基于圆柱磁铁副的双向旋转阻尼器及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种阻尼器，更具体地说是一种基于圆柱磁铁副的双向旋转阻尼器及其控制方法，可提供阻尼力反馈。
【背景技术】
[0002]阻尼器件基于产生摩擦力或粘滞力对运动产生阻力的原理，在吸能减震、减缓运动趋势、安全缓冲等方面有广泛的应用。现有技术中的阻尼器件大体可分为磁流变液、液压粘性油、阻尼沙等介质型阻尼和弹簧、柔性钢丝绳、电磁铁等弹性型阻尼两种。这类现有技术的阻尼器在具体应用中存在如下不足:介质型阻尼器存在有阻尼介质的密封问题、其阻尼系数易受外界环境温度和摩擦发热影响导致的阻尼力输出不恒定、阻尼介质使用过程中存在噪音和磨损问题；弹性型阻尼器件在经过长时间使用后容易疲劳、过载变形、零点定位精度低、其使用寿命短；此外，磁流变液和电磁式阻尼器件往往需要配置复杂的电路控制结构，带来成本的增加，野外等场合使时存在不便。
【发明内容】
[0003]本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种阻尼力输出恒定、零点定位精度高、无需密封、无需电控、适用场合广、结构简单紧凑、使用方便、性能可靠、价格低廉的基于圆柱磁铁副的双向旋转阻尼器及其控制方法。
[0004]本发明为解决技术问题采用如下技术方案:
[0005]本发明基于圆柱磁铁副的双向旋转阻尼器的结构特点是:设置一对径向充磁的烧结钕铁硼圆柱磁铁副，构成所述磁铁副的分别是第一圆柱磁铁和第二圆柱磁铁；所述第一圆柱磁铁固定嵌装在中轴中，第二圆柱磁铁固定设置在筒体中半径为R的圆周位置上，所述中轴处在筒体的中轴位置上，中轴与筒体共轴，并且可以相对转动；所述第一圆柱磁铁和第二圆柱磁铁的磁力线是在沿中轴的径向方向上。
[0006]本发明基于圆柱磁铁副的双向旋转阻尼器的结构特点也在于:令第一圆柱磁铁的半径为R1，第二圆柱磁铁的半径为R2，设定:R大于R1+R2，使得在所述第一圆柱磁铁与第二圆柱磁铁之间形成有间隔。
[0007]本发明基于圆柱磁铁副的双向旋转阻尼器的结构特点也在于:设置所述中轴是以黄铜为材质，所述筒体是以硬铝为材质。
[0008]本发明基于圆柱磁铁副的双向旋转阻尼器的结构特点也在于:在所述筒体上设置轴向通孔用于固定安装第二圆柱磁铁，改变半径R的大小和/或取不同的半径R2的值，可以调整阻尼器输出的阻尼力的大小。
[0009]本发明基于圆柱磁铁副的双向旋转阻尼器的结构特点也在于:在筒体上半径为R的圆周位置上，并且处在与第二圆柱磁体对心180°的位置处固定设置第三圆柱磁铁，所述第三圆柱磁铁与第二圆柱磁体的磁力线方向为相同。
[0010]本发明基于圆柱磁铁副的双向旋转阻尼器的控制方法的特点是:设置所述阻尼器具有如下两种控制模式:
[0011]模式一:筒体阻尼输出
[0012]固定中轴，定义中轴所在的圆心角位置为基准位置，在所述基准位置处，第一圆柱磁铁的与第二圆柱磁铁的磁力线处在同一直线上，并且磁力线方向相反，在所述基准位置处筒体阻尼输出为最小阻尼力；
[0013]保持第一圆柱磁铁的磁力线方向不变，驱动筒体转动，所述第二圆柱磁铁随筒体同步转动，随着筒体转过的圆心角越大，且不大于90°，筒体阻尼输出的阻尼力越大，在筒体转过的圆心角为90°时，筒体阻尼输出为最大阻尼力；
[0014]对应于筒体相对于中轴在顺时针方向和在逆时针方向上的转动，正向阻尼力关于基准位置为对称。
