CN111255822A - 一种压电驱动式液粘-永磁复合传动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压电驱动式液粘‑永磁复合传动方法，包括如下液粘传动、永磁传动和复合传动。液粘传动，适用于采矿、冶金、钢铁、汽车、工程机械中振动频率在25Hz以内，危险等级为Ⅰ级或以下的危险工作环境，其通过控制压电片中电源的通断及电流大小，进而调节摩擦副间隙大小，依靠油膜的剪切作用来传递转矩。永磁传动，适用于传动过程要求零泄漏的特殊工况，能实现间隙调节、电流调节及转矩传递的组合传动。复合传动，适用于传递大功率高转矩动力的高端装备，液粘传动和永磁传动，同时工作。本发明采用压电驱动方式实现摩擦副间隙大小的微量调节；以及实现液粘传动或永磁传动或“液粘传动+永磁传动”复合传动，极大地提高了传动能力。

Description

一种压电驱动式液粘-永磁复合传动方法

技术领域

本发明涉及一种传动方法，特别是一种压电驱动式液粘-永磁复合传动方法。

背景技术

带式输送机与刮板输送机在煤矿开采行业中应用较普遍，而在实际使用过程中，由于长期处于大惯性负载状态，若启动不合理则容易发生断带事故，同时也会对电网造成较大的冲击，进而导致能源的浪费。具有无极调速特色的液粘传动技术与永磁涡流传动技术能够满足带式输送机与刮板输送机的软启动以及多工况调速要求，因此使用较广泛。

液粘传动是一种继液压、液力传动之后的新型流体传动方式，以摩擦副之间的油膜为工作介质，利用油液的粘性或油膜的剪切力，通过改变摩擦副间油膜的厚度调节输出转速与扭矩，具有良好的节能效果。永磁涡流传动源于楞次定律与洛伦兹定律，即当导体盘与永磁盘产生相对运动时，导体盘上会发生涡流效应，通过涡电流与磁场间的耦合效应实现动力的传递，具有稳定性好、对电网冲击小等显著优势。

首先，虽然这两种传动技术在各自领域中均积累了大量的研究成果，但由于液粘传动技术属于流体传动依靠油膜的剪切力传递动力，而永磁涡流传动技术属于永磁传动依靠磁场和电流的耦合作用来传递动力，两种传动方式所需的介质不同，因此想要将二者结合起来就必须在一个装置内同时存在两种工作介质，同时为了避免装置结构变得复杂，还需尽可能的将实现不同传动方式的结构结合起来，使装置结构既简单又能实现两种传动，所以将两者结合起来同时应用于传动领域的工程案例较少。

其次，大多数基于液粘传动技术的离合器装置采用液压驱动活塞的方式调节油膜厚度，但液压系统中的压力损失容易导致离合器调节精度的下降，同时在工作过程中，由于工作油液不可避免会发生泄漏，并且油液具有微小的可压缩性，管路会发生弹性变形，因此，采用液压驱动活塞调节油膜厚度的方式不适用于传动要求严格且精度要求较高的场合，与此同时油液也可能会对环境产生污染；除此之外，油液在管路中流动会产生压力损失，管路较长时压力损失较大，传动效率降低，因此，该方式也不适宜用于需要进行较远距离传送的工程应用之中。

公开号CN102913563A公开了一种液粘调速离合器，该装置利用了双活塞式压紧结构，虽然确保了液粘调速离合器的稳定输出，可是装置结构复杂，不适合在工作环境较复杂的场合使用，并且利用液压驱动方式调节油膜厚度，调节精度难以得到保障，装置的应用领域也因此受到了限制，例如传动要求严格且精度要求较高的场合或是传送距离较远的场合。

公开号CN102155526A公开了一种机械-液粘复合式无级调速装置，将行星轮系应用于液粘调速离合器之中，减小了占地面积，降低了成本，但机械传动结构变得复杂，容易导致动力传递效率与精度的降低。

