CN117823542A - 一种旁置式蜂窝风冷mrf异形盘调速装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械动力传递制备技术领域，尤其涉及一种旁置式蜂窝风冷MRF异形盘调速装置，包括壳体、设于壳体内的旋转机构、静止机构、散热机构和密封机构；旋转机构通过平键与动力源相连；静止机构起到支撑旋转机构和产生磁场的作用；散热机构用于对旋转机构和磁流变液工作区进行有效温降；密封机构用于保证磁流变液密封。旋转机构包括主动轴、以及与主动轴连接的从动轴，从动轴上套接有从动双面摩擦异形盘，从动双面摩擦异形盘的左侧设有主动异形左盘，从动双面摩擦异形盘的右侧设有主动异形右盘，主动异形左盘和主动异形右盘左右相对设置，且主动异形左盘和主动异形右盘通过螺栓固定连接。本发明能够提高其传递功率、扩大调速范围和增加散热效率。

Description

一种旁置式蜂窝风冷MRF异形盘调速装置

技术领域

本发明涉及机械动力传递制备技术领域，尤其涉及一种旁置式蜂窝风冷MRF异形盘调速装置。

背景技术

MRF(Magnetorheological Fluid)调速装置是通过调节激励电流来控制工作区间的磁流变液，使导磁颗粒呈现链状排布，根据所选的磁流变液的物理性质参数调节磁流变液剪切屈服应力，改变主—从构件之间的传动输出效率，拓宽其调速范围。即当装置处于空载状态时，磁流变液呈现流体状态，当根据所需调速要求调整外加磁场时，磁流变液呈现类固体状态，产生剪切屈服应力，促使主动部件带动从动部件旋转。当撤离磁场，磁流变液会恢复为流体状态，具有控制简单，稳定性强，有良好的瞬态响应性能，控制功耗低等特点。

随着智能材料运用技术的不断发展，智能材料的运用为调速系统的进一步完善创造了有利条件。MRF(Magnetorheological Fluid)作为智能材料的一员，在不施加任何外加磁场的作用下呈现牛顿流体特性，在强磁场作用下，则会发生“固化”反应。基于此原理，它在驱动、制动等领域上被广泛应用。作为以磁流变液(MRF)为传动介质的磁流变调速器，它运用磁流变液的流变特性，通过调整磁场强度，改变制动器的输出制动力矩，实现运动部件的可控柔性制动。

目前已知的MRF机械动力调速装置有以下几种形式。如申请号为201620528931.3，名称为“大功率磁流变调速装置”的专利，该装置采用多盘轴向串联的方式，通过增加传动圆盘个数，增加传递扭矩和调速范围。如申请号为2019102252570.X，名称为“永磁式磁流变液传动装置”的专利，该装置采用永磁结构设计，强化磁场与磁场分布，提高磁流变液抗剪切应力。如申请号为202211585153.8，名称为“一种基于磁流变液大扭矩低速柔顺传动装置”的专利，该装置通过励磁线圈的通电大小和通电时长的控制可使磁流变液在磁化状态和Newton流体状态之间进行切换，调节主驱转器与副驱转器变化，实现大扭矩低转速柔顺传递的效果。

目前，现有磁流变液调速装置中存在无散热系统，或因为机械结构限制导致散热励磁线圈与磁流变液工作区散热效果不佳。

申请号为201620528931.3，名称为“大功率磁流变调速装置”的专利，该专利虽然能传递大扭矩实现多级调速，但是线圈采用外置式结构，由于线圈外置，线圈与转动部件存在非工作间隙，磁路磁阻较大，传动功率较小，需要增加圆盘来增加其传递扭矩。

申请号为2019102252570.X，名称为“永磁式磁流变液传动装置”的专利，该装置采用永磁结构设计，虽然对磁场与磁场分布进行强化，但是其装置缺少散热系统，长时间运转，会让磁流变液工作区域积聚大量的热量，导致磁流变液的粘度降低，从而影响磁流变效应的稳定性。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种旁置式蜂窝风冷MRF异形盘调速装置，以提高其传递功率、扩大调速范围和增加其散热效率。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种旁置式蜂窝风冷MRF异形盘调速装置，包括壳体、设于壳体内的旋转机构、静止机构、散热机构和密封机构；

