多功能磁流变驱动机构制造技术

提供了一种驱动机构，包括马达/发电机元件和离合器/制动器元件。马达/发电机元件包括由高导磁材料制成、缠绕有外线圈的定子；由高导磁材料制成、并且固定有多个永磁体的转子；以及容纳流体的空腔。离合器/制动器元件设置在空腔内。离合器/制动器元件上缠绕有内线圈。流体能够响应在内线圈感生的电磁场的作用下而产生剪切应力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及磁流变(MR)驱动机构，尤其涉及可兼具马达、发电机、制动器和/或离合器功能的磁流变驱动机构。
技术介绍
驱动机构是用于移动或控制机械装置或系统的功能装置。驱动机构能被划分为主动式或半主动式驱动机构。如电动马达的主动式驱动机构消耗大量功率，并且在出现输出过载时难以立即停止其扭力输出。最广泛用于马达制动的方法是注入反向直流或者使用外部制动器或斩波器。这些方法导致大的功耗并且在长期使用时可能会损坏装置。基于磁流变流体的驱动机构在半主动方式时工作良好，且消耗较少功率。磁流变流体是由低导磁基液和铁颗粒或粉末构成的悬浮液。在磁场的影响下，流体的流变行为改变。流动阻力随磁通量密度的增加而显著加大。这些流体的流变特性，如粘性和剪切应力， 在几微秒内快速改变，并且这些流变特性在施加磁场时是可逆的。磁流变流体具有许多优势。其在磁场作用下时可产生高屈服应力并消耗较少功率。其还具有较好的稳定性和快速的响应时间。此外，其可以在较宽的温度范围内工作。磁流变流体已用于多种能量耗散和转移装置中，例如，减震器、离合器、制动器、发动机支架等等。在以上应用中，电磁元件被用作磁场源。通过改变施加到线圈上的电流，磁场能相应地改变，并且由磁流变流体产生的屈服应力也相应改变。与此同时，随着科学和技术的发展，如机器人和医疗设备等许多精密工程应用需要驱动系统来进行所需的复杂任务。在许多情况下，这些应用中使用的驱动机构被期望具有不只一个功能。然而，并没有驱动机构能够在一个设备中兼具马达、发电机、离合器和制动器的功能。
技术实现思路
根据本申请的一个实施方式的一种驱动机构，包括马达/发电机元件，包括由高导磁材料制成的定子，所述定子上缠绕有外线圈；由高导磁材料制成的转子，所述转子上固定有多个永磁体；以及空腔，用于容纳流体；以及离合器/制动器元件，设置在所述空腔中，所述离合器/制动器元件上缠绕有内线圈，其中所述流体能够在所述内线圈感生的电磁场的作用下而产生剪切应力。根据本申请的另一实施方式的一种驱动机构，包括马达/发电机元件，包括由高导磁材料制成的定子；由高导磁材料制成的转子，所述转子上固定有多个永磁体；以及侧板，所述侧板上缠绕有对应于所述多个永磁体设置的一组轴向线圈；以及离合器/制动器元件，与所述马达/发电机元件同轴，在所述离合器/制动器元件上缠绕有内线圈，所述离合器/制动器元件包括用于容纳流体的空腔，所述流体能够在所述内线圈感生的电磁场的作用下而产生剪切应力。附图说明图IA和IB图解说明了根据本申请的驱动机构中使用的一种离合器/制动器元件；图2A和2B图解说明了根据本申请的驱动机构中使用的另一种离合器/制动器元件；图3图解说明了根据本申请的第一实施方式的驱动机构；图4图解说明了根据本申请的第二实施方式的驱动机构；图5A和5B图解说明了图4中的驱动机构的内线圈的分解图和前视图；图6图解说明了根据本申请的第三实施方式的驱动机构；图7图解说明了根据本申请的第四实施方式的驱动机构；图8图解说明了根据本申请的第五实施方式的驱动机构；图9图解说明了根据本申请的第六实施方式的驱动机构；图10图解说明了根据本申请的第七实施方式的驱动机构；以及图IlA和IlB图解说明了图10中的驱动机构的永磁体、转子以及线圈的前视图。具体实施例方式在本申请中公开了一种可以具有马达、发电机、制动器以及离合器功能的磁流变驱动机构。一般来说，根据本申请的一个实施方式的磁流变驱动机构包括马达/发电机元件和离合器/制动器元件。本申请中的马达/发电机元件包括缠绕有外线圈的定子和具有永磁体的转子。定子可由高导磁材料制成。缠绕在定子上的外线圈提供电磁场以驱动固定于转子上的永磁体。转子的方向可以用检测永磁体的磁通量方向的传感器(例如霍尔传感器)来检测。