公开号CN109831087A公开了一种新型复合永磁涡流调速器，包括两个简式串联结构和一个盘式结构，对于提高输出功率、缩短调节行程等都有一定的增益效果，但由于结构复杂且无冷却系统，容易导致装置的机械损坏和热疲劳失效。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种压电驱动式液粘-永磁复合传动方法，该压电驱动式液粘-永磁复合传动方法采用压电驱动方式代替传统液压驱动调节油膜厚度，调节灵敏度高，易于控制且可实现微量调节；此外，摩擦副采用多片式的结构，将主动摩擦片更换为“永磁体+摩擦材料”的形式，被动摩擦片更换为“电枢绕组+摩擦材料”的形式，可实现液粘传动或永磁传动或“液粘传动+永磁传动”复合传动等三种传动方式，提高了传动能力。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种压电驱动式液粘-永磁复合传动方法，包括如下三种传动方式。

传动方式一、液粘传动：液粘传动装置中输入工作油，对永磁传动装置中被动摩擦片内的电枢绕组断电，并且对输入装置膜厚调节单元的输入轴压电片和输出装置膜厚调节单元的输出轴压电片通电，产生的形变压缩输入轴弹簧和输出轴弹簧，从而带动输入轴活塞与输出轴活塞相向或相背移动，进而调节摩擦副间隙大小，依靠油膜的剪切作用来传递转矩。此时，液粘传动装置的传动转矩设为T₁。

传动方式二、永磁传动：液粘传动装置停止工作油输入，采用如下三种工作方式中的一种进行永磁传动：

第一种工作方式，间隙调节及转矩传递：对被动摩擦片内的电枢绕组施加恒定电流，当输入轴旋转时，主、被动摩擦片产生相对位移，电枢绕组在永磁体磁场的作用下产生感应磁场，感应磁场与永磁体磁场相互作用形成电磁转矩从而实现动力传递。当输入轴压电片与输出轴压电片通电发生变形后，导致主、被动摩擦片间的间隙大小发生变化，改变了二者之间的气隙磁通密度，最终实现传递转矩的调节。此时，永磁传动装置的传动转矩设为T₂。

第二种工作方式，电流调节及转矩传递：输入轴压电片和输出轴压电片同时断电，对被动摩擦片内的电枢绕组通电，其驱动负载的原理同第一种工作方式。通过调节电枢绕组的电流改变气隙磁通密度大小，最终实现传递转矩的调节。此时，永磁传动装置的传动转矩设为T₃。

第三种工作方式，间隙调节、电流调节及转矩传递：对输入轴压电片、输出轴压电片及被动摩擦片内的电枢绕组通电，改变主、被动摩擦片间的间隙大小，同时调节被动摩擦片内线圈的电流大小来实现整个装置传递转矩的调节。此时，永磁传动装置的传动转矩设为T₄，T₃＝T₄。

传动方式三、复合传动：对输入轴压电片、输出轴压电片进行通电，同时，液粘传动装置工作油输入通道中输入工作油。永磁传动装置采用传动方式二中的第一种工作方式或第三种工作方式进行传递，实现液粘-永磁复合传动。此时，复合传动转矩设为T，则T＝T₁+T₂或T＝T₁+T₄。

传动方式一中，液粘传动装置传动转矩T₁可表示为：

式中：μ是工作油液的动力粘度；r₁是摩擦片内半径；r₂是摩擦片外半径；h是摩擦副间隙；w₁是主动摩擦片角速度；w₂是被动摩擦片角速度。

传动方式二中，永磁传动装置传动转矩T₂、T₃和T₄可表示为：

式中：B是磁感应强度；I是被动摩擦片内线圈的电流；R₁是永磁体内半径；R₂是永磁体外半径；k是铁心的磁导率；U是连接线圈的电源的输出电压。

传动方式一适用于采矿、冶金、钢铁、汽车、工程机械中振动频率在25Hz以内，危险等级为Ⅰ级或以下的危险工作环境；传动方式二适用于传动过程要求零泄漏的特殊工况领域；传动方式三适用于传递大功率高转矩动力的高端装备。

传动方式一中的液粘传动时，当输入轴压电片与输出轴压电片同时通电后，均发生形变，压缩输入轴弹簧和输出轴弹簧，带动输入轴活塞与输出轴活塞相向或相背移动，进而调节摩擦副中的油膜厚度，油膜厚度变化量δ的计算公式为：

