TWI420031B - 磁流變液阻尼器 - Google Patents

Description

磁流變液阻尼器

本發明係關於一種磁流變液阻尼器，尤指可增加外加磁場作用在磁流變液的導磁面積並進而得到較佳的阻尼力，且可避免阻尼力完全失效之問題者。

磁流變液(magnetorheological fluid，簡稱MRF)是一種開發中的智慧型材料，在外加磁場的作用下，磁流變液中的固體磁性顆粒會沿著N、S極之間的磁力線，在兩極之間形成鏈狀，並進而產生抗剪應力的作用。

目前應用上述磁流變液之阻尼器雖具有阻尼力可控及阻尼變化快速的特性，但因為其內部的磁極導鐵和單一線圈之設計，使得磁流變液鏈結有效面積小，相對使作動阻尼力小，且單一線圈發生斷裂時將使阻尼器之可控性全面性失效，造成阻尼力大幅下降。

請參閱第1圖，其係為習知磁流變液阻尼器之剖面示意圖，圖式中顯示有一習知之磁流變液阻尼器9，其係於一外筒91內滑設有互相連接之一軸桿92及一阻尼塊93，而在阻尼塊93上再纏繞有線圈94以形成一個外加磁場，而阻尼塊93與外筒91之間的間隙則均勻分佈著磁流變液95。

然而，阻尼塊93與外筒91相對應的部分為磁流變液阻尼器9之阻抗力作用面積，經由模擬可以清楚發現，磁力線(如第1圖箭號所示)大部分通過此阻抗力作用面積的上下側微小面積上，而阻抗力作用面積的中間部分磁場強度相當弱，換言之，磁流變液95之有效鏈結面積僅集中在阻抗力作用面積的上下側，因此磁流變液95之有效鏈結面積有限，相對造成磁流變效應之剪切力作用面積小，使得磁流變液阻尼器9的整體效能無法達到最佳的阻抗力。

再者，習知之磁流變液阻尼器9只纏繞了一個線圈94，假使說線圈94毀損或者是斷裂，會造成外加磁力消失，進而造成阻尼力完全失效，實非十分理想。

因此，如何發明出一種磁流變液阻尼器，以期達到可增加外加磁場作用在磁流變液的導磁面積並進而得到較佳的阻尼力，且可避免阻尼力完全失效之問題，將是本發明所欲積極揭露之處。

有鑑於上述習知磁流變液阻尼器之缺憾，發明人有感其未臻於完善，遂竭其心智悉心研究克服，憑其從事該項產業多年之累積經驗，進而研發出一種磁流變液阻尼器，以期達到可增加外加磁場作用在磁流變液的導磁面積並進而得到較佳的阻尼力，且可避免阻尼力完全失效之問題。

本發明之主要目的在提供一種磁流變液阻尼器，其係藉由多極式雙向磁極與多極式線圈之設計，可使大部分的磁力線能以垂直間隙的方向通過磁流變液，讓磁流變液產生較佳的鏈結力，達到可增加外加磁場作用在磁流變液的導磁面積並進而得到較佳的阻尼力，且可避免阻尼力完全失效之問題。

為達上述目的，本發明之磁流變液阻尼器包含：一外筒，其具有一內環壁及一內容置室；一導磁體，其軸向滑移於該內容置室並與該內環壁相距一間隙，該導磁體具有一上蓋、一下蓋、一磁極內環體、一非導磁隔離環、一磁極外環體及複數導磁桿，該磁極內環體、該非導磁隔離環與該磁極外環體由內而外徑向排列組設於該上蓋與該下蓋之間，該磁極內環體與該非導磁隔離環相距一空間，該非導磁隔離環與該磁極外環體彼此鄰接，該等導磁桿等角度環繞於該空間內，該等導磁桿分別以其一端連接於該磁極內環體，以其另一端穿過該非導磁隔離環以連接於該磁極外環體，該等導磁桿分別軸向環繞有一線圈；一軸桿，其組設於該上蓋並凸伸出該外筒，該軸桿隨該導磁體於該內容置室軸向滑移；以及一磁流變液，其充填於該內容置室。

