CN115118119A - 直驱工质液力装置 - Google Patents

Abstract

直驱工质液力装置，是一种用途范围包括马达、减速器、加速器、变速器、助力器、执行器和推进器的液力装置，采用循环磁流体或导电流体作为工质，由磁力或电力直接驱动而缩短了能量转化流程，省去了上游动力设备的外壳、中轴、泵叶、机架等组件，使系统结构更为简化而减少造价，结构更为紧凑，重量和体积更小，能效有所提高，系统的防过载和抗冲击能力得到增强，此外，还利用磁流体的磁热效应进行降温，采用磁力密封装置来防止泄漏，以无形的磁场来构建工质循环通道而省去部分厚重的实体外壳，充分挖掘磁性材料的物理特性潜能，以较低的成本来提高系统的综合性能。

Description

直驱工质液力装置

技术领域

本发明关于一种液力装置，涉及马达、减速器、增速器、变速器、助力器、执行器等应用领域。

背景技术

液体有很好的流动性，能任意变形，内部静压压强处处相等，可以全向传动，有的液力装置利用这些特性以静压方式传递机械能，使液压腔输入端和输出端受力截面积不同，可以实现变向、减速、助力、精确位移等功能，而有的液压装置驱动液体使其获得动能来带动输出装置。液力装置通常输出直线运动或圆周运动，广泛应用于生产、生活的各个领域，具体的类型主要有马达、助力器、执行器、控制器等。现有液力装置的工质直接由叶片、活塞、齿轮等泵送组件来驱动，它们的前端还有电动机、发动机等原动装置，能量转化过程是“电能-机械能-液压能-机械能”或“化学能-热能-机械能-机械能-液压能-机械能”，转换环节较长，设备多，结构不紧凑，重量和体积大，每一次能源转换都有能量损失，不利于提高能效，整体上不够经济。

发明内容

本发明的目的是提供一种用途范围包括马达、减速器、加速器、变速器、助力器、执行器和推进器的液力装置，采用循环磁流体或导电流体作为工质，由磁力或电力直接驱动而缩短了能量转化流程，省去了上游动力设备的外壳、中轴、泵叶、机架等组件，使系统结构更为简化而减少造价，结构更为紧凑，重量和体积更小，能效有所提高，系统的防过载和抗冲击能力得到增强，此外，还利用磁流体的磁热效应进行降温，采用磁力密封装置来防止泄漏，以无形的磁场来构建工质循环通道而省去部分厚重的实体外壳，充分挖掘磁性材料的物理特性潜能，以较低的成本来提高系统的综合性能。

本发明的工质为循环工作的磁流体或导电流体，循环通道为密封式、开放式空间或它们的组合；施压组件为磁枢，能够产生磁场来直接驱动工质；输出组件输出直线运动或圆周运动。

本发明的磁枢产生运动磁场并通过磁力作用来驱动磁流体，或者产生静止磁场来驱动运动中的导电流体变向运动，产生运动磁场的方式为——带有通电后产生运动磁场的固定线圈组，或者带有永磁体，通过自身的机械运动来产生运动磁场。

本发明前、后的运动磁场的衔接没有空档，使同一通道在同一方向的驱动力连续不断，或者前后相随的速度很快，工质不能回流，不需要单向阀的辅助也能连续工作。

本发明带有定子和转子，循环通道包括定子和转子相互配合在周面形成的多个液压腔；有滑片来把液压腔分隔成低压区和高压区，产生压差使转子转动；工质直接从低压区进入高压区，或者流经具有储存、净化或降温作用的功能区。

本发明的循环通道包括直筒式的液压腔，有柱塞作为压动组件顺着液压腔直线运动，其一端在液压腔内承受液压，另一端作为直线运动输出端，或者，有定子或动子与柱塞的另一端斜交挤压，使双方相对转动。

本发明的压动组件为动压涡轮，类型为径流式、轴流式或周流式的叶片涡轮、特斯拉涡轮、丝状涡轮或无轴涡轮。

本发明的定子或转子的工作面横截面形状为等宽三角形，带有一个两端都作为密封配合端的滑片。

本发明的循环通道包括液压腔，工质在液压腔和磁枢作用区之间循环流动，利用磁热效应来进行降温，有导磁材料形成回路来减弱液压腔内工质的磁通密度以减少升温，同时，采用冷媒循环装置对处在磁枢作用区的工质进行降温，或者，把磁枢设置在外层位置或采用开放式通道，采用自然冷却方式。

