一种小尺寸大可控范围磁流变离合器的制作方法

本发明涉及一种离合器，尤其涉及的是一种小尺寸大可控范围磁流变离合器。

背景技术

传动的机械式离合器由发动机飞轮(即主动部分)、从动盘(即从动部分)、压紧弹簧(即压紧机构)和操纵机构构成。其中主、从动部分和压紧机构是保证离合器处于结合状态并能传递动力的基本结构，而操纵机构主要是使离合器分离的装置。离合器工作时，压紧弹簧将带有摩擦片的从动盘压紧在发动机飞轮上，发动机转矩即依靠摩擦力将动力传递至从动盘。但是，机械式离合器无法实现对输出转矩的精准实时控制，且部件之间刚性配合使零部件损耗过快。除此之外，机械式离合器难以实现输入转矩的平缓柔和传递，其输出转矩的突变有损负载工作效果。

磁流变离合器是基于智能材料磁流变液的一种典型应用，磁流变液是一种具有流变特性的智能材料，在磁场作用下，磁流变液的材料属性(尤其是粘度)能够在牛顿流体和半固体状态之间快速(毫秒)、连续并可逆地调节。根据磁流变液在阻尼通道中的流动方式不同，其一般工作模式可分为两种：流动模式和剪切模式。基于磁流变液的磁流变离合器具有毫秒级响应速度、大转矩传递范围、结构简单、耐久性好和耗能低等优点。在磁场的控制下，可以实现磁流变离合器的传递转矩实时调节。

现有技术中的磁流变离合器是利用磁流变液在磁场作用下产生的剪切应力实现输出转矩连续可调以及接合柔和的目的。但仅仅应用磁流变液剪切模式的磁流变离合器无法在无电流激励状态下带动腔内磁流变液旋转。在离合器脱开时，会对驱动轴的转动产生一定的阻力，无法实现被动转矩足够小的要求，也无法协调外形尺寸和所需输出转矩关系，小尺寸需求下难以达到所需的大输出转矩的要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种小尺寸大可控范围磁流变离合器，以实现无电流激励时被动转矩足够小的目的。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种小尺寸大可控范围磁流变离合器，包括外壳体以及设置于外壳体内的主动机构、从动机构，

所述主动机构包括输入轴、输入圆盘和永磁体，所述输入轴底端伸入外壳体内并固定套装有至少一个输入圆盘，所述输入圆盘与输入轴之间设置所述永磁体；

所述从动机构包括输出轴、输出圆盘和连接圆筒，所述输出轴与输入轴同轴设置，所述输出圆盘包括上下布置的至少两个输出圆盘，所述输出轴的顶端伸入外壳体内，最底端的输出圆盘固定套装在所述输出轴的顶端，各个输出圆盘的外缘通过连接圆筒连为一体，最顶端的输出圆盘和最底端的输出圆盘之间形成一个密闭的环形储液腔，所述环形储液腔内填充有磁流变液，各个输入圆盘和位于中间的各个输出圆盘均位于所述环形储液腔内，相邻的两个输出圆盘之间形成一个环形容纳腔，每个输入圆盘位于对应的环形容纳腔内，所述输入圆盘与对应的上下两个输出圆盘之间留有间隙；所述输入圆盘内部设有一个内储液腔，所述输入圆盘上开有用于连通所述内储液腔和对应的环形容纳腔的连通通道；

所述外壳体内还设有励磁线圈，所述励磁线圈围绕在所述连接圆筒之外，通过所述永磁体产生的磁场将环形储液腔内的磁流变液吸附进入输入圆盘的内储液腔内；通过所述励磁线圈通入电流后产生励磁磁场，克服永磁体产生的磁场后，吸附磁流变液从内储液腔进入环形储液腔内，并通过调整励磁线圈的输入电流来改变磁流变液的状态，进而调节磁流变离合器的传递转矩。

