【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及磁流变阻尼器，尤其是具有混合工作模式的旋转式磁流变阻尼器及其控制方法。
技术介绍
1、磁流变液（magnetorheological fluid，简称mrf）是一种新型的智能流体材料，其主要特点是在外加磁场作用下可以实现流体性质的改变，其具有良好的可控性质、可逆性质、响应快等优点。磁流变阻尼器是一种利用磁流变液特性实现减振和振动控制的装置，它能够通过调节线圈电流的大小和方向进而调节磁场的强度和方向，改变磁流变液的黏度，从而实现对阻尼器的阻尼特性进行控制。
2、根据磁流变阻尼器的工作方式和应用情况，可分为直动式和旋转式，直动式主要通过活塞往复运动带动磁流变液流动，体积一般更大，对系统结构空间的占用较大，也不适用于旋转系统。与直动式磁流变阻尼器不同，旋转式磁流变阻尼器主要通过转轴带动扇形块转子转动，适用于需要进行旋转运动的系统，体积相对较小，能够应用在结构空间有限的情况下。根据磁流变液的受力情况和流动特性，旋转式磁流变阻尼器主要工作模式剪切式，其原理是，其中一个磁极固定，另一个磁极沿垂直于磁场方向运动，通过摩擦力带动磁流变液运动，过程中产生剪切力，通过调整磁场大小，改变剪切屈服强度大小，进而改变阻尼力。随着磁流变液体技术的不断发展和完善，旋转式磁流变阻尼器在航天、汽车、建筑等领域得到了广泛应用，它们可以用于减少结构振动、改善平稳性、提高系统响应速度以及抑制冲击载荷。此外，旋转式磁流变阻尼器还可以有效地提高系统的耐久性和可靠性，减少维护成本，为工程领域带来重要的技术突破。
3、现有旋转式磁流变阻尼
4、第一，目前旋转式磁流变阻尼器主要采用的工作模式为剪切式，结构类型主要为鼓式和盘式，转轴带动转子旋转，对磁流变液产生剪切效应来产生阻尼力。然而，这些类型的阻尼器所提供的阻尼力矩有限，只适用于小阻尼情况下，难以满足需要大阻尼力矩的旋转工况。
5、第二，为了增大阻尼出力，有学者采用改变转子与磁流变液接触面的形状来改变其单一的剪切工作模式，然而，转子与磁流变液接触面的间隙都是非常小的，一般为1~2mm，这就导致阻尼器制造困难和成本增加；此外，亦有学者采用增大转子和磁流变液的接触面积的方式，但是这种方法增大阻尼力的效果甚微，同时导致阻尼器结构体积增大，使得其在空间范围较小的系统中的应用受到限制。
技术实现思路
1、为解决现有技术的存在的问题，本专利技术提出具有混合工作模式的旋转式磁流变阻尼器及其控制方法，结构简单，在体积相对较小的情况能够提供更大的阻尼力矩。
2、本专利技术采用以下技术方案。
3、具有混合工作模式的旋转式磁流变阻尼器，包括多流道定子、扇形块转子（10）以及转轴（12）；转轴在外部负载驱动下带动扇形块转子转动，使多流道定子和扇形块转子之间的间距发生变化，转轴旋转角度由角度传感器检测并形成送至电流控制器的反馈信号；所述多流道定子外侧通过大弧形导磁块（3）与外壳筒（1）连接并固定于外壳筒内壁，内侧通过小弧形导磁块（13）紧贴于转轴；所述扇形块转子（10）外侧紧贴于外壳筒内壁，内侧与转轴连接；
4、所述多流道定子内有多级由间隙构成的流道，外部缠有用于产生磁场的励磁线圈；励磁线圈的电流由电流控制器控制；所述外壳筒内充有可被磁场改变粘稠度的磁流变液（9）；转轴带动扇形块转子转动，使磁流变液在间隙处流动；
5、当多流道定子和扇形块转子间距增大至使磁路主体经过多流道定子和大、小弧形导磁块时，在多流道定子内的间隙处形成阀模式；即多流道定子内的间隙处磁流变液在磁场作用下形成高粘稠度的状态，以降低磁流变液在该间隙处的流速从而提供阻尼力；
6、当多流道定子和扇形块转子间距减小至磁路主体也通过扇形块转子时，同时在多流道定子和扇形块转子之间的间隙处形成挤压模式，具体为：励磁线圈的磁场变化以加大磁流变液的粘稠度使多流道定子和扇形块转子之间的间隙处的磁流变液接近固化状态，使流经多流道定子和扇形块转子之间的间隙处的大粘稠度磁流变液处于被挤压的挤压模式以加大阻尼器阻尼力。
