WO2015013919A1

WO2015013919A1 - 一种磁流变动力传动装置和控制方法

Info

Publication number: WO2015013919A1
Application number: PCT/CN2013/080524
Authority: WO
Inventors: 沈锡鹤
Original assignee: 上海锘威传动控制有限责任公司
Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2015-02-05

Abstract

一种磁流变动力传动装置及其控制方法，磁流变动力传动装置由端盖密封圈（1）、码盘（2）、复位传感器（3）、阻尼板（4）、隔板（5）、输出离合片（6）、输入离合片（7）、输出轴套（8）、隔磁片（9）、联轴器（10）、高速油封（11）、端盖板（12）、离合线圈架（13）、离合线圈（14）、制动线圈架（15）、制动线圈（16）、脉冲传感器（17）、装置壳体（18）、轴承（19）、油封压板（20）、输出轴（21）、磁流变液（22）组成。磁流变动力传动装置适用于大范围动力传动应用场合，可以对动力传动过程实施自动化的控制管理。

Description

一种磁流变动力传动装置和控制方法

[技术领域】本发明涉及磁流变动力传动领域，具体地说是一种磁流变动力传动装置和控制方法，能适用于电机、内燃机及各类发动机的动力输出和动力传送过程的智能及自动化控制，能广泛应用于工业、农业、军用、民用、矿山、港口、生产设备、工业机器人等各行各业必需使用动力装备的场合。

[背景技术】传统的动力传动控制方式基本由两部分内容构成，一部分是动力源与负载之间的机械连接装置，如离合器、变速器等，另一部分是动力源的控制和执行装置，如动力控制箱、伺服驱动箱等。以前所谓的动力传动控制主要针对动力输出前的动力源进行控制，以电力驱动为例，通过提升电机产品的技术等级（如变频、步进、伺服电机等），来实现优质、高效的动力输出目的。但传统的动力传动控制方式存在产品技术复杂、使用成本高、维修保养麻烦等缺点，比较适用于小功率需求的有限范围，并不适用大功率、广泛应用的普遍场合。目前，尚无发现对动力源到负载之间（不含动力源）的动力连接装置进行智能化控制的案例，本发明的磁流变传动装置和控制方法通过采用新材料、新技术、对传统的传动控制方式进行变革和创新，较好地解决了该项传动技术空白和对动力连接装置进行智能控制的成本问题，能取代传统的控制方式，适用于大范围动力传动应用场合。磁流变传动装置内部的磁流变液体是一种新型相变材料，它是一种由高磁导率、低磁滞性的微小（微米甚至纳米级）软磁性颗粒和非导磁体液体混合而成的磁性粒悬浮液，当无磁场时，悬浮的微粒铁颗粒自由地随液体运动，当施加磁场时，这些悬浮的微粒铁颗粒被互相吸引，形成一串串链式结构从磁场一极到另一极，此时磁流变液体就在毫秒级的瞬间由牛顿流体变成塑性体或有一定屈服剪应力的粘弹性体；当改变磁场线圈中的电流从而获得不同强度的磁场，磁流变液的屈服剪应力也发生变化，即在强磁场作用下，抗剪切力很大，呈现出高粘度、低流动性的液体特性；在零磁场条件下呈现出低粘度的特性，其剪切屈服强度与磁场强度（或电流大小）具有稳定的对应关系；正是磁流变液的这种流变可控性使其能够实现阻尼力的连续可变，从而达到对动力传动离合制动的主动控制。

