阅读说明：本技术 磁流变离合器 (Magnetorheological clutch ) 是由 吴杰 黄禹铭 李青涛 王霜 梁剑 廖敏 卢劲竹 胡红 于 2020-05-15 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种磁流变离合器,包括动力输入盘、动力输出盘、输入圆柱壳、输出圆柱壳、励磁线圈组以及永磁体,动力输入盘和动力输出盘可转动地连接；输入圆柱壳固定设置在动力输入盘上,输出圆柱壳固定设置在动力输出盘上,输入圆柱壳与输出圆柱壳沿径向相互交错嵌套排布形成用于存储磁流变液的密封间隙；多个励磁线圈组和多个永磁体一一对应地设置在密封间隙的两侧以产生共同作用的磁场使磁流变液在液态和固态之间变换。能够使励磁线圈组的磁场减小到接近于零,实现动力输入和输出的彻底分离；解决了现有技术中的多极叠加式磁流变离合器存在磁场不能完全控制进而导致动力输入和输出无法彻底分离的问题。(The invention provides a magnetorheological clutch, which comprises a power input disc, a power output disc, an input cylindrical shell, an output cylindrical shell, an excitation coil group and a permanent magnet, wherein the power input disc and the power output disc are rotatably connected; the input cylindrical shell is fixedly arranged on the power input disc, the output cylindrical shell is fixedly arranged on the power output disc, and the input cylindrical shell and the output cylindrical shell are mutually staggered, nested and arranged along the radial direction to form a sealing gap for storing magnetorheological fluid; the plurality of excitation coil groups and the plurality of permanent magnets are arranged on two sides of the sealing gap in a one-to-one correspondence mode to generate a magnetic field which acts together to enable the magnetorheological fluid to be changed between a liquid state and a solid state. The magnetic field of the excitation coil group can be reduced to be close to zero, and the complete separation of power input and power output is realized; the problem of multipolar stack formula magnetic current becomes clutch in the prior art have the magnetic field can not control completely and then lead to power input and output can not thoroughly separate is solved.)

磁流变离合器

技术领域

本发明涉及离合器领域，尤其涉及一种磁流变离合器。

背景技术

磁流变液是一种由高磁导率的铁磁颗粒、载液以及添加剂按照一定的体积比例均匀混合而成的悬浮液体。在零场情况下，磁流变液表现为流动性能良好的液体，其表观粘度很小；在强磁场作用下可在短时间(毫秒级)内表观粘度增加两个数量级以上，并呈现类固体特性；而且这种变化是连续的、可逆的，即去掉磁场后又恢复到原来的状态。

由于磁流变液具有良好的可控性和可逆性，在动力传递、减振、软启动、无级变速等方面具有广泛的应用。磁流变离合器就是在传动装置的主动件与从动件之间添加磁流变液，通过控制外加磁场强度的大小实现离合器的结合、分离状态从而实现动力的传递和分离，甚至可以实现扭矩传递的无级变化控制。其结构简单、噪声小、响应时间短、控制系统简单，克服了传统离合器噪声大、力矩不稳定、控制系统复杂等不足。

磁流变液的剪切屈服应力不大的问题一直困扰着磁流变液材料和技术的发展，为了实现大功率动力传输，现有的磁流变离合器采用沿径向排布的多组环形线圈实现叠加磁场从而有效提高磁流变液的剪切屈服应力，进而增强动力传输的扭矩，实现大功率动力传输。

例如，2019年8月23日公开的中国专利“多极叠加式磁流变离合器”(申请号：201910364583.9)，在圆柱形磁流变液工作间隙的内外侧分别沿周向布置多个内线圈和多个外线圈，通过内线圈产生的磁场和外线圈产生的磁场进行叠加进而增强作用在磁流变液的磁场强度，实现传输扭矩增强和大功率动力传输。

