基于电磁调节的磁流变半主动与主动一体化扭转减振器的制作方法

本发明涉及扭转减振器，特别涉及基于电磁调节的磁流变半主动与主动一体化扭转减振器。

背景技术：

在机械领域，发动机曲轴、机床主轴或其它传动轴等做回转运动的传动轴系在工作时将不可避免的产生扭转振动，这种振动不但会降低机器的精度、增大噪声等，甚至会造成曲轴或传动轴因疲劳故障而损坏，在高速时更为严重。此外，对于升降电梯和建筑施工升降机等做直线运动的大功率升降设备，在货物下降过程中需要消耗大量能量，且出现紧急坠落时需要产生较大阻力减小坠落对货物的损坏。因此，设计扭转减振器成为改善上述情况的重要课题。

为解决上述问题，通过改变电流大小可以输出可控扭矩的磁流变扭转减振器成为一种较好的选择方案，并逐渐成为研究和应用的热点。现有的磁流变扭转减振器主要工作于流动模式、剪切模式、混合模式等模式下，相对于主动控制的扭矩输出器件，具有结构简单、体积小、能耗低、阻尼连续可调等优点。磁流变半主动控制下输出扭矩的大小虽已经可以满足减振需求，但扭矩的方向由扭转速度决定，不具备主动控制输出扭矩的方向的可控性，因而对一些工况的适应性有限。

因此，需要设计一种半主动与主动一体化扭转减振器，使其可根据具体情况在主动和半主动扭转振动减振模式中进行选择，即在一般工况下采用半主动扭转减振模式，当跟随转速方向输出的半主动扭矩不能满足要求时，输出主动控制的扭矩，使减振装置具有主动减振的良好适应性，同时能耗较低，且结构紧凑。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了两种基于电磁调节的磁流变半主动与主动一体化扭转减振器，可根据具体情况对扭转振动抑制模式在主动和半主动下进行选择，既具有半主动减振的安全性，也具有主动减振的良好性能，且结构紧凑，形成一体，耗能较低。

本发明的基于电磁调节的磁流变半主动与主动一体化扭转减振器，包括壳体和设置于壳体内用于输出扭转扭矩的扭矩输出总成；

扭矩输出总成包括与壳体转动支撑配合的扭矩输出单元和外套扭矩输出单元设置的导磁缸筒，导磁缸筒与扭矩输出单元之间密封填充有磁流变液，扭矩输出单元上设置有用于改变磁流变液表观强度的产磁单元；

导磁缸筒以可被锁止时固定、释放时相对壳体转动的方式设置，扭矩输出总成还包括用于对导磁缸筒锁止和释放的锁放机构和用于驱动导磁缸筒在释放状态下转动的驱动单元，当导磁缸筒被锁止固定时，扭矩输出单元输出半主动扭矩，当导磁缸筒被释放时，导磁缸筒与扭矩输出单元结合成一体并在驱动单元的驱动下整体输出主动扭矩；

导磁缸筒包括外环壁、内环壁和连接内环壁和外环壁端部的端盖部，外环壁与内环壁之间形成容纳空间，锁放机构安装于容纳空间内；锁放机构包括置于容纳空间内并与壳体固定连接的环形固定块、设置在环形固定块与外环壁之间并以可离合的方式与外环壁配合的摩擦瓦片和驱动摩擦瓦片实现离合的离合驱动组件。

进一步，离合驱动组件包括安装于环形固定块上并外端与摩擦瓦片连接的弹性伸缩件和安装在环形固定块上用于通电时形成电磁力使摩擦瓦片与导磁缸筒分离的电磁铁线圈。

进一步，驱动单元包括用以施加电流的电机定子和在电机定子施加电流作用下转动的电机转子，电机定子固定在壳体内壁上，电机转子绕圆周固定在外环壁的外侧。

进一步，容纳空间内紧贴内环壁外侧还设置有用于对环形固定块定位的非导磁定位环。

进一步，扭矩输出单元结合包括活塞块和与活塞块固定连接并一端伸出壳体的传动轴，活塞块和传动轴分别与壳体转动配合，产磁单元包括励磁线圈和永磁体，活塞块外圆周上设置有用于安装产磁单元的环槽，磁流变液密封填充在活塞块与内环壁内侧壁间形成的环形间隙内。

本发明还公开了一种基于电磁调节的磁流变半主动与主动一体化扭转减振器，包括壳体和设置于壳体内用于输出扭转扭矩的扭矩输出总成；

扭矩输出总成包括与壳体转动支撑配合的扭矩输出单元和外套扭矩输出单元设置的导磁缸筒，导磁缸筒与扭矩输出单元之间密封填充有磁流变液，扭矩输出单元上设置有用于改变磁流变液表观强度的产磁单元；

