設計概念

此系統是裝置於人體膝關節兩側，因此以輕、薄且符合人體美觀，因此以旋 轉摩擦式阻尼器為雛形進而發展設計，不採用直線式阻尼器的原因，乃是因直線 式阻尼系統在人體運動配置上必定會在膝關節彎曲時使用到大腿與小腿後側的 空間，無法將系統藏匿於衣物下，以致影響美觀。

磁力來源為永久磁石和電磁線圈，永久磁石提供鎖住狀態時所需的磁場，電 磁線圈則產生與永久磁石反向之磁場，則通過磁黏滯液體磁場強度下降。此設計 概念有以下之特質：

1)未通電源時，有高阻尼力。

2)通電源時，有低靜摩擦力。

3)可調整阻尼係數。

4)可模組化。

阻尼器作動時，必須有相對轉動，所以電磁線圈必須設定在固定端，以利電 源供應，且為了減少阻尼器的體積，主要設計將電磁線圈的導磁芯軸做為旋轉 軸。根據以上原則，設計出如表3.1 的阻尼器。

表3.1 設計概念表

名稱 圓柱式 圓盤式

簡圖

說明

利用外殼與轉軸之圓柱形間 隙作為磁黏滯液體之剪力作 用來產生阻尼力。

利用永久磁石與電磁線圈之 圓盤式間隙產生阻尼力。

名稱 鰭片式 可調節鰭片式

簡圖

說明

鰭片式之間隙曲折走向，可以 增加有效的作用面積。

類似鰭片式，在未通電時因永 久磁石磁力作用，會使鰭片與 外殼吸附在一起，進而增加相 當多的摩擦力，可提供更高的 剎動力。

名稱 迴轉活塞式

簡圖

說明

將線性阻尼器轉變成環形阻尼器，阻尼力受到活塞長度之影響，

如圖所示；A-A 剖面所示為 L 形煞車器，可提供緊急的剎動力，

有高安全性。B-B 剖面為數組調節阻尼力的電磁線圈。

名稱 彎曲撓性板式 鰭片撓性板式

簡圖

說明

所謂撓板型式是指利用金屬薄片的 彈力以及磁場同性相斥的原理來達 到鎖住與鬆開的功能。而撓性板上 也可有紋路來加強附著力。而當電 磁線圈未作用時，撓性板上永久磁 石與阻尼器內部之永久磁石的磁性 不同，因此撓性板吸附在阻尼器外 殼上，使得阻尼器無法轉動。當由 磁線圈的磁力大於永久磁石的磁 性，使撓性板會因為磁斥力關係與 阻尼器外殼分開，如此阻尼器即可 轉動。

同樣使用撓板型式，而在阻尼器內部 使用一組電磁線圈控制阻尼器的總 阻尼係數，在外殼上則以多組電磁線 圈來控制撓性板的吸附動作，撓性板 背板採用非導磁材料來隔離內外部 電磁線圈之間相互影響，且撓性板上 附有細齒，可以增加吸附摩擦力。

名稱 阻尼間隙調節式

簡圖 ^{N S}

說明

除了改變液體的黏滯度來調節阻尼器的阻尼係數外，亦可改 變幾何尺寸來改變其特性。沿用鰭片式撓性板的設計概念，

利用電磁線圈與永久磁石磁力相互作用來節阻尼間隙，此種 阻尼器可以完全不使用磁黏滯液體，可避免液體老化的問題。

經過可行性和擴充性等之評估，本研究將採用鰭片旋轉型式作為阻尼器設計 開發基礎。主要包含導磁性鰭片圓環、磁黏滯液體、線圈、導磁芯軸、永久磁石 和封閉的磁迴路，細部設計如圖3.1 所示，並說明工作原理。

線圈尚未通電時，永久磁石的磁力線沿著導磁板通過磁黏滯液體和鰭片圓環 區(以下簡稱工作區)，使得磁黏滯液體因磁場作用，產生固化變化，提升阻尼器 的起始摩擦力矩，使得阻尼器在未給予任何外加能源(電流)的情況下，有高摩擦 力矩，使得阻尼器不易轉動，以保護當此系統配置於人體上時，若所攜帶之電源 不足時，可以確保使用者不會因失去支稱力矩而摔倒。

當通予電磁線圈電流時，可以產生與永久磁石同相或反相的磁場，若通予電 流產生的磁場與永久磁石同相，則可以增加通過工作區的磁場強度，使得磁黏滯 液體有更高的剪應力，因此阻尼器可以產生更高的扭力矩；若通予電流產生的磁 場與永久磁石反相，則永久磁石的磁力線會被電磁線圈的磁力吸引，使得永久石 的磁力線會流至導磁芯軸成為另一封閉磁迴路，造成工作磁場強度減少，進而使 得阻尼器可以容易的被驅動。

鰭片圓環

導磁芯軸 導磁板 磁黏滯液體

永久磁石 的磁力線

永久磁石 線圈

非導磁性圓環

S N

(a) 永久磁石的磁力線 (b)

電磁線圈 的磁力線

(b) 電磁線圈的磁力線

(C) 合成磁力線