平台、陀螺仪表、卫星电源以及航空发电机励磁系统等。如何确保电能从固定侧向旋转侧高效可靠传输，实现固定侧与旋转侧间准确及时的信息交互，成为保证旋转电子设备功能实现的关键所在。

目前的旋转电子设备多采用导电环和电刷匹配的滑动式电接触装置，又称为导电滑环，来进行电能和信号传输。传统的导电滑环设备旋转过程中电刷与滑环动态接触，导电环和电刷不可避免存在磨损。研制高可靠的导电滑环对导电环和电刷材料的导电性、抗电侵蚀、抗环境气氛腐蚀及抗磨损性等提出极其苛刻的要求。目前导电滑环的摩擦触点是采用金、银、铂、铱等贵金属配合其他稀有元素制成，不仅造价高昂，工艺复杂而且在太空的低重力环境下，摩擦产生的导电粒子的积累和漂浮还会引发短路故障，使得设备失效。显然，以上传统接触式导电滑环的缺点制约了旋转电子设备可靠性和经济性。

非接触滑环利用原副边完全分离的非接触变压器，通过磁场的耦合传输电能，使得能量传递过程中供电侧和用电侧无物理连接。相比于传统的接触式机械滑环，非接触滑环从根本上解决了机械磨损问题。滑环的“非接触化”使其功能更加多样化，不仅可以承担简单的电气连接功能，还能实现电气隔离、功率变换的功能。

但是相比于传统接触式导电滑环，非接触滑环起步较晚，技术不成熟，电能传输效率受到松耦合变压器的制约且在一些恶劣环境下的可靠性及过载能力稍显逊色。本发明提出一种机械和非接触复合式滑环，将机械滑环作为非接触滑环的备用选择，将会大大提升旋转设备电能传输的可靠性。

发明内容

本发明的目的是结合非接触滑环和传统机械滑环的优势，提升在恶劣环境下旋转电子设备电能传输的可靠性，设计一种新的机械和非接触复合式滑环。

第一种机械和非接触复合式滑环，其特征在于：包括主动力轴，以及固定于主动力轴上的非接触滑环转子和机械滑环转子；还包括通过直线轴承安装于主动力轴上且位于非接触滑环转子和机械滑环转子之间的复合式定子；复合式定子是由两种滑环的定子结合在一起组成的，其和机械滑环转子上分别安装有相互匹配的电刷与集电环；还包括与复合式定子相连的，使其能够在主动力轴上轴向移动的轴向进给装置。

所述的机械和非接触复合式滑环的工作方法，其特征在于：系统在正常运行时，轴向进给装置使复合式定子向非接触滑环转子侧移动，保持二者最佳的工作间隙，而与机械滑环转子开路，此时电能通过非接触滑环来传输；当非接触滑环发生故障时，轴向进给装置对复合式定子施力，使复合式定子脱离非接触滑环转子，而向机械滑环转子侧移动，使复合式定子的电刷与机械滑环转子的集电环相接触，此时电能通过机械滑环来传输；当非接触滑环恢复正常时，复合式定子再按上述方式切换回非接触滑环转子一侧。

第二种机械和非接触复合式滑环，其特征在于：包括主动力轴，以及固定于主动力轴上的复合式转子；还包括均通过直线轴承安装于主动力轴上，且分别位于复合式转子两侧的非接触滑环定子和机械滑环定子，其中非接触滑环定子和机械滑环定子相互固定形成定子组件；复合式转子是由两种滑环的转子结合在一起组成的，其和机械滑环定子上分别安装有相互匹配的集电环和电刷；还包括与上述定子组件相连的，使其能够在主动力轴上轴向移动的轴向进给装置。

所述的机械和非接触复合式滑环的工作方法，其特征在于：系统在正常运行时，轴向进给装置使非接触滑环定子向复合转子侧移动，保持二者最佳的工作间隙，而与机械滑环定子开路，此时电能通过非接触滑环来传输；当非接触滑环发生故障时，轴向进给装置对定子组件施力，使非接触滑环定子脱离复合转子，机械滑环定子向复合转子侧移动，使复合式转子的集电环和机械滑环定子的电刷相接触，此时电能通过机械滑环来传输；当非接触滑环恢复正常时，非接触滑环定子再按上述方式切换回复合转子侧。

本发明相对现有技术，既能利用非接触滑环的优点，解决了传统接触式滑环存在的机械磨损等问题，又能在非接触滑环出现故障时切换到机械滑环，以保证系统的可靠运行。适用于大多数旋转电子设备的电能传输。