本發(fā)明涉及一種多路旋轉(zhuǎn)電連接器，尤其是涉及一種磁流體微型多路旋轉(zhuǎn)電連接器及其設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

旋轉(zhuǎn)電連接器是其輸入端和輸出端可繞公共軸轉(zhuǎn)動，并能保證電路連接的連接器，通常應(yīng)用在汽車轉(zhuǎn)向裝置、深井鉆機(jī)、cnc床等設(shè)備中。在旋轉(zhuǎn)連接器中，最為常見的形式是機(jī)械結(jié)構(gòu)式，即通過固定外筒體和具有內(nèi)筒體的可轉(zhuǎn)動體同軸配置，并將帶狀電纜容納并卷繞在這些外筒體和內(nèi)筒體之間劃分出的容納空間內(nèi)，來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)電路連接的。這種旋轉(zhuǎn)連接器用作汽車的轉(zhuǎn)向裝置那樣旋轉(zhuǎn)數(shù)有限的把手上所安裝的安全氣囊充氣機(jī)等的電連接單元。上述帶狀電纜是絕緣膜中承載有導(dǎo)體的帶狀體，常見的有將該帶狀電纜卷繞成螺旋狀的螺旋型和在中途反轉(zhuǎn)并卷繞的反轉(zhuǎn)型，但后者的反轉(zhuǎn)型能夠顯著縮短帶狀電纜的長度，在一定程度上縮小了旋轉(zhuǎn)連接器的尺寸。

現(xiàn)有技術(shù)的主要旋轉(zhuǎn)電路連接器主要靠帶狀電纜或軸瓦的同軸布置，但這種形式造成電連接器內(nèi)部電纜和軸瓦在通電狀況下不斷摩擦，這樣極易發(fā)熱，產(chǎn)生電火花，嚴(yán)重影響電連接器的性能，并可能產(chǎn)生危險事故的發(fā)生。另外，當(dāng)前的電連接器一般都是單路連接，多路旋轉(zhuǎn)的主要依靠電纜之間的絕緣層來實現(xiàn)，一是這種實現(xiàn)方式容易勞損而造成不耐用和連接不可靠的問題，二是這樣的結(jié)構(gòu)需要的加工成本較高，導(dǎo)致整個電連接器的成本驟然升高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種磁流體微型多路旋轉(zhuǎn)電連接器及其設(shè)計方法，以解決現(xiàn)有的機(jī)械結(jié)構(gòu)式電連接器連接不可靠、工作環(huán)境要求較多、多路連接成本較高的問題。

