CN110778618B - 一种圆筒式变体积磁流变风扇自动离合器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆筒式变体积磁流变风扇自动离合器，包括离合器壳体、输入轴和输出法兰盘；还包括两个储油器，所述储油器包括储油器壳体、导向管、活塞以及形状记忆合金弹簧；在外圆筒上开设有与储油器壳体相连通的通油孔；在传动段上套设有两推油滑环，在两推油滑环之间、通油孔内以及活塞背离形状记忆合金弹簧一侧的导向管内均填充有磁流变液；在传动段的中部设有绕其一周的励磁线圈；在输入轴的右端套设有两电刷滑环，励磁线圈的一端经形状记忆合金开关后与其中一电刷滑环相连；励磁线圈的另一端与另一电刷滑环相连。本发明能够有效提高离合器传动能力、传动效率以及传动可靠性，并实现风扇自动控制的离合器。

Description

一种圆筒式变体积磁流变风扇自动离合器

技术领域

本发明涉及风扇离合器技术领域，尤其涉及一种圆筒式变体积磁流变风扇自动离合器。

背景技术

磁流变液是由磁性颗粒、基础液、添加剂组成的一种新型材料，其流变特性 随外加磁场的变化而急剧变化：在零磁场下，它表现为牛顿流体；在外加磁场作用下，可在 瞬间（千分之一秒左右）由液态变成固态，其粘度陡然增大到几个数量级以至失去流动性， 表现出Bingham塑性体的行为，具有一定的抗剪屈服应力。其屈服应力随外加磁场强度的增 加而增加，它的性能可由外加磁场连续调控，这种控制的反应时间是以毫秒单位计。因而广泛应用于机械、汽车、航空、精密加工、建筑、医疗等领域。

基于磁流变液的上述性质，使其在离合器、制动器领域具有广阔的应用前景；如CN109139736A公开的“一种多励磁线圈磁流变离合器”，它通过多励磁线圈同时通电方式产生工作磁场，有效减少励磁线圈的电流稳定时间，实现响应速度快；在CN101825146A公开的“一种自适应磁流变离合器”，它利用发电机转子绕组的输出端直接或通过整流控制电路与旋转磁流变阻尼器的励磁线圈组件或电磁铁的线圈连接，使发电机输出的电能可以直接输入到旋转磁流变阻尼器的励磁线圈组件或电磁铁的线圈中而产生电磁场，从而使自适应磁流变离合器的主动件与从动件完成耦合而实现转矩传递。

目前的磁流变液离合器为了提高传动能力，大多采用多级磁流变液工作间隙和多级励磁线圈等方式，但这两种方式有着一定的缺点，增加磁流变液的工作间隙将会增大零磁场的粘性剪切应力，产生较大温升，降低整个传递效率。并且，增大电流或采用多级励磁线圈，会使得装置结构复杂、体积大，并且过大电流使线圈发热严重，容易损坏。

形状记忆合金是一种具有形状记忆效应和超弹性特性的感温材料。形状记忆合金在一定条件下进行一定程度的变形，通过适当地改变外界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，形状记忆合金受到约束就会产生很大的回复力并可对外界做功。

综上，如何巧妙利用形状记忆合金和磁流变液的特性，提高离合器传动能力、传动效率和传动可靠性，并实现风扇自动控制的离合器，是本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决离合器传动能力差、传动可靠性低，不能实现风扇自动控制的问题，提供一种圆筒式变体积磁流变风扇自动离合器，能够有效提高离合器传动能力、传动效率以及传动可靠性，并实现风扇自动控制的离合器。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种圆筒式变体积磁流变风扇自动离合器，包括离合器壳体、输入轴和输出法兰盘；所述离合器壳体包括依次相连的左端盖、外圆筒和右端盖；所述输入轴的左端穿过右端盖后伸入离合器壳体内，并通过轴承分别与左端盖和右端盖相连，该输入轴位于离合器壳体内的部分的直径扩大形成传动段，且传动段与离合器壳体之间具有间隙；所述输出法兰盘与左端盖固定连接；其特征在于：还包括两个储油器，所述储油器包括储油器壳体、导向管、活塞以及形状记忆合金弹簧；所述储油器壳体为筒状结构，其开放端与外圆筒固定连接，所述导向管设于储油器壳体的一侧，且导向管的轴向与外圆筒的轴向一致；该导向管的一端与储油器壳体相连，另一端设有一通孔螺塞，在储油器壳体上，对应导向管的位置开有一与导向管相连通的过油孔；所述活塞和形状记忆合金弹簧设于导向管内，其中，所述形状记忆合金弹簧位于活塞和通孔螺塞之间，其两端分别与活塞和通孔螺塞固定连接；在外圆筒上，对应两储油器壳体的位置分别开设有一与储油器壳体相连通的通油孔；

