專利名稱：電流變離合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種離合器，其中在輸入驅(qū)動元件與輸出被驅(qū)動元件之間的連接是通過電流變液體來實現(xiàn)的。
背景技術(shù)：
離合器是一種公知的機(jī)械裝置，用于使轉(zhuǎn)軸選擇性地連接及分離。通常一根輸入驅(qū)動軸可以與一根輸出被驅(qū)動軸連接。離合器作為連接兩個軸的接口件，從而使兩個軸可以連接到一起以同速旋轉(zhuǎn)，或者部分相連以不同的速度轉(zhuǎn)動，或者完全分離。本領(lǐng)域技術(shù)人員同樣也可以理解，通過使輸出軸固定不旋轉(zhuǎn)，離合器還可用作輸入驅(qū)動軸的制動器。
通常離合器是通過齒輪箱或者一般的摩擦連接來在輸入軸與輸出軸之間提供一個物理連接的。然而，離合器特別是使用摩擦離合時的一個普遍問題是高速旋轉(zhuǎn)的軸通常會使離合器經(jīng)受較嚴(yán)重的磨損，而這種磨損則會導(dǎo)致離合器打滑且最終完全失效。
現(xiàn)有技術(shù)眾所周知可以將離合器設(shè)計成使用電流變(electrorheological ER)液體來作為輸入軸和輸出軸之間的連接。ER液通常含有大量的懸浮在電絕緣液體中的微小顆粒。ER液的特性是可以通過施加電場來控制液體的粘度。具體來說，當(dāng)施加一個相當(dāng)大的電場(假定＞1KV/mm)時粘度可以增加到使該液體幾近固體的程度，即具有一有限值的剪切模量從而能夠傳遞剪切應(yīng)力。這種變化通常是非常迅速的(例如0.01s)并且是可逆的，也就是說ER液在去掉所施加的電場后會變回液體狀態(tài)。
在設(shè)計使用ER液的離合器上已經(jīng)進(jìn)行了大量的嘗試，例如US4664236，US4782927，US5524743和US5998336。這種基于電流變技術(shù)的離合器具有以下潛在的優(yōu)點(diǎn)(1)可以借助一個電場來對可傳遞的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行連續(xù)控制，(2)響應(yīng)時間非?？欤?3)由于電流密度低所以功率消耗很小。然而對于這些已提出的ER離合器來說仍然存在大量問題，這妨礙了ER離合器的廣泛應(yīng)用。例如尋找一種合適的不采用防水密封連接的連接輸入驅(qū)動軸與離合器的方式就是一個問題，因為防水密封連接如若失效則會導(dǎo)致ER液泄漏，特別是如果其經(jīng)受劇烈震動時。沉淀效應(yīng)也是一個問題，其會使ER顆粒在液體中沉淀從而導(dǎo)致液體失去其ER特性。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明提出了一種轉(zhuǎn)矩傳遞裝置，包括布置在同一轉(zhuǎn)動軸線上的輸入和輸出連接件，所述連接件設(shè)置在一流體殼體內(nèi)，其中每一所述連接件均具有平行于所述轉(zhuǎn)動軸線延伸的圓筒形部分，所述第一連接件的所述圓筒形部分的內(nèi)表面直徑比所述第二連接件的所述圓筒形部分的外表面直徑大，所述第二連接件的圓筒形部分容納在所述第一連接件圓筒形部分之內(nèi)，從而在其間確定了一個圓筒形間隙，其中在所述流體殼體內(nèi)設(shè)有電流變液體，該液體充滿連接件之間的圓筒形間隙，還設(shè)有用于在所述電流變液體上施加電場的裝置。
優(yōu)選地，該流體殼體具有一個圓筒形內(nèi)表面，其直徑比第一連接件圓筒形部分的外表面直徑略大，從而進(jìn)一步確定出一個也被電流變液體充滿的圓筒形間隙。同樣優(yōu)選地，該第一連接件具有一個沿軸向的軸，其直徑比所述第二連接件圓筒形部分的內(nèi)表面直徑小，從而進(jìn)一步確定出一個也被電流變液體充滿的圓筒形間隙。
