具有磁场响应材料的制动器的制作方法

专利名称：具有磁场响应材料的制动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及的领域包括制动器，离合器，阻力产生装置和运动控制装置。特别的是，本发明涉及一种装置，它使用磁场响应材料用来控制在旋转装置或者线性运动装置中的力矩。
背景技术：
已经公知使用磁场响应材料用来抑止和控制已知的振动和冲击的装置。这样的磁场响应材料可能包括一种合适的磁流变材料(magnetorheological material，即MR材料)，后者对于本领域的技术人员来说是众所周知的。随着描述的展开，磁场响应材料可以被称为“MR媒介”或者“MR材料”或者“磁场响应材料”或者“磁场可控材料”。另外，为了贯穿本公开的清楚起见，使用这种磁场可控材料的装置通常被认为是“磁流变装置”或者“MR装置”或者“磁场可控装置”或者“磁场响应装置”。MR装置可能是“旋转运动”或“线性运动”类型，能够提供变化的、受控的力矩或者力。已知的MR装置还包括如旋转制动器、旋转离合器和线性减振器。
磁场可控装置典型地包括一个套管或者空腔和一个可移动构件。前者包含大量的磁控材料；后者，如安装在套管里的活塞或者转子，将穿过该材料运动。磁场发生器(线圈或者永磁体)通过一个或更多的磁极来产生磁场，这些磁极用来指引磁通量通过可控材料的理想区域。
在MR装置中使用的磁场可控材料包含软磁性的或者可磁化的颗粒，这些颗粒分散在载体里面，后者通常是液体。尽管许多当前的应用中使用液体载体，还应该理解的是，载体也可能包含气态散体，如粉末。但是，所需的载体决定于MR装置的具体应用。典型的颗粒包括具有多种形状的羰基铁或者不锈钢以及类似的物质，但是优选为球形，并且平均直径在大约0.1微米到大约500微米之间。载体材料可能包括如液压油。
在操作中，磁场可控材料展示了流变能力，例如，当受到磁场的影响时，其剪切的粘性或阻抗就增加。经过磁场可控材料的磁场幅值越大，能够被MR装置获得的剪切力或者力矩就越高。从LordCorporation of Cary，North Carolina来看，这种MR材料具有许多在商业上已经可以利用的配方，特定MR材料的选择由MR装置期望的应用来决定。
MR装置，特别是MR制动器，在每次需要控制运动时就会使用，在应用中，该制动器用在需要控制动力学系统中的速度或者能量扩散的地方。它包括的系统与是否受气体力学驱动，或者是否受操作人员手动操作或者是否受驱动力发生装置驱动无关。在旋转意义上，特殊的应用就是可控能量扩散。能量从动力学系统中去除，让位给或者是速度控制或者产生期望的阻力矩。
这种系统的例子包括金属丝驱动系统，它可能应用在车辆，叉式升运机或者类似的机械上。在这类应用中，期望在不同方式控制的系统中保持传统的机械控制功能。例如可以使用方向盘，它用来执行电磁制动器，然而是通过利用电子设备提供信号给转子如伺服电机，并激励一些装置如转向轮、行程控制面等使之得到控制。依靠伺服电机使该装置移动后的位置信息，可以期望为操作者提供能触知的反馈信号。因此，当具有MR制动器的车轮转向时，位置传感器和适当的电子设备被执行用来提供力矩反馈，它通过在磁式制动器里激励磁场发生器来影响MR材料以及通过制动器里的转子来增加运动的阻抗。例如，这种应用可以是一个方向盘，对于操作人员来说可以保持真实的感觉，在某种意义上复制关于纯粹机械系统的可触知的反馈信号。
通常，分配给这些装置使用的空间是有限的，特殊应用要求该装置尽可能小，然而还可以提供足够的阻力来控制装置。于是期望提供一个紧凑的，集成的装置来适应在特殊应用中的空间限制。
前面举例说明了存在于当今磁场响应装置中已知的设计准则。因此，显而易见的是，提供一个选择对象指导性地提供磁场响应装置来提出关于本装置的一个或者更多的准则是有利的。因此，一个合适的选择对象被提供，它包括随后更完全展示的特征。

发明内容
在本发明的一个方面，一种可控制动器包括一个具有第一和第二转子表面的转子，一个外缘和至少一个位于或者贴近外缘的工作部分。在轴的一端具有一个与之连接的转子，用来限制它们之间的相对运动。一个套管包括第一个空腔，在该空腔里面安装有转子，以这种方式允许自身的旋转(可旋转的套管)，在该空腔里面还包括一个磁场发生器，与转子相隔一定距离，其结构和位置的安排适用于传递磁通量，该磁通量在磁场发生器和工作部分之间、朝着转子的至少一个工作部分的方向通过可控材料。该可控材料包含在第一空腔里面，至少与一个转子的工作部分相接触。电子设备被提供用来控制和/或调整制动器的操作。这些电子设备包括传感器，功率放大器，信号调节器，类似物或者使用控制算法的数字电路，通讯电路，以及其他如电路和/或光学的，磁性的和相类似的部件，如本领域其他普通技术人员易知的。更明确的是，轴受至少两个彼此之间有一定间隔的轴承支承。轴承以一种方式安装在套管上，以便限定了第二个套管空腔。控制电子设备包含在第二个空腔里。典型的，第二空腔与第一空腔相邻。