式中：n₁为输入轴压电片数量；n₂为输出轴压电片数量；c₁为输入轴压电片的弹性模量；d₁为输入轴压电片压电常数，由压电片材料决定；U₁为输入轴压电片连接电源的输出电压；k₁为输入轴弹簧的弹性因数；c₂为输出轴压电片的弹性模量；d₂为输出轴压电片压电常数；U₂为输出轴压电片连接电源的输出电压；k₂为输出轴弹簧的弹性因数。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明采用压电驱动方式代替传统液压驱动方式调节摩擦副间的油膜厚度，压电驱动基于逆压电效应，通过机械变形来产生运动，可实现油膜厚度的微量调节；输入轴活塞与输出轴活塞上均设置有压电片，同时从摩擦副的两端对油膜厚度进行调节，这样保持各组摩擦副受力均匀，延长使用寿命。与液压系统相比，压电驱动方式更加稳定，易于控制，避免了液压油的泄漏，同时压电片可以实现微量变形，在传动要求以及精度要求严格的场合更加适用；在传输距离较远的场合中，电流的压力损失也小于油液，所以压电驱动在使用过程中不受使用场合限制，使用效率较高且更加稳定。

2、主动摩擦片采用“永磁体+摩擦材料”的结构形式，被动摩擦片采用“电枢绕组+摩擦材料”的结构，可同时实现液体粘性传动与永磁涡流传动，结构简单紧凑，这种复合式传动方式提高了整个装置的传动功率与可靠性，避免系统因过载而产生损坏。

3、装置内的工作油路、冷却水路以及通电线路均分开设置，输入轴透盖上开有工作油进油口与冷却水进水口，便于将工作油与冷却水从外部传送至主、被动摩擦片与冷却水盘上；箱体内焊接有隔塞，能够实现工作油液与冷却水的分开储存。

4、当装置进行永磁传动时，可通过单独调节间隙大小、电流大小或同时调节间隙与电流的大小等三种方式来改变整个装置的传递转矩，提高了整个装置的灵活性与可操作性。

附图说明

图1是本发明一种压电驱动式液粘-永磁复合传动装置的结构示意图。

图2显示了本发明中输入轴的结构示意图。

图3显示了本发明中输出轴的结构示意图。

图4显示了本发明中摩擦副的结构示意图。

图5显示了本发明中冷却水盘的结构示意图。

其中有：

1、输出轴；2、六角头螺栓；3、弹性垫圈；4、输出轴端盖；5、输出轴透盖；6、密封垫；7、上箱体；8、输出轴压电片；9、被动盘；10、输出轴活塞；11、被动鼓；12、工作油输出通道；13、窥视孔；14、隔塞；15、冷却水盘；16、主动摩擦片；17、被动摩擦片；18、支承盘；19、输入轴活塞；20、密封圈；21、输入轴弹簧；22、间隔圈；23、深沟球轴承；24、弹性挡圈；25、工作油进油口；26、密封圈；27、输入轴端盖；28、唇形密封圈；29、输入轴；30、输入轴透盖；31、冷却水进水口；32、六角头螺栓；33、弹性垫圈；34、下箱盖；35、输入轴压电片；36、底座；37、螺塞；38、冷却水输出通道；39、圆螺母；40、止动垫圈；41、输出轴弹簧；42、输出轴弹簧压盘；43、螺堵；44、单圆头普通平键；45、输出轴压电片盘；46、永磁导体；47、摩擦材料；48、圆柱销；49、盖板；50.工作油通道；51.电路通道一；52.冷却水通道；53.电路通道二；54.电路通道三；55.铁心；56.线圈；57.输入轴压电片盘。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种压电驱动式液粘-永磁复合传动装置，包括箱体、液粘传动装置、永磁传动装置和冷却装置。

箱体包括下箱体34和罩设在下箱体上的上箱体7，下箱体优选通过螺钉安装在底座36上。箱体内部优选焊接有密封的隔塞14，将箱体内部分为两部分，分别为工作油箱和冷却水箱。其中，工作油箱用于储存工作油液，冷却水箱用于储存冷却用水。另外，工作油箱和冷却水箱底部优选各安装有一个螺塞37，便于将对应的工作油液及冷却水放出。