然而通过增加线圈的数量和位置布置进行磁场叠加以实现大扭矩和大功率动力传输存在以下问题：

1)能耗较高：通过增加线圈数量实现磁场叠加，大大增加了外部电源的能耗，不利于节能降耗；

2)磁场不能完全控制：线圈断电后，内线圈和外线圈均剩磁严重，导致作用在磁流变液上的磁场无法完全消失，进而使动力输入和输出无法彻底分离，影响离合器的工作性能。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种磁流变离合器，以至少解决现有技术中的多极叠加式磁流变离合器存在磁场不能完全控制进而导致动力输入和输出无法彻底分离的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种磁流变离合器，包括动力输入盘、动力输出盘、输入圆柱壳、输出圆柱壳以及励磁线圈组，动力输入盘和动力输出盘沿各自旋转轴线可相互转动地连接；输入圆柱壳和输出圆柱壳均具有至少一个，输入圆柱壳固定设置在动力输入盘上，输出圆柱壳固定设置在动力输出盘上，输入圆柱壳与输出圆柱壳沿径向相互交错嵌套排布以在输入圆柱壳和输出圆柱壳之间形成密封间隙，密封间隙用于存储磁流变液；励磁线圈组为多个，多个励磁线圈组沿周向间隔设置在动力输出盘上，其特征在于，磁流变离合器还包括：永磁体，永磁体为多个，多个永磁体沿周向间隔设置在动力输出盘上；其中，多个励磁线圈组和多个永磁体沿动力输出盘的径向一一对应地设置在密封间隙的两侧，多个励磁线圈组和多个永磁体在密封间隙处产生共同作用的磁场以使密封间隙内的磁流变液在液态和固态之间变换进而使动力输入盘和动力输出盘在分离状态和结合状态之间转换。

进一步地，输入圆柱壳和输出圆柱壳均为多个；其中，多个输入圆柱壳沿动力输入盘的径向相互嵌套并间隔设置；多个输出圆柱壳沿动力输出盘的径向相互嵌套并间隔设置。

进一步地，励磁线圈组和永磁体均为偶数个。

进一步地，动力输入盘包括输入轴和输入盘体部，输入轴固定设置在输入盘体部的中心部位并沿输入盘体部的轴心线延伸；动力输出盘包括输出轴、第一输出盘体部、第二输出盘体部以及连接圈，第一输出盘体部和第二输出盘体部通过连接圈相互连接以围合成柱形腔体；其中，输入盘体部、输入圆柱壳、输出圆柱壳、励磁线圈组以及永磁体均位于柱形腔体内；输入盘体部的中心部位、第一输出盘体部的中心部位以及第二输出盘体部的中心部位均开设有轴心线相互共线的轴孔；输入轴与输入盘体部的连接部位通过第一轴承与第一输出盘体部的轴孔可转动地连接，输出轴的第一端通过第二轴承与输入盘体部的轴孔可转动地连接，输出轴的第二端与第二输出盘体部的轴孔固定连接；输入圆柱壳固定设置在输入盘体部上，输出圆柱壳固定设置在第二输出盘体部上；多个励磁线圈组与第二输出盘体部和连接圈固定连接，多个永磁体与第二输出盘体部和输出轴固定连接。

进一步地，励磁线圈组包括：底座部，与第二输出盘体部的固定连接；芯体部，固定设置在底座部上并与连接圈固定连接；线圈，缠绕在芯体部上。

进一步地，相邻的两个励磁线圈组的线圈的绕向相反。

进一步地，底座部和芯体部一体成型且均采用导磁材料制成，磁流变离合器还包括：第一非导磁金属块，第一非导磁金属块为多个，每个第一非导磁金属块设置在相邻的两个励磁线圈组的底座部之间以将相邻的两个励磁线圈组的磁场相互隔离。

