CN110715012A - 一种具有多磁偶结构的磁流变阻尼器 - Google Patents

一种具有多磁偶结构的磁流变阻尼器 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种具有多磁偶结构的磁流变阻尼器，通过将多组励磁线圈分别缠绕于对应的端部连接于导磁内环且呈周向排布的偶数个磁偶结构上，相邻磁偶结构上的励磁线圈的缠绕方向相反；将活塞杆穿过导磁内环并与导磁内环过渡配合，磁偶结构外依次周向设有导磁外环、磁流变液间隙和导磁缸筒，导磁外环上设有多个阻磁间隙，阻磁间隙设于相邻的磁偶结构之间，从而在该阻尼器中形成多条依次穿过导磁内环、磁偶结构、导磁外环、磁流变液间隙和导磁缸筒或相反方向的闭合磁路，相邻的闭合磁路的方向相反，由此增加了活塞的有效长度和有效工作面积，从而输出增大输出的阻尼力，并且由于活塞侧面的磁力线分布均匀，从而使得输出的阻尼力均匀。

Description

一种具有多磁偶结构的磁流变阻尼器
技术领域
本发明涉及结构振动控制领域，尤其涉及一种具有多磁偶结构的磁流变阻尼器。
背景技术
目前，磁流变阻尼器已经被广泛应用于减振领域中，随着磁流变阻尼器的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大的要求逐渐提高，以满足对磁流变阻尼器小型化、轻量化和高阻尼力的需求。
图5为传统的磁流变阻尼器的侧视图，如图5所示，传统的磁流变阻尼器往往将活塞杆上的活塞设计为工字型轮廓，将单组或多组励磁线圈缠绕于活塞中间区域的线圈槽上，从而使磁流变液发生流变。但是，传统的磁流变阻尼器一方面因为线圈槽在活塞轴向上占用的长度较大，使得活塞的有效长度和有效工作面积变小，从而影响输出较大的阻尼力，另一方面因为励磁线圈周围的磁力线分布较密集，而远离励磁线圈的磁力线分布较稀疏，从而使得活塞侧表面的磁力线分布不均匀，活塞侧表面的较大面积达不到磁饱和状态，影响输出均匀的阻尼力。
因此，传统的磁流变阻尼器由于励磁线圈缠绕于工字型轮廓的活塞的中间区域的线圈槽，使得活塞在轴向上的有效长度和有效工作面积变小，影响输出较大的阻尼力，以及由于活塞侧面的磁力线分布不均匀，使得输出的阻尼力不均匀。
发明内容
为了解决目前的传统的磁流变阻尼器由于励磁线圈缠绕于工字型轮廓的活塞的中间区域的线圈槽，使得活塞在轴向上的有效长度较小且活塞侧面的磁力线分布不均匀，影响输出较大的阻尼力的问题，本发明实施例提供一种具有多磁偶结构的磁流变阻尼器，该阻尼器包括多个磁偶结构、多组励磁线圈、导磁内环、导磁外环、活塞杆和导磁缸筒。
其中，多个磁偶结构通过导磁内环周向排布于导磁缸筒的中空区域内，导磁内环设于多个磁偶结构排布的周向以内，导磁内环与导磁缸筒之间周向设有导磁外环和磁流变液间隙，导磁外环设于导磁内环与磁流变液间隙之间并与磁流变液间隙接触；磁偶结构的一端与导磁内环相连，另一端与磁流变液间隙接触；导磁外环上设有多个周向排布的阻磁间隙，阻磁间隙设于与其相邻的两个磁偶结构之间；磁偶结构和阻磁间隙的个数均为偶数；活塞杆垂直穿过导磁内环的中孔并与导磁缸筒轴向平行，活塞杆与导磁内环过渡配合；每组励磁线圈轴向缠绕于对应的每个磁偶结构上，相邻磁偶结构上的励磁线圈的缠绕方向相反。
