一种基于液态金属驱动的旋转电机制造技术

本发明专利技术公开一种基于液态金属驱动的旋转电机，包括定子模块、转子模块、供电模块、轴承，其中定子模块由上电机框架、下电机框架，环形水槽构成。上电机框架和下电机框架为液态金属驱动的旋转电机提供结构支撑；环形水槽的外圈水槽内装有电解质溶液为转子模块中的液态金属液滴提供溶液环境。转子模块由电机转轴、转子框架、石墨电极、液态金属液滴组成。转子框架上的液态金属存储腔内的液态金属液滴在石墨电极提供的驱动电场作用下向高电势方向移动，推动电机转轴转动。供电模块为嵌入在电机内部的双通路液态金属导电滑环，实现电机的外部供电。本发明专利技术中的液态金属驱动的旋转电机是一种新型高效低成本的扭矩输出设备，具有广泛的适用性与通用性，尤其在转子堵转的情况下不会出现转子线圈过热而烧毁电机。

【技术实现步骤摘要】
一种基于液态金属驱动的旋转电机
本专利技术属于机电设备
，涉及一种连续扭矩输出设备，具体为基于液态金属驱动的旋转电机，能够连续的将电能转化成旋转机械能。
技术介绍
电机是机电设备的核心，在社会发展中有着广泛应用。目前最广泛的电驱动方式是电磁驱动，利用通用导线在磁场中受力的原理将电能转换成机械能。但是电磁电机需要复杂的电流换向机构或者电路控制系统，并且在转子框架发生堵转时，电机会因此过热甚至烧毁。另外传统电机中，静电电机是一种通过电荷之间的库仑力实现转子转动的电机，其具有结构简单，空载转速高的特点，在微机电系统中具有广泛的应用。但静电电机输出功率小，启动难，供电电压高等缺点也极大的限制了其应用与发展。电激励材料作为智能材料为电驱动器的研发提供了新的选择，例如压电电机，形状记忆合金电机，电活性聚合物。压电电机利用逆压电原理，将电能转化为机械能，目前在数码相机、医疗设备等领域已经有成功应用的案例。但是效率低、输出扭矩受结构限制，使用寿命较短。形状记忆合金电机是通过一定结构将形状记忆合金的直线变形转换成转子转动。受形状记忆合金热传导效率的影响，SMA电机具有转速过低的缺点。电活性聚合物电机是利用电活性聚合物在电刺激下产生收缩或膨胀的特性实现将电能转化为机械能的电机。但是电聚合物具有使用寿命较短，驱动电压过高的缺点。因此发展一款结构简单，轻便，适用性广，驱动效率高，不易损坏的电机越发重要。而最近出现的液态金属电场驱动为新型电机的研究与发展提供了新的思路。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于液态金属驱动的旋转电机，具有结构简单、轻便，通用性强，效率高，不会因为转子堵转而引起电机过热烧毁的新型电机，为设计新型电机设备提供了全新的思路，对液态金属的应用研究亦具有重要的意义。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于液态金属驱动的旋转电机，包括：定子模块、转子模块和供电模块；所述定子模块包括上电机框架、下电机框架和环形水槽；所述转子模块包括转子框架、石墨电极和电机转轴，转子框架固定在电机转轴上，通过滚珠轴承使转子模块整体安装在定子模块内，并且转子模块相对定子模块自由旋转；所述供电模块为嵌入在旋转电机内部的双通路的液态金属导电滑环，所述液态金属导电滑环分为上层导电滑环和下层导电滑环，上层导电滑环由上层导电滑环定子、上层导电滑环定子电极、上层导电滑环中的液态金属、上层导电滑环转子电极和转子框架圆心处上方的圆环形水槽构成；下层导电滑环由转子框架圆心处下方的管状凸台、下层导电滑环转子电极、下层导电滑环中的液态金属、下层导电滑环定子电极和环形水槽的内圈水槽构成；所述环形水槽固定在下电机框架内，且环形水槽的外圈水槽内装有电解质溶液，为液态金属存储腔中的液态金属的液滴驱动提供溶液环境；转子框架为运动单元，其上有多个浸没在环形水槽的外圈水槽内的液态金属存储腔，所述液态金属存储腔内的液态金属的液滴在电场作用下推动转子框架转动；每个液态金属存储腔的外表面分别搭载有两个石墨电极，每个液态金属存储腔上的石墨电极沿转子框架的旋转方向布置，通过液态金属导电滑环向石墨电极接入外部直流电源，为液态金属存储腔内的液态金属提供独立的驱动电场，驱动基于液态金属驱动的旋转电机持续旋转。所述定子模块中的上电机框架为内部有十字框架的圆环结构，下电机框架为底部有十字框架的桶形框架，共同组成液态金属驱动的旋转电机的圆柱形框架，为转子框架输出旋转运动提供结构支撑。所述上电机框架和下电机框架采用轻质材料，所述轻质材料为铝合金和光敏树脂，提供足够的结构强度，同时减轻电机自重；上电机框架和下电机框架的使用的材料及尺寸根据工作需求进行调整，如果需要轻量紧凑的工作要求时，上电机框架和下电机框架采用更为轻的光敏树脂，其尺寸相应减小。所述环形水槽为光敏树脂3D打印加工，满足绝缘与轻量的要求，所述环形水槽包括两个环形的水槽和一个内孔，两个环形的水槽分别为环形水槽的外圈水槽和环形水槽的内圈水槽；环形水槽的外圈水槽用于装载电解质溶液为液态金属液滴驱动提供溶液环境；环形水槽的内圈水槽底部固定有下层导电滑环定子电极，下层导电滑环定子电极为金属铜片制作的环形结构，并且环形水槽的内圈水槽内注入有电解质溶液和液态金属。所述上层导电滑环定子为光敏树脂3D打印加工的管状结构，上层导电滑环定子固定在上电机框架圆心处，底部固定有上层导电滑环定子电极，上层导电滑环定子电极为金属铜片制作的环形结构。