一种磁流导体活动导电装置的制作方法

本发明涉及一种磁流导体活动导电装置，特别地涉及一种软电刷电动机、一种软电刷发电机和一种带轮毂电池的电动自行车。

背景技术：

1、第一、在相对运动组件之间输电可以实现分电、集电、换向等功能，是机械工业中一种常用的输电方式。长久以来，实现活动输电主要靠电刷和滑环的相对滑动来实现，这种方法的不足之处主要在于——电刷和滑环之间为带有压力的滑动摩擦，组件损耗大，在高速转动场合需要频繁更换；摩擦发热量大，在不能及时散热的情况下容易升温过高而影响系统正常工作，甚至会起火导致更严重后果；在高速场合，同轴度、圆度、圆跳动等方面的精度要求较高，而反复受力不均的摩擦之下又很容易失去原本的精度；在震动环境中，以及自身的表面状况不佳产生的震动当中，容易产生碰撞打火，使滑动表面被灼伤而变得粗糙，进而快速恶化摩擦面状况；摩擦产生的粉尘不但会降低导电性能，还会侵蚀精密部件和污染环境，增加防护设施会加大生产成本；克服摩擦阻力会降低系统能效；摩擦会产生噪音。电刷和滑环在系统中一般不是核心组件，但对系统性能的发挥起到关键的辅助作用，应用比较广泛，因此攻克这些问题同样也很重要，业界一直在为之努力，但是，在机械工业不断进步了数百年之后的今天，想再获得一点点提高是相当不容易的。曾有方案提出要在集电环中用滚动结构来代替滑动结构，但滚动接触方式为点接触或线接触，接触总面积太小使电阻变大就容易发热，更重要的是滚子与滚道之间需要有间隙，滚子在电路的上、下游方向都频繁地接触和分离容易产生火花灼伤工作面。

2、参考中国专利 cn113972541a 所公开的“液体金属活动导电装置”，描述了一种使用液体金属作为导电介质在活动导电装置中传电的方案，该方案有其适用范围，因液体金属较为昂贵，且在空气中易被氧化，流动性太大，其必须要盛放于容器中，对密封的要求较高，因为这些因素，在一些地方并不太适用。

3、第二、有刷电动机是一种传统的电动机类型，广泛应用于各种领域，包含新能源车领域。然而，随着科技的发展和应用的多样化，有刷电动机在某些应用场景中存在一些问题和不足。

4、在传统的有刷电动机中，电刷和换向器是电动机的核心部件，它们的主要作用是控制电流的方向，从而实现电动机的转动。然而，这种结构存在一些问题。首先，电刷和换向器的摩擦会产生大量的热能，这不仅降低了电动机的效率，还可能导致电动机的损坏。其次，由于电刷和换向器的接触面积较大，容易产生磨损和火花，这不仅缩短了电动机的使用寿命，还可能对电动机的工作稳定性产生影响。

5、此外，传统的有刷电动机在控制方面也存在一些问题。由于电刷和换向器的摩擦力较大，电动机的响应速度较慢，难以实现精确的转速控制。同时，由于电刷和换向器的接触不良，可能会导致电动机运转时的噪音和振动。

6、第三，众所周知，有刷发电机虽然具有结构简单、成本低等优点，但是也存在一些缺点。

7、首先，有刷发电机的电刷与换向器之间的摩擦会产生磨损，随着使用时间的增长，电刷的高度会逐渐降低，导致电刷与换向器的配合变差，进而影响发电机运行的稳定性。此外，由于电刷和换向器之间接触不良，会产生电火花，这不仅影响发电机运行的稳定性，也会对发电机的寿命产生负面影响。

8、其次，有刷发电机的效率相对较低，这可能会导致能源的浪费。由于电刷和换向器之间的摩擦阻力，发电机在运行过程中会产生较大的热量，这不仅会影响发电机的效率，也会降低发电机的使用寿命。

