CN201146448Y - 电流变效应发生装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电流变效应发生装置及其应用，直流或交流高压电源的正、负极分别与两块导电金属板连接，电流变液与两个电极之间被绝缘材料隔开或者其中一个电极与电流变液之间被绝缘材料隔开，电流变液的分散粒子在高压电场作用下发生极化，使电流变液的粘度急剧增大，由液态迅速转变成类固态，产生电流变效应；该发生装置可应用在抛光装置、减振器、平行圆盘式离合器中，该发生装置避免了原有电流变效应发生装置中出现的漏电现象，保证了电流变效应的稳定性，电流变液的组成成分得到了极大的扩充，使原来不适宜用作电流变液组成的物质也可制作电流变液，并提高了电流变液的击穿强度，使之能在更高的电压下正常工作。

Description

电流变效应发生装置及其应用

技术领域

本实用新型涉及一种电流变效应发生装置及其应用。

背景技术

电流变液(ER)是具有高介电常数的固体微颗粒在绝缘基础油中所形成的悬浮液，其流变性质可通过外加电场而改变，表现为电流变效应。在外加电场作用下，其粘度迅速增大以至失去流动性，可由液态转变成类固态，具有抗剪切属性，撤除外电场后，它又能在瞬间恢复成原来的液体形态。这种“固”-“液”两相之间的转换过程是可逆的，一般转换时间都为毫秒级。作为一种新型的智能材料，已被广泛应用于汽车制动器、离合器、减振器、阻尼器、机器人定位和力控制、新型机电控制元件及电流变抛光方面。

图1是现有的电流变效应发生装置的原理图。高压电源2的正、负极通过导电板1-1、1-2直接与电流变液3接触，在外加高电压作用下，电流变液中的分散粒子发生聚集，使电流变液的粘度迅速增大而形成电流变效应。在这种装置中，电流变液的基础液必须具备良好的电绝缘性能和耐击穿强度，否则会产生漏电流问题，甚至电击穿，造成电流变效应无法持续；电流变液的分散粒子也必须是易极化的高介电常数的材料，并且电导率要适当，否则电导率过大会增加通过电流变液体的电流值，导致电流变液由于温升过快出现过热而失效；另外，利用该电流变效应产生方法，电流变效应不能长时间保持稳定，这是因为经过长时间运行后，电流变液可能由于轻微的漏电流问题而导致电流变效应的丧失。这样就极大地限制了电流变液的组成成分和应用范围，也限制了电流变效应的有效利用。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有电流变效应发生装置存在的问题，提供一种产生电流变效应的装置，利用该电流变效应发生装置，电流变液的组成成分可以得到极大的扩充，使原来不能作为电流变液分散介质的水也可以制成电流变液，形成明显的电流变效应；在分散粒子方面，介电常数不大的羰基铁粉、铁粉均可作为电流变液的分散粒子制成电流变液，使电流变液的组成成分再局限于现今常规的电流变液的成分；另外，使电流变液适宜在更高的电压下正常工作，提高了电流变液的击穿强度，保证了电流变效应的稳定性，有利于电流变效应的有效利用。

本实用新型提供的电流变效应发生装置设计方法的技术方案之一(图2)是，两块导电金属板1-1、1-2分别与高压电源2的正、负极连接，电流变液3与其中一块导电金属板1-1接触，电流变液与导电金属板1-2之间被绝缘板4隔开，这样无论电流变液是否具有导电性，电流变液中都不会有电流通过。在高压电场的作用下，电流变液中的分散粒子仍然会极化，使电流变液的粘度急剧增大，产生电流变效应。

本实用新型提供的电流变效应发生装置设计方法的技术方案之二(图3)与技术方案一(图2)相似，唯一区别是电流变液3与两块导电金属板1-1、1-2之间均被绝缘材料4隔开，完全利用电场的作用使电流变液产生电流变效应。

本实用新型提供的电流变效应发生装置，由两块导电金属板分别与高压电源的正、负极连接，电流变液与其中一块导电金属板接触，电流变液与另一块导电金属板之间被绝缘材料隔开；或电流变液与两块导电金属板之间均被绝缘材料隔开。

