CN106763446B - 一种变磁阻式磁流变阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变磁阻式磁流变阻尼器，包括壳体、上盖板、下盖板、上永磁体、下永磁体、第一磁阻调节板、第二磁阻调节板、第三磁阻调节板、第四磁阻调节板、传动轴、活动阻尼片组和固定阻尼片组；上永磁体和第一磁阻调节板位于第一空腔中，上永磁体和第一磁阻调节板固定连接；下永磁体和第二磁阻调节板位于第二空腔中，下永磁体和第二磁阻调节板固定连接；第一磁阻调节板和第二磁阻调节板通过连接装置连接，实现第一磁阻调节板和第二磁阻调节板转动；活动阻尼片组与传动轴固定连接，固定阻尼片组与壳体固定连接，活动阻尼片组和固定阻尼片组形成第一间隙，第一间隙中有磁流变液。该结构可降低能耗，减少发热量，无需额外的散热装置。

Description

一种变磁阻式磁流变阻尼器

技术领域

本发明涉及一种磁流变阻尼器，具体来说，涉及一种变磁阻式磁流变阻尼器。

背景技术

磁流变阻尼器是一种提供运动阻尼的装置。磁流变阻尼器主要用途是：利用阻尼耗能减震，在航天、航空、车辆、建筑抗震等行业广受重视；利用磁流变产生可控的阻尼力，在力控制技术、触觉再现、机器人等领域也有广泛的应用。

目前，磁流变阻尼器都采用线圈绕组产生可控的电磁场，从而控制磁流变液粘度，最终实现阻尼器阻尼可控的目的。其优点是：能够方便地产生可控的电磁场进而改变磁流变液的流体特性，最终得到可控的阻尼。但这种方法存在显著的缺点：线圈绕组是通过调节电流来产生可控电磁场的，实践表明，供电电压相同的条件下，电控磁流变阻尼器所需电流已经接近于相应的力矩电机，表明从能耗角度讲，电流控制的磁流变装置并无优点；其二，研究磁流变液流体特性改变的原理，我们发现磁流变液流变特性改变并不依赖于持续的能量输入，也就是说，磁流变阻尼器不是能耗型的阻尼器，因此，维持线圈绕组电磁场所需要的电能相对于磁流变阻尼器而言是额外的损耗，并不是磁流变阻尼器正常工作所必需的；其三，高能耗导致的强烈发热也使磁流变液的阻尼特性不稳定，并且需要补偿。磁流变阻尼器工作时，电流能耗大，特别是应用于建筑抗震、车辆阻尼制动的大型的磁流变阻尼装置，其能耗水平接近于甚至高于力矩电机的能耗。由于高能耗产生大量的热，使装置内部的磁流变液性能变坏，还由于额外的散热装置，使装置体积过大而十分笨重，影响了磁流变装置的应用与推广。上述缺陷都是磁流变装置长时间稳定运行必须解决的难题。这就制约了磁流阻尼器的推广应用。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是提供一种变磁阻式磁流变阻尼器，只需极低的能量就能在全动态范围内实现磁流变阻尼器的控制，因而可实现降低能耗，减少发热量，无需额外的散热装置，此外，所采用的方法从结构上讲也非常简单，易于实现。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明实施例采用的技术方案为：

一种变磁阻式磁流变阻尼器，该磁流变阻尼器包括壳体、上盖板、下盖板、上永磁体、下永磁体、第一磁阻调节板、第二磁阻调节板、第三磁阻调节板、第四磁阻调节板、传动轴、活动阻尼片组和固定阻尼片组；所述上盖板固定连接在壳体的顶端，下盖板固定连接在壳体的底端，传动轴两端穿过壳体，且与上盖板和下盖板可转动连接；所述第三磁阻调节板、第四磁阻调节板分别与壳体固定连接，第三磁阻调节板和上盖板之间形成第一空腔，第四磁阻调节板和下盖板之间形成第二空腔，第三磁阻调节板和第四磁阻调节板之间形成第三空腔；所述上永磁体和第一磁阻调节板位于第一空腔中，且上永磁体和第一磁阻调节板固定连接；所述下永磁体和第二磁阻调节板位于第二空腔中，且下永磁体和第二磁阻调节板固定连接；第一磁阻调节板和第二磁阻调节板通过连接装置连接，实现第一磁阻调节板和第二磁阻调节板转动；所述活动阻尼片组和固定阻尼片组位于第三空腔中，活动阻尼片组与传动轴固定连接，固定阻尼片组与壳体固定连接，且活动阻尼片组和固定阻尼片组之间形成第一间隙，所述第一间隙中有磁流变液。

