專利名稱：磁流變流體阻尼器的制作方法
技術(shù)領域：
;^^開內(nèi)容"^殳涉及一種磁流變流體阻尼器，更JM^地說，涉及一種提 供P且;^置每^^立^^只和/輔ti曾加的剪切界面面積的磁流變流體阻尼器。
背景技術(shù)：
磁流變(MR)流體屬于可控流體的類另'J。這些流體的^#性是它們能 夠^^露于磁場時在毫秒級時間內(nèi)從自由流動的線性梧1"生液體可逆地變?yōu)榫?有可^^月良強度的半固體。在無外加磁場時，MR流體可近似為牛頓液體。
典型的MR流體是將約20至約40體積％的相對較純的軟鐵顆粒(通常 為約3至約5孩沐)懸浮iH者如礦物油、合成油、水或二元醇的載液中而形 成的懸浮液。通常會添加類似于商用潤滑劑中的各種專用添加劑，以便防止 重力沉降，促i4l貞粒懸浮，提高潤滑性，修正粘度，并抑制磨損。MR流體 的極限強度i^夬于懸浮顆粒的俯和磁化度的平方。
由鐵顆粒纟M的MR流* 150-250 kA/m (1 Oe = 80 A/m)的夕卜加磁場 的作用下通常^i見出30-90 kPa的最;bS服強度。MR流M于在制備和^^1 過程中可負fe^t^的水分或其它污染物并不十分敏感。另外，因為磁極4Wm 不受表面活性劑和添加劑的表面化學的影響，所以相對直接簡單的是使MR 流體^#^急定，以使得盡管存在較大的密M配，仍可防止顆粒-液^^分離。
大多g置^！ MR流體的模W閥式、直剪M這兩種模式的組合。 閥式裝置的實例包括伺服閥、阻尼器和減震器。直剪式裝置的實例包括離合 器、制動器和變摩擦減震器。MR阻尼器可以提供的最大沖程力通常取決于 MR流體的'f錄、流型和阻尼器的大小。然而，目前的MR材料、流型和阻尼器幾何結(jié)構(gòu)所能iii'j的沖程力范圍 還不足以^吏這些裝置實際用于某些應用，例如碰撞管理應用。對于某些應用 來說，每^f立^^只需要增加的剪切界面，因為這直接增大了有效沖程力。

發(fā)明內(nèi)容
本文公開一種磁流變阻尼器，其包拾圓柱形殼體；設置于所述圓柱形 殼體中的;茲流變流體；設置于所述圓柱形殼體內(nèi)且與所述圓柱形殼體滑動嚙 合的活U且件，其限定第一腔室和第二腔室，其中所述活SI且件包括數(shù)個從 所述第一腔室延伸到所述第二腔室的圓柱形流體通道和至少一個電磁體；以 及與所述電》茲體電連通的電源。
在另一實施例中，磁流變阻尼器包括圓柱形殼體；設置于所述圓柱形 殼體中的i茲流變流體；設置于所述圓柱形殼體內(nèi)且與所述圓柱形殼體滑動嚙 合的活塞組件，其限定第一腔室和第二腔室，其中所述活Si且件包4舌開放單 元多孑L^"質(zhì)和至少一^H殳置于所述活S^且件中心的電磁體，其中所述多孑UV 質(zhì)包括數(shù)個乂A^斤述第一腔室延伸到所述第二腔室的流體通道；以及與所述電 》茲體電逸二通的電源。
以下各圖和脅實施方i(^例說明上ii^其它特征。


現(xiàn)參照附圖，這些圖是例示性實施例，其中類^it件用類似數(shù)字編號 圖1是磁流變阻尼器的4M面圖2是圖1中的MRP且尼器的根據(jù)一個實施例的活1^且件的端視圖； 圖3是圖1中的MR阻尼器的根據(jù)第二實施例的活Si且件的端視圖； 圖4是圖1中的MR阻尼器的根據(jù)第三實施例的活Si且件的端視圖。
JW^實施方式
本文公開一種磁流變流體阻尼器，il^又稱為MR阻尼器。MR阻尼器尤其適合用于需要P且尼控制的應用，在一優(yōu)選實施例中，其采用提供增加的 裝置每^f立^i。、的剪切界面面積的設計，由jH^是高沖程力，從而UW賄技
