閥門裝置和方法
【專利說明】閥門裝置和方法
[0001]本發(fā)明涉及一種閥門裝置、配備有這種閥門裝置的阻尼器以及用于操作閥門裝置或阻尼器的方法。
[0002]這樣的閥門裝置具有至少一個設(shè)置有至少一種磁流變介質(zhì)的流道，其中，作為所述介質(zhì)而優(yōu)選采用磁流變流體(MRF) ο在此，可通過作用于流道的磁場來改變磁流變流體流經(jīng)流道的流量。通過磁場的強(qiáng)度和分布，經(jīng)過流道的流動阻力和進(jìn)而流過閥門裝置的流量受到相應(yīng)影響。
[0003]磁流變流體，例如像磁流變液體(MRF)通常由分散在載液(如油或乙二醇)中的微小鐵磁顆粒(例如羰基鐵粉)的懸浮物構(gòu)成。所述顆粒的直徑一般在0.1至50微米之間并且所述顆粒在磁場影響下沿場力線形成鏈狀結(jié)構(gòu)。此過程能夠以可實(shí)現(xiàn)的1毫秒的轉(zhuǎn)換時間或甚至更短時間很快速且完全地逆轉(zhuǎn)。
[0004]在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)知道了各種各樣的閥門裝置和阻尼器，其中，通過作用于流道的磁場來影響流經(jīng)閥門裝置的流量。
[0005]例如由DE69821799T2公開了一種可控閥門和利用該閥門的振動阻尼裝置。在此，通過永磁體的磁場或電線圈的磁場來影響將第一腔和第二腔相互連通的通道。為了改變磁場強(qiáng)度，例如可以改變永磁體距該通道的距離。
[0006]由DE10337516A1公開了一種用于控制磁流變液體的流動行為的閥門組，在這里，由永磁體所產(chǎn)生的磁場動態(tài)疊加線圈組的磁場。該結(jié)構(gòu)允許節(jié)能操作，因?yàn)榭赏ㄟ^永磁體來調(diào)節(jié)根據(jù)需要通過線圈組磁場被修正的基本場。
[0007]由W02011/009586A1公開了一種具有過渡區(qū)段的可調(diào)閥門。在這里，在閥門裝置上可以調(diào)節(jié)流通通道的橫截面遇到一定強(qiáng)度的場的比例。由此，在該系統(tǒng)中可以在流通通道的橫截面上調(diào)節(jié)出磁場不均勻性。這樣的實(shí)施方式帶來顯著優(yōu)點(diǎn)，即流通通道可分為三個區(qū)段，即磁場小或無磁場的流通區(qū)段，磁場強(qiáng)度大的閉鎖區(qū)段和位于兩者間的過渡區(qū)段，在過渡區(qū)段中該場非常不均勻。這樣的閥門允許配備有它的阻尼器有良好的響應(yīng)特性。
[0008]用于影響磁流變阻尼器上的阻尼特征曲線的一種簡單解決做法由W099/58873A公開了。在那里，采用了旁路孔或承受彈簧力的閥門。但此時不利的是無法在工作操作中改變特征曲線。
[0009]在W02011/076415A2中公開了一種用于磁流變液體的具有非常節(jié)能的結(jié)構(gòu)的靈活可調(diào)的閥門。在此，通過磁脈沖將永磁體可變地磁化。在磁脈沖之后，通過頑磁長時間保持所出現(xiàn)的磁場。為了提供在流道寬度范圍內(nèi)不均勻的磁場，流道寬度的一部分可以被疊加另一線圈的動態(tài)磁場。這很令人滿意地發(fā)揮作用，但缺點(diǎn)是，為了在流道寬度范圍內(nèi)產(chǎn)生不均勻的磁場，必須安裝至少兩個可單獨(dú)控制的電線圈。這增加了結(jié)構(gòu)成本并且也提高了安裝成本和費(fèi)用。為了獲得更大的調(diào)節(jié)范圍，在W02011/009586A1中也示出了帶有三個線圈的結(jié)構(gòu)，但由此一來成本更高，因?yàn)樗镜臉?gòu)想需要在多個單獨(dú)線圈內(nèi)的不同的電流方向和電流強(qiáng)度，因而分別耗掉一部分自身功率。
