CN1276198C - 磁流变阻尼器 - Google Patents

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Abstract

公开一种磁流变(MR)阻尼器，其包括一个在气缸内引导的活塞，气缸充满磁流变流体。在活塞和气缸之间，相对于活塞轴线倾斜形成它的工作容积。

Description

磁流变阻尼器
技术领域
本发明涉及一种磁流变(MR)阻尼器。
背景技术
MR阻尼器包括一种磁流变流体、一个流体施加于其中的工作容积和一个用于产生磁场的元件，其中通过磁场的施加，流体的流动性范围可以改变。
外壳腔由活塞分成活塞扫过的容积和气缸容积，同时流体可以通过开口，在容积间流动。通常，在阀模式、切变模式或者挤压模式内操作的MR阻尼器是已知的。然而单个的原理常常混合在一起，所以不可能准确地分类。
例如在专利说明书US5398917图3中公开了一个以阀模式和切变模式操作的MR阻尼器。开口形成在活动的活塞和外壳内壁之间。间隙内的流体由一个电线圈产生的磁场控制，电线圈径向布置在活塞上。如果活塞的轴向运动发生，流体流过开口，从气缸容积进入活塞行程容积，或者反之亦然。由于自由横截面/气缸(活塞行程)容积的比例＜1，因此活塞的运动被相对地阻尼。开口起阀的作用，通过粘度变化可以增加或降低它的效果。
而且流过开口的流体横跨固定的外壳内壁和移动活塞上的自由截面发生切变，从而引起了附加的阻尼。
这种技术方案存在的缺点是，线圈安装在活塞上，因此不能通过简单而且迅速地进行线圈的替换，从而使MR阻尼器适应相应的工作(阻尼特性)条件。因此对于不同阻尼条件，MR阻尼器的适应达到最佳是不可能的。
已知的技术方案的另一个缺点是，通过流体粘度产生的阻尼没有通过活塞内开口的横截面和有关的节流效果产生的阻尼多。也就是，不能最佳地利用磁流变流体的流动和蠕动特性。
这种的技术方案的另一个缺点是，当施加负荷时，在行程容积和气缸容积间阀模式可能产生相当大的压力差，同时MR阻尼器的全部部件，尤其是密封必须根据相应的条件设计。
US5492312中公开了一种MR阻尼器，其中线圈布置在外壳腔外部，而且MR阻尼器不以阀模式操作。MR阻尼器以挤压模式操作，因此通过借助于施加线圈形成的磁场，整个外壳腔并因此全部的流体受到磁场控制，线圈延伸通过MR阻尼器的全部长度。这里流体可以流过活塞和外壳内壁之间的环空间，外壳内壁在气缸容积和活塞行程容积之间。
这种的技术方案的一个缺点是，整个外壳腔暴露于磁场，因此通过挤压活塞行程容积内或通过环空间的流体得到阻尼，没有在流体内收聚活塞得到的阻尼多。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种MR阻尼器，其可以消除上述的缺点，并因此可以充分展示改良的响应特性。
该目的通过以下磁流变阻尼器实现，所述磁流变阻尼器包括一个在气缸的阻尼器腔内引导的活塞，气缸充满磁流变流体，其流变性质可以通过磁场的应用改变，其中随活塞运动的同时流体从第一工作容积推入第二工作容积，在活塞的外锥面和气缸的内锥面间，每个工作容积通过环空间相对于活塞纵向轴线倾斜伸出形成，并且通过活塞的运动，流体从一个环空间通过活塞腔流入另一个环空间，该活塞腔通过至少一个孔与每个环空间连通。
为达到此目的，提供一种优选以挤压模式和切变模式操作的MR阻尼器。阀模式明显地减少。根据本发明，在气缸和活塞间的单轴开口由相对于活塞轴线倾斜形成的环空间代替。这里，环空间延续的位移容积和一个与环空间相连的活塞腔，通过孔构成气缸容积(活塞腔)和活塞扫过的容积(位移容积)。通过相对于环空间的内部宽度相应地选择孔的直径来降低阀效果。为了在环空间内产生磁场，一个电线圈径向地附在气缸外部。
