一种一体化芯轴及带有一体化芯轴的旋转传输装置的制作方法

1.本发明涉及导电滑环技术领域，尤其涉及一种一体化芯轴及带有一体化芯轴的旋转传输装置。


背景技术：

2.滑环是负责为旋转体连通、输送能源与信号的电气部件，主要由旋转与静止两大部分组成。电滑环就是用来导电的滑环，专用于在无限制连续旋转时，传输功率电源、信号电源。传统的电滑环也称为"集电环"或"汇流环"。主要传输大电流。近些年，精密电滑环应运而生，成为军、民两用的精密电子、电气设备。
3.不论是哪种电滑环，大多采用叠加方式进行设计和装配。具体的，滑环中芯轴的内层为轴，外层为绝缘套，绝缘套外采用导电环、绝缘片叠加的方式进行装配。市面上芯轴零件种类、数量多，生产制造周期长、成本高。同时，叠加的装配工艺精度不易控制，会造成导电环、绝缘片的轴向安装精度差，同时安装、及电滑环工作中容易产生绞线、挤压、拉断等现象发生，从而引起相关输线路故障。
4.因此从结构上克服电滑环质量对制造、装配工艺精度的依赖是一个重大课题。


技术实现要素：

5.鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种一体化芯轴及带有一体化芯轴的旋转传输装置，用以解决滑环芯轴零件种类多、零件数量多、制造装配工艺复杂、电滑环质量严重依赖制造、装配工艺精度的技术问题，以及电滑环芯轴旋转传输线缆绞线、挤压、拉断等引发传输故障的技术问题。
6.本发明通过如下技术方案实现：
7.一种一体化芯轴，包括芯轴基体、焊盘、导电插针和芯轴传输线；所述芯轴基体设置有芯轴中心孔，外表面设置有沿轴向均布的多个v型槽；所述v型槽表面设置有v型槽环金属层，每个所述v型槽的槽底设置有1个径向出线孔；所述芯轴基体两端分别设置有第一轴台和第二轴台；所述第一轴台的轴端周向阵列有多个轴向连线单元；所述轴向连线单元上设置有焊盘，所述导电插针连接所述焊盘；在所述芯轴中心孔内，所述芯轴传输线一端穿过所述径向出线孔以连通v型槽环金属层，所述芯轴传输线另一端穿过所述轴向连线单元连接所述焊盘。
8.进一步的，所述轴向连线单元包括轴向出线孔、插针孔和焊盘沉孔槽。
9.进一步的，所述轴向出线孔为通孔，所述插针孔为盲孔；焊盘设置在焊盘沉孔槽内。
10.进一步的，每两层所述v型槽环金属层之间设置有绝缘凸台，所述径向出线孔直径小于所述v型槽宽度。
11.进一步的，多个所述径向出线孔沿所述芯轴基体的轴线方向等间距设置且沿芯轴基体的圆周方向均布设置；所述径向出线孔与芯轴中心孔贯通。
12.一种带有一体化芯轴的旋转传输装置，包括所述的一体化芯轴，还包括电刷单元和固定架单元；2个所述电刷单元对称设置在所述固定架单元的内部，形成旋转传输外框；所述旋转传输外框和芯轴基体(80)同轴设置，所述芯轴基体通过2个轴承转动连接旋转传输外框；所述电刷单元包括多组刷丝；每组所述刷丝与所述v型槽金属层镀层接触，所述刷丝通过所述芯轴传输线连通所述导电插针。
13.进一步的，所述固定架单元包括同轴连接的固定圈和外壳；所述固定圈连接所述电刷单元。
14.进一步的，所述电刷单元还包括刷架和刷板；所述刷架上端连接所述固定圈，所述刷板连接在所述刷架外侧面，每根所述刷丝中部设置在刷板上，两端从所述刷架两侧通过并抵与所述v型槽金属层镀层接触；多个所述刷丝沿所述芯轴基体轴向均布设置在刷板上。
15.进一步的，带有一体化芯轴的旋转传输装置还包括芯轴连接圈、外接带线插体和快插体；所述快插体通过芯轴连接圈连接所述芯轴基体的第一轴台上端面；所述固定架单元与芯轴连接圈之间设置有动密封圈；所述外接带线插体连接所述电刷单元。
16.带有一体化芯轴的旋转传输装置，所述外接带线插体传输线端在所述刷板处连接所述刷丝；还包括用于密封连接所述外接带线插体与外壳的密封胶。