进一步的，所述输入圆盘包括圆盘本体、以及沿圆盘本体周向均布的至少两个扇环板，相邻的两个扇环板之间留有间隙，所述扇环板与圆盘本体同圆心设置，所述输入圆盘通过所述圆盘本体的中心孔固定套装在永磁体上。

进一步的，所述输入圆盘中，所述圆盘本体的厚度大于所述扇环板的厚度，所述内储液腔设置在所述圆盘本体内部，所述圆盘本体的上下两个端面分别与对应的上下两个输出圆盘相接触，所述扇环板的上下两个端面分别与对应的上下两个输出圆盘之间留有间隙。

进一步的，所述输入轴与最顶端的输出圆盘之间通过密封圈进行密封，所述密封圈套装在输入轴上对应的安装槽内。

进一步的，最顶端的所述输出圆盘上设有进液孔和排气孔，所述进液孔和排气孔分别通过密封塞进行密封。

进一步的，所述外壳体内还设有铜套，所述励磁线圈缠绕于铜套外并压紧于外壳体内侧壁。

进一步的，所述外壳体包括外缸体和端盖，所述外缸体顶端开口，所述端盖与外缸体的顶端螺纹连接。

进一步的，所述输入轴、输入圆盘、输出轴、连接圆筒的材料均为不导磁或低导磁材料。

进一步的，所述输出圆盘和外壳体的材料均为高导磁材料。

本发明相比现有技术具有以下优点：

1、本发明提供的一种小尺寸大可控范围磁流变离合器，由于有永磁体的加入，与相关部件相配合，在励磁线圈无电流激励的情况下，永磁体产生恒定磁场将环形储液腔内的磁流变液吸附进入输入圆盘的内储液腔内，最大限度的减少了磁流变液与输入圆盘的接触，减小了输入轴的转动阻力，从而有效降低了输入轴端被动转矩。

2、本发明提供的一种小尺寸大可控范围磁流变离合器，其输入圆盘包括圆盘本体、以及沿圆盘本体周向均布的至少两个扇环板，此种结构设计，使得本离合器综合利用了磁流变液剪切模式和流动模式这两种工作模式，具有响应快、转矩连续可调的优点，在小尺寸情况下高效实现了大可控范围(包括转矩范围和动态可控范围)，同时有效提升了响应速度，提高了磁流变液的有效使用率，实现了离合器结构微型化与大输出转矩要求的协调匹配。

3、本发明提供的一种小尺寸大可控范围磁流变离合器，其圆盘本体的厚度大于所述扇环板的厚度，使磁流变液位于扇环板和输出圆盘之间，并将圆盘本体设置为不导磁材料，扇环板设置为高导磁材料，使得励磁线圈产生的磁场尽可能多的穿过扇环板处磁流变液从而增大此处磁场强度，因而极限增强了通过扇环板区域产生的输出转矩，并有效弥补小径向尺寸的圆盘本体输出转矩的损失，此种结构设计通过改变圆盘本体和扇环板处的磁场分布，实现了磁流变离合器结构微型化下的大输出转矩要求。

4、本发明提供的一种小尺寸大可控范围磁流变离合器，其圆盘本体的厚度大于所述扇环板的厚度，使磁流变液仅需充满于扇环板和输出圆盘之间，相比于传统盘式磁流变离合器，有效降低了磁流变液的使用量，从而降低成本增强了其实用性。

5、本发明提供的一种小尺寸大可控范围磁流变离合器，此种结构设计，如将从动机构固定卡死，则实现了离合器与制动器的功能转换，实现了此结构设计的多功能应用。

6、本发明提供的一种小尺寸大可控范围磁流变离合器，将励磁线圈布置在主动机构和从动机构之外，有效避免了励磁线圈在离合器工作时同步转动的不利结果，实现了结构简化、装配简单的目的。