将电线圈设置在外壳腔外部的优选布置方式的实质优点是，电线圈可以快速而方便地更换，因此可以实现MR阻尼器相应的适应于使用条件。
一旦活塞轴向运动，与活塞相反的流体产生一个挤压力和一个剪切力，因此活塞被阻尼。挤压和剪切力例如取决于粘度、孔的直径以及环空间相对于活塞轴线的倾斜方向。
提供一个优选的实施例，其相对于横轴对称形成的MR阻尼器，因此阻尼可以在拉和推两个方向内发生。活塞腔通过附加孔与第二环空间连通，该第二环空间通向第二位移容积。第二环空间也由来自电线圈的磁场所覆盖，线圈可操作地产生反指向或同指向磁场。
在这种清况，活塞腔仅是流体进入第二位移容积的通道。根据活塞的轴向运动，第一位移容积或第二位移容积作为行程容积或气缸容积操作。
在另一个优选实施例中，MR阻尼器设有填充和流出孔。而且在环空间和活塞腔之间的孔靠近活塞轴线设置，由此更加强了挤压模式。
根据本发明的MR阻尼器应用的一个特别的领域是，例如阻尼在铁道设施中出现的高频。当相应地安装在轨道基床内或在地基内时，尤其可以抑制高频。
附图说明
在随后示意性的附图中，详细地描述了优选实施例，其中：
图1是根据本发明的磁流变阻尼器的截面图，以及
图2是根据本发明的、具有填充和流出孔的磁流变阻尼器的截面图。
具体实施方式
图1示出了一个根据本发明的磁流变(MR)阻尼器2，其包括一个在非导磁活塞杆5上的活塞4，活塞4在充满磁流变流体的气缸8的阻尼器腔6内被导引。MR阻尼器2相对于横向于纵轴10延伸的横轴12对称设计，由此获得在运动的两个轴向方向上的阻尼冲程，这样拉伸的和压缩的力都可以被阻尼。
活塞4，也称为电枢，在气缸8的内锥面20、22和对应形状的外锥面24、26之间形成两个环空间16、18，两环空间倾斜于活塞轴线10。由于环空间16、18的方向是倾斜的，因此与轴向方向的环空间相比环空间容积增大，因此可相应地提供更多的流体以便阻尼活塞4。气缸8的内锥面20、22由在轴向相对位置内的两个活塞配对物28、30形成，两个活塞配对物28、30也称为电枢配对物。活塞配对物28、30插入磁极管32内而且间隔分离，这样在它们之间的区域内、在气缸8的内圆周面34上，为气缸8内的活塞4形成一个导引面36。在导引面36和活塞4之间有一个流体薄膜。后者以切变模式应变，并因此承担切变模式的任务，也就是在施加磁场时，媒质(MR流体)的切应变(粘度)增加。作为切应变增加的结果，活塞(电枢)的运动被增加的运动阻力阻止。应当注意的是，尽管流体薄膜由磁流变流体形成，流体不会沿着环空间16、18之间的导引面36流动。
环空间16、18在内锥面20、22和外锥面24、26之间延伸，而且在内位移容积38、40和磁极管32的内圆周面34外部之间径向地延伸。在环空间16、18的中心部，孔42形成在活塞4内，该孔与活塞腔43连通，因此流体可根据活塞4的轴向运动在位移容积38、40之间流动。流体通过活塞腔43的流动允许根据阀模式的MR阻尼器导引活塞4，其中不同于根据挤压和切变模式的已知MR阻尼器，滑动面不设置通道。位移容积38、40通过密封44、46与环境隔离，例如在活塞配对物28、30内，径向地围绕活塞轴线设置的膜密封。
