CN205260715U - 采用环形永磁体和励磁线圈进行复合控制的磁流变阻尼器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用环形永磁体和励磁线圈进行复合控制的磁流变阻尼器,主要由活塞杆、活塞头、活塞头端盖、活塞套筒、浮动活塞、阻尼器端盖、阻尼器缸体、励磁线圈以及环形永磁体等组成。在常规阻尼器活塞头凹槽内增设一个环形永磁体，对阻尼间隙处的磁流变液提供固定磁场；同时在环形永磁体上缠绕励磁线圈，对阻尼间隙处的磁流变液提供可变磁场。这种结构设计充分利用了环形永磁体在液流通道中产生的固定磁场，从而在励磁线圈失电情况下也可以提供一定的阻尼力，可有效保证故障情况下阻尼器的减振能力，防止危险情况发生，具有失效安全性；同时该设计也可有效减少阻尼器系统能耗；特别适用于汽车、建筑以及桥梁等行业减振系统。

Description

采用环形永磁体和励磁线圈进行复合控制的磁流变阻尼器

技术领域

本实用新型涉及一种磁流变阻尼器，尤其涉及一种采用环形永磁体和励磁线圈进行复合控制的磁流变阻尼器。

背景技术

磁流变阻尼器所具有的毫秒级响应速度、大控制范围和大阻尼力输出的特点，使得它成为工业应用领域优秀的半主动执行器件。目前，磁流变阻尼器已广泛应用在汽车悬架系统及铁路机车车辆、建筑物及桥梁的减振抗震等方面。

目前所使用的磁流变阻尼器都只是对励磁线圈通电，产生作用于磁流变液的磁场，进而产生可控的阻尼力。工作时一旦出现故障，造成励磁线圈失电，就没有磁场作用于阻尼间隙内的磁流变液，使得阻尼力急剧下降，容易导致危险情况发生。例如，在汽车悬架上造成减振性能急剧下降，不具有失效安全性。另外，磁流变阻尼器经常处于小阻尼工作状态，需要对励磁线圈通以一定电流维持其小阻尼工作状态，一定程度上增加了系统耗能。

