CN103867602B - 一种利用形状记忆合金驱动的磁流变液自发电传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用形状记忆合金驱动的磁流变液自发电传动装置，包括主动部件、从动部件、励磁线圈和直流发电机，主动部件包括主动轴和安装在主动轴上的主动内圆筒；从动部件套在主动内圆筒外部的从动外壳和固定连接在从动外壳两端并使主动内圆筒与从动外壳之间形成磁流变液工作腔的左端盖和右端盖，励磁线圈安装在工作腔的外部，左端盖的外侧面上具有沿主动轴轴线方向延伸的突出部，直流发电机安装在该突出部上并通过导线与励磁线圈相连。本传动装置不仅能够对磁流变液的传递性能进行自适应调节，而且还能够减少由于克服磁流变液粘性力而产生的功率损耗，保护磁流变液的物理和化学性能，同时还具有结构紧凑、装卸方便、节能环保等优点。

Description

一种利用形状记忆合金驱动的磁流变液自发电传动装置

技术领域

本发明涉及一种机械传动装置，特别是涉及一种利用形状记忆合金驱动的磁流变液自发电传动装置。

背景技术

磁流变液是能够在外加磁场作用下，从流体变为类似固体或凝胶状态的两相悬浮液，磁流变液的变化是可逆的，在不加磁场时，它表现为牛顿流体；在外加磁场作用下，它表现为宾汉塑性流体（宾汉塑性流体是非牛顿流体的一种，是一种粘塑性材料，在低应力的作用下，它表现为刚性体，但在高应力的作用下，它会像粘性流体一样流动），具有一定的抗剪力和屈服应力，且随外加磁场强度的增大，磁流变液的抗剪力和屈服应力增大，其性能可由外加磁场连续调控。由于磁流变液在传动方面具有良好的性能，如可实现主从动件间的柔性传动，可实现高灵敏度、高精度、平稳地无级调速，易实现调速过程的遥控和自动控制等，因此近年来对磁流变液在无级传动方面的应用研究越来越多，如CN102562857A公开的“一种锥形挤压-剪切式磁流变离合器”，它利用线圈产生的磁场对衔铁输出盘的吸引，减小装有磁流变液的工作腔体积，同时对磁流变液产生挤压和剪切力从而传递更大转矩；如CN103109103A公开的“磁流变传动装置”，它在转动体和部件之间设有含有磁流变介质的锐角区域，该锐角区域可承受该磁场产生机构的磁场以便选择性地将这些颗粒链化和/或与该转动体楔紧或释放；如202418318U公开的“复合增力式磁流变离合器”，在离合器运转过程中利用铰杆增力的同时带动挤压盘挤压磁流变液，在提高扭矩的同时，还解决了以往单一铰杆增力式离合器无法快速响应的问题，实现了离合器的快速响应；如CN202451656U公开的“离心式闸块挤压磁流变离合器”，它在装有磁流变液的封闭腔体内的主动套筒上设置随主动套筒转动而挤压磁流变液的闸块，利用旋转时产生的离心力使闸块与壳体之间产生挤压从而传递更大转矩。

具有一定初始形状的形状记忆合金在一定条件下进行一定程度的变形之后，通过适当地改变外界条件（如温度），又会发生逆变形，使材料恢复成初始形状，在形状恢复的过程中，形状记忆合金若受到约束就会产生很大的回复力，利用其回复力可对外做功的特性，能制成各种驱动元件。如CN1097040A公开的“记忆弹簧驱动式风扇离合器”，它利用设于主动摩擦锥盘内侧中部的形状记忆合金螺旋弹簧作为中央驱动，根据不同的出水温度带动冷却风扇以不同转速引入不同流量的空气强化水箱对出水的冷却作用，使内燃机的出水温度稳定在有利温度范围内；如CN202220651U公开的“形状记忆合金控制的发动机风扇”，它形状记忆合金弹簧来感温，实现对磁力大小的控制，进而控制风扇的风量。