本发明的循环通道的缝隙采用磁力密封装置来封堵。

本发明采用以下控制方式之一——液压腔入口方向有开度与液压腔容积的周期变化有着机械关联的阀门，可以周期性变化输入流量而减轻输出速度的脉动；或者，整体装置采用多腔错相结构或复合结构来减轻输出的压力或力矩脉动；或者，带有控制装置，可以用来调节电枢的电流参数、磁场运动方向、磁场运动速度或循环通道的阀门开度，从而改变输出的方向以及速度、压力或力矩的大小。

附图说明

图1是输出圆周运动实施例的轴向视图；

图2是输出圆周运动实施例的径向视图；

图3是磁热效应散热装置；

图4是以机械动力驱动磁场运动的实施例；

图5是输出圆周运动的柱塞结构实施例。

具体实施方式

本发明的工质为循环工作的磁流体或导电流体，循环通道为密封式、开放式空间或它们的组合；施压组件为磁枢，能够产生磁场来直接驱动工质；输出组件输出直线运动或圆周运动。如图1和图2，外轮廓为圆形的定子8固定在底座1上，内腔截面形状为圆角多边形的转子6与之转动配合，在周向以相切点为界形成多个液压腔。滑片5可以顺着定子8上的滑槽在径向活动，隔板7把滑槽从中间分隔成两个工作段，分别与其所在方向的液压腔内曲面配合，也可以采用各自独立的结构；滑片5的周向两侧与滑槽的侧壁构成工质通道，两侧的通道通过隔板7和滑片5构成的径向活动阀门来连通；两侧的通道在滑片5的端部位置与液压腔相连形成封闭的循环通道；滑片5在顺时针方向一侧的端部有入口2与储液装置相连，储液装置也属于循环通道的一部分，为封闭容器或通道，在采用磁力来防止工质流失的实施例，出于降温或减轻重量的需要，储液装置可以是开放式的空间。液压腔在滑片5顺时针一侧的区域为低压区，在另一侧的为高压区；磁枢4带有按直线电机线圈排列方式排列的线圈组，通入三相电流后可以产生由低压区向高压区方向运动的行波磁场，并以磁力作用的方式把同侧通道里被磁化的磁流体输送到高压区。进入高压区的磁流体带有压力而使高压区容积变大，转子6被迫逆时针转动。滑片5两端都可以与转子6配合工作，但不同时处在死点位置，使转子6可以连续转动。为了可以双向输出，磁枢4在双侧设置，通过选择当前工作的磁枢4或者改变磁场运动方向来改变输出方向。图4是输出直线运动的实施例，转盘32与腔体31转动连接，周向均布着带有径向磁场的永磁体；转盘32顺时针转动时以磁力作用的方式把通道33里的磁流体输送到液压腔34；工质把转盘32的驱动力放大后推动柱塞35向右直线移动。

在前述实施例中，磁枢以运动磁场驱动工质，也可以采用另一种驱动方式——磁枢产生静止的磁场，工质为导电流体，有启动装置使工质先在磁场中产生初始速度，在洛仑兹力的作用下改变运动方向而形成工作液压流。产生运动磁场的方式如图1，带有通电后产生运动磁场的固定线圈组，或者如图4，转盘32带有永磁体，通过自身的机械运动来产生运动磁场。

图1，磁枢4有两种以上电流相位不同的线圈组，产生的磁场前赴后继朝一个方向运动，相继进入工作位置的磁场之间的衔接没有空档，使同一通道在同一方向的驱动力连续不断，或者，只有一种相位的线圈组，因电流频率足够高而使磁场前后接续速度较快，工质不能回流，不需要单向阀的辅助也能连续工作。

如图1和图2，外轮廓为圆形的定子8固定在底座1上，内腔截面形状为圆角多边形的转子6与之转动配合，在周向以相切点为界形成多个液压腔，是循环通道的组成部分。滑片5把液压腔分隔成低压区和高压区，在滑片5顺时针方向一侧的区域为低压区，在另一侧的为高压区，两个区域的压差使转子6转动。磁枢4的磁场把工质直接从低压区输送入高压区，也可以流经具有储存、净化或降温作用的功能区再进入高压区，如图3实施例，低压区的工质从通孔24出，顺着设置在底座22内部的通道26流经磁枢28所在区域，然后先后经过通孔25、高压区入口阀门，最后进入高压区。

如图4是以柱塞作为压动组件的实施例，有柱塞35作为压动组件顺着液压腔34直线运动，其一端在液压腔内承受液压，另一端作为直线运动输出端，或者，有定子或动子与柱塞的另一端相互斜交挤压，使双方相对转动，例如图5的柱塞结构，转子41的曲面与柱塞35的另一端在斜交位置相互挤压，周向分力使转子41转动。