7、所述外壳筒两端与外壳端盖（14）连接，所述外壳端盖与轴承端盖（16）连接；所述轴承端盖与所述转轴之间安装有轴承（18）；扇形块转子内侧通过平键（11）与转轴连接。
8、所述大弧形导磁块、小弧形导磁块、多流道定子和扇形块转子均成对设置，分别沿所述转轴轴径方向呈对称式安装分布。
9、所述多流道定子包括线圈架（4）、励磁线圈（5），还包括设于线圈架内的若干开设有流通孔的流道挡片、若干间隙磁阻挡片（7）；设于线圈架内的流道挡片的流通孔按分布或规格分为多个类别；
10、所述线圈架外部开设有用于缠绕所述励磁线圈的预设深度的线槽；所述线圈架内部为中空结构，所述流道挡片、磁阻挡片按照具备第一种类流通孔的流道挡片（8）、间隙磁阻挡片、具备第二类流通孔的流道挡片（6）的顺序，依次叠加安装在所述线圈架内部的中空结构处，组合形成多级间隙流道。
11、所述具备第一种类流通孔的流道挡片的流通孔为开设在中间位置的弧形流通孔；所述第二种流道挡片的流通孔开设在靠近外壳筒处的顶部和靠近转轴处的底部位置的弧形流通孔；所述间隙挡片形状为外侧略厚、内侧略薄的类矩形框。
12、所述大弧形导磁块与所述多流道定子接触的一侧开设有用于径向定位和安装多流道定子的楔形卡槽。
13、所述外壳筒与所述大弧形导磁块接触的内壁处开设有用于径向定位和安装大弧形导磁块的楔形卡槽；所述外壳两端分别有若干螺纹孔；所述外壳两端分别设置有密封圈槽用于安装密封圈。
14、所述外壳端盖与所述外壳筒连接的一面上开设有扇形凹槽，用于轴向定位和安装所述大弧形导磁块、小弧形导磁块、多流道定子；所述外壳端盖上有若干螺纹通孔；所述外壳端盖与转轴相接处设有密封圈槽用于安装密封圈。
15、所述转轴与所述扇形块转子连接的轴段上开设有双键槽。
16、具有混合工作模式的旋转式磁流变阻尼器的控制方法，采用以上所述的具有混合工作模式的旋转式磁流变阻尼器，其特征在于：当所述阻尼器的工况为阀模式时，励磁线圈激励电流为预设给定的一个值，
17、当转子运动到接近极限位置，即扇形块转子与多流道定子两者间隙角度低于阈值的位置，使阻尼器的工况处于由阀模式和挤压模式组合的混合模式时，励磁线圈在原来激励电流基础上增大电流，以提高阻尼出力来形成更大的阻尼力矩，并保护装置。
18、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：为了提升旋转式磁流变阻尼器的输出力矩，提出一种具有混合工作模式的阻尼器结构，通过设计了一种多级式间隙流道，同时转子转动改变转子和定子的间隙，使阻尼器同时具有阀模式和挤压模式两种工作模式，相较于传统依靠剪切模式的单一工作模式，输出力矩有较大的提升，能够解决旋转式阻尼器输出力矩不足的缺陷；与此同时，本专利技术所提出的结构相对简单，使阻尼器在出力满足的情况下，体积可尽可能的小，更为紧凑。
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1.具有混合工作模式的旋转式磁流变阻尼器，其特征在于：包括多流道定子、扇形块转子（10）以及转轴（12）；转轴在外部负载驱动下带动扇形块转子转动，使多流道定子和扇形块转子之间的间距发生变化；所述多流道定子外侧通过大弧形导磁块（3）与外壳筒（1）连接并固定于外壳筒内壁，内侧通过小弧形导磁块（13）紧贴于转轴；所述扇形块转子（10）外侧紧贴于外壳筒内壁，内侧与转轴连接；
2.根据权利要求1所述的具有混合工作模式的旋转式磁流变阻尼器，其特征在于：所述外壳筒两端与外壳端盖（14）连接，所述外壳端盖与轴承端盖（16）连接；所述轴承端盖与所述转轴之间安装有轴承（18）；扇形块转子内侧通过平键（11）与转轴连接。
