CN107524741A - 一种用于轮毂电机的磁流变弹性体悬置元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于轮毂电机的磁流变弹性体悬置元件，包括磁流变弹性体和至少一组设置在磁流变弹性体上的磁发生组件，磁流变弹性体呈圆筒状，每组磁发生组件均包括两个沿磁流变弹性体周向对称设置的电磁铁机构以及两个分别与各电磁铁机构连接的压阻传感器，电磁铁机构通过外接电源供电，产生初始磁场，初始磁场的磁感线穿过与该电磁铁机构对应的磁流变弹性体，压阻传感器与电磁铁机构匹配设置，并位于磁流变弹性体的内侧壁上，用于根据感应到的压力值改变输入电磁铁机构中的电流，使磁场强度产生变化，从而改变与电磁铁机构对应的磁流变弹性体的阻尼。与现有技术相比，本发明具有结构紧凑、阻尼动态可调等优点。

Description

一种用于轮毂电机的磁流变弹性体悬置元件
技术领域
本发明属于悬置元件领域，涉及一种磁流变弹性体悬置元件，尤其是涉及一种用于轮毂电机的磁流变弹性体悬置元件。
背景技术
磁流变弹性体功能复合材料，通过将微米或纳米级的软磁性颗粒分散在不同种类的载体中制备而成，由于其流变性能可以随外加磁场连续、快速、可逆地变化，磁敏智能软材料在建筑、振动控制和汽车工业等领域得到了广泛应用，并引起了越来越多的关注。
新型电动轮主要由电机、悬置系统、制动器、轮毂、轮辋、轮胎等组成。其与现有电动轮结构的不同之处在于：在轮毂电机定子(壳体)与车辆悬架臂之间设置有悬置元件、轮毂电机定子(壳体)与支撑轴之间设置有悬置元件、轮辋与电机转子之间设置有悬置元件，悬置元件一方面将部分非簧载质量转化为与簧载质量并联的质量，减小非簧载质量增加带来的不利影响，另一方面可以吸收路面传递给电机的振动能量，减小路面激励对电机结构的影响。而现有技术中的悬置元件一般都采用简单的普通橡胶件，减震效果有限。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于轮毂电机的磁流变弹性体悬置元件。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于轮毂电机的磁流变弹性体悬置元件，包括磁流变弹性体和至少一组设置在磁流变弹性体上的磁发生组件，所述的磁流变弹性体呈圆筒状，每组磁发生组件均包括两个沿磁流变弹性体周向对称设置的电磁铁机构以及两个分别与各电磁铁机构连接的压阻传感器，所述的电磁铁机构通过外接电源供电，产生初始磁场，初始磁场的磁感线穿过与该电磁铁机构对应的磁流变弹性体，所述的压阻传感器与电磁铁机构匹配设置，并位于磁流变弹性体的内侧壁上，用于根据感应到的压力值改变输入电磁铁机构中的电流，使磁场强度产生变化，从而改变与电磁铁机构对应的磁流变弹性体的阻尼。
优选地，磁流变弹性体为硅橡胶基磁流变弹性体或天然橡胶基磁流变弹性体。
优选地，所述的电磁铁机构包括两个圆心在磁流变弹性体中心轴上的弧形电磁铁，两个弧形电磁铁对称设置在磁流变弹性体的上端面和下端面，其中一个弧形电磁铁的N极和另一个弧形电磁铁的S极相对设置。
通过将一个弧形电磁铁的N极和另一个弧形电磁铁的S极相对设置，使得两个弧形电磁铁之间的磁感线沿磁流变弹性体的轴向方向穿过磁流变弹性体，从而使磁流变弹性体中的磁性颗粒在磁场的作用下，呈现出沿磁流变弹性体的轴向方向的链状或柱状结构，该悬置元件起减震作用时，磁流变弹性体的变形方向是沿磁流变弹性体的径向方向(垂直于轴向方向)，从而使得磁流变弹性体变形时，对呈链状或柱状结构的磁性颗粒产生切割，呈链状或柱状结构的磁性颗粒会阻止变形，从而起到增大磁流变弹性体的阻尼的作用。
