双折阀类型磁流变流体能量吸收装置

摘要

本发明涉及一种双折阀类型磁流变流体能量吸收装置，具体地，一种能量吸收装置包括：阻尼器组件，所述阻尼器组件具有同心的内管、外管和在所述内管内能够移动的活塞，其中所述阻尼器组件被构造成形成双折阀类型的腔，从而将所述内管的内室与形成在所述内管和外管之间的外室可操作地相连通；磁流变流体，所述磁流变流体填充所述室和所述双折阀类型的腔；电线圈，所述电线圈邻近于所述双折阀类型的腔；其中所述阻尼器组件、所述磁流变流体和所述电线圈被构造为使得：所述电线圈能够被选择性地激励，从而使得所述能量吸收装置在机动设备应用中在活塞速度的相关范围上提供对阻尼器力的全范围的所希望可调能力。

说明书

技术领域

本发明涉及一种紧凑设计的双折阀类型磁流变流体能量吸收装置，其被构造成在冲程速度条件的全范围上提供所希望的转变比率。

背景技术

磁流变(MR)流体属于一类可控流体。这些流体的基本特性是当暴露于磁场时其能够在数毫秒内从自由流动的线性粘性液体改变为具有可控屈服强度的半固体。在不存在所施加的场时，MR流体被很合理地近似为牛顿流体。

磁流变能量吸收(MREA)装置利用MR流体的随被施加的场的改变来改变屈服强度的能力。MREA装置被称为“可调的”，意指所形成的屈服强度并因此能量吸收能力可通过控制所施加的磁场来改变。MREA装置已经被确认为可用于可调的冲击能力吸收应用，这指在短时段期间施加以高冲击负荷的应用。至此，对于涉及冲击能量管理和减速控制的许多机动设备应用而言，由于MREA装置的大尺寸并且在所需冲程速度范围内缺乏对其冲程力(即，阻尼力)的显著的场受控可调能力，所以MREA装置并非是最理想的。阻尼力的可调能力对于MREA装置在许多应用中例如在减速控制是重要的汽车应用中的期望和有用性而言是关键的。例如，适于在一种冲击事件中吸收能量的阻尼力可能对于另一事件而言过大，在该另一事件情况中，希望MREA装置的可调能力响应于较小的阻尼力以及从而较小的减速。

发明内容

提供一种具有流动模式的双折设计的MREA装置，其对包括特定机动设备应用在内的各种应用而言足够紧凑，并对于在特定应用例如汽车、直升机、火车、和其它交通运输工具应用中在用于有效的冲击能量管理所需的力水平和速度上具有可调能力。在特定应用中，可调能力优选地为2∶1的比率，但不是所有应用都这样要求。例如，MREA装置可用于特定的机动(自动)设备应用中，包括但不限于：膝垫、方向盘组件、座椅安全带负荷限制器、儿童座椅挂扣、滑动座、冲撞盒或挤压盒(即，在保险杆与车架之间的专用能量吸收装置)和缓冲器系统。所希望的可调能力范围和期望活塞速度可以是以下项的函数：期望车辆速度范围(例如，10英里/小时至30英里/小时)、车辆满载质量对车辆非满载质量(例如仅承载一位乘客)之比、或最大乘客质量与最小乘客质量之比。优选地，希望在活塞速度高达至少35英里/小时(约16m/s)时具有一定程度的可调能力。

