CN107676419B - 一种磁流变液阻尼器自感应自供电的方法及阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种磁流变液阻尼器自感应自供电的方法及阻尼器，缸体充满磁流变液，活塞杆的一端在缸体内滑动，另外一端伸出缸体；缸体内的活塞杆上固定有活塞，电磁线圈缠绕在活塞的外表面的凹槽内；缸体的内侧壁与活塞的外侧壁间设有节流通道，所述活塞杆设置阶梯通孔，活塞杆最外端设置端盖，所述通孔内设置永磁体，所述永磁体与内置浮动活塞固定，内置浮动活塞与端盖间设置弹性元件，内感应线圈设置在永磁体的外侧；内感应线圈与电磁线圈用导线相连接。本发明优点：1、结构简单紧凑；2、具有防沉降作用；3、感应电能可搭配控制器等设备联合使用；4、本发明的发电效率较高。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁流变振动控制技术，具体说就是一种自供电自感应磁流变液阻尼器。
背景技术
磁流变阻尼器是一种以智能材料磁流变液为工作介质的半主动控制阻尼器，通过对输入电流或电压的控制，使其加载在磁流变液上的电磁场强度发生改变，进而可以在几十毫秒时间范围内使磁流变液的流变性能发生变化，实现流体和半固体之间的转变，从而能够提供可控阻尼力。相比于常规的液压阻尼器，磁流变阻尼器具有体积小、结构简单、阻尼力大、动态范围广、功耗低等优点，既具有被动控制的可靠性，又具有主动控制的出力可调性，正逐渐应用于汽车工程、建筑工程、航空航天等领域的振动控制，并取得了良好的控制效果。
目前磁流变减振技术离大规模的工程应用还有很大的距离，其中磁流变阻尼器的应用成本和可靠性是制约其广泛应用的两个主要原因。利用磁流变阻尼器构建智能振动控制系统的时候，需要配备电源设备给磁流变阻尼器供电以产生控制磁流变液的电磁场，同时还需要另外配备力传感器设备来测量外界振动力，以便根据外界振动力的变化来调整输入到活塞线圈上的电流大小，实现对外界振动的智能控制。而在实际工程应用过程中，外部电源设备和力传感器设备不但使整个振动控制系统变的复杂化，降低磁流变智能振动系统的可靠性，而且会大大地增加应用成本，这些都将阻碍磁流变振动能技术的大规模工程应用。
为解决此问题，有学者提供了“自供电”结构的磁流变阻尼器，其自供电的原理是:在磁流变阻尼器内部利用电磁原理产生电能，给磁流变阻尼器的励磁线圈供电，例如:公开号为201110342526.4的发明专利申请，在其说明书中公开了“一种自感知自供电自适应控制磁流变减振系统”，其在传统的双出杆磁流变阻尼器的基础上，将滚珠丝杆装置与活塞杆末端相连接，当磁流变减振器处于振动状态时，磁流变减振器活塞杆带动丝杠作直线运动，通过滚珠丝杠机构，转化为转子铁心及永久磁钢绕定子铁心及定子线圈的旋转切割磁力线运动，从而实现机械能向电能转换。由于该方案附加滚珠丝杆装置，对使用环境清洁要求较高，加大了磁流变阻尼器内部密封的难度，并且还占据了较大的轴向空间。又例如专利(201310471102.7)，提出了一种自供电磁流变阻尼器，在单出杆式磁流变阻尼器基础上，于补偿装置上布置发电装置，活塞杆推动浮动活塞带动永磁体作直线运动，切割固定在缸体上的感应装置发电，给磁流变减振器供电，其局限性在于，由于集成了补偿模块，电路模块，信号模块于缸体内侧，结构复杂，安装维护困难，而且同样存在轴向尺寸较大的问题。
发明内容
本发明针对普通磁流变振动控制系统需要外部电源设备以及阻尼器轴向尺寸较大的不足，提出一种不依赖外部电源输入，结构紧凑，同时可以自感知外界振动的自感应自供电的方法及其磁流变阻尼器。
本发明的技术方案为：