导磁缸筒以可被锁止时固定、释放时相对壳体转动的方式设置，扭矩输出总成还包括用于对导磁缸筒锁止和释放的锁放机构和用于驱动导磁缸筒在释放状态下转动的驱动单元，当导磁缸筒被锁止固定时，扭矩输出单元输出半主动扭矩，当导磁缸筒被释放时，导磁缸筒与扭矩输出单元结合成一体并在驱动单元的驱动下整体输出主动扭矩；

锁放机构包括非导磁缸筒、动摩擦片和定摩擦片，动摩擦片固定设置于非导磁缸筒，定摩擦片固定设置于非导磁缸筒，非导磁缸筒外套于导磁缸筒形成固定连接，非导磁缸筒以可被驱动产生轴向移动使动摩擦片离合的方式设置。

进一步，锁放机构还包括压板和弹性压件，压板与壳体固定并外绕非导磁缸筒设置，弹性压件外套非导磁缸筒设置并与压板抵止配合用于在锥形电机定子未通电时使动摩擦片与定摩擦片保持接合；驱动单元包括固定设置于非导磁缸筒圆周外侧的锥形电机转子和固定设置在壳体内侧上用于通电流产生旋转磁场并产生轴向磁拉力使转子轴向移动使动摩擦片与定摩擦片相分离的锥形电机定子。

进一步，扭矩输出单元结合包括活塞块和与活塞块固定连接并一端伸出壳体的传动轴，活塞块和传动轴分别与壳体转动配合，产磁单元包括励磁线圈和永磁体，活塞块外圆周上设置有用于安装产磁单元的环槽，磁流变液密封填充在活塞块与内环壁内侧壁间形成的环形间隙内。

进一步，非导磁缸筒的轴向两端分别通过可承受非导磁缸筒轴向移动的可分离轴承与缸筒转动配合。

进一步，弹性压件为由多个蝶形弹簧组合成的蝶形弹簧组，非导磁缸筒的外侧对应压板形成有用于安装蝶形弹簧组的安装槽。

本发明的有益效果：本发明主要提供了两种基于电磁调节的磁流变半主动与主动一体化扭转减振器，两种扭转减振器均是通过锁放机构对导磁缸筒的锁定或释放实现半主动扭矩输出和主动扭矩输出的选择，当锁放机构对导磁缸筒锁定时，导磁缸筒相对壳体固定不动，扭矩输出单元与导磁缸筒形成半主动控制的扭转减振器结构，通过产磁单元改变磁流变液的表观强度调节半主动扭矩的大小；当锁放机构对导磁缸筒释放时，驱动单元会驱动导磁缸筒旋转，此时由于施加磁场后的磁流变液呈类固体，导磁缸筒与扭矩输出单元成为一体，进行主动扭矩的输出；

两种扭转减振器所不同的是，一种是利用设置在导磁缸筒的容纳空间内的锁放机构实现对导磁缸筒的锁定或释放，结构紧凑，体积相对较小，耗能较小；另一种是利用设置在导磁缸筒外部的锁放机构进行锁定或释放，且非导磁缸筒需要被驱动产生轴向的移动，主动力矩输出值较大，且工作稳定性较高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明中的一种基于电磁调节的磁流变半主动与主动一体化扭转减振器结构示意图；

图2为本发明中的另外一种基于电磁调节的磁流变半主动与主动一体化扭转减振器结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明中的一种基于电磁调节的磁流变半主动与主动一体化扭转减振器结构示意图，图2为本发明中的另外一种基于电磁调节的磁流变半主动与主动一体化扭转减振器结构示意图，如图所示：本实施例的基于电磁调节的磁流变半主动与主动一体化扭转减振器，包括壳体和设置于壳体内用于输出扭转扭矩的扭矩输出总成；其中，壳体包括壳本体1和端盖2，端盖2与壳本体1通过螺钉连接，扭矩输出总成设置在壳本体1内；

扭矩输出总成包括与壳体转动支撑配合的扭矩输出单元和外套扭矩输出单元设置的导磁缸筒3，导磁缸筒3与扭矩输出单元之间密封填充有磁流变液4，扭矩输出单元上设置有用于改变磁流变液4表观强度的产磁单元；扭矩输出单元通过旋转轴承与壳体配合，壳体上对应设置有轴承座，扭矩输出单元的外侧与导磁缸筒3的内环壁之间形成有间隙，间隙内填充有磁流变液4，并通过密封圈形成密封；产磁单元用于改变磁流变液4的阻尼力值，其设置在扭矩输出单元上；