9、此外，有刷发电机需要定期检查电刷的磨损情况，并及时更换电刷，这会增加维护成本。同时，由于电刷和换向器之间的摩擦阻力，发电机的响应速度也会受到影响，不能满足某些需要高响应速度的应用场景。

10、第四，众所周知，锂离子电池由于具有重量轻、体积小、电容量较大、充电速度快等优点，已在手机、电脑等各类数码产品大量应用。将锂离子电池用于电动自行车等大容量、高电压的交通工具时需要多个电池单元组合，需考虑到电池组安全性及使用寿命的问题。电池安装位置的设计直接影响整车的外形及性能，甚至影响电池的使用寿命。现有的电动自行车电池安装方式主要有：置于车架前，放于座位下，设置在脚踏板下等等，以上安装方式存在占用空间大，不美观，且由于车辆整体结构的限制，无法对电池进行扩容等缺点。

11、参考中国专利 cn112193355a，描述了一个在电动自行车轮毂中安装电池的解决方案，这个方案很好的解决了自行车电池扩容的问题；但在该方案中，并未详细描述车轮毂在转动时，由于轮毂轴并不转动，轮毂壳体中安装的电池通过怎样的方式平稳地向外输出电能；常规的，一般使用固体和固体接触传电比如使用碳刷通过摩擦接触的方式使电池与外部设备的导电电极进行接通，从而实现电池的充电与放电，但碳刷摩擦在实际应用中寿命有限，难以做到轮毂在长时间转动时还能让电池持久对外输出电能，这在实际的应用中存在很大的局限性。

技术实现思路

1、针对背景技术中第一部分所揭示的问题，本发明提供一种磁流导体活动导电装置，包括在活动连接中导电的动态导电组件，作为活动电极与固定电极接通，或作为固定电极与活动电极接通，其特征在于，以磁流导体作为动态导电组件，装置中带有容器来容纳磁流导体，所述磁流导体是指同时具备导电性和导磁性且带有一定流动性的物质，从而完成装置在活动中包括但不限于旋转等状态下的导电作用。

2、优选地，还包含磁体，所述磁体的磁力用于将所述磁流导体吸附到固定电极附近并使得磁流导体的粒子能更加紧密地彼此靠在一起防止磁流导体在所述活动电极运动时运动力的作用下四处分散，从而增大磁流导体整体作为导体时与其它电极的接触面积和导电能力。

3、优选地，所述磁流导体活动导电装置，以动密封结构来防止磁流导体泄露或被氧化。

4、优选地，所述磁流导体活动导电装置，还包含润滑物质，用于增大所述磁流导体的流动性，减小所述磁流导体与所述固定电极间的摩擦。

5、优选地，所述包含的润滑物质为石墨，且当所述的磁流导体为金属材质且被电弧氧化时，所述石墨能够作为还原剂同样在电弧的作用下将已被氧化的金属材质的磁流导体的氧化物还原为单质金属。

6、优选地，所述磁流导体活动导电装置，所述容器中，还包含气体保护装置或液体保护装置，用于防止所述磁流导体被氧化或用于增大装置的整体散热能力。

7、本发明所提供一种磁流导体活动导电装置，由于采用磁流体导电材料作为动态导电组件，以“流体-固体”活动界面代替传统的“固体-固体”活动界面，由此而带来一些显著的优势——由于磁流导体有很好的流动性和铺展性，在磁力的作用下磁流导体微粒间保持紧密接触，从而使得磁流导体与固定电极保持良好的动态接触，保证了磁流导体作为导体时有足够的接触面积，这使得传电的过程平稳高效；而且，活动阻力主要来自磁流导体的内摩擦力，相较于原固体组件（比如碳刷）可以降低的磨损和运动阻力，发热、粉尘、震动、噪音等问题也很大程度上得到解决，且相较于液体金属活动导电装置，采用磁流导体作为活动导电装置的介质，温度适应区间广，价格低廉，且不需要过密封来防止液体漏出，对密封的要求更低、可靠性更高。

