具有圆柱形流体间隙的磁流变流体离合器设备的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年4月21日提交的美国临时专利申请号62/150,611以及2015年6月10日提交的美国临时专利申请号62/173,606的优先权，这两个申请的内容通过引用并入本文。

本申请总体上涉及磁流变(magnetorheological，mr)流体离合器设备。

背景技术：

受控滑动致动系统采用动力通过mr流体离合器设备分配到一个或多个机械输出的动力源。当寻求高负载和高动态性能时，会用这些致动系统来代替常用的电致动系统。这些致动系统表现出相似的动态性能且可表示整体重量减轻。

其它最先进的分布式动力装置依赖液压或电磁致动。液压致动在避免机械卡阻(mechanicaljams)方面高度可靠，但其动态响应和效率在根本上是有限的。此外，由于液压装置易于发生泄漏并导致维护成本增加，因此液压系统在商业应用中的实施通常存在问题。电磁致动为液压致动提供了替代方案。例如，使用直接驱动式电动机的致动系统表现出相似的动态性能，但与受控滑动致动系统相比可能更重，而由于齿轮传动的缘故，使用齿轮传动电动机的致动系统的动态性能可能低于受控滑动致动系统的动态性能。实际上，当耦接至减速齿轮箱时，机电致动器比直接驱动式方案要轻得多且成本更低，但其高输出惯性、摩擦力和侧隙(backlash)大大降低了其动态性能。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种新颖的mr流体离合器设备。

因此，根据本公开的第一实施方案，提供了一种磁流变流体离合器设备，包括：连接至一结构的定子，该定子至少具有环形壁；可旋转地安装至定子的第一转子，该第一转子具有至少一个第一剪切表面；可旋转地安装至定子以绕与第一转子共有的轴线旋转的第二转子，该第二转子具有与该至少一个第一剪切表面相对的至少一个第二剪切表面，该至少一个第一剪切表面和至少一个第二剪切表面被至少一个环形空间隔开；包括至少一个环形空间的磁流变(mr)流体室内的mr流体，该mr流体配置成当经受磁场时在转子之间产生可变量的转矩传递；内磁芯和外磁芯，二者之间具有容置定子的环形壁的环形腔，该内磁芯和外磁芯连接至转子的至少其中之一以随其旋转，以便可旋转地安装至定子；内流体间隙位于内磁芯与环形壁之间并且外流体间隙位于外磁芯与环形壁之间，该内流体间隙和外流体间隙填充有至少一种流体；以及至少一个线圈，该至少一个线圈由环形壁支撑且可致动以通过mr流体传送磁场，磁场遵循的路径包括环形壁、外流体间隙、外磁芯、至少一个第一剪切表面和至少一个第二剪切表面、内磁芯以及内流体间隙；其中转子之一适于耦接至动力输入，而另一个转子适于连接至输出，由此，致动该至少一个线圈的致动引起转子之间的转矩传递的变化。

进一步根据第一实施方案，至少一个第一剪切表面包括至少一个第一鼓，且进一步地其中，至少一个第二剪切表面包括至少一个第二鼓。

更进一步根据第一实施方案，存在多个第一鼓和多个第二鼓，第一鼓与第二鼓缠结。

更进一步根据第一实施方案，第一鼓支撑在第一鼓架的一侧上，mr流体室包括位于第一鼓架的相对侧上的中空室，且至少一个第一流体通道被限定为穿过第一鼓架。

更进一步根据第一实施方案，第二鼓由第二鼓架支撑，mr流体室还包括被限定为穿过第二鼓架的至少一个第二流体通道。

更进一步根据第一实施方案，磁流变流体路径按顺序由环形空间、第一流体通道、中空室、外磁芯内的流体通道、鼓外部的空间以及第二流体通道限定在mr流体室内。

更进一步根据第一实施方案，鼓外部的空间为第一转子的盖的内腔。

更进一步根据第一实施方案，盖的外表面上有热交换翅片。

更进一步根据第一实施方案，盖上有开向mr流体室的开口，该开口由柔性膜密封地封闭。

更进一步根据第一实施方案，开口开向膨胀室，膨胀室内具有弹性材料以选择性地对柔性膜施加偏压力。

更进一步根据第一实施方案，内磁芯和外磁芯连接至第一转子。

更进一步根据第一实施方案，至少一个永磁体由环形壁支撑，且当无其它磁场存在时，该至少一个永磁体通过mr流体传送磁场，其中至少一个线圈可致动以传送将至少一个永磁体的磁场改变方向为远离mr流体的磁场，以减少mr流体内的表观磁场。

更进一步根据第一实施方案，转子之一连接至能量回收装置以利用转子之一的输出回收能量。

更进一步根据第一实施方案，第一密封件连接至定子并密封接合在第二转子的输出轴上以将mr流体室限制在定子与输出轴之间，第二密封件连接至定子并密封接合在输出轴上，使得非mr油室限定在第一密封件、第二密封件、定子以及轴之间，输出轴与定子之间的至少一个轴承位于非mr油室以及mr流体室外部。

