CN109838493B - 一种多磁偶定子结构的磁流变阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多磁偶定子结构的磁流变阻尼器。所述磁流变阻尼器包括：活塞、支撑架、金属软磁材料、导磁缸筒以及励磁线圈；支撑架为空心结构；活塞设于支撑架内部；支撑架的外部嵌有多层金属软磁材料；金属软磁材料层层重合叠落设置；励磁线圈缠绕在金属软磁材料上；金属软磁材料设于导磁缸筒内部；金属软磁材料与导磁缸筒之间设有间隙；间隙为磁流变液流变区；在励磁线圈的激励下，磁力线从金属软磁材料内出发，途经磁流变液流变区、导磁缸筒，最终回到所述金属软磁材料内，形成具备同时收发磁力线的多磁偶结构。采用本发明所提供的磁流变阻尼器能够有效抑制由于变化励磁电流产生的涡流热，提高阻尼力输出的稳定性。

Description

一种多磁偶定子结构的磁流变阻尼器

技术领域

本发明涉及桥梁、车辆、机械设备等结构振动控制领域，特别是涉及一种多磁偶定子结构的磁流变阻尼器。

背景技术

当前，磁流变阻尼器已经被广泛应用于众多减振领域中，随着应用领域的继续扩大，对磁流变阻尼器设备小型化、轻量化以及输出阻尼力大等要求逐渐提高；特别是在某些特殊应用场景，由于减振的对象在形状设计或者空间占用上的限制，要求在满足磁流变阻尼器小型化、轻量化、高阻尼力的同时，还需在阻尼器的结构上加以创新，以适应更多的应用场合。

在对磁流变阻尼器轴向方向上要求空间占用小的情况下，这就需要根据这种特殊的应用场合设计合理的磁流变阻尼器的结构，使之在不损失有效行程和阻尼力输出的情况下节省轴向方向上的空间占用，而传统的磁流变阻尼器由于一般为长杆状，传统的磁流变阻尼器轴向方向上要求空间占用较大，无法满足空间占用上的要求。同时在传统类型的磁流变阻尼器中，由于线圈中电流的变化，会在活塞中感应产生涡电流，涡流热致使活塞温度升高，影响磁流变液的正常工作，最终影响阻尼力输出的稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种多磁偶定子结构的磁流变阻尼器，以解决传统的磁流变阻尼器轴向方向上要求空间占用较大，阻尼力输出稳定性低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种多磁偶定子结构的磁流变阻尼器，包括：活塞、支撑架、金属软磁材料、导磁缸筒以及励磁线圈；

所述支撑架为空心结构；所述活塞设于所述支撑架内部；所述支撑架的外部嵌有多层所述金属软磁材料；所述金属软磁材料层层重合叠落设置；

所述励磁线圈缠绕在所述金属软磁材料上；

所述金属软磁材料设于所述导磁缸筒内部；所述金属软磁材料与所述导磁缸筒之间设有间隙；所述间隙为磁流变液流变区；

在所述励磁线圈的激励下，磁力线从所述金属软磁材料内出发，途经所述磁流变液流变区、所述导磁缸筒，最终回到所述金属软磁材料内，形成具备同时收发磁力线的多磁偶结构。

可选的，所述金属软磁材料包括偶数个T型导磁臂；

偶数个所述T型导磁臂等间隔分布在所述支撑架上。

可选的，所述金属软磁材料的外表面设有绝缘漆。

可选的，还包括：阻流块；

所述阻流块设于两个所述T型导磁臂之间，且所述阻流块曲面的最大半径与所述导磁缸筒内径相同。

可选的，所述阻流块的材料为金属材料；所述金属材料的磁导率低于第一磁导率阈值。

可选的，所述活塞包括活塞圆盘以及活塞杆；

所述活塞圆盘的边缘设有橡胶圈，所述橡胶圈与所述支撑架的内壁相接触；所述活塞圆盘的厚度低于预设厚度阈值；所述活塞杆垂直于所述活塞圆盘，且设于所述活塞圆盘的中心。

可选的，所述活塞的材料为金属材料；所述金属材料的磁导率低于第一磁导率阈值。

可选的，所述导磁缸筒的材料为金属材料；所述金属材料的磁导率高于第二磁导率阈值。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供了一种多磁偶定子结构的磁流变阻尼器，线圈电流的变化时，由于设置多层金属软磁材料，每一层金属软磁材料将线圈中所产生的涡流进行分开隔离，从而每一层金属软磁材料分别产生较小的涡流，进而降低了由此所产生的涡流热，有效抑制了由于变化励磁电流产生的涡流热，提高了阻尼力输出的稳定性。

其次，本发明的活塞圆盘的厚度降低，仅做到能够驱动磁流变液活动即可，无需在轴向方向上占用较大空间，从而降低了活塞的占用空间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供多磁偶定子结构的磁流变阻尼器A-A面主剖视图；

