技术领域本实用新型涉及一种磁流变阻尼器，尤其涉及一种采用双层磁铁和感应线圈进行能量采集的磁流变阻尼器。
背景技术：
磁流变阻尼器是一种广泛应用于半主动控制系统中的新型智能阻尼器件。它主要是通过给阻尼器活塞绕线槽内的激励线圈施加一定大小的电流，产生磁场，使得液流通道内的磁流变液屈服强度发生变化，从而动态改变输出阻尼力。磁流变阻尼器所具有的毫秒级响应速度、大控制范围和大阻尼力输出的特点，使得它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半主动系统的减振等方面取得广泛应用。使用磁流变阻尼器的目的是缓冲振动，而在实际工作中，来自阻尼器的运动损耗也是能量损耗的一个重大因素；然而传统磁流变阻尼器并不具有能量采集功能，不能使工作部件产生的振动能得到有效的回收利用，因此研究一种可以采集阻尼器运动中损耗的能量，将外界环境的振动能量转换为电能，并供给磁流变阻尼器自身工作使用，一直是人们期待解决的重要课题。传统阻尼器受到结构和功能的限制，无法实现能量回收利用，只能任由能量随零件的运动散失，不符合可持续发展的理念，也不满足经济效益最大化的工业生产需求，对磁流变阻尼器的应用和推广造成很大局限性。目前能量采集型磁流变阻尼器已经受到了国内外学者的关注，公开号为CN101550982A的中国发明专利“一种自供电磁流变阻尼器”提出一种一多叶片蝶形电磁式机械能量采集器，能量采集器安装在磁流变阻尼器的活塞底部。但该结构也有一定的局限性，由于磁流变液较稠，导致叶片转速比较慢，产生的电能不足以实现对阻尼器中的励磁线圈供电。公开号为CN200710034309.2的中国发明专利“一种自供电磁流变智能减振系统”将结构振动的传感器与磁流变阻尼器的供电电源集成到小型永磁式直流电机上，通过布置在减振器外侧的齿条齿轮传动的方式来驱动直流发电机发电，从而给磁流变阻尼器供电。但其局限性比较明显，由于发电装置布置在阻尼器外侧，导致整个减振系统体积庞大，并且对工作环境要求较高。国内外研究发现，根据直线电机发电原理，采用磁铁和感应线圈制成能量采集回收装置的发电效率较高，具有广阔的研究前景。公开号为CN204755715U的中国发明专利“一种集成能量回收装置的磁流变阻尼器”提出一种由单层环形磁铁和感应线圈组合而成的能量回收装置，并集成在传统磁流变阻尼器中。当单层环形磁铁与感应线圈发生相对运动时，感应线圈切割磁感线，产生电能。但是这种能量回收装置由于受到阻尼器体积限制，磁铁组没有得到合理布置，产生的磁场强度有限，输出电压小，产生的电能也比较小，使回收的振动能量不足以实现对阻尼器中的励磁线圈自供给。
技术实现要素：
为了克服背景技术所述磁流变阻尼器存在的问题及满足磁流变阻尼器实际使用要求，本实用新型提供一种采用双层磁铁和感应线圈进行能量采集的磁流变阻尼器，主要由内层磁铁组、外层磁铁组、感应线圈、励磁线圈、端盖、外套筒、阻尼器缸体及活塞等组成。固定连接在连接杆上的内层磁铁组和固定连接在活塞杆上的外层磁铁组在外界激励下一起作往复直线运动，缠绕在支撑杆绕线架上的感应线圈由于电磁感应产生交流电,通过整流电路可直接用于励磁线圈的直流供电,产生可控阻尼力；转换后的直流电也可以直接储存在储能电路中,实现振动能量采集。