專利名稱：具有增大的開啟屈服強度的磁流變流體阻尼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及可控流體閥及裝置的領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及一種可控磁 流變流體阻尼器裝置。
背景技術(shù)：
磁流變(MR)流體阻尼器裝置典型地包括裝有MR流體的氣缸以及布置成在該氣缸 內(nèi)做往復(fù)運動的活塞組件。活塞組件在氣缸內(nèi)限定兩個室，并包括用于控制MR流體在這兩 個室之間的流動的MR流體閥裝置。MR流體閥裝置典型地包括通向兩個室中的MR流體的流 動通道以及用于向該流動通道中的MR流體施加磁場的磁場發(fā)生器。當(dāng)流動通道中的MR流 體暴露于施加的磁場時，MR流體的表觀粘度增大，導(dǎo)致穿過活塞組件的壓差增大，也被認為 是阻尼力的增大。壓差或阻尼力隨著磁場的強度增大而增大。MR流體阻尼器裝置被認為是 當(dāng)向流動通道中的MR流體施加磁場時處于開啟狀態(tài)(on-state，或接通狀態(tài))，并且當(dāng)不向 流動通道中的MR流體施加磁場時處于關(guān)閉狀態(tài)(off-state，或斷開狀態(tài))。需要一種在處于關(guān)閉狀態(tài)時呈現(xiàn)低的阻尼力同時在處于開啟狀態(tài)時實現(xiàn)更高的 阻尼力的MR流體阻尼器裝置，當(dāng)阻尼器裝置在高阻尼器速度下工作時尤其如此。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施方式中，本發(fā)明包括一種磁流變流體閥。本磁流變流體閥優(yōu)選地包括 磁場發(fā)生器，該磁場發(fā)生器具有至少一個電磁線圈以及極長度(pole length)為Lm的至少 一個磁極。本磁流變流體閥優(yōu)選地包括鄰近電磁線圈的至少一個流動通道，該至少一個流 動通道的間隙寬度為g，并且比率！^/g優(yōu)選地大于或等于15。在另一實施方式中，本發(fā)明包括一種磁流變流體阻尼器。本磁流變流體阻尼器優(yōu) 選地包括阻尼器殼體，該阻尼器殼體具有用于容納磁流變流體的內(nèi)腔。本磁流變流體阻尼 器優(yōu)選地包括將阻尼器殼體內(nèi)腔分成第一阻尼器殼體內(nèi)腔室和第二阻尼器殼體內(nèi)腔室的 活塞組件。該活塞組件優(yōu)選地包括磁流變流體閥，該磁流變流體閥具有磁場發(fā)生器，具有 至少第一磁極，該至少第一磁極的極長度為Lm ；以及至少第一流動通道，鄰近磁場發(fā)生器， 該至少第一流動通道的間隙寬度為g，其中，比率Lm/g優(yōu)選地大于或等于15。阻尼器殼體內(nèi) 腔優(yōu)選地設(shè)置有磁流變流體磁鐵粒子總體積百分數(shù)低于30%的磁流變阻尼器流體，其中， 磁流變流體磁鐵粒子總體積百分數(shù)低于30%的磁流變阻尼器流體在Lm/g的優(yōu)選比率下可 控地流過至少第一流動通道，以控制活塞組件相對于阻尼器殼體的運動。在另一實施方式中，本發(fā)明包括一種磁流變流體阻尼器。本磁流變流體阻尼器優(yōu) 選地包括阻尼器殼體，該阻尼器殼體具有用于容納磁流變流體的內(nèi)腔。本磁流變流體阻尼器優(yōu)選地包括放置在阻尼器殼體內(nèi)的活塞組件。該活塞組件優(yōu)選地包括磁流變流體閥，該 磁流變流體閥包括磁場發(fā)生器，具有至少一個電磁線圈以及極長度為Lm的至少一個磁極； 以及至少一個第一流動通道，鄰近至少一個電磁線圈，該至少一個流動通道的間隙寬度為 g，并且比率Lm/g優(yōu)選地大于或等于15。在另一實施方式中，本發(fā)明包括一種制造磁流變流體阻尼器的方法。本制造磁流 變流體阻尼器的方法優(yōu)選地包括提供具有用于容納磁流變流體的內(nèi)腔的阻尼器殼體。本制 造磁流變流體阻尼器的方法優(yōu)選地包括提供用于將阻尼器殼體內(nèi)腔分成第一阻尼器殼體 內(nèi)腔室和第二阻尼器殼體內(nèi)腔室的活塞組件。該活塞組件優(yōu)選地包括磁流變閥，該磁流變 閥具有磁場發(fā)生器，具有至少第一磁極，該至少第一磁極的極長度為Lm ；以及至少第一流 動通道，鄰近磁場發(fā)生器，該至少第一流動通道的間隙寬度為g，其中，比率Lm/g優(yōu)選地大于 或等于15。本制造磁流變流體阻尼器的方法優(yōu)選地包括提供磁流變流體的磁鐵粒子總體積 百分數(shù)低于30%的磁流變阻尼器流體。本制造磁流變流體阻尼器的方法優(yōu)選地包括將活塞 組件和磁流變流體阻尼器流體放置在阻尼器殼體中，其中，磁流變流體的磁鐵粒子總體積 百分數(shù)低于30%的磁流變阻尼器流體在Lm/g的優(yōu)選比率下可控地流過至少第一流動通道， 以控制活塞組件相對于阻尼器殼體的運動。應(yīng)理解，上述概要和以下詳細描述都是本發(fā)明的示例，并且旨在提供用于理解如 所要求保護的本發(fā)明的性質(zhì)和特性的概述或構(gòu)架。