综上所述，虽然研究人员对磁流变液和形状记忆合金在传动工程领域的单独应用作了大量研究，但是对于形状记忆合金和磁流变液在传动装置中的联合应用研究以及磁流变液传动装置的自适应调节方面研究还很少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用形状记忆合金驱动的磁流变液自发电传动装置，该传动装置不仅能够对磁流变液的传递性能进行自适应调节，而且还能够减少从分离到接合过程由于克服磁流变液粘性力而产生的功率损耗，保护了磁流变液的物理和化学性能，延长了磁流变液的使用寿命，同时该传动装置还具有结构紧凑、装卸方便、节能环保等优点。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种利用形状记忆合金驱动的磁流变液自发电传动装置，包括主动部件、从动部件、励磁线圈和直流发电机，所述主动部件包括主动轴和安装在主动轴上并能够随主动轴转动的主动内圆筒；所述从动部件包括从动外壳、左端盖和右端盖，所述从动外壳套在主动内圆筒的外部，所述左端盖和右端盖分别固定连接在从动外壳的两端，并使主动内圆筒与从动外壳之间形成用于填充磁流变液的工作腔，所述励磁线圈安装在工作腔的外部，用于产生磁场并作用于工作腔内的磁流变液；所述左端盖的外侧面上具有沿主动轴轴线方向延伸的突出部，所述直流发电机安装在该突出部上，并且直流发电机的转子能够随该突出部转动；所述直流发电机通过导线与励磁线圈相连。

进一步，所述从动外壳由左壳体和右壳体组成，所述左壳体和右壳体上均具有向外延伸的凸沿，两者的凸沿上具有相互对应的螺栓孔，所述左壳体和右壳体通过连接螺栓连接为一体，所述励磁线圈安装在左壳体和右壳体连接形成的腔室内。

进一步，所述左壳体和右壳体之间的接合部位设置有隔磁铜环，所述隔磁铜环将左壳体和右壳体隔开，所述励磁线圈位于隔磁铜环的外部。

进一步，所述左端盖通过螺钉固定连接在从动外壳的左端面上，并且左端盖与从动外壳的左端面之间设置有垫片；所述右端盖通过螺钉固定连接在从动外壳的右端面上，并且右端盖与从动外壳的右端面之间设置有垫片。

进一步，所述右端盖的外侧设置有密封盖，密封盖通过螺钉固定连接在右端盖的外侧面上，密封盖的内侧面上具有限位凸台，所述右端盖通过轴承安装在主动轴上，该限位凸台将右端盖的轴承顶在主动轴的轴肩处。

进一步，所述密封盖呈环形，并且密封盖的内环上具有环形凹槽，该环形凹槽内嵌设有毛毡圈；密封盖安装在主动轴上，毛毡圈用以对密封盖与主动轴之间的间隙进行密封。

进一步，还包括形状记忆合金驱动部件，所述形状记忆合金驱动部件包括活塞、储油腔端盖和由形状记忆合金制成的弹簧，所述突出部为带有开口的缸体结构，所述活塞设置在突出部内，并且活塞与突出部的内壁之间形成储油腔，所述储油腔与工作腔连通；所述储油腔端盖固定连接在突出部的开口端，并且储油腔端盖的内侧具有伸入突出部内部的柱形凸起，所述弹簧套在储油腔端盖内侧的凸起上，并且弹簧能够驱动活塞运动。

进一步，所述左端盖的内侧面上具有环形凸起，该环形凸起通过轴承安装在主动轴的左端部上；环形凸起与主动轴的左端部之间形成导流腔室，左端盖上具有将储油腔和导流腔室连通的穿孔，环形凸起上具有3-6个将工作腔与导流腔室连通的导流孔。

本发明的显著效果在于：

1、本传动装置的主动轴在动力装置的带动下转动，在磁流变液粘性力的作用下，将转矩传递到从动部件上，从动部件带动直流发电机的转子转动，从而产生电流，产生的电流为励磁线圈供电，励磁线圈产生磁场作用于工作腔内的磁流变液。从本传动装置的工作原理是：利用直流发电机产生的电流作为电源为励磁线圈供电，而直流发电机产生的电流大小随传动装置的输出性能变化而变化，而传动装置的输出性能随磁流变液的流变特性变化而变化，而磁流变液的流变特性在不同的磁场强度作用下迅速发生变化，励磁线圈产生的磁场强度随直流发电机产生的电流大小变化而变化，这样不仅实现了对磁流变液传递性能的自适应调节，而且还保证了传动装置具有高效、可靠的传递性能，同时相比采用单独的供电装置而言，本传动装置还具有节能、环保的优点。

