一种基于磁流变体的流量控制装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于磁流变体的流量控制装置及控制方法，控制装置包括：控制模块、驱动模块、流体通道；驱动模块包括储液腔、驱动电机、旋转圆盘、两个励磁线圈、Y型连杆；储液腔内填充有磁流变液，旋转圆盘设置在所述储液腔内并与所述驱动电机的输出转轴固定连接，Y型连杆包括两个第一自由端和一个第二自由端，两个第一自由端位于所述储液腔内且位于所述驱动电机的输出转轴的两侧，第二自由端位于所述流体通道内，两个所述励磁线圈分别固定安装在两个所述第一自由端上并与所述控制模块电连接，控制模块用于控制所述驱动电机旋转并通过在励磁线圈两端加载电压改变磁流变液的屈服应力，使得旋转圆盘带动Y型连杆运动，从而实现流体通道的开合。

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁流变体的流量控制装置及其控制方法
本专利技术涉及电磁控制
，具体涉及一种基于磁流变体的流量控制装置及其控制方法。
技术介绍
现有的流体流量控制装置通常采用阀门开合大小对流体流量大小进行调节，常见的自动阀门结构有电磁阀或比例继动阀等等。然而现有的流体流量控制装置存在响应时间滞后、可控范围小、响应精度低、对温度等外部环境条件抗干扰能力低、寿命短、响应精度低等问题，对于某些控制精度要求较高、使用环境条件复杂且寿命要求较高使用场景，现有的流体流量控制装置往往不能满足需求。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于磁流变体的流量控制装置及其控制方法，该装置采用磁流变液进行控制，具有磁流变液的传动装置各项优势：瞬时(毫秒之内)并可逆的流变响应；大范围可控的流变应力；磁化能耗较低；对温度等外部环境条件具有很强的抗干扰能力；无磨损性避免了机械传动件的冲击和振动，能有效减少常见开关阀在高频地工作时产生的磨损与疲劳失效；且达到快速的控制耦合响应的效果，保证了更好的环境适应性。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一方面，本专利技术提供一种基于磁流变体的流量控制装置，包括：控制模块、驱动模块、流体通道；所述驱动模块包括储液腔、驱动电机、旋转圆盘、两个励磁线圈、Y型连杆；所述储液腔内填充有磁流变液，所述驱动电机的控制端与所述控制模块电连接，驱动电机的输出转轴贯穿所述储液腔，所述旋转圆盘设置在所述储液腔内并与所述驱动电机的输出转轴固定连接，所述Y型连杆包括两个第一自由端和一个第二自由端，两个第一自由端位于所述储液腔内且位于所述驱动电机的输出转轴的两侧，第二自由端位于所述流体通道内，两个所述励磁线圈分别固定安装在两个所述第一自由端上并与所述控制模块电连接。所述控制模块用于控制所述驱动电机旋转并通过在励磁线圈两端加载电压改变磁流变液的屈服应力，使得旋转圆盘带动Y型连杆运动，从而实现流体通道的开合。进一步的，在所述储液腔上、围绕所述连杆的第二自由端，设置有磁流变液密封圈和隔板，用于将储液腔与流体通道分离。进一步的，所述Y型连杆的运动模型如下式所示：式中，m为Y型连杆质量，x表示Y型连杆位移，Factuation表示驱动电机驱动旋转圆盘在磁流变液中旋转的稳态驱动力，Fflow表示通过流体力学雷诺方程计算的流体通道内流体对Y型连杆的流动阻力，Foring表示Y型连杆运动过程中所受的摩擦力，，FC表示磁流变液密封圈对Y型连杆的摩擦力，FH表示流体通道中流体对Y型连杆的摩擦力。进一步的，在励磁线圈形成的交变磁场中，驱动电机驱动旋转圆盘在磁流变液中旋转的稳态驱动力Factuation的计算方法如下：式中，表示在励磁线圈的二维平均通量密度为Bave_2D时磁流变体流变屈服应力，rcore表示励磁线圈半径。进一步的，所述旋转圆盘包括两个，对称设置在所述激励线圈的上下两侧。另一方面，本专利技术提供一种基于磁流变体的流量控制方法，该方法基于上述的基于磁流变体的流量控制装置实现，包括：获取流体通道内流体的当前流量Q并与目标流量Q’，通过对比当前流量Q与目标流量Q’的大小，向在指定励磁线圈的两端加载电压；根据磁流变液的材质特性得到磁流变液的磁性和流变特性曲线，并对所述特性曲线进行多项式插值，计算磁流变液的流变屈服应力；Bave_2D表示励磁线圈的二维平均通量密度；分别计算在励磁线圈形成的交变磁场中，驱动电机驱动旋转圆盘在磁流变液中旋转的稳态驱动力Factuation，流体通道内流体对Y型连杆的流动阻力Fflow，以及Y型连杆运动过程中所受的摩擦力，FC表示磁流变液密封圈对Y型连杆的摩擦力，FH表示流体通道中流体对Y型连杆的摩擦力；利用下式计算Y型连杆的当前运动速度v及其位移量x：控制模块通过Y型连杆的当前运动速度v及其位移量x，获取Y型连杆的当前位置并结合流体通道内流体的当前流量Q对励磁线圈的两端加载电压进行调整。