使用流体耦合器的附加并联负载路径致动器的制作方法

使用流体耦合器的附加并联负载路径致动器
1.相关申请的引证
2.本技术要求于2021年2月1日提交的美国专利申请号63/143,974的优先权，该美国专利申请的内容通过引证并入本文。
技术领域
3.本技术总体上涉及使用磁流变(mr)流体耦合器的致动器、机器人关节、触觉装置、升降机或动力传动系统的领域。


背景技术：

4.致动器是用于在系统上产生可控的力或扭矩的装置。致动器的典型应用见于触觉系统、机器人或动力传动系统中。触觉系统是可以涉及致动装置与人类用户之间的物理接触的装置。机器人是可操作用于使用经由铰接件或致动机器人关节互连的一系列刚性连杆或构件来操纵物体或执行任务的装置。典型地，每个关节提供一个或多个自由度(dof)并且由一个或多个致动器控制。末端执行器是用于执行某些任务(例如，抓取作业工具或物体)的特定连杆。
5.协作机器人是可以被设定为在接近人的环境中工作，甚至可以一起工作或帮助人工作的机器人。典型的协作机器人是包括实现运动的多个互连的机器人关节的机器人臂。在变型中，机器人关节可以包括可以连接到另一机器人关节的输出凸缘或轴，以及被配置为使输出凸缘或轴旋转的关节马达。机器人关节可以直接连接在一起，或者可以在两个机器人关节之间设置连接元件(例如，连杆)。典型地，由于由马达与输出凸缘或轴之间的高减速比引起的机器人关节的反射惯性，协作机器人具有受限的触觉能力。
6.车辆动力传动系统通常采用内燃发动机或马达/发电机单元，内燃发动机或马达/发电机单元与变速箱协同操作或者不与变速箱协同操作，以向车辆的车轮或设备提供驱动力。
7.人力混合型动力传动系统通常采用内燃发动机或马达/发电机单元，内燃发动机或马达/发电机单元与人力协同操作，以向车辆的车轮或设备提供驱动力。车辆的内燃发动机或电驱动能力通常用于由于人力不足以达到期望的性能或里程而需要增加或替换人力的情况。举例而言，这种类型的车辆或装备适合于使人可以操作车辆或设置的里程最大化，或者允许他/她到达在没有人力或能量的唯一贡献的情况下无法达到的距离。人力混合动力传动系统不限于使用与人力结合使用的内燃发动机或电动马达，而是还可以使用惯性轮、气压涡轮机或其他任何其他动力源。人力混合动力传动系统还可以包括与人力结合的多于一个的附加动力源。通常，出于简化文本的目的，除人之外的任何动力源将被称为附加动力源。
8.人力混合动力传动系统不限于使用与人力结合使用的内燃发动机或电动马达，而是还可以使用惯性轮、气压涡轮机或其他任何其他动力源。人力混合动力传动系统还可以包括与人力结合的多于一个的附加动力源。通常，出于简化文本的目的，任何动力源(包括
人)都将被称为动力源。
9.采用多速动力传动系统的车辆非常适合于进行大量的停止和行进驾驶的城市交通。这些车辆中的一些还可以包括再生制动，以对电力存储装置(电池)再充电，将能量存储在飞轮中或对储液器中的流体加压，仅举出几个示例。在城市行驶期间，动力传动系统可以利用动力源和多速齿轮箱来改善例如性能和里程。
10.已知人力混合多速动力传动系统的一个很好的示例是轻便摩托车(moped)。轻便摩托车是一种小型摩托车，通常具有比摩托车或汽车更不严格的许可要求，因为轻便摩托车通常以与公共道路上的自行车相同的速度行驶。严格来讲，轻便摩托车由内燃发动机和自行车踏板两者驱动。在轻便摩托车上，踏板与车轮之间通常存在单个传动比。在大多数轻便摩托车上，一旦车辆达到某个速度，踏板可能变得难以使用，因为难以将车轮的速度与踏板的速度匹配，踩踏节奏过高。为了补偿这种情况，已经引入了在踏板与车轮之间具有多个传动比的轻便摩托车。尽管如此，由于内燃发动机典型的非线性动力和扭矩曲线，使轻便摩托车的发动机与人力无缝工作可能是一个挑战。一种方法使来自发动机的功率与人提供的功率成比例，但是实施该方法的一个问题是来自内燃发动机的扭矩在低速时可能较低。为了修正这种行为，可以偶尔添加离心滑移离合器，以便将内部发动机/传动装置耦合到人力。离心式离合器可能不容易控制，因为接合取决于马达的旋转速度。作为附加装置，可以使用单向离合器，以便允许内燃发动机反超人力致动的速度，同时不拖累与人接触的机构。该单向离合器通常在没有平滑过渡的情况下接合或分离。内燃发动机也可能难以控制扭矩，并且与其他动力源(例如电动马达)相比，可能具有相对慢的响应、相对低的带宽。
11.其他类型的轻便摩托车由电动马达驱动。电动马达可以更容易控制，因为它们可以具有比内燃发动机高的带宽。在寻求高动态响应的电动轻便摩托车上，机电致动的最常见形式见于直接驱动式马达中，其对于这种运输模式可能是笨重的。通过在马达与踏板或车轮之间提供减速比，可以显著减小装置重量。事实上，当联接到减速齿轮箱时，机电致动器比直接驱动解决方案轻得多且便宜得多，但是机电致动器的高输出惯性、摩擦和齿隙大大降低了它们的动态性能。机电致动器可能不是用相同的带宽来控制。与使用内燃发动机一样，可能出现类似的问题，存在马达拖累人运动的风险。由此，可能需要如单向离合器的装置来将电动马达和齿轮箱组合连接到人力，以便确保用户的安全。
12.在内燃发动机和电动轻便摩托车的示例中，为了防止踏板以比期望的速度更快的速度运动，以及相关联的受伤或不舒适的风险，可以使用如上所解释的单向离合器。当马达减速器控制的带宽不使动力源减速以匹配用户踩踏速度时，单向离合器可以在每次用户停止转动踏板时操作，同时发动机将其机械动力输出到车轮。这种混合动力传动系统可能由于其低带宽而不容易控制，用户可能感觉到单向离合器的接合和脱离接合以及附加动力源的接合和脱离接合。动力传动系统的低带宽可能由与系统中的速度变化相反的旋转部分的高惯性引起。当用户输入速度变化时，系统的高惯性可能变得可被用户感知并且可能引起烦恼。具有低带宽的系统将不能足够快地适应用户的变化，使得用户可能感觉到连接到机械装置。烦恼可能来自以下事实：机械系统速度不能跟随用户输入速度，从而产生粘滞点或不自然的运动。因此，如果期望施加与用户施加的力成比例的辅助以产生用于轻便摩托车的更平顺踩踏的错觉并且系统具有低带宽，则辅助可能不能足够快地适应并且可能产生用户将感觉到的施加力的延迟。通常，标准动力传动系统的带宽可能随着其旋转部分的速度
增加而减小，因此它们的惯性也增加。因此，随着旋转部分的速度增加，动力传动系统可能失去其适应人变化的能力。
13.其他非车辆装置或设备也可以具有多速动力传动系统，因为它们需要能够以各种速度提供动力。一个很好的示例是双速链式升降机。在这种设备中，在第一操作模式中，升降机以低力能力快速地卷绕链条，而在第二操作模式中，升降机以高力能力缓慢地卷绕链条。升降机的操作员然后根据操作负载或条件以最佳模式操作系统。为了将系统从一种模式切换到另一种模式，操作者通常需要停止运动，由于浪费了时间，因此这对于操作的效率而言是不期望的。
14.机械/机电系统的精细动态运动控制从根本上意味着表现出快速动态特性(带宽)、高扭矩密度(例如，nm/kg)、低惯性和/或效率的高性能致动器。快速或高动态对于致动器具有对系统(负载)的权限是至关重要的。如果动态特性不足，则致动器将不能足够快地响应并且放宽对系统(负载)的权限。典型的高动态致动器是直接驱动式电动马达，其可以达到几千rpm的速度并且具有远超过30hz的力带宽。对于扭矩密度，在大多数机械或机电系统中，尤其是在运动中的移动系统，诸如电动车辆、移动机器人或机器人臂，还需要高扭矩密度以使系统质量最小化。典型的高扭矩密度致动器是齿轮传动的电动马达。齿轮传动允许轻质系统以降低输出速度为代价来产生高扭矩输出。在致动器与负载之间的齿轮传动的用户施加的扭矩(密度)与动态特性之间的权衡是常见并且是已知的工程权衡。低惯性致动器对于使系统的动态运动最大化也是重要的。对于给定的力/扭矩(f＝ma)，较低的惯性转化为较高的加速度，并且因此转化为较高的反应性和更好的动态特性。低惯性致动器还提高了效率，因为它们不会浪费功率来抵抗其自身重量(惯性)。开发低惯性致动器对于任何系统都是主要的工程挑战，因为它增加了传动比的平方(i
out
＝i
in
×
gearing(传动)2)。为了最小化系统的重量及其产生的热量，有效的致动器也可能是重要的。如果系统效率不高，则必须使系统更大(更大的马达、动力源、电池等)以补偿这种功率损失。此外，损失的效率被转化成热，这可能需要使部件尺寸过大并且添加散热特征(翅片、冷却等)。因此，齿轮传动通常用于允许致动器在其最有效的区域中工作。对于电动马达，这可以以更高的速度工作。
15.因此，致动器技术可能面临共同的基本权衡，这通常通过适当的齿轮传动选择来解决或减轻。可以从能量的角度来理解该工程挑战，诸如图1所示。当针对给定应用设计致动器时，速度与扭矩之间的齿轮传动权衡限制了设计空间。当使用单个齿轮传动(a)时，系统的尺寸、重量和性能由最大扭矩(t0)和最大速度(w0)要求而固定，如i)中由等扭矩条件(iso-torque condition)所示。较低的齿轮传动将不匹配扭矩要求，并且高的齿轮传动将不匹配速度要求。这提供了具有大致恒定扭矩或“等扭矩”输出的系统。由于功率是扭矩和速度的乘积，因此来自“等扭矩”系统的功率输出从失速时的零线性增加到最大功率和最大速度，如ii)所观察到的。在这种情况下，系统质量、尺寸和性能可能不是最佳的，因为对于大多数操作条件，相同的致动器可能尺寸过大。
16.为了克服这个挑战，可以使用诸如图2所示的选择器(换挡器)将第二齿轮传动(b)添加到系统中，以便改变扭矩、速度和功率输出曲线。致动器可以更好地适合于满足具有不同齿轮传动(a或b)的最大速度或扭矩。系统现在具有如iii)所示的扭矩、速度和功率曲线。这种策略常见于运输车辆中，其可以组合任何数量的齿轮级以更好地匹配各种驾驶条件所需的最大速度和扭矩曲线。当传动比的数量趋向于无穷大时，诸如在恒定可变传动装置中，
系统在匹配最大扭矩要求的较大齿轮传动(a)与匹配最大速度要求的最小齿轮传动(b)之间趋向于如图1的vi)中的“等功率”。因此，在这两个操作条件之间提供恒定功率。在最重要的优点中，这种配置允许更低的重量和更好的马达效率。
