CN103248197A - 磁流变液动力耦合器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁流变液动力耦合器，其包括内转子、中间转子、外转子、磁流变液、轴承，内转子、中间转子和外转子由内至外形成同心结构，内转子通过轴承嵌套在中间转子的内部，内转子和中间转子共同形成旋转轴，外转子套装在中间转子的外部，内转子与中间转子之间、以及中间转子及外转子之间都形成密封空间，内转子与中间转子之间的密封空间内、以及中间转子与外转子之间的密封空间内都充满磁流变液。本发明通过磁流变液作为耦合介质，在三个同轴旋转部件之间实现动力耦合功能，具有反应灵敏、耗能低、实时控制效果好、能实现多种动力耦合、振动冲击小等特点。

Description

磁流变液动力耦合器

技术领域

本发明涉及一种磁流变液动力耦合器，该动力耦合器可以实现一对一耦合、一对二耦合和二对一耦合，主要用于机械传动系统中的动力耦合和动力传递，特别适合于混合动力汽车动力传动系统。

技术背景

动力耦合装置是机械传动重要部件，可以实现多种动力源耦合匹配工作，也可以实现一种动力源的多轴分配工作。

目前动力耦合器的种类很多，主要有摩擦耦合、电磁耦合、定轴齿轮耦合、行星轮系耦合等几种。摩擦耦合结构复杂，摩擦波动性大，耦合过程难以精确控制；电磁耦合需要强大的电磁场，对系统的电路要求高；定轴齿轮耦合器本身是无法单独工作，需要和其它耦合器（离合器）协同工作，定轴齿轮耦合过程有较大的振动冲击；行星轮系耦合效果好，但其对零部件的加工精度要求高，控制方法比较复杂。因此需要开发一种不同类型的动力耦合器，可以给多种动力源机械传动方案提供一种选择。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种磁流变液动力耦合器，其通过磁流变液作为耦合介质，在三个同轴旋转部件之间实现动力耦合功能，具有反应灵敏、耗能低、实时控制效果好、能实现多种动力耦合、振动冲击小等特点。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种磁流变液动力耦合器，其特征在于，所述磁流变液动力耦合器包括内转子、中间转子、外转子、磁流变液、轴承，内转子、中间转子和外转子由内至外形成同心结构，内转子通过轴承嵌套在中间转子的内部，内转子和中间转子共同形成旋转轴，外转子套装在中间转子的外部，内转子与中间转子之间、以及中间转子及外转子之间都形成密封空间，内转子与中间转子之间的密封空间内、以及中间转子与外转子之间的密封空间内都充满磁流变液。

优选地，所述磁流变液动力耦合器还包括内转子线圈和外转子线圈，内转子线圈位于内转子的外侧，外转子线圈位于外转子的内部，通过控制外转子线圈的电流通断和内转子线圈的电流通断以实现一对一耦合、一对二耦合和二对一耦合；通过调节外转子线圈的电流大小和内转子线圈的电流大小精确控制内外密封空间内磁流变液的磁流变效应。

优选地，所述内转子线圈通电时产生的磁场控制内转子与中间转子之间的磁流变液的磁流变效应，内转子和中间转子据此形成耦合；外转子线圈通电时产生的磁场控制中间转子与外转子间磁流变液的磁流变效应，中间转子与外转子据此形成耦合。

优选地，所述内转子线圈和外转子线圈不通电时，所述磁流变液动力耦合器无耦合效应，内转子、中间转子和外转子都可以在同一旋转轴线上自由转动。

优选地，所述内转子线圈通电，且外转子线圈不通电时，内转子与中间转子间的磁流变液在电磁线圈产生的磁场作用下形成磁流变效应，内转子与中间转子耦合，磁场被中间转子隔离，中间转子与外转子之间的磁流变液无磁流变效应，外转子可自由转动。

优选地，所述外转子线圈通电，且内转子线圈不通电时，中间转子与外转子之间的磁流变液在电磁线圈产生的磁场作用下形成磁流变效应，中间转子与外转子耦合，中间转子隔离磁场，内转子可自由转动。

