CN103486188B - 自供电磁流变阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自供电磁流变阻尼器，具有能量转化效率高、易于制造等优点，其主要包括缸筒、定位筒、补偿单元、空心线圈和永磁体，所述定位筒设置在所述缸筒内将所述缸筒分为定位筒上腔体、定位筒和定位筒下腔体，所述定位筒上腔体内填充磁流变液并设置活塞、活塞杆和励磁线圈，所述定位筒下腔体内填充补偿气体，所述补偿单元设置在所述定位筒内，所述空心线圈设置在所述定位筒下腔体内，所述永磁体设置在所述空心线圈的内腔并与所述补偿单元固定，当所述活塞往复运动时，所述补偿单元带动所述永磁体在所述空心线圈的内腔往复运动将机械能转化为电能。

Description

自供电磁流变阻尼器

技术领域

本发明涉及磁流变减振技术领域，尤其涉及一种自供电磁流变阻尼器。

背景技术

由于磁流变阻尼器可以利用磁流变液在磁场作用下迅速实现液体与固体可逆变化的流变特性，实现连续可调的可控阻尼力，同时具有耗能低、动态响应范围宽和响应速度快等特性，因此磁流变阻尼器已逐渐取代传统的液压、伺服结构的阻尼器，在土木结构、汽车悬架、汽车保险杠和汽车座椅等方面被广泛应用。

实际应用中，磁流变阻尼器需要外部供电，而在磁流变阻尼器中引出用于与外部电源连接的导线，则会对磁流变阻尼器的密封结构造成一定的损伤，因此存在漏液的问题，同时置于外部的导线也易受到环境的腐蚀和面临鼠咬等情况，从而导致断裂，造成磁流变阻尼器外部供电故障或中断，导致磁流变阻尼器的减振性能变差或不可控。

鉴于此问题，有学者提供了“自供电”结构的磁流变阻尼器，其自供电的原理是：在磁流变阻尼器内部利用电磁原理产生给磁流变阻尼器的励磁线圈供电的电能，例如：公开号为200910103744的中国发明专利申请，在其说明书中公开了“一种自供电磁流变阻尼器”，其通过磁流变液对叶片的冲刷转变为蝶形转子的转动，进而改变蝶形转子线圈的磁通量，实现机械能向电能的转化，但是该结构的叶轮加工复杂，同时受离心力作用及流量的损失等因素的影响造成叶轮转速受限，导致能量转化效率低。又例如：公开号为102278411的中国发明专利申请，在其说明书中公开了“一种自供电磁流变阻尼器及其减振系统”，其在传统的双伸出杆磁流变阻尼器的基础上，通过连接杆将活塞杆与永磁体相连接，永磁体作为动子随活塞杆运动，此结构的永磁体速度只能同活塞杆速度相同，在活塞杆低速运动下能量转化效果不佳。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种自供电磁流变阻尼器，其提出了另一种自供电的磁流变减振结构，并且该结构能量转化效率高、易于制造实现。

本发明提供了一种自供电磁流变阻尼器，包括缸筒、定位筒、补偿单元、空心线圈和永磁体，所述定位筒设置在所述缸筒内将所述缸筒分为定位筒上腔体、定位筒和定位筒下腔体，所述定位筒上腔体内填充磁流变液并设置活塞、活塞杆和励磁线圈，所述定位筒下腔体内填充补偿气体，所述补偿单元设置在所述定位筒内，所述空心线圈设置在所述定位筒下腔体内，所述永磁体设置在所述空心线圈的内腔并与所述补偿单元固定，当所述活塞往复运动时，所述补偿单元带动所述永磁体在所述空心线圈的内腔往复运动将机械能转化为电能。

进一步，所述补偿单元为浮动活塞，所述浮动活塞与所述永磁体通过连接杆I连接固定，并且所述连接杆I由设置在所述定位筒内且位于所述浮动活塞和永磁体之间的导向套进行导向。