本实用新型提供的应用所述的电流变效应发生装置的抛光装置，由导体材料制作的锥状工具通过电刷与高压电源的正极连接，高压电源的负极与导电金属板连接，在导电金属板上面放置有绝缘材料的工件，电流变液放在工件与锥状工具之间，电流变液只与高压电源的正极接通，而没有与高压电源的负极连接，环型块将电流变液束缚在加工区域；导电金属板放在用绝缘材料制作的工作平台上，工作平台通过由两个伺服电机分别控制的移动导轨来实现X、Y方向的移动，Z方向的进给运动是由另一个伺服电机控制的移动导轨实现的；锥状工具通过绝缘连接件与电主轴连接，锥状工具的旋转运动由电主轴控制。

上述导电金属板若放置在工件及电流变液上方，高压电源的负极与导电金属板连接，导电金属板与锥形工具电极之间保持固定的距离，导电金属板外包覆绝缘材料，导电金属板通过支架固定在Z向平台上，上述导电金属板制成环形的。

本实用新型提供的应用所述的电流变效应发生装置的减振器，高压电源的正、负极分别连接同心的内缸筒和外缸筒，内缸筒外包覆一层绝缘材料，电流变液放在浮动活塞上部的筒体里，浮动活塞的下部密封着气体；活塞杆带动减振器的活塞沿内缸筒上下作往复运动，电流变液被压迫在内外缸筒构成的环形间隙通道内。

本实用新型提供的应用所述的电流变效应发生装置的平行圆盘式离合器，高压电源的正、负极分别与离合器的两轴连接，两轴分别连接内圆盘和外圆盘，内圆盘由绝缘材料包覆，在内圆盘和外圆盘构成的间隙中放置电流变液，其中连接着内圆盘的轴和外圆盘之间安装有滚动轴承。

上述高压电源为0.5～5kV，高压电源为直流或交流；其绝缘材料的厚度为0.1～3mm。如果绝缘材料的厚度太厚，会使电流变效应减弱严重，甚至影响电流变效应。

上述的电流变液可选用现有的商品化电流变液，也可以选用如下组成成分的电流变液：

上述配制的电流变液的体积组成为：分散介质40～60％，固相分散粒子25～50％，添加剂1～15％。

上述分散介质是绝缘性液体硅油、矿物油、石蜡油、煤油，或非绝缘性液体水、酒精；其分散粒子是金属氧化物、无机化合物和复合粒子，或导体材料及其化合物；上述自制的电流变液的添加剂是甘油、油酸。

所述金属氧化物有：二氧化硅、二氧化钛、二氧化锡、三氧化二铝、氧化锆、氧化亚铜、四氧化三铁、三氧化二铁的一种或一种以上的混合物；所述无机化合物有：碳化钙、钛酸盐、硅铝酸盐的一种或一种以上的混合物；所述复合粒子是金属导体颗粒外包覆绝缘性材料；所述的导体材料及其化合物有：铁、羰基铁粉、铜、碳。

用于研磨抛光应加入微米或纳米级磨料：金刚石粉、氧化铝或氧化铈，上述磨料的体积组分比为1～10％。

本实用新型与现有的电流变效应发生装置根本的不同点在于：本实用新型的高压电源的正、负极不与电流变液接触或者只有其中一电极与电流变液接触。

本实用新型与现有的电流变液组成根本的不同点在于：(1)本实用新型的电流变液的分散介质可以是导电材料的水、酒精；(2)本实用新型的电流变液的固相分散粒子可以是介电常数较小的羰基铁粉、还原铁粉，甚至是导电材料铁粉、铜粉等。

本实用新型的有益效果：(1)虽然使电流变效应略有减弱，但避免了原有电流变效应发生装置中出现的漏电现象，保证了电流变效应的稳定性，有利于电流变效应的有效利用；(2)扩大了电流变液的范围，使原来不适宜用作电流变液组成的物质也可制作电流变液；(3)提高了电流变液的击穿强度，使之能在更高的电压下正常工作。