本发明实施例提供一种具有多磁偶结构的磁流变阻尼器，通过将多组励磁线圈分别缠绕于对应的端部连接于导磁内环且呈周向排布的偶数个磁偶结构上，相邻磁偶结构上的励磁线圈的缠绕方向相反；将活塞杆穿过导磁内环并与导磁内环过渡配合，磁偶结构外依次周向设有导磁外环、磁流变液间隙和导磁缸筒，导磁外环上设有多个阻磁间隙，阻磁间隙设于相邻的磁偶结构之间，从而在该阻尼器的任一磁偶结构上的励磁线圈产生的磁力线，依次通过任一磁偶结构、导磁内环、与任一磁偶相邻的磁偶结构、磁流变液间隙和导磁缸筒，或相反的方向，以形成闭合磁路，相邻的闭合磁路的方向相反，由此增加了活塞的有效长度和有效工作面积，从而输出增大输出的阻尼力，并且由于活塞侧面的磁力线分布均匀，从而使得输出的阻尼力均匀。
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明实施例的磁流变阻尼器的俯视局部图；
图2为本发明实施例的具有四个磁偶结构的磁流变阻尼器的俯视图；
图3为本发明实施例的具有六个磁偶结构的磁流变阻尼器的俯视图；
图4为本发明实施例的磁流变阻尼器的侧视图；
图5为传统的磁流变阻尼器的侧视图。
附图标记：
1，阻磁间隙； 2，导磁内环； 3，磁偶结构；
4，磁流变液间隙； 5，导磁缸筒； 6，励磁线圈；
7，高磁阻区； 8，导磁外环； 9，活塞杆。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
图1为本发明实施例的磁流变阻尼器的俯视局部图，图4为本发明实施例的磁流变阻尼器的侧视图，如图1和图4所示，本发明实施例提供一种具有多磁偶结构3的磁流变阻尼器，该阻尼器包括多个磁偶结构3、多组励磁线圈6、导磁内环2、导磁外环8、活塞杆9和导磁缸筒5。
其中，多个磁偶结构3通过导磁内环2周向排布于导磁缸筒5的中空区域内，导磁内环2设于多个磁偶结构3排布的周向以内，导磁内环2与导磁缸筒5之间周向设有导磁外环8和磁流变液间隙4，导磁外环8设于导磁内环2与磁流变液间隙4之间并与磁流变液间隙4接触；磁偶结构3的一端与导磁内环2相连，磁偶结构3的另一端与磁流变液间隙4接触；导磁外环8上设有多个周向排布的阻磁间隙1，阻磁间隙1设于与其相邻的两个磁偶结构3之间；磁偶结构3和阻磁间隙1的个数均为偶数；活塞杆9垂直穿过导磁内环2的中孔并与导磁缸筒5轴向平行，活塞杆9与导磁内环2过渡配合；每组励磁线圈6轴向缠绕于对应的每个磁偶结构3上，相邻磁偶结构3上的励磁线圈6的缠绕方向相反。
具体地，从导磁缸筒5的外部向导磁缸筒5的内部看，导磁缸筒5内依次设有磁流变液间隙4、导磁外环8、周向排布的多个磁偶结构3、导磁内环2以及活塞杆9，每个磁偶结构3在轴向上缠绕有一组对应的励磁线圈6，且相邻磁偶结构3上的励磁线圈6的缠绕方向相反，以使得相邻磁偶结构3中分布的磁力线方向相反，防止由于相邻磁偶中分布的磁力线方向相同，而使得该阻尼器中的磁力线分布不均匀，从而使得该阻尼器输出的阻尼力分布不均匀。
进一步地，在导磁外环8上设有多个阻磁间隙1，每个阻磁间隙1均设于与其相邻的两个磁偶结构3之间，阻磁间隙1能防止励磁线圈6产生的磁力线直接导通，从而使得磁力线依次穿过磁偶结构3、磁流变液间隙4、导磁缸筒5和导磁内环2形成闭合磁路。
需要说明的是，磁偶结构3和阻磁间隙1的个数均为偶数，使得多条闭合磁路成对分布，防止磁偶结构3和阻磁间隙1的个数为奇数时，其中一条闭合磁路为独立分布，使得活塞侧面的磁力线分布不均匀，从而使得输出的阻尼力不均匀。
进一步地，导磁内环2中心设有中孔，活塞杆9垂直穿过导磁内环2的中孔并与导磁缸筒5轴向平行，活塞杆9与导磁内环2过渡配合。
