CN102734410A - 一种磁流变液无级变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁流变液无级变速器，属于变速器技术领域，包括磁流变液传动装置和转速调节电路，转速调节电路包括转速传感器、励磁线圈、电压放大器、调速电阻R1、分压电阻R2、限流电阻R3、电阻R4、电阻R5、滤波电容C1、负反馈电容C2、正反馈电容C3、晶体管Q1、达林顿晶体管Q2、续流二极管D1、稳压二极管ZD1、开关SW和直流电源BAT。有益效果是结构简单、体积小、可靠性高、稳定性强、转速控制效果好且具有较高精度。

Description

一种磁流变液无级变速器
技术领域
本发明涉及一种无级变速器，具体是一种磁流变液无级变速器，属于变速器技术领域。
背景技术
磁流变液是一种新型的智能材料，在外加磁场的作用下其流变特性将会发生急剧变化，可在短时间内（毫秒级）粘度增大，由流变特性良好的液态转变成类似固体的状态，而一旦失去外加磁场又将复原成可流动的液体。近几年来，由于其优越的流变特性，在软起动、离合器、制动器、密封和减震等方面已经有了一定的应用，在无级调速领域也开始有所发展。美国专利US005779013，Torque transfer apparatus using magneto rheological fluids （磁流变液转矩传动装置），公布了一种多盘式转矩传动装置，利用多个摩擦圆盘径向间隙里的磁流变液作为传动介质实现动力传递，能传递较大的转矩。国内专利CN1523251A公开了一种V字形转子结构的磁流变无级变速器，采用双V结构，结构简单，但传递转矩小，仅适用工业小功率场合。国内专利CN101793312A公开了一种多盘式磁流变无级变速器，利用主动摩擦片和从动摩擦片间隙里的磁流变液来传递转矩，其结构合理，传递功率大，但不能够控制传动轴输出的转速，具有随意性和盲目性，不能实现真正意义上的无级变速。专利号为ZL201120203829.3，名称为一种基于磁流变液的可控无级变速系统，其虽然较好地解决了上述问题，但其电路设置体积大、成本高、不易维修，而且其精度具有一定的局限性，因此在工业应用中受到很大的限制。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种磁流变液无级变速器，其具有结构简单、体积小、可靠性高、稳定性强、转速控制效果好且具有较高精度。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种磁流变液无级变速器，包括磁流变液传动装置和转速调节电路，转速调节电路包括转速传感器、励磁线圈、电压放大器、调速电阻R1、分压电阻R2、限流电阻R3、电阻R4、电阻R5、滤波电容C1、负反馈电容C2、正反馈电容C3、晶体管Q1、达林顿晶体管Q2、续流二极管D1、稳压二极管ZD1、开关SW和直流电源BAT，转速传感器和励磁线圈设置在磁流变液传动装置外侧，转速传感器的一端接地，另一端连接到电压放大器的正相信号输入端，电压放大器的负相信号输入端接地，电压放大器的输出端连接到调速电阻R1上，调速电阻R1与分压电阻R2串联后接地，分压电阻R2上并联有滤波电容C1，稳压二极管ZD1与限流电阻R3串联后并联在滤波电容C1上，晶体管Q1的发射极并联在限流电阻R3两端，晶体管Q1的集电极并联有负反馈电容C2，达林顿晶体管Q2的基极与晶体管Q1的集电极相连，达林顿晶体管Q2的发射极接地，达林顿晶体管Q2的集电极与续流二极管D1的正极连接，续流二极管D1的负极经开关SW连接到直流电源BAT的正极，电源负极接地，电阻R4一端接在晶体管Q1的集电极上，另一端接在续流二极管D1的负极上，续流二极管D1并联有励磁线圈，正反馈电容C3与电阻R5串联后分别接到晶体管Q1的基极和达林顿晶体管Q2的集电极上。 