下面所描述的附圖示出了本發(fā)明的各種典型實施方式，而不應(yīng)被看作是對本發(fā)明 的范圍的限制，因為本發(fā)明可允許具有其他效果相當(dāng)?shù)膶嵤┓绞健８綀D提供了對本發(fā)明的 進一步理解，并結(jié)合到本說明書中且構(gòu)成本說明書的一部分。無需改變圖片的尺寸，并且為 了清楚和簡明，圖片中的某些特征和某些視圖的尺寸或圖表可放大示出。圖1是以流動模式工作且包括內(nèi)儲存器的磁流變流體阻尼器裝置的橫截面。圖2A是以流動模式工作且包括外儲存器的磁流變流體阻尼器裝置的橫截面。圖2B是沿著包括活塞桿導(dǎo)向件的磁流變流體阻尼器裝置的一部分的圖2A的線2B 的放大圖。圖2C是包括具有內(nèi)儲存器的活塞桿導(dǎo)向件的磁流變流體阻尼器裝置的一段的橫 截面。圖3是包括具有磁流變流體閥的活塞組件的磁流變流體阻尼器裝置的一段的橫 截面。圖4是包括帶有磁流變流體閥的活塞組件的磁流變流體阻尼器裝置的一段的橫 截面，該磁流變流體閥具有單個流動通道。圖5是沿著包括帶有磁流變流體閥的活塞組件的磁流變流體阻尼器裝置一部分 的圖2A的線5的放大圖，該磁流變流體閥具有多個流動通道。圖6是具有磁流變流體閥的活塞組件的壓力與流動速率的圖表，其中，三個同心 的流動通道在較低的流動速率和較低的壓力下工作。圖7是具有磁流變流體閥的活塞組件的壓力與流動速率的圖表，其中，三個同心 的流動通道在比圖6的流動速率大的流動速率下工作。
圖8是具有磁流變流體閥的活塞組件的壓力與流動速率的圖表，其中，三個同心 的流動通道在比圖7的流動速率大的流動速率下工作。圖9是對于具有較大Lm/g的具有磁流變流體閥的活塞組件的屈服應(yīng)力與磁場強 度的圖表。圖10是用于測量磁流變流體閥中的屈服強度的流動模式流變計的透視圖。圖11是為磁流變流體閥中的磁流變流體的鐵粒子體積分數(shù)的函數(shù)的屈服應(yīng)力的 圖表，其中，Lm/g為25并且Lm/g為50。圖12是為對磁流變流體閥中鐵粒子體積分數(shù)施加的磁場的函數(shù)的屈服應(yīng)力的圖 表，其中，磁流變流體閥中裝有的磁流變流體的體積在15 %至40 %的范圍內(nèi)，并且Lm/g為 25。圖13是關(guān)于本發(fā)明的實施方式和現(xiàn)有的磁流變流體阻尼器裝置的屈服增強區(qū)域 圖。圖14是用于雙通道磁流變流體閥的測量到的和模型預(yù)測的性能數(shù)據(jù)，其中，Lm/g 為 23. 7。圖15是用于磁流變流體閥的三件式分流器的橫截面圖。圖16是用于磁流變流體閥的一件式分流器的橫截面圖。圖17描繪了在剪切模式下工作的磁流變流體阻尼器裝置。圖18A是沿著線18A-18A的圖18C的橫截面。圖18B是18A的橫截面的透視圖。圖18C是具有磁流變流體閥的活塞組件的俯視圖，其中，兩個流動通道之間布置 有電磁線圈。圖19A是包括活塞組件的磁流變流體阻尼器裝置的一段的俯視圖，該活塞組件由 堆疊的磁滲透板制成。圖19B是沿著線19B-19B的圖19A的橫截面。圖20A是包括具有磁流變流體閥的活塞組件的磁流變流體阻尼器裝置的一段的 橫截面，該磁流變流體閥具有用于合并來自多個通道的流體的室。圖20B是包括具有磁流變流體閥的活塞組件的磁流變流體阻尼器裝置的一段的 橫截面，該磁流變流體閥具有用于合并來自多個通道的流體的室。圖21A是在流動模式下工作并包括具有雙線圈的活塞組件的磁流變流體阻尼器 裝置的一段的橫截面。圖21B是部分地在剪切模式下工作并包括具有雙線圈的活塞組件的磁流變流體 阻尼器裝置的一段的橫截面。
具體實施例方式現(xiàn)在將參照如附圖中所示的幾個優(yōu)選實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。在說明這 些優(yōu)選實施方式時，為了提供對本發(fā)明的徹底理解，闡述了大量具體細節(jié)。然而，對本領(lǐng)域 技術(shù)人員而言顯而易見的是，缺少一些或全部這些具體細節(jié)，本發(fā)明仍可以實施。在其他情 況下，沒有詳細說明眾所周知的特征和/或處理步驟，從而使得不會不必要地混淆本發(fā)明。 另外，使用相似或相同的參考標(biāo)記來表示共有或相似的元件。
圖1示意性地繪出了在流體模式下操作的磁流變(MR)液體阻尼器裝置100。MR 液體阻尼器裝置100包括阻尼器殼體102。阻尼器殼體102 —般為柱狀外形并且具有封閉 的第一遠端104和設(shè)置有孔108的第二遠端106。阻尼器殼體102設(shè)置有其中布置有活塞 組件200的內(nèi)腔110?；钊M件200將內(nèi)腔110細分為第一室114和第二室116。第一室 114和第二室116中的每個都可以含有MR流體118?；钊M件200沿著阻尼器殼體102的 縱軸往復(fù)運動并且在流體室114和流體室116中產(chǎn)生相應(yīng)的壓差。上述壓差可以由于施加 于活塞桿124與阻尼器殼體102之間的外部刺激力而存在。可以在活塞組件200上安裝一 個或更多由無摩擦金屬制成的耐磨帶120以支撐活塞組件200在內(nèi)腔110內(nèi)的往復(fù)運動。 耐磨帶120接合阻尼器殼體102的內(nèi)壁并且也可以提供活塞組件200與阻尼器殼體102之 間的流體密封?；钊M件200包括用于響應(yīng)于來自MR液體阻尼器裝置100的外部的刺激 控制室114與室116之間的MR流體118的流動的MR流體閥?？梢酝ㄟ^活塞桿124接收這 樣的刺激，活塞桿124設(shè)置有與活塞組件200連接的一端126和用于連接需要控制或運動 阻尼的例如車輛座椅或底盤的結(jié)構(gòu)(未圖示)的另一端128。活塞桿124穿過孔108延伸 并且能夠相對于阻尼器殼體102軸向地滑動。