CN101149069B - 使磁流变流体在磁隙空间中非直线流动的方法及其装置 - Google Patents

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本发明涉及一种使磁流变流体在磁隙空间中非直线流动的方法及其装置，该方法涉及磁流变流体和磁流变流体阻尼器，其特征在于：首先将导磁体I的磁极部分表面沿轴线方向加工成凹凸式结构；其次将导磁体II的磁极部分表面沿轴线方向也加工成凹凸式结构；再次，将导磁体I的磁极部分和导磁体II的磁极部分相互凹对凸式嵌套组成磁隙空间；最后，使磁流变流体从所述磁隙空间的入口进入所述磁隙空间，并沿与磁力线方向垂直，在该磁隙空间内非直线流动延伸至磁隙空间出口。

Description

使磁流变流体在磁隙空间中非直线流动的方法及其装置
技术领域
本发明涉及液压系统的流体节流装置、流体阻尼器、磁流变流体阻尼器，尤其是磁流变流体减振/震器中的磁流变流体阻尼器；特别是一种使磁流变流体在磁隙空间中非直线流动的方法及其装置。
背景技术
与传统流体的流动相比，磁流变流体的流动有其本身的限定条件。其一是磁流变流体的流动方向必须与磁场的方向垂直；其次是磁流变流体的流动发生在十分有限的空间中，该有限的空间就是磁隙空间；在给定外形尺寸、能耗、响应时间和给定磁流变流体前提下，可通过以下途径获取高压差：其一是按磁流变流体的磁饱和强度大小，将磁流变流体置于磁场强度最大且不大于磁流变流体磁饱和强度的磁隙空间中，使所产生的磁流变效应最大；其二是增加磁流变流体在磁隙空间中的流动长度；更重要的是使磁流变流体在磁隙空间中突然改变流动方向，提高堵塞压强。
磁流变流体阻尼装置如US6471018B1“Magneto-Rheological Fluid Device”(磁流变流体装置)中揭示了一种“Z”形结构，将所述“Z”形结构设置在电磁螺线管内部腔体的磁场中，实现了在有限区段、不同层面上的环流，但“Z”形结构是在活塞头部的同一导磁体上加工而成，虽然实现了流动方向与磁力线方向的垂直，然而不足之处在于，同一导磁体上加工而成流道中磁场强度很弱，因为大多数磁力线被导磁体旁路，所形成的流道理论上不处于磁力线密集的磁隙中，从而磁流变效应较弱，对于提高磁流变流体的压差意义不明显。
更重要的是US5353839和US5452745“Magnetorheological Valve and DevicesIncorporating Magnetorheological Elements”(磁流变阀及其含有磁流变元件的装置)揭示了另一种使磁流变流体在磁隙空间中非直线环流的装置，其不足之处在于，该装置没有充分利用电磁螺线管内腔体中的聚磁磁隙，而是在其外设置磁隙空间；虽然提高了磁流变流体在磁隙空间中非直线环流的长度，但却以牺牲单位面积上的磁通量或磁场强度为代价，同时磁流变流体在磁隙空间中非直线环流的轴线与其磁隙空间内的磁场强度的方向垂直。
中国授权发明专利ZL031185517(使磁流变流体在磁隙空间中非直线环流的方法及其装置)解决问题了相关问题，但是仅仅应用于内流式档板式结构。随着缸筒直径的减小(如30毫米的缸径)，处于电磁螺线管内腔的空间亦随之减小，设置档板就显得困难。
工程实践表明，设置档板之所以能够提高磁流变效应的根本因素就是磁流变流体流动的突然变向以及由此而来的堵塞效应(类似于体育运动中的百米垮栏跑)。在小的径向尺寸磁场空间内，只有减小挡板的直径尺寸并且沿轴向设置多个挡板，才有可能达到或接近在大的径向尺寸磁场空间内的档板作用。这正是该发明的目的所在。
发明内容
为了达到上述目的，本发明提出使磁流变流体在磁隙空间中非直线流动的方法及其装置；具体方法是，分别在导磁体磁极表面加工有凹凸式结构，将所述凹凸结构嵌套组合组成磁隙空间，迫使磁流变流体在所述磁隙空间中多次突然改变方向，在外加磁场作用下实现磁流变流体的堵塞效应，从而提高磁流变效应.
