CN112503129A - 一种半主动磁流变旋转阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半主动磁流变旋转阻尼器，包括：套筒部件、螺杆部件、电磁阻尼部件和半主动控制部件；螺杆部件设在套筒部件内部；螺杆部件与套筒部件围成密封腔，密封腔内填充磁流变液；电磁阻尼部件包括桨叶和电涡流板；半主动控制部件包括电磁铁组件和电压控制接口；当外部作用力引起螺杆部件与套筒部件相对运动，螺杆部件驱动桨叶带动磁流变液流动并引起磁场变化，使电涡流板内产生感应电流，并对桨叶转动产生电磁阻力，磁流变液流动协助电涡流板的热量耗散；当需调节阻尼器的阻尼力时，可控制电磁铁组件的输入电压，从而调节磁流变液的粘度，形成电信号对阻尼力的实时控制；本发明实现了由动能向磁场能、电场能、热能的高效能量转化。

Description

一种半主动磁流变旋转阻尼器

技术领域

本发明涉及结构减震技术领域，特别涉及一种半主动磁流变旋转阻尼器。

背景技术

阻尼器能提供一种半主动阻尼力，有效减轻结构的震动反应，对结构的抗震性能有很大提高。但传统的阻尼器耗能并不高效，而且传统的阻尼器控制功能单一，在有限的体积下无法做到应对不同类型的震动输入情况，传统的阻尼器保护功能不全面，已无法满足现代结构振动控制的性能要求。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种半主动磁流变旋转阻尼器，能够满足不同的变阻尼力需求。

根据本发明的第一方面实施例，提供一种半主动磁流变旋转阻尼器，包括：套筒部件、螺杆部件、电磁阻尼部件和半主动控制部件；其中螺杆部件设置在套筒部件内，螺杆部件与套筒部件可发生相对运动；其中螺杆部件与套筒部件的缸体围成密封腔，密封腔内设有磁流变液；其中电磁阻尼部件包括桨叶和电涡流板，电涡流板和桨叶均处于磁流变液中，桨叶与螺杆部件固定连接，螺杆部件驱动桨叶转动，桨叶转动引起磁流变液流动，并在电涡流板内产生磁感应电流；其中半主动控制部件设置在套筒部件内，半主动控制部件包括电磁铁组件和与电磁铁组件连接的电压控制接口，磁流变液感应电磁铁组件产生的磁场，引起磁流变液的粘度改变。

有益效果：此半主动磁流变旋转阻尼器通过螺杆部件感应震动力的作用，当螺杆部件与套筒部件发生相对的线性运动后，螺杆部件带动桨叶发生转动，一方面磁流变液运动引起套筒部件内磁场变化，该磁场变化引起电涡流板产生磁感应电流，磁感应电流由于电涡流板的电阻而产生热量，热量随运动的磁流变液而逐渐耗散，另一方面通过电压控制接口对电磁铁组件输入电压，使电磁铁组件产生不同强度的电磁场，磁流变液被磁场影响剪切强度，对桨叶转动产生不同的阻尼力，通过电信号有效控制桨叶的旋转阻尼，并可高效的实现电到磁的阻尼控制和磁到电的能量回收。

根据本发明第一方面实施例的半主动磁流变旋转阻尼器，电涡流板和电磁铁组件外均包裹有绝缘层。

根据本发明第一方面实施例的半主动磁流变旋转阻尼器，电磁铁组件包括第一固定座、磁铁和缠绕在磁铁上的线圈，第一固定座设置在套筒部件内，磁铁固定在第一固定座上，电压控制接口与线圈连接。

根据本发明第一方面实施例的半主动磁流变旋转阻尼器，电压控制接口设置有导线，导线外接电信号输入模块。

根据本发明第一方面实施例的半主动磁流变旋转阻尼器，电磁阻尼部件还包括第二固定座，电涡流板固定在第二固定座上。

根据本发明第一方面实施例的半主动磁流变旋转阻尼器，电涡流板竖直设置在套筒部件内，电涡流板垂直于螺杆部件的轴线设置。

根据本发明第一方面实施例的半主动磁流变旋转阻尼器，桨叶设置多组，电涡流板位于桨叶之间。

根据本发明第一方面实施例的半主动磁流变旋转阻尼器，电磁铁组件设置多组，电磁铁组件于桨叶外侧。

根据本发明第一方面实施例的半主动磁流变旋转阻尼器，螺杆部件包括滚珠螺母和螺杆，螺杆沿套筒部件的轴线延伸方向设置，滚珠螺母设置在螺杆上，螺杆驱动滚珠螺母转动，滚珠螺母与桨叶固定连接。