17.上述问题对于需要动态特性、扭矩密度、低惯性和效率的组合的各种应用可能是常见的。一些应用可以是双向的。一种这样的应用是用于串联机器人的机器人关节，其使用构件或连杆串联堆叠机器人关节。在这种配置中，机器人基部处的致动器必须支撑后续致动器的负载。因此，扭矩密度和效率是关键特征，这使得齿轮传动的电动马达成为机械关节的常见选择。然而，由于机器人必须快速工作并且与环境相互作用，因此其动态特性必须高，并且其惯性必须低，使得轻度齿轮传动的致动器成为主要候选。再次，在达到良好的全局性能所需之间存在权衡。
18.其他应用可以是单向的，诸如电动车辆。众所周知，对于汽油动力车辆，如果将电动马达组合到一个或多个齿轮传动中，则电动马达也可以制造得更小、更轻和更有效。众所周知，车辆在低速下需要高扭矩，而在高速下需要低扭矩。当不使用选择器/换挡器时，马达必须针对这两种条件来设计尺寸。因此，对于大多数操作条件，马达尺寸过大。然而，换挡器/选择器并不常用于电动车辆中，因为它们在挡位之间切换期间提供扭矩中断。自动传动装置可以是一种解决方案，但是可能体积庞大、复杂和/或具有受限的性能与增益。
19.虽然多挡位解决方案呈现若干优点以优化系统的尺寸和功率，但是必须选择具有足够性能的简单传动装置系统。此外，在齿轮传动系统中仍然存在基本限制。例如，根据瞬时齿轮传动，致动器惯性仍然将被反映到系统输出。


技术实现要素：

20.本公开的目的是提供一种新颖的多速并联负载路径致动器，其采用mr流体耦合器以便将动力源与输出连接。
21.本公开的另一目的是提供一种多速并联负载路径致动器，其具有一起工作的多个mr流体致动器。
22.本公开的另一目的是提供一种并联负载路径致动器，其具有有助于将低带宽系统转换成高带宽系统的mr流体致动器。
23.因此，根据第一方面，提供了一种致动器系统，包括：动力源；输出构件；至少第一流体耦合器和第二流体耦合器，这些流体耦合器可操作用于产生可变量的扭矩传递；传动装置，在至少第一负载路径和第二负载路径中将至少两个流体耦合器可操作地联接到动力源和输出构件，第一负载路径和第二负载路径彼此并联，第一负载路径包括第一流体耦合器，第二负载路径包括第二流体耦合器，其中，流体耦合器可操作用于使来自动力源的扭矩仅经由第一负载路径传递、仅经由第二负载路径传递、以及累积地经由第一负载路径和第二负载路径传递。
24.进一步地，根据第一方面，例如，流体耦合器中的至少一个是磁流变(mr)流体离合器设备，mr流体离合器设备可操作用于在经受磁场时产生可变量的扭矩传递。
25.更进一步地，根据第一方面，例如，第一流体耦合器和第二流体耦合器是mr流体离合器设备。
26.更进一步地，根据第一方面，例如，mr流体离合器设备中的仅一个中的mr流体离合
器设备具有永磁体和电磁线圈的组合，永磁体和电磁线圈同时可操作用于改变扭矩传递的量。
27.更进一步地，根据第一方面，例如，流体耦合器中的至少一个是变矩器。
28.更进一步地，根据第一方面，例如，流体耦合器中的一个由机械单向飞轮装置代替。
29.更进一步地，根据第一方面，例如，传动装置包括在第一负载路径中的第一减速机构。
30.更进一步地，根据第一方面，例如，传动装置包括在第二负载路径中的第二减速机构。
31.更进一步地，根据第一方面，例如，第一减速机构的减速比不同于第二减速机构的减速比。
32.更进一步地，根据第一方面，例如，传动装置包括相互啮合的齿轮。
33.更进一步地，根据第一方面，例如，传动装置包括带轮和带。
34.更进一步地，根据第一方面，例如，控制器可以设置用于控制流体耦合器选择性地仅在第一负载路径中、仅在第二负载路径中、以及累积地在第一负载路径和第二负载路径中驱动输出构件。
35.更进一步地，根据第一方面，例如，第一流体耦合器具有联接到动力源的第一输入部，以及用于根据第一流体耦合器的控制而选择性地传递扭矩的第一输出部；第二流体耦合器具有第二输入部，以及用于根据第二流体耦合器的控制而选择性地传递扭矩的第二输出部；传动装置具有在第一流体耦合器的输入与第二流体耦合器的输入之间的第一部分；传动装置具有在第一流体耦合器的输出与第二流体耦合器的输出之间的第二部分；第一负载路径包括第一流体耦合器的第一输入部至第一输出部；第二负载路径包括第一输入部经由传动装置的第一部分至第二输入部、第二流体耦合器的第二输入部至第二输出部、以及第二输出部经由传动装置的第二部分至第一输出部。
36.更进一步地，根据第一方面，例如，一种马达轮可以包括：框架；外环形壳，可旋转地安装到框架以相对于框架旋转；如上所述的致动器系统，该致动器系统安装到框架，齿轮布置，在致动器系统与外环形壳之间，以向外环形壳施加旋转。
37.更进一步地，根据第一方面，例如，齿轮布置包括固定到输出构件的螺旋锥齿轮以及固定到外环形壳的冠状齿轮。
38.根据第二方面，提供一种用于驱动致动器系统的输出构件的系统，该系统包括：处理单元；非暂时性计算机可读存储器，通信地联接到处理单元并且包括能够由处理单元执行的计算机可读程序指令，计算机可读程序指令用于：致动单个动力源；控制第一流体耦合器和第二流体耦合器，以使来自单个动力源的扭矩在以下路径中传递到输出构件：仅包括第一流体耦合器的第一负载路径，仅包括第一流体耦合器的第二负载路径；以及第一负载路径和第二负载路径的组合。
39.根据第三方面，提供一种致动器系统，该致动器系统包括：至少两个负载路径，负载路径中的每一个至少包括：动力源，以及流体耦合器，可控制用于产生可变量的扭矩传递；至少两个负载路径共用的输出构件；传动装置，将至少两个mr致动器单元可操作地联接到输出构件，用于使输出构件从至少两个负载路径接收扭矩；其中，流体耦合器可控制用于
使来自动力源的扭矩仅经由第一负载路径传递、仅经由第二负载路径传递、以及累积地经由第一负载路径和第二负载路径传递；并且其中，流体耦合器中的至少一个是变矩器。
40.进一步地，根据第三方面，例如，传动装置包括在第一负载路径中的第一减速机构。
41.更进一步地，根据第三方面，例如，传动装置包括在第二负载路径中的第二减速机构。
42.更进一步地，根据第三方面，例如，第一减速机构的减速比不同于第二减速机构的减速比。
43.更进一步地，根据第三方面，例如，传动装置包括相互啮合的齿轮。
44.更进一步地，根据第三方面，例如，传动装置包括带轮和带。
45.更进一步地，根据第三方面，例如，控制器可以设置用于控制流体耦合器选择性地仅在第一负载路径中、仅在第二负载路径中、以及累积地在第一负载路径和第二负载路径中驱动输出构件。
46.根据第四方面，提供一种用于驱动致动器系统的输出构件的系统，该系统包括：处理单元；非暂时性计算机可读存储器，通信地联接到处理单元并且包括能够由处理单元执行的计算机可读程序指令，计算机可读程序指令用于：致动至少一个动力源；控制第一流体耦合器和第二流体耦合器，以使来自单个动力源的扭矩在以下路径中传递到输出构件：仅包括第一流体耦合器的第一负载路径，仅包括第一流体耦合器的第二负载路径，以及第一负载路径和第二负载路径的组合。
47.进一步地，根据第四方面，例如，第一流体耦合器是变矩器，并且其中，计算机可读程序指令能够由处理单元执行，以用于连续地增加来自第一负载路径的扭矩。
48.更进一步地，根据第四方面，例如，计算机可读程序指令能够由处理单元执行，以用于增加动力源的速度，以连续地增加来自第一负载路径的扭矩。
49.更进一步地，根据第四方面，例如，计算机可读程序指令能够由处理单元执行，以用于向变矩器的输出施加制动力，以连续地增加来自第一负载路径的扭矩。
50.更进一步地，根据第四方面，例如，计算机可读程序指令能够由处理单元执行，以用于控制变矩器的导轮，以连续地增加来自第一负载路径的扭矩。
51.更进一步地，根据第四方面，例如，第二流体耦合器是磁流变流体耦合器，并且其中，计算机可读程序指令能够由处理单元执行，以用于控制磁流变流体耦合器经由第二负载路径产生可变量的扭矩传递。
52.在附加实施例中，动力传动系统包括：动力源；多速传动装置，连接到最终传动件；以及选择性地接合的磁流变流体耦合器(mrf)，驱动地连接在附加源与多速传动装置之间。mrf可操作地连接到相同输出，以用于选择性地向动力传动系统提供动力或经由磁流变流体离合器使用多速传动装置，并且在一些配置中，用于从磁流变流体离合器接收能量以用于再生制动。
53.多速传动装置可以包括用作连续可变传动装置的变矩器。
54.动力源可以连接到磁流变流体离合器的输入侧或输出侧。
55.根据本发明的这些和其他目的、特征和优点由包含一个或多个mr流体耦合器的多速或多传动比的并联负载路径致动器提供。
56.控制器件(诸如在程序控制下操作的微处理器)优选地可操作地连接到mr流体力调节器件，以用于基于可以考虑来自传感器的信息的所选择的力调节程序，使预定的磁场强度施加到mr流体。因此，可以将来自动力源的期望量的力或功率提供到动力传动系统，以便在车辆使用期间增加或减少动力传动系统的输出。该系统可以进一步包括传感器，以测量系统的输入，以便控制动力源所需的输出。
57.应注意，本发明可以用于所有种类的触觉装置、机器人、动力传动系统、制动器、悬架、升降机，使用各种动力源输入，如发动机、电动马达、液压动力源、气动动力源以及人力输入动力源，如手臂、手、脚、腿或任何其他身体部位。此外，并联负载路径致动器可以用在各种类型的车辆或设备上，如轻便摩托车、推式踏板车、个人步行器、电动车、手动推车、飞机、自行车拖车、升降机，仅举出一些示例。
58.在设备中，附加并联负载路径致动器可以用于结合连接到多速度传动装置的单个动力源的动力或多个动力源来使物体移动。益处和原理与车辆保持相同。目标仍然可以是增加加速度，改善对设备的控制或为操作的设备提供更大的里程或自主性。
附图说明
59.图1是一系列曲线图，示出了根据现有技术的2级齿轮传动装置的扭矩与速度的关系以及功率与速度的关系；
60.图2是根据现有技术的在动力源与负载之间具有选择器/换挡器的致动系统的框图；
61.图3是由本公开的各种实施例使用的通用磁流变(mr)流体耦合器的示意图；
62.图4是本公开的实施例的组装后的mr流体耦合器的立体图；
63.图5是图4的mr流体耦合器的局部剖视图；
64.图6是图4的mr流体耦合器的分解图；
