JPH0241870B2

JPH0241870B2 -

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Publication number: JPH0241870B2
Application number: JP57037315A
Authority: JP
Priority date: 1981-04-17
Filing date: 1982-03-11
Publication date: 1990-09-19
Also published as: FR2504319A1; GB2097204B; DE3214083C2; IT1147693B; DE3214083A1; FR2504319B1; IT8248242A0; US4372633A; JPS57180885A; GB2097204A

Description

【発明の詳細な説明】発明の分野本発明は一般に相対的に回転可能な部材間で電
流を転送する電流転送装置における改良に関し、
このような装置の広範な種別は一般にスリツプリ
ングと称されている。詳細には、本発明は航空宇
宙用途に使用される太陽パネル指示装置の相対的
に回転可能な部材間等のステーターおよびロータ
ー部材間で大電流を導通させたりあるいはスピン
安定衛星のスパンおよびデスパン部分間で電源電
流を導通させたりする一方電流転送装置からの比
較的低い摩擦トルクを有している改良された電流
転送装置に関するものである。

先行技術の説明回転導電装置組立体は広く新規なものではなく
より一般的なスリツプリングおよびブラシ組立体
の適所で使用するため従来提案されてきた。例え
ば米国特許4098546号はジヤイロスコープ装置そ
の他等の感度計器の相対的に回転可能な部材間で
電流を導通させる全回転自由でほぼ零摩擦の導電
装置組立体を開示している。組立体の各電流転送
装置は一方は相対的に固定した部材に、他方は回
転可能な部材に取付けられた１対の同軸同心同平
面の連続した凹状導電環を備えており、環の相対
直径はその間にほぼ環状の径方向ギヤツプを設け
ている。この径方向ギヤツプに弾性導電性の連続
したフイラメント状ループがそのほぼ平らな外側
面が導電環の凹面上に接触し回転するように配設
されている。ループまたは導電インタフエースは
自己保持力を与えて回転可能部材上に摩擦トルク
を全く発生することなく振動している状況で環と
径方向ギヤツプ内のループの運動間のミスアライ
ンメントを吸収する。

高パワー用途において上述の装置の主な欠点は
一方の環から他方の環に導通される全電流はただ
１つの導電ループのみを通過しなければならない
ということである。明らかに該組立体の電流容量
は導電ループの電流容量に制限されており該ルー
プの断面寸法はロール環接点の原理の物理的要件
を満足するように制約されている。径方向ギヤツ
プ中に互いに均等に離隔された導電ループを単に
もつと付加して電流容量を増加させてもよく理論
上はそれらはその離隔関係を維持するだろうが、
実際には機械的完全は不可能で結局環を互いに接
触させて摩擦を生じよつて米国特許4098546号で
教示されているようなロール環接点の基本的利点
を無効にしてしまう公差が存在する。従つて航空
宇宙産業等の産業に、ステーターおよびローター
部材間で比較的高い電流を転送する一方ほぼ零摩
擦のロール環技術を利用する問題に対する解決を
与える必要がある。本発明はほぼ零摩擦の利点を
保持するにもかかわらず装置のステーターおよび
ローター間で非常に高い電流が導通されるのを可
能にするロール環接点組立体を提供することを目
的としている。

発明の要約本発明は、通常のステーターおよび共通軸まわ
りに相対的に回転可能なローター部材を有してお
りかつ一方はステーター部材上に他方はローター
部材上に取付けられた少なくとも１対の同平面導
電環を有している導電装置組立体を提供し、該導
電環の相対直径はその間にほぼ環状の径方向ギヤ
ツプを設けている。環状径方向ギヤツプの幅より
大きい自由径を有している複数の弾性フイラメン
ト状導電ループはギヤツプ内に配設され導電環の
並置面上に接触して回転する。フランジスプール
は隣接する導電ループの間にそれところがり接触
して配置されループが互いに接触して摺動摩擦を
生じるのを防止する。導電環と同心のレースウエ
イはローターに固定されてフランジローラーに対
して回転軌道を与える。環状ギヤツプに１つの導
電ループのみを有している先行技術の導電装置組
立体とは異なつて本発明装置は複数の径方向に離
隔された導電ループおよびループ分離装置として
作動するフランジスプールを有している。従つて
本発明装置は電源回路に必要な非常に増加した電
流を扱うことができる一方ほぼ零摩擦のロール環
技術を保持する。

