CN105370892A - 磁流变转矩调节器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁流变转矩调节器，外转子中件宽度平分面处镶有隔磁铜套，外转子和输入轴连为一体；内转子与输出轴连为一体；外转子和内转子之间的空隙填充磁流变液，并通过密封圈实现静密封，输出轴与外转子之间通过密封结构实现动密封；密封结构为：设置隔磁套将永磁体和外转子隔开，永磁体右侧依次装有五个导磁环，导磁环通过磁力吸装在永磁体和隔磁套上；五个导磁环和输出轴之间有均匀的间隙，间隙流道形状成曲折的迷宫走廊结构，实现机械迷宫密封；同时永磁体通过导磁率不同的五个导磁环在迷宫流道处形成从外到内逐渐增大的磁场,利用磁流变液自身剪切应力随磁场变化的特性在机械迷宫密封基础上再增加一道磁密封环节。

Description

磁流变转矩调节器

技术领域

本发明涉及一种磁流变转矩调节器，具体说是一种带有特殊密封机制的磁流变转矩调节器，属于智能材料的机械传动技术领域。

背景技术

工业上，经常会遇到对传动***输出转矩进行精确控制要求的场合。例如在包装、化工、造纸、纺织、印刷、印染等行业的收卷作业中，为了维持被加工薄膜、纸张、布匹等柔幅材料收卷过程中张力的稳定，需要在不引起速度改变的前提下，实现收卷转矩随幅卷直径变化的实时改变。传统收卷中常常使用磁粉离合器作为控制硬件。但长期应用中也发现，磁粉离合器存在着性能稳定性差，密封困难，发热严重，寿命不长等缺陷，越来越无法满足高速收卷下张力精密控制的要求。

磁流变液(MRF)是近十年来发展起来的一种新型智能材料，它在无外加磁场时，流变特性与普通牛顿流体类似；但在外加强磁场作用下，其流体结构和性能会瞬间改变，表现为表观粘滞系数可在毫秒级内增加几个数量级，呈现类似固体的力学性质，且屈服强度能够随磁场变化而变化。本发明研制了一种既能充分发挥磁流变液的优良特性，又特别适合对输出转矩进行精确控制的新型传递装置。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，解决磁流变液传统橡胶件密封容易损伤和老化的问题，本发明提供了一种磁流变转矩调节器。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种磁流变转矩调节器，其特征在于：包括输出轴、外转子、磁流变液、励磁线圈、磁轭、内转子、输入轴、永磁体、隔磁套、导磁环，

外转子由左件、中件、右件刚性组合而成，中件宽度平分面处镶有隔磁铜套，外转子和输入轴连为一体，一起转动；内转子与输出轴连为一体，一起转动；外转子和内转子之间的空隙填充磁流变液，并通过密封圈实现静密封，输出轴与外转子之间通过密封结构实现动密封；

所述密封结构为：输出轴材质为不导磁的不锈钢，设置隔磁套将永磁体和外转子隔开，永磁体右侧依次装有五个导磁环，导磁环通过磁力吸装在永磁体和隔磁套上；五个导磁环和输出轴之间有均匀的间隙，间隙流道形状成曲折的迷宫走廊结构，实现机械迷宫密封。此方法易于实现，并可解决迷宫结构加工困难的不足;同时永磁体通过导磁率不同的五个导磁环在迷宫流道处形成从外到内逐渐增大的磁场,利用磁流变液自身剪切应力随磁场变化的特性在机械迷宫密封基础上再增加一道磁密封环节。

作为优选方案，所述的磁流变转矩调节器，其特征在于：五个导磁环的导磁率均不相同，靠近永磁体的导磁环磁力较大，从而形成从外到内逐渐增大的磁场，实现磁密封。

作为优选方案，所述的磁流变转矩调节器，其特征在于：所述磁轭包括左磁轭和右磁轭，励磁线圈装在左磁轭和右磁轭共同组成的窗口内；磁轭和励磁线圈固定不动。

作为优选方案，所述的磁流变转矩调节器，其特征在于：还包括壳体，所述输出轴、外转子、内转子、输入轴、左磁轭和右磁轭均被支撑在壳体上。

作为优选方案，所述的磁流变转矩调节器，其特征在于：所述壳体包括壳体右件和壳体左件。

有益效果：本发明提供的磁流变转矩调节器，具有以下优点：1、利用新的智能材料磁流变液(MRF)屈服强度能够随磁场变化而变化的特殊优良特性，简单、实用、方便、精确地实现对输出转矩的控制；2、特别地，还提供了一种利用磁流变液自身性能特点的特殊密封机制，用于解决磁流变液传统橡胶件密封容易损伤和老化的问题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的内部结构图；

