CN111043186A - 一种泵式磁流变液缓速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种泵式磁流变液缓速器，缓速器轴与泵抗扭式驱动连接；钢板安装在缓速器本体内，将缓速器本体间隔出左侧高低压区通道与右侧工作腔；可磁化材料硅钢板、工作磁力线圈安装在工作腔侧；泵安装在缓速器本体与钢板分隔的右侧工作腔内；工作腔与高低压区通道充满工作介质磁流变液；磁流变液阀门布置在钢板高压区钢板孔的左侧通道内；在工作温度范围内，本发明磁流变液在磁场的作用下粘度受温度影响较小，与磁场强度成比例，可控性能优良，最大制动力可控而且可以远大于通常的液力缓速器，且制动力稳定、低转速也可产生同样的制动力，可在任何车速下产生所需的缓速制动力，不止用于山路下长坡，将可广泛用于城市用车频繁降速的要求；可代替主制动实施制动，可大大降低主制动器的使用频次。

Description

一种泵式磁流变液缓速器

技术领域

本发明属于车辆缓速器技术领域，涉及一种泵式磁流变液缓速器；特别适用于各种车辆轿车、卡车、客车工程车等。

背景技术

由于城市道路路口多、公交站点密、客流量大，公交车经常要进行频繁制动；山区道路陡、急弯多，长期行驶在山区路段的中大型货车客车也经常需要制动。

制动器在长时间频繁工作情况下，会引起制动蹄片快速磨损、制动器摩擦片使用寿命短，以及由于制动器热衰退导致制动力丧失或制动性能大幅下降，这也成为交通事故的主要原因。因此，配备辅助制动系统十分必要。

缓速器作为车辆的辅助制动部件，通过作用于原车的传动系统而减轻原车制动系统的负荷，使车辆均匀减速，以提高车辆制动系统的可靠性，延长制动系统的使用寿命，并能因此大幅降低车辆使用成本。

通常缓速器有发动机缓速器、排气制动、电涡流缓速器、液力缓速器、磁流变盘式缓速器。有的低速制动力很小，有的耗电量很大、有的重量很大、有的制动力很小。

普通的液力缓速器，具有定转子，需要增减工作腔内的介质及储油，使结构复杂。

现有的磁流变液制动器、缓速器都是利用磁流变液处于一定强度的磁场中时，使粘度增大利用剪切力或挤压力而产生阻力，属于摩擦产生阻力，所以产生的制动力有限；普通的磁流变液缓速器制动盘的面积较小，磁流变液不循环换热效率低；存在磨损、力矩受尺寸大小的限制、对磁流变液的性能要求更高，成本高、尺寸大等，而无法在车辆中批量使用等问题。

发明内容

本发明公开了一种泵式磁流变液缓速器，以解决现有技术中具有定转子液力缓速器结构复杂；现有技术磁流变液制动器、缓速器产生的制动力有限，力矩受尺寸大小限制等问题。

本发明包括输入齿轮、缓速器轴、缓速器本体、钢板、O型圈密封、端盖、工作磁力线圈、硅钢板、磁流变液阀门、泵；不需要定子；缓速器轴与泵抗扭式驱动连接；钢板安装在缓速器本体内，将缓速器本体间隔出左侧高低压区通道F与右侧工作腔E；可磁化材料硅钢板、工作磁力线圈安装在工作腔E侧；泵安装在缓速器本体与钢板分隔的右侧工作腔E内；工作腔E与高低压区通道F充满工作介质磁流变液，并保证不含空气；钢板正对着转子高低压区分别有圆孔；磁流变液阀门布置在钢板高压区钢板孔的左侧通道F内，并固定在钢板上；工作磁力线圈不通电时，高低压区通道F与工作腔E、泵高压区与低压区直接相通，无压差产生，不能制动；泵工作元件在粘度很低的磁流变液内旋转，自行润滑；当对励磁线圈加载电流，在磁场作用下，工作腔E内的介质磁流变液粘度迅速提高，高粘度的磁流变液无法通过磁流变液阀门，高低压区通道F关闭，工作腔E高低压区瞬间产生高低压差，形成制动阻力；根据需要在工作励磁线圈上加载电流，产生不同强度的磁场，使磁流变液粘度调整变化，控制工作腔E内的磁流变液粘度，产生不同背压，产生不同的制动力。

一个优化的方案，磁流变液阀门包括励磁线圈、硅钢板；励磁线圈芯铁为中空结构；励磁线圈放在钢板对着低压区的圆孔处，励磁线圈芯铁中空孔对应的范围内，钢板有多个小孔，或高强度钢网；构成控制通道F通断的磁流变液阀门；当励磁线圈加电时，多孔结构使高粘度的磁流变液堵塞小孔无法回流，高低压区的通道截断，使高低压区产生压力差，产生制动力。当需要制动力很小时，可同时调整励磁线圈的电流，使高低压区少量磁流变液通过，减少制动阻力；解除制动时，使励磁线圈电流为零；实现空载分离；减少空载损失并实现转子的润滑。

