堆叠活塞头式磁流变减震器及磁流变悬架的制作方法

1.本公开大体涉及智能制造装备产业领域，具体涉及一种堆叠活塞头式磁流变减震器及磁流变悬架。


背景技术：

2.磁流变减振器是一种以磁流变智能材料为介质的半主动减振器，其可以实时的根据外界环境的变化，通过在较小的电流驱动下，自适应调整自身参数(如阻尼或刚度)以达到最优的隔振效果。由于半主动磁流变减振器具备能耗低、可控性强、响应速度快和可靠性好等优点，使其在智能悬架的缓冲减振中具有巨大的应用前景。
3.然而，现有的磁流变阻尼器的活塞头都采用整块的导磁铁芯，当减振器工作时，绕在铁芯上面的线圈内部电流会不断根据需求变化以调节输出阻尼，而频繁变化的电流会在铁芯内部产生巨大的电涡流效应，同时会导致减震器的功耗增大和线圈响应时间增加。


技术实现要素：

4.本公开是有鉴于上述现有技术的状况而提出的，其目的在于提供一种能够减小导磁铁芯内部电涡流损耗、提升线圈响应速度的堆叠活塞头式磁流变减震器及磁流变悬架。
5.为此，本公开第一方面提供一种堆叠活塞头式磁流变减震器，其包括缸体、可滑动的设置于所述缸体内的活塞头、一端固定连接所述活塞头，另一端伸出所述缸体外的活塞杆、以及填充于所述缸体的工作腔中的磁流变液，所述活塞头包括外壳、缠饶在所述外壳的线圈、以及堆叠在所述外壳内的若干导磁片，其中，每个所述导磁片包括磁体和覆盖所述磁体的绝缘镀层，所述活塞头与所述缸体之间形成有预定距离的间隙，通过改变所述线圈和所述导磁片所产生的磁场以改变所述磁流变液在所述间隙中流动所述产生的阻尼力。
6.在本公开中，通过将整块的导磁铁芯替换为多块堆叠的磁体、且分别在磁体上镀上绝缘镀层，由此，能够使活塞头降低因线圈电流频繁改变而导致的电涡流，从而能够降低该减震器的能耗，并且能够提升该减震器的响应时间。
7.另外，在本公开第一方面所涉及的堆叠活塞头式磁流变减震器中，可选地，若干所述导磁片沿所述活塞杆的轴向依次层叠设置在所述外壳内。由此，能够方便将导磁片层叠设置在外壳内。
8.另外，在本公开第一方面所涉及的堆叠活塞头式磁流变减震器中，可选地，所述缸体包括缸筒、盖设在所述缸筒两端的第一端盖和第二端盖。在这种情况下，能够形成缸体。
9.另外，在本公开第一方面所涉及的堆叠活塞头式磁流变减震器中，可选地，还包括螺接固定于所述活塞杆一端的导向器，所述工作腔被所述导向器和所述活塞头分割出第一腔室、第二腔室和第三腔室，所述导向器具有连通所述第一腔室和所述第二腔室中磁流变液的导流通孔。由此，能够方便形成第一腔室、第二腔室和第三腔室，能够方便连通第一腔室和第二腔室。
10.另外，在本公开第一方面所涉及的堆叠活塞头式磁流变减震器中，可选地，还包括
设置在所述缸筒底端的贴合所述第一端盖的补偿气囊。由此，能够方便进行气体补偿。
11.另外，在本公开第一方面所涉及的堆叠活塞头式磁流变减震器中，可选地，若干所述导磁片厚度相同，所述活塞杆垂直所述导磁片。由此，能够方便将各导磁片设置为相同厚度，能够方便排布各导磁片。
12.另外，在本公开第一方面所涉及的堆叠活塞头式磁流变减震器中，可选地，所述外壳包括外骨架、盖设在所述外骨架两端的第一紧固件和第二紧固件。由此，能够方便形成外壳。
13.另外，在本公开第一方面所涉及的堆叠活塞头式磁流变减震器中，可选地，所述线圈缠绕于所述外骨架所形成的骨架空间内。由此，能够方便将线圈置于骨架空间内。
14.另外，在本公开第一方面所涉及的堆叠活塞头式磁流变减震器中，可选地，所述活塞杆与所述活塞头螺接固定。由此，能够方便固定连接活塞头和活塞杆。
15.另外，在本公开第一方面所涉及的堆叠活塞头式磁流变减震器中，可选地，所述缸体、所述外壳、所述导磁片以所述活塞杆为轴呈轴对称分布。由此，能够方便将缸体、外壳、导磁片设计为轴对称结构。
16.本公开第二方面提供一种磁流变悬架，其包括如上所述的堆叠活塞头式磁流变减震器。