进一步的，所述对所述特性曲线进行多项式插值，计算磁流变液的流变屈服应力，如下式所示：式中，a0~a4为多项式插值拟合系数。进一步的，在励磁线圈形成的交变磁场中，驱动电机驱动旋转圆盘在磁流变液中旋转的稳态驱动力Factuation的计算法方法如下式所示：式中，表示在励磁线圈的二维平均通量密度为Bave_2D时磁流变体流变屈服应力，rcore表示励磁线圈半径。进一步的，流体通道内流体对Y型连杆的流动阻力Fflow通过流体力学雷诺方程计算得到。进一步的，励磁线圈的二维平均通量密度Bave_2D通过下式计算得到：式中，rcore表示励磁线圈半径，B表示激励线圈内三维某一点的磁感应强度。本专利技术的有益效果是：在磁流变液不被磁化时，旋转圆盘可以自由旋转；其中一组激励线圈被通电后，围绕在它周围的磁流变液将被磁化并变厚固化，旋转圆盘和激励线圈之间会产生剪切力，从而带动Y型连杆，流体通道的开合；通过改变两侧激励线圈通电切换频率，可实现实时调控Y型连杆运动方向切换，实现调节流体通道开合速度。与传统流体流量控制装置相比较，基于磁流变液的控制装置继承磁流变液响应快速、连续可调等特点，实现调控实时化、自动化、智能化和增大压力调节范围的目的，同时具有响应动作迅速的特点。附图说明图1为本专利技术实施例提供的基于磁流变体的流量控制装置驱动模块结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的A-A剖视图；图3为本专利技术实施例提供的基于磁流变体的流量控制方法流程图；图4为本专利技术实施例提供的控制方法原理图；图5为磁流变体励磁线圈的电路等效原理图；图6为MRF-132磁流变液对应的磁性和流变特性曲线示意图。附图中，各标号所代表的部件列表如下：1、储液腔，2、磁流变液，3、转轴，4、励磁线圈，5、Y型连杆，6、磁流变液密封圈和隔板，7、阀体，8、阀芯，9、驱动电机，10、旋转圆盘。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。过去二十多年中，磁流变液的研究主要集中于磁流变液阻尼器及其在半主动控制系统中的应用。随着磁流变阻尼器的商用化，关于磁流变液应用的研究逐渐往混合电气执行器和自容式感流变液系统等方向发展。而作为气压系统中重要的元件，气压控制阀的研究具有十分重要的意义。目前传统电磁阀结构比较复杂，制造相对较难，成本较高，同时存在维护难、控制电路复杂，响应速度低等缺点。电流变阀存在剪切屈服应为小，频宽小，工作电压高等缺点。磁流变液是一种智能流体，通过施加或消除磁场，其剪切应力可以在毫秒内而发生可逆的变化。磁流变控制阀是一种应用于磁流变液系统中的阻尼压力或流体流量控制阀。与传统电磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磁流变体的流量控制装置，其特征在于，包括：控制模块、驱动模块、流体通道；/n所述驱动模块包括储液腔（1）、驱动电机（9）、旋转圆盘（10）、两个励磁线圈（4）、Y型连杆（5）；所述储液腔（1）内填充有磁流变液（2），所述驱动电机（9）的控制端与所述控制模块电连接，驱动电机（9）的输出转轴贯穿所述储液腔（1），所述旋转圆盘（10）设置在所述储液腔内并与所述驱动电机的输出转轴固定连接，所述Y型连杆包括两个第一自由端和一个第二自由端，两个第一自由端位于所述储液腔内且位于所述驱动电机的输出转轴的两侧，第二自由端位于所述流体通道内，两个所述励磁线圈分别固定安装在两个所述第一自由端上并与所述控制模块电连接；/n所述控制模块用于控制所述驱动电机（9）旋转并通过在励磁线圈（4）两端加载电压改变磁流变液（2）的屈服应力，使得旋转圆盘（10）带动Y型连杆（5）运动，从而实现流体通道的开合。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于磁流变体的流量控制装置，其特征在于，包括：控制模块、驱动模块、流体通道；
所述驱动模块包括储液腔（1）、驱动电机（9）、旋转圆盘（10）、两个励磁线圈（4）、Y型连杆（5）；所述储液腔（1）内填充有磁流变液（2），所述驱动电机（9）的控制端与所述控制模块电连接，驱动电机（9）的输出转轴贯穿所述储液腔（1），所述旋转圆盘（10）设置在所述储液腔内并与所述驱动电机的输出转轴固定连接，所述Y型连杆包括两个第一自由端和一个第二自由端，两个第一自由端位于所述储液腔内且位于所述驱动电机的输出转轴的两侧，第二自由端位于所述流体通道内，两个所述励磁线圈分别固定安装在两个所述第一自由端上并与所述控制模块电连接；
所述控制模块用于控制所述驱动电机（9）旋转并通过在励磁线圈（4）两端加载电压改变磁流变液（2）的屈服应力，使得旋转圆盘（10）带动Y型连杆（5）运动，从而实现流体通道的开合。


