一種基于被動懸架的電磁俘能系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于汽車懸架的俘能領(lǐng)域，具體涉及一種基于被動懸架的電磁俘能系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]車輛減振器能量耗散研究表明，回收懸架振動能量對于實現(xiàn)汽車節(jié)能具有重要的實踐意義。因此，懸架的結(jié)構(gòu)設(shè)計尤為關(guān)鍵，直接影響減振性能和能量回收效率。近年來，已經(jīng)出現(xiàn)了多種饋能式懸架結(jié)構(gòu)，例如國內(nèi)專利200410013577中提出一種基于直線電機(jī)的饋能式懸架系統(tǒng)，該懸架系統(tǒng)把直線電機(jī)的動子固定連接在車輛的簧上質(zhì)量處，直線電機(jī)的定子固定連接在車輛的簧下質(zhì)量處，通過汽車振動時簧上質(zhì)量與簧下質(zhì)量的相對運(yùn)動來帶動直線電機(jī)動子與定子的運(yùn)動，從而俘獲能量。國內(nèi)專利201420027645提出了一種由液壓缸、液壓栗和發(fā)電機(jī)構(gòu)成的饋能式懸架，該懸架利用液壓驅(qū)動液壓馬達(dá)，從而帶動電機(jī)發(fā)電俘獲能量。日本學(xué)者suda和Nakan設(shè)計了一套重型卡車的自供能懸架系統(tǒng)，利用兩個直流電機(jī)將路面通過輪胎傳遞給懸架的振動能量，轉(zhuǎn)化為電能并儲存起來;武漢理工大學(xué)的徐琳提出了一種新型的液電饋能式主動懸架系統(tǒng)，液電饋能式懸架系統(tǒng)是一個機(jī)-液-電結(jié)合的混合系統(tǒng)，其設(shè)計思想是基于液壓系統(tǒng)中的儲能裝置，將系統(tǒng)中的能量儲存起來。該饋能式減振器通過液壓止回閥整流回路將懸架系統(tǒng)的相對直線運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤厚R達(dá)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，進(jìn)而通過聯(lián)軸器帶動電機(jī)工作于發(fā)電狀態(tài)，從而實現(xiàn)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為汽車上耗能或儲能元件所存儲的電能，實現(xiàn)能量回收的目的。
[0003]然而這些饋能式懸架存在以下不足，包括:I)這種懸架一般為主動懸架，在俘獲能量的同時還需要提供能量來衰減汽車的振動，經(jīng)常“入不敷出”；2)由于饋能式懸架輸出的電壓不會太高，為了避免電機(jī)的死區(qū)，通常要外加升壓電路來保證懸架的正常減振功能，結(jié)構(gòu)復(fù)雜;3)電機(jī)的工作狀態(tài)需要相應(yīng)的控制系統(tǒng)來控制，這就導(dǎo)致懸架制造成本高，可靠性變差;4)懸架的布置空間有限，增加的電機(jī)使得懸架系統(tǒng)布置困難，同時有可能使得汽車底盤與路面的距離增大，降低了汽車的操縱穩(wěn)定性。因此，研究并提出一種有效且切實可行的饋能式懸架，對于提高汽車燃油經(jīng)濟(jì)性具有重要的意義。針對基于電機(jī)式饋能懸架存在的問題，迫切需求設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低的俘能懸架。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)上述提出的技術(shù)問題，提出一種基于被動懸架的電磁俘能系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下:
[0006]—種基于被動懸架的電磁俘能系統(tǒng)，包括平行設(shè)置的液壓減振器，速度放大機(jī)構(gòu)和電磁俘能機(jī)構(gòu)，所述速度放大機(jī)構(gòu)位于所述液壓減振器和所述電磁俘能機(jī)構(gòu)之間，
