專利名稱：一種雙線圈活塞式磁流變阻尼器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種磁流變阻尼器，尤其是涉及一種雙線圈活塞式磁流變阻尼器。
背景技術：
現有的磁流變阻尼器是利用磁流變液(MR Fluids)在強磁場下的快速可逆流變特性而制作的一種振動控制裝置，在汽車、橋梁、機械等振動控制領域具有良好的應用前景。1995年美國Lord公司首次推出商用汽車座椅懸架減振用磁流變阻尼器。美國內華達大學CIML試驗室設計制作磁流變阻尼器，改善了車輛的越野性和舒適穩定性，取得良好試驗效果。近年來，國內磁流變阻尼器減振技術也得到較快發展，部分成果已試用于輕型車、重型裝備車的懸架系統、斜拉索橋斜拉索系統。歐進萍、李忠獻、張紅輝等學者對磁流變阻尼器結構及性能開展多方面研究，設計制作出不同用途的磁流變阻尼器。雙線圈活塞式磁流變阻尼器是目前常用較為新型的磁流變阻尼器。如2010年10 月27日授權公告的20081(^4^53. 3號中國發明專利專利書中公開了一種高耗能自解耦式磁流變阻尼器，該發明通過在活塞上設置永磁鐵解決了磁流變液的沉降問題。但是雙線圈活塞式磁流變阻尼器除了磁流變液在長時間靜置過程中產生的沉降和凝聚問題外，還存在著以下幾個問題一是動態響應時間較長，直接影響了磁流變阻尼器的應用范圍和減振效果；二是勵磁線圈產生的磁場分布不合理，導致了在活塞上不能有效地產生盡可能大的輸出阻尼力。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種動態響應時間相對較短、能輸出較大的阻尼力且能有效防止磁流變液沉降的雙線圈活塞式磁流變阻尼器。本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為一種雙線圈活塞式磁流變阻尼器，包括缸體，所述的缸體內設置有活塞和活塞桿，所述的活塞同軸套設在所述的活塞桿上，所述的活塞包括第一端部活塞體、第二端部活塞體和中間活塞體，所述的第一端部活塞體與所述的中間活塞體之間設置有第一勵磁線圈和第一永磁鐵，所述的第二端部活塞體與所述的中間活塞體之間設置有第二勵磁線圈和第二永磁鐵，所述的第一勵磁線圈纏繞在所述的第一永磁鐵上，所述的第二勵磁線圈纏繞在所述的第二永磁鐵上，其特征在于所述的第一永磁鐵與所述的第二永磁鐵極性相對，所述的第一勵磁線圈與所述的第二勵磁線圈反相串聯。所述的活塞桿的兩端均設置有密封裝置，所述的密封裝置包括密封體，所述的密封體與所述的缸體之間設置有第一 0型圈，所述的密封體與所述的活塞桿之間設置有斯特封、第二 0型圈和骨架封。所述的缸體的兩端分別設置有前端蓋和后端蓋，所述的活塞桿穿過所述的前端蓋，所述的前端蓋與所述的活塞桿之間設置有H839防塵密封。所述的活塞與所述的活塞桿通過定位銷相互固定。
所述的活塞是用電工純鐵制成的，所述的缸體是用型號為Q235-A的碳素結構鋼制成的。所述的第一永磁鐵與所述的第二永磁鐵均是由合抱在活塞體上的兩個半圓瓦狀永磁體構成的。所述的第一端部活塞體與所述的第二端部活塞體、所述的第一永磁鐵與所述的第二永磁鐵和所述的第一勵磁線圈與所述的第二勵磁線圈均相對于所述的中間活塞體的中心線對稱。與現有技術相比，本發明的優點在于1、第一勵磁線圈與第二勵磁線圈反向串聯，通過改變兩個勵磁線圈的連接方式減小了電感與電阻比值，從而減小了動態響應時間，當外界產生振動激勵時，磁流變阻尼器能夠更迅速的做出反應，輸出相應的阻尼力來阻止系統的振動，使減振效果更為理想；2、由于串聯電路的控制電流要小于并聯電路，這樣也可以降低電流控制器的負擔，節約能耗；3、反向串聯的兩個勵磁線圈產生的磁極將是S-N-N-S或者N-S-S-N的形式，這樣兩個勵磁線圈在中間活塞體處產生的磁力線方向相同，兩者疊加使磁場強度加強，此時由每個勵磁線圈形成的磁力線在整個活塞上就比較均勻，中間