一种高精度测角的光电液综合滑环的制作方法

1.本发明属于雷达滑环技术领域，具体为一种高精度测角的光电液综合滑环。


背景技术：

2.随着现代雷达技术的大功率、高热耗的发展需求，光电液综合滑环在雷达转台设备中得到越来越多的使用，成为中大型环扫类雷达的重要组成部分。光电液综合滑环，是将电环、光环、水铰链集成到一起，完成供电、信号、光纤数据以及冷却液从固定端到转动端的连接。对于大功率、高热耗的中大型环扫类雷达来说，由于传输功率大，信号环数多，冷却液流量大等因素，光电液综合滑环一般体积大、重量重，安装便捷性差，而且水铰链与电环、光环之间结构件、线缆、水管等互有空间占用，彼此隔离度低，难以独立拆分，冷却液泄露易造成电环、光环进水引发故障，维修时需将综合滑环整体取出，整体可靠性与维修性差。此外大体积的综合滑环的结构特点和在转台内的空间占用，导致无法同轴安装高精度编码器，或无法解决零回差传动和过定位之间的矛盾，不能满足现代雷达越来越高的测角精度需求。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题在于提供一种高精度测角的光电液综合滑环，该滑环具有水电分离的特点，支持快速独立拆卸，且解决了过定位与零回差传动的问题，具备秒级高精度测角能力。
4.为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
5.一种高精度测角的光电液综合滑环，包括水铰链、电环、光环、绝对值式编码器、编码器安装盘和半刚性连接器；
6.所述水铰链位于综合滑环下部，包括位于外圈的水铰链转子和位于内圈的水铰链定子，完成冷却液从转台固定端到转动端的转接；
7.所述绝对值式编码器包含编码器转子和编码器定子，通过编码器安装盘嵌入安装至水铰链上端面，用以完成转台高精度测角功能；
8.所述电环位于综合滑环上部，包括位于外圈的电环转子和内圈的电环定子，并与水铰链上端面相连，完成供电、信号从固定端到转动端的转接；
9.所述光环嵌入安装在电环内部并从电环顶部伸出连接头，包括外圈的光环转子和内圈的光环定子，完成光纤数据从固定端到转动端的转接。
10.所述综合滑环采用外圈旋转，内圈固定的转动方式，水铰链、电环和光环的外圈转子彼此通过法兰实现刚性连接，构成了综合滑环的转子。水铰链、电环和光环的内圈定子通过拨叉、拨盘实现内部浮动连接，构成了综合滑环的定子。综合滑环对外安装均通过水铰链的对外安装接口进行连接，电环通过安装法兰安装在水铰链上，光环通过安装法兰嵌入安装在电环顶部，电环、光环与外部均无结构连接。综合滑环外圈转子通过水铰链转子的法兰与转台转动端刚性连接，实现整体转动输入，内圈定子通过水铰链定子的安装面、半刚性连
接器与转台固定端半刚性连接，实现综合滑环定子的整体固定，保证径向、轴向浮动避免过定位的同时消除回差。
11.进一步的，所述水铰链的水铰链转子上端面法兰作为整个综合滑环的对外安装法兰与转台运动端刚性连接，实现转动输入，同时水铰链转子上端面与电环的电环转子下端面刚性相连；绝对值式编码器的编码器转子通过编码器安装盘与水铰链转子上端面固定安装，实现转台转角输入；
12.所述水铰链定子上端面设置第一拨叉，通过连接电环的第一拨盘与电环定子保持相对静止，同时水铰链定子上端面对应编码器转子位置安装编码器定子；水铰链定子下端面通过半刚性连接器与转台固定端实现半刚性连接，限制水铰链定子和编码器定子转动的同时避免过定位，并消除传动回差，保证编码器输入角与转台转角完全一致；水铰链定子沿轴线方向为中空式穿线孔，用于电环和光环的定子侧线缆引入。
13.进一步的，所述半刚性连接器包括配套的簧片和簧片安装盘，若干簧片沿径向分布在环形的簧片安装盘上；其中簧片安装盘与转台固定端连接，簧片与水铰链定子连接。簧片采用弹性材料折弯制成，两端设置多个安装孔，具备较大的切向刚度以及相对较小的轴向与径向刚度转台转动时簧片较大的切向刚度保证了水铰链定子与转台固定端相对转角静止且没有回差，较小的轴向与径向刚度保证了水铰链定子可与转台固定端有小幅度的轴向和径向浮动，避免了过定位引起的水铰链轴承寿命下降和冷却液泄露问题。