本实用新型采用双层磁铁和感应线圈进行振动能量采集，输出电压大，发电效率高；同时，本实用新型集振动能量采集及阻尼力可控于一体,双层磁铁布置方式好，空间利用合理，结构紧凑，有效减少了阻尼器的整体结构尺寸。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案包括：支撑杆绕线架(1)、下端盖(2)、浮动活塞(3)、螺钉Ⅰ(4)、密封圈Ⅰ(5)、挡板(6)、螺钉Ⅱ(7)、励磁线圈(8)、活塞(9)、外套筒(10)、内层隔片(11)、外层径向N-S磁极磁铁(12)、外层径向S-N磁极磁铁(13)、活塞杆(14)、感应线圈(15)、内层径向S-N磁极磁铁(16)、内层径向N-S磁极磁铁(17)、螺钉Ⅲ(18)、上端盖(19)、紧固片Ⅰ(20)、连接杆(21)、外层隔片(22)、密封圈Ⅱ(23)、紧固销(24)、阻尼器缸体(25)、紧固片Ⅱ(26)、密封圈Ⅲ(27)、密封圈Ⅳ(28)、密封圈Ⅴ(29)、密封圈Ⅵ(30)、密封圈Ⅶ(31)以及锁紧螺母(32)；下端盖(2)与阻尼器缸体(25)通过螺钉Ⅰ(4)刚性固定连接；下端盖(2)中间加工有圆形通孔，支撑杆绕线架(1)与下端盖(2)圆形通孔间隙配合，两者通过密封圈Ⅶ(31)进行密封；支撑杆绕线架(1)下端头部加工有外螺纹，可与锁紧螺母(32)螺纹连接；支撑杆绕线架(1)与下端盖(2)通过锁紧螺母(32)固定连接；浮动活塞(3)中间加工有圆形通孔，浮动活塞(3)圆形通孔内表面与支撑杆绕线架(1)外表面间隙配合，并通过密封圈Ⅵ(30)进行密封；浮动活塞(3)外表面与阻尼器缸体(25)内表面间隙配合，并通过密封圈Ⅰ(5)进行密封；紧固销(24)上端部和下端部分别加工有外螺纹，紧固片Ⅱ(26)上端面加工有螺纹孔，紧固销(24)下端部与紧固片Ⅱ(26)通过螺纹固定连接；外层隔片(22)、内层径向S-N磁极磁铁(16)和内层径向N-S磁极磁铁(17)分别加工有圆形通孔；外层隔片(22)、内层径向S-N磁极磁铁(16)和内层径向N-S磁极磁铁(17)圆形通孔内表面分别与紧固销(24)外表面过渡配合；装配时，先把外层隔片(22)安装在紧固销(24)上，外层隔片(22)下端面和紧固片Ⅱ(26)上端面紧密结合；再把内层径向N-S磁极磁铁(17)安装在紧固销(24)上，内层径向N-S磁极磁铁(17)下端面和外层隔片(22)上端面紧密结合；接着把外层隔片(22)安装在紧固销(24)上，外层隔片(22)下端面和内层径向N-S磁极磁铁(17)上端面紧密结合；然后把内层径向S-N磁极磁铁(16)安装在紧固销(24)上，内层径向S-N磁极磁铁(16)下端面和外层隔片(22)上端面紧密结合；按照上面的安装方式，再把外层隔片(22)、内层径向S-N磁极磁铁(16)、外层隔片(22)、内层径向N-S磁极磁铁(17)、外层隔片(22)、内置径向N-S磁极磁铁(17)、外层隔片(22)、内层径向S-N磁极磁铁(16)、外层隔片(22)、内置径向S-N磁极磁铁(16)、外层隔片(22)、内层径向N-S磁极磁铁(17)依次安装在紧固销(24)上；连接杆(21)下端面加工有螺纹孔，紧固销(24)上端部与连接杆(21)螺纹紧固连接；通过紧固片Ⅱ(26)、紧固