在传动段上套设有两推油滑环，两推油滑环分布于通油孔的两侧，其内侧和外侧分别与传动段和外圆筒滑动配合相连；在两推油滑环相背离的一侧分别设有一复位弹簧，所述复位弹簧套设在传动段上，其一端与推油滑环相连，另一端对应与左端盖或右端盖相连；在两推油滑环之间、通油孔内以及活塞背离形状记忆合金弹簧一侧的导向管内均填充有磁流变液；

在传动段的中部设有绕其一周的线圈槽，在该线圈槽内安装有绕传动段一周的励磁线圈；在输入轴的右端开设有一轴孔，所述轴孔的里端延伸至线圈槽的中部，在线圈槽的槽底设有两个与该轴孔相连通的第一线孔；在输入轴的右端套设有一电刷滑环，在输入轴上还开设有两个与轴孔相连通的第二线孔，励磁线圈的两端穿过第一线孔、轴孔以及第二线孔后伸出输入轴，其中，励磁线圈的一端经形状记忆合金开关后与其中一电刷滑环相连；励磁线圈的另一端与另一电刷滑环相连。

进一步地，所述形状记忆合金开关包括外壳、绝缘环、电阻丝、形状记忆合金扭簧以及导电滑片；所述外壳呈环形，且套设在输入轴上，并与输入轴固定连接，该外壳背离右端盖的一侧具有绕外壳一周的环形槽；所述绝缘环呈弧形，并与环形槽同轴设置，其两端与环形槽的槽底固定连接；所述电阻丝绕设在绝缘环上，其两端与绝缘环的两端之间均具有间距，且电阻丝与环形槽的外壁和内壁之间也具有间距；所述形状记忆合金扭簧套设在环形槽的内壁上，其一支臂的端部位于绝缘环的两端之间，并靠近绝缘环的一端，且与环形槽的槽底固定连接形成固定端，另一支臂延伸至绝缘环与环形槽的外壁之间，并靠近绝缘环的另一端形成自由端，其中，形状记忆合金扭簧与电阻丝之间也具有间距；所述导电滑片的一端与形状记忆合金扭簧的自由端相连，另一端与绝缘环贴合；所述形状记忆合金扭簧的固定端和电阻丝远离形状记忆合金扭簧自由端的一端，分别与一导线的一端相连，两导线的另一端伸出外壳，其中，一导线伸出外壳后与励磁线圈的一端相连，另一导线伸出外壳后与电刷滑环相连；在外壳上还设有一盖体，所述盖体与外壳相连，并将环形槽封闭。

进一步地，在储油器壳体背离导向管的一侧开设有一注油孔，在该注油孔内配合设有一注油螺塞。

进一步地，所述储油器壳体的开放端向外翻折形成翻边，在外圆筒外侧，对应储油器壳体的位置成型有安装座，该翻边通过连接螺栓与安装座固定连接。

进一步地，在输入轴的右端还套设有一密封端盖，该密封端盖与右端盖固定连接。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、由于电刷滑环与励磁线圈之间串联有形状记忆合金开关，因此，当环境温度达到某一温度（通常50°）时，形状记忆合金扭簧带动导电滑片与电阻丝接触，使形状记忆合金开关闭合，励磁线圈通电而产生磁场，磁场激发磁流变液产生磁流变效应，从而使离合器自动结合，并传递转矩带动输出法兰盘转动；当环境温度低于某一温度（通常50°）时，形状记忆合金扭簧复位，并带动导电滑片与电阻丝分离，从而使励磁线圈断电，不再输出转矩；从而实现了风扇（散热器）的自动散热控制。

2、随着环境温度的进一步升高，形状记忆合金弹簧推动活塞，将储油器里磁流变液推入离合器壳体内，磁流变液的工作体积逐步增大，磁流变效应增强，从而使剪切应力增大大，传递转矩增大，输出法兰盘（风扇叶片）转动加快，散热效果较好；温度越高，磁流变液的工作体积越大，传递转矩越大，风扇叶片转动越快，散热效果越好。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为储油器的结构示意图。

