CN107084221A - 一种用于磁流变减振器的可记忆磁路结构 - Google Patents

一种用于磁流变减振器的可记忆磁路结构 Download PDF

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孙楚昕
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    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
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Abstract

本发明涉及一种用于磁流变减振器的可记忆磁路结构，导磁活塞中心为活塞轴，一并置于减振器导磁壳体内；在导磁活塞内、活塞轴上依次套有隔磁环、钕铁硼永磁体和铝镍钴永磁体；永磁体组的外侧设有线圈，线圈位于导磁活塞内或减振器导磁壳体的侧壁上；在减振器导磁壳体与导磁活塞之间充有磁流变液。有益效果：使用不同矫顽力与剩磁特性的永磁体组合作为磁场源，为阻尼间隙提供了初始磁场，避免了仅依靠线圈励磁的磁路结构零初始磁场阻尼失效的问题。与以励磁线圈与单一永磁体共同作为磁场源的磁路结构相比，两种永磁体叠加产生的磁场具有记忆特性，无需电流持续导通即可改变和维持阻尼间隙的磁感应强度，减少了电能损耗。

Description

一种用于磁流变减振器的可记忆磁路结构
技术领域
本发明属于磁流变减振领域，涉及一种用于磁流变减振器的可记忆磁路结构。
背景技术
磁流变减振器是以磁流变液为阻尼液开发的一种新型智能减振器。磁流变减振器的阻尼间隙中充满磁流变液，通过改变阻尼间隙磁场强度的大小改变磁流变液的流变状态，进而改变磁流变减振器的输出阻尼力。
目前，磁流变减振器的磁路结构主要有两种：
一种是以励磁线圈为磁场源，与减振器活塞、外壳及阻尼间隙中的磁流变液组合形成闭合磁路结构。这种磁路结构通过改变外部电源提供的励磁电流的大小来改变磁场的强弱，进而影响磁流变液的特性，实现对阻尼力的控制。这种磁路结构依靠励磁电流维持阻尼间隙磁场，对外部电源依赖性强，能量在线圈中损耗高；在零电流状态下阻尼间隙磁场近似为零，阻尼力小且可控性差；磁流变液长期处于零磁场状态下易沉降和凝聚，因此难以保证减振性能。
另一种是以励磁线圈与单一永磁体共同作为磁场源，与减振器活塞、外壳及阻尼间隙中的磁流变液组合形成闭合磁路结构。2010年在《工程力学》第27卷第2期228～234页“阻尼力双向调节磁流变阻尼器的性能测试与滞回模型”作者：丁阳等一文中针对以励磁线圈与钕铁硼永磁体作为磁场源的这种磁路结构进行了讨论，结果表明永磁体为阻尼间隙提供了初始磁场，解决了仅依靠线圈励磁时，零电流减振器阻尼力小易失效的问题。但由于该磁场结构在调节阻尼间隙磁场时需持续供电产生正向或反向励磁磁场与永磁体磁场进行叠加，耗能较高，且永磁体长时间受到反向磁场作用易发生退磁，影响调节的有效性。
德国Vlado Ostovic教授最早在2001年第36届IEEE工业应用会议中提出一种记忆电动机概念。该电动机独特的磁路结构具有记忆特性，由于磁路中采用了剩磁较高而矫顽力较低的铝镍钴永磁体作为磁场源，通过在定子电枢绕组中施加一个短时间的充、去磁电流脉冲即可有效的改变转子上铝镍钴永磁体的磁化状态并能够维持这种状态，因此极大的减少了传统永磁电动机持续励磁所需的功率损耗。这种低耗能的具有记忆特性的磁路结构目前仅应用于电机领域，为磁流变减振器磁路结构设计提供了新的思路。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种用于磁流变减振器的可记忆磁路结构。
技术方案
一种用于磁流变减振器的可记忆磁路结构，其特征在于包括减振器导磁壳体1、导磁活塞2、钕铁硼永磁体3、铝镍钴永磁体4、线圈5、隔磁环7和活塞轴8；导磁活塞2中心为活塞轴8，一并置于减振器导磁壳体1内；在导磁活塞2内、活塞轴8上依次套有隔磁环7、钕铁硼永磁体3和铝镍钴永磁体4；永磁体组的外侧设有线圈5，线圈5位于导磁活塞2内或减振器导磁壳体1的侧壁上；在减振器导磁壳体1与导磁活塞2之间充有磁流变液6。
在导磁活塞2内、沿活塞轴8设有多个由隔磁环7、钕铁硼永磁体3和铝镍钴永磁体4组成的结构。
所述钕铁硼永磁体3与铝镍钴永磁体4的位置能够互换，即铝镍钴永磁体4位于钕铁硼永磁体3的内侧。
所述钕铁硼永磁体3与铝镍钴永磁体4相互形成一个角度设置。
有益效果
