CN101581343B - 磁胶无级变速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁胶无级变速器，采用新型材料磁胶代替现有技术的磁粉，磁胶在自由状态时能保持原有形状，而在承受剪切力时又可以改变自身为任意形状，不工作时，磁胶能粘附在动力输出轴和动力输入轴之间径向间隙的壁上，不阻止动力输出轴和动力输入轴之间相对自由旋转，而在线圈通电后，磁胶能和磁粉一样在动力输出轴和动力输入轴之间产生力矩，并且力矩与线圈内的电流成正比，根据电流的大小控制转速，具有输出力矩稳定、温升低、滑差功率大、粉粒磨损小和使用寿命长等优点，使用过程中不会出现磁粉结块、启动时出现的咬死、沉淀、泄漏和传递力矩较小等问题，制造和使用成本较低，能够广泛应用并替代现有的磁粉无级变速器。

Description

磁胶无级变速器

技术领域

本发明涉及一种变速器，特别涉及一种磁胶无级变速器。

背景技术

无级变速器比传统自动变速器结构简单，体积小，并且可以自由改变传动比，从而实现全程无级变速，使运动机械速度变化平稳，无顿挫感，确保了动力机工作的平稳和顺畅，因而在某些特殊领域和车辆上得到较广泛的应用。

在小功率无级变速器中，有磁粉无级变速器、伺服电机无级变速器、步进电机无级变速器、变频调节无级变速器等。

磁粉无级变速器包括同轴设置的动力输入轴和动力输出轴，动力输入轴和动力输出轴之间的空间内填有粒状的磁粉，当磁性线圈不导电时，转矩不会从传动轴传于从动轴，但如将线圈电磁通电，就由于磁力的作用而吸引磁粉产生硬化现象，在连继滑动之间会把转矩传达，根据电流大小不同，产生所需的不同传动效果。

现有技术中，磁粉无级变速器存在磁粉锈蚀、粉粒磨损严重、启动时出现的咬死现象和磁粉间由于相互吸引造成的结块等问题，因而导致运动机械输出力矩不稳、变速性能不稳定、温升高以及输出速度-控制电流线性度差等问题，不但使变速器的使用寿命短，还影响运动机械的精确控制。

为解决以上问题，出现了一种磁流变无级变速器，通过磁流变液代替磁粉，但是由于磁流变液含油较多，导致输出力矩的下降，同时还具有沉淀和泄漏等液体普遍存在的问题。

因此，需要一种无级变速器，具有现有磁粉变速器的全部优点，并不存在磁粉锈蚀、粉粒磨损严重、启动时出现的咬死现象和磁粉间由于相互吸引造成的结块等问题，运动机械输出力矩及变速性能稳定，温升低，输出速度-控制电流线性度好，能够延长变速器的使用寿命，并且不会出现沉淀和泄漏问题，能够保证运动机械的精确控制，制造和使用成本较低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种磁胶无级变速器，具有现有磁粉变速器的全部优点，并不存在磁粉锈蚀、粉粒磨损严重、启动时出现的咬死现象和磁粉间由于相互吸引造成的结块等问题，运动机械输出力矩及变速性能稳定，温升低，输出速度-控制电流线性度好，能够延长变速器的使用寿命，并且不会出现沉淀和泄漏问题，能够保证运动机械的精确控制，制造和使用成本较低。

本发明的磁胶无级变速器，包括壳体、动力输出轴、动力输入轴和设置在动力输出轴上的线圈，所述动力输出轴与动力输入轴以同轴套入的方式在圆周方向转动配合，其特征在于：所述动力输出轴和动力输入轴之间的径向间隙内设置磁胶，所述磁胶包括下列组分：磁粉、胶状脂肪酸金属盐和聚烯烃油，所述磁粉由羰基铁粉和纳米晶软磁合金组成，其中羰基铁粉在磁胶中的重量百分含量为39～41％，纳米晶软磁合金在磁胶中的重量百分含量为13～15％，脂肪酸金属盐在磁胶中的重量百分含量为14～16％，聚烯烃油在磁胶中的重量百分含量为20～22％，胶状脂肪酸金属盐作为胶形支架用于分散和支撑磁粉在空间的均匀分布，聚烯烃油作为分散剂用于形成包裹磁粉的薄膜。

