CN106402256A - 内置平行线圈的多通道磁流变阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内置平行线圈的多通道新型磁流变阻尼器，其包括阻尼器缸筒和活塞本体，活塞本体由活塞杆、两个平行的线圈、两个挡板、内套筒、外套通、两个磁环、两个隔板以及两个线圈盖组成。所述的线圈1缠绕在活塞杆上，所述的线圈2缠绕在内套筒上。在所述的挡板和磁环之间形成径向的节流通道，在所述的活塞杆和内套筒之间形成环形节流通道。活塞杆运动时，磁流变液通过径向和环形节流通道在腔室Ⅰ和腔室Ⅱ中交换流动，腔室Ⅰ 和腔室Ⅱ 之间形成压力差而产生阻尼力，当改变线圈中通电电流的大小，阻尼力的大小会随之改变。本发明涉及的磁流变阻尼器结构紧凑，具有连续可调、可控阻尼范围大等特点，适合于航空航天、机械、土木领域的减振应用。

Description

内置平行线圈的多通道磁流变阻尼器

技术领域

本发明涉及一种磁流变阻尼器，尤其涉及一种内置平行线圈的多通道磁流变阻尼器。

背景技术

磁流变液是一种性能优良的智能材料，其在磁场的作用下能够瞬间由流动性良好的牛顿流体转变为半固体，并且这种变化具有连续、可控、可逆等特点。利用磁流液的这种特点，制作的磁流变阻尼器具有反应快速、功耗低、结构简单等优异性能，可以作为一种应用前景良好的半主动作动装置，在电子控制和机械系统之间提供简单和快速反应的接口。近年来，磁流变阻尼器被广泛应用于机械、土木、航空航天等领域。

传统的磁流变阻尼器通常将线圈缠绕在活塞的凹槽中，并在活塞外圈部分开设阻尼通道，或者利用活塞外表面与缸筒内壁形成阻尼通道。工作过程中，磁流变液在阻尼通道中流动，励磁线圈通电产生垂直于磁流变液流动方向的磁场，进而在磁场的作用下产生可控阻尼力。在磁路未达到饱和的情况下，通过调节通电电流的大小，可以对磁流变阻尼器产生的阻尼力大小进行控制。通过增大阻尼器缸筒内径或者减小阻尼通道宽度往往可以提高磁流变阻尼器的最大阻尼出力。然而，增大阻尼器缸筒内径会使磁流变阻尼器的体积和重量增大；减小阻尼通道宽度会导致零场状态下的阻尼力大大增加，从而使磁流变阻尼器的可控范围大大减小，另外，还容易导致磁流变液在阻尼通道中发生堵塞现象。

于是，有学者对传统磁流变阻尼器的结构进行了改进，主要包括对磁流变阻尼器的线圈缠绕方式和阻尼通道的布置形式进行改进。其中，对线圈形式的改进主要是讲传统磁流变阻尼器中的单线圈缠绕方式改成了多线圈布置方式，从而来增大磁流变阻尼器的有效节流通道的长度，但是，他们对线圈缠绕方式的改进往往是在活塞杆上另外再增加几级线圈，所有的线圈是沿活塞杆共线布置的。这种改进方式虽然能提高磁流变阻尼器的节流通道的有效长度，但必须增加活塞的总长度，这势必会导致磁流变阻尼器的结构尺寸增大很多，结构显得臃肿。另外，对阻尼通道的改进主要是通过改变导磁材料的布置方式来增加径向节流通道，但是，这种改进方式往往会增大磁流变阻尼器活塞的直径，而且，这种改进往往难以与第一种方式结合起来使磁流变阻尼器的效率最大化。

因此，十分有必要对传统磁流变阻尼器的结构形式进行优化改进，设计一种结构紧凑、输出可控阻尼力大、阻尼力调节范围宽的磁流变阻尼器。这有利于扩宽磁流变阻尼器的工程应用前景。

