CN109667878A - 复合场式磁流变减振器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合场式磁流变减振器，包括工作缸、导向端盖、活塞和浮动活塞，所述的活塞同轴滑动安装在工作缸内，活塞包括同轴安装的活塞杆和活塞体，活塞体内部固定有永磁体和线圈，产生复合磁场，共同作用于磁流变液，本发明采用一种创新的复合场式磁流变减振器结构，相比于现有技术下的磁流变减振器，无需通电也可提供大部分工况下所需的阻尼力；保证了在电路故障的情况下仍可提供阻尼力；相比于现有技术，仅需一半的电流值，即可达到相同的阻尼力变化范围；更有利于电控系统的高精度和快速响应，更便于标定；进一步节约能耗，具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于减振技术领域，具体涉及一种复合场式磁流变减振器。
背景技术
减振器是一种通过阻尼作用对两个物体间的相对运动产生衰减的装置。常用于汽车、列车底盘或其它机械设备中，对车辆行驶及设备运转过程的平顺性起到非常重要的作用。由于减振器在汽车悬架系统中的应用较广泛，工况较复杂，性能要求较高，所以本发明的描述与分析以车辆悬架系统中减振器的应用为例，但其也适用于其他机械减振领域。
在车辆的行驶过程中，车轮遇到的颠簸会使车轮与车身间产生竖直方向的相对运动，减振器的作用就是通过吸收机械能并转化为热量扩散掉，形成对运动的衰减作用。在理想的减振器工作过程中，其产生的阻尼力大小应与相对运动的速度对应，对于任一相对运动速度，偏大或偏小的阻尼力都会严重影响平顺性：阻尼力不足则对运动的衰减不力，振动持续时间长；阻尼力过大则传递的冲击过于强烈，缓冲效果差。磁流变减振器是利用磁流变液的电磁特性开发出来的电控减振器，其阻尼力由运动活塞在磁流变液中所受阻力产生。减振器中的磁流变液在非磁环境中流动性好，所产生的阻尼力小；随着磁场强度的增强其黏度不断变大，所产生的阻尼力也逐渐变大。
现有技术中的磁流变减振器需要一直通电才能工作；在电路故障的情况下减振器阻尼作用几乎完全失效；在标定和主动控制的过程中，电流变化范围也相对较大，不利于电控系统的高精度和快速响应。
发明内容
本发明的目的是提供一种复合场式磁流变减振器，解决现有技术中磁流变减振器的一系列问题：需要一直通电才能工作；在电路故障的情况下减振器阻尼作用几乎完全失效；在标定和主动控制的过程中，电流变化范围也相对较大，不利于电控系统的高精度和快速响应。
为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现：
一种复合场式磁流变减振器，包括工作缸、导向端盖、活塞和浮动活塞，所述的活塞同轴滑动安装在工作缸内，活塞包括同轴安装的活塞杆和活塞体，活塞体内部固定有永磁体和线圈，线圈通过活塞杆内的线束与外部控制系统连接；所述的导向端盖通过卡环固定在工作缸端部，活塞杆从导向端盖中孔伸出工作缸，导向端盖对活塞的轴向滑动进行导向，并对导向端盖与工作缸的连接、导向端盖和活塞杆的连接进行密封；
所述的活塞体将工作缸内磁流变液所占空间分隔成上油腔和下油腔；所述的活塞的往复运动过程中，活塞杆伸入油腔内的体积变化，通过气室容积内的压缩气体的胀缩获得补偿；所述的浮动活塞同轴安装在工作缸内，将压缩气体和磁流变液隔绝开，并通过在工作缸内滑动完成气室容积的调整。
可选地，所述的活塞体内部固定的永磁体和线圈为同轴安装，永磁体在线圈内部。
可选地，所述的活塞体内部固定的永磁体和线圈为同轴安装，永磁体在线圈外部。
可选地，所述的活塞体内部固定的永磁体和线圈为同轴安装，永磁体由两部分组成，分别位于活塞体的两个端面位置，线圈安装在两部分永磁体中间。
当减振器被压缩或拉伸，活塞的整体移动使一侧油腔有体积变大的趋势，压力变小；另一侧油腔有体积变小的趋势，压力变大；所述的活塞上下表面的压力差形成对活塞运动的阻力，并驱使高压油腔中的磁流变液经活塞孔隙流向低压油腔；活塞的运动速度决定磁流变液经过活塞孔隙的流速；而磁流变液以一定速度流经活塞孔隙的阻力决定了活塞受到的阻力，即减振阻尼力。
所述的磁流变液在不同磁场强度下呈现不同粘度，进而产生不同阻力；所述的活塞内的线圈产生的磁场强度受外部控制系统所控制，永磁体产生的磁场强度为恒定值，线圈和永磁体所产生的复合磁场强度综合作用于磁流变液。
所述的永磁体产生的磁场强度被设定为磁流变减振器产生的最常用阻力的磁场强度值，即使线圈不通电，磁流变减振器仍提供最常用阻力。所述的线圈正向通电时，产生与永磁体磁场同向的磁场；所述的线圈反向通电时，产生与永磁体磁场反向的磁场。
本发明的优点和有益效果在于：