根据本发明第一方面实施例的半主动磁流变旋转阻尼器，滚珠螺母与套筒部件之间设有轴承，轴承的一侧设有密封件。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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设计方案和附图。

图1为本发明实施例的正视图；

图2为图1中A-A的剖视图；

图3为图1中B-B的剖视图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1～图3，一种半主动磁流变旋转阻尼器，包括：套筒部件10、螺杆部件、电磁阻尼部件和半主动控制部件；其中螺杆部件设置在套筒部件10内，螺杆部件与套筒部件10可发生相对运动；其中螺杆部件与套筒部件10的缸体围成密封腔，密封腔内设有磁流变液33；其中电磁阻尼部件包括桨叶32和电涡流板31，电涡流板31和桨叶32均处于磁流变液33中，桨叶32与螺杆部件固定连接，螺杆部件驱动桨叶32转动，桨叶32转动引起磁流变液33流动，电涡流板31与运动的磁流变液33发生感应，并在电涡流板31内产生磁感应电流；其中半主动控制部件设置在套筒部件10内，半主动控制部件包括电磁铁组件50和与电磁铁组件50连接的电压控制接口，磁流变液33感应电磁铁组件50产生的磁场，引起磁流变液33的粘度改变，并反馈阻尼力至桨叶32，电磁铁组件50产生的不同磁场会使磁流变液33反馈不同的阻尼力至桨叶32。此半主动磁流变旋转阻尼器通过螺杆部件感应震动力的作用，当螺杆部件与套筒部件10发生相对的线性运动后，螺杆部件带动桨叶32发生转动，一方面磁流变液33运动引起套筒部件10内磁场变化，该磁场变化引起电涡流板31产生磁感应电流，磁感应电流由于电涡流板31的电阻而产生热量，热量随运动的磁流变液33而逐渐耗散，另一方面通过电压控制接口对电磁铁组件50输入电压，使电磁铁组件50产生不同强度的电磁场，磁流变液33被磁场影响剪切强度，对桨叶32转动产生不同的阻尼力，通过电信号有效控制桨叶32的旋转阻尼，并可高效的实现电到磁的阻尼控制和磁到电的能量回收。

在本实施例中，磁流变液33是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体，这种悬浮体在零磁场条件下呈现出低粘度的牛顿流体特性；而在强磁场作用下，则呈现出高粘度、低流动性的宾汉体特性，且由于磁流变液33在磁场作用下的流变是瞬间的、可逆的、而且其流变后的剪切屈服强度与磁场强度具有稳定的对应关系。电涡流板31为具有一定电阻的板件。

在本实施例中，为保证安全避免漏电，电涡流板31和电磁铁组件50外均包裹有绝缘层，设置绝缘层可保证电流在电涡流板31内实现消耗。具体的，电磁铁组件50包括第一固定座52、磁铁和缠绕在磁铁上的线圈，第一固定座52设置在套筒部件10内，磁铁固定在第一固定座52上，电压控制接口与线圈连接。优选的，电压控制接口设置有导线51，导线51外接电信号输入模块。具体的，电磁阻尼部件还包括第二固定座34，电涡流板31固定在第二固定座34上。优选的，第一固定座52和第二固定座34均为绝缘材质制成。

在本实施例中，电涡流板31竖直设置在套筒部件10内，电涡流板31垂直于螺杆部件的轴线设置。

优选的，桨叶32设置多组，电涡流板31位于桨叶32之间，提高电能和热量的转化效率，增大阻尼力。具体的，桨叶32呈抛物线型，具有良好的径向排量和分散能力。

优选的，电磁铁组件50设置多组，电磁铁组件50于桨叶32外侧，保证磁场的变化能均匀地作用于磁流变液33，保证对桨叶32产生的阻尼力稳定。

在本实施例中，螺杆部件包括滚珠螺母22和螺杆21，螺杆21沿套筒部件10的轴线延伸方向设置，滚珠螺母22设置在螺杆21上，螺杆21驱动滚珠螺母22转动，滚珠螺母22与桨叶32固定连接，桨叶32以滚珠螺母22的中心轴线为中心呈圆周阵列设置在滚珠螺母22的侧壁。

在本实施例中，滚珠螺母22与套筒部件10之间设有轴承41，轴承41的一侧设有密封件40。具体的，轴承41和密封件40均设置两组，两组轴承41分别设置在滚珠螺母22上，位于套筒部件10的两侧内，两组密封件40分别对应设置在两组轴承41处。优选的，密封件40为机械密封或者油封密封。