图3为形状记忆合金开关的结构示意图。

图中：1—左端盖，2—外圆筒，3—右端盖，4—输入轴，5—输出法兰盘，6—传动段，7—储油器壳体，8—导向管，9—活塞，10—形状记忆合金弹簧，11—通孔螺塞，12—推油滑环，13—复位弹簧，14—磁流变液，15—励磁线圈，16—电刷滑环，17—形状记忆合金开关，171—外壳，172—环形槽，173—绝缘环，174—电阻丝，175—形状记忆合金扭簧，176—导电滑片，18—注油螺塞。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例：参见图1、图2以及图3，一种圆筒式变体积磁流变风扇自动离合器，包括离合器壳体、输入轴4和输出法兰盘5。所述离合器壳体包括依次相连的左端盖1、外圆筒2和右端盖3；所述输入轴4的左端穿过右端盖3后伸入离合器壳体内，并通过轴承分别与左端盖1和右端盖3相连；其中，左端盖1的中部向外侧凹陷形成轴承容置腔；在输入轴4的右端还套设有一密封端盖，该密封端盖与右端盖3固定连接，从而使整个离合器壳体的密封效果更好。该输入轴4位于离合器壳体内的部分的直径扩大形成传动段6，且传动段6与离合器壳体之间具有间隙；所述输出法兰盘5与左端盖1固定连接；装配使用过程中，所述输入轴4与驱动电机等动机机构的输出轴相连，输出法兰盘5与风扇总成或直接与风扇扇叶相连。

还包括两个储油器，两个储油器对称分布于外圆筒2的两侧；所述储油器包括储油器壳体7、导向管8、活塞9以及形状记忆合金弹簧10。所述储油器壳体7为一端开放另一端封闭的筒状结构，其开放端与外圆筒2固定连接，具体实施时，所述储油器壳体7的开放端向外翻折形成翻边，在外圆筒2外侧，对应储油器壳体7的位置成型有安装座，该翻边通过连接螺栓与安装座固定连接；从而使储油器壳体7的装配更加方便，并且装配后稳定性和密封性更好。所述导向管8设于储油器壳体7的一侧，且导向管8的轴向与外圆筒2的轴向一致；该导向管8的一端与储油器壳体7相连，另一端设有一通孔螺塞11，其中，该通孔螺塞11具有一沿其轴向贯穿其两端的通孔。在储油器壳体7背离导向管8的一侧开设有一注油孔，在该注油孔内配合设有一注油螺塞18；从而便于注入磁流变液14。在储油器壳体7上，对应导向管8的位置开有一与导向管8相连通的过油孔。所述活塞9和形状记忆合金弹簧10设于导向管8内，其中，所述形状记忆合金弹簧10位于活塞9和通孔螺塞11之间，其两端分别与活塞9和通孔螺塞11固定连接；由于通孔螺塞11具有通孔，因此，环境温度能够快速传递到导向管8内，从而使形状记忆合金弹簧10快速发生形变，推动磁流变液14流动，从而提高离合器的响应速度。在外圆筒2上，对应两储油器壳体7的位置分别开设有一与储油器壳体7相连通的通油孔。

在传动段6上套设有两推油滑环12，两推油滑环12分布于通油孔的两侧，其内侧和外侧分别与传动段6和外圆筒2滑动配合相连。在两推油滑环12相背离的一侧分别设有一复位弹簧13，所述复位弹簧13套设在传动段6上，其一端与推油滑环12相连，另一端对应与左端盖1或右端盖3相连（即一复位弹簧13的两端分别与左侧推油滑环12和左端盖1相连，另一复位弹簧13的两端分别与右侧推油滑环12和右端盖3相连）。在两推油滑环12之间、通油孔内以及活塞9背离形状记忆合金弹簧10一侧的导向管8内均填充有磁流变液14；其中，两推油滑环12之间的间隙形成磁流变液14工作腔。

在传动段6的中部设有绕其一周的线圈槽，在该线圈槽内安装有绕传动段6一周的励磁线圈15。在输入轴4的右端开设有一轴孔，所述轴孔的里端延伸至线圈槽的中部，在线圈槽的槽底设有两个与该轴孔相连通的第一线孔；在输入轴4的右端套设有一电刷滑环16，在输入轴4上还开设有两个与轴孔相连通的第二线孔，励磁线圈15的两端穿过第一线孔、轴孔以及第二线孔后伸出输入轴4，其中，励磁线圈15的一端经形状记忆合金开关17后与其中一电刷滑环16相连；励磁线圈15的另一端与另一电刷滑环16相连。其中，所述形状记忆合金开关17，能够有效地根据温度自行进行闭合或断开。所述电刷滑环16包括外环和内环，所述内环与输入轴4固定连接，外环可转动套设在内环上（并始终与内环贴合在一起），在外环和内环上分别设有一接线端。励磁线圈15的一端经形状记忆合金开关17后与其中一电刷滑环16的内环上的接线端相连，励磁线圈15的另一端与另一电刷滑环16的内环上的接线端相连，两电刷滑环16的外环上的接线端形成供电输入端。

