Optimal design of a disk type magneto-rheologic fluid clutch

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Optimal design of a disk type magneto-rheologic fluid clutch

Jaindl, Michael / Köstinger, Alice / Magele, Christian / Renhart, Werner

Zur Übertragung eines stufenlos regelbaren Moments in einem Getriebe kann man elektromagnetische Kupplungen verwenden. Anders als bei normalen Druckkupplungen wird in diesem Fall das Moment mittels einer magnetorheologischen Flüssigkeit übertragen. Diese besteht aus einer Trägerflüssigkeit die mit unzähligen Mikropartikeln versetzt ist. Ist kein Magnetfeld vorhanden, überträgt die Kupplung lediglich ein geringes Grundmoment. Sobald allerdings die Flussdichte erhöht wird, beginnen die Mikropartikel, feste Ketten zu bilden. Damit erhöht sich auch das übertragene Moment. Das für die Übertragung verantwortliche Magentfeld wird mittels der Methode der Finiten Elemente simuliert. Ein optimales Design der Kupplung soll ein gegebens maximales Moment übertragen und dabei ein möglichst geringes Gewicht aufweisen. Diese Optimierungsaufgabe, einander widersprechende Ziele zu erfüllen, wird mit einer Evolutionsstrategie, einem stochastischen Optimierungsverfahren, gelöst.

To transmit a continuously adjustable torque from the main shaft to the move shaft electromagnetic clutches can be used in cars. In contrast to friction clutches, electromagnetic clutches transmit rotation by a magneto-rheologic fluid consisting of a base fluid mixed with numerous ferro-magnetic micro-sized particles. In the absence of a magnetic field a small basic torque is passed an only. Once the flux density is increased, the micro-sized particles start to form firmly tied chains increasing the transmitted torque. The magnitude of the torque can be regulated by the application of an appropriate magnetic field which is simulated by the Finite-Element-Method. The optimal design of the clutch requires a certain torque being transmitted while keeping the weight as small as possible. This task of multi-objective optimization is performed using a higher order Evolution Strategy (ES), a stochastic optimization method.