[发明专利]结合有纤维尖端接触技术的紧凑集流环

说明书

相关申请的横向参照

本申请是申请日为2004年6月18日提交的未决美国专利申请No.10/871，090的部分继续申请。

技术领域

本发明大体上涉及用于在转子和定子之间传递电功率和/或信号的集流环，尤其涉及结合有纤维尖端(fiber-on-tips)电接触技术的紧凑集流环。

背景技术

电集流环用于在转子和定子之间传送电功率和/或信号。这些装置用在许多不同的军事和商业应用中，例如太阳电池阵列驱动机构、航行器和导弹引导平台、海下机器人、计算机辅助测试扫描(CATSCAN)系统，等等。在一些这样的应用中，集流环与其他旋转部件例如转矩马达、分解器和编码器结合使用。电集流环必须被设计成位于平台旋转轴上，或者被设计成带有开孔，该开孔将电接触定位成离轴。因此，分别称为“轴上”和“离轴”集流环。集流环电机的直径范围从几分之一英寸到几英尺，并且角速度可以从每天一转变化到差不多每分钟20,000转。在所有这些应用中，转子和定子之间的电接触必须：(1)以高表面速度不间断地传送功率和/或信号，(2)具有长抗磨寿命，(3)保持低电噪声，和(4)其物理尺寸允许在最小体积中封装多个电路。

电和机械接触物理学的最有效管理允许满足最苛刻的要求。例如，如果应用是允许CATSCAN门架中的x射线管围绕患者的身体旋转的离轴集流环，电接触必须被设计成承载大约100-200安培(带有数百安培的电涌），以大约500英寸每秒的表面速度工作，持续1亿转，并且在门架内占用最小体积。对于直径大约为六英尺的装置而言，为了满足1亿转的要求，电刷力必须小以最小化摩擦生热和在电刷和集流环之间保持大量的接触点以实现所需的电流密度。

转子和定子之间的四类电接触包括：(1)悬臂弹簧上的复合固体材料电刷，(2)切向地接合转子的单丝金属合金电刷，(3)具有多个单纤维的纤维电刷，并且束切向地接合转子，和(4)电刷和转子之间的纤维尖端接触。每个接触类型的接触力、表面速度和润滑类型总结在表I中。表I也显示了如果电刷力在1克以上减小接触摩擦生热所需的润滑剂的类型。

表I接触类型接触力表面速度润滑的类型复合电刷0.4kg/cm2700in/sec牺牲石墨膜^＊单丝金属电刷3-20克12in/sec边界润滑^＊＊切向纤维电刷1-3克200in/sec外来的^＊＊＊纤维尖端0.1-1克1200in/sec外来的^＊＊＊