[发明专利]多功能磁流变驱动机构

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2009年3月11日提交的第61/202,539号美国临时申请的优先权，该申请的全部内容通过引用明确并入本文。

技术领域

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。

背景技术

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。

发明内容

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1A和1B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11A和11B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。