所述旋转机构通过平键与动力源相连；

所述静止机构起到支撑旋转机构和产生磁场的作用；

所述散热机构用于对旋转机构和磁流变液工作区进行有效温降；

所述密封机构用于保证磁流变液密封。

优选地，所述旋转机构包括主动轴、以及与主动轴连接的从动轴，所述从动轴上套接有从动双面摩擦异形盘，所述从动双面摩擦异形盘的左侧设有主动异形左盘，所述从动双面摩擦异形盘的右侧设有主动异形右盘，所述主动异形左盘和主动异形右盘左右相对设置，且主动异形左盘和主动异形右盘通过螺栓固定连接；所述主动异形左盘和主动异形右盘的外侧套接有隔磁套筒，所述隔磁套筒的内侧设有隔磁环；所述从动轴上设有磁流变液填充口。

优选地，所述从动双面摩擦异形盘的左、右侧面上均设有从动片；所述主动异形左盘上设有主动异形左片，所述主动异形右盘上设有主动异形右片，所述主动异形左片和主动异形右片均与从动片错开设置。

优选地，所述从动片、主动异形左片和主动异形右片均呈圆环状间隔分布。

通过采用上述技术方案：为了使设备稳定工作，主动异形左盘、主动异形右盘、以及隔磁套筒之间通过长螺栓连接，形成异形传动盘组结构，并通过隔磁环进行主动异形左盘和主动异形右盘轴向位置固定；其中，该旋转机构的主动轴通过平键与动力源相连，从动双面摩擦异形盘与从动轴进行焊接，确保摩擦盘径向位置固定。主动异形左盘、主动异形右盘、从动双面摩擦异形盘、以及隔磁套筒构成工作区间，并在工作区间中充满磁流变液，磁流变液由磁流变液填充口通过从动轴内部进入工作区域，在离心力作用下确保磁流变液填充整个工作区域。

优选地，所述静止机构包括设于主动异形右盘右侧的励磁线圈套件，所述励磁线圈套件中安装有励磁线圈，所述励磁线圈套件通过轴承座与从动轴套接。

优选地，所述散热机构包括依次设于主动异形左盘一侧的左半导体制冷片、左散热片和左散热风扇，以及设于励磁线圈套件一侧的右半导体制冷片、右散热片和右散热风扇；所述左半导体制冷片上设有左散热孔，所述左散热风扇通过主动轴风扇连接齿轮与主动轴套接；所述右半导体制冷片上设有右散热孔，所述右散热风扇通过从动轴风扇连接齿轮与从动轴连接。

优选地，所述左散热风扇的外侧设有左挡板和左散热风扇防护网，所述右散热风扇的外侧设有右挡板和右散热风扇防护网，所述左散热风扇防护网和右散热风扇防护网均通过螺栓与壳体连接。

优选地，所述左半导体制冷片和右半导体制冷片均采用基于帕尔贴效应的双边蜂窝式半导体制冷片。

通过采用上述技术方案：为了保证装置有效散温，针对MRF调速器两大主要热源：励磁线圈与磁流变液工作区，采用基于帕尔贴效应的双边蜂窝式半导体制冷片强制风冷结构。

其中，在磁流变液工作区散热部分：当主动轴旋转通过主动轴风扇连接齿轮带动左散热风扇一起转动，左散热风扇通过不断带走左散热片上的热量，加强左半导体制冷片的吸热效率，从而实现磁流变液工作区的温降。

在励磁线圈工作区散热部分：当从动轴旋转通过从动轴风扇连接齿轮带动右散热风扇一起转动，右散热风扇通过不断带走右散热片上的热量，加强右半导体制冷片的吸热效率，从而实现励磁线圈的温降。

其中，为了保证装置高效运行，MRF异形盘调速装置采取的是双工作面传动构型，其工作运行情况为在两个可相互运动的极板之间放置磁流变液体，利用其本身的粘滞力与在外磁场中产生的剪切力进行能量传输。基于调速器为旋转传动，磁流变液的工作运行方式采取剪切工作方式。

