CN110107615A - 自供能多极式磁流变离合器 - Google Patents

自供能多极式磁流变离合器 Download PDF

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李青涛
胡红
卢劲竹
王霜
梁剑
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    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D35/00—Fluid clutches in which the clutching is predominantly obtained by fluid adhesion
    • F16D35/02—Fluid clutches in which the clutching is predominantly obtained by fluid adhesion with rotary working chambers and rotary reservoirs, e.g. in one coupling part
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Abstract

自供能多极式磁流变离合器，包括输入轴，在输入轴上靠近两端处转动连接有左外壳和右外壳、在中部固定有转子和导磁柱，在左外壳和右外壳之间靠近端部处设有中间外壳；所述转子的轴截面由多个匚字型结构沿径向叠加组合而成，在每个匚字型结构的空腔内均设有一层定子，该定子的一端垂直固定在左外壳上，在定子上缠绕有励磁线圈，在转子与定子间的空隙中填充有磁流变液；在中间外壳的内表面上设有凸起，凸起上设有感应线圈，所述感应线圈的位置与固定在导磁柱顶端的永磁体相对应。本发明提供的基于电磁感应原理的多极式磁流变离合器，结构紧凑，转矩密度较高，且不需要外部电源输入，可以应用在无外接电源的场所。

Description

自供能多极式磁流变离合器
技术领域
本发明涉及一种磁流变离合器，尤其是一种利用电磁感应发电来满足自身能耗需求的多极式磁流变离合器。
背景技术
磁流变液是一种新型智能材料，它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。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。
磁流变离合器是通过在传动装置的主动件与从动件之间添加磁流变液，在不通电时磁流变液仅有很小的粘性力矩，主动件与从动件基本处于“离”状态，在通电时磁流变液粘度呈数量级增大，甚至变为类固体，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。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噪声大、力矩不稳定、控制系统复杂等不足，具有结构简单、噪声小、响应时间短、控制系统简单等优点，是未来离合器的发展方向之一。
但是，目前在磁流变离合器研究领域仍存在单位体积传递转矩容量小，不适用于对离合器安放型腔有空间限制的场合，例如车用离合器等。另外，磁流变离合器本身的驱动以及为实现磁流变离合器控制必须的传感器和控制器都需要外部能源，这在某些已经采用被动器件的系统中应用是不太可能的。为充分发挥磁流变离合器的可控特性，必须像主动系统一样需要额外的供能系统，使其应用成本居高不下。因此，将高转矩密度磁流变离合器与能量获取装置集成化，可以降低系统成本、提高系统可靠性、减少对外部供能系统的需求，尤其是在外置电源难以持续供给的偏远地区或恶劣环境中的应用。
发明内容
为了克服现有磁流变离合器转矩密度较小、需要额外供能系统的不足，本发明公开一种基于电磁感应原理发电的、具有较高转矩密度的自供能多极式磁流变离合器。
本发明采用的技术方案如下：
自供能多极式磁流变离合器，包括输入轴，在输入轴上靠近两端处转动连接有左外壳和右外壳、在中部固定有转子和导磁柱，在左外壳和右外壳之间靠近端部处设有中间外壳；所述转子的轴截面由多个匚字型结构沿径向叠加组合而成，在每个匚字型结构的空腔内均设有一层定子，该定子的一端垂直固定在左外壳上，在定子上缠绕有励磁线圈，在转子与定子间的空隙中填充有磁流变液；在中间外壳的内表面上设有凸起，凸起上设有感应线圈，所述感应线圈的位置与固定在导磁柱顶端的永磁体相对应。
进一步的，每一层定子沿各自圆周方向均匀地设置偶数个，相邻两个定子之间使用铝块连接固定，各层的定子总数相等。
进一步的，当所述定子为两层时，每一层在同一径向上有且仅有一个励磁线圈，即两层在同一径向上有两个励磁线圈，且该两个励磁线圈的绕向相同。
进一步的，沿圆周方向、相邻的励磁线圈的绕向相反。
进一步的，所述感应线圈沿圆周方向均匀地设置有数个，且两两相邻感应线圈的绕向相反；对应的，永磁体沿圆周方向均匀地设置有数个，且两两相邻永磁体的南北磁极相反。
进一步的，所述的定子在垂直于输入轴轴线方向的截面上的形状呈工字型。
进一步的，所述的铝块在垂直于输入轴轴线方向的截面上的形状为工字型、梯形或矩形。
进一步的，所述的铝块为不导磁材料，转子、定子、中间外壳、导磁柱为导磁材料。
本发明的有益效果：
1、本发明所述的自供能多极式磁流变离合器，将高转矩密度多极式磁流变离合器与基于电磁感应发电原理的能量获取装置(感应线圈和永磁体)集成化，可以降低系统成本、提高系统可靠性、减少对外部供能系统的需求，尤其是在外置电源难以持续供给的偏远地区或恶劣环境中的应用；另外，通过设置能量获取装置，当出现离合器打滑时，还可产生反作用力，不仅可以继续收集能量，还能减小打滑程度。
2、本发明所述的自供能多极式磁流变离合器，沿周向布置的两层、多个励磁线圈，使得线圈产生的磁场可以作用在所有工作间隙内的磁流变液，增加了磁场作用的磁流变液的面积。
3、本发明所述的自供能多极式磁流变离合器，可以根据设计要求，确定沿周向的励磁线圈的数量，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。
4、本发明所述的自供能多极式磁流变离合器，所述励磁线圈和感应线圈可以灵活地拆换。
附图说明
图1是本发明所述自供能多极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是沿图1中B-B线的剖视图。
图中：1-输入轴；2-左外壳；3-励磁线圈；4-定子；5-中间外壳；6-转子；7-感应线圈；8-永磁体；9-导磁柱；10-右外壳；11-磁流变液；12-铝块。
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。
如图1、图2、图3所示，自供能多极式磁流变离合器，包括输入轴1，在输入轴1上靠近两端处转动连接有左外壳2和右外壳10、在中部固定有转子6和导磁柱9，在左外壳2和右外壳10之间靠近端部处设有中间外壳5，左外壳2、右外壳10和中间外壳5形成空腔，空腔体作为动力输出端；
所述转子6的轴截面呈E字型，在E字型的每个空腔内均设有一层定子4，每一层定子4沿各自圆周方向均匀地设置六个，相邻两个定子4之间使用铝块12连接固定；
所有定子4的一端均垂直固定在左外壳2上，在定子4上缠绕有励磁线圈3，沿同一径向的两个励磁线圈3的绕向相同，沿圆周方向、相邻的励磁线圈3的绕向相反，在转子6与定子4间的空隙中填充有磁流变液11；在中间外壳5的内表面上设有凸起，凸起上设有感应线圈7，所述感应线圈7的位置与固定在导磁柱9顶端的永磁体8相对应，所述感应线圈7沿圆周方向均匀地设置有8个，且两两相邻感应线圈7的绕向相反；对应的，永磁体8沿圆周方向均匀地设置有8个，且两两相邻永磁体8的南北磁极相反。
所述的铝块12为不导磁材料，转子6、定子4、中间外壳5、导磁柱9为导磁材料。
在所有励磁线圈都没有通电的情况下，间隙中的磁流变液均没有磁场作用，磁流变液的粘度很小、流动性很好，当输入轴旋转时，带动转子和永磁体在空腔里自由转动，离合器处于“离”状态，且感应线圈中将产生感应电流，将感应电流储存起来供给励磁线圈使用。
在励磁线圈通上电的情况下，间隙中的磁流变液将会受到磁场的作用，由液体变为类固体，磁流变液的粘度增大、流动性变差，当输入轴旋转时，输入轴、转子、定子、永磁体、左外壳、中间外壳、右外壳成为一体同步旋转，离合器处于“合”状态，此时，感应线圈中没有感应电流产生。
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 (8)