由于本发明优选实施例所描述的目的，术语“工作部分”指转子的某一部分，在磁场应用的情况下，该部分受MR媒介作用来阻止转子的运动。
在本发明的另一方面中，可控MR制动器包括一个具有第一和第二转子表面的转子，一个外缘和位于第一和第二转子表面的至少一个上且贴近外缘的工作部分。转子固定在轴的一端上，与轴一起旋转。套管包括第一空腔，在里面有可旋转的转子，在该空腔里面还包括一个磁场发生器，它与转子相隔一定距离，其结构和位置的安排适用于传递磁通量，该磁通量作用在位于第一套管空腔、与至少一个贴近外缘的表面相接触的大量可控材料上，该可控材料包含在第一空腔里，至少与转子的工作部分接触。电子设备用来控制和调节制动器的操作。在更详细的方面中，第二空腔包括在套管里，在里面装有电子设备，从而提供了一个紧凑的集成的并在其中装有电子设备的MR制动器。
磁场发生器可以是一个电磁线圈，磁极布置的位置适用于传递磁通量，使其延伸通过在转子至少一侧的磁场可控材料，转子构造为盘形。作为可选择的，磁场发生器还可以是一个电磁线圈，磁极布置在转子的两侧，位于其工作表面，适用于传递磁通量使其延伸至两侧，这时转子还是被构造为盘形。
在具体的应用中，转子的轴被套管中的两个轴承支承着旋转，对于第二空腔来说，允许在里面装有电子设备；在轴的周围且位于第一空腔进口的地方提供密封件，用来密封第一空腔，从而阻止可控材料从第一空腔转移到第二空腔中。
在本发明另一更具体的方面中，一个回正装置，如扭簧或者类似的装置，可以被提供用来促使转子回到相关的中心位置。
更进一步，轴和转子之间的连接可以这样布置，它允许转子和轴之间存在一些间隙，可以安装控制电子设备用来探测轴的运动，而且使磁场发生器减弱响应轴的运动的磁场，从而允许与制动器相连接的控制装置的运动，如方向盘从运动的末端位置返回，变得容易进行。
在另一可选的构造中，转子被构造成，在其外缘以及与外缘贴近的转子表面上具有一个工作部分。与转子有一定间隔的磁场发生器被构造成用来传递磁通量，使其延伸在两个方向通过可控材料，(1)与轴平行，与贴近于外缘的工作部分垂直，(2)垂直于轴和转子的外缘。这在构造上是可以实现的，例如，磁场发生器作为一个电磁线圈，该电磁线圈具有一个磁极与转子一个表面上的工作部分相邻，另一个磁极延伸到外缘的外部，至少与转子外缘共同联合起来。
在更进一步的方面，转子可以被构造成具有第一和第二转子表面以及一个外缘。该外缘的形状为，转子的工作部分的朝向相对于转子和轴径向向外，且具有足够的工作表面允许磁场在可控材料中引入足够的剪切力，该力作用在工作表面从而阻止转子的运动。这种转子的构造包括鼓式构造，这里外缘相对于转子其他地方的实际厚度来说相当宽。在这种意义上，磁场发生器被构造成能够产生一个磁场，该磁场作用在与工作部分相邻和接触的可控材料上。
在如此的构造中，安装转子的空腔壁可以是锥形的。锥度大小足已用来增加磁场可控材料从轴到转子工作表面的移动。而且，其他作为选择的结构也可以提供给转子使其与轴，套管贴近和/或者位于轴本身的上面，从而为磁场可控材料创造一个曲折的路径，在与轴相关联的密封件的方向上，使其向轴的移动变得困难，从而使材料保持在装有转子得空腔里面。所用的密封件可以是传统的密封件和/或其他对于本领域的普通技术人员来说显而易见的结构，如传统结构的“V型密封件”。同样的，传统的轴承，如滚筒元件或者轴承，可以用来支承轴，其他对于本领域的普通技术人员来说众所周知的轴承也一样，它们可互相交换，不受限制，包括干式轴承和其他类似的轴承。
当结合考虑附图时，从以下关于本发明的详细描述中，前面的和其他一些方面变得显而易见。


附图作为本说明书的一部分，举例说明了几个本发明的实施例。制图和描述一起对本发明进行了完全的解释。
图1是MR装置沿纵向的剖面图，在MR装置里安装有副线圈，以及整体形成在制动器内的电子设备。
图2是MR制动器沿纵向的剖面图，它具有外围环绕的磁极用来传递磁通量，这些磁通量作用在转子外缘上的工作表面和它的侧面上，该制动器还包括集成的电子设备。
图3是鼓式制动器沿纵向的剖面图，磁场发生器被布置在适当的位置，作用在组成转子工作表面的扩大的外缘上，在第二空腔里包括集成的电子设备，并且扭转回正弹簧结合在具有转子的空腔里。
