專利名稱：回轉(zhuǎn)式磁流變變矩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是應(yīng)用一種智能材料——磁流變液，實(shí)現(xiàn)對有相對回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)施行適時(shí)、可逆、連續(xù)控制，用于機(jī)械自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
磁流變液是由高磁導(dǎo)率、低磁滯性的微小軟磁性顆粒和非導(dǎo)磁性液體混合而成的懸浮體。這種懸浮體在零磁場條件下磁流變液的顆粒分布是雜亂的，呈現(xiàn)出低粘度的牛頓流體特性；在磁場的作用下，卻是有規(guī)則的，且沿磁場方向成鏈或鏈?zhǔn)鵂钆帕挟a(chǎn)生了類固體的特征可以由小粘度易流動(dòng)的牛頓流體變?yōu)楦哒扯入y流動(dòng)的塑性賓漢(Bingham)流體。由于磁流變液在磁場作用下的流變是瞬間的、可逆的，而且其流變后的剪切屈服強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度具有穩(wěn)定的對應(yīng)關(guān)系。現(xiàn)有的磁流變液驅(qū)動(dòng)器的基本工作模式有剪切式、流動(dòng)式、擠壓式三種類型。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，在《智能結(jié)構(gòu)和材料》(Smart Structures and Material1997.Proc.SPIE Vol.3045，p.148-159，1997)上刊登的“磁流變液作動(dòng)器在不同工作模型下的設(shè)計(jì)原則”，(Design rules for MR fluid actuators in different working modes.)作者在該文章中給出了磁流變液剪切式、流動(dòng)式、擠壓式三種基礎(chǔ)工作模型的原理及與參數(shù)的關(guān)系，并介紹了這三種模型的應(yīng)用實(shí)例。文章所述的剪切工作模式下的圓盤和圓筒式離合器，其磁路布置復(fù)雜，磁流變的效率低，力矩可達(dá)的量值有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有對回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)力矩控制不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)、低能耗控制，控制力矩不足、控制機(jī)構(gòu)復(fù)雜等缺欠，設(shè)計(jì)出一種針對作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)實(shí)施適時(shí)力矩控制，控制磁路布置簡單易行，控制力矩的大小可根據(jù)需要來選擇結(jié)構(gòu)參數(shù)和設(shè)計(jì)獨(dú)特的磁路。
本發(fā)明極大簡化了回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的控制結(jié)構(gòu)，而且受溫度影響較小，解決了磁路布置困難等問題，制造成本低，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。而且，最關(guān)鍵的一點(diǎn)是本發(fā)明采用了磁流變液作為控制介子實(shí)現(xiàn)了力矩連續(xù)可控和增加定子、轉(zhuǎn)子上的圓盤數(shù)量，來解決力矩變化范圍不足的問題。


變矩器的結(jié)構(gòu)和磁路設(shè)計(jì)如附圖，實(shí)線為機(jī)械結(jié)構(gòu)，虛線代表磁路。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整個(gè)回轉(zhuǎn)變矩器分為四部分轉(zhuǎn)子、定子、轉(zhuǎn)子和定子之間的磁流變液，纏繞在定子上的通電線圈。轉(zhuǎn)子為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的部件，在轉(zhuǎn)子的中間是n個(gè)平行圓盤；定子靜止不動(dòng)，定子內(nèi)壁上有n-1個(gè)內(nèi)凸的圓臺(tái)，圓臺(tái)與轉(zhuǎn)子圓盤平行交錯(cuò)；轉(zhuǎn)子、定子應(yīng)由高導(dǎo)磁金屬材料制成。定子上纏有通電的勵(lì)磁線圈，外層為塑料封裝殼體。
