采用双层磁铁和双层线圈进行能量采集的磁流变阻尼器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种采用双层磁铁和双层线圈进行能量采集的磁流变阻尼器，主要由U型支架、活塞头、励磁线圈、活塞头套筒、U型磁铁支架、阻尼器缸筒、绕线架、内层和外层环形永磁铁组以及内层和外层感应线圈等组成。固定在U型磁铁支架上的内层和外层环形永磁铁组在外部激励下随着活塞杆一起运动，缠绕在阻尼器缸筒和绕线架上的内层和外层感应线圈由于永磁铁组的作用将产生交流电，产生的交流电经过整流电路转换成直流电，可直接用于励磁线圈产生所需磁场或储存在储能电路中，实现振动能量的采集。本实用新型专利技术采用双层磁铁和双层线圈进行能量采集，采集功率高，输出电压大；特别适合应用基于磁流变阻尼器的半主动减震系统。

Magneto rheological damper using double layer magnet and double coil for energy harvesting

The utility model discloses a magneto rheological damper with double magnet and double coil energy acquisition, mainly by the U type bracket, piston head, piston head sleeve, excitation coil, U type magnet damper bracket, a cylinder, a bobbin, inner and outer ring permanent magnet group and the inner and outer induction coil etc. composition. U type magnet bracket is fixed on the inner and outer ring permanent magnet group in external excitation with the piston rod to move together with the inner and outer winding induction coil in the damper cylinder and the wire winding rack because of the effects of permanent magnet group will produce alternating current, alternating current generated by the rectifier circuit to convert DC power directly for the required magnetic field generated by the excitation coil or stored in the storage circuit, realize vibration energy collection. The utility model adopts double-layer magnet and double-layer coil to collect energy, and has the advantages of high collection power and high output voltage, and is especially suitable for the semi-active damping system based on the magneto rheological damper.

【技术实现步骤摘要】
采用双层磁铁和双层线圈进行能量采集的磁流变阻尼器
本技术涉及一种磁流变阻尼器，尤其涉及一种采用双层磁铁和双层线圈进行能量采集的磁流变阻尼器。