可选地，转子的方向也可以利用在非导通相绕组中检测反向电动势来进行间接转子位置判断。外线圈上的电压可由控制器根据检测到的结果而改变，以便确保转子保持旋转。通常， 马达/发电机元件可以有内转子型、外转子型或者轴向转子型等结构形式。由马达/发电机元件形成的空腔用于将离合器/制动器元件和磁流变流体放置于其内。离合器/制动器元件可以由具有槽和极靴(shoe)的内电枢实现。在这种情况下， 内线圈缠绕在内电枢的每个极靴上。在图IA和IB中示出了一个实施例中的离合器/制动器元件1。如图所示，离合器/制动器元件1包括内线圈2、内电枢3以及轴4。多匝线圈缠绕在内电枢3上，内电枢3由高导磁材料以叠片形式制成并具有如图IB所图示的极靴5和槽6。轴4安装在内电枢3内以传输扭矩。可利用由高导磁材料制成的附加的引导层将由内线圈产生的磁通弓I导通过磁流变流体。可选地，离合器/制动器元件可以通过被非磁性间隔环隔开的多个输入盘和输出盘实现，非磁性间隔环在多个输入盘和输出盘之间形成间隙以容纳磁流变流体。输出盘和间隔环可以由具有法兰的轴夹持。在图2A和2B中示出了一个实施例中的离合器/制动器元件7。如图所示，离合器/制动器元件7包括一组输入盘9和一组输出盘10，每个输入盘 9之间和每个输出盘10之间都被输入间隔环8和输出间隔环12分隔开。使用两个轴11和 13来固定这些板并传输扭矩。在这种情况下，离合器/制动器元件中的内线圈可以由内置型线圈、外置型线圈、或轴向型线圈形成。对于内置型内线圈来说，该线圈缠绕在由杆形成的空腔中的磁芯上以提供电磁场。对于外置型内线圈来说，该线圈缠绕在输入/输出盘外部的非磁性筒上，而不是缠绕在内芯上。对于轴向型内线圈来说，该线圈包括安装在两个法兰上的两组轴向环形线圈组成。 两组线圈提供相反的磁场方向。根据这些结构，当电流施加到马达/发电机元件的外线圈时，将会感生出电磁场， 该电磁场将驱动转子转动然后提供主动扭矩输出。因此，该驱动机构作为马达使用。如果对内线圈也施加电流，那么磁流变流体会在由内线圈感生的电磁场作用下而产生剪切应力。因此，离合器/制动器元件将来自转子的扭矩传输至外部，充当离合器。在另一运行情况下，当仅给内线圈施加电流时，驱动机构具有制动器的功能。在这种情况下，没有电流施加到定子线圈，如果转子由外部负载驱动，驱动机构则作为发电机工作以收集由线圈剪切永磁体的磁场而产生的能量。相应地，具有以上结构的驱动机构能根据需要作为马达、发电机、制动器、以及离合器使用。在一个变体中，如果离合器/制动器元件的轴固定于具有以上各种结构的驱动机构的外壳，那么磁流变驱动机构仍能具有马达、发电机和制动器的功能。类似地，当电流施加到马达/发电机元件的外线圈时，感生的电磁场将驱动转子转动并作为马达工作。如果电流仅施加到内线圈，那么驱动机构具有制动器的功能，这里制动器元件将提供可控制的扭矩。在转子由外部负载驱动的情况下，驱动机构变成发电机以收集由线圈剪切永磁体磁场而产生的能量。在下文中，将参考附图详细地描述根据本申请的驱动机构的示例性的实施方式。参见图3，该图示出了根据本申请的第一实施方式的磁流变驱动机构15。磁流变驱动机构15包括马达/发电机元件30和离合器/制动器元件40，马达/发电机元件30和离合器/制动器元件40均处于由外壳20限定的空腔21内。外壳20可以包括圆筒24，圆筒M由两个侧板22和23支持以提供用于容纳马达/发电机元件30和离合器/制动器元件40的空间。本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种驱动机构，包括：马达／发电机元件，包括：由高导磁材料制成的定子，所述定子上缠绕有外线圈；由高导磁材料制成的转子，所述转子上固定有多个永磁体；以及空腔，用于容纳流体；以及离合器／制动器元件，设置在所述空腔中，所述离合器／制动器元件上缠绕有内线圈，其中所述流体能够在所述内线圈感生的电磁场作用下而产生剪切应力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖维新，郭洪涛，
申请(专利权)人：香港中文大学，
类型：发明
国别省市：HK