图4和图1相似，是一个制动器沿纵向的剖面图，但是它展示了一个在构造上同时作用在转子的两个表面上的磁场发生器，还展示了集成的电子设备以及回正扭转弹簧如何并入用于电子设备的套管中。
图5是一个沿纵向的剖面图，举例说明了图3中的制动器的可替代的结构，它展示了锥形壁增加了可控材料从轴上移开，还展示了可替代的密封件和轴承结构。
图6是一个沿着图5中的剖分线6-6的局部剖面图，举例说明了转子与轴之间的连接怎样形成，以及转子与轴之间的间隙可以怎样被允许和实现。
具体实施例方式
现在来看一些制图，在其中，同样的部件由相同的数字指定，图1举例说明了本发明的第一个实施例。在图1中举例说明的制动器11是一个副线圈制动器。随着描述的进行，应该可以理解，虽然“制动器”用来描述本发明的第一个实施例，一般来说，本发明是一个力矩产生装置，它可以产生耗散力矩作为对由装置11接受或者产生的信号的响应。为了实现描述本发明优选实施例的目的，被展示的磁场可控材料为自由流动的材料，它的颗粒随机分散遍布于整个载体媒介。但是，可以预期的是，磁场可控媒介也可能由压紧的材料组成，一个颗粒相对于其相邻颗粒来说是固定的。
制动器11包括一个套管13，它具有第一空腔15，在里面安装有用于旋转的转子21。随意的，第二套管空腔17被提供，该空腔可能包括控制电子设备和控制装置的任意组合，该控制装置包括例如传感器，用来获取转子21的位移或速度信号；放大器，用来提高送给磁场发生器31的低流信号；控制设备，用来和车辆操作者或远离制动器的第三方进行沟通；以及一种通信工具，用来有利于这种外部通信。这种控制电子设备和控制装置在图1中被示意性的说明，由25指示。控制电子设备用来调节和/或控制装置11的操作。本发明中的制动器允许控制电子设备和装置布置在制动器套管里面而不是套管外面。这是为紧凑的制动器部件作准备，它可以通过在里面布置灵敏的控制电子设备和控制装置来确定，相对于现在的装置来说，这样布置电子设备和装置可以使其得到更好的保护，远离灰尘和颗粒物质。在前者中，灵敏的电子设备布置在装置套管的外部。随着描述的进行，布置在第二套管空腔的组件通常可以由一些术语如“电子设备”或“控制电子设备”来描述。但是，应该理解的是，这种术语不应当有限制，发明者不希望被限制在仅仅是电子设备型装置。指示安装在第二空腔的装置和组件的术语，通常更会被定义包含用来控制和或调节装置操作的任意合适工具，这种工具包括电子设备装置和或机械部件。
为了实现所描述的本发明第一实施例的目的，转子21是盘形的，支承在轴23上，布置在套管13里面，用来在套管空腔15里面旋转。转子包括第一和第二表面以及远离中心的外缘。表面包括接近于外缘的工作部分，该工作部分位于转子表面的某个区域，在上面作用有磁场。在图1中，工作表面由42指定。典型的磁通量线37与所应用的磁场相关联，在图1中由虚线所示。
制动器套管13包括一个开口末端，第一空腔15布置于此，套管开口末端和空腔由封闭盘19关闭和密封。第一空腔在里面还包括许多磁场可控材料41和电磁场发生器29。例如，在一种构造中，磁场发生器包括线圈31和磁极33。当被激活时，磁场发生器29产生了磁通量37。在图1中，磁通量37仅在转子的一侧有表示。然而，磁场环形地作用在纵轴的轴线周围，它沿着整个工作表面42，接近转子的外缘。磁场的出现引起磁场响应材料41改变它的流变状态导致其发生更高的屈服应力，该应力必须超过了磁场响应材料最开始引入的剪切应力。典型的，磁场消失时，颗粒回到一种无序的或自由分散的状态，整个材料41的表面粘性或者剪切流动阻抗相应的减小。通过激活磁场，材料41作用在转子21的工作部分42上来阻止它的旋转运动。在图1中示意性的表示材料41的点描以一种有条理的方式显示在图1中，颗粒有条理的布置是磁场37应用的结果。可以被理解的是，支承旋转轴的是轴承35，在图中显示的该轴承是球形轴承，但是它可以由适用于支承旋转轴23的任意合适的轴承组成。
为了保持磁场可控材料41位于第一空腔15中，传统的密封件27被提供用来使在空腔15中的材料41保持在盘19和磁极33之间。密封件可能包括适用于阻止材料从它在空腔15中的所需位置逃逸的任意合适的密封元件。
布置在第二空腔17中的调节控制电子设备和装置25可能包括若干部件如旋转盘，它的位置由固定在空腔17壁上的传感器检测得到。传感器可能与或可能不与旋转轴23接触。这种盘沿着轴安装，例如它可以通过中间的轴套39。
在制动器结构11中，产生的磁通量37与转子21的表面42基本上垂直，在这个实施例中显示的是一个盘，当磁通量经过磁场可控材料时，磁通量与轴23基本上平行。
