CN102112776A - 具有增大的开启屈服强度的磁流变流体阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种磁流变流体阀，包括磁场发生器，具有至少一个电磁线圈(204)以及极长度为L_m的至少一个磁极。本磁流变流体阀进一步包括邻近电磁线圈的至少一个流动通道(118)。该至少一个流动通道的间隙宽度为g，其中，比率L_m/g大于或等于15。

Description

具有增大的开启屈服强度的磁流变流体阻尼器

交叉参考

本申请要求2008年6月2日提交的临时申请No.61/058203的权益，其公开内容通过引证结合于此。

技术领域

本发明总体上涉及可控流体阀及装置的领域。更具体地，本发明涉及一种可控磁流变流体阻尼器装置。

背景技术

磁流变(MR)流体阻尼器装置典型地包括装有MR流体的气缸以及布置成在该气缸内做往复运动的活塞组件。活塞组件在气缸内限定两个室，并包括用于控制MR流体在这两个室之间的流动的MR流体阀装置。MR流体阀装置典型地包括通向两个室中的MR流体的流动通道以及用于向该流动通道中的MR流体施加磁场的磁场发生器。当流动通道中的MR流体暴露于施加的磁场时，MR流体的表观粘度增大，导致穿过活塞组件的压差增大，也被认为是阻尼力的增大。压差或阻尼力随着磁场的强度增大而增大。MR流体阻尼器装置被认为是当向流动通道中的MR流体施加磁场时处于开启状态(on-state，或接通状态)，并且当不向流动通道中的MR流体施加磁场时处于关闭状态(off-state，或断开状态)。

需要一种在处于关闭状态时呈现低的阻尼力同时在处于开启状态时实现更高的阻尼力的MR流体阻尼器装置，当阻尼器装置在高阻尼器速度下工作时尤其如此。

发明内容

在一个实施方式中，本发明包括一种磁流变流体阀。本磁流变流体阀优选地包括磁场发生器，该磁场发生器具有至少一个电磁线圈以及极长度(pole length)为L_m的至少一个磁极。本磁流变流体阀优选地包括邻近电磁线圈的至少一个流动通道，该至少一个流动通道的间隙宽度为g，并且比率L_m/g优选地大于或等于15。

在另一实施方式中，本发明包括一种磁流变流体阻尼器。本磁流变流体阻尼器优选地包括阻尼器壳体，该阻尼器壳体具有用于容纳磁流变流体的内腔。本磁流变流体阻尼器优选地包括将阻尼器壳体内腔分成第一阻尼器壳体内腔室和第二阻尼器壳体内腔室的活塞组件。该活塞组件优选地包括磁流变流体阀，该磁流变流体阀具有：磁场发生器，具有至少第一磁极，该至少第一磁极的极长度为L_m；以及至少第一流动通道，邻近磁场发生器，该至少第一流动通道的间隙宽度为g，其中，比率L_m/g优选地大于或等于15。阻尼器壳体内腔优选地设置有磁流变流体磁铁粒子总体积百分数低于30％的磁流变阻尼器流体，其中，磁流变流体磁铁粒子总体积百分数低于30％的磁流变阻尼器流体在L_m/g的优选比率下可控地流过至少第一流动通道，以控制活塞组件相对于阻尼器壳体的运动。

在另一实施方式中，本发明包括一种磁流变流体阻尼器。本磁流变流体阻尼器优选地包括阻尼器壳体，该阻尼器壳体具有用于容纳磁流变流体的内腔。本磁流变流体阻尼器优选地包括放置在阻尼器壳体内的活塞组件。该活塞组件优选地包括磁流变流体阀，该磁流变流体阀包括：磁场发生器，具有至少一个电磁线圈以及极长度为L_m的至少一个磁极；以及至少一个第一流动通道，邻近至少一个电磁线圈，该至少一个流动通道的间隙宽度为g，并且比率L_m/g优选地大于或等于15。

在另一实施方式中，本发明包括一种制造磁流变流体阻尼器的方法。本制造磁流变流体阻尼器的方法优选地包括提供具有用于容纳磁流变流体的内腔的阻尼器壳体。本制造磁流变流体阻尼器的方法优选地包括提供用于将阻尼器壳体内腔分成第一阻尼器壳体内腔室和第二阻尼器壳体内腔室的活塞组件。该活塞组件优选地包括磁流变阀，该磁流变阀具有：磁场发生器，具有至少第一磁极，该至少第一磁极的极长度为L_m；以及至少第一流动通道，邻近磁场发生器，该至少第一流动通道的间隙宽度为g，其中，比率L_m/g优选地大于或等于15。本制造磁流变流体阻尼器的方法优选地包括提供磁流变流体的磁铁粒子总体积百分数低于30％的磁流变阻尼器流体。本制造磁流变流体阻尼器的方法优选地包括将活塞组件和磁流变流体阻尼器流体放置在阻尼器壳体中，其中，磁流变流体的磁铁粒子总体积百分数低于30％的磁流变阻尼器流体在L_m/g的优选比率下可控地流过至少第一流动通道，以控制活塞组件相对于阻尼器壳体的运动。

应理解，上述概要和以下详细描述都是本发明的示例，并且旨在提供用于理解如所要求保护的本发明的性质和特性的概述或构架。

附图说明

下面所描述的附图示出了本发明的各种典型实施方式，而不应被看作是对本发明的范围的限制，因为本发明可允许具有其他效果相当的实施方式。附图提供了对本发明的进一步理解，并结合到本说明书中且构成本说明书的一部分。无需改变图片的尺寸，并且为了清楚和简明，图片中的某些特征和某些视图的尺寸或图表可放大示出。

图1是以流动模式工作且包括内储存器的磁流变流体阻尼器装置的横截面。

图2A是以流动模式工作且包括外储存器的磁流变流体阻尼器装置的横截面。

图2B是沿着包括活塞杆导向件的磁流变流体阻尼器装置的一部分的图2A的线2B的放大图。

图2C是包括具有内储存器的活塞杆导向件的磁流变流体阻尼器装置的一段的横截面。

图3是包括具有磁流变流体阀的活塞组件的磁流变流体阻尼器装置的一段的横截面。

图4是包括带有磁流变流体阀的活塞组件的磁流变流体阻尼器装置的一段的横截面，该磁流变流体阀具有单个流动通道。

图5是沿着包括带有磁流变流体阀的活塞组件的磁流变流体阻尼器装置一部分的图2A的线5的放大图，该磁流变流体阀具有多个流动通道。

图6是具有磁流变流体阀的活塞组件的压力与流动速率的图表，其中，三个同心的流动通道在较低的流动速率和较低的压力下工作。

图7是具有磁流变流体阀的活塞组件的压力与流动速率的图表，其中，三个同心的流动通道在比图6的流动速率大的流动速率下工作。

图8是具有磁流变流体阀的活塞组件的压力与流动速率的图表，其中，三个同心的流动通道在比图7的流动速率大的流动速率下工作。

图9是对于具有较大L_m/g的具有磁流变流体阀的活塞组件的屈服应力与磁场强度的图表。

图10是用于测量磁流变流体阀中的屈服强度的流动模式流变计的透视图。

图11是为磁流变流体阀中的磁流变流体的铁粒子体积分数的函数的屈服应力的图表，其中，L_m/g为25并且L_m/g为50。

图12是为对磁流变流体阀中铁粒子体积分数施加的磁场的函数的屈服应力的图表，其中，磁流变流体阀中装有的磁流变流体的体积在15％至40％的范围内，并且L_m/g为25。

