Электромагнитный амортизатор
Изобретение относится к машиностроению. Амортизатор содержит цилиндрический корпус (1), заполненный магнитореологической жидкостью. В корпусе установлен шток (4) с магнитным поршнем (5). Канал в штоке соединяет между собой штоковую и бесштоковую полости цилиндра. Крышка (3) с уплотнителем (10) содержит магнитный элемент (7). В крышке и магнитном элементе выполнены каналы, соединяющие полость корпуса со штоковой полостью. Катушки индуктивности (8, 9) охватывают корпус. Одна из катушек индуктивности выполнена из блока полых проводников с возможностью их заполнения магнитореологической жидкостью и выполняет функции концентрации магнитного потока в замкнутом контуре. Достигается упрощение конструкции, повышение надежности и производительности амортизатора. 4 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.
Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к подвеске транспортных средств. Электромагнитный амортизатор может быть использован для гашения колебательных движений подвижного состава и преобразования энергии колебания в электрическую энергию. Из уровня техники известна возможность выработки электроэнергии посредством индукции.
Известен, например, гидравлический амортизатор (патент РФ №2084721, МПК F16F 9/53, 1997), содержащий корпус, заполненный магнитореологической жидкостью, установленный в нем цилиндр с днищем, имеющим каналы, крышку с уплотнителем и катушки индуктивности. Внутри цилиндра помещен поршень со штоком. Поршень и днище выполнены из ферримагнитного материала, а катушки индуктивности выполнены таким образом, что одна из них охватывает цилиндр, а другая корпус.
Недостатком амортизатора является отсутствие замкнутого силового контура, что снижает технологические возможности амортизатора, как преобразователя электрической энергии.
Известен магнитный амортизатор (патент РФ №2286491, МПК F16F 6/00, 2005), содержащий корпус, шток и два ряда постоянных магнитов, который содержит установленный на штоке и состоящий из двух половин поршень с каналами, соединяющими верхнюю и нижнюю гидравлические полости. Между половинками поршня размещена, выполненная в виде короткозамкнутого витка, обмотка электромагнита. Два ряда постоянных магнитов размещены на наружной поверхности корпуса и обращены друг к другу разноименными полюсами.
Недостатком известного амортизатора является сложность конструкции и невысокая производительность.
Известен также амортизатор (патент DE №19647031, МПК Н02K 35/00, 1997), выполняющий функцию линейного генератора для выработки энергии, в котором амортизатор содержит поршень, размещенный в цилиндре, снабженный постоянным магнитом и катушками индуктивности, размещенными на защитном кожухе. Цилиндр и защитный кожух выполнены из нейтрального материала.
Недостатком такого амортизатора являются ограниченные технологические возможности и невысокая производительность.
Наиболее близким по конструкции и достигаемому результату является патент РФ №2204067, МПК F16F 6/00, 2003 (прототип), где гидравлический амортизатор содержит корпус, заполненный магнитореологической жидкостью. В нем установлен цилиндр с магнитным днищем, каналами и штоком с магнитным поршнем. На корпусе и цилиндре установлены катушки индуктивности. Крышка с уплотнителем содержит магнитный элемент. Магнитный элемент и крышка имеют каналы, входящие в полость корпуса и обеспечивающие замкнутый поток магнитореологической жидкости.
Недостатком известного амортизатора является то, что он применим для двухтрубной схемы амортизаторов, имеет невысокую эксплуатационную надежность и низкую производительность.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение технического уровня амортизатора и надежности за счет упрощения конструкции.
