CN113494555A - 集成有线圈的磁流变弹性体 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种集成有线圈的磁流变弹性体，其包括弹性体基材和线圈；所述弹性体基材具有预定的形状并且包括磁性粉末；所述线圈布置在所述弹性体基材内部。由于埋入所述弹性体基材中的线圈，这样的集成有线圈的磁流变弹性体能够表现出改善的磁性。

Description

集成有线圈的磁流变弹性体
技术领域
本申请涉及一种集成有线圈的磁流变弹性体；更具体地，本申请涉及这样一种集成有线圈的磁流变弹性体，其能够通过在弹性体基材中埋入线圈，来改善磁性。
背景技术
磁流变材料是这样的材料，在施加外加磁场时，其流变性质和动力特性变化。
磁流变材料分类为磁流变流体(MRF)、磁流变泡沫和磁流变弹性体(MRE)等。
近年来，取代磁流变流体，更多地使用包括由弹性体构成的基质的磁流变弹性体；由于流体基质中的颗粒在储存期间沉淀，或者需要用于储存基质的额外容器，因此磁流变流体的应用受到限制。
特别地，由于在施加磁场时，磁流变弹性体(MRE)的模量变化并表现出磁流变效应，因此磁流变弹性体(MRE)广泛地使用在各种领域中，例如阻尼部件、减震器、防噪声系统、绝缘体和磁性寄存器传感器(magneto-register sensors)。特别是，在持续研究将磁流变弹性体应用于车辆的防振动部件的制造领域。
图1为显示了应用常规磁流变弹性体的变速器支座的视图。图2A为显示了常规磁流变弹性体中产生的磁场的视图。图2B为显示了产生磁场之前和之后的常规磁流变弹性体的示意图。
如图1所示，应用常规磁流变弹性体的变速器支座包括多个芯部部件11、12、13和14，支架20、磁流变弹性体40和缠线管30；所述磁流变弹性体40布置在施加应力的位置；线圈31缠绕在所述缠线管30周围，从而在磁流变弹性体40周围产生磁场。此处，磁流变弹性体40与线圈31单独准备，从而使得由线圈31产生的磁场构成穿过磁流变弹性体40的闭合长回路。
此处，如图2B所示，磁流变弹性体40由弹性体基材41和磁性粉末42组成，所述磁性粉末42为包括在弹性体基材41中的磁反应颗粒。通常，使用由球形颗粒组成的羰基铁粉(CIP)作为磁性粉末42。
如图2A所示，向线圈31施加电力时，在磁流变弹性体40中产生磁场。然而，由于线圈31的位置和闭合回路形状，并没有在磁流变弹性体40中产生均匀的磁场E，而是出现了磁场E集中在特定方向的现象。由于在磁流变弹性体40中形成了不均匀的电磁梯度，因此出现的问题是，磁流变弹性体40仅部分地起作用。
进一步地，由于应用常规磁流变弹性体40的变速器支座构造成使磁流变弹性体40布置得与线圈31间隔开，因此从线圈31到磁流变弹性体40产生磁场E的较长路径。
因此，为了增强磁场E的强度，必须应用各种方法，以增加线圈31的匝数、增强施加至线圈31的电流的强度或者增大磁流变弹性体40的体积。然而，缺点在于，用于增强磁场E的方法特别地低效。
进一步地，由于磁流变弹性体40布置成与线圈31间隔开，因此问题在于出现电磁泄露，电磁泄露对于周围的部件具有不利的影响。
作为背景技术说明的细节仅仅旨在促进对于本申请的背景的理解，而不应被理解为承认本领域技术人员先前已知的现有技术。
发明内容
本申请致力于解决上述问题，并且本申请的目的是提供这样一种集成有线圈的磁流变弹性体，其能够通过在弹性体基材中埋入线圈来改善磁性。
根据本申请的实施方案，一种集成有线圈的磁流变弹性体包括：弹性体基材，其具有预定的形状并且包括磁性粉末；线圈，其布置在所述弹性体基材内部。
所述线圈的缠绕方向可以垂直于应力施加至弹性体基材的方向。
所述磁性粉末可以为包括薄片颗粒的磁性粉末，并且可以包含在所述弹性体基材内部使得包括薄片颗粒的磁性粉末的平坦表面垂直于应力施加至弹性体基材的方向。
所述磁性粉末可以为包括球形颗粒的磁性粉末。
所述线圈可以包括多个线圈，所述多个线圈以相互不同的方向缠绕。
所述磁性粉末可以为包括球形颗粒的磁性粉末。
附图说明
通过以下详细说明，结合附图，本申请的上述和其它目的、特征和其它优点将变得更加容易理解，所述附图中：
图1为显示了现有技术的应用常规磁流变弹性体的变速器支座的视图；