[0007]所述速度放大機(jī)構(gòu)包括分別與所述液壓減振器和所述電磁俘能機(jī)構(gòu)平行的支撐桿，所述支撐桿的下端設(shè)有速度傳遞機(jī)構(gòu)，所述速度傳遞機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)向套筒和位于所述導(dǎo)向套筒內(nèi)依次連接的連接桿1、球鏈接1、滑塊1、彈簧1、滑塊Π、球鏈接Π、連接桿Π，所述連接桿I的另一端與所述液壓減振器的下端連接，所述連接桿Π的另一端與所述電磁俘能機(jī)構(gòu)的下端連接。
[0008]所述導(dǎo)向套筒的外壁設(shè)有沿所述導(dǎo)向套筒軸線延伸的通槽I，所述通槽I通過緊固螺釘與所述支撐桿的下端固定連接。
[0009]調(diào)整所述支撐桿與所述液壓減振器和所述電磁俘能機(jī)構(gòu)之間的位置，之后鎖緊所述緊固螺釘使位置固定，從而調(diào)整所述速度傳遞機(jī)構(gòu)的速度放大倍數(shù)。
[0010]所述導(dǎo)向套筒的外壁設(shè)有加粗套筒，所述加粗套筒上設(shè)有與所述通槽I相匹配的通槽Π。
[0011]所述電磁俘能機(jī)構(gòu)包括外筒和內(nèi)筒，所述外筒內(nèi)腔設(shè)有與所述外筒底部連接的中間桿，所述中間桿的外壁套有多個環(huán)形磁鐵，所述多個環(huán)形磁鐵沿所述中間桿的軸線依次排列，所述中間桿可沿所述內(nèi)筒軸線相對滑動，所述內(nèi)筒的內(nèi)徑與所述環(huán)形磁鐵的外徑之間間隙配合，使得所述內(nèi)筒與所述環(huán)形磁鐵之間具有用于導(dǎo)磁的空氣間隙，所述內(nèi)筒的外徑與所述外筒的內(nèi)徑之間間隙配合，所述內(nèi)筒外壁設(shè)有線圈，所述外筒底部與所述連接桿Π連接，當(dāng)所述中間桿相對所述內(nèi)筒滑動時，所述線圈與所述環(huán)形磁鐵產(chǎn)生切割磁力線運(yùn)動，由電磁感應(yīng)原理可知，將會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，在產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的同時，根據(jù)楞次定律可知會產(chǎn)生阻礙所述中間桿與所述內(nèi)筒相對運(yùn)動的安培力，該安培力又傳遞到液壓減振器上，與液壓減振器一起衰減汽車振動，即產(chǎn)生阻礙相對運(yùn)動的電磁阻尼力，該電磁阻尼力的大小和方向都遵循楞次定律，電磁阻尼力的大小與相對運(yùn)動的速度成正比，電磁阻尼力的方向與相對運(yùn)動的方向相反，并且能將部分振動能量轉(zhuǎn)換成電能并存儲起來，實現(xiàn)減振與能量收集雙重功能。
[0012]所述環(huán)形磁鐵之間設(shè)有間隙，所述環(huán)形磁鐵的磁化形式是上部為N極，所述環(huán)形磁鐵的下部為S級。
[0013]所述環(huán)形磁鐵之間設(shè)有間隙，所述環(huán)形磁鐵的磁化形式是內(nèi)環(huán)為S極，所述環(huán)形磁鐵的外環(huán)為N級。
[0014]所述液壓減振器包括液壓腔，所述液壓腔內(nèi)設(shè)有活塞，所述活塞與活塞連桿的一端連接，所述活塞連桿的另一端穿過所述液壓腔頂部與上擋板連接，所述上擋板與所述液壓腔頂部之間設(shè)有彈簧Π，所述彈簧Π套接在所述活塞連桿上，所述液壓腔底部通過連接柱與所述連接桿I連接，所述活塞上設(shè)有多個節(jié)流孔，所述液壓腔內(nèi)充滿阻尼液。通過阻尼液流過所述節(jié)流孔產(chǎn)生的阻尼力來衰減汽車的振動。
[0015]所述上擋板呈圓盤型，所述彈簧Π與所述液壓腔頂部之間還設(shè)有下?lián)醢?，所述下?lián)醢宓男螤钆c所述上擋板相匹配。