导磁缸筒3以可被锁止时固定、释放时相对壳体转动的方式设置，扭矩输出总成还包括用于对导磁缸筒3锁止和释放的锁放机构和用于驱动导磁缸筒3在释放状态下转动的驱动单元，当导磁缸筒3被锁止固定时，扭矩输出单元输出半主动扭矩，当导磁缸筒3被释放时，导磁缸筒3与扭矩输出单元结合成一体并在驱动单元的驱动下整体输出主动扭矩；即，当锁放机构对导磁缸筒3锁定时，导磁缸筒3相对壳体固定不动，扭矩输出单元与导磁缸筒3形成半主动控制的扭转减振器结构，通过产磁单元改变磁流变液4的表观强度调节半主动扭矩的大小；当根据控制所需的扭矩为反向扭矩时，则需要主动的输出扭矩，此时，锁放机构对导磁缸筒3释放，驱动单元会驱动导磁缸筒3旋转，此时由于施加磁场后的磁流变液4呈类固体，导磁缸筒3与扭矩输出单元成为一体，进行主动扭矩的输出；

导磁缸筒3包括外环壁3-1、内环壁3-2和连接内环壁3-2和外环壁3-1端部的端盖部3-3，外环壁3-1与内环壁3-2之间形成容纳空间，锁放机构安装于容纳空间内；锁放机构包括置于容纳空间内并与壳体固定连接的环形固定块5、设置在环形固定块5与外环壁3-1之间并以可离合的方式与外环壁3-1配合的摩擦瓦片6和驱动摩擦瓦片6实现离合的离合驱动组件；其中，内环壁3-2通过轴承与壳体配合，摩擦瓦片6为弧形，当摩擦瓦片6与外环壁3-1接触时使得导磁缸筒3整体形成固定不动，当摩擦瓦片6在离合驱动组件的驱动下与导磁缸筒3的外环壁3-1分离时，导磁缸筒3被释放，从而可在驱动单元的驱动下做旋转运动。

本实施例中，离合驱动组件包括安装于环形固定块5上并外端与摩擦瓦片6连接的弹性伸缩件7和安装在环形固定块5上用于通电时形成电磁力使摩擦瓦片6与导磁缸筒3分离的电磁铁线圈8；其中，弹性伸缩件7为伸缩弹簧，环形固定块5设置有用于安装电磁铁线圈8的电磁铁安装槽，在电磁铁安装槽的两侧分别设置有弹性伸缩件7安装槽，且每一侧的弹性伸缩件7安装槽沿环形固定块5周向布置多个，弹性伸缩件7安装在其内；当电磁铁线圈8未通电时，弹性伸缩件7将摩擦瓦片6压紧于导磁缸筒3的外环壁3-1，当通电时产生磁吸力使得弹性伸缩件7被压缩，进而使得摩擦瓦片6与导磁缸筒3的外环壁3-1相分离，从而实现离合。

本实施例中，驱动单元包括用以施加电流的电机定子9和在电机定子9施加电流作用下转动的电机转子10，电机定子9固定在壳体内壁上，电机转子10绕圆周固定在外环壁3-1的外侧；当电机定子9通电时，产生旋转磁场，使得电机转子10带动导磁缸筒3转动；壳体上设置有用于与电机定子9通电的导线过线的过线孔。

本实施例中，容纳空间内紧贴内环壁3-2外侧还设置有用于对环形固定块5定位的非导磁定位环11；环形固定块5通过非导磁定位环11定位在容纳空间内，且环形固定块5自身通过螺钉与壳体连接。

本实施例中，扭矩输出单元结合包括活塞块12和与活塞块12固定连接并一端伸出壳体的传动轴13，活塞块12和传动轴13分别与壳体转动配合，产磁单元包括励磁线圈14和永磁体15，活塞块12外圆周上设置有用于安装产磁单元的环槽，磁流变液4密封填充在活塞块12与内环壁3-2内侧壁间形成的环形间隙内；在主动控制下，当电机定子9根据控制算法施加电流后，传动轴13会输出相应扭矩，此时若所需的反向扭矩大于永磁体提供的磁场对应的扭矩时，则需对励磁线圈施加一定方向和大小的电流，否则，不必给励磁线圈施加电流。

本发明还公开了另外一种基于电磁调节的磁流变半主动与主动一体化扭转减振器，包括壳体和设置于壳体内用于输出扭转扭矩的扭矩输出总成；其中，壳体包括壳本体1a、上端盖2a和下端盖3a，端盖与壳本体1a通过螺钉连接，扭矩输出总成设置在壳本体1a内；

扭矩输出总成包括与壳体转动支撑配合的扭矩输出单元和外套扭矩输出单元设置的导磁缸筒4a，导磁缸筒为环套结构，导磁缸筒4a与扭矩输出单元之间密封填充有磁流变液5a，扭矩输出单元上设置有用于改变磁流变液5a表观强度的产磁单元；扭矩输出单元通过旋转轴承与壳体配合，壳体上对应设置有轴承座，扭矩输出单元的外侧与导磁缸筒4a的内环壁之间形成有间隙，间隙内填充有磁流变液5a，并通过密封圈形成密封；产磁单元用于改变磁流变液5a的阻尼力值，其设置在扭矩输出单元上；