优选地，所述密封机构包括套接在从动轴上的骨架油封、以及设于隔磁套筒与隔磁环之间的O型密封圈。

通过采用上述技术方案：骨架油封作为一种密封元件，多于旋转轴进行搭配使用。其工作原理是运用诸如聚四氟乙烯、橡胶等材料与旋转轴之间进行干涉配合。所设计的调速装置，运用骨架油封主要是对磁流变液进行有效密封，为了加强其密封以及防尘效果，将在从动轴端上使用双层骨架油封加以密封。其中，O型密封圈作为一种常见密封元件，由于其价格较低，密封效果比较好，在机械设计中得到广泛运用。本装置的O型密封圈主要运用在旋转区域，基于O型密封圈运动时摩擦阻力小且运转稳定的特点，旋转机构主要是将其放在主从部分连接处，防止磁流变液流出同时增强传动圆盘的稳定性。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明基于帕尔贴效应设计的蜂窝式半导体制冷片，能够强制风冷可以对磁流变液工作区与励磁线圈工作区进行有效降温，提高磁流变液的使用寿命。

2、本发明设计的主动异形左盘、主动异形右盘与从动双面摩擦异形盘，相较于传统圆盘面可以传递更大的扭矩，提高装置的调速范围。

3、本发明采用线圈旁置式，具有结构紧凑、体积小，无非工作间隙，传动功率大等优点。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为图1的剖视图；

图3为本发明的部分分解结构示意图；

图4为本发明的内部结构示意图；

图5为本发明中从动双面摩擦异形盘、主动异形左盘和主动异形右盘的安装示意图；

图6为图5的剖视图；

图7为本发明中左半导体制冷片的结构示意图；

图8为本发明中右半导体制冷片的结构示意图；

图9为本发明中右散热片的结构示意图；

图10为本发明中从动双面摩擦异形盘的剖视图；

图11为本发明中主动异形左盘和主动异形右盘的剖视图。

图中：1-壳体、2-主动轴、3-从动轴、4-从动双面摩擦异形盘、4-1-从动片、5-主动异形左盘、5-1-主动异形左片、6-主动异形右盘、6-1-主动异形右片、7-隔磁套筒、8-隔磁环、9-磁流变液填充口、10-励磁线圈套件、11-励磁线圈、12-轴承座、13-左半导体制冷片、13-1-左散热孔、14-左散热片、15-左散热风扇、16-右半导体制冷片、16-1-右散热孔、17-右散热片、18-右散热风扇、19-主动轴风扇连接齿轮、20-从动轴风扇连接齿轮、21-左挡板、22-左散热风扇防护网、23-右挡板、24-右散热风扇防护网、25-骨架油封、26-O型密封圈。

具体实施方式

下面结合附图将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征，从而对本发明的保护范围做出更为清楚的界定。本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1-图11，一种旁置式蜂窝风冷MRF异形盘调速装置，包括壳体1、设于壳体1内的旋转机构、静止机构、散热机构和密封机构；

所述旋转机构通过平键与动力源相连；

所述静止机构起到支撑旋转机构和产生磁场的作用；

所述散热机构用于对旋转机构和磁流变液工作区进行有效温降；

所述密封机构用于保证磁流变液密封。

具体的，参照图2，所述旋转机构包括主动轴2、以及与主动轴2连接的从动轴3，所述从动轴3上套接有从动双面摩擦异形盘4，所述从动双面摩擦异形盘4的左侧设有主动异形左盘5，所述从动双面摩擦异形盘4的右侧设有主动异形右盘6，所述主动异形左盘5和主动异形右盘6左右相对设置，且主动异形左盘5和主动异形右盘6通过螺栓固定连接；所述主动异形左盘5和主动异形右盘6的外侧套接有隔磁套筒7，所述隔磁套筒7的内侧设有隔磁环8；所述从动轴3上设有磁流变液填充口9。

具体的，参照图10-图11，所述从动双面摩擦异形盘4的左、右侧面上均设有从动片4-1；所述主动异形左盘5上设有主动异形左片5-1，所述主动异形右盘6上设有主动异形右片6-1，所述主动异形左片5-1和主动异形右片6-1均与从动片4-1错开设置。

其中，所述从动片4-1、主动异形左片5-1和主动异形右片6-1均呈圆环状间隔分布。

本实施例中，为了使设备稳定工作，主动异形左盘5、主动异形右盘6、以及隔磁套筒7之间通过长螺栓连接，形成异形传动盘组结构，并通过隔磁环8进行主动异形左盘5和主动异形右盘6轴向位置固定；其中，该旋转机构的主动轴2通过平键与动力源相连，从动双面摩擦异形盘4与从动轴3进行焊接，确保摩擦盘径向位置固定。主动异形左盘5、主动异形右盘6、从动双面摩擦异形盘4、以及隔磁套筒7构成工作区间，并在工作区间中充满磁流变液，磁流变液由磁流变液填充口9通过从动轴3内部进入工作区域，在离心力作用下确保磁流变液填充整个工作区域。