具体地，所提供的MREA装置包括阻尼器组件，其中阻尼器组件具有内管和外管，外管大致围绕内管并优选地与内管同心。内管限定内室。外管部分地限定位于内管与外管之间的外室。活塞在内管中是可移动的，并且划分内室。阻尼器组件被构造成以形成双折阀(在此也被称为双折阀类型的腔)，以便可操作地将内室与外室相连。这优选地通过磁性端部结构组件实现，磁性端部结构组件定位于内管的相反端处，每个磁性端部结构组件至少部分地限定腔，且所述腔具有在内室和外室处的开口以及在所述开口之间的环部，从而在所述腔开口之间建立逆流路径。这样的腔可被称为双折阀类型的腔。能量吸收装置包括在内室和外室和腔内的MR流体。MR流体优选地包含体积百分比为10-60％的磁性颗粒，并且优选地，包含体积百分比大于20％的磁性颗粒。优选地，颗粒被涂覆，例如被涂覆有硅酸盐涂层，这使得MR流体的粘度和关停状态(OFF-STATE)的屈服应力减小。电线圈邻近于磁性端部结构组件被固定，优选地与内管和外管同心，并可激励从而产生作用在MR流体上的磁场以改变阻尼器组件的阻尼力。优选地，所述腔形成有平滑连续表面，即，在相邻部分处斜率或曲率连续例如没有棱的表面，以增强MR流体在活塞移动时通过腔的层流(而非涡流)，这使MR流体在其通过所述腔以达到可实现的通量密度范围时的屈服应力可调增大最大化。阻尼器组件、MR流体和电线圈被构造为在规定的或在具体应用中可能遇到的活塞速度的全范围内提供所希望的阻尼器力的可调能力。例如，对于某些应用，在活塞移动(响应于冲击)时，优选地但并非必要地，线圈被激励至通量饱和时的阻尼器力对线圈未被激励(零场)时的阻尼器力的比率(即，“可调能力”)约为2∶1，其中，优选地但并非必要地，在规定的或在具体应用中可能遇到的活塞速度的全范围内。这样，能量吸收装置以及与其可操作相连的物体的减速也通过该可调能力进行控制。例如，在一个具体应用中，2∶1的可调能力比率可在高达约7m/s的活塞速度范围内实现，其中，零场阻尼器力不大于2kN，MREA装置的外直径不大于5cm。

为了防止当活塞高速移动时在MR流体中的空化，并且为了补偿在活塞移动时由于在内室内的活塞杆长度变化所致内室内的容积变化，可压缩构件可邻近于活塞头并围绕活塞杆设置。当活塞运动时，可压缩构件响应于与可压缩构件接触的MR流体的压力而压缩和舒张(即，容积变化)。可压缩构件可为封闭单元泡沫材料；或可替代地为通过柔性隔膜与MR流体分隔开的管状气室；或可替代地为通过浮动活塞与MR流体分隔开的管状气室，其中活塞环或衬垫围绕该活塞的周边以防止MR流体与气体流通。作为围绕活塞杆设置的可压缩构件的替代性方案，气动室可被可操作地相连到线圈之间的MR流体，并且处于MREA装置的端部处或处于中间位置。

MREA装置可包括改进的电连接器，其使MR流体并且特别是其中的磁性颗粒的泄漏最小化，由此能够保持期望的屈服应力和阻尼力能力。特别地，所提供的电连接器可包括限定了腔的插座，其中，多层橡胶盘围绕插座内的塑料盘。插头封闭插座内的橡胶盘和塑料盘。插座、插头和塑料层均具有对准孔，这些孔优选地被预成形，来自电线圈的线可以被引出MERA。优选地，橡胶层中不具有任何这样的预成形孔，且所述线必须在延伸穿过电连接器时“刺穿”通过橡胶层。插座和插头可具有螺纹，使得插头可通过足够压力被转动以牢固压紧橡胶层和塑料层，从而防止MR流体经过线圈通过电连接器泄漏。

根据以下结合附图对实施本发明的最佳模式的详细描述，本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点将变得明显。