好適な実施例の説明本発明の好適な実施例を添付図面を参照して以
下説明する。

第１図において、例えば宇宙船において衛星の
スパンおよびデスパン構造体の間および太陽パネ
ルまたはアンテナの指示装置等に見られる相対的
に固定した部材１０および相対的に回転可能な部
材１４に関連して本発明装置を示す。もちろん電
動機やジヤイロスコープその他の回転装置等の構
造体においても本発明が適用可能であることを理
解されたい。この好適な実施例において固定ハウ
ジング１２はボルト１３によつて固定部材１０に
取付けられている。固定ハウジング１２は精密玉
軸受１６でローター１８を支持している。ロータ
ー１８は共通軸２０まわりに回転するように回転
可能部材１４上に取付けられ取付けボルト２２等
の適当な手段によつて部材１４に固定されてい
る。ローター１８は円筒状であり本発明の導電装
置組立体から部材１４に関連した回転可能な組立
体上に担持された電気的装置（図示せず）まで線
２５に対する通路２４を備えている。同様に固定
ハウジング１２は本発明の導電装置組立体から相
対的に固定した装置（図示せず）まで線２９に対
する通路２７を備えている。固定ハウジング１２
の内面２６に沿つて複数の円形凹面導電環２８が
均等に軸方向に分布しており、これを以下外導電
環２８と称する。ローター１８の外面３０に沿つ
て同様の何組かの円形凹面導電環３２が均等に分
布しておりこれを以下内導電環３２と称する。内
環３２は同軸同平面の対を形成するように外環２
８に対して配置されている。各内および外導電環
３２および２８は対応する端子３４に電気的に接
続されて線２５および２９に対する回路接続を与
える。

内環３２および外環２８の径方向寸法はそれら
の間でほぼ環状の径方向ギヤツプ３６を定めてい
る。環状径方向ギヤツプ３６内には第２図のよう
に内および外導電環３２および２８の対応する対
ところがり接触して共通軸２０まわりに径方向に
離隔された同平面の態様で配置された複数の弾性
フイラメント状導電ループ３８，３９，４０，４
１，４２，４３および４４が位置決めされてい
る。第２図は径方向ギヤツプ３６内に配設された
７つの導電ループ３８〜４４を示しているが本発
明の精神から逸脱することなく他のループ数量を
選択してもよいことを理解されたい。導電環およ
びフイラメント状導電ループの間の接点インタフ
エースは前述の参考特許4098546号で教示されて
いるのと同じまたはほぼ同じでよつてループは環
の間で自己保持および自己整列される。すなわち
導電ループはほぼ平らな外面を有しておりその外
縁は環の間の任意の制限された軸方向、径方向お
よび角度のミスアラインメントに基く変化する接
線に沿つて環の対の比較的浅い弧状凹面に接触し
ており、よつてループと凹面間の圧縮力はループ
上に保持および整列力を生じる。ループの縁は鋭
利である必要はなく鋭利でない方が好ましいこと
を理解されたい。ループ縁にある程度丸味をつけ
て接触面積を増加させてもよい。第１図のように
対になつた導電環および共動する同平面ループの
組は離隔されて軸方向に積重ねられ各組はそれ自
体の端子に電気的に接続されて多回路能力を与え
る。組の数はもちろん特定の用途に基いて変える
ことができる。実際には上述の対になつた導電環
および共動する同平面ループの組は第１図の６
９，７０および７１として示す別々の構成要素か
ら組立てて導電モジユール組立体を形成してもよ
い。これらのモジユール組立体は内および外環状
絶縁ウエハー７４の補助対によつて互いに絶縁さ
れている。モジユール組立体６９，７０および７
１および対応する絶縁ウエハー７４はサンドイツ
チ状にはさまれ環状保持器７６および７７の第１
および第２の対の間で締付けられている。締付圧
力は適当な手段によつてボルト（図示せず）でロ
ーター１８に固定された円形キヤツプ７８および
ボルト８１で固定ハウジング１２に取付けられた
環状キヤツプ７９によつて与えられる。

