分层布线装置、旋转装置、可旋转成像探测器的制作方法

1.本发明涉及通用领域，特别涉及一种分层布线装置、旋转装置、可旋转成像探测器。


背景技术：

2.当设备的旋转机构需要通电通气时，通常会用一个或多个空气软管或电缆穿过旋转接头来将流体、电力和各种信号传送到旋转机构，因此对电缆和软管进行布线是重要的，有时接头的旋转角度需要超过360
°
。然而这些软管或电缆不能长时间承受太多的弯曲和扭曲，这已经成为针对旋转接头的大旋转范围的主要困难之一。
3.目前常用的解决方案是如图1所示的中空齿轮箱结构，该解决方案包括马达10、滑轮组件11、空气软管12、中空齿轮13以及线缆14，其中，各种线缆14设置在空气软管12中，具体地，让包裹有线缆14的空气软管12穿过中空齿轮箱13的孔后，直接将空气软管12连接到设备旋转机构的对应位置，空气软管12的相对运动发生在中空孔内，但该方案存在以下缺陷：a.当旋转角度较大时，按目前常用的解决方案设计制造时，软管和电缆势必发生缠绕和扭曲，且这种缠绕和扭曲不可控，有可能导致软管和电缆短时间损坏；b.软管和电缆也不易单独更换，维修时间较长，会直接影响装置的正常运行；c.所有电线放在一起，可能造成相互间信号的干扰。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种能够实现大角度旋转并能够防止电线之间互相干扰的分层布线装置、旋转装置、可旋转成像探测器。
5.为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种分层布线装置，所述分层布线装置包括：基轴，其一端具有开口且内部中空，所述基轴上设有通槽；筒体，其套设在所述基轴外，所述筒体内部具有一层或多层布线单元且其侧壁上设有相应数量的通孔，其中，所述布线单元与所述通孔对应设置，且每层布线单元均具有布线区域，每个布线区域被配置为螺旋形地放置一根电线，该电线的靠近螺旋中心的一端通过所述通槽进入所述基轴内部，且从所述基轴开口穿出并保持与基轴相对位置固定，所述电线的另一端从对应的通孔处穿出并保持与筒体相对位置固定；所述筒体与所述基轴能够发生相对转动，从而改变所述电线在所述布线区域内的分布情况，且每个布线区域的高度与在其内的电线外径配合设置，使得在所述筒体的转动过程中，每根电线在其所处的布线区域内保持单层分布状态。
6.进一步地，所述布线区域的高度值大于或等于在其内的电线的外径，且小于该电线外径的2倍。
7.进一步地，所述电线具有第一极限状态和第二极限状态，在第一极限状态下，所述
电线的内圈环绕基轴的外壁，在第二极限状态下，所述电线的外圈与筒体的内壁相抵；所述筒体的最小设计内径通过所述电线在所述第一极限状态和第二极限状态之间切换而使所述电线的另一端转动的角度、所述基轴外径以及所述电线外径而确定，所述筒体的实际内径大于或等于所述最小设计内径。
8.进一步地，根据所述第一极限状态下的电线的圈数、所述基轴外径以及所述电线外径，计算得到电线的所述一端至另一端的长度；根据所述第二极限状态下的电线的圈数、所述电线外径以及电线的所述一端至另一端的长度，以筒体的最小设计内径为参数建立方程式，计算得到所述筒体的最小设计内径。
9.进一步地，所述分层布线装置还包括多个具有中心通孔的隔板、多个隔环，所述隔板与所述隔环交替地套设在所述基轴上，相邻的两个隔板之间形成所述布线区域，每个隔环的高度大于或等于在所述布线区域内的电线的外径，且小于该电线外径的2倍。
10.进一步地，所述分层布线装置还包括动力机构和多个轴承，所述轴承设置在所述基轴与所述筒体之间，所述动力机构被配置为驱动所述基轴或筒体转动。
11.进一步地，所述分层布线装置还包括安装板，所述基轴与所述安装板配合设置，使得所述电线从所述基轴内部伸出的一端能够固定在所述安装板上。
12.进一步优选地，所述分层布线装置还包括第一齿轮和第二齿轮，其中，所述第一齿轮设置在所述动力机构上，所述第二齿轮设置在所述筒体上，且所述第一齿轮与所述第二齿轮配合设置，使得所述动力机构通过驱动所述第一齿轮以带动所述第二齿轮转动，从而所述筒体能够绕所述基轴转动。
13.优选地，所述动力机构通过螺钉设置在所述安装板上；或者，所述基轴通过焊接方式设置在所述安装板上。
14.优选地，所述通槽的数量为一个或多个，且所述通槽的槽体与每一层布线单元的布线区域相对设置；或者，所述布线单元为多层，所述通孔与布线单元一一对应，多个通孔的高度分别对应各层布线单元的高度，且各个通孔错开分布。
15.一种旋转装置，所述旋转装置包括如上文所述的分层布线装置。