进一步，所述导向套上设置有导气孔使所述浮动活塞和导向套之间的空间与所述定位筒下腔体连通。

进一步，所述浮动活塞由轻质材料质成，且所述浮动活塞上加工有多个凹槽。

进一步，所述补偿单元为波纹管，所述波纹管的固定端与所述定位筒固定，活动端通过连接杆II与所述永磁体固定，所述波纹管内腔与所述定位筒上腔体连通，且填充磁流变液。

进一步，所述空心线圈的内腔壁上附有聚四氟乙烯薄膜。

进一步，所述永磁体的外侧固定多个导向环进行导向。

进一步，所述永磁体由多个圆环状永磁子体构成，且所述圆环状永磁子体的充磁方向各异。

进一步，还包括电路管理模块和信号调理模块，所述电路管理模块和信号调理模块设置在所述定位筒和缸筒内壁之间，且所述电路管理模块与所述空心线圈连接，所述信号调理模块与所述电路管理模块和励磁线圈连接，所述电路管理模块用于存储所述空心线圈产生的电能，所述信号调理模块用于根据所述空心线圈采集的信号波形和预存的所述补偿单元、缸筒、活塞和活塞杆的结构尺寸分析计算所述活塞杆的速度、位移、拉力或压力。

本发明的有益效果：

本发明实施例的永磁体设置在空心线圈的内腔体内，当活塞做往复运动时，由补偿单元带动永磁体在空心线圈的内腔往复运动，从而将机械能转化为电能，实现磁流变阻尼器的自供电，此种结构中，永磁体的运动速率主要受定位筒内径的影响，可以通过控制定位筒的内径而实现永磁体的高速率运动，进而提高机械能向电能的转化效率，同时此种结构直接形成直线运动形式，不需要将旋转运动转化为直线运动，因此也提高了能量转化效率，并且此结构的空心线圈、永磁体、定位筒等部件相较于叶片、叶轮等易于制造且装配简单。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1是本发明提供的自供电磁流变阻尼器的实施例的结构示意图。

图2是本发明提供的采用浮动活塞补偿的自供电部分的实施例的结构示意图。

图3是本发明提供的采波纹管补偿的自供电部分的实施例的结构示意图。

具体实施方式

图1是本发明提供的自供电磁流变阻尼器的实施例的结构示意图，图2是本发明提供的采用浮动活塞补偿的自供电部分的实施例的结构示意图，图3是本发明提供的采波纹管补偿的自供电部分的实施例的结构示意图。

下面结合图1至3，对本发明实施例进行说明。

如图1所示，本实施例的自供电磁流变减振器主要包括：缸筒3。

其中，缸筒3的两端分别由上端盖2和下端盖20密封，在本实施例中，缸筒3与上、下端盖2、20之间主要采用螺纹连接方式密封，当然也不排除其它的为本领域技术人员所公知的密封结构。具体的，活塞杆1由上端盖2伸入缸筒3，在活塞杆1和缸筒3之间采用密封圈I4和导向套5进行密封、导向；在下端盖20的内侧底部加工凹槽，在凹槽内用密封圈II19在下端盖20和缸筒3之间进行螺纹连接时实现压紧密封。

如图1所示，本实施例的自供电磁流变减振器还包括：定位筒26。

其中，定位筒26设置在缸筒3内，例如：在缸筒3内设置一台阶面用于固定定位筒26，定位筒26和台阶面之间用橡胶密封垫片I9进行轴向挤压密封，同时定位筒26用卡簧I13固定在缸筒3上。

如图1所示，定位筒26将缸筒3分隔为定位筒上腔体、定位筒26和定位筒下腔体共三部分。

其中，定位筒上腔体即定位筒26与上端盖2之间的部分，其内主要用于设置活塞7、活塞杆1和励磁线圈8等部件，并填充磁流变液。如图1所示，活塞7的两侧面上设置有向活塞7中心方向凹陷的凹槽，励磁线圈8即设置在该凹槽内，同时在活塞7上加工有引线孔，用于引出导线。