在图1中举例说明的本发明的第一个实施例中，盘或者转子21在轴的一端由轴23支承。通过以这种方式支承转子21，轴的长度方向的重要部分被利用来有效的支承制动器11的其他元件和系统。轴承35沿着轴的长度方向布置，彼此相隔一定的轴向距离从而使转子保持稳定性。作为轴承如此布置排列的结果，空腔17定义为套管13，轴承35和磁极33，在其中安装有多种传感器，电子设备和其他系统。结果，制动器11代表一个紧凑的集成的部件，它通常包括需要的机械转子21和轴23，磁场响应材料41，磁场发生器29和调节控制电子设备/传感器25。
通过沿着转子21的一侧布置磁场发生器29，转子21和磁场发生器29的附加组合可能被叠加在图1中所示的转子21上。任意数量的附加转子和磁场发生器可以被提供用来提供磁场发生器29合适的副本从而导致制动器结构具有若干制动盘，适用于期望的应用。这种具有许多制动盘和发生器的制动器结构在图1中没有说明。这种可替代的结构将会在盘19的末端方向上多次复制图1中转子21和发生器29的布置排列。制动器11的第一实施例的又一优势是，通过提供多个转子，集成部件在盘的径向方向上被做的更小，因此更适合需要较小结构的制动器的特殊应用。
图2举例说明了本发明的第二个实施例。第二个实施例的磁式制动器51由许多包含图1中的制动器11的元件组成。在这个可替代的实施例中，制动器51包括套管53，后者确定了用来安装集成的电子设备/传感器59的空腔55，还确定了用来安装转子71的空腔57。和图1中显示的实施例相似，一个末端盘19被提供用来关闭和密封空腔57。尽管盘被显示是相当平坦的，然而盘还包括延伸的部分与盘基本垂直，并且环绕整个套管。轴承67用来支承轴69，传统密封件87关闭第一空腔57从而阻止磁场响应材料85从空腔57中朝轴承67移动至空腔57的外部。在这个可替代的实施例中，转子71依附在轴69的一端，轴69嵌入转子71中，转子与轴一起旋转。转子不受盘形结构的限制，这将在下面关于图3和图5的讨论中变得更加明显。
在图1的情况中，轴套65可以被安装在轴69上，调节控制电子设备/传感器59将会以更详细的方式被示意性的表示，例如，它由两个零件61和63组成。第一个零件61可以固定在套管里面，没有固定嵌在轴套上。第一个零件61可能包括调节控制电子设备和传感器和/或检测器。零件63可能是如安装在轴套65上的旋转盘52，这一部分由安装在固定零件61上的传感器检测得到。因此，轴69和转子71的旋转能被检测到从而允许对电磁场发生器进行合适的控制。
在制动器51的第二个实施例中，电磁场发生器73可以包括一个电磁线圈75和一个磁极，它的构造和图1中的构造有细微的差异。转向图2，磁极构造包括第一个径向延伸的磁极部分77和第二个轴向延伸的磁极部分79。第二个磁极部分在径向延伸的磁极部分77和盘19之间轴向延伸。间隙74和76分别分开转子71的外缘和第二个磁极部分79以及工作表面42和第一个磁极部分77。当电流供应给线圈75时，磁场发生器被激活从而产生磁通量81，如图2中虚线所示，磁通量作用于填充在空腔57和间隙74，76中的磁场响应材料上。磁场81改变了材料的流变能力，促使材料作用在转子外缘和表面42上，从而给转子71的运动提供阻力。像图1中的制动器11一样，尽管单转子71/发生器73组合在图2中显示，制动器51还包括任意合适数量的转子/电机组合需要用来供应要求的制动力。和第一个实施例的制动器相关的上述优势也可以在第二个实施例制动器51中实现。
本发明的第三个实施例的制动器在图3中举例说明，通常由101指示。制动器101包括空心的圆柱形套管103，确定了用来安装围绕轴99旋转的转子107的第一空腔113，确定了用于以前述方式安装调节和或控制电子设备115的第二空腔111。第一空腔还装有许多磁场响应材料135。转子是一个鼓形的转子，它包括一个基本为I形横截面，且具有被狭窄的辐板112连接的宽广的环形的外缘部分108。转子107以传统的方式被固定在轴105的一端，轴依次受沿着轴的长度方向的轴承133支承，方式通常与第一和第二个实施例的制动器11和51中描述的方式相同。封闭盘109用来密封和关闭套管103的一端。盘114关闭和密封对面的轴端。转子可以具有任意合适的横截面，例如其他合适的结构可能包括C形横截面和L形横截面。
在示例性形式中，调节器和或控制电子设备115包括旋转盘的组合，该旋转盘具有合适的凹槽或其他在上面可以检测到的标记。旋转盘117可能安装在固定于轴105上的轴套118上。电子设备115中的其他元件119以一种方式固定在空腔111里面，从而这些元件环绕着轴套，且不与轴套118接触。这样，元件119不与轴套118一起旋转。传感器或者电刷由121示意性代表，可以安装在元件119上来检测盘117相关的旋转。
