CN101989803B - 具有磁流变活塞组件的基于磁流变流体的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有磁流变活塞组件的基于磁流变流体的装置，基于磁流变(MR)流体的装置包括MR活塞组件。该MR活塞组件包括铁磁的MR活塞芯以及电线圈。该MR活塞芯具有中央纵向轴线以及具有基本上与该中央纵向轴线同轴排列的外部圆周表面。该电线圈布置在该MR活塞芯中，并基本上与该中央纵向轴线同轴排列。电线圈的一部分或者至少一部分在外部圆周表面之下埋于该MR活塞芯中。

Description

具有磁流变活塞组件的基于磁流变流体的装置

技术领域

本发明整体涉及基于磁流变(magnetorheological)流体的装置，尤其涉及一种具有MR活塞组件的基于磁流变(MR)流体的装置。

背景技术

传统的基于磁流变流体的装置包括MR装置，例如MR阻尼器和MR离合器。一种传统的MR阻尼器包括MR活塞组件，该MR活塞组件具有铁磁的MR活塞芯、电线圈以及外部通量环。MR活塞组件适于沿着MR阻尼器的中央纵向轴线移动。该MR活塞芯具有外部圆周表面，该外部圆周表面基本与该中央纵向轴线同轴排列，并具有圆周表面狭槽，该圆周表面狭槽具有基本为矩形的横截面，如该MR活塞芯的横向截面所示。电线圈基本上与该中央纵向轴线同轴排列，并且布置在圆周表面狭槽中。一些MR活塞组件包括附加的电线圈，附加的电线圈各自布置在每个附加的圆周表面狭槽中。通量环与活塞芯同心且从外与活塞芯隔离开，以形成环形通道，环形通道布置在通量环和MR活塞芯之间，并包含MR流体。

MR阻尼器的MR活塞组件还包括活塞杆以及第一和第二MR活塞端板，该活塞杆连接到MR活塞芯上，该第一和第二MR活塞端板纵向围绕并接触MR活塞芯。通量环连接到第一和第二MR活塞端板，并且第一和第二MR活塞端板各自具有贯通开口，贯通开口与MR通道流体连通。

一种传统的MR离合器包括MR活塞组件，MR活塞组件具有铁磁的MR活塞芯和电线圈。MR活塞组件连接到MR离合器的输入轴或者输出轴，并适于绕着MR离合器的中央纵向轴线旋转。电线圈和MR活塞芯的布置与之前描述的传统的MR阻尼器的相同。

所需要的是，一种改进的具有MR活塞组件的磁流变(MR)装置。

发明内容

本发明的第一实施方式的第一种形式为一种基于磁流变(MR)流体的装置，基于磁流变(MR)流体的装置包括MR活塞组件，该MR活塞组件具有铁磁的MR活塞芯以及电线圈。该MR活塞芯具有中央纵向轴线以及具有与该中央纵向轴线基本上同轴排列的外部圆周表面。该电线圈布置在该MR活塞芯中，并且基本上与该中央纵向轴线同轴排列。电线圈的至少一部分在外部圆周表面之下埋于该MR活塞芯中。

本发明的第一实施方式的第二种形式为一种基于磁流变(MR)流体的装置，基于磁流变(MR)流体的装置包括MR活塞组件，该MR活塞组件具有铁磁的MR活塞芯以及电线圈。MR活塞芯具有中央纵向轴线以及具有基本上与该中央纵向轴线同轴排列的外部圆周表面。该外部圆周表面具有基本上与该中央纵向轴线同轴排列的圆周表面狭槽。该圆周表面狭槽具有布置于该外部圆周表面之下的部分。该电线圈基本上与该中央纵向轴线同轴排列，且设置在圆周表面狭槽中，其中电线圈的一部分埋于该外部圆周表面之下。

本发明的第二实施方式的第一种形式为一种基于磁流变(MR)流体的装置，基于磁流变(MR)流体的装置包括MR活塞组件，该MR活塞组件具有铁磁的MR活塞芯以及电线圈。该MR活塞芯具有中央纵向轴线以及包括同样数量的第一和第二组指形件。该第二组指形件相反于该第一组指形件而纵向地延伸。该第二组指形件与该第一组指形件相互交叉。该电线圈基本上与该中央纵向轴线同轴排列，其中电线圈的至少一部分埋于该第一和第二组指形件之下。

