CN108561486A - 一种新型抗沉降磁流变液阻尼器 - Google Patents

一种新型抗沉降磁流变液阻尼器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种新型抗沉降磁流变液阻尼器，包括外壳及设置于外壳内的活塞，外壳内填充有磁流变液，活塞内外表面嵌有环状的激励线圈，激励线圈的内侧具有嵌于活塞内的环状永磁体，活塞外周套有导磁环，导磁环与活塞经连接杆连接，导磁环与外壳内壁间隙配合。该阻尼器不仅可以实现变阻尼半主动控制，满足工况应用，还充分利用了原本作用于活塞外壳内的最大磁场区域，改变传统的导磁闭环磁路，使之作用于磁流变液，增强了磁流变液的抗沉降性，且减少缸筒受磁能发热；内嵌永磁体设计保证阻尼器未通电流下也有磁场输出，通过磁场作用达到抗沉降目的，增加了阻尼器使用寿命及保持更长久的稳定性能；同时永磁体的嵌入还能使阻尼器进行充退磁双向调节。

Description

一种新型抗沉降磁流变液阻尼器
技术领域
本发明专利涉及一种磁流变液阻尼器，尤其涉及一种阻尼器用抗沉降结构的新型磁流变液阻尼器。
背景技术
随着现代社会的发展，各种具有独特性质的新材料层出不穷，磁流变液以其磁流变效应在众多新材料中展现出出众的应用价值，受到了研究界的重视。在没有外磁场作用下，磁流变液具有较好的流动性，加上外磁场后则可在极短的时间内发生链化，表现出固体特性，具有很高的屈服剪力，且其固体特性还可由外磁场强度调节;磁场撤去后，能马上恢复流动性。磁流变液的这种特征，使其被应用在众多的主动和半主动控制器件上，制造出智能、灵活，工作高效，环保节能的设备，已在车辆工程、机械工程、土木工程及航空航天等行业获得应用并呈现了广阔的应用前景。
而磁流变阻尼器是基于磁流变液的磁流变效应制成的一种半主动减振装置。它具有结构简单、动态范围宽、响应速度快、阻尼力大且连续顺逆可调等优点，被认为是具有良好工程应用前景的减振装置之一。目前，磁流变阻尼器己在建筑物及桥梁的减振抗震系统、铁路机车车辆及汽车半主动悬架系统的减振等方面取得广泛应用。但在半主动控制中，磁流变液的沉降性能直接影响着磁流变阻尼器的工作性能与使用寿命，此因素将进一步限制磁流变阻尼器的工业应用领域。所以对于磁流变阻尼器，其磁流变液的抗沉降能力具有研究意义。
磁流变阻尼器替代传统阻尼器件，可实现阻尼连续可调，从而很大程度上的提高减振效果，增加平稳性。但截止目前，磁流变液阻尼器尚未大规模商业化，最主要原因之一是其内部的磁流变液沉降稳定性问题一直得不到有效解决。由于构成磁流变液的微米级磁性颗粒仅靠布朗运动不足以抵抗重力作用，所以沉降不可避免。国内外的学者在提高磁流变液沉降稳定性上做了大量的工作，研究能够改善磁流变液沉降性能的化学及物理方法，以提高阻尼器工作的长期稳定性及使用寿命。
发明内容
本发明专利所要解决的技术问题是针对上述现有的磁流变阻尼器内部的磁流变液沉降稳定性不足，易沉降使用寿命短，根据技术现状本发明提出一种新型抗沉降磁流变液阻尼器，其在阻尼器活塞中嵌入永磁体，并改变传统磁流变阻尼器的闭环磁路结构。阻尼通道中部利用磁流变液充当导磁介质，使磁感应强度最大区域作用于磁流变液。以增强了磁流变液的抗沉降性，同时能够进行充退磁双向调节。
本发明的具体实施方案是：一种新型抗沉降磁流变液阻尼器，包括外壳及设置于外壳内的活塞，所述外壳内填充有磁流变液，所述活塞内外表面嵌有环状的激励线圈，激励线圈的内侧具有嵌于活塞内的环状永磁体，所述活塞外周套有导磁环，所述导磁环与活塞经连接杆连接，所述导磁环与外壳内壁间隙配合。
进一步的，所述外壳内背离活塞的一端具有蓄能器，所述蓄能器包括设置与外壳内的挡板，所述挡板与外壳直接经弹簧连接。
进一步的，所述外壳为非导磁材料，导磁环为导磁材料。
进一步的，所述外壳包括一端开口的缸筒及用于封闭缸筒开口的端盖，所述端盖与外壳经螺钉连接，所述端盖与缸筒间设置有O型密封圈。