轉(zhuǎn)子上的圓盤與定子上的圓臺(tái)之間的間隙遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于圓臺(tái)半徑和圓臺(tái)的軸向長度，轉(zhuǎn)子與定子之間的間隙充滿磁流變液。
2、磁路的設(shè)計(jì)定子的外壁上纏繞著通電線圈作為勵(lì)磁線圈，勵(lì)磁線圈產(chǎn)生的磁力線應(yīng)在定子的內(nèi)部沿著中心回轉(zhuǎn)軸，通過圓臺(tái)與圓盤及間隙，垂直于圓盤與圓臺(tái)的徑向，形成均勻磁路。
3、力矩的控制通過勵(lì)磁線圈產(chǎn)生的磁場通過圓臺(tái)和圓盤之間的間隙，使間隙處的磁流變液中的磁性顆粒沿徑向排列成“鏈”，當(dāng)轉(zhuǎn)子繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其線速度的方向與磁性顆粒沿徑向排列成“鏈”的方向垂直，使磁流變液中的“鏈”受到剪切，而磁流變液的剪切屈服強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度具有對應(yīng)關(guān)系，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小是可通過勵(lì)磁線圈中的電流來確定，這樣就可通過控制線圈中電流的大小達(dá)到控制磁流變液的剪切屈服強(qiáng)度的目的，從而使磁流變液對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生可變控制力矩，實(shí)現(xiàn)適時(shí)、可逆連續(xù)力矩控制。
4、若控制力矩不足，可增加轉(zhuǎn)子上的圓盤及定上圓臺(tái)的數(shù)量。
權(quán)利要求
1.一種回轉(zhuǎn)式磁流變變矩器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分為四部分轉(zhuǎn)子、定子及在轉(zhuǎn)子和定子之間的磁流變液、纏繞于定子外壁的勵(lì)磁線圈。轉(zhuǎn)子為傳導(dǎo)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的部件，在轉(zhuǎn)子的中間是與轉(zhuǎn)軸為一體n個(gè)平行圓盤。定子靜止不動(dòng)，定子內(nèi)壁上有n-1個(gè)內(nèi)凸的圓臺(tái)，圓臺(tái)與轉(zhuǎn)子圓盤平行交錯(cuò)；轉(zhuǎn)子、定子應(yīng)由高導(dǎo)磁金屬材料制成。定子上纏有通電線圈，外部為塑料封裝殼體。其特征在于轉(zhuǎn)子、定子應(yīng)由高導(dǎo)磁金屬材料制成。轉(zhuǎn)子上的圓盤與定子上的圓臺(tái)之間的間隙遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于圓盤半徑，轉(zhuǎn)子與定子之間的間隙充滿磁流變液。
2.權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)式磁流變變矩器的磁路設(shè)計(jì)部分，其特征在于定子上，纏繞著通電線圈作為勵(lì)磁線圈，勵(lì)磁線圈產(chǎn)生的磁力線應(yīng)是沿著中心回轉(zhuǎn)軸，垂直于圓盤與圓臺(tái)的徑向，形成均勻磁路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)式磁流變變矩器，其特征在于若可控力矩不足，可增加轉(zhuǎn)子上的圓盤和與之相配的定子圓臺(tái)的數(shù)量和增加勵(lì)磁線圈中的電流。
全文摘要
一種回轉(zhuǎn)式磁流變變矩器，用于機(jī)械自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明由機(jī)械部分和磁路控制部分組成，機(jī)械部分包括三部分轉(zhuǎn)子、定子及在轉(zhuǎn)子和定子之間的磁流變液。磁路控制部分為外層塑料結(jié)構(gòu)及在定子上纏繞的通電線圈。本發(fā)明極大簡化了變矩器的控制結(jié)構(gòu)，工作可靠，受溫度影響小，解決了同類變矩器控制系統(tǒng)復(fù)雜，力矩增加難度大等問題，結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。
文檔編號F16H15/00GK1900555SQ20051002792
公開日2007年1月24日 申請日期2005年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月20日
發(fā)明者趙曉昱 申請人:上海工程技術(shù)大學(xué)