技术介绍
磁流变阻尼器由于具有毫秒级响应速度、大控制范围和大阻尼力输出的特点，使得它成为工业应用领域优秀的半主动执行器件。目前，磁流变阻尼器已广泛应用于建筑物及桥梁的减振抗震系统、铁路机车车辆及汽车悬架系统的减振等场合。采用磁流变阻尼器主要目的就是吸收外部振动，减轻振动对结构器件的损伤。但实际使用中，其能量损耗也不容忽视。传统的磁流变阻尼器仅仅具有吸振功能，不具有能量采集的功能，导致振动能量的损失，不符合节能要求。因此，研究一种能够通过采集外部振动并将机械能转换为电能的磁流变阻尼器，一直是人们希望解决的问题。目前，具有能量采集的磁流变阻尼器受到科研界的广泛关注。公开号为CN103306393A的中国专利技术专利“驱动能量自供给磁流变阻尼器”，将活塞杆的直线运动通过直齿轮和锥齿轮转化为旋转运动，驱使发电单元产生电能；但其结构具有局限性，在齿轮啮合传递运动的时候造成部分能量的损失，使得产生的电能减小。公开号为CN102374255A的中国专利技术专利“自供电、自传感的磁流变阻尼器”，其结构是通过活塞杆的直线运动带动外部环形永磁体切割感应线圈产生电能，虽然减小了机械运动形式转换中能量损耗，但由于采用单层磁铁和单层线圈，并且永磁铁没有得到合理的布置，产生的磁场强度有限，造成磁场利用率降低，采集的电能较小，使得回收的电能不足以实现对阻尼器中励磁线圈自供电。基于此，有必要提出一种采用双层磁铁和双层线圈进行能量采集的磁流变阻尼器，通过对永磁铁组和线圈的合理布置获得较大的电能，实现磁流变阻尼器振动机械能的高效采集。
技术实现思路
为了克服
技术介绍
所述磁流变阻尼器存在的问题及满足磁流变阻尼器的实际使用要求，本技术提供一种采用双层磁铁和双层线圈进行能量采集的磁流变阻尼器。该阻尼器能量采集结构在U型磁铁支架下端内外表面设置有内层环形永磁铁组和外层环形永磁铁组，并且将内层和外层环形永磁铁组按照一定的形式布置；感应线圈分别由内层感应线圈和外层感应线圈组成；内层感应线圈缠绕在阻尼器缸筒绕线槽内，外层感应线圈缠绕在绕线架的绕线槽内；活塞杆的上下运动带动U型磁铁支架上的内层和外层环形永磁铁组往复运动；在永磁铁作用下，内层和外层感应线圈在往复运动中产生交流电，通过整流电路可以将产生的交流电转换成直流电，可直接用于励磁线圈的直流供电，提供产生可控阻尼力所需的磁场；也可直接储存在储能电路中，从而实现振动能量的采集。本技术采用双层磁铁和双层线圈进行振动能量采集，输出电能较大，采集效率较高；同时，双层磁铁和双层线圈布置方式合理，空间利用合理，结构紧凑。本技术解决其技术问题所采用的技术方案包括：U型支架(1)、浮动活塞(2)、锁紧螺母Ⅰ(3)、活塞头挡板Ⅰ(4)、活塞头(5)、励磁线圈(6)、活塞头套筒(7)、活塞头挡板Ⅱ(8)、隔磁套筒(9)、活塞杆(10)、阻尼器上端盖(11)、U型磁铁支架(12)、锁紧螺母Ⅱ(13)、阻尼器缸筒(14)、固定端盖(15)、内层隔环(16)、内层环形永磁铁组(17)、绕线架(18)、外层隔环(19)、外层环形永磁铁组(20)、内层感应线圈(21)、外层感应线圈(22)以及导磁挡板(23)；阻尼器上端盖(11)与阻尼器缸筒(14)通过螺钉固定连接；隔磁套筒(9)外表面与阻尼器缸筒(14)内表面间隙配合；阻尼器上端盖(11)与隔磁套筒(9)内表面间隙配合，两者通过密封圈进行密封；阻尼器上端盖(11)中间加工有圆形通孔，活塞杆(10)与阻尼器上端盖(11)中间圆形通孔间隙配合，两者通过密封圈进行密封；活塞杆(10)下端加工有轴肩，活塞头挡板Ⅱ(8)中间加工有圆形通孔，活塞杆(10)下端外表面与活塞头挡板Ⅱ(8)圆形通孔间隙配合，且活塞杆(10)下端轴肩与活塞头挡板Ⅱ(8)上端面紧密接触；活塞头挡板Ⅱ(8)上端面加工有4个腰形通孔A、B、C和D，作为磁流变液通道；活塞头(5)中间加工有圆形通孔，与活塞杆(10)下端外表面间隙配合；活塞头(5)上端