磁流变智能阻尼器的工作原理及设计

磁流变阻尼器件研究综述磁流变阻尼器件的总论 (1)1 磁流变材料与磁流变阻尼器的潜在工程应用................................. 错误！未定义书签。

1 磁流变效应的解释 (1)2 影响磁流变体的流变学特性的因素 (1)磁流变阻尼器件的工作模式 (2)3磁流变阻尼器件及其工程应用 (2)3.1汽车座椅悬架磁流变阻尼器 (3)3.2建筑结构中使用的磁流变阻尼器 (4)3.3微型磁流变阻尼器 (4)3.4直升飞机旋转叶片磁流变阻尼器 (5)3.5其它磁流变阻尼器磁流变阻尼器 (6)4 我国致力于开发各种磁流变器件的领域 (7)2 磁流变技术与磁流变阻尼器件 (7)Lord公司开发的挤压模式汽车座椅悬架阻尼器 (7)1 磁流变效应的解释当磁流变体处于外加磁场中,其粘滞系数明显增加,其主要原因是结构元的变化。

在经典理论中,用磁偶极矩和磁性微粒成链作为结构元来解释磁流变效应,Shulman和Kordonskii对磁流变效应作了解释[2]:悬浮相是按一定角度定向排列互不影响的粒子剪切流动,当受到外加磁场作用时,悬浮液粘滞性的增加是由于附加能量被结构元的载流分子介质所消耗,机械能消耗的程度(磁流变体粘性的增加)是由磁流变体的微结构(微粒伸长和定向排列的程度)、外加磁场强度和剪切率大小等因素所决定。

[2]ShulmanZP,etal.Physicalpropertiesanddynamicsofmag-netorheologicalsuspensions[J].Int.J .MultiphaseFlow,1986,12(6):935～955.2 影响磁流变体的流变学特性的因素磁流变体的流变学特性与诸多因素有关,主要是下列几方面:(1)磁流变体的剪应力与饱和磁化强度的关系Carlson等[3]利用偶极子相互作用模型来描述磁流变体的特性,与Ginder[4]采用有限元方法研究结果是一致的:最大剪应力与饱和磁化强度的平方成正比。

1.结构设计2.工作原理2.1磁流变液磁流变液是在1948 年被Rabinow,J.发明的一种由非磁性基液（如矿物油、硅油等）、微小磁性颗粒、表面活性剂（也称稳定剂）等组合而成的智能型流体材料。

在无磁场加入的条件下，磁流变液将表现为低粘度较强流动性的牛顿流体特性，加入磁场后，则会表现为高粘度低流动性的Bingham 流体特性。

非磁性基液是一种绝缘、耐腐蚀、化学性能稳定的有机液体。

基液所拥有的特征是：粘度较低，磁流变液在没有磁场加入的条件下表现为低粘度状态，这样能够较好的降低磁流变液的零场粘度；沸点高、凝固点较低，这样就可以确保磁流变液在温度变化波动较大的环境下工作依然可以保持较高的稳定性；较高的密度，能够保证磁流变液不会因沉降问题而无法正常使用；无毒无味、廉价，保障其安全性的同时做到能够广泛使用。

微小磁性颗粒是一种可离散、可极化的软磁性固体颗粒，其单位是微米数量级的。

其主要的特征有[5]：低矫顽力，对于已经磁化过的液体，加较小的磁场就能够使其恢复零磁场状态，即拥有较高的保磁能力；高磁导率，能够在弱磁场中获得较强的磁感应强度从而节约能量；磁滞回线狭窄、内聚力小；磁性颗粒的体积应相对大一些，用于存贮更多的能量。

表面活性剂是可以增加溶液或混合物等稳定性的化学物质。

在实际使用过程中，磁流变液比较容易出现沉降分层现象，所以需要在磁流变液中加入表面活性剂保证物理化学性能的平衡，减少分层、降低沉降。

2.2磁流变液的工作模式磁流变液在外加磁场影响下出现磁流变效应现象，改变流体的表观粘度、流动状态，从而改变剪切屈服应力等参数，使输出的阻尼力能够实时变化，达到所期望的目的。