作为一种实施方式，所述形状记忆合金开关17包括外壳171、绝缘环173、电阻丝174、形状记忆合金扭簧175以及导电滑片176。所述外壳171呈环形，并为绝缘材质，且套设在输入轴4上，并与输入轴4固定连接，该外壳171背离右端盖3的一侧具有绕外壳171一周的环形槽172。所述绝缘环173呈弧形，并与环形槽172同轴设置，其中，绝缘环173所对应的弧度大于等于180°，其两端通过连接螺栓与环形槽172的槽底固定连接。所述电阻丝174绕设在绝缘环173上，其两端与绝缘环173的两端之间均具有间距，且电阻丝174与环形槽172的外壁和内壁之间也具有间距。所述形状记忆合金扭簧175套设在环形槽172的内壁上，其一支臂的端部位于绝缘环173的两端之间，并靠近绝缘环173的一端，且通过抱箍与环形槽172的槽底固定连接形成固定端；另一支臂延伸至绝缘环173与环形槽172的外壁之间，并靠近绝缘环173的另一端形成自由端，其中，形状记忆合金扭簧175与电阻丝174之间也具有间距。所述导电滑片176的一端与形状记忆合金扭簧175的自由端相连，另一端与绝缘环173贴合。所述形状记忆合金扭簧175的固定端和电阻丝174远离形状记忆合金扭簧175自由端的一端，分别与一导线的一端相连，两导线的另一端伸出外壳171，其中，一导线伸出外壳171后与励磁线圈15的一端相连，另一导线伸出外壳171后与电刷滑环16相连。在外壳171上还设有一盖体，所述盖体与外壳171相连，并将环形槽172封闭。具体实施时，为提高形状记忆合金开关17的响应速度，在外壳171或盖体上，开设有数个通气孔，以便于环境温度能够快速传递到外壳171内，从而使形状记忆合金扭簧175快速发生形变。初始状态时，导电滑片176与绝缘环173接触，并与电阻丝174之间具有间距；当环境温度升高后，形状记忆合金扭簧175受热发生形变，使形状记忆合金扭簧175的自由端沿绝缘环173向电阻丝174方向移动，直至导电滑片176与电阻丝174接触使电路导通；并且，随环境温度的升高，形状记忆合金开关17中，通电的电阻丝174的长度越短，从而使电流越大，能够使励磁线圈15产生的磁场更大，从而进一步提高离合器的稳定性和可靠性。当温度下降后，形状记忆合金扭簧175复位，能够使导电滑片176与电阻丝174再次分离，从而是电路断开，回到初始位置。

工作过程中，

1、初始状态时，大部分磁流变液14贮存在储油器里，当主动轴转动时，环境温度较低（小于50℃）时，形状记忆合金开关17打开，励磁线圈15未通电，依靠零磁场下磁流变液14的粘性剪切应力传递的转矩不能使输出法兰盘5转动。

2、当环境温度达到某一温度（通常50°）时，形状记忆合金扭簧175带动导电滑片176与电阻丝174接触，使形状记忆合金开关17闭合，励磁线圈15通电而产生磁场，磁场激发磁流变液14产生磁流变效应，从而使离合器自动结合，并传递转矩带动输出法兰盘5转动；但此时的磁流变液14工作腔较小，磁流变液14也较少，使得剪切应力较小，所以传递转矩较小，输出法兰盘5转动较慢，散热效果较差。

随着环境温度的进一步升高，当环境温度大于某一温度（通常50°）时，形状记忆合金弹簧10推动活塞9，将储油器里磁流变液14推入离合器壳体内，磁流变液14的工作体积逐步增大，磁流变效应增强，从而使剪切应力增大大，传递转矩增大，输出法兰盘5（风扇叶片）转动加快，散热效果较好；温度越高，磁流变液14的工作体积越大，传递转矩越大，风扇叶片转动越快，散热效果越好；同时，随环境温度的升高，形状记忆合金开关17中，通电的电阻丝174的长度越短，从而使电流越大，能够使励磁线圈15产生的磁场更大，从而进一步提高离合器的稳定性和可靠性。

3、当环境温度低于某一温度（通常50°）时，形状记忆合金扭簧175复位，并带动导电滑片176与电阻丝174分离，形状记忆合金开关17断开，从而使励磁线圈15断电，不再输出转矩；从而实现了风扇（散热器）的自动散热控制；同时，复位弹簧13推动滑环驱动磁流变液14，加之离心力的作用，使磁流变液14回到储油器中，工作间隙内少量磁流变液14的零磁场粘性剪切应力传递转矩很小，不能带动风扇叶片转动。

