CN101907138A - 一种无功耗永磁激励式磁流变离合器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无功耗永磁激励式磁流变离合器，它包括主动轴(1)、从动轴(2)、永磁调节轴(3)、主动盘(4)、永磁体(6)、左壳体(11)、右壳体(12)、主动盘隔磁铜环(5)、阶梯型永磁调节铜瓦(8)、主动轴扭转盘(7)、角接触球轴承(14)、推力球轴承(15)、磁流变液(9)及密封装置；主动盘(4)位于左壳体(11)和右壳体(12)围成的空腔内，该空腔内充有磁流变液；主动盘的盘面上有垂直于盘面的磁场通过。本发明克服了磁流变器件需要外部电源进行励磁线圈激励产生磁场从而发挥磁流变效应的缺陷；与现有磁流变离合器相比，具有无功率消耗、体积更小、结构设计更简单、加工、安装、拆卸方便的特点。

Description

一种无功耗永磁激励式磁流变离合器

技术领域

本发明主要涉及离合器器件，尤其是涉及一种采用磁流变液产生传动力矩的器件。

背景技术

汽车离合器用来实现或切断对传动系的动力传递。离合器性能在保证汽车传动系的负载能力、汽车的寿命，增强起步和换挡的平稳性以及减轻驾驶员的劳动强度等方面都有着重要的作用。采用传统的机械式离合器的汽车在运行中存在打滑、分离不良、起步发抖、异响和踏板沉重等故障，这种以离合器摩擦片的摩擦进行传动的方法严重影响离合器的使用寿命和汽车传动系统的稳定性。

智能流体磁流变液(Magneto-rheological Fluid，简称MRF)是饱和磁感应强度很高而矫顽力很小的软磁微粒分散于不导磁的油中形成的悬浊液。在外加磁场下，其流体结构和性能会瞬间变化，表观粘滞系数增加几个数量级，甚至表现出类固体性能，其产生的屈服强度随外加磁场的变化而变化，当外加磁场撤除后，在几个毫秒内MRF的结构和性能迅速复原。MRF具有的毫秒级内快速复原和屈服应力与外加磁场成线性关系的特性使得它非常适合于频繁动作的可控性离合器的使用。

利用磁流变液材料在外加磁场的作用下，其流变性能发生变化的特点，通过控制外加磁场来控制离合器传递的运动和扭矩，既可作为控制执行元件，又作为可控制的传动装置。这种离合器是靠磁流变液介质来传递动力的，运动件之间不存在固体接触，避免了磨损，具有接合平稳、冲击小等优点。

很多科研部门和研究机构对磁流变离合器进行了探索和研究，国外的磁流变离合器专利有：美国专利US005,845,753A、US005,823,309A、US005,845,752A，欧洲专利EP0776813A1和EP0879973；国内专利：CN00104451.6公开的“径向自加压磁流变液离合器”、CN03135802.O公开的“磁流变无极变速器”、CN200410084576.7公开的“回转式磁流变制动器”、CN01137376.6公开的“离心式磁流变液离合器”等，它们虽然克服了传统离合器的缺点，但是均采用从离合器外部通入电流，利用励磁线圈产生磁场进行激励的方法对离合器的传动力矩进行实时控制的策略，这种利用线圈激励产生磁场的方法设计的离合器需要较大的空间存放励磁线圈，这样的离合器需要一定的功率消耗，并且体积较大，结构设计复杂、加工-安装-拆卸不方便；并且利用线圈励磁产生磁场的方法需要可靠的外部电源供电，一旦供电回路出现破坏，离合器将立刻丧失传动功能；此外，磁流变液在较长时间零磁场状况下会出现沉降，这无疑是离合器传动性能不稳定的一个关键因素。

发明内容

技术问题：针对现有技术存在的技术问题，本发明涉及一种无需外部供电，通过隔磁铜环位置变化实现调节控制的无功耗永磁激励式磁流变离合器，与现有磁流变离合器相比，其无需功率消耗、体积更小、结构设计更简单、加工-安装-拆卸方便。

