CN104179878B - 一种自冷却型磁流变阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自冷却型磁流变阻尼器，包括阻尼器本体，阻尼器本体包括内部中空的缸筒、设在缸筒内的第一活塞、插入缸筒中与第一活塞连接的活塞杆和设在第一活塞上的励磁线圈，所述磁流变阻尼器还包括与所述阻尼器本体连接的冷却装置。本发明的磁流变阻尼器，通过设置与阻尼器本体连接的冷却装置，冷却装置可以对阻尼器本体进行冷却降温，避免其温度过高而导致影响使用性能。

Description

一种自冷却型磁流变阻尼器

技术领域

本发明属于减振设备技术领域，具体地说，本发明涉及一种自冷却型磁流变阻尼器。

背景技术

目前，汽车悬架分为被动悬架、半主动悬架、主动悬架；其中，半主动悬架的阻尼器阻尼力可调、主动悬架的作动力可调可以极大地提高汽车的舒适性，因而成为未来汽车悬架的发展方向；但无论是半主动悬架还是主动悬架，其冷却问题都是降低悬架使用性能的重要因素。同时，半主动悬架消耗能量很少，阻尼调节方便，受到科研人员的重视，然而，其性能不如主动悬架，因为，阻尼器只能被动地产生阻尼力，而不能主动地产生作动力，因此其对汽车振动的调节效果不如主动悬架；主动悬架具有力作动器可以主动地产生作动力对悬架的振动特性进行优化，然而，作动器往往需要消耗大量的车载能量，因此，难以在汽车上普及应用。

发明内容

本发明提供一种自冷却型磁流变阻尼器，目的是避免温度过高。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种自冷却型磁流变阻尼器，包括阻尼器本体，阻尼器本体包括内部中空的缸筒、设在缸筒内的第一活塞、插入缸筒中与第一活塞连接的活塞杆和设在第一活塞上的励磁线圈，所述磁流变阻尼器还包括与所述阻尼器本体连接的冷却装置。

所述冷却装置包括水泵、冷却管道和用于驱动水泵运转的驱动机构，水泵、冷却管道和所述阻尼器本体依次连接并构成闭合且内部有冷却水循环流动的冷却回路。

所述冷却管道为螺旋形。

所述驱动机构为设在所述水泵的输入轴上且在风力作用下能够带动输入轴转动的叶轮。

所述第一活塞内设有第一水道、第二水道和第三水道，第一水道两端开口，第二水道和第三水道分别与第一水道的一端开口连通，第二水道和第三水道朝向所述活塞杆内延伸并在活塞杆的外表面形成两个分别与所述水泵和冷却管道连接的开口。

所述第一水道为螺旋形，第一水道的上端开口与所述第二水道连通，第一水道的下端开口与所述第三水道连通。

所述缸筒的侧壁内部设有与缸筒的内腔体连通的外腔体，缸筒的内壁面上设有与内腔体和外腔体连通的第一过液孔和第二过液孔，第一过液孔和第二过液孔位于所述第一活塞的两侧。

所述缸筒上设有用于控制所述第一过液孔开闭的第一控制阀和用于控制所述第二过液孔开闭的第二控制阀。

所述第一控制阀包括插入所述缸筒的侧壁中第一内套管、穿设在第一内套管上用于控制所述第一过液孔开闭的第一阀芯、套设在第一阀芯上的第一弹簧和可通电并对第一阀芯施加吸引力的第一线圈；所述第二控制阀包括插入所述缸筒的侧壁中第二内套管、穿设在第二内套管上用于控制所述第二过液孔开闭的第二阀芯、套设在第二阀芯上的第二弹簧和可通电并对第二阀芯施加吸引力的第二线圈。

所述缸筒的内腔体中设有与所述第一活塞相邻的第二活塞，第二活塞与缸筒的内底壁之间设有可通电的第三弹簧，第三弹簧连接有电源线。

本发明的自冷却型磁流变阻尼器，通过设置与阻尼器本体连接的冷却装置，冷却装置可以对阻尼器本体进行冷却降温，避免其温度过高而导致影响使用性能。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是本发明自冷却型磁流变阻尼器的结构示意图；