图13是关于本发明的实施方式和现有的磁流变流体阻尼器装置的屈服增强区域图。

图14是用于双通道磁流变流体阀的测量到的和模型预测的性能数据，其中，L_m/g为23.7。

图15是用于磁流变流体阀的三件式分流器的横截面图。

图16是用于磁流变流体阀的一件式分流器的横截面图。

图17描绘了在剪切模式下工作的磁流变流体阻尼器装置。

图18A是沿着线18A-18A的图18C的横截面。

图18B是18A的横截面的透视图。

图18C是具有磁流变流体阀的活塞组件的俯视图，其中，两个流动通道之间布置有电磁线圈。

图19A是包括活塞组件的磁流变流体阻尼器装置的一段的俯视图，该活塞组件由堆叠的磁渗透板制成。

图19B是沿着线19B-19B的图19A的横截面。

图20A是包括具有磁流变流体阀的活塞组件的磁流变流体阻尼器装置的一段的横截面，该磁流变流体阀具有用于合并来自多个通道的流体的室。

图20B是包括具有磁流变流体阀的活塞组件的磁流变流体阻尼器装置的一段的横截面，该磁流变流体阀具有用于合并来自多个通道的流体的室。

图21A是在流动模式下工作并包括具有双线圈的活塞组件的磁流变流体阻尼器装置的一段的横截面。

图21B是部分地在剪切模式下工作并包括具有双线圈的活塞组件的磁流变流体阻尼器装置的一段的横截面。

具体实施方式

现在将参照如附图中所示的几个优选实施方式对本发明进行详细说明。在说明这些优选实施方式时，为了提供对本发明的彻底理解，阐述了大量具体细节。然而，对本领域技术人员而言显而易见的是，缺少一些或全部这些具体细节，本发明仍可以实施。在其他情况下，没有详细说明众所周知的特征和/或处理步骤，从而使得不会不必要地混淆本发明。另外，使用相似或相同的参考标记来表示共有或相似的元件。

图1示意性地绘出了在流体模式下操作的磁流变(MR)液体阻尼器装置100。MR液体阻尼器装置100包括阻尼器壳体102。阻尼器壳体102一般为柱状外形并且具有封闭的第一远端104和设置有孔108的第二远端106。阻尼器壳体102设置有其中布置有活塞组件200的内腔110。活塞组件200将内腔110细分为第一室114和第二室116。第一室114和第二室116中的每个都可以含有MR流体118。活塞组件200沿着阻尼器壳体102的纵轴往复运动并且在流体室114和流体室116中产生相应的压差。上述压差可以由于施加于活塞杆124与阻尼器壳体102之间的外部刺激力而存在。可以在活塞组件200上安装一个或更多由无摩擦金属制成的耐磨带120以支撑活塞组件200在内腔110内的往复运动。耐磨带120接合阻尼器壳体102的内壁并且也可以提供活塞组件200与阻尼器壳体102之间的流体密封。活塞组件200包括用于响应于来自MR液体阻尼器装置100的外部的刺激控制室114与室116之间的MR流体118的流动的MR流体阀。可以通过活塞杆124接收这样的刺激，活塞杆124设置有与活塞组件200连接的一端126和用于连接需要控制或运动阻尼的例如车辆座椅或底盘的结构(未图示)的另一端128。活塞杆124穿过孔108延伸并且能够相对于阻尼器壳体102轴向地滑动。在孔108与阻尼器壳体102之间可以设置有密封件130以控制流体从内腔110泄漏。

MR液体阻尼器装置100还可以包括阻尼器壳体102的内腔110内的储存器132。可替换的，如下面将要说明的，可以将该储存器置于阻尼器壳体102外部或与活塞杆导承(或活塞杆导向件)成为一体。储存器132可以用作使容纳在阻尼器壳体102内的MR流体118中的瞬压最小化，从而使阻尼器壳体102内气穴现象(cavitation)或负压的风险最小化。在图1所示的实施方式中，储存器132被设为内腔110内的充气室132并且与MR流体室114相邻。在充气室132与MR流体室114之间可以设置有浮动活塞134。浮动活塞134可以根据室114与室132间的压力差在内腔110内轴向往复移动。在浮动活塞134上安装有密封元件136以在浮动活塞134与阻尼器壳体102间进行密封，从而防止室114和室132中的流体混合。在可替代的实施方式中，可以使用隔板或其他适合的分隔件代替浮动活塞134。充气室132可以通过注入阀138充入气体。充注气体可以是例如氮气的惰性气体。在可替代的实施方式中，可以在MR液体阻尼器100的内腔110内使用例如囊式储存器的其它形式的储存器。

图2A示出了储存器133优选地置于阻尼器壳体102的外部的MR液体阻尼器装置100的优选实施方式。在本优选实施方式中，外部阻尼器底座安装式储存器133包括流体室135和流体室137以及设置于流体室135和流体室137之间的浮动活塞134。浮动活塞134可以装有密封元件141以提供浮动活塞134与储存器133的内壁之间的密封，从而将流体室135和流体室137彼此隔离。外部阻尼器底座安装式储存器133内的流体室135与阻尼器壳体102内部的MR流体室114通过阻尼器底座常规流动管道139连接。外部阻尼器底座安装式储存器133优选为通过阻尼器端的底座131、通过为MR流体提供通过阻尼器端底座131的弯曲的常规变向流动通道的阻尼器底座常规流动导管139而安装，该MR流体通过阻尼器底座常规流动管道139从阻尼器壳体102朝外流动进入外部阻尼器底座安装式储存器133，随后从外部阻尼器底座安装式储存器133朝内流回阻尼器壳体102内部。储存器133的室137优选为是充气室。外部阻尼器底座安装式储存器的浮动活塞134优选为在储存器133内以与活塞组件200和活塞杆124的运动方向相反的方向轴向往复移动。在图2A中，阻尼器壳体102的远端104安装于连接至活塞杆124的连接元件129内。连接元件129能够用于将活塞杆124与如前面提到的需要控制或运动阻尼的结构相连接。在优选实施方式中，阻尼器壳体102不包括储存器，其内部没有储存器，而是阻尼器装置优选地包括外部储存器，优选外部阻尼器底座安装式储存器。

图2A示出了具有活塞杆导承142的优选实施方式的MR流体阻尼器装置100的优选实施方式。图2B是活塞杆导承142的优选实施方式的放大图。在图2B中，活塞杆导承142固定于阻尼器壳体102的远端104处，阻尼器壳体102安装有这样的活塞杆导承142：该活塞杆导承142包含用于容纳活塞杆124的通道127。活塞杆导承142包括以任何适合的方法固定于阻尼器壳体102的导向体143。在图2B中所示的实施方式中，固定体143通过螺纹连接143固定于阻尼器壳体102的内壁，并且在固定体143的外表面上设置有密封件145以在固定体143与阻尼器壳体102的内壁间进行密封。固定体143包括内部装有过滤器149的环形室146。过滤器149设置有内部装有轴承150的袋形腔从而使得轴承150位于过滤器149与活塞杆124之间，从而接合并支撑活塞杆124的往复运动。过滤器149通过端板151保持在环形室146中，该端板具有室116中的MR流体能够到达过滤器149所经过的流体流动端口。在过滤器149与活塞杆124之间设置有杆密封件152以在过滤器149与活塞杆124之间进行密封。过滤器149过滤并滤出从流体室116进入环形室146的MR流体118中的磁化粒子。过滤器149优选由多孔、无磁性、耐腐蚀的金属制成。在优选实施方式中，过滤器149具有250mm以下的细孔尺寸并且由不锈钢制成。优选地，过滤器149包括：纵向沿活塞杆124轴向延伸的烧结不锈钢轴向延伸过滤器元件、容纳密封件152的密封腔，以及用于容纳轴承150的轴承腔。固定体143包括其中装有第二外侧杆密封件153的第二外侧腔室。杆密封件153提供固定体143与活塞杆124间位于过滤器149上方的外侧位置处的的密封。固定体143还包括其中装有擦拭器154的另一外侧第三腔室。随着活塞杆124移进移出孔108，擦拭器将活塞杆124擦拭干净。杆密封件152、153和擦拭器154优选地由例如弹性材料的密封材料制成。