进一步地，动力输出盘还包括：支撑环，固定套设在输出轴上；其中，多个永磁体沿周向间隔设置在支撑环上以通过支撑环与输出轴固定连接。

进一步地，相邻的两个永磁体的极性相反。

进一步地，磁流变离合器还包括：第二非导磁金属块，第二非导磁金属块为多个，每个第二非导磁金属块设置在相邻的两个永磁体之间以将相邻的两个永磁体的磁场相互隔离。

应用本发明技术方案的磁流变离合器，包括动力输入盘、动力输出盘、输入圆柱壳、输出圆柱壳、励磁线圈组以及永磁体，动力输入盘和动力输出盘沿各自旋转轴线可相互转动地连接；输入圆柱壳和输出圆柱壳均具有至少一个，输入圆柱壳固定设置在动力输入盘上，输出圆柱壳固定设置在动力输出盘上，输入圆柱壳与输出圆柱壳沿径向相互交错嵌套排布以在输入圆柱壳和输出圆柱壳之间形成用于存储磁流变液的密封间隙；励磁线圈组和永磁体均为多个，多个励磁线圈组和多个永磁体均沿周向间隔设置在动力输出盘上，且多个励磁线圈组和多个永磁体沿动力输出盘的径向一一对应地设置在密封间隙的两侧，多个励磁线圈组和多个永磁体在密封间隙处产生共同作用的磁场以使密封间隙内的磁流变液在液态和固态之间变换进而使动力输入盘和动力输出盘在分离状态和结合状态之间转换。通过励磁线圈组产生与永磁体相反的磁场，能够使励磁线圈组的磁场减小到接近于零，实现动力输入和输出的彻底分离；通过励磁线圈组产生与永磁体相同的磁场，实现磁场叠加，从而实现大扭矩和大功率动力传输且有效降低能耗。解决了现有技术中的多极叠加式磁流变离合器存在磁场不能完全控制进而导致动力输入和输出无法彻底分离的问题。

附图说明

图1是根据本发明实施例可选的一种磁流变离合器的纵剖面结构示意图；以及

图2是图1的A-A向剖面结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、动力输入盘；11、输入轴；12、输入盘体部；20、动力输出盘；21、输出轴；22、第一输出盘体部；23、第二输出盘体部；24、连接圈；25、支撑环；26、挡油环；30、输入圆柱壳；40、输出圆柱壳；50、励磁线圈组；51、底座部；52、芯体部；53、线圈；60、永磁体；70、第一轴承；80、第二轴承；90、第一非导磁金属块；100、第二非导磁金属块。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作出创造性劳动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。

根据本发明实施例的磁流变离合器，如图1和图2所示，包括动力输入盘10、动力输出盘20、输入圆柱壳30、输出圆柱壳40、励磁线圈组50以及永磁体60，动力输入盘10和动力输出盘20沿各自旋转轴线可相互转动地连接；输入圆柱壳30和输出圆柱壳40均具有至少一个，输入圆柱壳30固定设置在动力输入盘10上，输出圆柱壳40固定设置在动力输出盘20上，输入圆柱壳30与输出圆柱壳40沿径向相互交错嵌套排布以在输入圆柱壳30和输出圆柱壳40之间形成用于存储磁流变液的密封间隙；励磁线圈组50和永磁体60均为多个，多个励磁线圈组50和多个永磁体60均沿周向间隔设置在动力输出盘20上，且多个励磁线圈组50和多个永磁体60沿动力输出盘20的径向一一对应地设置在密封间隙的两侧，多个励磁线圈组50和多个永磁体60在密封间隙处产生共同作用的磁场以使密封间隙内的磁流变液在液态和固态之间变换进而使动力输入盘10和动力输出盘20在分离状态和结合状态之间转换。通过励磁线圈组50产生与永磁体60相反的磁场，能够使励磁线圈组50的磁场减小到接近于零，实现动力输入和输出的彻底分离；通过励磁线圈组50产生与永磁体60相同的磁场，实现磁场叠加，从而实现大扭矩和大功率动力传输且有效降低能耗。解决了现有技术中的多极叠加式磁流变离合器存在磁场不能完全控制进而导致动力输入和输出无法彻底分离的问题。

具体实施时，动力输入盘10包括输入轴11和输入盘体部12，输入轴11固定设置在输入盘体部12的中心部位并沿输入盘体部12的轴心线向外侧延伸；动力输出盘20包括输出轴21、第一输出盘体部22、第二输出盘体部23以及连接圈24，第一输出盘体部22和第二输出盘体部23直径相同并相对平行设置，第一输出盘体部22和第二输出盘体部23的周向边缘通过连接圈24相互连接以围合成柱形腔体；输入盘体部12、输入圆柱壳30、输出圆柱壳40、励磁线圈组50以及永磁体60均位于柱形腔体内。

