CN109058361A - 磁性动态阻尼组件 - Google Patents

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Abstract

磁性动态阻尼组件。用于隔离振动力的用于磁性动态阻尼的组件包括壳体壁，壳体壁在其中限定主腔室。该组件还包括设置在主腔室中的固定磁源。弹性材料的隔膜设置在组件中，将主腔室不渗透地分成子腔室。隔膜包括与固定磁源相邻的磁致动元件。电流源使磁致动元件、固定磁源或两者通电，并且相对于固定磁源排斥或拉动磁致动元件。磁引导件围绕固定磁源并且限定将固定磁源暴露于磁致动元件的间隙。磁引导件朝向间隙引导磁场并且防止对组件其余部分的外部磁干扰。

Description

磁性动态阻尼组件
技术领域
本发明总体上涉及阻尼器。更具体地，本发明涉及用于隔离振动力的用于磁性动态阻尼的组件。
背景技术
传统的阻尼组件用于隔离振动力，并且在经常受到一系列振动载荷影响的汽车中特别有用。阻尼组件通常用在汽车的发动机与底盘之间，用于隔离环境振动(诸如驾驶在崎岖不平的道路上)和内部振动(诸如发动机怠速)。这些组件包括在增加压力时提供回弹的腔室。许多阻尼组件包括分隔件，该分隔件包括具有将腔室不渗透地分隔成子腔室的弹性隔膜的分离器。当子腔室中的一个经受增加的压力时，隔膜弯曲到另一个子腔室中，被动地抑制振动力。就此而言，隔膜对于隔离第二种类型的振动(发动机怠速)特别有用。一种现代趋势是在不期望被动阻尼的情况下加入元件以在工作(active)和非工作状态之间切换分离器。在Funahashi等人的美国专利No.5,246,212中例示了一个示例，其中，阻尼器用于汽车并且包括真空源，用于减压分隔出的腔室的一侧，将隔膜拉动，直到其保持在弯曲状态，使得其不能再被动地抑制振动。美国专利No.9,022,368中例示了另一个示例，其涉及通过铁磁隔膜施加电力，这使得隔膜在脊状(ridge)状态与柔性状态之间切换。然而，这些现有的阻尼单元的一个共同缺点是不能在多于仅仅是工作状态和非工作状态之间调整分离器的阻尼力要求。特别是在需要减振但需要减振到较小或较大程度(这可能是由于振动的幅度和频率变化的结果)的情况下，现有技术未能提供令人满意的动态分离器。
发明内容
本发明提供用于隔离振动力的磁性动态阻尼组件。所述组件包括限定(bound)主腔室的壳体壁，在该主腔室中设置有固定磁源。弹性材料的隔膜设置在组件中，将主腔室不渗透地分成子腔室。隔膜包括与固定磁源相邻的至少一个磁致动元件。电流源使磁致动元件、固定磁源或两者通电，并且相对于固定磁源排斥或拉动磁致动元件。磁引导件围绕固定磁源并且限定将固定磁源暴露于磁致动元件的间隙。磁引导件朝向间隙引导磁场并且防止对组件其余部分的外部磁干扰。
所述组件在阻尼组件中提供增加的调谐，同时在某些应用中防止磁干扰。在需要可变减振的环境中(这可能取决于振动的幅度或频率)，题述发明提供了可变的柔性和隔膜的移动。隔膜的移动取决于隔膜所暴露的磁场的强度。此外，在诸如磁流变流体阻尼器的不希望有磁干扰的应用中，磁引导件将磁场直接引导至隔膜并且防止磁致动流体暴露于磁场。
附图说明
将容易理解本发明的其它优点，这是因为通过参考以下结合附图考虑的详细说明，本发明的其它优点将变得更好理解，其中：
图1是处于非通电状态的阻尼单元的示例性实施方式的横截面图，其中隔膜自由弯曲。
图2是处于通电状态的阻尼单元的示例性实施方式的横截面图，其中隔膜被磁力限制移动。
图3A是使用动圈(moving coil)和固定永磁体的题述发明的一个实施方式的横截面图。