图2是阻尼器本体的纵截面示意图；

图3是第一控制阀的结构示意图；

图4是第二控制阀的结构示意图；

图5是第一阀芯和第二阀芯的结构示意图；

图6是通电圆形弹簧线圈磁场示意图；

图中标记为：

1、水泵；2、冷却管道；

3、阻尼器本体；

31、励磁线圈；32、内连接管；

33、第一活塞；331、定位槽；332、第一水道；333、第二水道；334、第三水道；

34、活塞杆；341、第一线槽；

35、第一控制阀；351、第一外套管；352、第一内套管；353、第一阀芯；354、第一弹簧；355、第一螺钉；356、第一线圈；

36、第二控制阀；361、第二外套管；362、第二内套管；363、第二阀芯；364、第二弹簧；365、第二螺钉；366、第二线圈；

37、缸筒；371、上腔室；372、下腔室；373、第一过液孔；374、第二过液孔；375、第二线槽；376、外腔体；

38、第二活塞；381、第三过液孔；

39、上吊环；310、下吊环；311、上垫片；312、下垫片；313、第三弹簧；314、第一密封件；315、第二密封件；316、阻尼通道；317、第三密封件；

4、叶轮；5、第一外连接管；6、第二外连接管；7、第三外连接管；8、第一电源线；9、第二电源线；10、杆部；11、限位部；12、球形头部。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

如图1至图4所示，本发明一种自冷却型磁流变阻尼器，是用于汽车悬架上。本磁流变阻尼器包括作为减振元件的阻尼器本体3，阻尼器本体3包括内部中空的缸筒37、设在缸筒37内的第一活塞33、插入缸筒37中与第一活塞33连接的活塞杆34和设在第一活塞33上的励磁线圈31。本磁流变阻尼器还包括与阻尼器本体3连接的冷却装置，由于阻尼器本体3内有磁流变液，在阻尼器本体3工作过程中，阻尼器本体3将汽车振动的能量转化为热能后，阻尼器本体3将吸收该热量，内部的磁流变液温度会上升，为了避免磁流变液和阻尼器本体3的温度过高，通过与阻尼器本体3连接的冷却装置可以对阻尼器本体3进行冷却降温，避免其温度过高而导致影响使用性能，确保其减振效果不受影响。

具体地说，阻尼器本体3的缸筒37为圆柱形的结构，缸筒37内部中空部分为储存有磁流变液的圆柱形的内腔体。第一活塞33为整体呈圆柱形的结构，第一活塞33在缸筒37的内腔体中为可沿轴向移动的，第一活塞33将缸筒37的内腔体分成上腔室371和下腔室372。第一活塞33的外直径小于缸筒37的内直径，从而第一活塞33的外壁面与缸筒37的内壁面之间在径向上具有一定的间隙，该间隙形成让磁流变液通过的阻尼通道316，阻尼通道316使内腔体的上腔室371和下腔室372能够连通。由于形成的阻尼通道316的开度较小，磁流变液在流经阻尼通道316时，阻尼通道316会产生阻尼效果。

如图2所示，第一活塞33的内部设有让冷却水流通的第一水道332、第二水道333和第三水道334，第一水道332的两端开口，第二水道333和第三水道334分别与第一水道332的一端开口连通，第二水道333和第三水道334朝向活塞杆34内延伸并在活塞杆34的外表面形成两个分别与水泵1和冷却管道2连接的开口，活塞杆34上的这两个开口是位于活塞杆34伸出于缸筒37外部的外表面上，水泵1和冷却管道2分别与一个开口连接，从而与第一活塞33内的第一水道332、第二水道333和第三水道334连通，从而构成闭合且内部有冷却水循环流动的冷却回路，冷却水依次流经水泵1、冷却管道2和第一活塞33内的三个水道。

