專利名稱：磁流變阻尼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種與權(quán)利要求1一致的磁流變(MR)阻尼器。
背景技術(shù)：
MR阻尼器包括一種磁流變流體、一個流體施加于其中的工作容積和一個用于產(chǎn)生磁場的元件，其中通過磁場的施加，流體的流動性范圍可以改變。
外殼腔由活塞分成活塞掃過的容積和氣缸容積，同時流體可以通過開口，在容積間流動。通常，在閥模式、切變模式或者擠壓模式內(nèi)操作的MR阻尼器是已知的。然而單個的原理常?；旌显谝黄穑圆豢赡軠?zhǔn)確地分類。
例如在專利說明書US5398917圖3中公開了一個以閥模式和切變模式操作的MR阻尼器。開口形成在活動的活塞和外殼內(nèi)壁之間。間隙內(nèi)的流體由一個電線圈產(chǎn)生的磁場控制，電線圈徑向布置在活塞上。如果活塞的軸向運動發(fā)生，流體流過開口，從氣缸容積進(jìn)入活塞行程容積，或者反之亦然。由于自由橫截面/氣缸(活塞行程)容積的比例＜1，因此活塞的運動被相對地阻尼。開口起閥的作用，通過粘度變化可以增加或降低它的效果。
而且流過開口的流體橫跨固定的外殼內(nèi)壁和移動活塞上的自由截面發(fā)生切變，從而引起了附加的阻尼。
這種技術(shù)方案存在的缺點是，線圈安裝在活塞上，因此不能通過簡單而且迅速地進(jìn)行線圈的替換，從而使MR阻尼器適應(yīng)相應(yīng)的工作(阻尼特性)條件。因此對于不同阻尼條件，MR阻尼器的適應(yīng)達(dá)到最佳是不可能的。
已知的技術(shù)方案的另一個缺點是，通過流體粘度產(chǎn)生的阻尼沒有通過活塞內(nèi)開口的橫截面和有關(guān)的節(jié)流效果產(chǎn)生的阻尼多。也就是，不能最佳地利用磁流變流體的流動和蠕動特性。
這種的技術(shù)方案的另一個缺點是，當(dāng)施加負(fù)荷時，在行程容積和氣缸容積間閥模式可能產(chǎn)生相當(dāng)大的壓力差，同時MR阻尼器的全部部件，尤其是密封必須根據(jù)相應(yīng)的條件設(shè)計。
US5492312中公開了一種MR阻尼器，其中線圈布置在外殼腔外部，而且MR阻尼器不以閥模式操作。MR阻尼器以擠壓模式操作，因此通過借助于施加線圈形成的磁場，整個外殼腔并因此全部的流體受到磁場控制，線圈延伸通過MR阻尼器的全部長度。這里流體可以流過活塞和外殼內(nèi)壁之間的環(huán)空間，外殼內(nèi)壁在氣缸容積和活塞行程容積之間。
這種的技術(shù)方案的一個缺點是，整個外殼腔暴露于磁場，因此通過擠壓活塞行程容積內(nèi)或通過環(huán)空間的流體得到阻尼，沒有在流體內(nèi)收聚活塞得到的阻尼多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種MR阻尼器，其可以消除上述的缺點，并因此可以充分展示改良的響應(yīng)特性。
該目的通過權(quán)利要求1的特征實現(xiàn)。
為達(dá)到此目的，提供一種優(yōu)選以擠壓模式和切變模式操作的MR阻尼器。閥模式明顯地減少。根據(jù)本發(fā)明，在氣缸和活塞間的單軸開口由相對于活塞軸線傾斜形成的環(huán)空間代替。這里，環(huán)空間延續(xù)的位移容積和一個與環(huán)空間相連的活塞腔，通過孔構(gòu)成氣缸容積(活塞腔)和活塞掃過的容積(位移容積)。通過相對于環(huán)空間的內(nèi)部寬度相應(yīng)地選擇孔的直徑來降低閥效果。為了在環(huán)空間內(nèi)產(chǎn)生磁場，一個電線圈徑向地附在氣缸外部。
將電線圈設(shè)置在外殼腔外部的優(yōu)選布置方式的實質(zhì)優(yōu)點是，電線圈可以快速而方便地更換，因此可以實現(xiàn)MR阻尼器相應(yīng)的適應(yīng)于使用條件。
一旦活塞軸向運動，與活塞相反的流體產(chǎn)生一個擠壓力和一個剪切力，因此活塞被阻尼。擠壓和剪切力例如取決于粘度、孔的直徑以及環(huán)空間相對于活塞軸線的傾斜方向。
提供一個優(yōu)選的實施例，其相對于橫軸對稱形成的MR阻尼器，因此阻尼可以在拉和推兩個方向內(nèi)發(fā)生?；钊煌ㄟ^附加孔與第二環(huán)空間連通，該第二環(huán)空間通向第二位移容積。第二環(huán)空間也由來自電線圈的磁場所覆蓋，線圈可操作地產(chǎn)生反指向或同指向磁場。