销(24)和连接杆(21)的螺纹紧固连接，可将4片内层径向S-N磁极磁铁(16)、4片内层径向N-S磁极磁铁(17)和8片外层隔片(22)固定安装在连接杆(21)上，形成内层磁铁组；连接杆(21)上端外表面加工有外螺纹；上端盖(19)下端面加工有螺纹孔，连接杆(21)与上端盖(19)通过螺纹连接固定在一起；支撑杆绕线架(1)上端外表面加工有9个绕线槽，感应线圈(15)缠绕在支撑杆绕线架(1)绕线槽内；活塞杆(14)中间加工有圆形通孔，支撑杆绕线架(1)外表面与活塞杆(14)圆形通孔内表面间隙配合；活塞杆(14)下端加工有台肩，活塞(9)内表面与活塞杆(14)下端外表面过渡配合，并通过密封圈Ⅲ(27)进行密封；活塞(9)通过活塞杆(14)下端部的台肩进行轴向定位；挡板(6)中间加工有圆形通孔，活塞杆(14)下端面加工有螺纹孔，挡板(6)与活塞杆(14)通过螺钉Ⅱ(7)紧固连接；挡板(6)与支撑杆绕线架(1)间隙配合，并通过密封圈Ⅴ(29)进行密封；挡板(6)与活塞(9)通过密封圈Ⅳ(28)进行密封；活塞(9)外侧面加工有绕线槽，励磁线圈(8)缠绕在活塞(9)的绕线槽内；内层隔片(11)、外层径向N-S磁极磁铁(12)以及外层径向S-N磁极磁铁(13)分别加工有圆形通孔；内层隔片(11)、外层径向N-S磁极磁铁(12)以及外层径向S-N磁极磁铁(13)圆形通孔内表面分别与活塞杆(14)外表面过渡配合；装配时，先把外层径向N-S磁极磁铁(12)安装在活塞杆(14)上，外层径向N-S磁极磁铁(12)下端面和活塞杆(14)台阶端面紧密结合；再把内层隔片(11)安装在活塞杆(14)上，内层隔片(11)下端面和外层径向N-S磁极磁铁(12)上端面紧密结合；接着把外层径向N-S磁极磁铁(12)安装在活塞杆(14)上，外层径向N-S磁极磁铁(12)下端面和内层隔片(11)上端面紧密结合；然后把外层径向S-N磁极磁铁(13)安装在活塞杆(14)上，外层径向S-N磁极磁铁(13)下端面和内层隔片(11)上端面紧密结合；按照上面的安装方式，再把内层隔片(11)、外层径向S-N磁极磁铁(13)、内层隔片(11)、外层径向N-S磁极磁铁(12)、内层隔片(11)、外层径向N-S磁极磁铁(12)、内层隔片(11)、外层径向S-N磁极磁铁(13)、内层隔片(11)、外层径向S-N磁极磁铁(13)、内层隔片(11)、外层径向N-S磁极磁铁(12)、内层隔片(11)、外层径向N-S磁极磁铁(12)、内层隔片(11)、外层径向S-N磁极磁铁(13)依次安装在活塞杆(14)上；紧固片Ⅰ(20)下端面压紧外层径向S-N磁极磁铁(13)上端面；紧固片Ⅰ(20)内表面加工有内螺纹，活塞杆(14)上端外表面加工有外螺纹，活塞杆(14)上端外表面可与紧固片Ⅰ(20)通过螺纹连接固定在一起；紧固片Ⅰ(20)上端面加工有6个周向均匀布置的螺纹孔，上端盖(19)表面加工有6个周向均匀布置的螺纹通孔，上端盖(19)和紧固片Ⅰ(20)可通过螺钉Ⅲ(18)固定连接；通过紧固片Ⅰ(20)和活塞杆(14)台阶端面的轴向固定，可将6片外层径向N-S磁极磁铁(12)、5片外层径向S-N磁极磁铁(13)和10片内层隔片(11)固定安装在活塞杆(14)上，形成外层磁铁组；外套筒(10)内表面分别与活塞杆(14)外表面和紧固片Ⅰ(20)外表面过渡配合；外套筒(10)通过上端盖(19)与紧固片Ⅰ(20)的螺纹连接轴向固定；外套筒(10)与阻尼器缸体(25)间隙配合，并通过密封圈Ⅱ(23)进行密封。