多个益处和优点源于本发明的第一和第二实施方式的一种或多种形式。在一个实施例中，与传统的未埋设的线圈相比，该部分(或者至少部分)埋设的线圈对于电线圈的给定激励提供更大的MR力。在另一个实施例中，与传统的未埋设的线圈相比，该部分(或者至少部分)埋设的线圈以较低的施加的线圈安培匝数获得相同的MR力。需要注意的是，布置在具有传统的矩形剖面形状的圆周表面狭槽中的电线圈是未埋设的线圈，因为电线圈没有埋于该铁磁的MR活塞芯的外部圆周表面之下(也就是，由其覆盖)的部分。

具体实施方式

现说明本发明的第一实施方式。本发明实施方式的第一种形式为基于磁流变(MR)流体的装置，基于磁流变(MR)流体的装置包括MR活塞组件，该MR活塞组件具有铁磁的MR活塞芯以及电线圈。MR活塞芯具有中央纵向轴线，并具有基本上与中央纵向轴线同轴排列的外部圆周表面。电线圈布置在MR活塞芯中，并且基本与中央纵向轴线同轴排列。电线圈的至少一部分在外部圆周表面之下埋于MR活塞芯中。“在外部圆周表面之下埋于MR活塞芯中”指的是被布置在铁磁MR活塞芯中，并由铁磁的MR活塞芯的外部圆周表面所覆盖。

在本发明实施方式的第一种形式的一种结构中，电线圈的大部分在外部圆周表面之下埋于MR活塞芯中。在一种变型中，电线圈邻近外部圆周表面布置。

在本发明实施方式的第一种形式的一种实现过程(enablement)中，MR活塞组件同样包括通量环，该通量环具有内部圆周表面，其基本上与中央纵向轴线同轴排列，其中该内部圆周表面面向外部圆周表面并与其分离开，在其间形成MR通道。在一种变型中，MR活塞组件同样包括活塞杆以及第一和第二MR活塞端板和。该活塞杆基本上与中央纵向轴线同轴排列，并连接到MR活塞芯。该MR活塞芯纵向布置在第一和第二活塞端板和之间并与它们接触。通量环连接到第一和第二MR活塞端板和。第一和第二MR活塞端板和每个具有贯通开口，贯通开口与MR通道流体连通。

在本发明实施方式的第一种形式的一种应用中，例如在一些线性MR阻尼器中，该MR活塞芯适于沿着该中央纵向轴线移动。在不同的应用中，例如在MR离合器或者在一些旋转MR阻尼器中，MR活塞芯适于绕着中央纵向轴线旋转。正如本领域技术人员所知晓的，其他的应用包括具有不可移动的MR活塞芯的线性MR阻尼器，以及包括不可旋转MR活塞芯的旋转MR阻尼器。

在本发明实施方式的第一种形式的一种实施过程中，MR装置包括缸)，该缸基本与中央纵向轴线同轴排列，且围绕该通量环。在一种变型中，该MR装置包括布置在缸、MR通道以及贯通开口内的MR流体。

本发明实施方式的第二种形式为基于磁流变(MR)流体的装置，基于磁流变(MR)流体的装置包括MR活塞组件，该MR活塞组件具有铁磁的MR活塞芯和电线圈。该MR活塞芯具有中央纵向轴线以及具有基本上与该中央纵向轴线同轴排列的外部圆周表面。该外部圆周表面具有基本与中央纵向轴线同轴排列的圆周表面狭槽。该圆周表面狭槽具有布置在外部圆周表面之下的部分。电线圈基本与中央纵向轴线对准，并布置在圆周表面狭槽中，其中部分电线圈埋于外部圆周表面之下。“埋于外部圆周表面之下”表示由铁磁的MR活塞芯的外部圆周表面所覆盖。

需要注意的是，圆周表面狭槽具有布置在外部圆周表面处的开口顶部和布置在最远离外部圆周表面的封闭底部。该圆周表面狭槽的剖面形状适于使得电线圈的一部分埋于外部圆周表面之下。这种剖面形状例如包括但并不限于大体上的梯形形状(、大体上的菱形形状等等。需要注意的是，圆周表面狭槽的顶部具有纵向长度，该圆周表面狭槽具有最大纵向延伸部(extent)，以及该顶端的纵向长度小于该最大纵向延伸部。在一种实施例中，该顶部的纵向长度小于该最大纵向延伸部的一半(以及在一种变型中，小于其百分之十)。