图2A为显示了现有技术的常规磁流变弹性体中产生的磁场的视图；
图2B为显示了现有技术的产生磁场之前和之后的常规磁流变弹性体的示意图；
图3为显示了根据本申请的实施方案的磁流变弹性体的视图；
图4A至图4C为显示了根据本申请的其它实施方案的磁流变弹性体的视图。
具体实施方式
现在将详细参考本申请的优选实施方案，这些实施方案的示例呈现在附图中。在附图中将尽可能地自始至终使用相同的附图标记来指代相同或等同的部件。
下面将参考示例附图对本申请的实施方案进行具体描述。然而，能够以许多不同的形式来实施本申请，并且不应理解为将本申请限定为本文提出的实施方案。相反，提供这些实施方案，从而使得本申请变得充分完整，并且向本领域技术人员传达本申请的范围。在附图中将尽可能地自始至终使用相同的附图标记来指代相同或等同的部件。
图3为显示了根据本申请的实施方案的磁流变弹性体的视图。
如图3所示，根据本申请的实施方案的磁流变弹性体100包括具有预定形状的弹性体基材110、磁性粉末120和线圈130；所述磁性粉末120包括在弹性体基材110中，所述线圈130布置在内部以埋入弹性体基材110中。
弹性体基材110是起到提供弹性力的作用的部件，限定磁流变弹性体100的形状，可以由天然橡胶制成。可以使用具有弹性的各种合成树脂，作为构成弹性体基材110的材料；也就是说，本申请不限于使用天然橡胶。进一步地，可以使用能够应用于通常磁流变弹性体的各种材料。
磁性粉末120为包括在弹性体基材110中的元件，从而通过由线圈130产生的磁场来改变弹性体基材110的模量，并且表现出磁流变效应。因此，为了改善磁流变弹性体的磁性，常规地应用增加磁性粉末量的方法。
相反，本申请的实施方案能够使用较少量的各向异性(anisotropic)的磁性粉末120来改善磁流变弹性体100的磁性。
具体地，实施方案可以应用包括薄片颗粒的磁性粉末作为磁性粉末120。包括薄片颗粒的磁性粉末120通过其形状来提供各向异性。因此，包括薄片颗粒的磁性粉末120可以设置成其平坦表面的朝向垂直于应力施加至弹性体基材110的方向。此处，可以通过铁硅铝薄片实施包括薄片颗粒的磁性粉末120。
线圈130为用于通过施加电力来产生磁场的元件，其使用状态可以是缠绕成圆形，该圆形的尺寸对应于弹性体基材110的尺寸。此处，线圈130的缠绕方向可以垂直于应力施加至弹性体基材110的方向。
因此，线圈130的缠绕方向可以平行于磁性粉末120的平坦表面。可以控制弹性体基材110仅在施加应力的方向强化。
如图3所示，例如当施加应力的方向垂直于地表面时，磁性粉末120设置成铁硅铝薄片的平坦表面的朝向平行于地表面。因此，当向线圈130施加电力时，产生竖直磁场Ev，其垂直于地表面。由于竖直磁场Ev，对磁性粉末120提供磁性，得以改善磁流变弹性体100在竖直方向的阻尼性质。
在弹性体基材110中埋入以预定方向缠绕的线圈130，并且在弹性体基材110中设置包括薄片颗粒的磁性粉末120，磁性粉末120在对应于线圈130的缠绕方向的方向上具有各向异性，因此能够实现在预定方向上具有较高阻尼性质的磁流变弹性体100。
进一步地，能够通过在弹性体基材110中整体地形成线圈130和磁性粉末120来改善磁性，因此，与常规磁流变弹性体40(其中磁流变弹性体40和线圈31单独设置)相比，能够减少线圈130的匝数、电流的强度和弹性体基材110的体积。
此外，线圈130与其中包括磁性粉末120的弹性体基材110整体地形成，从而防止电磁场泄露，因此能够抑制由电磁场泄露导致的对磁流变弹性体100周围的部件的影响。
此处，可以通过改变线圈的方向和匝数以及磁性粉末的形状，来以各种方式实施磁流变弹性体。
图4A至图4C为显示了根据本申请的其它实施方案的磁流变弹性体的视图。
如图4A所示，例如在平行于地表面的方向施加应力时，埋入弹性体基材210中的线圈230在垂直于地表面的方向缠绕，并且包括在弹性体基材210中的磁性粉末220可以设置成使得铁硅铝薄片的平坦表面垂直于地表面。因此，当向线圈230施加电力时，产生平行于地表面的水平磁场Eh，水平磁场Eh使磁性粉末220获得磁性，从而改善磁流变弹性体200在平行于地表面的方向的阻尼性质。
磁性粉末不限于包括薄片颗粒的磁性粉末，也可以使用包括球形颗粒的磁性粉末。