图3B是使用动圈和固定感应线圈的题述发明的另一实施方式的横截面图。
图3C是使用环形动磁体和固定感应线圈的题述发明的又一实施方式的横截面图。
图3D是使用多个块状动磁体和固定感应线圈的题述发明的另一实施方式的截面图。
图4是例示出分离器与阻尼单元的连接的放大横截面图。
图5A至图5C是图3A中所例示的实施方式的图形表示，其中，使用了固定永磁体和动圈。
图6A至图6C是图3B中所例示的实施方式的图形表示，其中，固定感应线圈与动圈一起使用。
图7A至图7C是图3C中所例示的实施方式的图形表示，其中，固定感应线圈与单个环形动磁体一起使用。
图8A至图8C是图3D中所例示的实施方式的图形表示，其中固定感应线圈与多个块状动磁体一起使用。
具体实施方式
下面将参照附图更充分地描述示例性实施方式。题述实施方式涉及磁性动态阻尼组件。然而，仅提供示例性实施方式以使得本公开将是彻底的，并且将范围充分地传达给本领域技术人员。作为元件的示例阐述了许多具体细节，以提供对本公开的实施方式的透彻理解。参照附图，其中贯穿全部这些视图，相同的附图标记表示相应的部件，在图1和图2中总体上示出了根据题述发明构造的磁性动态阻尼组件。
磁性动态阻尼组件包括阻尼单元20(总体上在图1和图2中示出)，该阻尼单元20具有围绕轴线A在底部24与顶部26之间延伸的筒形壳体壁22，其中限定主腔室28。阻隔件30在底部24与顶部26之间间隔开，并且在底部子腔室32与顶部子腔室34之间将主腔室28分开。阻隔件30通常居中地在底部24与顶部26之间垂直于轴线A延伸。分隔件36设置在主腔室28中并且包括内部保持壁38。内部保持壁38围绕轴线A径向延伸并且包括由台阶分开的第一区段40、第二区段42、第三区段44和第四区段46，其中每个后续部分在台阶处从前一部分沿径向向外延伸。第一区段40限定具有大致圆形形状的隔离腔室48。第二区段42从第一区段40径向向外延伸以限定底部支承保持空间。随后，第三区段44从第二区段42径向向外延伸以限定分离器保持空间。在下一台阶处，第四区段46从第三区段44径向向外延伸以限定顶部支承保持空间。底部支承环52包括底部支承肋54并且位于第一区段40与第二区段42之间的台阶上并且被压入第二区段42中。分离器50位于下一个台阶上，并被压入第三区段44中，使隔离腔室48与主腔室28不可渗透地分隔开。顶部支承环56包括顶部支承肋58并且位于压入第四区段46中的最后一个台阶上。
分离器50(总体上如图1至图4所示)具有盘状。分离器50包括具有环形形状的外环60，所述外环60限定柔性隔膜62。外环60提供隔膜62的轴向和径向支撑，并且在顶环侧与底环侧之间轴向地延伸。外环60的最外边缘的尺寸可以被设计成以压配合连接与内部保持壁38的第三区段44接合。外环60具有横截面，该横截面限定向内延伸到颈部66的环形外部64，所述颈部66向内延伸到保持部68。保持部68连接至隔膜62并保持隔膜62。外环60比隔膜62厚，使得隔膜62设置在顶环侧与底环侧之间并且与顶环侧和底环侧间隔开。当组装时，颈部66相邻地设置在底部支承肋54与顶部支承肋58之间，用于将环形外部64保持在第三区段44中，同时允许外环60的一些轴向弯曲。因此，当主腔室28处于压力下时，该组件允许隔膜62朝向或远离隔离腔室48的弹性位移。
