[发明专利]一种液态金属高速旋转电连接器及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种旋转电连接器，尤其是涉及一种液态金属高速旋转电连接器及其设计方法。

背景技术

旋转电连接器是其输入端和输出端可绕公共轴转动，并能保证电路连接的连接器，通常应用在汽车转向装置、深井钻机、CNC床等设备中。在旋转连接器中，最为常见的形式是机械结构式，即通过固定外筒体和具有内筒体的可转动体同轴配置，并将带状电缆容纳并卷绕在这些外筒体和内筒体之间划分出的容纳空间内，来实现旋转电路连接的。这种旋转连接器用作汽车的转向装置那样旋转数有限的把手上所安装的安全气囊充气机等的电连接单元。上述带状电缆是绝缘膜中承载有导体的带状体，常见的有将该带状电缆卷绕成螺旋状的螺旋型和在中途反转并卷绕的反转型，但后者的反转型能够显著缩短带状电缆的长度，在一定程度上缩小了旋转连接器的尺寸。

现有技术的主要旋转电路连接器主要靠带状电缆或轴瓦的同轴布置，但这种形式造成电连接器内部电缆和轴瓦在通电状况下不断摩擦，这样极易发热，产生电火花，严重影响电连接器的性能，并可能产生危险事故的发生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液态金属高速旋转电连接器及其设计方法，以解决现有的机械结构式电连接器连接不可靠、对工作环境要求较多的问题。

为了实现上述的目的，采用如下的技术方案。一种液态金属高速旋转电连接器，包括外壳、输出端端盖、输入端端盖、电转子和液态金属，所述输出端端盖和输入端端盖设置在所述外壳两端，所述输出端端盖设置有输出端子，所述输入端端盖设置有通孔，所述电转子设置在所述外壳内，所述电转子一端设置有输入端子从所述输入端端盖的通孔穿出，所述电转子另一端与所述外壳、输出端端盖之间形成内腔，所述液态金属设置在所述内腔里。外壳作为旋转连接器的主体，其主要作用是外部固定和支撑作用。输出端端盖用于输出电流。输入端端盖主要用于固定电转子，并与外壳、输出端端盖形成闭合空间。电转子主要承担旋转电连接器的旋转动作，并将外部电流传递到输出端。液态金属主要用于润滑电转子与输出端子之间的相对转动，并将电流从电转子传递到输出端子。电流从电转子的输入端子进入，经过液态金属后从输出端端盖的输出端子输出。

所述外壳设置有密封永磁铁，所述密封永磁铁设置在所述外壳内壁，位于所述外壳内壁与所述电转子外壁之间。密封永磁铁用于防止内部液态金属在输入端端盖与外壳连接处的泄露。

所述密封永磁铁与所述电转子之间设置有0.02至0.2毫米的间隙，所述间隙内设置有磁流体。磁流体主要用于密封液态金属，提高了密封性，主要利用了磁流体在磁场作用下的磁粘性增大的特性，对于水基磁流体来讲，永磁铁的磁场强度应大于0.1T（特斯拉）。常用的材料有钕铁硼永磁铁、铁氧体永磁铁。

所述液态金属为镓、镓铟合金、镓铟锡合金或镓铟锡锌合金。可根据具体使用温度进行选择，镓、镓铟合金、镓铟锡合金、镓铟锡锌合金的液相线分别为29.78、25.0、10.7、7.6，固相线29.78、15.7、10.7、6.5（单位：摄氏度）。

所述磁流体为感温绝缘磁性流体，所述感温绝缘磁流体为水基、油基、酯基或氟醚油磁流体。选用时综合考虑流体粘度、压力和经济性来选择不同磁化强度的磁流体，磁化强度越高，磁流体固体特性越明显。

所述外壳为不导电材料，所述输出端端盖的输出端子为除铝以外的导电材料，所述电转子为整体采用除铝以外的导电材料，或在高分子硬质材料中嵌入除铝以外的导电材料芯棒。铝除外，是因为铝与镓会产生化学反应。

一种液态金属高速旋转电连接器的设计方法，包括以下步骤：

S1设计电转子直径D1、输出端子直径D2以及电极最小安全许用直径Dmin；

S2根据电转子直径D1设计外壳，外壳采用不导电材料；

S3根据外壳尺寸设计输入端端盖和输出端端盖；

S4将输出端端盖安装在外壳上；

S5将液态金属进行低温固化，放入电转子与输出端端盖之间的内腔中，将电转子安装配合；

S6安装输入端端盖。

步骤S2还包括：在外壳内壁开设密封永磁铁安装槽。

步骤S6先将密封永磁铁安装在密封永磁铁安装槽内，在密封永磁铁与电转子之间注入磁流体，再安装输入端端盖。

步骤S5将电转子安装配合后，电转子与输出端子之间的间距W的取值范围为W>200μm。