2、本发明增加了形状记忆合金驱动部分，它通过形状记忆合金弹簧来感应环境温度的变化，在传动装置处于分离状态时，磁流变液保存在储油腔内，储油腔内的压力可由形状记忆合金弹簧的伸缩量来进行调节，当动力装置工作时，环境温度升高，当温度高于一定温度时，形状记忆合金弹簧受热伸长推动活塞将储油腔内的磁流变液通过导流孔压进工作腔，在磁流变液粘性力的作用下，主动部件和从动部件慢慢接合，从而带动直流发电机产生电流为励磁线圈供电；当动力装置停止工作时，环境温度降低，当温度低于一定温度时，形状记忆合金弹簧收缩，储油腔内的压力降低，工作腔内的磁流变液在离心力的作用下通过导油孔流回储油腔保存起来，此时主动部件和从动部件慢慢分离。从上述工作过程不难得出：本传动装置减少了从分离到接合过程由于克服磁流变液粘性力而产生的功率损耗，保护了磁流变液的物理和化学性能，延长了磁流变液的使用寿命。

3、本传动装置从结构设计和连接方式来看，还具有结构紧凑、装卸方便等优点。

附图说明

图1为本发明的一种利用形状记忆合金驱动的磁流变液自发电传动装置的剖面结构示意图。图中，1—主动轴；2—毛毡圈；3—密封盖紧固螺钉；4—密封盖螺钉垫圈；5—密封盖；6—端盖紧固螺钉；7—端盖螺钉垫圈；8—右端盖；9—垫片；10—右壳体；11—内圆筒；12—励磁线圈；13—连接螺栓；14—隔磁铜环；15—左壳体；16—左端盖；17—左端盖轴承；18—直流发电机定子；19—直流发电机转子；20—定子轴承；21—活塞；22—形状记忆合金弹簧；23—储油腔端盖；24—固定螺钉；25—密封圈；26—储油腔；27—导流孔；28—工作腔；29—螺塞；30—导线；31—导线引出孔。

具体实施方式

实施例1

参见图1，一种利用形状记忆合金驱动的磁流变液自发电传动装置，包括主动部件、从动部件、励磁线圈12和直流发电机，其中，主动部件包括主动轴1和主动内圆筒11，主动轴1与动力装置连接，并且主动轴1能够在动力装置的带动下转动，在本实施例中，主动轴1的右端具有键槽，主动轴1与动力装置之间采用键连接；主动内圆筒11套在主动轴1上并能够随主动轴1同步转动。当然，主动内圆筒11和主动轴1也可为一体结构。

从动部件包括从动外壳、左端盖16和右端盖8，从动外壳套在主动内圆筒11的外部，左端盖16和右端盖8通过端盖紧固螺钉6和端盖螺钉垫圈7固定连接在从动外壳的两端，左端盖16的内侧面（图中为右侧）上具有环形凸起，该环形凸起通过左端盖轴承17安装在主动轴1的左端部上；右端盖8通过轴承安装在主动轴1上，并且右端盖8的外侧（图中为右侧）设置有密封盖5，密封盖5通过密封盖紧固螺钉3和密封盖螺钉垫圈4固定连接在右端盖8上；密封盖5的内侧面上具有限位凸台，该限位凸台将右端盖的轴承顶在主动轴的轴肩处，以达到轴向限位的作用；密封盖5呈环形，并且密封盖5的内环上具有环形凹槽，该环形凹槽内嵌设有毛毡圈2，密封盖5安装在主动轴1上，毛毡圈2用于对密封盖5与主动轴1之间的间隙进行密封。