更进一步根据第一实施方案，至少一个永磁体在非mr油室内发射磁场以吸引泄漏入非mr油室内的mr流体。

更进一步根据第一实施方案，一个平移接头支撑第二转子，使得第二转子可轴向移动远离第一转子以使剪切表面彼此分隔。

更进一步根据第一实施方案，流体间隙为径向流体间隙。

进一步根据本公开的第二实施方案，提供了一种磁流变流体离合器设备，包括：连接至结构的定子，该定子至少具有环形壁；可旋转地安装至定子的第一转子，该第一转子具有：支撑在第一鼓架的一侧上的至少一个第一鼓，位于第一鼓架的相对侧上的中空室，以及穿过第一鼓架的至少一个第一流体通道；可旋转地安装至定子以绕与第一转子共有的轴线旋转的第二转子，该第二转子具有至少一个第二鼓，该至少一个第二鼓与至少一个第一鼓相对并被环形空间隔开，至少一个第二鼓由第二鼓架支撑，至少一个第二流体通道被限定为穿过第二鼓架；包括位于鼓之间的环形空间的磁流变(mr)流体室内的mr流体，该mr流体配置成当经受磁场时在转子之间产生可变量的转矩传递；以及内磁芯和外磁芯，该内磁芯和外磁芯连接至转子的至少其中之一以随其旋转以便可旋转地安装至定子；以及至少一个线圈，该至少一个线圈由环形壁支撑且可致动以通过mr流体传送磁场，磁场遵循的路径至少包括环形壁、外磁芯、至少一个第一鼓和至少一个第二鼓，以及内磁芯；其中磁流变流体路径按顺序由环形空间、第一流体通道、中空室、外磁芯内的流体通道、鼓外部的空间以及第二流体通道限定；其中转子之一适于耦接至动力输入，而另一个转子适于连接至输出，由此，该至少一个线圈的致动引起转子之间的转矩传递的变化。

更进一步根据第二实施方案，存在多个第一鼓和多个第二鼓，利用位于第一鼓与第二鼓之间的环形空间将第一鼓与第二鼓缠结。

更进一步根据第二实施方案，鼓外部的空间为第一转子的盖的内腔。

更进一步根据第二实施方案，盖的外表面上有热交换翅片。

更进一步根据第二实施方案，盖上有开向mr流体室的开口，该开口由柔性膜密封地封闭。

更进一步根据第二实施方案，开口开向膨胀室，膨胀室内具有弹性材料以选择性地对柔性膜施加偏压力。

更进一步根据第二实施方案，至少一个永磁体由环形壁支撑，且当无其它磁场存在时，该至少一个永磁体通过mr流体传送磁场。其中至少一个线圈可致动以传送将至少一个永磁体的磁场改变方向为远离mr流体的磁场，以减少mr流体内的表观磁场。

更进一步根据第二实施方案，转子之一连接至能量回收装置以利用转子之一的输出回收能量。

更进一步根据第二实施方案，第一密封件连接至定子并密封接合在第二转子的输出轴上以将mr流体室限制在定子与输出轴之间，第二密封件连接至定子并密封接合在输出轴上，使得非mr油室限定在第一密封件、第二密封件、定子以及轴之间，输出轴与定子之间的至少一个轴承位于非mr油室以及mr流体室外部。

更进一步根据第二实施方案，至少一个永磁体在非mr油室内发射磁场以吸引泄漏入非mr油室内的mr流体。

更进一步根据第二实施方案，一个平移接头支撑第二转子，使得第二转子可轴向移动远离第一转子以使第一鼓与第二鼓分隔。

根据本公开的第三实施方案，提供了一种磁流变流体离合器设备，包括：定子，该定子适于连接至一结构并具有功率发射装置；可旋转地安装至定子的第一转子，该第一转子具有磁芯、至少一个第一剪切表面，以及配置成从定子上的功率发射装置无线接收功率的功率接收装置；位于功率发射装置与功率接收装置之间的至少一个流体间隙，该流体间隙完全填充流体；可旋转地安装至定子以绕与第一转子共有的轴线旋转的第二转子，该第二转子具有与所述至少一个第一剪切表面相对的至少一个第二剪切表面，该第一剪切表面和第二剪切表面被至少一个环形空间隔开；包括位于至少一个第一剪切表面与至少一个第二剪切表面之间的至少一个环形空间的磁流变mr流体室内的mr流体，该mr流体配置成当经受磁场时在转子之间产生可变量的转矩传递；以及连接至功率接收装置并由磁芯支撑的至少一个线圈，该至少一个线圈可致动以通过mr流体传送磁场，磁场遵循的路径包括磁芯、至少一个第一剪切表面和至少一个第二剪切表面；其中转子之一适于耦接至动力输入，而另一个转子适于连接至输出，由此，该至少一个线圈的致动引起转子之间的转矩传递的变化。

进一步根据第三实施方案，至少一个第一剪切表面包括至少一个第一鼓，且进一步地其中，至少一个第二剪切表面包括至少一个第二鼓。

更进一步根据第三实施方案，存在多个第一鼓和多个第二鼓，第一鼓与第二鼓缠结。

更进一步根据第三实施方案，第一鼓支撑在第一鼓架的一侧上，mr流体室包括位于第一鼓架的另一侧的中空室，且至少一个第一流体通道被限定为穿过第一鼓架。

更进一步根据第三实施方案，第二鼓由第二鼓架支撑，mr流体室还包括被限定为穿过第二鼓架的至少一个第二流体通道。

更进一步根据第三实施方案，磁流变流体路径按顺序由至少一个环形空间、第一流体通道、中空室、外磁芯内的流体通道、鼓外部的空间以及第二流体通道限定在mr流体室内。

更进一步根据第三实施方案，鼓外部的空间为第一转子的盖的内腔。

更进一步根据第三实施方案，盖的外表面上有热交换翅片。

更进一步根据第三实施方案，盖上有开向mr流体室的开口，该开口由柔性膜密封地封闭。

更进一步根据第三实施方案，开口开向膨胀室，膨胀室内具有弹性材料以选择性地对柔性膜施加偏压力。

更进一步根据第三实施方案，至少一个永磁体由环形壁支撑，且当无其它磁场存在时，该至少一个永磁体通过mr流体传送磁场。其中至少一个线圈可致动以传送将至少一个永磁体的磁场改变方向为远离mr流体的磁场，以减少mr流体内的表观磁场。