在這種清況，活塞腔僅是流體進(jìn)入第二位移容積的通道。根據(jù)活塞的軸向運動，第一位移容積或第二位移容積作為行程容積或氣缸容積操作。
在另一個優(yōu)選實施例中，MR阻尼器設(shè)有填充和流出孔。而且在環(huán)空間和活塞腔之間的孔靠近活塞軸線設(shè)置，由此更加強了擠壓模式。
根據(jù)本發(fā)明的MR阻尼器應(yīng)用的一個特別的領(lǐng)域是，例如阻尼在鐵道設(shè)施中出現(xiàn)的高頻。當(dāng)相應(yīng)地安裝在軌道基床內(nèi)或在地基內(nèi)時，尤其可以抑制高頻。
更有利的實施例是從屬權(quán)利要求的主題。


在隨后示意性的附圖中，詳細(xì)地描述了優(yōu)選實施例，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的磁流變阻尼器的截面圖，以及圖2是根據(jù)本發(fā)明的、具有填充和流出孔的磁流變阻尼器的截面圖。
具體實施例方式
圖1示出了一個根據(jù)本發(fā)明的磁流變(MR)阻尼器2，其包括一個在非導(dǎo)磁活塞桿5上的活塞4，活塞4在充滿磁流變流體的氣缸8的阻尼器腔6內(nèi)被導(dǎo)引。MR阻尼器2相對于橫向于縱軸10延伸的橫軸12對稱設(shè)計，由此獲得在運動的兩個軸向方向上的阻尼沖程，這樣拉伸的和壓縮的力都可以被阻尼。
活塞4，也稱為電樞，在氣缸8的內(nèi)錐面20、22和對應(yīng)形狀的外錐面24、26之間形成兩個環(huán)空間16、18，兩環(huán)空間傾斜于活塞軸線10。由于環(huán)空間16、18的方向是傾斜的，因此與軸向方向的環(huán)空間相比環(huán)空間容積增大，因此可相應(yīng)地提供更多的流體以便阻尼活塞4。氣缸8的內(nèi)錐面20、22由在軸向相對位置內(nèi)的兩個活塞配對物28、30形成，兩個活塞配對物28、30也稱為電樞配對物。活塞配對物28、30插入磁極管32內(nèi)而且間隔分離，這樣在它們之間的區(qū)域內(nèi)、在氣缸8的內(nèi)圓周面34上，為氣缸8內(nèi)的活塞4形成一個導(dǎo)引面36。在導(dǎo)引面36和活塞4之間有一個流體薄膜。后者以切變模式應(yīng)變，并因此承擔(dān)切變模式的任務(wù)，也就是在施加磁場時，媒質(zhì)(MR流體)的切應(yīng)變(粘度)增加。作為切應(yīng)變增加的結(jié)果，活塞(電樞)的運動被增加的運動阻力阻止。應(yīng)當(dāng)注意的是，盡管流體薄膜由磁流變流體形成，流體不會沿著環(huán)空間16、18之間的導(dǎo)引面36流動。
環(huán)空間16、18在內(nèi)錐面20、22和外錐面24、26之間延伸，而且在內(nèi)位移容積38、40和磁極管32的內(nèi)圓周面34外部之間徑向地延伸。在環(huán)空間16、18的中心部，孔42形成在活塞4內(nèi)，該孔與活塞腔43連通，因此流體可根據(jù)活塞4的軸向運動在位移容積38、40之間流動。流體通過活塞腔43的流動允許根據(jù)閥模式的MR阻尼器導(dǎo)引活塞4，其中不同于根據(jù)擠壓和切變模式的已知MR阻尼器，滑動面不設(shè)置通道。位移容積16、18通過密封44、46與環(huán)境隔離，例如在活塞配對物28、30內(nèi)，徑向地圍繞活塞軸線設(shè)置的膜密封。
阻尼器腔6的徑向外側(cè)，兩個電線圈48、50圍繞氣缸8并排設(shè)置。電線圈48、50包圍磁極管32，而且它們每一個都通過導(dǎo)磁部52、54和56覆套。通過隔離環(huán)58、60實現(xiàn)電線圈48、50的軸向定位，隔離環(huán)58、60設(shè)在活塞配對物28、30的凸緣型端部62、64之間。電線圈48、50可以獨立地驅(qū)動，而且尤其可各自以一個磁場延伸穿過環(huán)空間38、40，同時磁場優(yōu)選彼此相反。這樣具有的優(yōu)點是，當(dāng)兩個線圈48、50被驅(qū)動時，在阻尼后，氣缸8內(nèi)的活塞4自動返回開始位置，因此不需要用于復(fù)位活塞的、諸如彈簧的外部裝置。這種布置其它的優(yōu)點是，本發(fā)明的MR阻尼器可以用作差動節(jié)流路徑測量設(shè)備，因此阻尼沖程可與阻尼平行測量。
