CN111503238B - 一种基于er流体的传动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及变速机构技术领域，具体涉及一种基于ER流体的传动装置，包括传动箱以及电源；所述传动箱包括箱体、输入轴以及输出轴，所述箱体内填充有ER流体，所述输入轴和输出轴伸入到箱体内，所述输入轴和输出轴位于箱体内的部分上分别设置有传动件；所述传动件包括本体和导电体，所述传动件圆周表面上开设有多个槽体，所述槽体内设置有多个不同深度的电极；所述电极分别与电源电性连接；本发明的有益效果在于：通过电源控制输入轴以及输出轴上的传动件不同的电极，能够使得不同电极之间ER流体中的ER粒子形成ER粒子束，电极深度的不同决定了输入轴/输出轴实际工作的半径不同；能够使得传动装置使用时，兼具离合器和变速器双重功能。

Description

一种基于ER流体的传动装置
技术领域
本发明涉及变速机构技术领域，具体涉及一种基于ER流体的传动装置。
背景技术
传动装置是用来改变来自动力机构的转速和转矩的机构，传动装置大多用普通齿轮传动，也有的用行星齿轮传动，例如汽车的手动变速箱、自动变速箱以及无极变速器等。
现有的的传动装置存在各种问题，例如体积大、换挡顿挫以及需要额外的离合器或者液力变矩器等，进一步导致成本高昂、维护困难，使用寿命短等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于ER流体的传动装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种基于ER流体的传动装置，包括传动箱以及电源；
所述传动箱包括箱体、输入轴以及输出轴，所述箱体内填充有ER流体，所述输入轴和输出轴伸入到箱体内，所述输入轴和输出轴位于箱体内的部分上分别设置有传动件；
所述传动件为固态绝缘材质的柱体，所述传动件圆周表面上开设有多个槽体，所述槽体内设置有多个的电极；多个所述电极按照不同深度设置在槽体内；
所述电极分别与电源电性连接。
本发明的有益效果在于：通过电源控制输入轴以及输出轴上的传动件不同的电极，能够使得不同电极之间ER流体中的ER粒子形成ER粒子束，通过选择不同的电极，能够使得输入轴/输出轴上的ER粒子束到输入轴/输出轴中心距离的变化，即半径的改变，或者描述为电极深度的不同决定了输入轴/输出轴实际工作的半径不同；能够使得传动装置使用时，兼具离合器(ER粒子束的形成/分散过程)和变速器(选择输入轴/输出轴的传动件不同深度的电极)的双重功能，进而应用时特别是应用于汽车上时，无需耦合器、液力变矩器或者离合器，大大的降低汽车传动结构的复杂性，使得体积更小、成本更低，使得离合变速一体式，进而进一步降低油耗，改善环境。
附图说明
图1为本发明具体实施方式的一种基于ER流体的传动装置的示意图；
图2为本发明具体实施方式的一种基于ER流体的传动装置的内部结构示意图；
图3为本发明具体实施方式的一种基于ER流体的传动装置的离合时的示意图；
图4为本发明具体实施方式的一种基于ER流体的传动装置的低速时的示意图；
图5为本发明具体实施方式的一种基于ER流体的传动装置的高速时的示意图；
图6为ER流体粘性变化的产生机理。
标号说明：1、箱体；2、输入轴；3、输出轴；4、传动件；41、电极；5、反转轮；6、往复件；7、出液口。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
请参照图1至图6，一种基于ER流体的传动装置，包括传动箱以及电源；
所述传动箱包括箱体1、输入轴2以及输出轴3，所述箱体1内填充有ER流体，所述输入轴2和输出轴3伸入到箱体1内，所述输入轴2和输出轴3位于箱体1内的部分上分别设置有传动件4；