另一个优化的方案，磁流变液阀门包括单向阀片、顶杆、密封圈、活塞、油封、回位弹簧；油封与本体、活塞缸体形成一个封闭腔，活塞右侧在顶杆处，回位弹簧一端作用在壳体上，另一端作用在单向阀片上；钢板高压口对着出油口或在低压区回流口；在磁流变液最大粘度时，单向阀片呈开启状态；当通压缩空气或液压油时，将活塞推向左侧，使阀片关闭，转子高低压区的通道关闭，产生制动力。

当泵是转子泵、齿轮泵时，端盖具有可磁化材料硅钢板安装容腔，工作磁力线圈、芯铁与硅钢板一体封装布置安装在端盖的安装容腔内；当泵是螺旋转子泵时；转子直接与壳体配合；工作磁力线圈在转子外圆布置，也可在转子左侧布置；转子可采用安装在本体内的一套内转子、外转子；转子或齿轮可以采用级联串联结构；当级联串联轴向尺寸过大时，可同时在左端工作腔再布置增设布置励磁线圈。

螺旋转子泵可以是单轴、或双轴、或三轴式，采用螺旋转子泵时，励磁线圈、励磁线圈都布置在外圆。

本发明布置在变速箱后，与变速箱输出轴并联或串联布置; 不论是并联还是串联，缓速器轴在车辆行驶时保持转动；并联布置时, 缓速器轴与输入齿轮抗扭式连接;输入齿轮与变速箱齿轮啮合传动；串联布置时，缓速器轴前端通过法兰与变速箱输出轴连接，输出与传动轴法连连接；缓速器轴在车辆行驶时保持转动；工作腔E的输入、输出口分别于换热器的进出口连接；低压口为回油口，直接与换热器的出油口相通；转子、壳体及换热器形成一个封闭腔；工作时，在换热器内无磁场；磁流变液在换热器内低粘度循环流动换热，将热量交换给冷却液。换热器可布置在泵的后面，也可布置在壳体外部；可同时在壳体上布置冷却水道，增加冷却效果；通向换热器出口采用小口或多小孔钢板节流；进口采用大口径回流；在缓速器本体的工作腔E上侧安装有加油螺塞；在高低压区通道F下侧安装有放油螺塞；无需通过压入或排除工作腔E内的介质。

本发明工作温度一般在-40℃至160℃；进出口分别布置进口温度传感器、出口温度传感器，测量进出口温度。磁流变液粘度输出及背压最高可达到3至4MPa，根据需要可以更高；低压口为回油口，直接与换热器的出油口相通；换热器至少耐压4MPa；磁流变液最大制动力矩可达10000Nm，用电量小；在使用温度范围内高温、低速制动力远高于普通的其他缓速器，所以制动力受速度影响及温度范围内受温度影响较小。

本发明可匹配各种版式换热器、以及铝合金材料的滚筒式换热器。

本发明的积极效果在于：在工作温度范围内磁流变液在磁场的作用下粘度受温度影响较小，与磁场强度成比例，可控性能优良，最大制动力可控而且可以远大于通常的液力缓速器，且制动力稳定、低转速也可产生同样的制动力，基本可在任何车速下产生所需的缓速制动力，不止用于山路下长坡，将可广泛用于城市用车频繁降速的要求；甚至可根据要求，可偶尔代替主制动实施制动，可大大降低主制动器的使用频次。尺寸小，重量轻，耗电量小、功率大、散热好、布置方便。转子与壳体内及换热器形成一个封闭腔，只有可排气的加油孔，下面有更换介质的放油口即可。所以减少了磁流变液介质的用量，使结构大大简化；磁流变液用量少因而使成本在可控范围内。

附图说明

图1为发明第一实施例内啮合摆线转子泵式磁流变液缓速器结构示意图；

图2为发明第一实施例A-A剖视图；

图3为发明第一实施例B-B剖视图；

图4 为发明第一实施例C-C剖视图；

图5为发明第二实施例采用机械方式通断通道F的内啮合摆线转子泵式磁流变液缓速器结构示意图；

图6为发明第三实施例励磁线圈布置于钢板低压回流口处的内啮合渐开线或摆线齿轮泵式磁流变液缓速器结构示意图；

图中：1 输入齿轮、2缓速器轴、3缓速器本体、4前轴承、5轴右端后轴承、6外油封、7外油封、8内油封、9内油封、10内转子、11外转子 、12钢板、 13右端盖、14工作磁力线圈、15进口温度传感器、16出口温度传感器、17励磁线圈、18钢板、19-1单向阀片、19-2顶杆、19-3回位弹簧、19-4密封圈、19-5活塞、 19-6油封、20 硅钢板、21加油螺塞、22放油螺塞、23排气单向阀、E工作腔、F高低压区通道。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明的实施例。