[发明内容】本发明的目的是针对不包括动力源在内的动力传动过程（动力源到负载之间）进行智能化和自动化控制，创新动力传动的控制方式、提升动力传动的控制技术和经济效能；通过系统程序的设置，简便的使用操作，对动力传动过程实施自动化、高效率、低成本的控制管理，提供一种磁流变动力传动装置和控制方法。为实现上述目的，设计一种磁流变动力传动装置，包括端盖密封圈、码盘、复位传感器、阻尼板、隔板、输出离合片、输入离合片、输出轴套、隔磁片、联轴器、高速油封、端盖板、离合线圈架、离合线圈、制动线圈架、制动线圈、脉冲传感器、装置壳体、轴承、油封压板、输出轴、磁流变液，其特征在于装置壳体左右两侧分别设有两套盖板组件，端盖板内设有端盖密封圈、轴承、高速油封，端盖板固定油封压板形成盖板组件，装置壳体内设有隔板组件，所述的隔板组件输出轴套装入隔板形成隔板组件，隔板组件左侧设有制动线圈组件，隔板组件右侧设有离合线圈组件，所述的隔板紧靠离合线圈组件，所述的阻尼板设置于装置壳体内并紧靠制动线圈组件，所述的输出轴设置于装置壳体内并穿过轴承内径，输出轴一端升出盖板组件，另一端穿过输出轴套连接输出离合片，输出离合片右侧设有输入离合片，输出离合片和输入离合片安装在隔磁片上，并通过隔磁片隔开，输入离合片上设有输入离合片轴，装置壳体内安装离合片的腔体内注满磁流变液，所述的联轴器套入输入离合片轴，构成整体。所述的离合线圈组件由离合线圈架、离合线圈组成，所述的制动线圈组件由制动线圈架、制动线圈组成，制动线圈组件和离合线圈组件分别拉出引脚线到壳体外；所述的复位传感器、脉冲传感器安装在装置壳体内，拉出引脚线到装置壳体外；所述的右侧盖板组件套入输入离合片轴，固定安装在装置壳体端面，左侧盖板组件套入输出轴，固定安装在装置壳体端面；所述装置壳体的腔体内设有输出离合片、输入离合片，输出离合片、输入离合片间隙距离为 1.5mm，采用磁流变液作动力传动媒介体。所述的磁流变动力传动装置的安装方法步骤如下： a. 将端盖密封圈轴承、高速油封装入端盖板，固定油封压板，形成两套盖板组件，