在图3的实施例中，阻止材料135从第一空腔113移动到第二空腔111所需的密封件132如图所示，被布置在轴承支承盘116中。这种合适的密封件可以包括在描述的第一和第二实施例的制动器中所展示的密封件。合适的传统的密封件可以被支承在轴承支承盘116里或者轴承133内。环形的管罩120布置在盘114和116之间。管罩120与盘114和116组合在一起，在空腔里面包括传感工具115。
再回到第三实施例的制动器101的转子107上来，转子107不是和前述盘21和71一样基本为盘形。如在图3中所示，转子的扩大外缘部分108，布置在贴近磁场发生器的电磁线圈125的位置上，一般由123指示。由代表磁场响应材料135的点描所显示的那样，环形间隙122分开装置部分108和磁场发生器，间隙122由许多磁场可控材料135基本上填充。磁场发生器123产生的磁场延伸通过材料135和由108指示的转子部分。磁场通过图3中虚线代表的磁场129来说明。
磁场发生器123一般包括电磁线圈125和磁极127，它们的组合将产生电磁通量，由虚线129代表，在一个方向上延伸通过材料135，该方向与轴105和转子107的外缘基本垂直。如图3所示，磁场发生器从电机107径向向外布置。
第三实施例的制动器101包括一个回正作用装置，如扭转或扭转回正弹簧131，它安装在第一套管空腔113里面。其他回正装置可能包括跳簧丝或其他类型的弹性元件。一般来说，合适的回正装置可以是满足要求的任意的装置，当转子和或轴从中心或开始位置或方位移开时，它能存储能量，然后在特定的距离处释放所存储的能量使转子和轴回到开始的方位上。导致释放所存储的能量的特定距离可能包括如操作者释放轴或转子时的距离，或者轴或转子达到最大角位移时的距离。扭转回正弹簧131典型的采取了一个装置中心位置处的力矩自由条件，该装置与制动器101相关联，如在该装置中心位置处的方向盘。回正元件传统的固定在转子107和末端盘109的末端上，从而在与制动器相关联的转向装置如车轮上施加一个逐渐增加的、用以使其回到中心位置的回正力矩。回正装置可以包括许多装置和附属结构。
图4举例说明了第四实施例的制动器201，它和第一实施例的制动器11相似。在第四实施例的制动器中，制动器套管203包括第一空腔215，在里面布置有用于在那儿旋转的转子219，转子被固定在轴209的一端。空腔215在里面包括许多磁场响应材料217。传统的密封件213密封空腔215，阻止磁场可控材料转移到空腔215的外面。盘207在制动器201完全安装后关闭空腔215。轴承211支承轴209，远离支承转子219的轴端。套管203还确定了第二空腔205用来安装调节控制电子设备和装置。在图4中，控制工具由参考数229示意性代表。扭转回复弹簧231可能被提供在第二空腔205里面，在弹簧的一个末端固定安装在第二空腔205的内壁上，并且弹簧的另一末端固定到在轴套232上安装有用来旋转的控制工具229的那个部分。轴套与轴209形成一个整体，并与之一起旋转。
在图4中举例说明的本发明的实施例中，磁场发生器221包括一个具有U形横截面的环形磁极225和电磁线圈223，该线圈布置在磁极的开部分中，径向向外并接近盘形转子219的外缘。磁极225可以由分离的磁极组成，这样便于安装和制造。如图4中所示，磁极225a和225b的支架或侧部延伸朝向轴209旋转的纵轴线的中心，贴近转子工作表面219a和219b。间隙使磁极支架225a，225b和电磁石与转子219分开，磁场可控材料217充分填充间隙。磁通量线227由图4中的虚线代表，促使材料217的流变发生从而产生力矩耗散力作用在转子219的工作表面219a，219b上并且阻止它的旋转。
第五实施例制动器301在图5中展示，它和图3中的实施例相似。
第五实施例制动器包括套管303，它具有空腔305用来安装控制工具，如集成的控制电子设备或控制装置，该装置由311示意性指定。轴309延伸通过第二空腔305，进入第一空腔307中，转子315被支承在第一空腔307中的轴端上。空腔307通过盘351和371在轴线末端上关闭和密封。在本发明的第五实施例中，转子315是鼓式转子，它和在图3中的第三实施例中举例说明的转子相似。该转子包括一个宽广的环形的外缘，被相对狭窄的辐板连接。轴309通过两个轴承313支承用来旋转且远离转子，为了实现本发明的目的，该轴承是传统的“干式轴”轴承，对于在前面的实施例所举例说明的滚珠轴承来说，它是一个合适的替代品。在本发明的第五实施例中，轴309被合适的支承，维持加载后的轴上的轴向载荷并且阻止其轴向的运动。传统的推力轴承推动传统构造的轴承317，它被提供在沿着在转子315和轴承313之间的轴309上，用来支承轴线方向上的轴载荷。