術(shù)中所提到的一些問題。如下文將更詳細地"i鏈，本iL/斤述的MR阻尼l^f尤 絲用開放單元多孑Uh質(zhì)的活塞，以便提供多個流體通道。這些流體通道可 以具有或可以不具有相同的幾何結(jié)構(gòu)和尺寸。
已知，大的^J爭比(turn-up ratio)可以通過減小斷態(tài)力(off-state force) 和/或通過提高/增大初始通態(tài)力(on-state force)來獲得。初始通態(tài)力通常取 決于MR流體的屈月R^力，而后者xi要^;夬于流體流動間隙中的-M密度。 已發(fā)現(xiàn)，通過增加由流體通道提供的每^f立體積的剪切界面面積，可以獲得 大的反轉(zhuǎn)比。
圖1圖解說明流體通道的每#^立#^只具有增加的剪切界面面積的例示性 磁流變(MR)流體阻尼器10的構(gòu)戴面圖。MR流體阻尼器10包^r總體際為 12的活SI且件，此活SM件可滑動地嚙合在圓柱形殼體14內(nèi)。圓柱形殼體 14的兩端用端蓋16、 18密封。浮動活塞20設置于殼體14內(nèi)靠近端蓋18的 位置。這樣，活塞組件12便限定了第一腔室22和第二腔室24，這兩個腔室 內(nèi)都充滿了 MR流體。由浮動活塞20和殼體端蓋18限定的第三腔室25內(nèi)充 滿惰性氣體。這樣，第三腔室25便和MR流體分隔開。浮動活塞20和其中 的惰性氣體在活Si且件12的運動過程中適應變化的桿#^口、。
活SiEL件12附接在空心桿26上，空心桿26在與端蓋16相鄰設置的密 封軸承28內(nèi)滑動。導線20^X于由空心桿26提供的內(nèi)部區(qū)域內(nèi)。導線20 的一端與活塞組件12內(nèi)的線圈32電連通。線圈32可以帶有可變電流以產(chǎn)生 具有可變且可控的磁通密度的磁場，其磁通密度取決于電流量。這樣，便可 以控制設置于活SI且件12內(nèi)的MR流體的粘度和剪切'tM。導線的另一端與 用于向線圈32提供電流的電源(圖中未示)電連通，其中電流可以是交流電 或直流電，這取決于所需應用。
活塞軸承34安^^活EI且件12的環(huán)形表面上，以侵iL-i午沿圓片主形殼體 14的壁平滑的滑動接觸，同時在第一腔室22和第二腔室24之間形成流體密封?；钊M件12進一步包括數(shù)個非同心、非重疊的圓柱形孔36(即，其軸平 行于圓柱體本身的軸)，這些孑L^別延伸穿it;舌:ti且件12，以i"^L許MR流 #第一腔室22和第二腔室24之間流體連通。如圖2中更清楚;綠示，圓 柱形孔36具有圓形構(gòu)載面，從而使得能夠具有比過去的設計大得多的橫截面 表面積。圓形流道36的大小和數(shù)量取決于所需應用。為了^^轉(zhuǎn)比最大化， 圓柱形孔36所提供的4滅面積伊速占活Si且件12的有效橫截面積的至少約 30%,更伊。逸大于約40%，進一步更伊逸大于50% (理論上限為約78%)。 在實際使用中，這可能不大于60%，因為單元壁需要足夠厚度(即，屈服強 度)，以便能經(jīng)受住所 口的負荷。圓柱形孔36所提供的^^只增加增大了剪 切界面值，由iH^是高了沖程力。
圓柱形孔36可以由復數(shù)塊環(huán)形板形成，或者可具有單件i^勾造。在用堆 疊排列的環(huán)形板形成活Sia件時，每塊板都包含數(shù)個圓形開口，這些開口經(jīng) 幼于準而形成圓柱形孔36。圓柱形孔36的橫截面直徑可以相同或不同，這取 決于所需應用。在一^f戈實施例中，孔36并非圓柱形，而^^有可變直徑， 例如是從第一腔室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時直^it^斤減小的孑L這樣，斷態(tài)'fM;^尋以方向'l^也 定向。伊Ci^t也，形成孔36的環(huán)形^1 1石M、非磁l"封才料，例如塑料、不4射岡、 鋁、敘勤以物。
