一种磁通路径可切换式磁流变制动器

本发明涉及制动器，特别涉及一种磁通路径可切换式磁流变制动器。

背景技术：

1、制动器是机械设备中控制运动、确保安全的核心部件，广泛应用于车辆工程、工业装备、机器人、航空航天及智能制造等领域。随着高端装备向高速化、智能化和精密化方向发展，对制动系统的响应速度、控制精度、稳定性及可靠性提出了更高要求。传统制动器主要依靠干摩擦实现制动，存在摩擦损耗严重、热衰退明显、响应速度慢、维护成本较高等不足，难以满足当下高精度、强稳定性的工况需求。

2、磁流变制动器是一种新型智能制动装置，其利用磁流变液在外加磁场作用下发生快速、可逆的流变特性来实现制动。磁流变液的剪切屈服强度随外加磁场强度连续变化，通过调节励磁电流即可对制动力矩进行快速、精确控制，为制动技术的智能化与集成化提供了全新的技术路径。与传统摩擦制动器相比，磁流变制动器具有响应速度快、控制精度高、输出转矩连续可调、无机械磨损、使用寿命长及易于实现智能控制等优点，因此在康复医疗、智能机器人、精密传动、汽车电子及人机交互设备等领域具有广阔的应用前景。

3、然而，目前磁流变制动器的导磁组件多为固定组件，其磁通路径通常在设计后即固定。一旦制造完成，磁感应线的走向和有效作用间隙就已确定，仅能通过调节励磁电流改变工作间隙的磁场强度来实现制动力矩调节，难以根据不同工况切换磁路布局以拓宽制动力矩的调节范围。同时，随着励磁电流的持续增大，导磁材料容易进入磁饱和状态，导致制动力矩增幅减小，影响磁流变制动器的输出性能，限制了其应用范围。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种磁通路径可切换式磁流变制动器，用于解决上述背景技术中的技术问题。

2、一种磁通路径可切换式磁流变制动器，包括：

3、固定导磁框架，内部设有励磁线圈；

4、旋转套筒，可转动地设置于所述固定导磁框架内；

5、定棋盘格环和动棋盘格环，均套设于所述旋转套筒外侧；所述定棋盘格环相对于所述固定导磁框架固定设置，所述动棋盘格环可绕轴线旋转且与所述定棋盘格环同轴设置；所述定棋盘格环和动棋盘格环均由导磁材料与隔磁材料沿周向交替排列构成；

6、所述旋转套筒的外圆柱面分别与所述定棋盘格环的内表面以及所述动棋盘格环的内表面之间形成轴向阻尼间隙，所述旋转套筒的至少一个轴向端面与所述固定导磁框架的相对端面之间形成径向阻尼间隙；

7、所述轴向阻尼间隙和径向阻尼间隙位于密封腔体内并填充磁流变液；

8、调节机构，用于驱动所述动棋盘格环相对所述定棋盘格环旋转并锁定位置；

9、其中，通过所述调节机构带动所述动棋盘格环转动，改变所述动棋盘格环与所述定棋盘格环之间导磁区域与隔磁区域的重叠关系，以改变由所述励磁线圈产生的磁通路径，使磁通经过的所述轴向阻尼间隙和/或径向阻尼间隙的条数发生变化，从而改变参与磁流变效应的有效阻尼间隙数量。

10、相比现有技术，本发明的有益效果为：通过将动棋盘格环和定棋盘格环均设置为由导磁材料与隔磁材料沿周向交替排列的结构，并利用调节机构驱动动棋盘格环相对定棋盘格环转动，改变两者之间导磁区域与隔磁区域的重叠关系，实现了磁通路径的动态调节，使参与磁流变效应的有效阻尼间隙数量发生变化，从而在无需改变励磁电流的条件下实现制动力矩调节，拓宽了制动力矩的调节范围。通过调节机构以机械方式改变磁路结构，避免了单纯依赖增大励磁电流调节制动力矩时导磁材料易进入磁饱和状态、制动力矩增幅减小的问题，有利于保持制动力矩输出的稳定性，提高制动器的输出性能和适应不同工况的能力。

11、进一步的，所述固定导磁框架包括左端盖、右端盖、导磁套筒、左导磁环和右导磁环；所述左端盖和右端盖分别固定于所述导磁套筒的两端，所述左导磁环固定于所述左端盖上，所述右导磁环固定于所述右端盖上；所述励磁线圈通过绕线架设置于所述左导磁环与右导磁环之间。

12、进一步的，所述绕线架采用隔磁材料制作，所述左端盖、右端盖、导磁套筒、左导磁环、右导磁环以及所述旋转套筒均采用导磁材料制作。

13、进一步的，所述调节机构包括设置在所述动棋盘格环外周的螺纹连接杆和与所述螺纹连接杆螺纹配合的外部调节旋钮；所述左端盖上开设有圆弧槽，所述螺纹连接杆穿过所述圆弧槽并与所述圆弧槽间隙配合，所述圆弧槽对所述螺纹连接杆进行周向限位；通过旋转所述外部调节旋钮带动所述动棋盘格环转动，并通过螺纹预紧力将所述动棋盘格环锁定于设定位置。

