[发明专利]一种可回收能量的自传感磁流变液阻尼器及其控制方法

说明书

本发明涉及一种可回收能量的自传感磁流变液阻尼器，包括外缸筒，所述外缸筒的内部设有固连有两个普通活塞的活塞杆，活塞杆在两个普通活塞之间固连有线圈活塞以及位于线圈活塞上的励磁线圈，两个普通活塞之间的容腔内设有磁流变液，两个普通活塞与外缸筒的端部之间均设有压电堆，压电堆与普通活塞之间均设有直线轴承、弹簧，结构简单，当外负载受激振动时，一方面可通过实时控制电流，实现阻尼力半主动控制，对负载振动进行能量耗散；另一方面该装置可通过活塞杆及左、右活塞的往复运动，通过弹簧将正压力施加于压电堆，从而产生电能，实现振动能量回收，同时通过收集电能来反映力大小和振动频率，实现自传感。

技术领域

本发明涉及一种可回收能量的自传感磁流变液阻尼器及其控制方法。

背景技术

磁流变液是一种具有流变特性的材料，由于其响应快、可逆性好、力学性能可通过调整磁场的大小来控制等许多传统材料无法比拟的优点，在土木结构、汽车悬架、机械抛光和军工设备等领域得到了广泛的发展。而磁流变液阻尼器是磁流变液的典型应用之一。

磁流变液阻尼器是根据磁流变液在磁场的作用下产生高的屈服应力从而产生反应迅速、可控性强的阻尼力来达到减振的目的。它是一种广泛应用于半主动控制系统中的新型智能阻尼器件，具有毫秒级响应速度、大控制范围和大阻尼力输出等特点，是一种应用前景非常广泛的控制技术。自磁流变阻尼器问世以来，其机械结构设计、控制方法以及减振系统的集成是国内外学者研究的主要方向，也取得了一定的成果，同时，随着研究的推进，也发现了新的问题，即磁流变阻尼器的电源供给和自传感问题。为实现对磁流变阻尼器阻尼力的控制，需要外加励磁磁场，但由于目前磁流变液阻尼器的外加磁场基本上采用的是向线圈中通入励磁电流的方式产生，因此磁流变液阻尼器需要配置可靠的供电系统，例如在汽车上是由蓄电池供电，电源线的引出破坏了磁流变阻尼器的密封性，因此存在漏液的问题，同时置于外部的导线也易受到环境的腐蚀和面临鼠咬等情况，从而导致断裂，造成磁流变阻尼器外部供电故障或中断，导致磁流变阻尼器的减振性能变差或不可控，最终导致磁流变阻尼器失效。另外，由于磁流变阻尼器依赖于外部电源的供给，在一些无法提供外部电源的场合无法工作，比如应用在桥梁、建筑等一些户外的结构抗震中，无法保证其供电，此时的外加电源设备不但会使磁流变液阻尼器振动控制系统复杂化，降低结构可靠性，还会加大设计成本，从而制约了磁流变阻尼器在这些方面上的应用。

基于以上不足，近年来，国内外的相关学者相继提出了多种自供能磁流变液阻尼器，其能量采集方式主要基于静电式、压电式、电磁式。压电式供电原理为安装于磁流变阻尼器内部的压电堆利用压电效应产生给磁流变阻尼器的励磁线圈供电的电能。例如公开号为201110151314.8的中国发明专利，在其说明书中公开了一种“无需外接电源的磁流变减振器”，其通过弹簧机构将外界振动力加载到压电发电装置上，利用压电材料的正压电效应收集外界环境振动能，将它转变成电能，并将电能施加到磁流变减振器活塞线圈上以激励磁流变液，实现变阻尼力的目的。但是该设计压电结构置于磁流变阻尼器外部，结构不够紧凑，同时由于采用单压电堆结构，只在一个振动方向上起作用，其电能回收效果不高。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种可回收能量的自传感磁流变液阻尼器及其控制方法，不仅结构简单，而且便捷高效。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种可回收能量的自传感磁流变液阻尼器，包括外缸筒，所述外缸筒的内部设有固连有两个普通活塞的活塞杆，活塞杆在两个普通活塞之间固连有线圈活塞以及位于线圈活塞上的励磁线圈，两个普通活塞之间的容腔内设有磁流变液，两个普通活塞与外缸筒的端部之间均设有压电堆，压电堆与普通活塞之间均设有直线轴承、弹簧。

优选的，所述活塞杆的输出端伸出外缸筒外部连接外负载，压电堆通过直线轴承与弹簧连接普通活塞，构成压电发电部分，所述活塞杆与外缸筒同轴。