进一步，电压放大器包括接地电阻Ri、反馈电阻Rf、平衡电阻Rp和运算放大器组成，平衡电阻Rp串联在运算放大器的正相信号输入端，接地电阻Ri一端接地，另一端接在运算放大器的负相信号输入端，反馈电阻Rf接在运算放大器的输出端和负相信号输入端之间。
本发明的有益效果：采用新式的负反馈电路，提高了输出转速的稳定性，励磁线圈不需要电刷设备，无电火花产生，可以适用于对电火花有隔离要求的场合，其具有结构简单、体积小、可靠性高、稳定性强、转速控制效果好、精度高。
附图说明
图1是本发明的磁流变液无级变速器图。
图中：1、磁流变液传动装置，2、转速传感器，3、励磁线圈，4、电压放大器。 
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明包括磁流变液传动装置1和转速调节电路，其特征在于，所述的转速调节电路包括转速传感器2、励磁线圈3、电压放大器4、调速电阻R1、分压电阻R2、限流电阻R3、电阻R4、电阻R5、滤波电容C1、负反馈电容C2、正反馈电容C3、晶体管Q1、达林顿晶体管Q2、续流二极管D1、稳压二极管ZD1、开关SW和直流电源BAT，转速传感器2和励磁线圈3设置在磁流变液传动装置1外侧，转速传感器2的一端接地，另一端连接到电压放大器4的正相信号输入端，电压放大器4的负相信号输入端接地，电压放大器4的输出端连接到调速电阻R1上，调速电阻R1与分压电阻R2串联后接地，分压电阻R2上并联有滤波电容C1，稳压二极管ZD1与限流电阻R3串联后并联在滤波电容C1上，晶体管Q1的发射极并联在限流电阻R3两端，晶体管Q1的集电极并联有负反馈电容C2，达林顿晶体管Q2的基极与晶体管Q1的集电极相连，达林顿晶体管Q2的发射极接地，达林顿晶体管Q2的集电极与续流二极管D1的正极连接，续流二极管D1的负极经开关SW连接到直流电源BAT的正极，电源负极接地，电阻R4一端接在晶体管Q1的集电极上，另一端接在续流二极管D1的负极上，续流二极管D1并联有励磁线圈3，正反馈电容C3与电阻R5串联后分别接到晶体管Q1的基极和达林顿晶体管Q2的集电极上。
电压放大器4包括接地电阻Ri、反馈电阻Rf、平衡电阻Rp和运算放大器组成，平衡电阻Rp串联在运算放大器的正相信号输入端，接地电阻Ri一端接地，另一端接在运算放大器的负相信号输入端，反馈电阻Rf接在运算放大器的输出端和负相信号输入端之间。
滤波电容C1，其作用是将稳压二极管ZD1前面的高频杂讯挡掉，仅让所需要的低频讯号通过，使变速器运作正常而不会受到高频杂讯的影响。
负反馈电容C2，其作用是控制达林顿晶体管Q2的开关频率，使其频率不会太高，提高其工作寿命，适当选择C2的电容值大小，可使达林顿晶体管Q2在所需的频率下工作，且其频率不会因传动轴输出转速的变化而受到影响。
正反馈电容C3，其目的是确保晶体管Q1的切换动作正常，使其转态变得较明确，不会因转态不明确而增加切换损失，另外加入正反馈，正反馈电容C3会对晶体管Q1产生一个最小关闭时间，即对于达林顿晶体管Q2和磁路有最小导通时间。
续流二极管D1，起保护作用，防止励磁线圈产生的自感电动势击穿达林顿晶体管Q2造成损坏，此续流二极管D1在达林顿晶体管Q2截止时，给励磁线圈里的电流提供一个释放回路。