图2为本发明所提供的多磁偶定子结构的磁流变阻尼器的金属软磁材料示意图；

图3为本发明所提供的多磁偶定子结构的磁流变阻尼器的俯视图；

图4为本发明所提供的多磁偶定子结构的磁流变阻尼器的磁路示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种多磁偶定子结构的磁流变阻尼器，能够有效抑制由于变化励磁电流产生的涡流热，提高阻尼力输出的稳定性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明所提供多磁偶定子结构的磁流变阻尼器A-A面主剖视图，如图1所示，一种多磁偶定子结构的磁流变阻尼器，包括：活塞1、支撑架2、金属软磁材料3、导磁缸筒4以及励磁线圈5；

所述支撑架2为空心结构；所述活塞1设于所述支撑架2内部；所述支撑架2的外部嵌有多层所述金属软磁材料3；所述金属软磁材料3层层重合叠落设置；所述励磁线圈5缠绕在所述金属软磁材料3上；所述金属软磁材料3设于所述导磁缸筒4内部；所述金属软磁材料3与所述导磁缸筒4之间设有间隙；所述间隙为磁流变液流变区6；在所述励磁线圈5的激励下，磁力线9从所述金属软磁材料3内出发，途经所述磁流变液流变区6、所述导磁缸筒4，最终回到所述金属软磁材料3内，形成具备同时收发磁力线9的多磁偶结构。

图2为本发明所提供的多磁偶定子结构的磁流变阻尼器的金属软磁材料示意图，如图2所示，所述金属软磁材料3包括偶数个T型导磁臂3-1；偶数个所述T型导磁臂3-1等间隔分布在所述支撑架2上；所述金属软磁材料3的外表面设有绝缘漆。

图3为本发明所提供的多磁偶定子结构的磁流变阻尼器的俯视图，如图3所示，本发明还包括：阻流块7；所述阻流块7设于两个所述T型导磁臂3-1之间，且所述阻流块7曲面的最大半径与所述导磁缸筒4内径相同；从而保持磁流变液只能从所述磁流变液流变区6经过。所述阻流块7的材料为金属材料；所述金属材料的磁导率低于第一磁导率阈值。

图4为本发明所提供的多磁偶定子结构的磁流变阻尼器的磁路示意图，如图4所示，固定于多磁偶定子结构的磁流变阻尼器内的导磁部分采用金属软磁材料3叠落式组装，并缠绕多组励磁线圈5，使金属软磁材料3、磁流变液与导磁缸筒4之间形成具备同时收发磁力线9的多磁偶结构；金属软磁材料3的磁力线收发端的形状为T形，T形磁偶的数量为偶数个，同时要保证T形磁偶之间保留一定空隙以保证磁力线9从金属软磁材料3出发，途经磁流变液流变区6、导磁缸筒4之后回到金属软磁材料3，形成闭合磁路；其中，所述导磁缸筒4的材料为金属材料；所述金属材料的磁导率高于第二磁导率阈值。

若干张金属软磁材料3重合叠落在一起，并且片层之间涂有绝缘漆；金属软磁材料3上留有线圈槽，漆包线双线并排缠绕于活塞1上的卡槽处，可供励磁线圈5进行多股缠绕；所述金属软磁材料3与所述励磁线圈5之间缠有一层绝缘纸。

所述活塞1包括活塞圆盘1-1以及活塞杆1-2；所述活塞圆盘1-1的边缘设有橡胶圈，所述橡胶圈与所述支撑架2的内壁相接触；所述活塞圆盘1-1的厚度低于预设厚度阈值；所述活塞杆1-2垂直于所述活塞圆盘1-1，且设于所述活塞圆盘1-1的中心；所述活塞1的材料为金属材料；所述金属材料的磁导率低于第一磁导率阈值。

本发明通过预留磁流变液过渡区8，可使磁流变液在活塞1的驱使下，在磁流变阻尼器内部按照特定路径流动；由于活塞1运动产生的两端的压力差，使得在活塞1一侧的磁流变液从支撑架2一端的磁流变液过渡区8的通道流出，由于阻流块7的存在，只能全部经过磁流变液流变区6，最后经过另一端的磁流变液过渡区8流至活塞1的另一侧，在此过程中将产生更大的阻尼力；所述磁流变液的分布在所述磁流变液过渡区8以及所述磁流变液流变区6内部，由活塞1驱动磁流变液，按照本发明所提供的磁流变阻尼器的内部结构进行流动。

将金属软磁材料3若干浸泡于绝缘漆中，然后将金属软磁材料3叠落成重合形态，经过100℃、2小时烘干成组，在成组的金属软磁材料3的矩形结构处分别缠绕励磁线圈5，缠绕方向按照在相邻金属软磁材料3中产生反向磁力线9排布为目的而定。

