阀门装置和方法_2

文档序号:9529086阅读:来源:国知局
是材料对变化磁场的反应。对于动态磁特性来说,磁场时间梯度是重要的,在这里,可通过动态磁场而出现局部不均匀的磁场和进而也出现空间磁场梯度。
[0032]铁磁性材料在变化磁场内如何动作主要取决于材料的磁特性和电特性。根据电纳、透磁性、矫顽场强或其它电磁特性,该材料也能以规定的变化率跟随磁脉冲,直至规定的高度。形状也是重要的,因为可以通过形状来影响在材料本身中感生的涡电流的作用。
[0033]硬磁性磁体构件由至少一种硬磁性材料构成。在本申请意义上,具有高于1000A/m(安培/米)、尤其是高于10kA/m的矫顽场强的材料被当作硬磁性的。这样的材料可以通过外部产生的磁场,例如像线圈磁脉冲被磁化,该磁化在外部的场断开之后也持久保持。具有硬磁特性的区段可以被称为磁体,在这里,该术语在本申请意义上也可以是指永久磁体或永磁体。
[0034]在所有情况下优选的是也设有3个、4个、5个或更多的部段,它们至少在其动态磁特性方向是不同的。该动态磁特性也可以在预定的和/或可调的距离范围里连续地或近似连续地过渡。
[0035]除了可通过不同的动态磁特性有针对性地沿流道宽度产生不均匀磁场的这些部段之外,所述磁路也可以由其它部段或部分组成。它们优选由铁磁性材料构成并且尤其如此设计,即它们的磁动力相比于在用于产生不均匀场的部段中的最快速材料并不慢许多。
[0036]在所有实施方式中优选的是,该磁路机构的至少一个部段对应配属至少一个导体回路。导体回路此时可以不只是对应一个部段,而是完全或仅仅至少部分对应于多个部段。
[0037]该导体回路优选具有至少一个尤其被电短路的绕组。也可能的是该导体回路只被基本上短路。
[0038]该导体回路包括电导体,其完全或至少部分围绕一个部段或一个部段的部分延伸。由此一来,当动态磁场作用于该部段时,在导体回路中感生出电流,该电流又产生与电线圈磁场或所生成的磁场反向的磁场。导体回路的反向磁场为此延迟了在该对应部段内的磁场变化,结果,在此部段内的场变化可相对于其它部分延迟。为此,可以根据电脉冲长度调节出期望的不均匀磁场。在(很)长脉冲情况下,可以在流道横截面范围调节出完全均匀的磁场。利用较短的或很短的脉冲,可以调节出有针对性的很不均匀的磁场。
[0039]根据结构设计的不同,由导体回路动态产生的磁场可以同向或反向作用于电线圈磁场。同向取向例如通过结构设计来实现,在此,例如至少两个导体回路电连接并且由一个导体回路产生的场增强、削弱或变形在该部段内由线圈产生的场。由此一来,可以获得磁脉冲的增强或者磁脉冲的削弱。不管怎样,通过导体回路获得了该部段的动态磁特性变化。尤其是铁磁性部段的动态特性通过导体回路是不同的。在特别简单的情况下,该导体回路呈环状。它实际上就是被短路的单绕组,即它是无端的或者首尾相连的。但也可行的是该导体回路包括多个绕组,它们围绕磁路机构部段的至少一部分延伸。由此可以提高导体回路的效能。
[0040]可能且也优选的是,至少两个导体回路直接地或通过元件,如电容器或二极管或线圈和或许还有电阻相互电连接。
[0041]在所有实施方式中优选的是该控制装置被构造成和适用于输出具有不同的长度和/或强度的脉冲。尤其是该控制装置设立和构造用于输出具有不同的脉冲形状的脉冲。可以产生任意脉冲序列。例如控制装置可以通过电线圈输出具有可调的长度和/或强度的磁脉冲。
[0042]可能且优选的是具有在10微秒和10秒之间的持续时间的电脉冲。原则上,电脉冲可以是任意长短的。优选由控制装置输出被电线圈转换为磁脉冲的电脉冲,在这里,电脉冲长度优选大于10微秒。尤其优选具有在约50微秒和50毫秒之间的脉冲持续时间的电脉冲。电脉冲的准确长度取决于各自结构。在优选应用场合中,在0.05毫秒至5毫秒之间的电脉冲就够了。