この好適な実施例において平らな保持手段であ
る円形非導電円板４６はモジユール組立体の間に
配設されて環状径方向ギヤツプ３６に実質的にま
たがつておりローター１８に締付けあるいは取付
けられてそれとともに回転する。こうして円板４
６は後述のそれらの１次機能に加えて軸方向に積
重ねられたモジユール組立体を分離および絶縁す
る働きもする。リム４８は円板４６の外周上に担
持されて円板の一方の面に対して第１の垂直肩部
５０を形成し円板の他方の面に対して第２の垂直
肩部５２を形成している。第１図のように凹状腰
部６０およびフランジリム６２を有しているスプ
ール５３，５４，５５，５６，５７，５８および
５９上のフランジ付きの好ましくは導電性のルー
プ分離ローラーは第２図のように導電ループの隣
接する対の間に径方向に配置されている。スプー
ルは隣接する円板４６間で環状ギヤツプ３６内に
配設され導電ループの隣接する対とほぼ同平面で
ある。各スプールのフランジリム６２は円板４６
のリム４８ところがり接触して保持されており各
スプールの腰部６０は導電ループの隣接する対と
ころがり接触して保持されている。スプールの腰
部６０とフランジリム６２および保持リム４８と
導電ループの相対半径は以下さらに詳述するよう
にスプールが保持リムおよび導電ループによつて
保持されそれところがり接触して保持されるよう
に選択される。

実質的な座屈なしに所望のループ−環接点を達
成しループ分離スプールのフランジリム６２と保
持リム４８の間の所望の実質的に摩擦無しのころ
がり接触を達成する一方同時にループ分離スプー
ルの腰部６０と導電ループの間の所望のころがり
接触を達成するためには多数の相関パラメータを
考慮しなければならない。R_Oが外環の半径、R_I
が内環の半径のときのギヤツプの径方向寸法
（R_O−R_I）およびループ半径R_Fは通常所望の基礎
ロール環接点組立体寸法によつて予め定められ
る。寸法R_OおよびR_Iは通常特定の用途の寸法お
よび空間の制約によつて決定され、周囲の要件に
基いてパラメータの広い選択が利用可能であるこ
とに注意されたい。導電ループ半径R_Fは米国特
許4098546号で教示されているようなロール環技
術の確立された原理に従つて選択される。ギヤツ
プの径方向寸法（R_O−R_I）および導電ループの
半径R_Fを選択すると複数の導電ループは径方向
ギヤツプ内に径方向に均等に配置される。通常配
置されるループの数は互いに接触することなく径
方向ギヤツプ内にはまり込む最大数であり以下こ
れを数ｎと称する。第２図の１実施例においてル
ープの最大数は７でループは約51.43度の角分離
α（α＝360°／ｎ）を有している。もちろん他の
用途および形状寸法は異なる数のループを要す
る。重要ではないが円板４６の外寸法はいつたん
適所に締付けられた後は円板４６が固定ハウジン
グ１２に接触することなく自由に回転できるよう
に選択される。保持リム４８はその厚さおよび使
用された材料に基いてその内肩部に沿つてループ
分離スプールの回転移動に対する半径R_Wのレー
スウエイを定めている。

R_I，R_O，R_Wおよびαに対する適当な値をこの
ように選択した後、下記の式を使用して本発明を
実施するのに必要な付加的パラメータ、すなわち
導電ループとの接点でのスプールの腰部６０の半
径R_Rおよび保持リム４８との接点でのスプール
のフランジリム６２の半径R_Aを計算する。

