CN101319695B - 磁流变液软启动装置 - Google Patents
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Abstract
一种磁流变液软启动装置，包括与主动轴连为一体的主动法兰盘，主动法兰盘上固定连接有多个同心的主动环，主动环与多个同心的从动环互相嵌套布置，从动环与主动环间留有充满作为动力传递介质磁流液体的间隙；从动环与从动轴、从动法兰及右端盖连为一体，主动轴与从动轴之间有保证其同心的定位轴承；从动轴上设有励磁线圈和受电装置，励磁线圈通过受电装置接收外部的直流供电。该装置通过其自身的旋转实现风扇散热，其结构简单，体积小，传递力矩大，散热性能较好，使用寿命长，具有广泛的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁流变液软启动装置，尤其适用于大功率设备的可控起动，也适用于调节多个电动机驱动单台设备时的功率分配，还适用于对机构的过载保护。
背景技术
机械装置一般是直接通电启动，在启动的时候极易产生机械冲击，对机械装置的寿命影响较大，同时启动电流是额定工作电流的6～8倍，造成供电系统负荷过大。常见的软启动装置是液力耦合器，但由于它本身工作时必须有滑差，效率不高于97％，同时电机启动电流也较大。美国专利US005896965，Magnetorheological fluidfan clutch(磁流变扇形离合器)，公布了一种磁流变单盘式离合器，它引入新型智能材料磁流变液作为动力传递媒介，通过电磁线圈产生的磁场改变其流变特性，可控制传递的转矩，不足之处是仅能用于传递小转矩场合。美国专利US005779013，US6745879B1，Torque transfer apparatus using magnetorheological fluids(磁流变液转矩传递装置)，公布了一种磁流变多盘式转矩传递装置，用多盘式代替单盘式，有多个圆盘径向间隙里的磁流变液参与工作，能传递转矩不大，散热考虑不够。美国第4898266和4898267专利，它们提出一种粘性流体联轴器，其中通过改变作用在装有电粘性流体的操作室里的静电场而改变粘性流体联轴器力矩的传递，不过这种电粘性流体尚没有发展到将此类设备投入商业用途和实用的地步。美国第4920929号专利介绍了另外一种通用类型的粘性流体联轴器，其输入速度与输出速度的比值相对于输入的电信号的变化而改变。在该专利中，一般性介绍了电场或磁场分别作用于装有电流变流体或磁流变流体的操作室的联轴器。然而该专利所介绍的联轴器仅是示意图，没有涉及重要的产品问题，例如减少包含磁场磁通线的不同部件之间的非工作空气缝隙，或者提供一种既具有足够的磁场强度又具有足够的热传播能力以避免流体过热和沸腾的设备。美国专利US6811007B2，HydromechanicalCoupling with Clutch Assembly and Magnetorheological Clutch Actuator(带离合器组件的液压联轴器和磁流变离合驱动器)，公布了一种四轮驱动汽车用磁流变液多盘式转矩传递装置，用柱塞泵产生液压力轴向压缩多个圆盘径向间隙里的磁流变液，用电磁场调节磁流变液的粘度，但电磁线圈外置，结构大，磁路不合理，传递转矩不大。美国专利US6988602B2，Torque transfer Coupling withMagnetorheological Clutch Actuator(带磁流变离合驱动器的联轴器)，公布了另一种四轮驱动汽车用磁流变联轴器，有多个圆盘径向间隙里的磁流变液参与工作，用旋转的凸轮轴向压紧多个圆盘的径向间隙，用电磁场调节圆盘间磁流变液的粘度，但电磁线圈外置，结构大，磁路不合理，传递转矩不大。美国专利US6725990B2，Torque transfer Clutch with Magnetorheological Actuator and Ball ScrewOperator.公布了另一种四轮驱动汽车用磁流变联轴器，有多个圆盘径向间隙里的磁流变液参与工作，采用螺旋丝杠压紧多个圆盘间径向间隙，用电磁场调节圆盘间磁流变液的粘度，但电磁线圈外置，结构大，磁路不合理，传递转矩不大。中国专利200410081536.7公布了一种磁流变软启动装置，它是一种单盘双线圈带热管散热的装置，它没有利用力矩与摩擦面数量成正比的关系，线圈外置导致体积大，磁路中有空气隙，同样电流情况下有效磁场弱，传递力矩和功率小。
发明内容
本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种能实现平稳启动，传递转矩大，使用寿命长的大功率磁流变液软启动装置。
为实现上述目的，本发明的磁流变液软启动装置包括主动轴，与主动轴连为一体的不导磁的主动法兰，主动法兰中部的凹槽内连有与主动轴同一轴线的从动轴，从动轴上设有与主动法兰相对应的从动法兰；主动法兰上设有多个同心布置的主动环；从动法兰上设有多个与主动环相互嵌合的从动环，主动环与从动环之间留有充满作为动力传递介质磁流液体的间隙；从动轴上依次设有励磁线圈和右端盖，右端盖外端的从动轴上设有与励磁线圈两接线端相连接的受电装置；主动轴上设有左端盖，左端盖与右端盖分别连接外筒，外筒上开有磁流体注入孔和与其相配合的注油/易熔塞。
所述的主动环与从动环之间的间隙为2±0.5mm；所述的主动环、从动环、外筒和从动轴由软磁材料制成，主动法兰和从动法兰由顺磁或抗磁材料制成；所述的主动法兰和从动轴之间设有保证同轴度的轴承；所述的主动法兰和从动轴的中心设有螺栓；所述的左端盖与主动轴之间设有密封圈，与外筒连接的端面上设有密封垫；所述的从动法兰与外筒之间设有密封圈。