现如今，磁路变液的一般工作模式有三类：流动式、剪切式及挤压式，如下图所示。

（a）流动式（b）剪切式（c）挤压式图1-3 磁流变液工作模式Fig. 1-3 MR fluid working mode流动式：如图1-3（a）所示，在两块固定静止的磁极板中间具有充足的磁流变液，对磁流变液施加一个压力使其流过两磁极板，其中，两极板之间外加了与磁流变液运动方向垂直的磁场。

磁流变阻尼器的自传感与自供能原理及关键技术一、引言磁流变阻尼器是一种利用磁流变效应实现阻尼控制的装置。

它具有自传感和自供能的特性，能够根据外部条件自动调节阻尼力的大小。

本文将详细探讨磁流变阻尼器的自传感与自供能原理及关键技术。

二、磁流变阻尼器的基本原理磁流变阻尼器由磁流变液、激磁线圈、传感器和控制系统等组成。

其基本工作原理是通过改变磁场的强度来调节磁流变液的流变性能，从而实现阻尼力的控制。

磁流变液是一种特殊的流体，其流变性能可以在外加磁场下发生明显变化。

当磁流变液处于无磁场状态时，其粘度较低，流动性能较好；而当磁流变液受到磁场作用时，其粘度会迅速增加，从而产生较大的阻尼力。

激磁线圈是磁流变阻尼器中的关键部件，通过控制激磁线圈的电流来改变磁场的强度。

当激磁线圈通电时，会产生一个磁场，使磁流变液发生流变性能的变化，从而产生阻尼力。

传感器用于感知外部条件的变化，如位移、速度等。

传感器将感知到的信号传输给控制系统，控制系统根据信号的变化来调节激磁线圈的电流，从而实现阻尼力的自动调节。

三、磁流变阻尼器的自传感原理磁流变阻尼器的自传感原理是指磁流变阻尼器能够通过传感器感知到外部条件的变化，并将这些变化转化为电信号，从而实现阻尼力的自动调节。

1.传感器感知外部条件的变化。

传感器可以感知到磁流变阻尼器所连接的结构的位移、速度等信息。

当结构发生位移或速度变化时，传感器会感知到这些变化，并将其转化为电信号。

2.电信号传输给控制系统。

传感器感知到的电信号会被传输给控制系统，控制系统会根据信号的变化来判断外部条件的变化情况。

3.控制系统根据信号的变化调节激磁线圈的电流。

控制系统会根据传感器感知到的信号的变化情况来调节激磁线圈的电流。

当外部条件发生变化时，控制系统会根据变化的情况来调节激磁线圈的电流，从而改变磁场的强度，进而调节阻尼力的大小。

4.阻尼力的自动调节。

通过控制系统调节激磁线圈的电流，磁流变阻尼器可以实现阻尼力的自动调节。

磁阻尼器原理
磁阻尼器是一种利用磁阻效应实现阻尼控制的装置，它在工程领域中具有广泛的应用。

磁阻尼器的原理是基于磁阻效应和阻尼器的基本原理，通过磁场的调节来实现对阻尼力的控制，从而达到减振、减震和减小振动幅度的目的。

磁阻效应是指在磁场中，磁性材料的磁化强度随着磁场的变化而发生变化的现象。

当磁性材料处于磁场中时，磁矩会受到磁场的作用而发生取向调整，从而产生磁化。