具体的，参照图2，所述静止机构包括设于主动异形右盘6右侧的励磁线圈套件10，所述励磁线圈套件10中安装有励磁线圈11，所述励磁线圈套件10通过轴承座12与从动轴3套接。

具体的，参照图2、图4，所述散热机构包括依次设于主动异形左盘5一侧的左半导体制冷片13、左散热片14和左散热风扇15，以及设于励磁线圈套件10一侧的右半导体制冷片16、右散热片17和右散热风扇18；所述左半导体制冷片13上设有左散热孔13-1，所述左散热风扇15通过主动轴风扇连接齿轮19与主动轴2套接；所述右半导体制冷片16上设有右散热孔16-1，所述右散热风扇18通过从动轴风扇连接齿轮20与从动轴3连接。

具体的，参照图2，所述左散热风扇15的外侧设有左挡板21和左散热风扇防护网22，所述右散热风扇18的外侧设有右挡板23和右散热风扇防护网24，所述左散热风扇防护网22和右散热风扇防护网24均通过螺栓与壳体1连接。

其中，所述左半导体制冷片13和右半导体制冷片16均采用基于帕尔贴效应的双边蜂窝式半导体制冷片。

本实施例中，为了保证装置有效散温，针对MRF调速器两大主要热源：励磁线圈与磁流变液工作区，采用基于帕尔贴效应的双边蜂窝式半导体制冷片强制风冷结构。

其中，在磁流变液工作区散热部分：在主动异形左盘5的外侧1mm处安装左半导体制冷片13，多个左散热孔13-1在左半导体制冷片13上呈阵列分布，在左半导体制冷片13的外侧安装左散热片14；当主动轴2旋转通过主动轴风扇连接齿轮19带动左散热风扇15一起转动，左散热风扇15通过不断带走左散热片14上的热量，加强左半导体制冷片13的吸热效率，从而实现磁流变液工作区的温降。

在励磁线圈工作区散热部分：在励磁线圈套件10的外侧安装右半导体制冷片16，多个右散热孔16-1在右半导体制冷片16上呈阵列分布，在右半导体制冷片16的外侧安装右散热片17，右散热片17通过螺栓进行紧固连接；当从动轴3旋转通过从动轴风扇连接齿轮20带动右散热风扇18一起转动，右散热风扇18通过不断带走右散热片18上的热量，加强右半导体制冷片16的吸热效率，从而实现励磁线圈的温降。

其中，为了保证装置高效运行，MRF异形盘调速装置采取的是双工作面传动构型，其工作运行情况为在两个可相互运动的极板之间放置磁流变液体，利用其本身的粘滞力与在外磁场中产生的剪切力进行能量传输。基于调速器为旋转传动，磁流变液的工作运行方式采取剪切工作方式。

具体的，参照图2，所述密封机构包括套接在从动轴3上的骨架油封25、以及设于隔磁套筒7与隔磁环8之间的O型密封圈26。

本实施例中，骨架油封25作为一种密封元件，多于旋转轴进行搭配使用。其工作原理是运用诸如聚四氟乙烯、橡胶等材料与旋转轴之间进行干涉配合。所设计的调速装置，运用骨架油封25主要是对磁流变液进行有效密封，为了加强其密封以及防尘效果，将在从动轴3端上使用双层骨架油封加以密封。其中，O型密封圈26作为一种常见密封元件，由于其价格较低，密封效果比较好，在机械设计中得到广泛运用。本装置的O型密封圈26主要运用在旋转区域，基于O型密封圈运动时摩擦阻力小且运转稳定的特点，旋转机构主要是将其放在主从部分连接处，防止磁流变液流出同时增强传动圆盘的稳定性。

本发明是基于MRF(Magnetorheological Fluid)磁场特性对其进行实时调速。

本发明的转速调节工作原理：启动电机，动力源通过平键与主动轴2相连，带动主动轴2旋转，此时进入空载状态；根据调速要求对励磁线圈11通电，线圈通电在异形传动盘组结构工作间隙内产生磁场，磁流变液在外加磁场作用下发生相态转变，产生剪切屈服应力；主动异形左盘5、主动异形右盘6在磁流变液工作区间带动从动双面摩擦异形盘4转动，为从动轴3提供的角速度；通过不断调整励磁线圈磁场，控制磁流变液剪切屈服应力，从而控制从动轴3的角速度，实现转速调节。

