CN104776132B - 径向多层式磁流变离合器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种径向多层式磁流变离合器，主要包括输出轴、左盘、外壳、支撑圆盘、转子、线圈、右盘和输入轴，左盘、右盘和设置在左盘与右盘之间的外壳围成一个空腔，输出轴固定连接到左盘的外表面，输入轴伸入空腔的部分用平键连接支撑圆盘，在支撑圆盘的左、右端面沿径向间隔地固定有转子Ⅰ、转子Ⅲ和与其间插配合设在左盘和右盘内表面上的转子Ⅱ、转子Ⅳ，所有转子分别沿各自圆周方向均匀地设置相等的偶数个，转子上还分别绕有线圈，不同圆周的转子之间设有间隙，间隙中通入磁流变液。本发明利用径向工作间隙、径向多层叠加，传递转矩大，结构紧凑，转子上的线圈也可以灵活拆换。

Description

径向多层式磁流变离合器

技术领域

本发明涉及一种磁流变离合器，尤其是一种利用径向工作间隙、径向多层叠加、可提供大转矩输出、线圈可灵活拆换的径向多层式磁流变离合器。

背景技术

所谓的离合器，是利用“离”与“合”来传递机械的运动和动力的装置。长期以来，摩擦式离合器是应用得最广，也是历史最久的一类离合器，但其容易发热、易磨损、噪声大。为了提高离合器传动的可靠性以及减轻离合器传动装置的重量，后来出现了磁粉离合器，这类离合器是通过在传动装置的主动件与从动件之间添加磁粉，在不通电时磁粉处于松散状态，主动件与从动件处于“离”状态，在通电时磁粉结合，使主动件与从动件处于“合”状态，从而实现主、从动件之间运动和动力的中断与传递。磁粉离合器的离合力矩可以实现可控，但其力矩保持稳定性较差，并且易于发热、磁粉易老化。

磁流变液是一种由高磁导率的铁磁颗粒、载液以及添加剂按照一定的体积比例均匀混合而成的悬浮液体，是一种新型智能材料。在零场情况下，磁流变液表现为流动性能良好的液体，其表观粘度很小；在强磁场作用下可在短时间（毫秒级）内表观粘度增加两个数量级以上，并呈现类固体特性；而且这种变化是连续的、可逆的，即去掉磁场后又恢复到原来的状态。由于磁流变液具有良好的可控性和可逆性，在车辆动力传递、减振、制动、软启动、无级变速等方面具有广泛的应用空间。

磁流变离合器就是在传动装置的主动件与从动件之间添加磁流变液，通过控制外加磁场强度的大小实现离合器的结合、分离状态，甚至可以实现扭矩传递的无级变化控制。它克服了传统离合器易磨损、噪声大、力矩不稳定、控制系统复杂等不足，其结构简单、无机械磨损、噪声小、响应时间短（毫秒级）、能耗低、控制系统简单以及可以实现无级调速等优点。但是，磁流变液的剪切屈服应力不大的问题一直困扰着磁流变液材料和技术的发展，根据现有的磁流变液剪切屈服应力设计的磁流变离合器仅使用单一的环形线圈，因此，传递的转矩较小而体积庞大，无法被广泛使用。在大功率传动方面，比如2013年6月26日公开的中国专利“一种多盘式磁流变液离合器”（申请号：201210269440.8），以及2013年12月18日公开的中国专利“一种盘内冷却式大功率磁流变离合器”（申请号：201310393621.6 ），都是利用轴向间隙中的磁流变液来工作的，导致装置的轴向尺寸很大。

发明内容

为了克服现有磁流变离合器传递转矩较小、轴向尺寸大、线圈不易拆卸与更换的不足，本发明公开一种利用径向工作间隙、径向多层叠加、可提供大转矩输出、线圈可灵活拆换的径向多层式磁流变离合器。

本发明为解决上述技术问题的不足而采用的技术方案如下所述。

所述的径向多层式磁流变离合器，包括输出轴、左盘、外壳、支撑圆盘、转子、磁流变液、线圈、右盘、铝块和输入轴，所述的转子包括转子Ⅰ、转子Ⅱ、转子Ⅲ和转子Ⅳ，所述的线圈包括线圈Ⅰ、线圈Ⅱ、线圈Ⅲ和线圈Ⅳ，所述的铝块包括铝块Ⅰ、铝块Ⅱ、铝块Ⅲ和铝块Ⅳ，所述的左盘、右盘和设置在左盘与右盘之间的外壳围成一个空腔，所述的输出轴固定连接到左盘的外表面；