在如图2C中所示的不同的实施方式，活塞杆导承173的导向体170变形为包括外部腔室155。外部腔室155上装有隔板157并且当活塞杆导承173固定于阻尼器壳体102的远端的合适的位置处时邻近阻尼器壳体102的内壁布置隔板157。隔板157和外部腔室155限定了作为内部储存器159的气体体积。可以通过阻尼器壳体102的壁上的汽门(未图示)向储存器159充入例如氮气的惰性气体。隔板157通过位于阻尼器壳体102的内壁与活塞杆导承173的外部间的空隙169与室116内的流体接触。隔板157根据室116中的瞬压受压或膨胀。设置有储存器159的活塞杆导承173提供了邻近MR流体阻尼器装置的内部的活塞杆入口的内部储存器。

图3示意性地绘出了可以包含在MR流体阻尼器装置中的典型活塞组件200的横截面。活塞组件200具有普通圆柱形状。设在活塞组件200中的MR流体阀201包括磁场发生器202。一般来说，术语“磁场发生器”可以被理解为意指设置有用于产生在其开启状态下强度控制可变的可控磁场的一个或更多电磁(EM)线圈以及邻近EM线圈的磁极的任何结构或结构组件。“磁极”是载有磁通量的结构。在图3的实施方式中，磁场发生器202包括围绕在由例如低碳钢或其它磁渗透铁磁材料的磁渗透材料制成的磁芯206周围的EM线圈(例如，磁导线)。总的来说，决定磁芯206中和活塞组件200的其它构件中的磁渗透材料的特性及其变化的一些因素为磁导率、饱和度、矫磁力以及顽磁(或剩磁)。更高的磁导率和饱和度是期望的，同时更低的矫磁力和顽磁是期望的。在MR流体阻尼器中使用磁渗透材料的情况下，磁渗透材料的相对磁导率优选为远大于容纳于阻尼器内的MR流体的相对磁导率。优选地，磁渗透材料的相对磁导率至少大于MR流体的磁导率的100倍，优选为至少200倍，更优选为至少1000倍。

磁芯206具有中心部206A和位于中心部206A的相对两端的呈现为凸缘的极部(或极片)206B、206C。极部206B、206C中的每一者设置有极长度为L_m的磁极。将极部206B与极部206C之间的间隔指定为极间隔A。在一些替代实施方式中，磁极可能不是与磁芯206形成一体的，而是通过其他位于磁芯206上方和下方的磁渗透结构进行设置。中心部206A可以为柱形。EM线圈204围绕中心部206A缠绕N圈。EM线圈204可以缠绕在布置于中心部206A中的凹槽内的绕线轴上。EM线圈204被设置在极部206B与极部206C之间。磁芯206可以包括通道(未图示)，它使得外部导线223、225可以连接至EM线圈204。EM线圈204可以被设置在中心部206A上使得其与极部206B、极部206C的外表面206B1、206C1齐平。可以使用例如环氧树脂等的非磁性材料来确保EM线圈204位于中心部206A上的合适位置。也可以用非磁性材料填充EM线圈204间的任何空间，从而防止流体进入EM线圈204之间。可替代地，如图4中所示，EM线圈204可以不用分别与极部206B、极部206C的外表面206B、206C齐平(而是可以相对凹入)。可以靠近EM线圈204设置垫片212，从而产生磁间断将通过极部206B、206C提供的磁极分隔开。垫片212可以由例如铝或塑料等的非磁性材料或具有非常低的磁导率的材料制成。

回到图3，设置在活塞组件200内的MR流体阀201还包括环绕磁场发生器202的通量环214。通量环214的横截面为典型地圆形，但也可以使用例如正方形或六边形等的其他横截面形状。通量环214由例如关于磁芯206的上文中所述的磁渗透材料制成。在优选实施方式中，通量环214与磁场发生器202同心且与磁场发生器202径向间隔布置。MR流体阀201还包括限定在磁场发生器202与通量环214之间的流动通道216。流动通道216可以为环形且与磁场发生器202同心。在图3中所示的示例中，通量环214的长度与磁场发生器202的长度(Lp)基本相同。例如使用端板220、端板222使通量环214与磁场发生器202连接。端板220、端板222包括分别与通量环214中的凹槽接合的凸出部220A、凸出部222A。端板220、端板222还包括分别与磁芯206上的突脊接合的凹槽220B、凹槽222B。优选地，端板220、端板222包括与流动通道216相对齐的孔220C、222C。优选地，位于孔220C、222C处的尖锐边远离流动通道216以避免在流动通道216的远端处产生流动干扰。使用端板220、222将磁场发生器202连接至通量环214的替代方式是在通量环214的远端与磁芯206间形成连接肋条(未图示)。

当在MR流体阻尼器100、140中设置有活塞组件200时，MR流体阻尼器中的MR流体118充满流动通道216。所述MR流体为微米级可磁化颗粒的非胶质悬浮液，优选为铁粒子。通过电线223、225向EM线圈214提供电流以使EM线圈204通电并产生穿过流动通道216中的MR流体施加的磁场。磁通量218优选地在通过磁芯206，穿过流动通道216的路径中移动，优选为通过通量环214，穿过流动通道216并通过磁芯206。磁通量218(用虚线和箭头示出)优选为与极部206B、206C垂直。当向流动通道216施加磁场时，流动通道216中的MR流体的表观粘度增大，提供可控磁场开启状态。通过改变开启的磁场的强度可以控制流动通道216中的MR流体的屈服强度。MR流体阻尼器(图1中的100或图2中的140)在流动模式中工作，这意味着限定流动通道216的表面相对于垂直的磁场和流动通道216中的轴向流动保持静止不动。优选地，极部206B、206C的表面和通量环214的朝向流动通道216的表面是光滑的以使惯性及过渡效应最小化。

流动通道216具有沿磁通量218穿过流动通道216流动的方向测量的间隙宽度g。优选地，流动通道216的间隙宽度g沿着流动通道216的流动间隙长度不变或基本不变。如稍后将要说明的，当L_m/g较大时，MR流体阻尼器可获得增强的开启状态屈服强度。这里的较大是指L_m/g大于或等于15。更加优选地，L_m/g大于或等于20。最优选地，L_m/g大于或等于25。在其它的优选实施方式中，L_m/g在从20至50的范围内。对于图3中所绘的活塞组件几何体来说，通过增大L_m或减小g使L_m/g更大。然而，增大L_m导致了不希望的活塞组件的总长以及在磁芯206和通量环204中的磁饱和。为了避免磁饱和，必须增加磁芯206的直径D_core和阻尼器壳体102的厚度t_wall。这会导致大的阻尼器。减小g会迅速导致不能接受的高的关闭状态力。

通过使用N个具有间隙宽度g_i的流动通道(i的范围从1至N，且N＞1)，是使L_m/g变大而又不显著增大MR流体阻尼器的尺寸的优选方式。在此种情况下，各流动通道i的L_m/g都较大。对于0.5mm的间隙宽度和25的L_m/g值，L_m约为12.5mm。对于包括具有分别都为0.5mm的间隙宽度g₁、g₂的两条流动通道的系统，总共1.0mm的总间隙宽度对MR流体室之间的流体流动来说是可用的。对于包括一条流体通道的的系统，为了获得1mm的间隙宽度和25的L_m/g值，L_m必须为25mm，即为包括两条流动通道的系统所需的L_m的两倍。这个例子说明了通过使用多个流动通道能够获得具有增强的开启状态屈服强度的紧凑型阻尼器。如前所讨论的，增强的开启状态屈服强度是通过使L_m/g变大而获得的。这里的大，指的是L_m/g大于或等于15。更优选地，L_m/g为大于或等于20。最优选地，L_m/g大于或等于25。在其它优选实施方式中，L_m/g的范围从20至50。

