[发明专利]一种模拟真空环境下模块化滚动式导电旋转运动的装置

说明书

本发明涉及一种模拟真空环境下模块化滚动式导电旋转运动的装置，包括：绝缘外壳、滚动导电模块、高压电刷、内环绝缘层、外环绝缘层、负载电阻、绝缘顶丝、绝缘芯轴、真空电机以及环形导电槽。本发明装置用于模拟空间超大功率且功率可扩展航天器如平台式空间太阳能电站的电力传输关键部件“导电旋转关节”在通电过程中的相对转动。通过模拟该运动，为检测导电旋转关节滚动摩擦/导电接触性能、机械摩擦/电接触复合损伤机制以及绝缘介质充放电机制提供基础。

技术领域

本发明涉及一种模拟真空环境下模块化滚动式导电旋转运动的装置，用于模拟空间超大功率且功率可扩展航天器的电力传输关键部件“导电旋转关节”在通电过程中的相对转动。

背景技术

导电旋转关节是卫星、航天器以及空间大型航天设施必不可少的机电部件，负责太阳电池帆板对日定向并将采集的能源传输至卫星航天器本体。传统的导电旋转关节功率传输等级在10kW以内，随着空间传输功率需求的大幅提高，大型航天器、超大型空间设施的功率传输需求达100kW，甚至1MW。为了减少功率损耗，大功率航天器以及空间设施采用高压体制已经成为国内外航天领域的共识，目前，一般的卫星相应的供电母线电压在28V、42V，以大功率通信卫星为代表的地球同步轨道卫星的供电电压已经提升到100V，国际空间站的供电电压达到170V左右。未来空间太阳能电站等大型空间设施的母线电压将达到500V甚至更高。

功率和电压等级的大幅度提升，给航天器研制带来了新的问题，导电旋转关节的功能是实现太阳电池帆板对日定向，需要360度旋转，同时，需要把电能传输至航天器内部母线，即滚动摩擦和导电接触的共同作用下实现关节的功能。由于早期卫星的功率、电压较低，滚动摩擦和导电接触互相影响较小，随着功率和电压等级的大幅提升，滚动摩擦和导电接触的耦合加剧，体现在摩擦和导电共面接触、机械摩擦性能和电接触性能耦合以及机械损伤和电气损伤耦合，导致导电旋转关节大功率电力传输性能波动较大、损伤机制多样且时变性加剧，最终导致可靠性下降以及寿命不足。

实现导电旋转关节在真空、高压环境下的运动是研究绝缘材料、导体材料损伤机制的基础。然而，目前没有相关的地面设备来实现空间高压大功率导电旋转关节在通电运转运动。

申请号201310114534.2的国内专利公开了一种适用于大功率传输的滚动汇流环装置，滚环装置内部容纳多个导电的滚环，可以有效的增大导线的截面积；滚环装置与外环通过弹簧连接预紧，保证汇流环在正转和反转时的导电接触。这种汇流环装置在传输功率及信息时，要经过滚动盘和滚环两次滚动传输过程，由于增加了一次滚动传输过程，就会增大波动电阻，增加制造成本，并降低滚环的可靠性。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种模拟真空环境下模块化滚动式导电旋转运动的装置，模拟导电旋转关节的运行状态，实现真空、高电压通电状态下的关节转动运动模拟。

本发明的技术解决方案是：

一种模拟真空环境下模块化滚动式导电旋转运动的装置，包括：绝缘外壳(1)、滚动导电模块(2)、高压电刷(3)、内环绝缘层(4)、外环绝缘层(5)、负载电阻(6)、绝缘顶丝(9)、绝缘芯轴(10)、真空电机(11)以及环形导电槽(15)；

绝缘外壳(1)为一端开口的空心圆柱结构，两个滚动导电模块(2)设置在绝缘外壳(1)内部且与绝缘外壳(1)同轴；滚动导电模块(2)中部设置有通孔，绝缘芯轴(10)从中穿过，两个滚动导电模块(2)之间以及两个滚动导电模块(2)的外侧均固定安装有绝缘层，所述绝缘层包括内环绝缘层(4)和外环绝缘层(5)，外环绝缘层(5)与滚动导电模块(2)的外廓尺寸一致且与滚动导电模块(2)固定连接，内环绝缘层(4)位于靠近绝缘芯轴(10)一侧，与滚动导电模块(2)中部通孔的外廓尺寸一致且与滚动导电模块(2)固定连接；绝缘芯轴(10)上的凹槽与滚动导电模块(2)以及内绝缘层(4)上的凸台过盈配合连接；