其中，定位筒下腔体即定位筒26与下端盖20之间的部分，其内主要用于设置空心线圈15、永磁体23、气门芯18等部件，并填充补偿气体，例如：氮气。如图1所示，空心线圈15用卡簧I13和卡簧II17固定在缸筒3上，其内侧附有摩擦系数低的聚四氟乙烯薄膜21起导向作用，永磁体23设置在空心线圈15的内腔内，其外侧通过多个（例如三个）导向环33进行导向；气门芯18安装在缸筒壁上，其完全加工在筒壁内，以便于进行装夹固定。其中，永磁体23可以沿着空心线圈15的内腔作直线形式的往复运动，当永磁体如此运动时，实现切割磁力线的作用，使得空心线圈15产生电能。其中永磁体23可以由多个圆环状永磁子体构成，且圆环状永磁子体的充磁方向各异，这可以根据实际需要，利用磁场知识及仿真进行确定。

其中，定位筒26主要用于设置补偿单元，该补偿单元的作用主要是用于带动永磁体往复运动，补偿单元可采用浮动活塞和波纹管，均可起到对体积和温度的补偿，浮动活塞结构简单而稳定，质量轻便，补偿容积大，依靠上下浮动起作用，与定位筒内壁会有一定摩擦；波纹管结构紧凑，补偿量大，流动阻力小，但会对定位筒的固定部分产生一定的推力，可依靠其伸缩、弯曲进行轴向、横向、角向补偿，可根据需要选择合适的补偿单元。

具体的，如图1和2所示该补偿单元可以为浮动活塞10。该浮动活塞10设置在定位筒26内，与定位筒26通过斯特封27进行密封；浮动活塞10通过连接杆I24连接永磁体23，连接杆I24与定位筒26之间由导向套12与导向环25进行导向，导向套12由卡簧III14固定，且导向套12上设置有导气孔；连接杆I24与永磁体23之间通过连接杆I24上的台阶和其端部的平垫片22、螺母I16进行固定。

其中，浮动活塞10由轻质材料制成，且其表面加工多个凹槽以减轻其重量。浮动活塞10和连接杆I24之间采用过盈配合，连接杆I24采用由高磁导率的材料制成。导向套12由两个导向子套以背对背形式进行导向，并且导向环设置在导向子套内；两个导向子套上分别设有多个导气孔，这些导气孔分别对齐，使浮动活塞10和导向套12之间的空间与定位筒下腔体连通，从而在浮动活塞10和下端盖20之间的腔体内均充满补偿气体。

其中，浮动活塞10在进行体积补偿和温度补偿时，通过连接杆I24带动永磁体23与浮动活塞10同方向同速率运动，使空心线圈产生电能。

具体的，如图3所示，该补偿单元可以为波纹管30。该波纹管30的固定端固定于定位筒26的台阶面上，并通过螺丝螺母28固定在一起，并有密封圈III29进行密封；其活动端与固定在永磁体23上的连接杆II34通过螺母II31、橡胶密封垫片II32连接固定。波纹管30的内腔与定位筒上腔体相通，都充满磁流变液。

其中，连接杆II34采用由高磁导率的材料制成。此结构在进行体积补偿和温度补偿时，波纹管30通过连接杆II34带动永磁体23与波纹管30进行同方向同速率运动，使空心线圈产生电能。

如图1至3所示，本实施例的自供电磁流变减振器还包括：信号调理模块11A和电路管理模块11B。

其中，信号调理模块11A和电路管理模块11B均设置在定位筒26和缸筒3之间的空腔内，且电路管理模块11B与空心线圈15连接，信号调理模块11A与电路管理模块11B和励磁线圈8连接。其中，定位筒26内加工有引线孔，用于引出导线。其中，电路管理模块11B用于存储空心线圈15产生的电能，信号调理模块11A用于根据空心线圈采集的信号波形和预存的补偿单元、缸筒、活塞和活塞杆的结构尺寸分析计算活塞杆的速度、位移、拉力或压力，实现状态自感知。

本实施例自供电工作原理是，当负载引起活塞杆向下运动时，由于缸筒内增加了活塞杆部分体积，补偿单元上方压强大于补偿单元下方的气压，此时缸筒内的磁流变液推动补偿单元向下运动，永磁体随之同方向同速率运动，空心线圈内产生电能，电能通过电路管理模块存储并根据需要传输给励磁线圈，励磁线圈产生磁场，改变工作区域磁流变液的流变特性；当负载引起活塞杆向上运动时，补偿单元向上运动，原理同上；温度补偿的原理与上述体积补偿一致。