[0010]由DE102009060550A1公開了一種用于兩輪車的阻尼裝置，在這里，第一和第二阻尼腔通過帶有磁流變流體的流道相連。該流道對應(yīng)配屬有磁體機(jī)構(gòu)用于使流道經(jīng)受磁場。通過電線圈的既定磁脈沖，持久改變該磁體機(jī)構(gòu)的硬磁性材料的磁化。通過附加的由電線圈局部疊加的磁場，可以在流道寬度范圍內(nèi)產(chǎn)生局部不均勻的磁場。因而，可以在工作操作中在流道橫截面上動態(tài)影響磁場不均勻性。但是，動態(tài)疊加長期需要電流。各不同的變型實(shí)施方式表明可如何通過使用至少兩個電線圈在流道寬度范圍產(chǎn)生局部不均勻的磁場以獲得有利的阻尼特征曲線。
[0011]這些實(shí)施方式的缺點(diǎn)是致動器結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且為產(chǎn)生橫向于流動方向的不均勻磁場所需要的附加線圈占地。另外，多個線圈需要復(fù)雜許多的、大型且尤其昂貴的控制裝置，至少用于產(chǎn)生電流的功率部件必須設(shè)計(jì)成由多個部分構(gòu)成。
[0012]因此，鑒于所舉出的現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種閥門裝置和一種配備有這種閥門裝置的阻尼器以及一種操作閥門裝置的方法，在這里，不太費(fèi)事地也可以在連續(xù)操作中進(jìn)行特征曲線的調(diào)整。
[0013]該任務(wù)將通過具有權(quán)利要求1的特征的閥門裝置、具有權(quán)利要求19的特征的阻尼器以及具有權(quán)利要求20的特征的閥門裝置操作方法來完成。優(yōu)選的改進(jìn)方案是從屬權(quán)利要求的主題。從概述和實(shí)施例說明中得到本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和特征。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的閥門裝置包括至少一個帶有磁流變介質(zhì)且尤其是磁流變流體的且優(yōu)選是被磁流變介質(zhì)流過的流道。設(shè)有至少一個控制裝置。磁路機(jī)構(gòu)用于在流道內(nèi)提供磁場。該磁路機(jī)構(gòu)包括至少一個硬磁性磁體構(gòu)件和至少一個可通過該控制裝置來控制的電線圈。該磁路機(jī)構(gòu)具有至少兩個部段，它們的動態(tài)磁特性是不同的。由此一來，通過可由電線圈輸出的磁脈沖尤其在流道內(nèi)調(diào)節(jié)出期望的磁場不均勻性并且可以存儲在硬磁性磁體構(gòu)件內(nèi)。不均勻性應(yīng)該可以基本上相對于磁流變介質(zhì)流動方向傾斜地在流道內(nèi)產(chǎn)生。所述至少兩個部段尤其以鐵磁性部段或鐵磁性構(gòu)件形式構(gòu)成。尤其是該不均勻性基本上可以橫向于或垂直于磁流變介質(zhì)的流動方向在流道內(nèi)產(chǎn)生。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的閥門裝置有許多優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的特點(diǎn)是其結(jié)構(gòu)簡單并且尤其是能很簡單實(shí)現(xiàn)的控制，這尤其對于用在價格敏感領(lǐng)域中是有利的。本發(fā)明的閥門裝置的一個顯著優(yōu)點(diǎn)在于，可以通過一個或多個電線圈磁脈沖持久產(chǎn)生有針對性的不均勻的磁場。通過所述至少兩個部段的不同的動態(tài)特性，磁脈沖的不同脈沖變化的長度、分布和強(qiáng)度不同地作用于硬磁性磁體構(gòu)件的各自部分。在磁脈沖長到成為靜態(tài)磁場情況下該動態(tài)特性不再起重要作用或甚至不起作用時，在短或極短磁脈沖時該動態(tài)磁特性的影響增大，結(jié)果當(dāng)輸出不同的脈沖形狀時，在所述至少兩個部段中也持久存在不同的磁性環(huán)境。