活塞組件12還可在[端包括端板40，這些端板的尺寸伊Ci4設計^t^ 活塞芯32的各端面，但不會FJL^尋流體^it孔36。端板40趙^ij另外"HM乍 用，那lfe^通過作為活塞芯32與桿26和圓柱體14之間的磁隔離屏障，使漏 通量最小化并由jty曾大初始通態(tài)力，從而^/斤述數(shù)個圓柱形孔36中的磁場最 大化。因此，端板40優(yōu)選由硬質(zhì)、非磁f封杉斗形成。
圖3圖解i兌明另一實施例，其中活^^且件包^^放單元多孑li吉構(gòu)。^it 個特定實施例中，介質(zhì)的每個單iL^包括峰窩壁結(jié)構(gòu)50，所述蜂窩壁結(jié)構(gòu)具 有六邊形開口，但也可設想是4勤可多邊形開口。開口之間的間^i^擇成使得 能夠經(jīng)受住MR流體阻尼器工作時所處的工作壓力和環(huán)^^^f牛。多片蜂窩結(jié)構(gòu)可以堆疊排列以便在其中形成多孑Utii 52，或者蜂窩結(jié)構(gòu)可以是單件i^勾 造。雖淘苗繪了蜂窩結(jié)構(gòu)，但流體通道也可包^^f可多邊形。每個蜂窩的單
itX寸通常:^夬于MR流體的類型及其'^^。但是，為了使大多數(shù)MR流體 類型和應用情況下的沖程力最大化，單元開口尺寸M小于約1毫米。
圖4圖解說明又一用于使沖程力最大化的開放單元多孑L^構(gòu)。^il個實 施例中，采用格網(wǎng)60。伊Ci^也，格網(wǎng)60狄M^有序石M、非磁^H"料，例 如塑料、不#4岡、鋁、錯及類似物，并ili^4,成能夠經(jīng)受住MR流體阻尼器 工作時所處的工作壓力和環(huán)嫂^f牛。格網(wǎng)包括數(shù)個從第一腔室22延伸到第二 腔室24的互連流體通道62。
合適的MR流^N"料包括但不限于^t于載流體中的鐵磁'f線順磁l"紹貞 ^i^效粒。合適的順磁l"紹MiiU斜立包^^、鉻、鈷、鏑、鉺、銪、禮、鈥、 鐵、錳、釹、鎳、鐠、釤、鋱、鈦、鈾、！^口釔的各種^^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 粒包括鐵、鎳、#^。鈷的*,其中可以具有或不具有其它非磁)"阮素； 鐵、鎳、41^鈷與禮的*;及類似物，例如那些包括鉛、硅、鈷、鎳、釩、 鉬、鉻、鎢、錳和/或銅的*;鐵氧化物，包括Fe203和Fe304;氮化鐵； 碳化鐵；m&鐵；^J臬M;鈷及鈷#; 二氧^/l各；不#4岡；硅鋼；及 類似物。合i^貞粒的實例包4衫屯鐵粉、ii^、鐵粉、鐵氧^4勿粉/純鐵粉';Ft^4勿 和鐵氧^4勿粉/ii^鐵粉V^^f勿。伊逸的磁響應孩結(jié)立^M4鐵，伊Ci^Aia^羰 基鐵。
粒^當選擇成使^f弱貞^^受到磁場作用時展現(xiàn)出多域特性。顆粒的直 徑大小可以小于或等于約1000微米，^it小于或等于約500微米，更優(yōu)選小 于或等于約100孩沐。顆粒直^ii伊逸大于或等于約0.1微米，更優(yōu)選大于或 等于約0.5微米，尤其伊逸大于或等于約10樣沐。顆粒的用量廿C^介于總組 成物的約5.0至約50 #4。、％^間。
合適的載流體包括有才;u^體，尤其是非板f鍵才;i^體。其實例包括(但
不限于)硅酮油；礦物油；石^"油；硅酮共聚物；白油；液壓油；變壓器油；鹵4賄才A^體，例如氯^J:至、鹵^^5蠟、全氟^Jil和氟化經(jīng)；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；及包含上述流體中的至少一個種流體的組合。