所述传动件4为固态绝缘材质的柱体，所述传动件4圆周表面上开设有多个槽体，所述槽体内设置有多个的电极；多个所述电极按照不同深度设置在槽体内；其中导电体作为电极使用。
所述电极分别与电源电性连接，能够控制各个电极的电学性质，例如电性、电压强度和电流强度等。
从上述描述可知，通过电源控制输入轴2以及输出轴3上的传动件4不同的电极，能够使得不同电极之间ER流体中的ER粒子形成ER粒子束，通过选择不同的电极，能够使得输入轴2/输出轴3上的ER粒子束到输入轴2/输出轴3中心距离的变化，即半径的改变，或者描述为电极深度的不同决定了输入轴2/输出轴3实际工作的半径不同；能够使得传动装置使用时，兼具离合器(ER粒子束的形成/分散过程)和变速器(选择输入轴2/输出轴3的传动件4不同深度的电极)的双重功能，进而应用时特别是应用于汽车上时，无需耦合器、液力变矩器或者离合器，大大的降低汽车传动结构的复杂性，使得体积更小、成本更低，使得离合变速一体式，进而进一步降低油耗，改善环境。
ER流体粘性变化的特点：1、粘性变化范围大，是无电场的(100-1000)倍。且响应迅速(仅数ms)，电场频率可达100Hz。2、粘性与电场强度成正相关的关系，且逆向可控。3、需要高压电源(大于60kV的电压)，但电流密度低，功率消耗并不高。
从上述描述可知，本发明的工作原理为：参照图6，在电场的作用下，ER流体的粘性能从Newton流体(牛顿流体)向Bingham流体(宾汉流体)转变；无电场时，ER流体像通常的粒子分散系流体一样流动；施加电场后，ER流体中的ER粒子被电场极化，粒子之间的异性电极相互吸引，沿电场方向形成粒子束，该粒子束将产生流动阻力，使粘性增大，当粘性足够大时，可以呈现固态状态/粘度极大的状态，当粘性足够大时，可以呈现固体状态或者类似固体的状态，能够利用粘度让传动件4之间形成摩擦传动的效果，进而实现传动，同时凹槽的设计能够增强摩擦传动的效果，设计时，可以选择两个传动件4的不同深度的电极进行通电，通过此处的电极进行通电形成摩擦传动就满足高速或者低速的运行要求了，也可以通多个电极通电协同配合，提升效率；进一步的，由于输入轴2的传动件4与输出轴3的传动件4之间存在最短间距，根据电场强度公式：E＝U/d，E为电场强度，U为电压，d为间距，在间距最短时，产生的粒子束强度最强，输入轴2上的传动件4与输出轴3上的传动件4的最远端(最长的ER粒子束)会有向最短间距之处移动的运动趋势(也可以利用此原理设计ER流体的电机)，由于ER粒子束的作用，能够确定输入轴2和输出轴3的传动件4之间的间距在逐渐缩短，ER粒子束的作用力会越来越明显，由于ER粒子束受到的作用力强，输入轴2和输出轴3的传动件4之间形成一定的拉力，进而带动传动件4的运动，类似齿轮的啮合作用；进而最长的ER粒子束会拉动输入轴2上的传动件4与输出轴3上的传动件4朝向最短间距处运动，进而加强了输出轴3的传动效果。
当输入轴2继续旋转两传动件4之间的间距变大，电场强度减弱，进而导致粘性下降或者直接回归液态，也能够直接通过电源将通过间距最短之处的电极进行断电，直接将ER粒子束中的ER粒子回归到分散态，ER流体的粘性能重新从Bingham流体(宾汉流体)向转变Newton流体(牛顿流体)转变，回归为液态。
所述传动件4也可以为锥齿轮。
本发明所采用的ER流体为粒子分散系ER流体，例如日本藤仓化成株式会社生产的ER流体或者无定形硅酸盐陶瓷；以无定形硅酸盐陶瓷为例，已知铝硅酸盐表现出强烈的电流变效应。铝硅酸盐包含由通式：M(x/n)[(AlO2)x(SiO2)y]·wH2O(这里，M代表具有平均化合价的金属阳离子或金属阳离子的混合物，并且，x，y和w每一个都是整数)代表的沸石官能团，包括诸如皂石和蒙脱石的粘土、3A、5A和X型沸石、以及各种分子筛。不仅铝硅酸盐而且导电有机材料或聚合物材料可构成将被分散的微粒。