Задача решается за счет того, что амортизатор выполнен из одной трубы цилиндрической формы, являющейся корпусом, содержащим крышку и днище, а на нем установлены две катушки индуктивности, причем одна из катушек выполнена из блока полых проводников, заполненного магнитореологической жидкостью на основе силикона, обеспечивающей замкнутый магнитный поток с рассеиванием не более 5%, и одновременно объединяющей функции двухтрубной и однотрубной систем, а крышка и днище содержат магниты различной коэрцитивной силы.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Электромагнитный амортизатор, содержащий цилиндрический корпус, заполненный магнитореологической жидкостью, установленный в нем шток с магнитным поршнем, делящим цилиндр на штоковую и бесштоковую полости, и каналом в штоке, соединяющим эти полости между собой, крышку с уплотнителем и катушки индуктивности, охватывающие цилиндрический корпус. Одна из катушек индуктивности, охватывающая корпус, выполнена из блока полых проводников, соединяющего между собой верхнюю и нижнюю (штоковую и бесштоковую) полости цилиндра. На катушке из блока полых проводников размещена катушка индуктивности, выполненная из проводника сплошного сечения. Крышка корпуса с уплотнителем и днище содержат магнитные элементы. Блок, крышка и днище имеют каналы, входящие в полость корпуса и обеспечивающие замкнутый поток магнитореологической жидкости. Амортизатор может быть снабжен дополнительным гидрогазовым компенсатором, связанным с корпусом посредством трубопровода. Гидравлические полости цилиндра и полости проводников катушки индуктивности заполнены магнитореологической жидкостью на силиконовой основе. Кожух амортизатора выполнен из немагнитного материала и служит защитным экраном для предотвращения рассеивания магнитного потока в атмосферу.
Выполнение одной катушки из блока полых проводников, заполненных магнитореологической жидкостью, позволяет упростить конструкцию амортизатора и интенсифицировать магнитный поток. Протекание магнитного потока происходит в замкнутом силовом контуре: поршень - магнит крышки - полые проводники катушки - магнит днища - поршень и образует сложное взаимодействие магнитных полей (поршня, магнитов крышки и днища и полей, наведенных катушками), которое усиливает или уменьшает сопротивление перетеканию магнитореологической жидкости. Наведенные токи в катушках отводятся через клеммы на кожухе. Описанная конструкция амортизатора повышает его технический уровень, надежность и производительность.
Электромагнитный амортизатор иллюстрируется графическими материалами.
На фиг.1 показан общий вид амортизатора.
На фиг.2 - поперечное сечение А-А в штоковой полости.
На фиг.3 - поперечное сечение Б-Б в области днища.
На фиг.4 - схема электромагнитного амортизатора.
На фиг.5а, 5б - поршень с лабиринтным и прямым проходом магнитореологической жидкости.
На фиг.6 - электромагнитный амортизатор с дополнительным гидрогазовым компенсатором.
Сравнительная оценка показателей предлагаемого и известного электромагнитного амортизатора представлена в таблице.
Электромагнитный амортизатор содержит корпус 1 цилиндрической формы, днище 2, крышку 3, шток 4, установленный на нем поршень 5 с магнитным элементом и дроссельными каналами. Поршень 5 разделяет гидравлическую полость цилиндра на верхнюю А и нижнюю Б части. Днище 2 и крышка 3 содержат постоянные магниты, соответственно 6 и 7. На корпусе 1 установлена, сформированная общим блоком, катушка индуктивности 8, выполненная из полых проводников и соединяющая между собой полости А и Б. На катушке 8 размещена катушка индуктивности 9, выполненная из проводника сплошного сечения.
Гидравлические полости А и Б, а также полые проводники блока катушки 8 заполнены магнитореологической жидкостью на силиконовой основе с намагниченностью до 70 кА/м. Крышка 3 имеет уплотнение 10. Снаружи днище 2 и крышка 3 охвачены кожухом 11, который, выполняя функцию защитного экрана, совместно с катушкой 8 обеспечивает рассеивание магнитного потока не более чем на 5%. Корпус 1 электромагнитного амортизатора может быть связан посредством трубопровода с дополнительным гидрогазовым компенсатором 12 для работы в условиях тропического климата или иных тяжелых условиях эксплуатации. Электромагнитный амортизатор также может быть выполнен с поршнями 5 с прямым и лабиринтным проходом магнитореологической жидкости (иметь мягкую и жесткую характеристики) (фиг.5а; 5б).
Магнитные элементы в крышке, поршне и днище амортизатора подобраны таким образом, чтобы обеспечить потребные усилия сжатия и отбоя и соответствуют величине остаточной магнитной индукции и коэрцитивной силы в соотношении 3:2:1.