R_R＝−R_F＋（R_I＋R_F）sinθ／cos（β−θ） R_A＝＋R_W−（R_I＋R_F）cosβ／cos（β−θ）但し、θ＝α／２ φ＝tan^-1〔sinθ／（cosθ−R_I／R_W）〕 β＝φ−cos^-1｛sinθ／〔sin²θ＋（cosθ
−R_I／R_W）²〕^1/2｝本発明による装置の動作は下記の通りである。

前述のように種々のループ、環、およびスプー
ル部材の相対形状寸法はこれらの部材が互いの上
で回転して付随する抗力、摩耗および可能なポリ
マー形成による摺動摩擦を防止するように選択さ
れる。本発明のころがり接触動作を第３図に示
し、この図において内導電環３２は角速度Ｗで反
時計方向で回転すると仮定されている。図のルー
プ３８が点P₁で接触しているように導電ループ
は内導電環３２と物理的に接触して保持されてい
るため、ループはＷに比例する時計方向速度で回
転する。スリツピングすなわち摺動摩擦をなんら
生じさせないためにはP₁でのループ３８上の点
の瞬時速度は点P₁での内導電環３２上の点の瞬
時速度に等しくなければならないことがわかる。
この瞬時速度は第３図のベクトル_Iとして示す。
同様にループ３８が点P₂で接触しているように
ループは外導電環２８と非滑り接触しており環２
８は固定しているため、これらの接点はループに
対する当該の回転中心でなければならない。ルー
プと内環は互いに対して摺動しないため点P₁で
のループ３８の速度は_Iに等しい。ループ３８
の幾何学的中心点P₇の速度も_Iに比例しベクト
ル_Fとして示す点P₂まわりの回転として示すこ
とができ、該ベクトルの先端は点P₂とベクトル
Ｖ_Iの先端の間に引かれた線に接する。ループ３
８とループ分離スプールの腰部６０の間になんら
スリツピングすなわち摺動摩擦が生じない場合接
点P₄での腰部の瞬時速度はその接点でのループ
の瞬時速度に等しくなければならない。ベクトル
Ｖ_I′として示すこの瞬時速度はベクトル_Iの大
きさに比例する大きさを有している点P₂まわり
の回転として示される（突出参照）。さらにスプ
ールと保持リム４８によつて定められる回転軌道
の間にはなんら摺動が生じない。従つて保持リム
４８およびフランジリム６２の瞬時速度は接点
P₆で等しくなければならない。

保持リム４８は円板４６によつて担持され該円
板は内環３２に締付けられているためループ３８
および各ループ分離スプールの腰部６０の瞬時速
度はそれらの接点、点P₄で等しくなければなら
ないことは明らかである。リムは角速度Ｗで回転
しその肩部上の任意の点、例えば点P₃およびP₆
等はベクトル_Wで示すように_Iに比例する瞬時
速度を有している。従つて腰部６０は点P₄で大
きさが_I′に等しい瞬時速度を有していなければ
ならない。本発明の場合であるが、点P₄のよう
なスプールの腰部６０上の点はそれが角速度Ｗに
比例して共通軸２０まわりを回転する際環状ギヤ
ツプ内で複合弦運動を受けることが理解されるだ
ろう。この複合弦運動はスプールが共通軸２０を
軌道する際に点P₆を含むスプール上の他の全部
の点がそのまわりを回転するところの点を識別す
ることによつてさらに説明することができる。共
通軸と称する軸に関するこの回転の中心は機械工
に周知の技術を使用してスプール上の２つの離隔
された点を選択しそれらの速度ベクトルを引いて
それらのベクトルに対して垂線を構成することに
よつて図式的に位置決めすることができ、垂線が
交差するところが回転の中心である。

前記からスプール上の点P₄での速度はベクト
ル_I′であることがわかる。第２の基準点として
点P₆でのフランジリムの速度を選択してもよく
この瞬時速度、すなわちベクトル_Wに等しいベ
クトル_W′は共通軸２０まわりの回転として示
される。スプールの回転の中心は上述の図式的技
術を使用して位置決めすることができ、速度ベク
トル_I′および_W′に垂直な線が構成されて点P₅
すなわち回転の中心で交差する。

