[发明专利]一种基于镓基液态金属的垂直平面旋转的导电滑环

说明书

本发明公开一种基于镓基液态金属的垂直平面旋转的导电滑环，包括镓基液态金属、电解质溶液、定子、转子、定子电极、转子电极和滚珠轴承；定子电极和转子电极分别安装在定子和转子上，转子通过滚珠轴承安装在定子上，转子和定子可以相对转动，定子电极与转子电极之间有一定间隙，填充有镓基液态金属和电解质溶液，将定子电极和转子电极表面电润湿上镓基液态金属处理后，镓基液态金属黏附在定子电极和转子电极的表面。定子和转子发生相对转动时，定子电极与转子电极间的镓基液态金属会产生滑移，实现转子与定子之间电路连通；由于镓基液态金属具有流体特性，使得转子与定子之间的转动只有极小粘滞阻力，具有导电可靠、结构简单、旋转阻力小的特点。

本案是以申请日为2020.04.08，申请号为202010267668.8，名称为《一种基于镓基液态金属的导电滑环》的专利申请为母案的分案申请。

技术领域

本发明属于机电技术领域，涉及一种导电滑环设备，具体为一种基于镓基液态金属的垂直平面旋转的导电滑环，能够实现固定部件与滚动或滑动部件之间在极小摩擦力情况下的可靠的信号和能量传递装置。

背景技术

在机电设备特别是电机中，存在着诸多运动器件与静止器件间需要传递能源，信号等需求。尤其是机械设备做旋转运动时，机械设备上的还需要多元运动，例如旋转设备上还有另一个电机需要保持运转，这些多元运动就需要能源或控制信号等，这时就需要通过旋转连通装置外接电源或者信号源来保证旋转运动机械设备上的多元运动。导电滑环一般利用滑动接触、静电耦合或电磁耦合，在固定部件与转动部件或滑动部件之间传递电信号和电能传递的精密输电设备，其广泛用于要求无限制、连续或断续360°旋转的机电系统，避免了导线在旋转过程中造成的扭伤扭断。常见的滑动接触滑环整体需要依靠弹力搭接原理使定子与转子完成电路连通，弹力过大会引起严重的滑动摩擦，不仅增大了滑环的转动阻力，同时也大大减少了滑环的使用寿命；若弹力过小又会导致接触不良，影响滑环的导电性。另一类的以水银为流体介质的水银滑环具有寿命长阻力小的特点，但是由于水银对人体具有毒性，并且易于挥发，这使得水银滑环需要复杂的密封结构，限制了水银滑环的使用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于镓基液态金属的垂直平面旋转的导电滑环，为全新的实现固定部件与转动部件或滑动部件之间传递电信号和电能传递的精密输电设备，解决上述滑动接触导电滑环的现有技术存在的问题，减小了导电滑环的旋转阻力，提高导电滑环的使用寿命与导电稳定性，对镓基液态金属的应用研究亦具有重要的意义。

为了解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案为：

一种基于镓基液态金属的垂直平面旋转的导电滑环，包括：镓基液态金属、电解质溶液、定子、转子、定子电极、转子电极和滚珠轴承；所述基于镓基液态金属的导电滑环包括水平平面旋转的导电滑环和垂直平面旋转的导电滑环；转子通过滚珠轴承安装在定子上，并能自由旋转，定子电极和转子电极分别装配在定子和转子上；定子电极与转子电极之间留有间隙，间隙距离可调，用于填充镓基液态金属与电解质溶液，通过将定子电极和转子电极表面进行电润湿处理后，镓基液态金属会黏附在转子电极和定子电极表面；定子和转子发生相对转动时，定子电极与转子电极间的镓基液态金属就会产生滑移，实现转子与定子之间的电路连通；同时由于镓基液态金属具有流体特性，使得转子与定子之间的转动只有的粘滞阻力；电解质溶液保持镓基液态金属表面湿润，阻止镓基液态金属表面氧化，增加镓基液态金属的流动性，减少导电滑环转动的阻力。

对于水平平面旋转导电滑环，所述定子形状为环形水槽，环形水槽底部装配有定子电极；环形水槽内装有镓基液态金属与电解质溶液，其中定子的环形水槽的个数随工作所需通路的数量进行增加或减少。如工作需求两个通路，定子水槽的个数增加为两个同心的环形水槽。