进一步，磁胶材料中还包括纳米晶须，还包括纳米晶须，所述纳米晶须作为增强剂用于增强各组份之间的绞着力；

进一步，所述纳米晶须为碳化硅纳米晶须和氧化锌纳米晶须的混合物，在磁胶中的重量百分含量为8～10％；

进一步，磁胶中按重量百分含量还添加0.5～1.5％的硅油，所述硅油作为添加剂用于防潮、减震和提高耐温性能；

进一步，羰基铁粉在磁胶中的重量百分含量为40％；纳米晶软磁合金在磁胶中的重量百分含量为14％；脂肪酸金属盐在磁胶中的重量百分含量为15％；聚烯烃油在磁胶中的重量百分含量为21％；纳米晶须为碳化硅纳米晶须和氧化锌纳米晶须的混合物，在磁胶中的重量百分含量为9％；硅油在磁胶中的重量百分含量为1％；

进一步，所述动力输出轴为空心结构，套在动力输入轴外圆，所述磁胶设置在动力输出轴内圆与动力输入轴外圆之间的间隙内；

进一步，所述动力输出轴外圆沿轴向设置线圈槽，相邻线圈槽沿圆周方向并列设置，所述线圈为一整体以S形结构从一线圈槽端部迂回至另一线圈槽设置在每个线圈槽内；

进一步，所述动力输出轴外圆套有筒状外套；

进一步，所述动力输出轴上套有电流汇流环，所述电流汇流环与线圈电连接；

进一步，动力输出轴的动力输出端形成沉台，电流汇流环设置在沉台端面与右端盖之间的空隙内。

本发明的有益效果：本发明的磁胶无级变速器，采用新型材料磁胶代替现有技术的磁粉，磁胶是介于液体和固体之间的胶体材料，在自由状态时能保持原有形状，而在承受剪切力时又可以改变自身为任意形状，不工作时，磁胶能粘附在动力输出轴和动力输入轴之间径向间隙的壁上，不阻止动力输出轴和动力输入轴之间相对自由旋转，而在线圈通电后，磁胶能和磁粉一样在动力输出轴和动力输入轴之间产生力矩，并且力矩与线圈内的电流成正比，具有磁粉无级变速器的全部优点，输出力矩稳定、温升低、滑差功率大、粉粒磨损小和使用寿命长，使用过程中不会出现磁粉结块、启动时出现的咬死、沉淀、泄漏和传递力矩较小等问题，制造和使用成本较低，能够广泛应用并替代现有的磁粉无级变速器。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明径向截面示意图；

图2为图1沿A-A向剖视图；

图3为本发明线圈布置结构展开图。

具体实施方式

图1为本发明径向截面示意图，图2为图1沿A-A向剖视图，图3为本发明线圈布置结构展开图，如图所示：本实施例的磁胶无级变速器，包括壳体1、动力输出轴3、动力输入轴6和设置在动力输出轴3上的线圈4，所述壳体设置左端盖9和右端盖8，所述动力输出轴3与动力输入轴6以同轴套入的方式在圆周方向通过滚动轴承转动配合，动力输出轴3与壳体1之间通过滚动轴承转动配合；所述动力输出轴3和动力输入轴6之间的径向间隙内设置磁胶5，所述磁胶5包括下列组分：磁粉、胶状脂肪酸金属盐和聚烯烃油，胶状脂肪酸金属盐作为胶形支架用于分散和支撑磁粉在空间的均匀分布，聚烯烃油作为分散剂用于形成包裹磁粉的薄膜。

本实施例中，磁胶材料中还包括纳米晶须，所述纳米晶须作为增强剂用于增强各组份之间的绞着力，提高传动效率；

本实施例中，所述磁胶内还加有添加剂，添加剂用于防潮和减震，延长磁胶的使用寿命，提高传动效率；

本实施例中，所述动力输出轴3为空心结构，套在动力输入轴6外圆，所述磁胶5设置在动力输出轴3内圆与动力输入轴6外圆之间的径向间隙内；结构紧凑，进一步从结构上保证力矩输出的稳定性。

本实施例中，所述动力输出轴3外圆沿轴向设置线圈槽31，相邻线圈槽31沿圆周方向并列设置，所述线圈4为一整体以S形结构从一线圈槽端部迂回至另一线圈槽设置在每个线圈槽内，动力输出轴3外圆套有筒状外套2，用于限制线圈的自由度，保证变速器结构的整体性和紧凑性。

所述动力输出轴3上套有电流汇流环7，所述电流汇流环7与线圈4电连接；本实施例中，动力输出轴右端(动力输出端)形成沉台，电流汇流环7设置在沉台端面与右端盖8之间的空隙内；结构简单紧凑，安装和拆卸方便。