支撑杆绕线架(1)、外套筒(10)、内层隔片(11)、活塞杆(14)、连接杆(21)、外层隔片(22)、紧固销(24)以及阻尼器缸体(25)由不导磁材料制成；内层径向S-N磁极磁铁(16)、内层径向N-S磁极磁铁(17)、外层径向N-S磁极磁铁(12)和外层径向S-N磁极磁铁(13)由导磁材料制成。感应线圈(15)由两组独立线圈组成，分别缠绕于支撑杆绕线架(1)绕线槽内；感应线圈(15)的两组独立线圈的引线A1、A2和B1、B2分别由支撑杆绕线架(1)的引线槽(101)进入支撑杆绕线架(1)下端部的引线槽(102)，然后从支撑杆绕线架(1)的引线孔(103)引出；励磁线圈(8)的引线C1、C2通过活塞(9)的引线槽(201)进入活塞杆(14)的引线孔(202)，然后通过活塞杆(14)的引线槽从上端盖(19)的引线孔(203)引出。本实用新型与背景技术相比，具有的有益效果是：（1）本实用新型通过紧固销和紧固片将内层磁铁组固定在连接杆上，通过紧固片将外层磁铁组固定在活塞杆上，活塞杆和活塞的往复直线运动带动内层磁铁组和外层磁铁组一起作往复直线运动；在双层磁铁作用下，缠绕在支撑杆绕线架上的感应线圈由于电磁感应产生交流电，通过整流电路转化成直流电后，可直接用于活塞绕线槽内的励磁线圈的直流供电，产生可控阻尼力。（2）本实用新型采用内层磁铁组和外层磁铁组构成振动能量采集装置，由于采用双层磁铁布置方式，相比单层磁铁布置的振动能量采集装置，极大的增加了发电磁场强度，输出电压大，发电效率高。（3）本实用新型感应线圈产生的电压转换成直流电，可直接给磁流变阻尼器的励磁线圈供电，从而使得磁流变阻尼器不依靠外部能源就能正常工作，从而进一步提高了磁流变阻尼器的应用范围；转换后的直流电也可储存在储能电路中，从而真正实现振动机械能的能量采集及回收利用。（4）本实用新型集振动能量采集及阻尼力可控于一体，双层磁铁布置方式好，空间利用合理，结构紧凑，有效减少了阻尼器的整体结构尺寸；另外，本实用新型可在较低的工作电流下提供较高的阻尼力，使得磁流变阻尼器的整体功耗较小，能量利用效率较高。附图说明图1是本实用新型结构示意图。图2是本实用新型内层磁铁组结构示意图。图3是本实用新型外层磁铁组结构示意图。图4是本实用新型感应线圈及激励线圈中磁力线分布示意图。图5是图4的P部放大图。图6是本实用新型感应线圈引线示意图。图7是本实用新型励磁线圈引线示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：如图1所示，本实用新型包括支撑杆绕线架1、下端盖2、浮动活塞3、螺钉Ⅰ4、密封圈Ⅰ5、挡板6、螺钉Ⅱ7、励磁线圈8、活塞9、外套筒10、内层隔片11、外层径向N-S磁极磁铁12、外层径向S-N磁极磁铁13、活塞杆14、感应线圈15、内层径向S-N磁极磁铁16、内层径向N-S磁极磁铁17、螺钉Ⅲ18、上端盖19、紧固片Ⅰ20、连接杆21、外层隔片22、密封圈Ⅱ23、紧固销24、阻尼器缸体25、紧固片Ⅱ26、密封圈Ⅲ27、密封圈Ⅳ28、密封圈Ⅴ29、密封圈Ⅵ30、密封圈Ⅶ31以及锁紧螺母32。