CN113398818A - 一种基于交变磁场扰动的磁流变液抗沉降存储装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种基于交变磁场扰动的磁流变液抗沉降存储装置，该装置包括磁流变液存储器；隔磁底座；第一亥姆霍兹线圈、第二亥姆霍兹线圈、第三亥姆霍兹线圈和第四亥姆霍兹线圈；第一电源组件以及第二电源组件；第一电源组件与第一亥姆霍兹线圈和第三亥姆霍兹线圈连接，用于为第一亥姆霍兹线圈和第三亥姆霍兹线圈供电；第二电源组件与第二亥姆霍兹线圈和第四亥姆霍兹线圈连接，用于为第二亥姆霍兹线圈和第四亥姆霍兹线圈供电；其中，磁流变液存储器设于隔磁底座上，第一亥姆霍兹线圈、第二亥姆霍兹线圈、第三亥姆霍兹线圈和第四亥姆霍兹线圈分别设于隔磁底座，且将磁流变液存储器包围。
Description
技术领域
本发明涉及磁流变液存储技术领域，具体而言，涉及一种基于交变磁场扰动的磁流变液抗沉降存储装置。
背景技术
磁流变液一般是由微米级可磁化固体颗粒(如铁、钴、镍等)分散于硅油或水等载液中制成的悬浮体系，在外加磁场的作用下，其状态可由低粘度的牛顿流体变为高粘度、低流动性的宾汉类固体，当撤掉外磁场后，它又可恢复到原来的牛顿流体状态。利用磁流变液的这种连续、迅速(毫秒级)且可逆的流变特性，制备离合器、阻尼器等，近年来磁流变液已成功应用于汽车、航空航天、机器人、建筑等领域。
然而，由于可磁化固体颗粒的密度远远大于载液的密度导致磁流变液易沉降、稳定性差的问题，降低了磁流变液的实际应用效果。因此，悬浮稳定性是评价磁流变液性能的一项重要指标。为了解决沉降问题，传统的方法有加入表面活性剂、防沉剂、用有机聚合物包覆磁性颗粒、寻找新的载液等，但这些方法在增加磁流变液悬浮稳定性的同时却改变了磁流变液的原性质，减小了其剪切屈服应力或增加了零剪切黏度，导致其应用范围受到限制。另外，还有通过基于永磁体的恒定横向磁场方法提高磁流变液的悬浮稳定性，但是长期加载恒定磁场容易引起颗粒横向团聚，降低颗粒分散性，最终影响磁流变液的流变性能。
因此，如何克服上述问题是目前亟需解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于交变磁场扰动的磁流变液抗沉降存储装置，其能够改善上述问题。
本发明的实施例是这样实现的：
第一方面，本发明提供一种基于交变磁场扰动的磁流变液抗沉降存储装置，其包括磁流变液存储器；隔磁底座；第一亥姆霍兹线圈、第二亥姆霍兹线圈、第三亥姆霍兹线圈和第四亥姆霍兹线圈；第一电源组件以及第二电源组件；所述第一电源组件与所述第一亥姆霍兹线圈和所述第三亥姆霍兹线圈连接，用于为所述第一亥姆霍兹线圈和所述第三亥姆霍兹线圈供电；所述第二电源组件与所述第二亥姆霍兹线圈和所述第四亥姆霍兹线圈连接，用于为所述第二亥姆霍兹线圈和所述第四亥姆霍兹线圈供电；其中，所述磁流变液存储器设于所述隔磁底座上，所述第一亥姆霍兹线圈、所述第二亥姆霍兹线圈、所述第三亥姆霍兹线圈和所述第四亥姆霍兹线圈分别设于所述隔磁底座，且将所述磁流变液存储器包围。
在本发明实施例中，上述第一亥姆霍兹线圈与所述第三亥姆霍兹线圈正对设置；所述第二亥姆霍兹线圈与所述第四亥姆霍兹线圈正对设置。
在本发明实施例中，上述第一亥姆霍兹线圈、所述第二亥姆霍兹线圈、所述第三亥姆霍兹线圈和所述第四亥姆霍兹线圈的高度大于或等于所述磁流变液存储器的高度。
在本发明实施例中，上述第一电源组件包括第一子电源和第二子电源；所述第一子电源与所述第一亥姆霍兹线圈连接；所述第二子电源与所述第三亥姆霍兹线圈连接。