技术方案：使磁流变流体在磁隙空间中非直线流动的方法，该方法涉及磁流变流体和磁流变流体阻尼器，其特征在于：首先将导磁体I 30的磁极部分60表面沿轴线方向加工成凹凸式结构；其次将导磁体II 90的磁极部分70表面沿轴线方向也加工成凹凸式结构；再次，将导磁体I 30的磁极部分60和导磁体II 90的磁极部分70相互凹对凸式嵌套组成磁隙空间50；最后，使磁流变流体从所述磁隙空间的入口52进入所述磁隙空间50，并沿与磁力线130方向垂直，在该磁隙空间50内非直线流动延伸至磁隙空间出口55。
所述的使磁流变流体在磁隙空间50中非直线流动的方法，其特征是，所述的凹凸式结构是分立的台阶或空间螺旋结构。
所述的使磁流变流体在磁隙空间中非直线流动的方法，其特征是，所述的磁隙空间50被设置在电磁螺线管80的内腔时，所述磁隙空间50沿电磁螺线管80的轴线方向布置；所述的磁隙空间50被设置在电磁螺线管80的外围时，所述磁隙空间50沿电磁螺线管80的轴线方向布置于电磁螺线管的外围。
同时，实现上述使磁流变流体在磁隙空间中非直线流动的方法的装置，其特征在于它由导磁体I 30的磁极部分60和导磁体II 90的磁极部分70、隔磁套40和电磁螺线管80组成；在导磁体I 30的磁极部分60表面沿轴线方向加工有凹凸式结构；在导磁体II 90的磁极部分70表面沿轴线方向也加工成凹凸式结构；所述导磁体I 30的磁极部分60和导磁体II 90的磁极部分70的凹凸结构相互凹对凸式嵌套组成磁隙空间50；在导磁体上开有与所述磁隙空间50相连的流道I 20和流道II 120，位于所述磁隙空间入口处的部分为磁隙空间入口，位于所述磁隙空间出口处的部分为磁隙空间出口；所述磁隙空间入口、磁流变流体磁隙空间50和其出口为按次序串联连接；磁流变流体从所述磁隙空间入口处流入该磁隙空间50后，在所述磁隙空间50内沿所述磁流变流体非直线流动的流道流动，其后磁流变流体从该磁隙空间出口处流出。
有益效果：本发明的优点是：将磁流变流体置于磁场强度大且不大于磁流变流体磁饱和强度的磁隙空间中，使所产生的磁流变效应最大；同时在有限的磁隙空间中，提高了磁流变流体的堵塞效应；在同等磁流变流体和流量要求、同等尺寸要求、同等响应时间要求、同等能耗要求前提下，可显著提高磁流变流体的堵塞压差。
附图说明
说明书附图如下：
图1是由矩形截面组成的凹凸磁隙空间I及磁流变流体在其中流动的示意图；
图2是由矩形截面组成的凹凸磁隙空间II及磁流变流体在其中流动的示意图；
图3是由三角形截面组成的凹凸磁隙空间I及磁流变流体在其中流动的示意图；
图4是由三角形截面组成的凹凸磁隙空间II及磁流变流体在其中流动的示意图；
图5是将由矩形截面组成的凹凸磁隙空间设置在电磁螺线管内腔的活塞组件实例；
图6是将由矩形截面组成的凹凸磁隙空间设置在电磁螺线管外围的活塞组件实例。
具体实施方式
下面参照图1-图6详述使磁流变流体在磁隙空间中非直线流动的方法及其装置：
使磁流变流体在磁隙空间中非直线流动的方法，该方法涉及磁流变流体和磁流变流体阻尼器，其特征在于：首先将导磁体I 30的磁极部分60表面沿轴线方向加工成凹凸式结构；其次将导磁体II 90的磁极部分70表面沿轴线方向也加工成凹凸式结构；再次，将导磁体I 30的磁极部分60和导磁体II 90的磁极部分70相互凹对凸式嵌套组成磁隙空间50；最后，使磁流变流体从所述磁隙空间的入口52进入所述磁隙空间50，并沿与磁力线方向垂直，在该磁隙空间内非直线流动延伸至磁隙空间出口55。