当外加力作用于磁性材料时，磁矩的取向会发生变化，从而产生磁化强度的变化。

这种磁化强度的变化会产生磁阻力，从而实现对阻尼力的控制。

磁阻尼器的工作原理是利用磁场的调节来改变磁性材料的磁化强度，从而改变阻尼力的大小。

当外加力作用于磁阻尼器时，磁场会对磁性材料产生影响，使磁性材料的磁化强度发生变化，从而产生相应的阻尼力。

通过调节磁场的大小和方向，可以实现对阻尼力的精确控制，从而达到减振、减震和减小振动幅度的效果。

磁阻尼器的原理是基于磁场对磁性材料磁化强度的影响，通过调节磁场来实现对阻尼力的控制。

磁阻尼器具有结构简单、响应速度快、控制精度高等优点，因此在航空航天、汽车工程、建筑工程等领域有着广泛的应用。

总的来说，磁阻尼器是一种利用磁阻效应实现阻尼控制的装置，其原理是通过磁场的调节来改变磁性材料的磁化强度，从而实现对阻尼力的精确控制。

磁阻尼器具有结构简单、响应速度快、控制精度高等优点，因此在工程领域中具有广泛的应用前景。

磁流变MR阻尼器的磁路设计优化及仿真摘要：磁流变现象应用广泛，其中利用其原理制作而成的磁流变MR阻尼器是一种性能优良的半主动控制装置，其结构简单、响应快、动态范围大、耐久性好，具有很强的可靠性。

要使磁流变MR阻尼器的性能最佳，需要考虑诸多方面的因素，这其中阻尼器的磁路设计尤为关键。

1.MR阻尼器的磁路设计磁流变（MR）阻尼器种类多样，根据MRF在MR阻尼器内受力方式的不同，通常将MR阻尼器按结构型式划分为剪切式MR阻尼器、阀式MR阻尼器、剪切阀式MR阻尼器和挤压式MR阻尼器，剪切阀式综合了阀式和剪切式的双重特点，其综合性能好，易加工制造，且其磁路设计也比较简单。

鉴于此，在本次研究中，我们选用剪切阀式作为本文研究的微型MR阻尼器的结构型式，受力形式和活塞运动方式上，选择双出杆直动型。

当MR阻尼器的励磁线圈有电流通过时，产生的磁场会使缸筒内部的磁流变液状态瞬间发生改变，从而在活塞运动过程中产生阻尼力。

考虑到本次所设计的MR阻尼器尺寸很小，线圈内绕极其困难，不便操作。

因此本文研究的MR阻尼器采用线圈外绕的方法，现详细说明其磁路的设计。

首先绘出磁路计算简图如图1-1所示：图1-1线圈外绕磁路计算简图根据磁路欧姆定律可得：（1-1）式中，N是缠绕在缸筒表面的铜线匝数；I是通过前面铜线的电流；为整个回路的磁通；和h分别为MR阻尼器磁路的平均长度和阻尼间隙；和分别为磁芯和空气的磁导率。

MR阻尼器中心轴段部分的磁阻为：（1-2）侧翼磁阻为：（1-3）MR阻尼器间隙内的磁阻为：（1-4）MR阻尼器缸筒内的磁阻为：（1-5）在式（2-8）到（2-9）中，为磁流变液的相对磁导率，为缸筒材料（即铝合金）的相对磁导率，为活塞杆材料（即硅钢）的相对磁导率。

该阻尼器磁路的总磁阻可表示为：（1-6）根据磁路欧姆定律[3]，该MR阻尼器所需要的磁动势为：（1-7）上式中，为MR阻尼器的活塞与缸筒内部的磁感应强度，为该处磁通面积。