本发明的有益效果：采用励磁线圈旁置，通过由从动轴、右端盖、外筒、磁流变液、主动环、从动环构成一闭合磁路，这样用小控制电流即可得到强磁场，减小了励磁线圈的发热。用多个主动环与多个从动环嵌套布置的方式，在主动环和从动环之间形成多个径向排列的剪切室，剪切室内运用磁流变液作为动力传递的介质，使多个剪切室内的磁流变液参与工作，传递转矩。磁流变液具有零场粘度低，响应速度快，屈服应力高，激励电压低的优点，非常适合于用作可控转矩传递的介质；多个径向排列的可控剪切室，充分利用其传递的
增加剪切室数量n即可增大转矩，用电流控制磁流变液的剪切应力τ即可控制转矩大小。该装置通过其自身的旋转实现风扇散热，其结构简单，体积小，启动平稳，传递力矩大，散热性能较好，使用寿命长，具有广泛的实用性。
附图说明
图1是本发明的磁流变液软启动装置结构图。
图2是本发明的磁流变液软启动装置磁路示意图
图中：主动轴1，密封2，左端盖3，密封垫4，主动法兰5，主动环6，从动环7，从动法兰8，外筒9，励磁线圈10，右端盖11，从动轴12，轴承13，注油/易熔塞14，螺栓15，密封圈16，密封圈17，受电装置18。
具体实施方式
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：
图1所示，本发明的磁流变软启动装置主要由主动轴1、主动法兰5和主动环6连为一体的主动轴组件和由从动轴12、从动环7、从动法兰8和右端盖11连为一体的从动轴组件两大部分及外筒9、密封件和励磁线圈10构成，其中主动环6、从动环7、外筒9和从动轴12由软磁材料制成，主动法兰5和从动法兰8由顺磁或抗磁材料制成。与主动轴1连为一体的主动法兰5上固定连接有多个同心布置的主动环6，主动环6与从动环7相互嵌套布置主动环6与从动环7径向间隙为2±0.5mm，该间隙内有充满作为动力传递介质磁流的液体，主动环6与从动法兰8及从动环7与主动法兰5之间轴向间隙为3mm；从动环7与从动法兰8之间固定连接，从动法兰8内圈固定连接在从动轴12上，从动轴12上安装有励磁线圈10和右端盖11，励磁线圈10的两接线端连接在受电装置18上；主动法兰5和从动轴12的中心孔内装有螺栓15，为防止磁流变液的泄漏，螺栓15上设有密封圈17。主动轴1与左端盖3之间设有密封圈2，左端盖3与外筒9联接处设有密封垫4；从动法兰8与外筒9之间设有密封圈16；外筒9上开有磁流体注入孔和与其相配合的注油/易熔塞14。励磁线圈10直接绕制在从动轴12上，从动法兰8和右端盖11为绕制线圈的挡板，线圈10的引出线从右端盖11的导线孔引出与受电装置18相连接，外部直流可调电源通过碳刷向受电装置18供电。
工作原理：采用主、从动轴组件和励磁线圈10结构，转矩经主动轴1、主动法兰5、主动环6输入，利用磁流变液在磁场中可以从液体变为固体的流变特性，经其传递，扭矩经从动轴组件的从动环7，从动法兰8、从动轴12输出。励磁线圈10通电时产生电磁场，磁场可控制主、从动件径向间隙内的磁流变液的流变特性；控制线圈内的电流从小到大变化，即可改变磁流变液的流变特性，即可实现机械装置的平稳起动；控制线圈的电流强度，进而改变磁流变液在剪切模式下的剪切应力，从而输出不同的转矩，当负载过大，超过了启动装置能传递的最大转矩时，主、从动件间自动出现打滑，具有过载保护作用。
Claims (4)
1.一种磁流变液软启动装置，它包括主动轴(1)，励磁线圈(10)，从动轴(12)，其特征在于：主动轴(1)上固定有中部带有凹槽的不导磁的主动法兰(5)，通过主动法兰(5)中部的凹槽连接与主动轴(1)同一轴线的从动轴(12)，从动轴(12)上设有与主动法兰(5)相对应的从动法兰(8)；主动法兰(5)上设有多个同心布置的主动环(6)；从动法兰(8)上设有多个与主动环(6)相互嵌合的从动环(7)，主动环(6)与从动环(7)之间留有充满作为动力传递介质的磁流体的间隙；从动轴(12)上设有右端盖(11)，励磁线圈(10)固定在从动轴(12)上的从动法兰(8)与右端盖(11)之间，右端盖(11)外侧的从动轴(12)上设有与励磁线圈(10)两接线端相连接的受电装置(18)；主动轴(1)上设有左端盖(3)，左端盖(3)与右端盖(11)分别连接外筒(9)，外筒(9)上开有磁流体注入孔、并设有与磁流体注入孔相配合的注油/易熔塞(14)。
2.根据权利要求1所述的磁流变液软启动装置，其特征在于：所述的主动环(6)、从动环(7)、外筒(9)和从动轴(12)由软磁材料制成，主动法兰(5)和从动法兰(8)由顺磁或抗磁材料制成。
3.根据权利要求1所述的磁流变液软启动装置，其特征在于：所述的主动法兰(5)和从动轴(12)之间设有保证同轴度的轴承(13)。
4.根据权利要求1所述的磁流变液软启动装置，其特征在于：所述的主动法兰(5)和从动轴(12)的中心设有螺栓(15)。
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Assignee: Lianyungang Tianming Equipment Co., Ltd. Assignor: China University of Mining & Technology Contract record no.: 2012320000346 Denomination of invention: Magnetic rheological hydraulic flexible starter Granted publication date: 20110316 License type: Exclusive License Open date: 20081210 Record date: 20120329 |
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