图5示出了包括多个流动通道的活塞组件200的优选实施方式。为了形成优选的多个流动通道，在磁场发生器202与通量环214之间设置有流量分流器230从而限定位于磁场发生器202与通量环214之间的两个流动通道232、234。端板220、222可以包括用于将流量分流器230连接至通量环214和磁场发生器202的磁芯206的零件。在优选实施方式中，分流器230为环状并与磁场发生器202和通量环214同心。这就导致了与磁场发生器202和通量环214同心的环形流动通道232、234。如果需要多于两个的流动通道，附加的分流器能够被设置在磁场发生器202与通量环214之间。一般来说，限定N个流动通道需要N-1个分流器，这里N＞0。流动通道232具有间隙宽度g₁，流动通道234具有间隙宽度g₂。一般来说，形成在磁场发生器202与圆柱体204之间的各流动通道可以具有间隙宽度g_i，这里i的范围为从1至N，N是流动通道的数量。流动通道可以具有相同的或不同的间隙宽度。为了增强开启状态屈服强度，L_m/g_i较大，如上所述，这里i的范围从1至N，N是流动通道的数量。应该注意的是，L_m/g_i是基于各流动通道计算的。

如果活塞组件200包括多个具有相同间隙宽度g_i＝g的环形流动通道，并且在流动通道中的磁场相等，当布置在MR流体阻尼器内时活塞组件200上的压差将近似为：

$P=\frac{12\·\mathrm{\η}\·Q\·L_p}{w\·g^3}+\frac{6\·c\·{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{MR}}\left(H\right)\·L_m}{g}+\frac{k\·Q^2\·\mathrm{\ρ}}{w^2\·g^2}---\left(1\right)$

这里：

η：MR流体粘度

Q：MR流体体积流率(或体积流量)(与阻尼器速度乘以活塞组件直径的平方成比例)

L_p：活塞组件长度

g：流动通道的间隙宽度

w：MR流体阀的横向宽度并且名义上等于

这里D_i等于第i个间隙的平均直径

τ_MR(H)：在磁场H处的MR流体屈服应力

L_m：电磁体的极长度

2*L_m：电磁体的有效极长度

c：范围在2到3之间的动态流动系数

k：范围在0到1.5之间的动态流动系数

在方程(1)中的常数“c”将取决于流动通道内的具体流动情况。如果在流动通道中的流率为零，则c可以为2。在高流量、高粘度以及非常狭窄的间隙g的情况下，则系数c的值取3。常数“k”主要取决于流动通道内的雷诺数(Reynolds number)，即，紊流度。对于非常高的雷诺数，k大约为1.0。对于低雷诺数层流，k在关闭状态下大约为0.68。当MR流体阻尼器处于具有较大诱导屈服强度的开启状态下时，k大约为0.5。

在方程(1)中，第一项是与流体粘度和体积流量成比例的闭合状态粘性项，第二项是由于处于开启状态的磁场诱导屈服强度而增加的压力，而第三项是取决于流体密度以及体积流量的平方的惯性项。粘性项与wg³的倒数成比例。第二项是与g的倒数成比例的磁流变项。惯性项与w²g²的倒数成比例。在高阻尼器速度时，与压力有二次方关系的惯性项由于大因子而能够变得相当于甚至超过关闭状态粘性项。这意味着如果惯性项在关闭状态下未最小化，则压差(或阻尼力)在关闭状态下会相当大。在本发明中，在不损失开启状态下的阻尼力的情况下通过使得L_m/g较大并在电磁体与通量环之间提供多个流动通道来使惯性项在关闭状态下最小化，其中每个流动通道具有小的间隙宽度。间隙宽度可形成得尽可能的小，典型的大约为0.5mm，以实现较大的L_m/g。

除了使L_m/g较大，还可使D_piston/g较大。D_piston是活塞组件的直径。使D_piston/g为大比率的重要性与流动沟道中的流体速度以及当处于高流体速度时惯性项(方程(1)中的第三项)的二次方增长有关。在流体通道中的流体速度与活塞组件的速度乘以活塞组件直径D_piston除以沟道流动面积w*g的平方，其中w是如相对于方程(1)所说明的设置在活塞组件中的阀的横向宽度。通过变成多个间隙，w会增大，于是允许g减小或D_piston增大，而仍保持惯性项较小。减小g使开启状态压差增大，并且增大D_piston使总阻尼力增大，该总阻尼力是压差和活塞面积的乘积。优选地，D_piston/g大于66。更有选地，D_piston/g大于80。还更优选地，D_piston/g大于90。最优选地，D_piston/g大于120。

如果活塞组件200中的流动通道不相等和/或不同流动通道中的磁场诱导的屈服强度不相等，则将按照下面一组方程来说明活塞组件上的压力：

$P_i=\min \left|\right\{\frac{12\·\mathrm{\η}\·Q\·L_p}{w_i\·g_i^3}+\frac{6\·c\·{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{MR}}\left(H_i\right)\·L_m}{g_i}+\frac{k_i\·Q_i^2\·\mathrm{\ρ}}{w_i^2\·g_i^2}\},P_{k\≠i}|---\left(2\right)$

P_pistion＝P₁＝P₂＝…＝P_i                        (3)

方程(2)中说明的情况远比方程(1)中说明的情况复杂的多，由于不同流动通道中的流动速率会是不同的。在一些情况下，根据计算出的P_piston，一些间隙中可能没有任何流动。方程(2)本身是一组N个方程，其中N是同心的流动通道的个数，并且下标i和k在1到N的范围内。作为一个实例，对于i＝1，方程2被解释成意味着由于流动通道1所导致的压差将会是大括号中的第一项最小值或其它流动通道，即，k＝2，3，…，N之一中的压差。注意在所有情况下，每个间隙中的压差最终必须是相同的并且等于如由方程(3)所指出的活塞组件上的压差。

参照图6-图8可更好地理解以上的这组方程。图6示出了三个同心的流动通道处于较低的流动速率及较低的压力下的情况。三条曲线是如由方程(2)的大括号部分所给出的三个流动通道中的每个的理论压力与流动速率的关系曲线。在这种情况下，最小的压降由虚线A指出。在这种情况下，唯一的具有非零流动速率的流动通道是通道3。通道1和通道2的曲线都大于此，从而所有通道中的总压由A给出。图7示出了当总流动速率增大从而使得如虚线B给出的通道2和通道3中都有流动时的情形。通道1中仍没有流动。通道2中的流动速率是Q₂，并且通道3中的流动速率是Q₃。Q₂与Q₃是不同的。图8示出了当总流量增大从而使得在所有三个通道中都有流动时的情形，Q₁、Q₂和Q₃都是不同的。在这种情况下，压力由虚线C给出。

图9是为磁场强度的函数的屈服应力的图表。该图表中示出了测量到的屈服应力和期望的屈服应力。在该实例中，L_m/g是25，并且MR流体的铁体积含量为22％。该图表示出了测量到的屈服应力比期望的屈服应力大了多于2倍，表明可通过使L_m/g较大来实现增大的屈服应力现象。使用流动模式流变计来进行测量。图10示出了包括其上缠绕有EM线圈(未示出)的塑料线轴302的流变计300。塑料线轴302介于由钢制成的极片(pole piece)306、308之间。极片306、308通过由不锈钢制成的无磁性间隔件310隔开。无磁性间隔件310包括流动通道(未示出)。入口和出口管312、314以与无磁性间隔件310中的流动通道对齐的方式接合至无磁性间隔件310的任一端。流动通道具有间隙宽度为g的矩形横截面。极片306、308的极长度为L_m。为了进行测量，将流变计300设置在金属圆柱体(未示出)中。流变计300和金属圆柱体设置在以指定速率向下推动柱塞的英斯特朗试验机(Instron test machine)(未示出)中，从而迫使MR流体通过间隔件310中的流动通道。测压元件测量由此在柱塞上产生的力。根据此力，计算由流变计产生的压力。计算出的压力用于确定MR流体由于施加的磁场所产生的屈服强度。

