一种超磁致挤压式磁流变阻尼器自适应方法及阻尼器

摘要

本发明公开一种超磁致挤压式磁流变阻尼器自适应方法及阻尼器，永磁铁所产生的磁场分成并联的两个磁通回路，其中一个磁通回路中串联超磁致伸缩棒，利用超磁致伸缩棒受外力影响导致磁导系数的变化，进而影响另外一个磁通回路的磁场变化，最终带来磁流变液粘滞力的变化，实现阻尼器出力的自适应调节。本发明优点：1、磁路利用率高出力大；2、便于设计优化；3、自适应方法简单可靠。

说明书

技术领域

本发明涉及一种工程结构振动控制技术，具体说就是一种磁流变阻尼器。

背景技术

磁流变体阻尼器是一种以智能材料磁流变体为工作介质的半主动控制阻尼器，通过对输入电流或电压的控制，使其加载在磁流变体上的电磁场强度发生改变，进而可以在几十毫秒时间范围内使磁流变体的流变性能发生变化，从而能够提供可控阻尼和刚度。磁流变阻尼器具有毫秒级响应速度、大控制范围和大阻尼力输出的特点，已成为工业应用领域优秀的半主动执行器件。目前，磁流变阻尼器已在建筑物及桥梁的减振抗震系统、铁路机车车辆及汽车悬架系统的减振等方面得到广泛应用。

铁磁性材料受到机械力的作用时，它的内部产生应变，导致导磁率发生变化，产生压磁效应。超磁致伸缩材料是一种新型高效的磁-机转换材料。它的磁致伸缩系数比传统材料大2-4个数量级，是重要的能量与信息转换的功能材料,在传感器、水声换能器技术、电声换能器技术、海洋探测与开发技术、微位移驱动、减振与防振、减噪与防噪系统、智能机翼、机器人、自动化技术、燃油喷射技术、阀门、泵、波动采油等技术领域有着广泛的应用前景。

根据磁流变阻尼器的工作原理和超磁致材料的特点，有人提出了超磁致磁流变阻尼器。例如:公开号为CN 102817957 A的发明专利申请，在其说明书中公开了“自适应压磁流变阻尼器”，其不同于传统磁流变阻尼器通过调节感应线圈的电流来控制阻尼力，而是利用超磁致材料的压磁效应，当活塞相对缸体位置发生变化时，传递给磁致材料的压力也随之改变，影响了磁致材料的导磁系数。阻尼通道内的磁场由此重新分布，改变了阻尼器的出力大小，实现了自适应调节。其局限性在于，工作区域磁路与磁致材料串联，因为磁致材料导磁性低于铁磁性材料，限制了工作区域的磁通量，导致最大阻尼力偏低；采用磁致伸缩棒连接双活塞形式，磁致伸缩棒占据了一定的轴向空间，减少了活塞的有效行程；而且由于永磁体固定在缸体上，阻尼器运动时永磁体会与活塞相对位置发生变化，这使得计算阻尼器的出力除了受到磁致材料导磁系数变化的影响。还会受到磁体位置变化带来的干扰，这给阻尼器的设计与优化带来困难。

发明内容

本发明针对目前超磁致磁流变阻尼器存在的不足，提出一种超磁致挤压式磁流变阻尼器自适应方法及阻尼器。

本发明的技术方案为：

一种超磁致挤压式磁流变阻尼器自适应方法，永磁铁所产生的磁场分成并联的两个磁通回路，其中一个磁通回路中串联超磁致伸缩棒，利用超磁致伸缩棒受外力影响导致磁导系数的变化，进而影响另外一个磁通回路的磁场变化，最终带来磁流变液粘滞力的变化，实现阻尼器出力的自适应调节。

所述永磁铁与超磁致伸缩棒均设置在活塞杆中，并随活塞杆一起运动。

阻尼器主要包括活塞杆、挤压盘、超磁致伸缩棒、永磁体和缸体，活塞杆一端伸出缸体外，挤压盘的端面与缸体两端面构成挤压工作面，缸体内充满磁流变液，挤压盘内部设有环状永磁体，分别产生两个磁通回路，其一为依次通过挤压盘、挤压工作面区域、上端盖、活塞杆、超磁致伸缩棒、活塞杆、下端盖、挤压工作面区域、挤压盘的调节磁场回路；其二为依次通过挤压盘、挤压工作面区域、上端盖、挤压工作面区域、挤压盘、挤压工作面区域、下端盖、挤压工作面区域、挤压盘的工作磁场回路；当活塞杆在外载荷作用下相对缸体做压缩时，超磁致伸缩棒受到压缩，其材料的磁导系数减小，导致超磁致伸缩棒中的磁通量向工作磁场回路中流动，增大了挤压工作区域内的磁感应强度，实现阻尼器出力的自适应调节。