在孔108與阻尼器殼體102之間可以設(shè)置有 密封件130以控制流體從內(nèi)腔110泄漏。MR液體阻尼器裝置100還可以包括阻尼器殼體102的內(nèi)腔110內(nèi)的儲存器132。 可替換的，如下面將要說明的，可以將該儲存器置于阻尼器殼體102外部或與活塞桿導(dǎo)承 (或活塞桿導(dǎo)向件)成為一體。儲存器132可以用作使容納在阻尼器殼體102內(nèi)的MR流 體118中的瞬壓最小化，從而使阻尼器殼體102內(nèi)氣穴現(xiàn)象(cavitation)或負壓的風(fēng)險最 小化。在圖1所示的實施方式中，儲存器132被設(shè)為內(nèi)腔110內(nèi)的充氣室132并且與MR流 體室114相鄰。在充氣室132與MR流體室114之間可以設(shè)置有浮動活塞134。浮動活塞 134可以根據(jù)室114與室132間的壓力差在內(nèi)腔110內(nèi)軸向往復(fù)移動。在浮動活塞134上 安裝有密封元件136以在浮動活塞134與阻尼器殼體102間進行密封，從而防止室114和 室132中的流體混合。在可替代的實施方式中，可以使用隔板或其他適合的分隔件代替浮 動活塞134。充氣室132可以通過注入閥138充入氣體。充注氣體可以是例如氮氣的惰性 氣體。在可替代的實施方式中，可以在MR液體阻尼器100的內(nèi)腔110內(nèi)使用例如囊式儲存 器的其它形式的儲存器。圖2A示出了儲存器133優(yōu)選地置于阻尼器殼體102的外部的MR液體阻尼器裝置 100的優(yōu)選實施方式。在本優(yōu)選實施方式中，外部阻尼器底座安裝式儲存器133包括流體 室135和流體室137以及設(shè)置于流體室135和流體室137之間的浮動活塞134。浮動活塞 134可以裝有密封元件141以提供浮動活塞134與儲存器133的內(nèi)壁之間的密封，從而將流 體室135和流體室137彼此隔離。外部阻尼器底座安裝式儲存器133內(nèi)的流體室135與阻 尼器殼體102內(nèi)部的MR流體室114通過阻尼器底座常規(guī)流動管道139連接。外部阻尼器 底座安裝式儲存器133優(yōu)選為通過阻尼器端的底座131、通過為MR流體提供通過阻尼器端 底座131的彎曲的常規(guī)變向流動通道的阻尼器底座常規(guī)流動導(dǎo)管139而安裝，該MR流體通 過阻尼器底座常規(guī)流動管道139從阻尼器殼體102朝外流動進入外部阻尼器底座安裝式儲 存器133，隨后從外部阻尼器底座安裝式儲存器133朝內(nèi)流回阻尼器殼體102內(nèi)部。儲存 器133的室137優(yōu)選為是充氣室。外部阻尼器底座安裝式儲存器的浮動活塞134優(yōu)選為在 儲存器133內(nèi)以與活塞組件200和活塞桿124的運動方向相反的方向軸向往復(fù)移動。在圖2A中，阻尼器殼體102的遠端104安裝于連接至活塞桿124的連接元件129內(nèi)。連接元件 129能夠用于將活塞桿124與如前面提到的需要控制或運動阻尼的結(jié)構(gòu)相連接。在優(yōu)選實 施方式中，阻尼器殼體102不包括儲存器，其內(nèi)部沒有儲存器，而是阻尼器裝置優(yōu)選地包括 外部儲存器，優(yōu)選外部阻尼器底座安裝式儲存器。圖2A示出了具有活塞桿導(dǎo)承142的優(yōu)選實施方式的MR流體阻尼器裝置100的優(yōu) 選實施方式。圖2B是活塞桿導(dǎo)承142的優(yōu)選實施方式的放大圖。在圖2B中，活塞桿導(dǎo)承 142固定于阻尼器殼體102的遠端104處，阻尼器殼體102安裝有這樣的活塞桿導(dǎo)承142 該活塞桿導(dǎo)承142包含用于容納活塞桿124的通道127?；钊麠U導(dǎo)承142包括以任何適合 的方法固定于阻尼器殼體102的導(dǎo)向體143。在圖2B中所示的實施方式中，固定體143通 過螺紋連接143固定于阻尼器殼體102的內(nèi)壁，并且在固定體143的外表面上設(shè)置有密封 件145以在固定體143與阻尼器殼體102的內(nèi)壁間進行密封。固定體143包括內(nèi)部裝有過 濾器149的環(huán)形室146。過濾器149設(shè)置有內(nèi)部裝有軸承150的袋形腔從而使得軸承150 位于過濾器149與活塞桿124之間，從而接合并支撐活塞桿124的往復(fù)運動。過濾器149通 過端板151保持在環(huán)形室146中，該端板具有室116中的MR流體能夠到達過濾器149所經(jīng) 過的流體流動端口。在過濾器149與活塞桿124之間設(shè)置有桿密封件152以在過濾器149 與活塞桿124之間進行密封。過濾器149過濾并濾出從流體室116進入環(huán)形室146的MR 流體118中的磁化粒子。過濾器149優(yōu)選由多孔、無磁性、耐腐蝕的金屬制成。在優(yōu)選實施 方式中，過濾器149具有250mm以下的細孔尺寸并且由不銹鋼制成。優(yōu)選地，過濾器149包 括縱向沿活塞桿124軸向延伸的燒結(jié)不銹鋼軸向延伸過濾器元件、容納密封件152的密封 腔，以及用于容納軸承150的軸承腔。固定體143包括其中裝有第二外側(cè)桿密封件153的 第二外側(cè)腔室。桿密封件153提供固定體143與活塞桿124間位于過濾器149上方的外側(cè) 位置處的的密封。