附图说明

图1是在各种磁通量密度下磁流变能量吸收装置的阻尼器力(牛顿)相对于阻尼器活塞速度(米/秒)的图线；

图2A是在本发明范围内的磁流变能量吸收装置的第一实施例的示意性剖视图；

图2B是由图2A的磁流变能量吸收装置所形成的双折阀类型或流体通道或腔的示意性局部剖视图；

图2C是图2A的磁流变能量吸收装置中所使用的包括涂覆磁性颗粒的磁流变流体的示意性局部剖视图；

图3是在本发明范围内的磁流变能量吸收装置的第二实施例的示意性局部剖视图；

图4是图3中所示电连接器的示意性剖视图；和

图5是在本发明范围内的磁流变能量吸收装置的第三实施例的示意性剖视图。

具体实施方式

参见附图，其中相同附图标记表示相同部件，图1示出施加于磁流变流体能量吸收器(MREA)的磁场的通量密度的增大(沿箭头B的方向)对MREA的阻尼力的影响。在任何给定的速度(或剪切速率)下阻尼力(或剪切力)的增大是由于MR流体在经受垂直于流体流动方向的磁场时屈服应力的增大所致。对于给定的通量密度(其对应于MREA中的电线圈的给定电流水平)，阻尼力(F)以与载体流体的粘度成比例的速率随阻尼器的活塞速度线性增大。阻尼器的活塞速度或速率(V)是作用在阻尼器上的冲击力的速度的函数。图1还示出阻尼器力相对于阻尼器的活塞速度的斜率在不同通量密度下保持相对恒定。应认识到，阻尼器力在低活塞速度下即在屈服前范围内的表现是非线性的；不过，在较高活塞速度下即在屈服后范围内，该力与速度的比率大致为线性的，并且恰为载体流体的粘度。线10表示剪切力，其为与针对阻尼器设计的最大可实现通量密度的剪切速率的函数，在此被称为“开启状态(ON-STATE)”，并在活塞处于零速度时出现F_开启状态；线16表示阻尼器在零施加场下(即，没有电流供应到电线圈)的性能，在此被称为“关停状态(OFF-STATE)”，并在活塞处于零速度时出现F_关停状态；其中，线12和14表示在其间的不同水平的通量密度。通过改变所施加的电流(或电压)，阻尼器力在最大通量密度状态下达到的阻尼器力与在零通量密度状态下达到的阻尼器力之间“可调节”，其中，零场阻尼器力与在通量饱和时实现的阻尼器力的比率被称为转变比率、可调能力或动态范围。从图1中显见，为了在增大的阻尼器活塞速度下实现所选择的阻尼器可调能力的比率，阻尼器力相对于阻尼器活塞速度的斜率(即，流体粘度)应最小化；陡峭的斜率将导致相对大的零场阻尼器力，并由此使最大通量密度时的阻尼器力与零场时的阻尼器力的比率减小。本领域技术人员应认识到，图1的图线表示典型MR流体的剪切应力与剪切速率之间的关系，其中每条线的斜率等同于流体粘度。因此，减小流体粘度有利于提高转变比率。

参见图2A，磁流变能量吸收(MREA)装置100的第一实施例包括由外管104定界的阻尼器组件102。内管106由外管104包围，使得在两个管104、106之间部分地限定外室108。内管106限定内室110。活塞112在内管106内可移动，并包括活塞杆114和紧固到杆114的活塞头116。活塞头116由内室110引导并跨越内室110，并且将内室110分为在活塞头116的与杆114相反的侧上的第一部分118和在活塞头116的与杆114相同的侧上的第二部分120。外室108和内室110填充有MR流体123，其特征在下文中进一步描述。活塞环121有助于使活塞头116密封于内管106的壁，从而确保MR流体123在MREA内特别是在下述的流体腔133内的流动不会由于意外流动路径而受到影响。

第一磁性端部结构组件122和第二磁性端部结构组件124邻近于内管106的端126、128定位。磁性端部结构组件122、124也被称为磁通量返回部，并优选地但不必需地为美国钢铁学会标准(AISI)的12L 14低碳钢，其具有0.14％的额定碳含量并具有高的磁饱和施加场的值。为了改进其磁性能，AISI 12L 14材料可在1600℉下退火1小时，并缓慢冷却至室温，且然后进行机加工。

磁性端部结构组件122、124形成有环形缝以接纳和包围内管106的端126、128，从而在管106与每个磁性端部结构组件122、124之间限定尺度恒定的间隙或流体腔133。如图2B中最佳地可见，流体腔133均具有：外通道部分134、与外通道部分平行的内通道部分136、和连接通道部分134、136的环部138。在此，流体腔133被称为双折阀。MR流体123流动通过腔133，如在下文中进一步所述，使得腔133用作流动模式双折MR阀。在“流动模式”MR阀中，流体流动是压力驱动的，并且不是如同在剪切模式中那样由于与流体接触的部件的移动所致。(外通道部分134、内通道部分136和环部138相对于磁性端部结构组件122编号；磁性端部结构组件124以与磁性端部结构组件122呈镜像的方式形成类似的结构和腔133，如图1中所见。)在内通道部分136和外通道部分134的端部处的开口分别通向内室110和外室108。支撑环139A、139B有助于使端部结构组件122、124保持相对于内管106和外管104的相对位置。如图2B最佳地所示，整个流体腔133(通道部分134、136和环部138)由内管106的表面和磁性结构组件122的表面限定，这些表面在相邻部分处的斜率或曲率连续并在几何形状上没有棱或突变，从而有利于流体在内室110与外室108之间通过流体腔133的层流。

存在于内室110的端部处的流体腔133(通道部分134、136和环部138)将内室110与外室108流体连通，从而允许磁流变流体123从内室110通过邻近于磁性端部结构组件124的流体腔流动到外室108，并且允许磁流变流体123通过邻近于磁性端部结构组件122的流体腔133反向流动，其中假定活塞112响应于对连接到活塞112的可移动冲击构件141的冲击而在内管106内在图2A中从左到右移动。