优选地，所述内转子线圈的电流调节变化以控制内转子与中间转子间的耦合力矩，外转子线圈的电流调节变化以控制中间转子与外转子间的耦合力矩，内转子线圈的电流调节变化或外转子线圈的电流调节变化都采用串联滑动可变电阻调节法或采用PWM占空比调节法。

优选地，所述内转子线圈通过内转子线圈导电滑环与一个电源连接；外转子线圈通过外转子线圈导电滑环与一个电源连接。

优选地，所述中间转子的材料为隔磁材料，外转子的材料和内转子的材料都为透磁材料。

优选地，所述内转子与中间转子之间、中间转子与外转子之间都设有密封圈，内转子的内部开有圆头平键。

本发明具有如下积极效果：一、可以实现多种动力耦合，通过控制内转子线圈中电流的通断和外转子线圈中电流的通断，可以实现一对一、一对二、二对一的动力耦合形式。二、利用磁流变液的磁流变效应为耦合原理，具有反应灵敏、耗能低、振动冲击小、实时控制效果好等特点。三、通过控制磁流变液的磁流变效应，使得传动过程具有防过载能力。

附图说明

图1是本发明磁流变液动力耦合器的结构示意图。

图2是本发明中外转子端盖的结构示意图。

图3是本发明中中间转子端盖的结构示意图。

图4是本发明中外转子线圈导电滑环的结构示意图。

图5是本发明中内转子线圈导电滑环的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明磁流变液动力耦合器包括主要包括内转子1、内转子线圈5、内转子线圈导电滑环2、中间转子10、外转子3、外转子线圈7、外转子线圈导电滑环9、密封圈8、轴承11、圆头平键6和磁流变液4，中间转子10的材料为隔磁材料，因为内外磁场可能会产生额外耦合效应，影响控制精度，所以外磁场和内磁场需要严格隔离，隔磁材料主要用铁基导磁性好的材料，如常见碳钢等。外转子3的材料和内转子1的材料都为透磁材料，由于外转子3和内转子1内都有线圈，磁力必须穿过表面覆盖层，才能到达磁流变液，所以外转子3的材料和内转子1的材料必须是透磁材料，如不锈钢、铜等。内转子1、中间转子10和外转子3由内至外形成同心结构，三者旋转轴线重合；内转子1通过轴承11嵌套在中间转子10的内部，内转子1和中间转子10共同形成旋转轴，旋转轴的左半轴即为内转子1的转轴，旋转轴的右半轴即为中间转子10的转轴；外转子3套装在中间转子10的外部，外转子3通过一个轴承支撑在旋转轴的左半轴、右半轴上，而旋转轴的左半轴、右半轴又分别通过另一个轴承支撑在固定机架12上；内转子1与中间转子10之间的密封空间内、以及中间转子10与外转子3之间的密封空间内都充满磁流变液4。内转子线圈5位于内转子1的外侧，外转子线圈7位于外转子3的内部。内转子线圈5通电时产生的磁场控制内转子1与中间转子10之间的磁流变液的磁流变效应，内转子1和中间转子10据此形成耦合；外转子线圈7通电时产生的磁场控制中间转子10与外转子3间磁流变液的磁流变效应，中间转子10与外转子3据此形成耦合。内转子线圈5通过内转子线圈导电滑环2与一个电源连接。外转子线圈7通过外转子线圈导电滑环9与一个电源连接。外转子3与一个外转子端盖14连接，外转子端盖14上有啮合齿圈13，啮合齿圈以便于动力传输。内转子1与中间转子10之间、中间转子10与外转子3之间都设有密封圈8，这样可以防止磁流变液4的泄漏。内转子1的内部开有圆头平键6，圆头平键主要作用是连接内转子轴和透磁圆柱桶。利用圆头平键连接可以增加内转子的可拆性，方便维修。

内转子线圈5和外转子线圈7不通电时，该耦合器无耦合效应，内转子1、中间转子10和外转子3都可以在同一旋转轴线上自由转动。

当内转子线圈5通电，且外转子线圈7不通电时，内转子1与中间转子10间的磁流变液在电磁线圈产生的磁场作用下形成磁流变效应，内转子1与中间转子10耦合，动力可以在内转子1与中间转子10之间传递，此时耦合形式为一对一耦合；通过调节内转子线圈5的供电电流，可以增强或减弱磁流变效应，从而调节最大传递力矩；磁场被中间转子10隔离，中间转子10与外转子3之间的磁流变液无磁流变效应，外转子3可自由转动。