所述转子框架为光敏树脂3D打印加工,转子框架沿圆周均匀分有多个浸没在环形水槽的外圈水槽内的液态金属存储腔的圆盘结构，转子框架的圆心处上方有一圆环形水槽，下方有一管状凸台，每个液态金属存储腔的顶部留有空隙用于调节液态金属存储腔的腔室内外压强大小，且每个液态金属存储腔的外表面分别搭载有两个石墨电极，每个液态金属存储腔上的石墨电极沿转子框架的旋转方向布置，为存储腔内的液态金属提供独立的驱动电场；所述转子框架圆心处上方的圆环形水槽底部固定有上层导电滑环转子电极，上层导电滑环转子电极为金属铜片制作的环形结构，且转子框架圆心处上方的圆环形水槽内注入有液态金属和电解质溶液；所述管状凸台底部固定有下层导电滑环转子电极，下层导电滑环转子电极为金属铜片制作的环形结构。所述上层导电滑由上层导电滑环定子、上层导电滑环定子电极、转子框架圆心处上方的圆环形水槽、上层导电滑环转子电极、上层导电滑环中的液态金属、电解质溶液组成；上层导电滑环定子与转子框架圆心处上方的圆环形水槽底部留有间隙，使得上层导电滑环定子与转子框架相对转动且上层导电滑环定子电极和上层导电滑环转子电极间上层导电滑环中的液态金属；由于液态金属具有液体的流体特性和金属材料的良导电性，因此既实现上层导电滑环定子与转子框架的相对转动，又保证上层导电滑环定子电极和上层导电滑环转子电极间的电路连通。所述下层导电滑由环形水槽的内圈水槽、下层导电滑环定子电极、转子框架圆心处下方的管状凸台、下层导电滑环转子电极、下层导电滑环中的液态金属、电解质溶液组成；转子框架圆心处下方的管状凸台与环形水槽的内圈水槽底部留有间隙，使得环形水槽与转子框架相对转动且下层导电滑环定子电极和下层导电滑环转子电极间存储有下层导电滑环中的液态金属；由于液态金属具有液体的流体特性和金属材料的良好的导电性(电导率为3.4*107S.m-1)，既实现环形水槽与转子框架的相对转动，又保证下层导电滑环定子电极和下层导电滑环转子电极间的电路连通。所述转子框架上的每个液态金属存储腔上的两个石墨电极通过铜导线分别与上层导电滑环转子电极和下层导电滑环转子电极相连，并且上层导电滑环转子电极相连的石墨电极与下层导电滑环转子电极相连的石墨电极呈间隔分布；上层导电滑环的定子电极和下层导电滑环的定子电极分别与外部直流电源相连接，实现对基于液态金属驱动的旋转电机的持续供电。所述上层导电滑环定子电极、上层导电滑环转子电极、下层导电滑环定子电极、下层导电滑环转子电极的表面需进行电润湿处理，使表面黏附上液态金属，提高上层导电滑环和下层导电滑环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于液态金属驱动的旋转电机，其特征在于，包括：定子模块、转子模块和供电模块；所述定子模块包括上电机框架、下电机框架和环形水槽；所述转子模块包括转子框架、石墨电极和电机转轴，转子框架固定在电机转轴上，通过滚珠轴承使转子模块整体安装在定子模块内，并且转子模块相对定子模块自由旋转；所述供电模块为嵌入在旋转电机内部的双通路的液态金属导电滑环，所述液态金属导电滑环分为上层导电滑环和下层导电滑环，上层导电滑环由上层导电滑环定子、上层导电滑环定子电极、上层导电滑环中的液态金属、上层导电滑环转子电极和转子框架圆心处上方的圆环形水槽构成；下层导电滑环由转子框架圆心处下方的管状凸台、下层导电滑环转子电极、下层导电滑环中的液态金属、下层导电滑环定子电极和环形水槽的内圈水槽构成；所述环形水槽固定在下电机框架内，且环形水槽的外圈水槽内装有电解质溶液，为液态金属存储腔中的液态金属的液滴驱动提供溶液环境；转子框架为运动单元，其上有多个浸没在环形水槽的外圈水槽内的液态金属存储腔，所述液态金属存储腔内的液态金属的液滴在电场作用下推动转子框架转动；每个液态金属存储腔的外表面分别搭载有两个石墨电极，每个液态金属存储腔上的石墨电极沿转子框架的旋转方向布置，通过液态金属导电滑环向石墨电极接入外部直流电源，为液态金属存储腔内的液态金属提供独立的驱动电场，驱动基于液态金属驱动的旋转电机持续旋转。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于液态金属驱动的旋转电机，其特征在于，包括：定子模块、转子模块和供电模块；所述定子模块包括上电机框架、下电机框架和环形水槽；所述转子模块包括转子框架、石墨电极和电机转轴，转子框架固定在电机转轴上，通过滚珠轴承使转子模块整体安装在定子模块内，并且转子模块相对定子模块自由旋转；所述供电模块为嵌入在旋转电机内部的双通路的液态金属导电滑环，所述液态金属导电滑环分为上层导电滑环和下层导电滑环，上层导电滑环由上层导电滑环定子、上层导电滑环定子电极、上层导电滑环中的液态金属、上层导电滑环转子电极和转子框架圆心处上方的圆环形水槽构成；下层导电滑环由转子框架圆心处下方的管状凸台、下层导电滑环转子电极、下层导电滑环中的液态金属、下层导电滑环定子电极和环形水槽的内圈水槽构成；所述环形水槽固定在下电机框架内，且环形水槽的外圈水槽内装有电解质溶液，为液态金属存储腔中的液态金属的液滴驱动提供溶液环境；转子框架为运动单元，其上有多个浸没在环形水槽的外圈水槽内的液态金属存储腔，所述液态金属存储腔内的液态金属的液滴在电场作用下推动转子框架转动；每个液态金属存储腔的外表面分别搭载有两个石墨电极，每个液态金属存储腔上的石墨电极沿转子框架的旋转方向布置，通过液态金属导电滑环向石墨电极接入外部直流电源，为液态金属存储腔内的液态金属提供独立的驱动电场，驱动基于液态金属驱动的旋转电机持续旋转。


