一种高转速大电流液态金属导电滑环的制作方法

本技术涉及一种高转速大电流液态金属导电滑环，属于电气连接件。

背景技术：

1、导电滑环可用于机械自动化设备、工业自动控制系统、尖端武器系统以及航空航天等国防军工领域装备制造等方面。当前，在风力发电、核电以及高铁等特种领域就会用到导电滑环，导电滑环由于具有接口处可以旋转这就导致着接口处刚性摩擦容易加大磨损进而容易产生电弧，难以应用在1000-3000rpm高转速、2000-7000a大电流的环境。

技术实现思路

1、针对现有导电滑环存在的应用问题，本实用新型提出了一种高转速大电流液态金属导电滑环，即合理设计导电滑环的结构，并利用镓系液态金属可作为定电极和动电极之间的导电介质和润滑介质，以避免高电流下的轴体发热，高电流下导电滑环间隙产生单点热击穿，从而提高导电滑环的使用寿命，并应用于1000-3000rpm高转速、2000-7000a大电流的环境。

2、一种高转速大电流液态金属导电滑环，包括定电极、动电极和密封组件，动电极的两端分别为a端和b端，定电极的两端分别为a’端和b’端，动电极的a端和定电极的a’端分别外接同一电源的两极，动电极的b端和定电极的b’端分别从密封组件的两端插设至密封组件内部，动电极相对定电极旋转，动电极的b端和定电极的b’端形成的间隙处填充设置有镓系液态金属9，动电极的b端和定电极的b’端通过镓系液态金属9电连接。

3、所述动电极为动轴1，定电极为定轴11，动轴1的b端为弧形凸体结构，定轴11与密封组件密封，定轴11的b’端依次开设有柱形卡槽和弧面配合槽，动轴1b端的弧形凸体结构穿过柱形卡槽并延伸至定轴11b’端的弧面配合槽内，弧形凸体结构与弧面配合槽内壁形成密封空腔，密封空腔内填充镓系液态金属9，动轴1的b端和定轴11的b’端通过镓系液态金属9电连接。

4、所述密封组件包括外壳7、第一固定环4和第二固定环8，外壳7的两端分别为封闭端和开口端，外壳7的开口端设置有压盖3，动电极的b端穿过压盖3的中心通孔并从外壳7的开口端插设至外壳7内，动电极通过转动轴承5与外壳7的内壁转动连接，第一固定环4嵌设在外壳7的内壁且第一固定环4位于转动轴承5的外圈与压盖3之间，第二固定环8的一端插入定电极b’端的柱形卡槽内且另一端与转动轴承5的外圈固定连接，动电极的b端依次穿过第一固定环4、转动轴承5的内圈和第二固定环8，动电极可在压盖3的中心通孔、第一固定环4和第二固定环8内转动，定电极的b’端穿过外壳7的封闭端插设至外壳7内，定电极的外表面贴合外壳7的内表面，定电极的a’端位于外壳7的封闭端外侧。

5、所述动电极外表面到外壳7的距离大于第二固定环8的厚度，转动轴承5的外圈、第二固定环8、外壳7和定电极b’端围合形成冷却腔，外壳7上开设有冷却液出入口6，冷却液出入口6与冷却腔连通。

6、所述压盖3的中心通孔处沿周向嵌设有密封圈2，动电极的b端穿过密封圈2且在密封圈2内转动。

7、所述定轴11的弧面配合槽壁上固定设置有加热环10，加热环10作为温度补偿装置。

8、所述镓系液态金属9可选用镓铟合金或镓铟锡三元合金。

9、本实用新型的有益效果是：

10、(1)本实用新型在定电极和动电极之间设置弧型封闭腔体，并在弧型封闭腔体内填充镓系液态金属，以镓系液态金属作为定电极和动电极之间的导电介质和润滑介质，可有效减少轴间接触电阻，而接触电阻的降低不止可使得导电滑环的电传输效率提高，还可极大降低高电流下的轴体发热，高电流下导电滑环间隙容易产生单点热击穿，并保证了液态金属导电滑环的高转速运转稳定；