更进一步根据第三实施方案，转子之一连接至能量回收装置以利用转子之一的输出回收能量。

更进一步根据第三实施方案，第一密封件连接至定子并密封接合在第二转子的输出轴上以将mr流体室限制在定子与输出轴之间，第二密封件连接至定子并密封接合在输出轴上，使得非mr油室限定在第一密封件、第二密封件、定子以及轴之间，输出轴与定子之间的至少一个轴承位于非mr油室以及mr流体室外部。

更进一步根据第三实施方案，至少一个永磁体在非mr油室内发射磁场以吸引泄漏入非mr油室内的mr流体。

更进一步根据第三实施方案，一个平移接头支撑第二转子，使得第二转子可轴向移动远离第一转子以使剪切表面彼此分隔。

更进一步根据第三实施方案，功率发射装置与功率接收装置之间的至少一个流体间隙为径向流体间隙。

更进一步根据第三实施方案，功率发射装置与功率接收装置之间的至少一个流体间隙为轴向流体间隙。

附图说明

图1是包含本公开的特征的通用磁流变(mr)流体离合器设备的示意图；

图2是本公开的mr流体离合器设备组装后的透视图；

图3是图2中的mr流体离合器设备的局部剖视图；

图4是图2中的mr流体离合器设备的分解视图；

图5是图2中的mr流体离合器设备的放大视图，示出了由线圈感应的磁场；

图6是图2中的mr流体离合器设备的动态密封系统的放大视图；

图7是根据本公开的另一个实施方案的mr流体离合器设备的分解视图；

图8是图7中的mr流体离合器设备中流动的mr流体的放大透视图；

图9是输出转子滑动分离的mr流体离合器设备的示意性剖视图；

图10是根据本公开的带有线圈的永磁体处于未通电状态的mr流体离合器设备的局部剖视图；

图11是图10中的线圈处于通电状态的mr流体离合器设备的局部剖视图；

图12是图10和图11中的mr流体离合器设备的转矩与电流的函数关系的示意性曲线图；

图13是根据本公开的具有用于非接触式功率传输的轴向流体间隙的mr流体离合器设备的局部剖视图；

图14是根据本公开的具有用于非接触式功率传输的径向流体间隙的mr流体离合器设备的局部剖视图；以及

图15是根据本公开的另一个实施方案的与图2中的mr流体离合器设备相似但具有非径向间隙的mr流体离合器设备的放大视图。

具体实施方式

参考附图并且更具体地参考图1，示出了一种配置成基于接收的输入电流而提供机械输出力的通用磁流变(mr)流体离合器设备10。图1中的mr流体离合器设备10是可用于下述系统中的mr流体离合器设备的简化表示。用于下述系统中的mr流体离合器设备可具有附加组件和特征，例如冗余电磁体、mr流体膨胀系统等。

mr流体离合器设备10具有带有盘12a的驱动构件12，鼓13在轴向方向上从盘伸出，该总成也称作输入转子。mr流体离合器设备10还具有带有盘14a的从动构件14，与鼓13缠结(intertwined)的鼓15从盘14a伸出以限定填充有mr流体16的环形室。从动构件14和鼓15的总成也称作输出转子。环形室由与从动构件14一体的壳体17界定，因此壳体17的与鼓13相对的一些表面被称为剪切表面，因为它们在转矩传递期间将与鼓13协作，如下所述。

在图1的实例中，驱动构件12可以是与动力输入机械连通的输入轴，而从动构件14可以与动力输出(即，力输出、转矩输出)机械连通。mr流体16是一种由设置在载体流体中的可磁化颗粒构成的智能流体，通常为一种油。当经受磁场时，流体的表观粘度可增大，有可能增大至变为粘塑性(viscoplastic)固体的程度。表观粘度由相对剪切表面之间包含的mr流体(即驱动侧的鼓13，以及鼓15和环形室内的壳体17的剪切表面)的操作剪切应力与操作剪切速率之比定义。磁场强度主要影响mr流体的屈服剪切应力。当流体处于有源(“接通”)状态时，可使用控制器通过改变集成于壳体17内的电磁体18产生的磁场强度(即，输入电流)而控制流体的屈服剪切应力。因此，能利用电磁体18来控制mr流体的传递力的能力，从而用作构件12与构件14之间的离合器。电磁体18配置成改变磁场强度，使得构件12与构件14之间的摩擦可低至足以允许驱动构件12相对于从动构件14自由旋转，且反之亦然，即在受控滑动的情况下。

驱动构件12由动力源(如旋转式齿轮传动电动机)以所需速度驱动，且输出转子连接至待受控机械装置。由mr流体离合器设备10传递的转矩与穿过mr流体的磁场强度有关。通过线圈18来调制磁场强度。