b. 将输出轴套装入隔板，形成隔板组件，

c 安装离合线圈架、离合线圈，形成离合线圈组件，

d. 安装制动线圈架、制动线圈，形成制动线圈组件，

e. 将轴承、高速油封、装入装置壳体内，固定油封压板，

f. 安装复位传感器、脉冲传感器在装置壳体内，拉出引脚线到壳体外， g. 安装阻尼板在装置壳体内， h. 将输出轴穿入装置壳体内的轴承内径，

i. 安装码盘在输出轴上，

j. 安装制动线圈组件到装置壳体内，紧靠阻尼板，拉出引脚线到壳体外， k. 安装隔板组件到装置壳体内，

1. 将输出离合片与输出轴进行固定安装，

m. 安装离合线圈组件到装置壳体内，紧靠隔板，拉出引脚线到壳体外， n. 安装隔磁片到输出离合片，

0. 安装输入离合片到隔磁片，

P. 将一套盖板组件套入输入离合片轴，固定安装在装置壳体端面，

q. 将一套盖板组件套入输出轴，固定安装在装置壳体端面，

r. 在装置壳体安装离合片的腔体内注满磁流变液，

s. 将联轴器套入输入离合片轴内，完成装配整件磁流变传动装置。所述的磁流变动力传动装置的控制方法为：断路器合闸，接通动力电源，电动机和控制器处于待机状态；直流电源供电，程序驱动控制器的触点开关闭合，动力回路接触器带电工作，电动机运转，控制器的离合及制动器线圈任处于失电状态，输出轴不转；启动控制系统到工作状态，驱动电路产生输出电流，离合线圈带电产生磁场，离合片啮合，输出轴运转并输出动力；输出轴运转使传感器产生反馈脉冲信号，系统程序从 0位开始脉冲计数；当比较电路得到位置脉冲数与传感器反馈脉冲数相等数值，系统程序控制离合线圈失电，制动线圈带电，此时离合器停止工作，制动器启动刹车，同时驱动控制器电路的开关触点复原，电动机失电并停止运转；控制程序根据设定的时间，命令动力控制器及电机恢复到初始待机状态；输出轴循环运行结束，断路器开闸，切断动力控制电源。具体控制方法如下: a. 时间控制模式：电气主回路合闸，直流电源供电，系统启动，继电器常开触点闭合，启动动力电源，电动机运转；控制系统根据单片机设定的运行时间值、输出轴速度电流值，驱动离合器线圈电流，离合器闭合，输出轴动力输出；当运行到达设定的时间值时，离合器线圈失电，离合器执行分离，此时继电器常开触点复位，切断电机驱动电源；此时控制系统驱动制动器线圈电流，制动器合闸，制动输出轴，结束动力输出； b. 位置控制模式：电气主回路合闸，直流电源供电，系统启动，继电器常开触点闭合，启动动力电源，电动机运转；控制系统根据单片机设定的脉冲数值、输出轴速度电流值，驱动离合器线圈电流，离合器闭合，输出轴动力输出；控制系统比较设定和反馈的脉冲数，当反馈的脉冲计数等于设定的脉冲数值时，离合器线圈失电，离合器执行分离，此时继电器常开触点复位，切断电机驱动电源；此时控制系统驱动制动器线圈电流，制动器合闸，制动输出轴，结束动力输出； c 循环控制模式：在设定间隔时间和周期次数的前提下，控制器连续重复循环一个动力输出工作周期的过程。本发明与现有技术相比，有如下积极效果及优点：

1. 本发明的动力传动控制方式，是解决动力传送过程中的控制技术，不涉及动力源产品及控制技术，因此大大降低了对动力传送控制和操作的难度。 2. 本发明的传动装置采用新型磁流变液材料、施以先进控制手段，能实现安全、高效、精确、节能的控制效果，产品用途广、制造成本低，推广价值大。

3. 本发明应用磁流变液制作的离合器和制动器具有出力大、体积小、响应快、结构简单、阻尼力连续可调、易于实现智能化动力传动控制等优点。

4. 本发明的磁流变动力传动装置，采用非接触式的柔性离合制动器，具有启动、制动和过载保护的特性，简化了动力源电机的控制电路，而且有效地解决了传统离合器使用中产生的机械摩擦损耗和故障的缺陷。

5. 本发明的磁流变动力传动装置具有开环和闭环控制功能，能对动力传动过程进行精细化管理，可以大范围地取代目前市场高价的动力传动控制产品，从而降低社会企业生产成本。

6. 本发明是对传统传动控制思想方法的创新，将会对我国动力传动控制技术的升级发展，起到积极的推进作用。

[附图说明】图 1是本发明主视图；

图 2是本发明等轴视图；

图 3是本发明主视剖面图；

图 4是本发明控制系统原理框图；

图 5是本发明单片机原理框图；

图 6是本发明控制器操作面板图；

如图所示，图中： 1为端盖密封圈， 2为码盘， 3为复位传感器， 4为阻尼板， 5为隔板， 6为输出离合片， 7为输入离合片， 8为输出轴套， 9为隔磁片， 10为联轴器， 11为高速油封， 12为端盖板， 13为离合线圈架， 14为离合线圈， 15为制动线圈架， 16为制动线圈， 17为脉冲传感器， 18为装置壳体， 19为轴承， 20为油封压板， 21为输出轴， 22为磁流变液；