為了實現(xiàn)上述的目的，采用如下的技術(shù)方案。一種磁流體微型多路旋轉(zhuǎn)電連接器，包括外殼、兩個端蓋、兩個分線合線盤、兩個轉(zhuǎn)子和導(dǎo)電磁流體，所述兩個端蓋分別設(shè)置在所述外殼兩端，所述外殼與所述端蓋閉合形成內(nèi)腔，所述端蓋開設(shè)有通孔，所述兩個分線合線盤分別設(shè)置在所述兩個端蓋上，所述分線合線盤包括分線端和合線端，所述分線端設(shè)置在所述內(nèi)腔里，所述合線端穿過所述通孔設(shè)置在所述內(nèi)腔外，所述兩個轉(zhuǎn)子分別設(shè)置在所述兩個分線合線盤的分線端，所述轉(zhuǎn)子上設(shè)置有轉(zhuǎn)瓦或轉(zhuǎn)筒，所述兩個轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)瓦或轉(zhuǎn)筒互相交替插入，所述轉(zhuǎn)瓦或轉(zhuǎn)筒內(nèi)設(shè)置有產(chǎn)生軸向磁場的線圈，所述導(dǎo)電磁流體為帶有導(dǎo)電顆粒的磁流體，所述導(dǎo)電磁流體設(shè)置在所述兩個轉(zhuǎn)子之間的間隙內(nèi)。外殼主要作為旋轉(zhuǎn)電連接器的外部固定件和支撐件。端蓋用于封閉內(nèi)部空間。分線合線盤主要用于輸入時將各路電纜分開到各層轉(zhuǎn)瓦或轉(zhuǎn)筒上，輸出時保持各路電纜獨立的同時將轉(zhuǎn)瓦或轉(zhuǎn)筒上的各個電纜匯合成一股。兩個轉(zhuǎn)子主要用于實現(xiàn)相對旋轉(zhuǎn)，并在旋轉(zhuǎn)過程中保持其各個電纜的獨立連接。導(dǎo)電磁流體主要用于控制電路的閉合和斷開，磁流體中的導(dǎo)電顆粒在一定的磁場作用下，會出現(xiàn)沿磁感線方向呈線性自組裝特性，能夠?qū)崿F(xiàn)通電導(dǎo)電，因此可以通過控制磁場改變磁性流體的狀態(tài)來實現(xiàn)電路閉合、斷開。工作時，轉(zhuǎn)瓦或轉(zhuǎn)筒產(chǎn)生軸向磁場，導(dǎo)電磁流體中的導(dǎo)電顆粒根據(jù)磁場方向組裝成鏈，使兩個轉(zhuǎn)子互相對應(yīng)的轉(zhuǎn)瓦或轉(zhuǎn)筒連通，電流從一個分線合線盤的合線端輸入，經(jīng)過分線端，再經(jīng)過轉(zhuǎn)瓦或轉(zhuǎn)筒，由導(dǎo)電顆粒進(jìn)入另一分線合線盤的轉(zhuǎn)瓦或轉(zhuǎn)筒，經(jīng)過分線端后從合線端輸出。

所述導(dǎo)電顆粒為微納米導(dǎo)電顆粒，所述磁流體為感溫絕緣磁性流體，所述導(dǎo)電顆粒與所述磁流體通過保持劑保持均勻混合狀態(tài)。

所述導(dǎo)電顆粒為非磁性顆粒，所述非磁性顆粒為納米級銅粉、納米級鋁粉、納米級銀粉、納米級銀線或碳納米管。

所述感溫絕緣磁流體為水基、油基、酯基或氟醚油磁流體。選用時綜合考慮流體粘度、壓力和經(jīng)濟(jì)性來選擇不同磁化強(qiáng)度的磁流體，磁化強(qiáng)度越高，磁流體固體特性越明顯。

所述端蓋設(shè)置有端蓋密封永磁鐵和軸向密封永磁鐵，所述端蓋密封永磁鐵設(shè)置在所述端蓋與所述外殼的連接處，所述軸向密封永磁鐵設(shè)置在所述通孔處。端蓋密封永磁鐵用于防止導(dǎo)電磁流體從端蓋與外殼的連接處泄露。軸向密封永磁鐵用于防止導(dǎo)電磁流體從端蓋與分線合線盤的連接處泄露。該結(jié)構(gòu)提高了密封性，主要利用了磁流體在磁場作用下的磁粘性增大的特性，對于水基磁流體來講，永磁鐵的磁場強(qiáng)度應(yīng)大于0.1t（特斯拉）。常用的材料有釹鐵硼永磁鐵、鐵氧體永磁鐵。

所述端蓋密封永磁鐵與所述外殼之間設(shè)置有0.02至0.2毫米的間隙，所述軸向密封永磁鐵與所述分線合線盤之間設(shè)置有0.02至0.2毫米的間隙。

所述轉(zhuǎn)子為表面鍍有絕緣材料的永磁鐵或電磁鐵，所述轉(zhuǎn)瓦或轉(zhuǎn)筒為導(dǎo)電材料。如電連接器不需要帶有開關(guān)功能，則轉(zhuǎn)子可使用永磁鐵，如釹鐵硼永磁鐵、鐵氧體永磁鐵等。如果需要通斷功能則轉(zhuǎn)子應(yīng)采用電磁鐵，此時分線合線盤上應(yīng)多出兩路電路用于控制電磁鐵線圈的電流通斷。