参考图2、图3和图4，mr流体离合器设备作为整体总体上以10表示。mr流体离合器设备10具有输入转子20(也称作驱动构件)、定子30(包括线圈)以及输出转子40(也称作从动构件)，且mr流体位于mr流体室内，mr流体室限定在包括转子20和转子40的鼓之间的自由空间内。

可通过旋转动力源(未示出，如旋转式齿轮传动电动机)规定的恒定或变化速度驱动输入转子20。输出转子40连接至待受控机械输出(未示出)。当电流在定子30的线圈中循环时，如下所述，定子30内感应磁场，且磁场穿过鼓和mr流体。然后，通过剪切的鼓之间的mr流体，转矩(取决于磁场强度)从输入转子20传递至输出转子40。虽然以下描述中指出转子20为输入转子而转子40为输出转子，但应指出转子20可以是输出转子，而转子40可以是输入转子。然而，为了明确简单且避免不必要的重复，将继续以“输入转子20”和“输出转子40”进行描述。

如图3和图4最佳所示，输入转子20具有彼此隔开的内磁芯20a和外磁芯20b。内磁芯20a和外磁芯20b由铁磁性材料制成，铁磁性材料可具有高磁导率、高磁饱和度、高电阻率以及低磁滞，例如硅铁。具有高电阻率的材料允许通过使涡流最小化而更快地建立磁场，从而实现动态性能提高。

利用跨越内磁芯20a与外磁芯20b之间的径向空间的鼓架22，圆柱形输入鼓21(图4)紧固至鼓架22(也称作盘、板、环等)。在实施方案中，鼓21紧密配合组装在鼓架22的通道内，且暗销(dowelpins)23穿过所有鼓21。暗销23还可穿入内磁芯20a，如图3和图4所示。鼓架22可由非铁磁性材料组成以使穿过其的磁场最小化，且还可具有高电阻率以使mr离合器设备10的瞬态操作期间的电阻损耗最小化。

在众多实例中的一个实例中，输入转子20可由动力源通过正时带滑轮(timing-beltpulley)或任何其它驱动构件(如，链轮、齿轮、平带滑轮或v带滑轮)驱动。为了解释说明，设置滑轮部分24是为了与带(未示出)相互连接，其中滑轮部分24为与正时带(也称作，齿状带、嵌齿带、同步带)配合的齿形滑轮。滑轮部分24可使用机械紧固件等紧密配合或粘合或可靠地(正向地，positively)锁定至外磁芯20b。

盖25固定至外磁芯20b，且在一实施方案中，盖由铝制成以用于冷却。盖25上存在散热翅片25a，以便当以恒定速度驱动输入转子20时通过强制对流来冷却mr流体离合器设备10。散热翅片25a有助于降低mr流体的工作温度，从而可延长mr流体离合器设备10的寿命。盖25可将静止面密封件25b压到外磁芯20b上以防止mr流体泄漏。可以贯穿盖25限定填充口25c，以用mr流体填充mr流体离合器设备10。如图所示，除了其它解决方案外，可用密封的紧定螺纹件25d插入并拔出填充口25c。

盖25上的中心孔25e由配备有柔性膜26b的膨胀室盖26a封闭，以允许mr流体在升温或mr流体陈化相变期间膨胀。为了抵消因mr流体而导致的膜26b凸起，可在膨胀室盖26a与柔性膜26b之间的空膨胀容积内放置一些适应性材料26c，例如聚氨酯泡沫。因此，适应性材料26c在膜26b上施加偏压压力。此外，膨胀室盖26a上可存在排气孔和/或减压装置以避免空膨胀容积内压力过度积聚。

仍参考图3和图4，定子30由铁磁性材料制成以引导磁场。定子30可具有环形主体，其u形区段内形成有环形腔30a。内磁芯20a容置在环形腔30a内，该环形腔可由内环形壁31a、外环形壁31b和径向壁31c限定，所有壁可以是单个整体件。内磁芯20a由一个或多个轴承32可旋转地支撑，图3和图4示出了一对轴承32。虽然轴承32示为位于内磁芯20a与定子30之间，但从内磁芯20a向内，可考虑将轴承32定位在其它地方，例如定位在下述径向流体间隙内。例如，定子30经由其外面33(即径向壁31c的一部分)上的孔连接至一结构，并且因此相对于该结构而言，定子30是mr流体离合器设备10的不可动组件。

如图5最佳所示，定子30的尺寸为使得流体间隙34a和34b分别限定在定子30与内磁芯20a以及定子与外磁芯20b之间。图5中的流体间隙34a和34b被描述为径向间隙，这是因为其对于固定径向位置而言在轴向方向上延伸。然而，可考虑以轴向间隙或轴向间隙、径向间隙或成角度间隙的组合来替代。为了说明这一点，图15示出了与图2-5中的mr流体离合器设备10共有许多组件的mr流体离合器设备(相同附图标记表示相同组件)，但内磁芯20a与定子30之间的间隙34a为成角度间隙(即，轴向和径向坐标不同)。外磁芯20b与定子30之间的间隙34b为轴向间隙，即该间隙对于固定轴向位置而言在径向方向上延伸。其它布置方式也是预期的，例如间隙34a为轴向或径向间隙，和/或间隙34b为成角度或径向间隙。