第一磁性端部结构组件122和第二磁性端部结构组件124均具有开口以分别将环形电线圈140A、140B保持于该开口中。线圈140A、140B被构造成以产生磁场，磁场如箭头所示，并大致环绕图2A中每个线圈140A、140B的截面区。参见图2B，其显示了图2A中左上部的流体腔133，由图2A所示线圈140A产生的场在流体由于活塞112的运动而沿图2B中所示的箭头的方向从外室108到内室106流动时影响流体沿通道部分134的长度L以及沿通道部分136的相同长度L的流动。当线圈140A、140B被激励时，磁场使通道部分134、136内的沿长度L的MR流体123获得较大的屈服应力，因而响应于作用在可移动冲击构件141上的冲击力和由此活塞112的运动使阻尼器力增大。流体大致垂直于磁场流动通过通道部分134、136，从而允许所述场在MR流体123中导致最大量的屈服应力或表观粘度增大。所述场的量级可通过控制到线圈140A、140B的输入电流来控制。这样，改变所述场使MR流体123的屈服应力增大，从而在线圈140A、140B不产生场时的屈服应力与通量饱和时或将最大电流传送到线圈140A、140B时的最大屈服应力之间变化。流体腔133没有移动部件；这样，MR流体123的屈服应力仅承受驱动该流体通过流体腔133的压力。

为了增大MREA装置100的有效性，MR流体123被专门设计成具有低的零场粘度(即，使图1中的线的斜率最小化)，并由此在给定活塞速度下实现低的零场阻尼器力，从而在采用所述装置的各种应用的力和速度极限下能够使更紧凑的装置100实现所希望的转变比率(例如，在一种应用中，在0至约7米/秒的活塞速度范围内，零场阻尼器力不大于2kN)。特别地，参见图2C，MR流体123包括可磁化颗粒150，可磁化颗粒150在其上具有硅酸盐涂层152并悬浮在载体流体154中。涂层152是使得MR流体123的粘度和零场屈服应力减小的疏水基涂层。对照测试显示出：根据一个实施例的涂层152阻止铁颗粒在空气中高温氧化并使颗粒表面呈疏水性。进一步地，与通过无涂层颗粒制成的相似的流体相比，通过涂层颗粒制成的MR流体在最大施加场下的屈服应力仅略微减小，而且在零场下的粘度和屈服应力显著减小。通过处理后的颗粒制备的MR流体的性能显示在下表1中，其中与通过未处理颗粒制备的相似的MR流体进行比较。表1显示出所述处理对于启动状态的屈服应力仅具有小的影响。

辛基三乙氧基硅烷(OTES)涂层以显著减小关停状态的粘度和屈服应力的方式提供了意想不到的益处。如表1中所示，与通过未处理颗粒制备的相似MR流体相比，具有40％和45％(体积百分比)铁的MR流体的粘度(厘泊)减小至约1/4，并且关停状态的屈服应力减小至低于1/8-1/10。当MR流体用于阻尼器或扭矩传递装置中时，表观粘度的这种减小将转化为关停状态的阻力的减小。

表1：采用OTES处理的铁所制备的40％和45％的MR流体的关停状态粘度和屈服应力

  样品代码  铁的体积分数  处理  40℃粘度(cp)  40℃屈服应力(Pa)  13MAG110  40％  未处理  543  415  14MAG062  40％  已处理  128  37  14MAG074  45％  未处理  514  不确定  14MAG077  45％  已处理  136  57

其上具有涂层152的颗粒150可占约10％至60％(体积百分比)，而载体流体154可占约40％至90％(体积百分比)。疏水基通常可为非极性的，其额外的例子包括线性脂肪族链、分支脂肪族链、和线性芳香族链或分支芳香族链。例如，保护性涂层可包括疏水基，其包括但不限于甲基、乙基、戊基、己基、庚基、和/或辛基、或更长的烃链。优选地，但并非必要地，颗粒150上的涂层152可占具有涂层的颗粒的约0.01％至约0.1％(重量百分比)。载体流体154可包括水、乙醇、乙二醇或多元醇、硅酮油、或烃油中的至少一种。适合的醇类的示例包括但不限于：庚醇、苯甲醇、乙二醇、和/或聚丙二醇。适合的烃油的示例包括但不限于：聚α-烯烃(PAO，矿物油和/或聚二甲基硅氧烷)。用于载体流体154的其它适合材料在下文中描述。适合的可磁化颗粒可购自BASF公司，其商标名称例如为CM和HS。例如，范围在约0.01特斯拉至约2特斯拉的磁通量密度可应用于MR流体123以增大其粘度。

