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一种应用永磁材料的磁粉离合器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用永磁材料的磁粉离合器，永磁体和励磁线圈嵌装于磁轭，组成永磁-电磁混合式磁路结构，永磁体和励磁线圈将磁轭轴向平分为两部分，永磁体位于励磁线圈径向内侧，磁轭通过轴承支承在输出轴上，磁轭与从动转子相邻的端面上装有第二磁粉挡环，磁轭与法兰盘连接，法兰盘固定到机座上；内主动转子、外主动转子通过连接环连接为一体，构成离合器主动转子；从动转子通过键与输出轴连接，从动转子与磁轭相邻的端面上装有第一磁粉挡环；在内主动转子、从动转子上焊接有隔磁环；内主动转子、从动转子和外主动转子同轴线。本发明具有结构简单、控制方便、主动件转动惯量适中以及节能减排降耗的优点。

Description

一种应用永磁材料的磁粉离合器
技术领域
本发明属于离合器，特别是一种应用永磁材料的磁粉离合器。
背景技术
离合器是机械传动系统的重要部件，起到保证动力平稳传递，过载保护的作用。目前，主要类型有摩擦片式离合器和液力变矩器。传统摩擦片式离合器，具有结构简单、传递效率高、传递转矩容量大等优势，但是在自动控制装置中，需要附加控制伺服机构来完成对离合器的控制，其控制较为复杂，并且在结合、分离过程中会产生振动和滑动摩擦，影响平顺性，同时动力中断也会造成一定的动力损失。液力变矩器是一种以液体为工作介质的非刚性扭矩变换器，具有变矩、变速，自动离合，减振隔振等优点，但是液力变矩器由于存在结构复杂，价格高，传动效率低等问题。
磁粉离合器是是通过填充于工作间隙的被磁化了的磁粉传递转矩的一种离合器，具有接合平顺、可控性好、响应迅速、转矩传递范围广且与滑差率无关等优点，与其他类型的离合器相比，更能发挥机械动力传动系的作用，保证传动系统高效、平稳的运行。美国专利4403683和国家实用新型专利032224877都申请提出了一种车用电磁磁粉离合器，可有效实现离合器的快速可靠分离、接合，或获得最佳滑差转矩，提高发动机寿命。但是，磁粉离合器工作时由于需要供以电流，从而产生了一定的能耗损失，使其经济性降低。国家实用新型专利032476124申请提出一种车用复合式离合器，综合利用摩擦片式离合器和磁粉离合器各自的优点，减少汽车接合振动冲击，降低能耗，但是结构及控制系统复杂，实用性差，并且增大了发动机飞轮转动惯量，使发动机加速动力性下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单合理，能有效降低能耗损失的磁粉离合器，特别适合应用于离合器大部分工作时间处于结合状态并工作在中低负荷下的场合。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种应用永磁材料的磁粉离合器，包括从动转子、外主动转子、内主动转子、励磁线圈、永磁体和磁轭，永磁体和励磁线圈嵌装于磁轭，组成永磁-电磁混合式磁路结构，永磁体和励磁线圈将磁轭轴向平分为两部分，永磁体位于励磁线圈径向内侧，磁轭通过轴承支承在输出轴上，磁轭与从动转子相邻的端面上装有第二磁粉挡环，磁轭与法兰盘连接，法兰盘固定到机座上；内主动转子、外主动转子通过连接环连接为一体，构成离合器主动转子，端盖与外主动转子连接，端盖通过轴承支承在输出轴上，与外界动力源连接；从动转子通过键与输出轴连接，从动转子与磁轭相邻的端面上装有第一磁粉挡环；在内主动转子、从动转子上焊接有隔磁环，焊装位置位于励磁线圈的径向外侧正对中心；内主动转子、从动转子和外主动转子同轴线，内主动转子的外圆柱面与从动转子的外圆柱面之间，外主动转子的内圆柱面与从动转子的外圆柱面之间形成双工作间隙，工作间隙内填充工作介质磁粉。