作为优选例，所述的第三磁阻调节板和第四磁阻调节板结构相同；所述的第三磁阻调节板包括上固定栅和上导磁材料件，上固定栅由不导磁的材料制成，且上固定栅上设有第一通孔，上导磁材料件固定连接在第一通孔中。

作为优选例，所述的第一通孔呈扇形，且沿上固定栅周向均匀分布。

作为优选例，所述的上固定栅中心设有上中心孔，上中心孔的内壁上设有上密封圈，上密封圈与传动轴相适配。

作为优选例，所述的活动阻尼片组中的活动阻尼片和固定阻尼片组中的固定阻尼片交错布设，相邻的固定阻尼片和活动阻尼片之间的距离为0.2～1.6毫米。

作为优选例，所述的第一磁阻调节板包括上支架、第一齿轮和第二齿轮，所述的上支架中设有第一连通孔和第二连通孔，且第一连通孔和第二连通孔相交，第一齿轮位于第一连通孔中，第二齿轮位于第二连通孔中，且第一齿轮和第二齿轮在第一连通孔和第二连通孔相交处啮合；第一齿轮中设有第一容纳孔，上永磁体嵌至在第一容纳孔中。

作为优选例，所述第二磁阻调节板包括下支架、第三齿轮和第四齿轮，所述的下支架中设有第三连通孔和第四连通孔，且第三连通孔和第四连通孔相交，第三齿轮位于第三连通孔中，第四齿轮位于第四连通孔中，且第三齿轮和第四齿轮在第三连通孔和第四连通孔相交处啮合；第三齿轮中设有第二容纳孔，下永磁体嵌至在第二容纳孔中。

作为优选例，所述的第一齿轮的直径大于第二齿轮的直径，第三齿轮的直径大于第四齿轮的直径。

作为优选例，所述的连接装置为双轴伸出的电机，电机的双轴分别与第二齿轮和第四齿轮连接。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：本发明提出了一种直接控制外加磁场的装置，用可变磁阻元件控制恒定磁场的磁通量，达到控制磁流变阻尼。这种装置的优点在于：

1、能耗极低，由于采用磁铁励磁，因此主要的能耗为控制磁路磁阻的运动能耗，相比于励磁线圈的能耗完全可以忽略不计。本发明中采用控制上永磁体和下永磁体与固定栅上的上导磁材料件和下导磁材料件的重合面积，从而控制通过壳体内腔的磁场强度，使腔体内总磁流变液的粘度发生变化，最终控制固定阻尼片组和活动阻尼片组之间的阻尼力。此过程采用磁铁励磁，能耗低。

2、最大限度在减小了发热量，本发明的装置的热源仅限于阻尼器运动时由于流变液内部摩擦产生的热量，由于是半凝胶状的液体内部摩擦，其发热量极少。

3、由于省去了励磁绕组，同时无需散热结构，使装置重量更轻，体积更小，适用性更好，成本更低。本发明实施例由于依靠调节第一磁阻调节板和第三磁阻调节板，以及第二磁阻调节板和第四磁阻调节板间的相对位置，实现磁路中磁场强度的调节，调节所需要的能量仅用于克服调节磁阻调节板的摩擦力。与传统线圈电流励磁的电磁场直接调节方式相比，本发明所需的能量几乎可忽略不计，不仅仅节能效果好，还从根本上解决了线圈发热的问题。

附图说明

图1是本发明实施例的结构剖视图；

图2是本发明实施例的结构图；

图3是本发明实施例中第三磁阻调节板的结构图；

图4是本发明实施例中第一磁阻调节板和第二磁阻调节板的装配结构图；

图5是本发明实施例的部件爆炸图。

图中有：壳体7、上盖板11、下盖板12、上永磁体21、下永磁体22、第一磁阻调节板31、第二磁阻调节板32、第三磁阻调节板41、第四磁阻调节板42、传动轴8、活动阻尼片组81、固定阻尼片组71、磁流变液5、上支架311、螺钉111、上密封圈413、上轴承114、第二齿轮312、电机313、上固定栅411、分隔环82、分隔套环72、下固定栅421、下支架321、螺钉121、下轴承124、下密封圈423、第四齿轮322、上导磁材料件412、第一通孔4111、上中心孔4112、密封圈413、第一齿轮212、第三齿轮222、第一平面801、第二平面821、止动凸起711、内壁槽701、下导磁材料件422。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。