指定图 3为本发明的摘要附图。

[具体实舫式】下面结合附图对本发明作进一步说明，这种装置的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图 1、图 3所示，本发明的一种磁流变动力传动装置包括端盖密封圈、码盘、复位传感器、阻尼板、隔板、输出离合片、输入离合片、输出轴套、隔磁片、联轴器、高速油封、端盖板、离合线圈架、离合线圈、制动线圈架、制动线圈、脉冲传感器、装置壳体、轴承、油封压板、输出轴、磁流变液，其特征在于装置壳体左右两侧分别设有两套盖板组件，端盖板内设有端盖密封圈、轴承、高速油封，端盖板固定油封压板形成盖板组件，装置壳体内设有隔板组件，所述的隔板组件输出轴套装入隔板形成隔板组件，隔板组件左侧设有制动线圈组件，隔板组件右侧设有离合线圈组件，所述的隔板紧靠离合线圈组件，所述的阻尼板设置于装置壳体内并紧靠制动线圈组件；输出轴设置于装置壳体内并穿过轴承内径，输出轴一端升出盖板组件，另一端穿过输出轴套连接输出离合片，输出离合片右侧设有输入离合片，输出离合片和输入离合片安装在隔磁片上，并通过隔磁片隔开，输入离合片上设有输入离合片轴，装置壳体内安装离合片的腔体内注满磁流变液，所述的联轴器套入输入离合片轴，构成整体。离合线圈组件由离合线圈架、离合线圈组成，制动线圈组件由制动线圈架、制动线圈组成，制动线圈组件和离合线圈组件分别拉出引脚线到壳体外；复位传感器、脉冲传感器安装在装置壳体内，拉出引脚线到装置壳体外；右侧盖板组件套入输入离合片轴，固定安装在装置壳体端面，左侧盖板组件套入输出轴，固定安装在装置壳体端面；装置壳体的腔体内设有输出离合片、输入离合片，输出离合片、输入离合片间隙距离为 1.5mm，采用磁流变液作动力传动媒介体，见图 2。实施例 1 如图 3所示，上述的磁流变动力传动装置的安装方法步骤如下：

1. 将端盖密封圈轴承、高速油封装入端盖板，固定油封压板，形成两套盖板组件，

2. 将输出轴套装入隔板，形成隔板组件，

3. 安装离合线圈架、离合线圈，形成离合线圈组件，

4. 安装制动线圈架、制动线圈，形成制动线圈组件，

5. 将轴承、高速油封、装入装置壳体内，固定油封压板，

6. 安装复位传感器、脉冲传感器在装置壳体内，拉出引脚线到壳体外，

7. 安装阻尼板在装置壳体内，

8. 将输出轴穿入装置壳体内的轴承内径，

9. 安装码盘在输出轴上，

10. 安装制动线圈组件到装置壳体内，紧靠阻尼板，拉出引脚线到壳体外，

11. 安装隔板组件到装置壳体内，

12. 将输出离合片与输出轴进行固定安装，

13. 安装离合线圈组件到装置壳体内，紧靠隔板，拉出引脚线到壳体外，

14. 安装隔磁片到输出离合片， 15. 安装输入离合片到隔磁片，

16. 将一套盖板组件套入输入离合片轴，固定安装在装置壳体端面，

17. 将一套盖板组件套入输出轴，固定安装在装置壳体端面，

18. 在装置壳体安装离合片的腔体内注满磁流变液，

19. 将联轴器套入输入离合片轴内，完成装配整件磁流变传动装置。

实施例 2 如图 4、图 5所示，上述的磁流变动力传动装置的控制方法如下：

1. 时间控制模式

电气主回路合闸，直流电源供电，系统启动，继电器常开触点闭合，启动动力电源，电动机运转；控制系统根据单片机或上位机设定计的运行时间值、输出轴速度电流值，驱动离合器线圈电流，离合器闭合，输出轴动力输出；当运行到达设定的时间值时，离合器线圈失电，离合器执行分离，此时继电器常开触点复位，切断电机驱动电源；此时控制系统驱动制动器线圈电流，制动器合闸，制动输出轴，结束动力输出。

2. 位置控制模式

电气主回路合闸，直流电源供电，系统启动，继电器常开触点闭合，启动动力电源，电动机运转；控制系统根据单片机设定计的脉冲数值或上位机送来的脉冲量、输出轴速度电流值，驱动离合器线圈电流，离合器闭合，输出轴动力输出；控制系统比较设定和反馈的脉冲数，当反馈的脉冲计数等于设定的脉冲数值时，离合器线圈失电，离合器执行分离，此时继电器常开触点复位，切断电机驱动电源；此时控制系统驱动制动器线圈电流，制动器合闸，制动输出轴，结束动力输出。