一種磁流體微型多路旋轉(zhuǎn)電連接器的設(shè)計方法，包括以下步驟：

s1配置導(dǎo)電磁流體，進(jìn)行實驗測量在設(shè)計磁場強(qiáng)度下組裝成鏈率80%以上的鏈長度l；

s2設(shè)計分線合線盤端子，如獨立電路數(shù)目為n個，不需要開關(guān)功能則端子數(shù)為n個，需要開關(guān)功能則端子數(shù)為n+2個；

s3設(shè)計轉(zhuǎn)子，兩個轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)瓦或轉(zhuǎn)筒有同軸關(guān)系，轉(zhuǎn)瓦或轉(zhuǎn)筒的層數(shù)等于端子數(shù)n；

s4根據(jù)轉(zhuǎn)子的直徑設(shè)計外殼和端蓋；

s5將兩個轉(zhuǎn)子分別與兩個分線合線盤裝配，再將兩個轉(zhuǎn)子互相裝配，置于外殼中，用導(dǎo)電磁流體填滿兩個轉(zhuǎn)子之間的間隙，并安裝端蓋。

步驟s4還包括：在端蓋上開設(shè)端蓋密封永磁鐵安裝槽和軸向密封永磁鐵安裝槽，安裝端蓋密封永磁鐵和軸向密封永磁鐵，測試防泄漏特性。

步驟s5兩個轉(zhuǎn)子互相裝配后，轉(zhuǎn)瓦或轉(zhuǎn)筒的間距d根據(jù)步驟s1的鏈長度l確定，間距d取值范圍為l/4<d<l。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：（1）本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計緊湊，各部分相對獨立，方便維護(hù)和檢修；（2）本發(fā)明具有良好互換性、可以實現(xiàn)模塊化、系列化和快速設(shè)計；（3）本發(fā)明對工作環(huán)境無特殊要求，能夠適應(yīng)各種特殊環(huán)境；（4）本發(fā)明利用磁性流體自身特性，可以適應(yīng)高速旋轉(zhuǎn)；（5）本發(fā)明對連接段的長度尺寸無特殊要求，可以做的很小，轉(zhuǎn)瓦或轉(zhuǎn)筒之間的縫隙可以小到50μm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，加工成本較低，同時磁流體又具有良好的密封、散熱和潤滑性能，可應(yīng)用于灰塵、水下等極端環(huán)境，極大地提高了電連接器的響應(yīng)速度、穩(wěn)定性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的立體剖視圖；

圖2為本發(fā)明的平面剖視圖；

圖3為本發(fā)明的分線合線盤的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的兩個轉(zhuǎn)子互相裝配后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明的轉(zhuǎn)瓦的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明的轉(zhuǎn)筒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明的導(dǎo)電磁流體在顯微鏡下磁組裝的示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，包括外殼1、兩個端蓋2、兩個分線合線盤3兩個轉(zhuǎn)子4和導(dǎo)電磁流體。兩個端蓋2分別設(shè)置在外殼1兩端，外殼1與端蓋2閉合形成內(nèi)腔，端蓋2開設(shè)有通孔，兩個分線合線盤3分別設(shè)置在兩個端蓋2上。如圖3所示，分線合線盤3包括分線端31和合線端32，分線端31設(shè)置在內(nèi)腔里，合線端32穿過通孔設(shè)置在內(nèi)腔外。兩個轉(zhuǎn)子4分別設(shè)置在兩個分線合線盤3的分線端31，轉(zhuǎn)子4上設(shè)置有轉(zhuǎn)瓦或轉(zhuǎn)筒5，兩個轉(zhuǎn)子4上的轉(zhuǎn)瓦或轉(zhuǎn)筒5互相交替插入，如圖4所示，轉(zhuǎn)瓦或轉(zhuǎn)筒5內(nèi)設(shè)置有產(chǎn)生軸向磁場的線圈。轉(zhuǎn)瓦的結(jié)構(gòu)如圖5所示，轉(zhuǎn)筒的結(jié)構(gòu)如圖6所示。導(dǎo)電磁流體為帶有導(dǎo)電顆粒的磁流體，導(dǎo)電磁流體設(shè)置在兩個轉(zhuǎn)子4之間的間隙內(nèi)。