图11和图12示出了通过使L_m/g较大来实现增大的屈服强度现象的几个更多的实例。图11示出了在磁场强度为100kA/m且L_m/g为25和50时MR流体的屈服应力与铁粒子体积分数的关系曲线。图11示出了屈服应力随着铁粒子体积分数减小而增大。图11还示出了屈服强度随着L_m/g增大而增大。图11示出了对于MR流体的各种铁粒子体积分数在L_m/g为25时屈服应力与施加的磁场的关系曲线。图12也示出了无论施加的磁场是多大，屈服应力随着铁粒子体积分数减小而增大。从图11和图12可以推断出，当L_m/g较大时出现的屈服增加，如上所述，可通过使用可磁化粒子(优选地为铁粒子)的体积分数较低的MR流体来进一步提高。

优选地，MR流体含有＜30Vol.％的磁性铁粒子，优选地≤26Vol.％的磁性铁粒子，优选地＜25Vol.％的磁性铁粒子，优选地＜23Vol.％的磁性铁粒子，优选地＜21Vol.％的磁性铁粒子，优选地≤19Vol.％的磁性铁粒子，且优选地≤16Vol.％的磁性铁粒子。优选地，MR流体含有大约26Vol.％((26±1)Vol.％)的磁性铁粒子。优选地，MR流体含有大约15Vol.％((15±3)Vol.％)的磁性铁粒子。优选地，MR流体的磁性铁粒子体积百分数在大约十至二十的范围内(按照总体积百分数)。

优选地，MR流体包含≤19Vol.％的磁性铁粒子(按照总体积百分数)和≥60Vol.％的载体流体(carrier fluid)(按照总体积百分数)，优选地≥64Vol.％的载体流体，≥66Vol.％的载体流体，≥69Vol.％的载体流体，并优选地大约71Vol.％((71±3)Vol.％)的载体流体，优选地为油载体流体，优选地为烃油载体流体。优选地载体流体包括聚α烯烃。

优选地，磁性铁粒子包含铁。优选地，磁性铁粒子包含羰基铁粒子。在可替代的优选实施方式中，磁性铁粒子包含水雾化铁粒子。优选地，磁性铁粒子的密度在7至8.2g/ml的范围内，优选地在7.5至8.2g/ml的范围内，并优选地密度大约为7.86g/ml(7.86±.30g/ml)。

优选地，除磁性铁粒子和载体流体之外，MR流体还包含添加剂。优选地，MR流体包含抗磨损添加剂。优选地，MR流体包含至少一种抗磨损添加剂，该抗磨损添加剂提高了MR流体装置的使用期限和耐磨特性，并阻止与MR流体的工作相关的磨损和磁性铁粒子对MR流体装置的构件的磨蚀和磨擦。优选地，MR流体抗磨损添加剂包含钼，优选地为有机钼。优选地，MR流体包含抗氧化添加剂。优选地，MR流体包含至少一种抗氧化添加剂，该抗氧化添加剂阻止MR流体和与MR流体的工作相关的MR流体装置的氧化和磁性铁粒子对MR流体装置的构件的磨蚀和磨擦。优选地，MR流体抗氧化添加剂包含磷抗氧化添加剂，优选地为无灰二硫代膦酸酯抗氧化添加剂。优选地，MR流体包含防沉降添加剂。优选地，MR流体包含至少一种防沉降添加剂，该防沉降添加剂有助于磁性铁粒子悬浮在载体流体中，以阻止粒子的沉降，并有助于粒子保持悬浮状态。优选地，MR流体防沉降添加剂包含粘土，优选地为有机粘土，优选地为有机粘土胶凝剂，优选地通过活化剂激活，优选地为碳酸丙烯酯。优选地，MR流体包含MR流体密封膨胀调节添加剂，该MR流体密封膨胀调节添加剂调节暴露于流体的MR流体装置中的密封件，并优选地使密封件膨胀，并阻止流体从MR流体装置泄露。优选地，MR流体装置密封膨胀调节添加剂包含癸二酸盐，优选地为癸二酸二辛酯。

优选地，磁性铁粒子分散在载体流体中，优选地磁性铁粒子混合到载体流体中。对于除磁性铁粒子和载体流体之外的添加剂，这些添加剂优选地混合到载体流体中。在优选的实施方式中，MR流体通过回转式搅拌机旋转地混合，优选地通过进行周期性地混合以在载体流体中混合并分散磁性铁粒子和添加剂的旋转分散(rotor stator)混合。

优选地，通过由基于体积百分数测量的组分制作并提供MR流体来提供磁性铁粒子总体积＜30Vol.％的MR流体。优选地，MR流体的磁性铁粒子总体积百分数低于30％。优选地，各组MR流体的不同磁性铁粒子总体积百分数都低于30％，以提供磁性铁粒子总体积百分数低于30％的可选的一组MR流体来填充阻尼器装置及其活塞的多个环形流动通道。优选地，至少提供磁性铁粒子总体积百分数低于30％的第一MR流体和磁性铁粒子总体积百分数低于30％的第二MR流体以供选择并填充阻尼器装置，以便为交通工具提供至少两种不同的阻尼器特性。在优选的实施方式中，本发明包括提供至少V种不同的磁性铁粒子总体积百分数低于30％的MR流体，并且V＞1，从所述至少V种不同的磁性铁粒子总体积百分数低于30％的MR流体组中选出一种磁性铁粒子总体积百分数低于30％的MR流体来为比率Lm/g大于或等于15的至少一个流动通道提供优选的交通工具阻尼器特性。在优选的实施方式中，选出的磁性铁粒子总体积百分数低于30％的第一和第二MR流体是15Vol.％磁性铁粒子MR流体和26Vol.％磁性铁粒子MR流体，诸如选择用于具有图5中的优选的多个环形流动通道的图2A中的优选阻尼器。优选的15Vol.％磁性铁粒子MR流体由密度为7.86g/ml的15Vol.％羰基铁粒子、密度为.92g/ml的10Vol.％癸二酸二辛酯、密度为1.60g/ml的1.65Vol.％有机粘土胶凝剂、密度为1.189g/ml的.48Vol.％碳酸丙烯、密度为1.06g/ml的.70Vol.％无灰二硫代膦酸酯抗氧化、密度为1.04g/ml的.87Vol.％有机钼合成物、以及密度为.81g/ml的71.30Vol.％聚α烯烃烃油载体流体形成。烃油载体流体大约为百分之八十的初始混合物由有机粘土胶凝剂和碳酸丙烯以及有机钼合成物的一半制成，在旋转分散混合器中混合该初始混合物，接着混合羰基铁粒子，再接着添加并混合剩余成分。所得到的磁性铁粒子＜30Vol.％(优选地磁性铁粒子水平＜15Vol.％)的MR流体优选地密度大约为1.88g/ml，零摄氏度粘度大约为144cP，二十五摄氏度粘度大约为45cP。类似地，磁性铁粒子总体积百分数为26Vol.％的MR流体由26Vol.％羰基铁粒子制成。类似地，磁性铁粒子总体积百分数为22Vol.％的MR流体由22Vol.％羰基铁粒子制成。

优选地，MR流体磁性铁粒子的铁粒子体积分数在0.1至0.45的范围内，优选地从0.1到0.4。优选地，MR流体磁性铁粒子的铁粒子体积分数低于0.3，且优选地低于0.2。

图13是限定根据本发明的优选实施方式的屈服增强区域的图。水平轴是L_m/g比率，而竖直轴给出了L_m/g/Φ，其中Φ是铁粒子体积分数。根据本发明的优选实施方式的MR流体阻尼器落在大框311内。表1所示的现有MR流体阻尼器的L_m、g和Φ性质落在小框312内。表1中列出(并且落在图13中的小框312内)的所有阻尼器的L_m/g都小于或等于13，并且L_m/g/Φ小于50。对于小框中的阀，没有观察到屈服强度的大量增强。根据本发明的MR流体阀落在较大的框内。这些流体阀的L_m/g大于15，并且L_m/g/Φ大于50。

