帶有永磁偏磁場的磁流變裝置的製作方法

2023-06-10 21:11:46

專利名稱：帶有永磁偏磁場的磁流變裝置的製作方法
技術領域：
本發明大致涉及磁流變(MR)裝置，更具體地涉及一種磁流變阻尼裝置的改進設計。
背景技術：
用於懸置部件和控制或阻礙他們相對運動的裝置在本領域是已知的。例如，這些裝置已知並被用於汽車領域的車輛懸架系統。裝置可能是減震器、減震支柱的形式，和其他運動或震動的阻尼結構。基本上，很多這種裝置利用液體來控制機械部件的相對運動。例如，可利用液壓液體作為產生阻尼力或轉矩，或控制運動的介質。一類這種運動控制裝置利用液體介質，該液體介質通過應用磁場實現可控的。這種磁力控制液體被稱作磁流變，或磁流變液。磁流變液處於足夠強度的磁場影響下時顯示出增稠特性(流變性變化)。磁流變液受到的磁場強度越高，磁流變裝置所能達到的限流或阻尼力就越大。有望利用磁流變液的這種特性來控制磁流變裝置的阻尼，例如根據駕駛者的操作或路面情況來修正車輛的乘坐特性。磁流變裝置可利用電磁體，其包括穿過線圈流動的電流，以作用於磁場進而影響磁流變液的流動特性。磁流變裝置的阻尼力是提供給電磁體的電流的函數。如果沒有電流提供給電磁體，阻尼處於最低水平。沒有施加磁場的阻尼水平可能比多數車輛運行情況下所需的水平的要低。在車輛運行的大多數時候，需要提供持續的電流以提供所需的阻尼水平。這種電流需求增加車輛電力系統的負載，這對燃油經濟性具有不利的影響。同時，用於形成電磁體的電線，和車輛線束和電線接頭一樣，必須大小合適以適應所需的電流水平。另外，在車輛控制的角度上來看，阻尼器的控制電流被中斷，從而沒有施加磁場的低阻尼水平是不宜發生的。為了降低工作電流和/或沒有電流時提供期望的阻尼水平，本領域已知的方法包括磁流變裝置內的永磁體以提供偏磁通量。例如，US專利5632361和6419057公開了這種方法。偏通量增加了沒有電流通過電磁體時的磁流變裝置的阻尼力。電磁體可用於提供磁通量以補充偏通量。在使用磁流變裝置時，一個重要的特性就是所謂的「放大率」。放大率是指磁流變裝置產生的最大力或轉矩除以同裝置輸出的最小力或轉矩的比值。在設計可控的磁流變制動器時，在給定的運行情況下，通常希望放大率最大。當磁流變液處於最大磁場時，該放大率的最大化可通過增加可能的轉矩或力，和/或當液體處於最小磁場時，通過最小化輸出的轉矩或力。在傳統的磁流變裝置中，當整個磁場由電磁體產生時，由於零電流提供給電磁體而沒有引起磁場的產生，此時的電磁場最小。對於這樣的裝置，放大率主要依賴於磁流變液的特性，即磁場作用下液體的屈變力和沒有電磁場時液體的粘度。在磁流變裝置中增加永磁體以提供偏磁通量也具有不利影響。現有技術中，已知的結構配置要完全抵消偏通量是不可能的，這使得一直有顯著水平的通量作用於磁流變液以提高輸出的最小力，從而降低放大率。已知的現有結構配置可能需要很高的電流水平來抵消偏通量以達到低最小力，從而達到期望的高放大率的需求。已知的現有結構配置還需要昂貴的永磁體材料來降低電磁體通量使永磁體退磁的風險。因此，需要一種磁流變阻尼器，其將在受控運行中降低電流需求，且在電源切斷時提供比最低水平更高的阻尼，同時保持高放大率。

發明內容
當磁流變裝置的電源不提供控制電流時，本發明的磁流變裝置提供比最低水平更高的阻尼。本發明的裝置包括活塞，圍繞該活塞的至少一部分的第一磁通量發生器，圍繞第一磁通量發生器的至少一部分的第二磁通量發生器。磁通量發生器中的一個由永磁體組成，磁通量發生器中的另一個由承載電流的線圈組成並充當電磁體。永磁體被放置於引導磁通量穿過磁流變液體流動路徑以弓I起磁流變液流動的阻力。用於阻礙磁流變裝置的活塞和另一元件之間的相對運動的阻尼力依賴於磁流變液的流變性。穿過線圈的電流提供一磁通量，該通量與永磁體的通量合在一起以實現控制阻尼力。通過控制電流穿過線圈的方向， 線圈產生的磁通量的極性可控制從而增加或抵消偏通量。當沒有可用的控制電流時，永磁體可實現阻尼，同時降低被控阻尼所需的峰值電流。通過合理控制穿過線圈的電流，線圈和永磁體傾向於允許通過磁流變液體通道的通量在方向上完全抵消。本發明的描述中，術語「圍繞」 「纏繞」 「繞」等等應該理解為非限制於完全不間斷的環繞。例如，如果活塞的一部分位於通量發生器的兩部分之間，活塞的該部分可認為是被通量發生器圍繞。因此，通量發生器可示例為由彼此間隔開的多個永磁體段組成，其中磁鐵段間隙和空隙共同環繞活塞部分。根據優選實施例的如下描述，本發明的各種特性和優點對於本領域的技術人員來說是明顯的。配合詳細描述的附圖描述如下


