CN105805217A - 一种环形磁路的磁流变减振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于汽车悬架系统中的环形磁路的磁流变减振器，活塞杆从缸体外经缸体上口处的密封盖向下伸入缸体内部，缸体内部设有活塞组件和浮动活塞，活塞组件在浮动活塞的上方，活塞组件由活塞壳、上安装板、下安装板与线圈组件组成，在活塞壳内部从上至下沿轴向布置有上安装板、线圈组件和下安装板，活塞杆下端伸入活塞壳内固定连接上安装板；活塞组件上沿圆周方向均匀开有四个垂直的上下贯通的阻尼通道；线圈组件由4个相同的支架、弧形铁芯、弧形线圈组成，每个弧形铁芯外绕有一个弧形线圈，4个弧形线圈旋向相同，电流流向相同，4个弧形铁芯中心轴线在同一水平圆周上，产生环形磁场，磁通泄露减少，每个弧形线圈的电流可单独控制。

Description

一种环形磁路的磁流变减振器

技术领域

本发明涉及一种用于汽车悬架系统中的磁流变减振器，利用电磁反应，以来自监测车身和车轮运动传感器的输入信息为基础，提供快速、平顺、连续可变的阻尼力，减少车身振动并增加轮胎与各种路面的附着力。

背景技术

磁流变减振器凭借其优异的可控性在汽车悬架系统，尤其是高档汽车悬架系统中的应用越来越广泛。磁流变减振器普遍采用单级线圈或多级线圈缠绕于活塞上的磁路设计，在缸体内填充磁流变液体，磁流变液体是一种磁性软粒悬浮液，在线圈的磁场的作用下将改变液体流变特性（或产生流体阻力），从而在没有机电控制阀且机械装置简单的情形下，产生可控性强的阻尼力，对路况和驾驶环境做出实时响应。

中国发明专利公告号为CN102128231B的文献中提出一种用于改善阻尼力的带有主通道和次通道的磁流变活塞，在活塞体外圆周向有一凹槽，导线在凹槽内缠绕活塞体形成励磁线圈，活塞体作为线圈的铁芯用以引导磁场，线圈产生的磁场在活塞体凹槽两端凸起的引导下穿过阻尼通道，与液体流向垂直。为了更好的控制磁场的走向，还在活塞体外添加了导磁环，用于引导磁场。该磁流变活塞虽然能基本保证穿过阻尼通道的磁场与液体流向垂直，但将活塞体作为励磁线圈的磁芯，即使活塞体外添加了导磁环，活塞体两端的磁通泄露依然较多，能量利用率较低。中国发明专利公告号为CN104948647A的文献中提出一种磁流变减振器的活塞结构，为了增大阻尼力采用了两级线圈，但线圈形式与上述公告号为CN102128231B文献中的相同，都是将活塞体作为铁芯，所以同样存在磁通泄露的问题。中国发明专利公告号为CN101319699A的文献中提出一种具有环状外置磁场发生器的磁流变液减振器，将线圈缠绕在液压缸内筒上，并将阻尼通道设计为多级S形阻尼通道，从而保证磁场方向与阻尼通道内液体流向垂直，但是这种结构不仅存在着磁通泄露的问题，同时为了保护励磁线圈，更需在减振器上添加一个外缸筒，使磁流变减振器的结构过于复杂，加工难度与成本较高。

发明内容

本发明的目的在于针对现有磁流变减振器磁路结构设计上存在的问题，提出一种环形线圈的磁流变减振器，能优化磁场形状，减少活塞体两端的磁通泄露，提高减振器能量利用率，结构简单且易加工。