磁阻尼器工作原理
磁阻尼器是一种利用磁阻尼效应来实现能量耗散和控制的装置。

它可以通过调整磁场的强度来改变阻尼的大小，从而实现对运动物体的阻尼控制。

磁阻尼器的工作原理基于磁阻尼效应，即当一个导体或磁性材料在磁场中运动时，会受到磁场的阻尼作用。

磁阻尼器通常由一个固定的磁铁和一个可移动的磁铁组成。

当可移动磁铁与固定磁铁之间的间隙发生位移时，磁场的作用力也会发生变化。

可移动磁铁通常通过弹簧或液压等机械装置与被控制的物体连接，当物体发生运动时，磁场的作用力将会对其产生阻尼。

这种阻尼可以通过调整磁场的强度来改变。

通过增大磁场，阻尼可以增加，从而减缓物体的运动速度；反之，通过减小磁场，阻尼可以减小，从而加快物体的运动速度。

磁阻尼器的工作原理可以应用于各种领域，例如汽车悬挂系统、机械振动控制、风力发电机等。

通过调整磁阻尼器的磁场强度，可以精确地控制物体的运动速度和阻尼效果，实现对系统的精确控制和能量的有效耗散。

第二章磁流变阻尼器的基本原理和结构2.1 磁流变阻尼器的工作模式磁流变技术研究的一个重要目标是利用磁流变液在外磁场作用下改变流变特性这一特点，开发各种用途的磁流变阻尼器，MR阻尼器的工作模式有下列几种:（1）压力驱动模式或流动模式。

如图 2.1（a）所示，这是目前应用最多的一种工作模式。

其原理，磁流变液在压力作用下通过固定的磁极，磁流变液流动的方向与磁场方向垂直，可通过改变励磁线圈的电流控制磁场的变化，使得磁流变液的流动性能发生变化，从而使磁流变阻尼器的阻尼力发生变化。

该系统可用于伺服控制阀，阻尼器和减震器。

（2）直接剪切模式。

如图 2.1（b）所示，只有一个磁极固定，另一个磁极作平行于固定磁极的运动或绕固定磁极旋转，磁流变液在可移动磁极的作用下通过可控磁场，同样磁场方向垂直于磁流变流体流动，适合于磁极运动的使用场合。

这种系统可用于离合器，制动器，锁紧装置和阻尼器等磁流变器件。

（3）挤压模式。

如图 2.1（c）所示，磁极移动方向与磁场方向相同，磁场方向与磁流变液的流动方向垂直，磁流变液在磁极运动时同时受到挤压和剪切作用。

磁流变液在磁极压力的作用下向四周流动磁极移动位移较小，磁流变液产生的阻尼力较大，可应用于低速小位移(一般少于lmm )、大阻尼力的磁流变阻尼器和减振设备等。

这一模式中不均匀磁场导致悬浮颗粒聚集，阻尼力随时间不断增长，无法实现对振动的稳定控制[10]。

(a). 压力驱动或流动模式(b). 剪切模式(c). 挤压模式图2.1磁流变流体的基本工作模式Fig.2.1 Basic working modes for MR fluid2.2 磁流变阻尼器的基本结构2.2.1 磁流变阻尼器的结构分析磁流变阻尼器是通过改变控制装置的参数来实现对结构的可调控制,其主要特点是所需外加能量很少、装置简单、不易失稳，摒弃了被动控制和主动控制的缺点，兼顾了它们的优点。

磁流变阻尼器可在一定的范围内通过调整磁场强度来调整减振器的阻尼系数，实现振动的半主动控制。

基于 C8051的磁流变阻尼器可控恒流源设计韩俊华，瞿伟廉武汉理工大学，武汉（430070）E-mail：hanjunhua1975@摘要：介绍一种高精度、可步进、可预置的基于C8051单片机控制的数字显示可控电流源的软件、硬件制作方法。