左端盖16和右端盖8固定连接在从动外壳的两端，使从动外壳与主动内圆筒之间形成工作腔28，工作腔28用于填充磁流变液，为了提高工作腔28的密闭性，左端盖16与从动外壳的左端面之间设置有垫片9，同时右端盖8与从动外壳的右端面之间也设置有垫片9，垫片9用于对端盖与从动外壳端面之间的间隙进行密封；励磁线圈12套在工作腔28的外部，用于产生磁场并作用于工作腔28内的磁流变液，为了使传动装置的结构更加紧凑，本实施例的从动外壳由左壳体15和右壳体10组成，左壳体15和右壳体10上均具有向外延伸的凸沿，两者的凸沿上具有相互对应的螺栓孔，左壳体15和右壳体10通过连接螺栓13连接为一体，励磁线圈12安装在左壳体15和右壳体10连接而形成的腔室内；左壳体15和右壳体10之间的接合部位设置有隔磁铜环14，隔磁铜环14将左壳体15和右壳体10隔开，励磁线圈12位于隔磁铜环14的外部，隔磁铜环14一方面用于对左壳体15和右壳体10之间的间隙起密封作用，另一方面用于使励磁线圈12产生的磁场能够垂直作用于工作腔28内的磁流变液，保证磁流变液受到的磁场强度；左端盖16的外侧面（图中为左侧）上具有沿主动轴轴线方向延伸的突出部，该突出部呈圆柱形，并且该突出部的中心轴线与主动轴的中心轴线共线；直流发电机安装在该突出部上，其中，直流发电机转子19套在该突出部上并能够随该突出部转动，直流发电机转子定子18通过定子轴承20安装在该突出部上；直流发电机通过导线30与励磁线圈12相连，直流发电机产生的电流用于为励磁线圈12供电，由于励磁线圈12安装在左壳体15和右壳体10之间，因此本实施例在左壳体15上设置有导线引出孔31，导线30穿过导线引出孔31与励磁线圈12相连。

本实施例的工作过程如下：主动轴1在动力装置的带动下转动，在磁流变液粘性力的作用下，将转矩传递到从动外壳上，此时左端盖16带动直流发电机转子19转动并产生电流，产生的电流用于为励磁线圈12供电。由于本传动装置利用直流发电机产生的电流作为电源为励磁线圈供电，而直流发电机产生的电流大小随传动装置的输出性能变化而变化，而传动装置的输出性能随磁流变液的流变特性变化而变化，而磁流变液的流变特性在不同的磁场强度作用下迅速发生变化，励磁线圈产生的磁场强度随直流发电机产生的电流大小变化而变化，这样不仅实现了对磁流变液传递性能的自适应调节，而且还保证了传动装置具有高效、可靠的传递性能，同时相比采用单独的供电装置而言，本传动装置还具有节能、环保的优点。

实施例2

相比实施例1，本实施例还包括形状记忆合金驱动部件，形状记忆合金驱动部件包括活塞21、储油腔端盖23和由形状记忆合金制成的弹簧22，左端盖16上的突出部为带有开口的缸体结构，活塞21安装在突出部内，并且活塞21与突出部的内壁之间形成储油腔26，储油腔26与工作腔28连通；为了提高储油腔26的密闭性，活塞21的外圆上具有环形凹槽，该环形凹槽内嵌设有密封圈25，密封圈25用于对活塞21与突出部的内壁之间的间隙进行密封；储油腔端盖23通过固定螺钉24固定连接在突出部的开口端，并且储油腔端盖23的内侧具有伸入突出部内部的柱形凸起，弹簧22套在储油腔端盖内侧的凸起上，并且弹簧22能够带动活塞21运动。

在本实施例中，左端盖内侧的环形凸起与主动轴的左端部之间形成导流腔室，左端盖上具有将储油腔26和导流腔室连通的穿孔，环形凸起上具有沿圆周方向均匀分布的3-6个导流孔27，导流孔27将工作腔28与导流腔室连通，这样不仅实现了储油腔26与工作腔28的连通，而且还保证了传动装置结构的紧凑性。为了向储油腔26内加注磁流变液，左端盖上还具有与导流腔室连通的螺塞孔，螺塞孔内设置有螺塞29，在加注磁流变液时，拧开螺塞29，然后向储油腔26内加注定量的磁流变液，加注完成后，拧紧螺塞29即可。