17.与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
18.1、本发明的一体化芯轴及旋转传输装置由于芯轴一体化，不再有传统滑环的导电金属环、绝缘片等零件，零件种类、零件数量大大减少，用v型槽、绝缘凸台一体化加工方式替代了传统的导电环、绝缘片叠加工艺，使得一体化芯轴整体加工工艺简单，装配工艺大大简化，一体化芯轴结构简单、可靠性高。。
19.2.本发明的一体化芯轴及旋转传输装置由于采用了动密封结构和密封胶封底技术，可以实现高防水效果，对旋转传输装置快速实现整体密封，使得芯轴密封效果得到有效提升。
20.3、本发明的一体化芯轴及旋转传输装置连接形式多样，可以通过选择不同接头的快插体和外接带线插体，实现不同线路的连接，方便快捷。
21.4、本发明可通过设计不同数量的径向出线孔、轴向出线孔和v型槽灵活定制不同传输通道的一体化芯轴，有效缩短滑环设计和系列化制造周期，产品优化的可塑性强；一个零件可以根据不同环道直径、环道数量、环道槽口宽度等快速加工出滑环的芯轴，使芯轴的设计、制造、效率大大提高。
22.本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
23.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
24.图1为本发明一体化芯轴中分面半剖结构示意图；
25.图2为本发明一体化芯轴立体结构示意图；
26.图3为本发明一体化芯轴中分面半剖结构示意图；
27.图4为本发明一体化芯轴轴向俯视结构示意图；
28.图5为本发明电刷单元安装结构示意图；
29.图6为本发明带有一体化芯轴的旋转传输装置中分面剖切结构示意图；
30.图7为本发明带有一体化芯轴的旋转传输装置中分面半剖结构示意图；
31.图8为图3中a的局部放大示意图；
32.图9为图3中b的局部放大示意图。
33.附图标记：
34.1.快插体；2.芯轴连接圈；3.动密封圈；4.固定圈；5.刷架；6.刷板；7.刷丝；8.一体化芯轴；80.芯轴基体；801.第一轴台；802.绝缘凸台；803.v型槽环金属层；804.v型槽；805.轴向出线孔；806.径向出线孔；807.插针孔；808.芯轴连接孔；809.芯轴中心孔；810.焊盘沉孔槽；81.焊盘；82.导电插针；83.芯轴传输线；9.外壳；10.外接带线插体；11.轴承；12.外部传输线；13.密封胶；100.旋转传输装置。
具体实施方式
35.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
36.下面结合图1-图9，更具体地描述本发明的技术方案：
37.如图1所示，本发明的一个具体实施例公开了一种一体化芯轴及带有一体化芯轴的旋转传输装置。该旋转传输装置包括快插体1、芯轴连接圈2、动密封圈3、固定圈4、刷架5、刷板6、刷丝7、一体化芯轴8、外壳9和外接带线插体10等组成。其中一体化芯轴8主要包括芯轴基体80、焊盘81、导电插针82、和芯轴传输线83；其中，芯轴基体80为两端带有轴台的中空轴，芯轴基体80上设置有径向出线孔806、v型槽804、v型槽环金属层803、绝缘凸台802、第一轴台801、第二轴台、轴向出线孔805、插针孔807和焊盘81。
38.芯轴基体80为非金属材料，具有良好的绝缘性。芯轴基体80的结构具体为阶梯轴，内部设置阶梯孔的芯轴中心孔809；所述芯轴基体80的第一轴台801处的轴端上设置有多组轴向连线单元；多个轴向连线单元周向阵列在该轴端上。导电插针82连接所述焊盘81；芯轴传输线83在芯轴中心孔809内，芯轴传输线83一端穿过径向出线孔806，与v型槽环金属层803连通，以便通过刷丝7与外接带线插体10电连。芯轴传输线83另一端穿过轴向连线单元连接到焊盘81，以便与快插体1电连。