本发明第一实施例为内啮合摆线转子泵式磁流变液缓速器；如图1、图2、图3、图4所示，并联布置带有输入齿轮并通过花键与缓速器轴抗扭式连接；包括输入齿轮1、缓速器轴2、缓速器本体3、前轴承4、轴右端后轴承5、外油封6、外油封7、内油封8、内油封9、泵、钢板12、右端盖13、工作磁力线圈14、进口温度传感器15、出口温度传感器16、励磁线圈17、钢板18、20 硅钢板、21加油螺塞、22放油螺塞、23排气单向阀、E工作腔、F高低压区通道；本体3内有内转子10及偏心的外转子11；端盖13左侧与硅钢片20右侧间隔容腔布置工作磁力线圈14；工作磁力线圈14芯铁与硅钢片20一体封装，缓速器本体3与钢板12硅钢片20及端盖13间隔形成工作腔E；钢板12左侧与本体3右端形成高低压区通道F；工作腔E与高低压区通道F充满磁流变液，并保证不含空气；缓速器将可调粘度的磁流变液作为工作介质；缓速器轴2与缓速器的内转子抗扭式连接，驱动内转子转动；磁流变液阀门结构布置在高低压区通道上，控制通道F的通断；工作磁力线圈14可在转子外缘轴向布置，嵌入安装在缓速器本体3内；也可在两端布置，通过钢板封闭在端盖13上或本体3左侧；励磁线圈17的有内孔的芯铁右端固定到钢板12上，并端面密封，内孔与钢板12的高压区孔相通；励磁钢板18在线圈17左端固定并端面密封，或为增加受力能力将钢板18外缘座在通道F壁上；钢板18与线圈芯铁内孔相对的区域内不满一个或多个小孔，直接与通道F相通；线圈不通电时，高低压区通道F通过钢板12、线圈17的芯铁内孔、钢板18的多个小孔与工作腔E、转子高压区与低压区直接相通，无压差产生，不能制动，转子在粘度很低的磁流变液内旋转，自行润滑；当对励磁线圈17加载电流，在磁场的作用下，线圈17芯铁内的介质磁流变液粘度迅速提高，高粘度的磁流变液无法通过钢板18的小孔流向高低压区通道F，流回工作腔E的低压区；高低压区通道F关闭，工作腔E高低压区瞬间产生高低压差，形成制动阻力；通过在工作励磁线圈14上加载电流，使磁流变液粘度调整变化，从而产生不同的制动力；当需要制动力很小时，可同时调整励磁线圈17的电流，使高低压区少量磁流变液通过，减少制动阻力；解除制动时，使工作励磁线圈14、励磁线圈17电流为零，解除制动；通过磁流变液阀门粘度变化原理实现转子高低压区的通断，相当于将转子与壳体间的间隙变大，而无法建立高低压区的压力差，实现空载分离，实现空载分离；减少空载损失并实现转子的润滑。

本发明第二实施例为采用机械式方式通断通道F的内啮合摆线转子泵式磁流变液缓速器，如图5所示：在钢板12高压口对着出油口，出油口左侧安装单向阀片19-1、 顶杆19-2、回位弹簧19-3；回位弹簧19-3下面作用在壳体上，上面作用在单向阀片19-1上，保证在磁流变液最大粘度时能将单向阀片19-1弹开；密封圈19-4、活塞19-5右侧在顶杆处有油封19-6与本体活塞缸体形成一个封闭腔；当通压缩空气或液压油时，将活塞19-5推向左侧，使阀片关闭，关闭通过B腔形成的转子高低压区的通道，而产生制动力。

本发明第三实施例为内啮合渐开线齿轮或内啮合摆线转子泵式磁流变液缓速器，是将通断通道F的磁流变液阀门布置于钢板12的低压区回流口处；如图2、图3、图4、图6所示：励磁线圈17放在钢板12对着低压区的圆孔处左侧，并固定，端面密封；回流孔多孔结构，当励磁线圈加电时，使高粘度的磁流变液无法回流，而截断高低压区的通道，使高低压区产生压力差，产生制动力；这个磁流变液阀门结构可以布置在高低压区通道中间的任何位置，只要能通断高低压区的通道即可。