导磁缸筒4a以可被锁止时固定、释放时相对壳体转动的方式设置，扭矩输出总成还包括用于对导磁缸筒4a锁止和释放的锁放机构和用于驱动导磁缸筒4a在释放状态下转动的驱动单元，当导磁缸筒4a被锁止固定时，扭矩输出单元输出半主动扭矩，当导磁缸筒4a被释放时，导磁缸筒4a与扭矩输出单元结合成一体并在驱动单元的驱动下整体输出主动扭矩；即，当锁放机构对导磁缸筒4a锁定时，导磁缸筒4a相对壳体固定不动，扭矩输出单元与导磁缸筒4a形成半主动控制的扭转减振器结构，通过产磁单元改变磁流变液5a的表观强度调节半主动扭矩的大小；当根据控制所需的扭矩为反向扭矩时，则需要主动的输出扭矩，此时，锁放机构对导磁缸筒4a释放，驱动单元会驱动导磁缸筒4a旋转，此时由于施加磁场后的磁流变液5a呈类固体，导磁缸筒4a与扭矩输出单元成为一体，进行主动扭矩的输出；

锁放机构包括非导磁缸筒6a、动摩擦片7a和定摩擦片8a，动摩擦片7a固定设置于非导磁缸筒6a，定摩擦片8a固定设置于非导磁缸筒6a，非导磁缸筒6a外套于导磁缸筒4a形成固定连接，非导磁缸筒6a以可被驱动产生轴向移动使动摩擦片7a离合的方式设置；其中，非导磁缸筒6a通过键连接实现与导磁缸筒4a的固定连接，在最初状态下，动摩擦片7a与定摩擦片8a保持接触形成固定，动摩擦片7a和定摩擦片8a均为环形，当非导磁缸筒6a被驱动产生轴向移动时可使动摩擦片7a与定摩擦片8a分离。

本实施例中，锁放机构还包括压板9a和弹性压件10a，压板9a与壳体固定并外绕非导磁缸筒6a设置，弹性压件10a外套非导磁缸筒6a设置并与压板9a抵止配合用于在锥形电机定子未通电时使动摩擦片7a与定摩擦片8a保持接合；驱动单元包括固定设置于非导磁缸筒6a圆周外侧的锥形电机转子11a和固定设置在壳体内侧上用于通电流产生旋转磁场并产生轴向磁拉力使转子轴向移动使动摩擦片7a与定摩擦片8a相分离的锥形电机定子12a；锥形电机转子固定在非导磁缸筒，非导磁缸筒形成转子固定筒，压板9a与壳体固定，压板9a与非导磁缸筒6a之间留有间隙，弹性压件10a的端部抵止在压板9a上，在最初状态下，通过弹性压件10a所提供的预紧力使得动摩擦片7a与定摩擦片8a紧紧接触形成固定不动，当需要主动输出时，为锥形电机定子12a通电流，由于锥形电机定子12a产生旋转磁场，同时产生轴向磁拉力，从而使得非导磁缸筒6a带动导磁缸筒4a旋转，同时非导磁缸筒6a产生轴向的移动，对弹性压件10a压缩，从而使得动摩擦片7a与定摩擦片8a相分离，动摩擦片7a和静摩擦片可设置多组。

本实施例中，扭矩输出单元结合包括活塞块13a和与活塞块13a固定连接并一端伸出壳体的传动轴14a，活塞块13a和传动轴14a分别与壳体转动配合，产磁单元包括励磁线圈15a和永磁体16a，活塞块13a外圆周上设置有用于安装产磁单元的环槽，磁流变液5a密封填充在活塞块13a与内环壁内侧壁间形成的环形间隙内；在主动控制下，当电机定子根据控制算法施加电流后，传动轴14a会输出相应扭矩，此时若所需的反向扭矩大于永磁体16a提供的磁场对应的扭矩时，则需对励磁线圈15a施加一定方向和大小的电流，否则，不必给励磁线圈15a施加电流。

本实施例中，非导磁缸筒6a的轴向两端分别通过可承受非导磁缸筒6a轴向移动的可分离轴承17a与缸筒转动配合；可分离轴承可采用现有的汽车离合器上常用的分离轴承，为现有技术，在此不再赘述；可分离轴承起的作用是对非导磁缸筒6a承载，并承受非导磁缸筒6a的轴向移动。

本实施例中，弹性压件10a为由多个蝶形弹簧组合成的蝶形弹簧组，非导磁缸筒6a的外侧对应压板9a形成有用于安装蝶形弹簧组的安装槽。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。