当外转子线圈7通电，且内转子线圈5不通电时，中间转子10与外转子3之间的磁流变液在电磁线圈产生的磁场作用下形成磁流变效应，中间转子10与外转子3耦合，动力可以在中间转子10与外转子3之间传递，此时耦合形式为一对一耦合。通过调节外转子线圈7的供电电流，可以增强或减弱磁流变效应，从而调节最大传递力矩，而中间转子10隔离磁场，故此时内转子1可自由转动。

当外转子线圈7和内转子线圈5都通电时，内转子1与中间转子10之间、以及中间转子10与外转子3之间磁流变液都产生磁流变效应，内转子1、中间转子10及外转子3都同时耦合。

综上所述，本发明通过控制外转子线圈的电流通断和内转子线圈的电流通断，可以实现一对一耦合、一对二耦合和二对一耦合，实现动力转矩的分汇，此外通过调节外转子线圈的电流大小和内转子线圈的电流大小，可以精确控制内外密封空间内磁流变液的磁流变效应，能在动力传递过程中实现实时量化控制。

根据内转子线圈5的电流调节变化以控制内转子1与中间转子10间的耦合力矩，即调节内转子线圈5的电流，可以控制内转子1与中间转子10间的耦合力矩；根据外转子线圈7的电流调节变化以控制中间转子10与外转子3间的耦合力矩，即调节外转子线圈7的电流，可以控制中间转子10与外转子3间的耦合力矩。内转子线圈5的电流调节变化或外转子线圈7的电流调节变化可以采用串联滑动可变电阻调节法，也可以采用PWM占空比调节法。

若以本发明磁流变液动力耦合器在混合动力汽车上应用为例，传动方案可以选择为：发动机可以连接内转子1，外转子3连接发电机（电动机），中间转子10连接后续传动部件（驱动桥）。主要工作过程可以描述成如下三种状态：（一）发动机动力从左侧内转子1旋转半轴输入，通过耦合，中间转子10得到动力并通过右侧旋转半轴对后续传动部件输出动力，同时外转子3也因为耦合作用从中间转子10分到一部分动力，通过自身的齿圈可以带动发电机（电动机）发电。此时为动力分配，分配比例实时可调。（二）若蓄电池电量充足，发动机和电动机（发动机）同时向外提供动力，发动机动力从内转子1输入，电动机动力从外转子3齿圈输入，通过耦合作用，两动力汇集在中间转子10上，通过中间转子10右侧旋转半轴输出到后续传动部件上。此时为动力复合，复合比例实时可调。（三）车辆制动，内转子线圈5不通电，外转子线圈7通电，车辆惯性动力从中间转子10输入，通过耦合作用，到达外转子3，外转子3通过齿圈带动发电机（电动机）发电，由于内转子线圈5断电，内转子1和中间转子10无耦合效应，惯性动力不会传递到发动机曲轴上。

如图1和图2所示，外转子端盖14上有啮合齿圈13和第一螺栓连接孔15，外转子端盖与外转子连接后，必须确保磁流变液无泄漏。

如图3所示，中间转子与一个中间转子端盖连接，中间转子端盖上有第二螺栓连接孔16，为了减少转动阻力，选用沉头螺栓连接。

如图4所示，外转子3的一侧设有第一导电滑环17，为了必须确保绝缘性，外转子3和第一导电滑环17之间第一绝缘层18，为了增加导电滑环的贴合度，对导电滑环外环面有平面度要求，该环面的平面度应小于0.15mm。

如图5所示，内转子1的一侧设有第二导电滑环19，为了必须确保绝缘性，内转子1和第二导电滑环19之间第二绝缘层20，为了增加导电滑环的贴合度，对导电滑环的外圆面有圆柱度要求，该外圆面圆柱度应小于0.15mm。

本发明实施方式可以采用四种传动形态：

（一）若内转子1为动力输入件，中间转子10与外转子3为动力输出件，动力首先传给中间转子10，中间转子10除了直接向外界输出动力，还通过外转子3间接向外界输出动力。该形态为一对二串联耦合。