[0043]在所有实施方式中可行的是设有至少一个旁路和/或至少一个流通区段。旁路可以作为单独的旁路通道来设置,但它优选作为该流道的流通区段部分,因此也至少部分是可调的。也可能的是在流道上设有旁路,该旁路由结构决定地没有经受磁场或只经受非常小的磁场,例如做法是该流道设计成比该磁路机构的邻接流道的部分更宽。
[0044]在所有实施方式中优选的是该流道具有可调的过渡区段。在可调的过渡区段内有非常不均匀的磁场。尤其在有3个、4个或更多个优选邻接流道或设于流道附近的不同部段的情况下,可以在流动横截面上提供实际上任何的磁场的不均匀性。
[0045]为了简单有利的实现,可以如此选择该磁路机构的结构,S卩,由结构决定的调节范围恰好对应于应用并且不均匀的场分布只能在一定极限范围内改变。由结构决定而有限的调节范围允许非常有利且结构紧凑的阀门、更简单的控制和根据应用的优点,如防故障功會泛。
[0046]在简单情况下,该流动横截面可以呈长方形或大致呈长方形地形成。但圆形、环形、环段形或椭圆形的或倒圆的横截面或其它横截面也是可能的。通过所述形状,在相应部段内的磁场强度和还有在该部段内的场对流动阻力的作用可受到影响。不管怎样,在垂直于磁流变流体流动方向的方向上,流动横截面对应于流道宽度和至少一个流道高度。大部分磁场线且尤其是至少实际上所有磁场线或所有磁场线横穿该流动横截面。磁场线能够局部或全部垂直于流道宽度取向。但以下磁场线也是可行的,其以一个角度相对于该流道宽度的垂线倾斜取向。该流道可以呈弧形。因此,局部的磁场线优选横向于局部壁。
[0047]在优选改进方案中,也可设置两个以上的电线圈。虽然利用唯一的电线圈就已经可以在流道内提供有针对性的不均匀的磁场,但还可以通过另一个电线圈例如进一步扩大调节范围,或者除了用于产生磁脉冲的一个电线圈外,还可以提供另一个电线圈,所述另一个电线圈例如仅针对低磁场强度来设计并且被用于所存在的磁场的动态建模。
[0048]通过至少一个线圈可以产生一个磁场,该磁场叠加在由硬磁性材料产生的磁场上,但不会持久改变其磁化。由此一来,例如可以很快速高效地进行流动特性的微小改变而无需为此放弃长久磁化的优点。
[0049]该阀门的一个优选应用是用在阻尼器中。本发明的阻尼器包括至少一个如上所述的阀门装置。在此,本发明的阻尼器尤其包括两个可相对移动的主体或壳体部和至少两个阻尼腔,至少一个阀门装置设置在所述至少两个阻尼腔之间。该阻尼器用于阻尼一个物体相对于另一个物体的相对运动。也可以用在其它领域例如能量吸收器或过载阀门等类似机构。该阻尼器的阀门装置包括至少一个被磁流变介质流过的流道。控制装置用于控制。设有至少一个磁路机构用于在流道内提供磁场。该磁路机构包括至少一个硬磁性磁体构件和至少一个可通过该控制装置来控制的电线圈。该磁路机构具有至少两个部段,它们的动态磁特性是不同的。通过磁脉冲或可由电线圈有目的输出的磁脉冲,可以在流道内调节出磁场不均匀性并且可存储在该硬磁性磁体构件内。
[0050]在此,该阀门装置尤其包括至少一个带有磁流变介质的流道,流道优选横向于磁流变流体流动方向地具有包括流道宽度的流动横截面。通过电线圈的可控磁脉冲,因此可以在流道内沿流道宽度调节出有针对性的磁场磁分布不均匀性。由此,可以调节流通阻力和进而阻尼作用。
[0051]本发明的阻尼器是很有利的,因为它在结构简单且低成本的同时允许灵活使用。可行的是尤其提供一种可调的很不均匀的磁场和进而在流道内的过渡区段,这导致在冲击或撞击小时阻尼器有良好响应特性。