17.根据本公开，能够提供一种减小导磁铁芯内部电涡流损耗、提升线圈响应速度的堆叠活塞头式磁流变减震器及磁流变悬架。
附图说明
18.现在将仅通过参考附图的例子进一步详细地解释本公开的实施例，其中：
19.图1是示出了本公开的实施方式所涉及堆叠活塞头式磁流变减震器的整体结构示意图。
20.图2是示出了图1中a部分的放大图。
21.图3是示出了本公开的实施方式所涉及活塞头的结构示意图。
22.图4是示出了本公开的实施方式所涉及导磁片的结构示意图。
23.图5是示出了本公开的实施方式所涉及堆叠活塞头式磁流变减震器另一个示例的整体结构示意图。
24.图6是示出了本公开的实施方式所涉及导向器的结构示意图。
25.图7是示出了本公开的实施方式所涉及堆叠活塞头式磁流变减震器中磁路的结构示意图。
26.图8是示出了本公开的实施方式所涉及磁流变悬架的功能模块示意图。
27.图9是示出了本公开的实施方式所涉及磁流变悬架控制系统的功能模块示意图。
28.符号说明：
[0029]1…
缸体，2
…
活塞头，3
…
活塞杆，4
…
磁流变液，5
…
导向器，6
…
补偿气囊，11
…
缸筒，12
…
第一端盖，13
…
第二端盖，21
…
外壳，22
…
线圈，23
…
导磁片，51
…
导流孔，102
…
间隙，141
…
第一腔室，142
…
第二腔室，143
…
第三腔室，211
…
外骨架，212
…
第一紧固件，213
…
第二紧固件，214
…
骨架空间，231
…
磁体，232
…
绝缘镀层。
具体实施方式
[0030]
本公开引用的所有参考文献全文引入作为参考，如同完全阐述的那样。除非另有定义，本公开所使用的技术和科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解相同的含义。为本领域技术人员提供了本技术中所使用的许多术语的一般指南。本领域技术人员将认识到可以用于本公开的实践中的与本公开所描述的那些相似或等同的许多方法和材料。实际上，本公开决不限于所描述的方法和材料。
[0031]
以下，参考附图，详细地说明本公开的优选实施方式。在下面的说明中，对于相同部件赋予相同的符号，省略重复说明。另外，附图只是示意图，部件相互之间尺寸的比例或者部件形状等可与实际不同。
[0032]
需要说明的是，本公开中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，例如所包括或所具有的一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可以包括或具有没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0033]
另外，在本公开的以下描述中涉及的小标题等并不是为了限制本公开的内容或范围，其仅仅是作为阅读的提示作用。这样的小标题既不能理解为用于分割文章的内容，也不应将小标题下的内容仅仅限制在小标题的范围内。
[0034]
图1是示出了本公开的实施方式所涉及堆叠活塞头式磁流变减震器的整体结构示意图。图2是示出了图1中a部分的放大图。图3是示出了本公开的实施方式所涉及活塞头的结构示意图。图4是示出了本公开的实施方式所涉及导磁片的结构示意图。
[0035]
参照图1至图4，本实施方式所涉及的堆叠活塞头式磁流变减震器(以下有时简称为减震器)可以是设置于汽车悬架上的减震器，该减震器可以包括缸体1、活塞头2、活塞杆3以及磁流变液4。
[0036]
具体的，活塞头2以可滑动的方式设置于缸体1内，活塞杆3一端可以固定连接活塞头2，另一端可以伸出缸体1外，磁流变液4可以填充于缸体1的工作腔中。
[0037]