11、(2)本实用新型通过设置冷却腔，使动电极转动中发出的少量热量经冷却腔内的冷却液降温，避免定电极和动电极之间出现较大温差；

12、(3)本实用新型通过设置加热环，可对镓系液态金属进行温度补偿，使其在低温(8℃以下)的环境中保持液态，以突破高转速大电流液态金属导电滑环在低温(8℃以下)的使用限制。

技术特征：

1.一种高转速大电流液态金属导电滑环，其特征在于：包括定电极、动电极和密封组件，动电极的两端分别为a端和b端，定电极的两端分别为a’端和b’端，动电极的a端和定电极的a’端分别外接同一电源的两极，动电极的b端和定电极的b’端分别从密封组件的两端插设至密封组件内部，动电极相对定电极旋转，动电极的b端和定电极的b’端形成的间隙处填充设置有镓系液态金属(9)，动电极的b端和定电极的b’端通过镓系液态金属(9)电连接。

2.根据权利要求1所述高转速大电流液态金属导电滑环，其特征在于：动电极为动轴(1)，定电极为定轴(11)，动轴(1)的b端为弧形凸体结构，定轴(11)与密封组件密封，定轴(11)的b’端依次开设有柱形卡槽和弧面配合槽，动轴(1)b端的弧形凸体结构穿过柱形卡槽并延伸至定轴(11)b’端的弧面配合槽内，弧形凸体结构与弧面配合槽内壁形成密封空腔，密封空腔内填充镓系液态金属(9)，动轴(1)的b端和定轴(11)的b’端通过镓系液态金属(9)电连接。

3.根据权利要求1或2所述高转速大电流液态金属导电滑环，其特征在于：密封组件包括外壳(7)、第一固定环(4)和第二固定环(8)，外壳(7)的两端分别为封闭端和开口端，外壳(7)的开口端设置有压盖(3)，动电极的b端穿过压盖(3)的中心通孔并从外壳(7)的开口端插设至外壳(7)内，动电极通过转动轴承(5)与外壳(7)的内壁转动连接，第一固定环(4)嵌设在外壳(7)的内壁且第一固定环(4)位于转动轴承(5)的外圈与压盖(3)之间，第二固定环(8)的一端插入定电极b’端的柱形卡槽内且另一端与转动轴承(5)的外圈固定连接，动电极的b端依次穿过第一固定环(4)、转动轴承(5)的内圈和第二固定环(8)，动电极可在压盖(3)的中心通孔、第一固定环(4)和第二固定环(8)内转动，定电极的b’端穿过外壳(7)的封闭端插设至外壳(7)内，定电极的外表面贴合外壳(7)的内表面，定电极的a’端位于外壳(7)的封闭端外侧。

4.根据权利要求3所述高转速大电流液态金属导电滑环，其特征在于：动电极外表面到外壳(7)的距离大于第二固定环(8)的厚度，转动轴承(5)的外圈、第二固定环(8)、外壳(7)和定电极b’端围合形成冷却腔，外壳(7)上开设有冷却液出入口(6)，冷却液出入口(6)与冷却腔连通。

5.根据权利要求3所述高转速大电流液态金属导电滑环，其特征在于：压盖(3)的中心通孔处沿周向嵌设有密封圈(2)，动电极的b端穿过密封圈(2)且在密封圈(2)内转动。

6.根据权利要求2所述高转速大电流液态金属导电滑环，其特征在于：定轴(11)的弧面配合槽壁上固定设置有加热环(10)，加热环(10)作为温度补偿装置。

技术总结
本技术涉及一种高转速大电流液态金属导电滑环，属于电气连接件技术领域。本技术的导电滑环包括定电极、动电极和密封组件，动电极的两端分别为A端和B端，定电极的两端分别为A’端和B’端，动电极的A端和定电极的A’端分别外接同一电源的两极，动电极的B端和定电极的B’端分别从密封组件的两端插设至密封组件内部，动电极相对定电极旋转，动电极的B端和定电极的B’端形成的间隙处填充设置有镓系液态金属，动电极的B端和定电极的B’端通过镓系液态金属电连接。镓系液态金属可作为定电极和动电极之间的导电介质和润滑介质，可提高导电滑环的使用寿命。

技术研发人员：杨志恒,邓华铭,查吕朋,向妹风,杨绍益,代传路
受保护的技术使用者：云南前沿液态金属研究院有限公司
技术研发日：20230823
技术公布日：2024/3/24