在本发明实施方式的第二种形式的一种配置中，电线圈的大部分埋于外部圆周表面之下。

在本发明实施方式的第二种形式的一种结构中，MR活塞芯包括至少两个隔开的芯部件，其中电线圈的安装在该至少两个隔开的芯部件的组装期间进行，这是为本领域技术人员所知晓的。在一种变型中，该圆周表面狭槽包括第一和第二狭槽侧，其从圆周表面狭槽的顶部延伸到底部。在一种改进中，该至少两个隔开的芯部件包括单一的主芯部件，其至少限定该圆周表面狭槽的底部，以及单一的周边芯部件，其限定该第一狭槽侧而非第二狭槽侧。

在一个实施例中，该至少两个芯部件包括单一的附加周边芯部件，其限定该第二狭槽侧，其中该至少两个隔开的芯部件主要包括该主芯部件、周边芯部件和附加周边芯部件。在未示出的不同的实施例中，该至少两个隔开的芯部件主要包括主芯部件和周边芯部件，其中该主芯部件同样限定该第二狭槽侧。

在本发明实施方式的第二种形式的一种构造中，该电线圈填入到圆周表面狭槽以邻近该外部圆周表面。需要注意的是，本发明实施方式的第一种形式的实现过程、应用和实施过程同样应用于本发明实施方式的第二种形式。在包括第一和第二MR活塞端板和的变型中，需要注意的是，该主芯部件和周边芯部件纵向布置在该第一和第二MR活塞端板和之间，且主芯部件接触该第一和第二MR活塞端板和，以及周边芯部件接触该第一MR活塞端板但并不接触第二MR活塞端板。

在本发明实施方式的第二种形式的一种扩展形式(extension)中，该MR活塞组件还包括第二电线圈，其布置在MR活塞芯的第二圆周表面狭槽中，其中，该电线圈和第二电线圈适于在相反(opposite)的方向产生磁通量(例如通过相反的缠绕和通过相反极性的电驱动)。在一种变型中，该第二电线圈基本上与电线圈相同。在一种改进中，该MR活塞芯包括至少四个芯部件，例如单一的主芯部件、单一的近侧环形芯部件、单一的中央环形芯部件，以及单一的远侧环形芯部件。在一种实施例中，该主芯部件形成圆周表面狭槽的底部和第二圆周表面狭槽的底部，近侧环形芯部件形成圆周表面狭槽的一侧，中央环形芯部件形成圆周表面狭槽的另一侧以及第二圆周表面狭槽的一侧，并且，远侧环形芯部件形成第二圆周表面狭槽的另一侧。无论表面狭槽具有相同或者不同的剖面形状，附加电线圈和圆周表面狭槽的利用由本领域技术人员所设想。

本发明的第二实施方式的第一种形式为基于磁流变(MR)流体的装置，基于磁流变(MR)流体的装置包括MR活塞组件，该MR活塞组件具有铁磁的MR活塞芯以及电线圈。MR活塞芯具有中央纵向轴线，并包括同样数量的第一和第二组指形件(finger)。该第二组指形件与第一组指形件相反地纵向延伸。该第二组指形件与第一组指形件互相交叉。该电线圈基本上与中央纵向轴线同轴排列，其中电线圈的至少一部分埋于第一和第二组指形件之下。“埋于指形件之下”表示由铁磁的MR活塞芯的指形件所覆盖。

本发明实施方式的第一种形式的一种配置中，电线圈的大部分埋于第一和第二组指形件之下。在一种变型中，至少百分之七十五的电线圈埋于第一和第二组指形件之下。

在本发明实施方式的第一种形式的一种结构中，MR活塞芯包括至少两个隔开的芯部件，其中，电线圈的安装在该至少两个隔开的芯部件的组装期间进行，这是为本领域技术人员所知晓的。在一种变型中，该电线圈具有底部。在一种改进中，该至少两个隔开的芯部件包括接触电线圈的底部的单一的主芯部件，以及具有第一组指形件而不具有第二组指形件的单一的周边芯部件。