使用期间，流体间隙34a和34b填充有流体，例如空气和其它气体，或润滑和/或冷却液体，如油、油脂等。间隙34a和间隙34b内的流体为非mr流体(一种或多种非mr流体)。因此，径向流体间隙34a和34b在使用期间可无固体，或大部分情况下无固体。换句话说，流体间隙无滑环，或不具有滑环。可存在一些保护密封件以阻挡固体穿透，但间隙34a和间隙34b一般无固体。线圈35紧固至定子30的环形主体，例如使用粘合剂。预期设置穿过定子30的狭槽来供连接至线圈35的线通过，以为mr流体离合器设备10供电。定子30还包括用于可旋转地支撑输出转子40的一个或多个轴承36，如下所述。

可使用高铜因数卷绕方法来卷绕线圈35。较高的铜比率可提高效率。还考虑了允许进行例如扁平线卷绕、水平堆叠、圆柱形堆叠的卷绕方法。还考虑了多层pcba卷绕(重铜pcba)来代替仅含铜。

轴承32/36可涂覆油脂，且可使用非接触密封件来限制摩擦。以输入转子20与定子30之间的轴承以及定子30与输出转子40之间的单独轴承为特征的轴承布置提高了mr流体离合器设备10的安全性。例如，如果输入转子20与定子30卡阻，则输出转子40仍能自由旋转。反之，如果输出转子40与定子30卡阻，则驱动输入转子20的动力源仍能旋转。

输出转子40具有圆柱形输出鼓41，该圆柱形输出鼓通过鼓41的内直径上的紧密配合总成紧固至鼓架42(例如，板、盘等)。除了其它方式之外，暗销43可穿过鼓41将输出鼓41连接至鼓架42。输出鼓41为铁磁性的，以便磁场很容易穿过它们(例如，鼓的每一个内的磁通均相等)。鼓架42由非铁磁性材料(如，铝合金)制成以使穿过其的磁场最小化，从而减小输出转子40的惯性。

鼓架42具有轴接口44，鼓架通过该轴接口连接至轴45。在实施方案中，轴接口44为套筒状组件，该套筒状组件旋转地耦接至轴45，且可具有耐磨套筒44a和44b。输出转子40旋转时通过键或任何其它锁定装置(花键、紧密配合等)锁定至输出轴45。密封轴盖46用于相对于输出轴45轴向保持输出转子40并防止mr流体泄漏。输出轴45上可限定有用于扳手的扁平部分以便于旋拧轴盖46。该布置方式是将鼓架42连接至轴45以便轴45可经由鼓架42从输入转子20接收驱动致动的其中一种方式。鼓架42还包括通孔47，通孔47可周向分布在鼓架42上以允许mr流体循环。如图3所示，通孔47径向地位于鼓41与轴接口44之间。

mr流体离合器设备10可使用奇数个鼓21和42，例如平均为大约7个。可根据应用使用更多或更少个鼓。对于给定的所需转矩和给定直径而言，使用一个以上鼓可有助于减小mr流体离合器设备10的总体积和重量，因为使用多个鼓有助于减小鼓长度以及内磁芯20a和外磁芯20b的横截面。同时，由于磁芯的横截面减小时涡流被最小化，因此磁回路的时间响应得以改进。与多盘构造相比，多鼓构造使得组装简化且mr流体间隙的容差更佳。

参考图5，线圈35感应的磁场f遵循穿过定子30的环形壁31b、径向流体间隙34b、外磁芯20b、mr流体、鼓21和41、内磁芯20a以及径向流体间隙34a的闭合路径。径向流体间隙34a和34b使得线圈35在不使用滑环的情况下通电。事实上，以两个径向流体间隙34a和34b执行的磁性滑环代替了典型的摩擦滑环。径向流体间隙34a和34b为径向而非轴向有两个原因。第一个原因是，很容易达到径向容差，因此流体间隙可相当小(小于0.2毫米)，从而使磁化流体间隙34a和34b所需的附加线圈圈数最小化。第二个原因是，由于流体间隙34a和34b的旋转对称，定子30与磁芯20a以及与磁芯20b之间的流体间隙34a和34b中的磁吸引力几乎消除。如果流体间隙为轴向(如图15)，则可存在磁吸引力且磁吸引力可在轴向上使轴承负载。

参考图5和图6，mr流体离合器设备10具有用于降低mr流体染污轴承32/36的风险的两级动态密封系统。动态密封系统可具有紧固在公共密封件支撑件51内的一个或多个动态唇缘密封件50a和50b。密封件支撑件51也可集成在内磁芯20a内。密封件支撑件51可由铁磁性材料制成。在图示的实施方案中，密封件支撑件51与输入转子20的内磁芯20a滑动配合接合，且静止密封件52用于将mr流体容纳在mr流体室内。两个动态密封50a和50b均紧固至输入转子20并随其旋转。密封件50a和50b各自的唇缘与耐磨套筒44a和44b接触，耐磨套筒为轴接口44的一部分，且可例如紧密配合在输出转子40上。直径较大的动态密封件50a直接与mr流体接触。如图所示，通孔47可定位成与动态密封件50a轴向对准并允许mr流体在整个mr流体室内部循环以通过允许流体循环使流体更均匀地陈化。动态密封件50a与50b之间的间隙中形成油室53，油室53可填充有润滑油，该润滑油具有与mr流体中使用的油相似的成分，但不具有铁磁性颗粒。例如，可通过输出转子40的鼓架42上的孔将该润滑油填充到油室53内。

