CN103534508B - 磁流变阻尼组件 - Google Patents

Abstract

一种磁流变阻尼组件包括限定核心（38）的活塞（28）。一对隔开的电磁体（46）绕核心（38）设置，并与控制器（48）连接，用于选择性地产生磁通量。一对永磁体（52）绕电磁体（46）设置，并且在所述一对永磁体之间设有磁极段（54；154；56；156）。主间隙（74）延伸穿过活塞（28），通过该活塞（28）传输磁流变流体（26）。磁体产生的磁通量控制主间隙（74）中的流体的粘度，以控制组件的阻尼力。控制器（48）限定消磁操作状态，用于消除来自横穿主间隙（74）的永磁体（52）的磁通量。核心（38）和磁极段（54；154；56；156）限定在电磁体（46）之间轴向地延伸以及在核心（38）和内部磁极段（56）之间径向地延伸的封闭的副间隙（80），用于防止当组件处于消磁操作状态时横穿主间隙（74）的磁通量的泄露。

Description

磁流变阻尼组件

技术领域

一种磁流变阻尼组件。

背景技术

磁流变（MR）阻尼组件在本领域中是众所周知的。在汽车领域，这种设备以减震器、支柱以及其他运动或震动阻尼结构的形式在车辆悬架系统中被熟知并使用。磁流变阻尼器使用磁流变或MR流体，该磁流变流体（Magneto-rheological Fluid）一旦暴露于足够强度的磁场就会展现增稠行为（流变学变化）。磁流变流体所暴露于的磁场强度越强，流体的粘度就越高，设备的阻尼力也就越大。

美国专利申请2010/0089711（以下称为‘711申请）中示出了一个这样的组件。‘711申请公开了沿着限定压缩端和回弹端的轴延伸的活塞。所述活塞限定核心。电磁体环绕核心设置且与该核心啮合，用于选择性地产生磁通量。组件的阻尼力是提供给电磁体的电流的函数。在缺乏通向电磁体的电流的情况下，为了提供期望水平的阻尼，并为了减少设备中所需的操作电流，环绕电磁体设有永磁体，用于产生磁通量。在本领域中已知的是包括多个彼此轴向隔开的电磁体。美国专利6,419,057（以下称为‘057申请）中示出了一个这样的组件。‘057申请进一步公开了由具有高导磁率的材料构成的磁极段或磁极区，用于集中来自电磁体和永磁体的磁通量，所述磁极段或磁极区轴向设置在永磁体之间。

‘711申请进一步公开了在活塞的压缩端和回弹端之间轴向延伸并且与磁极段相邻设置的主间隙，用于输送磁流变流体穿过活塞。来自磁体的通量改变主间隙中的流体的粘度，以控制组件的阻尼力。为控制电磁体产生的磁通量，‘711申请公开了一种控制器。控制器限定用于施加通过电磁体的负电流的消磁操作状态，用于消除来自横穿主间隙的永磁体的通量，以实现低阻尼力。

‘711申请还公开了导磁率小于活塞的核心的材料的副间隙，以提供高磁阻区域。这是一个必要的设计元素，因为没有副间隙的话，当希望通量穿过主间隙时（当设备不处于消磁操作状态时），大部分通量将在进入核心中短路，而不能穿过主间隙，导致非预期的较小的阻尼力。

现有技术的一个确定的问题在于由于副间隙的位置，由于来自横穿主间隙的永磁体的通量的泄露，在消磁操作状态中不可能充分消除横穿主间隙的通量。这是一个特别的问题，因为当组件处于消磁操作状态时这导致非预期的高阻尼力，并防止在安装期间磁流变组件通过主间隙填充流体。

发明内容

本发明提供了这样一种磁流变阻尼组件，其中活塞核心和内部磁极段限定封闭的副间隙，该副间隙具有环形形状并且在电磁体之间轴向地延伸，以及在核心与内部磁极段之间径向地延伸，用于防止当组件处于消磁操作状态时，横穿主间隙的永磁体的磁通量发生泄露。