在一种实施例中，该至少两个芯部件包括单一的附加周边芯部件，其具有第二组指形件，其中，该至少两个隔开的芯部件主要包括主芯部件、周边芯部件和该附加周边芯部件。在不同的实施例中，该至少两个隔开的芯部件主要包括主芯部件和周边芯部件，其中该主芯部件还具有第二组指形件。

在本发明实施方式的第一种形式的一种应用中，该MR活塞芯适于沿着中央纵向轴线移动。在不同的应用中，MR活塞芯适于绕着中央纵向轴线旋转。。

本发明实施方式的第二种形式是磁流变(MR)装置，磁流变(MR)装置包括MR活塞组件，该MR活塞组件具有铁磁的MR活塞芯和电线圈。该MR活塞芯具有中央纵向轴线，并且具有基本上与该中央纵向轴线同轴排列的外部圆周表面。该电线圈布置在MR活塞芯中，并且基本上与该中央纵向轴线同轴排列。电线圈的至少一部分在外部圆周表面之下埋于MR活塞芯中。需要注意的是，该外部圆周表面包括该第一和第二组指形件和的组合的外部表面。

需要注意的是，任何一个或多个或者全部实施方式的MR活塞芯可以包括MR旁通通路(未示出)。流过该MR旁通通道的MR流体基本上不受到处于最高设计电流级别下的电线圈的磁影响。相反，流过MR通道的MR流体显著地受到最高设计电流级别下的电线圈的磁影响。

多个益处和优点源于本发明的第一和第二实施方式的一种或多种形式。在一种实施例中，与传统的未埋设的线圈相比，该部分(或者至少部分)埋设的线圈对于电线圈的给定激励提供更大的MR力。在另一个实施例中，与传统的未埋设的线圈相比，该部分(或者至少部分)埋设的线圈从较低的施加的线圈安培匝数导致相同的MR力。需要注意的是，布置在具有传统的矩形剖面形状的圆周表面狭槽中的电线圈是未埋设的线圈，因为没有电线圈的部分埋于该铁磁的MR活塞芯的外部圆周表面之下(也就是被其覆盖)。

此外，在一个具有基本上梯形的剖面形状的圆周表面狭槽的实施例中，该MR活塞芯的有磁区域的纵向长度延长，与此同时，直接相邻电线圈的无磁区域的纵向长度减少。在该实施例中，实现了更高的性能，当MR装置磁化时，MR力最大化，并且在MR装置去磁时，MR力减小。在该实施例中，与具有布置在具有传统的矩形剖面形状的圆周表面狭槽中的电线圈的MR装置相比，MR装置的有效的动态范围或出现比率得到增强。

本发明的实施方式的多种形式的上述描述用于说明的目的。以上描述并不是排它性的或将本发明限制于上面公开的形式，并且很明显的是可基于上述教导进行很多改进和变型。本发明的保护范围由后附的权利要求书限定。

Claims (5)

1.一种基于磁流变流体的装置，其包括磁流变活塞组件，所述磁流变活塞组件包括：

a）铁磁的磁流变活塞芯，其具有中央纵向轴线并且包括同样数量的第一和第二组指形件，其中所述第二组指形件与所述第一组指形件相反地纵向延伸，其中所述第二组指形件与所述第一组指形件相互交叉；以及

b）电线圈，其基本上与所述中央纵向轴线同轴排列，其中，所述电线圏的至少一部分埋于所述第一和第二组指形件之下。

2.如权利要求1所述的基于磁流变流体的装置，其中所述电线圈的大部分埋于所述第一和第二组指形件之下。

3.如权利要求2所述的基于磁流变流体的装置，其中所述磁流变活塞芯包括至少两个隔开的芯部件，其中所述电线圈具有底部，所述至少两个隔开的芯部件包括单一的主芯部件和单一的周边芯部件， 所述主芯部件接触所述电线圏的底部，而所述单一的周边芯部件具有所述笫一组指形件而非所述第二组指形件。

4.如权利要求3所述的基于磁流变流体的装置，其中所述磁流变活塞芯能够沿着所述中央纵向轴线移动。

5.如权利要求3所述的基于磁流变流体的装置，其中所述磁流变活塞芯能够绕着所述中央纵向轴线转动。