如图1所示，本发明实施例的一种变磁阻式磁流变阻尼器，包括壳体7、上盖板11、下盖板12、上永磁体21、下永磁体22、第一磁阻调节板31、第二磁阻调节板32、第三磁阻调节板41、第四磁阻调节板42、传动轴8、活动阻尼片组81和固定阻尼片组71。所述上盖板11固定连接在壳体7的顶端，下盖板12固定连接在壳体7的底端，传动轴8两端穿过壳体7，且与上盖板11和下盖板12可转动连接。所述第三磁阻调节板41、第四磁阻调节板42分别与壳体7固定连接，第三磁阻调节板41和上盖板11之间形成第一空腔，第四磁阻调节板42和下盖板12之间形成第二空腔，第三磁阻调节板41和第四磁阻调节板42之间形成第三空腔。所述上永磁体21和第一磁阻调节板31位于第一空腔中，且上永磁体21和第一磁阻调节板31固定连接。所述下永磁体22和第二磁阻调节板32位于第二空腔中，且下永磁体22和第二磁阻调节板32固定连接；第一磁阻调节板31和第二磁阻调节板32通过连接装置连接，实现第一磁阻调节板31和第二磁阻调节板32转动。所述活动阻尼片组81和固定阻尼片组71位于第三空腔中，活动阻尼片组81与传动轴8固定连接，固定阻尼片组71与壳体7固定连接，且活动阻尼片组81和固定阻尼片组71之间形成间隙，所述空隙中有磁流变液5。

上述结构的磁流变阻尼器中，所述的上盖板11由不导磁的材料制成，上盖板11中设有上轴承114；所述的下盖板12由不导磁的材料制成，下盖板12中设有下轴承124；传动轴8通过上轴承114与上盖板11连接，并通过下轴承124与下盖板12连接。传动轴8支撑在上盖板11和下盖板12上，可自由转动。活动阻尼片组81与固定阻尼片组71之间留有的空隙，用于容纳磁流变液5。上永磁体21和第一磁阻调节板31固定连接，所以上永磁体21可跟随第一磁阻调节板31转动。下永磁体22和第二磁阻调节板32固定连接，所以下永磁体22可跟随第二磁阻调节板32转动。上永磁体21和下永磁体22之间形成磁路，而磁路的磁阻由第一磁阻调节板31、第二磁阻调节板32、第三磁阻调节板41、第四磁阻调节板42调节控制。第一磁阻调节板31和第二磁阻调节板32通过连接装置连接，可实现第一磁阻调节板31和第二磁阻调节板32同步转动，从而调节上永磁体21和下永磁体22之间磁路的磁阻。

作为优选例，所述的第三磁阻调节板41和第四磁阻调节板42结构相同。如图3所示，所述的第三磁阻调节板41包括上固定栅411和上导磁材料件412，上固定栅411由不导磁的材料制成，且上固定栅411上设有第一通孔4111，上导磁材料件412固定连接在第一通孔4111中。所述的第四磁阻调节板42包括下固定栅421和下导磁材料件422，下固定栅421由不导磁的材料制成，且下固定栅421上设有第二通孔，下导磁材料件422固定连接在第二通孔中。

作为优选，所述的第一通孔4111呈扇形，且沿上固定栅411周向均匀分布。所述的第二通孔呈扇形，且沿下固定栅421周向均匀分布。

作为优选例，所述的上固定栅411中心设有上中心孔4112，上中心孔4112的内壁上设有密封圈413，密封圈413与传动轴8相适配。同样，下固定栅421中心设有下中心孔，下中心孔的内壁上设有下密封圈423，下密封圈423与传动轴8相适配。