本发明采用一种创新的复合场式磁流变减振器结构，相比于现有技术下的磁流变减振器，无需通电也可提供大部分工况下所需的阻尼力；保证了在电路故障的情况下仍可提供阻尼力；相比于现有技术，仅需一半的电流值，即可达到相同的阻尼力变化范围；更有利于电控系统的高精度和快速响应，更便于标定；进一步节约能耗。具有很好的应用前景。
附图说明
图1为本发明的复合场式磁流变减振器一种实施例的示意图
图2为本发明的复合场式磁流变减振器一种实施例的结构剖视图
图3为本发明的复合场式磁流变减振器一种实施例的压缩行程剖视图
图4为本发明的复合场式磁流变减振器一种实施例的拉伸行程剖视图
图中：
1、工作缸；2、导向端盖；3、活塞；4、浮动活塞；
5、磁流变液；6、压缩气体；7、上油腔；8、下油腔；9、气室；
21、卡环；31、活塞杆；32、线束；33、活塞体；34、永磁体；35、线圈；
331、活塞孔隙。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细描述。
将结合图1和图2所示，本发明的一种复合场式磁流变减振器，包括工作缸1、导向端盖2、活塞3和浮动活塞4，所述的活塞3同轴滑动安装在工作缸1内，活塞3包括同轴安装的活塞杆31和活塞体33，活塞体33内部固定有永磁体34和线圈35，线圈35通过活塞杆31内的线束32与外部控制系统连接；
所述的导向端盖2通过卡环21固定在工作缸1端部，活塞杆31从导向端盖2中孔伸出工作缸1，导向端盖2对活塞3的轴向滑动进行导向，并对导向端盖2与工作缸1的连接、导向端盖2和活塞杆31的连接进行密封；
所述的活塞体33将工作缸1内磁流变液5所占空间分隔成上油腔7和下油腔8；所述的活塞3的往复运动过程中，活塞杆31伸入油腔内的体积变化，通过气室9容积内的压缩气体6的胀缩获得补偿；所述的浮动活塞4同轴安装在工作缸1内，将压缩气体6和磁流变液5隔绝开，并通过在工作缸1内滑动完成气室9容积的调整。
如图2所示，本发明的一种实施例中，所述的活塞体33内部固定的永磁体34和线圈35为同轴安装，永磁体34在线圈35内部。
可选地，做为本发明的另一种实施例，所述的活塞体33内部固定的永磁体34和线圈35为同轴安装，永磁体34在线圈35外部。
可选地，做为本发明的另一种实施例，所述的活塞体33内部固定的永磁体34和线圈35为同轴安装，永磁体34由两部分组成，分别位于活塞体33的两个端面位置，线圈35安装在两部分永磁体34中间。
如图3和图4所示，当减振器被压缩或拉伸，活塞3的整体移动使一侧油腔有体积变大的趋势，压力变小；另一侧油腔有体积变小的趋势，压力变大；所述的活塞3上下表面的压力差形成对活塞3运动的阻力，并驱使高压油腔中的磁流变液5经活塞孔隙331流向低压油腔；活塞3的运动速度决定磁流变液5经过活塞孔隙331的流速；而磁流变液5以一定速度流经活塞孔隙331的阻力决定了活塞5受到的阻力，即减振阻尼力。
所述的磁流变液5在不同磁场强度下呈现不同粘度，进而产生不同阻力；所述的活塞3内的线圈35产生的磁场强度受外部控制系统所控制，永磁体34产生的磁场强度为恒定值，线圈35和永磁体34所产生的复合磁场强度综合作用于磁流变液5。
所述的永磁体34产生的磁场强度被设定为磁流变减振器产生的最常用阻力的磁场强度值，即使线圈35不通电，磁流变减振器仍提供最常用阻力。所述的线圈35正向通电时，产生与永磁体34磁场同向的磁场；所述的线圈35反向通电时，产生与永磁体34磁场反向的磁场。
本发明的工作过程是：
图3和图4为本发明的复合场式磁流变减振器一种实施例的工作行程剖视图，当减振器被压缩(如图3所示)或拉伸(如图4所示)，活塞3的整体移动使一侧油腔有体积变大的趋势，压力变小；另一侧油腔有体积变小的趋势，压力变大。活塞3上下表面的压力差形成对活塞3运动的阻力，并驱使高压油腔中的磁流变液经活塞孔隙流向低压油腔。由于磁流变液是不可压缩的，活塞运动速度决定了磁流变液经过活塞孔隙的流速；而磁流变液以一定速度流经活塞孔隙的阻力决定了活塞受到的阻力，即减振器在此活塞运动速度下产生的阻尼力。