本发明为解决上述问题所采用的技术方案是：本发明具有缸体和活塞杆，活塞杆从缸体外经缸体上口处的密封盖向下伸入缸体内部，活塞杆和缸体的中心轴共线，缸体内部设有活塞组件和浮动活塞，活塞组件在浮动活塞的上方，活塞组件和浮动活塞的外侧壁匀与缸体内侧壁之间滑动密封，活塞组件和密封盖之间的空间形成上液腔，活塞组件和浮动活塞之间的空间形成下液腔，上液腔与下液腔内填充有磁流变液；浮动活塞的下方空间形成补偿气室，补偿气室内充高压惰性气体；活塞组件由活塞壳、上安装板、下安装板与线圈组件组成，活塞壳是下端开口的筒状，活塞壳外侧壁与缸体内侧壁之间滑动密封，在活塞壳内部从上至下沿轴向布置有上安装板、线圈组件和下安装板，活塞杆下端伸入活塞壳内固定连接上安装板；活塞组件上沿圆周方向均匀开有四个垂直的上下贯通的阻尼通道，连通上液腔和下液腔；所述线圈组件由4个相同的支架、4个相同的弧形铁芯与4个相同的弧形线圈组成，每个弧形铁芯外绕有一个弧形线圈，4个弧形线圈的旋向相同，电流流向相同；每个弧形铁芯的两端固定连接于一个支架上，4个弧形铁芯的中心轴线在同一水平圆周上，该圆周中心即线圈组件中心且在活塞杆中心轴上。

本发明采用上述技术方案后具有的优点是：

1、本发明采用环形磁路设计，环形磁路由几个相同的弧形线圈组成，线圈铁芯拼装后形状为圆环状，使产生磁场为环形磁场，磁路结构简单，磁场形状容易控制，磁通泄露减少，产生相同磁场所需线圈匝数较少，电流减小。

2、本发明产生阻尼力的大小可通过电流大小来调节，每个弧形线圈的电流可单独控制，除了可以通过电流大小对减振器进行控制外，也可通过对线圈分别控制以实现减振器阻尼力的分级调控。当需要较大的阻尼力时，车载电源对所有线圈提供较大的电流，线圈组件产生的磁场垂直穿过阻尼通道，磁流变液变为半固体，阻尼力增加。

3、本发明中线圈组件由几个相同的弧形线圈组成，每个弧形线圈可单独供电，当部分线圈发生故障无法工作时，其余线圈仍能正常工作，磁流变减振器不至于完全失效，因此具有失效自保护的功能，安全性更高。

4、本发明线圈组件中的几个弧形线圈的结构相同，减小了加工难度，降低生产成本。

附图说明

图1是本发明一种环形磁路的磁流变减振器的结构示意图；

图2是图1中活塞组件4的内部结构放大轴测视图；

图3是图2中线圈组件43放大后的轴测视图；

图4是图2中在活塞组件4处填充非导磁填充材料后的结构视图；

图5是本发明工作产生磁场原理示意图；

图中：1—活塞杆；2—密封盖；3—上液腔；4—活塞组件；5—下液腔；6—浮动活塞；7—补偿室；8—缸体；11—活塞杆中心孔；41—活塞壳；42—上安装板；43—线圈组件；44—下安装板；45—阻尼通道；46—非导磁填充材料；49—支架；47—弧形铁芯；48—弧形线圈；491—导线孔；492—阻磁缝隙；493—支架中心通孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式进一步阐述本发明，应理解下述具体实施方式仅用于本发明但不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“上”和“下”指的是附图中的方向。

如图1所示，本发明一种环形磁路的磁流变减振器包括缸体8和活塞杆1，活塞杆1中心开有活塞杆中心孔11。缸体8的开口朝上，开口处盖有密封盖2，密封盖2与缸体8之间静态密封。活塞杆1从缸体8外部经密封盖2伸入缸体8内部，并且活塞杆1和缸体8的中心轴共线。活塞杆1穿过密封盖2的中心孔，活塞杆1与密封盖2之间滑动密封。

在缸体8内部设有活塞组件4和浮动活塞6，活塞组件4在浮动活塞6的上方，活塞组件4和浮动活塞6的外侧壁匀与缸体8的内侧壁之间滑动密封。活塞组件4和浮动活塞6之间留有一段距离，浮动活塞6和缸体8底面之间也留有一段距离。活塞杆1的下端固定连接活塞组件4。活塞组件4和密封盖2之间的空间形成上液腔3，活塞组件4和浮动活塞6之间的空间形成下液腔5，浮动活塞6的下方空间形成补偿气室7。缸体8内的补偿气室7内充高压惰性气体，上液腔3与下液腔5内填充有磁流变液。浮动活塞6为圆柱形，使下液腔5和补偿气室7之间相互密封隔离，相互不连通。