本实施例的传动装置通过形状记忆合金弹簧来感应环境温度的变化，在传动装置处于分离状态时，磁流变液保存在储油腔内，储油腔内的压力可由形状记忆合金弹簧的伸缩量来进行调节，当动力装置工作时，环境温度升高，当温度高于一定温度时，形状记忆合金弹簧受热伸长推动活塞将储油腔内的磁流变液通过导流孔压进工作腔，在磁流变液粘性力的作用下，主动部件和从动部件慢慢接合，从而带动直流发电机产生电流为励磁线圈供电；当动力装置停止工作时，环境温度降低，当温度低于一定温度时，形状记忆合金弹簧收缩，储油腔内的压力降低，工作腔内的磁流变液在离心力的作用下通过导油孔流回储油腔保存起来，此时主动部件和从动部件慢慢分离。从上述工作过程不难得出：本传动装置减少了从分离到接合过程由于克服磁流变液粘性力而产生的功率损耗，保护了磁流变液的物理和化学性能，延长了磁流变液的使用寿命。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人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，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种利用形状记忆合金驱动的磁流变液自发电传动装置，其特征在于，包括主动部件、从动部件、励磁线圈和直流发电机，所述主动部件包括主动轴和安装在主动轴上并能够随主动轴转动的主动内圆筒；所述从动部件包括从动外壳、左端盖和右端盖，所述从动外壳套在主动内圆筒的外部，所述左端盖和右端盖分别固定连接在从动外壳的两端，并使主动内圆筒与从动外壳之间形成用于填充磁流变液的工作腔，所述励磁线圈安装在工作腔的外部，用于产生磁场并作用于工作腔内的磁流变液；所述左端盖的外侧面上具有沿主动轴轴线方向延伸的突出部，所述直流发电机安装在该突出部上，并且直流发电机的转子能够随该突出部转动；所述直流发电机通过导线与励磁线圈相连；

还包括形状记忆合金驱动部件，所述形状记忆合金驱动部件包括活塞、储油腔端盖和由形状记忆合金制成的弹簧，所述突出部为带有开口的缸体结构，所述活塞设置在突出部内，并且活塞与突出部的内壁之间形成储油腔，所述储油腔与工作腔连通；所述储油腔端盖固定连接在突出部的开口端，并且储油腔端盖的内侧具有伸入突出部内部的柱形凸起，所述弹簧套在储油腔端盖内侧的凸起上，并且弹簧能够驱动活塞运动。

2.根据权利要求1所述的利用形状记忆合金驱动的磁流变液自发电传动装置，其特征在于，所述从动外壳由左壳体和右壳体组成，所述左壳体和右壳体上均具有向外延伸的凸沿，两者的凸沿上具有相互对应的螺栓孔，所述左壳体和右壳体通过连接螺栓连接为一体，所述励磁线圈安装在左壳体和右壳体连接形成的腔室内。

3.根据权利要求2所述的利用形状记忆合金驱动的磁流变液自发电传动装置，其特征在于，所述左壳体和右壳体之间的接合部位设置有隔磁铜环，所述隔磁铜环将左壳体和右壳体隔开，所述励磁线圈位于隔磁铜环的外部。

4.根据权利要求1所述的利用形状记忆合金驱动的磁流变液自发电传动装置，其特征在于，所述左端盖通过螺钉固定连接在从动外壳的左端面上，并且左端盖与从动外壳的左端面之间设置有垫片；所述右端盖通过螺钉固定连接在从动外壳的右端面上，并且右端盖与从动外壳的右端面之间设置有垫片。

5.根据权利要求4所述的利用形状记忆合金驱动的磁流变液自发电传动装置，其特征在于，所述右端盖的外侧设置有密封盖，密封盖通过螺钉固定连接在右端盖的外侧面上，密封盖的内侧面上具有限位凸台，所述右端盖通过轴承安装在主动轴上，该限位凸台将右端盖的轴承顶在主动轴的轴肩处。

6.根据权利要求5所述的利用形状记忆合金驱动的磁流变液自发电传动装置，其特征在于，所述密封盖呈环形，并且密封盖的内环上具有环形凹槽，该环形凹槽内嵌设有毛毡圈；密封盖安装在主动轴上，毛毡圈用以对密封盖与主动轴之间的间隙进行密封。

7.根据权利要求1-6任一项所述的利用形状记忆合金驱动的磁流变液自发电传动装置，其特征在于，所述左端盖的内侧面上具有环形凸起，该环形凸起通过轴承安装在主动轴的左端部上；环形凸起与主动轴的左端部之间形成导流腔室，左端盖上具有将储油腔和导流腔室连通的穿孔，环形凸起上具有3-6个将工作腔与导流腔室连通的导流孔。