こうして回転中心、点P₅が見つけられると、
スプールの中心の点P₀は_W′に比例する速度_R
_Ａ′でこの共通回転中心２０まわりに回転するとみ
なしてもよい。

スプール中心の真の速度、_RA′が確定したの
で残るはこの速度がループ３８の中心の速度と互
換性であり従つてループおよびスプールはそれら
が回転する際分離したり互いを通過しようとした
りしないことを示すことである。これはスプール
の中心P₀が回転して点P₇および共通軸２０と一
直線に整列した際に占める位置にスプールを一時
的に突出させる（破線）ことによつて示され瞬時
速度_RAの大きさはループ３８の中心の瞬時速度
Ｖ_Fに比例するのがわかる。さらに_RAは_RA′に
正確に等しく従つてループとスプール間の分離ま
たは摺動摩擦はなんら生じないことがわかる。

以上本発明の１つの特定の実施例を説明したが
本発明の範囲および精神から逸脱することなく他
の実施例が可能であることを理解されたい。例え
ば第４図において保持リム４８を非導電座金また
は円板４６ａ等の適当な手段によつて固定ハウジ
ング１２に取付けてもよく、この場合ループ分離
ローラーはループ間で環状ギヤツプ内に配設され
従つてそれらの中心は導電ループの中心よりも共
通軸２０から小さい径方向距離である。

本発明の好適な実施例を説明したが使用した語
は説明上のもので限定するものではなく広い見地
から本発明の真の範囲と精神から逸脱することな
く特許請求の範囲内で変更が可能であることを理
解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の導電装置組立体の第２図の線
１−１上の断面図、第２図は第１図の組立体の保
護カバーを除去した端面図、第３図はループ環イ
ンタフエースの一般的な形状寸法を示す図、第４
図は本発明の別の実施例の回転軌道および保護カ
バーを除去した端面図。図中、１０……固定部材、１２……固定ハウジ
ング、１４……回転可能部材、１６……精密玉軸
受、１８……ローター、２０……共通軸、２２…
…取付けボルト、２４，２７……通路、２５，２
９……線、２８……外導電環、３２……内導電
環、３６……環状径方向ギヤツプ、４６……非導
電円板、４８……リム、５０，５２……垂直肩
部、６０……凹状腰部、６２……フランジリム、
７４……環状絶縁ウエハー、７６，７７……保持
器、７８……円形キヤツプ、７９……環状キヤツ
プ、８１……ボルト。