載體成分的粘度伊4小于或等于約100000厘泊，更伊速小于或等于約 10000厘泊，進一步更優(yōu)選小于或等于約1000厘泊。粘度還優(yōu)選大于或等于 約1厘泊，更優(yōu)選大于或等于約250厘泊，尤其優(yōu)選大于或等于約500厘泊。
還可^^]含水載流體，尤其是那些包M7j^生礦物粘土 (例如，膨潤土 和鋰蒙M^S )的載流體。含水載流體可包含水、或含有少J^及性水'忠容)"生有 才W容劑(例如，曱醇、乙醇、丙醇、二曱亞砜、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。極f生有機 溶劑的用量小于或等于總MR流體的約5.0^ia、％，伏選小于或等于約3.0體 積％。同時，極f鍵才W容劑的用量還伊述大于或等于總MR流體的約0.1^i口、 %，更伊逸大于或等于約1.0^^只％。含水載流體的pH值伊述小于或等于約 13,且優(yōu)選小于或等于約9.0。同時，含7jc載流體的pH值大于或等于約5.0， 伊速大于或等于約8.0。
可^j^天然或合^j彭潤土或鋰蒙脫石。MR流體中膨潤土或鋰蒙脫石的 用量小于或等于總MR流體的約10重量％,優(yōu)選小于或等于約8.0重量％, 更伊述小于或等于約6.0重量％。伊逸地，膨潤土或鋰蒙脫石的用量大于或等 于總MR流體的約0.1重量。/。，更優(yōu)選大于或等于約1.0重量。/。，尤其優(yōu)選大 于或等于約2.0重1%。
MR流體中的可M分包括粘土、有才M占土、羧Stt皂、^!t劑、阻蝕 劑、潤滑劑、核在^^損添加劑、抗泉化劑、觸變劑和常M^懸浮劑。羧皿 急包括油酸亞鐵、環(huán)烷酸亞鐵、石劃旨酸亞鐵、二和三-石劃旨l吏鋁、石劃旨酸鋰、 石劃旨酸鈞、石劃旨酸#^石劃旨酸鈉；錄面活性劑，例如石練酯、磷酸酯、硬 脂酸、單油酸甘油酯、倍半油酸脫水山梨醇酯、月桂酸酯、脂肪酸、脂肪醇、 氟^J旨族聚合酯(fluoroaliphatic polymeric esters);和4ii臾酯、鋁酸酯和# 臾 酉旨^lf關劑；及類似物。還可包4^^^醇(例如，聚乙二醇)和部分酯化多元醇。
伊Ci^斜立是納il^貞粒。合適的樣妍立直徑大小可小于或等于約500納米， 佑逸小于或等于約250納米，更優(yōu)選小于或等于約100納米。微粒直@￡優(yōu) 選大于或等于約1.0納米，更伊J選大于或等于約10納米，尤其，逸大于或等 于約50納米。微粒的夕卜觀比伊速為約0,25至約4，其中外》見比定義為M與 等效圓直徑之比?！缎绷⒌挠昧恳罯i^H"總MR組成的約5至約50^^只％^間。 或者，顆粒可更大一點，例如A^^MtM^貞粒，以便有放地改變磁場中材料的 模量'hl^。然而，更伊速為納iM^貞粒，因為當^^納米M^貞粒時，可以通
iiit擇粒度、粒^^布和顆粒纟級而容易地定制模量'a^。
線圈32或剩V1a茲體所產(chǎn)生的合適的磁場強度的范圍可為大于約0至約 l特斯拉(T)。
在P且;^it程中，存在于腔室22或24之一中的MR流體資bit由本文公開 的^ft實施例所提供的所述數(shù)個開口。通過可變i也控制流向線圏32的電流來 改變流體通道36、 52或62中的磁場和石tit量，以便控制MR流體的流動特 性，從而實JJM爭定應用所需的阻^^^?；钊M件中的小電-茲體產(chǎn)生垂直于 流體流動方向的磁場。重要的是，在阻尼器處于接通狀態(tài)時，所述數(shù)個流體 通道36、 52或62趙,j提供增大的阻尼力的作用，由)tW是^^是高的^^轉(zhuǎn)比， 同時允"^H周整力-狄阻;L^性，從而優(yōu)化阻尼，并且提供對(例如)車輛碰 才童管理應用的異?？刂?。