16.一种可旋转成像探测器，所述可旋转成像探测器包括探测器本体及如上文所述的分层布线装置，所述探测器本体固定安装在所述筒体或基轴上。
17.本发明具有以下优点：设置相互独立的多层布线单元，以保证电线在固定的区域内单层缠绕，并且结合布线区域的大小以及电线所绕基轴的圈数能够实现大的旋转范围，同时每层层高与电线外径适配，可有效防止旋转时电线扭曲打结；进一步结合可拆卸地隔板利于单独更换损坏的电线，并且，隔板还能够隔离强弱电线防止其互相干扰，总体结构紧凑且易于组装拆卸。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他
的附图。
19.图1是现有技术的示意图；图2是本发明实施例提供的分层布线装置的结构示意图；图3是本发明实施例提供的分层布线装置的侧面示意图；图4是图3中a-a方向的剖视图；图5是图3中b-b方向的剖视图；图6是本发明实施例提供的分层布线装置内电线分布情况的变化对比图。
20.其中，附图标记包括：1-动力机构，2-电线，3-安装板，4-筒体，40-通孔，5-基轴，50-通槽，51-中空部，6-隔板，71-第一齿轮，72-第二齿轮，8-轴承，9-隔环，10-马达，11-滑轮组件，12-空气软管，13-中空齿轮，14-线缆。
具体实施方式
21.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，更清楚地了解本发明的目的、技术方案及其优点，以下结合具体实施例并参照附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。除此，本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
22.在本发明的一个实施例中，提供了一种新型的分层布线装置，如图2-4所示，本分层布线装置包括动力机构1、电线2、安装板3、筒体4、基轴5、隔板6、第一齿轮71、第二齿轮72、轴承8、隔环9等。在本实施例中，轴承的数量为两个，但不以此限定本发明的保护范围。
23.如图4所示，被配置为提供驱动基轴5或筒体4转动的动力机构1设置在安装板3上，具体安装方式包括但不限于螺钉安装。基轴5与安装板3配合设置，在本实施例中基轴5通过焊接的方式设置在安装板3上。基轴5一端具有开口且内部中空即具有中空部51，同时基轴5上设有通槽50。动力机构1输出端设有第一齿轮71，第一齿轮71设置在动力机构1上，第一齿轮71与第二齿轮72配合设置，第二齿轮72设置在筒体4上，筒体4套设在基轴5上，具体地，在本实施例中，两个轴承8设置在基轴5与筒体4之间，筒体4通过螺钉固定在轴承8的外圈，从而动力机构1通过驱动第一齿轮71转动，以带动第二齿轮72转动，从而实现筒体4绕基轴5相对转动。
24.如图4所示，具有中心通孔的隔板6与隔环9配合设置，且隔板6和隔环9还与基轴5配合设置，从而隔板6与隔环9交替地套设在基轴5上，具体在本实施例中，当在基轴5上依次放置好隔环9与隔板6后，还通过适配的挡环限制隔环9与隔板6的位置，并使用带有螺纹的挡环压紧基轴5上的所有隔环9，从而达到固定隔环9与隔板6的目的。需要说明的是，本实施例的挡环仅为举例说明，在实际应用中可根据实际情况选择具体的设置方式，不以此限定
本发明的保护范围。
25.在隔环9与隔板6等其他配件的共用作用下，相邻的两个隔板6之间形成布线区域，从而以在筒体4内部形成一层或多层布线单元，并且隔板6、隔环9可拆卸地设置在筒体4内，方便更换筒体4内的电线2，从而缩短维修时间，同时，每个布线区域的高度还与隔环9的高度相关，隔环9的高度不宜过小，避免对置于相应布线区域内的电线2产生过大的阻力或磨损，即每个隔环9的高度大于或等于在相应布线区域内的电线2的外径，并且，隔环9的高度也不宜设置得太大而出现电线2重叠的问题，即每个隔环9的高度小于相应电线2外径的2倍。筒体4侧壁上设有多个通孔40，布线单元与通孔40一一对应设置，比如图2、4所示，在本实施例中的筒体具有5个布线单元，每个布线单元均对应配有1个通孔40，通孔40的位置可以根据实际需求设置，例如图2中各个通孔40位置为错开分布，也可以并列分布，不以此限定本发明的保护范围，并且，多个通孔40的高度分别对应各层布线单元的高度，以供每层布线单元中的电线2通过该层的通孔40穿出。布线单元与通槽50配合设置，通槽50的数量可以是一个或多个，通槽50的位置也可以根据实际需求设定，可以多层布线单元共用一个通槽50，也可以各个布线单元使用各自的通槽50，不以此限定本发明的保护范围。本发明将不同的电线2分布在不同的布线单元里，通过电线2绕基轴5的圈数的增减实现电线2从固定体到旋转体的过渡。