如图2所示，活塞组件4由活塞壳41、上安装板42、下安装板44、线圈组件43与阻尼通道45组成。活塞壳41是下端开口的筒状结构，活塞壳41的外侧壁即活塞组件4外侧壁，活塞壳41的外侧壁与缸体8的内侧壁之间滑动密封。在活塞壳41内部从上至下沿轴向布置上安装板42、线圈组件43和下安装板44。活塞杆1的下端伸入活塞壳41内固定连接上安装板42。

线圈组件43的上端面固定连接于上安装板42、下端面固定连接于下安装板44，可以将线圈组件43和上、下安装板42、44通过凹槽或铆钉固定连接。下安装板44作为活塞壳41的下端面与活塞壳41固定连接，下安装板44的下表面与活塞壳41的下端面平齐。上安装板42、下安装板44、线圈组件43与活塞杆1同轴装配。活塞壳41、上安装板42、下安装板44和线圈组件43成为一个整体能够随着活塞杆1移动。上安装板42、下安装板44和线圈组件43的外径等于活塞壳41的内径。

在活塞组件4上，沿圆周方向均匀开有四个垂直的阻尼通道45，阻尼通道45上下贯通，连通上液腔3和下液腔5。

如图3所示，线圈组件43由4个相同的支架49、4个相同的弧形铁芯47与4个相同的弧形线圈48组成。每个弧形铁芯47外绕有一个弧形线圈48，每个弧形铁芯47的两端固定连接于一个支架49上，4个弧形铁芯47的中心轴线在同一水平圆周上，并且该圆周的中心即线圈组件43的中心，在活塞杆1的中心轴上。

每个支架49都是V形结构，V形的开口朝向活塞壳41的内侧壁，V形底部靠近活塞杆1。V形结构一个支架49的V形两侧壁分别固定连接一个弧形铁芯47的两端，即弧形铁芯47安装在支架49的V开口中。在相邻的两个支架49之间，在最近的两个V形侧壁之间留有空隙，该空隙是一段阻尼通道45。每个支架49的V形结构底部紧密围成一个垂直的支架中心通孔493，支架中心通孔493与活塞杆1同轴，支架中心通孔493的中心与4个弧形铁芯47的中心轴线所在的水平圆周的中心重合。

上安装板42、下安装板44上的阻尼通道45贯通上安装板42、下安装板44的外侧壁，阻尼通道45的外径等于上安装板42和下安装板44的外径，参见图2。阻尼通道45的内径要大于支架中心通孔493的外径，参见图3。

在每个支架49的V形结构底部开有水平的导线孔491，导线孔491与活塞杆1的活塞杆中心孔11相连通，用于引出弧形线圈48的导线，弧形线圈48的导线通过导线孔491、支架中心通孔493、活塞杆中心孔11向上引出后连接到外部电源上。

在每个支架49的V形两侧壁上都开有一个阻磁缝隙492，阻磁缝隙492靠近支架中心通孔493，阻磁缝隙492为上下狭长的通槽，将V形开口与阻尼通道45相连通，阻磁缝隙492用于减少支架49的磁漏。

如图2、3、4所示，上安装板42、下安装板44与线圈组件43组装后，除阻尼通道4-5除外，在线圈组件43与上安装板42、下安装板44之间有空隙，在弧形线圈48的外围空隙处用如环氧树脂等这些非导磁性材料4-6填充，非导磁性材料46的外径等于上安装板42和下安装板44的外径，如图4所示。

本发明工作时，活塞组件4在活塞杆1的作用下做上下垂直的往复运动，当活塞组件4在缸体8内往复运动时，磁流变液便通过阻尼通道45沿活塞组件4轴向上下流动，此时活塞组件4外部与缸体8内圆周滑动密封，无液体流通。如图5所示，当外部电源分别对4个弧形线圈48供电时，通过控制电流流向保证阻尼通道45两侧的弧形线圈48磁极相反，控制4个弧形线圈48的旋向相同，电流流向相同，使4个弧形线圈48磁场的N极与S极首尾衔接形成闭合的环形磁场，穿过阻尼通道45的磁场方向与阻尼通道45内的液体流向垂直。磁流变液从活塞组件4的阻尼通道45中流过产生阻尼力。车辆所需阻尼力较小时，车载电源不对弧形线圈4组件供电，即在零磁场的情况下，磁流变液表现为以牛顿流体通过阻尼通道45，产生的阻尼力较小。当需要较大的阻尼力时，车载电源对弧形线圈48提供一定的电流，弧形线圈48产生的磁场垂直穿过阻尼通道45，对磁流变液加载垂直于其流向的磁场时，磁流变液迅速由牛顿流体变为“半固体”，产生较大的阻尼力，且在磁饱和之前，磁场强度越大，磁流变液的剪切阻力越大，产生的阻尼力越大。车载电源可通过控制通过弧形线圈48的电流大小与弧形线圈4的通电个数来控制产生的环形磁场磁场强度的大小，从而控制减振器产生阻尼力的大小，同时每个弧形线圈48的电流可单独控制，实现阻尼力的分级可控。当其中一个弧形线圈48出现故障无法工作时，穿过其两端的阻尼通道45的磁场强度减弱，产生的阻尼力减小，但与之不相邻的另两个阻尼通道45内的磁场不受影响，阻尼力水平正常，因此，当一个弧形线圈48发生故障时，其余线圈仍能正常工作，减振器的出力水平会有所降低，但不会完全失效。