压动组件为动压涡轮，类型为现有的径流式、轴流式或周流式的叶片涡轮、特斯拉涡轮、丝状涡轮或无轴涡轮，工质在磁场作用下获得动能来驱动涡轮转动并输出转速。

图1，转子6的工作面横截面形状为等宽三角形，带有一个两端都作为密封配合端的滑片5，其端部带有密封装置来与等宽三角形曲面活动配合。等宽三角形曲面也可以设置在定子上。

本发明的循环通道包括液压腔，工质在液压腔和磁枢作用区之间循环流动，利用磁热效应来进行降温，有导磁材料形成回路来减弱液压腔内工质的磁通密度以减少升温，同时，采用冷媒循环装置对处在磁枢作用区的工质进行降温，或者，如图3，把磁枢28设置在底座22的外层位置或采用开放式通道，采用自然冷却方式。

图1，滑片5的端部嵌入磁条3，其磁场方向垂直于定子8的直径，磁极的磁性与同侧磁流体的磁性相同而相斥，斥力阻止磁流体通过缝隙从高压区流向低压区渗漏。

本发明至少采用以下控制方式之一——如图1，液压腔入口方向有滑片5和隔板7构成的阀门，其开度随着滑片5的径向滑动而变化，与液压腔容积的周期变化有着机械关联，可以周期性变化输入流量而减轻输出速度的脉动；或者，整体装置采用多腔错相结构或复合结构来减轻输出的压力或力矩脉动；或者，带有控制装置，可以用来调节电枢的电流参数、磁场运动方向、磁场运动速度或循环通道阀门开度，从而改变输出的方向以及速度、压力或力矩的大小。

Claims (10)

1.直驱工质液力装置，包括工质、循环通道、施压组件、压动组件和输出组件，压动组件直接作为作为输出组件或带动输出组件，其特征在于：工质为循环工作的磁流体或导电流体，循环通道为密封式、开放式空间或它们的组合；施压组件为磁枢，能够产生磁场来直接驱动工质；输出组件输出直线运动或圆周运动。

2.根据权利要求1所述的直驱工质液力装置，其特征在于：磁枢产生运动磁场并通过磁力作用来驱动磁流体，或者产生静止磁场来驱动运动中的导电流体变向运动，产生运动磁场的方式为——带有通电后产生运动磁场的固定线圈组，或者带有永磁体，通过自身的机械运动来产生运动磁场。

3.根据权利要求2所述的直驱工质液力装置，其特征在于：前、后的运动磁场的衔接没有空档，使同一通道在同一方向的驱动力连续不断，或者前后相随的速度很快，工质不能回流，不需要单向阀的辅助也能连续工作。

4.根据权利要求2所述的直驱工质液力装置，其特征在于：带有定子和转子，循环通道包括定子和转子相互配合在周面形成的多个液压腔；有滑片来把液压腔分隔成低压区和高压区，产生压差使转子转动；工质直接从低压区进入高压区，或者流经具有储存、净化或降温作用的功能区。

5.根据权利要求2所述的直驱工质液力装置，其特征在于：循环通道包括直筒式的液压腔，有柱塞作为压动组件顺着液压腔直线运动，其一端在液压腔内承受液压，另一端作为直线运动输出端，或者，有定子或动子与柱塞的另一端斜交挤压，使双方相对转动。

6.根据权利要求2所述的直驱工质液力装置，其特征在于：压动组件为动压涡轮，类型为径流式、轴流式或周流式的叶片涡轮、特斯拉涡轮、丝状涡轮或无轴涡轮。

7.根据权利要求4所述的直驱工质液力装置，其特征在于：定子或转子的工作面横截面形状为等宽三角形，带有一个两端都作为密封配合端的滑片。

8.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的直驱工质液力装置，其特征在于：循环通道包括液压腔，工质在液压腔和磁枢作用区之间循环流动，利用磁热效应来进行降温，有导磁材料形成回路来减弱液压腔内工质的磁通密度以减少升温，同时，采用冷媒循环装置对处在磁枢作用区的工质进行降温，或者，把磁枢设置在外层位置或采用开放式通道，采用自然冷却方式。

9.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的直驱工质液力装置，其特征在于：循环通道的缝隙采用磁力密封装置来封堵。

10.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的直驱工质液力装置，其特征在于：采用以下控制方式之一——液压腔入口方向有开度与液压腔容积的周期变化有着机械关联的阀门，可以周期性变化输入流量而减轻输出速度的脉动；或者，整体装置采用多腔错相结构或复合结构来减轻输出的压力或力矩脉动；或者，带有控制装置，可以用来调节电枢的电流参数、磁场运动方向、磁场运动速度或循环通道的阀门开度，从而改变输出的方向以及速度、压力或力矩的大小。

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