作为优选的，第一水道332为螺旋形，与第一活塞33同轴，并从第一活塞33的一端延伸至另一端，覆盖面积大，冷却效果好。而且第一水道332的上端开口是与第二水道333连通，第一水道332的下端开口是与第三水道334连通，第二水道333是从第一活塞33的上端内部朝向活塞杆34的内部延伸，第三水道334是从第一活塞33的下端内部朝向活塞杆34的内部延伸，且第二水道333在活塞杆34表面形成的开口是位于第三水道334在活塞杆34表面形成的开口的上方。冷却装置使冷却水在第一水道332、第二水道333和第三水道334内循环流动，进入活塞杆34和第一活塞33内的冷却水温度低，可以与包围在活塞杆34和第一活塞33外的磁流变液发生热交换，循环流动的冷却水可以带走阻尼器本体3内部的热量，从而可以对磁流变液和阻尼器本体3进行冷却降温。

水泵1运转使冷却回路中的冷却水流动，水泵1和冷却管路具有进水口和出水口，如图1所示，冷却管道2的上端进水口通过第一外连接管5与第二水道333在活塞杆34表面形成的开口连接，冷却管道2的下端出水口通过第二外连接管6与水泵1的进水口连接，水泵1的出水口通过第三外连接管7与第三水道334在活塞杆34表面形成的开口连接，从而构成闭合的冷却回路。

冷却管道2和水泵1位于阻尼器本体3的外侧，应用在汽车悬架上，阻尼器本体3作为汽车悬架的减振元件与悬架上相应部件连接，水泵1和冷却管道2可以固定安装在车身上靠近悬架位置处，或者根据需要安装在其它位置。由于阻尼器本体3与车身之间可发生相对运动，第一外连接管5、第二外连接管6和第三外连接管7可以采用软管，软管可弯曲变形，一方面便于各部件的布置，另一方面适应阻尼器本体3的位置变化，确保冷却装置工作可靠。

作为优选的，冷却管道2为螺旋形，冷却管道2内部有让冷却水流过的螺旋形水道。冷却管道2暴露在外，在汽车行驶时，高速气流会吹向冷却管道2，气流与冷却管道2内的冷却水发生热交换，带走冷却管道2内的热量，使流经冷却管道2的冷却水降温冷却，在水泵1的作用下，低温的冷却水进入活塞杆34和第一活塞33，高温的冷却水流出活塞杆34和第一活塞33，于是磁流变液和阻尼器本体3的温度将下降，使阻尼器本体3的工作温度维持在合适范围。

由于水泵1需要动力驱动才能运转，冷却装置的驱动机构可以采用驱动电机，将驱动电机的电机轴与水泵1的输入轴连接，带动水泵1运转，从而可以使冷却水循环流动。

在本实施例中，驱动机构为设在水泵1的输入轴上且在风力作用下能够带动输入轴转动的叶轮4，叶轮4固定安装在水泵1的输入轴上，叶轮4位于水泵1的迎风侧，在汽车行驶过程中，高速气流吹向叶轮4，使叶轮4旋转，叶轮4同时带动水泵1的输入轴转动，从而使水泵1能够运转。采用叶轮4作为驱动机构，将风力转化成驱动水泵1运转的动力，无需采用电机驱动，节能环保。

如图2所示，第一活塞33的外壁面上设有一个用于容纳励磁线圈31的定位槽331，该定位槽331为在第一活塞33的外壁面上沿整个周向延伸形成的环形凹槽。由于励磁线圈31需要通电，并与第一电源线8连接，借助于第一水道332和第二水道333，在活塞杆34的上端还设有一个让第一电源线8穿过的第一线槽341，第一线槽341的上端开口与上吊环39内设置的线槽连通，第一线槽341的下端开口与第二水道333连通，在第一活塞33内沿径向还设有与第一水道332连通的一个线槽，该线槽并通向定位槽331处的表面，以让第一电源线8穿出与励磁线圈31连接。第一电源线8依次经上吊环39内的线槽、活塞杆34内的第一线槽341、第二水道333、第一水道332和第一活塞33内的线槽穿入阻尼器本体3内，与励磁线圈31连接，为其供电。

