[發明專利]一種具有雙向扭轉彈簧的旋轉式電磁阻尼器

在審

• 申請號: 201910964444.X
• 申請日: 2019-10-11
• 公開（公告）號: CN110686034A
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 賈慶軒;常睿;夏永健;葉琦;徐升;畢敬峰;尚明明;褚明
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: F16F6/00
• 分類號: F16F6/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及空間機器人研究和工程領域，具體是一種旋轉運動式電磁阻尼器，包括電磁阻尼組件、雙向扭轉彈簧組件以及主軸。所述電磁阻尼組件和雙向扭轉彈簧組件分別與主軸連接。當旋轉沖擊作用于旋轉沖擊輸入端時，主軸轉動使電磁阻尼組件的轉子旋轉；由主軸的不同旋轉方向，使雙向扭轉彈簧組件產生方向相反的阻尼力；電磁阻尼組件將產生對主軸的電磁阻尼力矩，雙向扭轉彈簧組件產生對主軸的旋轉阻力矩，二者共同形成旋轉電磁阻尼力矩。

技術領域

本發明涉及空間機器人研究和工程領域，具體是一種旋轉運動式電磁阻尼器。

背景技術

目前，國內外大部分空間非合作目標對接技術，均采用空間機械臂來完成非合作目標星的捕獲和控制。在空間狀態下，目標通常處于高速飛行和自旋模式。采用傳統剛性機械臂開展空間捕獲時，碰撞沖擊通過機械臂直接傳遞給基座，因而基座受到非常大的沖擊和擾動，其中旋轉沖擊的影響最大，容易使基座姿態失控。為了將空間捕獲過程柔順化，減緩捕獲過程的沖擊和擾動，需要開展軟對接關鍵技術研究。通過在剛性傳動機構中引入具有可控阻尼系數和彈性系數的阻尼裝置，可以卸載對接過程中產生的沖擊力和碰撞力。在電磁阻尼器中，初級和次級的工作方式為非接觸式，無機械摩擦和損耗，且剛度和阻尼可控，維護方便。因此，電磁阻尼器在空間軟對接中起到重要的抑振和緩沖作用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種兼有緩沖和耗能作用的旋轉式電磁阻尼器，可對存在沖擊和振動的系統起到鎮定作用。

為了達到上述目的，本發明提供了一種旋轉式電磁阻尼器，其包括電磁阻尼組件、雙向扭轉彈簧組件以及主軸。具體方案如下：

所述主軸分為扭轉彈簧部分和阻尼器部分，扭轉彈簧部分一側的軸頭用于安裝軸套進行軸向固定，并固定扭轉彈簧的內端。阻尼器部分一側的軸頭則是旋轉沖擊輸入端；

所述電磁阻尼組件包括定子、轉子、線圈、極靴以及軸套；定子通過軸承安裝在絲杠轉軸上，定子由圓盤狀的定子盤和扇形的鐵芯組成，鐵芯共有12個，繞定子盤圓心中心對稱分布，并且在定子盤上對稱兩面均布；

所述線圈纏繞于定子鐵芯上，并在鐵芯頂端安裝扇形的極靴；

所述轉子呈圓盤型，安裝于定子兩側，與絲杠轉軸通過鍵連接，實現同步轉動；

所述雙向扭轉彈簧組件包括扭轉彈簧、外筒套以及內軸套；外筒套分為外筒套一和外筒套二，其中外筒套一上開有兩條矩形槽，且槽的開口方向相反；內軸套分為內軸套一、內軸套二和彈簧壓板，其中內軸套一和彈簧壓板分別開有兩條矩形槽，且彈簧壓板上的槽開口方向相反；內軸套一與內軸套二分別通過鍵與主軸固連，扭轉彈簧的內端通過內軸套一上的槽和彈簧壓板上的槽裝夾固定，內軸套一和彈簧壓板通過螺栓與內軸套二連接；扭轉彈簧的外端通過外筒套一上的槽固定；由于彈簧壓板和外筒套一上的兩個矩形槽開口方向相反，使放置在內軸套和外筒套之間的兩個扭轉彈簧方向也相反，組成雙向扭轉彈簧組件。

線圈通電將在定子與轉子中產生磁場回路，當旋轉沖擊通過旋轉輸入端進入時，主軸將帶動轉子轉動，并帶動扭轉彈簧旋轉。此時，轉子與其內部磁場發生相對運動產生感應電動勢，進而在轉子內部產生渦流，并在導體電阻作用下轉化為熱能而被消耗。在該過程中，渦流產生的磁場將與線圈產生的磁場相互作用，形成電磁阻尼力矩，阻礙轉子運動。此外，主軸的旋轉將使扭轉彈簧產生形變量，由于扭轉彈簧的拉力特性，逆時針或順時針分別旋轉時只有一個扭轉彈簧起作用，進而產生拉力阻礙主軸旋轉。由此，電磁阻尼力矩和雙向扭轉彈簧的拉力形成的阻力矩共同組成了抵抗旋轉沖擊的阻尼力矩，并通過調節線圈電流改變阻尼力大小。

與現有技術相比，本發明的優越功效：

本發明通過雙向扭轉彈簧機構，實現順時針和逆時針兩種旋轉方向沖擊力的卸載，能夠提高系統的穩定性；

本發明的極靴和鐵芯均采用扇形結構，與現有的盤式電磁阻尼器中的圓形極靴和鐵芯相比，其磁場工作域面積大，阻尼力矩輸出能力強，調節范圍大。