[0016]所述液壓減振器，所述速度放大機(jī)構(gòu)和所述電磁俘能機(jī)構(gòu)的上端均與汽車底盤連接，所述液壓減振器的下端與車輪連接。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的基于被動懸架的電磁俘能系統(tǒng)能夠?qū)壹艿恼駝幽芰哭D(zhuǎn)化為電能并存儲起來。當(dāng)汽車在不平路面行駛時，路面的振動通過輪胎傳遞到汽車懸架，導(dǎo)致汽車液壓減振器的上下振動，通過速度放大機(jī)構(gòu)將速度傳遞到電磁俘能機(jī)構(gòu)，使得電磁俘能機(jī)構(gòu)的中間桿與內(nèi)筒產(chǎn)生相對運(yùn)動，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，最后將感應(yīng)電動勢存儲起來。同時，因為安培力的存在該系統(tǒng)又具有良好的減振效果。由于整個結(jié)構(gòu)不需要復(fù)雜的反饋系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和額外的動力元件，因此結(jié)構(gòu)簡單，成本低，且適用范圍廣，具有很好的應(yīng)用前景。
[0018]基于上述理由本發(fā)明可在汽車懸架的俘能等領(lǐng)域廣泛推廣。
【附圖說明】
[0019]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0020]圖1是本發(fā)明的【具體實施方式】中一種基于被動懸架的電磁俘能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2是本發(fā)明的【具體實施方式】中一種基于被動懸架的電磁俘能系統(tǒng)的剖視圖。
[0022]圖3是本發(fā)明的【具體實施方式】中速度傳遞機(jī)構(gòu)的剖視圖。
[0023]圖4是本發(fā)明的【具體實施方式】中環(huán)形磁鐵的布置和結(jié)構(gòu)方式一的示意圖。
[0024]圖5是本發(fā)明的【具體實施方式】中環(huán)形磁鐵的布置和結(jié)構(gòu)方式一對應(yīng)的所俘獲電壓的曲線圖。
[0025]圖6是本發(fā)明的【具體實施方式】中環(huán)形磁鐵的布置和結(jié)構(gòu)方式二的示意圖。
[0026]圖7是本發(fā)明的【具體實施方式】中環(huán)形磁鐵的布置和結(jié)構(gòu)方式二對應(yīng)的所俘獲電壓的曲線圖。
[0027]圖8是本發(fā)明的【具體實施方式】中基于被動懸架的電磁俘能系統(tǒng)的汽車車身加速度與基于傳統(tǒng)液壓減振懸架的車身加速度對比曲線。
【具體實施方式】
[0028]如圖1-圖8所示，一種基于被動懸架的電磁俘能系統(tǒng)，包括平行設(shè)置的液壓減振器I，速度放大機(jī)構(gòu)2和電磁俘能機(jī)構(gòu)3，所述速度放大機(jī)構(gòu)2位于所述液壓減振器I和所述電磁俘能機(jī)構(gòu)3之間，
[0029]所述速度放大機(jī)構(gòu)2包括分別與所述液壓減振器I和所述電磁俘能機(jī)構(gòu)3平行的支撐桿21，所述支撐桿21的下端設(shè)有速度傳遞機(jī)構(gòu)22，所述速度傳遞機(jī)構(gòu)22包括導(dǎo)向套筒221和位于所述導(dǎo)向套筒221內(nèi)依次連接的連接桿1222、球鏈接1223、滑塊1224、彈簧1225、滑塊Π 226、球鏈接Π 227、連接桿Π 228，所述連接桿1222的另一端與所述液壓減振器I的下端連接，所述連接桿Π 228的另一端與所述電磁俘能機(jī)構(gòu)3的下端連接。
[0030]所述導(dǎo)向套筒221的外壁設(shè)有沿所述導(dǎo)向套筒221軸線延伸的通槽I，所述通槽I通過緊固螺釘4與所述支撐桿21的下端固定連接。
[0031]所述導(dǎo)向套筒221的外壁設(shè)有加粗套筒229，所述加粗套筒229上設(shè)有與所述通槽I相匹配的通槽Π。
[0032]所述支撐桿21的上端通過緊固螺釘4與汽車底盤5連接。