进一步，上箱体7上优选设置有窥视孔13，用于对本申请的油膜厚度进行观测。

液粘传动装置包括同轴安装在箱体中的动力输入装置和动力输出装置。

动力输入装置包括输入轴端盖30、输入轴透盖27、输入轴29、输入装置膜厚调节单元和主动摩擦片组。

输入轴29的输入端优选通过深沟球轴承23安装在箱体上，深沟球轴承23内端面通过间隔圈22实现定位，外端面通过输入轴透盖27与弹性挡圈24进行定位。

输入轴端盖30位于输入轴29轴肩处，优选通过六角头螺栓和弹性垫圈与输入轴透盖27连接，输入轴透盖27优选通过六角头螺栓32和弹性垫圈33与上箱体7和下箱体34连接。

支承盘18空套在输入轴中部，且紧邻箱体，支承盘中开设有电路通道一，并采用密封圈20对从中穿过的导线进行密封。支承盘18为被动摩擦片17的支承面，其上安装有深沟球轴承，作为动力输出装置的一个支点，支承在上箱体7与下箱体34之间。

如图2所示，输入轴纵截面呈T型，输入轴的输出端面积大于其输入端，输入轴中内置有工作油通道50、冷却水通道52和电路通道一51。

输入轴透盖27上页开有对应的工作油通道50、冷却水通道52和电路通道一51。

上述工作油通道用于向后续的摩擦副提供工作油液，根据需要采用螺堵43进行封堵。冷却水通道用于向后续的冷却水盘提供冷水水。电路通道一、后续的电路通道二和后续的电路通道三均用于容纳通电导线。

主动摩擦片组包括N个同轴套设在输入轴外缘的主动摩擦片16，N为正整数，本实施例中N优选等于5。每个主动摩擦片均能随输入轴同步转动，且能沿输入轴外缘进行轴向移动，主动摩擦片在输入轴上的这种设置方式为现有技术，本申请未做改进，如输入轴上套设5个能轴向移动的齿轮盘，每个齿轮盘外周啮合一个主动摩擦片。

动力输出装置包括输出轴端盖4、输出轴透盖5、输出轴1、输出装置膜厚调节单元、被动鼓11和被动摩擦片组。

如图3所示，输出轴中内置有电路通道二53。

被动鼓中内置有电路通道三、工作油输出通道和冷却水输出通道。

输出轴1分别通过深沟球轴承与箱体和输入轴29的输出端相连接。与箱体连接的深沟球轴承外侧通过输出轴透盖5进行定位，内侧通过轴肩进行固定；位于输入轴29一侧的深沟球轴承外侧依靠输出轴弹簧压盘42实现定位，内侧通过圆螺母39与止动垫圈40进行定位。

输出轴端盖4位于输出轴1轴肩处，优选通过六角头螺栓2和弹性垫圈3与输出轴透盖5连接，输出轴透盖优选通过六角头螺栓和弹性垫圈与上箱体7和下箱体34连接，输出轴透盖5上开有电路通道三。

输入轴透盖30、输出轴透盖5以及支承盘18内的电路通道处均设有密封圈26；输入轴端盖27与输入轴透盖30之间、输出轴端盖4与输出轴透盖5之间均优选设有唇形密封圈28；输入轴透盖30、输出轴透盖5与箱体间优选设有密封垫6。

输入轴透盖30上开有工作油进油口25与冷却水进水口31，工作油进油口25与冷却水进水口31与输入轴29上的工作油通道一、冷却水通道连通，工作油通道一与冷却水通道将工作油液与冷却用水输送至摩擦副间与后续的冷却水盘15中；输入轴透盖30、输入轴29、支承盘18、输出轴透盖5、输出轴1、被动盘9与被动鼓11上均开有电路通道，便于将导线与后续的输入轴压电片35、输出轴压电片8和压电片盘45连接，以此来实现摩擦副间隙的调节与转矩的传递。

被动摩擦片组包括N个(优选5个)被动摩擦片17。

如图4所示，被动摩擦片与主动摩擦片间隔设置。主动摩擦片和相邻的其中一个被动摩擦片之间填充油膜，构成液粘传动摩擦副，共形成N组(优选5组)液粘传动摩擦副(也称摩擦副)。

被动摩擦片的外圆周与被动鼓连接，能带动被动鼓同步转动且能沿被动鼓轴向移动。被动摩擦片与被动鼓的连接方式为现有技术，本申请未做改进，如被动鼓圆周内壁面设置有内齿，每个被动摩擦片外圆周均设置有与内齿相啮合的外齿等。