附图说明

图1是本发明其中一个实施例的结构示意图。

图2是本发明的输入圆盘包含两个扇环板的结构示意图。

图3是图2的剖视图。

图4是本发明的输入圆盘包含三个扇环板的结构示意图。

图5是本发明另一个实施例的结构示意图。

图中标号：1输入轴，2端盖，3排气孔，4励磁磁力线，5铜套，6励磁线圈，7外缸体，8输入圆盘，8a圆盘本体，8b扇环板，8c内储液腔，8d连通通道，9永磁体，10输出轴，11磁流变液，12第一输出圆盘，13第二输出圆盘，14连接圆筒，15进液孔，16密封圈，17第三输出圆盘，18第四输出圆盘，19第五输出圆盘。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

参见图1至图5，本实施例公开了一种小尺寸大可控范围磁流变离合器，包括外壳体以及设置于外壳体内的主动机构、从动机构。外壳体包括外缸体7和端盖2，外缸体7顶端开口，端盖2与外缸体7的顶端螺纹连接。

主动机构包括输入轴1、输入圆盘8和永磁体9，输入轴1底端伸入外壳体内并固定套装有至少一个输入圆盘8，输入圆盘8与输入轴1之间设置永磁体9；

从动机构包括包括输出轴10、输出圆盘和连接圆筒14，输出轴10与输入轴1同轴设置，输出圆盘包括上下布置的至少两个输出圆盘，输出轴10的顶端伸入外壳体内，最底端的输出圆盘固定套装在输出轴10的顶端，各个输出圆盘的外缘通过连接圆筒14连为一体，最顶端的输出圆盘和最底端的输出圆盘之间形成一个密闭的环形储液腔，环形储液腔内填充有磁流变液11。输入轴1与最顶端的输出圆盘之间通过密封圈16进行密封，密封圈16套装在输入轴1上对应的安装槽内。最顶端的输出圆盘上设有进液孔15和排气孔3，进液孔15和排气孔3分别通过密封塞进行密封，通过进液孔15向环形储液腔内灌入磁流变液11，灌液完成后通过密封塞分别将进液孔15和排气孔3密封堵塞，以实现环形储液腔的密封。输入圆盘8和位于中间的输出圆盘均位于环形储液腔内，相邻的两个输出圆盘之间形成一个环形容纳腔，每个输入圆盘8位于对应的环形容纳腔内，输入圆盘8与对应的上下两个输出圆盘之间留有间隙；输入圆盘8内部设有一个内储液腔8c，输入圆盘8上开有用于连通内储液腔8c和对应的环形容纳腔的连通通道8d。

外壳体内还设有铜套5和励磁线圈6，励磁线圈6缠绕于铜套5外并压紧于外壳体内侧壁，励磁线圈6围绕在连接圆筒14之外。通过永磁体9产生的磁场将环形储液腔内的磁流变液11吸附进入输入圆盘8的内储液腔8c内；通过励磁线圈6通入电流后产生励磁磁场，克服永磁体9产生的磁场后，吸附磁流变液11从内储液腔8c进入环形储液腔内，并通过调整励磁线圈6的输入电流来改变磁流变液11的状态，进而调节磁流变离合器的传递转矩。

具体的，输入圆盘8包括圆盘本体8a、以及沿圆盘本体8a周向均布的至少两个扇环板8b，相邻的两个扇环板8b之间留有间隙，扇环板8b与圆盘本体8a同圆心设置，输入圆盘8通过圆盘本体8a的中心孔固定套装在永磁体9上。