如图3A至图4中最佳例示出的，为了向分离器50提供动态回弹特性，分隔件36包括固定磁源70，当其处于通电状态时，该固定磁源70用于采用磁场。固定磁源70包括面向阻尼单元20的壳体壁22的外侧和面向隔离腔室48的内侧。分离器50包括嵌入其中并且从其轴向延伸以限定隔膜肋74的磁致动元件72。磁引导件76围绕固定磁源70延伸，用于保持磁场。磁引导件76包括放置在固定磁源70的外侧上的套筒78和设置在固定磁源70的内侧上的芯部80。套筒78和芯部80被设置成使得除了在套筒78与芯部80之间的面向分离器50的隔膜肋74的小间隙82之外，整个固定磁源70被包围。在一个实施方式中，套筒78包括延伸到套筒唇缘86的环形套筒壁84，所述套筒唇缘86垂直地从环形套筒壁84径向向内延伸。芯部80包括延伸到芯部唇缘88的环形芯壁87，所述芯部唇缘88从环形芯壁87径向向外延伸。套筒78和芯部80将磁场引导到间隙82中，使其与分离器50一起取向，并且防止分隔件36外部的磁干扰。磁致动元件72对所采用的磁场做出反应，其中轴向延伸的隔膜肋74被拉入间隙82中或者被推离间隙82。非磁性插入件90(在图4中示出)被置于磁致动元件72上方，以提供径向和轴向支撑并且在推拉移动期间对准磁致动元件72。插入件90是非磁性的并且不干扰分隔件36的磁操作，并且还可以将磁场重新引导回间隙82。
在一个实施方式中，如图3A所例示，磁致动元件72包括嵌入在隔膜62中的动圈72a。该动圈72a围绕隔膜62的中心环形地延伸，以形成轴向突出的环形肋74。动圈72a具有断电状态和通电状态，并且连接至电流源94，用于在断电状态和通电状态之间进行切换。在优选实施方式中，动圈72a被包覆模制到隔膜62中并且包括大约200匝。该实施方式还利用具有环形形状的嵌入在隔膜62中的非磁性插入件90(图4中示出)。非磁性插入件90包括由轴向台阶分开的第一部分96和第二部分98，其中，所述第一部分96的厚度小于所述第二部分98的厚度。非磁性插入件90为动圈72a提供支撑而不受磁场的影响。动圈72a直接设置在第一部分96的下方并且与台阶相邻。固定磁源70包括沿内部保持壁38的第一区段40置于芯部80与套筒78之间的至少一个永磁体70a。在优选实施方式中，所述至少一个永磁体70a包括一个环形磁体；但是可以使用多个磁体。永磁体70a产生磁场，该磁场被芯部80和套筒78引导到间隙82中。随着动圈72a通电，形成电流，该电流可以根据流入动圈72a中的电流的方向相对于间隙82吸引或排斥动圈72a。在操作期间，非磁性插入件90保持不受磁场影响并且保持动圈72a与间隙82轴向对准，重新引导磁场并且防止磁引导件76外部的一些磁干扰。图5A的图形表示例示出了由磁引导件76重新引导磁场，并且包括指示沿磁引导件76和间隙78的区域的磁场的强度的图例。图5B和图5C是动圈72a的位置的图形表示，其取决于作为所提供的电流量的函数的感应磁场的强度。
在另一个实施方式中，如图3B所例示，磁致动元件72仍包括嵌入在隔膜62中的动圈72a和如上所述的非磁性插入件90。然而，固定磁源70包括固定感应线圈70b，该固定感应线圈70b沿着内部保持壁38的第一区段40置于芯部80与套筒78之间。固定感应线圈70b围绕线轴100缠绕若干匝并电连接到电流源94。在优选实施方式中，固定感应线圈70b具有比动圈72a更多的匝。在一个示例性实施方式中，固定感应线圈70b具有大约410匝。根据通过感应线圈70b和动圈72a的电流的方向，感应线圈70b和动圈72a中的电流变化从间隙82吸引和排斥动圈72a。当使用固定感应线圈70b时，磁引导件76可以限定一个或更多个孔，用于允许线延伸穿过其中并且在固定感应线圈70b与电流源94之间形成电连接。图6A的图形表示例示出了由磁引导件76重新引导磁场，并且包括指示沿磁引导件76和间隙78的区域的磁场的强度的图例。图6B和图6C是动圈72a的位置的图形表示，该位置取决于作为提供给动圈72a和固定感应线圈72b两者的电流量的函数的感应磁场的强度。