由此，当励磁线圈6通电之后，在该阻尼器中形成多条依次穿过导磁内环2、磁偶结构3、导磁外环8、磁流变液间隙4和导磁缸筒5的闭合磁路，且相邻的闭合磁路的方向相反，由此增加了活塞的有效长度和有效工作面积，从而输出增大输出的阻尼力，并且由于活塞侧面的磁力线分布均匀，从而使得输出的阻尼力均匀。
需要说明的是，导磁外环8为导磁内环2和磁流变液间隙4之间并与磁流变液间隙4接触的周向环形区域，磁偶结构3的一端与导磁内环2相连，另一端穿过导磁外环8后与磁流变液间隙4接触。
需要说明的是，导磁内环2、磁偶结构3和导磁外环8为金属软磁体，以使得导磁内环2、磁偶结构3和导磁外环8利于磁化和退磁。同时，导磁缸筒5的材料也为导磁材料，以利于磁力线分布。其中，导磁内环2、磁偶结构3和导磁外环8共同称为磁流变阻尼器的活塞，活塞随活塞杆9一起沿活塞杆9轴向运动。导磁内环2、磁偶结构3和导磁外环8之间的区域为高磁阻区7。
基于上述实施例，阻磁间隙1在导磁外环8上的弧长与其相邻的两个磁偶结构3在导磁外环8上的周向距离相等。
具体地，相邻的两个磁偶结构3之间设有一个阻磁间隙1，且该阻磁间隙1在导磁外环8上的周向长度即弧长，与该阻磁间隙1相邻的两个磁偶结构3在导磁外环8上的周向距离相等，由此阻磁间隙1使得磁力线充分穿过磁偶结构3，从而使得磁力线依次穿过磁偶结构3、磁流变液间隙4、导磁缸筒5和导磁内环2形成闭合磁路。
基于上述实施例，相邻的磁偶结构3在导磁外环8上的周向距离相等，相邻的阻磁间隙1在导磁外环8上的周向距离相等。
具体地，为使得该阻尼器中的磁力线分布更为均匀，使相邻的两个磁偶结构3在导磁外环8上的周向距离相等，相邻的两个阻磁间隙1在导磁外环8上的周向距离相等，以使得多个磁偶结构3和多个阻磁间隙1分别在周向上均匀分布，
需要说明的是，该阻尼器实际使用时，阻磁间隙1内填充有树脂，一方面进一步防止磁力线直接导通，另一方面使得导磁外环8为一个整体的环路。
基于上述实施例，根据剪切阀式磁流变阻尼器的总阻尼力为式(1)：
Figure BDA0002254207850000051
其中，Fsv为剪切阀式磁流变阻尼器的总阻尼力，D为导磁缸筒5的内直径，L为磁偶结构3轴向上的长度，h为磁流变液间隙4的高度，v为活塞杆9的运动速度，τs为励磁线圈6的剪切屈服强度，A为阻尼有效截面积，η为磁流变液的粘度。
由于本发明实施例的磁流变阻尼器的特点是提供库伦阻尼力，即由磁流变液经过剪切作用产生的阻尼力，因此取剪切阀式磁流变阻尼器的总阻尼力Fsv的
Figure BDA0002254207850000061
作为求本发明实施例的磁流变阻尼器的库伦阻尼力的基础，同时，在本发明实施例中，阻尼曲面对应的圆心角之和为α，参考图2，图2中任一磁偶结构与磁流变间隙接触接触弧面对应的圆心角为α1，用α1与磁偶结构的个数相乘，即可得到阻尼曲面对应的圆心角之和α，即α＝M*α1，其中，M为磁偶结构的个数。图2中有四个磁偶结构，故α＝4α1。
进一步地，阻尼曲面对应的圆周角之和占导磁外环8的圆周比例为
因此，由式(1)可得磁流变阻尼器的库伦阻尼力为式(2)：
Figure BDA0002254207850000063
其中，F为库伦阻尼力，A为阻尼有效截面积，D为导磁缸筒5的内直径，τs为励磁线圈6的剪切屈服强度，α为阻尼曲面对应的圆心角之和，L为磁偶结构轴向上的长度，h为磁流变液间隙的高度，v为活塞杆的运动速度；相应地，阻尼有效截面积为导磁缸筒内壁的截面积与活塞杆的截面积之差；阻尼曲面对应的圆心角为磁偶结构与磁流变液间隙接触弧面对应的圆心角。