14.进一步的，水铰链转子的进出水管水由两根并行的转子进水管和两根并行的转子出水管组成，水铰链定子的进出水口由两个并行的定子进水口和两根并行的定子出水口组成，保证大流量的同时可有效降低水铰链径向空间占用。
15.进一步的，所述电环转子分为外侧的功率环转子和内侧的信号环转子，两者与电环外壳固接；所述电环定子分为外侧的功率环定子，内侧为信号环定子，两者通过第一拨盘固接，第一拨盘上开有拨孔，与水铰链定子上方的第一拨叉配合，保证电环定子与水铰链定子浮动连接，限制电环定子转动的同时避免了过定位；所述功率环定子与功率环转子对应安装，信号环定子与信号环转子对应安装。
16.进一步的，所述信号环定子内部靠近上侧设有第二拨叉，与光环定子上的第二拨盘配合；电环定子的供电和信号线缆沿水铰链定子的穿线孔从下往上穿入，分别接入功率环定子和信号环定子，信号环定子内部轴向为中空结构，用于光环定子光纤穿线；功率环转子和信号环转子的供电、信号线缆沿电环转子外壳侧面引出。
17.进一步的，所述光环包括光环转子和光环定子，光环转子下端面与电环转子上端面固定，实现转动力矩输入；光环定子下端面设有第二拨盘，拨盘上开有拨槽，与电环信号环定子上的第二拨叉配合，保证光环定子与电环定子浮动连接，限制光环定子转动的同时避免过定位；光环定子光纤沿底部引入，光环转子光纤沿顶部引出。
18.本发明的有益效果是：
19.本发明的一种高精度测角的光电液综合滑环，相较于现有技术，其显著优点在于：
20.1)集成度高，将电环、光环、水铰链、绝对值式编码器集成到一起，布局合理，结构紧凑，安装方便；
21.2)集成高精度绝对值式编码器，使综合滑环具备秒级高精度测角功能，并支持断电位置记忆，恢复后无需重新寻零；
22.3)采用外圈旋转，内圈固定的方式，综合滑环内部的水铰链、电环、光环外圈转子通过法兰刚性连接，内圈定子通过拨盘、拨叉实现浮动连接，可靠性高，使用寿命长；
23.4)线缆与管路连接方便、紧凑，综合滑环外圈转子与转台转动端固定，电环转子线缆从侧面引出，光环转子线缆从顶部引出，水铰链转子水管沿外侧引出至安装法兰上侧，不经过电环内部，线缆与水管连接的轴向空间占用小，且外圈转子与转台转动端相对静止，线缆与管路连接不会发生转动干涉，安全性好，可靠性高；
24.5)电环、光环、水铰链采用独立拆分设计，水管不经过电环内部，实现水电分离，使得三者可相互快速拆分，便于外场维修，水铰链故障或水管拆装引起的冷却液泄露不会造成电环、光环损坏，整体可靠性高。水铰链定子内部设有中空穿线孔，电环、光环定子端线缆沿穿线孔穿入，单独拆电环和光环时无需拆卸水铰链与水管，安装与维修性好；
25.6)水铰链转子与定子的进出水采用双管并联的方式，保证大流量回转连接的同时可有效降低径向空间占用，管路连接更为方便快捷；
26.7)综合滑环转子、定子对外接口均设在重量较大的水铰链上，连接更加稳固可靠，水铰链外圈转子与转台转动端刚性连接，内圈定子通过半刚性连接器与转台固定端半刚性连接，保证径向、轴向自由度的同时限制周向自由度，实现编码器输入角与转台转角的完全一致，避免了拨叉连接回差引起的测角降精度降低，也避免了采用全刚性连接引发过定位带来的水铰链轴承寿命下降、冷却液泄露等故障。
附图说明
27.图1是光电液综合滑环示意图，
28.图2是水铰链示意图，
29.图3是水铰链俯视图，
30.图4是水铰链仰视图，
31.图5是电环示意图，
32.图6是光环示意图，
33.图7是绝对值时编码器示意图，
34.图8是绝对值式编码器安装示意图，
35.图9是半刚性连接器示意图，
36.图10第一拨盘与第一拨叉连接示意图，
37.图11第二拨盘与第二拨叉连接示意图。
38.附图标记：
39.100水铰链、200电环、300光环、400绝对值式编码器、500编码器安装盘、600半刚性连接器；
40.110水铰链转子、120水铰链定子、111转子进水管、112转子出水管、113第一法兰、114第一安装面、115第二安装面、121定子进出水口、122定子出水口、123第一拨叉、124第三安装面、125第四安装面、126穿线孔；