优选地，所述的磁流变弹性体的上端面和下端面均设有环形凸台，所述的环形凸台的外边缘位于磁流变弹性体各端面的外边缘之内，环形凸台上设有与弧形电磁铁相匹配的电磁铁安装槽，所述的弧形电磁铁设置在电磁铁安装槽中。
通过设置环形凸台，并将弧形电磁铁安装在环形凸台的电磁铁安装槽中，使弧形电磁铁与工作平面不在一个弧面上，从而使得磁流变弹性体变形时，不会对电磁铁产生破坏，充分考虑了悬挂元件的寿命和可靠性，大大提高了其实用性。
优选地，所述的压阻传感器贴合设置在磁流变弹性体内侧壁上。
压阻传感器可以通过粘连贴合在与电磁铁机构匹配的磁流变弹性体内侧壁上，与电磁铁机构匹配的磁流变弹性体即磁流变弹性体的工作区域，其目的是为了在振动通过穿设在磁流变弹性体的内部的轴传递时，磁流变弹性体就可以由压阻传感器的变化来控制磁流变弹性体本身的阻尼，若压阻传感器设置的位置不对，可能其直接压在工作区域，但压阻传感器不能到动态识别振动作用，从而无法对工作区域的磁流变弹性体的阻尼进行动态调节。
优选地，所述的压阻传感器呈弧形片状，压阻传感器与磁流变弹性体内侧壁形状相匹配，并沿磁流变弹性体内侧壁轴向通长设置。
优选地，该磁流变弹性体悬置元件还包括外壳，所述的外壳由环形底板、连接在环形底板上并同轴设置的内筒和外筒组成，所述的外壳与磁流变弹性体插接连接。
外壳的作用不仅仅是固定弧形电磁铁和压阻传感器，其材料可以选择橡胶，本身自然提供了减震的作用，可以提高悬置元件的横向减震能力。使用时，可以采用两个外壳从磁流变弹性体的两端与磁流变弹性体插接连接；也可以只从磁流变弹性体的一端与磁流变弹性体插接连接，另一端单独定位。使用外壳时，振动依次经过外壳的内筒、压阻传感器和磁流变弹性体进行传递。
优选地，所述的初始磁场使得与电磁铁机构对应的磁流变弹性体的阻尼大于磁流变弹性体的本征阻尼。
优选地，磁流变弹性体的阻尼与压阻传感器感应到的压力值正相关。
所述的用于轮毂电机的磁流变弹性体悬置元件的应用，将两个所述的悬置元件分别套设于电动轮的轮毂电机的主轴的两端。
由于路面激励大多来自于轮胎的中间段，在轮胎传递振动的过程中，中间段的压力远大于两端的压力，这就导致常规的橡胶元件的磨损状态不一，减震能力在不同地方有局限性。为此取消原来包裹整个轴的橡胶元件，在轮毂电机主轴的两端分别安装本发明的悬置元件，不仅将压力分摊为原来的一半，并且可以在主轴两端设置初始阻尼来适应不同的部位的减震要求。同时，随着汽车的运行，与电磁铁连接的压阻传感器动态的改变元件的阻尼，对汽车平顺性的有着显著的提高。
优选地，每个悬置元件具有一组设置在磁流变弹性体上的磁发生组件，该组磁发生组件的两个电磁铁机构分别位于轮毂电机的主轴的上方和下方。
由于汽车运行过程中，主轴振动主要在竖向方向上，因此，每个悬置元件具有一组设置在磁流变弹性体上的磁发生组件即可，并且使该组磁发生组件的两个电磁铁机构分别位于轮毂电机的主轴的上方和下方。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)悬置元件阻尼可调，采用磁流变弹性体，在不同的磁场强度下，元件的阻尼不同，工作效率高；另一方面的阻尼可调，也在于初始阻尼的调节，可以通过安装时调节初始磁场来控制，或通过改变磁流变液弹性体内部质量分数(例如弹性体内橡胶和纳米级铁粉的质量比、使用的橡胶种类等)。
(2)结构紧凑，节约空间；
(3)动态可调；随着汽车运行的过程中，阻尼大小可以根据压阻传感器和电磁铁调节，提高了动态平顺性。
(4)刚度更强，相对比普通的橡胶悬置元件，本发明内含铁粉，其刚度更强，可以承受更加强的振动和冲击。正是由于其刚度更强，在可以替代原来的充满整个轴的弹性轴套，相当于传递到轴上的振动全部压在本专利的原件上，其刚度强是必要的。