固定體143還包括其中裝有擦拭器154的另一外側(cè)第三腔室。隨著活塞 桿124移進移出孔108，擦拭器將活塞桿124擦拭干凈。桿密封件152、153和擦拭器154優(yōu) 選地由例如彈性材料的密封材料制成。在如圖2C中所示的不同的實施方式，活塞桿導(dǎo)承173的導(dǎo)向體170變形為包括外 部腔室155。外部腔室155上裝有隔板157并且當(dāng)活塞桿導(dǎo)承173固定于阻尼器殼體102 的遠端的合適的位置處時鄰近阻尼器殼體102的內(nèi)壁布置隔板157。隔板157和外部腔室 155限定了作為內(nèi)部儲存器159的氣體體積?？梢酝ㄟ^阻尼器殼體102的壁上的汽門(未 圖示)向儲存器159充入例如氮氣的惰性氣體。隔板157通過位于阻尼器殼體102的內(nèi)壁 與活塞桿導(dǎo)承173的外部間的空隙169與室116內(nèi)的流體接觸。隔板157根據(jù)室116中的 瞬壓受壓或膨脹。設(shè)置有儲存器159的活塞桿導(dǎo)承173提供了鄰近MR流體阻尼器裝置的 內(nèi)部的活塞桿入口的內(nèi)部儲存器。圖3示意性地繪出了可以包含在MR流體阻尼器裝置中的典型活塞組件200的橫 截面。活塞組件200具有普通圓柱形狀。設(shè)在活塞組件200中的MR流體閥201包括磁場 發(fā)生器202。一般來說，術(shù)語“磁場發(fā)生器”可以被理解為意指設(shè)置有用于產(chǎn)生在其開啟狀 態(tài)下強度控制可變的可控磁場的一個或更多電磁(EM)線圈以及鄰近EM線圈的磁極的任何 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)組件。“磁極”是載有磁通量的結(jié)構(gòu)。在圖3的實施方式中，磁場發(fā)生器202包 括圍繞在由例如低碳鋼或其它磁滲透鐵磁材料的磁滲透材料制成的磁芯206周圍的EM線 圈(例如，磁導(dǎo)線)。總的來說，決定磁芯206中和活塞組件200的其它構(gòu)件中的磁滲透材料的特性及其變化的一些因素為磁導(dǎo)率、飽和度、矯磁力以及頑磁(或剩磁)。更高的磁導(dǎo) 率和飽和度是期望的，同時更低的矯磁力和頑磁是期望的。在MR流體阻尼器中使用磁滲透 材料的情況下，磁滲透材料的相對磁導(dǎo)率優(yōu)選為遠大于容納于阻尼器內(nèi)的MR流體的相對 磁導(dǎo)率。優(yōu)選地，磁滲透材料的相對磁導(dǎo)率至少大于MR流體的磁導(dǎo)率的100倍，優(yōu)選為至 少200倍，更優(yōu)選為至少1000倍。磁芯206具有中心部206A和位于中心部206A的相對兩端的呈現(xiàn)為凸緣的極部 (或極片)206B、206C。極部206B、206C中的每一者設(shè)置有極長度為1^的磁極。將極部206B 與極部206C之間的間隔指定為極間隔A。在一些替代實施方式中，磁極可能不是與磁芯206 形成一體的，而是通過其他位于磁芯206上方和下方的磁滲透結(jié)構(gòu)進行設(shè)置。中心部206A 可以為柱形。EM線圈204圍繞中心部206A纏繞N圈。EM線圈204可以纏繞在布置于中心 部206A中的凹槽內(nèi)的繞線軸上。EM線圈204被設(shè)置在極部206B與極部206C之間。磁芯 206可以包括通道(未圖示)，它使得外部導(dǎo)線223、225可以連接至EM線圈204。EM線圈 204可以被設(shè)置在中心部206A上使得其與極部206B、極部206C的外表面206B1、206C1齊 平?？梢允褂美绛h(huán)氧樹脂等的非磁性材料來確保EM線圈204位于中心部206A上的合適 位置。也可以用非磁性材料填充EM線圈204間的任何空間，從而防止流體進入EM線圈204 之間?？商娲兀鐖D4中所示，EM線圈204可以不用分別與極部206B、極部206C的外表 面206B、206C齊平(而是可以相對凹入)?？梢钥拷麰M線圈204設(shè)置墊片212，從而產(chǎn)生 磁間斷將通過極部206B、206C提供的磁極分隔開。墊片212可以由例如鋁或塑料等的非磁 性材料或具有非常低的磁導(dǎo)率的材料制成。回到圖3，設(shè)置在活塞組件200內(nèi)的MR流體閥201還包括環(huán)繞磁場發(fā)生器202的 通量環(huán)214。通量環(huán)214的橫截面為典型地圓形，但也可以使用例如正方形或六邊形等的其 他橫截面形狀。通量環(huán)214由例如關(guān)于磁芯206的上文中所述的磁滲透材料制成。在優(yōu)選 實施方式中，通量環(huán)214與磁場發(fā)生器202同心且與磁場發(fā)生器202徑向間隔布置。MR流 體閥201還包括限定在磁場發(fā)生器202與通量環(huán)214之間的流動通道216。流動通道216 可以為環(huán)形且與磁場發(fā)生器202同心。在圖3中所示的示例中，通量環(huán)214的長度與磁場 發(fā)生器202的長度(Lp)基本相同。例如使用端板220、端板222使通量環(huán)214與磁場發(fā)生 器202連接。端板220、端板222包括分別與通量環(huán)214中的凹槽接合的凸出部220A、凸出 部222A。端板220、端板222還包括分別與磁芯206上的突脊接合的凹槽220B、凹槽222B。 優(yōu)選地，端板220、端板222包括與流動通道216相對齊的孔220C、222C。