基于上述实施例，图2为本发明实施例的具有四个磁偶结构的磁流变阻尼器的俯视图，图3为本发明实施例的具有六个磁偶结构的磁流变阻尼器的俯视图，如图2和图3所示，通过将多组励磁线圈6分别缠绕于对应的端部连接于导磁内环2且呈周向排布的偶数个磁偶结构3上，相邻磁偶结构3上的励磁线圈6的缠绕方向相反；将活塞杆9穿过导磁内环2并与导磁内环2过渡配合，磁偶结构3外依次周向设有导磁外环8、磁流变液间隙4和导磁缸筒5，导磁外环8上设有多个阻磁间隙1，阻磁间隙1设于相邻的磁偶结构3之间，从而在该阻尼器中形成多条依次穿过导磁内环2、磁偶结构3、导磁外环8、磁流变液间隙4和导磁缸筒5的闭合磁路，且相邻的闭合磁路的方向相反，由此增加了活塞的有效长度和有效工作面积，从而输出增大输出的阻尼力，并且由于活塞侧面的磁力线分布均匀，从而使得输出的阻尼力均匀。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种具有多磁偶结构的磁流变阻尼器，其特征在于，包括：多个磁偶结构、多组励磁线圈、导磁内环、导磁外环、活塞杆和导磁缸筒；
多个所述磁偶结构通过所述导磁内环周向排布于所述导磁缸筒的中空区域内，所述导磁内环设于多个所述磁偶结构排布的周向以内，所述导磁内环与所述导磁缸筒之间周向设有导磁外环和磁流变液间隙，所述导磁外环设于所述导磁内环与所述磁流变液间隙之间且与所述磁流变液间隙接触；所述磁偶结构的一端与所述导磁内环相连，另一端与所述磁流变液间隙接触；
所述导磁外环上设有多个周向排布的阻磁间隙，所述阻磁间隙设于与其相邻的两个磁偶结构之间；所述磁偶结构和所述阻磁间隙的个数均为偶数；
所述活塞杆垂直穿过所述导磁内环的中孔并与所述导磁缸筒轴向平行，所述活塞杆与所述导磁内环过渡配合；
每组所述励磁线圈轴向缠绕于对应的每个所述磁偶结构上，相邻所述磁偶结构上的所述励磁线圈的缠绕方向相反。
2.根据权利要求1所述的具有多磁偶结构的磁流变阻尼器，其特征在于，所述阻磁间隙在所述导磁外环上的弧长与其相邻的两个所述磁偶结构在所述导磁外环上的周向距离相等。
3.根据权利要求1所述的具有多磁偶结构的磁流变阻尼器，其特征在于，相邻的所述磁偶结构在所述导磁外环上的周向距离相等，相邻的所述阻磁间隙在所述导磁外环上的周向距离相等。
4.根据权利要求1所述的具有多磁偶结构的磁流变阻尼器，其特征在于，所述阻磁间隙内填充有树脂。
5.根据权利要求1所述的具有多磁偶结构的磁流变阻尼器，其特征在于，所述磁流变阻尼器的库伦阻尼力为：
Figure FDA0002254207840000011
其中，F为库伦阻尼力，A为阻尼有效截面积，D为导磁缸筒的内直径，τs为励磁线圈的剪切屈服强度，α为阻尼曲面对应的圆心角之和，L为磁偶结构轴向上的长度，h为磁流变液间隙的高度，v为活塞杆的运动速度；
相应地，所述阻尼有效截面积为所述导磁缸筒内壁的截面积与所述活塞杆的截面积之差；所述阻尼曲面对应的圆心角为所述磁偶结构与所述磁流变液间隙接触弧面对应的圆心角。
6.根据权利要求1所述的具有多磁偶结构的磁流变阻尼器，其特征在于，所述磁流变液间隙内设有磁流变液。
7.权利要求1-6任一项所述的具有多磁偶结构的磁流变阻尼器，其特征在于，所述导磁内环、所述磁偶结构和所述导磁外环的材料为金属软磁体。
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