因此，藉由多極式雙向磁極與多極式線圈之設計，可使大部分的磁力線能以垂直間隙的方向通過磁流變液，讓磁流變液產生較佳的鏈結力，達到可增加外加磁場作用在磁流變液的導磁面積並進而得到較佳的阻尼力，且可避免阻尼力完全失效之問題。

為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明。

請參閱第2圖，其係為本發明具體實施例之分解示意圖，於圖式中顯示有一磁流變液阻尼器1，且此磁流變液阻尼器1包含一外筒2、一導磁體3、一軸桿4以及一磁流變液5(請參閱第5圖)。

請同時參閱第2圖至第5圖，其中之第3圖係為本發明具體實施例導磁體與軸桿之分解示意圖，第4圖係為本發明具體實施例橫向之剖面示意圖，第5圖係為本發明具體實施例縱向之剖面示意圖。

圖式中之外筒2係由一上筒201與一下筒202彼此組設而成並具有一內環壁21及一內容置室22，上筒201與下筒202之間另組設有一環型墊圈23以防漏，且導磁體3係軸向滑移於外筒2之內容置室22並與內環壁21相距一間隙t，導磁體3並具有一上蓋311、一下蓋312、一磁極內環體32、一非導磁隔離環33、一磁極外環體34及複數導磁桿35。

如圖所示，導磁體3之磁極內環體32、非導磁隔離環33與磁極外環體34係由內而外徑向依序排列組設於上蓋311與下蓋312之間，磁極內環體32與非導磁隔離環33相距一空間36，非導磁隔離環33與磁極外環體34係彼此鄰接，該等導磁桿35係等角度環繞位於空間36內，且該等導磁桿35係分別以其一端連接於磁極內環體32，以其另一端穿過非導磁隔離環33以連接於磁極外環體34，該等導磁桿35並分別軸向環繞有一線圈351。

此外，圖式中之軸桿4係組設於上蓋311並凸伸出外筒2，軸桿4隨導磁體3於內容置室22軸向滑移，磁流變液5係充填於外筒2之內容置室22。

上述之結構更可包含有一導向軸6以及一儲氣室7，且導向軸6與儲氣室7係皆組設於外筒2之內容置室22內。

詳言之，導向軸6具有一導引軸桿61以及一基盤62，其中之導引軸桿61組設於基盤62上，且導磁體3具有貫穿上蓋311、磁極內環體32及下蓋312的一軸孔37，導磁體3並以軸孔37對應滑移於導引軸桿61，且導引軸桿61上端組設有一環型墊圈611以防止磁流變液5流經導引軸桿61與軸孔37之間，軸桿4隨導磁體3於外筒2之內容置室22內軸向滑移時，可受到導向軸6之導引軸桿61的引導而不會產生偏斜。

此外，基盤62係組設於外筒2之內環壁21並分隔內容置室22為一上內容置室221及一下內容置室222，基盤62並軸向貫設有複數個貫孔621，每一貫孔621係連通上內容置室221與下內容置室222，而儲氣室7則組設於下內容置室222。

上述磁極內環體32係呈中空圓柱狀；非導磁隔離環33係由呈半圓狀之二非導磁隔離環單元331彼此組接而成；磁極外環體34係由呈弧形之四個磁極外環體單元341彼此組接而成，且每一磁極外環體單元341之間間隔有一間距342(如第4圖所示)；該等導磁桿35之數量係為四；軸桿4組設於上蓋體311之一端徑向貫設有複數個通孔41。