Claims (5)

1.一种环形磁路的磁流变减振器，包括缸体（8）和活塞杆（1），活塞杆（1）从缸体（8）外经缸体（8）上口处的密封盖（2）向下伸入缸体（8）内部，活塞杆（1）和缸体（8）的中心轴共线，其特征是：缸体（8）内部设有活塞组件（4）和浮动活塞（6），活塞组件（4）在浮动活塞（6）的上方，活塞组件（4）和浮动活塞（6）外侧壁匀与缸体（8）内侧壁之间滑动密封，活塞组件（4）和密封盖（2）之间的空间形成上液腔（3），活塞组件（4）和浮动活塞（6）之间的空间形成下液腔（5），上液腔（3）与下液腔（5）内填充有磁流变液；浮动活塞（6）的下方空间形成补偿气室（7），补偿气室（7）内充高压惰性气体；所述活塞组件（4）由活塞壳（41）、上安装板（42）、下安装板（44）与线圈组件（43）组成，活塞壳（41）是下端开口的筒状，活塞壳（41）外侧壁与缸体（8）内侧壁之间滑动密封，在活塞壳（41）内部从上至下沿轴向布置有上安装板（42）、线圈组件（43）和下安装板（44），活塞杆（1）下端伸入活塞壳（41）内固定连接上安装板（42）；活塞组件（4）上沿圆周方向均匀开有四个垂直的上下贯通的阻尼通道（45），连通上液腔（3）和下液腔（5）；所述线圈组件（43）由4个相同的支架（49）、4个相同的弧形铁芯（47）与4个相同的弧形线圈（48）组成，每个弧形铁芯（47）外绕有一个弧形线圈（48），4个弧形线圈（48）的旋向相同，电流流向相同；每个弧形铁芯（47）的两端固定连接于一个支架（49）上，4个弧形铁芯（47）的中心轴线在同一水平圆周上，该圆周的中心即线圈组件（43）中心且在活塞杆（1）中心轴上。

2.根据权利要求1所述一种环形磁路的磁流变减振器，其特征是：每个支架（49）都是V形结构，V形开口朝向活塞壳（41）的内侧壁，弧形铁芯（47）在V形开口中且弧形铁芯（47）的一端分别连接V形结构的一个侧壁，相邻的两个支架（49）之间且靠近的两个V形侧壁之间留有空隙，该空隙是一段阻尼通道（45）；每个支架（49）的V形结构底部紧密围成一个与活塞杆（1）同轴的支架中心通孔（493）。

3.根据权利要求2所述一种环形磁路的磁流变减振器，其特征是：活塞杆（1）中心开有活塞杆中心孔（11），在每个支架（49）的V形结构底部开有水平的导线孔（491），导线孔（491）与活塞杆中心孔（11）相连通。

4.根据权利要求2所述一种环形磁路的磁流变减振器，其特征是：每个支架（49）的V形两侧壁上都开有一个阻磁缝隙（492），连通支架（49）的V形开口与阻尼通道（45）。

5.根据权利要求1所述一种环形磁路的磁流变减振器，其特征是：在弧形线圈（48）的外围，除阻尼通道（4-5）外，在线圈组件（43）与上安装板（42）、下安装板（44）之间空隙处填充有非导磁性材料，非导磁性材料外径等于上安装板（42）和下安装板（44）外径。