[0052]本发明的方法尤其用于操作阀门装置。这种适用于执行该方法的阀门装置尤其具有至少一个被磁流变介质流过的流道并且还包括具有至少一个硬磁性磁体构件和至少一个电线圈的磁路机构。适当的阀门装置的磁路机构具有至少两个部段,所述至少两个部段的动态磁特性是不同的。该方法利用控制装置来执行,在这里,借助电线圈来输出至少一个可控的磁脉冲。用磁脉冲所产生的磁场不均匀性被持久存储在硬磁性磁体构件中。所产生的磁场不均匀性相对于在流道内的介质流动方向倾斜地、优选横向地或甚至与之垂直地延伸。
[0053]本发明的方法也有许多优点。该方法容易执行并且能被用到可简单构成的致动器上。通过控制该电线圈的电脉冲,持久调节在该流道内的磁路机构磁场。
[0054]在此,阀门装置的流道尤其具有流动横截面并且横向于磁流变介质流动方向地具有流道宽度。因此,沿流道宽度调节出磁场不均匀性。在此,尤其可以与长脉冲相比在流道内利用短脉冲产生更不均匀的磁场。在短脉冲情况下,动态特性比在长脉冲情况下更强烈地起作用。由此一来,可以在短脉冲情况下更好地利用铁磁性部段的不同的动态特性。当磁路机构的各不同部段中产生一样均匀的磁场时,脉冲就是短的。尤其是该磁场可以在短脉冲持续期间内在磁路机构的各不同部段中是截然不同的,但对于直到静态磁场的较长脉冲又是相等的。
[0055]优选通过长的磁脉冲或静态磁场在流道内产生至少基本均匀的且优选是均匀的磁场。
[0056]在所有情况下都可能的是,为了建立特征曲线,用电线圈产生动态磁场并且叠加在磁路机构的静态磁场上。该硬磁性磁体构件的磁场可以通过对应的电线圈受到影响并且尤其连续变化和/或通过电线圈的短脉冲被持久改变。
[0057]优选的是该电线圈的磁场在磁脉冲期间至少部分动态地通过至少一个导体回路的磁场受到影响。在此,该导体回路不应该是有源控制的,而是通过感应从场变化中获得能量。线圈所产生的磁场和由感生电流所引起的导体回路的磁场之和作用在位于导体回路内的部段上。在此部段内的动态磁作用由此至少部分具有外因,因为磁场本身受到影响。
[0058]优选根据至少一个磁脉冲的脉冲高度、脉冲持续时间和脉冲形状有针对性地在形状和强度方面局部不同地改变且尤其存储硬磁性材料的磁化。
[0059]在所有情况下,本发明提供了简单阀门结构的优点,该阀门结构具有顽磁和具有简单结构和简单控制的可调的过渡区段。形状和强度可变的磁路机构的磁场通过尤其是单独的电线圈的脉冲来产生并且持久存储在该硬磁性磁体构件的硬磁性材料中。由此,致动器的控制被显著简化并且还成本低廉且小巧耐用。
[0060]通过有针对性地在磁路机构中采用某些材料以及其设计和或许改变磁场的形状和强度的附加元件的使用,可以可控地调节出有针对性的不均匀的磁场。例如通过使用层状材料和实心铁磁性材料以及也通过采用例如呈短路环形式的导体回路,可以利用涡电流感生来产生局部不均匀的磁场并且优选以硬磁性材料的稳定磁化形式存储起来。
[0061]因此,本发明有目的地利用了在现有技术中常被视为扰人且因此被尽量抑制的作用。
[0062]本发明通过电线圈的至少一个电磁脉冲在阀门装置的流道内允许产生强度和形状可变的且有目的地可控的磁场。由此一来,可以获得一个过渡区段,它的特点是具有至少一个尤其横向于流动方向延伸的场梯度。所述场线此时可以至少部分或完全相对于流道倾斜地和/或甚至至少部分或完全垂直地延伸。通过使用硬磁性材料,该梯度得以保持而无需进一步能量输入。
[0063]该阀门装置持久维持场强和场强曲线,只要它没有受到外界情况例如相应高的其它磁场或高温的影响。因此,该磁场例如随着达到磁体居里温度
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