所述的输入轴伸入空腔内的一端通过滚动轴承Ⅰ与左盘转动连接，所述的输入轴的另一端伸出空腔且通过滚动轴承Ⅱ与右盘转动连接，滚动轴承Ⅱ的右侧由轴承端盖定位，轴承端盖经梯形密封圈设置在输入轴上；

所述的输入轴伸入空腔的部分还有用平键连接的支撑圆盘，支撑圆盘的左端面由输入轴的轴肩定位，支撑圆盘的右端面由输入轴上的挡圈定位，在支撑圆盘的右端面沿径向间隔地固定有转子Ⅰ、转子Ⅲ和与其间插配合设在右盘内表面上的转子Ⅱ、转子Ⅳ，类似地，在支撑圆盘的左端面沿径向间隔地固定有转子Ⅰ、转子Ⅲ和与其间插配合设在左盘内表面上的转子Ⅱ、转子Ⅳ，所述的转子Ⅰ、转子Ⅱ、转子Ⅲ、转子Ⅳ分别沿各自圆周方向均匀地设置相等的偶数个，所述的沿各自圆周方向均匀地设置的多个转子Ⅰ的相邻两两之间、多个转子Ⅱ的相邻两两之间、多个转子Ⅲ的相邻两两之间、多个转子Ⅳ的相邻两两之间分别用铝块Ⅰ、铝块Ⅱ、铝块Ⅲ、铝块Ⅳ连接，所述的转子Ⅰ、转子Ⅱ、转子Ⅲ和转子Ⅳ上还分别绕有线圈Ⅰ、线圈Ⅱ、线圈Ⅲ和线圈Ⅳ；

所述的转子Ⅰ与转子Ⅱ、转子Ⅱ与转子Ⅲ、转子Ⅲ与转子Ⅳ以及转子Ⅳ与输入轴、转子Ⅰ与外壳之间设有间隙，间隙中设有磁流变液，磁流变液由输入轴上的密封圈Ⅰ和密封圈Ⅱ密封在空腔里。

进一步地，所述的转子Ⅰ的截面形状与工字型相似，所述的转子Ⅱ、转子Ⅲ、转子Ⅳ与转子Ⅰ有相似的结构。

进一步地，所述的铝块Ⅰ的截面形状与梯形相似，所述的铝块Ⅱ、铝块Ⅲ、铝块Ⅳ与铝块Ⅰ有相似的结构。

进一步地，所述的铝块Ⅰ、铝块Ⅱ、铝块Ⅲ、铝块Ⅳ是用来限制磁流变液沿间隙Ⅰ、间隙Ⅱ、间隙Ⅲ、间隙Ⅳ和间隙Ⅴ分布的同时限制磁力线从外壳到间隙Ⅰ，再到转子Ⅰ，再到间隙Ⅱ，再到转子Ⅱ，再到间隙Ⅲ，再到转子Ⅲ，再到间隙Ⅳ，再到转子Ⅳ，再到间隙Ⅴ，再到输入轴，再从间隙Ⅴ到相邻的转子Ⅳ，再到间隙Ⅳ，再到转子Ⅲ，再到间隙Ⅲ，再到转子Ⅱ，再到间隙Ⅱ，再到转子Ⅰ，再到间隙Ⅰ，再回到外壳。

进一步地，所述的转子在支撑圆盘的左端面与左盘内表面、在支撑圆盘的右端面与右盘内表面沿径向间隔地设置一层或多层。

进一步地，所述的沿同一径向间插配合的转子Ⅰ、转子Ⅱ、转子Ⅲ、转子Ⅳ上所对应的线圈Ⅰ、线圈Ⅱ、线圈Ⅲ、线圈Ⅳ的绕向相同。

进一步地，所述的沿各自圆周方向均匀地设置的多个转子Ⅰ的相邻两个上的线圈Ⅰ、多个转子Ⅱ的相邻两个上的线圈Ⅱ、多个转子Ⅲ的相邻两个上的线圈Ⅲ、多个转子Ⅳ的相邻两个上的线圈Ⅳ的绕向相反。