在本发明实施例中，上述第二电源组件包括第三子电源和第四子电源；所述第三子电源与所述第二亥姆霍兹线圈连接；所述第四子电源与所述第四亥姆霍兹线圈连接。
在本发明实施例中，上述在非抗沉降状态时，所述第一子电源、所述第二子电源、所述第三子电源和所述第四子电源均不供电；在抗沉降状态时，所述第一子电源与所述第二子电源在第一预设时段供电以及所述第三子电源和所述第四子电源在第二预设时段供电，其中所述第一预设时段与所述第二预设时段为不同时段。
在本发明实施例中，上述还包括换向开关；所述换向开关分别与所述第一子电源、所述第二子电源、所述第三子电源和所述第四子电源连接，用于控制所述第一子电源、所述第二子电源、所述第三子电源和所述第四子电源的通断。
上述本发明提供的一种基于交变磁场扰动的磁流变液抗沉降存储装置，通过设置将磁流变液存储器设于隔磁底座上，并将第一亥姆霍兹线圈、第二亥姆霍兹线圈、第三亥姆霍兹线圈和第四亥姆霍兹线圈分别设于隔磁底座，且将磁流变液存储器包围，以使得当不需要对磁流变液进行抗沉降时，所有亥姆霍兹线圈的励磁电流均为零，此时磁流变液存储器内部无磁场，磁流变液存储器内的磁流变液处于自然状态，即非抗沉降状态；当需要对磁流变液抗沉降存储时，将其中一组正对位置的亥姆霍兹线圈的励磁电流设置为零，加载同向交变电流于另一组正对位置的亥姆霍兹线圈，产第一方向的交变磁场，此时，磁力线将会横穿过磁流变液存储容器，并且磁力线方向与交流电同步交变变化，使得磁流变液存储容器内磁流变液中的磁性颗粒受到重力、浮力、粘性力以及交变磁场力的共同作用而处于悬浮状态，抵抗了磁性颗粒的沉降和横向团聚。间隔一定时间，再对另一组没有通电的亥姆霍兹线圈进行通电，产第二方向的交变磁场。上述通过切换交变磁场的方向，可使颗粒受到不同磁场方向的横向扰动，类似于搅拌的效果，进而使得颗粒的分散性和悬浮稳定性均可得到提高。进而使得能够在不改变磁流变液的物质特性，在确保磁流变液的质量以及剪切屈服应力的前提下，通过交变磁场提供的磁场力产生内部扰动，可显著提高磁流变液的长期悬浮稳定性，而且使用方便，能够使用于单独存储磁流变液的容器或者存储磁流变液的器件，适应范围广。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1是本发明较佳实施例提供的一种基于交变磁场扰动的磁流变液抗沉降存储装置的部分结构示意图；
图2是本发明较佳实施例提供的一种基于交变磁场扰动的磁流变液抗沉降存储装置的结构示意图。
图3为图2所示的一种基于交变磁场扰动的磁流变液抗沉降存储装置中的电路结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
请参照图1至图3，本实施例提供一种基于交变磁场扰动的磁流变液抗沉降存储装置100，其包括磁流变液存储器110；隔磁底座120；第一亥姆霍兹线圈130、第二亥姆霍兹线圈140、第三亥姆霍兹线圈150和第四亥姆霍兹线圈160；第一电源组件170以及第二电源组件180。
其中，所述磁流变液存储器110设于所述隔磁底座120上，第一亥姆霍兹线圈130、第二亥姆霍兹线圈140、第三亥姆霍兹线圈150和第四亥姆霍兹线圈160分别设于所述隔磁底座120上，且将所述磁流变液存储器110包围。
可选地，磁流变液存储器110用于盛装磁流变液。
可选地，隔磁底座120用于隔绝磁场，避免磁场从底座上穿过。
可选地，所述第一亥姆霍兹线圈130与所述第三亥姆霍兹线圈150正对设置；所述第二亥姆霍兹线圈140与所述第四亥姆霍兹线圈160正对设置。
可选地，所述第一亥姆霍兹线圈130与所述第二亥姆霍兹线圈140处于垂直关系。