因此，设计一种具有失效安全性、能耗小、输出阻尼力大以及结构相对紧凑的磁流变阻尼器，是进一步拓宽磁流变阻尼器应用场合的前提。

发明内容

为了克服背景技术中存在的问题及满足磁流变阻尼器实际使用要求，本实用新型提出一种采用环形永磁体和励磁线圈进行复合控制的磁流变阻尼器。在常规阻尼器活塞头凹槽内增设一个环形永磁体，对阻尼间隙处的磁流变液提供固定磁场；同时在环形永磁体上缠绕励磁线圈，对阻尼间隙处的磁流变液提供可变磁场。这种结构设计充分利用了环形永磁体在磁流变液通道中产生的固定磁场，从而在励磁线圈失电情况下也可以提供一定的阻尼力来保证故障情况下阻尼器的减振能力，防止危险情况发生，即具有失效安全性；同时该设计一定程度上也减少了阻尼器系统能耗。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案包括：活塞杆(1)、活塞头左端盖(2)、活塞头(3)、活塞头右端盖(4)、浮动活塞(5)、右吊耳(6)、阻尼器右端盖(7)、阻尼器缸体(8)、螺母(9)、励磁线圈(10)、活塞套筒(11)、环形永磁体(12)、阻尼器左端盖(13)以及左吊耳(14)；活塞杆(1)左端加工有外螺纹；左吊耳(14)右端面中心加工有内螺纹孔；活塞杆(1)与左吊耳(14)通过螺纹紧固连接；阻尼器左端盖(13)中间加工有圆形通孔，活塞杆(1)与阻尼器左端盖(13)圆形通孔内表面间隙配合；活塞杆(1)与阻尼器左端盖(13)圆形通孔内表面通过密封圈进行密封；阻尼器左端盖(13)与阻尼器缸体(8)左端面间隙配合，阻尼器左端盖(13)与阻尼器缸体(8)通过螺钉固定连接；阻尼器左端盖(13)与阻尼器缸体(8)之间通过密封圈进行密封；活塞头左端盖(2)与活塞套筒(11)通过螺钉固定连接；活塞头左端盖(2)与活塞头(3)通过螺钉固定连接；活塞头右端盖(4)与活塞套筒(11)通过螺钉固定连接；活塞杆(1)右端加工有外螺纹；活塞头左端盖(2)中心加工有圆形通孔；活塞头(3)左端面中心加工有内螺纹孔；活塞杆(1)与活塞头左端盖(2)过盈配合；活塞杆(1)与活塞头(3)通过螺纹紧固连接；活塞头右端盖(4)中间加工有圆形通孔，活塞头(3)右端与活塞头右端盖(4)圆形通孔内表面过盈配合；活塞头(3)右端外表面加工有外螺纹；活塞头(3)与活塞头右端盖(4)通过螺母(9)进行紧固连接；活塞套筒(11)与阻尼器缸体(8)通过密封圈进行密封；活塞头(3)外表面和活塞套筒(11)内表面之间设有供磁流变液通过的径向厚度为1.0mm的圆环形液流通道；活塞头左端盖(2)加工有4个周向均匀布置的腰形通孔A，活塞头右端盖(4)加工有4个周向均匀布置的腰形通孔B；腰形通孔A、圆环形液流通道和腰形通孔B共同组成磁流变液流经的液流通道；活塞头(3)中部加工有凹槽；环形永磁体(12)安装在活塞头(3)的凹槽内；励磁线圈(10)缠绕在活塞头(3)凹槽内的环形永磁体(12)上；活塞头(3)外表面加工有引线槽，活塞杆(1)中心加工有引线孔；励磁线圈(10)的两根引线通过活塞头(3)外表面的引线槽，经过活塞杆(1)的引线孔，再通过活塞杆(1)的引线孔中引出；浮动活塞(5)外表面与阻尼器缸体(8)的内表面间隙配合；浮动活塞(5)与阻尼器缸体(8)通过密封圈进行密封；阻尼器右端盖(7)与阻尼器缸体(8)右端面间隙配合，阻尼器右端盖(7)与阻尼器缸体(8)通过螺钉固定连接；阻尼器右端盖(7)与阻尼器缸体(8)通过密封圈进行密封；阻尼器右端盖(7)右端加工有外螺纹；右吊耳(6)左端面中心加工有内螺纹孔；阻尼器右端盖(7)右端与右吊耳(6)通过螺纹固定连接。阻尼器左端盖(13)、活塞头左端盖(2)以及阻尼器缸体(8)之间围成封闭容腔Ⅰ；活塞头右端盖(4)、阻尼器缸体(8)以及浮动活塞(5)之间围成封闭容腔Ⅱ；浮动活塞(5)、阻尼器缸体(8)以及阻尼器右端盖(7)之间围成封闭容腔Ⅲ；封闭容腔Ⅰ和封闭容腔Ⅱ内填充磁流变液；封闭容腔Ⅲ内填充压缩气体；当活塞杆(1)沿轴向方向受拉伸时，封闭容腔Ⅰ内的磁流变液经过液流通道进入封闭容腔Ⅱ；当活塞杆(1)沿轴向方向受压缩时，封闭容腔Ⅱ内的磁流变液经过液流通道进入封闭容腔Ⅰ；活塞杆(1)沿轴向方向运动时，封闭容腔Ⅰ和封闭容腔Ⅱ的体积会发生相应变化，此时浮动活塞(5)会通过轴向方向的左右浮动来实现体积补偿。活塞头左端盖(2)、活塞头(3)、活塞套筒(11)以及活塞头右端盖(7)分别由低碳钢导磁材料制成；环形永磁体(12)采用剩磁强度较高的强磁材料制成；其余零件均由不导磁材料制成。

本实用新型与背景技术相比，具有的有益效果是：

(1)与普通阻尼器相比，本实用新型磁流变阻尼器通过在活塞中增设一个环形永磁体，给阻尼间隙处的磁流变液提供固定磁场。故障情况下励磁线圈失电时，由于环形永磁体的存在，磁流变液通道内依然存在磁场，即在失电时阻尼器也能产生一定的阻尼力用于减振，预防了危险情况的发生，即具有失效安全性，特别适用于汽车悬架与铁路机车的减振系统。

(2)本实用新型磁流变阻尼器在不通电的情况下，由于永磁体固定磁场的存在，也能产生一定的阻尼力，非常适合阻尼器工作在小阻尼工作状态。避免了常规阻尼器小阻尼工作状态时励磁线圈始终供电的情况，减少了系统能耗。

(3)当给励磁线圈通以适当的电流方向，励磁线圈产生磁场，且产生的磁场方向在磁流变液通道一侧与永磁体产生的磁场方向相同，进而在磁流变液通道中产生作用于磁流变液的叠加磁场，流经2段阻尼间隙的磁流变液剪切应力由于磁感性强度的增加而阻尼力得到大幅度的增大，从而在阻尼器封闭容腔Ⅰ和封闭容腔Ⅱ之间形成较大压力差，在不增加励磁电流的前提下，保证了阻尼器能够输出足够大的阻尼力。