在本实施方式中，活塞头2可以包括外壳21、缠饶在外壳21的线圈22、以及堆叠在外壳21内的若干导磁片23。其中，每个导磁片23可以包括磁体231和覆盖磁体231的绝缘镀层232。活塞头2可以与缸体1之间形成有预定距离的间隙102，可以通过改变通入线圈22中的电流大小以改变导磁片23所产生的磁场大小，进而改变磁流变液4在间隙102中流动产生的阻尼力，进而可以实现对汽车的减震控制。
[0038]
在本公开中，通过将整块的导磁铁芯替换为多块堆叠的磁体231、且分别在磁体231上镀上绝缘镀层232，多块堆叠的磁体231在磁场可以叠加的基础上，通过磁体与磁体之间的绝缘镀层232能够减少该多块磁体231因线圈22电流频繁改变而导致的电涡流，从而能够降低该减震器的能耗，并且能够提升该减震器的响应时间。
[0039]
在一些示例中，绝缘镀层232的材质可以为绝缘漆、橡胶、pv、pc、氧化铝陶瓷、陶瓷聚合物等。
[0040]
在一些示例中，磁体231可以为硅钢材质的薄片结构。由此，磁体中的硅能够增大其电阻，能够进一步起到减小涡流的作用。
[0041]
在一些示例中，该导磁片23可以设计为中间开孔的薄圆片状结构，中间的开孔可以用于被活塞杆3穿设。
[0042]
在一些示例中，可以根据图3中活塞头2所示的形状合理的设计导磁片23的大小，具体可以将被线圈22缠绕的那一部分设计为半径较小的圆片形导磁片，可以将活塞头2上下端部中的导磁片设计为半径尺寸较大的导磁片。
[0043]
在一些示例中，可以将预先制作好的导磁片23依次层叠设置在活塞头2中。
[0044]
在一些示例中，若干导磁片23可以沿活塞杆3的轴向依次层叠设置在外壳21内，活塞杆3可以通过导磁片23中预留的开孔穿设过活塞头2。在这种情况下，能够将导磁片23合理的排布在活塞头2内，且能够使其形成的导磁片23组降低因线圈22电流频繁改变而导致的电涡流。
[0045]
在一些示例中，若干导磁片23的厚度可以相同，活塞杆3可以垂直导磁片23所在的平面。由此，能够将各导磁片23完全填充满活塞头2，且能够通过合理的排布导磁片23使其降低因线圈22电流频繁改变而导致的电涡流。
[0046]
在一些示例中，导磁片23(也即硅钢片)的厚度可以尽量薄。由此，能够更好的减小涡流效应。
[0047]
在一些示例中，导磁片23的厚度可以逐渐递减或逐渐递增。
[0048]
在一些示例中，缸体1的外形可以呈圆柱体结构。
[0049]
在一些示例中，活塞头2的外形可以呈适配圆柱形缸体1工作腔的圆柱体结构。
[0050]
在一些示例中，在环绕活塞头2的四周与缸体1之间可以形成预定距离的环形间隙102，且该环形间隙102可以处处等距。
[0051]
在一些示例中，活塞杆3与活塞头2可以螺接固定。由此，能够方便固定连接活塞2头和活塞杆3。
[0052]
在一些示例中，缸体1、外壳21、导磁片23可以以活塞杆3为轴呈轴对称分布。由此，能够方便将该减震器设计为轴对称结构。
[0053]
在一些示例中，外壳21可以包括外骨架211、盖设在外骨架211两端的第一紧固件212和第二紧固件213。在一些示例中，第一紧固件212可以为上紧固件，第二紧固件213可以为下紧固件。
[0054]
在一些示例中，第一紧固件212和第二紧固件213的中心轴处可以开设有开孔，开孔处可以具有与活塞杆3螺接的内螺纹。
[0055]
在一些示例中，第一紧固件212、第二紧固件213、导磁片23的中心开孔大小可以一致并同轴。
[0056]
在一些示例中，第一紧固件212和第二紧固件213可以设计为螺帽状结构。
[0057]
在一些示例中，第一紧固件212和第二紧固件213可以螺接在外骨架211两端。由此，能够方便将外壳21设计为可拆卸结构。
[0058]
在另一些示例中，第一紧固件212和第二紧固件213与外骨架211的连接方式可以为卡接、螺接、螺丝固定等。
[0059]