[0033]所述電磁俘能機(jī)構(gòu)3包括外筒31和內(nèi)筒32，所述外筒31內(nèi)腔設(shè)有與所述外筒31底部連接的中間桿33，所述中間桿33的外壁套有多個環(huán)形磁鐵34，所述多個環(huán)形磁鐵34沿所述中間桿33的軸線依次排列，所述中間桿33可沿所述內(nèi)筒32軸線相對滑動，所述內(nèi)筒32的內(nèi)徑與所述環(huán)形磁鐵34的外徑之間間隙配合，所述內(nèi)筒32的外徑與所述外筒31的內(nèi)徑之間間隙配合，所述內(nèi)筒32外壁設(shè)有線圈35，所述外筒31底部與所述連接桿Π 228連接，所述線圈35與電源連接。
[0034]所述中間桿33的材質(zhì)為鋁。
[0035]所述液壓減振器I包括液壓腔11，所述液壓腔11內(nèi)設(shè)有活塞12，所述活塞12與活塞連桿13的一端連接，所述活塞連桿13的另一端穿過所述液壓腔11頂部與上擋板14連接，所述上擋板14與所述液壓腔11頂部之間設(shè)有彈簧Π 15，所述彈簧Π 15套接在所述活塞連桿13上，所述液壓腔11底部通過連接柱111與所述連接桿1222連接，所述活塞12上設(shè)有多個節(jié)流孔121，所述液壓腔11內(nèi)充滿阻尼液。
[0036]所述上擋板14呈圓盤型，所述彈簧Π 15與所述液壓腔11頂部之間還設(shè)有下?lián)醢?6，所述下?lián)醢?6的形狀與所述上擋板14相匹配。
[0037]所述上擋板14通過上連接環(huán)141與汽車底盤5連接，所述連接柱111通過下連接環(huán)112與車輪連接。
[0038]當(dāng)汽車行駛時，路面振動通過下連接環(huán)112傳遞到液壓減振器I，液壓腔11與活塞12之間發(fā)生相對運(yùn)動，該運(yùn)動又通過速度放大機(jī)構(gòu)2傳遞到電磁俘能機(jī)構(gòu)3，導(dǎo)致中間桿33與內(nèi)筒32產(chǎn)生相對運(yùn)動，從而產(chǎn)生切割磁感線運(yùn)動并產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。
[0039]當(dāng)電磁俘能機(jī)構(gòu)3外接儲能元件后，線圈35與儲能元件形成閉合回路。當(dāng)中間桿33與內(nèi)筒32產(chǎn)生相對運(yùn)動時，二者之間產(chǎn)生切割磁感線運(yùn)動，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，且感應(yīng)電動勢的大小與中間桿3 3與內(nèi)筒32的相對運(yùn)動速度有關(guān)。由此可知，本電磁俘能機(jī)構(gòu)3能夠根據(jù)懸架的振動情況，不斷地產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，且汽車振動越劇烈，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大，俘獲的能量也越多。
[0040]本發(fā)明一種基于被動懸架的電磁俘能系統(tǒng)，俘獲電壓的大小與汽車振動的劇烈程度，速度放大機(jī)構(gòu)2的放大系數(shù)和中間桿33上環(huán)形磁鐵34的形式密切相關(guān)，當(dāng)速度放大機(jī)構(gòu)2的放大系數(shù)，車速和行駛路面一定時，環(huán)形磁鐵34的布置和結(jié)構(gòu)就成為影響俘獲電壓大小的主要影響因素。設(shè)定速度放大機(jī)構(gòu)2的放大系數(shù)一定，車速為50km/h，路面為B級路面，環(huán)形磁鐵34的布置和結(jié)構(gòu)方式一為環(huán)形磁鐵34之間設(shè)有間隙，環(huán)形磁鐵34的上部為N極，所述環(huán)形磁鐵34的下部為S級，如圖4所示，俘獲的電壓曲線如圖5所示，可以看出俘獲電壓的峰值為4.75V;速度放大機(jī)構(gòu)2的放大系數(shù)，車速和行駛路面不變，環(huán)形磁鐵34的布置和結(jié)構(gòu)方式二為環(huán)形磁鐵34之間設(shè)有間隙，所述環(huán)形磁鐵34的內(nèi)環(huán)為S極，所述環(huán)形磁鐵34的外環(huán)為N級，如圖6所示，俘獲的電壓曲線發(fā)生了改變，俘獲電壓的峰值為6.7V，如圖7所示。由此可以看出環(huán)形磁鐵34的布置和結(jié)構(gòu)對俘能結(jié)果有很大的影響。