在又一实施方式中，如图3C所例示，磁致动元件72包括至少一个动磁体72b。所述至少一个动磁体72b通常包括具有与套筒78和芯部80之间的间隙82的形状相对应的环形形状的一个磁体。动磁体72b不断地提供磁场。因为该磁场总是存在，所以该实施方式的固定磁源70是固定感应线圈70b，从而不总是有两个相互作用的磁场。因此，当固定感应线圈70b被充电时，固定感应线圈70b产生磁场并将可移动磁体拉入间隙82中或将其推离间隙82。图7A的图形表示例示出了当使用一个环形动磁体72b时由磁引导件76重新引导磁场，并且包括指示沿磁引导件76和间隙78的区域的磁场的强度的图例。图7B和图7C是环形动磁体72b的位置的图形表示，该位置取决于作为提供给固定感应线圈72b的电流量的函数的磁场的强度。
在另一实施方式中，如图3D所例示，磁致动元件72包括多个块状磁体72c。块状磁体72c以套筒78与芯部80之间的间隙82的相应环形形状布置在隔膜62上。与前述实施方式非常类似，块状磁体72c不断提供磁场。因为该磁场总是存在，所以该实施方式的固定磁源70是固定感应线圈70b，从而不总是有两个相互作用的磁场。因此，当固定感应线圈70b被充电时，固定感应线圈70b产生磁场并且将块状磁体72c拉入间隙82中或将其推离间隙82。图8A中的图形表示例示出了当使用块状磁体72c时由磁引导件76重新引导磁场，并且包括指示沿磁引导件76和间隙78的区域的磁场的强度的图例。图8B和图8C是块状磁体72c的位置的图形表示，其取决于作为提供给固定感应线圈70b的电流量的函数的磁场的强度。
优选实施方式中的阻尼单元20包括磁流变流体(MR流体)。使用MR流体的阻尼单元20的阻隔件30通常限定在顶部子腔室34与底部子腔室32之间延伸的流动路径102。当子腔室32、34中的一个由于振动力而受到增加的压力时，MR流体被从加压的子腔室挤压到较少加压的子腔室。为了调节在子腔室32、34之间传递MR流体的压力的量以及MR流体流动的速率，螺线管104被设置成邻近流动路径102。当螺线管104被提供有电流时，产生围绕流动路径102延伸的磁场。当MR流体暴露于磁场时，MR流体中的磁性粒子排列起来，增加了粘度，从而变得更难以挤压通过流动路径102。以这种方式，MR阻尼器的某些回弹特性可随着通过螺线管104供应的电流量而改变。
除了引导固定磁源70的磁场之外，磁性套筒78和芯部80还通过重新引导和定位离开流动路径102的磁场来防止流动路径干扰。根据该功能，由螺线管104产生的磁场是与MR流体相互作用的唯一磁场。换句话说，分离器50的推拉不影响流动路径102周围的粘度，并且螺线管104不影响分离器50的推拉。
在操作中，电流源94可以向缠绕的固定感应线圈70b或动圈72a的任一端提供电流。结果，所产生的磁场的极性可能被颠倒，因此是推动而不是拉动。此外，电流可以根据需要进行调节(scale)。在调节的一端，不会提供电流，并因此隔膜62将不受阻碍地弯曲。在调节的另一端，最大电流将提供给固定感应线圈70b、可移动线圈或两者。当提供最大电流时，产生强磁场，并且隔膜62的肋92被完全拉入间隙82中，并且隔膜62被限制振动，即减振。在调节的中间，可以提供中等量的电流，这限制了肋92相对于间隙82的一些移动，但是仍然允许隔膜62保持一定量的柔性。电流源94可以电连接到诸如CPU106的控制器，该控制器将包括编程以识别振动的阈值频率或振幅并且提供足够的电流以具有来自分离器50的最佳阻尼。CPU 106识别的阈值还可以是子腔室32、34中的一个或更多个中的压力变化率。然后，CPU 106可以发信号通知电流源94，以在动圈72a的固定感应线圈70b中在特定方向上提供一定量的电流，最终为驾驶员和乘客提供更平稳的乘坐。