进一步的，所述活塞一端螺纹连接有伸出缸筒外的活塞杆，所述活塞杆外侧段为环状，当活塞杆移动时活塞运动带动导磁环运动。
进一步的，所述端盖上具有活塞杆伸出所需的通孔，所述活塞杆与端盖间具有毡圈以实现密封。
进一步的，所述永磁体材料选为NdFe4，导磁环DT4纯铁，所述外壳材料为铝合金。
进一步的，所述磁流变液中部分作为导磁介质。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该阻尼器不仅可以实现变阻尼半主动控制，满足工况应用，还充分利用了原本作用于活塞外壳内的最大磁场区域，改变传统的导磁闭环磁路，使之作用于磁流变液，增强了磁流变液的抗沉降性，且减少缸筒受磁能发热；内嵌永磁体与活塞中，保证阻尼器未通电流下也有磁场输出，进一步延长了通过磁场作用，达到抗沉降目的，增加了阻尼器使用寿命及保持更长久的稳定性能；同时永磁体的嵌入还能使阻尼器进行充退磁双向调节。
附图说明
图1为本发明专利结构示意图。
图中：1-螺钉，2-端盖，3-O型圈，4-毡圈，5-缸筒 ，6-连接杆，7-活塞，8-导磁环，9-激励线圈，10-永磁体，11-活塞杆，12-磁流变液，13-蓄能隔板，14-蓄能弹簧。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示，以下结合附图实施例对本发明专利作进一步详细描述。
实施例：参考附图所示，本实施例中一种新型抗沉降磁流变液阻尼器，包括外壳及设置于外壳内的活塞7，所述外壳内填充有磁流变液12，所述活塞7内外表面嵌有环状的激励线圈9，激励线圈9的内侧具有嵌于活塞内的环状永磁体10，所述活塞7外周套有导磁环8，所述导磁环8与活塞7经连接杆6连接，所述导磁环8与外壳内壁间隙配合。
由于永磁体10与激励线圈9内嵌与活塞7中，活塞7通过连接杆6与导磁环8相连接，形闭环磁路；导磁环8又与缸筒5间隙配合，共同组成了磁流变阻尼器抗沉降结构。
本实施例中，外壳包括缸筒5与端盖2，缸筒5与端盖2通过螺钉1实现固定连接，活塞杆11与端盖2间密封采用毡圈4动密封,端盖2与缸筒5间密封采用O型圈3端面密封。
上述结构改变了传统阻尼器的闭环磁路结构，其中永磁体10、激励线圈9作为激励源，与活塞7导磁结构、阻尼通道两端及中部的磁流变液、导磁环形成了新的闭环磁路；磁感应强度最大区域作用于磁流变液。
在该磁流变阻尼器不工作时，永磁体10单独作为激励源，提供磁能，磁场产生方向为竖直方向，并在作用于阻尼通道中部磁流变液的方向为由下而上，磁化磁流变液中的羰基铁粉，为其提供抗沉降力；永磁体材料选为NdFe4。
在该磁流变阻尼器工作时，永磁体10与激励线圈9同时作为激励源，提供磁能。可通过改变激励线圈9的电流方向改变其产生的磁路方向，与永磁体10产生的磁路方向相同或相反，达到磁强增大或减小的目的 ，进行双向调节。
而且由于永磁体10的应用可在阻尼器非工况下即不通电流时也能通过永磁体产生的磁场产生一定的阻尼力，有更大的安全保障；在阻尼器工况下即通电流时则能输出更大的工作阻尼力，提高了阻尼器的工作性能。
本实施例中导磁环8通过连接杆6与活塞7实现一起运动，导磁环8作为闭环磁路导磁重要的一部分，材料选为导磁性较强的DT4纯铁；而缸筒和端盖作为外壳，不作为闭环磁路的环节，并为防止漏磁现象，其材料选为不导磁的铝合金。
磁流变阻尼器活塞7通过螺纹连接固定于活塞杆11，活塞杆11通过外侧端部的吊环结构与外部工况连接，阻尼器工作采用活塞杆11运动带动活塞7运动，活塞运动带动导磁环6运动，磁流变液在活塞及导磁环挤压下流过由活塞7与导磁环8之间的环形节流通道，属于流动模式；而磁流变液12到达阻尼通道中部，与缸筒5接触，由于缸筒固定不动，所以缸筒与活塞会发生相对运动，此部分属于剪切阀式磁流变液阻尼器结构。
在阻尼器另一端配置蓄能器，其由蓄能弹簧14与蓄能隔板13组成。当活塞7自由运动时，会压缩或拉伸蓄能弹簧14。
