[实用新型]磁流变阻尼器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种磁流变阻尼器，具体而言，涉及一种采用纳米颗粒磁流变流 体作为工作介质的磁流变阻尼器。

背景技术

在汽车、工程机械、医疗器械和路桥等众多领域，广泛应用采用磁流变流体作为工 作介质的磁流变阻尼器来实现减震效果。磁流变流体是一种随着磁场出现其粘度发生变化 的液体。由高磁导率、低磁滞性的软磁颗粒通过表面活性剂的作用均匀分散于非导磁性载 液中而构成的稳定悬浮液体系。磁流变流体的工作原理是：在外加磁场的作用下，每一颗粒 都极化成磁偶极子,各个偶极子相互吸引，在两磁极板间形成的链束状结构像桥一样横架 在极板之间,阻碍了流体的正常流动,使其产生类固体的特征。当去掉外加磁场时，流体 又恢复到原来的状态，即磁流变流体在液态和固态之间进行快速可逆的转换。固态化程度 与电流强度成稳定可逆的关系，即控制电流强度就可以精确控制固态化磁流变流体的剪切 屈服强度。

然而，在传统的磁流变流体中存在磁滞现象，分散于磁流变流体中有磁滞的磁响 应颗粒在磁场去除后因颗粒有剩磁而使磁流变流体不能完全恢复到自由流动状态。

在使用磁流变流体的离合器中，磁流变流体的这样的剩磁会干扰磁流变流体离合 器的控制过程，延迟其响应。为了降低矫顽磁力，传统的磁流变流体的磁颗粒的粒径大于 0.1μm，优选粒径大于1μm，（见美国专利US6203717B1等），这就带来了另一个突出问题，即， 磁颗粒在磁流变流体中易沉降。颗粒趋于沉淀的原因之一是油的密度（0.7-0.95g/cm3）与 金属颗粒的密度（铁颗粒约为7.86g/cm3）差别很大，原因之二是传统的磁流变流体中的可 磁化颗粒粒径较大（其优先粒径大于1μm，即1000纳米，如美国专利US6203717B1等）。材料的 沉降造成了颗粒的非均匀分布，干扰了磁流变流体的活性，同样会影响磁流变流体离合器 的正常操作。为了克服易于沉淀的问题，一种方法是添加各种增稠剂和悬浮剂；由于这些防 沉降组分的大量加入，大幅提高了磁流变流体的粘度，但是，这同时增加了材料在无磁场状 态的流动阻力（粘度）。此外，现有磁流变流体还存在的另一个突出的技术问题是磨损问题。 磁流变流体中的磁颗粒会与其接触的运动部件表面造成磨损，可磁化颗粒的粒径越大，磨 粒磨损越严重。

本领域中常见的磁流变阻尼器大体构造与本实用新型的图1中所示的磁流变阻尼 器类似，其通常包括圆柱形的壳体；壳体内包含磁流变流体；在该壳体内还设有活塞组件， 该活塞组件与壳体的内壁滑动接合，将壳体内部分成第一腔室和第二腔室；活塞组件包括 连通第一腔室和第二腔室的多个流体通道。对于这种构造的磁流变阻尼器而言，能够提供 的最大冲程力通常与磁流变流体的特性、流动模式以及阻尼器的尺寸相关。现有的磁流变 阻尼器能够提供的冲程力对于许多应用常常是不够的，而增大阻尼器的尺寸显然与许多应 用的实际情况不符。已经发现对于磁流变阻尼器中的流体通道，需要增大的每流体体积剪 切界面面积，以便直接增大可用的冲程力。

实用新型内容

要解决因剩磁引起的不可靠问题，就要求磁流变流体的磁响应颗粒具有尽可能低 的矫顽磁力。矫顽磁力是描述铁磁材料的磁滞现象的重要参数。细颗粒磁性材料的矫顽磁 力机制与块材料不尽相同，铁磁颗粒的矫顽磁力严重依赖于其尺寸的大小（见图7）。

图7显示了磁颗粒的矫顽磁力与粒径的关系。在微米范围内，减小粒径通常导致矫 顽磁力的增加，矫顽磁力的最大值可以在“单域”粒径（DSD）中获得。但是，当磁颗粒的粒径 减小到“单域”粒径以下时，矫顽磁力反而随着粒径减小而降低，当磁颗粒的粒径降到一个 临界纳米尺度（DSP）以下时，其矫顽磁力降为零，这时原来的铁磁性材料转换成为超顺磁材 料，超顺磁材料即其矫顽磁力降至基本为零的磁材料。

图8显示了部分铁磁材料的单域粒径（DSD）和超顺磁性转换粒径（DSP）。如果磁颗 粒的粒径减小至纳米级的一定尺度的范围内，则矫顽磁力令人惊奇地降至基本为零或完全 为零，这时原来的铁磁性材料转换成为超顺磁材料，当这些磁颗粒被用于磁流变流体时，就 能够得到性能完全超越现有技术的本实用新型的新型纳米磁流变流体。

与传统的磁流变流体（如美国专利2575360、2661825、2886151、5645752、 7393463B2、6203717B1和2006/0033069A1等专利中所描述）相比，这样的纳米颗粒磁流变 流体材料具有如下优势：