當軸桿4於內容置室22內軸向滑移時，充填於外筒2之內容置室22的磁流變液5會產生流動，此時，軸桿4之通孔41與導向軸6基盤62之貫孔621可讓磁流變液5具有流動之空間，同時藉由儲氣室7之設計，可使充填於外筒2之內容置室22的磁流變液5於流動時具有壓力調整的效果。

因此，上述結構係採用多極式雙向磁極與多極式線圈之設計(複數導磁桿35及其所纏繞之線圈351)，使大部分的磁力線(如第4圖與第5圖箭號所示)能以垂直間隙的方向通過磁流變液5，讓磁流變液5產生較佳的鏈結力，達到可增加外加磁場作用在磁流變液5的導磁面積並進而得到較佳的阻尼力，且可避免阻尼力完全失效之問題。

綜上所述，上述之結構可具有以下特色：

1.使用磁流變液為內部液體介質，其液體黏滯係數可控制改變，讓阻尼器之阻尼力具有可控性；

2.阻尼器無需馬達或液壓等機械驅動器，在阻尼力即時控制中並無機械作動元件，因此阻尼變化非常快速；

3.磁極內環體周圍擺放磁極和線圈的方式與目前一般磁流變液阻尼器的內部構造完全不同；

4.採用了多極式雙向磁極之創新設計，大幅增加磁流變液之有效鏈結面積；

5.在複數個多極式磁極的配置安排上，可使磁極之方向交錯配置，即相鄰磁極其磁極之方向相反，使產生特殊的多條磁路方向，除可讓每一磁路之所通過距離縮短、減少磁阻之外，另可增加磁力線涵蓋之作用面積；

6.阻尼器所能產生磁流變液鏈結的面積為最大化；以及

7.採用多極式線圈取代單一線圈，避免單一線圈斷裂時阻尼器可控性全面性失效之問題。

上述實施例所述之結構僅為例示，在設計上亦可加以變化，例如：

1.多極式磁極的極數並非固定，亦非一定為偶數極，於磁路模擬中可得到偶數極具有最佳之磁力效果，四極為最佳實施例，如上面實施例所述；

2.磁極外環體各片之間亦可連結在一起形成一圓環片，且外環片之形狀不一定為長方形弧體，亦可為其它形狀之弧體，於最佳化模擬中，顯示外環片斷開且用長方形弧體具有較佳之磁力效果，如上面實施例所述；

3.磁極內環體亦非一定是一圓環片，亦可各片之間斷開形成複數個內環片，亦即磁流變液阻尼器的內、外環片在構造上可以有四種變化：外環片斷開、內環片連結；外環片斷開、內環片斷開；外環片連結、內環片斷開；外環片連結、內環片連結；如上面實施例所述之外環片斷開、內環片連結可得到較佳之磁力效果，最適合磁流變液阻尼器使用。

如上所述，本發明完全符合專利三要件：新穎性、進步性和產業上的可利用性。以新穎性和進步性而言，本發明係藉由多極式雙向磁極與多極式線圈之設計，可使大部分的磁力線能以垂直間隙的方向通過磁流變液，讓磁流變液產生較佳的鏈結力，達到可增加外加磁場作用在磁流變液的導磁面積並進而得到較佳的阻尼力，且可避免阻尼力完全失效之問題；就產業上的可利用性而言，利用本發明所衍生的產品，當可充分滿足目前市場的需求。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以下文之申請專利範圍所界定者為準。