一种磁流变液阻尼器自感应自供电的方法，缸体充满磁流变液，内置浮动活塞用以补偿活塞杆进出缸体所造成的缸体内空间变化，内置浮动活塞和活塞杆通过弹性元件相连，电磁线圈和内感应线圈用导线连接；在承受工作荷载时，阻尼器一端的外力推动活塞杆相对于缸体做直线运动，活塞下端腔体内的磁流变液被压入活塞杆内通道，推动内置浮动活塞相对于活塞杆做直线运动，此时内置浮动活塞上的永磁体切割固定在活塞杆上的内感应线圈，产生感应电流，且电流的强弱变化随内置浮动活塞的振动情况而变，内感应线圈的电流通过导线传至活塞上的电磁线圈，产生相应大小的磁场，所述磁流变液在磁场作用下发生固化，且固化程度随磁场强度增强而增强，从而不断改变阻尼器内磁流变液的屈服阻尼力，实现了振动系统的自我调节和能量的回收利用。
本发明进一步公开了一种自供电自感应磁流变阻尼器，包括电磁线圈、磁流变液、缸体、活塞杆、内感应线圈、弹性元件、永磁体、内置浮动活塞、端盖和活塞；缸体充满磁流变液，活塞杆的一端在缸体内滑动，另外一端伸出缸体；缸体内的活塞杆上固定有活塞，电磁线圈缠绕在活塞的外表面的凹槽内；缸体的内侧壁与活塞的外侧壁间设有节流通道，所述活塞杆设置阶梯通孔，活塞杆最外端设置端盖，所述通孔内设置永磁体，所述永磁体与内置浮动活塞固定，内置浮动活塞与端盖间设置弹性元件，内感应线圈设置在永磁体的外侧；内感应线圈与电磁线圈用导线相连接。
活塞杆和缸体、活塞杆内表面和内置浮动活塞之间设置动密封和导向元件。
永磁体使得浸于磁流变液中的活塞杆具有磁性以减缓磁流变液沉降。
为使得内置浮动活塞的速度大于活塞杆的运动速度，活塞的截面积大于内置浮动活塞的截面面积。
内置浮动活塞的制作材料为不导磁材料。
本发明与现有技术相比，其有益效果如下：
1、本发明结构简单紧凑，将感应发电装置集成在活塞杆内，不同于一般自感应式磁流变液阻尼器的感应效应来源于在活塞杆与缸体相对运动上，需要配备较长的缸体。大大减少了阻尼器的体积和重量。
2、本发明结构具有一定的防沉降作用，磁流变阻尼液在静置状态下易发生沉降，影响其正常使用，本结构中活塞杆内设有供感应装置发电的永磁体，使得浸于磁流变液中的活塞杆也具有一定的磁性，可减缓沉降的产生和发展。
3、本发明适应范围较广，感应线圈位于阻尼器活塞杆末端，相对于传统将感应装置设于缸体内，该方案更方便将产生的感应电能进行收集或者作为传感器信号使用，以及在特殊场合下灵活搭配控制器等设备联合使用。
4、本发明的发电效率较高，自感应式阻尼器是通过线圈切割磁感应线的方式来产生电能，传统自感应式磁流变液阻尼器的感应部分在活塞杆上，所以切割运动速度受限于活塞运动速度。本发明的感应部分与内置浮动活塞相连，内置浮动活塞的速度来自于活塞杆外径进出缸体带来的空间变化，由于内置浮动活塞所在的活塞杆内径小于活塞杆外径，内置浮动活塞的速度将大于活塞杆运动的速度，与内置浮动活塞相连的感应部分会获得更快的切割速度，发电效率更高。
附图说明
图1为本发明结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。如图1所示，本发明包括电磁线圈1、磁流变液2、缸体3、活塞杆4、内感应线圈5、端盖6、弹性元件7、永磁体8、内置浮动活塞9、动密封10和活塞11；缸体3充满磁流变液2，活塞杆4的一端在缸体3内滑动，另外一端伸出缸体3；缸体3内的活塞杆4上固定有活塞11，电磁线圈1缠绕在活塞11的外表面的凹槽内；缸体3的内侧壁与活塞11的外侧壁间设有节流通道，所述活塞杆4设置阶梯通孔，活塞杆最外端设置端盖6，所述通孔内设置永磁体8，所述永磁体8与内置浮动活塞9固定，内置浮动活塞9与端盖6间设置弹性元件7，内感应线圈5设置在永磁体8的外侧；内感应线圈5与电磁线圈1用导线相连接。