适用于载体流体154的磁性颗粒150是可磁化、低矫顽力(即，在移除磁场时很少有或没有残余磁性)、细分的铁、镍、钴、铁镍合金、铁钴合金、铁硅合金等的颗粒，所述颗粒在形状上可为球形或近似球形并具有约0.1微米至100微米范围的直径。由于颗粒150可用于非胶态悬浮物中，因而优选的是，使颗粒150在适合范围中的较小的一端处，优选地，其标称直径或颗粒尺寸在1微米至10微米范围内。与用于“铁流体”的颗粒相比，用于MR流体的颗粒更大且具有不同组分，其中“铁流体”的颗粒为胶态悬浮物，例如由直径在10纳米至100纳米范围内的很细的氧化铁颗粒构成。铁流体通过不同于MR流体的机制工作。MR流体是固态颗粒的悬浮物，其在磁场中易于排列或成簇并显著增大流体的有效粘度或流动性。

用于磁性颗粒150的适合的可磁化固体可包括CM羰基铁粉末和HS羰基铁粉末，两者例如由BASF公司制造。羰基铁粉末是由高纯度金属铁制成的灰色的、细分的粉末。羰基铁粉末由已经通过蒸馏被高度提纯的五羰基铁化合物液体的热解而制成。球形颗粒包含碳、氮和氧。这些元素赋予颗粒具有高机械硬度的芯/壳结构。CM羰基铁粉末包括大于99.5wt％(重量百分比)的铁、小于0.05wt％的碳、约0.2wt％的氧、和小于0.01wt％的氮，其颗粒尺寸分布为，在4.0μm处小于10％，在9.0μm处小于50％，在22.0μm处小于90％，且其真实密度＞7.8g/cm3。HS羰基铁粉末包括至少97.3wt％的铁、至多1.0wt％的碳、至多0.5wt％的氧、和至多1.0wt％的氮，其颗粒尺寸分布为，在1.5μm处小于10％，在2.5μm处小于50％，且在3.5μm处小于90％。如上所示，CM和HS羰基粉末的重量比的范围可从3∶1至1∶1，但优选地约为1∶1。

可用于磁性颗粒150的其它铁合金的示例包括铁钴合金和铁镍合金。铁钴合金具有的铁钴比率的范围可从约30∶70至约95∶5，且优选地从约50∶50至约85∶15；而铁镍合金具有的铁镍比率的范围可从约90∶10至约99∶1，且优选地从约94∶6至97∶3。铁合金保持少量的其它元素，例如钒、铬等，以改善合金的延展性和机械性能。这些其它元素的存在量通常小于约3.0％(总重量百分比)。

磁性颗粒150可为金属粉末的形式。磁性颗粒150的颗粒尺寸可被选择为在经受磁场时呈现双峰特性。磁性颗粒150的平均颗粒直径分布尺寸大致在约1微米和约100微米之间，且优选地在约1微米和约50微米之间的范围。

磁性颗粒150可呈现大颗粒和小颗粒的双峰分布，其中大颗粒具有的平均颗粒尺寸分布在约5微米和约30微米之间。小颗粒可以具有的平均颗粒尺寸分布在约1微米和约10微米之间。在本文公开的双峰分布中，可以想到的是，在给定的双峰分布中，大颗粒的平均颗粒尺寸分布通常将超过小颗粒的平均颗粒尺寸分布。这样，在大颗粒平均颗粒分布尺寸例如为5微米的情况下，小颗粒平均颗粒分布尺寸将小于该值。

磁性颗粒150可为球形形状。不过，也可想到的是，根据希望或需要，磁性颗粒150可具有不规则或非球形的形状。此外，在此公开的非球形颗粒的颗粒分布可在其分布内具有一些近似球形颗粒。当采用羰基铁粉末时，可以想到的是，相当大部分的磁性颗粒150将具有球形或近似球形的形状。