可在密封件支撑件51上等距隔开的盲孔内插入永磁体54，永磁体54可以是例如圆柱形。永磁体54面对较大的动态密封件50a，且磁极性可从一个磁体54到另一个磁体交替。只要不阻碍线圈35的磁场，可使用轴向磁化的单个环形永磁体来代替多个永磁体54。为此，设置在动态密封件50a背面的铁磁性板55用于改变磁体54的磁通的方向，使得由永磁体54感应的磁场不传播至mr流体室。正常操作时，由于油室53内无铁磁性颗粒或铁磁性颗粒的浓度较低(铁磁性颗粒可耐磨损)，因此较小动态密封件50b的磨损可低于较大动态密封件50a的磨损。在较大动态密封件50a发生泄漏的情况下，一些铁磁性颗粒可迁移至油室53，但随后被磁体54吸引至磁体54和铁磁性板55界定的区域内。该磁吸引使铁磁性颗粒的至少一部分保持远离较小动态密封件50b，从而减缓较小动态密封件50b的磨损。还预期设置排放通道来排出轴承32/36的任何mr流体，其中离心力有助于排出mr流体。因此，通过使用以上描述的该类型的动态密封系统，可提高mr流体离合器设备10的寿命和安全性。

考虑了其它密封布置。例如，根据另一个动态密封实施方案，可仅使用一个动态密封件50来限制mr流体离合器设备10的总摩擦。在另一个动态密封实施方案中，可用油脂室来代替油室53。在这种情况下，由于油脂将形成防止铁磁性颗粒透过的屏障，因此可不需要布置磁体54和铁磁性板55。这种油脂室可由迷宫式密封件密封。

由于定子30在输入转子20和输出转子40旋转时固定不旋转，因此一些附加组件可紧固至定子30。例如，可在定子30上安装传感器。这种传感器包括位于定子30与输出转子40之间的位置编码器。另一预期的传感器是位于定子30与轴45之间的转矩传感器。这些传感器可允许验证mr流体离合器设备10的效率，且可检测衰退，从而检测mr流体寿命的结束。其它传感器包括磁通传感器以通过增大起始电流来提高转矩控制，并进行预测故障评估。出于安全原因，也可存在温度传感器。例如，传感器可监测流体温度，并在可导致mr流体过早陈化或劣化的过高温度的情况下，限制设备10的性能。

此外，传感器可安装在旋转部分内，同时从安装在定子30内的线圈35获得能量，其中无线通信系统向pcba广播无线信息。

固定定子30提供的实施方案是可以在离合器设备10的固定定子30与输入转子20或输出转子40(包括轴45)之间安装制动器。当仅制动力便足以确保适当的系统功能时，制动器的存在可限制mr流体磨损。

参考图7和图8，分别图示了输入转子和输出转子的替代构造20'和40'。为了清楚起见，图7和图8中已移除了完整mr流体离合器设备10的许多组件，例如定子30、动态密封系统等，以便将注意力集中于区别特征。

输入转子20'的一个区别特征是鼓架22'，该鼓架具有中空环形主体70，形成环形腔71。输入鼓21紧固至连结板(webs)72以形成流体通道。如此，mr流体可流过连结板72并进入环形腔71。在图示的实施方案中，连结板72径向定向，然而预期了其它定向。此外，连结板72构成限定mr流体流动通道的众多方式中的一种方式。鼓架22'的外圆周壁上限定了径向出口73，该径向出口73与外磁芯20b上的孔74对齐。除了其它方式之外，输入鼓21上的螺旋槽75可引起泵送作用。

同样地，输出转子40'具有鼓架42'，鼓架42'在盘主体端部处具有多个连结板80，以支撑输出鼓41。在图示的实施方案中，连结板80还是径向定向，尽管预期了其它定向。此外，连结板80构成限定mr流体流动通道的众多方式中的一种方式。

如图8所示，通过输入鼓21上(可以在示出的磁芯20的剪切表面上)的螺旋槽75形成的平行泵送作用在mr流体离合器设备10内的mr流体循环。通过使mr流体流到达冷却路径(包括沿着带翅片的盖25的流动)来抽吸剪切接口内产生的热量，然后mr流体在鼓21/鼓41之间再循环。因此，通过使mr流体平行循环而非连续循环(即，从一个鼓循环至另一个鼓)，减少了mr流体在进入冷却路径之前处于鼓21与鼓24之间的时间量。

径向出口73和外磁芯20b上的相应孔74具有足够大的直径，以便当施加磁场时，出口73/孔74内的mr流体的粘度低至足以流动通过。

鼓21和鼓41能以任何合适的方式分别连接至连结板72和连结板80。例如，可使用激光焊接。与鼓架22和42相似，鼓架22'和42'由例如非铁磁性不锈钢制成，而鼓21和41以及磁芯20由铁磁性钢制成。带翅片的盖25可由铝、铜或任何其它散热材料制成。

参考图9，预期了允许在输入鼓21与输出鼓41之间进行轴向运动，以便在不影响mr流体离合器设备10的带宽的情况下，减小关断状态下的阻力以及可获得的最大转矩。实现此的一种预期方式包括使用轴上的输出鼓架42的滑动机构90。可通过穿过轴中心的气动压力、液压压力或任何其它机构来控制滑动机构90的致动。图9是上半部分示出接合轴向位置而下半部分示出分离轴向位置的示意图(即，图9未示出可在其中心线处分隔的轴)。

