[發(fā)明專利]一種基于鎵基液態(tài)金屬的垂直平面旋轉(zhuǎn)的導電滑環(huán)

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202210176394.0
• 申請日: 2020-04-08
• 公開（公告）號: CN114498227A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張世武;王二龍;舒健;金虎
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學技術(shù)大學
• 主分類號: H01R39/02
• 分類號: H01R39/02;H01R39/12;H01R3/08
• 代理公司: 深圳市博銳專利事務(wù)所 44275
• 代理人: 歐陽燕明

本發(fā)明公開一種基于鎵基液態(tài)金屬的垂直平面旋轉(zhuǎn)的導電滑環(huán)，包括鎵基液態(tài)金屬、電解質(zhì)溶液、定子、轉(zhuǎn)子、定子電極、轉(zhuǎn)子電極和滾珠軸承；定子電極和轉(zhuǎn)子電極分別安裝在定子和轉(zhuǎn)子上，轉(zhuǎn)子通過滾珠軸承安裝在定子上，轉(zhuǎn)子和定子可以相對轉(zhuǎn)動，定子電極與轉(zhuǎn)子電極之間有一定間隙，填充有鎵基液態(tài)金屬和電解質(zhì)溶液，將定子電極和轉(zhuǎn)子電極表面電潤濕上鎵基液態(tài)金屬處理后，鎵基液態(tài)金屬黏附在定子電極和轉(zhuǎn)子電極的表面。定子和轉(zhuǎn)子發(fā)生相對轉(zhuǎn)動時，定子電極與轉(zhuǎn)子電極間的鎵基液態(tài)金屬會產(chǎn)生滑移，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子與定子之間電路連通；由于鎵基液態(tài)金屬具有流體特性，使得轉(zhuǎn)子與定子之間的轉(zhuǎn)動只有極小粘滯阻力，具有導電可靠、結(jié)構(gòu)簡單、旋轉(zhuǎn)阻力小的特點。

本案是以申請日為2020.04.08，申請?zhí)枮?02010267668.8，名稱為《一種基于鎵基液態(tài)金屬的導電滑環(huán)》的專利申請為母案的分案申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機電技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種導電滑環(huán)設(shè)備，具體為一種基于鎵基液態(tài)金屬的垂直平面旋轉(zhuǎn)的導電滑環(huán)，能夠?qū)崿F(xiàn)固定部件與滾動或滑動部件之間在極小摩擦力情況下的可靠的信號和能量傳遞裝置。

背景技術(shù)

在機電設(shè)備特別是電機中，存在著諸多運動器件與靜止器件間需要傳遞能源，信號等需求。尤其是機械設(shè)備做旋轉(zhuǎn)運動時，機械設(shè)備上的還需要多元運動，例如旋轉(zhuǎn)設(shè)備上還有另一個電機需要保持運轉(zhuǎn)，這些多元運動就需要能源或控制信號等，這時就需要通過旋轉(zhuǎn)連通裝置外接電源或者信號源來保證旋轉(zhuǎn)運動機械設(shè)備上的多元運動。導電滑環(huán)一般利用滑動接觸、靜電耦合或電磁耦合，在固定部件與轉(zhuǎn)動部件或滑動部件之間傳遞電信號和電能傳遞的精密輸電設(shè)備，其廣泛用于要求無限制、連續(xù)或斷續(xù)360°旋轉(zhuǎn)的機電系統(tǒng)，避免了導線在旋轉(zhuǎn)過程中造成的扭傷扭斷。常見的滑動接觸滑環(huán)整體需要依靠彈力搭接原理使定子與轉(zhuǎn)子完成電路連通，彈力過大會引起嚴重的滑動摩擦，不僅增大了滑環(huán)的轉(zhuǎn)動阻力，同時也大大減少了滑環(huán)的使用壽命；若彈力過小又會導致接觸不良，影響滑環(huán)的導電性。另一類的以水銀為流體介質(zhì)的水銀滑環(huán)具有壽命長阻力小的特點，但是由于水銀對人體具有毒性，并且易于揮發(fā)，這使得水銀滑環(huán)需要復雜的密封結(jié)構(gòu)，限制了水銀滑環(huán)的使用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于鎵基液態(tài)金屬的垂直平面旋轉(zhuǎn)的導電滑環(huán)，為全新的實現(xiàn)固定部件與轉(zhuǎn)動部件或滑動部件之間傳遞電信號和電能傳遞的精密輸電設(shè)備，解決上述滑動接觸導電滑環(huán)的現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，減小了導電滑環(huán)的旋轉(zhuǎn)阻力，提高導電滑環(huán)的使用壽命與導電穩(wěn)定性，對鎵基液態(tài)金屬的應(yīng)用研究亦具有重要的意義。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一種技術(shù)方案為：

一種基于鎵基液態(tài)金屬的垂直平面旋轉(zhuǎn)的導電滑環(huán)，包括：鎵基液態(tài)金屬、電解質(zhì)溶液、定子、轉(zhuǎn)子、定子電極、轉(zhuǎn)子電極和滾珠軸承；所述基于鎵基液態(tài)金屬的導電滑環(huán)包括水平平面旋轉(zhuǎn)的導電滑環(huán)和垂直平面旋轉(zhuǎn)的導電滑環(huán)；轉(zhuǎn)子通過滾珠軸承安裝在定子上，并能自由旋轉(zhuǎn)，定子電極和轉(zhuǎn)子電極分別裝配在定子和轉(zhuǎn)子上；定子電極與轉(zhuǎn)子電極之間留有間隙，間隙距離可調(diào)，用于填充鎵基液態(tài)金屬與電解質(zhì)溶液，通過將定子電極和轉(zhuǎn)子電極表面進行電潤濕處理后，鎵基液態(tài)金屬會黏附在轉(zhuǎn)子電極和定子電極表面；定子和轉(zhuǎn)子發(fā)生相對轉(zhuǎn)動時，定子電極與轉(zhuǎn)子電極間的鎵基液態(tài)金屬就會產(chǎn)生滑移，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子與定子之間的電路連通；同時由于鎵基液態(tài)金屬具有流體特性，使得轉(zhuǎn)子與定子之間的轉(zhuǎn)動只有的粘滯阻力；電解質(zhì)溶液保持鎵基液態(tài)金屬表面濕潤，阻止鎵基液態(tài)金屬表面氧化，增加鎵基液態(tài)金屬的流動性，減少導電滑環(huán)轉(zhuǎn)動的阻力。

對于水平平面旋轉(zhuǎn)導電滑環(huán)，所述定子形狀為環(huán)形水槽，環(huán)形水槽底部裝配有定子電極；環(huán)形水槽內(nèi)裝有鎵基液態(tài)金屬與電解質(zhì)溶液，其中定子的環(huán)形水槽的個數(shù)隨工作所需通路的數(shù)量進行增加或減少。如工作需求兩個通路，定子水槽的個數(shù)增加為兩個同心的環(huán)形水槽。