具有涂层152的磁性颗粒150可集成到适合的载体流体154中。适合的载体流体可使MR颗粒悬浮，但基本上不反应。这样的流体包括但不限于：水、有机流体、或油基流体。适合的有机和/或油基载体流体的示例包括但不限于：环烷油、石蜡油、天然脂肪油、矿物油、多酚醚(polyphenol ether)、二元酸酯、新戊基多元醇酯、磷酸酯、聚酯、合成环烷油和合成石蜡油、不饱和烃油、一元酸酯、乙二醇酯和醚、硅酸盐酯、硅酮油、硅酮共聚物、合成烃油、全氟化聚醚和酯、卤代烃、和它们的混合物或掺杂物。烃油，例如矿物油、石蜡油、环烷油(也被称为环烷基油(naphthenic oil))、和合成烃油，可用作载体流体。合成烃油包括：通过烯烃例如聚丁烯的低聚而得到的油、和通过酸催化二聚和通过使用烷基三铝作为催化剂的低聚而具有从8至20个碳原子的更高α的烯烃得到的油。这样的聚α烯烃油可用作优选的载体流体。还可想到的是，这样的油可为适合的材料，例如从蔬菜材料得到的油。所选的油可能够根据希望和需要而进行再循环或再处理。

所选的载体流体154在25℃时可具有在约2cp和约1000cp之间的粘度，优选地具有在约3cp和约200cp之间的粘度，特别优选地具有在约5cp和约100cp之间的粘度。可想到的是，载体流体154和具有涂层152的磁性颗粒150可被混合以提供带涂层152的磁性颗粒150占约30％至约60％(体积百分比)的量的组合物，。

另一适合的载体流体154为氢化聚α-烯烃(PAO)基流体，名为SHF21，例如由Mobil Chemical Company制造。所述材料是氢化的1-癸烯均聚物。所述材料为石蜡类烃，并在15.6℃时具有0.82的比重。所述材料为无色无味液体，并具有375℃至505℃范围内的沸点和-57℃的倾点。

可替代地，MR流体123可包括：10％至14％(重量百分比)的聚α-烯烃液体，86％至90％(重量百分比)的已处理的可磁化颗粒，可任选地最大至0.5％(重量百分比)的气相二氧化硅，和可选地最大至0.5％(基于液体质量的重量百分比)的液相添加物。

气相二氧化硅是悬浮试剂，其在基于MR流体123的重量百分比约0.05至0.5内、并优选地在0.5至0.1内、且最优选地在0.05至0.06内添加。气相二氧化硅是通过高温水解制成的高纯度二氧化硅，其具有的表面积在100至300m²/g的范围内。

再次参见图2A，MREA装置100包括气动室156，气动室156与流体室159中的MR流体123通过柔性隔膜158可操作地相连。气动室156优选地填充有800psi的惰性气体，例如氮气或空气。气动室156用作缓冲机构，以适应由于活塞112运动导致的杆114在室110中的体积变化，并且防止MR流体123在低压力侧(其当活塞112移动到图2A中的右方时是内室110的第二部分120；当活塞112移动到图2A中的左方时是内室110的第一部分118)上的空化。与典型的MREA装置100不同的是，线圈140A、140B移动离开活塞112至邻近于内管106的端部的固定位置处。这种布置的一个优点在于，活塞头116的尺寸和有效MR阀直径(即，腔133的有效直径，其为外通道部分134和内通道部分136的直径d的函数)可被更灵活地构造，而且不会如当线圈安装到活塞112时那样相互直接关联或限制。以这种方式，通过减小活塞-阀的有效面积比，能够减小在活塞高速操作时的零场阻尼力，而不会减小最大的场阻尼力。在此实施例中，MREA装置100的外直径(OD)在其最大部位优选地不超过5cm。这样，满足了阻尼器力和可调能力要求，而同时保持了便于在各种场合例如在汽车上封装的紧凑的整体尺寸。

MREA装置100的提升实现所希望可调能力的能力的又一特征是，在液压帽162与U杯保持部或密封套164的接触表面之间添加衬垫161(其也可称为密封件、包封件或包封法兰)。U杯密封件160定位于衬垫161与杆114之间。液压帽162围绕外管104紧固，并包括用于连接器线166将电流传送到线圈140A、140B的通路。电连接器(未示出)安装到液压帽162，并以与参照图3和图4在下文中显示和描述的电连接器类似的方式与连接器线166可操作地相连。衬垫161有助于防止载体流体154从内室110沿杆114与磁性端部组件122的界面通过U杯保持部164泄漏。载体流体泄漏使可磁化颗粒的浓度增大，这可能导致高于期望或预计值的过高的零场流体粘度和关停状态阻尼力。这进而使得紧凑MREA装置更难以实现特定的向上转变比率，例如2∶1。载体流体泄漏最终可导致MREA装置100的流体腔133中的流体路径被阻塞，并可能在MREA装置100的底端(沉淀凹部)处产生半固态沉淀物。应注意，“底端”的位置根据MREA装置10被水平、竖直或以其它方式安装使用而有所不同。