技术方案：本发明的一种无功耗永磁激励式磁流变离合器，包括主动轴、从动轴、永磁调节轴、主动盘、永磁体、左壳体、右壳体、主动盘隔磁铜环、阶梯型永磁调节铜瓦、主动轴扭转盘、角接触球轴承、推力球轴承、磁流变液及密封装置；主动轴、永磁调节轴、主动盘、永磁体、主动盘隔磁铜环、阶梯型永磁调节铜瓦、主动轴扭转盘组合成主动体；从动轴、左壳体、右壳体围成从动体；离合器的主动轴、永磁调节轴和主动盘的结构形式如图2所示；环形永磁体、主动轴扭转盘、主动盘隔磁铜环、阶梯型永磁调节铜瓦拼装在主动盘中；永磁调节轴与主动轴扭转盘通过键连接，阶梯型主动盘永磁调节的各阶铜环之间也通过键连接；主动轴、永磁调节轴之间通过两个角接触球轴承连接；通过旋转永磁调节轴，即调节主动轴与永磁调节轴之间的相对转角的大小，可以实现阶梯型永磁调节铜瓦的张开和闭合，如图3所示，这样即可调节离合器磁路在工作通道中的磁场大小，其磁路如图4所示，从而实现对离合器传动力大小的调节；左壳体、右壳体、主动盘均采用导磁材料；主动体和从动体之间的工作通道中充有磁流变液；阶梯型永磁调节铜瓦的阶梯数目可根据实际工程所需传动力大小需要进行调整。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明针对现有磁流变离合器需要外部电源供电，由励磁线圈产生磁场进行传动力矩控制、结构较为复杂的问题，采用永磁体内置于主动盘中，由永磁体产生磁场的调节则通过阶梯型永磁调节铜瓦的张合进行调整，使工作通道中的磁流变液发生磁流变效应，进行动力传动。避免了外部电源失效时磁流变离合器随之失效的问题，具有无需功率消耗的特点。

2、本发明同现有磁流变离合器的发明专利相比，由于无励磁线圈的布置，并且充分地利用了主动盘，关键构件均置于主动盘内部，其外壳均为简单导磁材料制成，结构形式显得更为简单、体积更小，本发明相对常规机械式离合器故障率低、价格也更低廉、加工-安装-拆卸方便。

3、本发明较普通磁流变离合器具有更好的抗沉降性能，由于普通磁流变离合器采用励磁线圈产生磁场，磁流变液在较长无电流通入时会出现的沉降和团聚稳定问题，而本发明由于在主动盘内置了永磁体，从而保证了工作通道保持一定磁场，在结构形式上提高了磁流变液的稳定性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明离合器的主动轴、永磁调节轴和主动盘示意图；

图3为本发明阶梯型永磁调节铜瓦示意图；

图4为本发明离合器磁路示意图。

图中：

1-主动轴                    9-磁流变液

2-从动轴                    10-注液孔

3-永磁调节轴                11-左壳体

4-主动盘                    12-右壳体

5-主动盘隔磁铜环            13-O型密封圈

6-永磁体                    14-角接触球轴承

7-主动轴扭转盘              15-推力球轴承

8-阶梯型永磁调节铜瓦

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1所示一种无功耗永磁激励式磁流变离合器，包括主动轴(1)、从动轴(2)、永磁调节轴(3)、主动盘(4)、永磁体(6)、左壳体(11)、右壳体(12)、主动盘隔磁铜环(5)、阶梯型永磁调节铜瓦(8)、主动轴扭转盘(7)、角接触球轴承(14)、推力球轴承(15)、磁流变液(9)及密封装置；主动轴(1)、永磁调节轴(3)、主动盘(4)、永磁体(6)、主动盘隔磁铜环(5)、阶梯型永磁调节铜瓦(8)、主动轴扭转盘(7)组合成主动体；从动轴(2)、左壳体(11)、右壳体(12)围成从动体；离合器的主动轴、永磁调节轴和主动盘的结构形式如图2所示；环形永磁体(6)、主动轴扭转盘(7)、主动盘隔磁铜环(5)、阶梯型永磁调节铜瓦(8)拼装在主动盘(4)中；永磁调节轴(3)与主动轴扭转盘(7)通过键连接，阶梯型主动盘永磁调节的各阶铜环之间也通过键连接；主动轴(1)、永磁调节轴(3)之间通过两个角接触球轴承(14)连接；通过旋转永磁调节轴(3)，即调节主动轴(1)与永磁调节轴(3)之间的相对转角的大小，可以实现阶梯型永磁调节铜瓦(8)的张开和闭合，如图3所示，这样即可调节离合器磁路在工作通道中的磁场大小，其磁路如图4所示，从而实现对离合器传动力大小的调节；左壳体(11)、右壳体(12)、主动盘(4)均采用导磁材料；主动体和从动体之间的工作通道中充有磁流变液(9)；阶梯型永磁调节铜瓦(8)的阶梯数目可根据实际工程所需传动力大小需要进行调整。