圖1是本發明第一實施例的磁流變阻尼器的側視剖面圖，包括一磁流變活塞組件，示出了磁流變活塞組件帶有一電線圈組和一永磁體；圖2是在第一運行條件下的磁通量分布圖；圖3是在第二運行條件下的磁通量分布圖；圖4是在第三運行條件下的磁通量分布圖；圖5是本發明另一實施例的側視剖面圖。
具體實施例方式現參考附圖，圖1示出了本發明的典型實施例。一磁流變阻尼器138包括管140， 活塞組件Iio和磁流變液144。活塞組件110包括活塞112，杆114，流量環116，線圈134和永磁體150。活塞112由可承載磁通量的材料組成。活塞具有一縱軸118，第一縱末端126 和第二縱末端128。在一種構造中，軸118定義一對稱軸，組件圍繞該軸線大體上圓柱形或環形方式設置，但是其他非圓形的結構也是合理的。在圖1中，活塞112示出為包括一活塞下部IM和一活塞上部132，這表示活塞可以由多個部分組成以便於裝配。另外，也可使用合適的加工工藝以形成整塊的活塞。
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一殼元件也可承載圍繞活塞112的磁通量，以便於在殼元件和活塞112之間定義一通道146。在圖1中，殼元件被描述成通量環116，該環在管140內隨活塞112軸向運動。 在未示出的另一實施例中，通量環116可以省略，而管140可由合適的磁性材料組成以充當殼元件並承載磁通量以同樣定義通道146。在圖1描述的實施例中，設置一環形永磁體150以圍繞活塞112的一部分。線圈 134圍繞永磁體150設置。線圈134具有電氣接線盒(圖未示)以允許電流穿過線圈流動。圖1還示出了一環形磁隙130，該磁隙的作用在下面進行描述。在圖1示出的磁流變阻尼器138中，杆114具有連接於活塞112的第一縱末端1 的第一末端部分122和縱向延伸到管140外部的第二末端部分142。如圖1，操作時，當施加外力於杆末端部分142以推動活塞112在管140內部的軸向運動時，磁流變液144被擠壓流過通道146。所施加的阻止活塞運動的力取決於磁流變液144的流變性，這可以通過控制出現在通道146內的作用於磁流變液144的磁通量來進行控制。圖2-圖4示出了各種運行情況下穿過磁通路的磁通量的形式，該磁通路由通道 146，活塞112，磁隙130，和殼元件(包括通量環116和管140)組成。圖2-圖4還示出了活塞112和杆114之間的磁隙130。磁隙130包括部分130a、130b和130c。磁隙部分130b 臨近永磁體150，用於降低永磁體150側面的磁通量洩露。線圈134充當永磁體150的另一側的磁隙以降低該側的通量洩露。磁隙部分130a和130c可單獨使用或同時使用以有利影響穿過磁通路的通量分布。在圖2中，沒有電流穿過線圈134，磁通路僅由永磁體150產生的偏通量組成。在這種條件下，穿過通道146的顯著的磁通量影響管道內磁流變液的流變性，由此產生的阻尼力處於超過最低水平某個水平上，該最低水平在沒有磁通量的情況下出現。該磁通路與永磁體150互相配合可用於建立阻尼的靜態水平。穿過線圈的電流變化實現的通量變化可達到控制阻尼的靜態水平。由於永磁體150提供偏磁通量，這種配置可降低為達到所需的阻尼水平而穿過線圈134的所需的電流水平。另外，如果穿過線圈134的電流被非預期中斷，這種配置可提供希望的自動防故障的阻尼水平。圖3示出了當穿過線圈134的電流是極性的，以產生磁通量，該磁通量與由永磁體 150產生的偏通量在通道146中疊加。在這種條件下，與圖2描述的零電流情況相比通道 146內穿過磁流變液的磁通量增強，這預期使得與零電流阻尼力相比可控的阻尼力增大。應該注意，如果省略永磁體150而由線圈134產生整個磁場，穿過線圈134的電流比所需的電流少，永磁體150產生的偏通量使得輸出的阻尼力水平超過靜止水平。圖4示出了當適當量值和極性的電流穿過線圈134以在通道146內產生適當量值和方向上與永磁體150產生的偏通量相反的磁通量。在這種條件下，產生的穿過磁通路的磁通量使得基本上零通量作用於通道146內穿過的磁流變液體。因此，最低阻尼力可被控制在一個低水平，這是為了達到高放大率所需要的。由於增加磁隙120，帶來了意想不到的有益效果。如果杆114由磁性材料組成，磁流變裝置結構內的磁隙降低了杆114對磁通路的影響。由於磁隙120，穿過磁通路的通量的對稱性得到改善，允許通過由線圈134產生的磁通量抵消通道146內由永磁體150產生的