Электромагнитный амортизатор работает следующим образом.
В нейтральном положении поршня 5 со штоком 4 амортизатора, при отсутствии сжимающих или растягивающих усилий, вызванных неровностями дороги, напряжение в катушках 8 и 9 равно нулю. При сжатии поршень 5 перемещается вниз, вытесняя магнитореологическую жидкость из полости Б в полость А через каналы в магните 7, полый проводник катушки 8 и каналы магнита 6, часть жидкости перемещается в полость А через калиброванные отверстия поршня 5. Сопротивление перетеканию магнитореологической жидкости, создаваемое ориентированными магнетиками, магнитами 6,7 и поршнем 5, обеспечивает усилие при сжатии 550-750 Н. Одновременно с этим происходит изменение магнитного потока, силовые линии которого пересекают обмотки катушек индуктивности 8 и 9 и в них индуктируется ЭДС. Протекание магнитного потока происходит в замкнутом силовом контуре: поршень 5-магнит 6- внутри обмотки катушки 8 - магнит 7 - поршень 5. Образуется мощный магнитный поток с рассеиванием не более 5%. Происходит сложное взаимодействие магнитных полей (поршня 5, магнитов 6,7 и полей, наведенных катушками 8 и 9), усиливая или уменьшая сопротивление перетеканию магнитореологической жидкости. Наведенные токи в катушках 8 и 9 отводятся через клеммы на кожухе 11 (на чертеже не показано). При растяжении, вызываемом отдачей рессоры, поршень 5 перемещается вверх, преодолевая сопротивление магнитореологической жидкости в полости А. Сопротивление перетеканию жидкости при растяжении соответствует 1800-2200 Н, при этом направление тока в катушках индуктивности 8 и 9 меняется на противоположное.
За счет выполнения одной из катушек индуктивности из блока полых проводников, соединяющей между собой обе части гидравлической полости, концентрируется сильный магнитный поток в области катушек, увеличивая аккумулирование электроэнергии, которая в конечном счете снимается и отводится через клеммы на кожухе на потребители и т.о., повышается производительность, а за счет простоты конструкции амортизатора увеличивается его надежность.
Таким образом, задача, стоящая перед изобретением, решена В экспериментальном цехе ООО «Ренотех-плюс» изготовлен и испытан опытный образец предлагаемого амортизатора. Оценка технического уровня предлагаемого изобретения представлена в таблице.
| Таблица | ||
| Преобразователи электрической энергии | Максимальная мощность преобразователя, Вт | Коэффициент использования материалов, Вт/кг |
| Двухтрубной системы (прототип) | 105 | 42 |
| Однотрубной системы с блоком полых проводников (предлагаемый амортизатор) | 145 | 96 |
1. Электромагнитный амортизатор, содержащий цилиндрический корпус, заполненный магнитореологической жидкостью, установленный в нем шток с магнитным поршнем, делящим цилиндр на штоковую и бесштоковую полости, и каналом в штоке, соединяющим между собой эти полости, крышку с уплотнителем, содержащую магнитный элемент, причем в крышке и магнитном элементе выполнены каналы, соединяющие полость корпуса со штоковой полостью, и катушки индуктивности, охватывающие корпус, отличающийся тем, что одна из катушек индуктивности выполнена из блока полых проводников с возможностью их заполнения магнитореологической жидкостью и выполняет функции концентрации магнитного потока в замкнутом контуре.
2. Электромагнитный амортизатор по п.1, отличающийся тем, что магнитный поршень имеет дополнительные дроссельные отверстия с лабиринтным проходом магнитореологической жидкости.
3. Электромагнитный амортизатор по п.1, отличающийся тем, что в крышке, поршне и днище амортизатора установлены магнитные элементы с различными коэрцитивными силами, значение которых составляет соответственно 3:2:1.
4. Электромагнитный амортизатор по п.1, отличающийся тем, что наружный кожух выполнен из немагнитного материала и служит экраном для предотвращения рассеивания магнитного потока в атмосферу.
5. Электромагнитный амортизатор по п.1, отличающийся тем, что к корпусу может быть присоединен дополнительный гидрогазовый компенсатор.
