[發(fā)明專利]一種基于磁流變材料的高效率轉(zhuǎn)速控制裝置

有效

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• 申請日: 2017-09-19
• 公開（公告）號: CN107612441B
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 代俊;黃玨;常輝;解賽鵬;趙瑞;張美云;隋麗;石庚辰
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: H02P9/00
• 分類號: H02P9/00
• 代理公司: 11639 北京理工正陽知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 毛燕

本發(fā)明公開的一種基于磁流變材料的高效率轉(zhuǎn)速控制裝置，屬于引信渦輪式發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制領(lǐng)域。本發(fā)明包括上蓋、內(nèi)筒、外殼、底、勵磁線圈、磁芯和磁流變材料；所述的上蓋、內(nèi)筒、外殼、底組成基座；外圍裝置包括渦輪式發(fā)電機(jī)；所述勵磁線圈排布于內(nèi)筒和外殼之間，勵磁線圈垂直于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸，使得磁流變材料中的磁性顆粒結(jié)鏈方向垂直于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸；所述外殼內(nèi)側(cè)和所述內(nèi)筒外側(cè)分別有磁芯定位槽，定位槽采用圓形凹槽，每對定位槽的圓心連線水平經(jīng)過轉(zhuǎn)軸軸線；所述磁芯直徑大小匹配凹槽直徑大小，通過匹配定位槽穿過勵磁線圈內(nèi)部。本發(fā)明提供一種基于磁流變材料的高效率轉(zhuǎn)速控制裝置，并結(jié)合磁流變材料的磁學(xué)特性實現(xiàn)提高磁流變材料能量轉(zhuǎn)換效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于引信渦輪式發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于磁流變材料的高效率轉(zhuǎn)速控制裝置，尤其涉及一種用于提高磁流變材料能量轉(zhuǎn)化效率轉(zhuǎn)速控制裝置。

背景技術(shù)

從近代戰(zhàn)爭來看，武器系統(tǒng)正在向精確制導(dǎo)方向發(fā)展，因此精確制導(dǎo)炸彈的引信電源不僅要為控制電路提供電能，還要為修正炸彈的飛行方向和飛行姿態(tài)提供電能。渦輪式發(fā)電機(jī)是一種利用彈道空氣壓力作驅(qū)動力的電源，主體部分包括渦輪、轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子和定子。由于其功率密度大、軸向尺寸小，具有較好的發(fā)電性能，在引信電源領(lǐng)域有著很好的應(yīng)用前景。對于飛行速度跨度大的炮彈，渦輪式發(fā)電機(jī)需要在全彈道上都能正常可靠地為引信連續(xù)提供足夠的電能。然而渦輪式發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與彈丸的飛行速度呈線性變化，當(dāng)風(fēng)速達(dá)400m/s時，渦輪式發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速將會達(dá)到200000r/min以上。當(dāng)發(fā)電機(jī)高速運轉(zhuǎn)時可能會損傷關(guān)鍵零件(軸承、磁轉(zhuǎn)子)，高速運轉(zhuǎn)帶來很大的輸出電壓，也可能致使負(fù)載線路的電子元器件被擊穿或者燒壞。有效控制渦輪式發(fā)電機(jī)在高彈速下的轉(zhuǎn)速成為了渦輪式發(fā)電機(jī)能否獲得廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。

磁流變材料是當(dāng)前智能材料研究的一個重要分支，通常由分散的磁性顆粒、基體和添加劑等混合而成。在外加磁場作用下，磁流變材料發(fā)生磁流變效應(yīng)，其中的鐵磁顆粒被磁化而產(chǎn)生有序化的運動，在磁場力作用下相互吸引，沿著磁場方向形成鏈狀結(jié)構(gòu)，該過程能夠在瞬間(毫秒級)引起磁流變材料黏度的變化，甚至在磁場強度達(dá)到某一臨界值時，流體停止流動而達(dá)到固化，并具有抗剪切能力。基于以上特點，以磁流變材料為執(zhí)行元件的轉(zhuǎn)速控制裝置能夠在一定的條件下對渦輪式發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸施加一定的阻尼力矩，從而限制渦輪式發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的上升，實現(xiàn)高彈速情況下渦輪式發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的有效控制。但是磁流變材料的能量耗散較大，因而提高磁流變材料的能量轉(zhuǎn)換效率是目前急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明公開的一種基于磁流變材料的高效率轉(zhuǎn)速控制裝置要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于磁流變材料的高效率轉(zhuǎn)速控制裝置，并結(jié)合磁流變材料的磁學(xué)特性實現(xiàn)提高磁流變材料能量轉(zhuǎn)換效率。

本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。

本發(fā)明公開的一種基于磁流變材料的高效率轉(zhuǎn)速控制裝置，包括上蓋、內(nèi)筒、外殼、底、勵磁線圈、磁芯和磁流變材料。所述的上蓋、內(nèi)筒、外殼、底組成基座。外圍裝置包括渦輪式發(fā)電機(jī)。所述轉(zhuǎn)速控制裝置與渦輪式發(fā)電機(jī)底部固定連接，轉(zhuǎn)速控制裝置基座上蓋中心處開設(shè)直徑略大于渦輪式發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸直徑的圓孔，渦輪式發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸伸出渦輪式發(fā)電機(jī)殼體部分貫穿通過轉(zhuǎn)速控制裝置上蓋中心圓孔，渦輪式發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸懸空置于內(nèi)筒中，渦輪式發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸與內(nèi)筒保持同軸度一致。上蓋朝下一面設(shè)有直徑與內(nèi)筒內(nèi)徑相同的環(huán)狀凸臺，底中心處設(shè)有直徑與內(nèi)筒外徑相同的圓形凹槽。所述內(nèi)筒通過上蓋環(huán)狀凸臺和底部凹槽定位，與上蓋和底同軸緊密配合。所述磁流變材料填充于內(nèi)筒中，作為轉(zhuǎn)速控制的執(zhí)行元件。上蓋與外殼間加用于使得基座部分零件間緊密配合的橡膠墊，所述外殼與內(nèi)筒成間隙配合。所述磁流變材料填充于內(nèi)筒中，作為轉(zhuǎn)速控制的執(zhí)行元件。所述勵磁線圈排布于內(nèi)筒和外殼之間，勵磁線圈垂直于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸，使得磁流變材料中的磁性顆粒結(jié)鏈方向垂直于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸。

由于勵磁線圈垂直于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸，使得磁流變材料中的磁性顆粒結(jié)鏈方向垂直于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸，能夠增大磁流對于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的直接作用，提高磁能到機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)化效率。