在一些示例中，线圈22可以缠绕于外骨架211所形成的骨架空间214内。在这种情况下，通过将线圈22置于骨架空间214内，能够减少磁流变液4对线圈22造成的腐蚀和损坏。
[0060]
图5是示出了本公开的实施方式所涉及堆叠活塞头式磁流变减震器另一个示例的整体结构示意图。图6是示出了本公开的实施方式所涉及导向器5的结构示意图。
[0061]
参照图5和图6，在一些示例中，缸体1可以包括缸筒11、盖设在缸筒11两端的第一
端盖12和第二端盖13。在一些示例中，第一端盖12可以为下端盖，第二端盖13可以为上端盖。
[0062]
在一些示例中，第一端盖12和第二端盖13可以螺接在缸筒11两端。在这种情况下，能够将缸体1设计为通过第一端盖12和第二端盖13实现的可拆卸结构。
[0063]
在一些示例中，第一端盖12和第二端盖13与缸筒11的连接方式也可以为卡接、螺丝固定等。
[0064]
在一些示例中，活塞杆3可以与活塞头2中的外骨架211螺接固定。由此，能够方便固定连接活塞头2和活塞杆3。
[0065]
在一些示例中，该减震器还可以包括螺接固定于活塞杆3一端的导向器5，工作腔可以被导向器5和活塞头2分割出第一腔室141、第二腔室142和第三腔室143，导向器5可以具有连通第一腔室141和第二腔室142中磁流变液4的导流通孔51。第一腔室141和第二腔室142中的压强可以相同，并可以不同于第三腔室143，由此，能够方便磁流变液4在3个腔室中流动。
[0066]
在一些示例中，导流通孔51可以为如图6所示的4条弧形通孔。
[0067]
在一些示例中，导流通孔51也可以为分布在导向器5中心孔周围的若干数量的矩形、圆形或其他不规则形状的通孔。在一些示例中，导流通孔51的数量也可以设置为1个、2个、3个、5个等。
[0068]
在一些示例中，该减震器还可以包括设置在缸筒11底端的贴合第一端盖12的补偿气囊6。由此，能够方便对工作腔进行气体补偿。
[0069]
在一些示例中，补偿气囊6中可以填充有惰性气体。
[0070]
在一些示例中，惰性气体例如可以为高压氮气。
[0071]
图7是示出了本公开的实施方式所涉及堆叠活塞头式磁流变减震器中磁路的结构示意图。也即，由堆叠式活塞头2和缠绕在活塞头2上的线圈22所产生的磁场线的路径示意图。
[0072]
参照图7，在本实施方式中，在给线圈22施加电流后，由线圈22和导磁片23所形成的磁路可以如图7所示环绕线圈22。
[0073]
在本公开中，当活塞头2中内置整块铁芯时，根据电磁感应原理，当线圈22中通入变化的电流，磁路中的磁通也会随时间交变，同时会在铁芯中感生出一个旋涡状电动势，此旋涡状电动势从而感应出在垂直于磁通方向的平面上围绕磁感应线呈旋涡状流动的涡流电流。该电流通过涡流回路电阻在铁芯产生热损耗，也即涡流损耗，由此进一步导致减震器的功耗增大，线圈22的响应时间增加。
[0074]
在本实施方式中，由于将导磁铁心替换为叠装而成的涂有绝缘涂层(或绝缘漆)的薄硅钢片，由此能够阻断由整块导磁铁芯造成的大回路的涡流；同时，由于硅有较高的电阻率，采用薄硅钢片又加长了涡流路径从而能够使涡流电阻增大；同时，硅钢片很薄，能够使通过每片硅钢片的磁通较整个铁心大为减小，从而使每片中的感生电动势降低，因此能够达到减小涡流的目的，从而能够降低减震器的功耗，减小线圈22的响应时间。
[0075]
以图5所示减震器为例，本公开所涉及的减震器的组装方法可以包括如下步骤：
[0076]
可以先将线圈22缠绕在外骨架211的骨架空间214内，并预留通道以将线圈22引出减震器外，密封骨架空间214以避免磁流变液4对线圈22的腐蚀损坏；
[0077]
可以再将第二紧固件213螺接在外骨架211底端；
[0078]
再将具有中间开孔的导磁片23逐片层叠在外骨架211内，直至导磁片23堆叠满外骨架211的内空间；