应理解的是，在本文所描述的多个实施方式中，分隔件36被集成到阻隔件30中并且沿着轴线A延伸。然而，分隔件36可以相对于轴线A偏移并且在阻尼单元20内的任何位置处限定隔离腔室48。隔离腔室48可以向大气开放或完全关闭。同样地，振动力不需要沿着轴线A，最终分离器50响应于其分隔的任何腔室的变化的压力。另外，应理解的是，磁引导件76和非磁性插入件90可以包括任何数量的合适材料。例如，这些元件可以包括重新引导磁场的具有高磁导率(特别是磁通量)的材料。仅作为一些非限制性示例，这些材料可以包括钴-铁、坡莫合金(permalloy)以及理想地将高磁导率与低重量结合在一起的许多其它合适的材料。
显然，根据上述教导，本发明的许多修改和变型是可能的，并且这些修改和变型可以以与具体描述不同的方式来实施，同时在所附权利要求的范围内。在先陈述应该被理解为涵盖本发明新颖性实践其实用性的任何组合。另外，权利要求中的附图标记仅仅是为了方便，并不以任何方式被解读为限制。
本申请要求2017年9月11日提交的序列号为62/556,924的美国临时专利申请以及2018年7月26日提交的序列号为16/046,801的美国正式专利申请的权益和优先权，该专利申请的全部公开通过引用整体并入本文。

Claims (20)

1.一种磁性动态阻尼组件，所述磁性动态阻尼组件包括：
阻尼单元，所述阻尼单元包括在底部与顶部之间延伸的壳体壁，在所述壳体壁中限定主腔室；
分隔件，所述分隔件包括设置在所述阻尼单元中的弹性材料的隔膜，所述隔膜将所述主腔室不渗透地分成子腔室；
所述隔膜包括至少一个磁致动元件；
所述分隔件还包括固定磁源，所述固定磁源用于产生与所述至少一个磁致动元件相邻的磁场；
电流源，所述电流源包括通电状态和非通电状态，在所述通电状态下，所述电流源向所述分隔件提供电流，产生相对于所述固定磁源调节所述隔膜的所述至少一个磁致动元件的磁场；在所述非通电状态下，所述电流源不提供电流，并且所述隔膜由于所述子腔室中的一个中的压力变化而不受限制地弯曲。
2.根据权利要求1所述的磁性动态阻尼组件，其中，所述分隔件包括围绕所述固定磁源的磁引导件，所述磁引导件限定将所述固定磁源暴露于所述磁致动元件的间隙并且朝向所述间隙引导所述磁场。
3.根据权利要求2所述的磁性动态阻尼组件，其中，所述磁致动元件从所述隔膜轴向延伸以限定朝向所述间隙延伸的表面肋，并且其中，所述表面肋的轮廓被设定成在所述通电状态下进入所述间隙。
4.根据权利要求3所述的磁性动态阻尼组件，其中，所述隔膜还包括设置在所述隔膜中的非磁性插入件，并且所述非磁性插入件在所述至少一个磁致动元件的上方间隔开，以提供径向和轴向支撑并且使所述表面肋与所述间隙对准。
5.根据权利要求1所述的磁性动态阻尼组件，其中，所述固定磁源包括固定感应线圈，并且所述电流源电连接至所述固定感应线圈，用于提供电流并且产生所述磁场。
6.根据权利要求5所述的磁性动态阻尼组件，其中，所述至少一个磁致动元件包括动磁体。
7.根据权利要求5所述的磁性动态阻尼组件，其中，所述至少一个磁致动元件包括动圈，并且所述电流源也电连接至所述动圈，用于独立地向所述动圈和所述感应线圈提供电流，以产生相互作用的磁场。