本实施例状态自感知功能的原理是：信号调理模块根据空心线圈采集到的电流信号的波形，推算浮动活塞的运动参数及所受压力，进而根据补偿单元及缸筒、活塞、活塞杆的直径分析计算出活塞杆的速度、位移、拉力或压力，实现了减振器状态的自感知。

本实施例的永磁体设置在空心线圈的内腔体内，当活塞做往复运动时，由补偿单元带动永磁体在空心线圈的内腔往复运动，从而将机械能转化为电能，实现磁流变阻尼器的自供电，此种结构中，永磁体的运动速率主要受定位筒内径的影响，因此可以通过控制定位筒的内径而实现永磁体的高速率运动，进而提高机械能向电能的转化效率，同时此种结构直接形成直线运动形式，不需要将旋转运动转化为直线运动，因此也提高了能量转化效率，并且此结构的空心线圈、永磁体、定位筒等部件相较于叶片、叶轮等易于制造且装配简单。

本实施例，永磁体与空心线圈之间空隙小，磁场损耗小，空心线圈内壁摩擦系数小，供电效率高。

本实施例，实现了磁流变阻尼器状态自感知，从而提高了阻尼器工作的可靠性，极大降低了传感系统的成本，有利于阻尼器的普及与推广。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种自供电磁流变阻尼器，包括缸筒，其特征在于：还包括：定位筒、补偿单元、空心线圈和永磁体，所述定位筒设置在所述缸筒内将所述缸筒分为定位筒上腔体、定位筒和定位筒下腔体，所述定位筒上腔体内填充磁流变液并设置活塞、活塞杆和励磁线圈，所述定位筒下腔体内填充补偿气体，所述补偿单元设置在所述定位筒内，所述空心线圈设置在所述定位筒下腔体内，所述永磁体设置在所述空心线圈的内腔并与所述补偿单元固定，当所述活塞往复运动时，所述补偿单元带动所述永磁体在所述空心线圈的内腔往复运动将机械能转化为电能。

2.如权利要求1所述的自供电磁流变阻尼器，其特征在于：所述补偿单元为浮动活塞，所述浮动活塞与所述永磁体通过连接杆I连接固定，并且所述连接杆I由设置在所述定位筒内且位于所述浮动活塞和永磁体之间的导向套进行导向。

3.如权利要求2所述的自供电磁流变阻尼器，其特征在于：所述导向套上设置有导气孔使所述浮动活塞和导向套之间的空间与所述定位筒下腔体连通。

4.如权利要求2所述的自供电磁流变阻尼器，其特征在于：所述浮动活塞由轻质材料制成，且所述浮动活塞上加工有多个凹槽。

5.如权利要求1所述的自供电磁流变阻尼器，其特征在于：所述补偿单元为波纹管，所述波纹管的固定端与所述定位筒固定，活动端通过连接杆II与所述永磁体固定，所述波纹管内腔与所述定位筒上腔体连通，且填充磁流变液。

6.如权利要求1所述的自供电磁流变阻尼器，其特征在于：所述空心线圈的内腔壁上附有聚四氟乙烯薄膜。

7.如权利要求1所述的自供电磁流变阻尼器，其特征在于：所述永磁体的外侧固定多个导向环进行导向。

8.如权利要求1所述的自供电磁流变阻尼器，其特征在于：所述永磁体由多个圆环状永磁子体构成，且所述圆环状永磁子体的充磁方向各异。

9.如权利要求1-8中任一项所述的自供电磁流变阻尼器，其特征在于：还包括电路管理模块和信号调理模块，所述电路管理模块和信号调理模块设置在所述定位筒和缸筒内壁之间，且所述电路管理模块与所述空心线圈连接，所述信号调理模块与所述电路管理模块和励磁线圈连接，所述电路管理模块用于存储所述空心线圈产生的电能，所述信号调理模块用于根据所述空心线圈采集的信号波形和预存的所述补偿单元、缸筒、活塞和活塞杆的结构尺寸分析计算所述活塞杆的速度、位移、拉力或压力。