副间隙在磁体之间的上述内部位置使得当组件处于消磁操作状态时，完全消除主间隙中来自永磁体的磁通量。完全消除横穿主间隙的磁通量有利于允许组件在安装期间通过主间隙填充流体。进一步地，当组件在消磁操作状态中运行时，可达到较低的最小阻尼力。与磁流变设备相关的一个重要特性被称为“出现比率（turn-up ratio）”，该“出现比率”被定义为设备产生的最大阻尼力除以其最小阻尼力（在消磁操作状态）。一般情况下希望具有高出现比率，这样阻尼器可以在较大的阻尼力范围内波动。由于可实现完全消除横穿主间隙的通量，本发明提供高于现有技术的出现比率。而且，由于副间隙位于磁体、核心和磁极段之间，能够使用不同的径向长度容易地制造所述副间隙，其中所述长度对应于组件的阻尼范围。因为具有调谐好的阻尼范围的组件可被容易地制造，所以其可以适用于各种阻尼用途。

附图说明

本发明的其他优势将容易理解，因为当结合附图考虑本发明时，参照下面的详细说明，本发明变得更容易理解，其中：

图1是磁流变组件的侧视图；

图2是磁极段，永磁体和活塞杆的透视图；

图3是控制器和电磁体排列的原理图；

图4是第二实施方式的侧面透视和局部视图；

图5是当控制器处于消磁操作状态时的磁流变组件的侧视图；

图6是当控制器处于失电稳定操作状态时的磁流变组件的侧视图；

图7是当控制器处于消磁状态时的磁流变组件的侧视图；以及

图8是磁流变组件的通量密度比电流特性的曲线图。

主要元件标号说明：

元件符号	元件名称
		A	轴
20	组件
		22	壳体
24	开放的内部
		26	磁流变流体
28	活塞
		30	压缩端
32	回弹端
		34	压缩室
36	回弹室
		38	核心
40	活塞杆
		42	孔
44	槽
		46	电磁体
48	控制器
		50	电线
52	永磁体
		54	外部磁极段
56	内部磁极段
		58	磁极空隙
60	磁极柱面
		62	四个径向槽中的第一组径向槽
64	四个径向槽中的第二组径向槽
		66	网

68	磁体段
		70	旁通槽
72	通量环
		74	主间隙
76	端板
		78	开口
80	副间隙
		82	副间隙环

具体实施方式

参照附图，遍及几个视图中，相同标号表示相应的部件，通常示出了磁流变阻尼组件20。

组件20包括柱状壳体22，该柱状壳体沿轴A延伸，并具有容纳磁流变流体26的开放的内部24。柱状活塞28可滑动地设置在壳体22的开放的内部24中。应当理解的是，活塞28和壳体22可具有其他的横截面形状，但它们应当彼此对应并互相补充。活塞28具有压缩端30和回弹端32，壳体22在活塞28的压缩端30上限定压缩室34，以及在活塞28的回弹端32上限定回弹室36。

活塞28限定钢制柱状核心38。应当理解的是，核心38可由其他材料构成，但所选材料应当具有高导磁率，以提供用于磁通量通过的低磁阻路径。活塞杆40具有孔42，该孔从活塞28的回弹端32上的活塞核心38轴向延伸。一对轴向隔开的槽44环绕核心38延伸。电磁体46设置在各槽44中，用于选择性地产生磁通量。电磁体46通过多根电线50与控制器48电连接，所述多根电线延伸通过活塞杆40的孔42，用于控制电磁体46产生的磁通量。进一步地，永磁体52,152环绕各电磁体46设置，用于产生磁通量。

一对钢制外部磁极段54,154和内部磁极段56,156绕核心38设置，其中外部磁极段54,154彼此轴向隔开，内部磁极段56,156轴向设置在外部磁极段54,154之间。如核心38，磁极段54,154,56,156由钢构成，由于其高导磁率而提供用于来自磁体的磁通量通过的低磁阻路径，在活塞28中创建理想的磁路。应当理解的是，磁极段54,154,56,156可由其他材料构成，但其应当具有高导磁率。

在第一实施方式中，磁极段54,56和永磁体52为各自独立的环形部件。在活塞28的安装期间，磁极段54,56和永磁体52相继地滑过核心38，这样永磁体52被各自夹在内部磁极段56和一个外部磁极段54之间的磁极空隙58中。

在第二实施方式中，如图4最佳示出的，这对于生产来说更加可行，通过单个的完整磁极柱面60限定外部磁极段154和内部磁极段156。通过多个网66彼此圆周地隔开的四个径向槽中第一组槽62和第二组槽64被加工成柱面，并且各组槽62,64与其中一个电磁体46轴向对齐。在该实施方式中，各永磁体152由四个磁体段68组成，各磁体段68设置在磁极柱面60的其中一个径向槽62,64中。进一步地，磁极柱面60还限定旁通槽70，该旁通槽沿位于两个彼此轴向对齐的网66中的柱面轴向延伸。旁通槽70的用途在于当活塞28在壳体22中低速滑动时，提供用于流体通过的磁通量自由区。在安装期间，磁体段68被嵌入在槽62,64中。为了避免处理（handling）磁化段68，磁体段68在被嵌入到槽中之前不被磁化，在被嵌入到槽中之后被磁化。然后按压磁极柱面60配合核心38。