以下为磁胶实施例：

实施例一

本实施例中磁粉由羰基铁粉和纳米晶软磁合金组成，其中羰基铁粉在磁胶中的重量百分含量为40％；纳米晶软磁合金在磁胶中的重量百分含量为14％；脂肪酸金属盐在磁胶中的重量百分含量为15％；聚烯烃油在磁胶中的重量百分含量为21％；纳米晶须为碳化硅纳米晶须和氧化锌纳米晶须的混合物，在磁胶中的重量百分含量为9％；硅油在磁胶中的重量百分含量为1％；

磁粉可以采用现有技术中应用于机械传动和制动领域的所有磁粉，都能实现本发明的目的，但本实施例中的磁粉材料及配比应用于本发明的磁胶输出力矩无波动、温升最低、工作效率最高；胶状脂肪酸金属盐可以采用具有胶状性质的所有脂肪酸金属盐或混合物，作为胶形支架用于分散和支撑磁粉在空间的均匀分布，使磁胶的物理性质介于液体和固体之间的一种物质，本实施例中的配比使磁胶中的磁粉能够充分起到作用，与电流之间有稳定的线性关系；聚烯烃油作为分散剂用于形成包裹磁粉的薄膜，本实施例中的聚烯烃油配比能够保证磁粉不生锈及发生其它化学变化，而且使磁胶中的磁粉能够充分起到作用，与电流之间有稳定的线性关系。

本实施例进行对比试验：用磁粉无级变速器进行传动时，输出力矩波动较大，变速器可控性较差，输出力矩与电流线性关系较差，将变速器拆开检查减，发现磁粉呈红色，磁粉、磁腔已经完全生锈、结块、在磁腔表面还有结疤，这是由于磁粉的理化性质导致出现上述必然现象。而采用本实施例的磁胶代替磁粉后，经作对比试验表明，磁胶无级变速器产生的输出力矩与新磁粉变速器一样，但连续工作20天，输出力矩随电流变化非常稳定，未出现过任何波动，拆开磁胶无级变速器检查，磁胶也无任何理化性质的变化。

实施例二

本实施例中磁粉由羰基铁粉和纳米晶软磁合金组成，其中羰基铁粉在磁胶中的重量百分含量为41％；纳米晶软磁合金在磁胶中的重量百分含量为15％；脂肪酸金属盐在磁胶中的重量百分含量为15.5％；聚烯烃油在磁胶中的重量百分含量为20％；纳米晶须为碳化硅纳米晶须和氧化锌纳米晶须的混合物，在磁胶中的重量百分含量为8％；硅油在磁胶中的重量百分含量为0.5％；

磁粉可以采用现有技术中应用于机械传动和制动领域的所有磁粉，都能实现本发明的目的；胶状脂肪酸金属盐可以采用具有胶状性质的所有脂肪酸金属盐或混合物，作为胶形支架用于分散和支撑磁粉在空间的均匀分布，使磁胶的物理性质介于液体和固体之间的一种物质，本实施例中的配比使磁胶中的磁粉能够充分起到作用，与电流之间为线性关系；聚烯烃油作为分散剂用于形成包裹磁粉的薄膜。

本实施例进行对比试验：本实施例中采用磁粉的无级变速器与实施例一出现相同的问题；而采用本实施例的磁胶代替磁粉后，经作对比试验表明，磁胶无级变速器产生的输出力矩与新磁粉变速器一样，但连续工作20天，输出力矩随电流变化较稳定，拆开磁胶无级变速器检查，磁胶也无任何理化性质的变化。

实施例三

本实施例中磁粉由羰基铁粉和纳米晶软磁合金组成，其中羰基铁粉在磁胶中的重量百分含量为39％；纳米晶软磁合金在磁胶中的重量百分含量为13％；脂肪酸金属盐在磁胶中的重量百分含量为14.5％；聚烯烃油在磁胶中的重量百分含量为22％；纳米晶须为碳化硅纳米晶须和氧化锌纳米晶须的混合物，在磁胶中的重量百分含量为10％；硅油在磁胶中的重量百分含量为1.5％；

磁粉可以采用现有技术中应用于机械传动和制动领域的所有磁粉，都能实现本发明的目的；胶状脂肪酸金属盐可以采用具有胶状性质的所有脂肪酸金属盐或混合物，作为胶形支架用于分散和支撑磁粉在空间的均匀分布，使磁胶的物理性质介于液体和固体之间的一种物质，本实施例中的配比使磁胶中的磁粉能够充分起到作用，与电流之间为线性关系；聚烯烃油作为分散剂用于形成包裹磁粉的薄膜。