参见MREA装置100，假定：最大活塞速度为6.71m/s，零场阻尼器力为2kN，MR流体(即，具有涂覆磁性颗粒150的MR流体123)的零场流体粘度为0.4Pa-sec，在0.7特斯拉下的最大场屈服应力为80kPa，流体密度为3.863kg/m³，流体腔133具有的平滑表面，所述平滑表面在相邻部分处的斜率或曲率连续而且没有棱以利于层流，MREA装置100的外直径OD为5cm，逆流路径的长度L_t(在此L_t＝4L，因为在内室110的端部上存在两个分立腔的四个部分，且所述部分(对于每个腔133的内通道部分136和外通道部分134而言)具有有效长度L)为64mm，间隙d(即，双折腔133的通道(内部分136和外部分134)的宽度)为1.2mm(见图2B)，则根据已知的流体机制公式，可实现大于2∶1的可调能力。而且，根据这些要求而实现的MREA装置的总长度不大于8cm。可得到双折MREA装置的阻尼器力F，如下：

      F＝A_p(ΔP_η+ΔP_τ)

其中，$\Delta P_{\eta }=f\frac{\rho L_t{V}_d^2}{2D_h},$且$\Delta P_{\tau }=\frac{2L_t{\tau }_y}{d}$这里，ΔP_η是牛顿压力降，ΔP_τ是由于MR流体的屈服应力所致的压力降，τ_y是MR流体的屈服应力，ρ是流体密度，d是前述MR双折阀类型腔的间隙，L_t是MREA装置中的双折阀类型腔的总的有效长度。D_h是用于非循环阀路径的液压直径。对于双折MREA装置而言，为了简化，双折阀类型腔的环形间隙由平行板来近似。因此，液压直径D_h通过D_h＝2d给出。摩擦系数f可基于流动通过间隙d的雷诺数(Reynolds number)而计算出，这是已知的。在优选实施例中，为促进层流和获得转变比率2，对于0至7m/s范围内的活塞速度，雷诺数保持小于850。在双折阀类型腔的情况下，雷诺数正比于流体速度(和活塞速度)和间隙d，并通过限制这些值中的一个或全部两个从而保持较低。V_d是在间隙d中的平均流体速度，给定如下：

$V_d=\frac{A_p{v}_p}{A_d}=\bar{A}{V}_p$

这里，A_p是有效活塞面积，A_d是MR阀间隙的截面积，V_p是活塞速度。假定采用柱形活塞头，则：

其中，r_p是活塞头的半径。对于柱形环而言：

其中，R₂是环的外半径且R₁是环的内半径。双折腔133具有两个这样的环，一个在内通道136处，一个在外通道134处。A_p/A_d的比率是流体速度放大因子，并确定在给定活塞速度下在间隙d中的流体速度。如果放大因子较大，则间隙d中的流体速度可较大，即使在活塞速度较小时也是如此。

参见图3，示出根据另一实施例的MREA装置200。MREA装置200包括由外管204定界的阻尼器组件202，其中内管206被外管204包围，使得在两个管204、206之间部分地限定外室208。内管206限定了内室210。活塞212在内管206内可移动，并包括活塞杆214和紧固到杆214的活塞头216。活塞头216被内室210引导并跨越内室210，且将内室210分为在活塞头216的与杆214相反侧上的第一部分218和在活塞头216的与杆214相同侧上的第二部分220。外室208和内室210填充有MR流体223，MR流体223具有涂层磁性颗粒并与图2A和图2C的流体123大致相同。活塞环221有助于使活塞头216密封于内管206的壁，以确保MR流体223在MREA装置200内特别是在腔233内的流动不会受到意外流动路径的影响。

第一磁性端部结构组件222和第二磁性端部结构组件224邻近于连接在内管206的相应端226、228处的内管环形延伸部225A、225B定位。磁性端部结构组件222、224与外管204协作形成环形缝以接纳和包围内管环形延伸部225A、225B，从而在外管204和相应的磁性端部结构组件222、224以及内管环形延伸部225A、225B之间限定尺度恒定的间隙或流体腔233。流体腔233在此也被称为双折MR阀，其建立了逆流路径，并且包括：外通道部分234、与外通道部分234平行的内通道部分236、和连接通道部分234、236的环部分238。(外通道部分234、内通道部分236和环部分238相对于磁性端部结构组件222被编号；磁性端部结构组件224以与磁性端部结构组件222呈镜像的方式形成类似的结构和腔，如图3中所见。)在内通道部分236和外通道部分234的端部处的开口分别通向内室210和外室208。整个流体腔233(通道部分234、236和环部分238)通过内管环形延伸部225A的表面和磁性结构组件222的表面限定，这些表面平滑，即，其在相邻部分处的斜率或曲率连续，从而有利于流体在内室210与外室208之间通过流体腔233的层流。