為了避免兩個磁場重疊，兩個非導(dǎo)磁環(huán)66、68將磁極管32分成三個導(dǎo)磁部70、72和74。非導(dǎo)磁環(huán)66、68的數(shù)目取決于電線圈48、54的數(shù)目。
如果活塞4發(fā)生軸向運動，在位移容積38、40和環(huán)空間16、18兩者內(nèi)的流體被擠壓，同時切變發(fā)生在孔42開口區(qū)域。阻尼基本上作為在環(huán)空間38、40內(nèi)、孔42上部擠壓的結(jié)果發(fā)生，因為磁場主要應(yīng)用于環(huán)空間38、40，而且流體可以從位移容積16、18經(jīng)環(huán)空間38、40進(jìn)入孔42，并因此分別進(jìn)入活塞腔43或相對的位移容積16、18。
為了支持切變效果，孔42的直徑可以選擇成例如大于環(huán)空間38、40的內(nèi)部寬度。因此，孔42實際上不構(gòu)成流體流動的節(jié)流區(qū)，所以差動壓力不會在孔42的開口間逐步形成。
因此閥模式的效果是次要的。盡管上述效果可以通過相對于環(huán)空間38、40的內(nèi)部寬度減少孔42的直徑增強，這種措施仍然引起切變和擠壓效果的降低。
阻尼器沖程原則上可以通過MR阻尼器的設(shè)計和流體的粘度確定(流動性范圍與施加的磁場成比例)。例如，為了增強閥模式，可改變MR阻尼器結(jié)構(gòu)從而達(dá)到改變孔42的直徑/環(huán)空間16、18的內(nèi)部寬度比例的效果，或者為了進(jìn)一步加強切變和擠壓模式，可以相對于活塞軸線選擇改變的環(huán)空間傾斜方向。例如可通過將磁場延伸至位移容積38、40提高流動性范圍。
圖2示出了具有填充和流出孔76的MR阻尼器。填充和流出孔76一方面在活塞配對物28、30內(nèi)，在位移容積38、40和凸緣型端部62、64內(nèi)軸向延伸的凹口78間大致軸向延伸，在另一方面，從活塞腔43朝向?qū)б?6的方向徑向地穿過活塞4。凹口78可設(shè)計作為填充開口，而且可以借助于相應(yīng)的蓋打開或關(guān)閉，優(yōu)選采用一個螺旋塞。
由于填充和流出孔76的設(shè)置，當(dāng)在填充的同時填充開口打開時，不能截留空氣，而且當(dāng)流體更換時，舊流體的殘留量不能聚集在MR阻尼器2內(nèi)。
另外，活塞4內(nèi)的孔42靠近于活塞桿5布置。這樣具有的優(yōu)點是，延長了位于孔42之上的環(huán)空間16、18的區(qū)域80，從而增強了擠壓效果。
一個實施例中，電線圈48、50不是布置在阻尼器腔外部，而是布置在阻尼器腔6內(nèi)部，例如徑向地布置在活塞4上。
另一個實施例中，不是通過電線圈48、50，而是通過其它適合的元件產(chǎn)生需要的磁場，其它適合的元件例如可以是磁體。這里元件的數(shù)目取決于要施加的阻尼器力?？梢韵胂蟮氖?，不僅一個環(huán)空間18，而且阻尼器腔6的其它區(qū)域或者整個阻尼器腔6都可以受磁場控制。
另一個實施例中，流體不在行程容積和氣缸容積之間的活塞腔43流動，而在形成于活塞4和內(nèi)圓周面34間的內(nèi)部空間流動。
這里公開了一個磁流變(MR)阻尼器，其包括一個在氣缸內(nèi)引導(dǎo)的活塞，氣缸充滿磁流變流體。在活塞和氣缸之間，相對于活塞軸線傾斜形成它的工作容積。
參考符號列表2 MR阻尼器4 活塞(電樞)5 活塞桿6 阻尼器腔8 氣缸10 縱軸12 橫軸16 環(huán)空間18 環(huán)空間20 內(nèi)錐面22 內(nèi)錐面24 外錐面26 外錐面28 活塞配對物(電樞配對物)30 活塞配對物(電樞配對物)
32 磁極管34 內(nèi)圓周面36 導(dǎo)引面38 位移容積40 位移容積42 孔43 活塞腔44 密封46 密封(膜)48 電線圈50 電線圈52 導(dǎo)磁部54 導(dǎo)磁部56 導(dǎo)磁部58 隔離環(huán)60 隔離環(huán)62 凸緣型端部64 凸緣型端部66 非導(dǎo)磁環(huán)68 非導(dǎo)磁環(huán)70 導(dǎo)磁部72 導(dǎo)磁部74 導(dǎo)磁部76 填充和流出孔78 凹口(填充開口)80 上部區(qū)域
權(quán)利要求
