[发明专利]基于状态监测的无源磁流变减振器

说明书

技术领域

本发明涉及磁流变减振装置，特别涉及一种可进行状态监测的无源磁流变减振器。

背景技术

磁流变液在磁场作用下能在毫秒级时间范围内从自由流动的线性粘弹性液体转变为剪切屈服应力较高的粘塑性体。利用这一特性制作出的磁流变减振器具有结构简单、动态范围广、响应速度快、低耗能和承载能力强的特点，是一种非常理想的振动控制装置。

传统磁流变半主动悬架系统由磁流变减振器、传感器、控制器以及相关电路组成，一方面它需要外部电源为磁流变减振器供电，以驱动减振器内的电磁线圈产生实现磁流变效应的磁场，另一方面，它需要外部传感器测量磁流变减振器的相对位移或速度，将其作为半主动控制的输入信号以充分发挥磁流变减振器阻尼可调特性。外部供电需求和外部传感器引入不仅增加了磁流变半主动悬架系统的电能消耗和产品成本，而且“分离”模式还加大了安装和维修的难度，降低了系统的可靠性，在一定程度上限制了磁流变半主动悬架系统的工程应用。

因此，需探索一种磁流变减振器，使其能将能量回馈装置和状态信息监测技术集成在磁流变减振器中，一方面使磁流变半主动悬架系统摆脱外界供电的束缚成为自供电系统，另一方面使磁流变半主动悬架系统不再依赖外部传感器，成为具有状态信息自感知的系统。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种基于状态监测的无源磁流变减振器，该磁流变减振器能回收振动能量实现自供电，同时通过集成在磁流变减振器内部的传感技术来实时测量减振器的运动状态信息，解决了传统磁流变半主动悬架系统需要外部电源以及使用外部传感器等不足。

本发明通过以下技术方案解决上述问题：

本发明的基于状态监测的无源磁流变减振器，包括磁流变减振器、振动能量采集器、能量回收控制模块和状态监测系统，所述磁流变减振器包括励磁线圈、缸筒、设置于缸筒内部的活塞、分别固定设置于缸筒两端的底座和导向座以及一端伸入到缸筒内部与所述活塞固定连接的活塞杆；所述振动能量采集器包括永磁体动子、线圈绕组定子、同轴设置于缸筒外部的外筒以及同轴设置于缸筒与外筒之间的导磁筒，所述外筒固定在底座上，所述导磁筒与活塞杆直接或间接固定连接，所述永磁体动子固定在外筒上，与缸筒同步运动，线圈绕组定子固定在导磁筒上，与活塞杆同步运动；所述振动能量采集器的线圈输出线连接到能量回收控制模块，能量回收控制模块用于存储由振动能量采集器产生的电能并控制电能输出至励磁线圈来改变磁流变减振器的输出阻尼力；所述状态监测系统，包括信号处理模块和阵列分布在导磁筒轴向方向上的磁阻传感器，所述状态监测系统，用于间接测量活塞杆与缸筒的相对位移。

进一步，所述磁流变减振器还包括浮动活塞和导向环，所述导向环和活塞同轴套设在活塞杆上并伸入缸筒，所述励磁线圈绕制在活塞内部，所述活塞与缸筒之间的间隙形成阻尼通道，导向环与缸筒沿轴向滑动配合，导向座同轴套设在活塞杆上并固定安装在缸筒一端，所述底座与浮动活塞之间形成补偿气室，底座上设置有与补偿气室连通的充放气阀。

进一步，所述永磁体动子为采用轴向充磁永磁体和径向充磁永磁体基于Halbach阵列交替安装在底座上构成，所述永磁体动子具有至少一组Halbach阵列的永磁体。

进一步，所述能量回收控制模块包括能量收集电路、能量储存电路、启动电路、控制电路与驱动电路，其中，所述能量收集电路，与所述振动能量采集器的线圈输出线连接，并采用交直流能量转换电路将交流电压信号转换为直流电压；所述能量储存电路，用于将电能储存在储能电容中；所述启动电路，为控制电路提供工作电压；所述控制电路，产生控制信号控制驱动电路的导通和截止中断时间，调节输出电压。

进一步，所述磁阻传感器为由坡莫合金薄膜组成的惠斯通桥电阻电路。

进一步，所述信号处理模块由放大器电路、A/D转换器、数字信号处理器和无线信号发射电路构成。

进一步，所述线圈绕组定子由带槽的线圈座和四相线圈绕组构成，线圈座的材料为聚四氟乙烯。

进一步，所述磁流变减振器和所述振动能量采集器之间设置有隔磁筒，所述隔磁筒紧密套设在缸筒外侧。

进一步，所述导磁筒与活塞杆之间设置有连接盘，所述导磁筒通过连接盘与活塞杆固定连接，所述能量回收控制模块和信号处理模块封装后安装在连接盘上。

进一步，所述导向座与活塞杆之间设置有密封组件；所述缸筒与底座配合部分设置有密封件；所述连接盘外侧由防尘罩进行封闭处理。

本发明的基于状态监测的无源磁流变减振器具有以下有益效果：