65.图7是图4的mr流体耦合器的放大图，示出了由线圈感应的磁场；
66.图8是根据本公开的另一实施例的具有永磁体的mr流体耦合器的局部剖视图，其中线圈处于未通电状态；
67.图9是图8的mr流体耦合器的局部剖视图，其中线圈处于通电状态；
68.图10是根据现有技术的变矩器类型的流体耦合器的截面图；
69.图11是单个动力源并联负载路径致动器的示意图，其中流体耦合器安装在减速器之后；
70.图11’是单个动力源并联负载路径致动器的示意图，其中流体耦合器安装在减速器之前；
71.图12是多个动力源并联负载路径致动器的示意图，其中流体耦合器安装在减速器之后；
72.图12’是多个动力源并联负载路径致动器的示意图，其中流体耦合器安装在减速器之前；
73.图13是并联负载路径致动器的示例性能量状态的示意图；
74.图14是组合低频力和高频力的信号的示意图。
75.图15是单个动力源并联负载路径致动器的示意图，其中减速器在mr流体耦合器之
前和之后；
76.图16是多个动力源并联负载路径致动器的示意图，其中减速器在mr流体耦合器之前和之后；
77.图17是变矩器类型的流体耦合器的示意图；
78.图18是多个动力源并联负载路径致动器的示意图，其中变矩器类型的流体耦合器安装在减速器之前；
79.图19是单个动力源并联负载路径致动器的示意图，其中一个流体耦合器是变矩器类型的，另一个流体耦合器是mr类型的；
80.图20是由多个并联负载路径致动器构成的并联负载路径致动器的示意图；
81.图21是使用本公开的并联负载路径致动器的车轮马达的示意图；
82.图22是流过图21的车轮马达中的两个负载路径的扭矩传递的图示；
83.图23是使用图22的并联负载路径的车轮马达的示例性不间断扭矩曲线的图形表示；
84.图24是使用本公开的并联负载路径致动器的系留式升降系统的示意图；
85.图25是作为本公开的动力源、流体耦合器和其他流体耦合器的多个子组件的并联组合的致动器的立体图；
86.图26a和图26b是用于本公开的一组可能的变矩器拓扑的正视图；
87.图27a至图27d是使用模块化或集成策略在并联负载路径中结合的变矩器的一系列正视图；
88.图28a至图28c是集成到单个单元中的变矩器和mr流体离合器设备的正视图；
89.图29是使用本公开的并联负载路径致动器的盘式制动卡钳的正视图；
90.图30是具有高减速比的传统驻车制动致动器的立体图；
91.图31是使用直列式wolfram(沃尔弗拉姆)型齿轮箱的并联负载路径致动器的示意图；以及
92.图32是使用替代性配置的wolfram型齿轮箱的并联负载路径致动器的示意图。
具体实施方式
93.参考图3，示出了通用的磁流变(mr)流体耦合器10(也称为mr流体离合器设备)，该mr流体耦合器被配置为基于由控制mr流体耦合器10的处理器单元1提供的所接收的输入电流来提供机械输出力。处理器单元1是具有控制发送到mr流体耦合器10的输入电流的控制能力的任何类型的电子或电气装置。在实施例中，处理器单元1可以从传感器接收信号，并且例如通过固件的方式计算数据，以基于设定值、基于所请求的辅助等来控制mr流体耦合器10的操作，如在下文中将解释的。mr流体耦合器10具有驱动构件20，驱动构件具有盘22，鼓21从盘在轴向方向上突出，这样的组件也称为输入转子20。mr流体耦合器10还具有从动构件40，从动构件具有盘42，鼓41从盘42突出、与鼓21交错以限定填充有mr流体f的(一个或多个)环形腔室。鼓21和41可以是可选的，因为在本文所描述的实施例中的至少一些实施例中，可以仅在输入转子20与输出转子40之间使用盘。从动构件40和鼓41的组件也称为输出转子40。环形腔室由与从动构件40成一体的外壳40’界定，因此外壳40’的与鼓21相对的一些表面被称为剪切表面，因为这些表面将在扭矩传递期间与鼓21协作，如下所述。驱动构件
20可以是与动力输入机械连通的输入轴，并且从动构件40可以与动力输出(即，力输出、扭矩输出)机械连通。mr流体f是一种智能流体，其由设置在载体流体(通常是一种油)中的可磁化颗粒组成。mr流体也可以仅由可磁化颗粒组成，而没有流体，并且本文描述的mr流体离合器设备10可以仅使用这种可磁化颗粒。当经受磁场时，流体可以增加其表观粘度，可能达到变成粘塑性固体的程度。表观粘度由包括在相对的剪切表面(即，驱动侧的鼓21的剪切表面、鼓41的剪切表面、以及外壳40’在环形腔室中的剪切表面)之间的mr流体f的操作剪切应力与操作剪切速率之间的比率限定。磁场强度主要影响mr流体的屈服剪切应力。流体在处于其活动(“启动”)状态时的屈服剪切应力可以通过经由使用控制器(诸如处理器单元1)改变由集成在外壳40’中的电磁体35产生的磁场强度(即，输入电流)来控制。因此，mr流体传递力的能力可以通过电磁体35来控制，从而用作构件20与构件40之间的离合器。电磁体35被配置为改变磁场的强度，使得构件20与构件40之间的摩擦可以足够低以允许驱动构件20与从动构件40一起自由旋转(即，在受控滑移下)，反之亦然。
94.驱动构件20由动力源(如旋转齿轮传动的电动马达)以期望速度驱动，并且输出转子连接到待控制的机械装置。由mr流体耦合器10传递的扭矩与穿过mr流体的磁场的强度有关。磁场强度由电磁体35的线圈调制，如由处理器单元1所控制的。
95.参考图4、图5和图6，整个mr流体耦合器总体上以10示出。mr流体耦合器10具有与图1的通用示例性mr流体耦合器10类似的部件，其中相同的附图标记将指代相同的部件。mr流体耦合器10具有输入转子20(也称为驱动构件)、定子30(包括线圈)和输出转子40(也称为从动构件)，并且mr流体位于mr流体腔室中，该mr流体腔室限定在包括转子20的鼓与转子40的鼓之间的空间的自由空间中。
96.输入转子20可以以由旋转动力源(未示出，如旋转内燃发动机或电动马达)规定的恒定或可变速度驱动。输出转子40连接到待控制的机械输出(未示出)。当电流在定子30的线圈35中循环时，在定子30中感应出磁场并且磁场穿过鼓和mr流体f。然后，通过剪切鼓之间的mr流体f，取决于磁场强度的扭矩从输入转子20传递到输出转子40。尽管下面的描述指示转子20是输入转子并且转子40是输出转子，但是应指出，转子20可以是输出转子并且转子40可以是输入转子。然而，为了清楚和简单起见并且为了避免不必要的冗余，将以“输入转子20”和“输出转子40”进行描述。
97.如图5和图6中最佳可见，输入转子20具有彼此间隔开的内磁芯20a和外磁芯20b。内磁芯20a和外磁芯20b由可以具有高磁导率、高磁化饱和度、高电阻率和低磁滞的铁磁材料(诸如硅铁)制成。具有高电阻率的材料允许通过使涡流最小化来更快地建立磁场，并由此实现增强的动态性能。
98.圆柱形输入鼓21固定到鼓保持件22(也称为盘、板、环等)上，鼓保持件22跨越内磁芯20a与外磁芯20b之间的径向空间。在实施例中，鼓21以紧配合方式组装在鼓保持件22的通道中，并且定位销23穿过所有鼓21。定位销23还可以穿透内磁芯20a，如图3和图4所示。鼓保持件22可以由非铁磁材料构成，以使穿过鼓保持件的磁场最小化，并且还可以具有高电阻率，以使在mr耦合器10的瞬态操作期间的电阻损耗最小化。
99.在许多其他示例中，输入转子20可以由动力源通过驱动齿轮或任何其他驱动构件(如链轮、带、摩擦装置)来驱动。出于说明性目的，齿轮部分24被设置用于与齿轮(未示出)互连，齿轮部分24是用于与驱动齿轮配合的带齿齿轮。齿轮部分24可以使用机械紧固件等
紧配合或胶合或强制锁定到外磁芯20b。
100.盖25固定到外磁芯20b，并且在实施例中，出于冷却目的，盖由铝制成。热翅片25a可以存在于盖25上，使得当输入转子20旋转时，mr流体耦合器10通过强制对流进行冷却。热翅片25a有助于降低mr流体的操作温度，并且因此可以改善mr流体耦合器10的寿命。盖25可以将端面静态密封件25b压到外磁芯20b上以防止mr流体泄漏。填充端口25c可以穿过盖25限定，以用mr流体填充mr流体耦合器10。如图所示，填充端口25c可以使用密封固定螺钉25d以及其他解决方案被攻丝和堵塞。
101.盖25中的中心孔25e由配备有柔性膜26b的膨胀腔室帽26a封闭，以允许mr流体在温度升高或mr流体在老化时发生相变期间进行膨胀。为了抵抗由于mr流体引起的膜26b的鼓起，可以将一些柔顺材料(诸如聚氨酯泡沫)放置在膨胀腔室帽26a与柔性膜26b之间的空膨胀体积中。因此，柔顺材料在膜26b上施加偏置压力。此外，膨胀腔室帽26a中可以存在排气孔，以避免在空膨胀体积中积聚过大压力。膨胀腔室26还可以形成有可压缩材料(例如，闭孔氯丁橡胶)，当mr流体f中的压力增加时，可压缩材料可以占据较小的体积。如果存在可压缩材料，则膨胀腔室可以不需要排气孔并且可以不需要膜26b。
102.仍然参考图5和图6，定子30由铁磁材料制成以引导磁场。定子30可以具有环形主体，该环形主体具有以其u形截面形成的环形腔30a。内磁芯20a被接纳在环形腔30a中，环形腔可以由内环形壁31a、外环形壁31b和径向壁31c限定，所有这些壁可以是单个整体件。内磁芯20a由一个或多个轴承32可旋转地支撑，图3和图4中示出一对轴承。尽管轴承32被示出为在内磁芯20a的内侧位于内磁芯20a与定子30之间，但是可以考虑将轴承32定位在其他地方，诸如在下面描述的径向流体间隙中。定子30例如经由其外表面33(该外表面是径向壁31c的一部分)上的孔连接到结构，并且因此是mr流体耦合器10相对于该结构的不可运动部件。
103.如图7中最佳可见，定子30的尺寸使得定子30与内磁芯20a之间以及定子与外磁芯20b之间可以分别限定径向流体间隙34a和34b。在使用期间，径向流体间隙34a和34b填充有流体，诸如空气和其他气体，或润滑和/或冷却液体，如油、脂等。因此，径向流体间隙34a和34b在使用期间没有固体。线圈35例如使用粘合剂固定到定子30的环形主体。可以设想提供穿过定子30的狭槽，用于使连接到线圈35的导线穿过，以为mr流体耦合器10供电。定子30进一步包括用于可旋转地支撑输出转子40的一个或多个轴承36，如下文所述。
