專利名稱：回轉(zhuǎn)式磁流變制動器的制作方法
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)對回轉(zhuǎn)運(yùn)動機(jī)構(gòu)施行適時、可逆、連續(xù)控制，用于機(jī)械自動控制技術(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的牛頓流體變?yōu)楦哒扯入y流動的塑性賓漢(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)動器的基本工作模式有剪切式、流動式、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“磁流變液作動器在不同工作模型下的設(shè)計原則”，(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)動機(jī)構(gòu)的制動控制不能實(shí)現(xiàn)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)計出一種針對作回轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)實(shí)施適時力矩控制，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)計獨(dú)特的磁路。
本發(fā)明極大簡化了制動器的控制結(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)自動化。而且，最關(guān)鍵的一點(diǎn)是本發(fā)明十分有效地采用增加轉(zhuǎn)子上的圓臺數(shù)量，相鄰的通電線圈電流方向相反，可使同一間隙處的磁場方向相同且增強(qiáng)的辦法來解決力矩的不足問題。


制動器的結(jié)構(gòu)和磁路設(shè)計如附圖，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)計整個回轉(zhuǎn)制動器分為三部分轉(zhuǎn)子、定子及在轉(zhuǎn)子和定子之間的磁流變液。定子為制動器的殼體，靜止不動。轉(zhuǎn)子為傳導(dǎo)回轉(zhuǎn)運(yùn)動的部件，在轉(zhuǎn)子的兩端是圓臺，與中間的轉(zhuǎn)軸為一體；中間分內(nèi)外兩層結(jié)構(gòu)，內(nèi)為轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上纏有通電線圈，外層為塑料。轉(zhuǎn)子、定子應(yīng)由高導(dǎo)磁金屬材料制成。
轉(zhuǎn)子上的圓臺與定子之間的間隙遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于圓臺半徑和圓臺的軸向長度，轉(zhuǎn)子上的圓臺與定子之間的間隙以及塑料件與定子之間充滿磁流變液。
2、磁路的設(shè)計轉(zhuǎn)子內(nèi)部轉(zhuǎn)軸上，纏繞著通電線圈作為勵磁線圈，勵磁線圈產(chǎn)生的磁力線應(yīng)是沿著中心回轉(zhuǎn)軸，通過圓臺，再穿過圓臺和定子筒壁間的間隙，到達(dá)定子外殼，再一次穿過圓臺和定子筒壁間的間隙，回到轉(zhuǎn)軸形成閉合磁路。
3、力矩的控制通過勵磁線圈產(chǎn)生的磁場通過圓臺和定子之間的間隙，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)動時，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)生制動力矩，實(shí)現(xiàn)適時、可逆連續(xù)制動控制。
4、若制動力矩不足，可增加轉(zhuǎn)子上的圓臺的數(shù)量，相鄰的通電線圈電流方向應(yīng)相反，可使同一間隙處的磁場方向相同且增強(qiáng)。
權(quán)利要求
1.一種回轉(zhuǎn)式磁流變制動器的結(jié)構(gòu)設(shè)計分為三部分轉(zhuǎn)子、定子及在轉(zhuǎn)子和定子之間的磁流變液。定子為制動器的殼體，靜止不動。轉(zhuǎn)子為傳導(dǎo)回轉(zhuǎn)運(yùn)動的部件，在轉(zhuǎn)子的兩端是圓臺，與中間的轉(zhuǎn)軸為一體；中間分內(nèi)外兩層結(jié)構(gòu)，內(nèi)為轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上纏有通電線圈，外層為塑料。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)子上的圓臺與定子之間的間隙遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于圓臺半徑和圓臺的軸向長度，轉(zhuǎn)子上的圓臺與定子之間的間隙以及塑料件與定子之間充滿磁流變液。
2.利要求1所述的回轉(zhuǎn)式磁流變制動器的磁路設(shè)計部分，其特征在于轉(zhuǎn)子內(nèi)部轉(zhuǎn)軸上，纏繞著通電線圈作為勵磁線圈，勵磁線圈產(chǎn)生的磁力線應(yīng)是沿著中心回轉(zhuǎn)軸，通過圓臺，再穿過圓臺和定子筒壁間的間隙，到達(dá)定子外殼，再一次穿過圓臺和定子筒壁間的間隙，回到轉(zhuǎn)軸形成閉合磁路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)式磁流變制動器，其特征在于若制動力矩不足，可增加轉(zhuǎn)子上的圓臺的數(shù)量，相鄰的通電線圈電流方向應(yīng)相反。
全文摘要
一種回轉(zhuǎn)式磁流變制動器，用于機(jī)械自動控制技術(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。磁路控制部分為轉(zhuǎn)子中間分內(nèi)外兩層結(jié)構(gòu)，內(nèi)為轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上纏有通電線圈，外層為塑料。本發(fā)明極大簡化了制動器的控制結(jié)構(gòu)，工作可靠，受溫度影響小，解決同類制動器磁路布置困難，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)自動化控制。
文檔編號F16D57/00GK1779289SQ20041008457
公開日2006年5月31日 申請日期2004年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月25日
發(fā)明者趙曉昱 申請人:上海工程技術(shù)大學(xué)