1．．．磁流變液阻尼器

2．．．外筒

201．．．上筒

202．．．下筒

21．．．內環壁

22．．．內容置室

221．．．上內容置室

222．．．下內容置室

23．．．環形墊圈

3．．．導磁體

311．．．上蓋

312．．．下蓋

32．．．磁極內環體

33．．．非導磁隔離環

331．．．非導磁隔離環單元

34．．．磁極外環體

341．．．磁極外環體單元

342．．．間距

35．．．導磁桿

351．．．線圈

36．．．空間

37．．．軸孔

4．．．軸桿

41．．．通孔

5．．．磁流變液

6．．．導向軸

61．．．導引軸桿

611．．．環形墊圈

62．．．基盤

621．．．貫孔

7．．．儲氣室

9．．．磁流變液阻尼器

91．．．外筒

92．．．軸桿

93．．．阻尼塊

94．．．線圈

95．．．磁流變液

t．．．間隙

第1圖為習知磁流變液阻尼器之剖面示意圖。

第2圖為本發明具體實施例之分解示意圖。

第3圖為本發明具體實施例導磁體與軸桿之分解示意圖。

第4圖為本發明具體實施例橫向之剖面示意圖。

第5圖為本發明具體實施例縱向之剖面示意圖。

1．．．磁流變液阻尼器

2．．．外筒

201．．．上筒

202．．．下筒

23．．．環形墊圈

3．．．導磁體

311．．．上蓋

312．．．下蓋

341．．．磁極外環體單元

4．．．軸桿

41．．．通孔

6．．．導向軸

61．．．導引軸桿

611．．．環形墊圈

62．．．基盤

621．．．貫孔

7．．．儲氣室

Claims (12)

1. 一種磁流變液阻尼器，其包含：一外筒，其具有一內環壁及一內容置室；一導磁體，其軸向滑移於該內容置室並與該內環壁相距一間隙，該導磁體具有一上蓋、一下蓋、一磁極內環體、一非導磁隔離環、一磁極外環體及複數導磁桿，該磁極內環體、該非導磁隔離環與該磁極外環體由內而外徑向排列組設於該上蓋與該下蓋之間，該磁極內環體與該非導磁隔離環相距一空間，該非導磁隔離環與該磁極外環體彼此鄰接，該等導磁桿等角度環繞於該空間內，該等導磁桿分別以其一端連接於該磁極內環體，以其另一端穿過該非導磁隔離環以連接於該磁極外環體，該等導磁桿分別軸向環繞有一線圈；一軸桿，其組設於該上蓋並凸伸出該外筒，該軸桿隨該導磁體於該內容置室軸向滑移；以及一磁流變液，其充填於該內容置室。
2. 如申請專利範圍第1項所述之磁流變液阻尼器，更包含一導向軸，其組設於該內容置室並軸向向上凸伸有一導引軸桿，該導磁體具有貫穿該上蓋、該磁極內環體及該下蓋的一軸孔，且該導磁體以該軸孔滑移於該導引軸桿。
3. 如申請專利範圍第2項所述之磁流變液阻尼器，其中，該導向軸更具有一基盤，該導引軸桿組設於該基盤上。
4. 如申請專利範圍第3項所述之磁流變液阻尼器，其中，該基盤組設於該內環壁並分隔該內容置室為一上內容置室及一下內容置室，該基盤並軸向貫設有至少一貫孔，該貫孔連通該上內容置室與該下內容置室。
5. 如申請專利範圍第4項所述之磁流變液阻尼器，更包含一儲氣室，其組設於該下內容置室。
6. 如申請專利範圍第1項所述之磁流變液阻尼器，其中，該磁極內環體呈中空圓柱狀。
7. 如申請專利範圍第1項所述之磁流變液阻尼器，其中，該非導磁隔離環由半圓狀之二非導磁隔離環單元組接而成。
8. 如申請專利範圍第1項所述之磁流變液阻尼器，其中，該磁極外環體由弧形之複數磁極外環體單元組接而成。
9. 如申請專利範圍第8項所述之磁流變液阻尼器，其中，該等磁極外環體單元之數量為四。
10. 如申請專利範圍第8項所述之磁流變液阻尼器，其中，該等磁極外環體單元之間有一間距。
11. 如申請專利範圍第1項所述之磁流變液阻尼器，其中，該等導磁桿之數量為四。
12. 如申請專利範圍第1項所述之磁流變液阻尼器，其中，該軸桿組設於該上蓋之一端徑向貫設有至少一通孔。