面与活塞头挡板Ⅱ(8)下端面紧密接触；活塞头(5)外圆面加工有凹槽，用于缠绕励磁线圈(6)；活塞头(5)下端面与活塞头挡板Ⅰ(4)上端面紧密接触；活塞头挡板Ⅰ(4)中间加工有圆形通孔，与活塞杆(10)下端外表面间隙配合，并通过锁紧螺母Ⅰ(3)锁紧固定；活塞头挡板Ⅰ(4)下端面加工有4个腰形通孔F、G、H和I，作为磁流变液通道；活塞头套筒(7)内表面与活塞头(5)外表面间隙配合，形成磁流变液通道间隙；活塞头套筒(7)下端加工有凸台，安装在活塞头挡板Ⅰ(4)的8个凹槽J内；活塞头套筒(7)上端加工有凸台，安装在活塞头挡板Ⅱ(8)的8个凹槽E内；活塞头套筒(7)外表面与隔磁套筒(9)内表面间隙配合，并通过密封圈进行密封；浮动活塞(2)外表面与隔磁套筒(9)内表面间隙配合，并通过密封圈进行密封；阻尼器缸筒(14)下端面与U型支架(1)通过螺钉固定连接；阻尼器缸筒(14)外表面加工有凹槽，用于缠绕内层感应线圈(21)；U型支架(1)内部加工有轴肩，绕线架(18)下端部加工有凸台，绕线架(18)下端部凸台与U型支架(1)内部轴肩紧密接触；绕线架(18)外表面与U型支架(1)内表面间隙配合；绕线架(18)外表面加工有凹槽，用于缠绕外层感应线圈(22)；U型支架(1)上端加工有外螺纹，固定端盖(15)内表面加工有内螺纹，两者螺纹固定连接；绕线架(18)通过U型支架(1)内部轴肩以及U型支架(1)和固定端盖(15)的螺纹连接进行轴向固定；U型磁铁支架(12)上端中间加工有圆形通孔，U型磁铁支架(12)上端圆形通孔表面与活塞杆(10)上端外圆面进行间隙配合，并通过锁紧螺母Ⅱ(13)锁紧固定；U型磁铁支架(12)内表面与阻尼器缸筒(14)外表面间隙配合；U型磁铁支架(12)外表面与绕线架(18)内表面间隙配合；U型磁铁支架(12)下端内表面和外表面分别加工有轴肩；内层环形永磁铁组(17)安装在U型磁铁支架(12)内部轴肩上；外层环形永磁铁组(20)安装在U型磁铁支架(12)外部轴肩上；内层环形永磁铁组(17)由环形永磁铁组(17Ⅰ)、环形永磁铁组(17Ⅱ)和环形永磁铁组(17Ⅲ)组成；每组环形永磁铁分别由径向S-N环形永磁铁、轴向S-N环形永磁铁、径向N-S环形永磁铁和轴向N-S环形永磁铁按顺序组成；内层环形永磁铁组(17)按照Halbach磁铁布置规律安装，首先内层隔环(16)上表面与U型磁铁支架(12)下端部内轴肩端部紧密接触，其次径向S-N环形永磁铁上表面与内层隔环(16)下表面紧密结合，轴向S-N环形永磁铁上表面与径向S-N环形永磁铁下表面紧密结合，径向N-S环形永磁铁上表面与轴向S-N环形永磁铁下表面紧密结合，轴向N-S环形永磁铁上表面与径向N-S环形永磁铁下表面紧密结合；按照上述安装方式，再依次安装内层隔环(16)、轴向S-N环形永磁铁、径向N-S环形永磁铁、轴向N-S环形永磁铁、径向S-N环形永磁铁、内层隔环(16)、径向N-S环形永磁铁、轴向N-S环形永磁铁、径向S-N环形永磁铁、轴向S-N环形永磁铁；内层环形永磁铁组(1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用双层磁铁和双层线圈进行能量采集的磁流变阻尼器，其特征在于包括：U型支架(1)、浮动活塞(2)、锁紧螺母Ⅰ(3)、活塞头挡板Ⅰ(4)、活塞头(5)、励磁线圈(6)、活塞头套筒(7)、活塞头挡板Ⅱ(8)、隔磁套筒(9)、活塞杆(10)、阻尼器上端盖(11)、U型磁铁支架(12)、锁紧螺母Ⅱ(13)、阻尼器缸筒(14)、固定端盖(15)、内层隔环(16)、内层环形永磁铁组(17)、绕线架(18)、外层隔环(19)、外层环形永磁铁组(20)、内层感应线圈(21)、外层感应线圈(22)以及导磁挡板(23)；阻尼器上端盖(11)与阻尼器缸筒(14)通过螺钉固定连接；隔磁套筒(9)外表面与阻尼器缸筒(14)内表面间隙配合；阻尼器上端盖(11)与隔磁套筒(9)内表面间隙配