導(dǎo)電顆粒為微納米導(dǎo)電顆粒，磁流體為感溫絕緣磁性流體，導(dǎo)電顆粒與磁流體通過保持劑保持均勻混合狀態(tài)。導(dǎo)電顆粒為非磁性顆粒，非磁性顆粒為納米級銅粉、納米級鋁粉、納米級銀粉、納米級銀線或碳納米管。

端蓋2設(shè)置有端蓋密封永磁鐵6和軸向密封永磁鐵7，端蓋密封永磁鐵6設(shè)置在端蓋2與外殼1的連接處，軸向密封永磁鐵7設(shè)置在通孔處，即端蓋2與分線合線盤3的連接處。端蓋密封永磁鐵6與外殼1之間設(shè)置有0.02至0.2毫米的間隙，軸向密封永磁鐵7與分線合線盤3之間設(shè)置有0.02至0.2毫米的間隙。轉(zhuǎn)子4為表面鍍有絕緣材料的永磁鐵或電磁鐵，轉(zhuǎn)瓦或轉(zhuǎn)筒5為導(dǎo)電材料。

本發(fā)明的電連接器，可以根據(jù)不同的實際需求進(jìn)行快速設(shè)計，包括以下步驟：

第一步：根據(jù)微納米級導(dǎo)電顆粒的物理化學(xué)性質(zhì)選用不同基質(zhì)的絕緣磁流體，一般常用感溫絕緣磁流體，因為感溫絕緣磁流體混合液具有良好的散熱性，常用的感溫絕緣磁流體有水基、油基、酯基和氟醚油等磁流體，選用時綜合考慮實驗流體粘度和經(jīng)濟(jì)性來選擇不同磁化強(qiáng)度的磁流體；

第二步：對所配置批次的帶有導(dǎo)電顆粒的磁流體進(jìn)行磁組裝實驗，通過實驗測量在設(shè)計磁場強(qiáng)度下組裝成鏈率80%以上的鏈長度l，如圖7所示；

第三步：根據(jù)電連接器需求（如：是否需要開關(guān)功能，獨立的電路數(shù)目）設(shè)計分線合線盤端子，如獨立電路數(shù)目為n個（n≥1），不需要開關(guān)功能則端子數(shù)為n，需要開關(guān)功能則端子數(shù)為n+2個；

第四步：根據(jù)分線合線盤的端子數(shù)設(shè)計帶有轉(zhuǎn)瓦或轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子中的轉(zhuǎn)瓦或轉(zhuǎn)筒有如圖4所示的同軸關(guān)系，轉(zhuǎn)瓦或轉(zhuǎn)筒的層數(shù)等于端子數(shù)n，如圖5所示為六層轉(zhuǎn)瓦，如圖6所示為六層轉(zhuǎn)筒；

第五步：根據(jù)轉(zhuǎn)子的直徑設(shè)計電連接器外殼和端蓋，在端蓋上開端蓋密封永磁鐵和軸向密封永磁鐵安裝槽，安裝永磁鐵，并測試其防泄漏特性；

第六步：先將轉(zhuǎn)子分別與分線合線盤裝配，再將兩個轉(zhuǎn)子裝配，兩個轉(zhuǎn)子互相裝配后，轉(zhuǎn)瓦或轉(zhuǎn)筒的間距d根據(jù)第一步的鏈長度l確定，間距d取值范圍為l/4<d<l，后置于外殼中，用導(dǎo)電磁流體填滿兩個轉(zhuǎn)子之間的間隙，并安裝端蓋，如圖1、圖2所示；

第七步：在初次裝配后，需要進(jìn)行通電實驗，確保裝配的有效性。