2.根据权利要求1所述的基于液态金属驱动的旋转电机，其特征在于：所述定子模块中的上电机框架为内部有十字框架的圆环结构，下电机框架为底部有十字框架的桶形框架，共同组成液态金属驱动的旋转电机的圆柱形框架，为转子框架输出旋转运动提供结构支撑。


3.根据权利要求1或2所述的基于液态金属驱动的旋转电机，其特征在于：所述上电机框架和下电机框架采用轻质材料，所述轻质材料为铝合金和光敏树脂，提供足够的结构强度，同时减轻电机自重；上电机框架和下电机框架的使用的材料及尺寸根据工作需求进行调整，如果需要轻量紧凑的工作要求时，上电机框架和下电机框架采用更为轻的光敏树脂，其尺寸相应减小。


4.根据权利要求1所述的基于液态金属驱动的旋转电机，其特征在于：所述环形水槽为光敏树脂3D打印加工，满足绝缘与轻量的要求，所述环形水槽包括两个环形的水槽和一个内孔，两个环形的水槽分别为环形水槽的外圈水槽和环形水槽的内圈水槽；环形水槽的外圈水槽用于装载电解质溶液为液态金属液滴驱动提供溶液环境；环形水槽的内圈水槽底部固定有下层导电滑环定子电极，下层导电滑环定子电极为金属铜片制作的环形结构，并且环形水槽的内圈水槽内注入有电解质溶液和液态金属。


5.根据权利要求1所述的基于液态金属驱动的旋转电机，其特征在于：所述上层导电滑环定子为光敏树脂3D打印加工的管状结构，上层导电滑环定子固定在上电机框架圆心处，底部固定有上层导电滑环定子电极，上层导电滑环定子电极为金属铜片制作的环形结构。


6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：张世武，王二龙，舒健，金虎，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34