優(yōu)選地，位于孔 220C、222C處的尖銳邊遠離流動通道216以避免在流動通道216的遠端處產(chǎn)生流動干擾。 使用端板220、222將磁場發(fā)生器202連接至通量環(huán)214的替代方式是在通量環(huán)214的遠端 與磁芯206間形成連接肋條(未圖示)。當(dāng)在MR流體阻尼器100、140中設(shè)置有活塞組件200時，MR流體阻尼器中的MR流 體118充滿流動通道216。所述MR流體為微米級可磁化顆粒的非膠質(zhì)懸浮液，優(yōu)選為鐵粒 子。通過電線223、225向EM線圈214提供電流以使EM線圈204通電并產(chǎn)生穿過流動通道 216中的MR流體施加的磁場。磁通量218優(yōu)選地在通過磁芯206，穿過流動通道216的路 徑中移動，優(yōu)選為通過通量環(huán)214，穿過流動通道216并通過磁芯206。磁通量218 (用虛線 和箭頭示出)優(yōu)選為與極部206B、206C垂直。當(dāng)向流動通道216施加磁場時，流動通道216 中的MR流體的表觀粘度增大，提供可控磁場開啟狀態(tài)。通過改變開啟的磁場的強度可以控制流動通道216中的MR流體的屈服強度。MR流體阻尼器(圖1中的100或圖2中的140) 在流動模式中工作，這意味著限定流動通道216的表面相對于垂直的磁場和流動通道216 中的軸向流動保持靜止不動。優(yōu)選地，極部206B、206C的表面和通量環(huán)214的朝向流動通 道216的表面是光滑的以使慣性及過渡效應(yīng)最小化。流動通道216具有沿磁通量218穿過流動通道216流動的方向測量的間隙寬度g。 優(yōu)選地，流動通道216的間隙寬度g沿著流動通道216的流動間隙長度不變或基本不變。如 稍后將要說明的，當(dāng)Lm/g較大時，MR流體阻尼器可獲得增強的開啟狀態(tài)屈服強度。這里的 較大是指！^/^大于或等于15。更加優(yōu)選地，Lm/g大于或等于20。最優(yōu)選地，Lm/g大于或等 于25。在其它的優(yōu)選實施方式中，Lm/g在從20至50的范圍內(nèi)。對于圖3中所繪的活塞組 件幾何體來說，通過增大Lm或減小g使Lm/g更大。然而，增大Lm導(dǎo)致了不希望的活塞組件 的總長以及在磁芯206和通量環(huán)204中的磁飽和。為了避免磁飽和，必須增加磁芯206的 直徑D。_和阻尼器殼體102的厚度twall。這會導(dǎo)致大的阻尼器。減小g會迅速導(dǎo)致不能接 受的高的關(guān)閉狀態(tài)力。通過使用N個具有間隙寬度&的流動通道(i的范圍從1至N，且N > 1)，是使Lm/ g變大而又不顯著增大MR流體阻尼器的尺寸的優(yōu)選方式。在此種情況下，各流動通道i的 Lm/g都較大。對于0. 5mm的間隙寬度和25的Lm/g值，Lm約為12. 5mm。對于包括具有分別 都為0. 5mm的間隙寬度gl、g2的兩條流動通道的系統(tǒng)，總共1. Omm的總間隙寬度對MR流體 室之間的流體流動來說是可用的。對于包括一條流體通道的的系統(tǒng)，為了獲得Imm的間隙 寬度和25的Lm/g值，Lffl必須為25mm，即為包括兩條流動通道的系統(tǒng)所需的Lm的兩倍。這 個例子說明了通過使用多個流動通道能夠獲得具有增強的開啟狀態(tài)屈服強度的緊湊型阻 尼器。如前所討論的，增強的開啟狀態(tài)屈服強度是通過變大而獲得的。這里的大， 指的是Lm/g大于或等于15。更優(yōu)選地，Lm/g為大于或等于20。最優(yōu)選地，Lm/g大于或等于 25。在其它優(yōu)選實施方式中，Lm/g的范圍從20至50。圖5示出了包括多個流動通道的活塞組件200的優(yōu)選實施方式。為了形成優(yōu)選的 多個流動通道，在磁場發(fā)生器202與通量環(huán)214之間設(shè)置有流量分流器230從而限定位于 磁場發(fā)生器202與通量環(huán)214之間的兩個流動通道232、234。端板220、222可以包括用于 將流量分流器230連接至通量環(huán)214和磁場發(fā)生器202的磁芯206的零件。在優(yōu)選實施方 式中，分流器230為環(huán)狀并與磁場發(fā)生器202和通量環(huán)214同心。這就導(dǎo)致了與磁場發(fā)生 器202和通量環(huán)214同心的環(huán)形流動通道232、234。如果需要多于兩個的流動通道，附加 的分流器能夠被設(shè)置在磁場發(fā)生器202與通量環(huán)214之間。一般來說，限定N個流動通道 需要N-I個分流器，這里N > 0。流動通道232具有間隙寬度&，流動通道234具有間隙寬 度&。一般來說，形成在磁場發(fā)生器202與圓柱體204之間的各流動通道可以具有間隙寬 度&，這里i的范圍為從1至N，N是流動通道的數(shù)量。流動通道可以具有相同的或不同的 間隙寬度。為了增強開啟狀態(tài)屈服強度,LmZ^i較大，如上所述，這里i的范圍從1至N，N是 流動通道的數(shù)量。應(yīng)該注意的是，Lm/gi是基于各流動通道計算的。如果活塞組件200包括多個具有相同間隙寬度& = g的環(huán)形流動通道，并且在流 動通道中的磁場相等，當(dāng)布置在MR流體阻尼器內(nèi)時活塞組件200上的壓差將近似為