8、针对背景技术中第二部分所揭示的问题，本发明提供了一种软电刷电动机，旨在提高有刷电机的效率和寿命，同时提高电动机的控制精度和稳定性；包含：

9、定子、转子和电刷组件，有如下几种构成：

10、a. 定子包括一个定子铁芯和定子绕组，定子铁芯由导磁材料构成，定子绕组包括一个或多个线圈，每个线圈分别连接至电源的正极或负极；

11、b. 转子包括一个转子铁芯和转子绕组，转子铁芯由导磁材料构成，转子绕组包括一个或多个线圈，每个线圈分别连接至电源的正极或负极；

12、还包含一个或多个电刷组件，用于控制转子绕组的电流方向，其特征在于，所述电刷组件为软电刷换向组件，所述软电刷换向组件包含固定件和运动件，所述运动件和所述固定件同轴且可旋转的布置，所述运动件和所述固定件上均设置有一个或多个电极，所述运动件上的电极连接转子绕组的正极或负极，所述固定上的电极连接电源的正极或负极，所述固定件和所述运动件构成一个容器，所述容器内填充有所述磁流导体，所述磁流导体能够导通所述固定件上的电极和所述运动件上的电极。

13、优选地，还包含定位磁体，所述定位磁体的磁力能够将所述磁流导体吸附到固定电极附近并使得磁流导体的粒子能更加紧密地彼此靠在一起防止磁流导体在所述运动件运动时离心力的作用下四处分散，从而增大磁流导体整体作为导体时的导电能力。

14、优选地，所述软电刷换向组件，包含第一软电刷换向组件和第二软电刷换向组件，所述第一软电刷换向组件和第二软电刷换向组件同轴地布置，所述第一定位磁体和第二定位磁体分别设置在所述所述第一软电刷换向组件中固定件的电极附近处和第二软电刷换向组件中固定件的电极附近处。

15、优选地，以动密封结构来防止磁流导体泄露或被氧化。

16、优选地，还包含润滑物质，用于增大所述磁流导体的流动性，减小所述磁流导体与所述固定电极间的摩擦。

17、优选地，所述包含的润滑物质为石墨，且当所述的磁流导体为金属材质且被电弧氧化时，所述石墨能够作为还原剂同样在电弧的作用下将已被氧化的金属材质的磁流导体的氧化物还原为单质金属。

18、优选地，所述容器中，还包含气体保护装置或液体保护装置，用于防止所述磁流导体被氧化或用于增大装置的整体散热能力。

19、优选地，还包含行星齿轮变速组件。

20、优选地，还包含磁场屏蔽罩。

21、本发明所提供的一种软电刷电动机，磁流导体在磁力的作用下紧紧的结合在一起且具有很好的流动性，能够使得电动机的转子在高速旋转时，依然能够导通电极和进行电流换向，且使用寿命高，控制精度好，具备很好的应用前景。

22、针对背景技术中第三部分所揭示的问题，本发明提供了一种软电刷发电机，旨在提高有刷发电机的效率和寿命，同时降低维护成本和响应时间，包含：

23、定子、转子和电刷组件，有如下几种构成：

24、a. 定子包括一个定子铁芯和定子绕组，定子铁芯由导磁材料构成，定子绕组包括一个或多个线圈，每个线圈分别连接至电源的正极或负极；

25、b. 转子包括一个转子铁芯和转子绕组，转子铁芯由导磁材料构成，转子绕组包括一个或多个线圈，每个线圈分别连接至电源的正极或负极；

26、还包含一个或多个电刷组件，用于控制转子绕组的电流方向，其特征在于，所述电刷组件为软电刷换向组件，所述软电刷换向组件包含固定件和运动件，所述运动件和所述固定件同轴且可旋转的布置，所述运动件和所述固定件上均设置有一个或多个电极，所述运动件上的电极连接转子绕组的正极或负极，所述固定上的电极连接电源的正极或负极，所述固定件和所述运动件构成一个容器，所述容器内填充有所述磁流导体，所述磁流导体能够导通所述固定件上的电极和所述运动件上的电极。