作为优选例，所述的活动阻尼片组81中的活动阻尼片和固定阻尼片组71中的固定阻尼片交错布设，相邻的固定阻尼片和活动阻尼片之间的距离为0.2～1.6毫米。

作为优选例，如图2和图4所示，所述的第一磁阻调节板31包括上支架311、第一齿轮212和第二齿轮312，所述的上支架311中设有第一连通孔和第二连通孔，且第一连通孔和第二连通孔相交，第一齿轮212位于第一连通孔中，第二齿轮312位于第二连通孔中，且第一齿轮212和第二齿轮312在第一连通孔和第二连通孔相交处啮合；第一齿轮212中设有第一容纳孔，上永磁体21嵌至在第一容纳孔中。第一齿轮212由不导磁的材料制成。如图中所示，第一容纳孔为扇形，也可以设置成其它形状。上支架311的厚度大于第一齿轮212和第二齿轮312，因此，两个齿轮可以在上支架311围成的空间内自由转动。另外，在上支架311的边缘设置螺孔，利用螺钉111将上支架311固定连接在壳体7上。

如图2和图4所示，第二磁阻调节板32具有和第一磁阻调节板31相同的结构。具体来说，所述第二磁阻调节板32包括下支架321、第三齿轮222和第四齿轮322，所述的下支架321中设有第三连通孔和第四连通孔，且第三连通孔和第四连通孔相交，第三齿轮222位于第三连通孔中，第四齿轮322位于第四连通孔中，且第三齿轮222和第四齿轮322在第三连通孔和第四连通孔相交处啮合；第三齿轮222中设有第二容纳孔，下永磁体22嵌至在第二容纳孔中。另外，在下支架321的边缘设置螺孔，利用螺钉121将下支架321固定连接在壳体7上。

作为优选，所述的第一齿轮212的直径大于第二齿轮312的直径，第三齿轮222的直径大于第四齿轮322的直径。

在上述实施例中，所述的连接装置为双轴伸出的电机313，电机313的双轴分别与第二齿轮312和第四齿轮322连接。通过电机313带动第二齿轮312和第四齿轮322同步转动，实现第一齿轮212和第三齿轮222的同步转动。

上述结构的阻尼器中，壳体7是一个不导磁的圆环形腔体，腔体内壁加工有内壁槽701。圆环形腔体内部安装一固定阻尼片组71和一组分隔套环72，分隔套环72的作用是分隔相邻的两片固定阻尼片，并使之保持合适的距离。每片固定阻尼片由不导磁的材料制成，其上设有与内壁槽701相适应的止动凸起711。安装时，固定阻尼片组71的外圆与壳体7的内孔配合，用于设定固定阻尼片的中心。止动凸起711安装在内壁槽701内，用于防止固定阻尼片相对于壳体7的旋转运动。

传动轴8采用不导磁的材料制造。传动轴8上安装一组分隔环82和一活动阻尼片组81。分隔环82的作用是分隔相邻两片活动阻尼片81，并使之保持合适的距离。活动阻尼片组81由不导磁的材料制成。在传动轴8安装活动阻尼片的部位设有第一平面801，活动阻尼片组81的安装孔上设有第二平面821，第一平面801与第二平面821相配合，可以约束活动阻尼片组81相对于传动轴8的转动。

上述结构的阻尼器中工作时，双轴伸出的电机313带动第二齿轮312和第四齿轮322同步转动，从而使安装有永磁铁的第一齿轮212和第三齿轮222也同步旋转。当位于第一齿轮212上的上永磁体21、第三磁阻调节板41上的上导磁材料件412、第三齿轮222上的下永磁体22和第四磁阻调节板42上的下导磁材料件422完全对正时，通过填充于第一间隙内的磁流变液5的磁通最大。当位于第一齿轮212上的上永磁体21和第三磁阻调节板41上的上导磁材料件412相互错开，位于第三齿轮222上的下永磁体22和第四磁阻调节板42上的下导磁材料件422相互错开时，通过填充于第一空隙内磁流变液5的磁通变小。

当位于第一齿轮212上的上永磁体21和第三磁阻调节板41上的上导磁材料件412完全错开，位于第三齿轮222上的下永磁体22和第四磁阻调节板42上的下导磁材料件422完全错开时，通过填充于第一空隙内磁流变液5的磁通最小。

由此可见，本发明的装置可以控制上永磁体21和上导磁材料件412的重合面积，以及下永磁体22和下导磁材料件422的重合面积，从而控制第一间隙内磁通量的大小，最终使壳体7内磁流变液的粘度发生变化，从而使固定阻尼片组71与活动阻尼片组82之间的阻尼发生变化，实现阻尼控制的目的。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种变磁阻式磁流变阻尼器，其特征在于，该磁流变阻尼器包括壳体(7)、上盖板(11)、下盖板(12)、上永磁体(21)、下永磁体(22)、第一磁阻调节板(31)、第二磁阻调节板(32)、第三磁阻调节板(41)、第四磁阻调节板(42)、传动轴(8)、活动阻尼片组(81)和固定阻尼片组(71)；