在本实施例中，螺杆21的一端嵌套于伸入套筒部件10内，螺杆21的另一端设有第一耳环23。套筒部件10的一端设有能容纳螺杆21的孔，套筒部件10的另一端设有第二耳环12。第一耳环23和第二耳环12用于与结构连接，保证安装和定位。

在本实施例中，螺杆21的一端设有限位块211，套筒部件10内设有与限位块211配合的限位板11。限定螺杆21的运动行程，避免此半主动磁流变旋转阻尼器失效。

在本实施例中，套筒部件10的横截面形状近似为“T”型，便于同时容纳螺杆21、电涡流板31和桨叶32。

此半主动磁流变旋转阻尼器通过套筒部件10与螺杆部件发生相对线性运动时，滚珠螺母22带动两组桨叶32转动，由于轴承41与螺杆部件、套筒部件10的缸体围成的密封腔内充满了磁流变液33，两组桨叶32与电涡流板31、电磁铁组件50均浸泡于磁流变液33内，桨叶32的转动带动磁流变液33运动，磁流变液33运动引起套筒部件10内磁场变化，根据电磁学原理，该磁场变化引起电涡流板31产生磁感应电流，磁感应电流由于电涡流板31的电阻而产生热量，热量通过运动的磁流变液33而耗散；进一步的，根据流体力学原理，磁流变液33会对桨叶32转动产生阻尼，该阻尼与磁流变液33的粘度和密度、桨叶32的转速相关，通过控制输入电磁铁组件50的电压，使电磁铁组件50产生不同强度的电磁场，磁流变液33被磁场影响剪切强度，对桨叶32转动产生不同的阻尼力，满足不同的变阻尼力的需求。通过电信号有效控制桨叶32的旋转阻尼，并可高效的实现电到磁的阻尼控制和磁到电的能量回收。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种半主动磁流变旋转阻尼器，其特征在于，包括：套筒部件、螺杆部件、电磁阻尼部件和半主动控制部件；

其中所述螺杆部件设置在所述套筒部件内，所述螺杆部件与所述套筒部件可发生相对运动；

其中所述螺杆部件与所述套筒部件的缸体围成密封腔，所述密封腔内设有磁流变液；

其中所述电磁阻尼部件包括桨叶和电涡流板，所述电涡流板和所述桨叶均处于所述磁流变液中，所述桨叶与所述螺杆部件固定连接，所述螺杆部件驱动所述桨叶转动，所述桨叶转动引起所述磁流变液流动，并在所述电涡流板内产生磁感应电流；

其中所述半主动控制部件设置在所述套筒部件内，所述半主动控制部件包括电磁铁组件和与所述电磁铁组件连接的电压控制接口，所述磁流变液感应所述电磁铁组件产生的磁场，引起所述磁流变液的粘度改变。

2.根据权利要求1所述的半主动磁流变旋转阻尼器，其特征在于：所述电涡流板和所述电磁铁组件外均包裹有绝缘层。

3.根据权利要求2所述的半主动磁流变旋转阻尼器，其特征在于：所述电磁铁组件包括第一固定座、磁铁和缠绕在所述磁铁上的线圈，所述第一固定座设置在所述套筒部件内，所述磁铁固定在所述第一固定座上，所述电压控制接口与所述线圈连接。

4.根据权利要求3所述的半主动磁流变旋转阻尼器，其特征在于：所述电压控制接口设置有导线，所述导线外接电信号输入模块。

5.根据权利要求2所述的半主动磁流变旋转阻尼器，其特征在于：所述电磁阻尼部件还包括第二固定座，所述电涡流板固定在所述第二固定座上。

6.根据权利要求1所述的半主动磁流变旋转阻尼器，其特征在于：所述电涡流板竖直设置在所述套筒部件内，并与所述螺杆部件的轴线垂直。

7.根据权利要求6所述的半主动磁流变旋转阻尼器，其特征在于：所述桨叶设置多组，所述电涡流板位于所述桨叶之间。

8.根据权利要求6所述的半主动磁流变旋转阻尼器，其特征在于：所述电磁铁组件设置多组，所述电磁铁组件于所述桨叶外侧。

9.根据权利要求1所述的半主动磁流变旋转阻尼器，其特征在于：所述螺杆部件包括滚珠螺母和螺杆，所述螺杆沿所述套筒部件的轴线方向设置，所述滚珠螺母嵌套于所述螺杆上，所述螺杆驱动所述滚珠螺母转动，所述滚珠螺母与所述桨叶固定连接。

10.根据权利要求9所述的磁流变旋转阻尼器，其特征在于：所述滚珠螺母与所述套筒部件之间设有轴承，所述轴承的一侧设有密封件。

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