CN109404476B - 一种内嵌多路旁通流道磁流变阻尼器 - Google Patents

Abstract

一种内嵌多路旁通流道磁流变阻尼器，属于半主动控制隔振技术领域。缸体两端装有前端盖、后端盖和套杯；在缸体内沿沿圆周方向设有6个磁极，每个磁极上都缠有独立的励磁线圈，且励磁线圈沿着缸体的母线方向缠绕在缸体上；在每个磁极内部开一个流道；活塞与磁极组成的缸体内壁直接接触，且两者保持同轴。活塞杆从上下端盖伸出，上端盖伸出部分与连接杆连接，连接杆上安有上下螺母压板，在下螺母压板与上端盖之间安有弹簧。本发明采用六磁极与六内嵌流道相结合的形式，六磁极不仅有效作用面积占比高，而且可通过分别控制每个磁极上线圈电流的通断、方向、大小，满足不同的出力要求；六流道内嵌可以保证阻尼可调倍数大于20，且体积较小。

Description

一种内嵌多路旁通流道磁流变阻尼器

技术领域

本发明属于半主动控制隔振技术领域，具体涉及一种内嵌多路旁通流道磁流变阻尼器。

背景技术

磁流变阻尼器是一种以磁流变液为工作介质，通过加载磁场改变磁流变液的粘度而实现阻尼力可调的减振耗能器件，具有阻尼力连续可调、所占空间小和能耗低等优点，近年来在汽车、建筑桥梁等领域展现出良好的发展前景，部分产品已经应用在实际工程之中。目前，传统的混合式磁流变阻尼器存在着轴向磁场分布不连续而导致磁场利用率不高的问题，该问题影响了磁流变阻尼器的阻尼力和阻尼可调倍数。因此研制新型磁流变阻尼器，探索其在宽频隔振系统中的应用，对磁流变液阻尼器的发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内嵌多路旁通流道磁流变阻尼器，解决传统的阀式磁流变阻尼器由于结构的不合理而导致的阻尼器磁场利用率不高，轴向磁场分布不均以及阻尼力可调倍数小的问题。

本发明的目的是这样实现的：

一种内嵌多路旁通流道磁流变阻尼器，包括螺母压板2、连接杆3、矩形螺旋弹簧4、上端盖8、磁极9、线圈10、活塞杆11、导磁环14、下端盖20、套杯21；所述的活塞杆11穿过由上端盖8和下端盖20以及磁极9组成的缸体，上端盖8与磁极9通过螺栓连接，下端盖 20与磁极9通过螺钉连接，上端盖8、下端盖20与磁极9间通过O型密封圈密封；所述的连接杆3通过螺钉与活塞杆11连接，活塞杆11的中部直径最大处套有一层导磁环14，挡圈 13通过螺钉与活塞杆11夹紧，导磁环14和挡圈13组成的活塞与磁极9间隙配合；所述的矩形螺旋弹簧4位于螺母压板2和上端盖8之间；套杯21通过销钉与下端盖20相连接，所述的线圈沿轴线方向缠绕在磁极9上，通过下端盖20和套杯21所开的孔出线。

所述的磁极9内部沿圆周方向均匀设置有六级磁芯，内部均匀贯穿六个扇形孔道，六级磁芯与活塞杆11同轴在每个扇形孔道间开有一个矩形流道，矩形流道的两端分别通往左腔室与右腔室。

所述的上端盖8、下端盖20与磁极9组成的腔体中填充满磁流变液。

所述的缸体和导磁环14采用软磁材料。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明的设计类似电机电枢的结构，在轴向方向上，活塞与缸体的环形间隙中都分布着连续的磁场，相比于传统阻尼器，活跃区域面积增。磁极的芯部位置，磁场利用率高，产生同样场强所需电流小，从而降低了能耗；

(2)本发明在保持零场阻尼力较小的情况下(活塞尺寸较小)，因为磁场效率的提升，显著提高了磁控阻尼力，从而大幅提高了最大阻尼力，最终增大了阻尼力可调倍数(经测试大于20)；

(3)本发明与传统的旁通型磁流变阻尼器相比，磁流变阻尼单元与阻尼器主体并没有分离，而是将其嵌入到磁芯处，所以占用空间小；

(4)本发明的励磁线圈分别缠绕在六极磁芯的六个翼上，每个励磁线圈单独连接电源构成六个独立的磁极，通过改变每个励磁线圈中电流的通断、方向、大小，可实时更改磁路，在最小能源消耗的前提下满足各种微小出力要求；