104.线圈35可以使用高铜系数缠绕方法来缠绕。较高的铜比可以使效率提高。还可以考虑例如允许扁平线缠绕、水平堆叠、圆柱形堆叠的缠绕方法。还可以考虑多层pcba绕组(重铜pcba)，而不是仅有铜。
105.轴承32/36是脂润滑的，并且可以使用非接触式密封来限制摩擦损失。以输入转子20与定子30之间的(一个或多个)轴承以及定子30与输出转子40之间的(一个或多个)单独轴承为特征的轴承布置增强了mr流体耦合器10的安全性。例如，如果输入转子20被定子30卡住，则输出转子40仍然自由旋转。相反，如果输出转子40被定子30卡住，则驱动输入转子20的动力源仍然可以旋转。
106.输出转子40具有圆柱形输出鼓41，该圆柱形输出鼓通过在鼓41的内径上的紧配合组装而固定到鼓保持件42(例如板、盘等)。除其他方式外，定位销43可以穿过鼓41，以将输出鼓41连接到鼓保持件42。输出鼓41是铁磁性的，使得磁场容易穿过输出鼓(例如，在每个
鼓中具有等效的磁通量)。鼓保持件42由非铁磁材料(如铝合金)制成，以使穿过鼓保持件的磁场最小化，从而减小输出转子40的惯性。
107.鼓保持件42具有轴接口44，鼓保持件通过该轴接口连接到轴45。在实施例中，轴接口44是旋转地联接到轴45的套筒状部件，并且可以具有耐磨套筒44a和44b。输出转子40通过键或任何其他锁定装置(花键、紧配合等)被锁定为随输出轴45旋转。密封的轴帽46用于相对于输出轴45轴向上保持输出转子40并且防止mr流体泄漏。用于键的平坦部分可以限定在输出轴45上，以便于旋拧轴帽46。这种布置是将鼓保持件42连接到轴45的布置中的一种，使得轴45可以经由鼓保持件42从输入转子20接收驱动致动。鼓保持件42进一步包括通孔47，通孔可以周向上分布在鼓保持件中以允许mr流体循环。如图3和图4所示，通孔47位于鼓41与轴接口44之间。
108.图4的mr流体耦合器10可以说是多匝的，因为输出转子40不限于它相对于定子30可以实现的转数。实际上，在实施例中，所有动力线和连接件都连接到定子30，其中输出转子40不受相对于供电的任何连接件的限制而旋转。
109.mr流体耦合器10可以使用奇数个鼓21和42，例如平均值约为7。根据应用，可以使用更多或更少的鼓。对于给定的期望扭矩和给定直径，使用多于一个的鼓有助于减小mr流体耦合器10的总体积和重量，因为使用多个鼓有助于减小鼓长度以及内磁芯20a和外磁芯20b的横截面。同时，由于当磁芯的横截面较低时涡流被最小化，因此可以改善磁路的时间响应。
110.参考图7，由线圈35感应的磁场f遵循闭合路径，该闭合路径穿过定子30的环形壁31b、径向流体间隙34b、外磁芯20b、mr流体、鼓21和41、内磁芯20a以及径向流体间隙34a。径向流体间隙34a和34b允许在不使用滑环的情况下对线圈35通电。事实上，典型的摩擦滑环被由两个径向流体间隙34a和34b执行的磁性滑环代替。由于两个原因，径向流体间隙34a和34b是径向的而不是轴向的。首先，径向公差是容易达到的，使得流体间隙可以非常小(《0.2mm)，并因此使磁化流体间隙34a和34b所需的线圈中的额外匝数最小化。其次，由于流体间隙34a和34b的旋转对称性，定子30与两个磁芯20a和20b之间的流体间隙34a和34b中的磁吸引力几乎被抵消。如果流体间隙是轴向的，则将存在更高的磁吸引力并且将轴向上对轴承施加载荷。
111.参考图8和图9，在又一实施例中示出了mr流体耦合器10。图6和图7的mr流体耦合器10具有与图3至图6的mr流体耦合器10类似的许多部件，其中相同的元件将具有相同的附图标记，并且在本文中没有不必要地重复它们的描述。区别在于，除了线圈35之外，在外环形壁31b中还存在永磁体100。
112.如图8所示，永磁体100用于在mr流体耦合器10中产生磁场f1，使得设备10可以输送恒定的输出扭矩，而不需要经由线圈35施加电流。永磁体100被径向磁化，并且可以是完整的实心环形零件或各个磁体(诸如圆柱形磁体)的组件。其他径向流体间隙101a和101b(“重定向间隙”)将环形壁31b的在永磁体100的与线圈35相反的一侧上的部分与内磁芯20a和外磁芯20b分开。
113.当没有电流施加到线圈35时，如图8所示，磁场f1根据示出的所描述的磁通路径存在于mr流体中。一些磁通量循环通过将定子30与内磁芯20a和外磁芯20b分开的其他径向流体间隙101a和101b。这些间隙101a和101b比间隙34a和34b宽一点，宽度是在径向方向上的
宽度。当没有电流施加到线圈35时，重定向间隙101a和101b的宽度控制mr流体中期望的磁通量的量，也称为期望的恒定扭矩。如果重定向间隙101a和101b足够宽，则由永磁体100感应的几乎所有磁通量都通过mr流体，从而导致高dc扭矩。如果重定向间隙101a和101b径向上较窄，则磁通在mr流体与重定向间隙101a和101b之间共享，从而导致较低的dc扭矩。
114.当根据图9所示的方向和永磁体100的所示极性在线圈35中施加电流时，由永磁体100感应的磁通量在重定向间隙101a和101b中重定向，如f2所示，这导致mr流体耦合器10的扭矩减小。在一定强度的线圈电流下，mr流体中的磁通量f1可能几乎被抵消，并且经过该强度，该磁通量将再次增加。重定向径向流体间隙的宽度还控制线圈35的绕组的尺寸。如果宽度高，则需要更大的绕组来使磁通量重定向。
115.如果在相反方向上施加电流，则线圈35辅助永磁体100在mr流体中产生磁通量，导致mr耦合器10的扭矩增加。
116.因此，由于永磁体100感应的磁场，mr流体耦合器10对于mr流体具有正常的“接通状态”。然后可以为线圈35供电以使mr流体耦合器10减小扭矩传递并最终处于断开状态。例如，当mr流体耦合器10尽管断电也必须保持扭矩传递时，这种布置是有用的。永磁体100的磁场将具有足够的大小以使mr流体耦合器10在不被供电的情况下支撑负载。
117.图10描绘了现有技术的流体变矩器102的横截面。在变矩器中，导轮使油流重定向，使得该油流辅助叶轮。导轮只能逆着涡轮油流在一个方向上旋转。在例如通过控制扭矩源(在本文中也称为动力源、马达等)的速度实现的低输入速度下，涡轮以比泵轮低的速度转动，从而产生输出扭矩的增益。这种布置非常适合于在低输入rpm下提供更大的扭矩，并且这被称为扭矩倍增。随着发动机速度增加，扭矩倍增减小，直到涡轮的速度接近泵轮的速度。导轮可以安装在单向离合器上，因此导轮可以利用连接到输出的涡轮开始转动，以限制限约束和损耗。导轮改变输入特性，特别是在高滑移发生时，以产生输出扭矩的增加。因此，变矩器102具有以连续方式倍增扭矩的能力(即，与以固定比率增加扭矩不同)。作为油的替代物，变矩器102可以具有低运动粘度(例如，低于水的运动粘度)的液体，诸如但不限于甲基衍生物(甲醇、乙酸甲酯、甲基碘等)、有机溶剂(甲苯、丙酮、二甲苯等)、氨、轻质烃(丁烷、戊烷、己烷、汽油)和汞。
118.变矩器102可以由其输出上的扭矩传感器监测，以确定变矩器102输出的扭矩量。速度传感器也可以存在于输入(或其上游，诸如在动力源/马达上)和/或输出上的任何位置处。为了控制由变矩器102输出的扭矩，可以单独地或组合地采取不同的动作。可以将制动力施加到变矩器102的输出(涡轮、输出的轴)。可以例如通过增加马达速度来增加输入速度。可以调节导轮的旋转以改变流体传输特性。
119.变矩器102和其他这种流体耦合器是特别令人感兴趣的，因为它们具有100n.m/kg至300n.m/kg的扭矩密度，这可以高于磁流变型耦合器，诸如mr流体耦合器10。这里的流体耦合器102是指经典的流体耦合器(1比1扭矩传递)或其变型，诸如变矩器102(高达5比1扭矩传递)。
120.流体耦合器经典地由泵轮(输入)和涡轮(输出)组成。泵轮的旋转动作为流体提供动能，然后动能被传递到连接到耦合器的输出轴的涡轮。输入扭矩通常可以等于输出扭矩，但是输入速度可以快于输出速度以补偿系统损耗。输出扭矩是输入扭矩、输入速度、输出速度和机器效率映射的函数。
121.变矩器102是流体耦合器的特殊配置，其典型地由泵轮(输入)、涡轮(输出)和第三构件(即，添加在泵轮与涡轮之间的导轮(reactor))组成。导轮可以是固定装置、空转装置或安装在单向离合器上的装置，如图10所示，其连接到外壳以将离开涡轮的流体重定向到泵轮的入口中，因此保留一些流出流的动量。在这样做时，对于相同的输入扭矩，泵轮可以旋转得更快。更快的泵轮可以使更多的扭矩被送到涡轮。在实践中，扭矩倍增效应提供了可以是输入扭矩的高达约5倍的输出扭矩。这里再次，输入速度比具有类似扭矩倍增的完全可逆系统更快，以补偿系统损耗。输出扭矩是输入扭矩、输入速度、输出速度和机器效率映射的函数。已经提出了具有许多拓扑变型的变矩器，这些拓扑变型具有不同数量的泵轮、涡轮和导轮。工业中使用的变型是由一个泵、一个涡轮和一个导轮组成的trilok变矩器。任何这种变矩器都可以用在本文所述的附加并联负载路径致动器中。
122.几何上类似的耦合器的扭矩密度的分析表明，流体耦合器(诸如流体耦合器和变矩器)的扭矩质量比是不随尺寸变化的，并且与装置尖端线速度的平方成比例：t/mαv2，其中“v”是工作直径处的流体尖端速度。基于磁流变流体的摩擦耦合器的扭矩质量比随着尺寸而减小，并且通过实验发现其变化使得：t/mαda，其中“a”约为1，更精确地在[0.8-1.3]的范围内，“d”是单元的特征尺寸，例如该单元的直径。尺寸依赖性是由于磁路在小尺度下的不利影响。利用当前技术，估计1n.m mr流体耦合器可以重150gr，而1n.m流体耦合器可以重15gr至30gr，提供5至10倍的优势。
[0123]