2.根据权利要求1所述的基于磁流变体的流量控制装置，其特征在于，在所述储液腔（1）上、围绕所述Y型连杆（5）的第二自由端，设置有磁流变液密封圈和隔板（6），用于将储液腔（1）与流体通道分离。


3.根据权利要求2所述的基于磁流变体的流量控制装置，其特征在于，所述Y型连杆（5）的运动模型如下式所示：



式中，m为Y型连杆（5）质量，x表示Y型连杆（5）位移，Factuation表示驱动电机驱动旋转圆
盘在磁流变液中旋转的稳态驱动力，Fflow表示通过流体力学雷诺方程计算的流体通道内流
体对Y型连杆的流动阻力，Foring表示Y型连杆运动过程中所受的摩擦力，，FC表示磁流变液密封圈对Y型连杆的摩擦力，FH表示流体通道中流体对Y型连杆的摩擦力。


4.根据权利要求3所述的基于磁流变体的流量控制装置，其特征在于，
在励磁线圈形成的交变磁场中，驱动电机驱动旋转圆盘在磁流变液中旋转的稳态驱动力Factuation的计算方法如下：



式中，表示在励磁线圈的二维平均通量密度为Bave_2D时磁流变体流变屈服
应力，rcore表示励磁线圈半径。


5.根据权利要求1-4任一项所述的基于磁流变体的流量控制装置，其特征在于，所述旋转圆盘（10）包括两个，对称设置在所述激励线圈（4）的上下两...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨飞，李刚炎，黄大勇，
申请(专利权)人：武汉润晶汽车电子有限公司，武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42