磁场发生器350从转子315的外缘径向向外布置。磁场发生器包括环形的磁极327和转子外围，磁极上围绕电磁线圈325，与磁场响应材料319组合在一起，磁场发生器产生电磁通量，由磁通线329代表，在图5中由虚线代表。如图5中所示，磁场响应材料布置在环形的间隙里，该间隙使转子的外缘和磁场发生器分离。
在第五实施例制动器301中，盘351和371关闭空腔307的轴向末端，它分别包括锥形的内壁331和333。如图5所示，壁通常从旋转轴373向外成锥形。这样，随着离开轴线的距离减小，空腔逐渐变窄，相反的，随着离开轴线的距离增加，空腔逐渐变宽。空腔的最大轴向尺寸发生在贴近转子外缘和磁场发生器350处。由于前述的空腔的锥度，磁场响应材料的剪切率可以是常数，或者随着离开轴线的距离增加和轴向的空腔尺寸减少，该剪切率也增加，因此可控材料319的移动在远离密封件321的箭头335的方向上被促进。在这个实施例中的密封件321可能采用V形密封件的形状，在密封件321的延伸段之间提供一个材料自由运动的区域，当转子315旋转时，延伸部分在转子315的表面移动，密封件阻止材料接触轴承313，在这个例子中即干式轴轴承313。其他面密封和线密封结构在这个区域中可以被使用。同样的，一个好的结构314被显示，产生一个曲折路径趋向于保持材料远离密封件321。
图6是图5中沿着线6-6的剖面图，表示连接轴309和转子315的一种布置。如图6中所示，轴309在转子315与在其中配套的方形孔相配合的区域被制成矩形。在这样的结构中可能允许轴309和转子315之间存在相对的滑移或间隙。在某些情况下，允许这种滑移或间隙是可取的。例如，当与制动器相关联的装置达到它的极限运动位置时，电磁场处于最高强度，这种滑移或间隙是可取的，在控制工具传感器未检测到转子的运动时，它用来允许轴相对微小的运动，这将会导致电磁场的减小从而允许操作者将与制动器相关联的装置从它的极限运动位置处移开。这样，该装置能够离开极限运动位置而不用克服较强的与位于行程位置末端相关联的材料剪切应力。虽然一个方形布置被显示，但可以理解的是，其他结构，如凹槽圆形横截面、如花键轴和转子上的凹槽接合表面，和其他本领域的技术人员来说易于明白的布置，一样能够提供一个相似的功能。这些结构在尺寸上可以有细微的配合不当。
对于本领域的普通技术人员来说，它也将变得易于明白，多种实施例的多项特征可以相互转换，对于特定结构来说可能是合适的。通过提供给制动器的转子仅被轴支承在轴的一侧以及具有两个轴承来支承轴，在所有的情况下，都将产生空腔，其中在一个套管里可以装有多个传感器，控制工具电子设备和其他在集成的元件中系统所需要的其他项目。
因此，这儿展示和描述了一个改进的、具有磁场可控材料的制动器。对于本领域的技术人员来说它将是显而意见的，但是，许多改造、变化、修改以及其他对于主体装置的使用和应用都是可能的，所有这些改造、变化、修改以及其他使用和应用都不会偏离本发明的精神和范围，它们被认为被本发明涵盖，受下面的权利要求限制。
权利要求
1.一种可控制动器，包括(a)一个套管，该套管包括第一空腔和第二空腔；(b)一个轴，该轴包括第一轴端，该轴延伸通过第一和第二套管空腔。(c)一个转子，该转子和轴在第一轴端处基本上成为一个整体，该转子具有外缘，上述转子位于第一套管空腔里；(d)磁场产生设备，该磁场产生设备位于第一套管空腔并且贴近转子的外缘；(e)磁场响应材料，它位于上述第一空腔里，上述材料的流变能力受上述磁场产生工具的影响；以及(f)用于控制和/或调节制动器的操作的设备，上述设备位于上述第二空腔里。
2.一种可控制动器，包括(a)一个转子，它包括第一和第二转子表面，一个外缘以及至少一个贴近或者位于外缘处的工作部分；(b)一个轴，它包括第一轴端，转子和轴在第一轴端处成为一个整体，以这种方式维持它们之间相对的旋转。(c)一个套管，它具有第一空腔和第二空腔，上述第一空腔适用于在里面安装转子，(d)磁场可控材料，它包含在上述第一空腔里面，与转子的至少一个工作部分接触。(e)一个磁场发生器，它位于上述第一空腔，且与转子相隔一定距离，上述磁场发生器适用于在通过可控材料、朝着转子的至少一个工作部分的方向上产生磁通量；(f)电子设备装置，用来操作制动器，包含在上述第二空腔里。
3.如权利要求2中的可控制动器，其中，上述第二空腔从上述第一空腔被密封，以这种方式可控材料不允许从第一空腔流至上述第二空腔且与之接触或者流至上述轴承和轴并且与之接触，该轴延伸到上述第一空腔的外部。