图1揭示了由矩形截面组成的凹凸磁隙空间及磁流变流体在其中流动的示意图。磁流变流体从位于中部的磁隙空间的入口52进入后，按所示流线88沿凹凸磁隙空间流动。流动过程中磁流变流体流向与磁场磁力线130方向垂直，其后从磁隙空间出口55流出。该结构中，上磁极60和下磁极70可以直接插入并且在相临凸沿角端形成磁流变节流刃口，属于薄壁式节流。
所述的使磁流变流体在磁隙空间中非直线流动的方法，其特征是，所述的凹凸式结构是分立的台阶或矩形螺纹空间螺旋结构。
所述的使磁流变流体在磁隙空间中非直线流动的方法，其特征是，所述的磁隙空间50被设置在电磁螺线管的内腔，所述磁隙空间沿电磁螺线管的轴线方向布置；所述的磁隙空间50被设置在电磁螺线管的外围，所述磁隙空间沿电磁螺线管的轴线方向布置于电磁螺线管的外围。
图2揭示了由矩形截面组成的凹凸磁隙空间及磁流变流体在其中流动的示意图。磁流变流体从位于中部的磁隙空间的入口52进入后，沿凹凸磁隙空间流动。流动过程中磁流变流体流向与磁场磁力线130方向垂直，其后按流线88从磁隙空间出口55流出。该结构中，上磁极60和下磁极70可以直接旋入并且在相临凸沿边62和边72、边64和边74以及边66和边76间形成磁流变节流口，属于厚壁式节流。
所述的使磁流变流体在磁隙空间中非直线流动的方法，其特征是，所述的凹凸式结构是矩形螺纹空间螺旋结构。
如图5所示，所述的使磁流变流体在磁隙空间中非直线流动的方法，其特征是，所述的磁隙空间50被设置在电磁螺线管的内腔，所述磁隙空间沿电磁螺线管的轴线方向布置；又如图6所示，所述的磁隙空间50被设置在电磁螺线管的外围，所述磁隙空间沿电磁螺线管的轴线方向布置于电磁螺线管的外围。
图3揭示了由三角形截面组成的凹凸磁隙空间及磁流变流体在其中流动的示意图。磁流变流体从位于中部的磁隙空间的入口52进入后，沿凹凸磁隙空间流动。流动过程中磁流变流体流向与磁场磁力线130方向垂直，其后按流线88从磁隙空间出口55流出。该结构中，上磁极60和下磁极70可以直接插入并且在相临凸沿间形成磁流变节流刃口，属于厚壁式节流。
所述的使磁流变流体在磁隙空间中非直线流动的方法，其特征是，所述的凹凸式结构是分立的台阶或诸如三角形形螺纹空间螺旋结构。
所述的使磁流变流体在磁隙空间中非直线流动的方法，其特征是，所述的磁隙空间50被设置在电磁螺线管的内腔时，所述磁隙空间沿电磁螺线管的轴线方向布置；所述的磁隙空间50被设置在电磁螺线管的外围时，所述磁隙空间沿电磁螺线管的轴线方向布置于电磁螺线管的外围。
图4揭示了由三角形截面组成的凹凸磁隙空间及磁流变流体在其中流动的示意图。磁流变流体从位于中部的磁隙空间的入口52进入后，沿凹凸磁隙空间流动。流动过程中磁流变流体流向与磁场磁力线130方向垂直，其后按流线88从磁隙空间出口55流出。该结构中，上磁极60和下磁极70可以直接旋入并且在相临凸沿边62和边72、边66和边76间形成磁流变节流口，属于厚壁式节流。
所述的使磁流变流体在磁隙空间中非直线流动的方法，其特征是，所述的凹凸式结构是三角形螺纹空间螺旋结构。
所述的使磁流变流体在磁隙空间中非直线流动的方法，其特征是，所述的磁隙空间50被设置在电磁螺线管的内腔时，所述磁隙空间沿电磁螺线管的轴线方向布置；所述的磁隙空间50被设置在电磁螺线管的外围时，所述磁隙空间沿电磁螺线管的轴线方向布置于电磁螺线管的外围。
同时，如图5和图6所示，实现上述使磁流变流体在磁隙空间中非直线流动的方法的装置，其特征在于它由导磁体I 30的磁极部分60和导磁体II 90的磁极部分70、隔磁套40和电磁螺线管80组成的磁流变流体阻尼器活塞组件；在导磁体I 30的磁极部分60表面沿轴线方向加工有凹凸式结构；在导磁体II 90的磁极部分70表面沿轴线方向也加工成凹凸式结构；所述导磁体I 30的磁极部分60和导磁体II 90的磁极部分70的凹凸结构相互凹对凸式嵌套组成磁隙空间50；在导磁体上开有与所述磁隙空间50相连的流道I 20和流道II120，位于所述磁隙空间入口处的部分为磁隙空间入口，位于所述磁隙空间出口处的部分为磁隙空间出口；所述磁隙空间入口、磁流变流体非直线流动的流道和磁隙空间出口为按次序串联连接；磁流变流体从所述磁隙空间入口处流入该磁隙空间50后，在所述磁隙空间50内沿所述磁流变流体非直线流动的流道流动，其后磁流变流体从该磁隙空间出口处流出。