本实施例中采用磁粉的无级变速器与实施例一出现相同的问题；而采用本实施例的磁胶代替磁粉后，经作对比试验表明，磁胶无级变速器产生的输出力矩与新磁粉变速器一样，但连续工作20天，输出力矩随电流变化较稳定，拆开磁胶无级变速器检查，磁胶也无任何理化性质的变化。

实施例四

本实施例中磁粉由羰基铁粉和纳米晶软磁合金组成，其中羰基铁粉在磁胶中的重量百分含量为40％；纳米晶软磁合金在磁胶中的重量百分含量为14％；脂肪酸金属盐在磁胶中的重量百分含量为15％；聚烯烃油在磁胶中的重量百分含量为21％；纳米晶须为碳化硅纳米晶须和氧化锌纳米晶须的混合物，在磁胶中的重量百分含量为10％；

磁粉可以采用现有技术中应用于机械传动和制动领域的所有磁粉，都能实现本发明的目的，但本实施例中的磁粉材料及配比应用于本发明的磁胶输出力矩无波动、温升最低、工作效率最高；胶状脂肪酸金属盐可以采用具有胶状性质的所有脂肪酸金属盐或混合物，作为胶形支架用于分散和支撑磁粉在空间的均匀分布，使磁胶的物理性质介于液体和固体之间的一种物质，本实施例中的配比使磁胶中的磁粉能够充分起到作用，与电流之间有稳定的线性关系；聚烯烃油作为分散剂用于形成包裹磁粉的薄膜，本实施例中的聚烯烃油配比能够保证磁粉不生锈及发生其它化学变化，而且使磁胶中的磁粉能够充分起到作用，与电流之间有稳定的线性关系。

本实施例中采用磁粉的无级变速器与实施例一出现相同的问题；而采用本实施例的磁胶代替磁粉后，经作对比试验表明，磁胶无级变速器产生的输出力矩与新磁粉变速器一样，但连续工作20天，输出力矩随电流变化非常稳定，未出现过任何波动，拆开磁胶无级变速器检查，磁胶也无任何理化性质的变化。由于本实施例没有添加硅油，会降低磁胶的使用寿命，但是使用寿命还是远远大于现有技术的磁粉。

实施例五

本实施例中磁粉由羰基铁粉和纳米晶软磁合金组成，其中羰基铁粉在磁胶中的重量百分含量为41％；纳米晶软磁合金在磁胶中的重量百分含量为15％；脂肪酸金属盐在磁胶中的重量百分含量为16％；聚烯烃油在磁胶中的重量百分含量为20％；纳米晶须为碳化硅纳米晶须和氧化锌纳米晶须的混合物，在磁胶中的重量百分含量为8％；

磁粉可以采用现有技术中应用于机械传动和制动领域的所有磁粉，都能实现本发明的目的；胶状脂肪酸金属盐可以采用具有胶状性质的所有脂肪酸金属盐或混合物，作为胶形支架用于分散和支撑磁粉在空间的均匀分布，使磁胶的物理性质介于液体和固体之间的一种物质，本实施例中的配比使磁胶中的磁粉能够充分起到作用，与电流之间为线性关系；聚烯烃油作为分散剂用于形成包裹磁粉的薄膜。

本实施例中采用磁粉的无级变速器与实施例一出现相同的问题；而采用本实施例的磁胶代替磁粉后，经作对比试验表明，磁胶无级变速器产生的输出力矩与新磁粉变速器一样，但连续工作20天，输出力矩随电流变化较稳定，拆开磁胶无级变速器检查，磁胶也无任何理化性质的变化。由于本实施例没有添加硅油，会降低磁胶的使用寿命，但是使用寿命还是远远大于现有技术的磁粉。

实施例六

本实施例中磁粉由羰基铁粉和纳米晶软磁合金组成，其中羰基铁粉在磁胶中的重量百分含量为39％；纳米晶软磁合金在磁胶中的重量百分含量为13％；脂肪酸金属盐在磁胶中的重量百分含量为16％；聚烯烃油在磁胶中的重量百分含量为22％；纳米晶须为碳化硅纳米晶须和氧化锌纳米晶须的混合物，在磁胶中的重量百分含量为10％；