本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)采用了永磁体与励磁线圈串联的磁路结构型式，永磁体为磁路常供磁场源，励磁线圈为可控磁场源。当离合器在结合状态下传递转矩低于一定限值时，仅由永磁体提供传递转矩所需的磁场强度，励磁线圈断电，离合器不消耗额外的能源；当离合器在结合状态下传递转矩高于一定限值时，控制励磁线圈通入一定量的励磁电流，由永磁体和励磁线圈共同提供传递转矩所需的磁场强度；当离合器需要从结合状态转入脱离(不传递转矩)状态时，控制励磁线圈通入一定量的反向励磁电流，用于抵消永磁体所产生的磁场。本发明能够根据机械动力传递过程中不同工作工况对磁粉离合器转矩传递容量的要求，通过控制励磁线圈通电电流的大小及方向，实现离合器的自动分离、接合，其具有结构简单、控制方便、主动件转动惯量适中的优点。(2)采用双工作间隙结构，增大工作面有效面积，提高离合器转矩传递容量。(3)图4为本发明所提出的一种应用永磁材料的磁粉离合器与传统电磁磁粉离合器的转矩传递特性曲线比较图，从图4可以看出，在离合器额定工作范围内，本发明所提出的一种应用永磁材料的磁粉离合器表现出较好的转矩传递特性，具有节能减排降耗的优点。(4)本发明特别适合应用于离合器大部分工作时间处于结合状态并工作在中低负荷下的场合，例如汽车中。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明应用永磁材料的磁粉离合器结构示意图。
图2为本发明应用永磁材料的磁粉离合器从动转子结构图。
图3为本发明应用永磁材料的磁粉离合器控制系统结构框图。
图4为本发明应用永磁材料的磁粉离合器与传统电磁磁粉离合器转矩传递性能曲线比较图。
具体实施方式
本发明应用永磁材料的磁粉离合器，图1为其结构示意图，永磁体12和励磁线圈11嵌装于磁轭13，组成永磁-电磁混合式磁路结构，永磁体12和励磁线圈11将磁轭13轴向平分为两部分，永磁体12位于励磁线圈11径向内侧。磁轭13通过轴承支承在输出轴14上，磁轭13与从动转子4相邻的端面上装有磁粉挡环3。磁轭13与法兰盘10连接，法兰盘10固定到机座上。永磁体12可采用钕铁硼材料。
内主动转子6、外主动转子5通过连接环8连接为一体，构成离合器主动转子。端盖1通过螺钉与外主动转子5连接，端盖1通过轴承支承在输出轴14上，与外界动力源连接。
从动转子4通过键与输出轴14连接，从动转子4与磁轭13相邻的端面上装有磁粉挡环2。
在内主动转子6、从动转子4上焊接有隔磁环7，焊装位置位于励磁线圈11的径向外侧正对中心。
内主动转子6、从动转子4和外主动转子5同轴线。内主动转子6的外圆柱面与从动转子4的外圆柱面之间，外主动转子5的内圆柱面与从动转子4的外圆柱面之间形成0.35-0.5mm的双工作间隙，工作间隙内填充工作介质磁粉9。
所述磁轭13、内主动转子6、外主动转子5、从动转子4材料为软磁材料。软磁材料是指导磁率高，矫顽力低和单位损耗小的低碳钢、硅钢、坡莫合金等。
所述连接环8、隔磁环7、端盖1、输出轴14、磁粉挡环2、磁粉挡环3、法兰盘10材料为非导磁材料。非导磁材料是指非磁性的不锈钢——铬钢、铬镍钢，以及铜，硬铝等。
所述从动转子4工作面上开沟槽15，两端开有槽缝16，提高磁粉9在两个工作间隙中的流动性，如图2所示。
所述永磁-电磁混合磁路结构型式是指磁粉离合器磁路场源由永磁体12和励磁线圈11共同构建，其中永磁体12为常供源，励磁线圈11为可控源，通过控制励磁线圈通电电流大小及方向来满足机械动力传递过程中不同工作工况对磁粉离合器转矩传递容量的要求。
当离合器在结合状态下传递转矩低于一定限值时，仅由永磁体12提供传递转矩所需的磁场强度，励磁线圈11断电，离合器不消耗额外的能源。
当离合器在结合状态下传递转矩高于一定限值时，对励磁线圈11供入励磁电流，由永磁体12和励磁线圈11共同提供传递转矩所需的磁场强度。
当离合器需要从结合状态转入脱离(不传递转矩)状态时，对励磁线圈11供入反向的励磁电流，用于抵消永磁体12所产生的磁场。
下面结合一种应用永磁材料的磁粉离合器在汽车传动领域的应用实施例，对本发明进一步说明。
