阅读说明：本技术 一种具有双向扭转弹簧的旋转式电磁阻尼器 (Rotary electromagnetic damper with bidirectional torsion spring ) 是由 贾庆轩 常睿 夏永健 叶琦 徐升 毕敬峰 尚明明 褚明 于 2019-10-11 设计创作，主要内容包括：本发明涉及空间机器人研究和工程领域,具体是一种旋转运动式电磁阻尼器,包括电磁阻尼组件、双向扭转弹簧组件以及主轴。所述电磁阻尼组件和双向扭转弹簧组件分别与主轴连接。当旋转冲击作用于旋转冲击输入端时,主轴转动使电磁阻尼组件的转子旋转；由主轴的不同旋转方向,使双向扭转弹簧组件产生方向相反的阻尼力；电磁阻尼组件将产生对主轴的电磁阻尼力矩,双向扭转弹簧组件产生对主轴的旋转阻力矩,二者共同形成旋转电磁阻尼力矩。(The invention relates to the field of space robot research and engineering, in particular to a rotary motion type electromagnetic damper which comprises an electromagnetic damping assembly, a bidirectional torsion spring assembly and a main shaft. The electromagnetic damping assembly and the bidirectional torsion spring assembly are respectively connected with the main shaft. When the rotary impact acts on the rotary impact input end, the main shaft rotates to enable the rotor of the electromagnetic damping assembly to rotate; the two-way torsion spring assembly generates damping forces in opposite directions by different rotating directions of the main shaft; the electromagnetic damping assembly generates electromagnetic damping torque to the main shaft, the bidirectional torsion spring assembly generates rotation resistance torque to the main shaft, and the two components form rotation electromagnetic damping torque together.)

一种具有双向扭转弹簧的旋转式电磁阻尼器

技术领域

本发明涉及空间机器人研究和工程领域，具体是一种旋转运动式电磁阻尼器。

背景技术

目前，国内外大部分空间非合作目标对接技术，均采用空间机械臂来完成非合作目标星的捕获和控制。在空间状态下，目标通常处于高速飞行和自旋模式。采用传统刚性机械臂开展空间捕获时，碰撞冲击通过机械臂直接传递给基座，因而基座受到非常大的冲击和扰动，其中旋转冲击的影响最大，容易使基座姿态失控。为了将空间捕获过程柔顺化，减缓捕获过程的冲击和扰动，需要开展软对接关键技术研究。通过在刚性传动机构中引入具有可控阻尼系数和弹性系数的阻尼装置，可以卸载对接过程中产生的冲击力和碰撞力。在电磁阻尼器中，初级和次级的工作方式为非接触式，无机械摩擦和损耗，且刚度和阻尼可控，维护方便。因此，电磁阻尼器在空间软对接中起到重要的抑振和缓冲作用。

本发明所要解决的技术问题是提供一种兼有缓冲和耗能作用的旋转式电磁阻尼器，可对存在冲击和振动的系统起到镇定作用。

为了达到上述目的，本发明提供了一种旋转式电磁阻尼器，其包括电磁阻尼组件、双向扭转弹簧组件以及主轴。具体方案如下：

所述主轴分为扭转弹簧部分和阻尼器部分，扭转弹簧部分一侧的轴头用于安装轴套进行轴向固定，并固定扭转弹簧的内端。阻尼器部分一侧的轴头则是旋转冲击输入端；

所述电磁阻尼组件包括定子、转子、线圈、极靴以及轴套；定子通过轴承安装在丝杠转轴上，定子由圆盘状的定子盘和扇形的铁芯组成，铁芯共有12个，绕定子盘圆心中心对称分布，并且在定子盘上对称两面均布；

所述线圈缠绕于定子铁芯上，并在铁芯顶端安装扇形的极靴；

所述转子呈圆盘型，安装于定子两侧，与丝杠转轴通过键连接，实现同步转动；

所述双向扭转弹簧组件包括扭转弹簧、外筒套以及内轴套；外筒套分为外筒套一和外筒套二，其中外筒套一上开有两条矩形槽，且槽的开口方向相反；内轴套分为内轴套一、内轴套二和弹簧压板，其中内轴套一和弹簧压板分别开有两条矩形槽，且弹簧压板上的槽开口方向相反；内轴套一与内轴套二分别通过键与主轴固连，扭转弹簧的内端通过内轴套一上的槽和弹簧压板上的槽装夹固定，内轴套一和弹簧压板通过螺栓与内轴套二连接；扭转弹簧的外端通过外筒套一上的槽固定；由于弹簧压板和外筒套一上的两个矩形槽开口方向相反，使放置在内轴套和外筒套之间的两个扭转弹簧方向也相反，组成双向扭转弹簧组件。

