缸筒的侧 壁上设置有1个外隔磁环，所述阻尼圆筒上设置有2个内隔磁环，所述2个内隔磁环分别位 于所述励磁线圈外侧的两端，在所述2个内隔磁环之间设置有导磁型的保护套，所述保护 套与所述内隔磁环的外径与所述阻尼圆筒的外径相同。
[0016] 铁磁材料具有相对高的磁导率，其饱和磁导率在I. 7T以上，非常适于制作负载模 拟器内部的导磁部件，因此在本发明中旋转圆筒式磁流变液负载模拟器导磁材料为铁磁材 料。
[0017] 在旋转圆筒式磁流变液负载模拟器中，缸筒是负载模拟器的支撑部件，轴、阻尼圆 筒是主要的扭矩输出部件，它们是整个负载模拟器的主要受力部件，因此在选材时需要考 虑强度和刚度问题，保证在正常工作时不会发生过大的形变甚至被破坏，在本发明中缸筒、 轴和阻尼圆筒采用20#钢。20#钢的磁感应强度达到1.85T，其强度和刚度也满足负载模拟 器的要求，并且钢材易于加工。
[0018] 在该旋转圆筒式磁流变液负载模拟器的某些地方需要隔离磁场，本发明中隔磁材 料采用铝材。
[0019] 由于励磁线圈在负载模拟器中会产生大量的热量，为减轻负载模拟器的散热问 题，励磁线圈采用较大直径的漆包线，本发明中采用0. 6mm2的漆包线，从而降低励磁线圈总 电阻，减小负载模拟器内部的发热量。
[0020] 由于磁流变液的磁导率接近空气的磁导率，远低于钢材的磁导率，所以，减小流 体间隙可以增大磁感应强度来达到剪切力矩，所述缸筒与阻尼圆筒间的工作间隙宽度为 0. 5mm〇
[0021] 目前负载模拟器的设计方法的基本思路大致相同，即首先依据负载模拟器的最大 输出力矩初步预估负载模拟器的结构参数，然后根据磁路的欧姆定律进行磁路设计，最后 反复调整结构参数，直至达到设计期望值。上述设计思想虽然切实可行，但在实际设计中还 存在以下不足：
[0022] (1)该方法将磁路设计与结构设计作为两个独立设计阶段，没有充分考虑两者之 间的相互关系。
[0023] (2)该方法在结构设计中忽略了磁路最优问题，容易引起负载模拟器结构局部磁 饱和，影响负载模拟器的最大输出力矩和造成材料的浪费。
[0024] (3)该方法在实际设计负载模拟器时，负载模拟器某些结构参数的初步设置需要 依靠经验预估。因此最终设计结构参数需要经过多次试算才能确定，整个过程非常复杂，且 计算的结果也很难满足设计要求。
[0025] 针对以上问题，本发明提出了一种结构参数设计方法，引入磁路优化原则，将磁路 设计与结构设计融为一体，充分利用两者之间的关系，避免了现有设计方法的预估计和试 算过程。
[0026] 磁路优化原则：将磁路设计和结构设计结合，按照磁流变液负载模拟器的磁路设 计要求，采用磁路优化的两条原则：原则一能保证阻尼通道处磁流变液达到磁饱和，原则二 能有效避免材料的浪费及局部磁饱和现象。
[0027] (1)原则一
[0028] 依据磁路欧姆定律，可以得到剪切式磁流变液负载模拟器的磁路计算公式（1):
[0029]
【主权项】