工作原理：本发明的无功耗永磁激励式磁流变离合器由主动体、从动体、主动体和从动体两者围成的工作通道组成。主动轴、永磁调节轴、主动盘、永磁体、主动盘隔磁铜环、阶梯型永磁调节铜瓦、主动轴扭转盘组合成主动体；环形永磁体、主动轴扭转盘、主动盘隔磁铜环、阶梯型永磁调节铜瓦拼装在主动盘中；永磁调节轴与主动轴扭转盘通过键连接，阶梯型主动盘永磁调节的各阶铜环之间也通过键连接；主动轴、永磁调节轴之间通过两个角接触球轴承连接；从动轴、左壳体、右壳体围成从动体；左壳体、右壳体、主动盘均采用导磁材料；主动体和从动体之间的工作通道中充有磁流变液。若旋转永磁调节轴，即主动轴与永磁调节轴之间的相对转角扩大到最大，驱动主动轴扭转盘从而使阶梯型永磁调节铜瓦全部张开，如图3所示，以此隔断永磁体产生的磁场回路，工作通道中没有磁场，则磁流变液的剪切屈服强度等于磁流变液的初始粘度，其值很小，此时从动部分基本不会因为主动轴的旋转而转动，离合器输出力矩为零；若不旋转永磁调节轴，主动轴与永磁调节轴之间的相对转角为零，永磁体产生的磁场回路没有被隔断，则磁流变液由于工作间隙中产生磁场而出现“硬化”-磁流变效应，从而表现具有一定剪切屈服应力，此时从动部分会因为主动轴的旋转而转动，离合器输出力矩的大小由阶梯型永磁调节铜瓦张合面积决定，即主动轴与永磁调节轴之间的相对转角决定离合器输出力矩的大小，此外，阶梯型永磁调节铜瓦的阶梯数目可根据实际工程所需出力大小需要进行调整。离合器在主动轴与永磁调节轴之间的相对转角为零时产生的磁路如图4所示。在具体的机械结构中，综合考虑机械需求传动能力以及本身的特性，合理设计磁流变离合器的结构形式(包括阶梯型永磁调节铜瓦的阶梯数目、磁流变最大剪切屈服强度、永磁体尺寸、导磁体材料、隔磁材料、工作通道有效长度、工作间隙、离合器主动轴的直径、永磁调节轴的直径等)，以达到理想的传动效果。

Claims (2)

1.一种无功耗永磁激励式磁流变离合器，包括主动轴(1)、从动轴(2)、永磁调节轴(3)、主动盘(4)、永磁体(6)、左壳体(11)、右壳体(12)、主动盘隔磁铜环(5)、阶梯型主动盘永磁调节铜瓦(8)、主动轴扭转盘(7)、角接触球轴承(14)、推力球轴承(15)、磁流变液(9)及密封装置，其特征在于：主动轴(1)、永磁调节轴(3)、主动盘(4)、永磁体(6)、主动盘隔磁铜环(5)、阶梯型永磁调节铜瓦(8)、主动轴扭转盘(7)组合成主动体；主动轴(1)、永磁调节轴(3)之间通过角接触球轴承(14)连接；从动轴(2)、左壳体(11)、右壳体(12)围成从动体；主动体和从动体之间的工作通道中充有磁流变液(9)。

2.根据权利要求1所述的一种无功耗永磁激励式磁流变离合器，其特征在于：阶梯型永磁调节铜瓦(8)的阶梯数目可调整。

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