为了防止第一活塞33内的冷却水泄漏，在第一线槽341内设有一个用于将其封闭的第一密封件314，在第一活塞33内的线槽中设有一个用于将其封闭的第三密封件317，第一电源线8从第一密封件314和第三密封件317中穿过，第一密封件314和第三密封件317优选采用环氧树脂材料制作，密封性能好。

如图2所示，缸筒37的侧壁具有一定的厚度，在缸筒37的侧壁内部设有与缸筒37的内腔体连通的外腔体376，外腔体376为与内腔体同轴的圆环形空腔。在缸筒37的内壁面上还设有与内腔体和外腔体376连通的第一过液孔373和第二过液孔374，第一过液孔373和第二过液孔374位于第一活塞33的两侧，在第一过液孔373和第二过液孔374处于开启状态时，磁流变液可以在内腔体和外腔体376之间流动，从而可以使阻尼器本体3变成作动器，使阻尼器本体3具备作动器的功能，可以工作于阻尼器模式和作动器模式。

由于阻尼器本体3需要在两种工作模式之间切换，相应在缸筒37上设有用于控制第一过液孔373开闭的第一控制阀35和用于控制第二过液孔374开闭的第二控制阀36。

如图3所示，第一控制阀35包括第一外套管351、第一内套管352、第一阀芯353、第一弹簧354、第一螺钉355和第一线圈356，相应在缸筒37的侧壁上设有一个让第一控制阀35插入且与第一过液孔373同轴的安装孔。第一内套管352插入安装孔中，第一内套管352为两端开口、内部中空的圆柱形构件。第一阀芯353穿设在第一内套管352上，用于控制第一过液孔373的开闭。第一外套管351为两端开口、内部中空的圆柱形构件，第一外套管351位于缸筒37的外侧，与缸筒37的外圆周面固定连接。第一外套管351在缸筒37外部罩住第一内套管352和第一阀芯353，并为第一阀芯353提供移动的空间。第一线圈356设置在第一外套管351内，第一线圈356可通电并对第一阀芯353施加吸引力，因此第一阀芯353采用易于被磁力吸引的材料制成，如铁等金属材质。

如图5所示，第一阀芯353包括杆部10、球形头部12和限位部11，限位部11和球形头部12分别与杆部10的一端固定连接成一体，杆部10为穿过第一内套管352内孔的圆柱形构件，限位部11和球形头部12分别位于第一内套管352的一侧。球形头部12用于嵌入第一过液孔373中控制第一过液孔373的开闭和开度大小，球形头部12的直径大于第一过液孔373的直径，从而能够将第一过液孔373完全关闭。限位部11的直径大于第一内套管352的内孔直径，可以起到限位作用，使第一阀芯353与第一内套管352装配成一体。第一弹簧354套在第一阀芯353的杆部10上，第一弹簧354的一端抵在第一内套管352的端面上，另一端抵在球形头部12上，第一弹簧354用于对第一阀芯353施加作用力，使第一阀芯353始终朝向第一过液孔373处移动。当第一线圈356通电时，第一线圈356将对第一阀芯353施加吸引力使第一阀芯353克服第一弹簧354的弹力朝向第一内套管352处移动，第一阀芯353的球形头部12将第一过液孔373开启，内腔体中的磁流变液可以经第一过液孔373流向外腔体376。

作为优选的，第一内套管352和缸筒37侧壁中的安装孔为螺纹连接，相应在安装孔处的内壁面设有内螺纹，在第一内套管352上设有外螺纹。第一外套管351的一端与缸筒37固定连接，可以采用螺纹连接的方式或者其它方式固定。第一外套管351的另一端是由第一螺钉355封闭，第一螺钉355插入第一外套管351中与其为螺纹连接，相应在第一外套管351内设有内螺纹，第一螺钉355外表面设有外螺纹。与第一线圈356连接的电源线穿过第一螺钉355，相应在第一螺钉355上设有让电源线穿过的通孔。