该磁流变阻尼器活塞中嵌入了能产生较大磁强的永磁体10，在阻尼器非工况下即不通电流时也能通过永磁体产生的磁场产生一定的阻尼力，有更大的安全保障；阻尼器激励线圈独立供电，与外置的供电电路或可控电流源相连，在阻尼器工况下即通电流时则能输出更大的工作阻尼力，提高了阻尼器的工作性能。
阻尼器由于为单出杆结构，需在另一端配置蓄能器，其由蓄能弹簧14与蓄能隔板13组成。
工作原理及工作过程：
本发明结构中在阻尼器活塞中嵌入永磁体10，改变传统磁流变阻尼器的磁致回路。阻尼通道中部利用磁流变液12充当导磁介质，使磁感应强度最大区域作用于磁流变液。以增强了磁流变液的抗沉降性，同时能够进行充退磁双向调节。其工作过程如下：在该磁流变阻尼器不工作时，控制器输出电流为零，永磁体单独作为激励源，提供磁能。磁场产生方向为竖直方向，与该阻尼器安装方向一致，即作用于阻尼通道中部磁流变液的磁场方向为由下而上，磁化磁流变液中的羰基铁粉，为其提供抗沉降力，提升磁流变液的沉降性能；永磁体能够产生有较强的磁场，以保证抗沉降力有一定的大小；在该磁流变阻尼器工作时，控制器根据反馈信号控制相应的输出电流，即永磁体与激励线圈9同时作为激励源，提供磁能，并可通过改变激励线圈的输入电流方向改变其产生的磁路方向：
当激励线圈输入电流方向后与永磁体产生的磁路方向相同，则磁致回路磁强增大，对磁流变液的作用力变大，阻尼器输出更大的阻尼力；
当激励线圈输入电流方向后与永磁体产生的磁路方向相反，则磁致回路磁强迅速减小，可借助永磁体产生的磁强起到快速退磁的目的，实现阻尼力大小的快速调节。
即该磁流变阻尼器活塞中嵌入了能产生较大磁强的永磁体，在阻尼器非工况下即不通电流时，通过永磁体产生的磁场，作用于磁流变液，使之具有更好的沉降性能。同时通过永磁体产生的磁场产生一定的阻尼力，有更大的安全保障；在阻尼器工况下即通电流时则能输出更大的工作阻尼力，提高了阻尼器的工作性能或具有更快的退磁能力，实现阻尼力大小的快速调节。
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；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (8)

1.一种新型抗沉降磁流变液阻尼器，其特征在于：包括外壳及设置于外壳内的活塞，所述外壳内填充有磁流变液，所述活塞内外表面嵌有环状的激励线圈，激励线圈的内侧具有嵌于活塞内的环状永磁体，所述活塞外周套有导磁环，所述导磁环与活塞经连接杆连接，所述导磁环与外壳内壁间隙配合。
2.根据权利要求1所述的一种新型抗沉降磁流变液阻尼器，其特征在于：所述外壳内背离活塞的一端具有蓄能器，所述蓄能器包括设置与外壳内的挡板，所述挡板与外壳直接经弹簧连接。
3.根据权利要求1所述的一种新型抗沉降磁流变液阻尼器，其特征在于：所述外壳为非导磁材料，导磁环为导磁材料。
4.根据权利要求1所述的一种新型抗沉降磁流变液阻尼器，其特征在于：所述外壳包括一端开口的缸筒及用于封闭缸筒开口的端盖，所述端盖与外壳经螺钉连接，所述端盖与缸筒间设置有O型密封圈。
5.根据权利要求4所述的一种新型抗沉降磁流变液阻尼器，其特征在于：所述活塞一端螺纹连接有伸出缸筒外的活塞杆，所述活塞杆外侧段为环状，当活塞杆移动时活塞运动带动导磁环运动。
6.根据权利要求5所述的一种新型抗沉降磁流变液阻尼器，其特征在于：所述端盖上具有活塞杆伸出所需的通孔，所述活塞杆与端盖间具有毡圈以实现密封。
7.根据权利要求5所述的一种新型抗沉降磁流变液阻尼器，其特征在于：所述永磁体材料选为NdFe4，导磁环DT4纯铁，所述外壳材料为铝合金。
8.根据权利要求5所述的一种新型抗沉降磁流变液阻尼器，其特征在于：所述磁流变液中部分作为导磁介质。
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