4.如权利要求2中的可控制动器，进一步包括一个回正作用装置，该装置位于第一空腔和第二空腔中至少一个里面，以促使转子回到相关的中心位置处。
5.如权利要求2中的可控制动器，其中，轴和转子这样连接在一起，以便允许在转子和轴之间存在间隙，而且电子设备装置设计用来检测轴的运动。
6.一种可控制动器，包括(a)一个转子，它具有第一和第二转子表面，一个外缘和一个工作部分，该工作部分在第一和第二转子表面的至少一个上，所处位置贴近外缘；(b)一个轴，它具有连接到该轴的上述转子，以便维持它们之间相对的旋转；(c)一个套管，它具有第一空腔，在该空腔里面安装有可旋转的转子，而且包括一个磁场发生器，该磁场发生器与转子相隔一定距离，其设计和安置用于产生磁通量，该磁通量在平行于轴并在贴近外缘的至少一个表面上垂直于工作部分的方向上、通过可控材料；以及(d)一种可控材料，它包含在上述第一空腔内，至少与转子的工作部分接触。
7.如权利要求6中的可控制动器，其中，上述电磁场发生器包括一个电磁线圈和磁极，该磁极的位置布置适用于产生磁通量，该磁通量延伸通过在转子一侧的可控材料，而且上述转子包括一个盘。
8.如权利要求6中的可控制动器，其中，上述轴在上述套管中被轴承支承用于旋转，而且进一步包括密封件，用来密封上述第一空腔从而保持可控材料位于其中。
9.如权利要求6中的可控制动器，进一步包括一个位于第一空腔中的回正作用装置，以促使转子回到相对的中心位置处。
10.如权利要求6中的可控制动器，其中，轴和转子这样连接在一起，以允许转子和轴之间存在间隙。
11.一种可控制动器，包括(a)一个转子，它具有第一和第二转子表面，一个外缘和一个工作部分，该工作部分在第一和第二转子表面上，所处位置贴近外缘；(b)一个轴，它具有在轴的一端连接到该轴的上述转子；(c)一个套管，它具有第一空腔，在该空腔里面安装有可旋转的转子；一个磁场发生器，它与转子相隔一定距离，其设计和安置适用于产生磁通量，该磁通量在平行于轴并垂直于贴近外缘的工作部分的方向上、通过可控材料；和第二空腔，在里面包含电子设备装置；以及(d)一种可控材料，它包含在上述第一空腔内，至少与转子的工作部分接触。
13.如权利要求11中的可控制动器，其中，上述电磁场发生器包括一个电磁线圈，和关于转子一侧沿轴向布置的磁极，而且上述转子包括一个盘。
14.如权利要求11中的可控制动器，其中，上述电子设备装置进一步包括用于检测转子相关的旋转位置的传感器。
15.如权利要求11中的可控制动器，进一步包括一个第一空腔的回正作用装置，以促使转子回到相对的中心位置处。
16.如权利要求11中的可控制动器，其中，轴和转子这样连接在一起，以允许转子和轴之间存在间隙，而且电子设备装置设计用来检测轴的运动。
17.一种可控制动器，包括(a)一个转子，它具有第一和第二转子表面，一个外缘和一个工作部分，该工作部分在外缘以及第一和第二转子表面贴近外缘的部分上，(b)一个轴，它具有连接到该轴的上述转子，以便保持它们之间的相对的旋转；(c)一个套管，它具有第一空腔，在该空腔里面安装有可旋转的转子，而且包括一个磁场发生器，该磁场发生器与转子相隔一定距离，并在两个方向上产生磁通量(1)平行于轴并垂直于贴近外缘的工作部分，通过可控材料；以及(2)垂直于轴并垂直于转子的外缘，通过可控材料；以及(d)一种可控材料，它包含在上述第一空腔内，与转子的至少工作部分以及其外缘相接触。
18.如权利要求17中的可控制动器，其中，上述电磁场发生器包括一个电磁线圈和磁极，该磁极的位置布置适用于产生磁通量，该磁通量延伸通过在转子一侧的可控材料，而且上述转子包括一个盘。
19.如权利要求17中的可控制动器，进一步包括一个位于第一空腔中的回正作用装置，以促使转子回到相对的中心位置处。
20.如权利要求17中的可控制动器，其中，上述电磁场发生器包括一个电磁线圈，第一磁极和第二磁极，该第一磁极与相邻于转子工作表面的电磁线圈相关联，该第二磁极延伸超过上述转子的外缘、用来产生磁场，该磁场关于转子外缘和工作表面彼此垂直而被延伸。
21.一种可控制动器，包括(a)一个转子，它具有第一和第二转子表面，一个外缘和一个工作部分，该工作部分在外缘以及第一和第二转子表面贴近外缘的部分上，(b)一个轴，它具有连接到该轴的上述转子，以便保持它们之间的相对的旋转；(c)一个套管，它具有第一空腔，在该空腔里面安装有可旋转的转子，而且包括一个磁场发生器，该磁场发生器与转子相隔一定距离，并在两个方向上产生磁通量(1)平行于轴并垂直于贴近外缘的工作部分，通过可控材料；以及(2)垂直于轴并垂直于转子的外缘，通过可控材料；以及第二空腔，在里面包含有电子设备装置；以及(d)一种可控材料，它包含在上述第一空腔内，与转子的至少工作部分以及其外缘相接触。