如图4所示，第一控制阀35的结构与第一控制阀35的结构相同，第二控制阀36包括第二外套管361、第二内套管362、第二阀芯363、第二弹簧364、第二螺钉365和第二线圈366，相应在缸筒37的侧壁上设有一个让第二控制阀36插入且与第二过液孔374同轴的安装孔。第二内套管362插入安装孔中，第二内套管362为两端开口、内部中空的圆柱形构件。第二阀芯363穿设在第二内套管362上，用于控制第二过液孔374的开闭。第二外套管361为两端开口、内部中空的圆柱形构件，第二外套管361位于缸筒37的外侧，与缸筒37的外圆周面固定连接。第二外套管361在缸筒37外部罩住第二内套管362和第二阀芯363，并为第二阀芯363提供移动的空间。第二线圈366设置在第二外套管361内，第二线圈366可通电并对第二阀芯363施加吸引力，因此第二阀芯363采用易于被磁力吸引的材料制成，如铁等金属材质。

如图5所示，第二阀芯363也包括杆部10、球形头部12和限位部11，限位部11和球形头部12分别与杆部10的一端固定连接成一体，杆部10为穿过第二内套管362内孔的圆柱形构件，限位部11和球形头部12分别位于第二内套管362的一侧。球形头部12用于嵌入第二过液孔374中控制第二过液孔374的开闭和开度大小，球形头部12的直径大于第二过液孔374的直径，从而能够将第二过液孔374完全关闭。限位部11的直径大于第二内套管362的内孔直径，可以起到限位作用，使第二阀芯363与第二内套管362装配成一体。第二弹簧364套在第二阀芯363的杆部10上，第二弹簧364的一端抵在第二内套管362的端面上，另一端抵在球形头部12上，第二弹簧364用于对第二阀芯363施加作用力，使第二阀芯363始终朝向第二过液孔374处移动。当第二线圈366通电时，第二线圈366将对第二阀芯363施加吸引力使第二阀芯363克服第二弹簧364的弹力朝向第二内套管362处移动，第二阀芯363的球形头部12将第二过液孔374开启，外腔体376中的磁流变液可以经第二过液孔374流向内腔体。

作为优选的，第二内套管362和缸筒37侧壁中的安装孔为螺纹连接，相应在安装孔处的内壁面设有内螺纹，在第二内套管362上设有外螺纹。第二外套管361的一端与缸筒37固定连接，可以采用螺纹连接的方式或者其它方式固定。第二外套管361的另一端是由第二螺钉365封闭，第二螺钉365插入第二外套管361中与其为螺纹连接，相应在第二外套管361内设有内螺纹，第二螺钉365外表面设有外螺纹。与第一线圈366连接的电源线穿过第二螺钉365，相应在第二螺钉365上设有让电源线穿过的通孔。

作为优选的，第一过液孔373和第二过液孔374的位置分别靠近缸筒37的上下端，外腔体376也是从缸筒37的一端延伸至另一端，相应第一控制阀35和第二控制阀36也安装在缸筒37的上下端位置。

如图2所示，在缸筒37的内腔体中还设有与第一活塞33相邻的第二活塞38，第二活塞38的外直径与缸筒37的内直径大小相等。在第二活塞38与缸筒37的内底壁之间的空间为补偿腔，同时在补偿腔中还设有多个第三弹簧313，第三弹簧313的轴线与缸筒37的轴线重合。在第二活塞38的底面固定设有一个上垫片311，在缸筒37的内底壁设有一个下垫片312，上垫片311和下垫片312的厚度较薄，上垫片311和下垫片312的直径与第二活塞38的外直径大致相等，上垫片311和下垫片312相平行，且上垫片311和下垫片312均是采用绝缘材料制成。