被动鼓通过被动盘9与输出轴相连接，被动盘上开设有电路通道二，被动盘固定套设在输出轴中部。被动盘9优选通过单圆头普通平键44与输出轴1相连。

支承盘、被动鼓、被动盘和输出轴、压电片盘和被动摩擦片能同步旋转。

被动鼓中内置有工作油输出通道12和冷却水输出通道38，其中，工作油输出通道的出油口指向工作油箱，冷却水输出通道的出水口指向冷却水箱。

冷却装置包括冷却水盘15和上述冷却水通道。冷却水盘的数量不超过N个，本申请中优选为4个，由于位于中间的主动摩擦片相邻近设置，故在这两个相邻近的主动摩擦片之间只需设置一个冷却水盘。冷却水盘的结构如图5所示，具有若干个呈辐射性的螺旋水槽。

冷却水盘布设在N组摩擦副之间，且邻近主动摩擦片。每个冷却水盘均随输入轴同步转动，且沿输入轴外缘轴向移动。冷却水盘与输入轴的设置方式与主动摩擦片与输入轴的设置方式相同。

输入装置膜厚调节单元和输出装置膜厚调节单元均为压电驱动装置，压电驱动装置包括N个压电片，每组液粘传动摩擦副对应一个能通电的压电片。

永磁传动装置包括N个永磁体和N个电枢绕组，永磁体和相邻的电枢绕组构成永磁传动副；永磁体内置在主动摩擦片内，电枢绕组内置在被动摩擦片内；位于被动摩擦片内的线圈与外部交流电源相连接。其中，电枢绕组为绕有线圈56的铁心55，相当于定子铁心。

N个永磁体内置在每个主动摩擦片中，N个电枢绕组内置在被动摩擦片中。即，每个主动摩擦片均包括永磁体和包覆在永磁体外的摩擦材料47，每个被动摩擦片均包括电枢绕组和包覆在电枢绕组外的摩擦材料。

上述输入装置膜厚调节单元包括输入轴压电片35、输入轴压电片盘45、输入轴弹簧21和输入轴活塞19。输入轴活塞空套在输入轴中部，输入轴活塞的外环端面与邻近的主动摩擦片或被动摩擦片相贴合。输入轴弹簧套装在输入轴活塞与输入轴弹簧压盘之间。

输出装置膜厚调节单元包括输出轴压电片8、输出轴压电片盘57、输出轴弹簧41和输出轴活塞10。输出轴活塞空套在输出轴中部，输出轴活塞的外环端面与邻近的主动摩擦片或被动摩擦片相贴合。输出轴弹簧套装在位于输出轴活塞与输出轴弹簧压盘之间。

输入轴压电片盘和输出轴压电片盘的数量之和为N-2个，间隔布设在N组液粘传动摩擦副之间，且邻近被动摩擦片。本发明中输入轴压电片盘优选为2个，输出轴压电片盘优选为1个。

输入轴压电片盘和输出轴压电片盘均能带动被动鼓同步转动且能沿被动鼓轴向移动。输入轴压电片盘、输出轴压电片盘与被动鼓的连接方式与被动摩擦片与被动鼓的连接方式相同，这里不再赘述。

每个输入轴压电片盘和输入轴活塞中均嵌套有一个输入轴压电片。每个输出轴压电片盘和输出轴弹簧中嵌套有一个输出轴压电片。所有输入轴压电片和所有输出轴压电片共同构成N个压电片。

上述压电片连接交流电源，在逆压电效应的作用下，压电片产生机械变形，驱动被动摩擦片向主动摩擦片轴向移动，实现摩擦副间隙大小的微量调节。

当输入轴压电片与输出轴压电片同时通电后，均会发生形变，输入轴弹簧和输出轴弹簧压缩，带动输入轴活塞与输出轴活塞相向或相背移动，进而调节摩擦副中的油膜厚度，油膜厚度变化量δ的计算公式为：

式中：n₁为输入轴压电片数量；n₂为输出轴压电片数量；c₁为输入轴压电片的弹性模量；d₁为输入轴压电片压电常数，由压电片材料决定；U₁为输入轴压电片连接电源的输出电压；k₁为输入轴弹簧的弹性因数；c₂为输出轴压电片的弹性模量；d₂为输出轴压电片压电常数；U₂为输出轴压电片连接电源的输出电压；k₂为输出轴弹簧的弹性因数。

