內置平行線圈的多通道磁流變阻尼器的制作方法

本發明涉及一種磁流變阻尼器，尤其涉及一種內置平行線圈的多通道磁流變阻尼器。

背景技術：

磁流變液是一種性能優良的智能材料，其在磁場的作用下能夠瞬間由流動性良好的牛頓流體轉變為半固體，并且這種變化具有連續、可控、可逆等特點。利用磁流液的這種特點，制作的磁流變阻尼器具有反應快速、功耗低、結構簡單等優異性能，可以作為一種應用前景良好的半主動作動裝置，在電子控制和機械系統之間提供簡單和快速反應的接口。近年來，磁流變阻尼器被廣泛應用于機械、土木、航空航天等領域。

傳統的磁流變阻尼器通常將線圈纏繞在活塞的凹槽中，并在活塞外圈部分開設阻尼通道，或者利用活塞外表面與缸筒內壁形成阻尼通道。工作過程中，磁流變液在阻尼通道中流動，勵磁線圈通電產生垂直于磁流變液流動方向的磁場，進而在磁場的作用下產生可控阻尼力。在磁路未達到飽和的情況下，通過調節通電電流的大小，可以對磁流變阻尼器產生的阻尼力大小進行控制。通過增大阻尼器缸筒內徑或者減小阻尼通道寬度往往可以提高磁流變阻尼器的最大阻尼出力。然而，增大阻尼器缸筒內徑會使磁流變阻尼器的體積和重量增大；減小阻尼通道寬度會導致零場狀態下的阻尼力大大增加，從而使磁流變阻尼器的可控范圍大大減小，另外，還容易導致磁流變液在阻尼通道中發生堵塞現象。

于是，有學者對傳統磁流變阻尼器的結構進行了改進，主要包括對磁流變阻尼器的線圈纏繞方式和阻尼通道的布置形式進行改進。其中，對線圈形式的改進主要是講傳統磁流變阻尼器中的單線圈纏繞方式改成了多線圈布置方式，從而來增大磁流變阻尼器的有效節流通道的長度，但是，他們對線圈纏繞方式的改進往往是在活塞桿上另外再增加幾級線圈，所有的線圈是沿活塞桿共線布置的。這種改進方式雖然能提高磁流變阻尼器的節流通道的有效長度，但必須增加活塞的總長度，這勢必會導致磁流變阻尼器的結構尺寸增大很多，結構顯得臃腫。另外，對阻尼通道的改進主要是通過改變導磁材料的布置方式來增加徑向節流通道，但是，這種改進方式往往會增大磁流變阻尼器活塞的直徑，而且，這種改進往往難以與第一種方式結合起來使磁流變阻尼器的效率最大化。

因此，十分有必要對傳統磁流變阻尼器的結構形式進行優化改進，設計一種結構緊湊、輸出可控阻尼力大、阻尼力調節范圍寬的磁流變阻尼器。這有利于擴寬磁流變阻尼器的工程應用前景。

技術實現要素：

為了克服背景技術中提到的問題，并且結合磁流變阻尼器的實際使用要求，本發明提出一種結構緊湊、阻尼性能良好的內置平行線圈的多通道磁流變阻尼器，其能夠降低磁流變阻尼器的體積和重量，并增大磁流變阻尼器的最大出力和阻尼力可控范圍。所提出的磁流變阻尼器是在傳統磁流變阻尼器的工作原理的基礎上，對結構形式包括線圈的纏繞方式和節流通道的布置形式進行了全新改進。通過巧妙地增加非導磁零件將兩種改進方式結合起來，并且雙線圈采取平行布置的方式，大大增加了磁流變阻尼器的節流通道的有效長度，而且不用增加磁流變阻尼器活塞的長度。

為了實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：

一種內置平行線圈的多通道磁流變阻尼器，包括：端蓋、活塞桿、缸蓋、缸筒、擋板1、線圈蓋1、線圈1、內套筒、線圈蓋2、擋板2、磁環1、隔板1、線圈2、外套筒、導線孔、隔板2以及磁環2；擋板1、磁環1、隔板1、活塞桿、隔板2、磁環2以及擋板2通過螺釘固定連接；缸筒與缸蓋之間采用間隙配合進行連接，并通過密封圈進行密封；活塞桿的兩端分別與缸筒和缸蓋之間采用間隙配合進行連接，并通過密封圈進行密封；線圈1纏繞于活塞桿的繞線槽中，線圈2纏繞于內套筒上，線圈1和線圈2的引線由活塞桿上的導線孔和活塞桿的軸心引出；外套筒和缸筒之間采用過渡配合進行連接；磁環1、隔板1、隔板2以及磁環2分別與活塞桿采用過渡配合進行連接。

所述的磁環1和擋板1之間形成徑向節流通道；所述的磁環2和擋板2之間形成徑向節流通道；所述的磁環1、隔板1、活塞桿、隔板2以及磁環2與內套筒之間形成環形節流通道。

所述的線圈1纏繞在活塞桿中間的凹槽里，所述的線圈2纏繞在內套筒上，所述的線圈1和線圈2呈平行關系布置在活塞中。

所述的端蓋、活塞桿、擋板1、內套筒、擋板2、磁環1、外套筒以及磁環2由低碳鋼導磁材料制成；其余零件均有不導磁材料制成。

所述的線圈蓋1卡在擋板1的凸槽和外套筒之間，所述的線圈蓋2卡在擋板2的凸槽和外套筒之間。

由于采用如上所述的技術方案，本發明具有如下優越性：

（1）該內置平行線圈的多通道磁流變阻尼器，能夠在環形阻尼通道的大部分長度上產生垂直于節流通道的磁場，并且磁場集中在阻尼通道內，這大大提高阻尼通道的利用效率，從而大大提高磁流變阻尼器的最大阻尼出力。