(5)寿命较长；通过设置外壳，提高了悬置元件的抗磨损能力，而且即使外壳磨损之后，其仍然起作用，直到压阻传感器磨损失效后，才失去其动态调节的作用，此时仍可以作为一般的悬置元件来使用。更进一步的，可以很方便的通过检测压阻传感器所在电路中的通断情况获知悬置元件的阻尼动态调节功能是否失效。
(6)安装方式更加灵活，可根据具体工况和具体振动受力集中的地方来选择安装的位置、安装个数、磁流变弹性体的大小等。
附图说明
图1为本发明的悬置元件的结构示意图；
图2为本发明的悬置元件的剖面结构示意图；
图3为本发明的悬置元件的主视结构示意图；
图4为本发明的外壳的机构示意图。
图中，1为磁流变弹性体，2为压阻传感器，3为环形凸台，4为电磁铁安装槽，5为环形底板，6为内筒，7为外筒，8为弧形电磁铁。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种用于轮毂电机的磁流变弹性体悬置元件，如图1～4(图1和图3未示出弧形电磁铁)所示，包括磁流变弹性体1和至少一组设置在磁流变弹性体上的磁发生组件，磁流变弹性体呈圆筒状，每组磁发生组件均包括两个沿磁流变弹性体周向对称设置的电磁铁机构以及两个分别与各电磁铁机构连接的压阻传感器2，电磁铁机构通过外接电源供电，产生初始磁场，初始磁场的磁感线穿过与该电磁铁机构对应的磁流变弹性体1，使得与电磁铁机构对应的磁流变弹性体1的阻尼大于磁流变弹性体1的本征阻尼。压阻传感器2与电磁铁机构匹配设置，并位于磁流变弹性体1的内侧壁上(本实施例中，压阻传感器2贴合设置在磁流变弹性体1内侧壁上，并且压阻传感器2呈弧形片状，压阻传感器2与磁流变弹性体1内侧壁形状相匹配，并沿磁流变弹性体1内侧壁轴向通长设置)，用于根据感应到的压力值改变输入电磁铁机构中的电流，使磁场强度产生变化，从而改变与电磁铁机构对应的磁流变弹性体1的阻尼，磁流变弹性体1的阻尼与压阻传感器2感应到的压力值正相关。电磁铁机构包括两个圆心在磁流变弹性体1中心轴上的弧形电磁铁8，两个弧形电磁铁8对称设置在磁流变弹性体1的上端面和下端面，其中一个弧形电磁铁8的N极和另一个弧形电磁铁8的S极相对设置(例如图2所示的悬置元件，磁流变弹性体1的上端面的弧形电磁铁8的S极朝下，下端面的弧形电磁铁8的N极朝上)。
考虑到悬挂元件的寿命和可靠性，为了提高该悬置元件的实用性，磁流变弹性体1的上端面和下端面均设有环形凸台3，环形凸台3的外边缘位于磁流变弹性体1各端面的外边缘之内，环形凸台3的内边缘与磁流变弹性体1各端面的内边缘齐平，如图3所示，环形凸台3上设有与弧形电磁铁8相匹配的电磁铁安装槽4，弧形电磁铁8设置在电磁铁安装槽4中。
为了固定弧形电磁铁和压阻传感器，以及提高悬置元件的横向减震性能，该磁流变弹性体悬置元件还包括外壳，外壳由环形底板5、连接在环形底板5上并同轴设置的内筒6和外筒7组成，如图4所示，使用时，外壳与磁流变弹性体1插接连接。
将本实施例的悬置元件应用于电动轮的轮毂电机，其中电动轮可以采用CN102673380A所公开的内置悬置集成式轮毂电机驱动电动轮，该专利中，连接壳体和节臂的弹性元件可以用本发明的悬置元件取代。同时，连接壳体与车轮支撑轴(即本发明中轮毂电机的主轴)的弹性元件也可以用本发明的悬置元件取代，此时，将两个悬置元件分别套设于电动轮的轮毂电机的主轴的两端，并且每个悬置元件具有一组设置在磁流变弹性体1上的磁发生组件，该组磁发生组件的两个电磁铁机构分别位于轮毂电机的主轴的上方和下方。在汽车行进过程中，压阻传感器根据感应到的压力值改变输入电磁铁机构中的电流，使磁场强度产生动态变化，从而实时的改变与电磁铁机构对应的磁流变弹性体的阻尼，来适应不同的路况。