进一步地，所述的铝块Ⅰ、铝块Ⅱ、铝块Ⅲ、铝块Ⅳ为不导磁材料，转子Ⅰ、转子Ⅱ、转子Ⅲ、转子Ⅳ、外壳、左盘、右盘以及输入轴为导磁材料。

采用如上所述的技术方案，本发明具有以下有益效果。

1.本发明所述的径向多层式磁流变离合器，利用径向工作间隙来工作，相比于传统的轴向两板间隙，在同等外形尺寸下，本发明的径向间隙的工作面积更大、结构更紧凑、传递的转矩也更大。

2.本发明所述的径向多层式磁流变离合器，沿周向布置的多个转子及线圈，一方面使得线圈产生的磁场可以作用在几乎整个转子表面的磁流变液中，增加了磁场作用的磁流变液的面积；另一方面也增大了磁流变液中的磁场强度，增大了传递的力矩。

3.本发明所述的径向多层式磁流变离合器，沿径向设置的多层转子及线圈，同一径向中相邻层的转子及线圈首尾相对就相当于把线圈串联在一起，增大了间隙中磁流变液的磁场强度，从而增加了传递的力矩。

4.本发明所述的径向多层式磁流变离合器，沿径向设置多层转子及线圈、周向设置多个转子及线圈，可以根据设计要求设置不同的层数和个数来获得不同的输出力矩，也可以通过改变轴向尺寸来获得不同的输出力矩，还可以调节线圈中电流的大小来控制输出力矩。

5.本发明所述的径向多层式磁流变离合器，所述转子上的线圈可以灵活地拆换，给后期的更换带来了很大的便利。

附图说明

图1是本发明所述径向多层式磁流变离合器的结构示意图。

图2是沿图1中A-A线的剖视图。

图3是图2中B部分的局部放大图。

图中：1-输出轴；2a-滚动轴承Ⅰ；2b-滚动轴承Ⅱ；3a-密封圈Ⅰ；3b-密封圈Ⅱ；4-左盘；5-磁流变液；6-平键；7-外壳；8-支撑圆盘；9a-转子Ⅰ；9b-转子Ⅱ；9c-转子Ⅲ；9d-转子Ⅳ；10a-线圈Ⅰ；10b-线圈Ⅱ；10c-线圈Ⅲ；10d-线圈Ⅳ；11-输入轴；12-梯形密封圈；13-轴承端盖；14-挡圈；15-右盘；16a-间隙Ⅰ；16b-间隙Ⅱ；16c-间隙Ⅲ；16d-间隙Ⅳ；16e-间隙Ⅴ；17a-铝块Ⅰ；17b-铝块Ⅱ；17c-铝块Ⅲ；17d-铝块Ⅳ。

具体实施方式

下面结合附图及实施例进一步详述本发明，但本发明并不局限于下面的实施例。

结合附图1、图2、图3所示，所述的径向多层式磁流变离合器，包括输出轴1、左盘4、外壳7、支撑圆盘8、转子、磁流变液5、线圈、右盘15、铝块和输入轴11，所述的转子包括转子Ⅰ9a、转子Ⅱ9b、转子Ⅲ9c和转子Ⅳ9d，所述的线圈包括线圈Ⅰ10a、线圈Ⅱ10b、线圈Ⅲ10c和线圈Ⅳ10d，所述的铝块包括铝块Ⅰ17a、铝块Ⅱ17b、铝块Ⅲ17c和铝块Ⅳ17d，所述的左盘4、右盘15和设置在左盘4与右盘15之间的外壳7围成一个空腔，所述的输出轴1固定连接到左盘4的外表面；

所述的输入轴11伸入空腔内的一端通过滚动轴承Ⅰ2a与左盘4转动连接，所述的输入轴11的另一端伸出空腔且通过滚动轴承Ⅱ2b与右盘15转动连接，滚动轴承Ⅱ2b的右侧由轴承端盖13定位，轴承端盖13经梯形密封圈12设置在输入轴11上；