所述的磁隙空间50被设置在电磁螺线管80的内腔，所述磁隙空间50沿电磁螺线管的轴线方向布置；
图5的装配方式为，首先将导磁体30安装在与磁极60连为一体的活塞杆上，将电磁螺线管80绕制在隔磁套40上，将电磁螺线管80和隔磁套40一起套入导磁体II 90的磁极部分70上并紧固连接；其后将电磁螺线管80、隔磁套40和磁极70一并装入导磁体I 30的腔体内并且紧固连接。
所述的磁隙空间50被设置在电磁螺线管80的外围，所述磁隙空间50沿电磁螺线管的轴线方向布置于电磁螺线管80的外围；
图6的装配方式是，首先将导磁体I 30安装在图示活塞杆上，将电磁螺线管80绕制在活塞杆头部，也充当电磁螺线管80的铁芯；将隔磁套40套在所述电磁螺线管80的外围，然后装入导磁体II 90的磁极70，压入隔磁压环120后与磁极60紧固连接定位。
显然，对于同行技术人员们而言，该发明不仅仅限制于以上实施例。

Claims (4)

1.使磁流变流体在磁隙空间中非直线流动的方法，该方法涉及磁流变流体和磁流变流体阻尼器，其特征在于：首先将导磁体I(30)的磁极部分(60)表面沿轴线方向加工成凹凸式结构；其次将导磁体II(90)的磁极部分(70)表面沿轴线方向也加工成凹凸式结构；再次，将导磁体I(30)的磁极部分(60)和导磁体II(90)的磁极部分(70)相互凹对凸式嵌套组成磁隙空间(50)；最后，使磁流变流体从所述磁隙空间(50)的入口(52)进入所述磁隙空间(50)，并沿与磁力线方向垂直，在该磁隙空间内非直线流动延伸至磁隙空间出口(55)。
2.根据权利要求1所述的使磁流变流体在磁隙空间中非直线流动的方法，其特征是，所述的凹凸式结构是分立的台阶或空间螺旋结构。
3.根据权利要求1所述的使磁流变流体在磁隙空间中非直线流动的方法，其特征是，所述的磁隙空间(50)被设置在电磁螺线管的内腔时，所述磁隙空间沿电磁螺线管的轴线方向布置；所述的磁隙空间(50)被设置在电磁螺线管的外围时，所述磁隙空间沿电磁螺线管的轴线方向布置于电磁螺线管的外围。
4.实现权利要求1中使磁流变流体在磁隙空间中非直线流动的方法的装置，其特征在于它由导磁体I(30)的磁极部分(60)和导磁体II(90)的磁极部分(70)、隔磁套(40)和电磁螺线管(80)组成；在导磁体I(30)的磁极部分(60)表面沿轴线方向加工有凹凸式结构；在导磁体II(90)的磁极部分(70)表面沿轴线方向也加工成凹凸式结构；所述导磁体I(30)的磁极部分(60)、所述导磁体II(90)的磁极部分(70)的凹凸结构相互凹对凸式嵌套形成磁隙空间(50)；在导磁体上开有与所述磁隙空间(50)相连的流道I(20)和流道II(120)，位于所述磁隙空间入口处的部分为磁隙空间入口，位子所述磁隙空间出口处的部分为磁隙空间出口；所述磁隙空间入口、磁流变流体非直线流动的流道和磁隙空间出口为按次序串联连接；磁流变流体从所述磁隙空间入口处流入该磁隙空间(50)后，在所述磁隙空间(50)内沿所述磁流变流体非直线流动的流道流动，其后磁流变流体从该磁隙空间出口处流出。
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