附图说明

图1是现有的电流变效应发生装置的工作原理图；

图2是本实用新型的电流变效应发生装置之一的工作原理图；

图3是本实用新型的电流变效应发生装置之二的工作原理图；

图4是利用本实用新型装置的电流变效应平面抛光装置的结构示意图；

图5是利用本实用新型装置的电流变效应平面抛光装置的另一种结构示意图；

图6是利用本实用新型装置的电流变效应研磨曲面抛光装置的结构示意图；

图7是利用本实用新型装置的电流变效应减振器的结构示意图；

图8是利用本实用新型装置的电流变效应平行圆盘式离合器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步具体的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

图2示出了本实用新型的电流变效应发生装置之一的工作原理图，两块导电金属板1-1、1-2分别与高压电源2的正、负极连接，电流变液与其中一块导电金属板1-2接触，电流变液3与导电金属板1-1之间被绝缘材料4隔开，在高压电场的作用下，电流变液中的分散粒子发生极化，使电流变液的粘度急剧增大，产生电流变效应。图3示出的是本实用新型的电流变效应发生装置之二的工作原理图，它与图2所示的装置的区别在于两块导电金属板1-1、1-2都不与电流变液3直接接触，电流变液与金属板1-1、1-2之间均被绝缘材料4隔开，在高压电场的作用下产生电流变效应。

实施列1：

图4是利用本实用新型的电流变效应发生装置的电流变效应研磨平面抛光装置的具体结构，由导体材料制作的锥状工具1通过电刷与高压电源2的正极连接，高压电源2的负极与导电金属板1-2连接，在导电金属板1-2上面放置绝缘的光学玻璃工件5，电流变液3放在光学玻璃工件5与锥状工具1之间，由于光学玻璃工具5的绝缘作用，电流变液3只与高压电源的正极接通，而没有与高压电源的负极连接，为避免电流变液的流失，利用环型块6将电流变液束缚在加工区域。导电金属板1-2放在用绝缘材料制作的工作平台7上，工作平台可以通过由两个伺服电机8、9分别控制的移动导轨来实现X、Y方向的移动，Z方向的进给运动是由伺服电机13控制的移动导轨12实现的。锥状工具1通过绝缘连接件10与电主轴11连接，锥状工具的旋转运动由电主轴11控制，从而实现工件的平面研磨加工。

实施列2：

图5是利用本实用新型的电流变效应发生装置的电流变效应研磨平面抛光装置的另一种结构图，它与图4所示装置的主要区别是与高压电源负极相连的电极的安装方式不同。在图4中，负电极是安装在光学玻璃工件5的下面，通过光学玻璃保证与电流变液的绝缘作用，电极在X-Y平台的控制下随着工件一起移动；而在图5所示的结构中，导电金属板6-1被制成环形并与锥形工具电极1之间保持固定的距离，为避免环形的导电金属板6-1与电流变液5直接接触，环形的导电金属板6-1外包覆一层绝缘材料4，环形的导电金属板6-1通过支架6-2固定在Z向平台上。

实施列3：

图6是利用本实用新型的电流变效应发生装置设计的曲面抛光装置，该装置与图5所示的平面抛光装置的区别在于加工工件的不同，一个是曲面工件，一个是平面工件，其余都完全一样。

实施列4：

图7是利用本实用新型的电流变效应发生装置设计的减振器，该减振器可作为振动系统的阻尼元件，在振动过程中消耗振动的能量，尽快地消除振动。高压电源2的正、负极分别连接同心的内缸筒14和外缸筒15，内缸筒14外包覆一层绝缘材料4，电流变液3放在浮动活塞16上部的筒体里，浮动活塞16的下部密封着气体20。当减振器的活塞19在活塞杆17带动下上下作往复运动时，电流变液被压迫通过内外缸筒构成的环形间隙通道18，使上下腔的电流变液相互交换，在通道中产生相应的阻尼力，并且通过改变极板间的电场强度来控制阻尼力的大小，阻尼力使间隙通道两端的上下腔形成压力差。当活塞杆17带动活塞19向下运动时，下腔液体通过间隙流向上腔，下腔压力大于上腔，活塞向下的运动受到较大的阻力；当活塞向上运动时，液体由上腔流向下腔，上腔的压力大于下腔，使活塞向上运动的阻力增大，因而活塞上下运动时都将消耗很大的振动能量，使振动很快消失。浮动活塞16下方密封的气体对振动起到缓冲作用，以避免电流变液在通道中的阻尼力过大引起减振过急而造成人员的不舒适。