图3为密封结构的放大示意图；

图中：输出轴1、外转子2、左件8、中件11、右件9、隔磁铜套12、磁流变液3、励磁线圈4、内转子5、输入轴6、壳体右件7、壳体左件15、橡胶密封圈14、左磁轭10、右磁轭13、密封结构16、永磁体17、隔磁套18、导磁环19、20、21、22、23。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1至图3所示，一种磁流变转矩调节器，包括输出轴1、外转子2、磁流变液3、励磁线圈4、内转子5、输入轴6、壳体、左磁轭10、右磁轭13、永磁体17；

如图2所示，其内部工作结构为：外转子2由左件8、中件11、右件9刚性组合而成，中件宽度平分面处镶有隔磁铜套12，外转子2和输入轴6连为一体，一起转动。内转子5与输出轴1连为一体，一起转动。外转子和内转子之间的空隙里充满了磁流变液3，并分别采用橡胶密封圈14（静密封）和密封结构16（动密封）实现动静密封。为提高可靠性，减小空转扭矩，采用线圈固定形式，励磁线圈4装在左磁轭10和右磁轭13共同组成的窗口内。输出轴1，外转子2、内转子5，输入轴6、左磁轭10和右磁轭13均被支撑在壳体上。本实施例中，壳体包括壳体右件7和壳体左件15。

如图3所示，密封结构16为：输出轴1与外转子2之间特殊密封机制借鉴机械迷宫密封和磁密封的各自优点，输出轴1采用不导磁的304不锈钢为材料，用隔磁套18将永磁体17和钢制外转子2隔开，永磁体17右侧依次装有五个导磁环19、20、21、22、23，靠磁力吸装在永磁体17和隔磁套18上。五个导磁环19、20、21、22、23的形状尺寸保证它们和输出轴1之间有微小均匀的间隙，间隙流道形状形成所谓迷宫走廊，使液体流出趋于困难，实现传统机械迷宫密封。同时五个导磁环取导磁率不同的材料制成，永磁体通过导磁率不同的五个导磁环在迷宫流道处形成从外到内逐渐增大的磁场,利用磁流变液自身剪切应力随磁场变化的特性在机械迷宫密封基础上再增加一道磁密封环节；保证磁流变液流到最外侧时在磁场作用下呈现类似固体的性质，实现机械迷宫密封和磁密封双重密封。

本发明提供的磁流变转矩调节器，工作原理为：输入轴6带动外转子2转动，当线圈励磁电流为零，磁感应强度为零，磁流变液(MRF)3近似为普通牛顿流体，内转子5与输出轴1不转动；调节线圈励磁电流变化，磁感应强度随之改变，磁流变液流体结构和性能会瞬间改变，表现为表观粘滞系数可在毫秒级内增加几个数量级，呈现类似固体的力学性质，且屈服强度能够随磁场变化而变化，通过磁流变液内部在磁场作用下生成的链束，带动内转子5与输出轴1与输入轴6一同转动。磁流变液3在磁场作用下的剪切屈服应力随磁感应强度变化而改变，从而实现在不影响转动速度的情况下，只需调节线圈励磁电流，即可精确控制输出轴上施加的转矩。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种磁流变转矩调节器，其特征在于：包括输出轴、外转子、磁流变液、励磁线圈、磁轭、内转子、输入轴、永磁体、隔磁套、导磁环，

外转子由左件、中件、右件刚性组合而成，中件宽度平分面处镶有隔磁铜套，外转子和输入轴连为一体，一起转动；内转子与输出轴连为一体，一起转动；外转子和内转子之间的空隙填充磁流变液，并通过密封圈实现静密封，输出轴与外转子之间通过密封结构实现动密封；

所述密封结构为：输出轴材质为不导磁的不锈钢，设置隔磁套将永磁体和外转子隔开，永磁体右侧依次装有五个导磁环，导磁环通过磁力吸装在永磁体和隔磁套上；五个导磁环和输出轴之间有均匀的间隙，间隙流道形状成曲折的迷宫走廊结构，实现机械迷宫密封。

2.根据权利要求1所述的磁流变转矩调节器，其特征在于：五个导磁环的导磁率均不相同，靠近永磁体的导磁环磁力较大，从而形成从外到内逐渐增大的磁场，实现磁密封。

3.根据权利要求1所述的磁流变转矩调节器，其特征在于：所述磁轭包括左磁轭和右磁轭，励磁线圈装在左磁轭和右磁轭共同组成的窗口内。

4.根据权利要求3所述的磁流变转矩调节器，其特征在于：还包括壳体，所述输出轴、外转子、内转子、输入轴、左磁轭和右磁轭均被支撑在壳体上。

5.根据权利要求4所述的磁流变转矩调节器，其特征在于：所述壳体包括壳体右件和壳体左件。