复合盘式磁流变制动器制动扭矩与能效比的优化设计与实验研究

　　本研究针对磁流变制动器(MRB)制动扭矩(BT)提升与能效平衡的难题，创新性设计了一种带次级线圈(SC)的复合盘式MRB。通过磁路建模、电磁仿真与实验验证，发现主线圈(MC)与SC协同工作可使BT提升3.3%（串联）或3.2%（并联），但能效比(EER)分别降低8.5%和3.3%，为高扭矩高效能MRB设计提供了重要参考。

　　

在智能制动系统领域，磁流变制动器(MRB)因其毫秒级响应和可控阻尼特性备受关注。然而传统MRB面临核心矛盾：增加制动扭矩(BT)往往伴随能耗剧增，而能效比(EER)的下降直接制约其在新能源汽车等场景的应用。现有研究多聚焦单一性能优化，鲜少探讨BT与EER的协同机制，更缺乏对多线圈协同效应的系统分析。

针对这一瓶颈，柳州科技计划资助团队创新提出"复合盘式磁流变制动器"设计。该研究通过在主线圈(MC)两侧增设次级线圈(SC)，构建新型磁路拓扑结构。发表在《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》的成果显示：当MC串联SC时，BT提升3.3%但EER降低8.5%；而MC并联SC时，BT增加3.2%且EER仅下降3.3%。这种"性能可编程"特性为不同应用场景提供了灵活解决方案。

关键技术方法
研究采用多尺度验证策略：1) 建立1/2对称磁路模型量化磁阻分布；2) 通过MaxWell软件仿真MC与SC电流方向对磁力线的影响；3) 构建实验台架实测BT与功耗，引入EER=τ/(I²
R)评价体系（τ为扭矩，I为电流，R为电阻）。特别关注串联/并联模式下磁场叠加效应与涡流损耗的平衡。

研究结果
磁路设计
磁阻分析表明SC使有效工作区磁通密度提升12.7%，但边缘磁泄漏减少19.3%。通过等效磁路方程推导，发现SC可补偿MC的磁场畸变。

电磁场仿真
MaxWell模拟揭示：当MC与SC电流同向时，MRF工作间隙磁场强度达0.82T，较单MC提高21.6%；反向配置则产生磁场抵消效应，验证了线圈相位控制的重要性。

能效比分析
实验测得串联模式EER为1.45 N·m/W，虽低于单MC的1.58 N·m/W，但单位体积BT达334 N·m，突破传统MRB的"扭矩-体积"限制。热成像显示SC结构使温升降低14.2℃，印证了其热管理优势。

结论与意义
该研究首次量化了多线圈MRB的"扭矩-能效"权衡关系：1) SC通过磁场重构使BT突破传统极限；2) 并联模式在3.2%扭矩增益下仅牺牲3.3%EER，适合持续制动场景；3) 串联模式适合短时高负荷工况。创新提出的EER评价体系为MRB性能优化提供了新维度，其复合盘式设计尤其适用于需要紧凑空间实现智能制动的电动汽车和机器人关节。作者Wanhua Shi等特别指出，后续研究将探索SC的脉冲激励策略以进一步降低能耗。