聚合物材料的实例包括氧化聚丙烯腈、聚苯胺、聚(p-苯撑)、离子化的染料、聚吡咯及其衍生物、以及聚噻吩，并且，这些材料一般因π键共轭结构而具有导电性。另外，含碳材料和球壳状碳分子也可用作分散材料，并且，被热加热的含碳材料的实例包括煤、液体煤、焦炭、石油、树脂、炭黑、石蜡、烯烃、沥青、焦油、芳香族化合物(萘、联苯、萘磺酸、蒽磺酸和菲磺酸)以及聚合物(聚乙烯、聚丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、酚醛树脂和聚丙烯腈)。进一步地，已经知道：超导材料，如YB2Cu3O7-x、NdBa2Cu3Ox、YbBa2Cu3Ox和Bi2Sr2CaCu2O8+x，例如在室温下在硅酮油中表现出电流变效应，并且，可使用这些超导材料。
进一步的，所述装置还包括液控组件，所述液控组件包括出液口7和循环泵，所述出液口7、循环泵和箱体1三者相互连通；
所述出液口7位于输入轴2的传动件4和输出轴3的传动件4之间对应的箱体1上方侧壁上或者下方侧壁上。
从上述描述可知，通过液控组件的设置，能够方便将ER流体喷射在输入轴2的传动件4和输入轴2的传动件4之间，能够在ER流体未漫过输入轴2、输出轴3的情况下，少量的ER流体依然保证能够实现传动，极大的降低了成本；同时流动的ER流体能够方便散热。
进一步的，所述循环泵和箱体1之间具有散热件进行散热。
进一步的，所述传动装置还包括反转组件，所述反转组件包括反转轮5和往复件6，所述往复件6带动反转轮5与输入轴2以及输出轴3的离合。
从上述描述可知，通过反转组件，能够实现传动装置的反转，满足使用时倒车的动作的要求；所述反转组件可以设置在箱体1内。
进一步的，所述传动装置还包括反转箱，所述反转箱连接在箱体1的侧壁上，所述输入轴2和输出轴3伸入到反转箱内，所述输入轴2和输出轴3伸入到反转箱内的部分上设置有传动齿轮和/或在输入轴2和输出轴3的表面上设置有齿形表面。
从上述描述可知，通过反转箱的设置，能够方便反转部分单独设置，降低箱体1内部的设计结构，方便ER流体的流动。
进一步的，所述箱体1为密封箱体1，所述箱体1内做真空处理。
从上述描述可知，通过真空处理，能够使得ER流体工作时的阻力降低，同时避免ER流体的氧化变质，延长ER流体的使用寿命，同时也避免电极之间击穿。
进一步的，所述输入轴2和输出轴3内设置有通道，所述传动件4上的电极通过通道与电源连通。
进一步的，所述所述输入轴2、输出轴3可以与其传动件4为一体式设计。
实施例一
一种基于ER流体的传动装置，包括传动箱以及电源；
所述传动箱包括箱体、输入轴以及输出轴，所述箱体内填充有ER流体，所述输入轴和输出轴伸入到箱体内，所述输入轴和输出轴位于箱体内的部分上分别设置有传动件；
所述传动件为固态绝缘材质的柱体，所述传动件圆周表面上开设有多个槽体，所述槽体内设置有多个的电极；多个所述电极按照不同深度设置在槽体内；
所述电极分别与电源电性连接。
所述装置还包括液控组件，所述液控组件包括出液口和循环泵，所述出液口、循环泵和箱体三者相互连通；
所述出液口位于输入轴的传动件和输出轴的传动件之间对应的箱体上方侧壁上或者下方侧壁上。
所述循环泵和箱体增加散热件进行散热。
所述传动装置还包括反转组件，所述反转组件包括反转轮和往复件，所述往复件带动反转轮与输入轴以及输出轴的离合。
所述传动装置还包括反转箱，所述反转箱连接在箱体的侧壁上，所述输入轴和输出轴伸入到反转箱内，所述输入轴和输出轴伸入到反转箱内的部分上设置有传动齿轮和/或在输入轴和输出轴的表面上设置有齿形表面。
所述箱体为密封箱体，所述箱体内做真空处理。
所述输入轴和输出轴内设置有通道，所述传动件上的电极通过通道与电源连通。
所述所述输入轴、输出轴可以与其传动件为一体式设计。
实施例二
一种基于ER流体的传动装置，包括传动箱以及电源；