当励磁线圈5通有电流时，金属软磁材料3、导磁缸筒4与磁流变液共同形成具备同时收发磁力线9的多磁偶结构，在阻尼间隙处形成流变区，即磁流变液流变区6，使区域内的磁流变液发生流变，最终导致其粘滞阻尼力变化。

粘滞阻尼力F表达式的推导过程如下：

设两平板之间的间隙高度为h，宽度为b，两极板的相对运动速度为v，板两端的压差为ΔP，任取板宽方向的一维分层流动平面，建立直角坐标系。当无磁场作用时，磁流变液可看作牛顿不可压缩粘性流体，零场粘度为η₀，密度为ρ，由流体力学纳维—斯托克斯(N-S)方程可列出方程组：

根据流体力学中恒定流动以及不可压缩流体性质，可将式(1)化简为：

由于压强P仅为坐标x的函数，即压强只沿x坐标轴方向变化，于是可将式(2)中第一列算式改写成全导数形式：

对(3)式两次不定积分，得到流体流速与间隙高度坐标y的函数关系式：

在剪切模式中，根据剪切模式模型中的边界条件，可得到剪切模式下式(4)中的特解：

在磁场作用下，Bingham体的本构关系式为：

得到剪切应力与作用力的关系可得到磁流变液平行剪切流动产生的阻尼力F_s为：

在阀式模式中，有板两端的压差为ΔP与磁流变液剪切屈服强度τ_s关系：

有阀式磁流变阻尼器的阻尼力F_v表达式：

得到剪切阀式磁流变阻尼器总阻尼力F_sv为：

因此，粘滞阻尼力F表达式为：

其中，η为所述磁流变液的粘度；L为活塞在轴向上的长度；D为导磁缸筒的内直径；v为活塞的运动速度；τ_s为所述磁流变液的剪切屈服强度；A为导磁缸筒内腔的有效横截面积；h为导磁缸筒内腔与金属软磁材料弧面的间隙厚度。

采用本发明所提供的多磁偶定子结构的磁流变阻尼器，在保持不损失有效行程的前提下，将磁流变阻尼器在轴向上的空间占用长度大幅度缩短。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种多磁偶定子结构的磁流变阻尼器，其特征在于，包括：活塞、支撑架、金属软磁材料、阻流块、导磁缸筒以及励磁线圈；

所述支撑架为空心结构；所述活塞设于所述支撑架内部；所述支撑架的外部嵌有多层所述金属软磁材料；所述金属软磁材料层层重合叠落设置；

所述励磁线圈缠绕在所述金属软磁材料上；

所述金属软磁材料设于所述导磁缸筒内部；所述金属软磁材料与所述导磁缸筒之间设有间隙；所述间隙为磁流变液流变区；

在所述励磁线圈的激励下，磁力线从所述金属软磁材料内出发，途经所述磁流变液流变区、所述导磁缸筒，最终回到所述金属软磁材料内，形成具备同时收发磁力线的多磁偶结构；

还设置有磁流变液过渡区，与所述磁流变液流变区相通；

所述金属软磁材料包括偶数个T型导磁臂；

偶数个所述T型导磁臂等间隔分布在所述支撑架上；

所述阻流块设于两个所述T型导磁臂之间，且所述阻流块曲面的最大半径与所述导磁缸筒内径相同；

粘滞阻尼力F的计算公式为：

其中，η为磁流变液的粘度；L为活塞在轴向上的长度；D为导磁缸筒的内直径；v为活塞的运动速度；A为导磁缸筒内腔的有效横截面积；h为导磁缸筒内腔与金属软磁材料弧面的间隙厚度。

2.根据权利要求1所述的多磁偶定子结构的磁流变阻尼器，其特征在于，所述金属软磁材料的外表面设有绝缘漆。

3.根据权利要求1所述的多磁偶定子结构的磁流变阻尼器，其特征在于，所述阻流块的材料为金属材料；所述金属材料的磁导率低于第一磁导率阈值。

4.根据权利要求1所述的多磁偶定子结构的磁流变阻尼器，其特征在于，所述活塞包括活塞圆盘以及活塞杆；

所述活塞圆盘的边缘设有橡胶圈，所述橡胶圈与所述支撑架的内壁相接触；所述活塞圆盘的厚度低于预设厚度阈值；所述活塞杆垂直于所述活塞圆盘，且设于所述活塞圆盘的中心。

5.根据权利要求4所述的多磁偶定子结构的磁流变阻尼器，其特征在于，所述活塞的材料为金属材料；所述金属材料的磁导率低于第一磁导率阈值。

6.根据权利要求1所述的多磁偶定子结构的磁流变阻尼器，其特征在于，所述导磁缸筒的材料为金属材料；所述金属材料的磁导率高于第二磁导率阈值。

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