Claims

【特許請求の範囲】１共通軸まわりに相対的に回転可能な１対の部
材間で電気的エネルギーを導通する全回転自由導
電装置組立体において、(イ)一方は上記部材の一方
に配置され他方は上記部材の他方に配置されてそ
の間で比較的大きな径方向ギヤツプを設けている
第１および第２円形同平面導電環２８，３２から
成る１対の環と、(ロ)上記環ところがり接触して上
記ギヤツプ中に配設されて上記１対の環の対間に
導電性を与える複数の弾性フイラメント状同平面
導電円形ループ３８−４４と、(ハ)上記円形ループ
ところがり接触して配設され隣接する円形ループ
間の物理的接触を防止するように配置されたルー
プ分離手段５３−５９と、(ニ)上記ループ分離手段
が上記円形ループところがり接触を保持するよう
に、上記部材の少なくとも一方と上記ループ分離
手段とのころがり接触を維持する位置に置かれた
保持手段４６とを備えていることを特徴とする高
電流転送ロール環組立体。２特許請求の範囲第１項に記載の組立体におい
て、上記１対の環の各々の第１および第２円形同
平面導電環の少なくとも一方は凹面であり、上記
円形導電ループの各々はほぼ平らな外面を有して
おりその外縁は上記環の間の任意の制限された軸
方向、径方向および角度のミスアラインメントに
基く変化する接線に沿つて上記凹面の少なくとも
一方に接触しており、上記ループおよび凹面の間
の上記圧縮力は上記凹面内に上記ループを保持す
るような方向で上記ループ上に力の成分を発生す
ることを特徴とする上記組立体。３特許請求の範囲第１項に記載の組立体におい
て、上記環の対の一方の環は上記部材の一方に関
連した共通電気回路に電気的に接続されており上
記環の対の他方の環は上記部材の他方に関連した
共通電気回路に電気的に接続されておりよつて上
記導電円形ループは上記相対的に回転可能な部材
間に複数の電気結合を与えることを特徴とする上
記組立体。４特許請求の範囲第１項に記載の組立体におい
てさらに、上記第１および第２導電環と軸方向に
整列して配設された第３および第４円形同平面導
電環と；上記第３および第４環の一方は上記部材
の一方に配設され他方は上記部材の他方に配設さ
れてその間に比較的大きな径方向ギヤツプを設け
ており、上記第３および第４導電環の間のギヤツ
プに上記環ところがり接触して配設されて上記第
３および第４環の間の導電性を与える複数の弾性
フイラメント状同平面導電円形ループとを備えて
いることを特徴とする上記組立体。５特許請求の範囲第１項に記載の組立体におい
て、上記ループ分離手段は円形であつて上記円形
ループところがり接触して配設された第１円周を
有しかつ上記保持手段ところがり接触して配設さ
れた第２円周を有していることを特徴とする上記
組立体。６特許請求の範囲第１項に記載の組立体におい
て、上記ループ分離手段は円形であつて上記保持
手段ところがり接触して配設された第１直径のリ
ムを有しかつ上記導電円形ループところがり接触
して配設された第２の小さい直径の腰部を有して
いることを特徴とする上記組立体。７特許請求の範囲第１項に記載の組立体におい
て、上記保持手段は上記環に対して同軸上に配設
されたリムを備えていることを特徴とする上記組
立体。８特許請求の範囲第７項に記載の組立体におい
て、上記保持手段は上記部材の一方に配設され上
記リムに取付けられて上記リムを担持している径
方向に延長する非導電うえはーを備えていること
を特徴とする上記組立体。９特許請求の範囲第１項に記載の組立体におい
て、上記共通軸まわりに相対的に回転可能な１対
の部材の間で電気的エネルギーを導通するための
上記部材上に各々配設された第１および第２円形
同平面導電環を有し、上記環の直径はその間で径
方向ギヤツプを定めており、(イ)上記環ところがり
接触して上記ギヤツプ中に配設されて上記環の対
の間に導電性を与えている複数の弾性フイラメン
ト状同平面導電円形ループと、(ロ)上記円形ループ
ところがり接触して配設され隣接する円形ループ
間の物理的接触を防止するように配置されたルー
プ分離手段と、(ハ)上記部材の少なくとも一方に上
記ループ分離手段ところがり接触して配設されて
上記円形ループに接触して上記ループ分離手段を
保持する保持手段とを備えていることを特徴とす
る上記組立体。１０特許請求の範囲第９項に記載の組立体にお
いて、上記ループ分離手段は円形であつて上記円
形ループところがり接触して配設された第１円周
を有しかつ上記保持手段ところがり接触して配設
された第２円周を有していることを特徴とする上
記組立体。１１特許請求の範囲第９項に記載の組立体にお
いて、上記ループ分離手段は円形であつて上記保
持手段ところがり接触して配設された第１直径の
径方向に突出したリムを有しかつ上記導電ループ
ところがり接触して配設された第２の小さい直径
の腰部を有していることを特徴とする上記組立
体。１２特許請求の範囲第９項に記載の組立体にお
いて、上記保持手段は上記環と同軸上に配設され
たリムを備えていることを特徴とする上記組立
体。１３特許請求の範囲第１２項に記載の組立体に
おいて、上記保持手段は上記部材の一方に配設さ
れ上記リムに取付けられて上記リムを担持してい
る径方向に延長する非導電ウエハーを備えている
ことを特徴とする上記組立体。