实施列5：

图8是利用本实用新型的电流变效应发生装置设计的平行圆盘式离合器。高压电源2的正、负极分别与两轴21、26连接，轴21和轴26分别连接内圆盘24和外圆盘25，内圆盘24被绝缘材料4包覆，在内圆盘和外圆盘构成的间隙中放置电流变液3，轴21和外圆盘25之间的相互运动通过滚动轴承22保证。在没有电场作用时，轴21和轴26之间的传动仅依靠电流变液的粘性力或油膜剪切作用，造成轴21和轴26之间有较大的转速差。当作用有高压电场时，内圆盘24和外圆盘25之间的电流变液发生电流变效应，使电流变液的粘度急剧增大，这样，轴21和轴26之间除了存在由于电流变液的粘性所传递的转矩外，还存在着由于电流变效应所产生的电致屈服应力所传递的转矩，使传递的转矩大大增大，使轴21和轴26趋于同步传动。这样，通过控制电场的作用来实现传动中主、被动部分的动力通断。

Claims (6)

1.一种电流变效应发生装置，其特征是：两块导电金属板分别与高压电源的正、负极连接，电流变液与其中一块导电金属板接触，电流变液与另一块导电金属板之间被绝缘材料隔开；或电流变液与两块导电金属板之间均被绝缘材料隔开。

2.一种应用权利要求1所述的电流变效应发生装置的抛光装置，其特征是：由导体材料制作的锥状工具通过电刷与高压电源的正极连接，高压电源的负极与导电金属板连接，在导电金属板上面放置有绝缘材料的工件，电流变液放在工件与锥状工具之间，电流变液只与高压电源的正极接通，而没有与高压电源的负极连接，环型块将电流变液束缚在加工区域；导电金属板放在用绝缘材料制作的工作平台上，工作平台通过由两个伺服电机分别控制的移动导轨来实现X、Y方向的移动，Z方向的进给运动是由另一个伺服电机控制的移动导轨实现的；锥状工具通过绝缘连接件与电主轴连接，锥状工具的旋转运动由电主轴控制。

3.根据权利要求2所述的抛光装置，其特征是：上述导电金属板放置在工件及电流变液上方，高压电源的负极与导电金属板连接，导电金属板与锥形工具电极之间保持固定的距离，导电金属板外包覆绝缘材料，导电金属板通过支架固定在Z向平台上，上述导电金属板制成环形的。

4.一种应用权利要求1所述的电流变效应发生装置的减振器，其特征是：高压电源的正、负极分别连接同心的内缸筒和外缸筒，内缸筒外包覆一层绝缘材料，电流变液放在浮动活塞上部的筒体里，浮动活塞的下部密封着气体；活塞杆带动减振器的活塞沿内缸筒上下作往复运动，电流变液被压迫在内外缸筒构成的环形间隙通道内。

5.一种应用权利要求1所述的电流变效应发生装置的平行圆盘式离合器，其特征是：高压电源的正、负极分别与离合器的两轴连接，两轴分别连接内圆盘和外圆盘，内圆盘由绝缘材料包覆，在内圆盘和外圆盘构成的间隙中放置电流变液，其中连接着内圆盘的轴和外圆盘之间安装有滚动轴承。

6.根据权利要求1所述的电流变效应发生装置，其特征是：其高压电源为0.5～5kV，高压电源为直流或交流，其绝缘材料的厚度为0.1～3mm。

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