第三弹簧313设置有一根，第三弹簧313的外表面由绝缘材料包裹，第三弹簧313的下端与缸筒37的内底壁或者下垫片312固定连接，第三弹簧313的上端顶住上垫片311，第三弹簧313用于对第二活塞38施加向上的作用力，使第二活塞38能够朝向第一活塞33处移动。在第三弹簧313的上下端还分别连接有一根第二电源线9，相应在缸筒37的侧壁上对应补偿腔的位置设有让第二电源线9伸出的一个第二线槽375，第二线槽375的位置靠近缸筒37的下端，与第三弹簧313连接的第二电源线9从第二线槽375中伸出与外部的电源的正负极连接。悬架控制器控制电源对第二电源线9施加电流，第三弹簧313可以产生电磁场。为了防止缸筒37内的磁流变液泄漏，在第二线槽375内设有一个用于将其封闭的第二密封件315，第二电源线9从第二密封件315中穿过，第二密封件315优选采用环氧树脂材料制作，密封性能好。

如图2所示，在第二活塞38的中心设有一个第三过液孔381，第三过液孔381为沿第二活塞38的轴向贯穿的圆孔。在补偿腔中，第三过液孔381处通过一根内连接管32与第二过液孔374连通，内连接管32的两端分别与第二活塞38和缸筒37的内壁连接。内连接管32为软管，具有一定的长度，以适应第二活塞38的位置变化。在第一过液孔373和第二过液孔374处于开启状态时，如果活塞杆34向上运动，磁流变也可由上腔室371流入外腔体376，再经外腔体376流入下腔室372中；当活塞杆34向下运动时，磁流变的流动方向正好与上述流动方向反向，从而实现磁流变液的循环流动。

如图1所示，在活塞杆34位于缸筒37外的上端设有一个上吊环39，上吊环39是用于与汽车上的簧载质量连接，在缸筒37的底部设有一个下吊环310，下吊环310是用于与汽车上的非簧载质量连接。

本磁流变阻尼器的工作原理如下：

1)自冷却：当汽车垂直振动时，第一活塞33在缸筒37内上下运动，此时汽车前进方向的风会驱动叶轮4转动，汽车前进速度越大，叶轮4转动的越快，叶轮4驱动水泵1工作，水泵1使第一活塞33内部的水道、外部冷却管道2内的冷却水循环流动，于是，阻尼器/作动器内由于振动产生的热量可以被冷却水带出本体之外，由于冷却管道2成螺旋状，暴露在空气中，汽车前进时产生的风会将冷却管道2内的热量吹走，从而将冷却管道2内水温度降低，在水泵1的作用下，较低温度的冷却水会重新被输入阻尼器/作动器本体，从而循环不断地对阻尼器/作动器进行冷却。

2)阻尼器工作模式：此时，悬架控制器控制使第二电源线9断电、第一线圈356断电、第二线圈366断电，第一控制阀35和第二控制阀36分别将第一过液孔373和第二过液孔374堵住，于是缸筒37的内腔体与外腔体376内的磁流变液相互隔开。当汽车车身上下振动时，悬架控制器控制给第一电源线8施加一定大小的电流，通电后的励磁线圈31在第一活塞33的阻尼通道316内会产生磁场，于是阻尼器本体3可以产生一定的阻尼力。悬架控制器可以通过控制第一电源线8输入电流的大小来控制阻尼力的大小，同时，当第一活塞33向上运动，活塞杆34从缸筒37中出来后造成的空隙由补偿腔的第三弹簧313推动第二活塞38向上运动进行补偿。

3)作动器工作模式：此时，悬架控制器控制使第一线圈356和第二线圈366通电，此时第一线圈356和第二线圈366分别对第一阀芯353和第二阀芯363产生吸引力，使第一阀芯353和第二阀芯363分别将第一过液孔373和第二过液孔374打开，从而使缸筒37的内腔体与外腔体376连通，内腔体和外腔体376内的磁流变液可以自由流动；在第一活塞33上的励磁线圈31被施加电流时，阻尼通道316内虽然有磁场，但是由于第一过液孔373和第二过液孔374打开，第一活塞33向上运动时大部分的磁流变液会从第一过液孔373流入外腔体376，外腔体376内的磁流变液会通过第二过液孔374和内连接管32流入下腔室372，形成循环，而只有极少的液体流过阻尼通道316；而流过第一过液孔373和第二过液孔374的磁流变液不会产生阻尼力，于是在这种情况下阻尼器本体3不会产生阻尼力；与之相似，当第一活塞33向下运动时，磁流变液由下腔室372通过内连接管32和第二过液孔374流入外腔体376，外腔体376内的磁流变液经过第一过液孔373流入上腔室371，阻尼器本体3也不产生阻尼力。同时，悬架控制器控制对第二电源线9输入一定大小的电流，使第三弹簧313通电，由于第三弹簧313为螺旋弹簧，于是通电后的第三弹簧313可以产生磁场，而第一活塞33上的励磁线圈31上也通有电流，具有磁场，励磁线圈31与第三弹簧313二者之间可以产生电磁力。