該流體殼體可以具有一個注入口，該注入口用于向所述流體殼體注入電流變液體。
在一個優(yōu)選實施例中還設(shè)有電磁裝置，該電磁裝置用來使驅(qū)動軸與第一連接件接合或脫開。該電磁裝置可以包括一個布置在該驅(qū)動軸周圍的線圈，所述第一連接件具有一個永磁體，從而當(dāng)給所述線圈施加一個電流時，所述驅(qū)動軸進(jìn)入或脫離與所述第一連接件的磁接合。優(yōu)選地，在所述驅(qū)動軸的端部設(shè)有導(dǎo)電板，在第一連接件與驅(qū)動軸之間設(shè)有由可透磁材料制成的板。
在本發(fā)明的一個實施例中，第一連接件具有一個伸向所述驅(qū)動軸的軸向軸，在該軸周圍設(shè)有一塊板，該板具有永磁體裝置，而在驅(qū)動軸端部也設(shè)有一塊板，驅(qū)動軸端部的板與圍繞著第一連接件伸出軸的板都具有機(jī)械接合裝置。該機(jī)械接合裝置可以包括，例如，設(shè)在所述驅(qū)動軸端部板上的滑動鎖定銷以及設(shè)在圍繞著第一連接件伸出軸的板上的相應(yīng)的槽。
根據(jù)本發(fā)明另一個較廣義的形式，也提出了一種轉(zhuǎn)矩傳遞裝置，包括第一和第二連接件，其中所述第一和第二連接件具有各自的圓筒形接合面，該接合面被布置成圍繞著該裝置的傳遞軸線，其中所述圓筒形接合面確定出至少一個圓筒形間隙，并且其中在所述至少一個圓筒形間隙中提供電流變液體，且其中設(shè)有用于選擇性地向所述連接件施加電動勢的裝置。
根據(jù)本發(fā)明另一個較廣義的形式，提出了一種轉(zhuǎn)矩傳遞裝置，包括第一和第二連接件，分布在所述第一和第二連接件之間的電流變液體，用于選擇性地向所述連接件施加電動勢的裝置，和一個選擇性地連接所述第一連接件的輸入驅(qū)動軸，其中所述第一連接件具有永磁體裝置，并且其中設(shè)有與所述輸入驅(qū)動軸相連的電磁裝置，從而使所述驅(qū)動軸可以選擇性地與所述第一連接件接合或脫開。
根據(jù)該實施例，該電磁裝置包括圍繞著所述輸入驅(qū)動軸布置的線圈。
在本發(fā)明此方面內(nèi)容的一個實施例中，在所述輸入驅(qū)動軸端部設(shè)有一個板，用于接合第一連接件。優(yōu)選地，該輸入驅(qū)動軸和該第一連接件磁性接合，其中在接合時，設(shè)置在所述輸入軸端部的板與設(shè)置在輸入驅(qū)動軸和第一連接件之間的定位板接合，該定位板由可透磁的材料制成，而該永磁體裝置被置于所述定位板之后。
優(yōu)選地，該第一連接件具有一個伸向所述輸入驅(qū)動軸的軸，圍繞該軸設(shè)有一個板，且該板帶有永磁體裝置，而設(shè)在輸入驅(qū)動軸端部的板與圍繞所述軸的板都具有機(jī)械接合裝置。


下面將參照附圖來對本發(fā)明的一些實施例進(jìn)行闡述，其中
圖1為具有本發(fā)明一個實施例的傳動裝置的側(cè)視圖，圖2為圖1的傳動裝置部分拆卸的立體圖，圖3是圖1、圖2裝置的立體圖，具體表示出了將該裝置用作一個制動器，圖4是圖1傳動裝置的分解視圖，圖5是第二實施例類似圖1的剖面圖，以及圖6是圖5所示裝置實施例的一部分的分解視圖。
具體實施例方式
首先參考圖1，一個導(dǎo)電被驅(qū)動輸出軸組件2包括一個圓筒形被驅(qū)動連接件4，其與一個同軸的輸出軸15整體成型，該輸出軸被一個孔形配件17加緊，從而使輸出軸15可以輸出動力以實現(xiàn)所需的目的，具體目的為何與本發(fā)明要討論的內(nèi)容無關(guān)。一個導(dǎo)電驅(qū)動輸入軸組件1包括一個圓筒形驅(qū)動連接件3，其圍繞著圓筒形被驅(qū)動連接件4，從而在其間構(gòu)成一個圓筒形間隙。在驅(qū)動連接件3的一個端面上沿著驅(qū)動組件1和被驅(qū)動組件2的轉(zhuǎn)動軸線設(shè)置一個永磁體5。被驅(qū)動組件的圓筒形被驅(qū)動連接件4被容納在圓筒形驅(qū)動連接件3之內(nèi)，連接件3、4被帶有注入孔24的流體殼體9包圍。