[0016]該閥門裝置利用相對于流動方向傾斜的或橫向的不均勻場分布用于獲得有利的阻尼特征曲線。尤其是可以通過電脈沖來實(shí)現(xiàn)有針對性的且持久不均勻的磁化，由此一來，實(shí)現(xiàn)了相對于現(xiàn)有技術(shù)的能量需求減少和控制成本降低?？梢垣@得致動器的簡單結(jié)構(gòu)和尤其被明顯簡化的控制。根據(jù)所述部段的結(jié)構(gòu)，可以通過該線圈的精確限定的(很)短磁脈沖持久反復(fù)磁化對應(yīng)于一個部段的硬磁性材料，而對應(yīng)于另一個部段的硬磁性材料的磁化未改變。在此，兩個部段尤其是同一磁路的部段并且優(yōu)選只通過動態(tài)磁特性來區(qū)分。磁化或反復(fù)磁化的強(qiáng)度可以在最大可能范圍內(nèi)變換。
[0017]以下脈沖適合作為本發(fā)明意義上的短脈沖，其持續(xù)不到10秒，優(yōu)選持續(xù)不到1秒，尤其優(yōu)選持續(xù)不到100毫秒。具有不到10毫秒或優(yōu)選不到1毫秒的持續(xù)時間的脈沖適用作很短的脈沖。
[0018]在根據(jù)本發(fā)明的閥門裝置中，可通過該控制裝置來控制的電線圈磁脈沖可以有目的地在流道內(nèi)調(diào)節(jié)出在磁路機(jī)構(gòu)磁場的磁場分布中的不均勻性。
[0019]該流道優(yōu)選橫向于磁流變介質(zhì)流動方向地具有包括流道寬度的流動橫截面。這些部段尤其優(yōu)選地在流道寬度方向上錯開布置。這些部段能夠并排或上下重疊設(shè)置。由此，在流道寬度方向上可產(chǎn)生所期望的不均勻磁場。
[0020]在一個優(yōu)選實(shí)施方式中，閥門裝置優(yōu)選包括至少一個帶有磁流變介質(zhì)的流道，其中該流道橫向于磁流變介質(zhì)流動方向地具有包括至少一個流道寬度的流動橫截面。該閥門裝置配屬有控制裝置并且該閥門裝置包括磁路機(jī)構(gòu)。該磁路機(jī)構(gòu)具有至少一個硬磁性磁體構(gòu)件和至少一個可通過該控制裝置來控制的電線圈。該電線圈設(shè)立用于通過至少一個磁脈沖持久改變該硬磁性磁體構(gòu)件的磁化以便調(diào)節(jié)在流道內(nèi)作用的磁場。該磁路機(jī)構(gòu)沿流道寬度具有至少兩個部段，它們的動態(tài)磁特性是不同的。由此，通過由控制裝置控制的電線圈磁脈沖可以沿流道寬度調(diào)節(jié)流道內(nèi)的磁場分布不均勻性并且存儲在磁路機(jī)構(gòu)尤其是硬磁性磁體構(gòu)件中。
[0021]在橫向于磁流變介質(zhì)流動方向的流動橫截面范圍內(nèi)，局部作用的磁場強(qiáng)度可以沿流道寬度被有目的地調(diào)節(jié)為不均勻，從而使最大磁場強(qiáng)度與最小作用的磁場強(qiáng)度之比大于2，尤其大于5、大于10、大于100或大于1000。這尤其通過有目的被控制的電線圈磁脈沖來實(shí)現(xiàn)。
[0022]該磁場可以橫向于流動方向地在流道寬度上具有大梯度過渡區(qū)段。但該磁場也能在多個區(qū)段內(nèi)或在整個流道橫截面范圍是一樣的。就是說，在合適的磁脈沖情況下，也可以產(chǎn)生不太均勻的或甚至均勻的場。通過磁脈沖的形狀、持續(xù)時間和強(qiáng)度，可以持久影響在流道內(nèi)作用的磁場的高度及其形狀。