活塞體的阻尼間隙和兩個端部活塞體的阻尼間隙的磁力線密集程度基本相等，這樣充分利用了中間活塞體，提高了磁流變阻尼器的輸出的阻尼力和可調系數；4、在本發明的這種結構下，采用了一個活塞的形式來完成多個活塞輸出阻尼力的效果，節約了活塞的安裝空間，進而提高阻尼器的工作行程；5、第一永磁鐵和第二永磁鐵的極性相對，一是可以通過增大永磁體體積或者磁性強度的辦法來增加阻尼器在零電流情況下的輸出阻尼力，二是可以解決磁流變液的沉降問題；6、使用0型圈、骨架封、斯特封等密封件進行多級密封，可以有效防止磁流變阻尼器在長期工作過程中的漏油現象；7、活塞與活塞桿通過定位銷相互固定，加工、安裝方便，固定可靠，不會發生滑移和旋轉；8、活塞和缸體分別是用的電工純鐵和型號為Q235-A的碳素結構鋼制成，由于這兩種材料的導磁性能比較好，具有收攏磁感線的作用，漏磁率很低，可以忽略不計，因此不需要再加隔磁材料；9、第一永磁鐵與第二永磁鐵均由合抱在活塞體上的兩個半圓瓦狀永磁體構成，可以簡化加工工藝，提高安裝精度。
圖1為本發明磁流變阻尼器的結構示意圖；圖2為本發明磁流變阻尼器的第一勵磁線圈與第二勵磁線圈的連接示意圖；圖3為磁流變阻尼器兩個勵磁線圈順串連接示意圖；圖4為磁流變阻尼器兩個勵磁線圈同側并聯和異側并聯的兩種情況示意圖，(a) 為同側并聯，(b)為異側并聯；
圖5為阻尼器兩勵磁線圈輸入同向電流與異響電流的磁力線分布比較圖，(a)為同向電流，(b)為異向電流；圖6為磁流變阻尼器兩個勵磁線圈在三個活塞體上的磁感應強度分布示意圖， (a)為第一勵磁線圈的磁感應強度分布，(b)為第二勵磁線圈的磁感應強度分布。
具體實施例方式以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。如圖所示，一種雙線圈活塞式磁流變阻尼器，包括缸體1，缸體1內設置有活塞2和活塞桿3，活塞2和缸體1分別是用電工純鐵和Q235-A制成的，缸體1的兩端設置有前端蓋 15和后端蓋16，活塞2通過定位銷9固定在活塞桿3上，活塞桿3的一端的缸體1內設置有導向管17，導向管17上設置有允許活塞桿3進出的導向孔18，活塞桿3的另一端穿過前端蓋15，在活塞桿3的該端端部設置有活塞備緊螺母19，備緊螺母19 一端設置有雙支耳20， 后端蓋16上設置有單支耳M，活塞桿3兩端與缸體1之間均設置有密封裝置10，在兩端的密封裝置10之間的缸體1內充滿了磁流變液4，磁流變液4通過缸體1上的孔沈注入，密封裝置10包括密封體11，密封體11與缸體1之間設置有第一 0型圈12，密封體11與活塞桿之間設置有斯特封13、第二 0型圈25和骨架封14，前端蓋15與活塞桿3之間設置H839 防塵密封30，活塞2包括第一端部活塞體21、第二端部活塞體22和中間活塞體23，第一端部活塞體21與中間活塞體23之間設置有第一勵磁線圈5和第一永磁鐵6，第二端部活塞體 22與中間活塞體23之間設置有第二勵磁線圈7和第二永磁鐵8，第一永磁鐵6由合抱在活塞2上的兩個半圓瓦狀永磁體構成，第一勵磁線圈5纏繞在第一永磁鐵6上，第二永磁鐵8 同樣由合抱在活塞2上的兩個半圓瓦狀永磁體構成，第二勵磁線圈7纏繞在第二永磁鐵8 上，第一永磁鐵6與第二永磁鐵8極性相對，第一勵磁線圈5與第二勵磁線圈7反相串聯， 活塞桿3上設置有軸向導線孔31，電線32從雙支耳20上的進口 33進入，穿過軸向導線孔 31從活塞桿3上的出口 34穿出與第一勵磁線圈5和第二勵磁線圈7連接，導線孔31中充滿了密封膠35。根據上述實施例，下面對本發明的磁流變阻尼器的響應時間和磁場分布做一個簡單的分析。1.磁流變阻尼器內部的控制電路比較簡單，主要是有兩個勵磁線圈纏繞在鐵芯上組成的，若忽略渦流的影響，其內部的控制電路可以等效為一個電阻和一個電感串聯的形式。但由于電感具有儲能作用，對磁流變阻尼器進行控制過程中，控制電流不能發生階躍性變化，需要有一個瞬態變化過程，所以影響著阻尼力的響應時間，甚至占有相當大的比例。 磁流變阻尼器內部等效控制電路可以等效為電感L和電阻串聯R的形式。根據電工學原理可知，控制電路的響應時間10+控制電流達到穩態值的95%所消耗的時間約為,，達到穩態值的98%大約需要子S。由此可見，減小磁流變阻尼器電路響應時