本发明的散热方案实施过程：根据实际要求可以对调速器散热装置进行模式切换，模式一：为简单的双边强制风冷，利用主从轴自身旋转带动散热风扇旋转分别对励磁线圈进行与磁流变液工作区进行双边散温；模式二：当诸如运行时间过长或调速要求不断变换等导致磁流变液温度热载荷积聚，此时可以通过计算机开启或半开启双边半导体阵列制冷片，通过帕尔贴效应对热源进行双边蜂窝强制降温。

综上所述，本发明在动力传递上实施过程，为了规避线圈外置，线圈与转动部件间存在非工作间隙，磁路磁阻较大，传动功率较小的问题；线圈采取旁置结构，减少轴向与径向的磁路磁阻，提高线圈控制精度；主从传动圆盘采取异形盘设计，通过不断增加其接触面积，提高其传动效率。

本发明中披露的说明和实践，对于本技术领域的普通技术人员来说，都是易于思考和理解的，且在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的修改或改进，也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种旁置式蜂窝风冷MRF异形盘调速装置，其特征在于，包括壳体、设于壳体内的旋转机构、静止机构、散热机构和密封机构；

所述旋转机构通过平键与动力源相连；

所述静止机构起到支撑旋转机构和产生磁场的作用；

所述散热机构用于对旋转机构和磁流变液工作区进行有效温降；

所述密封机构用于保证磁流变液密封。

2.根据权利要求1所述的一种旁置式蜂窝风冷MRF异形盘调速装置，其特征在于，所述旋转机构包括主动轴、以及与主动轴连接的从动轴，所述从动轴上套接有从动双面摩擦异形盘，所述从动双面摩擦异形盘的左侧设有主动异形左盘，所述从动双面摩擦异形盘的右侧设有主动异形右盘，所述主动异形左盘和主动异形右盘左右相对设置，且主动异形左盘和主动异形右盘通过螺栓固定连接；所述主动异形左盘和主动异形右盘的外侧套接有隔磁套筒，所述隔磁套筒的内侧设有隔磁环；所述从动轴上设有磁流变液填充口。

3.根据权利要求2所述的一种旁置式蜂窝风冷MRF异形盘调速装置，其特征在于，所述从动双面摩擦异形盘的左、右侧面上均设有从动片；所述主动异形左盘上设有主动异形左片，所述主动异形右盘上设有主动异形右片，所述主动异形左片和主动异形右片均与从动片错开设置。

4.根据权利要求3所述的一种旁置式蜂窝风冷MRF异形盘调速装置，其特征在于，所述从动片、主动异形左片和主动异形右片均呈圆环状间隔分布。

5.根据权利要求2所述的一种旁置式蜂窝风冷MRF异形盘调速装置，其特征在于，所述静止机构包括设于主动异形右盘右侧的励磁线圈套件，所述励磁线圈套件中安装有励磁线圈，所述励磁线圈套件通过轴承座与从动轴套接。

6.根据权利要求5所述的一种旁置式蜂窝风冷MRF异形盘调速装置，其特征在于，所述散热机构包括依次设于主动异形左盘一侧的左半导体制冷片、左散热片和左散热风扇，以及设于励磁线圈套件一侧的右半导体制冷片、右散热片和右散热风扇；所述左半导体制冷片上设有左散热孔，所述左散热风扇通过主动轴风扇连接齿轮与主动轴套接；所述右半导体制冷片上设有右散热孔，所述右散热风扇通过从动轴风扇连接齿轮与从动轴连接。

7.根据权利要求6所述的一种旁置式蜂窝风冷MRF异形盘调速装置，其特征在于，所述左散热风扇的外侧设有左挡板和左散热风扇防护网，所述右散热风扇的外侧设有右挡板和右散热风扇防护网，所述左散热风扇防护网和右散热风扇防护网均通过螺栓与壳体连接。

8.根据权利要求2所述的一种旁置式蜂窝风冷MRF异形盘调速装置，其特征在于，所述密封机构包括套接在从动轴上的骨架油封、以及设于隔磁套筒与隔磁环之间的O型密封圈。

9.根据权利要求6所述的一种旁置式蜂窝风冷MRF异形盘调速装置，其特征在于，所述左半导体制冷片和右半导体制冷片均采用基于帕尔贴效应的双边蜂窝式半导体制冷片。