所述的输入轴11伸入空腔的部分还有用平键6连接的支撑圆盘8，支撑圆盘8的左端面由输入轴11的轴肩定位，支撑圆盘8的右端面由输入轴11上的挡圈14定位，在支撑圆盘8的右端面沿径向间隔地固定有转子Ⅰ9a、转子Ⅲ9c和与其间插配合设在右盘15内表面上的转子Ⅱ9b、转子Ⅳ9d，类似地，在支撑圆盘8的左端面沿径向间隔地固定有转子Ⅰ9a、转子Ⅲ9c和与其间插配合设在左盘4内表面上的转子Ⅱ9b、转子Ⅳ9d，所述的转子Ⅰ9a、转子Ⅱ9b、转子Ⅲ9c、转子Ⅳ9d分别沿各自圆周方向均匀地设置相等的偶数个，所述的沿各自圆周方向均匀地设置的多个转子Ⅰ9a的相邻两两之间、多个转子Ⅱ9b的相邻两两之间、多个转子Ⅲ9c的相邻两两之间、多个转子Ⅳ9d的相邻两两之间分别用铝块Ⅰ17a、铝块Ⅱ17b、铝块Ⅲ17c、铝块Ⅳ17d连接，所述的转子Ⅰ9a、转子Ⅱ9b、转子Ⅲ9c和转子Ⅳ9d上还分别绕有线圈Ⅰ10a、线圈Ⅱ10b、线圈Ⅲ10c和线圈Ⅳ10d；

所述的转子Ⅰ9a与转子Ⅱ9b、转子Ⅱ9b与转子Ⅲ9c、转子Ⅲ9c与转子Ⅳ9d以及转子Ⅳ9d与输入轴11、转子Ⅰ9a与外壳7之间设有间隙，间隙中设有磁流变液5，磁流变液5由输入轴11上的密封圈Ⅰ3a和密封圈Ⅱ3b密封在空腔里。

在线圈没有通电的情况下，间隙Ⅰ16a、间隙Ⅱ16b、间隙Ⅲ16c、间隙Ⅳ16d和间隙Ⅴ16e中的磁流变液5均没有磁场作用，磁流变液5的粘度很小、流动性很好，当输入轴11旋转时，带动支撑圆盘8及转子Ⅰ9a、转子Ⅲ9c在空腔里自由转动，离合器处于“离”状态。

在线圈通上电的情况下，间隙Ⅰ16a、间隙Ⅱ16b、间隙Ⅲ16c、间隙Ⅳ16d和间隙Ⅴ16e中的磁流变液5将会受到磁场的作用，由液体变为类固体，磁流变液5的粘度增大、流动性变差，此时输入轴11、支撑圆盘8、转子、左盘4、右盘15、外壳7、输出轴1成为一体，当输入轴11旋转时，输出轴1将会同步旋转，离合器处于“合”状态。

本装置所述的径向多层式磁流变离合器，沿径向设置多层转子及线圈、周向设置多个转子及线圈，可以根据设计要求设置不同的层数和个数来获得不同的输出力矩，也可以通过改变轴向尺寸来获得不同的输出力矩，还可以调节线圈中电流的大小来控制输出力矩。

最后需要说明的是，本发明未详述部分为现有技术，故本发明未对其进行详述。本具体实施方式仅用于更好的解释说明本发明而非限制本发明的使用范围。本领域的技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者是等同替换，而不脱离本发明的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的保护范围当中。

Claims (7)

1.径向多层式磁流变离合器，其特征在于：包括输出轴（1）、左盘（4）、外壳（7）、支撑圆盘（8）、转子、磁流变液（5）、线圈、右盘（15）、铝块和输入轴（11），所述的转子包括转子Ⅰ（9a）、转子Ⅱ（9b）、转子Ⅲ（9c）和转子Ⅳ（9d），所述的线圈包括线圈Ⅰ（10a）、线圈Ⅱ（10b）、线圈Ⅲ（10c）和线圈Ⅳ（10d），所述的铝块包括铝块Ⅰ（17a）、铝块Ⅱ（17b）、铝块Ⅲ（17c）和铝块Ⅳ（17d），所述的左盘（4）、右盘（15）和设置在左盘（4）与右盘（15）之间的外壳（7）围成一个空腔，所述的输出轴（1）固定连接到左盘（4）的外表面；

所述的输入轴（11）伸入空腔内的一端通过滚动轴承Ⅰ（2a）与左盘（4）转动连接，所述的输入轴（11）的另一端伸出空腔且通过滚动轴承Ⅱ（2b）与右盘（15）转动连接，滚动轴承Ⅱ（2b）的右侧由轴承端盖（13）定位，轴承端盖（13）经梯形密封圈（12）设置在输入轴（11）上；