本发明不限于实施例的例举结构，缓速器不但可以采用内啮合转子还可以是外啮合转子、一个轴螺旋泵式转子、二轴螺旋式转子磁流变液缓速器、三轴螺旋式转子磁流变液缓速器等皆落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种泵式磁流变液缓速器；其特征在于：包括缓速器轴、缓速器本体、钢板、O型圈密封、端盖、工作磁力线圈、硅钢板、磁流变液阀门、泵；不需要定子；缓速器轴与泵抗扭式驱动连接；钢板安装在缓速器本体内，将缓速器本体间隔出左侧高低压区通道与右侧工作腔；可磁化材料硅钢板、工作磁力线圈安装在工作腔侧；泵安装在缓速器本体与钢板分隔的右侧工作腔内；工作腔与高低压区通道充满工作介质磁流变液，并保证不含空气；钢板正对着转子高低压区分别有圆孔；磁流变液阀门布置在钢板高压区钢板孔的左侧通道内；工作磁力线圈不通电时，高低压区通道与工作腔、泵高压区与低压区直接相通，无压差产生，不能制动；泵工作元件在粘度很低的磁流变液内旋转，自行润滑；当对励磁线圈加载电流，在磁场作用下，工作腔内的介质磁流变液粘度迅速提高，高粘度的磁流变液无法通过磁流变液阀门，高低压区通道关闭，工作腔高低压区瞬间产生高低压差，形成制动阻力；根据需要在工作励磁线圈上加载电流，产生不同强度的磁场，使磁流变液粘度调整变化，控制工作腔内的磁流变液粘度，产生不同背压，产生不同的制动力。

2.根据权利要求1所述的一种泵式磁流变液缓速器；其特征在于：磁流变液阀门包括励磁线圈、硅钢板；励磁线圈芯铁为中空结构；励磁线圈放在钢板对着低压区的圆孔处，励磁线圈芯铁中空孔对应的范围内，钢板有多个小孔，或高强度钢网；构成控制通道通断的磁流变液阀门；当励磁线圈加电时，多孔结构使高粘度的磁流变液堵塞小孔无法回流，高低压区的通道截断，使高低压区产生压力差，产生制动力。

3.根据权利要求2所述的一种泵式磁流变液缓速器；其特征在于：当需要制动力很小时，可同时调整励磁线圈的电流，使高低压区少量磁流变液通过，减少制动阻力；解除制动时，使励磁线圈电流为零；实现空载分离；减少空载损失并实现转子的润滑。

4.根据权利要求1所述的一种泵式磁流变液缓速器；其特征在于：磁流变液阀门包括单向阀片、顶杆、密封圈、活塞、油封、回位弹簧；油封与本体、活塞缸体形成一个封闭腔，活塞右侧在顶杆处，回位弹簧一端作用在壳体上，另一端作用在单向阀片上；钢板高压口对着出油口或在低压区回流口；在磁流变液最大粘度时，单向阀片呈开启状态；当通压缩空气或液压油时，将活塞推向左侧，使阀片关闭，转子高低压区的通道关闭，产生制动力。

5.根据权利要求1所述的一种泵式磁流变液缓速器；其特征在于：当泵是转子泵、齿轮泵时，端盖具有可磁化材料硅钢板安装容腔，工作磁力线圈、芯铁与硅钢板一体封装布置安装在端盖的安装容腔内；当泵是螺旋转子泵时；转子直接与壳体配合；工作磁力线圈在转子外圆布置，也可在转子左侧布置；转子可采用安装在本体内的一套内转子、外转子；转子或齿轮可以采用级联串联结构；当级联串联轴向尺寸过大时，可同时在左端工作腔再布置增设布置励磁线圈。

6.根据权利要求1所述的一种泵式磁流变液缓速器；其特征在于：螺旋转子泵可以是单轴、或双轴、或三轴式；采用螺旋转子泵时，励磁线圈、励磁线圈都布置在外圆。

7.根据权利要求1所述的一种泵式磁流变液缓速器；其特征在于：布置在变速箱后，与变速箱输出轴并联或串联布置;并联布置时, 缓速器轴与输入齿轮抗扭式连接;输入齿轮与变速箱齿轮啮合传动；串联布置时，缓速器轴前端通过法兰与变速箱输出轴连接，输出与传动轴法连连接；缓速器轴在车辆行驶时保持转动；工作腔的输入、输出口分别于换热器的进出口连接；低压口为回油口，直接与换热器的出油口相通；转子、壳体及换热器形成一个封闭腔；工作时，在换热器内无磁场；磁流变液在换热器内低粘度循环流动换热，将热量交换给冷却液。

8.根据权利要求7所述的一种泵式磁流变液缓速器；其特征在于：换热器可布置在泵的后面，也可布置在壳体外部；可同时在壳体上布置冷却水道；通向换热器出口采用小口或多小孔钢板节流；进口采用大口径回流；在缓速器本体的工作腔上侧安装有加油螺塞；在高低压区通道下侧安装有放油螺塞；无需通过压入或排除工作腔内的介质。

9.根据权利要求5所述的一种泵式磁流变液缓速器；其特征在于：工作温度在-40℃至160℃；进出口分别布置进口温度传感器、出口温度传感器，测量进出口温度。

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