3. 循环控制模式在设定间隔时间和周期次数的前提下，控制器连续重复循环一个动力输出工作周期，时间控制状态或脉冲控制状态的运行环境的过程， gp "启动运行一复位停止——时间间隔——启动运行——复位停止—— "。

4. 传动控制程序

4.1、断路器合闸，接通动力电源，电动机和控制器处于待机状态；

4.2、直流电源供电，程序驱动控制器的触点开关闭合，动力回路接触器带电工作，电动机运转，控制器的离合及制动器线圈任处于失电状态，输出轴不转；

4.3、设置运行模式、运行时间、脉冲数、循环数、各类运行参数；

4.4、启动控制系统到工作状态，驱动电路产生输出电流，离合线圈带电产生磁场，离合片啮合，输出轴运转并输出动力；

4.5、输出轴运转使传感器产生反馈脉冲信号，系统程序从 0位开始脉冲计数；

4.6、当比较电路得到位置脉冲数或上位脉冲数与传感器反馈脉冲数相等数值，系统程序控制离合线圈失电，制动线圈带电，此时离合器停止工作，制动器启动刹车，同时驱动控制器电路的开关触点复原，电动机失电并停止运转；

4.7、控制程序根据设定的时间，命令动力控制器及电机恢复到初始待机状态；

4.8、输出轴循环运行结束，断路器开闸，切断动力控制电源。

5. 面板操作方法，如图 6所示，

5.1、四种模式指示: a. 时间运行模式， b. 位置运行模式，c. 循环运行模式， d. 参数设置模式，默认为时间运行模式；

5.2、面板设置：上下加减按键，确认退出按键； 5.3、菜单设置：延时打开触点 1、延时闭合触点 2、当前运行模式、运行时间数、位置脉冲数、运行循环次数、线圈驱动电流、输出脉冲数、满度输出电压值；

5.4、面板操作：长按确认键进入设置模式，进入后运行指示灯灭设置指示灯亮；此时参数序号数码管指示当前 8位数码管为哪一个参数，按上下键可改变参数，按确认键可存储参数，按退出键可系统复位初始状态。

Claims

权利要求书

1. 一种磁流变动力传动装置，包括端盖密封圈、码盘、复位传感器、阻尼板、隔板、输出离合片、输入离合片、输出轴套、隔磁片、联轴器、高速油封、端盖板、离合线圈架、离合线圈、制动线圈架、制动线圈、脉冲传感器、装置壳体、轴承、油封压板、输出轴、磁流变液，其特征在于装置壳体左右两侧分别设有两套盖板组件，端盖板内设有端盖密封圈、轴承、高速油封，端盖板固定油封压板形成盖板组件，装置壳体内设有隔板组件，所述的隔板组件输出轴套装入隔板形成隔板组件，隔板组件左侧设有制动线圈组件，隔板组件右侧设有离合线圈组件，所述的隔板紧靠离合线圈组件，所述的阻尼板设置于装置壳体内并紧靠制动线圈组件，所述的输出轴设置于装置壳体内并穿过轴承内径，输出轴一端升出盖板组件，另一端穿过输出轴套连接输出离合片，输出离合片右侧设有输入离合片，输出离合片和输入离合片安装在隔磁片上，并通过隔磁片隔开，输入离合片上设有输入离合片轴，装置壳体内安装离合片的腔体内注满磁流变液，所述的联轴器套入输入离合片轴，构成整体。

2. 如权利要求 1所述的一种磁流变动力传动装置，其特征在于所述的离合线圈组件由离合线圈架、离合线圈组成，所述的制动线圈组件由制动线圈架、制动线圈组成，制动线圈组件和离合线圈组件分别拉出引脚线到壳体外。

3. 如权利要求 1所述的一种磁流变动力传动装置，其特征在于所述的复位传感器、脉冲传感器安装在装置壳体内，拉出引脚线到装置壳体外，所述的输出轴上设有码盘。

4. 如权利要求 1所述的一种磁流变动力传动装置，其特征在于所述的右侧盖板组件套入输入离合片轴，固定安装在装置壳体端面，左侧盖板组件套入输出轴，固定安装在装置壳体端面。