偏通量。
如果穿過線圈134的電流增加到超過圖4所示的水平，阻尼力也將增加。這是因為與通量的極性無關，磁流變液144對應於穿過通道146的磁通量的絕對值。當線圈134 產生的磁通量超過抵消永磁體150產生的通量所需的水平時，通道146內通量水平的絕對值上升到超過最低通量水平，並用於提高通道146內的磁流變液的粘度，從而使得增大的阻尼超過最低阻尼水平。圖5示出了本發明的另一個實施例。在這個實施例中，永磁體250和線圈234設置於活塞212上，永磁體250圍繞線圈234。線圈234充當磁隙以降低穿過永磁體250側面的磁洩露。磁隙部分230a和230c可單獨或同時使用以有效影響穿過磁通路的通量分布。 圖5還示出了永磁體250和線圈234並不局限為具有相同的軸向長度。在另一個實施例中，永磁體150，線圈134，或兩者可作為殼元件的一部分，例如作為通量環116的一部分。應該注意，當提到磁隙時，應該理解根據本發明的應用並不局限於文字表述的結構上的間距或空隙。磁隙是指，與磁通路的其他元件的磁透率相比，具有更低磁透率的區域。磁隙可通過充滿空氣，磁流變液或其他具有低磁透率的物質的空隙來實現。如果磁隙是通過空隙實現的，可能還需要一個結構性的連接件，例如用網(圖未示)的形式。另外，磁隙也可通過由低磁透率材料組成的結構部件來實現，例如但不局限於鋁或非磁性不鏽鋼。另外，本發明並不局限於控制如上所述的沿軸118的直線運動，還可用於控制圍繞軸118的作用於杆末端部分142的旋轉運動的作用轉矩。因此，本發明可用於例如旋轉式阻尼器，閘或離合器。本發明通過其實施例的描述進行了說明，而實施例的描述又相當詳細，申請人並不是意圖用這些細節來限制或任何形式的約束後附權利要求的範圍。對本領域的技術人員來說，其他的優點和變型是可能的。因此，在各個方面，本發明不局限於典型裝置的特定細節，只是用於闡述示例和描述。相應地，可脫離這些細節但不脫離申請人總體發明觀念的精神或範圍。
權利要求
1.一種磁流變裝置，包括具有軸的活塞；圍繞所述活塞至少一部分的殼元件，其中在所述活塞和所述殼元件之間定義一通道；圍繞活塞一部分的第一磁通量發生器；圍繞所述第一磁通量發生器至少一部分的第二磁通量發生器；其特徵在於，所述磁通量發生器中的一個包括永磁體以在所述活塞和所述殼元件之間產生一偏通量，所述磁通量發生器中的另一個包括電磁體以在所述活塞和所述殼元件之間提供一個可控的磁通量；其中，所述的可控磁通量和所述的偏通量在所述管道內協同產生一淨通量。
2.如權利要求1所述的磁流變裝置，其特徵在於，所述的第二磁通量發生器相對於所述第一磁通量發生器位於固定的位置上。
3.如權利要求1所述的磁流變裝置，其特徵在於，所述的活塞和所述的殼元件中的至少一個由在磁通路中可承載磁通量的材料組成。
4.如權利要求1所述的磁流變裝置，其特徵在於，進一步包括位於所述活塞和所述殼元件之間的所述管道內的一定量的磁流變液。
5.如權利要求1所述的磁流變裝置，其特徵在於，所述的可控的磁通量可完全克服偏通量，使得沿所述通道的長度的通道內的任何位置的淨通量基本為零。
6.如權利要求3所述的磁流變裝置，其特徵在於，所述的活塞包括一環繞所述永磁體的第一環形磁隙部分。
7.如權利要求6所述的磁流變裝置，其特徵在於，所述的活塞包括一超過所述永磁體的第一軸末端軸向延伸的第二環形磁隙部分。
8.如權利要求7所述的磁流變裝置，其特徵在於，所述的活塞包括一超過所述永磁體的第二軸末端軸向延伸的第三環形磁隙部分。
9.如權利要求1所述的磁流變裝置，其特徵在於，進一步包括具有固定連接於活塞的第一末端部分的杆。
10.如權利要求9所述的磁流變裝置，其特徵在於，所述的杆和所述活塞共同限定它們之間的一磁隙。
全文摘要
一種磁流變阻尼器裝置包括一活塞和一殼元件，兩者都可用於承載磁通量。在該活塞和殼元件之間存在一通道，一定量的磁流變液體位於該活塞和殼元件之間並在所述通道內流動。一第一磁通量發生器和一第二磁通量發生器協同產生一淨通量，該淨通量作用於通道內的磁流變液並影響通道內液體的流動。磁通量發生器中的一個由永磁體組成，以在活塞和殼元件之間產生一偏通量，磁通量發生器中的另一個由在活塞和殼元件之間提供可控磁通量的方式組成。
文檔編號F16F9/53GK102221066SQ201010161960
公開日2011年10月19日 申請日期2010年4月13日 優先權日2010年4月13日
發明者亞歷山大·阿波斯託洛斯·亞歷山特裡迪斯, 託馬斯·W·內爾 申請人:北京京西重工有限公司