在作动器工作模式，根据悬架振动的需要，如果需要在第一活塞33与缸筒37之间产生吸引力，则可以通过悬架控制器控制励磁线圈31和第三弹簧313施加同向电流，从而使励磁线圈31的下部与第三弹簧313的上部磁场极性相反，同时可以通过改变二者电流大小来改变磁场力的大小；如果，需要在第一活塞33与缸筒37之间产生排斥力，则可以对第三弹簧313和励磁线圈31施加反向电流，从而使励磁线圈31的下部与第三弹簧313的上部磁场极性相同，同时可以通过改变二者电流大小来改变磁场力的大小。由于励磁线圈31是固定在第一活塞33上、于是励磁线圈受到的磁场力就直接作用在第一活塞33、活塞杆34上，于是可以在活塞杆34上产生可以优化悬架性能所需的作动力，作动力的大小与方向由悬架控制器根据汽车振动情况主动地控制第三弹簧313、励磁线圈31上的电流大小和方向来得到。

作动力与第三弹簧313、励磁线圈31上的电流大小和方向之间的关系可计算如下：

首先计算通电第三弹簧313在励磁线圈31处产生的磁感应强度。以第三弹簧33上、下底面的中间对称面为xoy面、底面与线圈轴线交点为原点，建立直角坐标系如图6所示。取励磁线圈上任一点P为对象研究通电第三弹簧313在该点激起的磁感应强度，考虑到通电第三弹簧313的对称性，令P点的y坐标为0。通电第三弹簧313为单层螺旋管结构，首先计算任一单个弹簧的一层线圈对P点的磁场，设第三弹簧的半径为R。设弹簧线圈电流强度为I，线圈上K点电流元用Idl表示，电流元到P点的距离为r。P点在K点电流元所在平面的投影为P＇，KO′与x轴正向间的夹角为，P＇K与KO′之间的夹角为ω，r与KO′之间的夹角为α，电流元所在平面到xoy面的距离为z。

由图6可得

由(8)、(9)可得

则，根据毕奥-萨伐尔定律，可得K点电流元在P点激起的磁感应强度dB为

式中：μ₀为导磁率。

由图6，得dB在x、y、z轴方向的分量dB_x、dB_y、dB_z分别为

dB_y＝0(13)

上式为单个弹簧线圈在励磁线圈上任一点P激起的磁感应强度。设单层弹簧线圈管单位长度上的线圈匝数为n，则在计算弹簧线圈在P点激起磁感应强度中I的效果应为nIdz，代入上式得

式中：B_x为第三弹簧线圈在P点激起的磁感应强度在x轴方向的分量，L为第三弹簧313的高度。

由于阻尼器结构的关系，第三弹簧313在第一活塞33的励磁线圈31上每点产生的磁场变化不大，而第一活塞33上励磁线圈31为多层螺旋管结构，在实际计算时P点可取该多层螺旋管中间横截面内、外圆半径之和的二分之一为半径的圆周上一点。

由于第一活塞33上励磁线圈31和第三弹簧313关于z轴对称，因此，通电的第三弹簧313在P点激起的磁感应场强度沿z轴的分量B_z在励磁线圈31上产生的合外力为零。同时，由于B_y为零，因此，通电励磁线圈在B_y作用下不产生磁场力。