[0015]模式二:中轴阻尼输出
[0016]固定筒体，定义筒体所在的圆心角位置为基准位置，在所述基准位置处，第一圆柱磁铁的与第二圆柱磁铁的磁力线处在同一直线上，并且磁力线方向相反，在所述基准位置处中轴阻尼输出为最小阻尼力；
[0017]保持第二圆柱磁铁的磁力线方向不变，驱动中轴转动，所述第一圆柱磁铁随中轴同步转动，随着中轴转过的圆心角越大，且不大于90°，中轴阻尼输出的阻尼力越大，在中轴转过的圆心角为90°时，中轴阻尼输出为最大阻尼力；
[0018]对应于中轴相对于筒体在顺时针方向和在逆时针方向上的转动，正向阻尼力关于基准位置为对称。
[0019]本发明基于圆柱磁铁副的双向旋转阻尼器的控制方法的特点是:设置所述阻尼器为传动单元，所述传动单元中的第一圆柱磁铁和第二圆柱磁铁均为自由状态，设置传动单元的工作模式为:以转动的中轴带动筒体转动，或是以筒体带动中轴转动。
[0020]与已有技术相比，本发明有益效果体现在:
[0021]1、本发明结构简单紧凑、安装空间小，其无需电控，安装简单易维护，制作成本低；
[0022]2、本发明中设置圆柱磁铁副为非接触式，在阻尼器的使用过程中无噪音、无磨损;
[0023]3、本发明阻尼力稳定，其阻尼器温度适用范围达到-40°C?180°C，在其使用环境内，永磁铁阻尼力保持不变，不会发生如弹簧、钢丝绳等阻尼器件的疲劳；也不会发生诸如粘性油、硅油阻尼器随外界温度变化油的粘度变化引起的阻尼力的不恒定的等问题；
[0024]4、本发明转矩稳定:永磁具有稳定的扭矩，静止和转动时扭矩不变。因此，从最低转速到最高转速，扭矩始终恒定。不受时间、温度、速度或其他系统影响而变化；
[0025]5、本发明中因受圆柱磁铁副磁场力的作用，阻尼器有高定位精度的零位基准，阻尼器不工作时始终处于零位状态上；阻尼器工作时，偏离零位具有顺时针和逆时针两个方向的阻尼，两向阻尼关于零位对称，且阻尼力随偏离角度的增大而增大，在医学手术模拟训练尤其是需要柔性力反馈场合有极为迫切的需要。
【附图说明】
[0026]图1为本发明结构示意图；
[0027]图2为图1的横断面示意图；
[0028]图3为本发明中另一实施方式结构示意图；
[0029]图中标号:I第一圆柱磁铁，2第二圆柱磁铁，3筒体，4紧定螺钉，5端盖，6深沟球轴承，7中轴，8第三圆柱磁铁。
【具体实施方式】
[0030]参见图1和图2，本实施例中基于圆柱磁铁副的双向旋转阻尼器的结构形式是:设置一对径向充磁的烧结钕铁硼圆柱磁铁副，构成磁铁副的分别是第一圆柱磁铁I和第二圆柱磁铁2 ;第一圆柱磁铁I固定嵌装在中轴7中，中轴7利用深沟球轴承6和端盖5支承在筒体3的中心轴线位置上，第二圆柱磁铁2固定设置在筒体3中半径为R的圆周位置上，具体是在筒体3的对应位置上设置轴向通孔，第二圆柱磁铁2嵌装在轴向通孔中，并以紧定螺钉4紧固，保证磁力线通过圆心；中轴7处在筒体3的中轴位置上，中轴7与筒体3共轴，并且可以相对转动；第一圆柱磁铁I和第二圆柱磁铁2的磁力线是在沿中轴7的径向方向上。
[0031]具体实施中，相应的结构设置也包括:
[0032]令第一圆柱磁铁I的半径为R1，第二圆柱磁铁2的半径为R2，设定:R大于R1+R2，使得在第一圆柱磁铁I与第二圆柱磁铁2之间形成有间隔，这一结构形式使两圆柱磁铁之间非接触，无磨损；并且将两磁铁副间的磁力转化为中轴和筒体间的旋转阻尼力，使阻尼力的输出和使用成为可能