图2是本实用新型内层磁铁组结构布置示意图。通过紧固片Ⅱ26、紧固销24和连接杆21的螺纹紧固连接，可将4片内层径向S-N磁极磁铁16、4片内层径向N-S磁极磁铁17和8片外层隔片22固定安装在连接杆21上，形成内层磁铁组。图3是本实用新型外层磁铁组结构布置示意图。通过紧固片Ⅰ20和活塞杆14台阶端面的轴向固定，可将6片外层径向N-S磁极磁铁12、5片外层径向S-N磁极磁铁13和10片内层隔片11固定安装在活塞杆14上，形成外层磁铁组。图4所示是本实用新型感应线圈15及励磁线圈8中磁力线分布示意图。图5所示为图4的P部放大图。内层径向S-N磁极磁铁16的N极中产生的磁力线通过感应线圈15，进入外层径向S-N磁极磁铁13的S极，由外层径向S-N磁极磁铁13的N极通过外套筒10进入外层径向N-S磁极磁铁12的S极，再从外层径向N-S磁极磁铁12的N极通过感应线圈15中进入内层径向N-S磁极磁铁17的S极，然后由内层径向N-S磁极磁铁17的N极通过外层隔片22到达内层径向S-N磁极磁铁16的S极，形成闭合回路；在内层磁铁组和外层磁铁组共同作用下，缠绕在支撑杆绕线架1的感应线圈15由于电磁感应将产生交流电，实现振动能量采集的目的。感应线圈15由两组独立线圈组成，分别缠绕于支撑杆绕线架1绕线槽内；两组独立线圈产生的感应电压可表示为：(1)(2)公式(1)和(2)中Em为最大感应电动势，ω为激振频率。由于感应线圈15在往复运动中产生交流电，可通过整流电路将交流电转换为直流电。励磁线圈8中产生的磁力线通过活塞9，经过液流通道中的磁流变液，到达阻尼器缸体25，再经过液流通道返回活塞9，形成闭合磁路。图6所示为本实用新型感应线圈引线示意图。感应线圈15由两组独立线圈组成，分别缠绕于支撑杆绕线架1绕线槽内。支撑杆绕线架1设有9个绕线槽，其中一组独立线圈分别从绕线槽②、④、⑥及⑧中按串联的方式缠绕，两根引线A1和A2由支撑杆绕线架1的引线槽101进入支撑杆绕线架1下端部的引线槽102，然后从支撑杆绕线架1的引线孔103引出阻尼器；另外一组独立线圈分别从绕线槽①、③、⑤、⑦及⑨中按串联的方式缠绕，两根引线B1和B2由支撑杆绕线架1的引线槽101进入支撑杆绕线架1下端部的引线槽102，然后从支撑杆绕线架1的引线孔103引出。图7所示为本实用新型励磁线圈引线示意图。励磁线圈8的两根引线C1和C2通过活塞9的引线槽201进入活塞杆14的引线孔202，然后通过活塞杆14的引线槽从上端盖19的引线孔203引出。本实用新型工作原理如下：当存在外部激励时，活塞杆14沿轴向方向作往复直线运动，带动内层磁铁组和外层磁铁组一起作往复直线运动。在双层磁铁作用下，缠绕在支撑杆绕线架1中的感应线圈15在往复运动中将产生交流电，通过整流电路将产生的交流电转换成直流电，从而可直接用于活塞9绕线槽内的励磁线圈8的直流供电。通过给励磁线圈8供电，产生磁场，改变活塞9与阻尼器缸体25之间形成的阻尼间隙内的磁流变液屈服强度，产生可控阻尼力，从而完成振动机械能量回收利用。如果励磁线圈8由外部电源直接供电时，采集转换过来的直流电也可储存在储能电路中。