线圈通电将在定子与转子中产生磁场回路，当旋转冲击通过旋转输入端进入时，主轴将带动转子转动，并带动扭转弹簧旋转。此时，转子与其内部磁场发生相对运动产生感应电动势，进而在转子内部产生涡流，并在导体电阻作用下转化为热能而被消耗。在该过程中，涡流产生的磁场将与线圈产生的磁场相互作用，形成电磁阻尼力矩，阻碍转子运动。此外，主轴的旋转将使扭转弹簧产生形变量，由于扭转弹簧的拉力特性，逆时针或顺时针分别旋转时只有一个扭转弹簧起作用，进而产生拉力阻碍主轴旋转。由此，电磁阻尼力矩和双向扭转弹簧的拉力形成的阻力矩共同组成了抵抗旋转冲击的阻尼力矩，并通过调节线圈电流改变阻尼力大小。

与现有技术相比，本发明的优越功效：

本发明通过双向扭转弹簧机构，实现顺时针和逆时针两种旋转方向冲击力的卸载，能够提高系统的稳定性；

本发明的极靴和铁芯均采用扇形结构，与现有的盘式电磁阻尼器中的圆形极靴和铁芯相比，其磁场工作域面积大，阻尼力矩输出能力强，调节范围大。

本发明的阻尼由电磁阻尼组件和扭转弹簧共同产生，能够在电磁阻尼组件消耗旋转冲击的同时，将多余动能储存在弹簧中，作为后续消耗储备，从而将冲击动能在阻尼器中完全消耗，并实现复位。

附图说明

图1为本发明的整体结构外观图；

图2为图1中电磁阻尼组件的径向结构剖面示意图；

图3为图1中电磁阻尼组件的轴向剖面示意图；

图4为图1中双向扭转弹簧组件的轴向剖面示意图；

图5为图1中双向扭转弹簧组件的径向示意图；

图中有1.电磁阻尼组件，11.定子，12.转子一，13.转子二，14.线圈，15.极靴，16.轴套一，17.轴套二；2.双向扭转弹簧组件，21.外筒套一，22.外筒套二，23.扭转弹簧一，24.弹簧压板，25.内轴套一，26.内轴套二，27.主轴螺母，28.扭转弹簧二；3.主轴。

具体实施方案

为使本发明的技术方案、结构特点更加清楚，下面结合附图对本发明做更进一步的详细说明。

如图1所示，是旋转运动式电磁阻尼器，其结构包括电磁阻尼器组件1，双向扭转弹簧组件2和主轴3。

如图2和图3所示，定子11通过轴承安装在丝杠转轴3上，定子上共有12个扇形的铁芯均匀分布于定子两侧；在定子铁芯上缠绕有线圈14，并在铁芯上表面安装扇形的极靴；转子一12和转子二13分别通过键连接安装于丝杠转轴3上，并通过轴套一16和轴套二17进行轴向定位，在转子二13一侧用锁紧螺母进行轴向固定；转子一12一侧的轴头即为旋转冲击输入端。

内轴套一25与内轴套二26分别通过键与主轴3固连，扭转弹簧一23的内端通过内轴套一25外侧的槽和弹簧压板24内侧的槽装夹固定，内轴套一25与弹簧压板24通过螺栓与内轴套二26连接；扭转弹簧一23的外端通过外套筒一21上的槽固定；放置在内轴套和外筒套之间的扭转弹簧一23和扭转弹簧二28方向相反，组成双向扭转弹簧组件。

定子11上，单侧相邻线圈通以相反方向电流，两侧对称，因此两侧相邻4个磁极构成一条磁场回路，磁场穿过转子一12和转子二13。

在旋转冲击状态下，当旋转冲击从主轴3的旋转冲击输入端进入时，主轴3带动转子一12和转子二13转动，与磁极磁场发生相对运动，磁通量发生变化，在转子内部形成感应电动势，导体内产生涡流，并在导体电阻的作用下转化为热量。由于涡流产生涡流磁场，与磁极磁场发生相互作用，将产生阻碍转子一12和转子二13转动的电磁阻尼力矩。同时，主轴3的转动将使扭转弹簧一23或扭转弹簧二28产生不同形变量，扭转弹簧的形变将形成对主轴3的旋转阻力矩。二者结合，共同构成了旋转电磁阻尼器的阻尼力矩，并通过改变线圈14的电流调节阻尼力矩。