5. 如权利要求 1所述的一种磁流变动力传动装置，其特征在于所述装置壳体的腔体内设有输出离合片、输入离合片，输出离合片、输入离合片间隙距离为 1. 5mm, 采用磁流变液作动力传动媒介体。

6. 一种如权利要求 1所述的磁流变动力传动装置的安装方法，其特征在于所述的安装方法步骤如下： a. 将端盖密封圈轴承、高速油封装入端盖板，固定油封压板，形成两套盖板组件，

b. 将输出轴套装入隔板，形成隔板组件，

c 安装离合线圈架、离合线圈，形成离合线圈组件，

d. 安装制动线圈架、制动线圈，形成制动线圈组件，

e. 将轴承、高速油封、装入装置壳体内，固定油封压板，

f. 安装复位传感器、脉冲传感器在装置壳体内，拉出引脚线到壳体外， g. 安装阻尼板在装置壳体内，

h. 将输出轴穿入装置壳体内的轴承内径，

i. 安装码盘在输出轴上，

j . 安装制动线圈组件到装置壳体内，紧靠阻尼板，拉出引脚线到壳体外， k. 安装隔板组件到装置壳体内，

1. 将输出离合片与输出轴进行固定安装，

0. 安装输入离合片到隔磁片，

P. 将一套盖板组件套入输入离合片轴，固定安装在装置壳体端面， q. 将一套盖板组件套入输出轴，固定安装在装置壳体端面，

r. 在装置壳体安装离合片的腔体内注满磁流变液，

s. 将联轴器套入输入离合片轴内，完成装配整件磁流变传动装置。

7. 一种如权利要求 1所述的磁流变动力传动装置的控制方法，其特征在于所述的控制方法如下：断路器合闸，接通动力电源，电动机和控制器处于待机状态；直流电源供电，程序驱动控制器的触点开关闭合，动力回路接触器带电工作，电动机运转，控制器的离合及制动器线圈任处于失电状态，输出轴不转；启动控制系统到工作状态，驱动电路产生输出电流，离合线圈带电产生磁场，离合片啮合，输出轴运转并输出动力；输出轴运转使传感器产生反馈脉冲信号，系统程序从 0位开始脉冲计数；当比较电路得到位置脉冲数与传感器反馈脉冲数相等数值，系统程序控制离合线圈失电，制动线圈带电，此时离合器停止工作，制动器启动刹车，同时驱动控制器电路的开关触点复原，电动机失电并停止运转；控制程序根据设定的时间，命令动力控制器及电机恢复到初始待机状态；输出轴循环运行结束，断路器开闸，切断动力控制电源。

8. 如权利要求 8所述的控制方法，其特征在于所述的具体控制方法如下： a. 时间控制模式：电气主回路合闸，直流电源供电，系统启动，继电器常开触点闭合，启动动力电源，电动机运转；控制系统根据单片机设定的运行时间值、输出轴速度电流值，驱动离合器线圈电流，离合器闭合，输出轴动力输出；当运行到达设定的时间值时，离合器线圈失电，离合器执行分离，此时继电器常开触点复位，切断电机驱动电源；此时控制系统驱动制动器线圈电流，制动器合闸，制动输出轴，结束动力输出； b. 位置控制模式：电气主回路合闸，直流电源供电，系统启动，继电器常开触点闭合，启动动力电源，电动机运转；控制系统根据单片机设定的脉冲数值、输出轴速度电流值，驱动离合器线圈电流，离合器闭合，输出轴动力输出；控制系统比较设定和反馈的脉冲数，当反馈的脉冲计数等于设定的脉冲数值时，离合器线圈失电，离合器执行分离，此时继电器常开触点复位，切断电机驱动电源；此时控制系统驱动制动器线圈电流，制动器合闸，制动输出轴，结束动力输出；

C. 循环控制模式：在设定间隔时间和周期次数的前提下，控制器连续重复循环一个动力输出工作周期的过程。