間，可以通過減小電感與電阻比值的方法來實現。由電路消耗的功率P = PR可知，增加磁流變阻尼器電路的電阻，會浪費更多的電能，產生大量的熱量，影響磁流變液的性能，因此電感不變時，增大電阻的方法來減小響應時間不可行。而且電阻不變時，減小電感的方法亦不可行。因為電感L= μη%1，其中μ為鐵芯的導磁率，η為線圈扎數，S為鐵芯的橫截面積，1為螺線管的長度，所以減小電感要通過減小線圈扎數、鐵芯的橫截面積或者螺線管的長度辦法來實現。但這些因素又影響到阻尼器的輸出阻尼力和可調系數，使其受到一定程度的限制。因此可以在電阻和電感不變的情況下，通過改變兩個勵磁線圈連接方式的方法來減小動態響應時間最為合適。兩個勵磁線圈的連接方式有串聯和并聯兩種，這兩種連接方式又可根據電流的不同流向，分為正向連接和反向連接，所以共有四種不同的連接方法。無論哪種連接方法，對磁流變阻尼器的響應時間都有影響。下面對這四種連法進行討論圖2和圖3為兩個勵磁線圈反串和順串的兩種情況，圖2勵磁線圈反串時，線圈中
的等效電阻Rg= R，等效電感為Ly =^-2Μ，則電感與電阻的比值為圖3勵磁線圈
的等效電阻為尺_=札等效電感為Ly =^"2Μ，則電感與電阻的比值為—，其中M為兩
個線圈的互感。由此可以看出，在串聯電路中，勵磁線圈的反向串聯的電感與電阻的比值小于順向串聯的，因此，反向串聯的響應速度比順向串聯快。圖4為兩個勵磁線圈同側并聯和異側并聯的兩種情況，圖中(a)為同側并聯，其等效電阻為R·^ = f，等效電感為=―，則電感與電阻的比值^fii;圖中(b)為異側并
聯，其等效電阻為Rg =|，等效電感為Lg =—，則電感與電阻的比值為—。可見異側并聯的電感與電阻的比值比同側并聯小，即異側并聯響應速度快。通過上面的計算可以看出，反串和異側并聯的電感與電阻的比值相等，但都小于同串和同側并聯的，所以可以采用勵磁線圈反串或者異側并聯的辦法減小阻尼器的響應時間。然而，當兩個勵磁線圈能夠同時正常工作時，需要對這兩個相同的勵磁線圈輸入相同的電流，這樣對反串電路只需輸入單倍的線圈電流即可，而異側并聯電路需要輸入兩倍的線圈電流，增大了電流控制器的負擔，使阻尼器外界電路耗能發熱增加，此外由于在制造兩個勵磁線圈時，不可能完全的相同，可能會導致電流分配不均，甚至造成燒壞勵磁線的事故。 因此，采用反串連接的方式不僅能提高磁流變阻尼器響應時間，還能夠降低電路的能耗。2.本發明的雙線圈活塞式磁流變阻尼器內部的磁場是由勵磁線圈和永磁鐵共同產生的，而永磁鐵產生的磁場與勵磁線圈通入電流后產生的一樣，則可以把永磁鐵等效為勵磁線圈，因此其內部結構可以簡化為圖6所示。下面來討論線圈電流流向對磁場分布的影響(1)兩個勵磁線圈電流同向假設第一勵磁線圈產生的磁場分布如圖6(a)所示，則第二勵磁線圈產生的磁場分布就如圖6(b)所示，令磁場方向往外為正，由此可知兩個勵磁線圈在第一端部活塞體21處產生的磁場感應強度B1 Bn+B12，在第二端部活塞體22處產生磁感應強度化^ =-B21-B22,在中間活塞體23處產生的磁感應強度 h= 2-B31。由于兩個勵磁線圈以及兩個端部活塞體是對稱的，所以兩個端部活塞體處的磁感應強度的大小相等，中間活塞體處的磁感應強度非常小，近似為零。可以看出，此時，兩個端部活塞體的磁感應強度最大，而中間活塞體磁感應強度接近為零，沒有得到充分利用。(2)兩個勵磁線圈電流異向兩個勵磁線圈異向時，設第一勵磁線圈的電流磁場分亦如圖6(a)所示，則此時第二勵磁線圈的磁場方向將與圖6(b)中方向相反，大小相等。