(4)本实用新型磁流变阻尼器所用零件除了活塞头左端盖、活塞头、活塞套筒以及活塞头右端盖分别由低碳钢导磁材料制成外，其余零件均由不导磁材料制成。这种设计可有效保证磁力线尽可能集中分布在2段有效阻尼间隙内，充分发挥垂直磁场对磁流变液的作用，有效提高磁流变阻尼器的工作效率。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图2是本实用新型励磁线圈不通电时磁力线分布及有效阻尼间隙示意图。

图3是本实用新型励磁线圈通电且工作在大阻尼状态时磁力线分布及有效阻尼间隙示意图。

图4是本实用新型励磁线圈通电且工作在小阻尼状态时磁力线分布及有效阻尼间隙示意图。

图5是本实用新型活塞头右端盖右视图。

图6是本实用新型活塞头左端盖左视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

如图1所示，本实用新型包括：活塞杆(1)、活塞头左端盖(2)、活塞头(3)、活塞头右端盖(4)、浮动活塞(5)、右吊耳(6)、阻尼器右端盖(7)、阻尼器缸体(8)、螺母(9)、励磁线圈(10)、活塞套筒(11)、环形永磁体(12)、阻尼器左端盖(13)以及左吊耳(14)。

图2是本实用新型励磁线圈不通电时磁力线分布及有效阻尼间隙示意图。其中，圆环形液流通道左端和腰形通孔A构成第一段有效阻尼间隙Ⅳ；圆环形液流通道右端和腰形通孔B构成第二段有效阻尼间隙Ⅴ。

图3是本实用新型励磁线圈通电且工作在大阻尼状态时磁力线分布及有效阻尼间隙示意图。此时励磁线圈产生磁场，且产生的磁场在磁流变液通道一侧与永磁体产生的磁场方向相同，两个磁场大小相叠加，输出大阻尼。

图4是本实用新型励磁线圈通电且工作在小阻尼状态时磁力线分布及有效阻尼间隙示意图。此时励磁线圈产生磁场，且产生的磁场在磁流变液通道一侧与永磁体产生的磁场方向相反，两个磁场大小相抵消，输出小阻尼。

图5是本实用新型活塞头右端盖右视图。其中，与液流通道相对应的位置加工有4个周向均匀布置的腰形通孔B。

图6是本实用新型活塞头左端盖左视图。其中，与液流通道相对应的位置加工有4个周向均匀布置的腰形通孔A，腰形通孔A、圆环形液流通道和腰形通孔B形成磁流变液进出通道。

本实用新型工作原理如下：

如图1、图2、图3和图4所示，当励磁线圈(10)不通电时，由环形永磁体(12)在磁流变液通道中产生固定磁场提供固定磁通，从而产生一定的阻尼力；当给励磁线圈(10)通入一定大小与方向的电流时，励磁线圈(10)产生可变磁场，且产生的磁场在磁流变液通道一侧与环形永磁体(12)产生的磁场相叠加，流经2段阻尼间隙的磁流变液剪切应力由于磁通的增加而阻尼力得到大幅度的增大，从而在阻尼器封闭容腔Ⅰ和封闭容腔Ⅱ之间形成较大压力差，产生较大的阻尼力。反之，当给励磁线圈(10)通入反方向的电流时，励磁线圈(10)产生的磁场在磁流变液通道一侧与环形永磁体(12)产生的磁场相抵消，从而在阻尼器封闭容腔Ⅰ和封闭容腔Ⅱ之间压力差变化不大，产生较小的阻尼力。

通过调节励磁线圈(10)中电流大小，可改变阻尼间隙处磁流变液的屈服应力，达到所需的可控输出阻尼力。

Claims (3)