27、优选地，还包含定位磁体，所述定位磁体的磁力能够将所述磁流导体吸附到固定电极附近并使得磁流导体的粒子能更加紧密地彼此靠在一起防止磁流导体在所述运动件运动时离心力的作用下四处分散，从而增大磁流导体整体作为导体时的导电能力。

28、优选地，所述软电刷换向组件，包含第一软电刷换向组件和第二软电刷换向组件，所述第一软电刷换向组件和第二软电刷换向组件同轴地布置，所述第一定位磁体和第二定位磁体分别设置在所述所述第一软电刷换向组件中固定件的电极附近处和第二软电刷换向组件中固定件的电极附近处。

29、优选地，以动密封结构来防止磁流导体泄露或被氧化。

30、优选地，还包含润滑物质，用于增大所述磁流导体的流动性，减小所述磁流导体与所述固定电极间的摩擦。

31、优选地，所述包含的润滑物质为石墨，且当所述的磁流导体为金属材质且被电弧氧化时，所述石墨能够作为还原剂同样在电弧的作用下将已被氧化的金属材质的磁流导体的氧化物还原为单质金属。

32、优选地，所述容器中，还包含气体保护装置或液体保护装置，用于防止所述磁流导体被氧化或用于增大装置的整体散热能力。

33、优选地，所述磁流导体，为钐钴合金粉末，还包含部分石墨。

34、本发明所提供的一种软电刷发电机，磁流导体在磁力的作用下紧紧的结合在一起且具有很好的流动性，能够使得发电机的转子在高速旋转时，依然能够导通电极输出所发电能，同时降低维护成本和响应时间，具备很好的应用前景。

35、针对背景技术中第四部分所揭示的问题，本发明还提供一种带轮毂电池的电动自行车，包含：

36、壳体组件，用于安装各零件，包括：轮毅和轮毅端盖，其中，所述轮毅与所述轮毅端盖适配安装，并于二者之间形成容纳腔；

37、储能组件，用于储存电能，设置于所述壳体组件中，包括：电池，所述电池设置于所述壳体组件中的容纳腔中；

38、连接组件，用于连接所述壳体组件和所述储能组件，所述连接组件穿过所述壳体组件和/或所述储能组件，包括：转轴，所述转轴具有引线孔以及引线腔，所述引线孔通过所述引线腔连接所述壳体组件中的容纳腔和外界终端；

39、支撑组件，用于将所述壳体组件支撑于所述连接组件上，所述支撑组件套设于所述连接组件上，且支撑所述壳体组件，包括：轴承或类轴承结构，其套设于所述连接组件中的转轴上，且与所述壳体组件中的轮毅端盖抵紧；

40、其特征在于，还包含磁流导体活动导电装置，所述第一磁流导体活动导电装置的第一端与所述储能组件中电池的充放电引出线的正极连接，所述第一磁流导体活动导电装置的第二端最终经由所述连接组件中转轴的引线孔以及引线腔而与所述壳体组件外的外界终端连接，所述第二磁流导体活动导电装置的第一端与所述储能组件中电池的充放电引出线的负极连接，所述第二磁流导体活动导电装置的第二端最终经由所述连接组件中转轴的引线孔以及引线腔而与所述壳体组件外的外界终端连接。

41、本发明所提供的一种带轮毂电池的电动自行车，在轮毂中安装了电池，且能够保证车轮毂在高速转动时，轮毂中所安置的电池能够通过轮毂轴上所设置的过孔和磁流导体活动导电装置将电力传导到给外界的使用端，从而扩大了电动自行车电池的容量，能够为电动自行车的骑行增加里程。