所述的输入轴（11）伸入空腔的部分还有用平键（6）连接的支撑圆盘（8），支撑圆盘（8）的左端面由输入轴（11）的轴肩定位，支撑圆盘（8）的右端面由输入轴（11）上的挡圈（14）定位，在支撑圆盘（8）的右端面沿径向间隔地固定有转子Ⅰ（9a）、转子Ⅲ（9c）和与其间插配合设在右盘（15）内表面上的转子Ⅱ（9b）、转子Ⅳ（9d），类似地，在支撑圆盘（8）的左端面沿径向间隔地固定有转子Ⅰ（9a）、转子Ⅲ（9c）和与其间插配合设在左盘（4）内表面上的转子Ⅱ（9b）、转子Ⅳ（9d），所述的转子Ⅰ（9a）、转子Ⅱ（9b）、转子Ⅲ（9c）、转子Ⅳ（9d）分别沿各自圆周方向均匀地设置相等的偶数个，所述的沿各自圆周方向均匀地设置的多个转子Ⅰ（9a）的相邻两两之间、多个转子Ⅱ（9b）的相邻两两之间、多个转子Ⅲ（9c）的相邻两两之间、多个转子Ⅳ（9d）的相邻两两之间分别用铝块Ⅰ（17a）、铝块Ⅱ（17b）、铝块Ⅲ（17c）、铝块Ⅳ（17d）连接，所述的转子Ⅰ（9a）、转子Ⅱ（9b）、转子Ⅲ（9c）和转子Ⅳ（9d）上还分别绕有线圈Ⅰ（10a）、线圈Ⅱ（10b）、线圈Ⅲ（10c）和线圈Ⅳ（10d）；

所述的转子Ⅰ（9a）与转子Ⅱ（9b）、转子Ⅱ（9b）与转子Ⅲ（9c）、转子Ⅲ（9c）与转子Ⅳ（9d）以及转子Ⅳ（9d）与输入轴（11）、转子Ⅰ（9a）与外壳（7）之间设有间隙，间隙中设有磁流变液（5），磁流变液（5）由输入轴（11）上的密封圈Ⅰ（3a）和密封圈Ⅱ（3b）密封在空腔里。

2.如权利要求1所述的径向多层式磁流变离合器，其特征在于：所述的转子在支撑圆盘（8）的左端面与左盘（4）内表面、在支撑圆盘（8）的右端面与右盘（15）内表面沿径向间隔地设置一层或多层。

3.如权利要求1所述的径向多层式磁流变离合器，其特征在于：所述的转子Ⅰ（9a）的截面形状与工字型相似，所述的转子Ⅱ（9b）、转子Ⅲ（9c）、转子Ⅳ（9d）与转子Ⅰ（9a）有相似的结构。

4.如权利要求1所述的径向多层式磁流变离合器，其特征在于：所述的铝块Ⅰ（17a）的截面形状与梯形相似，所述的铝块Ⅱ（17b）、铝块Ⅲ（17c）、铝块Ⅳ（17d）与铝块Ⅰ（17a）有相似的结构。

5.如权利要求1所述的径向多层式磁流变离合器，其特征在于：沿同一径向间插配合的转子Ⅰ（9a）、转子Ⅱ（9b）、转子Ⅲ（9c）、转子Ⅳ（9d）上所对应的线圈Ⅰ（10a）、线圈Ⅱ（10b）、线圈Ⅲ（10c）、线圈Ⅳ（10d）的绕向相同。

6.如权利要求1所述的径向多层式磁流变离合器，其特征在于：所述的沿各自圆周方向均匀地设置的多个转子Ⅰ（9a）的相邻两个上的线圈Ⅰ（10a）、多个转子Ⅱ（9b）的相邻两个上的线圈Ⅱ（10b）、多个转子Ⅲ（9c）的相邻两个上的线圈Ⅲ（10c）、多个转子Ⅳ（9d）的相邻两个上的线圈Ⅳ（10d）的绕向相反。

7.如权利要求1所述的径向多层式磁流变离合器，其特征在于：所述的铝块Ⅰ（17a）、铝块Ⅱ（17b）、铝块Ⅲ（17c）、铝块Ⅳ（17d）为不导磁材料，转子Ⅰ（9a）、转子Ⅱ（9b）、转子Ⅲ（9c）、转子Ⅳ（9d）、外壳（7）、左盘（4）、右盘（15）以及输入轴（11）为导磁材料。