表1

阻尼器ID	Lm(mm)	g(mm)	Lm/g	Φ	Lm/g/Φ
						A	24	2.0	12	.40	27
B	16	1.5	10.7	.40	24
						C	6.5	0.7-1.3	5-9.3	.22-.26	19-42
D	6	0.5	12	.28	42

E	13	1.0	13	.32-.35	37-41
						F	20	2	10	.32	31
G	～17	3	5.7	.35	16
						H	10	2	5	.32	16
I	20	1.5	13	.32	41
						J	17	3	5.7	.35	16.2
K	12	1.25	9.6	.26	37

图14示出了对于外径为76mm双通道阻尼器所测量到的性能数据。该阻尼器填充有含有按体积为15％的铁粒子的MR流体。该阻尼器的均一间隙g为0.5mm，L_m为11.85mm，所得到的L_m/g为23.7。对于该阻尼器所测量到的力通过实线和示出的数据点指出。为了获得输入电流为3amps所观察到的力，该阻尼器中的流体必须表现出2.25的屈服强度增强因子。上虚线212是对具有屈服增强因子表现为2.25的15％的MR流体的阻尼器所预见的性能，即，MR流体的表观屈服强度大于可通过旋转直接剪切流变计(rotary direct shear rheometer)测量到的表观屈服强度的两倍。

返回至图5，由于分流器230中的通量损失以及磁场的边缘现象(fringing)，最靠近通量环214的流动通道232中的磁通密度将倾向于小于离通量环214较远的流动通道234中的磁通密度。因此，最靠近通量环214的流动通道232中的流体将让步并在离通量环214较远的流动通道234中的流体前面流动。这种效应可通过使最靠近通量环214的流动通道232的间隙宽度g₁小于离通量环214较远的流动通道234的间隙宽度g2来补偿。

分流器230优选地在高通量密度下磁饱和，以限制磁通量沿着分流器230的轴向长度的流动。例如，如图15中所示，分流器230包括介于一对磁可渗透部238之间且与之相连的无磁性部236。可替代地，分流器230可被看作是具有无磁性部236和磁可渗透部238，其中，无磁性部236被嵌入磁可渗透部238的中部内，从而使得无磁性部236与EM线圈(图5中的204)为相对的关系。无磁性部236阻止磁通量在这对磁可渗透部238之间的流动。可磁渗透部238优选地由高渗透性材料制成，诸如高渗透性铁磁材料。在另一实施方式中，如图5所示，分流器230是由磁可渗透材料(诸如低碳钢)制成的单环，其中，该单环是非常薄的，例如，径向厚度为1mm量级。薄的单环的中间区239将变成磁饱和，从而限制磁通量的轴向流动。在另一实施方式中，如图16所示，分流器230可以是由磁可渗透材料(诸如低碳钢)制成的单环242，并具有变薄的中间部240。如同在前述实例中，变薄的中间部240将快速地变成磁饱和，并限制磁通量在分流器230中的轴向流动。变薄的中间部240可装填有无磁性材料244，诸如环氧树脂，以便为分流器230提供沿其轴向长度的一致的径向厚度，由此保持一个平滑、均一的流体流动路径。如果单件式分流器230由铁磁合金(诸如HyMu80(80％镍和20％铁))或其他具有非常高的初始渗透性但在相对低的通量密度下饱和的铁-镍合金制成，则可实现改进的性能。

对于分流器230的中间区变薄(如在图16中的240处所示出的)或者包括无磁性材料(如在图15中的236处所示出的)的情况，变薄区或无磁性材料的长度(B)优选地小于极间隔(图5中的A)。优选地，B＜A-2g。更优选地，B＜A-5g。最优选地，B＜A-10g。参数“g”是流通通道的间隙宽度。对于N个流动通道，参数“g”可定义为多个流动通道的间隙宽度的平均值。在流动通道(图5中的232、234)的情况下，g可定义为(g₁+g₂)/2。

优选地，分流器230的径向厚度是较薄的，以允许紧凑的活塞组件200和足够厚的通量环214避免磁饱和。例如，分流器230的径向厚度可以是2mm或更少，并优选地其径向厚度为1mm或更少。分流器230的径向厚度应远小于通量环214的径向厚度。这是为了限制磁通量在分流器230中的轴向流动，同时允许磁通量在通量环214中的轻松轴向流动。优选地，分流器230的厚度等于或小于通量环214的厚度的1/2。更优选地，分流器230的厚度等于或小于通量环214的厚度的1/3。最优选地，分流器230的厚度等于或小于通量环214的厚度的1/4。

已按照MR流体阀的流动通道设置在活塞组件200及其变型中描述了MR流体阻尼器装置。然而，流动通道也可设置在活塞组件200及其变型外。图17示出了MR流体阀的流动通道304设置在活塞组件324与阻尼器壳体320之间的系统的实例。流动通道304的间隙宽度为g。在该实例中，活塞组件320包括如前所述的磁场发生器202。如同在前述实例中，L_m/g较大。在该实例中，阻尼器壳体320用作由磁可渗透材料制成的通量环。总的来说，在工作过程中至少阻尼器壳体320的可环绕磁场发生器202的部分应由磁可渗透材料制成。磁场发生器202在通电时对流动通道304中的MR流体施加磁场。磁通量305在单个连续的路径(磁场发生器202的磁芯206向上、穿过流动通道304、阻尼器壳体302向下、穿过流动通道304、并且磁芯206向上)上移动。在这种情况下，MR流体阻尼器装置以剪切模式工作，这意味着限定流动通道304的一个或多个表面相对于垂直磁场和流动通道216中的轴向流动没有保持静止。在这种情况下，磁场发生器202响应于流体室306、308中的压差相对于阻尼器壳体302轴向地移动。

图18A-图18C示出了用于MR流体阻尼器装置的活塞组件400，该活塞组件具有带有多个环形流动通道的MR流体阀以及带有作为分流器的EM线圈405的磁场发生器402。如同在前述实例中，活塞组件200具有大体为圆柱形的形状。在图18A-图18C所示的实施方式中，如前所述，磁场发生器402与由磁可渗透材料制成的通量环404同心。磁场发生器402的磁芯406具有同心的内磁芯部408和外磁芯部410。外磁芯部410包括EM线圈405以及极件416、418。极件416、418提供的磁极长度为L_m。内磁芯部408与外磁芯部410径向地隔开，从而在内磁芯部408与外磁芯部410之间限定流动通道412。流动通道412的间隙宽度为g₂，并且如上所述的，L_m/g₂较大。通量环404与磁场发生器402之间限定有流动通道403。流动通道403的间隙宽度为g₁，并且如上所述的，L_m/g₁较大。间隙宽度g₁和g₂可以是相同或不同的。可如所期望地通过使用一个或多个分流器在磁场发生器402与通量环404之间限定额外的流动通道。还可通过使用一个或多个分流器在内磁芯部408与外磁芯部410之间限定额外的流动通道。EM线圈405可设置在外壳414中，该外壳由无磁性材料制成。EM线圈405可设置在外壳414的支撑在外磁芯部410中的线圈部424中、且介于极件416、418之间。外壳414包括支撑在内磁芯部408中的毂部422。线圈部424和毂部422可通过肋部426相连。肋部426可包括允许将电线420插入毂部422中并连接至线圈部424中的EM线圈405的线管。可使用具有适当连接特性的端板428、430来将内和外磁芯部408、410接合至通量环404。端板428、430包括连接至403、412的狭缝429、431。