输入圆盘8中，圆盘本体8a的厚度大于扇环板8b的厚度，内储液腔8c设置在圆盘本体8a内部，圆盘本体8a的上下两个端面分别与对应的上下两个输出圆盘相接触，扇环板8b的上下两个端面分别与对应的上下两个输出圆盘之间留有间隙。此处将扇环板8b的厚度设计为小于圆盘本体8a的厚度，目的是在于使磁流变液11仅充满于扇环板8b和输出圆盘之间，使得励磁线圈6产生的磁场尽可能多的穿过扇环板8b处磁流变液11从而增强磁场强度，由于扇环板8b相对于圆盘本体8a具有更大的径向尺寸，增强此处的磁场强度可极限增强扇环板8b区域的输出转矩，同时有效弥补小径向尺寸的圆盘本体8a输出转矩的损失，此种结构设计改变了圆盘本体8a和扇环板8b处的磁场分布，实现了磁流变离合器结构微型化下的大输出转矩要求。

具体的，输入轴1、输入圆盘8、输出轴10、连接圆筒14的材料均为不导磁或低导磁材料，输出圆盘和外壳体的材料均为高导磁材料。

其中，图1为包含一个输入圆盘8的离合器，其对应包含有从上往下的第一输出圆盘12和第二输出圆盘13共两个输出圆盘。图5为包含两个输入圆盘8的离合器，其对应包含有从上往下的第三输处圆盘17、第四输出圆盘18和第五输出圆盘19共三个输出圆盘。

下面以图1中的离合器为例来对离合器的工作过程描述如下：

首先从进液孔15向环形储液腔内灌入磁流变液11，灌液完成后通过密封塞分别将进液孔15和排气孔3密封堵塞，磁流变液11作为传动介质充满在输入圆盘8与第一输出圆盘12和第二输出圆盘13之间的间隙中。输入轴1接收上位转矩带动输入圆盘8在充满磁流变液11的环形储液腔内转动，转动过程中通过输入轴1上的密封圈16对环形储液腔进行动密封，防止输入轴1转动时磁流变液11从输入轴1和最顶端的输出圆盘的间隙中泄露。对励磁线圈6施加电流产生励磁磁场，克服永磁体9的磁场将磁流变液11从输入圆盘8的内储液腔8c吸附进入环形容储液腔中，励磁磁场的励磁磁力线4垂直穿过磁流变液11使其黏性和屈服应力发生改变，使得磁流变液11变换为固态，此时磁流变液11处于剪切工作模式下，通过剪切应力传递动力和运动至第一输出圆盘12和第二输出圆盘13，进而带动输出轴10转动；若将输出轴10固定，则磁流变离合器转变为磁流变制动器，通过磁流变液11剪切应力产生制动扭矩。在此过程中，由于本实施例将输入圆盘8设计为圆盘本体8a、以及沿圆盘本体8a周向均布的至少两个扇环板8b，此种结构设计，在输入圆盘8转动的时候，除了输入圆盘8的上下表面的磁流变液11处于剪切工作模式外，位于相邻两个扇环板8b之间的区域内的磁流变液11由于在两个扇环板8b的侧壁推动作用下处于流动工作模式，这是因为位于相邻两个扇环板8b之间的区域内的磁流变液11在迎流面a和背流面b会产生压强差，在该压强差的作用下此区域内的磁流变液11处于流动工作模式，通过流动模式传递动力和运动至输出轴10。即本实施例能实现同时利用磁流变液11的流动工作模式和剪切工作模式协同工作；调节励磁线圈6的激励电流，即可实现对磁流变液11的黏性控制，进而改变磁流变离合器的传递转矩特性，调节输入轴1和输出轴10之间的传递转矩，高效实现大转矩范围传递；若将输出轴10固定，则磁流变离合器转变为磁流变制动器，通过磁流变液11流动工作模式产生制动扭矩。

而当励磁线圈6无电流激励时，永磁体9会提供一恒定磁场,吸附磁流变液11从环形储液腔进入至输入圆盘8的内储液腔8c内，降低了无电流激励时输入端阻力矩，实现了输入轴1空转减小被动转矩。

输入圆盘8可根据转矩要求来增加扇环板8b的数量，从而增大扇环板8b侧壁与磁流变液11的总体接触面积，进而增大磁流变液11流动工作模式的有效区间，提高可控范围。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。