发明内容

为了克服背景技术中提到的问题，并且结合磁流变阻尼器的实际使用要求，本发明提出一种结构紧凑、阻尼性能良好的内置平行线圈的多通道磁流变阻尼器，其能够降低磁流变阻尼器的体积和重量，并增大磁流变阻尼器的最大出力和阻尼力可控范围。所提出的磁流变阻尼器是在传统磁流变阻尼器的工作原理的基础上，对结构形式包括线圈的缠绕方式和节流通道的布置形式进行了全新改进。通过巧妙地增加非导磁零件将两种改进方式结合起来，并且双线圈采取平行布置的方式，大大增加了磁流变阻尼器的节流通道的有效长度，而且不用增加磁流变阻尼器活塞的长度。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种内置平行线圈的多通道磁流变阻尼器，包括：端盖、活塞杆、缸盖、缸筒、挡板1、线圈盖1、线圈1、内套筒、线圈盖2、挡板2、磁环1、隔板1、线圈2、外套筒、导线孔、隔板2以及磁环2；挡板1、磁环1、隔板1、活塞杆、隔板2、磁环2以及挡板2通过螺钉固定连接；缸筒与缸盖之间采用间隙配合进行连接，并通过密封圈进行密封；活塞杆的两端分别与缸筒和缸盖之间采用间隙配合进行连接，并通过密封圈进行密封；线圈1缠绕于活塞杆的绕线槽中，线圈2缠绕于内套筒上，线圈1和线圈2的引线由活塞杆上的导线孔和活塞杆的轴心引出；外套筒和缸筒之间采用过渡配合进行连接；磁环1、隔板1、隔板2以及磁环2分别与活塞杆采用过渡配合进行连接。

所述的磁环1和挡板1之间形成径向节流通道；所述的磁环2和挡板2之间形成径向节流通道；所述的磁环1、隔板1、活塞杆、隔板2以及磁环2与内套筒之间形成环形节流通道。

所述的线圈1缠绕在活塞杆中间的凹槽里，所述的线圈2缠绕在内套筒上，所述的线圈1和线圈2呈平行关系布置在活塞中。

所述的端盖、活塞杆、挡板1、内套筒、挡板2、磁环1、外套筒以及磁环2由低碳钢导磁材料制成；其余零件均有不导磁材料制成。

所述的线圈盖1卡在挡板1的凸槽和外套筒之间，所述的线圈盖2卡在挡板2的凸槽和外套筒之间。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

（1）该内置平行线圈的多通道磁流变阻尼器，能够在环形阻尼通道的大部分长度上产生垂直于节流通道的磁场，并且磁场集中在阻尼通道内，这大大提高阻尼通道的利用效率，从而大大提高磁流变阻尼器的最大阻尼出力。

（2）该内置平行线圈的多通道磁流变阻尼器，在磁环1和挡板1以及磁环2和挡板2之间增加了两条环形的节流通道，这十分有利于提高磁流变阻尼器的最大阻尼出力和阻尼力可调范围。

（3）该内置平行线圈的多通道磁流变阻尼器，可以对两个线圈采用并联的方式进行分别通电，也可以采用串联的方式一起通电。针对具体的工程应用环境对双线圈的通电方式进行调节，可以优化磁流变阻尼器的功耗以及性能，特别适用于机械、土木、航空航天等领域的不同减振需求。

附图说明

图1是本发明内置平行线圈的多通道磁流变阻尼器的结构示意图。

图2是图1的B-B剖视图。

图3是图1的A处放大图。

图4是线圈1通电时的所述磁流变阻尼器的磁力线分布示意图。

图5是线圈2通电时的所述磁流变阻尼器的磁力线分布示意图。

图6是线圈1和线圈2同时通电时的所述磁流变阻尼器的磁力线分布示意图。

附图标记：1—端盖、2—活塞杆、3—缸盖、4—缸筒、5—挡板1、6—线圈盖1、7—线圈1、8—内套筒、9—线圈盖2、10—挡板2、11—磁环1、12—隔板1、13—线圈2、14—外套筒、15—导线孔、16—隔板2、17—磁环2。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

图1所示为本发明内置平行线圈的多通道磁流变阻尼器的结构示意图，主要包括：端盖、活塞杆、缸盖、缸筒、挡板1、线圈盖1、线圈1、内套筒、线圈盖2、挡板2、磁环1、隔板1、线圈2、外套筒、导线孔、隔板2以及磁环2。

图2是图1的A-A剖视图，线圈1缠绕在活塞杆的凹槽内，线圈2缠绕在内套筒上，线圈1和线圈2平行布置，线圈1和线圈2的引线通过导线孔引出，然后通过活塞杆的内部和端盖的方槽引出到磁流变阻尼器之外。

图3是图1的A处放大图，磁环1、活塞杆以及磁环2与内套筒之间形成有效的环形节流通道；磁环1与挡板1形成径向节流通道，磁环2与挡板2形成径向节流通道；磁流变液通过两条径向节流通道和环形节流通道在腔室1和腔室2中交换流动。

图4是线圈1通电时的所述磁流变阻尼器的磁力线分布示意图，当线圈1中通电且线圈2中不通电时，由于电磁感应效应，会在活塞杆、环形节流通道以及内套筒之间形成环形闭合的磁场回路。