应理解，虽然所述第一亥姆霍兹线圈130与所述第二亥姆霍兹线圈140处于垂直关系，但是所述第一亥姆霍兹线圈130与所述第二亥姆霍兹线圈140不接触。也就是说第一亥姆霍兹线圈130与第二亥姆霍兹线圈140所在直线的延长线处于垂直关系。
可选地，第一亥姆霍兹线圈130、第二亥姆霍兹线圈140、第三亥姆霍兹线圈150和第四亥姆霍兹线圈160的高度大于或等于所述磁流变液存储器110的高度。
其中，所述第一电源组件170与所述第一亥姆霍兹线圈130和所述第三亥姆霍兹线圈150连接，用于为所述第一亥姆霍兹线圈130和所述第三亥姆霍兹线圈150供电。
可选地，所述第一电源组件170包括第一子电源171和第二子电源173；所述第一子电源171与所述第一亥姆霍兹线圈130连接；所述第二子电源173与所述第三亥姆霍兹线圈150连接。
可选地，第一子电源171和第二子电源173可以设置在隔磁底座120的底部(即设置在与磁流变液存储器110相反的一面)。
所述第二电源组件180与所述第二亥姆霍兹线圈140和所述第四亥姆霍兹线圈160连接，用于为所述第二亥姆霍兹线圈140和所述第四亥姆霍兹线圈160供电。
可选地，所述第二电源组件180包括第三子电源181和第四子电源183；所述第三子电源181与所述第二亥姆霍兹线圈140连接；所述第四子电源183与所述第四亥姆霍兹线圈150连接。
可选地，第三子电源181和第四子电源183可以设置在隔磁底座120的底部(即设置在与磁流变液存储器110相反的一面)。
需要说明的是，在非抗沉降状态时，所述第一子电源171、所述第二子电源173、所述第三子电源181和所述第四子电源183均不供电，即此时所有线圈的励磁电流均为零，磁流变液存储器110内部无磁场，磁流变液处于自然状态，即非抗沉降状态。
在抗沉降状态时，所述第一子电源171、所述第二子电源173在第一预设时段供电以及所述第三子电源181和所述第四子电源183在第二预设时段供电，其中所述第一预设时段与所述第二预设时段为不同时段。
可以理解的是，第一预设时段与第二预设时段可以是相邻的时段，也可以是间隔设置的两个时段。举例来说，假设第一预设时段为T1，第二时段为T2，T1不等于T2，此时，T2＝T1+t；此时，t即为间隔的时间。
需要说明的是，第一预设时段与第二预设时段的具体时间可以根据具体需求进行设置，在此，不作具体限定。
在一可能的实施例中，该基于交变磁场扰动的磁流变液抗沉降存储装置100还包括换向开关190。
其中，所述换向开关190分别与所述第一子电源171、所述第二子电源173、所述第三子电源181和所述第四子电源183连接，用于控制所述第一子电源171、所述第二子电源173、所述第三子电源181和所述第四子电源183的通断。
也就是说，所述换向开关190用于控制第一子电源171与第一亥姆霍兹线圈130之间的通断、第二子电源173与第三亥姆霍兹线圈150之间的通断、第三子电源181与第二亥姆霍兹线圈140之间的通断以及第四子电源183与第四亥姆霍兹线圈160之间的通断。
可以理解的是换向开关190可以是机械开关，如闸刀，还可以是电子开关。在此，不作具体限定。