工作过程：磁流变液传动装置的传动轴的转速n由调速电阻R1给定，该电阻大小R1与期望得到的传动轴转速n有确定的函数关系，即R 1 =f(n)=[A 0 Kn/(V ZD1+ V be )-1]·R 2，其中，A 0=1+R f/R i为电压放大器的放大倍数，K= u f /n为转速传感器2的转换系数。根据R 1 =f(n)，调节R1的阻值大小设定传动轴的输出转速，转速设定好后，闭合电源开关SW，由于传动轴未转动或转速较低，因此转速传感器将其转速检测后并转化成的电压信号u f 十分微弱，电压放大器将电压信号u f 放大，经调速电阻R1和分压电阻R2串联分压后，分压电阻R2两端的电压仍然较低，未达到稳压二极管ZD1的反向击穿电压，故晶体管Q1截止，而达林顿晶体管Q2导通，此时磁场电路导通，励磁线圈3周围产生磁场，磁路电流流向为：电源BAT正极→开关SW→励磁线圈3→晶体管Q2集电极→晶体管Q2发射极→接地→电源BAT负极；在外加磁场的作用下，磁流变液的粘度迅速增大，表现出类似固体的状态，磁流变液传动装置1利用其在剪切模式下的剪切应力带动传动轴转动，传动轴的输出转速会逐渐升高，当其转速超过设定转速时，调速传感器感应出的电压信号u f 经电压放大器4放大并由调速电阻R1和分压电阻R2串联分压后，分压电阻R2两端的电压达到稳压二极管ZD1的反向击穿电压，此时晶体管Q1导通，而达林顿晶体管Q2截止，此时磁场电路被切断，励磁线圈3周围的磁场消失，磁流变液的粘度迅速降低，传动轴的输出转速随之降低，当其转速低于设定转速时，分压电阻R2两端的电压又会低于稳压二极管ZD1的反向击穿电压，从而晶体管Q1截止，而达林顿晶体管Q2导通，磁场电路再次导通，励磁线圈3周围再次产生磁场，传动轴的输出转速又会重新升高，如此反复工作，将传动轴的输出转速控制在设定转速附近。

Claims (2)

1. 一种磁流变液无级变速器，包括磁流变液传动装置（1）和转速调节电路，其特征在于，所述的转速调节电路包括转速传感器（2）、励磁线圈（3）、电压放大器（4）、调速电阻R1、分压电阻R2、限流电阻R3、电阻R4、电阻R5、滤波电容C1、负反馈电容C2、正反馈电容C3、晶体管Q1、达林顿晶体管Q2、续流二极管D1、稳压二极管ZD1、开关SW和直流电源BAT，转速传感器（2）和励磁线圈（3）设置在磁流变液传动装置（1）外侧，转速传感器（2）的一端接地，另一端连接到电压放大器（4）的正相信号输入端，电压放大器（4）的负相信号输入端接地，电压放大器（4）的输出端连接到调速电阻R1上，调速电阻R1与分压电阻R2串联后接地，分压电阻R2上并联有滤波电容C1，稳压二极管ZD1与限流电阻R3串联后并联在滤波电容C1上，晶体管Q1的发射极并联在限流电阻R3两端，晶体管Q1的集电极并联有负反馈电容C2，达林顿晶体管Q2的基极与晶体管Q1的集电极相连，达林顿晶体管Q2的发射极接地，达林顿晶体管Q2的集电极与续流二极管D1的正极连接，续流二极管D1的负极经开关SW连接到直流电源BAT的正极，电源负极接地，电阻R4一端接在晶体管Q1的集电极上，另一端接在续流二极管D1的负极上，续流二极管D1并联有励磁线圈（3），正反馈电容C3与电阻R5串联后分别接到晶体管Q1的基极和达林顿晶体管Q2的集电极上。
2. 根据权利要求1所述的磁流变液无级变速器，其特征在于，所述的电压放大器（4）包括接地电阻Ri、反馈电阻Rf、平衡电阻Rp和运算放大器组成，平衡电阻Rp串联在运算放大器的正相信号输入端，接地电阻Ri一端接地，另一端接在运算放大器的负相信号输入端，反馈电阻Rf接在运算放大器的输出端和负相信号输入端之间。
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