输入圆柱壳30和输出圆柱壳40均为多个；多个输入圆柱壳30与输入盘体部12的内侧壁垂直固定连接并沿输入盘体部12的径向相互嵌套并间隔设置，多个输入圆柱壳30的圆心相同且位于输入盘体部12的轴心线上；多个输出圆柱壳40与第二输出盘体部23的内侧壁垂直固定连接并沿第二输出盘体部23的径向相互嵌套并间隔设置，多个输出圆柱壳40的圆心相同且位于第二输出盘体部23的轴心线上；各个输入圆柱壳30和各个输出圆柱壳40相互交错插入对方的间隙之中从而相互交错嵌套排布形成用于存储磁流变液的密封间隙。

输入盘体部12的中心部位、第一输出盘体部22的中心部位以及第二输出盘体部23的中心部位均开设有轴心线相互共线的轴孔；输入轴11与输入盘体部12的连接部位通过第一轴承70与第一输出盘体部22的轴孔可转动地连接，具体地，输入盘体部12的轴孔处具有向外侧延伸的环形法兰结构，输入轴11与环形法兰结构固定连接并向外侧延伸；第一轴承70的内圈固定套设在环形法兰结构上，环形法兰结构的外圈与第一输出盘体部22的轴孔固定连接从而使输入盘体部12与第一输出盘体部22能够相对自由旋转；环形法兰结构的内孔形成输入盘体部12的轴孔，输出轴21的第一端通过第二轴承80与输入盘体部12的轴孔可转动地连接，具体地，第二轴承80的内圈套设在输出轴21的第一端，第二轴承80的外圈与输入盘体部12的轴孔固定连接；输出轴21的第二端与第二输出盘体部23的轴孔固定连接；输入圆柱壳30固定设置在输入盘体部12上，输出圆柱壳40固定设置在第二输出盘体部23上从而使动力输入盘10和动力输出盘20能够相对自由转动。多个励磁线圈组50与第二输出盘体部23和连接圈24固定连接，多个永磁体60与第二输出盘体部23和输出轴21固定连接。

进一步地，励磁线圈组50和永磁体60均为偶数个。从而使沿同一径向的励磁线圈组50和永磁体60均成对存在。

励磁线圈组50包括底座部51、芯体部52和线圈53，底座部51的一端与第二输出盘体部23的内侧壁固定连接；芯体部52固定设置在底座部51上并与连接圈24的内侧壁固定连接；线圈53缠绕在芯体部52上，相邻的两个励磁线圈组50的线圈53的绕向相反，即处于同一径向的两个励磁线圈组50的线圈53绕向相同，产生的磁场相同。底座部51的另一端与连接圈24之间设置有挡油环26，挡油环26与连接圈24、底座部51以及第二输出盘体部23之间形成封闭空间用于将励磁线圈组50封闭，防止油液浸入励磁线圈组50。

在实际应用中，底座部51和芯体部52一体成型且均采用导磁材料制成，为了将相邻的两个励磁线圈组50的磁场相互隔离，避免相邻两个励磁线圈组50的磁场相互影响，磁流变离合器还包括第一非导磁金属块90，第一非导磁金属块90为多个，每个第一非导磁金属块90设置在相邻的两个励磁线圈组50的底座部51之间以将相邻的两个励磁线圈组50的磁场相互隔离。

具体地，第一非导磁金属块90采用铝材支撑，励磁线圈组50的底座部51为圆弧形结构，第一非导磁金属块90也为圆弧形结构，底座部51与第一非导磁金属块90交错间隔设置形成圆环结构，该环形结构沿径向的外侧壁与连接圈24的内侧壁之间共同围合成用于封闭励磁线圈组50的环形封闭空间。

进一步地，动力输出盘20还包括支撑环25，支撑环25固定套设在输出轴21上；其中，多个永磁体60沿周向间隔设置在支撑环25上以通过支撑环25与输出轴21固定连接，相邻的两个永磁体60的极性相反，即处于同一径向的两个永磁体60的极性相同，产生的磁场相同。

为了将相邻的两个永磁体60的磁场相互隔离，避免相邻两个永磁体60的磁场相互影响，进一步地，磁流变离合器还包括第二非导磁金属块100，第二非导磁金属块100为多个，每个第二非导磁金属块100设置在相邻的两个永磁体60之间以将相邻的两个永磁体60的磁场相互隔离。具体地，第二非导磁金属块100为扇形结构，第二非导磁金属块100沿动力输出盘20周向的两个侧壁与相邻的两个永磁体60对应的侧壁相互抵接；永磁体60沿动力输出盘20径向的外侧边为圆弧形结构，第二非导磁金属块100沿动力输出盘20径向的外侧边也为圆弧形结构且与永磁体60的外侧边相互平齐从而使各个永磁体60和各个第二非导磁金属块100构成柱体结构。

