专利名称：磁流变流体阻尼器的制作方法
技术领域：
;^^开内容"^殳涉及一种磁流变流体阻尼器，更JM^地说，涉及一种提 供P且;^置每^^立^^只和/輔ti曾加的剪切界面面积的磁流变流体阻尼器。
背景技术：
磁流变(MR)流体属于可控流体的类另'J。这些流体的^#性是它们能 够^^露于磁场时在毫秒级时间内从自由流动的线性梧1"生液体可逆地变为具 有可^^月良强度的半固体。在无外加磁场时，MR流体可近似为牛顿液体。
典型的MR流体是将约20至约40体积％的相对较纯的软铁颗粒(通常 为约3至约5孩沐)悬浮iH者如矿物油、合成油、水或二元醇的载液中而形 成的悬浮液。通常会添加类似于商用润滑剂中的各种专用添加剂，以便防止 重力沉降，促i4l贞粒悬浮，提高润滑性，修正粘度，并抑制磨损。MR流体 的极限强度i^夬于悬浮颗粒的俯和磁化度的平方。
由铁颗粒纟M的MR流* 150-250 kA/m (1 Oe = 80 A/m)的夕卜加磁场 的作用下通常^i见出30-90 kPa的最;bS服强度。MR流M于在制备和^^1 过程中可負fe^t^的水分或其它污染物并不十分敏感。另外，因为磁极4Wm 不受表面活性剂和添加剂的表面化学的影响，所以相对直接简单的是使MR 流体^#^急定，以使得尽管存在较大的密M配，仍可防止颗粒-液^^分离。
大多g置^！ MR流体的模W阀式、直剪M这两种模式的组合。 阀式装置的实例包括伺服阀、阻尼器和减震器。直剪式装置的实例包括离合 器、制动器和变摩擦减震器。MR阻尼器可以提供的最大冲程力通常取决于 MR流体的'f錄、流型和阻尼器的大小。然而，目前的MR材料、流型和阻尼器几何结构所能iii'j的冲程力范围 还不足以^吏这些装置实际用于某些应用，例如碰撞管理应用。对于某些应用 来说，每^f立^^只需要增加的剪切界面，因为这直接增大了有效沖程力。
发明内容
本文公开一种磁流变阻尼器，其包拾圓柱形壳体；设置于所述圓柱形 壳体中的;兹流变流体；设置于所述圓柱形壳体内且与所述圓柱形壳体滑动啮 合的活U且件，其限定第一腔室和第二腔室，其中所述活SI且件包括数个从 所述第一腔室延伸到所述第二腔室的圓柱形流体通道和至少一个电磁体；以 及与所述电》兹体电连通的电源。
在另一实施例中，磁流变阻尼器包括圆柱形壳体；设置于所述圆柱形 壳体中的i兹流变流体；设置于所述圆柱形壳体内且与所述圆柱形壳体滑动啮 合的活塞组件，其限定第一腔室和第二腔室，其中所述活Si且件包4舌开放单 元多孑L^"质和至少一^H殳置于所述活S^且件中心的电磁体，其中所述多孑UV 质包括数个乂A^斤述第一腔室延伸到所述第二腔室的流体通道；以及与所述电 》兹体电逸二通的电源。
以下各图和胁实施方i(^例说明上ii^其它特征。
现参照附图，这些图是例示性实施例，其中类^it件用类似数字编号 图1是磁流变阻尼器的4M面图2是图1中的MRP且尼器的根据一个实施例的活1^且件的端视图； 图3是图1中的MR阻尼器的根据第二实施例的活Si且件的端视图； 图4是图1中的MR阻尼器的根据第三实施例的活Si且件的端视图。
JW^实施方式
本文公开一种磁流变流体阻尼器，il^又称为MR阻尼器。MR阻尼器尤其适合用于需要P且尼控制的应用，在一优选实施例中，其采用提供增加的 装置每^f立^i。、的剪切界面面积的设计，由jH^是高冲程力，从而UW贿技