[0079]
此时再将第一紧固件212螺接在外骨架211顶端；
[0080]
将活塞杆3从导磁片23、第一紧固件212、第二紧固件213共有的中心开孔插入并螺接在第一紧固件212和第二紧固件213的中心开孔处；
[0081]
再将导向器5螺接在活塞杆3的一端，由此完成活塞头2、活塞杆3以及导向器5的安装固定；
[0082]
可以先将补偿气囊6固定在第一端盖12内；
[0083]
再将第一端盖12螺接固定在缸筒11的底端；
[0084]
可以再将上述组装好的活塞头2、活塞杆3以及导向器5置入缸筒11内；
[0085]
向缸筒11内注入磁流变液4；
[0086]
将活塞杆3穿设过第二端盖13预留的中心孔；
[0087]
将第二端盖13螺接固定在缸筒11的顶端，由此完成对整个减震器的安装。
[0088]
可以理解的是，上述安装方式并不固定，可以根据安装习惯灵活调整；也可以按照上述安装方式形成固定的安装步骤以流水化机械组装该减震器。
[0089]
本公开还提供了一种磁流变悬架a，该磁流变悬架a可以包括上述的减震器a1、以及与减震器连接的弹性元件a2和导向机构a3。
[0090]
本公开还提供了一种磁流变悬架控制系统，该磁流变悬架控制系统可以包括上述的磁流变悬架a、以及车轮b、车身c、控制器d以及感测元件e。磁流变悬架a可以连接在车轮b和车身c之间，磁流变悬架a可以通过线圈22的引出线与控制器d电连接，感测元件e可以设置于车轮b和/或车身c上用于感测车轮b或车身c的状态变化。具体的，减震器中的活塞杆3另一端可以顶接车轮(或车桥)，减震器第一端盖12可以通过相应部件连接车身c。
[0091]
在一些示例中，感测元件e可以包括安装在磁流变悬架a和车身c之间的簧载加速度传感器e1和安装在车轮b上的车轮加速度传感器e2。簧载加速度传感器e1可以用于测量车身c的加速度并实时将该信号发送至中控器d，车轮加速度传感器e2可以实时测量车轮的加速度并将该信号发送至中控器d，中控器可以用于接受上述信号以判断车辆的行驶状态或路面状态进而输出电流控制减震器的输出阻尼。
[0092]
当然，上述的车轮也可以为飞机轮，车身也可以为机身。
[0093]
本公开所涉及的减震器的工作原理：
[0094]
在使用过程中，当飞机或汽车的轮胎受到震动而推动本装置堆叠活塞头式磁流变减震器中的活塞杆3向上移动时，缸筒11内的磁流变液4通过活塞头2与缸筒11之间的环形间隙102从第二腔室142流入第三腔室143中，第一腔室141中的磁流变液4可以通过导向器5上的导流孔51流入第二腔室142，由活塞杆3推动而引起的腔室内体积变化可以由补偿气囊6中高压氮气的体积的变化来补偿。与此同时，在缓冲过程中，中控器d给线圈22施加电流后，线圈22和层叠的导磁片23所形成的磁场线可以如图7所示磁路分布，并对活塞头2与缸筒11之间的环形间隙102中的磁流变液4施加磁力控制，环形间隙102中的磁流变液4的粘度会随着线圈22中施加电流大小的变化而变化，从而实现对减震器a1输出阻尼的控制。
[0095]
在本实施方式中，通过将置于活塞头2中的整块磁芯置换为由一片片的薄圆片形
导磁片23所层叠形成的结构，并在每个导磁片23中的磁体231分别镀上一层绝缘镀层232，由此，能够大大降低由一整块磁芯所形成的电涡流效应，进一步能够降低该减震器的功耗或电流损耗，并且能够提升线圈22的响应速度。
[0096]
根据本公开，能够提供一种能够减小导磁铁芯内部电流损耗、提升线圈影响速度的堆叠活塞头式磁流变减震器。
[0097]
虽然以上结合附图和实施例对本公开进行了具体说明，但是可以理解，上述说明不以任何形式限制本公开。本领域技术人员在不偏离本公开的实质精神和范围的情况下可以根据需要对本公开进行变形和变化，这些变形和变化均落入本公开的范围内。