所述传动箱包括箱体、输入轴以及输出轴，所述箱体内填充有ER流体，所述输入轴和输出轴伸入到箱体内，所述输入轴和输出轴位于箱体内的部分上分别设置有传动件；所述传动件为齿轮；
所述传动件为固态绝缘材质的柱体，所述传动件圆周表面上开设有多个槽体，所述槽体内设置有多个的电极；多个所述电极按照不同深度设置在槽体内；
所述电极分别与电源电性连接。
所述装置还包括液控组件，所述液控组件包括出液口和循环泵，所述出液口、循环泵和箱体三者相互连通；
所述出液口位于输入轴的传动件和输出轴的传动件之间对应的箱体上方侧壁上或者下方侧壁上。
所述循环泵和箱体增加散热件进行散热。
所述传动装置还包括反转组件，所述反转组件包括反转轮和往复件，所述往复件带动反转轮与输入轴以及输出轴的所述传动件/齿轮的离合。
所述箱体为密封箱体，所述箱体内做真空处理。
所述输入轴和输出轴内设置有通道，所述传动件上的电极通过通道与电源连通。
所述所述输入轴、输出轴可以与其传动件为一体式设计。
实施例三
一种基于ER流体的传动装置，包括传动箱以及电源；
所述传动箱包括箱体、输入轴以及输出轴，所述箱体内填充有ER流体，所述输入轴和输出轴伸入到箱体内，所述输入轴和输出轴位于箱体内的部分上分别设置有传动件；所述传动件为齿轮；
所述传动件为固态绝缘材质的柱体，所述传动件圆周表面上开设有多个槽体，所述槽体内设置有多个的电极；多个所述电极按照不同深度设置在槽体内；
所述电极分别与电源电性连接。
所述装置还包括液控组件，所述液控组件包括出液口和循环泵，所述出液口、循环泵和箱体三者相互连通；
所述出液口位于输入轴的传动件和输出轴的传动件之间对应的箱体上方侧壁上或者下方侧壁上。
所述循环泵和箱体增加散热件进行散热。
所述箱体为密封箱体，所述箱体内做真空处理。
所述输入轴和输出轴内设置有通道，所述传动件上的电极通过通道与电源连通。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于ER流体的传动装置，其特征在于，包括传动箱以及电源；
所述传动箱包括箱体、输入轴以及输出轴，所述箱体内填充有ER流体，所述输入轴和输出轴伸入到箱体内，所述输入轴和输出轴位于箱体内的部分上分别设置有传动件；
所述传动件为固态绝缘材质的柱体，所述传动件圆周表面上开设有多个槽体，所述槽体内设置有多个的电极；多个所述电极按照不同深度设置在槽体内；
所述电极分别与电源电性连接。
2.根据权利要求1所述的基于ER流体的传动装置，其特征在于，所述装置还包括液控组件，所述液控组件包括出液口和循环泵，所述出液口、循环泵和箱体三者相互连通；
所述出液口位于输入轴的传动件和输出轴的传动件之间对应的箱体上方侧壁上或者下方侧壁上。
3.根据权利要求2所述的基于ER流体的传动装置，其特征在于，所述循环泵和箱体之间具有散热件进行散热。
4.根据权利要求1所述的基于ER流体的传动装置，其特征在于，所述传动装置还包括反转组件，所述反转组件包括反转轮和往复件，所述往复件带动反转轮与输入轴以及输出轴的离合。
5.根据权利要求4所述的基于ER流体的传动装置，其特征在于，所述传动装置还包括反转箱，所述反转箱连接在箱体的侧壁上，所述输入轴和输出轴伸入到反转箱内，所述输入轴和输出轴伸入到反转箱内的部分上设置有传动齿轮和/或在输入轴和输出轴的表面上设置有齿形表面。
6.根据权利要求1所述的基于ER流体的传动装置，其特征在于，所述箱体为密封箱体，所述箱体内做真空处理。
7.根据权利要求1所述的基于ER流体的传动装置，其特征在于，所述输入轴和输出轴内设置有通道，所述传动件上的电极通过通道与电源连通。
8.根据权利要求1所述的基于ER流体的传动装置，其特征在于，所述输入轴、输出轴可以与其传动件为一体式设计。
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