术中所提到的一些问题。如下文将更详细地"i链，本iL/斤述的MR阻尼l^f尤 絲用开放单元多孑Uh质的活塞，以便提供多个流体通道。这些流体通道可 以具有或可以不具有相同的几何结构和尺寸。
已知，大的^J争比(turn-up ratio)可以通过减小断态力(off-state force) 和/或通过提高/增大初始通态力(on-state force)来获得。初始通态力通常取 决于MR流体的屈月R^力，而后者xi要^;夬于流体流动间隙中的-M密度。 已发现，通过增加由流体通道提供的每^f立体积的剪切界面面积，可以获得 大的反转比。
图1图解说明流体通道的每#^立#^只具有增加的剪切界面面积的例示性 磁流变(MR)流体阻尼器10的構戴面图。MR流体阻尼器10包^r总体际为 12的活SI且件，此活SM件可滑动地啮合在圓柱形壳体14内。圓柱形壳体 14的两端用端盖16、 18密封。浮动活塞20设置于壳体14内靠近端盖18的 位置。这样，活塞组件12便限定了第一腔室22和第二腔室24，这两个腔室 内都充满了 MR流体。由浮动活塞20和壳体端盖18限定的第三腔室25内充 满惰性气体。这样，第三腔室25便和MR流体分隔开。浮动活塞20和其中 的惰性气体在活Si且件12的运动过程中适应变化的杆#^口、。
活SiEL件12附接在空心杆26上，空心杆26在与端盖16相邻设置的密 封轴承28内滑动。导线20^X于由空心杆26提供的内部区域内。导线20 的一端与活塞組件12内的线圈32电连通。线圈32可以带有可变电流以产生 具有可变且可控的磁通密度的磁场，其磁通密度取决于电流量。这样，便可 以控制设置于活SI且件12内的MR流体的粘度和剪切'tM。导线的另一端与 用于向线圈32提供电流的电源(图中未示)电连通，其中电流可以是交流电 或直流电，这取决于所需应用。
活塞轴承34安^^活EI且件12的环形表面上，以侵iL-i午沿圆片主形壳体 14的壁平滑的滑动接触，同时在第一腔室22和第二腔室24之间形成流体密封。活塞组件12进一步包括数个非同心、非重叠的圓柱形孔36(即，其轴平 行于圆柱体本身的轴)，这些孑L^别延伸穿it;舌:ti且件12，以i"^L许MR流 #第一腔室22和第二腔室24之间流体连通。如图2中更清楚;綠示，圆 柱形孔36具有圆形構载面，从而使得能够具有比过去的设计大得多的横截面 表面积。圓形流道36的大小和数量取决于所需应用。为了^^转比最大化， 圓柱形孔36所提供的4滅面积伊速占活Si且件12的有效横截面积的至少约 30%,更伊。逸大于约40%，进一步更伊逸大于50% (理论上限为约78%)。 在实际使用中，这可能不大于60%，因为单元壁需要足够厚度(即，屈服强 度)，以便能经受住所 口的负荷。圆柱形孔36所提供的^^只增加增大了剪 切界面值，由iH^是高了冲程力。
圓柱形孔36可以由复数块环形板形成，或者可具有单件i^勾造。在用堆 叠排列的环形板形成活Sia件时，每块板都包含数个圓形开口，这些开口经 幼于准而形成圓柱形孔36。圆柱形孔36的横截面直径可以相同或不同，这取 决于所需应用。在一^f戈实施例中，孔36并非圓柱形，而^^有可变直径， 例如是从第一腔室22到第二腔室24直^i^^斤增大的孑L, il^^人第一腔室 22延伸到第二腔室24时直^it^斤减小的孑L这样，断态'fM;^寻以方向'l^也 定向。伊Ci^t也，形成孔36的环形^1 1石M、非磁l"封才料，例如塑料、不4射冈、 铝、叙勤以物。