41.210电环转子、220电环定子；211功率环转子、212信号环转子、213第二法兰、214第五安装面、221功率环定子、222信号环定子、223第一拨盘、224第二拨叉
42.310光环转子、320光环定子、311第三法兰、321第二拨盘；
43.410编码器转子、420编码器定子；
44.610簧片、620簧片安装盘。
具体实施方式：
45.下面结合具体实施例及附图，进一步对本发明进行清楚、完整地描述。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
46.如图1所示，一种高精度测角的光电液综合滑环，包括水铰链100、电环200、光环300、绝对值式编码器400、编码器安装盘500、半刚性连接器600。水铰链100位于综合滑环下端，与转台固定端、电环200相连，完成冷却液从转台固定端到转动端的转接；电环200位于综合滑环上端，与水铰链100、光环300相连，完成供电、信号从固定端到转动端的转接；光环300嵌入安装在电环200顶部，完成光纤数据从固定端到转动端的转接；绝对值式编码器400通过编码器安装盘500嵌入安装在水铰链100顶部，用以完成转台高精度测角功能。综合滑环采用外圈旋转，内圈固定的方式进行传动，外圈转子与转台转动端连接，内圈定子与转台固定端连接。
47.如图1、图2、图3、图4、图5、图8所示，所述水铰链100包括水铰链转子110和水铰链定子120。水铰链100采用外圈旋转，内圈固定的方式，水铰链转子110的进出水管水由两根并行的转子进水管111和两根并行的转子出水管112组成，水铰链定子120的进出水口由两个并行的定子进水口121和两根并行的定子出水口122组成，保证大流量的同时可有效降低水铰链径向空间占用。水铰链转子110上方设置第一法兰113、第一安装面114、第二安装面115，第一法兰113用于水铰链转子110对外安装固定，第一安装面114用于安装电环转子210的第二法兰213，第二安装面115通过编码器安装盘500安装编码器转子410；水铰链定子120上方设置第一拨叉123和第三安装面124，下方设置第四安装面125，第一拨叉123用于连接电环定子220的第一拨盘223，第三安装面124用于安装编码器定子420，第四安装面125通过半刚性连接器600实现水铰链定子120与转台固定端半刚性连接，限制水铰链定子120周向转动的同时避免过定位。水铰链定子120中部为中空式穿线孔126，可用于电环200和光环300的定子侧线缆引入。
48.如图1、图2、图5、图6、图10、图11所示，所述电环200包括电环转子210和电环定子220，其中电环转子210外侧为功率环转子211，内侧为信号环转子212，彼此与电环200外壳固接；电环定子220外侧为功率环定子221，内侧为信号环定子222，彼此通过第一拨盘223固接，第一拨盘223上开有拨孔，与水铰链定子120上方的第一拨叉123配合，保证电环定子210与水铰链定子110浮动连接，限制电环定子220转动的同时避免了过定位。信号环定子222内部靠近上侧设有第二拨叉224，与光环定子320上的第二拨盘321配合。电环定子220的供电和信号线缆沿水铰链定子120的穿线孔126从下往上穿入，分别接入功率环定子221和信号环定子222，信号环定子222内部为中空结构，可用于光环定子320光纤穿线。功率环转子211和信号环转子212的供电、信号线缆沿电环转子210外壳侧面引出。
49.如图1、图5、图6、图11所示，所述光环300包括光环转子310和光环定子320，光环转子310上侧设置第三法兰311，与电环转子210顶部的第五安装面214固定，实现转动力矩输入，光环定子320下侧设有第二拨盘321，拨盘上开有拨槽，与电环200信号环定子222上的第二拨叉224配合，保证光环定子320与电环定子220浮动连接，限制光环定子320转动的同时
避免过定位。光环定子320光纤沿底部引入，光环转子310光纤沿顶部引出。