權(quán)利要求
1.一種磁流變流體閥，包括磁場發(fā)生器，具有至少一個電磁線圈以及極長度為Lm的至少一個磁極；以及鄰近所述電磁線圈的至少一個流動通道，所述至少一個流動通道的間隙寬度為g，其 中，比率1^4大于或等于15。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流變流體閥，進一步包括環(huán)繞所述磁場發(fā)生器的通量環(huán)， 并且其中，所述至少一個流動通道限定在所述通量環(huán)與所述磁場發(fā)生器之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流變流體閥，其中，所述間隙寬度g沿著所述至少一個流動 通道的流動間隙長度基本不變。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流變流體閥，其中，所述至少一個流動通道的形狀是環(huán)形的。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁流變流體閥，進一步包括限定在所述磁場發(fā)生器與所述通 量環(huán)之間的至少一個額外的流動通道，所述至少一個額外的流動通道的間隙寬度為gl，其 中，比率！^仏大于或等于15。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁流變流體閥，進一步包括設(shè)置在所述磁場發(fā)生器與所述通 量環(huán)之間的分流器，所述分流器在所述磁場發(fā)生器與所述通量環(huán)之間限定所述至少一個流 動通道和所述至少一個額外的流動通道。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁流變流體閥，其中，所述至少一個分流器的徑向厚度等于 或小于所述通量環(huán)的徑向厚度的1/2。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁流變流體閥，其中，所述至少一個分流器在第一磁可滲透 部與第二磁可滲透部之間包括無磁性部。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的磁流變流體閥，其中，所述磁場發(fā)生器具有至少兩個隔開的 磁極，并且其中，所述無磁性部的軸向長度小于所述至少兩個隔開的磁極之間的極間隔與 所述至少一個流動通道和所述至少一個額外的流動通道的間隙寬度g和gl的平均值的兩 倍之間的差值。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁流變流體閥，其中，所述至少一個分流器在其中部中設(shè)置 有凹槽，并且進一步包括設(shè)置在所述凹槽中的無磁性材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的磁流變流體閥，其中，所述磁場發(fā)生器具有至少兩個隔開 的磁極，并且其中，所述凹槽的軸向長度小于所述至少兩個磁極之間的極間隔與所述至少 一個流動通道和所述至少一個額外的流動通道的間隙寬度g和gl的平均值的兩倍之間的 差值。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流變流體閥，其中，磁可滲透磁芯包括同心間隔布置的內(nèi) 磁芯部和外磁芯部，并且其中，所述電磁線圈包含在所述外磁芯部中。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的磁流變流體閥，進一步包括限定在所述內(nèi)磁芯部與所述外 磁芯部之間的至少一個額外的流動通道，所述至少一個額外的流動通道的間隙寬度為gl， 其中，比率Lm/gl大于或等于15。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的磁流變流體閥，其中，所述至少一個額外的流動通道與所 述至少一個流動通道是同心的。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流變流體閥，其中，所述電磁線圈偏離所述磁場發(fā)生器的 鄰近所述至少一個流動通道的表面。
16.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁流變流體閥，其中，所述磁場發(fā)生器接合至所述通量環(huán)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流變流體閥，其中，所述磁場發(fā)生器包括一堆板，每塊所 述板都由磁可滲透材料制成，并且其中，所述電磁線圈設(shè)置在形成于至少一塊所述板中的 凹槽中。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的磁流變流體閥，其中，所述至少一個流動通道由形成在所 述板中的多個狹縫提供。
