CN110223859B - 基于磁性液体一阶浮力原理的控制开关 - Google Patents

Abstract

本发明一种基于磁性液体一阶浮力原理的控制开关，属于机械工程领域。构成该控制开关包括：绝缘型磁性液体、绝缘容器、导电球多枚、静触块、磁场单元及外部电路。所述静触块包括左静触块和右静触块；所述导电球多枚包括左导电球、右导电球、中间导电球群及补偿导电球群。本发明采用了基于磁性液体一阶浮力原理的控制开关，通过施加磁场单元控制开关通断，各导电球经浮力作用自动补偿静触块的磨损量，大大增强开关接通可靠性，提高开关寿命。本发明基于磁性液体一阶浮力原理的控制开关具有结构新颖、控制方便、性能稳定等优点，为控制电路通断设备提供一种新的选择。

Description

基于磁性液体一阶浮力原理的控制开关

技术领域

本发明涉及电路控制开关设备，更具体地说，它涉及一种基于磁性液体一阶浮力原理的控制开关。

背景技术

传统开关多由机械弹簧、弹片搭配导电触点材料(铜、银等)组成，如已公开的CN204011211U、CN204011194U专利等均采用此类结构。开关经长期按压后，弹簧、弹片弹性减小，触点材料变形磨损严重，导致复位困难、动静触点接触不良，降低了开关使用过程中的可靠性，进而缩短了触点开关的使用寿命。另外传统开关应用广泛，市场占有率高达99％，造成了人们的审美疲劳，缺乏创新性。

磁性液体是一种新型智能材料，是由纳米级的磁性颗粒在表面活性剂的包覆作用下稳定悬浮在基载液中形成稳定的胶体溶液，其将传统固体磁性材料的磁性移植到无定形的液体中，故被称为“磁性液体”。因其超顺磁性以及其在磁场作用下的各向异性，磁性液体表现出其特殊的物理性质，例如磁粘特性、磁光特性等。目前磁性液体在密封、润滑及扬声器散热方面有着相对成熟的商业应用。磁性液体一阶浮力原理是指磁性液体在特定磁场作用下可以将比其密度大的物体悬浮起来。

发明内容

本发明目的是提供一种结构简易、控制方便、可靠性高的基于磁性液体一介浮力原理的控制开关。

本发明所采用的技术方案是：基于磁性液体一阶浮力原理的控制开关，构成该控制开关包括：绝缘型磁性液体、绝缘容器、导电球(多枚)、静触块、磁场单元及外部电路。所述导电球(多枚)包括左导电球、右导电球、中间导电球群及补偿导电球群。所述静触块包括左静触块、右静触块。

构成该控制开关各部分之间连接方式：绝缘型磁性液体乘装在绝缘容器中；导电球放置于磁性液体中；绝缘容器左右侧壁加工阶梯孔；左右阶梯孔大径朝向绝缘容器内侧；左静触块、右静触块与左右阶梯孔间为过盈配合。

绝缘型磁性液体根据使用环境的需要选择不导电的磁性液体，如：煤油基磁性液体、润滑油基磁性液体；

绝缘容器采用非导磁性的绝缘材料，如纤维强化塑料、陶瓷等；

导电球及静触块采用导电性良好但不导磁的材料，如铜、铝、铬等；

磁场单元用于施加在垂直于磁性液体液面具有梯度的磁场，其中靠近容器底部磁场强度高于容器顶部磁场强度，可采用永磁体如圆柱形汝铁硼磁铁，或者由电磁线圈、聚磁铁心组成的电磁铁。

所述绝缘容器中充入适量绝缘型磁性液体；初始状态下左静触块、右静触块分别连接外部电路导线不施加磁场单元；初始状态下，各导电球沉入绝缘容器底部；初始状态下，各导电球受到自身重力及磁性液体的普通浮力作用。

当开关需要从断开状态转为连通状态时，在绝缘容器周围施加磁场单元，容器中从底部至顶部，垂直于磁性液体液面方向的磁场分量逐渐减小，磁性液体受到的磁场力由容器底部向上部递减；在磁场力作用下，导电球上下半球表面形成一个合力向上的压力差，此压差与普通浮力叠加超过导电球的重力，导电球向绝缘容器上部浮起；此时，靠近绝缘容器左壁的导电球与左静触块接触，靠近绝缘容器右壁的导电球与右静触块接触；各导电球之间均有接触；此时左静触块、右静触块间通过导电球完成开关闭合，接通电路。当开关需要从断开状态转为连通状态时，撤离磁场单元，磁性液体的一阶浮力原理消失；各导电球只受到普通浮力及自身重力作用；各导电球沉至绝缘容器底部，左静触块、右静触块间无导体连接，完成电路断开动作。

所述外部电路外接连接电路和其他设备；整个开关工作环境温度处于-40℃～80℃。

本发明和已有技术相比来说具有的有益效果：传统开关寿命多取决于单一触点材质冲击韧性及弹簧(弹片)拉压次数；而本发明采用基于磁性液体一阶浮力原理的控制开关，通过施加磁场单元控制开关通断，各导电球经浮力作用自动补偿静触块的磨损量，大大增强开关接通可靠性，提高开关寿命；同时本基于磁性液体一阶浮力原理的控制开关具有结构新颖、控制方便、性能稳定等优点，为控制电路通断设备提供一种新的选择。