1.一種磁流變(MR)阻尼器(2)，包括一個在氣缸(8)的阻尼器腔(6)內(nèi)引導(dǎo)的活塞(4)，氣缸充滿磁流變流體，其流變性質(zhì)可以通過磁場的應(yīng)用改變，其中隨活塞(4)運動的同時流體從工作容積推入接收空間，其特征在于在活塞(4)和氣缸(6)間，工作容積通過環(huán)空間(16、18)相對于活塞軸線傾斜伸出形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MR阻尼器，其特征在于活塞(4)通過其外圓周面形成環(huán)空間(16、18)，而且通過其活塞桿(5)形成一個活塞腔(43)，該活塞腔通過至少一個孔(42)與環(huán)空間(16、18)連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的MR阻尼器，其特征在于孔(42)布置在活塞(4)內(nèi)環(huán)空間(16、18)的中心區(qū)域，孔的直徑選擇成使得環(huán)空間(16、18)的內(nèi)部寬度基本上較小。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的MR阻尼器，其特征在于環(huán)空間(16、18)由氣缸(8)的內(nèi)錐面(20、22)和活塞(4)相應(yīng)形成的外錐面(24、26)形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的MR阻尼器，其特征在于內(nèi)錐面(20、22)由插入磁極管(32)的活塞配對物(28、30)形成，磁極管(32)的內(nèi)圓周面(34)將環(huán)空間(16、18)限定在彼此以一定間隔放置的活塞配對物(28、30)之間的區(qū)域內(nèi)。
6.根據(jù)上述任何一個權(quán)利要求所述的MR阻尼器，其特征在于作為環(huán)空間(16、18)的延續(xù)，形成了一個位移容積(38、40)。
7.根據(jù)上述任何一個權(quán)利要求所述的MR阻尼器，其特征在于MR阻尼器(2)設(shè)計成相對于橫軸(12)對稱，橫軸(12)橫向于縱軸(10)延伸。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MR阻尼器，其特征在于磁流變流體流過位移容積(38、40)之間的活塞腔(43)。
9.根據(jù)上述任何一個權(quán)利要求所述的MR阻尼器，其特征在于阻尼器腔(6)通過密封(44、46)、優(yōu)選采用膜密封與環(huán)境軸向地分離。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的MR阻尼器，其特征在于磁極管(32)優(yōu)選由兩個非導(dǎo)磁環(huán)(66、68)分成三個導(dǎo)磁部(70、72、74)。
11.根據(jù)上述任何一個權(quán)利要求所述的MR阻尼器，其特征在于兩個電線圈(48、50)應(yīng)用在環(huán)空間(16、18)的外部，用于產(chǎn)生環(huán)空間(16、18)內(nèi)的磁場。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的MR阻尼器，其特征在于電線圈(48、50)可由其它用于產(chǎn)生磁場的元件替換，而且數(shù)目和元件相互間是可變的。
13.根據(jù)上述任何一個權(quán)利要求所述的MR阻尼器，其特征在于MR阻尼器(2)包括填充和流出孔(76)，一些敞開到填充開口(78)中的填充和流出孔(76)優(yōu)選適于通過螺旋塞打開和關(guān)閉。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的MR阻尼器，其特征在于填充和流出孔(76)從填充開口(78)到位移容積(16、18)，近似軸向地延伸穿過活塞配對物(28、30)，而且沿導(dǎo)引面(36)的方向從活塞腔(43)徑向地穿過活塞(4)。
全文摘要
公開一種磁流變(MR)阻尼器，其包括一個在氣缸內(nèi)引導(dǎo)的活塞，氣缸充滿磁流變流體。在活塞和氣缸之間，相對于活塞軸線傾斜形成它的工作容積。
文檔編號F16F9/34GK1553998SQ02817550
公開日2004年12月8日 申請日期2002年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月7日
發(fā)明者彼得·馬內(nèi)克, 貝恩德·溫克勒, 貝恩哈德·曼哈特斯格魯伯, 溫克勒, 彼得 馬內(nèi)克, 德 曼哈特斯格魯伯 申請人:博世力士樂股份有限公司