活塞杆4和缸体3、活塞杆4内表面和内置浮动活塞9之间设置动密封10和导向元件。
永磁体8使得浸于磁流变液2中的活塞杆4具有磁性以减缓磁流变液沉降。
为使得内置浮动活塞的速度大于活塞杆的运动速度，活塞杆4的截面积大于内置浮动活塞9的截面面积。
内置浮动活塞9的制作材料为不导磁材料。
本发明的工作原理:
在承受工作荷载时，阻尼器一端的外力推动活塞杆相对于缸体做直线运动，活塞下端腔体内的磁流变液被压入活塞杆内通道，推动内置浮动活塞相对于活塞杆做直线运动，此时内置浮动活塞上的永磁体将切割固定在活塞杆上的内感应线圈，产生感应电流，且电流的强弱变化随内置浮动活塞的振动情况而变，内感应线圈的电流通过导线传至缸体内的活塞上的电磁线圈，产生相应大小的磁场，所述磁流变液在磁场作用下发生固化，且固化程度随磁场强度增强而增强，从而不断改变阻尼器内磁流变液的屈服阻尼力，实现了振动系统的自我调节和能量的回收利用。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细地说明，所属领域的普通技术人员应当理解:技术人员阅读本申请说明书后依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均未脱离本发明申请待批的权利要求保护范围之内。
Claims (4)
1.一种磁流变液阻尼器自感应自供电的方法，其特征在于：缸体充满磁流变液，内置浮动活塞用以补偿活塞杆进出缸体所造成的缸体内空间变化；内置浮动活塞设置在活塞杆内通道，电磁线圈缠绕在活塞的外表面的凹槽内，内置浮动活塞和活塞杆通过弹性元件相连，电磁线圈和内感应线圈用导线连接；在承受工作荷载时，阻尼器一端的外力推动活塞杆相对于缸体做直线运动，活塞下端腔体内的磁流变液被压入活塞杆内通道，推动内置浮动活塞相对于活塞杆做直线运动，此时内置浮动活塞上的永磁体切割固定在活塞杆上的内感应线圈，产生感应电流，且电流的强弱变化随内置浮动活塞的振动情况而变，内感应线圈的电流通过导线传至活塞上的电磁线圈，产生相应大小的磁场，所述磁流变液在磁场作用下发生固化，且固化程度随磁场强度增强而增强，从而不断改变阻尼器内磁流变液的屈服阻尼力，实现了振动系统的自我调节和能量的回收利用；永磁体使得浸于磁流变液中的活塞杆具有磁性以减缓磁流变液沉降；
为使得内置浮动活塞的速度大于活塞杆的运动速度，活塞杆的截面积大于内置浮动活塞的截面面积；而内置浮动活塞的速度将大于活塞杆运动的速度，与内置浮动活塞相连的感应部分会获得更快的切割速度。
2.一种实现权利要求1所述方法的自供电自感应磁流变阻尼器，其特征在于：包括电磁线圈、磁流变液、缸体、活塞杆、内感应线圈、弹性元件、永磁体、内置浮动活塞和活塞；缸体充满磁流变液，活塞杆的一端在缸体内滑动，另外一端伸出缸体；缸体内的活塞杆上固定有活塞，电磁线圈缠绕在活塞的外表面的凹槽内；缸体的内侧壁与活塞的外侧壁间设有节流通道，所述活塞杆设置阶梯通孔，活塞杆最外端设置端盖，所述通孔内设置永磁体，所述永磁体与内置浮动活塞固定，内置浮动活塞与端盖间设置弹性元件，内感应线圈设置在永磁体的外侧；内感应线圈与电磁线圈用导线相连接；活塞杆的截面积大于内置浮动活塞的截面面积。
3.根据权利要求2所述的自供电自感应磁流变阻尼器，其特征在于：活塞杆和缸体、活塞杆内表面和内置浮动活塞之间设置动密封和导向元件。
4.根据权利要求2所述的自供电自感应磁流变阻尼器，其特征在于：内置浮动活塞的制作材料为不导磁材料。
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