本发明提出的一种用于磁流变减振器的可记忆磁路结构，使用不同矫顽力与剩磁特性的永磁体组合作为磁场源，为阻尼间隙提供了初始磁场，避免了仅依靠线圈励磁的磁路结构零初始磁场阻尼失效的问题。与以励磁线圈与单一永磁体共同作为磁场源的磁路结构相比，两种永磁体叠加产生的磁场具有记忆特性，无需电流持续导通即可改变和维持阻尼间隙的磁感应强度，减少了电能损耗。
附图说明
图1可记忆磁路结构的轴向剖面图
图2可记忆磁路结构径向剖面图
图3另一种线圈分布的可记忆磁路结构剖面图
图4铝镍钴永磁体磁滞曲线
图5在导磁活塞内、沿活塞轴设有多个由隔磁环、钕铁硼永磁体和铝镍钴永磁体组成的结构示意图
图6几种永磁体组设置形式
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
用于磁流变减振器的可记忆磁路结构主要由减振器导磁壳体、导磁活塞、钕铁硼永磁体、铝镍钴永磁体、隔磁环、线圈、阻尼间隙的磁流变液构成。其特征在于：在减振器导磁活塞中安装有永磁体组与隔磁环，在减振器导磁壳体或导磁活塞上安装有线圈，导磁壳体和导磁活塞间的阻尼间隙中充满磁流变液；所述导磁活塞由轴、隔磁环、永磁体组构成。所述永磁体组由钕铁硼永磁体和铝镍钴永磁体组成，钕铁硼永磁体和铝镍钴永磁体均为环状，且为同心套环，在导磁活塞中同轴装配且轴线与导磁活塞轴线重合，永磁体环内部与导磁活塞轴间有隔磁环；所述隔磁环为非导磁材料，与钕铁硼永磁体和铝镍钴永磁体为同心套环，用来在导磁活塞内部形成辅助磁场间隙，同时避免磁场沿轴形成闭合回路；所述线圈呈均匀缠绕的环状，其轴线与永磁体环轴线重合，线圈有两种分布位置，一种是分布于导磁活塞中永磁体环与阻尼间隙之间，另一种是分布于导磁壳体靠近阻尼间隙的一侧，这两种分布方式均要求铝镍钴永磁体处于线圈在通电后产生的磁场中。所述铝镍钴永磁体具有低矫顽力高剩磁的特性，线圈通电后会产生磁场，该磁场用于改变铝镍钴永磁体的磁化状态，可使铝镍钴永磁体充磁或退磁。当线圈通电后，铝镍钴永磁体处于线圈产生磁场中，磁化状态发生改变，断电后线圈不再产生磁场，铝镍钴永磁体因其具有低矫顽力高剩磁的特性而维持被磁化后的状态，即磁化状态具有记忆特性。
当永磁体组与隔磁环间的辅助磁场间隙中磁感应强度达到饱和时，永磁体组的N、S极通过导磁活塞和导磁壳体进行导磁，与阻尼间隙中具有较好导磁性的磁流变液连通形成闭合磁场回路。所述永磁体组产生的磁场主要由钕铁硼永磁体提供，铝镍钴永磁体通过在不同磁化状态时与钕铁硼永磁体进行磁场叠加，可以改变并维持闭合磁场回路各处的磁感应强度，从而达到磁场可记忆的目的。
具体实施例：如图1为可记忆磁路结构的轴向剖面图，主要由减振器导磁壳体1、导磁活塞2、永磁体组、线圈5、隔磁环7、阻尼间隙的磁流变液6构成。
在减振器导磁活塞2中安装有永磁体组和隔磁环7，在减振器导磁壳体1或导磁活塞2上安装有线圈5，导磁壳体1与导磁活塞间2的阻尼间隙中充满磁流变液6；所述导磁活塞2由隔磁环7、轴8和永磁体组构成。如图2，所述永磁体组由钕铁硼永磁体3和铝镍钴永磁体4组成，钕铁硼永磁体和铝镍钴永磁体均为环状，且为同心套环，在导磁活塞2中同轴装配，且轴线与轴8的轴线重合，永磁体环3、4内部与导磁活塞轴8间安装有隔磁环7；所述隔磁环7为非导磁材料，与钕铁硼永磁体3和铝镍钴永磁体4为同心套环，并直接套在轴8上，用来在导磁活塞2内部形成辅助磁场间隙，同时避免磁场沿轴形成闭合回路；所述线圈5有两种分布位置，一种是分布于导磁活塞2中永磁体环与阻尼间隙之间，如图1；另一种是分布于导磁壳体1靠近阻尼间隙的一侧，如图3。这两种分布方式均要求铝镍钴永磁体4处于线圈在通电后产生的磁场中。线圈5呈均匀缠绕的环状，其轴线与轴8的轴线重合，线圈5通电后会产生磁场，该磁场用于改变铝镍钴永磁体4的磁化状态，可使铝镍钴永磁体4充磁或退磁。所述铝镍钴永磁体4具有低矫顽力高剩磁的特性，其磁滞曲线如图4所示。当线圈5通电后，铝镍钴永磁体4处于线圈产生磁场中，其磁化状态发生改变，断电后线圈不再产生磁场，铝镍钴永磁体维持被磁化后的状态，即磁化状态具有记忆特性。
以图1为例，当永磁体组与隔磁环7间的辅助磁场间隙中磁感应强度达到饱和时，永磁体组的N、S极通过导磁活塞2和导磁壳体1进行导磁，与阻尼间隙中具有较好导磁性的磁流变液6连通形成闭合磁场回路。所述永磁体组产生的磁场主要由钕铁硼永磁体3提供，铝镍钴永磁体4通过在不同磁化状态时与钕铁硼永磁体3进行磁场叠加，可以改变并维持磁场各处的磁感应强度，从而达到磁场可记忆的目的。
图5表示，在导磁活塞2内、沿活塞轴8设有四组由隔磁环7、钕铁硼永磁体3和铝镍钴永磁体4组成的结构。
钕铁硼永磁体3和铝镍钴永磁体4在安装中可以有不同的组合位置，可以互成一定角度。图6展示了几种钕铁硼永磁体3和铝镍钴永磁体4及隔磁环7在活塞中的设置形式，但其形式不仅限于图5所示的几种。

