专利名称：一种用于增强电流变效应的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种物理方法，特别是采用升高电场频率，加强电流变效应的方法，及专用于该方法的装置。
电流变液(Electrorheological fluid简称ER液体)。是指在电场作用下其粘滞性会增加的一种混合液体。这种物质一般是由尺寸为1-100微米的固体颗粒和不导电的液体混合而成。在不加外电压时呈现出液体的特征，在施加电压于这种物质时，当电压达到一定程度(例如1000V/mm)，这种物质就会变成类似固体，粘滞性非常大，可以承受很大的剪切力。这种变化的响应时间为毫秒量级。当去掉电压后又立刻恢复成液体。这种效应的重要应用价值在于可用在机械传动方面。例如无极调速、离合器、减振器，阀门等。故在机械，汽车，航空，航天领域均有重要的应用前景，受到了人们的广泛重视。目前的大多数研究工作集中在获得高剪切强度的电流变液，并具有不沉淀、耐磨、化学性质稳定的特性。同时致力于发展电流变液的应用，对电流变液的作用机理和规律的基础研究也在大力发展。
从文献及专利获知目前为止，通常均是在电流变液上施加直流或50Hz(60Hz)的交流电压。电流变液粘滞性近似随电压的平方而增大，但电压不能太高，高电压会造成击穿。因此发展获得高剪切力的电流变液和方法成为关键的问题。在对电流变液研究中使用了变频的交流电场，但由于幅度小，(小于300V/mm)，且采用的SiO2是含水的，故所得的结论是剪切力随频率而降低。文献J.E.STANGROOM，Proc.2nd Int.Conf.On Electrorheological fluid，Technomics Publis--hing Co.Iancaster，1990，P419。对低于50Hz交流电施加在电流变液进行的研究涉及的频率范围狭窄、电压低、电流微弱，所研究的结果不足以说明频率对电流变液的本质。
本发明的目的在于克服上述有技术的缺点，为了提高电流变液的剪切强度，使之达到实际应用，从而提供一种改变施加到电流变液上的交变电场的频率，加大电流密度，使电流变频的粘滞性(剪切力)不断增大的方法和专用于实现增大电流变效应的装置。
本发明的目的是这样实现的本发明提供一种增加电流变液粘滞性(剪切力)的装置，利用该装置输出的交变电场频率变化，来加大施加在电流变液上的电流密度达到剪切力加大，其具体方法如下1.首先确定电流变装置的频率响应，利用可变频的高压电流测定，电流变液在各种频率下，电流和电压对剪切强度的关系曲线。2.选择最佳频率点一般是选在谐振附近，这时电流变液可获得最大的输入功率。3.确定最高承受电压，对于不同材料的电流变液其承受电压的能力有限，故在最高电压以下工作，其方法是以不击穿为止。4.在一定电压下，增加频率(谐振点附近)使其电流达最佳值。即当电流继续增加，其剪切强度增加缓慢，在达到某一段和点后确定该处频率、电流、电压值。
与此发明相联系，通过改变交变电场的频率，使电路处于谐振状态，若保持电源电压为固定值，在某一频率附近，施加在电流变液上的电压值可增大很多倍，这就可以用较低的电源获得在电流变液上的高电压，从而可得到高剪切力的电流变液。
本发明提供的提高电流变液粘滞性(剪切力)的装置是采用多极板并联方式，现结合图(1)进行详细说明。
图1是一种增加电流变液粘滞性(剪切力)的装置结构示意图。
图2是一种增加电流变液粘滞性(剪切力)的装置电路图。
图3是一种增加电流变液粘滞性(剪切力)的装置第二种电路图。
图4是一种增加电流变液粘滞性(剪切力)的装置第三种电路图。
(1)为电流变液装置的外电极，它是由一系列金属同轴的单元电极组成，在未加电压情况下，由于电流变液ER流体是液态，故此电极为静止状态。由于该电极内嵌于外电极绝缘套(4)与密封轴承(8)形成紧配联接方式。(2)为内旋转金属电极，电极同外电极(1)形成无接触的同心方式，其端部经密封轴承(8)与外部电机(5)转轴相联，电动机(5)由外电路220V供电。在内、外电极形成的间隙处充满电流变液(3)，(7)为支撑轴。当220V电压接通至电动机(5)时，电动机旋转轴带动内电极转动，由于此时电流变液未加外电场而呈液态，故在电极的转动不会带动外筒的运动，当外电压由(9)、(10)端施加于内外电极时，此时充填在内外电极间隙的电流变液的粘度随外电场的电压和电流增加而增强，(即剪切力增加)。当外电场的强度增加到某一临界电压时，其电流变液的剪切力接近固态，此时外电极亦随之转动，转动的速度随外电场的增加而加快，改变外加电场强度和电流大小可以控制外筒的转速，如将轴(6)与其它部件相连，即可以起到无极调速之目的，其调节方式简单，易于控制。
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
图5是测量电流变液粘滞性的装置图。