参考图11，以110示出了根据本公开的并联负载路径致动器。并联负载路径致动器110可以使用流体耦合器1、流体耦合器2和可选的流体耦合器n来组合低惯性致动器的扭矩，每个液体耦合器联接到相应的减速器1、2和n。流体耦合器1、流体耦合器2和流体耦合器n(如果存在的话)可以是变矩器102类型或mr流体离合器式耦合器10。流体耦合器1、2和n还可以全部是mr流体耦合器10类型。流体耦合器1、2和/或n可以是不同的类型，一个或多个变矩器102类型和另一个或多个mr流体耦合器10类型。代替流体耦合器，可以在并联负载路径中的一个中使用楔块离合器或类似的单向飞轮离合器。这些流体耦合器可以应用于下面关于图11’、图12、图12’所描述的变型或本文描述的其他实施例。流体耦合器可以放置在它们相应的减速器与公共输出之间，但是在一些路径中可以不存在减速器。本文描述的减速器可以是传动装置的一部分或者可以是在动力源于流体耦合器1、2和/或n的输入之间引起速度变化的传动装置部件(例如，齿轮、带轮和带、链条和链轮)。为简单起见，示出了具有两个附加的并联路径的系统，但是可以添加附加的n个并联路径。附加的并联负载路径致动器110可以使用并联负载路径，其中在每个负载路径1和2中传递的扭矩可以根据不同的要求进行缩放(例如，不同的比率)。致动器110可以仅使用负载路径1、仅使用负载路径2，这意味着仅通过两个负载路径1和2中的一个或另一个传递扭矩。致动器110可以说是附加的，这意味着负载路径1和2两者可以同时传递扭矩以进行不间断的扭矩调制。路径1、路径2以及附加路径n可以连接到共享的动力源。本文描述的致动器具有这种能力。在该变型和在本文描述的其他变型中的动力源可以是电动马达或电机、发动机、内燃发动机、传动装置、气动或液压致动器、涡轮机以及许多其他可能的动力源。由于变矩器102类型或mr流体耦合器10的流体耦合器的可控滑移，附加扭矩特征是可能的。在流体耦合器没有滑移的情况下，n个路径将提供抵抗彼此的对抗力，并且将不是附加的。
[0124]
图11’描绘了附加并联负载路径致动器的替代性的可能布置，其中变矩器102类型
或mr流体耦合器10可以安装在动力源与路径1、2和n之间或之后。替代性地，耦合器1、2、n可以安装成使得一个或多个耦合器在减速器之前，并且(一个或多个)其他耦合器在减速器(如果存在的话)之后。这种布置提供了与图11所示的附加并联负载路径致动器相同的附加扭矩优点。
[0125]
图12示出了与图11和图11’所示的系统类似的系统，但是不同之处在于路径1、路径2和路径n(如果存在的话)都连接到单独的动力源。尽管未示出，但是这种系统可以具有用于多个动力路径的共享动力源(例如，路径1和路径2具有公共动力源)和用于一些其他路径的附加独立动力源(例如，路径n具有其自己的动力源)，其中所有负载路径共享提供附加扭矩的公共输出。
[0126]
图12’示出了附加并联负载路径致动器的各种可能的布置，其中流体耦合器(例如，变矩器102类型或mr流体耦合器10)可以安装在动力源与路径1和2之间或路径之后。替代性地，耦合器1和2可以安装成使得一个耦合器在路径之前并且另一个耦合器在路径之后。
[0127]
附加并联负载路径致动器可以是将使用多个耦合器1、2、n从单个动力源到单个输出的不同负载路径组合的致动器，诸如在图11和图11’中所示。并联负载路径致动器还可以是将使用多个耦合器1、2、n从多个动力源到单个输出的不同负载路径组合的致动器，诸如在图12和图12’中所示。在每种情况下，每个负载路径可以在耦合器处产生不同的扭矩、速度或功率。每个负载路径还可以由不同的动力源驱动。与诸如图2所示的传统现有技术的多齿轮传动致动器相比，使用变矩器102类型或mr流体耦合器10的流体耦合器允许将同时在单个输出处产生给定的扭矩、速度或功率的每个负载路径进行组合，而不产生中断(例如换挡)。图13示出了并联负载路径致动器的示例性能量描述。在图11所示的特定情况下(具有两个负载路径1和2)，系统的最大扭矩输出(b+a)是由负载路径1产生的扭矩a和由负载路径2产生的扭矩b之和。当流体耦合器执行滑移时，转动较快的负载路径可以将其扭矩添加到转动较慢的另一个负载路径。系统的总输出功率相应地增加。
[0128]
磁流变离合器或耦合器对于制造反应性附加并联负载路径致动器110是特别有意义的。mr流体耦合器10的流体接口允许长时间的高滑移率，同时将致动器动力与输出断开联接。此外，mr流体耦合器10具有低惯性和高带宽。通过使用具有mr流体耦合器10(如耦合器1和/或2)的并联负载路径致动器，可以在不同条件下优化机械系统。例如，路径1可以被优化用于控制大振幅、低频信号，而路径2可以被优化用于控制高频信号，诸如图14所示。特别的优点可以是控制mr流体耦合器1中具有低滑移的高扭矩、低频分量，以便使流体的耐久性最大化(例如，使用如图8和图9中的mr流体耦合器10)。由于负载路径2可以与负载路径1相加，因此负载路径2可以被优化用于高速响应(例如：通过比负载路径1更快地转动)。当附加并联负载路径致动器的动态响应不能由路径1满足时，路径2可以将其扭矩添加到路径1以应对这种情况。由于mr流体耦合器10类型的流体耦合器的高带宽响应，可以获得路径1与路径2之间的平滑过渡。在实施例中，图14的扭矩曲线图表示在第一负载路径中具有变矩器102并且在第二负载路径中具有mr流体耦合器10的附加并联负载路径致动器110。以变矩器102为特征的负载路径将提供扭矩的低频部分，而包括mr流体耦合器10的负载路径在高频变化下提供扭矩。在这种布置中，变矩器102和mr流体耦合器10以互补的方式操作，因为变矩器102可以使扭矩倍增(即，在其输入与输出之间引起扭矩增加)，而mr流体耦合器10可以
调节附加并联负载路径致动器110的累积输出以满足变化的扭矩需求。与使用两个mr流体离合器设备10的情况相比，可以产生具有更大扭矩密度的输出，同时保持高带宽。
[0129]
图15示出了使用磁流变流体耦合器(诸如mr流体离合器设备10)将输出处的负载连接到动力源的附加并联负载路径致动器的基本配置。两个负载路径在它们的输入和输出处机械地连接。减速机构(诸如皮带、齿轮、线缆、牵引驱动器、静液压驱动器)可以根据需要在输入侧或输出侧或输入侧和输出侧两者上使用(例如，如图12和图12’所示)，以将扭矩和角速度调节到期望水平，使得传动比r1,in、r1,out、r2,in、r2,out是可选择的设计参数。通过改变磁流变流体耦合器mr1和mr1的磁场并且通过控制动力源的速度来控制每个负载路径中所传递的扭矩。
[0130]
考虑到可以忽略次级损失，可以任意控制动力源方向，磁流变流体耦合器各自在两个方向上具有最大扭矩“+/-t”，选择传动比使得r1,in＝r2,in并且r1,out＝2
×
r2,out，于是，如果每个并联负载路径独立使用，则图15的附加并联负载路径致动器的最大扭矩约为-t至+t和约为-2t至+2t。如果两个负载路径以足够的滑移同时使用，则图15的附加并联负载路径致动器的总扭矩能力约为-3t至+3t。
[0131]
图16描绘了图15的基本配置的变型，并且还示出了使用具有磁流变耦合器的并联负载路径的附加并联负载路径致动器，但是负载路径仅在其输出处机械连接。输入负载路径1和负载路径2是独立的，并且每个负载路径都连接到其自己的动力源。根据需要，可以在输入侧或输出侧或两者(例如，如图12和图12’中)使用减速机构，诸如带、齿轮、线缆、牵引驱动器、静液压驱动器，以将扭矩和角速度调节到期望水平，使得传动比r1,in、r1,out、r2,in、r2,out(r1,入、r1,出、r2,入、r2,出)是可选择的设计参数。通过改变磁流变流体耦合器的磁场并且通过控制两个动力源的速度来控制每个负载路径中所传递的扭矩。
[0132]
考虑到可以忽略次级损失，可以任意控制动力源方向，磁流变流体耦合器各自在两个方向上具有最大扭矩“+/-t”，选择传动比使得r1,in＝r2,in并且r1,out＝2
×
r2,out，于是，如果每个并联负载路径独立使用(路径1或路径2，而不是路径1和路径2)，则装置的最大扭矩对于路径1约为-t至+t并且对于路径2约为-2t至+2t。如果两个负载路径以足够的滑移同时使用(路径1和路径2)，则图16的附加并联负载路径致动器的总扭矩能力约为-3t至+3t。
[0133]
图17示出了液力变矩器类型102的流体耦合器。由于变矩器类型102的耦合器可以在内部倍增扭矩，因此这种耦合器不需要并联负载路径并且可以单独使用，放置在动力源(这里是电动马达)与输出(这里是简单的轴)之间。根据需要，可以在输入侧或输出侧或两者上可选地使用减速机构，诸如皮带、齿轮、线缆、牵引驱动器、静液压驱动器，以将扭矩和角速度调节到期望水平。通过相对于输出的角速度控制动力源的角速度，同时与耦合器的性能映射相关联，从而以开环方式控制所传递的扭矩。替代性地，可以在输出使用扭矩传感器，并且可以使用反馈控制器来控制动力源的速度或扭矩。无论是开环还是闭环，当与mr流体耦合器10(例如，100hz)相比时，变矩器对扭矩命令变化的时间响应预期较慢(例如，1-2hz)，因为流体耦合器在感受到扭矩变化之前，需要输入的速度变化，然后是耦合器内的流体的速度变化。相比之下，mr流体耦合器(诸如10)仅需要控制线圈中的磁场的变化，这使得能够实现高带宽(例如，100hz)。考虑到忽略次级损耗，可以任意控制动力源方向，变矩器的路径在其设计方向上具有最大扭矩“3t”并且当从设计方向向后旋转时具有最小扭矩
“‑
t”，
于是当输出被阻止(即，不是空转)时，图17中的致动器的总扭矩能力为-1t至+3t。
[0134]
图18示出了将动力源的多个子组件与用于增加总扭矩的流体耦合器组合的附加并联负载路径致动器。图18示出了两个子组件，每个子组件包括一个动力源和一个变矩器，例如变矩器类型102的变矩器。变矩器可以被设计成在相同方向或相反方向上倍增扭矩。负载路径可以具有不同的传动比。考虑到忽略次级损失，可以任意控制动力源方向，变矩器的路径在其设计方向上具有最大扭矩“3t”并且当从设计方向向后旋转时具有最小扭矩
“‑
t”，于是当变矩器被设计为相加(在相同方向上)时，图18中的装置的总扭矩能力为-2t至+6t，当变矩器被设计为对抗(相反方向)时，图18中的装置的总扭矩能力为-4t至+4t。
[0135]