50.如图1、图2、图7、图8、图9所示，所述绝对值式编码器400包括编码器转子410和编码器定子420，编码器转子410通过编码器安装盘500安装到水铰链转子110上侧的第二安装面115上，与转台转动端刚性连接，实现转角输入。编码器定子420安装到水铰链定子120上侧的第三安装面124上，而水铰链定子120通过半刚性连接器600与转台固定端半刚性连接，由于半刚性连接器600的簧片610采用弹性材料折弯制成，两端设置多个安装孔，具备较大的切向刚度以及相对较小的轴向与径向刚度，转台转动时簧片610较大的切向刚度使得水铰链定子120与转台固定端周向相对转角静止且没有回差，保证了编码器输入转角与转台转完全一致。通过同轴驱动、零回差的测角设计配合采用高精度绝对值式编码器400可达到秒级测角精度，并支持断电位置记忆，恢复后无需重新寻零。
51.如图1、图2、图5、图6、图7所述综合滑环安装完成后，水铰链转子110、电环转子210、光环转子310彼此通过法兰实现刚性连接，构成了综合滑环的外圈转子；水铰链定子120、电环定子220、光环定子320通过拨盘、拨叉实现内部浮动连接，构成了综合滑环的内圈定子。综合滑环的对外安装均通过质量较重的水铰链100的对外安装接口进行连接，更为安全可靠。由于综合滑环采用了外圈转动，内圈固定的设计，水铰链100在下，电环200和光环300在上，水铰链转子进水管111与转子出水管112沿电环200外侧布置，不经过电环200内部，电环定子220、光环定子320引线从下沿水铰链定子120中空穿线孔126穿入，使得综合滑环具备了水电分离的独立拆分能力，可在不拆卸水管的情况下独立拆卸电环和光环，安装与维护性好。而且综合滑环外圈转子与转台转动端刚性连接，两者无相对位移，线缆与管路连接不会发生转动干涉，安全性好，可靠性高；由于综合滑环定子通过半刚性连接器600与转台固定端半刚性连接，簧片610较小的轴向与径向刚度使得综合滑环定子可与转台有小幅度的轴向和径向浮动，保证绝对值式编码器400输入角与转台转角完全一致的同时避免了水铰链过定位，提升了轴承寿命。
52.综上，本发明提供了一种高精度测角的光电液综合滑环，总体布局合理，结构紧凑，安装方便，通过高集成设计实现了水铰链、电环、光环以及绝对值式编码器的设备集成整合；通过外圈旋转内圈固定的转动方式以及水电分离设计使得水铰链、电环、光环具备独立拆分能力，提升了安装与维护便捷性；通过定子端半刚性连接设计消除传动回差，保证绝对值式编码器输入转角与转台转角完全相等，使综合滑环具备秒级高精度测角和断电位置记忆能力，同时避免了过定位，提升了轴承寿命。
53.以上详细描述了本发明的具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡技术领域中技术人员以本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种高精度测角的光电液综合滑环，其特征在于，包括水铰链(100)、电环(200)、光环(300)、绝对值式编码器(400)、编码器安装盘(500)和半刚性连接器(600)；所述水铰链(100)位于综合滑环下部，包括位于外圈的水铰链转子(110)和位于内圈的水铰链定子(120)，完成冷却液从转台固定端到转动端的转接；所述绝对值式编码器(400)包含编码器转子(410)和编码器定子(420)，通过编码器安装盘(500)嵌入安装至水铰链(100)上端面，用以完成转台高精度测角功能；所述电环(200)位于综合滑环上部，包括位于外圈的电环转子(210)和内圈的电环定子(220)，并与水铰链上端面相连，完成供电、信号从固定端到转动端的转接；所述光环(300)嵌入安装在电环(200)内部并从电环顶部伸出连接头，包括外圈的光环转子(310)和内圈的光环定子(320)，完成光纤数据从固定端到转动端的转接。2.