CN105546020A - 具有压电能量回收功能的磁流变阻尼器 - Google Patents

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陈仁文
任龙
夏桦康
于杰
邹盼盼
张笑笑
周秦邦
黄斌
唐杰
刘川
徐锦婷
余小庆
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Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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Abstract

本发明提供了一种具有压电能量回收功能的磁流变阻尼器，在传统磁流变阻尼器的基础上，在阻尼器缸筒的内壁布置压电元件。当磁流变阻尼器的活塞在缸筒中运动时，由于正压电效应，缸筒内壁的压电材料表面会因为受到变化的流体压力作用产生变化的电荷。当压电元件的电极引线连接相应的压电能量回收电路时，即可将输入阻尼器的部分机械能转化为电能，该电能可以用于磁流变阻尼器的自传感供电或者励磁线圈的辅助供电，大大简化了能量回收式磁流变液阻尼器结构，提高了阻尼器的可靠性。

Description

具有压电能量回收功能的磁流变阻尼器
技术领域
本发明涉及阻尼器能量回收领域，具体是一种具有压电能量回收功能的磁流变阻尼器。
背景技术
磁流变液是一种可控流体，在磁场的作用下能够迅速地实现液体粘度、流动性的转变，利用这一特性，磁流变液阻尼器可以通过连续改变磁场强度来实现可控阻尼力的连续可调。因此，磁流变液阻尼器正在逐渐取代传统阻尼器，在汽车悬架、土木结构等工程领域日益广泛应用。在磁流变液阻尼器的工作过程中，需要外部电源供电，一般通过改变安装在活塞上的励磁线圈的励磁电流强度，改变活塞周围空间的磁场强度，从而实现节流孔附近磁流变液粘度的调节，改变阻尼器阻尼大小，外界环境输入的机械能转换为流体摩擦产生的内能耗散。在公知的一些文献中，一些学者开始着手于阻尼器能量的回收利用研究，通常采用磁电感应的方式将阻尼器活塞相对缸筒运动的机械能转化为电能，应用于阻尼器的自传感供电或者励磁线圈的辅助供电。然而，传统阻尼器的油液一般具有抗磁性，磁电转换装置的设计较为复杂；特别地，磁流变阻尼器中的磁流变液的粘度对磁场改变敏感，磁电能量回收子系统的直接引入必然导致阻尼器阻尼和励磁电流关系模型的改变，增加了系统的非线性因素，因此磁电能量回收子系统与磁流变阻尼器必须隔离，阻尼器设计也较为复杂。
发明内容
本发明为了克服现有的磁流变阻尼器能量回收系统结构复杂、可靠性差的缺点，提出了一种具有压电能量回收功能的磁流变液阻尼器，能够较大地降低阻尼器结构的复杂度，提高可靠性。
本发明包括活塞气缸和压电能量回收电路，所述的活塞气缸包括缸筒，缸筒中密封有磁流变液；阻尼器活塞杆与活塞头固联伸入缸筒中进行活塞运动，活塞头和缸筒侧壁之间留有节流孔，其中活塞头上固定有励磁线圈，缸筒底部固定有压电元件，压电元件与压电能量回收电路连接，压电元件的极化方向为d33。
进一步改进，所述的磁流变液通过上端盖密封在缸筒内，上端盖中心开有活塞孔，阻尼器活塞杆穿过活塞孔伸入缸筒内，阻尼器活塞杆和活塞孔之间设有密封圈。
当活塞头在缸筒中向下运动时，会挤压活塞头下方的磁流变液，对缸筒内表面的压电元件产生压力；当活塞头在缸筒中向上运动时，作用于压电元件表面的压力又会释放。因而，在阻尼器工作状态下活塞头往复运动的过程中，作用于压电元件的压力会不断变化，从而在压电元件表面产生变化的电荷，通过一定的能量回收电路即可将压力能转化为电能回收，应用于磁流变阻尼器的自传感供电或者励磁线圈的辅助供电中。
本发明有益效果在于：可以将简单的压电元件应用于磁流变阻尼器的能量回收，并且将回收的能量用于自传感供电或者励磁线圈的辅助供电，从而降低阻尼器的能耗；另一方面，压电元件不会产生磁场，对磁流变液的粘度产生影响，不需要与磁流变阻尼器的磁流变液缸筒隔离，大大简化了能量回收式磁流变液阻尼器结构，提高了阻尼器的可靠性。
附图说明
图1是本发明的基本结构原理图。
图2是压电能量回收原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明结构如图1所示，包括活塞气缸和压电能量回收电路，所述的活塞气缸包括缸筒6，缸筒6中密封有磁流变液；阻尼器活塞杆1与活塞头3固联伸入缸筒6中进行活塞运动，活塞头3和缸筒6侧壁之间留有节流孔5，其中活塞头3上固定有励磁线圈4，缸筒6底部固定有压电元件7，压电元件7与压电能量回收电路连接，压电元件7的极化方向为d33。。
所述的磁流变液通过上端盖2密封在缸筒6内，上端盖2中心开有活塞孔，阻尼器活塞杆1穿过活塞孔伸入缸筒6内，阻尼器活塞杆1和活塞孔之间设有密封圈。
压电能量回收原理图如图2所示，当活塞头3在缸筒6中向下运动时，会挤压活塞头3下方的磁流变液，对缸筒6内表面的压电元件7产生压力；当活塞头3在缸筒6中向上运动时，作用于压电元件7表面的压力又会释放。因而，在阻尼器工作状态下活塞头3往复运动的过程中，作用于压电元件7的压力会不断变化，从而在压电元件7表面产生变化的电荷，通过一定的能量回收电路即可将压力能转化为电能回收，应用于磁流变阻尼器的自传感供电或者励磁线圈的辅助供电中。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种具有压电能量回收功能的磁流变阻尼器，其特征在于：包括活塞气缸和压电能量回收电路，所述的活塞气缸包括缸筒（6），缸筒（6）中密封有磁流变液；阻尼器活塞杆（1）与活塞头（3）固联伸入缸筒（6）中进行活塞运动，活塞头（3）和缸筒（6）侧壁之间留有节流孔（5），其中活塞头（3）上固定有励磁线圈（4），缸筒（6）底部固定有压电元件（7），压电元件（7）与压电能量回收电路连接。
2.根据权利要求1所述的具有压电能量回收功能的磁流变阻尼器，其特征在于：所述的磁流变液通过上端盖（2）密封在缸筒（6）内。
3.根据权利要求2所述的具有压电能量回收功能的磁流变阻尼器，其特征在于：所述的上端盖（2）中心开有活塞孔，阻尼器活塞杆（1）穿过活塞孔伸入缸筒（6）内。
4.根据权利要求3所述的具有压电能量回收功能的磁流变阻尼器，其特征在于：所述的阻尼器活塞杆（1）和活塞孔之间设有密封圈。
5.根据权利要求1所述的具有压电能量回收功能的磁流变阻尼器，其特征在于：所述的压电元件（7）的极化方向为d33。
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