39.每组轴向连线单元包括轴向出线孔805、插针孔807和焊盘沉孔槽810。其中，轴向出线孔805和插针孔807沿径向设置，并位于同组的所述焊盘沉孔槽810中；所述轴向出线孔805为通孔，连通到芯轴中心孔809内，为盲孔；焊盘81设置有与轴向出线孔805和插针孔807对应的通孔，焊盘81设置在焊盘沉孔槽810内。
40.本实施例优选芯轴传输线83通过轴向出线孔805穿出，焊接在焊盘81对应的孔内；优选导电插针82插接在插针孔807，并穿过焊盘81对应的孔与快插体1上的快插接口配合，实现轴式/孔式快速拔插连接。
41.具体的，如图3所示，芯轴基体80为阶梯轴结构，两端分别设置较小直径的第一轴台801和第二轴台，芯轴基体80设置有中心孔，芯轴基体80的中心孔可以是适应外壁结构
的、贯通的阶梯中心孔，即中部较大轴径处对应有孔径较大的环槽，也可以为第二轴台端封闭的带有盲端的阶梯孔。本实施例优选贯通的阶梯孔进行结构介绍。
42.如图4所示，所述芯轴基体80的第一轴台801上端面设置有轴向出线孔805和插针孔807，二者布置在同一半径线上，插针孔807在内、轴向出线孔805在外。在插针孔807在内和轴向出线孔805处还安装有焊盘81，焊盘81上设置有2个通孔，对应插针孔807和轴向出线孔805。其中，轴向出线孔805为通孔，贯通芯轴基体80内的环槽；插针孔807为盲孔，其内安装有导电插针82。所述芯轴基体80的第一轴台801上端面加均布有芯轴连接孔808。
43.同一径向上设置的插针孔807、轴向出线孔805、焊盘81和导电插针82成组，成组的插针孔807、轴向出线孔805、焊盘81和导电插针82在所述芯轴基体80的第一轴台801上圆周阵列设置有多组。
44.如图1、图2和图3所示，芯轴基体80阶梯轴中部外表面沿轴向平行设置有n(大于1的自然数，一般取10的整数倍)个v型槽804，形成刷丝7能在其中滑动的芯轴环道。附图1-图4所示的v型槽804均取值n＝30。
45.如图9所示，v型槽804表面可以通过激光熔覆、喷涂导电油墨、电镀等多种表面改性金属化方式形成v型槽环金属层803并在v型槽环金属层803表面经过电镀或化学镀等方式镀贵金属层，以增加v型槽804形成的芯轴环道表面的耐磨性，增加芯轴基体80的使用寿命。所述两层v型槽环金属层803之间设置有绝缘凸台802，一方面起了不同的v型槽804形成的芯轴滑道间具有良好的绝缘、耐压的电气优化效果，另一方面，也对刷丝7起到很好的机械导向定作用，可以防止刷丝7在v型槽环金属层803之间跳动。所述芯轴基体材料应具有良好的电气性能和较高的机械强度，满足滑环芯轴的使用要求。
46.如图8所示，每个v型槽804的槽底对应设置1个径向出线孔806，径向出线孔806与芯轴基体80的内部的环槽连通；径向出线孔806直径小于v型槽804宽度。该结构能够在满足传输要求的前提下，有效保证相邻v型槽804(传输通道)之间的绝缘性，如果径向出线孔806直径大于v型槽宽度，就会使绝缘凸台802的绝缘厚度减小，甚至破坏绝缘凸台802，影响相邻v型槽804的绝缘性。而且在传输线83线径一定的前提下，径向出线孔806直径过大，对方便传输线83安装意义不大,反倒会影响传输线83的位置稳定性。
47.每一个v型槽804槽底设置的径向出线孔806轴线在所述芯轴基体80横截面上的投影线为全周向均布,为顺次排列，及所有径向出线孔806依次沿芯轴基体80圆柱面上设置的螺旋线均布，且均布在一个节距的螺旋线上。
48.芯轴传输线83设置在芯轴基体80内，所述芯轴传输线83两端连接轴向出线孔805和径向出线孔806。具体的，芯轴传输线83一端穿过径向出线806与v型槽环金属层803连通，芯轴传输线83另一端穿过轴向出线孔805与焊盘81、插针孔807和导电插针82配合，形成电性连接。