19.一種磁流變流體阻尼器，包括阻尼器殼體，具有用于容納磁流變流體的內(nèi)腔；以及活塞組件，將所述阻尼器殼體內(nèi)腔分成第一阻尼器殼體內(nèi)腔室和第二阻尼器殼體內(nèi)腔 室，所述活塞組件包括磁流變流體閥，所述磁流變流體閥具有磁場發(fā)生器，具有至少第一磁極，所述至少第一磁極的極長度為U1 ；以及至少第一流動通道，鄰近所述磁場發(fā)生器，所述至少第一流動通道的間隙寬度為g，其 中，比率！^/g大于或等于15，所述阻尼器殼體內(nèi)腔設(shè)置有磁鐵粒子總體積百分數(shù)低于30%的磁流變流體阻尼器流 體，其中，磁流變流體磁鐵粒子總體積百分數(shù)低于30 %的所述磁流變阻尼器流體以所述比 率Lm/g可控地流過所述至少第一流動通道，以控制所述活塞組件相對于所述阻尼器殼體的 運動。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的阻尼器，進一步包括環(huán)繞所述磁場發(fā)生器的通量環(huán)，并且 其中，所述至少第一流動通道在所述通量環(huán)與所述磁場發(fā)生器之間。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的阻尼器，其中，所述間隙寬度g沿著所述至少第一流動通道 的長度基本不變。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的阻尼器，進一步包括間隙寬度為gl的至少第二流動通道， 其中，比率Lm/gl等于或大于15。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的阻尼器，進一步包括介于所述磁場發(fā)生器與所述通量環(huán)之 間的至少第二流動通道，所述至少第二流動通道的間隙寬度為gl，其中，比率Lm/gl等于或 大于15。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的阻尼器，進一步包括設(shè)置在所述磁場發(fā)生器與所述通量環(huán) 之間的分流器，所述分流器在所述磁場發(fā)生器與所述通量環(huán)之間限定所述至少第一流動通 道和至少第二流動通道，所述至少第二流動通道的間隙寬度為gl，其中，比率Lm/gl等于或 大于15。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的阻尼器，其中，所述磁流變阻尼器流體的鐵體積分數(shù)不大 于 26%。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的阻尼器，其中，所述磁流變阻尼器流體的鐵體積分數(shù)小于 18%。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的阻尼器，其中，所述磁流變阻尼器具有外儲存器。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的阻尼器，其中，所述磁流變阻尼器具有外底座安裝式儲存器。
29.根據(jù)權(quán)利要求24所述的阻尼器，其中，所述磁流變阻尼器具有外底座安裝式儲存 器，所述外底座安裝式儲存器具有阻尼器底座常規(guī)流動管道，所述阻尼器底座常規(guī)流動管道提供穿過阻尼器端部底座到所述外底座安裝式儲存器中的彎曲的常規(guī)變向流動路徑。
30.根據(jù)權(quán)利要求19所述的阻尼器，其中，所述磁流變阻尼器具有外底座安裝式儲存 器，所述外底座安裝式儲存器具有阻尼器底座常規(guī)流動管道，所述阻尼器底座常規(guī)流動管 道提供穿過阻尼器端部底座到所述外底座安裝式儲存器中的彎曲的常規(guī)變向流動路徑，并 且所述外底座安裝式儲存器包括儲存器活塞，所述儲存器活塞在所述外底座安裝式儲存器 內(nèi)以與所述活塞組件的運動相反的運動軸向地往復(fù)。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的阻尼器，其中，所述阻尼器包括活塞桿導(dǎo)向件，所述活塞桿 導(dǎo)向件具有接收內(nèi)側(cè)密封件和活塞桿軸承的軸向延伸過濾器件。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的阻尼器，其中，所述活塞桿導(dǎo)向件包括第二外側(cè)桿密封件 和外側(cè)桿刷。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的阻尼器，其中，所述軸向延伸過濾器件從鐵體積分數(shù)不大 于26%的磁流變阻尼器流體過濾磁性鐵粒子，并且阻止所述磁性鐵粒子到達所述第二外側(cè) 桿密封件。
34.一種磁流變流體阻尼器，包括阻尼器殼體，具有用于容納磁流變流體的內(nèi)腔；以及活塞組件，設(shè)置在所述阻尼器殼體內(nèi)，所述活塞組件包括磁流變流體閥，所述磁流變流 體閥包括磁場發(fā)生器，具有至少一個電磁線圈以及極長度為Lm的至少一個磁極；以及至 少一個流動通道，鄰近所述至少一個電磁線圈，所述至少一個流動通道的間隙寬度為g，并 且比率Lm/g大于或等于15。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的磁流變流體阻尼器，進一步包括限定在所述阻尼器殼體內(nèi) 的儲存器。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的磁流變流體阻尼器，進一步包括位于所述阻尼器殼體外的 儲存器以及提供該外儲存器與所述阻尼器殼體的內(nèi)部之間的連通的管道。