1. 一种磁流变液负载模拟器，包括缸筒（I)、设置在所述缸筒（1)内部的阻尼圆筒（2)、 与所述阻尼圆筒（2)连接的传动轴（3)以及绕制在所述阻尼圆筒（2)上的励磁线圈（4)，所 述传动轴（3)分别从所述缸筒（1)的两端向外伸出，在所述缸筒（1)与阻尼圆筒（2)的工 作间隙内填充有磁流变液（5)，在缸筒（1)的两端还设置有用于密封所述磁流变液（5)的密 封机构（6)，其特征在于： 所述阻尼圆筒（2)与所述缸筒（1)的侧壁均由导磁材料制成，所述缸筒（1)的两个端 壁由隔磁材料制成，在所述缸筒（1)的侧壁上设置有N个外隔磁环（7)，N为大于或等于1 的整数，在所述阻尼圆筒（2)上设置有N+1个内隔磁环（7'），且所述N+1个内隔磁环（7'） 紧贴所述励磁线圈（4)的外侧并与所述N个外隔磁环（7)错落分布，使得所述励磁线圈（4) 形成曲线形磁通路径。
2. 根据权利要求1所述的磁流变液负载模拟器，其特征在于，所述密封机构（6)为密封 套，该密封套的内壁开设有环形的凹槽(61)，在所述凹槽(61)中套有环形磁铁(62)，在所 述密封套与传动轴（3)之间的工作间隙中填充磁流变液。
3. 根据权利要求2所述的磁流变液负载模拟器，其特征在于，在所述密封机构（6)的外 侧还设置有用于安装所述传动轴（3)的轴承机构（8)。
4. 根据权利要求1或2所述的磁流变液负载模拟器，其特征在于，所述励磁线圈（4)的 外侧设置有导磁型的保护套（4a)，该保护套（4a)的外径与所述阻尼圆筒（2)的外径相同， 所述N+1个内隔磁环（7'）分段嵌设在所述保护套（4a)中。
5. 根据权利要求1或2所述的磁流变液负载模拟器，其特征在于，所述缸筒（1)的侧壁 上设置有1个外隔磁环（7)，所述阻尼圆筒（2)上设置有2个内隔磁环（7'），所述2个内隔 磁环（7'）分别位于所述励磁线圈（4)外侧的两端，在所述2个内隔磁环（7'）之间设置有 导磁型的保护套（4a)，所述保护套（4a)与所述内隔磁环（7'）的外径与所述阻尼圆筒（2) 的外径相同。
6. 根据权利要求1或2所述的磁流变液负载模拟器，其特征在于，所述导磁材料为铁磁 材料，所述隔磁材料采用铝材。
7. 根据权利要求1所述的磁流变液负载模拟器，其特征在于，所述励磁线圈采用 0. 6mm2的漆包线。 S_ M权利要求1所述的磁流变液负载模拟器的结构参数设计方法，其特征在于，满足
其中N为励磁线圈匝数，B为磁流变液饱和磁感应强度，h为阻尼通道宽度，μ ^为 空气磁导率，I为最大电流，以保证工作间隙处磁流变液在最大电流时能达到磁饱和状态； 同时由公式
，其中O1S磁芯处的饱和磁通，Φ 2为阻尼通 道处的饱和磁通，B为磁流变液的饱和磁感应强度，B1为磁芯材料的饱和磁感应强度，r为 磁芯的半径，R为圆筒半径，L为圆筒翼缘宽度，以保证磁芯与阻尼通道处同时达到磁饱和， 并防止负载模拟器的局部饱和。
【专利摘要】本发明提供了一种磁流变液负载模拟器及其结构参数设计方法，模拟三种基本的负载：恒功率、恒转矩和通风机负载，该负载模拟器包括缸筒、阻尼圆筒、轴、励磁线圈以及磁流变液，利用导磁环和隔磁环的组合形成曲线形磁通路径，在不增大负载模拟器体积的情况下增大了阻尼力矩；同时采用磁流变液的自密封技术，解决现有技术中采用O型密封圈密封磁流变液引起的负载模拟器零磁场阻尼力矩增加，以及长时间运行导致密封圈过度磨损而造成的密封性降低的技术问题，结构简单，密封性好。
【IPC分类】G01M99-00
【公开号】CN104677661
【申请号】CN201510067417
【发明人】叶兆虹, 孙跃, 苏玉刚, 戴欣, 王智慧, 唐春森
【申请人】重庆大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年2月9日