49.一体化芯轴及旋转传输装置包括上述的一体化芯轴8，还包括快插体1、电刷单元、固定架单元、芯轴连接圈2和外接带线插体10。可以通过选择不同接头的快插体1和外接带线插体10与同一一体化芯轴连接，实现不同的线路传输。
50.2个所述电刷单元同轴连接在所述固定架单元内部，形成旋转传输外框；所述旋转传输外框和芯轴基体80通过2个轴承11活动连接；所述芯轴连接圈2连接在所述第一轴台801上端面，所述快插体1连接所述芯轴连接圈2，所述快插体1的插座/插头对应连接所述导
电插针82，可以实现轴式/孔式快速拔插连接。
51.所述外接带线插体10的传输线为外部传输线12；外部传输线12连接所述电刷单元；外接带线插体10与外壳9之间的外壳出口处灌封有密封胶13。
52.所述芯轴连接圈2通过螺钉与芯轴基体80连接固定，所述固定架单元与芯轴连接圈2之间设置有动密封圈3；动密封圈3配合在固定圈4内圈阶梯轴台的上轴台内侧面与芯轴连接圈2外圆柱面之间，能使芯轴连接圈2与固定圈4达到动态密封的技术效果，再加上外壳出口处灌封有密封胶13，可以使得包含一体化芯轴6、电刷单元、固定架单元的外壳9内部形成整体密封，实现一体化芯轴及旋转传输装置高效防水效果。
53.具体的，如图6所示，固定架单元包括固定圈4和外壳9。外壳9为套筒式的回转体，外壳9上端同轴连接在固定圈4，为固定连接；外壳9下端的筒底设置有设置外壳出口，用于从电刷单元接出的外部传输线12穿出；外部传输线12在外壳9内连接电刷单元的刷丝7，外部传输线12是外接带线插体10中的传输线。
54.具体的，如图5和图6所示，电刷单元包括刷架5、刷板6和刷丝7。
55.进一步的，所述刷板6对称安装在所述刷架5外侧面，所述刷丝7沿所述芯轴基体80轴向均布设置在刷板6上；所述刷丝7穿过所述刷架5与所述v型槽(804)金属层镀层接触，刷丝7与一体化芯轴8上的v型槽804一一对应。外部传输线12在所述刷板6处连接所述刷丝7。
56.所述导电插针82对应的插座/插头与刷丝7对应的插座/插头相对旋转，实现上、下插座/插头之间的电流旋转传输。
57.进一步的，2个电刷单元对称设置在外壳9和一体化芯轴8之间，位于一体化芯轴8的径向位置。具体的，2个刷架5对称设置在芯轴基体80外圈的径向上，所述刷架5上端连接所述固定圈4下端面，所述刷架5下端设置有刷架弯板。
58.刷架5和固定圈4和外壳9共同构成了旋转传输外框的主体。旋转传输外框和一体化芯轴8通过上下2个轴承11组成了旋转副。
59.具体的，上、下2个轴承11的内圈分别设置在芯轴基体80的第一轴台801和第二轴台上；上部的轴承11的外圈限位在刷架5内表面，并由固定圈4内圈阶梯轴台的下轴台压固；下部的轴承11的外圈由刷架5内表面及刷架弯板限位和压固。
60.芯轴基体80中每个v型槽环金属层803通过芯轴传输线83对应一个导电插针/导电插孔，芯轴基体80的2个轴端与轴承11内圈配合，使v型槽环金属层803在旋转传输装置中可以与轴承11外圈相对固定的刷丝7保持相对旋转接触，实现刷板6的刷丝7与一体化芯轴8的导电插针82之间电流的旋转传输。
61.如图7所示，一体化芯轴8的芯轴基体80在第一轴台801端面均匀排布有芯轴连接孔808，芯轴连接孔808以螺纹孔的形式与旋转传输装置中的芯轴连接圈2连接，实现与外围接口的同步运动。
62.本发明可通过选择不同数量的径向出线孔、轴向出线孔和v型槽，以及不同环道直径和环道槽口宽度，灵活定制不同传输通道的一体化芯轴，有效缩短变形设计和系列化制造周期，产品优化的可塑性强；使芯轴的设计、制造、效率大大提高。
63.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。同时，凡搭载了本装置的设备，以扩大应用领域并产生复
合的技术效果，都属于本方法发明保护的范围。