26.每层布线单元均具有布线区域，每个布线区域被配置为螺旋形地放置一根电线2，以图4中离安装板3最近的一层电线2为例对电线2布置进行说明：该层电线2的靠近螺旋中心的一端通过基轴5的通槽50进入基轴5内部即中空部51，然后从基轴5上的开口即上出线端穿出，并保持与基轴5相对位置固定即通过不限于胶体粘接的方式固定至外部安装板3上，同时，该电线2的另一端从该层上相应的通孔40即上出线端穿出，并保持与筒体4相对位置固定即在通孔40处通过不限于胶体粘接的方式固定电线2，另外，该电线2在该层的绕线情况可参照图5，但不限于此方向或此疏密程度限定本发明的保护范围。需要说明的是，每个布线区域的高度与在其内的电线2外径配合设置，使得在筒体4的转动过程中，每根电线2在其所处的布线区域内保持单层分布状态，而不会出现重叠情况，防止电线扭曲打结，也就是说，每个布线区域的高度应略大于电线2的外径，并且其高度值小于电线2外径的两倍。
27.当筒体4绕基轴5转动时，上出线端与下出线端产生相对旋转运动，使得筒体4内的电线2绕基轴5运动，从而改变电线2在布线区域内的分布情况。电线2具有第一极限状态和第二极限状态，由于电线2一端固定在外部安装板3上且另一端固定在筒体4的通孔40处，进而当筒体4绕基轴5正向转动至最大正向角度时，电线2紧贴于基轴5外壁盘绕即电线2处于第一极限状态，当筒体4绕基轴5反向转动至最大反向角度时，电线2与筒体4内壁紧密相抵即电线2处于第二极限状态。需要说明的是，此处的“正向”、“第一”、“反向”、“第二”仅为举例而定义，实际应用中的方向可以有所不同，不以此限定本发明的保护范围。
28.在电线2绕基轴5运动的过程中，电线2在第一极限状态和第二极限状态之间切换，即电线2时而紧贴缠绕在基轴5外壁，时而紧靠筒体4的内壁，时而位于这两者状态间，从而根据电线2的分布变化情况即电线2在第一极限状态和第二极限状态之间切换而使电线2的另一端转动的角度以及基轴5外径、电线2外径共同确定筒体4的最小设计内径，从而实现整体结构紧凑且节约成本。具体地，根据第一极限状态下的电线2的圈数、基轴5外径以及电线2外径，计算得到电线2的一端至另一端的长度；根据第二极限状态下的电线2的圈数、电线2
外径以及电线2的一端至另一端的长度，以筒体4的最小设计内径为参数建立方程式，计算得到筒体4的最小设计内径。另外，需要注意的是，在具体应用中，筒体4的实际内径大于或等于筒体4的最小设计内径。
29.现仍以图4中离安装板3最近的一层电线2为例：现设定上出线端为a1、下出线端为a2即如图6所示，当筒体4绕基轴5转动以使下出线端a2绕上出线端a1顺时针旋转360
°
后，该层电线2从图6中左部分所示的较密集的缠绕状态变成图6中右图部分所示的较稀疏的缠绕状，并且，筒体4绕基轴5旋转会使电线2绕基轴5的圈数作相应地减少或增加，但是电线2的总长不变，并且，由于每层布线单元内部有一定的空间即布线区域，以确保电线2可以绕大圈，也可以绕小圈，比如本例中若需要满足需要下出线端a2能够绕上出线端a1顺时针旋转360
°
，则需要确保图6左边部分的三圈电线2的总周长等于图6右边部分的两圈电线2的总周长（这里的“总周长”是指螺旋圈的总周长，下文为了简化语言，用“最外圈”代替“最外侧的螺旋圈”，其他类似描述同理于此），即d1 d2 d3=d4 d5，式中，d1、d2、d3一一对应于图6中左边部分电线2的最外圈、中间圈、最里圈的周长，d4、d5一一对应于图6中右边部分电线2的里圈、外圈的周长，但上述例子不包括实际应用中电线2缠绕基轴5时所产生的其他长度，比如内圈过渡到外圈时所产生的额外的线长，所以在实际应用中应当结合实际需求而确定电线2的长度，不以此限定本发明的保护范围。
30.在本发明的一个实施例中，提供了一种旋转装置，旋转装置包括上文所述的分层布线装置。本旋转装置实施例的思想与上述实施例中分层布线装置的工作过程属于同一思想，通过全文引用的方式将上述分层布线装置实施例的全部内容并入本旋转装置实施例，不再赘述。
31.在本发明的一个实施例中，提供了一种可旋转成像探测器，可旋转成像探测器包括探测器本体及如上文所述的分层布线装置，探测器本体固定安装在筒体4或基轴5上。本可旋转成像探测器实施例的思想与上述实施例中分层布线装置的工作过程属于同一思想，通过全文引用的方式将上述分层布线装置实施例的全部内容并入本可旋转成像探测器实施例，不再赘述。
32.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制其专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。