8.根据权利要求1所述的磁性动态阻尼组件，其中，所述固定磁源包括产生所述磁场的固定永磁体，并且所述至少一个磁致动元件包括电连接至所述电流源的动圈，所述电流源致动所述动圈以与由所述固定永磁体产生的所述磁场相互作用。
9.根据权利要求2所述的磁性动态阻尼组件，其中，所述阻尼单元包含磁流变流体，并且包括流动路径和与所述流动路径相邻的螺线管，所述螺线管改变进入所述流动路径的所述磁流变流体的粘度。
10.根据权利要求4所述的磁性动态阻尼组件，其中，所述非磁性插入件包括台阶表面，所述台阶表面具有向内间隔开的第一部分和向外间隔开的第二部分，所述第一部分的厚度小于所述第二部分的厚度，并且其中，所述至少一个磁致动元件设置在所述第一部分上，并且所述第二部分将来自所述间隙的至少一些横向和轴向向外磁干扰重新引导回所述间隙。
11.一种磁性动态阻尼组件，所述磁性动态阻尼组件包括：
阻尼单元，所述阻尼单元包括在底部与顶部之间延伸的壁，在所述壁中限定主腔室；
分离器，所述分离器包括弹性材料的隔膜，所述隔膜将所述主腔室不渗透地分成子腔室；
所述隔膜包括从所述隔膜轴向延伸以限定表面肋的至少一个磁致动元件；
固定磁源，所述固定磁源用于产生磁场以吸引和排斥所述至少一个磁致动元件；
磁引导件，所述磁引导件围绕所述固定磁源并且限定将所述固定磁源暴露于所述至少一个磁致动元件的间隙，其中，所述磁引导件容纳所述磁场并且朝向所述间隙重新引导所述磁场。
12.根据权利要求11所述的磁性动态阻尼组件，其中，所述至少一个磁致动元件限定环形形状，并且所述间隙的轮廓由相应的环形形状勾勒出，用于允许所述至少一个磁致动元件进入。
13.根据权利要求12所述的磁性动态阻尼组件，其中，所述隔膜还包括具有环形形状的非磁性插入件，所述非磁性插入件设置在所述隔膜中并且在所述至少一个磁致动元件的上方间隔开，以提供径向和轴向支撑并且使所述磁致动元件与所述间隙对准。
14.根据权利要求11所述的磁性动态阻尼组件，其中，所述分离器包括外环部，所述外环部比所述隔膜更刚性并且限定所述隔膜，为所述隔膜提供轴向和径向支撑。
15.根据权利要求14所述的磁性动态阻尼组件，其中，所述阻尼单元包括顶部支承环和底部支承环，并且其中，所述分离器的所述外环夹在所述顶部支承环与所述底部支承环之间。
16.根据权利要求15所述的磁性动态阻尼组件，其中，所述外环具有横截面，所述横截面限定了环形外部和中间颈部以及内保持部，并且其中，所述顶部支承环和底部支承环中的每一个均包括支承肋，所述支承肋在相反侧上朝向所述外环的所述颈部延伸，用于允许所述颈部的一些轴向弯曲，同时保持所述环形外部。
17.根据权利要求11所述的磁性动态阻尼组件，其中，所述磁引导件包括压在一起的套筒和芯部。
18.根据权利要求17所述的磁性动态阻尼组件，其中，所述套筒包括延伸至套筒唇缘的环形套筒壁，所述套筒唇缘从所述环形套筒壁径向向内延伸，并且所述芯部包括延伸至芯部唇缘的环形芯部壁，所述芯部唇缘从所述环形芯部壁径向向外延伸。
19.根据权利要求12所述的磁性动态阻尼组件，其中，所述至少一个磁致动元件从所述隔膜朝向所述间隙轴向延伸，以在所述隔膜上限定表面肋。
20.根据权利要求11所述的磁性动态阻尼组件，其中，所述阻尼单元包含磁流变流体并且包括流动路径和与所述流动路径相邻的螺线管，所述螺线管用于改变进入所述流动路径的所述磁流变流体的粘度。
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