37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的磁流變流體阻尼器，進一步包括接合至所述活塞的活塞桿。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的磁流變流體阻尼器，進一步包括設(shè)置在所述阻尼器殼體內(nèi) 的活塞桿導(dǎo)向件，所述活塞桿導(dǎo)向件中具有用于接收所述活塞桿的通道。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的磁流變流體阻尼器，其中，所述活塞桿導(dǎo)向件包括活塞桿 軸承組件，以接合所述活塞桿并支持所述活塞桿的往復(fù)運動。
40.根據(jù)權(quán)利要求38所述的磁流變流體阻尼器，其中，所述活塞桿導(dǎo)向件包括儲存器。
41.根據(jù)權(quán)利要求38所述的磁流變流體阻尼器，其中，所述活塞桿導(dǎo)向件設(shè)置有室并 包括設(shè)置在所述室中以用于將粒子從來自所述阻尼器殼體的內(nèi)腔并容納在所述室中的磁 流變流體濾出的過濾器。
42.一種制造磁流變流體阻尼器的方法，包括提供具有用于容納磁流變流體的內(nèi)腔的阻尼器殼體；提供用于將所述阻尼器殼體內(nèi)腔分成第一阻尼器殼體內(nèi)腔室和第二阻尼器殼體內(nèi)腔 室的活塞組件，所述活塞組件包括磁流變流體閥，所述磁流變流體閥具有磁場發(fā)生器，具有至少第一磁極，所述至少第一磁極的極長度為Lm ；以及至少第一流動通道，鄰近所述磁場發(fā)生器，所述至少第一流動通道的間隙寬度為g，其中，比率！^/g大于或等于15，提供磁流變流體的磁鐵粒子總體積百分數(shù)低于30%的磁流變阻尼器流體，將所述活塞組件和所述磁流變阻尼器流體設(shè)置在所述阻尼器殼體中，其中，所述磁流 變流體的磁鐵粒子總體積百分數(shù)低于30%的所述磁流變阻尼器流體以所述比率Lm/g可控 地流過所述至少第一流動通道，以控制所述活塞組件相對于所述阻尼器殼體的運動。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其中，提供磁流變流體的磁鐵粒子總體積百分數(shù)低 于30%的磁流變阻尼器流體包括從各組磁流變阻尼器流體中選出磁鐵粒子總體積百分數(shù) 低于30%的所述磁流變流體，所述各組磁流變阻尼器流體包括磁鐵粒子總體積百分數(shù)不同 且低于30%的多種不同的磁流變阻尼器流體。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中，選出的至少第一阻尼器流體的鐵體積分數(shù)不 大于26%。
45.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中，選出的至少第二阻尼器流體的鐵體積分數(shù)不 大于16%。
46.根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，包括通過阻尼器端部底座限定所述阻尼器殼體的第 一端部，所述阻尼器端部底座包括彎曲的常規(guī)變向流動路徑管道，所述彎曲的常規(guī)變向流 動路徑管道將阻尼器流體重新定向為向外流出到安裝有所述阻尼器端部底座的外底座安 裝式儲存器。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，所述阻尼器底座常規(guī)流動管道提供穿過阻尼器端部 底座到所述外底座安裝式儲存器中的所述彎曲的常規(guī)變向流動路徑，并且所述外底座安裝 式儲存器包括儲存器活塞，所述儲存器活塞在所述外底座安裝式儲存器內(nèi)以與所述活塞組 件的運動相反的運動軸向地往復(fù)。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，包括通過活塞桿導(dǎo)向件限定所述阻尼器殼體的第 二端部，所述活塞桿導(dǎo)向件具有軸向延伸過濾器件，所述軸向延伸過濾器件接收內(nèi)側(cè)密封 件和活塞桿軸承。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其中，所述活塞桿導(dǎo)向件包括第二外側(cè)桿密封件、外 側(cè)桿刷、以及用于使所述活塞組件往復(fù)的往復(fù)活塞桿。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其中，所述軸向延伸過濾器件從鐵體積分數(shù)不大于 26%的磁流變阻尼器流體過濾磁性鐵粒子，并且阻止所述磁性鐵粒子到達所述第二外側(cè)桿 密封件。
全文摘要
本發(fā)明公開一種磁流變流體閥，包括磁場發(fā)生器，具有至少一個電磁線圈(204)以及極長度為Lm的至少一個磁極。本磁流變流體閥進一步包括鄰近電磁線圈的至少一個流動通道(118)。該至少一個流動通道的間隙寬度為g，其中，比率Lm/g大于或等于15。
文檔編號F16F9/53GK102112776SQ200980130231
公開日2011年6月29日 申請日期2009年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月2日
發(fā)明者J·大衛(wèi)·卡爾森, 道格拉斯·E·艾弗斯, 馬克·R·喬利 申請人:洛德公司