活塞组件12还可在[端包括端板40，这些端板的尺寸伊Ci4设计^t^ 活塞芯32的各端面，但不会FJL^寻流体^it孔36。端板40赵^ij另外"HM乍 用，那lfe^通过作为活塞芯32与杆26和圓柱体14之间的磁隔离屏障，使漏 通量最小化并由jty曾大初始通态力，从而^/斤述数个圆柱形孔36中的磁场最 大化。因此，端板40优选由硬质、非磁f封杉斗形成。
图3图解i兌明另一实施例，其中活^^且件包^^放单元多孑li吉构。^it 个特定实施例中，介质的每个单iL^包括峰窝壁结构50，所述蜂窝壁结构具 有六边形开口，但也可设想是4勤可多边形开口。开口之间的间^i^择成使得 能够经受住MR流体阻尼器工作时所处的工作压力和环^^^f牛。多片蜂窝结构可以堆叠排列以便在其中形成多孑Utii 52，或者蜂窝结构可以是单件i^勾 造。虽淘苗绘了蜂窝结构，但流体通道也可包^^f可多边形。每个蜂窝的单
itX寸通常:^夬于MR流体的类型及其'^^。但是，为了使大多数MR流体 类型和应用情况下的冲程力最大化，单元开口尺寸M小于约1毫米。
图4图解说明又一用于使冲程力最大化的开放单元多孑L^构。^il个实 施例中，采用格网60。伊Ci^也，格网60狄M^有序石M、非磁^H"料，例 如塑料、不#4岡、铝、错及类似物，并ili^4,成能够经受住MR流体阻尼器 工作时所处的工作压力和环嫂^f牛。格网包括数个从第一腔室22延伸到第二 腔室24的互连流体通道62。
合适的MR流^N"料包括但不限于^t于载流体中的铁磁'f线顺磁l"紹贞 ^i^效粒。合适的顺磁l"紹MiiU斜立包^^、铬、钴、镝、铒、铕、礼、钬、 铁、锰、钕、镍、镨、钐、铽、钛、铀、！^口钇的各种^^4勿，包括其氧化 物、氯化物、辟Jitt、硫化物、氪氧化物和其它有才Jl^^^M^^;。伊[it微 粒包括铁、镍、#^。钴的*,其中可以具有或不具有其它非磁)"阮素； 铁、镍、41^钴与礼的*;及类似物，例如那些包括铅、硅、钴、镍、钒、 钼、铬、钨、锰和/或铜的*;铁氧化物，包括Fe203和Fe304;氮化铁； 碳化铁；m&铁；^J臬M;钴及钴#; 二氧^/l各；不#4冈；硅钢；及 类似物。合i^贞粒的实例包4衫屯铁粉、ii^、铁粉、铁氧^4勿粉/纯铁粉';Ft^4勿 和铁氧^4勿粉/ii^铁粉V^^f勿。伊逸的磁响应孩結立^M4铁，伊Ci^Aia^羰 基铁。
粒^当选择成使^f弱贞^^受到磁场作用时展现出多域特性。颗粒的直 径大小可以小于或等于约1000微米，^it小于或等于约500微米，更优选小 于或等于约100孩沐。颗粒直^ii伊逸大于或等于约0.1微米，更优选大于或 等于约0.5微米，尤其伊逸大于或等于约10樣沐。颗粒的用量廿C^介于总组 成物的约5.0至约50 #4。、％^间。
合适的载流体包括有才;u^体，尤其是非板f鍵才;i^体。其实例包括(但
不限于)硅酮油；矿物油；石^"油；硅酮共聚物；白油；液压油；变压器油；卤4贿才A^体，例如氯^J:至、卤^^5蜡、全氟^Jil和氟化经；二酯；聚 氧化烯；氟^^圭酮；Mitt^lUt; 二醇；合^IS油，包括不々財口及々財口 合^j2油；及包含上述流体中的至少一个种流体的组合。