还考虑了热管理，以提高mr流体离合器设备10的性能。考虑了不同构造，例如在盖25上集成热管以冷却mr流体(例如，铜热管、甲醇铜热管)，其中由于轴45是单面的，因此可以在盖侧进行流体冷却(气体或液体)；盖25采用铜或铝来提高散热；鼓架22和42采用铜或铝来提高从驱动侧或从动侧的鼓21和41排热。其它构造包括与mr流体室内的mr流体接触以提高盖25的热吸收的翅片，使用轴作为冷却管理的一部分，例如通过使轴与内圆筒支撑件接触以及通过利用热油脂来冷却总成。将鼓21和41压配合在鼓架22和42上还可经由鼓架22和42使热传导最大化。可使用导热膏来提高压配合相对侧的热传递。泵送效果可引起流体在间隙34a和间隙34b内循环，从而冷却总成。

利用mr流体离合器设备10，还提高了mr流体交换管理。由于离合器设备10具有静止部分(即，定子30)，因此设备10可增添管道来周期性地进行流体交换以防止流体间隙内存在的流体过时效。当设备10具有单面轴时(与轴45一样)，还考虑了在盖25上设置mr流体交换管道。mr流体交换管道将用于通过周期性地或不断地交换mr流体来防止mr流体室内的mr流体过时效。为了使每个剪切接口的剪切均匀，预期使鼓21和41的长度不同。外鼓21和41将短于内鼓21和41，以便每一个剪切接口的表面均等同。这将有助于使剪切接口的每一个内的磁通密度保持相对均匀。

由于是多鼓架构，利用输出惯性低和/或高动态响应的转矩带宽高，mr流体离合器设备10能够实现高转矩传递。圆柱形/径向流体间隙34a和34b会引导磁场，而非使用滑环。独立地将输入转子20和输出转子40安装至定子30的两组轴承可有助于防止输入转子20与输出转子40卡住。动态密封系统是缓解内部密封故障的密封策略的一部分。通过由输入转子20的带翅片的盖25导致的强制空气对流进行冷却可通过降低mr流体的温度来延长其寿命。膨胀室盖26a缓解了mr流体的热膨胀。因此，具有这些特征的一个或多个的mr流体离合器设备10允许可行且性能良好的受控滑动致动系统，例如主动悬架装置、单一dof或多dof致动系统。

在受控滑动致动系统中，动力源是众所周知的，且可通过使用例如与具有高减速比的减速齿轮箱耦接的高速电动机而设计成轻型动力源。然而，mr流体离合器设备是影响控制滑动致动系统的寿命、动态性能、重量以及可靠性的主要组件，而寿命、动态性能、重量以及可靠性是获得将与当前电致动系统媲美的可行且性能良好的受控滑动致动系统的必要方面。因此，所提出的mr流体离合器设备10包括可至少满足这些方面的一部分的设计特征。

与文献中给出的mr离合器不同，mr流体离合器设备10的几何形状(鼓的数量、特征尺寸、材料选择)可在不增大关断状态离合器转矩的情况下，增大转矩/质量比。mr流体离合器设备10还提高了致动器的可靠性及其寿命，而无重量损失。

mr流体离合器设备10可集成在轻型受控滑动致动器(controlled-slippageactuators，csa)中，以帮助其变得更耐用、具有高动态响应，并满足要求最苛刻的应用所需的可靠性。因此，mr流体离合器设备10最终允许csa致动器用于广泛的应用(机器人、航空航天、运输等)。mr流体离合器设备10可用作多转输出机构，而无需使用滑环。换句话说，输入转子20和输出转子40不会因物理上绑定至固定组件而在旋转上受到束缚。而是，定子30在物理上连接至固定组件，由此输入转子20和输出转子40便可自由旋转而不受束缚，因此在输入和输出上可被称作是多转的。当输入转子20附接至能进行多次转动的动力源时，定子30不转动，且输出转子40能提供多转输出。

参考图10至图12，在另一个实施方案中示出了mr流体离合器设备10。图10-12中的mr流体离合器设备10具有许多与图3至图6中的mr流体离合器设备10相似的组件，其中相同元件以相同附图标记表示，因此本文无需对其进行重复描述。区别在于，除了存在于线圈35中之外，永磁体100还存在于外环形壁31b内。

如图10所示，永磁体100用于在mr流体离合器设备10中产生磁场f1，以便设备10能在无需经由线圈35施加电流的情况下，传递关断(即线圈35中未电流)输出转矩。永磁体100被径向磁化，且可以是完全实心的环形部件或各个磁体(例如，周向设置在环形支撑件内的圆柱形磁体)的总成。其它径向流体间隙101a和101b(也称作“改向间隙”)将环形壁31b与环形壁31b侧的与永磁体100相对的内磁芯20a和外磁芯20b隔开。改向间隙也可以是轴向类型或轴向、径向或成角度类型的组合。

当未向线圈35施加电流时，如在图10中，根据描述显示的磁通路径，mr流体内存在磁场f1。相对较小量的磁通循环通过其它径向流体间隙101a和101b，将定子30与内磁芯20a和外磁芯20b隔开。这些间隙101a和101b略宽于间隙34a和34b，宽度在径向方向上(宽度为半径之间的差值)。改向间隙101a和101b的宽度控制mr流体内所需的磁通量，也称作所需的关断转矩。如果改向间隙101a和101b足够宽，则永磁体100感应的几乎所有磁通均穿过mr流体，导致关断转矩很高。如果改向间隙101a和101b在径向上较窄，则mr流体与改向间隙101a和101b之间共享磁通，导致关断转矩较低，