1.一种采用环形永磁体和励磁线圈进行复合控制的磁流变阻尼器，其特征在于包括：活塞杆(1)、活塞头左端盖(2)、活塞头(3)、活塞头右端盖(4)、浮动活塞(5)、右吊耳(6)、阻尼器右端盖(7)、阻尼器缸体(8)、螺母(9)、励磁线圈(10)、活塞套筒(11)、环形永磁体(12)、阻尼器左端盖(13)以及左吊耳(14)；活塞杆(1)左端加工有外螺纹；左吊耳(14)右端面中心加工有内螺纹孔；活塞杆(1)与左吊耳(14)通过螺纹紧固连接；阻尼器左端盖(13)中间加工有圆形通孔，活塞杆(1)与阻尼器左端盖(13)圆形通孔内表面间隙配合；活塞杆(1)与阻尼器左端盖(13)圆形通孔内表面通过密封圈进行密封；阻尼器左端盖(13)与阻尼器缸体(8)左端面间隙配合，阻尼器左端盖(13)与阻尼器缸体(8)通过螺钉固定连接；阻尼器左端盖(13)与阻尼器缸体(8)之间通过密封圈进行密封；活塞头左端盖(2)与活塞套筒(11)通过螺钉固定连接；活塞头左端盖(2)与活塞头(3)通过螺钉固定连接；活塞头右端盖(4)与活塞套筒(11)通过螺钉固定连接；活塞杆(1)右端加工有外螺纹；活塞头左端盖(2)中心加工有圆形通孔；活塞头(3)左端面中心加工有内螺纹孔；活塞杆(1)与活塞头左端盖(2)过盈配合；活塞杆(1)与活塞头(3)通过螺纹紧固连接；活塞头右端盖(4)中间加工有圆形通孔，活塞头(3)右端与活塞头右端盖(4)圆形通孔内表面过盈配合；活塞头(3)右端外表面加工有外螺纹；活塞头(3)与活塞头右端盖(4)通过螺母(9)进行紧固连接；活塞套筒(11)与阻尼器缸体(8)通过密封圈进行密封；活塞头(3)外表面和活塞套筒(11)内表面之间设有供磁流变液通过的径向厚度为1.0mm的圆环形液流通道；活塞头左端盖(2)加工有4个周向均匀布置的腰形通孔A，活塞头右端盖(4)加工有4个周向均匀布置的腰形通孔B；腰形通孔A、圆环形液流通道和腰形通孔B共同组成磁流变液流经的液流通道；活塞头(3)中部加工有凹槽；环形永磁体(12)安装在活塞头(3)的凹槽内；励磁线圈(10)缠绕在活塞头(3)凹槽内的环形永磁体(12)上；活塞头(3)外表面加工有引线槽，活塞杆(1)中心加工有引线孔；励磁线圈(10)的两根引线通过活塞头(3)外表面的引线槽，经过活塞杆(1)的引线孔，再通过活塞杆(1)的引线孔中引出；浮动活塞(5)外表面与阻尼器缸体(8)的内表面间隙配合；浮动活塞(5)与阻尼器缸体(8)通过密封圈进行密封；阻尼器右端盖(7)与阻尼器缸体(8)右端面间隙配合，阻尼器右端盖(7)与阻尼器缸体(8)通过螺钉固定连接；阻尼器右端盖(7)与阻尼器缸体(8)通过密封圈进行密封；阻尼器右端盖(7)右端加工有外螺纹；右吊耳(6)左端面中心加工有内螺纹孔；阻尼器右端盖(7)右端与右吊耳(6)通过螺纹固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种采用环形永磁体和励磁线圈进行复合控制的磁流变阻尼器，其特征在于：阻尼器左端盖(13)、活塞头左端盖(2)以及阻尼器缸体(8)之间围成封闭容腔Ⅰ；活塞头右端盖(4)、阻尼器缸体(8)以及浮动活塞(5)之间围成封闭容腔Ⅱ；浮动活塞(5)、阻尼器缸体(8)以及阻尼器右端盖(7)之间围成封闭容腔Ⅲ；封闭容腔Ⅰ和封闭容腔Ⅱ内填充磁流变液；封闭容腔Ⅲ内填充压缩气体；当活塞杆(1)沿轴向方向受拉伸时，封闭容腔Ⅰ内的磁流变液经过液流通道进入封闭容腔Ⅱ；当活塞杆(1)沿轴向方向受压缩时，封闭容腔Ⅱ内的磁流变液经过液流通道进入封闭容腔Ⅰ；活塞杆(1)沿轴向方向运动时，封闭容腔Ⅰ和封闭容腔Ⅱ的体积会发生相应变化，此时浮动活塞(5)会通过轴向方向的左右浮动来实现体积补偿。

3.根据权利要求1所述的一种采用环形永磁体和励磁线圈进行复合控制的磁流变阻尼器，其特征在于：活塞头左端盖(2)、活塞头(3)、活塞套筒(11)以及活塞头右端盖(7)分别由低碳钢导磁材料制成；环形永磁体(12)采用剩磁强度较高的强磁材料制成；其余零件均由不导磁材料制成。