流體殼體9內(nèi)有一種電流變(ER)液體(其可以是通過注入孔24注入的)，該ER液充滿了連接件3的外圓柱面與流體殼體9內(nèi)表面之間的縫隙16，以及連接件3的內(nèi)圓柱面和連接件4的外圓柱面之間縫隙。除了連接件3、4端部的徑向截面外，可以看出由ER液填滿的間隙有效地構(gòu)成了三個圓筒形空間(一個是由連接件4的內(nèi)表面和從連接件3上軸向伸出的中心軸外表面確定的，第二個是由連接件4的外表面與連接件3的內(nèi)表面確定的，第三個是由連接件3的外表面與流體殼體的內(nèi)表面確定的)，各圓筒形空間與傳動裝置的主軸X-X同軸。為了防止液體滲漏，采用了兩個O形環(huán)。一個O形環(huán)10位于被驅(qū)動輸出組件2與流體殼體9之間，另一個位于流體殼體9與定位板11之間，該定位板具有低導(dǎo)磁率。需要注意的是具有ER液的間隙主要由平行于傳動裝置轉(zhuǎn)動軸線的圓筒形縫隙構(gòu)成。
流體殼體9、定位板11以及線圈殼體8互相緊固在一起，例如通過螺栓或者其它適合的緊固方式。在線圈殼體8內(nèi)部設(shè)有一個電磁組件，其由一個固定在一圓板上的輸入軸7和一個繞著該輸入軸7的線圈6組成。該電磁組件的輸入軸7由線圈軸軸承座12支撐。
就該離合器的運(yùn)轉(zhuǎn)而言，應(yīng)當(dāng)理解在使用時該輸入驅(qū)動組件1作為一個正極，一個正的電壓連在其上，而輸出被驅(qū)動組件2連到一個負(fù)電勢上。絕緣環(huán)14和絕緣環(huán)34用來隔開帶有負(fù)電的流體殼體9和帶有正電的線圈殼體8以及固定殼體8、9的裝配螺栓。絕緣環(huán)13用來防止驅(qū)動組件的中間連接件與被驅(qū)動組件的中心短路。
如圖2所示，被驅(qū)動組件的輸出軸15由導(dǎo)電的安裝支架18通過一個球軸承31來支撐。在驅(qū)動連接件3的外表面上設(shè)有平行于傳動裝置軸線延伸的槽29，其用來增加連接件3和流體殼體9內(nèi)表面間的摩擦。流體殼體9的注入孔24用來再注滿ER液。輸入軸7由安裝支架21和23通過滾柱軸承32以及線圈供電輸入環(huán)25來支撐。輸入軸7的端部配備有一個用來使軸前后移動的調(diào)整塊27。該調(diào)整塊27通過一個連接件28連到一個直流伺服電動機(jī)30上。該裝置被置于一個絕緣機(jī)座33上。
運(yùn)轉(zhuǎn)時，輸入軸7最初由一個電動機(jī)或者其它任何裝置驅(qū)動。向線圈6施加直流電流，以在驅(qū)動組件和被驅(qū)動組件之間產(chǎn)生磁引力，因為線圈6產(chǎn)生的磁場在線圈6與永磁體5之間產(chǎn)生了吸引力。當(dāng)在連接件3和4上施加電壓時，ER液變成固體，從而可以將轉(zhuǎn)矩從輸入組件1傳遞至被驅(qū)動組件2、流體殼體9和線圈殼體8。一旦被驅(qū)動組件2與輸入軸7同步轉(zhuǎn)動，就可以去掉線圈6的直流電流。
所傳遞的轉(zhuǎn)矩量可以通過調(diào)節(jié)連接件3和4上的電勢差來改變，該電勢差可以控制ER液的粘度從而控制滑動程度。為了脫開該離合器，可以去掉連接件3和4中的任一個上的電壓，以使ER恢復(fù)為液體狀態(tài)，從而不能傳遞轉(zhuǎn)矩，和/或者向線圈6施加反向電流從而使輸入軸7主動地從板11上移開(即向圖1中的右側(cè))。向線圈6上施加反向電流提供了一種特別簡單且有效的快速斷開轉(zhuǎn)矩傳遞裝置的方式。
圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的傳動裝置的總的立體圖，根據(jù)本發(fā)明該裝置既可以作為電流變離合器也可以作為制動器。為了將該裝置變?yōu)橹苿悠?，所必需的就是使配?7固定住不旋轉(zhuǎn)，例如通過定位夾具35。和前面一樣，當(dāng)輸入軸7被電動機(jī)驅(qū)動后，驅(qū)動組件1在ER液為液態(tài)時轉(zhuǎn)動。然而，當(dāng)在驅(qū)動組件1和被驅(qū)動組件2上施加電壓時，ER液固化而輸入軸7停止轉(zhuǎn)動，這是因為被驅(qū)動組件2是固定的不能轉(zhuǎn)動。
圖4是根據(jù)本發(fā)明該實施例的ER離合器/制動器的主要組件分解視圖。圖4具體示出了以下元件的組裝過程線圈軸軸承座12、電磁線圈6、線圈殼體8、流體殼體9、驅(qū)動連接件3、被驅(qū)動連接件4和支撐配件。
圖5是圖1所示電流變離合器/制動器的另一可選實施例的剖面圖。該實施例的主要區(qū)別在于輸入軸7被安裝在一個中心圓形導(dǎo)電板的一側(cè)，而三個滑動鎖定銷38被安裝在所述圓形導(dǎo)電板的另一側(cè)上。和第一實施例一樣，設(shè)有一個線圈6環(huán)繞輸入軸7。設(shè)有一個軸向聯(lián)合轉(zhuǎn)矩的板37來作為輸入驅(qū)動組件1的軸向延伸部，且該板具有三個鎖定滑槽41(如圖6所示)。永磁體5被設(shè)在磁體安裝板40上，該板固定在所述軸向聯(lián)合轉(zhuǎn)矩板37上。一個短軸39安裝在驅(qū)動組件的中心處并朝著軸向板37向后延伸。由可透磁的剛性材料制成的定位板11(帶有O形環(huán)10)、軸承和永磁體安裝板40安裝在短軸39上。
本發(fā)明該實施例的優(yōu)點(diǎn)在于該電磁組件可以通過三個滑動鎖定銷38來直接驅(qū)動驅(qū)動組件，鎖定銷38被鎖定在永磁體安裝板40上的三個相應(yīng)的鎖定滑槽內(nèi)。圖6示出了圖5裝置實施例的一部分。在該圖中清楚地示出了鎖定滑槽41和滑動鎖定銷38。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)矩傳遞裝置，其包括布置在同一轉(zhuǎn)動軸線上的輸入和輸出連接件，所述連接件設(shè)置在流體殼體內(nèi)，其中每一所述連接件均具有平行于所述轉(zhuǎn)動軸線延伸的圓筒形部分，所述第一連接件的所述圓筒形部分的內(nèi)表面直徑比所述第二連接件的所述圓筒形部分的外表面直徑大，所述第二連接件的圓筒形部分容納在所述第一連接件圓筒形部分之內(nèi)，從而在其間確定了一個圓筒形間隙，其中在所述流體殼體內(nèi)設(shè)有電流變液體，該液體充滿連接件之間的圓筒形間隙，還設(shè)有用于在所述電流變液體上施加電場的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述流體殼體具有一個圓筒形內(nèi)表面，其直徑比第一連接件圓筒形部分的外表面直徑略大，從而進(jìn)一步確定出一個也被電流變液體充滿的圓筒形間隙。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一連接件具有一個沿軸向的軸，所述軸向軸的直徑比所述第二連接件圓筒形部分的內(nèi)表面直徑小，從而進(jìn)一步確定出一個也被電流變液體充滿的圓筒形間隙。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述流體殼體具有用于向所述流體殼體注入電流變液體的注入口。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中還包括用來使驅(qū)動軸與第一連接件接合或脫開的電磁裝置。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述電磁裝置包括布置在所述驅(qū)動軸周圍的線圈，所述第一連接件具有永磁體，從而當(dāng)給所述線圈施加電流時，所述驅(qū)動軸進(jìn)入或脫離與所述第一連接件的磁接合。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中在所述驅(qū)動軸的端部設(shè)有導(dǎo)電板，且其中在所述第一連接件與所述驅(qū)動軸之間設(shè)有由可透磁材料制成的板。