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，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 (4)

1.一种圆筒式变体积磁流变风扇自动离合器，包括离合器壳体、输入轴和输出法兰盘；所述离合器壳体包括依次相连的左端盖、外圆筒和右端盖；所述输入轴的左端穿过右端盖后伸入离合器壳体内，并通过轴承分别与左端盖和右端盖相连，该输入轴位于离合器壳体内的部分的直径扩大形成传动段，且传动段与离合器壳体之间具有间隙；所述输出法兰盘与左端盖固定连接；其特征在于：还包括两个储油器，所述储油器包括储油器壳体、导向管、活塞以及形状记忆合金弹簧；所述储油器壳体为筒状结构，其开放端与外圆筒固定连接，所述导向管设于储油器壳体的一侧，且导向管的轴向与外圆筒的轴向一致；该导向管的一端与储油器壳体相连，另一端设有一通孔螺塞，在储油器壳体上，对应导向管的位置开有一与导向管相连通的过油孔；所述活塞和形状记忆合金弹簧设于导向管内，其中，所述形状记忆合金弹簧位于活塞和通孔螺塞之间，其两端分别与活塞和通孔螺塞固定连接；在外圆筒上，对应两储油器壳体的位置分别开设有一与储油器壳体相连通的通油孔；

在传动段上套设有两推油滑环，两推油滑环分布于通油孔的两侧，其内侧和外侧分别与传动段和外圆筒滑动配合相连；在两推油滑环相背离的一侧分别设有一复位弹簧，所述复位弹簧套设在传动段上，其一端与推油滑环相连，另一端对应与左端盖或右端盖相连；在两推油滑环之间、通油孔内以及活塞背离形状记忆合金弹簧一侧的导向管内均填充有磁流变液；

在传动段的中部设有绕其一周的线圈槽，在该线圈槽内安装有绕传动段一周的励磁线圈；在输入轴的右端开设有一轴孔，所述轴孔的里端延伸至线圈槽的中部，在线圈槽的槽底设有两个与该轴孔相连通的第一线孔；在输入轴的右端套设有两电刷滑环，在输入轴上还开设有两个与轴孔相连通的第二线孔，励磁线圈的两端穿过第一线孔、轴孔以及第二线孔后伸出输入轴，其中，励磁线圈的一端经形状记忆合金开关后与其中一电刷滑环相连；励磁线圈的另一端与另一电刷滑环相连；

所述形状记忆合金开关包括外壳、绝缘环、电阻丝、形状记忆合金扭簧以及导电滑片；所述外壳呈环形，且套设在输入轴上，并与输入轴固定连接，该外壳背离右端盖的一侧具有绕外壳一周的环形槽；所述绝缘环呈弧形，并与环形槽同轴设置，其两端与环形槽的槽底固定连接；所述电阻丝绕设在绝缘环上，其两端与绝缘环的两端之间均具有间距，且电阻丝与环形槽的外壁和内壁之间也具有间距；所述形状记忆合金扭簧套设在环形槽的内壁上，其一支臂的端部位于绝缘环的两端之间，并靠近绝缘环的一端，且与环形槽的槽底固定连接形成固定端，另一支臂延伸至绝缘环与环形槽的外壁之间，并靠近绝缘环的另一端形成自由端，其中，形状记忆合金扭簧与电阻丝之间也具有间距；所述导电滑片的一端与形状记忆合金扭簧的自由端相连，另一端与绝缘环贴合；所述形状记忆合金扭簧的固定端和电阻丝远离形状记忆合金扭簧自由端的一端，分别与一导线的一端相连，两导线的另一端伸出外壳，其中，一导线伸出外壳后与励磁线圈的一端相连，另一导线伸出外壳后与电刷滑环相连；在外壳上还设有一盖体，所述盖体与外壳相连，并将环形槽封闭。

2.根据权利要求1所述的一种圆筒式变体积磁流变风扇自动离合器，其特征在于：在储油器壳体背离导向管的一侧开设有一注油孔，在该注油孔内配合设有一注油螺塞。

3.根据权利要求1所述的一种圆筒式变体积磁流变风扇自动离合器，其特征在于：所述储油器壳体的开放端向外翻折形成翻边，在外圆筒外侧，对应储油器壳体的位置成型有安装座，该翻边通过连接螺栓与安装座固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种圆筒式变体积磁流变风扇自动离合器，其特征在于：在输入轴的右端还套设有一密封端盖，该密封端盖与右端盖固定连接。

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