14、进一步的，所述外部调节旋钮采用导磁材料制作。

15、进一步的，所述旋转套筒的外圆柱面与所述动棋盘格环的内表面之间形成轴向阻尼间隙ⅰ，所述旋转套筒的外圆柱面与所述定棋盘格环的内表面之间形成轴向阻尼间隙ⅱ；所述旋转套筒的左端面与所述左端盖的右端面之间形成径向阻尼间隙ⅰ，所述旋转套筒的右端面与所述右端盖的左端面之间形成径向阻尼间隙ⅱ。

16、进一步的，还包括驱动轴，所述旋转套筒套设于所述驱动轴上并通过键连接随所述驱动轴同步旋转。

17、进一步的，所述轴向阻尼间隙和径向阻尼间隙位于由所述固定导磁框架与所述旋转套筒围成的密封腔体内；所述固定导磁框架与所述驱动轴之间设有密封圈，用于防止磁流变液泄漏。

18、进一步的，所述左端盖和右端盖的中心通孔内壁由内向外依次设置有轴承和密封圈，用于支承所述驱动轴并密封磁流变液。

19、进一步的，当所述动棋盘格环的导磁区域与所述定棋盘格环的隔磁区域重叠面积增大时，磁通经过的所述轴向阻尼间隙和径向阻尼间隙的条数增加，参与磁流变效应的有效阻尼间隙数量增加，制动器输出第一转矩；当所述动棋盘格环的导磁区域与所述定棋盘格环的隔磁区域重叠面积减小时，磁通经过的所述轴向阻尼间隙和径向阻尼间隙的条数减少，参与磁流变效应的有效阻尼间隙数量减少，制动器输出第二转矩；其中，所述第一转矩大于所述第二转矩。

1.一种磁通路径可切换式磁流变制动器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的磁通路径可切换式磁流变制动器，其特征在于，所述固定导磁框架包括左端盖、右端盖、导磁套筒、左导磁环和右导磁环；所述左端盖和右端盖分别固定于所述导磁套筒的两端，所述左导磁环固定于所述左端盖上，所述右导磁环固定于所述右端盖上；所述励磁线圈通过绕线架设置于所述左导磁环与右导磁环之间。

3.根据权利要求2所述的磁通路径可切换式磁流变制动器，其特征在于，所述绕线架采用隔磁材料制作，所述左端盖、右端盖、导磁套筒、左导磁环、右导磁环以及所述旋转套筒均采用导磁材料制作。

4.根据权利要求2所述的磁通路径可切换式磁流变制动器，其特征在于，所述调节机构包括设置在所述动棋盘格环外周的螺纹连接杆和与所述螺纹连接杆螺纹配合的外部调节旋钮；所述左端盖上开设有圆弧槽，所述螺纹连接杆穿过所述圆弧槽并与所述圆弧槽间隙配合，所述圆弧槽对所述螺纹连接杆进行周向限位；通过旋转所述外部调节旋钮带动所述动棋盘格环转动，并通过螺纹预紧力将所述动棋盘格环锁定于设定位置。

5.根据权利要求4所述的磁通路径可切换式磁流变制动器，其特征在于，所述外部调节旋钮采用导磁材料制作。

6.根据权利要求2所述的磁通路径可切换式磁流变制动器，其特征在于，所述旋转套筒的外圆柱面与所述动棋盘格环的内表面之间形成轴向阻尼间隙ⅰ，所述旋转套筒的外圆柱面与所述定棋盘格环的内表面之间形成轴向阻尼间隙ⅱ；所述旋转套筒的左端面与所述左端盖的右端面之间形成径向阻尼间隙ⅰ，所述旋转套筒的右端面与所述右端盖的左端面之间形成径向阻尼间隙ⅱ。

7.根据权利要求2所述的磁通路径可切换式磁流变制动器，其特征在于，还包括驱动轴，所述旋转套筒套设于所述驱动轴上并通过键连接随所述驱动轴同步旋转。

8.根据权利要求7所述的磁通路径可切换式磁流变制动器，其特征在于，所述轴向阻尼间隙和径向阻尼间隙位于由所述固定导磁框架与所述旋转套筒围成的密封腔体内；所述固定导磁框架与所述驱动轴之间设有密封圈，用于防止磁流变液泄漏。

9.根据权利要求7所述的磁通路径可切换式磁流变制动器，其特征在于，所述左端盖和右端盖的中心通孔内壁由内向外依次设置有轴承和密封圈，用于支承所述驱动轴并密封磁流变液。

10.根据权利要求1所述的磁通路径可切换式磁流变制动器，其特征在于，当所述动棋盘格环的导磁区域与所述定棋盘格环的隔磁区域重叠面积增大时，磁通经过的所述轴向阻尼间隙和径向阻尼间隙的条数增加，参与磁流变效应的有效阻尼间隙数量增加，制动器输出第一转矩；当所述动棋盘格环的导磁区域与所述定棋盘格环的隔磁区域重叠面积减小时，磁通经过的所述轴向阻尼间隙和径向阻尼间隙的条数减少，参与磁流变效应的有效阻尼间隙数量减少，制动器输出第二转矩；其中，所述第一转矩大于所述第二转矩。