本发明进一步公开了一种实现权利所述方法的磁流变阻尼器，包括缸筒、上端盖、永磁体、活塞杆、超磁致伸缩棒、弹性元件、挤压盘、磁流变液、下端盖和连接螺栓；上端盖、缸筒、下端盖形成一个封闭的空间，所述封闭空间内充满磁流变液；活塞杆的一端伸出上端盖，活塞杆上设置挤压盘，挤压盘中设有永磁体，超磁致伸缩棒位于活塞杆的中空孔中；永磁铁为环状，内侧与超磁致伸缩棒留有间隙；弹性元件将超磁致伸缩棒与下端盖相连接。

活塞杆与上端盖、下端盖间设置密封圈。

因为磁致伸缩棒会有伸缩变化，永磁铁内侧与超磁致伸缩棒抵接的话永磁体发生磨损，如果二者有间隙，磁力线会穿过该间隙，因为间隙内空气的导磁性远小于其它铁磁性部件，对回路的磁通量变化影响较小，这样可避免永磁铁的磨损。

本发明与现有技术相比，其有益效果如下：

1、本发明结构空间利用合理、能量密度大，采用双回路分流式磁路设计，工作区域材料导磁性好，磁通量利用充分，同等尺寸结构下提供更大的阻尼出力和更广的调节范围。

2、本发明便于设计分析，该结构的超磁致材料与永磁体之间没有相对运动，工作区域内的磁场强度只受磁致材料的导磁系数变化的影响，也就说阻尼器的粘滞力大小与阻尼器的行程位置有关，有利于设计参数的选择与计算。

3、本发明自适应方式简单可靠，相对于传统的磁流变阻尼器，不需要传感器、控制器和电源，发热小、可靠性高、易维护、成本低。

附图说明

图1为本发明结构图。

图2为磁流变阻尼器磁路结构图。

图3为磁流变阻尼器等效磁路图。

图4为磁流变阻尼器基本工作模式原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。如图1所示，本发明包括缸筒1、上端盖2、永磁体3、活塞杆4、超磁致伸缩棒5、密封圈6、弹性元件7、挤压盘8、磁流变液9、下端盖10和连接螺栓11；缸体充满磁流变液5，活塞杆4的一端伸出缸体。挤压盘8中设有永磁体3，超磁致伸缩棒5位于中空活塞杆4中，弹性元件7将超磁致伸缩棒5与下端盖10相连接。

本发明的工作原理:

如图2所示，磁流变阻尼器的挤压盘内部设有环状永磁体，分别产生两个磁通回路，其一为依次通过挤压盘、挤压工作面区域、上端盖、活塞杆、超磁致伸缩棒、活塞杆、下端盖、挤压工作面区域、挤压盘的调节磁场回路。其二为依次通过挤压盘、挤压工作面区域、上端盖、挤压工作面区域、挤压盘、挤压工作面区域、下端盖、挤压工作面区域、挤压盘的工作磁场回路。

如图3所示，磁流变阻尼器的磁路结构可以等效为一典型并联磁路。永磁体产生的磁通按比例分配于两条回路，调节回路1的磁阻由挤压盘、挤压工作面区域、上端盖、下端盖、活塞杆和超磁致伸缩棒共同构成，其中超磁致伸缩棒的导磁系数会受到外力的影响而发生变化，从而改变整个回路1的磁阻大小。同时工作回路2的磁阻不发生变化，使得永磁体产生的磁通重新分配于两条回路，实现工作回路2中的磁场可调。

如图4所示，当活塞杆在外载荷作用下相对缸体做压缩时，超磁致伸缩棒受到压缩，由于压磁效应，其材料的磁导系数减小，导致回路1中的总磁阻增加，部分调节回路1中的磁通向工作回路2中流动，增大了挤压工作区域内的磁感应强度，进而提高了阻尼力。特别地，阻尼器压缩行程越大，该分流效果就明显，阻尼力就越大，实现阻尼器出力的自适应调节。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细地说明，所属领域的普通技术人员应当理解:技术人员阅读本申请说明书后依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均未脱离本发明申请待批的权利要求保护范围之内。