(5)当电路出现故障时，螺母压板和前端盖之间的圆柱螺旋弹簧也可以起到一定的隔振效果，使阻尼器更加稳定可靠；

(6)由于在端盖和螺母压板之间装了矩形螺旋弹簧，故当，外界不再施加力时，在弹簧的弹性作用下，活塞杆自动归位，故有自动归位的功效。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为磁极的结构示意图；

图3为本发明中相邻励磁线圈通反向等值电流之后形成的工作磁路示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1所示，一种内嵌多路旁通流道磁流变阻尼器。包括螺母压板1、螺母压板2、连接杆3、矩形螺旋弹簧4、螺栓5、弹簧垫圈6、螺母7、上端盖8、磁极9、线圈10、活塞杆 11、螺钉12、挡圈13、导磁环14、矩形流道15、O型密封圈16、螺钉17、O型密封圈18、销钉19、下端盖20、套杯21、导线孔22等，磁极9和连接杆3以及活塞杆11由宝钢生产的B50A470无取向硅钢片焊接叠压而成，阻尼器其余零件采用铝合金6061，铁芯9通过附图的结构——在传统磁流变阻尼器缸体筒均匀贯穿六个扇形孔道实现了既当缸体又当六级磁芯的目的，且这个“六级磁芯”需与活塞杆11同轴在每个扇形孔道之间开有一个矩形流道，矩形流道的两端分别通往左腔室与右腔室。线圈10选择裸线直径d＝0.49mm的聚酯漆包线 QZ-2/130L，阻尼器相邻两级的缠绕方向相反，且每级线圈的缠绕匝数N为220，再通过下端盖20与套杯21所开的导线孔22进行出线，最后采用专用防水胶和对磁极之间的间隙也就是扇形孔道进行密封。上端盖8加工有三个凹槽，外圈的凹槽装有一个O型FKM密封圈与缸体之间形成静密封，内圈的凹槽装有两个O型FKM密封圈与活塞杆之间形成动密封，下端盖20也与此类似。上端盖8与铁芯9之间通过由8个5、6、7组成的螺栓组连接，下端盖 20与磁极9之间通过由8个螺钉12组成的螺钉组连接，下端盖20与套杯21之间通过由6 个销钉18组成的销钉组连接。活塞杆组由连接杆3和活塞杆11组成，其中在活塞杆11的中部直径最大处套一层导磁环14，导磁环14通过挡圈13防止从活塞杆上脱落，最后由6个螺钉12从挡圈13两侧将挡圈13和活塞杆11夹紧。连接杆3前端带有螺纹用以安装螺母压板 1；螺母压板2与上端盖8之间装有矩形螺旋弹簧4。

本发明提出了一种内嵌多路旁通流道磁流变阻尼器，由螺母压板、螺母压板、连接杆、矩形螺旋弹簧、螺栓、弹簧垫圈、螺母、上端盖、磁极、线圈、活塞杆、螺钉、挡圈、导磁环、流道、O型密封圈、螺钉、O型密封圈、销钉、下端盖、套杯、控制电路、导线孔组成。该装置活塞杆穿过由上端盖和下端盖以及磁极组成的缸体，缸体和导磁环用软磁材料，其余用非导磁材料。连接杆通过其上的螺钉与活塞杆连接，矩形螺旋弹簧位于螺母压板2和上端盖之间从而随活塞的往复运动压缩或者拉伸，上下端盖和磁极之间采用O型密封圈密封。上端盖与缸体之间通过螺栓连接，下端盖与缸体之间通过螺钉连接，下端盖和套杯之间采用销钉连接。该磁流变阻尼器采用双出杆的活塞杆形式，缸体的磁极极数选择为六极，线圈沿着轴线方向缠绕在磁极上，并通过下端盖和套杯所开的孔进行出线。

本发明属于半主动控制隔振领域，尤其涉及一种内嵌多路旁通流道磁流变阻尼器。缸体两端装有前端盖、后端盖和套杯。在缸体内沿沿圆周方向设有6个磁极，每个磁极上都缠有独立的励磁线圈，且励磁线圈沿着缸体的母线方向缠绕在缸体上。在每个磁极内部开一个流道。活塞与磁极组成的缸体内壁直接接触，且两者保持同轴。活塞杆从上下端盖伸出，上端盖伸出部分与连接杆连接，连接杆上安有上下螺母压板，在下螺母压板与上端盖之间安有弹簧。本发明采用六磁极与六内嵌流道相结合的形式，六磁极不仅有效作用面积占比高，而且可通过分别控制每个磁极上线圈电流的通断、方向、大小，满足不同的出力要求。六流道内嵌可以保证阻尼可调倍数大于20，且体积较小。