（二）若外转子3为动力输入件，内转子1和中间转子10为动力输出件，动力首先传给中间转子10，中间转子10除了直接向外界输出动力，还通过内转子1间接向外界输出动力。该形态也为一对二串联耦合。

（三）若动力输入件为中间转子10，内转子1和外转子3为动力输出件，内转子1和外转子3两个部件并行输出动力。该形态也为一对二并联耦合。

（四）若动力输入件为内转子1和外转子3两个部件，动力输出端为中间转子10，该形态为二对一耦合。

需要说明的是：任何两个耦合部件间的最大传递转矩都受到磁流变效应的耦合能力的限制，当传递扭矩达到磁流变效应的耦合最大力矩时将不会再增大，有效防止了系统过载。

Claims (10)

1.一种磁流变液动力耦合器，其特征在于，所述磁流变液动力耦合器包括内转子、中间转子、外转子、磁流变液、轴承，内转子、中间转子和外转子由内至外形成同心结构，内转子通过轴承嵌套在中间转子的内部，内转子和中间转子共同形成旋转轴，外转子套装在中间转子的外部，内转子与中间转子之间、以及中间转子及外转子之间都形成密封空间，内转子与中间转子之间的密封空间内、以及中间转子与外转子之间的密封空间内都充满磁流变液。

2.根据权利要求1所述的磁流变液动力耦合器，其特征在于，所述磁流变液动力耦合器还包括内转子线圈和外转子线圈，内转子线圈位于内转子的外侧，外转子线圈位于外转子的内部，通过控制外转子线圈的电流通断和内转子线圈的电流通断以实现一对一耦合、一对二耦合和二对一耦合；通过调节外转子线圈的电流大小和内转子线圈的电流大小精确控制内外密封空间内磁流变液的磁流变效应。

3.根据权利要求2所述的磁流变液动力耦合器，其特征在于，所述内转子线圈通电时产生的磁场控制内转子与中间转子之间的磁流变液的磁流变效应，内转子和中间转子据此形成耦合；外转子线圈通电时产生的磁场控制中间转子与外转子间磁流变液的磁流变效应，中间转子与外转子据此形成耦合。

4.根据权利要求2所述的磁流变液动力耦合器，其特征在于，所述内转子线圈和外转子线圈不通电时，所述磁流变液动力耦合器无耦合效应，内转子、中间转子和外转子都可以在同一旋转轴线上自由转动。

5.根据权利要求2所述的磁流变液动力耦合器，其特征在于，所述内转子线圈通电，且外转子线圈不通电时，内转子与中间转子间的磁流变液在电磁线圈产生的磁场作用下形成磁流变效应，内转子与中间转子耦合，磁场被中间转子隔离，中间转子与外转子之间的磁流变液无磁流变效应，外转子可自由转动。

6.根据权利要求2所述的磁流变液动力耦合器，其特征在于，所述外转子线圈通电，且内转子线圈不通电时，中间转子与外转子之间的磁流变液在电磁线圈产生的磁场作用下形成磁流变效应，中间转子与外转子耦合，中间转子隔离磁场，内转子可自由转动。

7.根据权利要求2所述的磁流变液动力耦合器，其特征在于，所述内转子线圈的电流调节变化以控制内转子与中间转子间的耦合力矩，外转子线圈的电流调节变化以控制中间转子与外转子间的耦合力矩，内转子线圈的电流调节变化或外转子线圈的电流调节变化都采用串联滑动可变电阻调节法或采用PWM占空比调节法。

8.根据权利要求2所述的磁流变液动力耦合器，其特征在于，所述内转子线圈通过内转子线圈导电滑环与一个电源连接；外转子线圈通过外转子线圈导电滑环与一个电源连接。

9.根据权利要求2所述的磁流变液动力耦合器，其特征在于，所述中间转子的材料为隔磁材料，外转子的材料和内转子的材料都为透磁材料。

10.根据权利要求2所述的磁流变液动力耦合器，其特征在于，所述内转子与中间转子之间、中间转子与外转子之间都设有密封圈，内转子的内部开有圆头平键。

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