因此，通电第三弹簧313在第一活塞33的励磁线圈31的P点激起的磁场力只由通电第三弹簧313在P点磁感应强度在x轴方向的分量B_x产生，由于励磁线圈31为多层螺旋管结构，设其内、外径分别为R₁、R₂，设励磁线圈31的电流强度为I′，P点所在的平行于xoy面的截面上励磁线圈31产生的磁场力F为

$F=\underset{0}{\overset{2\mathrm{\π}}{\∫}}{B}_{x}k{I}^{\′}{R}^{\′}\mathrm{d\θ}=2\mathrm{\π}{R}^{\′}k{I}^{\′}{B}_x---\left(16\right)$

其中，R′＝(R₁+R₂)/2，θ为圆心角，k为励磁线圈31的层数。

则设单位长度上的励磁线圈31有n′扎，设励磁线圈31的高度为h，于是可计算出通电的第三弹簧313在第一活塞33上产生的作动力F′为

由上式可以看出，可以通过调节施加在第三弹簧313的电流大小I或调节第一活塞33上励磁线圈31的电流大小I′来调节作动力F′的大小；同时，采用右手定则可以判断出作动力F′始终沿着Z轴，当I与I′方向相同时为作动力为吸引力，当I与I′方向相反时作动力为排斥力。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种自冷却型磁流变阻尼器，包括阻尼器本体，阻尼器本体包括内部中空的缸筒、设在缸筒内的第一活塞、插入缸筒中与第一活塞连接的活塞杆和设在第一活塞上的励磁线圈，其特征在于：所述磁流变阻尼器还包括冷却装置；

所述冷却装置包括水泵、冷却管道和用于驱动水泵运转的驱动机构，水泵、冷却管道和所述阻尼器本体依次连接并构成闭合且内部有冷却水循环流动的冷却回路；所述第一活塞内设有第一水道、第二水道和第三水道，第一水道两端开口，第二水道和第三水道分别与第一水道的一端开口连通，第二水道和第三水道朝向所述活塞杆内延伸并在活塞杆的外表面形成两个分别与所述水泵和冷却管道连接的开口。

2.根据权利要求1所述的自冷却型磁流变阻尼器，其特征在于：所述冷却管道为螺旋形。

3.根据权利要求1所述的磁流变阻尼器，其特征在于：所述驱动机构为设在所述水泵的输入轴上且在风力作用下能够带动输入轴转动的叶轮。

4.根据权利要求1所述的自冷却型磁流变阻尼器，其特征在于：所述第一水道为螺旋形，第一水道的上端开口与所述第二水道连通，第一水道的下端开口与所述第三水道连通。

5.根据权利要求4所述的自冷却型磁流变阻尼器，其特征在于：所述缸筒的侧壁内部设有与缸筒的内腔体连通的外腔体，缸筒的内壁面上设有与内腔体和外腔体连通的第一过液孔和第二过液孔，第一过液孔和第二过液孔位于所述第一活塞的两侧。

6.根据权利要求5所述的自冷却型磁流变阻尼器，其特征在于：所述缸筒上设有用于控制所述第一过液孔开闭的第一控制阀和用于控制所述第二过液孔开闭的第二控制阀。

7.根据权利要求6所述的自冷却型磁流变阻尼器，其特征在于：所述第一控制阀包括插入所述缸筒的侧壁中第一内套管、穿设在第一内套管上用于控制所述第一过液孔开闭的第一阀芯、套设在第一阀芯上的第一弹簧和可通电并对第一阀芯施加吸引力的第一线圈；所述第二控制阀包括插入所述缸筒的侧壁中第二内套管、穿设在第二内套管上用于控制所述第二过液孔开闭的第二阀芯、套设在第二阀芯上的第二弹簧和可通电并对第二阀芯施加吸引力的第二线圈。

8.根据权利要求1至7任一所述的自冷却型磁流变阻尼器，其特征在于：所述缸筒的内腔体中设有与所述第一活塞相邻的第二活塞，第二活塞与缸筒的内底壁之间设有可通电的第三弹簧，第三弹簧连接有电源线。