一种内嵌多路旁通流道磁流变阻尼器，包括螺母压板1、螺母压板2、连接杆3、矩形螺旋弹簧4、上端盖8、磁极9、线圈10、活塞杆11、挡圈13、导磁环14、下端盖20、套杯 21，其特征在于：所述磁极9沿圆周方向内部均匀设有磁极，所述导磁环14和挡圈13组成的活塞与磁极9为间隙配合，磁流变液充满两个端盖与铁芯9组成的腔体中，所述磁极9与前后端盖通过螺栓5连接，连接杆3与活塞杆11通过螺纹同轴连接，矩形螺旋弹簧位于上端盖8和螺母压板22之间，套杯21通过销钉19与下端盖20相连接。铁芯沿圆周方向内部设有6个磁极。磁极内部开有磁流变液流道。磁极的结构特征类似于说明书附图图二形式。磁极上缠有可独立控制的线圈10，线圈10沿着磁极9的母线方向缠绕在磁极9上。矩形螺旋弹簧4和螺母压板2以及上端盖8同轴，并安装在螺母压板2和上端盖8之间。

本发明的工作原理：

当外界发生振动时，连接杆3受到一个外力，并将其传递给活塞杆10，导致活塞杆10 发生振动位移，活塞左右两腔体积发生变化，迫使磁流变液仅通过磁极9上的矩形流道15在左右两腔流动，由于通电线圈产生磁场，磁路又经过矩形流道15，其中流道方向与磁场方向垂直，故磁场利用率高，在磁场的作用下磁流变液发生了磁流变效应，从而导致磁流变液瞬间转变为一种半固体，其剪切应力变大，磁流变液在经过矩形流道时需要克服这种剪切应力，左右两腔出现了压力差，除液体带来的阻尼压降之外还有活塞与缸体即磁极9内壁滑动摩擦，活塞杆11与上端盖8下端盖20之间的滑动摩擦力带来的阻尼压降，这三者共同组成了磁流变阻尼器的阻尼输出力。当外部工况改变时，控制电路给线圈输入电流，阻尼器输出力可随着线圈10中电流的变化而变化，且连续可控。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，本发明的实施方式并不局限于上述说明，只要是围绕本发明的核心内容，在其基础之上进行一些简单的修改或替换都应视为本发明的保护。

Claims (3)

1.一种内嵌多路旁通流道磁流变阻尼器，其特征在于：包括螺母压板(2)、连接杆(3)、矩形螺旋弹簧(4)、上端盖(8)、磁极(9)、线圈(10)、活塞杆(11)、导磁环(14)、下端盖(20)、套杯(21)；所述的活塞杆(11)穿过由上端盖(8)和下端盖(20)以及磁极(9)组成的缸体，上端盖(8)与磁极(9)通过螺栓连接，下端盖(20)与磁极(9)通过螺钉连接，上端盖(8)、下端盖(20)与磁极(9)间通过O型密封圈密封；所述的连接杆(3)通过螺钉与活塞杆(11)连接，活塞杆(11)的中部直径最大处套有一层导磁环(14)，挡圈(13)通过螺钉与活塞杆(11)夹紧，导磁环(14)和挡圈(13)组成的活塞与磁极(9)间隙配合；所述的矩形螺旋弹簧(4)位于螺母压板(2)和上端盖(8)之间；套杯(21)通过销钉与下端盖(20)相连接，所述的线圈沿轴线方向缠绕在磁极(9)上，通过下端盖(20)和套杯(21)所开的孔出线；所述的磁极(9)内部沿圆周方向均匀设置有六级磁芯，内部均匀贯穿六个扇形孔道，六级磁芯与活塞杆(11)同轴在每个扇形孔道间开有一个矩形流道，矩形流道的两端分别通往左腔室与右腔室。

2.根据权利要求1所述的一种内嵌多路旁通流道磁流变阻尼器，其特征在于：所述的上端盖(8)、下端盖(20)与磁极(9)组成的腔体中填充满磁流变液。

3.根据权利要求1所述的一种内嵌多路旁通流道磁流变阻尼器，其特征在于：所述的缸体和导磁环(14)采用软磁材料。

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