综上所述，本发明提供的一种基于交变磁场扰动的磁流变液抗沉降存储装置，通过设置将磁流变液存储器设于隔磁底座上，并将第一亥姆霍兹线圈、第二亥姆霍兹线圈、第三亥姆霍兹线圈和第四亥姆霍兹线圈分别设于隔磁底座，且将磁流变液存储器包围，以使得当不需要对磁流变液进行抗沉降时，所有亥姆霍兹线圈的励磁电流均为零，此时磁流变液存储器内部无磁场，磁流变液存储器内的磁流变液处于自然状态，即非抗沉降状态；当需要对磁流变液抗沉降存储时，将其中一组正对位置的亥姆霍兹线圈的励磁电流设置为零，加载同向交变电流于另一组正对位置的亥姆霍兹线圈，产第一方向D1的交变磁场，此时，磁力线将会横穿过磁流变液存储容器，并且磁力线方向与交流电同步交变变化，使得磁流变液存储容器内磁流变液中的磁性颗粒受到重力、浮力、粘性力以及交变磁场力的共同作用而处于悬浮状态，抵抗了磁性颗粒的沉降和横向团聚。间隔一定时间，再对另一组没有通电的亥姆霍兹线圈进行通电，产生第二方向D2的交变磁场。上述通过切换交变磁场的方向，可使颗粒受到不同磁场方向的横向扰动，类似于搅拌的效果，进而使得颗粒的分散性和悬浮稳定性均可得到提高。进而使得能够在不改变磁流变液的物质特性，在确保磁流变液的质量以及剪切屈服应力的前提下，通过交变磁场提供的磁场力产生内部扰动，可显著提高磁流变液的长期悬浮稳定性，而且使用方便，能够使用于单独存储磁流变液的容器或者存储磁流变液的器件，适应范围广。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
Claims (7)
1.一种基于交变磁场扰动的磁流变液抗沉降存储装置，其特征在于，包括：
磁流变液存储器；
隔磁底座；
第一亥姆霍兹线圈、第二亥姆霍兹线圈、第三亥姆霍兹线圈和第四亥姆霍兹线圈；
第一电源组件以及第二电源组件；
所述第一电源组件与所述第一亥姆霍兹线圈和所述第三亥姆霍兹线圈连接，用于为所述第一亥姆霍兹线圈和所述第三亥姆霍兹线圈供电；
所述第二电源组件与所述第二亥姆霍兹线圈和所述第四亥姆霍兹线圈连接，用于为所述第二亥姆霍兹线圈和所述第四亥姆霍兹线圈供电；
其中，所述磁流变液存储器设于所述隔磁底座上，所述第一亥姆霍兹线圈、所述第二亥姆霍兹线圈、所述第三亥姆霍兹线圈和所述第四亥姆霍兹线圈分别设于所述隔磁底座上，且将所述磁流变液存储器包围。
2.根据权利要求1所述的基于交变磁场扰动的磁流变液抗沉降存储装置，其特征在于，
所述第一亥姆霍兹线圈与所述第三亥姆霍兹线圈正对设置；
所述第二亥姆霍兹线圈与所述第四亥姆霍兹线圈正对设置。
3.根据权利要求1或2所述的基于交变磁场扰动的磁流变液抗沉降存储装置，其特征在于，
所述第一亥姆霍兹线圈、所述第二亥姆霍兹线圈、所述第三亥姆霍兹线圈和所述第四亥姆霍兹线圈的高度大于或等于所述磁流变液存储器的高度。
4.根据权利要求3所述的基于交变磁场扰动的磁流变液抗沉降存储装置，其特征在于，
所述第一电源组件包括第一子电源和第二子电源；
所述第一子电源与所述第一亥姆霍兹线圈连接；
所述第二子电源与所述第三亥姆霍兹线圈连接。
5.根据权利要求4所述的基于交变磁场扰动的磁流变液抗沉降存储装置，其特征在于，
所述第二电源组件包括第三子电源和第四子电源；
所述第三子电源与所述第二亥姆霍兹线圈连接；
所述第四子电源与所述第四亥姆霍兹线圈连接。
6.根据权利要求5所述的基于交变磁场扰动的磁流变液抗沉降存储装置，其特征在于，
在非抗沉降状态时，所述第一子电源、所述第二子电源、所述第三子电源和所述第四子电源均不供电；
在抗沉降状态时，所述第一子电源与所述第二子电源在第一预设时段供电以及所述第三子电源和所述第四子电源在第二预设时段供电，其中所述第一预设时段与所述第二预设时段为不同时段。
7.根据权利要求6所述的基于交变磁场扰动的磁流变液抗沉降存储装置，其特征在于，还包括换向开关；
所述换向开关分别与所述第一子电源、所述第二子电源、所述第三子电源和所述第四子电源连接，用于控制所述第一子电源、所述第二子电源、所述第三子电源和所述第四子电源的通断。
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