[0023]由此一來，可以有目的地在流道寬度和/或流道的流動橫截面范圍內(nèi)調(diào)節(jié)出磁場不均勻性。借助電線圈，可以通過不同的磁脈沖隨時間分布在流道寬度上產(chǎn)生不同的磁場分布，從而與磁脈沖隨時間變化曲線相關(guān)地得到在流道寬度范圍內(nèi)的相應(yīng)場強(qiáng)分布。
[0024]只通過唯一的電線圈的唯一磁脈沖，可以在流道內(nèi)產(chǎn)生目的明確地不均勻的磁場并且存儲在硬磁性構(gòu)件內(nèi)?？梢栽诹鲃訖M截面范圍產(chǎn)生不同的磁場區(qū)段。例如可能的是，在流道內(nèi)提供一個流通區(qū)段，其實(shí)際上不具有磁場，并且產(chǎn)生一個閉鎖區(qū)段，在閉鎖區(qū)段內(nèi)產(chǎn)生具有一定強(qiáng)度的均勻磁場，并且在流通區(qū)段和閉鎖區(qū)段之間提供一個過渡區(qū)段，在過渡區(qū)段內(nèi)有極其不均勻的磁場并且在該過渡區(qū)段內(nèi)在那里作用的磁場強(qiáng)度很強(qiáng)烈地變化。
[0025]這些部段優(yōu)選至少部分由具有不同的電特性或磁特性的材料構(gòu)成。尤其是這些部段由至少一種鐵磁性材料構(gòu)成。
[0026]在所有實(shí)施方式中，一個部段的動態(tài)磁特性優(yōu)選與該部段的形狀相關(guān)。在一個優(yōu)選的改進(jìn)方案中，該磁路機(jī)構(gòu)的至少一部分是由鐵磁性材料構(gòu)成的實(shí)心體或?qū)嵭臉?gòu)成的鐵磁體。實(shí)心部分尤其可以是均勻構(gòu)成的。
[0027]該磁路機(jī)構(gòu)的至少一個部段優(yōu)選由至少一種層狀材料且尤其是鐵磁性層狀材料且尤其層壓品構(gòu)成。為此，優(yōu)選采用例如被用在制造變壓器或電動機(jī)時的具有規(guī)定的電特性和磁特性的金屬片。
[0028]由此，該磁路機(jī)構(gòu)的部段具有各向異性特性。就是說，在該部段中存在與方向相關(guān)的特性。例如可以在若干磁性層之間設(shè)置不導(dǎo)電的或?qū)щ娦圆畹谋∧?，從而該磁路機(jī)構(gòu)的部段垂直于該層狀材料的層地只具有低的或甚至不具有導(dǎo)電能力。通過這種措施，可以在此部段內(nèi)減少由變化磁場引發(fā)的渦電流。因而，可以利用由層狀材料(如層疊)構(gòu)成的鐵磁性部段獲得不同于可用具有均勻?qū)嵭捏w的鐵磁性部段所獲得的動態(tài)磁特性，即使這兩個部段由相同材料或有著相似的電磁特性的材料構(gòu)成。
[0029]在導(dǎo)電的實(shí)心體內(nèi)，在有例如由磁脈沖作用而引起的變化磁場的情況下出現(xiàn)了渦電流，渦電流又產(chǎn)生動態(tài)磁場，其一般抵制作用的磁脈沖。由此一來，只有當(dāng)所用的材料在實(shí)心構(gòu)件和由層狀材料構(gòu)成的構(gòu)件中是相同時，實(shí)心鐵磁性磁體構(gòu)件與由層狀材料構(gòu)成的相應(yīng)構(gòu)件相比更多地抵制動態(tài)作用的磁場。
[0030]所述至少兩個單獨(dú)部段可以設(shè)置在單獨(dú)構(gòu)件上。這些部段可以由不同的可磁化材料構(gòu)成。也可能的是采用相同的可磁化材料，在此，所述部段的不同的動態(tài)磁特性例如由不同的材料、不同的造型、不同的加工或再處理來引起。造型尤其是指有針對性地采用層疊的層狀材料或?qū)嵭牟牧?。至少兩個部段優(yōu)選以鐵磁性部段形式構(gòu)成。這些部段能作為單獨(dú)的鐵磁性構(gòu)件構(gòu)成。
[0031]動態(tài)磁特性是指磁特性的時間關(guān)聯(lián)性，尤其