该系统主要利用C8051单片机的片内资源产生PWM波控制电流管输出高精度可调节电流。

关键词：数控，电流源，PWM中图分类号：TP31 引言磁流变阻尼器是依据磁流变液体的特殊性能而设计出来的一种被广泛应用的智能器件。

磁流变液体是一种智能材料，在磁场强度达到一定值时会产生磁流变效应，即液体的流变性质发生突变，迅速固化而失去流动性，其液体粘度及剪切力明显增大。

同时这个过程又是可逆的，在撤去磁场后液体又恢复流动性。

利用磁流变液的这种特性，可以制作各种新型阻尼器、制动器、缓冲器等智能器件。

磁流变阻尼器的工作原理是通过改变阻尼器励磁线圈中的流过电流大小从而获得不同强度的磁场，使工作腔体中的磁流变液的流动特性发生变化，从而改变阻尼力的大小。

由于磁流变液体的转变时间比较短，因此为了实现对阻尼器阻尼力的精确控制，需要设计出能够实时精确调节并且高稳定的可控恒流源。

美国LORD公司研制的适用于该公司生产的Rheonetic系列磁流变器件的电流控制器，RD-3002，其输入电压为12V，控制电压为0-5v，输出电流为0-2A。

可以看出该电流控制器的控制功率比较小，不适合对大阻尼力大功率磁流变阻尼器的控制。

为此我们设计了基于C8051控制的可控电流源，用于对大功率大阻尼力磁流变阻尼器的精确控制。

2 可控电流源原理磁流变阻尼器可控恒流源一般采用脉冲宽度调制方式，当外部负载发生变化时，采样电阻上的电压也随之发生变化，将其反馈至单片机中进行处理，调节PWM波的占空比，从而达到调节输出电流，保持输出恒定的目的[1][2]。

可控电流源原理如图1所示，图中V为输入的直流电源，输入为高电压，此电压由阻尼器的内阻和所需控制电流决定。

“磁流变阻尼器”资料文集目录一、基于磁流变阻尼器的车辆悬架系统半主动控制二、磁流变阻尼器的动力学模型及其在车辆悬架中的应用研究三、基于磁流变阻尼器的半主动振动控制四、磁流变阻尼器的控制器及其应用五、磁流变阻尼器的设计与研究六、自供电磁流变阻尼器减振系统与永磁式电涡流TMD的研制及应用基于磁流变阻尼器的车辆悬架系统半主动控制磁流变阻尼器在车辆悬架系统中的半主动控制研究随着科技的不断发展，磁流变阻尼器作为一种先进的阻尼调节装置，已被广泛应用于各种工程领域。

在车辆悬架系统中，磁流变阻尼器对于提高车辆舒适性和操控稳定性具有重要作用。

然而，传统的被动悬架系统存在诸多不足，而半主动控制系统的出现为车辆悬架系统注入了新的活力。

本文将围绕磁流变阻尼器的车辆悬架系统半主动控制展开探讨。

关键词：磁流变阻尼器、车辆悬架系统、半主动控制车辆悬架系统是决定车辆行驶平顺性和操控稳定性的关键因素。

传统的车辆悬架系统多为被动悬架，其阻尼系数固定，无法根据路况和车辆行驶状态进行调节。

随着科技的进步，磁流变阻尼器作为一种智能阻尼装置，具有动态调节阻尼系数的能力，可以有效提高车辆的性能。

与此同时，半主动控制系统的出现为实现车辆悬架系统的最优控制提供了新的解决方案。

半主动控制研究的发展为车辆悬架系统的优化提供了契机。

目前，针对磁流变阻尼器的半主动控制研究主要集中在模型建立、控制策略设计以及实验验证等方面。

其中，文献建立了考虑磁流变阻尼器的车辆悬架系统模型，并设计了基于模糊逻辑的半主动控制策略。

文献则提出了一种基于神经网络的半主动控制方法，旨在自适应调节阻尼器参数，从而提高车辆性能。

文献通过实验验证了半主动控制在车辆悬架系统中的应用效果，结果表明半主动控制可以有效提升车辆的行驶平顺性和操控稳定性。

磁流变阻尼器的半主动控制技术包括磁场调节、阻尼力调节、悬架系统建模等多个方面。

具体地，磁场调节主要通过改变阻尼器的磁场强度来影响其阻尼系数；阻尼力调节则是通过实时计算并调节阻尼器的输出力，以实现最优控制效果；悬架系统建模则是建立准确的车辆悬架系统模型，为半主动控制策略的设计提供基础。