如图4B所示，例如在垂直于地表面的方向施加应力时，埋入弹性体基材310中的线圈330在平行于地表面的方向缠绕，并且弹性体基材310中可以设置有包括球形颗粒的磁性粉末320。因此，当向线圈330施加电力时，产生垂直于地表面的竖直磁场Ev，竖直磁场Ev使磁性粉末320获得磁性，从而改善磁流变弹性体300在垂直于地表面的方向的阻尼性质。
进一步地，能够实现在各种方向选择性地强化而非在某一方向强化的阻尼效果。
如图4C所示，通过在弹性体基材410中埋入以不同方向缠绕的多个线圈430和440，并且按需要向多个线圈430和440中所选的一个施加电力，能够在希望的方向上强化阻尼效果。
在这种情形下，由于必须在各个方向上强化阻尼效果，弹性体基材410中的磁性粉末420可以包括球形颗粒而不是使用包括薄片颗粒并且具有各向异性的磁性粉末。
例如，如图4C所示，在弹性体基材410埋入第一线圈430和第二线圈440，在弹性体基材410中包含有包括球形颗粒的磁性粉末420；所述第一线圈430以平行于地表面的方向缠绕，所述第二线圈440以垂直于地表面的方向缠绕。
因此，当向垂直于地表面的方向施加应力时，向以平行于地表面的方向缠绕的第一线圈430施加电力，从而产生垂直于地表面的竖直磁场Ev，由此在垂直于地表面的方向强化阻尼效果。
当向平行于地表面的方向施加应力时，向以垂直于地表面的方向缠绕的第二线圈440施加电力，从而产生平行于地表面的水平磁场Eh，由此在平行于地表面的方向强化阻尼效果。
虽然如图4C所示，在弹性体基材410中埋入以两个方向缠绕的两个线圈430和440，以在两个方向(也就是说垂直于地表面和平行于地表面的方向)上强化阻尼效果，但是也可以通过根据希望的方向的数量来设置线圈的数量和缠绕方向，以在更多的方向上强化阻尼效果。
通过上述说明显而易见的是，根据本申请的实施方案，能够实现这样一种磁流变弹性体，通过在弹性体基材中直接埋入在施加电力时产生磁场的线圈，来改善磁流变弹性体的磁性。
具体地，通过埋入线圈，使线圈的缠绕方向垂直于施加至弹性体基材的应力的方向，能够实现在某一方向具有改善的阻尼性质的磁流变弹性体。
进一步地，通过在弹性体基材中设置包括薄片颗粒的各向异性磁性粉末，使其朝向的方向对应于线圈的缠绕方向，能够实现在某一方向进一步改善阻尼性质的磁流变弹性体。
此外，通过在弹性体基材中埋入以不同的方向缠绕的多个线圈，并且向希望的线圈选择性地施加电力，能够实现在期望的方向表现出改善的阻尼性质的磁流变弹性体。
进一步地，通过在弹性体基材中埋入线圈，从而因此在磁流变弹性体中直接产生磁场，能够防止电磁场泄露至周围的部件。
虽然出于说明的目的公开了本申请的优选实施方案，但是本领域技术人员将领会，能够进行各种修改、补充和替换，而不脱离随附的权利要求中公开的本发明的范围和精神。

Claims (9)

1.一种集成有线圈的磁流变弹性体，包括：
弹性体基材，其具有预定的形状并且包括磁性粉末；
线圈，其布置在所述弹性体基材内部。
2.根据权利要求1所述的集成有线圈的磁流变弹性体，其中，所述线圈的缠绕方向垂直于应力施加至弹性体基材的方向。
3.根据权利要求2所述的集成有线圈的磁流变弹性体，其中，所述磁性粉末包括薄片颗粒；
所述磁性粉末设置成在所述弹性体基材内部布置成使得包括薄片颗粒的磁性粉末的平坦表面垂直于应力施加至弹性体基材的方向。
4.根据权利要求2所述的集成有线圈的磁流变弹性体，其中，所述磁性粉末包括球形颗粒。
5.根据权利要求1所述的集成有线圈的磁流变弹性体，其中，所述线圈包括多个线圈，所述多个线圈以相互不同的方向缠绕。
6.根据权利要求5所述的集成有线圈的磁流变弹性体，其中，所述磁性粉末包括球形颗粒。
7.根据权利要求3所述的集成有线圈的磁流变弹性体，其中，所述线圈的缠绕方向垂直于地表面；
所述磁性粉末的平坦表面垂直于地表面。
8.根据权利要求4所述的集成有线圈的磁流变弹性体，其中，所述线圈的缠绕方向平行于地表面。
9.根据权利要求5所述的集成有线圈的磁流变弹性体，其中，所述多个线圈中的一个线圈的缠绕方向平行于地表面；
所述多个线圈中的另一个线圈的缠绕方向垂直于地表面。
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