1.自供能多极式磁流变离合器，其特征在于，包括输入轴(1)，在输入轴(1)上靠近两端处转动连接有左外壳(2)和右外壳(10)、在中部固定有转子(6)和导磁柱(9)，在左外壳(2)和右外壳(10)之间靠近端部处设有中间外壳(5)；所述转子(6)的轴截面由多个匚字型结构沿径向叠加组合而成，在每个匚字型结构的空腔内均设有一层定子(4)，该定子(4)的一端垂直固定在左外壳(2)上，在定子(4)上缠绕有励磁线圈(3)，在转子(6)与定子(4)间的空隙中填充有磁流变液(11)；在中间外壳(5)的内表面上设有凸起，凸起上设有感应线圈(7)，所述感应线圈(7)的位置与固定在导磁柱(9)顶端的永磁体(8)相对应。
2.如权利要求1所述的自供能多极式磁流变离合器，其特征在于，每一层定子(4)沿各自圆周方向均匀地设置偶数个，相邻两个定子(4)之间使用铝块(12)连接固定，各层的定子总数相等。
3.如权利要求1所述的自供能多极式磁流变离合器，其特征在于，当所述定子(4)为两层时，每一层在同一径向上有且仅有一个励磁线圈(3)，即两层在同一径向上有两个励磁线圈(3)，且该两个励磁线圈(3)的绕向相同。
4.如权利要求1所述的自供能多极式磁流变离合器，其特征在于，沿圆周方向、相邻的励磁线圈(3)的绕向相反。
5.如权利要求1所述的自供能多极式磁流变离合器，其特征在于，所述感应线圈(7)沿圆周方向均匀地设置有数个，且两两相邻感应线圈(7)的绕向相反；对应的，永磁体(8)沿圆周方向均匀地设置有数个，且两两相邻永磁体(8)的南北磁极相反。
6.如权利要求1所述的自供能多极式磁流变离合器，其特征在于，所述的定子(4)在垂直于输入轴轴线方向的截面上的形状呈工字型。
7.如权利要求2所述的自供能多极式磁流变离合器，其特征在于，所述的铝块(12)在垂直于输入轴轴线方向的截面上的形状为工字型、梯形或矩形。
8.如权利要求2所述的自供能多极式磁流变离合器，其特征在于，所述的铝块(12)为不导磁材料，转子(6)、定子(4)、中间外壳(5)、导磁柱(9)为导磁材料。
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