合，两者通过密封圈进行密封；阻尼器上端盖(11)中间加工有圆形通孔，活塞杆(10)与阻尼器上端盖(11)中间圆形通孔间隙配合，两者通过密封圈进行密封；活塞杆(10)下端加工有轴肩，活塞头挡板Ⅱ(8)中间加工有圆形通孔，活塞杆(10)下端外表面与活塞头挡板Ⅱ(8)圆形通孔间隙配合，且活塞杆(10)下端轴肩与活塞头挡板Ⅱ(8)上端面紧密接触；活塞头挡板Ⅱ(8)上端面加工有4个腰形通孔A、B、C和D，作为磁流变液通道；活塞头(5)中间加工有圆形通孔，与活塞杆(10)下端外表面间隙配合；活塞头(5)上端面与活塞头挡板Ⅱ(8)下端面紧密接触；活塞头(5)外圆面加工有凹槽，用于缠绕励磁线圈(6)；活塞头(5)下端面与活塞头挡板Ⅰ(4)上端面紧密接触；活塞头挡板Ⅰ(4)中间加工有圆形通孔，与活塞杆(10)下端外表面间隙配合，并通过锁紧螺母Ⅰ(3)锁紧固定；活塞头挡板Ⅰ(4)下端面加工有4个腰形通孔F、G、H和I，作为磁流变液通道；活塞头套筒(7)内表面与活塞头(5)外表面间隙配合，形成磁流变液通道间隙；活塞头套筒(7)下端加工有凸台，安装在活塞头挡板Ⅰ(4)的8个凹槽J内；活塞头套筒(7)上端加工有凸台，安装在活塞头挡板Ⅱ(8)的8个凹槽E内；活塞头套筒(7)外表面与隔磁套筒(9)内表面间隙配合，并通过密封圈进行密封；浮动活塞(2)外表面与隔磁套筒(9)内表面间隙配合，并通过密封圈进行密封；阻尼器缸筒(14)下端面与U型支架(1)通过螺钉固定连接；阻尼器缸筒(14)外表面加工有凹槽，用于缠绕内层感应线圈(21)；U型支架(1)内部加工有轴肩，绕线架(18)下端部加工有凸台，绕线架(18)下端部凸台与U型支架(1)内部轴肩紧密接触；绕线架(18)外表面与U型支架(1)内表面间隙配合；绕线架(18)外表面加工有凹槽，用于缠绕外层感应线圈(22)；U型支架(1)上端加工有外螺纹，固定端盖(15)内表面加工有内螺纹，两者螺纹固定连接；绕线架(18)通过U型支架(1)内部轴肩以及U型支架(1)和固定端盖(15)的螺纹连接进行轴向固定；U型磁铁支架(12)上端中间加工有圆形通孔，U型磁铁支架(12)上端圆形通孔表面与活塞杆(10)上端外圆面进行间隙配合，并通过锁紧螺母Ⅱ(13)锁紧固定；U型磁铁支架(12)内表面与阻尼器缸筒(14)外表面间隙配合；U型磁铁支架(12)外表面与绕线架(18)内表面间隙配合；U型磁铁支架(12)下端内表面和外表面分别加工有轴肩；内层环形永磁铁组(17)安装在U型磁铁支架(12)内部轴肩上；外层环形永磁铁组(20)安装在U型磁铁支架(12)外部轴肩上；内层环形永磁铁组(17)由环形永磁铁组(17Ⅰ)、环形永磁铁组(17Ⅱ)和环形永磁铁组(17Ⅲ)组成；每组环形永磁铁分别由径向S‑N环形永磁铁、轴向S‑N环形永磁铁、径向N‑S环形永磁铁和轴向N‑S环形永磁铁按顺序组成；内层环形永磁铁组(17)按照Halbach磁铁布置规律安装，首先内层隔环(16)上表面与U型磁铁支架(12)下端部内轴肩端部紧密接触，其次径向S‑N环形永磁铁上表面与内层隔环(16)下表面紧密结合，轴向S‑N环形永磁铁上表面与径向S‑N环形永磁铁下表面紧密结合，径向N‑S环形永磁铁上表面与轴向S‑N环形永磁铁下表面紧密结合，轴向N‑S环形永磁铁上表面与径向N‑S环形永磁铁下表面紧密结合；按照上述安装方式，再依次安装内层隔环(16)、轴向S‑N环形永磁铁、径向N‑S环形永磁铁、轴向N‑S环形永磁铁、径向S‑N环形永磁铁、内层隔环(16)、径向N‑S环形永磁铁、轴向N‑S环形永磁铁、径向S‑N环形永磁铁、轴向S‑N环形永磁铁；内层环形永磁铁组(17)、内层隔环(16)分别与阻尼器缸筒(14)外表面间隙配合；外层环形永磁铁组(20)由环形永磁铁组(20Ⅰ)、环形永磁铁组(20Ⅱ)和环形永磁铁组(20Ⅲ)组成；每组环形永磁铁分别由径向N‑S环形永磁铁、轴向S‑N环形永磁铁、径向S‑N环形永磁铁和轴向N‑S环形永...