磁粉可以采用现有技术中应用于机械传动和制动领域的所有磁粉，都能实现本发明的目的；胶状脂肪酸金属盐可以采用具有胶状性质的所有脂肪酸金属盐或混合物，作为胶形支架用于分散和支撑磁粉在空间的均匀分布，使磁胶的物理性质介于液体和固体之间的一种物质，本实施例中的配比使磁胶中的磁粉能够充分起到作用，与电流之间为线性关系；聚烯烃油作为分散剂用于形成包裹磁粉的薄膜。

本实施例中采用磁粉的无级变速器与实施例一出现相同的问题；而采用本实施例的磁胶代替磁粉后，经作对比试验表明，磁胶无级变速器产生的输出力矩与新磁粉变速器一样，但连续工作20天，输出力矩随电流变化非常稳定，未出现过任何波动，拆开磁胶无级变速器检查，磁胶也无任何理化性质的变化。由于本实施例没有添加硅油，会降低磁胶的使用寿命，但是使用寿命还是远远大于现有技术的磁粉。

经实验证明，磁胶材料中不加入硅油和纳米晶须同样也具有比磁粉优秀的物理和化学性质，但是使用寿命比不加入硅油要低，传动稳定性比不加入纳米晶须要差，但是使用寿命和传动稳定性还是远远好于仅使用磁粉的无级变速器，因而，本发明中以磁粉、胶状脂肪酸金属盐和聚烯烃油为主体制成的磁胶材料，可以替代现有技术的磁粉和磁流变液，有效保证变速器传动稳定性和使用寿命。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种磁胶无级变速器，包括壳体、动力输出轴、动力输入轴和设置在动力输出轴上的线圈，所述动力输出轴与动力输入轴以同轴套入的方式在圆周方向转动配合，其特征在于：所述动力输出轴和动力输入轴之间的径向间隙内设置磁胶，所述磁胶包括下列组分：磁粉、胶状脂肪酸金属盐和聚烯烃油，所述磁粉由羰基铁粉和纳米晶软磁合金组成，其中羰基铁粉在磁胶中的重量百分含量为39～41％，纳米晶软磁合金在磁胶中的重量百分含量为13～15％，脂肪酸金属盐在磁胶中的重量百分含量为14～16％，聚烯烃油在磁胶中的重量百分含量为20～22％，胶状脂肪酸金属盐作为胶形支架用于分散和支撑磁粉在空间的均匀分布，聚烯烃油作为分散剂用于形成包裹磁粉的薄膜。

2.根据权利要求1所述的磁胶无级变速器，其特征在于：磁胶材料中还包括纳米晶须，所述纳米晶须作为增强剂用于增强各组份之间的绞着力。

3.根据权利要求2所述的磁胶无级变速器，其特征在于：所述纳米晶须为碳化硅纳米晶须和氧化锌纳米晶须的混合物，在磁胶中的重量百分含量为8～10％。

4.根据权利要求3所述的磁胶无级变速器，其特征在于：磁胶中按重量百分含量还添加0.5～1.5％的硅油，所述硅油作为添加剂用于防潮、减震和提高耐温性能。

5.根据权利要求4所述的磁胶无级变速器，其特征在于：羰基铁粉在磁胶中的重量百分含量为40％；纳米晶软磁合金在磁胶中的重量百分含量为14％；脂肪酸金属盐在磁胶中的重量百分含量为15％；聚烯烃油在磁胶中的重量百分含量为21％；纳米晶须为碳化硅纳米晶须和氧化锌纳米晶须的混合物，在磁胶中的重量百分含量为9％；硅油在磁胶中的重量百分含量为1％。

6.根据权利要求5所述的磁胶无级变速器，其特征在于：所述动力输出轴为空心结构，套在动力输入轴外圆，所述磁胶设置在动力输出轴内圆与动力输入轴外圆之间的间隙内。

7.根据权利要求6所述的磁胶无级变速器，其特征在于：所述动力输出轴外圆沿轴向设置线圈槽，相邻线圈槽沿圆周方向并列设置，所述线圈为一整体以S形结构从一线圈槽端部迂回至另一线圈槽设置在每个线圈槽内。

8.根据权利要求7所述的磁胶无级变速器，其特征在于：所述动力输出轴外圆套有筒状外套。

9.根据权利要求8所述的磁胶无级变速器，其特征在于：所述动力输出轴上套有电流汇流环，所述电流汇流环与线圈电线连接；

10.根据权利要求9所述的磁胶无级变速器，其特征在于：动力输出轴的动力输出端形成沉台，电流汇流环设置在沉台端面与右端盖之间的空隙内。

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