令磁場方向亦往外為正，則在第一端部活塞體21處產生的磁感應強度Blfi= B11-B12，在第二端部活塞體22處產生的磁感應強度化&= B22-B21，中間活塞體23處產生磁感應強度 &= -B31-B320由此可知，兩個勵磁線圈在兩個端部活塞體處產生的磁感應強度矢量相加時減弱了，而在中間活塞體處矢量疊加，卻得到增強。 由上面的分析可以看出，兩勵磁線圈電流同向使兩個端部活塞體處的磁感應強度大于電流反向的，此時磁流變阻尼器更容易產生磁場強度飽和現象。但同向電流產生磁感應強度在中間活塞體進行疊加時抵消了，異向電流卻使之疊加增強，充分利用中間活塞體。 兩勵磁線圈電流同向和異向時，運用ANSYS軟件對阻尼器磁感應強度分布進行了有限元模擬，模擬結果如圖5所示。由圖5亦可以看出，電流同向時，磁力線主要分布在兩個端部活塞體間隙處，而中間活塞體間隙處約為零。而電流異向時，磁力線在整個活塞上分布比較均勻，充分利用了中間活塞體，增大了最大輸出阻尼力和可調系數。
權利要求
1.一種雙線圈活塞式磁流變阻尼器，包括缸體，所述的缸體內設置有活塞和活塞桿，所述的活塞同軸套設在所述的活塞桿上，所述的活塞包括第一端部活塞體、第二端部活塞體和中間活塞體，所述的第一端部活塞體與所述的中間活塞體之間設置有第一勵磁線圈和第一永磁鐵，所述的第二端部活塞體與所述的中間活塞體之間設置有第二勵磁線圈和第二永磁鐵，所述的第一勵磁線圈纏繞在所述的第一永磁鐵上，所述的第二勵磁線圈纏繞在所述的第二永磁鐵上，其特征在于所述的第一永磁鐵與所述的第二永磁鐵極性相對，所述的第一勵磁線圈與所述的第二勵磁線圈反相串聯。
2.如權利要求1所述的一種雙線圈活塞式磁流變阻尼器，其特征在于所述的活塞桿的兩端均設置有密封裝置，所述的密封裝置包括密封體，所述的密封體與所述的缸體之間設置有第一 0型圈，所述的密封體與所述的活塞桿之間設置有斯特封、第二 0型圈和骨架封。
3.如權利要求1所述的一種雙線圈活塞式磁流變阻尼器，其特征在于所述的缸體的兩端分別設置有前端蓋和后端蓋，所述的活塞桿穿過所述的前端蓋，所述的前端蓋與所述的活塞桿之間設置有H839防塵密封。
4.如權利要求1所述的一種雙線圈活塞式磁流變阻尼器，其特征在于所述的活塞與所述的活塞桿通過定位銷相互固定。
5.如權利要求1所述的一種雙線圈活塞式磁流變阻尼器，其特征在于所述的活塞是用電工純鐵制成的，所述的缸體是用型號為Q235-A的碳素結構鋼制成的。
6.如權利要求1所述的一種雙線圈活塞式磁流變阻尼器，其特征在于所述的第一永磁鐵與所述的第二永磁鐵均是由合抱在活塞體上的兩個半圓瓦狀永磁體構成的。
7.如權利要求1所述的一種雙線圈活塞式磁流變阻尼器，其特征在于所述的第一端部活塞體與所述的第二端部活塞體、所述的第一永磁鐵與所述的第二永磁鐵和所述的第一勵磁線圈與所述的第二勵磁線圈均相對于所述的中間活塞體的中心線對稱。
全文摘要
本發明公開了一種雙線圈活塞式磁流變阻尼器，包括缸體，缸體內設置有活塞和活塞桿，活塞同軸套設在活塞桿上，活塞包括第一端部活塞體、第二端部活塞體和中間活塞體，第一端部活塞體與中間活塞體之間設置有第一勵磁線圈和第一永磁鐵，第二端部活塞體與中間活塞體之間設置有第二勵磁線圈和第二永磁鐵，第一勵磁線圈纏繞在第一永磁鐵上，第二勵磁線圈纏繞在第二永磁鐵上，特點是第一永磁鐵與第二永磁鐵極性相對，第一勵磁線圈與第二勵磁線圈反相串聯，優點是在解決磁流變液沉降問題的同時，減小了動態響應時間，且中間活塞體的阻尼間隙和兩個端部活塞體的阻尼間隙的磁力線密集程度基本相等，提高了磁流變阻尼器的輸出阻尼力和可調系數。
文檔編號F16F9/53GK102278409SQ20111013142
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月20日 優先權日2011年5月20日
發明者伍廣彬, 候振寧, 馮志敏, 張剛, 胡海剛 申請人:寧波大學