Claims (4)

1.一种用于磁流变减振器的可记忆磁路结构，其特征在于包括减振器导磁壳体(1)、导磁活塞(2)、钕铁硼永磁体(3)、铝镍钴永磁体(4)、线圈(5)、隔磁环(7)和活塞轴(8)；导磁活塞(2)中心为活塞轴(8)，一并置于减振器导磁壳体(1)内；在导磁活塞(2)内、活塞轴(8)上依次套有隔磁环(7)、钕铁硼永磁体(3)和铝镍钴永磁体(4)；永磁体组的外侧设有线圈(5)，线圈(5)位于导磁活塞(2)内或减振器导磁壳体(1)的侧壁上；在减振器导磁壳体(1)与导磁活塞(2)之间充有磁流变液(6)。
2.根据权利要求1所述用于磁流变减振器的可记忆磁路结构，其特征在于：在导磁活塞(2)内、沿活塞轴(8)设有多个由隔磁环(7)、钕铁硼永磁体(3)和铝镍钴永磁体(4)组成的结构。
3.根据权利要求1所述用于磁流变减振器的可记忆磁路结构，其特征在于：所述钕铁硼永磁体(3)与铝镍钴永磁体(4)的位置能够互换，即铝镍钴永磁体(4)位于钕铁硼永磁体(3)的内侧。
4.根据权利要求1所述用于磁流变减振器的可记忆磁路结构，其特征在于：所述钕铁硼永磁体(3)与铝镍钴永磁体(4)相互形成一个角度设置。
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