根据权利要求1所述的高精度测角的光电液综合滑环，其特征在于，所述水铰链(100)的水铰链转子(110)上端面法兰作为整个综合滑环的对外安装法兰与转台运动端刚性连接，实现转动输入，同时水铰链转子(110)上端面与电环(200)的电环转子(210)下端面刚性相连；绝对值式编码器(400)的编码器转子(410)通过编码器安装盘(500)与水铰链转子(110)上端面固定安装，实现转台转角输入；所述水铰链定子(120)上端面设置第一拨叉(123)，通过连接电环(200)的第一拨盘(223)与电环定子(220)保持相对静止，同时水铰链定子(120)上端面对应编码器转子(410)位置安装编码器定子(420)；水铰链定子(120)下端面通过半刚性连接器(600)与转台固定端实现半刚性连接，限制水铰链定子(120)和编码器定子转动的同时避免过定位，并消除传动回差，保证编码器输入角与转台转角完全一致；水铰链定子(120)沿轴线方向为中空式穿线孔(126)，用于电环(200)和光环(300)的定子侧线缆引入。3.根据权利要求1或2所述的高精度测角的光电液综合滑环，其特征在于，所述半刚性连接器包括配套的簧片(610)和簧片安装盘(620)，若干簧片(610)沿径向分布在环形的簧片安装盘(620)上；其中簧片安装盘(620)与转台固定端连接，簧片(610)与水铰链定子(120)连接。4.根据权利要求3所述的高精度测角的光电液综合滑环，其特征在于，所述簧片(610)采用弹性材料折弯制成，两端设置多个安装孔，具备较大的切向刚度以及相对较小的轴向与径向刚度，实现水铰链定子与转台固定端的半刚性连接。5.根据权利要求1或2所述的高精度测角的光电液综合滑环，其特征在于，水铰链转子(110)的进出水管水由两根并行的转子进水管(111)和两根并行的转子出水管(112)组成，水铰链定子(120)的进出水口由两个并行的定子进水口(121)和两根并行的定子出水口(122)组成，保证大流量的同时可有效降低水铰链径向空间占用。6.根据权利要求1或2所述的高精度测角的光电液综合滑环，其特征在于，所述电环转子(210)分为外侧的功率环转子(211)和内侧的信号环转子(212)，两者与电环(200)外壳固接；所述电环定子(220)分为外侧的功率环定子(221)，内侧为信号环定子(222)，两者通过第一拨盘(223)固接，第一拨盘(223)上开有拨孔，与水铰链定子(120)上方的第一拨叉(122)配合，保证电环定子(210)与水铰链定子(110)浮动连接，限制电环定子(220)转动的同时避免了过定位；
所述功率环定子(221)与功率环转子(211)对应安装，信号环定子(222)与信号环转子(212)对应安装。7.根据权利要求6所述的高精度测角的光电液综合滑环，其特征在于，所述信号环定子(222)内部靠近上侧设有第二拨叉(224)，与光环定子(320)上的第二拨盘(321)配合；电环定子(220)的供电和信号线缆沿水铰链定子(120)的穿线孔(126)从下往上穿入，分别接入功率环定子(221)和信号环定子(222)，信号环定子(222)内部轴向为中空结构，用于光环定子(320)光纤穿线；功率环转子(211)和信号环转子(212)的供电、信号线缆沿电环转子(220)外壳侧面引出。8.根据权利要求1或7所述的高精度测角的光电液综合滑环，其特征在于，所述光环转子(310)下端面与电环转子(210)上端面固定，实现转动力矩输入；光环定子(320)下端面设有第二拨盘(321)，拨盘上开有拨槽，与电环信号环定子(222)上的第二拨叉(224)配合，保证光环定子与电环定子(220)浮动连接，限制光环定子(320)转动的同时避免过定位；光环定子(320)光纤沿底部引入，光环转子(310)光纤沿顶部引出。

技术总结
本发明公开了一种高精度测角的光电液综合滑环，通过集成水铰链、电环、光环以及绝对值编码器实现冷却液、供电、信号以及光纤数据由转台固定端到转动端的转接，并具备高精度测角能力。采用外圈旋转，内圈固定方式，位于下方的水铰链、中部电环和顶部光环的外圈转子彼此刚性连接，内圈定子浮动连接，高精度绝对值编码器嵌入安装至水铰链顶部。综合滑环采用水电分离设计，水铰链、电环、光环可独立拆分，冷却液泄露不会损坏电环、光环。综合滑环外圈转子与转台转动端刚性连接，内圈定子通过半刚性连接器与转台固定端连接，避免了拨叉连接回差引起的测角降精度降低的问题，也避免了采用全刚性连接引发过定位带来的轴承寿命下降、冷却液泄露等故障。露等故障。露等故障。


技术研发人员：戴文浩 岳振兴 何永红
受保护的技术使用者：南京天朗防务科技有限公司
技术研发日：2021.12.14
技术公布日：2022/3/8