图19A和图19B示出了用于MR流体阻尼器装置的由堆叠的板制成的活塞组件450。活塞组件450包括由如上所述的可磁渗透材料制成的一堆板(place)452。使用例如水刀(water jet)沿外圆形路径456在每个板452中切出多个狭缝454。还使用例如水刀沿内圆形路径458在每个板452中切出多个狭缝455。内和外圆形路径456、458是同心的。在可替代实施方式中，根据MR流体阀中期望的流动通道的个数，可沿一条圆形路径或沿三条以上的圆形路径切出多个狭缝。每条圆形路径代表一个流动通道。沿圆形路径456，狭缝454由桥状件460隔开。并且，沿圆形路径458，狭缝455由桥状件461隔开。板452的被限制在圆形路径456、458之间的部分457用作分流器(splitter)。该分流器为了横向刚度可相对较厚。狭缝454、455提供MR流体阀的流动通道。图19B示出了中间板452包括用于安装EM线圈465的腔体以及用于接合活塞杆124的表面。中间板之间(并邻近EM线圈465)的间隙459可装填有无磁性材料，诸如环氧树脂。板452通过螺栓463保持在一起。一个以上的板452可配备有耐磨带467，以支持活塞组件450在阻尼器壳体102内的往复运动。图19A和图19B中的活塞组件优选地提供了具有多个环形流动通道活塞组件的MR流体阻尼器。

图20A示出了具有带有磁场发生器502的MR流体阀的活塞组件500，该磁场发生器包括EM线圈503。活塞组件500包括环绕磁场发生器502的通量体504。活塞杆124接合至磁场发生器502。活塞组件500设置在阻尼器壳体102内。分流器508设置在通量体504与磁场发生器502之间的环形间隙505内，以在该间隙中形成同心的环形流动通道510和512。分流器508可使用一个以上的大头钉514保持在通量体504与磁场发生器502之间的适当位置。分流器508没有在间隙505的整个长度上延伸，从而在来自流动通道510和512的流体合并到其中的间隙505中形成室520。通量体504的底座515包括与合并室516连通的狭缝或孔518。通量体504可配备有耐磨带520，以支持活塞组件500在阻尼器壳体102内的往复运动。在图20A中，分流器508恰好停在EM线圈503的顶部上方。图20B示出了在EM线圈503的顶部下方延伸的分流器522可用于形成环形流动通道510和512。这可减小合并室516的尺寸。在图20A和图20B中，可使用额外的分流器而在磁场发生器502与通量体504之间形成两个以上的环形流动通道。

图21A示出了具有带有磁场发生器532的MR流体阀的活塞组件530，该磁场发生器包括两个EM线圈534和536。活塞杆124接合至磁场发生器532。活塞组件530包括环绕磁场发生器532和磁极件540和542的通量体538。磁场发生器532与通量环538之间的间隙中形成有流动通道544。磁场发生器532中形成有流动通道546。流动通道546可以是使用例如水刀在板中切出的多个狭缝。流动通道544、546是同心的。磁极件540和542包括分别通向流动通道544、546的孔548、550。活塞组件530设置在阻尼器壳体102中。通量体538可配备有耐磨带554，以支持活塞组件530在阻尼器壳体102内的往复运动。

图21B示出了具有带有磁场发生器562的MR流体阀的活塞组件560，该磁场发生器具有由通过螺栓569保持在一起的一堆板570制成的磁芯563。磁场发生器562接合至活塞杆124。板570由磁可渗透材料制成。EM线圈564和568设置在中间板570a、570b中的腔体内。板570之间(并邻近EM线圈564和568)的凹槽571可装填有无磁性材料，诸如环氧树脂。板570的位于EM线圈564和568上方和下方的部分作为磁极。板570具有限定流动通道574的狭缝572。活塞组件560设置在阻尼器壳体578中。活塞组件560的外径小于阻尼器壳体578的内径，从而在阻尼器壳体578的内壁与活塞组件560的外壁之间形成流动通道576。因此，图21B的实施方式中的MR流体阻尼器装置部分地以剪切模式工作且部分地以流动模式工作。

尽管以相对于有限个数的实施方式描述了本发明，但本领域技术人员利用本公开应理解能够想出其他实施方式，这并不违背如在此所公开的本发明的范围。因此，本发明的范围应仅受所附权利要求限制。

Claims (50)

1.一种磁流变流体阀，包括：

磁场发生器，具有至少一个电磁线圈以及极长度为L_m的至少一个磁极；以及

邻近所述电磁线圈的至少一个流动通道，所述至少一个流动通道的间隙宽度为g，其中，比率L_m/g大于或等于15。

2.根据权利要求1所述的磁流变流体阀，进一步包括环绕所述磁场发生器的通量环，并且其中，所述至少一个流动通道限定在所述通量环与所述磁场发生器之间。

3.根据权利要求1所述的磁流变流体阀，其中，所述间隙宽度g沿着所述至少一个流动通道的流动间隙长度基本不变。

4.根据权利要求1所述的磁流变流体阀，其中，所述至少一个流动通道的形状是环形的。

5.根据权利要求2所述的磁流变流体阀，进一步包括限定在所述磁场发生器与所述通量环之间的至少一个额外的流动通道，所述至少一个额外的流动通道的间隙宽度为g₁，其中，比率L_m/g₁大于或等于15。

6.根据权利要求5所述的磁流变流体阀，进一步包括设置在所述磁场发生器与所述通量环之间的分流器，所述分流器在所述磁场发生器与所述通量环之间限定所述至少一个流动通道和所述至少一个额外的流动通道。

7.根据权利要求6所述的磁流变流体阀，其中，所述至少一个分流器的径向厚度等于或小于所述通量环的径向厚度的1/2。

8.根据权利要求6所述的磁流变流体阀，其中，所述至少一个分流器在第一磁可渗透部与第二磁可渗透部之间包括无磁性部。

9.根据权利要求8所述的磁流变流体阀，其中，所述磁场发生器具有至少两个隔开的磁极，并且其中，所述无磁性部的轴向长度小于所述至少两个隔开的磁极之间的极间隔与所述至少一个流动通道和所述至少一个额外的流动通道的间隙宽度g和g₁的平均值的两倍之间的差值。

10.根据权利要求6所述的磁流变流体阀，其中，所述至少一个分流器在其中部中设置有凹槽，并且进一步包括设置在所述凹槽中的无磁性材料。

11.根据权利要求10所述的磁流变流体阀，其中，所述磁场发生器具有至少两个隔开的磁极，并且其中，所述凹槽的轴向长度小于所述至少两个磁极之间的极间隔与所述至少一个流动通道和所述至少一个额外的流动通道的间隙宽度g和g₁的平均值的两倍之间的差值。

12.根据权利要求1所述的磁流变流体阀，其中，磁可渗透磁芯包括同心间隔布置的内磁芯部和外磁芯部，并且其中，所述电磁线圈包含在所述外磁芯部中。

13.根据权利要求12所述的磁流变流体阀，进一步包括限定在所述内磁芯部与所述外磁芯部之间的至少一个额外的流动通道，所述至少一个额外的流动通道的间隙宽度为g₁，其中，比率L_m/g₁大于或等于15。

14.根据权利要求13所述的磁流变流体阀，其中，所述至少一个额外的流动通道与所述至少一个流动通道是同心的。

15.根据权利要求1所述的磁流变流体阀，其中，所述电磁线圈偏离所述磁场发生器的邻近所述至少一个流动通道的表面。

16.根据权利要求2所述的磁流变流体阀，其中，所述磁场发生器接合至所述通量环。

17.根据权利要求1所述的磁流变流体阀，其中，所述磁场发生器包括一堆板，每块所述板都由磁可渗透材料制成，并且其中，所述电磁线圈设置在形成于至少一块所述板中的凹槽中。

18.根据权利要求17所述的磁流变流体阀，其中，所述至少一个流动通道由形成在所述板中的多个狭缝提供。

19.一种磁流变流体阻尼器，包括：

阻尼器壳体，具有用于容纳磁流变流体的内腔；以及

活塞组件，将所述阻尼器壳体内腔分成第一阻尼器壳体内腔室和第二阻尼器壳体内腔室，所述活塞组件包括磁流变流体阀，所述磁流变流体阀具有：

磁场发生器，具有至少第一磁极，所述至少第一磁极的极长度为L_m；以及

至少第一流动通道，邻近所述磁场发生器，所述至少第一流动通道的间隙宽度为g，其中，比率L_m/g大于或等于15，

所述阻尼器壳体内腔设置有磁铁粒子总体积百分数低于30％的磁流变流体阻尼器流体，其中，磁流变流体磁铁粒子总体积百分数低于30％的所述磁流变阻尼器流体以所述比率L_m/g可控地流过所述至少第一流动通道，以控制所述活塞组件相对于所述阻尼器壳体的运动。