22.如权利要求21中的可控制动器，其中，上述电磁场发生器包括一个电磁线圈和磁极，该磁极的位置布置适用于在转子一侧产生一个场，而且上述转子包括一个盘。
23.如权利要求21中的可控制动器，其中，上述轴在上述套管中被轴承支承用于旋转，而且进一步包括密封件，用来密封上述第一空腔从而保持上述可控材料位于其中。
24.如权利要求21中的可控制动器，其中，上述电子设备装置进一步包括用来检测转子的相对旋转位置的传感器，用于应用其磁场强度决定于转子的相对旋转位置的磁场。
25.如权利要求21中的可控制动器，进一步包括一个位于第一空腔和第二空腔的至少一个中的回正作用装置，以促使转子回到相对的中心位置处。
26.如权利要求25中的可控制动器，其中，轴和转子这样连接在一起，以允许转子和轴之间存在间隙，而且电子设备装置设计用来检测轴的运动以及用来使磁场发生器减少由于轴的运动产生的磁场。
27.一种可控制动器，包括(a)一个转子，成形为在其外缘上具有工作部分，该工作部分在平行于轴的方向上延伸，上述转子安装在该轴上；(b)一个轴，具有连接到该轴的上述转子，以便保持它们之间的相对的旋转；(c)一个套管，它具有第一空腔，在该空腔里面安装有可旋转的转子，而且包括一个磁场发生器，该磁场发生器与转子相隔一定距离，并设计和安置适用于产生磁通量，该磁通量在垂直于轴并垂直于转子的工作部分的方向上通过可控材料；以及(d)一种材料，它包含在上述第一空腔内，至少与转子的工作部分相接触。
28.如权利要求27中的可控制动器，其中，上述轴在上述套管中被轴承支承用于旋转，而且进一步包括密封件，用来密封上述第一空腔从而保持可控材料位于其中。
29.如权利要求27中的可控制动器，进一步包括一个位于第一空腔里面的回正作用装置，以促使转子回到相对的中心位置处。
30.如权利要求27中的可控制动器，其中，轴和转子这样连接在一起，以允许转子和轴之间存在间隙。
31.如权利要求27中的可控制动器，其中，上述空腔的腔壁是锥形的，从而将产生贴近转子工作表面的更大的空腔容积，上述锥度的大小足够使增加上述可控材料远离轴且朝向转子的工作表面的移动。
32.一种可控制动器，包括(a)一个转子，它由导磁材料制造，并成形为在其外缘上具有工作部分，该工作部分在平行于轴的方向上延伸，上述转子安装在该轴上；(b)一个轴，它具有在轴的一端连接到该轴的上述转子，以便保持它们之间的相对的旋转；(c)一个套管，它具有第一空腔，在该空腔里面安装有可旋转的转子，而且包括一个磁场发生器，该磁场发生器与转子相隔一定距离，并设计和安置适用于产生一个磁通量，该磁通量在垂直于轴并垂直于转子的工作部分的方向上通过可控材料；以及第二空腔，在其中包括电子设备装置；以及(d)一种可控材料，它包含在上述第一空腔内，至少与转子的工作部分相接触。
33.如权利要求32中的可控制动器，其中，上述轴在上述套管中被轴承支承用于旋转，而且进一步包括密封件，用来密封上述第一空腔从而保持上述可控材料位于其中。
34.如权利要求32中的可控制动器，其中，上述电子设备装置进一步包括传感器，用来检测转子的相对旋转位置，并用于控制磁场发生器，以应用其磁场强度决定于转子的相对旋转位置的磁场。
35.如权利要求32中的可控制动器，进一步包括一个位于第一空腔和第二空腔的至少一个中的回正作用装置，以促使转子回到相对的中心位置处。
36.如权利要求32中的可控制动器，其中，轴和转子这样连接在一起，以允许转子和轴之间存在间隙，而且电子设备装置设计用来检测轴的运动、以及用来使磁场发生器减少由于轴的运动产生的磁场。
37.如权利要求32中的可控制动器，其中，上述空腔的腔壁是锥形的，从而将产生贴近转子工作表面的更大的空腔容积，上述锥度的大小足够增加上述可控材料远离轴且朝向转子的工作表面的移动。
全文摘要
一种可控的制动器包括一个由一个轴端支承的转子。该转子安装在包含一个场可控材料的空腔中，该场可控材料由磁场发生器作用以改变材料的流变能力，因而阻碍该转子的运动。该轴由两个轴承支承，这两个轴承与该管套确定了一个第二管套空腔，后者用于封闭调节和/或控制制动器的工具；用这种方法，提供了一种集成的、紧凑的可控制动器。
文档编号F16F9/53GK1575383SQ02821245
公开日2005年2月2日 申请日期2002年10月24日 优先权日2001年10月25日
发明者马克·R·乔利, 罗伯特·H·马乔姆, 斯蒂芬·P·凯斯特, 肯尼思·A·圣克莱尔 申请人:洛德公司