由于路面激励大多来自于轮胎的中间段，在轮胎传递振动的过程中，中间段的压力远大于两端的压力，这就导致常规的橡胶元件的磨损状态不一，减震能力在不同地方有局限性。为此取消原来包裹整个轴的橡胶元件，在轮毂电机主轴的两端分别安装本发明的悬置元件，不仅将压力分摊为原来的一半，并且可以在主轴两端设置初始阻尼来适应不同的部位的减震要求。同时，随着汽车的运行，与电磁铁连接的压阻传感器动态的改变元件的阻尼，对汽车平顺性的有着显著的提高。

Claims (10)

1.一种用于轮毂电机的磁流变弹性体悬置元件，其特征在于，包括磁流变弹性体(1)和至少一组设置在磁流变弹性体上的磁发生组件，所述的磁流变弹性体呈圆筒状，每组磁发生组件均包括两个沿磁流变弹性体周向对称设置的电磁铁机构以及两个分别与各电磁铁机构连接的压阻传感器(2)，所述的电磁铁机构通过外接电源供电，产生初始磁场，初始磁场的磁感线穿过与该电磁铁机构对应的磁流变弹性体(1)，所述的压阻传感器(2)与电磁铁机构匹配设置，并位于磁流变弹性体(1)的内侧壁上，用于根据感应到的压力值改变输入电磁铁机构中的电流，使磁场强度产生变化，从而改变与电磁铁机构对应的磁流变弹性体(1)的阻尼。
2.根据权利要求1所述的一种用于轮毂电机的磁流变弹性体悬置元件，其特征在于，所述的电磁铁机构包括两个圆心在磁流变弹性体(1)中心轴上的弧形电磁铁(8)，两个弧形电磁铁(8)对称设置在磁流变弹性体(1)的上端面和下端面，其中一个弧形电磁铁(8)的N极和另一个弧形电磁铁(8)的S极相对设置。
3.根据权利要求2所述的一种用于轮毂电机的磁流变弹性体悬置元件，其特征在于，所述的磁流变弹性体(1)的上端面和下端面均设有环形凸台(3)，所述的环形凸台(3)的外边缘位于磁流变弹性体(1)各端面的外边缘之内，环形凸台(3)上设有与弧形电磁铁(8)相匹配的电磁铁安装槽(4)，所述的弧形电磁铁(8)设置在电磁铁安装槽(4)中。
4.根据权利要求1所述的一种用于轮毂电机的磁流变弹性体悬置元件，其特征在于，所述的压阻传感器(2)贴合设置在磁流变弹性体(1)内侧壁上。
5.根据权利要求4所述的一种用于轮毂电机的磁流变弹性体悬置元件，其特征在于，所述的压阻传感器(2)呈弧形片状，压阻传感器(2)与磁流变弹性体(1)内侧壁形状相匹配，并沿磁流变弹性体(1)内侧壁轴向通长设置。
6.根据权利要求1所述的一种用于轮毂电机的磁流变弹性体悬置元件，其特征在于，该磁流变弹性体悬置元件还包括外壳，所述的外壳由环形底板(5)、连接在环形底板(5)上并同轴设置的内筒(6)和外筒(7)组成，所述的外壳与磁流变弹性体(1)插接连接。
7.根据权利要求1所述的一种用于轮毂电机的磁流变弹性体悬置元件，其特征在于，所述的初始磁场使得与电磁铁机构对应的磁流变弹性体(1)的阻尼大于磁流变弹性体(1)的本征阻尼。
8.根据权利要求1所述的一种用于轮毂电机的磁流变弹性体悬置元件，其特征在于，磁流变弹性体(1)的阻尼与压阻传感器(2)感应到的压力值正相关。
9.如权利要求1～8任一所述的用于轮毂电机的磁流变弹性体悬置元件的应用，其特征在于，将两个所述的悬置元件分别套设于电动轮的轮毂电机的主轴的两端。
10.根据权利要求9任一所述的用于轮毂电机的磁流变弹性体悬置元件的应用，其特征在于，每个悬置元件具有一组设置在磁流变弹性体(1)上的磁发生组件，该组磁发生组件的两个电磁铁机构分别位于轮毂电机的主轴的上方和下方。
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