本发明的磁流变减振器通过控制活塞3内的复合磁场强度，实现对阻尼力的控制：利用活塞3芯部的永磁体34产生强度为B0的常量的磁场，又利用线圈35内的变化电流产生强度可达BI的变量的磁场，两种磁场的叠加构成了最终控制磁流变液黏度特性的复合磁场BF。永磁体34的磁场强度B0被设定为最常用值，所以无需通电也可提供大部分工况下所需的阻尼力，也保证了减振器在电路故障的情况下仍可提供阻尼力。在永磁体35的磁场B0的基础上给线圈35正向通电可得到的最大复合磁场BF MAX＝B0+BI；反向通电可得到的最小复合磁场BF MIN＝B0-BI，强度在BF MIN到BF MAX范围内变化的复合磁场，能够提供所有工况下所需的阻尼力。而且永磁体34的磁场强度B0被设定为最常用值，使得通电时间较短，通电电流较小，节能效果显著；加之正反方向的通电强度和时间基本相同，抵消了电磁场对永磁体34的绝大部分磁化作用，有利于保持永磁体34磁场强度B0的稳定。利用线圈35产生最大值仅为BI的磁场，通过正反两个方向与永磁体34磁场B0进行叠加，即可实现复合磁场高达2BI的变化幅度。所以相比于现有技术的磁流变减振器，本发明的减振器仅需一半的电流值，即可达到相同的阻尼力变化范围。减小了所需电流的最大值，更加有利于电控系统的高精度和快速响应，更加便于于标定，也进一步节约了能耗。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种复合场式磁流变减振器，包括工作缸(1)、导向端盖(2)、活塞(3)和浮动活塞(4)，其特征在于：
所述的活塞(3)同轴滑动安装在工作缸(1)内，活塞(3)包括同轴安装的活塞杆(31)和活塞体(33)，活塞体(33)内部固定有永磁体(34)和线圈(35)，线圈(35)通过活塞杆(31)内的线束(32)与外部控制系统连接；
所述的导向端盖(2)通过卡环(21)固定在工作缸(1)端部，活塞杆(31)从导向端盖(2)中孔伸出工作缸(1)，导向端盖(2)对活塞(3)的轴向滑动进行导向，并对导向端盖(2)与工作缸(1)的连接、导向端盖(2)和活塞杆(31)的连接进行密封；
所述的活塞体(33)将工作缸(1)内磁流变液(5)所占空间分隔成上油腔(7)和下油腔(8)；所述的活塞(3)的往复运动过程中，活塞杆(31)伸入油腔内的体积变化，通过气室(9)容积内的压缩气体(6)的胀缩获得补偿；所述的浮动活塞(4)同轴安装在工作缸(1)内，将压缩气体(6)和磁流变液(5)隔绝开，并通过在工作缸(1)内滑动完成气室(9)容积的调整。
2.根据权利要求1所述的一种复合场式磁流变减振器，其特征在于：
所述的活塞体(33)内部固定的永磁体(34)和线圈(35)为同轴安装，永磁体(34)在线圈(35)内部。
3.根据权利要求1所述的一种复合场式磁流变减振器，其特征在于：
所述的活塞体(33)内部固定的永磁体(34)和线圈(35)为同轴安装，永磁体(34)在线圈(35)外部。
4.根据权利要求1所述的一种复合场式磁流变减振器，其特征在于：
所述的活塞体(33)内部固定的永磁体(34)和线圈(35)为同轴安装，永磁体(34)由两部分组成，分别位于活塞体(33)的两个端面位置，线圈(35)安装在两部分永磁体(34)中间。
5.根据权利要求1所述的一种复合场式磁流变减振器，其特征在于：
当减振器被压缩或拉伸，活塞(3)的整体移动使一侧油腔有体积变大的趋势，压力变小；另一侧油腔有体积变小的趋势，压力变大；所述的活塞(3)上下表面的压力差形成对活塞(3)运动的阻力，并驱使高压油腔中的磁流变液(5)经活塞孔隙(331)流向低压油腔；活塞(3)的运动速度决定磁流变液(5)经过活塞孔隙(331)的流速；而磁流变液(5)以一定速度流经活塞孔隙(331)的阻力决定了活塞(5)受到的阻力，即减振阻尼力。
6.根据权利要求5所述的一种复合场式磁流变减振器，其特征在于：
所述的磁流变液(5)在不同磁场强度下呈现不同粘度，进而产生不同阻力；
所述的活塞(3)内的线圈(35)产生的磁场强度受外部控制系统所控制，永磁体(34)产生的磁场强度为恒定值，线圈(35)和永磁体(34)所产生的复合磁场强度综合作用于磁流变液(5)。
7.根据权利要求6所述的一种复合场式磁流变减振器，其特征在于：
所述的永磁体(34)产生的磁场强度被设定为磁流变减振器产生的最常用阻力的磁场强度值，即使线圈(35)不通电，磁流变减振器仍提供最常用阻力。
8.根据权利要求6所述的一种复合场式磁流变减振器，其特征在于：
所述的线圈(35)正向通电时，产生与永磁体(34)磁场同向的磁场；
所述的线圈(35)反向通电时，产生与永磁体(34)磁场反向的磁场。
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|---|---|---|---|---|
| CN113074210A (zh) * | 2021-03-16 | 2021-07-06 | 广西科技大学 | 一种被动式磁流变减振装置 |
| CN113978580A (zh) * | 2021-11-11 | 2022-01-28 | 摩拜(北京)信息技术有限公司 | 共享单车 |
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