所述上盖板(11)固定连接在壳体(7)的顶端，下盖板(12)固定连接在壳体(7)的底端，传动轴(8)两端穿过壳体(7)，且与上盖板(11)和下盖板(12)可转动连接；

所述第三磁阻调节板(41)、第四磁阻调节板(42)分别与壳体(7)固定连接，第三磁阻调节板(41)和上盖板(11)之间形成第一空腔，第四磁阻调节板(42)和下盖板(12)之间形成第二空腔，第三磁阻调节板(41)和第四磁阻调节板(42)之间形成第三空腔；

所述上永磁体(21)和第一磁阻调节板(31)位于第一空腔中，且上永磁体(21)和第一磁阻调节板(31)固定连接；

所述下永磁体(22)和第二磁阻调节板(32)位于第二空腔中，且下永磁体(22)和第二磁阻调节板(32)固定连接；第一磁阻调节板(31)和第二磁阻调节板(32)通过连接装置连接，实现第一磁阻调节板(31)和第二磁阻调节板(32)转动；

所述活动阻尼片组(81)和固定阻尼片组(71)位于第三空腔中，活动阻尼片组(81)与传动轴(8)固定连接，固定阻尼片组(71)与壳体(7)固定连接，且活动阻尼片组(81)和固定阻尼片组(71)之间形成第一间隙，所述第一间隙中有磁流变液(5)。

2.按照权利要求1所述的变磁阻式磁流变阻尼器，其特征在于，所述的第三磁阻调节板(41)和第四磁阻调节板(42)结构相同；所述的第三磁阻调节板(41)包括上固定栅(411)和上导磁材料件(412)，上固定栅(411)由不导磁的材料制成，且上固定栅(411)上设有第一通孔(4111)，上导磁材料件(412)固定连接在第一通孔(4111)中。

3.按照权利要求2所述的变磁阻式磁流变阻尼器，其特征在于，所述的第一通孔(4111)呈扇形，且沿上固定栅(411)周向均匀分布。

4.按照权利要求2所述的变磁阻式磁流变阻尼器，其特征在于，所述的上固定栅(411)中心设有上中心孔(4112)，上中心孔(4112)的内壁上设有上密封圈(413)，上密封圈(413)与传动轴(8)相适配。

5.按照权利要求1所述的变磁阻式磁流变阻尼器，其特征在于，所述的活动阻尼片组(81)中的活动阻尼片和固定阻尼片组(71)中的固定阻尼片交错布设，相邻的固定阻尼片和活动阻尼片之间的距离为0.2～1.6毫米。

6.按照权利要求1所述的变磁阻式磁流变阻尼器，其特征在于，所述的第一磁阻调节板(31)包括上支架(311)、第一齿轮(212)和第二齿轮(312)，所述的上支架(311)中设有第一连通孔和第二连通孔，且第一连通孔和第二连通孔相交，第一齿轮(212)位于第一连通孔中，第二齿轮(312)位于第二连通孔中，且第一齿轮(212)和第二齿轮(312)在第一连通孔和第二连通孔相交处啮合；第一齿轮(212)中设有第一容纳孔，上永磁体(21)嵌至在第一容纳孔中。

7.按照权利要求6所述的变磁阻式磁流变阻尼器，其特征在于，所述第二磁阻调节板(32)包括下支架(321)、第三齿轮(222)和第四齿轮(322)，所述的下支架(321)中设有第三连通孔和第四连通孔，且第三连通孔和第四连通孔相交，第三齿轮(222)位于第三连通孔中，第四齿轮(322)位于第四连通孔中，且第三齿轮(222)和第四齿轮322在第三连通孔和第四连通孔相交处啮合；第三齿轮(222)中设有第二容纳孔，下永磁体(22)嵌至在第二容纳孔中。

8.按照权利要求7所述的变磁阻式磁流变阻尼器，其特征在于，所述的第一齿轮(212)的直径大于第二齿轮(312)的直径，第三齿轮(222)的直径大于第四齿轮(322)的直径。

9.按照权利要求7所述的变磁阻式磁流变阻尼器，其特征在于，所述的连接装置为双轴伸出的电机(313)，电机(313)的双轴分别与第二齿轮(312)和第四齿轮(322)连接。