8.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述第一連接件具有一個伸向所述驅(qū)動軸的軸向軸，其中在該軸周圍設(shè)有一塊板，該板具有所述永磁體裝置，而其中在所述驅(qū)動軸端部設(shè)有一塊板，驅(qū)動軸端部的板與圍繞著第一連接件伸出軸的板都具有機(jī)械接合裝置。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述機(jī)械接合裝置包括設(shè)在所述驅(qū)動軸端部板上的滑動鎖定銷以及設(shè)在圍繞著第一連接件伸出軸的板上的相應(yīng)的槽。
10.轉(zhuǎn)矩傳遞裝置，包括第一和第二連接件，其中所述第一和第二連接件具有各自的圓筒形接合面，該接合面被布置成圍繞著該裝置的傳遞軸線，其中所述圓筒形接合面確定出至少一個圓筒形間隙，并且其中在所述至少一個圓筒形間隙中提供電流變液體，且其中設(shè)有用于選擇性地向所述連接件施加電動勢的裝置。
11.轉(zhuǎn)矩傳遞裝置，包括第一和第二連接件、分布在所述第一和第二連接件之間的電流變液體、用于選擇性地向所述連接件施加電動勢的裝置、以及選擇性地連接所述第一連接件的輸入驅(qū)動軸，其中所述第一連接件具有永磁體裝置，并且其中設(shè)有與所述輸入驅(qū)動軸相連的電磁裝置，從而使所述驅(qū)動軸可以選擇性地與所述第一連接件接合或脫開。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述電磁裝置包括圍繞著所述輸入驅(qū)動軸布置的線圈。
13.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中在所述輸入驅(qū)動軸端部設(shè)有一個板，該板用于接合所述第一連接件。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述輸入驅(qū)動軸和所述第一連接件磁性接合，其中在接合狀態(tài)，設(shè)置在所述輸入軸端部的板與設(shè)置在輸入驅(qū)動軸和第一連接件之間的定位板接合，所述定位板由可透磁的材料制成，所述永磁體裝置被置于所述定位板之后。
15.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述第一連接件具有一個伸向所述輸入驅(qū)動軸的軸，圍繞該軸設(shè)有一個板，且該板帶有所述永磁體裝置，其中設(shè)在輸入驅(qū)動軸端部的板與圍繞所述軸的板都具有機(jī)械接合裝置。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中設(shè)在輸入驅(qū)動軸端部的板上設(shè)有鎖定銷，且其中圍繞從第一連接件伸出的軸的板上設(shè)有相應(yīng)的槽。
全文摘要
一種電流變離合器，包括驅(qū)動元件和被驅(qū)動元件，其通過向分布在驅(qū)動元件與被驅(qū)動元件之間的電流變液體施加電壓來進(jìn)行選擇性地連接。該驅(qū)動元件和被驅(qū)動元件具有軸向表面，該軸向表面確定出了一個容納電流變液體的軸向間隙，從而減小了電流變液體沉淀的問題。
文檔編號F16D37/00GK1614253SQ20041008683
公開日2005年5月11日 申請日期2004年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月3日
發(fā)明者溫維佳, 沈平, 陳健倫, 藍(lán)秋群 申請人:中國專利投資公司