图19示出了将流体耦合器(例如，变矩器类型102的流体耦合器)与一个或多个mr流体耦合器10并联的组合的附加并联负载路径致动器。然而，可以使用其他类型的耦合器、流体耦合器、电流变耦合器或机械摩擦湿式离合器。图19的组合呈现了以下益处：具有变矩器类型102的流体耦合器的内部扭矩倍增效应、并联负载路径的外部扭矩增加效应以及mr流体耦合器10的高带宽可控性。在该配置中，变矩器可以处理大部分扭矩需求，而磁流变流体耦合器10可以通过在高带宽下将其扭矩增加(或减少，在mr流体耦合器10输入比变矩器耦合器输出转动地更慢的情况下)到精确水平来微调扭矩。变矩器类型102的耦合器和mr耦合器10可以被设计成增加扭矩、减少扭矩或甚至在不同方向上施加扭矩。负载路径可以具有不同的传动比并且使用任何传动技术。考虑到可以忽略次级损失，可以任意控制动力源方向，mr流体耦合器10的路径具有最大扭矩“t”和最小扭矩
“‑
t”，变矩器的路径在其设计方向上具有最大扭矩“3t”并且当从设计方向向后旋转时具有最小扭矩
“‑
t”，于是当变矩器和mr流体耦合器10协同作用并且输出被阻止时，图19中的装置的总扭矩能力为-2t至+4t。
[0136]
图20示出了作为动力源的多个子组件、流体耦合器以及可以用于增加总扭矩的其他流体耦合器的组合的附加并联负载路径致动器。图20示出了两个子组件(但可能有更多)，每个子组件包括一个变矩器(例如，102类型)和一个mr流体耦合器10。变矩器类型102的扭矩耦合器被设计成在相反方向上施加扭矩并且使扭矩倍增。考虑到可以忽略液压损失，可以任意控制动力源方向，mr流体离合器10的路径具有最大扭矩“t”和最小扭矩
“‑
t”，变矩器10的路径在其设计方向上具有最大扭矩“3t”并且当从设计方向向后旋转时具有最小扭矩
“‑
t”，于是当所有马达、变矩器和mr离合器协同作用时，图20的附加并联负载路径致动器的总失速扭矩能力为+/-6t。
[0137]
图21示出了根据本公开的实施例的使用附加并联负载路径致动器的车轮马达。车轮马达使用两个mr类型10的流体耦合器，但是也可以使用变矩器102来代替mr流体耦合器10中的一个或两个。为简单起见，将参考mr流体耦合器10描述图21的实施例，但是该描述扩展到变矩器102。扭矩可以在使用mr流体耦合器10a和mr流体耦合器10b的两个负载路径上扭矩。mr流体耦合器10a和10b两者都可以用高带宽(》30hz)来控制。通过将两个mr流体耦合器组合在单个输出40上，如图21所示，可以产生多速动力传动系统。动力传动系统包括单个动力源(在出现时为马达m)、两个负载路径以及可以驱动公共输出装置40的两个旋转的mr流体耦合器10。公共输出装置40是准双曲面传动齿轮(或类似的螺旋锥齿轮，诸如球状齿轮)，作为其他示例，并且如图所示公共输出装置耦合到环形齿轮210，该环形齿轮例如是如图所示的冠状齿轮。作为示例，输出可以是螺旋齿轮、蜗轮、正齿轮、带轮、链环等，以及许多其他类型。第一负载路径包括第二速度的mr流体耦合器10a的输入(示出为联接到马达m的
锥齿轮211)和驱动准双曲面传动齿轮40的第二速度的mr流体耦合器10a的输出212。锥齿轮211刚性地连接到第二速度的mr流体耦合器10a的外壳213，使得它们同时旋转。第二速度的mr流体耦合器10a中的mr流体可以调节滑移，以控制准双曲面传动齿轮40的旋转。如所观察到的，带轮214设置在第二速度的mr流体耦合器10a的外壳213上，使得它们同时旋转。带轮214使用带216可操作地连接到第一速度的mr流体耦合器10b的带轮215，但是其他传动类型(齿轮、链条和环等)也是可能的。第二负载路径包括第二速度的mr流体耦合器10a的输入，其使用带减速机构将其扭矩传递到第一速度的mr流体耦合器10b的输入，即，将扭矩传递到第一速度的mr流体耦合器10a的输出，第一速度的mr流体耦合器10b的输入包含在第一速度的mr流体耦合器10a的外壳上的带轮215。第二负载路径还包括经由带轮217和带218将扭矩传递到驱动准双曲面传动齿轮40的第二速度的mr流体耦合器10a的输出，带轮217位于mr流体耦合器10b的输出上。同样，其他传动配置是可能的。启用第二路径的mr流体耦合器10b导致第二负载路径传递扭矩，而启用第一负载路径的mr流体耦合器10a导致致动第一负载路径。同时启用两个mr流体耦合器10a和10b将导致由两个负载路径产生的扭矩相加，使得动力源m提供的速度高于较慢负载路径所需的速度以应对车轮马达速度。如果动力源的速度慢于车轮马达m所需的速度，则同时致动两个mr流体耦合器10a和10b将减小输出40处的可用扭矩，因为由较慢的mr流体耦合器产生的扭矩将在与由较快的mr流体耦合器负载路径产生的扭矩相反的方向上提供净扭矩。所提出的附加并联负载路径致动器可以针对第一速度以给定传动比在顺时针(cw)方向上产生扭矩(参见图22左侧)，并且启用另一mr流体耦合器以第二传动比在顺时针(cw)方向上产生扭矩(参见图22右侧)。因此，在给定时间，仅一个mr流体耦合器10a或10b是运行的，或者两个mr流体耦合器10a和10b都是运行的。控制系统连续地调节每个mr流体耦合器10a和10b的每个电磁体中的电流，以产生在给定情况下所需的适当的动力传动系统输出扭矩。
[0138]
图21的系统可以被描述为包括：扭矩源(马达)m；第一mr流体耦合器10a，具有耦合到扭矩源m的第一输入部(具有锥齿轮211和带轮214的外壳213)和第一输出部40(准双曲面传动齿轮)，以根据第一mr流体耦合器10a的控制选择性地传递扭矩；第二mr流体耦合器10b，具有第二输入部(具有带轮215的外壳)和第二输出部(带轮217)，以根据第二mr流体耦合器10b的控制选择性地传递扭矩；第一传动装置(例如，带216)，在第一mr流体耦合器10a的输入与第二mr流体耦合器的输入之间；第二传动装置(例如，带218)，在第一mr流体耦合器10a的输出(经由带轮219)与第二mr流体耦合器10b的输出(经由带轮217)之间。该系统可操作用于经由第一负载路径和第二负载路径以及可能更多的负载路径将扭矩从扭矩源m传递到第一输出部。第一负载路径由经由第一mr流体耦合器10a的控制从第一mr流体耦合器10a的第一输入部传递到第一输出部的扭矩限定。在第一负载路径中，当带轮214可以将扭矩传递到第二mr流体耦合器10b时，第二mr流体耦合器处于滑移模式。第二负载路径由经由第一传动装置216从第一输入部214传递到第二输入部215、经由第二mr流体耦合器10b的控制器从第二输入部215传递到第二mr流体耦合器10b的第二输出部217以及经由第二传动装置218从第二输出部217传递到第一输出部(固定到mr流体耦合器10a的输出轴的带轮219)的扭矩限定。在第二负载路径中，第一mr流体耦合器10a处于滑移模式。该系统可操作用于经由第三负载路径将扭矩从扭矩源m传递到第一输出部，第三负载路径由经由第一负载路径和第二负载路径累积传递的扭矩限定。
[0139]
图23示出了与仅提供单个负载路径的系统(右侧)相比，通过诸如本文所述的任何实施例中的附加并联负载路径致动器可实现的车轮扭矩与速度的关系的曲线图(左侧)。可以看出，通过使用第二负载路径，车轮扭矩包络在低速下增加，并且由于由两个负载路径提供的扭矩的相加性质，当从一个负载路径过渡到另一个负载路径时，扭矩是不间断的。这种配置呈现出在每个转子输出处进行独立耦合控制的优点。这样，控制系统可以通过使用每个离合器贡献(或者如果需要额外的扭矩，则使用两者)来动态地改变输出的转速，以增强安全性和性能。通过依赖于两个独立的流体耦合器，诸如mr流体耦合器10a和10b，每个具有其自己的传动比，系统的重量可以被最小化(例如，与传统的电动动力传动系统相比)，因为每个动力链(即，负载路径)、尤其是每个mr流体耦合器(或等效的流体耦合器，诸如变矩器102)的尺寸被设计用于大致仅一半的扭矩(标准系统将需要能够提供所提出的附加并联负载路径致动器的扭矩的两倍的马达)。此外，利用mr流体离合器10或变矩器102的高扭矩惯性比，这导致致动器输出惯性比传统的标准马达系统小几个数量级，并且允许以相对小的体积封装多速系统。此外，恒定滑移的mr流体耦合器10和变矩器102在减速比与带宽之间不存在相同的限制，因此使它们互补并且非常适合于如本文所述的低重量但高动态性能的装置。在该系统中，扭矩可以在相反方向上传递，从而允许系统提供再生制动。在扭矩不需要以最高扭矩水平在相反方向上传递的一些系统中，具有最低速度的路径的流体耦合装置可以由单向轴承(例如，楔块离合器)代替。在这样做时，低速比与高速比之间的平滑过渡由具有最低总传动比和高速的流体装置提供。在单向装置用作低速流体耦合器的装置系统中，仅可以通过另一路径实现反向方向。
[0140]
参考图24，在协同负载升降系统240中示出了有效负载运动控制系统240的主要部件的总体配置，该有效负载运动控制系统使用多个系绳241(示出了两个，但是附加的系绳是可能的)，多个系绳耦合到多个附加并联负载路径致动器(诸如本文所述的那些)，每个附加并联负载路径致动器的特征在于一个或多个mr流体离合器设备10(或者替代性地是变矩器102)。由于航空用途中的重量考虑，一个或多个附加并联负载路径致动器可以是具有单个共享动力源(例如，电动马达)的类型，诸如图11和图11’的附加并联负载路径致动器110，但这仅仅是一种选择。在协同负载升降系统240的情况下，一个或多个飞行器f系住有效负载，即，克服重力提升有效负载。传感器或一组传感器(未示出)(诸如具有(一个或多个)加速度计、(一个或多个)陀螺仪、(一个或多个)测斜仪等的任何布置的惯性测量单元(imu)、全球导航卫星系统(gnss)和/或全球定位系统(gps))可以用于检测有效负载位置、速度、方向和/或加速度。(一个或多个)传感器可以在有效负载w上、在并联负载路径致动器110上、在输出242上、在系绳241上和/或在飞行器f上。为简单起见，(一个或多个)传感器通常在有效负载w上和/或在飞行器f上，但是它可以在如上所述的其他地方。响应于任何干扰，附接到连接至系绳241的输出242(例如以卷筒的形式)的并联负载路径致动器110可以卷入或卷出系绳241以提供目标系绳张力，从而将有效负载w保持在目标位置。并联负载路径致动器110、输出242和系绳241的组件依赖于重力来保持拉紧。给定并联负载路径致动器110的特性，有效负载运动可以与用于升降有效负载w的系绳飞行器f解耦。如果干扰引起飞行器位置的快速变化，则系绳张力可以不受影响，因此，有效负载可以与这种飞行器运动隔离。如果期望系绳张力变化，则并联负载路径致动器110的高带宽可以提供快速响应。在这种情况下，在负载升降应用中使用用于控制系绳张力的并联负载路径致动器110可以通过直接控