一种压电驱动式液粘-永磁复合传动方法，包括如下三种传动方式。

传动方式一、液粘传动，适用于采矿、冶金、钢铁、汽车、工程机械中动力密度振动频率在25Hz以内，危险等级为Ⅰ级或是Ⅰ级以下的危险工作环境。此时的工作环境较为恶劣，不利于对环境要求较高的永磁传动。

液粘传动原理：液粘传动装置中输入工作油，对永磁传动装置中被动摩擦片内的电枢绕组断电，对输入装置膜厚调节单元中的输入轴压电片和输出装置膜厚调节单元中的输出轴压电片通电，产生的形变压缩输入轴弹簧和输出轴弹簧，从而带动输入轴活塞与输出轴活塞相向或相背移动，进而调节油膜厚度，依靠油膜的剪切作用来传递转矩。此时，液粘传动装置的传动转矩设为T₁。

传动方式一中，液粘传动装置的传动转矩T₁的计算公式表示为：

式中：μ是工作油液的动力粘度；r₁是摩擦片内半径；r₂是摩擦片外半径；h是摩擦副间隙(即油膜厚度)；w₁是主动摩擦片角速度；w₂是被动摩擦片角速度。

传动方式二、永磁传动，适用于传动过程要求零泄漏的行业，如核电燃料输送或传动要求以及精度要求较高的场合时，由于油液会造成一定的污染与误差，因此可以不输入工作油液。

永磁传动原理：传动装置中停止工作油输入，采用如下三种工作方式中的一种进行永磁传动。

第一种工作方式，间隙调节及转矩传递：对被动摩擦片内的电枢绕组施加恒定电流，当输入轴旋转时，主、被动摩擦片产生相对位移，电枢绕组在永磁体磁场的作用下产生感应磁场，感应磁场与永磁体磁场相互作用形成电磁转矩从而实现动力传递；当输入轴压电片与输出轴压电片通电发生变形后，导致主、被动摩擦片间的间隙大小发生变化，改变了二者之间的气隙磁通密度，最终实现传递转矩的调节。此时，永磁传动装置的传动转矩设为T₂。

第二种工作方式，电流调节及转矩传递：对输入轴压电片、输出轴压电片断电，对被动摩擦片内的电枢绕组通电，其驱动负载的原理同第一种工作方式；通过调节电枢绕组的电流改变气隙磁通密度大小，最终实现传递转矩的调节。此时，永磁传动装置的传动转矩设为T₃。

第三种工作方式，间隙调节、电流调节及转矩传递：对输入轴压电片、输出轴压电片及被动摩擦片内的电枢绕组同时通电，改变主、被动摩擦片间的间隙大小，同时调节被动摩擦片内线圈的电流大小来实现整个装置传递转矩大小的调节。此时，永磁传动装置的传动转矩设为设为T₄。

传动方式三、复合传动：对输入轴压电片和输出轴压电片通电，液粘传动装置工作油输入通道中输入工作油，永磁传动装置采用传动方式二中的第一种工作方式或第三种工作方式进行传递，实现液粘-永磁复合传动。此时，复合传动转矩设为T，则T＝T₁+T₂或T＝T₁+T₄。

传动方式二中，永磁传动装置的传动转矩T₂、T₃的计算公式表示优选为：

式中：B是磁感应强度；I是被动摩擦片内线圈上的电流值；R₁是永磁导体内半径；R₂是永磁导体外半径；k是铁心的磁导率；U是连接线圈的电源的输出电压。

传动方式三、复合传动：适用于传递大功率高转矩动力的应用场合，其中，传递的大功率不低于1200kW，转矩动力不低于4000N·m。当用于需要传递大功率的场合时，可以在对装置输入工作油液，同时也对电枢绕组通电，使液粘传动与永磁传动同步进行，相较于单独使用液粘传动或是永磁传动，装置传递的转矩有40％—60％的提高。

复合传动原理：液粘传动装置中输入工作油，同时，对永磁传动装置中的电枢绕组通电，在膜厚调节单元的作用下，可同时实现液粘传动和永磁传动。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种压电驱动式液粘-永磁复合传动方法，其特征在于：包括如下三种传动方式：