图5是线圈2通电时的所述磁流变阻尼器的磁力线分布示意图，当线圈1中不通电且线圈1中通电时，由于电磁感应效应，会在内套筒、环形节流通道、磁环1、径向节流通道、挡板1、外套筒、挡板2以及磁环2中形成蜿蜒的闭合的磁场回路。

图6是线圈1和线圈2同时通电时的所述磁流变阻尼器的磁力线分布示意图，当线圈1和线圈2中同时通电时，由于电磁感应效应，会同时在活塞杆、环形节流通道以及内套筒之间形成环形闭合的磁场回路，在内套筒、环形节流通道、磁环1、径向节流通道、挡板1、外套筒、挡板2以及磁环2中形成蜿蜒的闭合的磁场回路。

上述端盖、活塞杆、挡板1、内套筒、挡板2、磁环1、外套筒以及磁环2由低碳钢导磁材料制成；其余零件均有不导磁材料制成。

本发明的工作原理如下：

向腔室中缓缓注入磁流变液，并排除腔室中的气体，然后盖上缸盖和端盖。当线圈中没有通入电流时，在外界激励的作用下，活塞与缸筒之间会产生相对运动，磁流变液会通过节流通道流动，由于腔室Ⅰ 和腔室Ⅱ 存在压力差，磁流变阻尼器会产生较小的粘性阻尼力；当向线圈1或线圈2中通入一定大小的电流时，在活塞杆、环形节流通道以及内套筒之间形成环形闭合的磁场回路，或者在内套筒、环形节流通道、磁环1、径向节流通道、挡板1、外套筒、挡板2以及磁环2中形成蜿蜒的闭合的磁场回路，并且磁场方向与磁流变液的流动方向垂直，此时节流通道中磁流变液在磁场的作用下粘度增大，迅速由牛顿流体状态转变为半固体状态，其剪切屈服强度迅速增大并且会随着磁场强度的增大而继续增大，磁流变阻尼器会产生克服磁链作用的可控阻尼力。在磁路达到饱和状态之前，通过调节通入线圈电流的大小，来改变阻尼通道中磁场强度进而调节磁流变液的剪切应力，从而实现对磁流变阻尼器的阻尼出力大小的控制。

通过改变线圈1和线圈2的通电方式和电流大小，可以改变产生的磁路的形式及磁感应强度的大小，从而可以适应不同工程应用环境的需求。

Claims (4)

1.一种内置平行线圈的多通道磁流变阻尼器，其特征在于，包括：端盖（1）、活塞杆（2）、缸盖（3）、缸筒（4）、挡板1（5）、线圈盖1（6）、线圈1（7）、内套筒（8）、线圈盖2（9）、挡板2（10）、磁环1（11）、隔板1（12）、线圈2（13）、外套筒（14）、导线孔（15）、隔板2（16）以及磁环2（17）；挡板1（5）、磁环1（11）、隔板1（12）、活塞杆（2）、隔板2（16）、磁环2（17）以及挡板2（10）通过螺钉固定连接；缸筒（4）与缸盖（3）之间采用间隙配合进行连接，并通过密封圈进行密封；活塞杆（2）的两端分别与缸筒（4）和缸盖（3）之间采用间隙配合进行连接，并通过密封圈进行密封；线圈1（7）缠绕于活塞杆（2）的绕线槽中，线圈2（13）缠绕于内套筒（8）上，线圈1和线圈2的引线由活塞杆（2）上的导线孔（15）和活塞杆的轴心引出；外套筒（14）和缸筒（4）之间采用过渡配合进行连接；磁环1（11）、隔板1（12）、隔板2（16）以及磁环2（17）分别与活塞杆（2）采用过渡配合进行连接。

2.根据权利要求1所述的一种内置平行线圈的多通道磁流变阻尼器，其特征在于：所述的磁环1（11）和挡板1（5）之间形成径向节流通道；所述的磁环2（17）和挡板2（10）之间形成径向节流通道；所述的磁环1（11）、隔板1（12）、活塞杆（2）、隔板2（16）以及磁环2（17）与内套筒（8）之间形成环形节流通道。

3.根据权利要求1所述的一种内置平行线圈的多通道磁流变阻尼器，其特征在于：所述的线圈1（7）缠绕在活塞杆（2）中间的凹槽里，所述的线圈2（13）缠绕在内套筒（8）上，所述的线圈1（7）和线圈2（13）呈平行关系布置在活塞中。

4.根据权利要求1所述的一种内置平行线圈的多通道磁流变阻尼器，其特征在于：所述的端盖（1）、活塞杆（2）、挡板1（5）、内套筒（8）、挡板2（10）、磁环1（11）、外套筒（14）以及磁环2（17）由低碳钢导磁材料制成；其余零件均有不导磁材料制成。