制系绳张力来使不期望的有效负载运动最小化。系绳241可以对有效负载具有对抗效应，但是可以使用其他偏置构件或效应(即，其他类型的致动器、重力或弹簧)。示出了两个飞行器f，但是可以使用多个飞行器nf来控制单个有效负载w或多个有效负载nw。在这种协同负载升降系统240中，具有并联负载路径致动器110可能是有利的，该并联负载路径致动器具有第一负载路径以在没有扰动或扰动很小时支撑负载，并且具有第二负载路径以在存在较高扰动时支撑负载。在一些情况下，当没有扰动或扰动很小时，设计成具有高减速比(低输出速度)的第一负载路径可以用于以很小的滑移支撑负载。当发生较高速度扰动时，设计成具有较低减速比(较高速度)的第二负载路径可以支撑负载。在操作期间，可以在高带宽下选择第一负载路径和第二负载路径，并且从一个到另一个的过渡可以在高带宽下发生，从而允许在系绳241中产生接触力或张力。利用第一负载路径和第二负载路径可以允许系统限制滑移中的扭矩，减少mr离合器设备10中产生的热量，该热量与由相应的mr离合器设备10产生的扭矩乘以相同mr离合器设备的滑移速度成比例，由此减少相应的mr离合器设备10内的mr流体的老化。第一负载路径可以在大部分时间用于以低滑移支撑负载，并且第二负载路径可以在较高动态事件(例如空气扰动)期间以较高滑移支撑负载。来自第一负载路径和第二负载路径的支撑可以在高带宽下每秒改变许多次。在该并联负载路径致动器110中，第一负载路径和第二负载路径可以能够在系绳241中提供相同的力或张力，但是以不同的滑移速度提供(例如，第一负载路径以低滑移速度提供，第二负载路径以高滑移速度提供)。第一负载路径和第二负载路径还可以设计成在系绳241中提供不同的力或张力。
[0141]
图25示出了附加并联负载路径致动器，该附加并联负载路径致动器是包括动力源、流体耦合器和/或可以用于增加总扭矩的其他流体耦合器的多个子组件的并联组合。在图25中，附加并联负载路径致动器具有包括两个变矩器102和一个mr流体离合器设备10的三个子组件的两种布置。变矩器102设计成在相反方向上倍增扭矩。考虑到忽略液压损失，可以任意控制动力源方向，mr流体离合器设备10具有最大扭矩“t”和最小扭矩
“‑
t”，变矩器102在其设计方向上具有最大扭矩“3t”并且当从设计方向向后旋转时具有最小扭矩
“‑
t”，于是当所有马达(即，动力源)、变矩器102和mr离合器设备10协同作用时，两种布置中的附加并联负载路径致动器的总失速扭矩能力为+/-5t。在图25中，i)示出了类似于图12的布置，具有三个负载路径和三个动力源，而ii)示出了图11和图12的布置的组合，其中一对负载路径具有公共动力源，并且第三负载路径具有其自己的动力源。
[0142]
图26a和图26b示出了用于本公开的可能的变矩器拓扑结构。无论这些拓扑结构如何，具有最大转动惯量的部件优选地连接到变矩器的输入，而具有最小转动惯量的部件优选地连接到输出。因此，优选使用“环绕泵”结构，其中变矩器的壳体(旋转)连接到泵(输入)，留下涡轮(输出)作为旋转惯性的唯一来源。图26a中示出的第一拓扑结构是在汽车自动传动装置中发现的经典变矩器。该经典变矩器包括环绕泵，从左到右具有涡轮-泵-导轮布置。图26b中示出的第二拓扑结构与经典变矩器相反，具有导轮-涡轮-泵布置。反向变矩器拓扑结构提供了使机械密封件接触抵靠始终旋转的泵输入的涡轮轴的优点，从而确保密封件保持在动态摩擦条件下并且消除由静态到动态过渡产生的粘滞滑移条件。由涡轮轴密封件引起的摩擦偏置可以通过并联负载路径的类似变矩器的密封件来抵消，但是反向旋转。
[0143]
图27a至图27d示出了使用模块化或集成策略结合在并联负载路径中的变矩器。变
矩器可以在相反方向上旋转，以提供双向扭矩倍增能力，其中一个变矩器倍增扭矩，而另一个变矩器被反向驱动，反之亦然：图27a的布置示出了包括将两个独立的变矩器与输入和输出机构组合的实施例。四个图示出了变矩器集成在一起的实施例。四个图从左到右示出了：涡轮-泵轮-导轮-导轮-泵轮-具有内输出轴的涡轮(图27a)；导轮-泵轮-涡轮-涡轮-泵轮-具有内输出轴的导轮(图27b)；导轮-涡轮-泵轮-泵轮-涡轮-导轮(图27c)；以及导轮-泵轮-涡轮-涡轮-泵轮-导轮(图27d)。
[0144]
图28a至图28c示出了变矩器和mr离合器可以集成到单个单元中。通过这种集成，变矩器和mr离合器共享公共输入和/或公共输出。下图示出了共享公共输入和公共输出的3种相关的变矩器/mr离合器拓扑结构：图28a中的第一拓扑结构使用公共输入构件，该公共输入构件包括连接到mr离合器(这里是鼓式离合器)的一组摩擦界面的环绕泵变矩器。输出构件也是常见的，并且包括连接到mr离合器的其他组摩擦界面的变矩器的涡轮。从左到右，关键部件是：泵轮-涡轮-mr。在该实施例中，两个装置共享相同的基础流体。磁性颗粒在活动时被mr离合器的磁场吸引，因此保持紧邻磁体。然而，当磁场无效时，磁性颗粒可以迁移到流体中的任何地方，除非永磁体放置在摩擦界面附近。图28b的第二拓扑结构示出了不可能的配置，其中从左到右，关键部件是：mr-泵轮-涡轮。在这种配置中，导轮被束缚并且不能向左或向右接地。泵轮不能处于部件顺序的中间。图28c的第三拓扑结构示出了优选配置，其中变矩器和mr离合器共享公共部分，同时具有单独的腔，使得每个装置可以使用其自己的流体而没有交叉污染。从左到右，关键部件是：mr-涡轮-泵轮。
[0145]
图29示出了根据本公开的变型的制动系统。两个旋转致动源m1和m2具有不同的输入速度比。mr1负载路径是驻车制动类型的，并且可以提供最大夹紧力的一定百分比(％)。mr1负载路径缓慢地作用于力施加，因为该负载路径可以是高度齿轮传动的马达(例如，200：1)，如图30所示。然而，由于直接安装在滚珠丝杠的螺母上的轻度齿轮传动的mr流体离合器设备，因此mr1负载路径快速地作用于力移除。mr流体离合器设备mr1可以是常闭(nc)：如果电流被移除，则mr流体离合器设备mr1可以无限期地保持其施加的扭矩。mr流体离合器设备mr1可以被控制为在制动期间脱离接合，因此它可以不影响mr2负载路径的功能。mr1负载路径可以由不可逆齿轮构成，因此它可以执行驻车制动功能(以最大力的一定百分比(％))。
[0146]
图30示出了已过时的高度齿轮传动的机电驻车制动系统。
[0147]
mr2链可以是快速致动型的，并且可以提供一定百分比(％)的夹紧力。mr2链可以快速作用于力施加和力移除两者，因为它可以具有轻度齿轮传动的马达(例如50：1)。mr2的快速作用可以允许制动垫的快速移位并且在小于10ms内施加全力(高达最大力的一定百分比(％))。mr2离合器可以是常开的(no)并且被控制，使得它可以在驻车制动应用期间不影响mr2的功能。具有其高带宽(》50hz)的mr2链能够调节夹紧力(正或负)，以便实现需要快速作用的功能(防抱死制动(abs)、电子稳定控制(esc)
……
)。当单独的mr2的力可能不足以提供所需的力时，可以将mr1力添加到mr2力以增加夹紧力。在正常功能期间，mr1可以提供基础(dc型)制动力，而mr2可以叠加高度可控的力(ac型)。
[0148]
mr1和mr2两者可以以相同的速度释放，因为它们都可以连接到相同的输出机构。mr离合器可以被认为是固有的扭矩限制器，其保护系统免受可能来自制动系统的任何较高的负载。在没有mr离合器来保护系统的情况下，可能必须选择较大的滚珠丝杠与较大的导
程(lead)相结合，这可能极大地增加系统重量。由于mr离合器，可以使用小得多的滚珠丝杠。这可以允许使用高导程角和高效率(》95％)的滚珠丝杠，由此确保当达到最大负载时可以反向驱动滚珠丝杠，然后可以完美地调节要施加的夹紧力。
[0149]
图31描绘了类似于图16的系统，但是不使用正齿轮系统，而是使用wolfram齿轮系统。图11至图32的所有系统可以使用各种类型的齿轮减速机构。wolfram型减速机构可以通过允许多个mr致动器的减速级共享一些部件来减少单元的重量。在图31的架构上，两个马达m1和m2并排地位于附加并联负载路径致动器的一侧，并且输出位于另一侧。
[0150]
图32示出worlfram齿轮系统的替代性配置，其中两个马达m1和m2位于附加并联负载路径致动器的相对侧，并且输出位于其间。可以实现使用wolfram齿轮箱的附加并联负载路径致动器的许多其他变型，并且与其他概念一样，一个mr流体离合器设备可以由变矩器代替。另外，多个mr流体离合器设备可以由多个变矩器代替。
[0151]
因此，在本文描述的附加并联负载路径致动器的各种实施例中，为了优化性能，将致动器惯性与系统的输出解耦。致动器惯性解耦可以通过在动力源与系统的输出之间放置专门设计的耦合器并且允许耦合器滑移来完成。滑移条件允许输入和输出以不同的相对速度或方向运动，而不会显著影响由滑移界面传递的力或扭矩。可以使用湿的或干的滑移系统，但是湿的(流体)界面呈现出具有更好的热排出、更好的耐久性和/或更平滑的扭矩控制特性的主要优点。
[0152]
至少适用于本文所述的附加并联负载路径致动器的一些变型的特定类型的流体耦合器由磁流变(mr)流体离合器设备实现。现有技术揭示了mr致动器系统的良好整体性能，其具有(1)高动态特性(》30hz)，(2)良好的扭矩密度(取决于装置尺寸，在5至100n.m/kg的范围)以及(3)低惯性(比等效扭矩的直接驱动式马达小》10倍)。mr流体离合器设备还提供相对低的摩擦并且具有良好的后向驱动能力(系统的总力输出的约1％)。mr流体离合器设备的输入可以比输出转动得更快。因此，mr流体可以在离合器内滑移，以便使系统“准备”用于扭矩要求的快速尖峰。通过流体耗散的功率是滑移速度乘以装置产生的扭矩。因此，滑移率越高，mr流体的磨损越高。在典型的mr致动器中，在滑移速度、性能和mr流体的耐久性之间存在显著的权衡。mr流体耐久性限于1mj/ml至10mj/ml。