（2）該內置平行線圈的多通道磁流變阻尼器，在磁環1和擋板1以及磁環2和擋板2之間增加了兩條環形的節流通道，這十分有利于提高磁流變阻尼器的最大阻尼出力和阻尼力可調范圍。

（3）該內置平行線圈的多通道磁流變阻尼器，可以對兩個線圈采用并聯的方式進行分別通電，也可以采用串聯的方式一起通電。針對具體的工程應用環境對雙線圈的通電方式進行調節，可以優化磁流變阻尼器的功耗以及性能，特別適用于機械、土木、航空航天等領域的不同減振需求。

附圖說明

圖1是本發明內置平行線圈的多通道磁流變阻尼器的結構示意圖。

圖2是圖1的B-B剖視圖。

圖3是圖1的A處放大圖。

圖4是線圈1通電時的所述磁流變阻尼器的磁力線分布示意圖。

圖5是線圈2通電時的所述磁流變阻尼器的磁力線分布示意圖。

圖6是線圈1和線圈2同時通電時的所述磁流變阻尼器的磁力線分布示意圖。

附圖標記：1—端蓋、2—活塞桿、3—缸蓋、4—缸筒、5—擋板1、6—線圈蓋1、7—線圈1、8—內套筒、9—線圈蓋2、10—擋板2、11—磁環1、12—隔板1、13—線圈2、14—外套筒、15—導線孔、16—隔板2、17—磁環2。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明的技術方案作進一步說明。

圖1所示為本發明內置平行線圈的多通道磁流變阻尼器的結構示意圖，主要包括：端蓋、活塞桿、缸蓋、缸筒、擋板1、線圈蓋1、線圈1、內套筒、線圈蓋2、擋板2、磁環1、隔板1、線圈2、外套筒、導線孔、隔板2以及磁環2。

圖2是圖1的A-A剖視圖，線圈1纏繞在活塞桿的凹槽內，線圈2纏繞在內套筒上，線圈1和線圈2平行布置，線圈1和線圈2的引線通過導線孔引出，然后通過活塞桿的內部和端蓋的方槽引出到磁流變阻尼器之外。

圖3是圖1的A處放大圖，磁環1、活塞桿以及磁環2與內套筒之間形成有效的環形節流通道；磁環1與擋板1形成徑向節流通道，磁環2與擋板2形成徑向節流通道；磁流變液通過兩條徑向節流通道和環形節流通道在腔室1和腔室2中交換流動。

圖4是線圈1通電時的所述磁流變阻尼器的磁力線分布示意圖，當線圈1中通電且線圈2中不通電時，由于電磁感應效應，會在活塞桿、環形節流通道以及內套筒之間形成環形閉合的磁場回路。

圖5是線圈2通電時的所述磁流變阻尼器的磁力線分布示意圖，當線圈1中不通電且線圈1中通電時，由于電磁感應效應，會在內套筒、環形節流通道、磁環1、徑向節流通道、擋板1、外套筒、擋板2以及磁環2中形成蜿蜒的閉合的磁場回路。

圖6是線圈1和線圈2同時通電時的所述磁流變阻尼器的磁力線分布示意圖，當線圈1和線圈2中同時通電時，由于電磁感應效應，會同時在活塞桿、環形節流通道以及內套筒之間形成環形閉合的磁場回路，在內套筒、環形節流通道、磁環1、徑向節流通道、擋板1、外套筒、擋板2以及磁環2中形成蜿蜒的閉合的磁場回路。

上述端蓋、活塞桿、擋板1、內套筒、擋板2、磁環1、外套筒以及磁環2由低碳鋼導磁材料制成；其余零件均有不導磁材料制成。

本發明的工作原理如下：

向腔室中緩緩注入磁流變液，并排除腔室中的氣體，然后蓋上缸蓋和端蓋。當線圈中沒有通入電流時，在外界激勵的作用下，活塞與缸筒之間會產生相對運動，磁流變液會通過節流通道流動，由于腔室Ⅰ 和腔室Ⅱ 存在壓力差，磁流變阻尼器會產生較小的粘性阻尼力；當向線圈1或線圈2中通入一定大小的電流時，在活塞桿、環形節流通道以及內套筒之間形成環形閉合的磁場回路，或者在內套筒、環形節流通道、磁環1、徑向節流通道、擋板1、外套筒、擋板2以及磁環2中形成蜿蜒的閉合的磁場回路，并且磁場方向與磁流變液的流動方向垂直，此時節流通道中磁流變液在磁場的作用下粘度增大，迅速由牛頓流體狀態轉變為半固體狀態，其剪切屈服強度迅速增大并且會隨著磁場強度的增大而繼續增大，磁流變阻尼器會產生克服磁鏈作用的可控阻尼力。在磁路達到飽和狀態之前，通過調節通入線圈電流的大小，來改變阻尼通道中磁場強度進而調節磁流變液的剪切應力，從而實現對磁流變阻尼器的阻尼出力大小的控制。

通過改變線圈1和線圈2的通電方式和電流大小，可以改變產生的磁路的形式及磁感應強度的大小，從而可以適應不同工程應用環境的需求。