阻尼器腔6的径向外侧，两个电线圈48、50围绕气缸8并排设置。电线圈48、50包围磁极管32，而且它们每一个都通过导磁部52、54和56覆套。通过隔离环58、60实现电线圈48、50的轴向定位，隔离环58、60设在活塞配对物28、30的凸緣型端部62、64之间。电线圈48、50可以独立地驱动，而且尤其可各自以一个磁场延伸穿过环空间16、18，同时磁场优选彼此相反。这样具有的优点是，当两个线圈48、50被驱动时，在阻尼后，气缸8内的活塞4自动返回开始位置，因此不需要用于复位活塞的、诸如弹簧的外部装置。这种布置其它的优点是，本发明的MR阻尼器可以用作差动节流路径测量设备，因此阻尼冲程可与阻尼平行测量。
为了避免两个磁场重叠，两个非导磁环66、68将磁极管32分成三个导磁部70、72和74。非导磁环66、68的数目取决于电线圈48、54的数目。
如果活塞4发生轴向运动，在位移容积38、40和环空间16、18两者内的流体被挤压，同时切变发生在孔42开口区域。阻尼基本上作为在环空间16、18内、孔42上部挤压的结果发生，因为磁场主要应用于环空间16、18，而且流体可以从位移容积38、40经环空间16、18进入孔42，并因此分别进入活塞腔43或相对的位移容积38、40。
为了支持切变效果，孔42的直径可以选择成例如大于环空间16、18的内部宽度。因此，孔42实际上不构成流体流动的节流区，所以差动压力不会在孔42的开口间逐步形成。
因此阀模式的效果是次要的。尽管上述效果可以通过相对于环空间16、18的内部宽度减少孔42的直径增强，这种措施仍然引起切变和挤压效果的降低。
阻尼器冲程原则上可以通过MR阻尼器的设计和流体的粘度确定(流动性范围与施加的磁场成比例)。例如，为了增强阀模式，可改变MR阻尼器结构从而达到改变孔42的直径/环空间16、18的内部宽度比例的效果，或者为了进一步加强切变和挤压模式，可以相对于活塞轴线选择改变的环空间倾斜方向。例如可通过将磁场延伸至位移容积38、40提高流动性范围。
图2示出了具有填充和流出孔76的MR阻尼器。填充和流出孔76一方面在活塞配对物28、30内，在位移容积38、40和凸緣型端部62、64内轴向延伸的凹口78间大致轴向延伸，在另一方面，从活塞腔43朝向导引面36的方向径向地穿过活塞4。凹口78可设计作为填充开口，而且可以借助于相应的盖打开或关闭，优选采用一个螺旋塞。
由于填充和流出孔76的设置，当在填充的同时填充开口打开时，不能截留空气，而且当流体更换时，旧流体的残留量不能聚集在MR阻尼器2内。
另外，活塞4内的孔42靠近于活塞杆5布置。这样具有的优点是，延长了位于孔42之上的环空间16、18的区域80，从而增强了挤压效果。
一个实施例中，电线圈48、50不是布置在阻尼器腔外部，而是布置在阻尼器腔6内部，例如径向地布置在活塞4上。
另一个实施例中，不是通过电线圈48、50，而是通过其它适合的元件产生需要的磁场，其它适合的元件例如可以是磁体。这里元件的数目取决于要施加的阻尼器力。可以想象的是，不仅一个环空间18，而且阻尼器腔6的其它区域或者整个阻尼器腔6都可以受磁场控制。
另一个实施例中，流体不在行程容积和气缸容积之间的活塞腔43流动，而在形成于活塞4和内圆周面34间的内部空间流动。
这里公开了一个磁流变(MR)阻尼器，其包括一个在气缸内引导的活塞，气缸充满磁流变流体。在活塞和气缸之间，相对于活塞轴线倾斜形成它的工作容积。
参考符号列表
2  MR阻尼器
4  活塞(电枢)
5  活塞杆
6  阻尼器腔
8  气缸
10  纵轴
12  横轴
16  环空间
18  环空间
20  内锥面
22  内锥面
24  外锥面
26  外锥面
28  活塞配对物(电枢配对物)