如图3所示，本发明应用永磁材料的磁粉离合器的控制系统由工作状态传感器、控制单元、励磁线圈驱动电路和直流电源组成，控制单元接受工作状态传感器信息，通过处理后输出控制信号给励磁线圈驱动电路驱动励磁线圈工作。工作状态传感器可根据具体的磁粉离合器控制方法、策略及应用场合进一步确定。对于城市经济型汽车，其大部分工作时间处于中小负荷下运行，本发明的应用可以实现汽车传动系统的自动控制，且能有效降低能耗，达到节能减排的目的。具体工作过程如下：
(1)当汽车工作状态传感器识别汽车在中小负荷下运行时，控制单元输出控制信号使励磁线圈11通电电流为零，磁路磁势由永磁体12独自提供，在永磁体12作用下，工作间隙中的磁粉9磁化，形成“磁粉链”，连接主、从动转子，在磁粉9自身的结合力及磁粉9与工作表面之间的摩擦力的作用下传递转矩。
(2)当汽车工作状态传感器识别汽车在起动、制动、怠速停车、或进行换挡操作时，控制单元输出控制信号控制励磁线圈11反向通电，反向励磁电流在工作间隙中所产生磁场与永磁体12产生磁场相抵消，当工作间隙中叠加磁感应强度等于零时，磁粉9处于分散状态，主、从动转子间无连接力，离合器分离。
(3)当汽车工作状态传感器识别汽车在高负荷下运行时，控制单元输出控制信号控制励磁线圈11正向通电，正向励磁电流在工作间隙中所产生磁场与永磁体12产生磁场同向叠加，工作间隙磁感应强度增加，主、从动转子间连接力和转矩传递容量增大，保证汽车在高负荷下运行传动系统的可靠连接。
如图4所示，本发明所提出的永磁磁粉离合器与传统电磁磁粉离合器的转矩传递特性曲线比较图可以看出，在离合器额定工作范围内，永磁磁粉离合器表现出较好的转矩传递特性，与传统电磁磁粉离合器相比具有明显的节能降耗的优点。

Claims (7)

1.一种应用永磁材料的磁粉离合器，其特征在于包括从动转子(4)、外主动转子(5)、内主动转子(6)、励磁线圈(11)、永磁体(12)和磁轭(13)，永磁体(12)和励磁线圈(11)嵌装于磁轭(13)，组成永磁-电磁混合式磁路结构，永磁体(12)和励磁线圈(11)将磁轭(13)轴向平分为两部分，永磁体(12)位于励磁线圈(11)径向内侧，磁轭(13)通过轴承支承在输出轴(14)上，磁轭(13)与从动转子(4)相邻的端面上装有第二磁粉挡环(3)，磁轭(13)与法兰盘(10)连接，法兰盘(10)固定到机座上；
内主动转子(6)、外主动转子(5)通过连接环(8)连接为一体，构成离合器主动转子，端盖(1)与外主动转子(5)连接，端盖(1)通过轴承支承在输出轴(14)上，与外界动力源连接；从动转子(4)通过键与输出轴(14)连接，从动转子(4)与磁轭(13)相邻的端面上装有第一磁粉挡环(2)；在内主动转子(6)、从动转子(4)上焊接有隔磁环(7)，焊装位置位于励磁线圈(11)的径向外侧正对中心；
内主动转子(6)、从动转子(4)和外主动转子(5)同轴线，内主动转子(6)的外圆柱面与从动转子(4)的外圆柱面之间，外主动转子(5)的内圆柱面与从动转子(4)的外圆柱面之间形成双工作间隙，从动转子(4)与连接环(8)之间留有间隙，所有间隙内填充工作介质磁粉(9)。
2.根据权利要求1所述的应用永磁材料的磁粉离合器，其特征在于永磁体(12)采用永磁材料。
3.根据权利要求1所述的应用永磁材料的磁粉离合器，其特征在于磁轭(13)、内主动转子(6)、外主动转子(5)、从动转子(4)材料为软磁材料。
4.根据权利要求1所述的应用永磁材料的磁粉离合器，其特征在于连接环(8)、隔磁环(7)、端盖(1)、输出轴(14)、第一磁粉挡环(2)、第二磁粉挡环(3)、法兰盘(10)材料为非导磁材料。
5.根据权利要求1所述的应用永磁材料的磁粉离合器，其特征在于从动转子(4)工作面上开沟槽(15)，两端开有槽缝(16)。
6.根据权利要求1所述的应用永磁材料的磁粉离合器，其特征在于工作间隙为0.35-0.5mm。
7.根据权利要求1所述的应用永磁材料的磁粉离合器，其特征在于永磁体(12)为离合器磁路常供磁场源，励磁线圈(11)为可控磁场源，通过控制励磁线圈(11)的正、反向通电及电流大小，改变工作间隙中的叠加磁感应强度，实现离合器转矩传递容量的自动控制。
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