雖然上文就例示性實施例描述了^MHf內(nèi)容，<^斤^4貞域的技術(shù)人員應 了解，在不背離;^Hf內(nèi)容的范圍的情況下，可以做出樹變化，并用等價 物替換^^素。aH^卜，在不背離其鉢范圍的情況下，可以做出各種修改，
以便使特定情形或材^Ht合;^^開內(nèi)容的教示。因此，；^^開內(nèi)容局不是限 于3W殳想用于實^^>開內(nèi)容的最佳實施方式所公開的特定實施例，而是希 望4^Hf內(nèi)容包括所有落在隨附權(quán)矛虔求書范圍內(nèi)的實施例。
權(quán)利要求
1. 一種磁流變阻尼器，所述阻尼器包括圓柱形殼體；設置于所述圓柱形殼體中的磁流變流體；設置于所述圓柱形殼體內(nèi)且與所述圓柱形殼體滑動嚙合的活塞組件，其限定第一腔室和第二腔室，其中所述活塞組件包括開放單元多孔介質(zhì)和至少一個設置于所述活塞組件中心的電磁體，所述多孔介質(zhì)包含數(shù)個與所述活塞組件的上表面中的開口和下表面中的開口流體連通的流體通道；以及與所述至少一個電磁體電連通的電源。
2. 如權(quán)利要求1所述的磁流變阻尼器，其特征在于，所述流體 通道具有多個圓形或多邊形橫截面的開口 。
3. 如權(quán)利要求1所述的磁流變阻尼器，其特征在于，所述開放 單元多孔介質(zhì)包括復數(shù)塊堆疊排列的薄片，其中所述復數(shù)塊薄片中 的每塊薄片都是由非金屬材料制成的具有六邊形開口的剛性格網(wǎng)。
4. 如權(quán)利要求1所述的磁流變阻尼器，其特征在于，形成于所 述開放單元多孔介質(zhì)中的所述流體通道的橫截面積為約30%至約 70%。
5. 如權(quán)利要求1所述的磁流變阻尼器，其特征在于，所述開放 單元多孔介質(zhì)包括剛性泡沫，所述剛性泡沫包含數(shù)個從所述第一腔 室延伸到所述第二腔室的不規(guī)則形狀的流體通道。
6. 如權(quán)利要求1所述的磁流變阻尼器，其特征在于，所述流體 通道具有多個不同大小和/或形狀的開口 。
7. 如權(quán)利要求1所述的磁流變阻尼器，其特征在于，進一步包 括由浮動活塞和所述殼體的一端限定的第三腔室，其中所述第三腔 室內(nèi)充滿惰性氣體。
8. —種磁流變阻尼器，所述阻尼器包括 2圓柱形殼體；設置于所述圓柱形殼體中的磁流變流體；設置于所述圓柱形殼體內(nèi)且與所述圓柱形殼體滑動嚙合的活塞 組件，其限定第一腔室和第二腔室，其中所述活塞組件包括數(shù)個從 所述第 一腔室延伸到所述第二腔室的圓柱形流體通道和至少 一個電 磁體，其中，所述數(shù)個圓柱形流體通道限定至少約30%至約70%的 所述活塞組件的^f黃截面積；以及與所述至少 一個電》茲體電連通的電源。
全文摘要
提供一種磁流變阻尼器裝置，其具有裝置每單位體積增加的剪切界面面積，由此提高阻尼器的沖程力。所述阻尼器大體包括圓柱形殼體；設置于所述圓柱形殼體中的磁流變流體；設置于所述圓柱形殼體內(nèi)且與所述圓柱形殼體滑動嚙合的活塞組件，其限定第一腔室和第二腔室，其中所述活塞組件包括數(shù)個從第一腔室延伸到第二腔室的圓柱形流體通道和電磁體；以及與所述電磁體電連通的電源。
文檔編號F16F9/53GK101435479SQ20081018159
公開日2009年5月20日 申請日期2004年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月22日
發(fā)明者A·L·布勞恩, C·S·納穆杜里, N·L·約翰遜 申請人:通用汽車公司