附图说明

图1是基于磁性液体一阶浮力原理的控制开关工作的示意图；

图2是基于磁性液体一阶浮力原理的控制开关断开的示意图。

图1中：左导电球1、左静触块2、绝缘容器3、绝缘型磁性液体4、磁场单元5、中间导电球群6、右静触块7、外部电路8、右导电球9、补偿导电球群10。

具体实施方式

参照图1、图2对本发明基于磁性液体一阶浮力原理的控制开关做进一步说明。

基于磁性液体一阶浮力原理的控制开关，构成该控制开关包括：左导电球1、左静触块2、绝缘容器3、绝缘型磁性液体4、磁场单元5、中间导电球群6、右静触块7、外部电路8、右导电球9、补偿导电球群10。

基于磁性液体一阶浮力原理的控制开关，其放置方式为水平放置；所述绝缘容器4左右侧壁分别加工阶梯孔，左右阶梯孔中心线重合，左右阶梯孔大径朝向容器内部；所述左静触块2、右静触块7分别与左、右阶梯孔过盈配合；所述绝缘型磁性液体4与左导电球1、中间导电球群6、右导电球9、补偿导电球群10置于绝缘容器3中；所述外部电路8与左静触块2、右静触块7相连。

开关工作：在绝缘容器3底部施加磁场单元5，左导电球1、中间导电球群6、右导电球9、补偿导电球群10受到的总浮力大于其自身重力，向绝缘容器3上部移动，其中左导电球1与左静触块2发生点接触，右导电球9与右静触块7发生点接触，中间导电球群6各导电球之间通过点接触连接在一起，中间导电球群6与左导电球1、右导电球9、补偿导电球群10有点接触，此时完成开关闭合动作、外部电路导通。

开关断开：将磁场单元5撤离绝缘容器3，左导电球1、中间导电球群6、右导电球9、补偿导电球群10受到的总浮力小于自身重力，左导电球1、中间导电球群6、右导电球9、补偿导电球群10向绝缘容器3底部移动，左导电球1、中间导电球群6、右导电球9、补偿导电球群10与左静触块2、右静触块7均不发生接触，此时开关完成断开动作，外部电路断开。

本发明的最佳实施例已阐明，由本领域普通技术人员做出的各种变化或改型都不会脱离本发明的范围。

Claims (4)

1.基于磁性液体一阶浮力原理的控制开关，其特征在于：

该控制开关包括：左导电球(1)、左静触块(2)、绝缘容器(3)、绝缘型磁性液体(4)、磁场单元(5)、中间导电球群(6)、右静触块(7)、右导电球(9)、补偿导电球群(10)与外部电路(8)；其特征在于：所述中间导电球群(6)与补偿导电球群(10)均包括多枚导电球；

构成该控制开关各部分之间连接方式：所述绝缘型磁性液体(4)盛装在绝缘容器(3)中，所述左导电球(1)、中间导电球群(6)、右导电球(9)、补偿导电球群(10)放置于绝缘容器(3)中，所述绝缘容器(3)左右侧壁加工阶梯孔，左右阶梯孔大径朝向绝缘容器(3)内侧；所述左静触块(2)、右静触块(7)与左右阶梯孔间为过盈配合；

所述绝缘型磁性液体(4)根据使用环境的需要选择不导电的磁性液体，所述绝缘容器(3)采用非导磁性的绝缘材料，所述左导电球(1)、中间导电球群(6)、右导电球(9)、补偿导电球群(10)及左静触块(2)、右静触块(7)均采用导电性良好但不导磁的材料，所述绝缘容器(3)中充入绝缘型磁性液体(4)；初始状态下，所述左静触块(2)、右静触块(7)分别连接外部电路(8)导线，不施加磁场单元(5)；初始状态下，所述左导电球(1)、中间导电球群(6)、右导电球(9)、补偿导电球群(10)沉入绝缘容器(3)底部；

在绝缘容器(3)底部施加磁场单元(5)，所述左导电球(1)、中间导电球群(6)、右导电球(9)、补偿导电球群(10)向绝缘容器(3)上部浮起；此时，所述左导电球(1)与左静触块(2)具有点接触，所述右导电球(9)与右静触块(7)具有点接触；所述左导电球(1)、中间导电球群(6)、右导电球(9)、补偿导电球群(10)之间通过点接触连接。

2.根据权利要求1所述的基于磁性液体一阶浮力原理的控制开关，其特征在于：

开关工作：在绝缘容器(3)底部施加磁场单元(5)，左导电球(1)、中间导电球群(6)、右导电球(9)、补偿导电球群(10)向绝缘容器(3)上部移动，其中左导电球(1)与左静触块(2)发生点接触，右导电球(9)与右静触块(7)发生点接触，中间导电球群(6)中各导电球之间有点接触，中间导电球群(6)与左导电球(1)、右导电球(9)、补偿导电球群(10)有点接触，此时完成开关闭合动作、外部电路(8)导通；

开关断开：将磁场单元(5)撤离绝缘容器(3)，左导电球(1)、中间导电球群(6)、右导电球(9)、补偿导电球群(10)向绝缘容器(3)底部移动，左导电球(1)、中间导电球群(6)、右导电球(9)、补偿导电球群(10)与左静触块(2)、右静触块(7)均不发生接触，此时开关完成断开动作，外部电路(8)断开。

3.根据权利要求1所述的基于磁性液体一阶浮力原理的控制开关，其特征在于：

所述外部电路(8)外接连接电路和其他设备。

4.根据权利要求1所述的基于磁性液体一阶浮力原理的控制开关，其特征在于：

整个开关工作环境温度处于-40℃～80℃。

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