[0153]
适用于本文所述的附加并联负载路径致动器的至少一些变型中的另一种类型的流体耦合器是变矩器。现有技术揭示了变矩器致动器系统的良好整体性能，其具有(1)扭矩倍增能力，(2)非常好的扭矩密度(取决于装置尺寸，在》100n.m/kg的范围)以及(3)低惯性(比等效扭矩的直接驱动式马达小》10倍)。变矩器的输入可以比输出转动得更慢。因此，流体可以在离合器内滑移，以便增加系统的扭矩能力。通过流体耗散的功率是滑移速度乘以装置产生的扭矩。因此，滑移率越高，流体的磨损越高。在典型的变矩器致动器中，在滑移速度、性能、温度和流体的耐久性之间存在显著的折衷。
[0154]
控制器1可以被描述为用于驱动附加并联负载路径致动器的输出构件的系统的一部分。该系统可以包括处理单元和非暂时性计算机可读存储器，该非暂时性计算机可读存储器通信地耦合到处理单元并且包括能够由处理单元执行的计算机可读程序指令，计算机可读程序指令用于：控制具有公共动力源的两个或更多个流体耦合器(例如，mr流体耦合器10、变矩器102)将扭矩沿公共方向传递到公共输出构件。因此，控制器1可以用于：致动(一个或多个)动力源；控制第一流体耦合器和第二流体耦合器，以使来自单个动力源的扭矩在
以下路径中传递到输出构件：仅包括第一流体耦合器的第一负载路径、仅包括第二流体耦合器的第二负载路径、以及第一负载路径和第二负载路径的组合。当第一流体耦合器是变矩器时，计算机可读程序指令能够由处理单元执行，以用于连续地增加来自第一负载路径的扭矩，例如通过以下方式：增加动力源的速度以连续地增加来自第一负载路径的扭矩；向变矩器的输出施加制动力，以连续地增加来自第一负载路径的扭矩；控制变矩器的导轮以连续地增加来自第一负载路径的扭矩。第二流体耦合器可以是磁流变流体耦合器，并且计算机可读程序指令能够由处理单元执行，以用于控制磁流变流体耦合器以经由第二负载路径产生可变量的扭矩传递。
[0155]
本文描述的附加并联负载路径致动器可以说是致动器系统，因为它们除了动力源之外还包括许多部件，以能够选择性地使用不同的负载路径。在本文所述的任何实施例中，表述“传动装置”可以是指将动力源与流体耦合器相关联以及将流体耦合器与输出相关联的部件的组件。传动装置可以具有不同的部分，即，传动装置部件的子组件。

技术特征：
1.一种致动器系统，包括：动力源；输出构件；至少第一流体耦合器和第二流体耦合器，所述流体耦合器能操作用于产生可变量的扭矩传递；传动装置，在至少第一负载路径和第二负载路径中将至少两个流体耦合器能操作地联接到所述动力源和所述输出构件，所述第一负载路径和所述第二负载路径彼此并联，所述第一负载路径包括所述第一流体耦合器，所述第二负载路径包括所述第二流体耦合器，其中，所述流体耦合器能操作用于使来自所述动力源的扭矩仅经由所述第一负载路径传递、仅经由所述第二负载路径传递、以及累积地经由所述第一负载路径和所述第二负载路径传递。2.根据权利要求1所述的致动器系统，其中，所述流体耦合器中的至少一个是磁流变(mr)流体离合器设备，所述mr流体离合器设备能操作用于在经受磁场时产生可变量的扭矩传递。3.根据权利要求2所述的致动器系统，其中，所述第一流体耦合器和所述第二流体耦合器是mr流体离合器设备。4.根据权利要求3所述的致动器系统，其中，所述mr流体离合器设备中的仅一个中的所述mr流体离合器设备具有永磁体和电磁线圈的组合，所述永磁体和所述电磁线圈同时能操作用于改变扭矩传递的量。5.根据权利要求1和2中任一项所述的致动器系统，其中，所述流体耦合器中的至少一个是变矩器。6.根据权利要求1和2中任一项所述的致动器系统，其中，所述流体耦合器中的一个由机械单向飞轮装置代替。7.根据权利要求1至6中任一项所述的致动器系统，其中，所述传动装置包括在所述第一负载路径中的第一减速机构。8.根据权利要求7所述的致动器系统，其中，所述传动装置包括在所述第二负载路径中的第二减速机构。9.根据权利要求8所述的致动器系统，其中，所述第一减速机构的减速比不同于所述第二减速机构的减速比。10.根据权利要求1至9中任一项所述的致动器系统，其中，所述传动装置包括相互啮合的齿轮。11.根据权利要求1至9中任一项所述的致动器系统，其中，所述传动装置包括带轮和带。12.根据权利要求1至11中任一项所述的致动器系统，所述致动器系统包括控制器，所述控制器用于控制所述流体耦合器选择性地仅在所述第一负载路径中、仅在所述第二负载路径中、以及累积地在所述第一负载路径和所述第二负载路径中驱动所述输出构件。13.根据权利要求1至12中任一项所述的致动器系统，其中，所述第一流体耦合器具有联接到所述动力源的第一输入部，以及用于根据所述第一流
体耦合器的控制而选择性地传递扭矩的第一输出部；所述第二流体耦合器具有第二输入部，以及用于根据所述第二流体耦合器的控制而选择性地传递扭矩的第二输出部；所述传动装置具有在所述第一流体耦合器的输入部与所述第二流体耦合器的输入部之间的第一部分；所述传动装置具有在所述第一流体耦合器的输出部与所述第二流体耦合器的输出部之间的第二部分；所述第一负载路径包括所述第一流体耦合器的所述第一输入部至所述第一输出部；所述第二负载路径包括所述第一输入部经由所述传动装置的第一部分至所述第二输入部、所述第二流体耦合器的所述第二输入部至所述第二输出部、以及所述第二输出部经由所述传动装置的第二部分至所述第一输出部。14.一种马达轮，包括：框架；外环形壳，能旋转地安装到所述框架以相对于所述框架旋转；根据权利要求1至13中任一项所述的致动器系统，所述致动器系统安装到所述框架，齿轮布置，在所述致动器系统与所述外环形壳之间，以向所述外环形壳施加旋转。15.根据权利要求14所述的马达轮，其中，所述齿轮布置包括固定到所述输出构件的螺旋锥齿轮以及固定到所述外环形壳的冠状齿轮。16.一种用于驱动致动器系统的输出构件的系统，所述系统包括：处理单元；非暂时性计算机可读存储器，通信地联接到所述处理单元并且包括能够由所述处理单元执行的计算机可读程序指令，所述计算机可读程序指令用于：致动单个动力源；控制第一流体耦合器和第二流体耦合器，以使来自所述单个动力源的扭矩在以下路径中传递到所述输出构件：仅包括所述第一流体耦合器的第一负载路径，仅包括所述第一流体耦合器的第二负载路径；以及所述第一负载路径和所述第二负载路径的组合。17.一种致动器系统，包括：至少两个负载路径，所述负载路径中的每一个至少包括：动力源，以及流体耦合器，能控制用于产生可变量的扭矩传递；所述至少两个负载路径共用的输出构件；传动装置，将所述至少两个mr致动器单元能操作地联接到所述输出构件，用于使所述输出构件从所述至少两个负载路径接收扭矩；其中，所述流体耦合器能控制用于使来自所述动力源的扭矩仅经由所述第一负载路径传递、仅经由所述第二负载路径传递、以及累积地经由所述第一负载路径和所述第二负载路径传递；并且其中，所述流体耦合器中的至少一个是变矩器。
18.根据权利要求17所述的致动器系统，其中，所述传动装置包括在所述第一负载路径中的第一减速机构。19.根据权利要求18所述的致动器系统，其中，所述传动装置包括在所述第二负载路径中的第二减速机构。20.根据权利要求19所述的致动器系统，其中，所述第一减速机构的减速比不同于所述第二减速机构的减速比。21.根据权利要求17至20中任一项所述的致动器系统，其中，所述传动装置包括相互啮合的齿轮。22.根据权利要求17至20中任一项所述的致动器系统，其中，所述传动装置包括带轮和带。23.根据权利要求17至22中任一项所述的致动器系统，所述致动器系统包括控制器，所述控制器用于控制所述流体耦合器选择性地仅在所述第一负载路径中、仅在所述第二负载路径中、以及累积地在所述第一负载路径和所述第二负载路径中驱动所述输出构件。24.一种用于驱动致动器系统的输出构件的系统，所述系统包括：处理单元；非暂时性计算机可读存储器，通信地联接到所述处理单元并且包括能够由所述处理单元执行的计算机可读程序指令，所述计算机可读程序指令用于：致动至少一个动力源；控制第一流体耦合器和第二流体耦合器，以使来自单个动力源的扭矩在以下路径中传递到输出构件：仅包括所述第一流体耦合器的第一负载路径，仅包括所述第一流体耦合器的第二负载路径，以及所述第一负载路径和所述第二负载路径的组合。25.根据权利要求24所述的系统，其中，所述第一流体耦合器是变矩器，并且其中，所述计算机可读程序指令能够由所述处理单元执行，以用于连续地增加来自所述第一负载路径的扭矩。26.根据权利要求25所述的系统，其中，所述计算机可读程序指令能够由所述处理单元执行，以用于增加所述动力源的速度，以连续地增加来自所述第一负载路径的扭矩。27.根据权利要求25和26中任一项所述的系统，其中，所述计算机可读程序指令能够由所述处理单元执行，以用于向变矩器的输出施加制动力，以连续地增加来自所述第一负载路径的扭矩。28.根据权利要求25至27中任一项所述的系统，其中，所述计算机可读程序指令能够由所述处理单元执行，以用于控制所述变矩器的导轮，以连续地增加来自所述第一负载路径的扭矩。29.根据权利要求24至28中任一项所述的系统，其中，所述第二流体耦合器是磁流变流体耦合器，并且其中，所述计算机可读程序指令能够由所述处理单元执行，以用于控制所述磁流变流体耦合器经由所述第二负载路径产生可变量的扭矩传递。

技术总结
一种致动器系统具有动力源、输出构件、第一流体耦合器和第二流体耦合器。流体耦合器产生可变量的扭矩传递。传动装置在至少第一负载路径和第二负载路径中将流体耦合器可操作地联接到动力源和输出构件，第一负载路径和第二负载路径彼此并联，第一负载路径包括第一流体耦合器，第二负载路径包括第二流体耦合器。流体耦合器可操作用于使来自动力源的扭矩仅经由第一负载路径传递、仅经由第二负载路径传递、以及累积地经由第一负载路径和第二负载路径传递。径传递。径传递。


技术研发人员：吉恩-塞巴斯蒂安
受保护的技术使用者：埃索欧耐迪克超动力
技术研发日：2022.02.01
技术公布日：2023/10/11