30  活塞配对物(电枢配对物)
32  磁极管
34  内圆周面
36  导引面
38  位移容积
40  位移容积
42  孔
43  活塞腔
44  密封
46  密封(膜)
48  电线圈
50  电线圈
52  导磁部
54  导磁部
56  导磁部
58  隔离环
60  隔离环
62  凸缘型端部
64  凸缘型端部
66  非导磁环
68  非导磁环
70  导磁部
72  导磁部
74  导磁部
76  填充和流出孔
78  凹口(填充开口)
80  上部区域

Claims (15)

1.一种磁流变阻尼器(2)，包括一个在气缸(8)的阻尼器腔(6)内引导的活塞(4)，气缸充满磁流变流体，其流变性质可以通过磁场的应用改变，其中随活塞(4)运动的同时流体从第一工作容积推入第二工作容积，在活塞(4)的外锥面和气缸(8)的内锥面间，每个工作容积通过环空间(16、18)相对于活塞纵向轴线倾斜伸出形成，并且通过活塞的运动，流体从一个环空间通过活塞腔流入另一个环空间，该活塞腔通过至少一个孔(42)与每个环空间连通。
2.根据权利要求1所述的磁流变阻尼器，其特征在于活塞杆(5)形成所述活塞腔(43)。
3.根据权利要求1所述的磁流变阻尼器，其特征在于孔(42)布置在活塞(4)其中一个环空间(16、18)的中心区域，孔的直径选择成使得环空间(16、18)的内部宽度比孔的直径小。
4.根据权利要求1所述的磁流变阻尼器，其特征在于至少一个环空间(16、18)由气缸(8)的内锥面(20、22)和活塞(4)相应形成的外锥面(24、26)形成。
5.根据权利要求4所述的磁流变阻尼器，其特征在于每个内锥面(20、22)由插入磁极管(32)的活塞配对物(28、30)形成，磁极管(32)的内圆周面(34)将至少一个环空间(16、18)限定在彼此以一定间隔放置的活塞配对物(28、30)之间的区域内。
6.根据权利要求1所述的磁流变阻尼器，其特征在于作为环空间(16、18)的延续，形成了位移容积(38、40)。
7.根据权利要求1所述的磁流变阻尼器，其特征在于磁流变阻尼器(2)相对于横轴(12)对称，横轴(12)横向于纵轴(10)延伸。
8.根据权利要求1所述的磁流变阻尼器，其特征在于阻尼器腔(6)通过密封(44、46)与环境轴向地分离。
9.根据权利要求5所述的磁流变阻尼器，其特征在于磁极管(32)由两个非导磁环(66、68)分成三个导磁部(70、72、74)。
10.根据权利要求1所述的磁流变阻尼器，其特征在于还包括用于产生环空间(16、18)内的磁场的元件。
11.根据权利要求10所述的磁流变阻尼器，其特征在于所述元件是两个用于产生磁场的电线圈(48、50)，所述电线圈(48、50)应用在环空间(16、18)的外部。
12.根据权利要求6所述的磁流变阻尼器，其特征在于磁流变阻尼器(2)包括填充和流出孔(76)，一些敞开到填充开口(78)中的填充和流出孔(76)适于通过螺旋塞打开和关闭。
13.根据权利要求12所述的磁流变阻尼器，其特征在于填充和流出孔(76)从填充开口(78)到位移容积(38、40)，近似轴向地延伸穿过活塞配对物(28、30)，而且沿导引面(36)的方向从活塞腔(43)径向地穿过活塞(4)。
14.根据权利要求13所述的磁流变阻尼器，其特征在于利用螺旋塞打开和关闭填充开口。
15.根据权利要求8所述的磁流变阻尼器，其特征在于所述密封是膜密封。
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