传动方式一、液粘传动：液粘传动装置中输入工作油，对永磁传动装置中被动摩擦片内的电枢绕组断电，并且对输入装置膜厚调节单元的输入轴压电片和输出装置膜厚调节单元的输出轴压电片通电，产生的形变压缩输入轴弹簧和输出轴弹簧，从而带动输入轴活塞与输出轴活塞相向或相背移动，进而调节摩擦副间隙大小，依靠油膜的剪切作用来传递转矩；此时，液粘传动装置的传动转矩设为T₁；

传动方式二、永磁传动：液粘传动装置停止工作油输入，采用如下三种工作方式中的一种进行永磁传动：

第一种工作方式，间隙调节及转矩传递：对被动摩擦片内的电枢绕组施加恒定电流，当输入轴旋转时，主、被动摩擦片产生相对位移，电枢绕组在永磁体磁场的作用下产生感应磁场，感应磁场与永磁体磁场相互作用形成电磁转矩从而实现动力传递；当输入轴压电片与输出轴压电片通电发生变形后，导致主、被动摩擦片间的间隙大小发生变化，改变了二者之间的气隙磁通密度，最终实现传递转矩的调节；此时，永磁传动装置的传动转矩设为T₂；

第二种工作方式，电流调节及转矩传递：输入轴压电片和输出轴压电片同时断电，对被动摩擦片内的电枢绕组通电，其驱动负载的原理同第一种工作方式；通过调节电枢绕组的电流改变气隙磁通密度大小，最终实现传递转矩的调节；此时，永磁传动装置的传动转矩设为T₃；

第三种工作方式，间隙调节、电流调节及转矩传递：对输入轴压电片、输出轴压电片及被动摩擦片内的电枢绕组通电，改变主、被动摩擦片间的间隙大小，同时调节被动摩擦片内线圈的电流大小来实现整个装置传递转矩的调节；此时，永磁传动装置的传动转矩设为T₄，T₃＝T₄；

传动方式三、复合传动：对输入轴压电片、输出轴压电片进行通电，同时，液粘传动装置工作油输入通道中输入工作油；永磁传动装置采用传动方式二中的第一种工作方式或第三种工作方式进行传递，实现液粘-永磁复合传动；此时，复合传动转矩设为T，则T＝T₁+T₂或T＝T₁+T₄。

2.根据权利要求1所述的压电驱动式液粘-永磁复合传动方法，其特征在于：传动方式一中，液粘传动装置的传动转矩T₁可表示为：

式中：μ是工作油液的动力粘度；r₁是摩擦片内径；r₂是摩擦片外径；h是摩擦副间隙；w₁是主动摩擦片角速度；w₂是被动摩擦片角速度。

3.根据权利要求1所述的压电驱动式液粘-永磁复合传动方法，其特征在于：传动方式二中，永磁传动装置的传动转矩T₂、T₃和T₄的计算公式表示为：

其中：B是磁感应强度；I是被动摩擦片内线圈的电流值；R₁是永磁体内径；R₂是永磁体外径；k是铁心的磁导率；U是连接线圈的电源输出电压。

4.根据权利要求1或2或3所述的压电驱动式液粘-永磁复合传动方法，其特征在于：传动方式一适用于采矿、冶金、钢铁、汽车、工程机械中振动频率在25Hz以内，危险等级为Ⅰ级或以下的危险工作环境；传动方式二适用于传动过程要求零泄漏的特殊工况领域；传动方式三适用于传递大功率高转矩动力的高端装备。

5.根据权利要求1所述的压电驱动式液粘-永磁复合传动方法，其特征在于：传动方式一中的液粘传动时，当输入轴压电片与输出轴压电片同时通电后，均发生形变，压缩输入轴弹簧和输出轴弹簧，带动输入轴活塞与输出轴活塞相向或相背移动，进而调节摩擦副中的油膜厚度，油膜厚度变化量δ的计算公式为：

式中：n₁为输入轴压电片数量；n₂为输出轴压电片数量；c₁为输入轴压电片的弹性模量；d₁为输入轴压电片压电常数，由压电片材料决定；U₁为输入轴压电片连接电源的输出电压；k₁为输入轴弹簧的弹性因数；c₂为输出轴压电片的弹性模量；d₂为输出轴压电片压电常数；U₂为输出轴压电片连接电源的输出电压；k₂为输出轴弹簧的弹性因数。

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