载体成分的粘度伊4小于或等于约100000厘泊，更伊速小于或等于约 10000厘泊，进一步更优选小于或等于约1000厘泊。粘度还优选大于或等于 约1厘泊，更优选大于或等于约250厘泊，尤其优选大于或等于约500厘泊。
还可^^]含水载流体，尤其是那些包M7j^生矿物粘土 (例如，膨润土 和锂蒙M^S )的载流体。含水载流体可包含水、或含有少J^及性水'忠容)"生有 才W容剂(例如，曱醇、乙醇、丙醇、二曱亚砜、二曱基曱酰胺、碳S臾乙烯酯、 碳酸丙烯酯、丙酮、四氬p夫喃、乙醚、乙二醇、丙二醇等)的水。极f生有机 溶剂的用量小于或等于总MR流体的约5.0^ia、％，伏选小于或等于约3.0体 积％。同时，极f鍵才W容剂的用量还伊述大于或等于总MR流体的约0.1^i口、 %，更伊逸大于或等于约1.0^^只％。含水载流体的pH值伊述小于或等于约 13,且优选小于或等于约9.0。同时，含7jc载流体的pH值大于或等于约5.0， 伊速大于或等于约8.0。
可^j^天然或合^j彭润土或锂蒙脱石。MR流体中膨润土或锂蒙脱石的 用量小于或等于总MR流体的约10重量％,优选小于或等于约8.0重量％, 更伊述小于或等于约6.0重量％。伊逸地，膨润土或锂蒙脱石的用量大于或等 于总MR流体的约0.1重量。/。，更优选大于或等于约1.0重量。/。，尤其优选大 于或等于约2.0重1%。
MR流体中的可M分包括粘土、有才M占土、羧Stt皂、^!t剂、阻蚀 剂、润滑剂、核在^^损添加剂、抗泉化剂、触变剂和常M^悬浮剂。羧皿 急包括油酸亚铁、环烷酸亚铁、石划旨酸亚铁、二和三-石划旨l吏铝、石划旨酸锂、 石划旨酸钧、石划旨酸#^石划旨酸钠；錄面活性剂，例如石練酯、磷酸酯、硬 脂酸、单油酸甘油酯、倍半油酸脱水山梨醇酯、月桂酸酯、脂肪酸、脂肪醇、 氟^J旨族聚合酯(fluoroaliphatic polymeric esters);和4ii臾酯、铝酸酯和# 臾 酉旨^lf关剂；及类似物。还可包4^^^醇(例如，聚乙二醇)和部分酯化多元醇。
伊Ci^斜立是纳il^贞粒。合适的樣妍立直径大小可小于或等于约500纳米， 佑逸小于或等于约250纳米，更优选小于或等于约100纳米。微粒直@￡优 选大于或等于约1.0纳米，更伊J选大于或等于约10纳米，尤其，逸大于或等 于约50纳米。微粒的夕卜观比伊速为约0,25至约4，其中外》见比定义为M与 等效圓直径之比。《斜立的用量伊Oi^H"总MR组成的约5至约50^^只％^间。 或者，颗粒可更大一点，例如A^^MtM^贞粒，以便有放地改变磁场中材料的 模量'hl^。然而，更伊速为纳iM^贞粒，因为当^^纳米M^贞粒时，可以通
iiit择粒度、粒^^布和颗粒纟級而容易地定制模量'a^。
线圈32或剩V1a兹体所产生的合适的磁场强度的范围可为大于约0至约 l特斯拉(T)。
在P且;^it程中，存在于腔室22或24之一中的MR流体资bit由本文公开 的^ft实施例所提供的所述数个开口。通过可变i也控制流向线圏32的电流来 改变流体通道36、 52或62中的磁场和石tit量，以便控制MR流体的流动特 性，从而实JJM争定应用所需的阻^^^。活塞组件中的小电-兹体产生垂直于 流体流动方向的磁场。重要的是，在阻尼器处于接通状态时，所述数个流体 通道36、 52或62赵,j提供增大的阻尼力的作用，由)tW是^^是高的^^转比， 同时允"^H周整力-狄阻;L^性，从而优化阻尼，并且提供对(例如)车辆碰 才童管理应用的异常控制。