存在于内室210的端部处的流体腔233(通道部分234、236和环部分238)将内室210与外室208流体连通，从而在活塞212在内管206内移动例如响应于作用在可移动冲击构件241上的冲击而移动时允许磁流变流体223在内室210与外室208之间通过流体腔233流动。

第一磁性端部结构组件222和第二磁性端部结构组件224均具有开口以分别将环形电线圈240A、240B保持于所述开口中。线圈240A、240B被构造成以产生磁场，磁场如图3中大致环绕每个线圈240A、240B的截面区的箭头所示，从而使得通道部分234、236内的MR流体223获得较高的表观粘度，进而使阻尼器组件202的阻尼力增大。

MREA装置200包括气动室256，气动室256与MR流体223通过柔性隔膜258可操作地相连。气动室256用作缓冲机构以适应由于活塞杆214运动导致杆214在室210内的体积变化并且防止MR流体223在低压力侧(其当活塞移动到图2A中的右方时为活塞212的内室210的第二部分220；当活塞212移动到图2A中的左方时为内室210的第一部分218)的空化。气动室256在线圈240A、240B之间移动，并处于比图2A中的气动室156更居中的位置，且适用于要求MREA装置200的总长度最小的应用。

MREA装置200包括电连接器280A、280B，如图4中最佳地所示，电连接器280A、280B安装到磁性端部结构组件222和224，并通过线266(显示在图4中，而未显示在图3中)连接到相应的线圈240A、240B。为了实现MREA装置200的更高可靠性并更易于拆卸，线266穿过插座283的中心孔282并刺穿橡胶盘284A的第一层，然后穿过塑料盘层286中的两个小孔，刺穿橡胶盘的第二层284B和第三层284C，并最后延伸穿出塞290的中心孔288。塞290利用图4中所示螺纹(例如，公制螺纹类型)方式拧入插座283中，以牢固压紧橡胶层284A-284C和塑料层286，并在线266与橡胶层284A-284C的接触表面处产生足够应力，以将图3的MR流体223密封在MREA装置200内使得：其不会泄漏经过线圈240A、240B，并通过磁性端部结构组件222、224中的开口沿线266到达连接器280A、280B。插座283通过具有如图4中所示的螺纹296的部分连接到在磁性端部组件222中的螺纹线出口开口292。螺纹296优选地为NPT类型(美国国家标准锥形管螺纹，根据美国国家标准学会的规定)或NPTF类型(国家标准干式密封管螺纹)，以最佳地密封MR流体223。

参见图5，示出另一实施例的MREA装置300，MREA装置300与图2A的MREA装置100基本相同，其不同之处在于，以装配到活塞头316的杆侧的可压缩构件358替换气动室156和隔膜158。这种新的构造可减小与气动室相关的弹簧效应，而且与图2A的MREA装置100相比消除了MR流体磁颗粒在邻近于图2A中隔膜158将内室110与流体室159连通的通道中沉淀的可能性。而且，消除了对气动室的高压气体的苛刻密封要求。可压缩构件358补偿由于活塞杆312响应于对冲击构件341的冲击而在活塞头316的后侧处的内室中运动所致的体积变化。可压缩构件358可为封闭单元泡沫体(例如，橡胶或海绵；或具有约50％的压缩性和约50psi的压缩应力的封闭单元离聚物)；或者为小的气室，其中例如具有空气或氮气；或者可替代地为风箱，其中具有诸如空气或氮气之类的气体。由于不采用气动室、柔性隔膜和邻近于隔膜的流体室，因而MREA装置300总长度减小，不过，由于需要增大长度以补偿由可压缩构件358形成的最大阻尼器冲程的减小，因而这种总长度减小可能被至少部分地抵消。

虽然已经详细描述了执行本发明的最佳模式，不过，本发明所涉及领域的普通技术人员将认识到，在所附的权利要求书的范围内，存在各种用于实施本发明的可替代设计和实施例。