励磁线圈组50的底座部51和第一非导磁金属块90构成的圆环形结构的内侧壁与各个永磁体60和各个第二非导磁金属块100构成柱体结构的外侧壁之间形成环形空间，多个输入圆柱壳30和多个输出圆柱壳40均位于该环形空间内，多个输入圆柱壳30和多个输出圆柱壳40形成多条环形的密封间隙，磁流变液储存在各条环形的密封间隙内。

励磁线圈组50底座部51、芯体部52、输入圆柱壳30、输出圆柱壳40以及支撑环25均采用导磁材料制成。第一非导磁金属块90和第二非导磁金属块100即起到隔离磁场的作用，也起到密封磁流变液的作用。

具体工作时，当励磁线圈组50未通电时，密封间隙中的磁流变液在永磁体60产生的磁场作用下，由液体变为类固体，从而将输入圆柱壳30和输出圆柱壳40连接为一体，当输入轴11旋转时，动力输入盘10和动力输出盘20成为一个整体，输出轴21将会同步旋转从而实现动力的传输，只是这种情况下只有永磁体60的磁场作用，磁流变液的剪切屈服应力不大，适用于小扭矩动力传输工况。

当励磁线圈组50接通电流后，且励磁线圈组50的磁场方向与同一径向位置永磁体60的磁场方向相反时，两个磁场在密封间隙的磁流变液中产生的效果相反，密封间隙中的磁流变液的磁场强度可以减小甚至降低为零，从而使磁流变液呈液体状态，此时，动力输入盘10和动力输出盘20呈分离状态，传递的转矩也可以减小或降低为零。

当励磁线圈组50接通电流，且励磁线圈组50的磁场方向与同一径向位置永磁体60的磁场方向相同时，两个磁场在密封间隙的磁流变液中产生的效果相同并相互叠加，可以增强密封间隙中磁流变液的磁场强度，此时，磁流变液由液体变为类固体，从而将输入圆柱壳30和输出圆柱壳40连接为一体，当输入轴11旋转时，动力输入盘10和动力输出盘20成为一个整体，输出轴21将会同步旋转从而实现动力的传输，该情况下励磁线圈组50和永磁体60的磁场相互叠加，磁场强度大大增强，磁流变液的剪切屈服应力显著增大，适用于大扭矩和大功率的动力传输工况。

本发明具有以下有益效果：

1)本发明实施例的磁流变离合器，通过设置多个输入圆柱壳30和多个输出圆柱壳40形成多层的环形密封间隙存储磁流变液，相比于传统的圆盘式结构的磁流变离合器，在同等外形尺寸下，具有更高的转矩传递能力；

2)本发明实施例的磁流变离合器，基于永磁体60和励磁线圈组50产生的双磁场叠加原理，有效增强了密封间隙中磁流变液的磁场强度，进而增大了传递的力矩；

3)本发明实施例的磁流变离合器，可以通过改变励磁线圈组50电流方向，从而调节磁流变液中的剩磁，从而使密封间隙中的磁流变液的磁场强度可以减小甚至降低为零，进而使动力输入盘10和动力输出盘20能够呈完全分离状态；

4)本发明实施例的磁流变离合器，通过增加永磁体60，减少了励磁线圈组50的数量，能够有效降低能耗，单位电能传递的转矩更大；

5)本发明实施例的磁流变离合器，沿周向设置的多个永磁体60、多个励磁线圈组50以及沿径向设置的多个输入圆柱壳30以及多个输出圆柱壳40，可以根据设计要求确定具体数量来获得不同的输出力矩；也可以通过永磁体60、励磁线圈组50、输入圆柱壳30以及输出圆柱壳40轴向尺寸来获得不同的输出力矩；还可以调节励磁线圈组50中电流的大小来控制输出力矩；

6)本发明实施例的磁流变离合器，励磁线圈组50和永磁体60可以灵活地拆换，给后期的拆卸更换带来了方便。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。