虽然上文就例示性实施例描述了^MHf内容，<^斤^4贞域的技术人员应 了解，在不背离;^Hf内容的范围的情况下，可以做出树变化，并用等价 物替换^^素。aH^卜，在不背离其鉢范围的情况下，可以做出各种修改，
以便使特定情形或材^Ht合;^^开内容的教示。因此，；^^开内容局不是限 于3W殳想用于实^^>开内容的最佳实施方式所公开的特定实施例，而是希 望4^Hf内容包括所有落在随附权矛虔求书范围内的实施例。
权利要求
1. 一种磁流变阻尼器，所述阻尼器包括圆柱形壳体；设置于所述圆柱形壳体中的磁流变流体；设置于所述圆柱形壳体内且与所述圆柱形壳体滑动啮合的活塞组件，其限定第一腔室和第二腔室，其中所述活塞组件包括开放单元多孔介质和至少一个设置于所述活塞组件中心的电磁体，所述多孔介质包含数个与所述活塞组件的上表面中的开口和下表面中的开口流体连通的流体通道；以及与所述至少一个电磁体电连通的电源。
2. 如权利要求1所述的磁流变阻尼器，其特征在于，所述流体 通道具有多个圆形或多边形横截面的开口 。
3. 如权利要求1所述的磁流变阻尼器，其特征在于，所述开放 单元多孔介质包括复数块堆叠排列的薄片，其中所述复数块薄片中 的每块薄片都是由非金属材料制成的具有六边形开口的刚性格网。
4. 如权利要求1所述的磁流变阻尼器，其特征在于，形成于所 述开放单元多孔介质中的所述流体通道的横截面积为约30%至约 70%。
5. 如权利要求1所述的磁流变阻尼器，其特征在于，所述开放 单元多孔介质包括刚性泡沫，所述刚性泡沫包含数个从所述第一腔 室延伸到所述第二腔室的不规则形状的流体通道。
6. 如权利要求1所述的磁流变阻尼器，其特征在于，所述流体 通道具有多个不同大小和/或形状的开口 。
7. 如权利要求1所述的磁流变阻尼器，其特征在于，进一步包 括由浮动活塞和所述壳体的一端限定的第三腔室，其中所述第三腔 室内充满惰性气体。
8. —种磁流变阻尼器，所述阻尼器包括 2圓柱形壳体；设置于所述圓柱形壳体中的磁流变流体；设置于所述圆柱形壳体内且与所述圆柱形壳体滑动啮合的活塞 组件，其限定第一腔室和第二腔室，其中所述活塞组件包括数个从 所述第 一腔室延伸到所述第二腔室的圆柱形流体通道和至少 一个电 磁体，其中，所述数个圓柱形流体通道限定至少约30%至约70%的 所述活塞组件的^f黄截面积；以及与所述至少 一个电》兹体电连通的电源。
全文摘要
提供一种磁流变阻尼器装置，其具有装置每单位体积增加的剪切界面面积，由此提高阻尼器的冲程力。所述阻尼器大体包括圆柱形壳体；设置于所述圆柱形壳体中的磁流变流体；设置于所述圆柱形壳体内且与所述圆柱形壳体滑动啮合的活塞组件，其限定第一腔室和第二腔室，其中所述活塞组件包括数个从第一腔室延伸到第二腔室的圆柱形流体通道和电磁体；以及与所述电磁体电连通的电源。
文档编号F16F9/53GK101435479SQ20081018159
公开日2009年5月20日 申请日期2004年9月9日 优先权日2003年10月22日
发明者A·L·布劳恩, C·S·纳穆杜里, N·L·约翰逊 申请人:通用汽车公司