【技术特征摘要】
1.一种采用双层磁铁和双层线圈进行能量采集的磁流变阻尼器，其特征在于包括：U型支架(1)、浮动活塞(2)、锁紧螺母Ⅰ(3)、活塞头挡板Ⅰ(4)、活塞头(5)、励磁线圈(6)、活塞头套筒(7)、活塞头挡板Ⅱ(8)、隔磁套筒(9)、活塞杆(10)、阻尼器上端盖(11)、U型磁铁支架(12)、锁紧螺母Ⅱ(13)、阻尼器缸筒(14)、固定端盖(15)、内层隔环(16)、内层环形永磁铁组(17)、绕线架(18)、外层隔环(19)、外层环形永磁铁组(20)、内层感应线圈(21)、外层感应线圈(22)以及导磁挡板(23)；阻尼器上端盖(11)与阻尼器缸筒(14)通过螺钉固定连接；隔磁套筒(9)外表面与阻尼器缸筒(14)内表面间隙配合；阻尼器上端盖(11)与隔磁套筒(9)内表面间隙配合，两者通过密封圈进行密封；阻尼器上端盖(11)中间加工有圆形通孔，活塞杆(10)与阻尼器上端盖(11)中间圆形通孔间隙配合，两者通过密封圈进行密封；活塞杆(10)下端加工有轴肩，活塞头挡板Ⅱ(8)中间加工有圆形通孔，活塞杆(10)下端外表面与活塞头挡板Ⅱ(8)圆形通孔间隙配合，且活塞杆(10)下端轴肩与活塞头挡板Ⅱ(8)上端面紧密接触；活塞头挡板Ⅱ(8)上端面加工有4个腰形通孔A、B、C和D，作为磁流变液通道；活塞头(5)中间加工有圆形通孔，与活塞杆(10)下端外表面间隙配合；活塞头(5)上端面与活塞头挡板Ⅱ(8)下端面紧密接触；活塞头(5)外圆面加工有凹槽，用于缠绕励磁线圈(6)；活塞头(5)下端面与活塞头挡板Ⅰ(4)上端面紧密接触；活塞头挡板Ⅰ(4)中间加工有圆形通孔，与活塞杆(10)下端外表面间隙配合，并通过锁紧螺母Ⅰ(3)锁紧固定；活塞头挡板Ⅰ(4)下端面加工有4个腰形通孔F、G、H和I，作为磁流变液通道；活塞头套筒(7)内表面与活塞头(5)外表面间隙配合，形成磁流变液通道间隙；活塞头套筒(7)下端加工有凸台，安装在活塞头挡板Ⅰ(4)的8个凹槽J内；活塞头套筒(7)上端加工有凸台，安装在活塞头挡板Ⅱ(8)的8个凹槽E内；活塞头套筒(7)外表面与隔磁套筒(9)内表面间隙配合，并通过密封圈进行密封；浮动活塞(2)外表面与隔磁套筒(9)内表面间隙配合，并通过密封圈进行密封；阻尼器缸筒(14)下端面与U型支架(1)通过螺钉固定连接；阻尼器缸筒(14)外表面加工有凹槽，用于缠绕内层感应线圈(21)；U型支架(1)内部加工有轴肩，绕线架(18)下端部加工有凸台，绕线架(18)下端部凸台与U型支架(1)内部轴肩紧密接触；绕线架(18)外表面与U型支架(1)内表面间隙配合；绕线架(18)外表面加工有凹槽，用于缠绕外层感应线圈(22)；U型支架(1)上端加工有外螺纹，固定端盖(15)内表面加工有内螺纹，两者螺纹固定连接；绕线架(18)通过U型支架(1)内部轴肩以及U型支架(1)和固定端盖(15)的螺纹连接进行轴向固定；U型磁铁支架(12)上端中间加工有圆形通孔，U型磁铁支架(12)上端圆形通孔表面与活塞杆(10)上端外圆面进行间隙配合，并通过锁紧螺母Ⅱ(13)锁紧固定；U型磁铁支架(12)内表面与阻尼器缸筒(14)外表面间隙配合；U型磁铁支架(12)外表面与绕线架(18)内表面间隙配合；U型磁铁支架(12)下端内表面和外表面分别加工有轴肩；内层环形永磁铁组(17)安装在U型磁铁支架(12)内部轴肩上；外层环形永磁铁组(20)安装在U型磁铁支架(12)外部轴肩上；内层环形永磁铁组(17)由环形永磁铁组(17Ⅰ)、环形永磁铁组(17Ⅱ)和环形永磁铁组(17Ⅲ)组成；每组环形永磁铁分别由径向S-N环形永磁铁、轴向S-N环形永磁铁、径向N-S环形永磁铁和轴向N-S环形永磁铁按顺序组成；内层环形永磁铁组(17)按照Halbach磁铁布置规律安装，首先内层隔环(16)上表面与U型磁铁支架(12...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡国良，刘浩，刘前结，刘丰硕，丁孺琦，徐明，李刚，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：新型
国别省市：江西,36