图6是所测电流对应频率的关系图。
图7是所测剪切力与频率的关系曲线。
图8是所测剪切力与外加电场强度关系曲线。
图9是电流变液获得的功率及剪切力与外场频率曲线。
实施例1本发明使用的电流变液由35umKNbO3晶体粉末和硅油按0.1的体积比混合而成。用Nxs—11旋转式粘度计测量电流变液的粘滞系数，整个测量装置按图1联接，其中采用电路内图2。图2说明如下图中CER是电流变液装置，B为升压器，E为变频高压电流，其频率和幅度连续可调，变压器次级高压HV经限流电阻R与电流变液CER相联，当E不变时，次级回路在频率上谐振。如改变E可使CER两端电压在频率改变时始终保持恒定。CER电流变无极调速离合器，组成由一根50mm×80mm铜管做外电极(1)套在内电极(2)外，内电极(2)为48mm×75mm同心圆片交错嵌在电动机轴上，内外电极之间隙为15mm，电流变液(3)充满在内，内外电极互相绝缘。聚回氧乙烯绝缘套(4)套在外电极(1)外，电动机(5)的轴穿过固定在绝缘套(4)一端密封轴承(8)与内电极(2)联接，支撑架(7)支撑于连接轴(6)，它又插如密封轴承(8)与绝缘套(4)相联，接线柱(9)、(10)联接在图2所示电路图P和P′点上。实施例2CER电流变液装置同实施例1一样，其电路联接方式按图3所示联接，其中图3中的L为高Q值大电感，当改变E的频率时，回路谐振在频率上，当L的Q值为100时，若输入电压为100V，则在谐振时CER上可获得1万伏的电压。
实施例3CER电流变液装置同实施例1一样，其电路联接方式按图4所示联接，其中图4中的工作原理与图3同，其主要区别在于，当E选在低频范围内时，在L一定的情况下，可以改变并在电流变液CER的电容c’的容量使其回路谐振。c’要求用耐高压的电容器，其损耗应尽量小。
图6是在一定电场情况下(每一曲线不变)。电流变液电流与频率关系，例如曲线(b)所示，此时电流变液在一固定的外电场(Uc＝600V/mm)的作用下，随着频率升高，电流成正比地增长，与此对应图3中曲线(b’)可以看到，在频率(或电流)增加时，电流变液剪切力亦随之增大，在频率为2000Hz时其剪切力与低频情况下相比，约为5倍左右。图(2)中曲线a，c，d和图3中a’，c’，d’分别是在保持不同电场情况下的变化关系。图(4)所示为电流变液剪切力随外加电场的变化关系，例如e，f曲线分别是当电流变液处在直流和2000Hz情况下，其剪切力与外加电场的变化关系。由此可以看到，在直流场的情况下，即使是1000V/mm的场强下，电流变液呈低剪切力状态，与此相反，当频率为2000Hz是，随着外场的增加，其剪切力呈指数增长，其关系式满足(其中为剪切力，A为比例常数，Ec为施加在电流变液的外场)，可以看到，高频情况下剪切力与直流情况相比，约为一个数量级的增长量。
图5是在保持输入电流电压不变时，电流变液剪切力与频率的关系曲线，电流变也和与容器的内外筒一起实质上可以等效为一个电容器CER，其容量由电流变液所用的材料种类，浓度以及内外筒的面积，间隙大小共同决定，当外部接有升压变压器的电感系统接入电流变液系统时，实质上是可以等效为一个LC谐振回路，其谐振频率ft曲线变压器的电感量L和电流变液系统电容CER共同决定，满足关系式ft上产生谐振现象，其谐振曲线如图(5)所示，从图中可以看到，随频率的增加，施加在电流交液上的功率在1000Hz左右出现一个谐振最大值，与此对应电流变液剪切力也出现最大强度。
权利要求
1.一种用于增强电流变效应的方法，其特征在于采用改变施加到电流变液上的交变电场的频率，加大电流密度，使电流变液的粘滞性(剪切力)不断增大。
2.一种专用于增强电流变效应的装置，其特征在于包括变频高压电流与电流变无极调速离合器CER组成的L式电路相联。
3.按权利要求2所述的专用于增强电流变效应的装置，其特征在于所述的电流变无极调速离合器包括由金属制做的内电极(1)套在金属同心圆片交错嵌在电动机轴上的外电极(2)外，它们之间充满电流变液(3)，内、外电极相互绝缘，绝缘套(4)套在外电极(1)外，电动机(5)的轴穿过固定在绝缘套(4)一端，密封轴承(8)与内电极(1)联接，联接轴(6)插入另一密封轴承(8)与绝缘套(4)相联，接线柱(9)、(10)与变频高压电流相联。
全文摘要
本发明涉及一种物理方法，特别是采用升高电场频率，加强电流变效应的方法及专用于该方法的装置。本发明的目的为了提高电流变液的剪切强度，使之达到实际应用，从而提供一种改变施加到电流变液上的交变电场的频率，加大电流密度，使电流变液的粘滞性(剪切力)不断增大的方法和提供一种专用于实现增大电流变效应的装置。
文档编号F15B21/04GK1126284SQ94111558
公开日1996年7月10日 申请日期1994年10月25日 优先权日1994年10月25日
发明者温维佳, 陆坤权 申请人:中国科学院物理研究所