活塞28进一步包括钢制通量环72，该钢制通量环环绕磁极段54,154,56,156设置，且与磁极段54,154,56,156径向隔开，以限定主间隙74，当活塞28在壳体22中滑动时，通过该主间隙输送磁流变流体26。如同核心38和磁极段54,154,56,156，通量环72由钢构成，以提供用于磁通量通过的低磁阻路径。应当理解的是，通量环72可由具有高导磁率的其他材料构成。从磁体产生的穿过主间隙74的通量，增加磁流变流体26的粘度。施加的阻尼力依靠流体的粘度抵抗活塞28的运动，这样流体粘度的增加导致阻尼力的增加，流体粘度的降低导致阻尼力的减小。通过控制由磁体46,52,152产生的磁通量可以改变流体的粘度，从而对主间隙74中的流体起作用。应当理解的是，主间隙可具有各种径向长度，以提供不同的阻尼特性。

活塞28进一步包括与活塞核心38、通量环72以及活塞杆40啮合的铝制端板76。端板76的用途为保持各部件在其适当位置。由于端板76由非磁性铝制材料构成，其限制通量从活塞28离开。应当理解的是，端板76可由具有低导磁率的其他材料构成。各端板76包括开口78，该开口径向设置在外部磁极段54与通量环72之间，并且与主间隙74对齐，以使得流体能在主间隙74和壳体22之间输送。

如图5,6和7中最佳所示，控制器48限定消磁操作状态、失电稳定操作状态（fail firmoperating state）以及接通操作状态，所有这些状态控制通过活塞28的磁通量的路径和数量。当激活消磁操作状态时，施加负电流通过电磁体46以消除来自横穿主间隙74的永磁体52,152的磁通量，产生最小阻尼力。当选定失电稳定操作状态时，不施加电流通过电磁体46，这样仅有来自永磁体52,152的磁通量穿过主间隙74，产生中等水平的阻尼力。失电稳定操作状态是可取的，因为其在电磁体46失去电能的情况下提供高于最低水平的阻尼力。当激活接通操作状态时，施加正电流通过电磁体46，这样从电磁体46和永磁体52产生的通量穿过主间隙74，产生最大阻尼力。应当理解的是，可以在上述的操作状态之间的水平上操作控制器48，以提供各种水平的阻尼。

活塞核心38和内部磁极段56,156限定封闭的副间隙80，该副间隙具有环形形状，在电磁体46之间轴向地且在核心38与内部磁极段56,156之间径向地延伸。副间隙80可以是气隙或者可以由其他材料填充，理想地可由导磁率低于核心38的材料填充。在第一实施方式中，在间隙中设有非磁性不锈钢副间隙环82。在操作期间，从磁体46,52,152产生的磁通量在两个路径中流动，或者在磁体之间横穿副间隙80流入活塞28的核心38，或者横穿主间隙74流入通量环72。副间隙80提供在通往活塞28的核心38的流动路径中的增加磁阻区，这样更多通量偏向穿过主间隙74而不是通过核心38。这是一个必要的设计元素，因为没有副间隙的话，当设备处于失电稳定操作状态时，大部分通量将进入核心38而短路，导致非预期的较小的阻尼力。与现有技术相关的一个问题在于，由于副间隙处于活塞的外部延伸的端部的位置，由横穿主间隙的通量泄露会导致在消磁操作状态不可能完全消除磁通量。然而，在本发明中副间隙80在磁体、核心38和磁极段54,154,56,156之间的封闭位置有利于防止当组件20处于消磁操作状态时穿过主间隙74的磁通量的泄露。这提供了在消磁操作状态下比现有技术中低的阻尼力，并且出现比率比现有技术高。进一步地，该方案还允许在安装期间组件充满流体（这也是现有技术的一个问题）。在组件20的填充期间，通过将电磁体46接通预设的直流电来激活消磁操作状态。