当根据图11所示的方向以及所指示的永磁体100的极性在线圈35中施加电流时，永磁体100感应的磁通在改向间隙101a和101b内的改变方向，如f2所示，这导致mr流体离合器设备10的转矩减小。在一定的线圈电流强度下，mr流体内的磁通f1可几乎消除，经过该强度之后，磁通f1将再次增大(参见图12)。改向径向流体间隙101a和101b的宽度还控制线圈35的绕组的尺寸。如果宽度较大，则需要较大的绕组使磁通改变方向。

如果在反向方向上施加电流，则线圈35有助于永磁体100在mr流体内产生磁通，使得mr离合器设备10的转矩增大，如图12再次所示。

因此，由于线圈35未通电时永磁体100感应的磁场，mr流体离合器设备10具有针对mr流体的常“接通状态”。然后，对线圈35通电以使mr流体离合器设备10减少转矩传递并最终处于高滑动的关断状态。例如当mr流体离合器设备10尽管断电也必须保持转矩传递时，该布置是有用的。永磁体100的磁场的大小将足够mr流体离合器设备10在不通电的情况下支撑负载。

在预期实施方案中，csa系统中使用了一对mr流体离合器设备10。csa系统完全有源，且最少由以恒定或变化速度操作的齿轮传动电机使其保持滑动的两个mr流体离合器设备例如10构成。通过改变通过两个反向旋转的mr流体离合器设备10传递的转矩来控制系统的输出。csa系统将轻型高速齿轮电动机的优点与滑动离合器设备的高动态性能结合。当保持滑动时，mr流体离合器设备10使齿轮传动电机的动态行为与输出去耦，从而导致输出惯性低且控制质量高(由于系统输出未反映出齿轮传动电机的高输出惯性)；提高了力的精度(由于使用齿轮传动元件所引起的非线性行为(例如，嵌齿效应、齿轮侧隙、摩擦)被离合器设备过滤)；质量低且组件的数量最少(由于主齿轮传动电机产生的负载能在多个输出之间共享)；和/或在一些应用中可靠性高(由于故障齿轮传动电机能在离合器分离之后与输出断开连接)。

利用联动装置耦接至悬挂(簧载)或柔性机械总成，系统可用于控制一个质量相对于另一个质量的移动。csa系统能强制簧载或非簧载重量中的较轻(最小)重量移动。可利用各种联动装置、线缆或液压管道系统来强制其移动。

参考图13，图示了mr流体离合器设备10的另一个实施方案，其特征为非接触式功率传输。可以各种方式实现非接触式功率传输，包括利用发射和接收线圈的电感耦合(仅列举一种可能的方式)，其它方式包括激光、微波、电容耦合。图13中的mr流体离合器设备10具有若干与mr流体离合器设备10的其它实施方案共有的组件，因此相同附图标记将指示相同组件。mr流体离合器设备10的线圈35可安装在离合器设备10的旋转部件的其中一个上(此处为磁芯130)。线圈35感应的磁场f遵循闭合路径，该闭合路径经过磁芯130、mr流体、鼓21和41，然后返回磁芯130。线圈35可电联接至安装在同一旋转部件(即，磁芯130)上的功率接收器131。功率接收器131与功率发射器133之间设有轴向流体间隙132。流体间隙132允许功率接收器131在不使用滑环的情况下通电。事实上，典型的摩擦滑环被由功率发射器133、流体间隙132和功率接收器131组成的非接触式功率滑环代替，从而允许mr流体离合器设备10多次转动。在图13中，流体间隙132为轴向，即这是因为其在功率接收器131与功率发射器133之间的固定轴向位置径向延伸，且彼此隔开。然而，预期设置径向流体间隙140，如图14中所见。流体间隙140之所以被称为径向间隙是因为其在功率接收器131与功率发射器133之间的固定径向位置轴向延伸，且彼此隔开。使用期间，流体间隙132填充有流体，例如空气和其它气体，或润滑和/或冷却液体，如油、油脂等。间隙132内的流体为非mr流体。

在图13和图14二者中的实施方案中，非接触式功率发射器133还可以从功率接收器131接收信号，反之亦然。然后，功率接收器131电联接至线圈35和传感器(未示出)。图13与图14中的该非接触式功率传动系统的区别在于磁芯磁阻因流体间隙磁阻的消除而减小。因此，在mr流体内产生等效磁通所需的功率减小。因此，对于相同的受控滑动，线圈35的尺寸可减小。另一个区别在于线圈35中的散热也减少，因此对mr流体离合器设备10的冷却要求降低。结果，mr流体离合器设备10的总效率提高。虽然未示出，但预期将mr流体离合器设备10的其它实施方案(即，图2-11中的那些实施方案)中描述的特征的一部分增添至图13和图14中的无线实施方案。例如，图6中的密封构造、图8所示的流体通道组件、图9所示的平移接头以及图10中的永磁体可均存在于图13和图14所示的mr流体离合器设备10的无线实施方案中。

此外，在一些以内磁芯20a和外磁芯20b为特征的实施方案中，预期将内磁芯20a连接至输出转子40，而外磁芯20b保持连接至输入转子20。参考图4，除了其它可能性之外，在保持流体间隙宽度34b的同时，通过将内磁芯20a通过支撑件51直接安装至轴45，并通过将轴承放置在例如外磁芯20b与定子30的环形主体之间，可很容易实现此。