3.根据权利要求1所述的具有混合工作模式的旋转式磁流变阻尼器，其特征在于：所述大弧形导磁块、小弧形导磁块、多流道定子和扇形块转子均成对设置，分别沿所述转轴轴径方向呈对称式安装分布。
4.根据权利要求1所述的具有混合工作模式的旋转式磁流变阻尼器，其特征在于：所述多流道定子包括线圈架（4）、励磁线圈（5），还包括设于线圈架内的若干开设有流通孔的流道挡片
5.根据权利要求4所述的具有混合工作模式的旋转式磁流变阻尼器，其特征在于：所述具备第一种类流通孔的流道挡片的流通孔为开设在中间位置的弧形流通孔；所述第二种流道挡片的流通孔开设在靠近外壳筒处的顶部和靠近转轴处的底部位置的弧形流通孔；所述间隙挡片形状为外侧略厚、内侧略薄的类矩形框。
6.根据权利要求1所述的具有混合工作模式的旋转式磁流变阻尼器，其特征在于：所述大弧形导磁块与所述多流道定子接触的一侧开设有用于径向定位和安装多流道定子的楔形卡槽。
7.根据权利要求1所述的具有混合工作模式的旋转式磁流变阻尼器，其特征在于：所述外壳筒与所述大弧形导磁块接触的内壁处开设有用于径向定位和安装大弧形导磁块的楔形卡槽；所述外壳两端分别有若干螺纹孔；所述外壳两端分别设置有密封圈槽用于安装密封圈。
8.根据权利要求1所述的具有混合工作模式的旋转式磁流变阻尼器，其特征在于：所述外壳端盖与所述外壳筒连接的一面上开设有扇形凹槽，用于轴向定位和安装所述大弧形导磁块、小弧形导磁块、多流道定子；所述外壳端盖上有若干螺纹通孔；所述外壳端盖与转轴相接处设有密封圈槽用于安装密封圈。
9.根据权利要求1所述的具有混合工作模式的旋转式磁流变阻尼器，其特征在于：所述转轴与所述扇形块转子连接的轴段上开设有双键槽。
10.具有混合工作模式的旋转式磁流变阻尼器的控制方法，采用权利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9所述的具有混合工作模式的旋转式磁流变阻尼器，其特征在于：当所述阻尼器的工况为阀模式时，励磁线圈激励电流为预设给定的一个值，
...【技术特征摘要】
1.具有混合工作模式的旋转式磁流变阻尼器，其特征在于：包括多流道定子、扇形块转子（10）以及转轴（12）；转轴在外部负载驱动下带动扇形块转子转动，使多流道定子和扇形块转子之间的间距发生变化；所述多流道定子外侧通过大弧形导磁块（3）与外壳筒（1）连接并固定于外壳筒内壁，内侧通过小弧形导磁块（13）紧贴于转轴；所述扇形块转子（10）外侧紧贴于外壳筒内壁，内侧与转轴连接；
2.根据权利要求1所述的具有混合工作模式的旋转式磁流变阻尼器，其特征在于：所述外壳筒两端与外壳端盖（14）连接，所述外壳端盖与轴承端盖（16）连接；所述轴承端盖与所述转轴之间安装有轴承（18）；扇形块转子内侧通过平键（11）与转轴连接。
3.根据权利要求1所述的具有混合工作模式的旋转式磁流变阻尼器，其特征在于：所述大弧形导磁块、小弧形导磁块、多流道定子和扇形块转子均成对设置，分别沿所述转轴轴径方向呈对称式安装分布。
4.根据权利要求1所述的具有混合工作模式的旋转式磁流变阻尼器，其特征在于：所述多流道定子包括线圈架（4）、励磁线圈（5），还包括设于线圈架内的若干开设有流通孔的流道挡片、若干间隙磁阻挡片（7）；设于线圈架内的流道挡片的流通孔按分布或规格分为多个类别；
5.根据权利要求4所述的具有混合工作模式的旋转式磁流变阻尼器，其特征在于：所述具备第一种类流通孔的流道挡片的流通孔为开设在中间位置的弧形流...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜恒，兰金华，黄惠，张志忠，马佰周，廖青龙，倪连森，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：
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