副间隙80的径向长度是组件20的一个重要的设计参数。由于副间隙80位于磁体46,52,152、核心38以及磁极段54,154,56,156之间，能够利用不同的径向长度容易地制造所述副间隙80，其中所述长度对应于组件20的阻尼范围。因为具有调谐好的阻尼范围的组件20可容易地被制造，所以可据此满足各种阻尼需求。如图8所示，副间隙80的径向长度决定组件20的通量密度比电流特性的斜率。增加副间隙80的径向长度增加了施加到电磁体46中所需电流的大小，以实现零通量穿过主间隙74（消磁操作状态）。进一步地，当组件20处于失电稳定操作状态时，增加副间隙80的径向长度增加了穿过主间隙74的通量密度（相当于阻尼力）。进一步地，当组件20处于接通操作状态时，增加主间隙74的径向长度减少了穿过主间隙74的通量密度（相当于阻尼力）。

明显地，鉴于上述教义，除了在所附的权利要求书的范围之内同时进行特别说明以外，本发明的很多修改和变体是可能的并且是可以实行的。先前的这些引用应当被解释为覆盖发明实施其效用的任意组合。在装置权利要求中使用的单词“所述”是指前面出现的词，作为用于包括在权利要求的覆盖范围内的积极引用，而单词“一”前缀于不用于包括在权利要求的覆盖范围内的词。此外，权利要求书中的参考数字仅为了方便起见而使用，不应以任何方式理解为限制。

Claims (19)

1.一种磁流变阻尼组件，其特征在于，所述磁流变阻尼组件包括：

活塞，其沿着一轴延伸，并限定压缩端和回弹端；

所述活塞限定核心；

彼此轴向隔开的一对电磁体，环绕并啮合于所述核心设置，用于选择性地产生磁通量；

永磁体，其环绕各所述电磁体设置，用于产生磁通量；

内部磁极段，其由具有高导磁率的材料构成，用于集中来自所述电磁体和所述永磁体的磁通量，所述内部磁极段轴向设置在所述永磁体之间；

所述活塞限定在所述活塞的所述压缩端和所述回弹端之间轴向延伸的主间隙，并与所述内部磁极段相邻设置，用于通过所述活塞输送流体，其中来自所述电磁体和所述永磁体的磁通量改变所述主间隙中的流体的粘度；

控制器，其用于控制所述电磁体产生的磁通量；

所述控制器限定消磁操作状态，用于施加通过所述电磁体的负电流，以消除来自横穿所述主间隙的所述永磁体的磁通量；

所述活塞核心和所述内部磁极段限定封闭的副间隙，该副间隙具有在所述电磁体之间轴向地延伸以及在所述核心与所述内部磁极段之间径向地延伸的环形形状，用于防止当所述组件处于所述消磁操作状态时来自所述永磁体的横穿所述主间隙的磁通量的泄露。

2.根据权利要求1所述的组件，其中在所述副间隙中设有由具有低导磁率的材料构成的副间隙环。

3.根据权利要求2所述的组件，其中所述副间隙环由非磁性不锈钢材料构成。

4.根据权利要求2所述的组件，其中所述核心限定一对环绕所述核心延伸且彼此轴向隔开的槽。

5.根据权利要求4所述的组件，其中各所述电磁体被设置在各所述槽中。

6.根据权利要求5所述的组件，其中所述活塞进一步包括一对由具有高导磁率的材料构成且彼此轴向隔开的外部磁极段，用于集中来自所述电磁体和所述永磁体的磁通量。

7.根据权利要求6所述的组件，其中所述内部磁极段沿轴向设置在所述外部磁极段之间。

8.根据权利要求7所述的组件，其中所述活塞进一步限定通量环，该通量环由具有高导磁率的材料构成，且环绕所述磁极段设置并与所述磁极段轴向隔开以限定所述主间隙。

9.根据权利要求8所述的组件，其中所述活塞进一步限定端板，该端板由非磁性铝制材料构成，且与所述活塞核心和所述通量环啮合，并设置在所述活塞的端部。

10.根据权利要求9所述的组件，其中各所述端板包括径向设置在所述外部磁极段和所述通量环之间并与所述主间隙对齐的开口。

11.根据权利要求10所述的组件，其中磁极组件的各所述外部磁极段和所述内部磁极段沿轴向隔开，以在其间限定磁极空隙。

12.根据权利要求11所述的组件，其中各所述永磁体具有环状形状，且被夹在一个所述外部磁极段和所述内部磁极段之间的一个所述磁极空隙中。

13.根据权利要求10所述的组件，其中所述磁极组件的所述外部磁极段和所述内部磁极段被一完整磁极柱面限定。

14.根据权利要求13所述的组件，其中所述磁极柱面限定通过多个网彼此圆周地隔开的四个径向槽中的第一组径向槽，其中所述第一组径向槽与其中一个所述电磁体轴向对齐；以及通过多个网彼此圆周地隔开的四个径向槽中的第二组径向槽，其中所述第二组径向槽与另一个所述电磁体轴向对齐。