20.根据权利要求19所述的阻尼器，进一步包括环绕所述磁场发生器的通量环，并且其中，所述至少第一流动通道在所述通量环与所述磁场发生器之间。

21.根据权利要求19所述的阻尼器，其中，所述间隙宽度g沿着所述至少第一流动通道的长度基本不变。

22.根据权利要求19所述的阻尼器，进一步包括间隙宽度为g₁的至少第二流动通道，其中，比率L_m/g₁等于或大于15。

23.根据权利要求20所述的阻尼器，进一步包括介于所述磁场发生器与所述通量环之间的至少第二流动通道，所述至少第二流动通道的间隙宽度为g₁，其中，比率L_m/g₁等于或大于15。

24.根据权利要求20所述的阻尼器，进一步包括设置在所述磁场发生器与所述通量环之间的分流器，所述分流器在所述磁场发生器与所述通量环之间限定所述至少第一流动通道和至少第二流动通道，所述至少第二流动通道的间隙宽度为g₁，其中，比率L_m/g₁等于或大于15。

25.根据权利要求24所述的阻尼器，其中，所述磁流变阻尼器流体的铁体积分数不大于26％。

26.根据权利要求24所述的阻尼器，其中，所述磁流变阻尼器流体的铁体积分数小于18％。

27.根据权利要求24所述的阻尼器，其中，所述磁流变阻尼器具有外储存器。

28.根据权利要求24所述的阻尼器，其中，所述磁流变阻尼器具有外底座安装式储存器。

29.根据权利要求24所述的阻尼器，其中，所述磁流变阻尼器具有外底座安装式储存器，所述外底座安装式储存器具有阻尼器底座常规流动管道，所述阻尼器底座常规流动管道提供穿过阻尼器端部底座到所述外底座安装式储存器中的弯曲的常规变向流动路径。

30.根据权利要求19所述的阻尼器，其中，所述磁流变阻尼器具有外底座安装式储存器，所述外底座安装式储存器具有阻尼器底座常规流动管道，所述阻尼器底座常规流动管道提供穿过阻尼器端部底座到所述外底座安装式储存器中的弯曲的常规变向流动路径，并且所述外底座安装式储存器包括储存器活塞，所述储存器活塞在所述外底座安装式储存器内以与所述活塞组件的运动相反的运动轴向地往复。

31.根据权利要求30所述的阻尼器，其中，所述阻尼器包括活塞杆导向件，所述活塞杆导向件具有接收内侧密封件和活塞杆轴承的轴向延伸过滤器件。

32.根据权利要求31所述的阻尼器，其中，所述活塞杆导向件包括第二外侧杆密封件和外侧杆刷。

33.根据权利要求32所述的阻尼器，其中，所述轴向延伸过滤器件从铁体积分数不大于26％的磁流变阻尼器流体过滤磁性铁粒子，并且阻止所述磁性铁粒子到达所述第二外侧杆密封件。

34.一种磁流变流体阻尼器，包括：

阻尼器壳体，具有用于容纳磁流变流体的内腔；以及

活塞组件，设置在所述阻尼器壳体内，所述活塞组件包括磁流变流体阀，所述磁流变流体阀包括：磁场发生器，具有至少一个电磁线圈以及极长度为L_m的至少一个磁极；以及至少一个流动通道，邻近所述至少一个电磁线圈，所述至少一个流动通道的间隙宽度为g，并且比率L_m/g大于或等于15。

35.根据权利要求34所述的磁流变流体阻尼器，进一步包括限定在所述阻尼器壳体内的储存器。

36.根据权利要求34所述的磁流变流体阻尼器，进一步包括位于所述阻尼器壳体外的储存器以及提供该外储存器与所述阻尼器壳体的内部之间的连通的管道。

37.根据权利要求34所述的磁流变流体阻尼器，进一步包括接合至所述活塞的活塞杆。

38.根据权利要求37所述的磁流变流体阻尼器，进一步包括设置在所述阻尼器壳体内的活塞杆导向件，所述活塞杆导向件中具有用于接收所述活塞杆的通道。

39.根据权利要求38所述的磁流变流体阻尼器，其中，所述活塞杆导向件包括活塞杆轴承组件，以接合所述活塞杆并支持所述活塞杆的往复运动。

40.根据权利要求38所述的磁流变流体阻尼器，其中，所述活塞杆导向件包括储存器。

41.根据权利要求38所述的磁流变流体阻尼器，其中，所述活塞杆导向件设置有室并包括设置在所述室中以用于将粒子从来自所述阻尼器壳体的内腔并容纳在所述室中的磁流变流体滤出的过滤器。

42.一种制造磁流变流体阻尼器的方法，包括：

提供具有用于容纳磁流变流体的内腔的阻尼器壳体；

提供用于将所述阻尼器壳体内腔分成第一阻尼器壳体内腔室和第二阻尼器壳体内腔室的活塞组件，所述活塞组件包括磁流变流体阀，所述磁流变流体阀具有：

磁场发生器，具有至少第一磁极，所述至少第一磁极的极长度为L_m；以及

至少第一流动通道，邻近所述磁场发生器，所述至少第一流动通道的间隙宽度为g，其中，比率L_m/g大于或等于15，

提供磁流变流体的磁铁粒子总体积百分数低于30％的磁流变阻尼器流体，

将所述活塞组件和所述磁流变阻尼器流体设置在所述阻尼器壳体中，其中，所述磁流变流体的磁铁粒子总体积百分数低于30％的所述磁流变阻尼器流体以所述比率L_m/g可控地流过所述至少第一流动通道，以控制所述活塞组件相对于所述阻尼器壳体的运动。

43.根据权利要求42所述的方法，其中，提供磁流变流体的磁铁粒子总体积百分数低于30％的磁流变阻尼器流体包括从各组磁流变阻尼器流体中选出磁铁粒子总体积百分数低于30％的所述磁流变流体，所述各组磁流变阻尼器流体包括磁铁粒子总体积百分数不同且低于30％的多种不同的磁流变阻尼器流体。

44.根据权利要求43所述的方法，其中，选出的至少第一阻尼器流体的铁体积分数不大于26％。

45.根据权利要求43所述的方法，其中，选出的至少第二阻尼器流体的铁体积分数不大于16％。

46.根据权利要求42所述的方法，包括通过阻尼器端部底座限定所述阻尼器壳体的第一端部，所述阻尼器端部底座包括弯曲的常规变向流动路径管道，所述弯曲的常规变向流动路径管道将阻尼器流体重新定向为向外流出到安装有所述阻尼器端部底座的外底座安装式储存器。

47.根据权利要求46所述的方法，所述阻尼器底座常规流动管道提供穿过阻尼器端部底座到所述外底座安装式储存器中的所述弯曲的常规变向流动路径，并且所述外底座安装式储存器包括储存器活塞，所述储存器活塞在所述外底座安装式储存器内以与所述活塞组件的运动相反的运动轴向地往复。

48.根据权利要求47所述的方法，包括：通过活塞杆导向件限定所述阻尼器壳体的第二端部，所述活塞杆导向件具有轴向延伸过滤器件，所述轴向延伸过滤器件接收内侧密封件和活塞杆轴承。

49.根据权利要求48所述的方法，其中，所述活塞杆导向件包括第二外侧杆密封件、外侧杆刷、以及用于使所述活塞组件往复的往复活塞杆。

50.根据权利要求49所述的方法，其中，所述轴向延伸过滤器件从铁体积分数不大于26％的磁流变阻尼器流体过滤磁性铁粒子，并且阻止所述磁性铁粒子到达所述第二外侧杆密封件。

Images