15.根据权利要求14所述的组件，其中各所述永磁体由四个磁体段组成，并且各所述磁体段分别被设置在所述磁极柱面的一个所述径向槽中。

16.根据权利要求15所述的组件，其中所述磁极组件限定旁通槽，该旁通槽在两个彼此轴向对齐的所述网中沿着所述磁极柱面轴向延伸。

17.一种磁流变阻尼组件，其特征在于，所述磁流变阻尼组件包括：

沿一轴延伸的壳体，具有圆柱形状并具有开放的内部；

磁流变流体，其设置在所述壳体的所述开放的内部中；

活塞，其限定压缩端和回弹端并滑动设置在所述壳体的所述开放的内部中，所述壳体在所述活塞的所述压缩端上限定压缩室，在所述活塞的所述回弹端上限定回弹室；

所述活塞限定具有圆柱形状的核心；

活塞杆，从所述活塞的所述回弹端沿所述核心的轴向伸出；

所述活塞杆限定孔；

所述核心限定环绕所述核心延伸且彼此轴向隔开的一对槽；

电磁体，其设置在各所述槽中，用于选择性地产生磁通量；

控制器，其用于控制所述电磁体产生的磁通量；

多根电线，其在所述控制器和所述电磁体之间通过所述活塞杆的孔延伸，用于电连接所述电磁体和所述控制器；

永磁体，其环绕各所述电磁体设置，用于产生磁通量；

一对外部磁极段，其由具有高导磁率的材料构成，用于集中来自所述电磁体和所述永磁体的磁通量，所述外部磁极段绕所述核心设置且彼此轴向隔开；

内部磁极段，其由具有高导磁率的材料构成，用于集中来自所述电磁体和所述永磁体的磁通量，所述内部磁极段轴向设置在所述外部磁极段之间；

所述活塞限定由具有高导磁率的材料构成的通量环，所述通量环环绕所述磁极段设置且与所述磁极段径向隔开，以限定用于输送流体通过所述活塞的主间隙，其中来自所述电磁体和所述永磁体的磁通量改变所述主间隙中的流体的粘度；

所述活塞进一步限定由非磁性铝制材料构成的端板，该端板与所述活塞的核心、所述通量环以及设置在所述活塞的所述回弹端的所述活塞杆啮合；

各所述端板包括径向设置在所述外部磁极段和所述通量环之间并与所述主间隙对齐的开口；

所述控制器限定消磁操作状态，用于施加通过所述电磁体的负电流，以消除来自横穿所述主间隙的所述永磁体的通量；所述控制器还限定失电稳定操作状态，用于防止电流通过所述电磁体；所述控制器还限定接通状态，用于施加通过所述电磁体的正电流，以感生横穿所述主间隙的磁通量；

所述活塞核心和所述内部磁极段限定封闭的副间隙，该副间隙具有在所述电磁体之间轴向地延伸以及在所述核心与所述内部磁极段之间径向地延伸的环形形状，用于防止当所述组件处于所述消磁操作状态时来自所述永磁体的横穿所述主间隙的磁通量的泄露；以及

非磁性不锈钢材料的副间隙环，其设置在所述副间隙中。

18.根据权利要求17所述的组件，其中各所述外部磁极段和所述内部磁极段轴向隔开，以在其间限定磁极空隙；

各所述永磁体具有环状形状，且被夹在一个所述外部磁极段和所述内部磁极段之间的一个所述磁极空隙中。

19.根据权利要求17所述的组件，其中所述外部磁极段和所述内部磁极段被一完整磁极柱面限定；

所述磁极柱面限定通过多个网彼此圆周地隔开的四个径向槽中的第一组径向槽，其中所述第一组径向槽与其中一个所述电磁体轴向对齐；以及通过多个网彼此圆周地隔开的四个径向槽中的第二组径向槽，其中所述第二组径向槽与另一个所述电磁体轴向对齐；

各所述永磁体由四个磁体段组成，其中各所述磁体段分别被设置在所述磁极柱面的一个所述径向槽中；

所述磁极柱面限定旁通槽，该旁通槽在两个彼此轴向对齐的所述网中沿着所述柱面轴向延伸。