[0041]本發(fā)明一種基于被動懸架的電磁俘能系統(tǒng)，在俘獲汽車振動能量的同時又具有很好的減振性能。設(shè)定汽車以50km/h的速度行駛在B級路面上。圖8為基于被動懸架的電磁俘能系統(tǒng)的汽車車身加速度與基于傳統(tǒng)液壓減振懸架的車身加速度對比曲線)，可以看出裝有該俘能系統(tǒng)的汽車車身加速度比傳統(tǒng)液壓減振系統(tǒng)的車身加速度降低了7.6%。
[0042]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于被動懸架的電磁俘能系統(tǒng)，其特征在于:包括平行設(shè)置的液壓減振器，速度放大機(jī)構(gòu)和電磁俘能機(jī)構(gòu)，所述速度放大機(jī)構(gòu)位于所述液壓減振器和所述電磁俘能機(jī)構(gòu)之間， 所述速度放大機(jī)構(gòu)包括分別與所述液壓減振器和所述電磁俘能機(jī)構(gòu)平行的支撐桿，所述支撐桿的下端設(shè)有速度傳遞機(jī)構(gòu)，所述速度傳遞機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)向套筒和位于所述導(dǎo)向套筒內(nèi)依次連接的連接桿1、球鏈接1、滑塊1、彈簧1、滑塊Π、球鏈接Π、連接桿Π，所述連接桿I的另一端與所述液壓減振器的下端連接，所述連接桿Π的另一端與所述電磁俘能機(jī)構(gòu)的下端連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于被動懸架的電磁俘能系統(tǒng)，其特征在于:所述導(dǎo)向套筒的外壁設(shè)有沿所述導(dǎo)向套筒軸線延伸的通槽I，所述通槽I通過緊固螺釘與所述支撐桿的下端固定連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于被動懸架的電磁俘能系統(tǒng)，其特征在于:所述導(dǎo)向套筒的外壁設(shè)有加粗套筒，所述加粗套筒上設(shè)有與所述通槽I相匹配的通槽Π。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于被動懸架的電磁俘能系統(tǒng)，其特征在于:所述電磁俘能機(jī)構(gòu)包括外筒和內(nèi)筒，所述外筒內(nèi)腔設(shè)有與所述外筒底部連接的中間桿，所述中間桿的外壁套有多個環(huán)形磁鐵，所述多個環(huán)形磁鐵沿所述中間桿的軸線依次排列，所述中間桿可沿所述內(nèi)筒軸線相對滑動，所述內(nèi)筒的內(nèi)徑與所述環(huán)形磁鐵的外徑之間間隙配合，所述內(nèi)筒的外徑與所述外筒的內(nèi)徑之間間隙配合，所述內(nèi)筒外壁設(shè)有線圈，所述外筒底部與所述連接桿π連接。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于被動懸架的電磁俘能系統(tǒng)，其特征在于:所述環(huán)形磁鐵之間設(shè)有間隙，所述環(huán)形磁鐵的磁化形式是上部為N極，所述環(huán)形磁鐵的下部為S級。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于被動懸架的電磁俘能系統(tǒng)，其特征在于:所述環(huán)形磁鐵之間設(shè)有間隙，所述環(huán)形磁鐵的磁化形式是內(nèi)環(huán)為S極，所述環(huán)形磁鐵的外環(huán)為N級。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于被動懸架的電磁俘能系統(tǒng)，其特征在于:所述液壓減振器包括液壓腔，所述液壓腔內(nèi)設(shè)有活塞，所述活塞與活塞連桿的一端連接，所述活塞連桿的另一端穿過所述液壓腔頂部與上擋板連接，所述上擋板與所述液壓腔頂部之間設(shè)有彈簧Π，所述彈簧Π套接在所述活塞連桿上，所述液壓腔底部通過連接柱與所述連接桿I連接，所述活塞上設(shè)有多個節(jié)流孔，所述液壓腔內(nèi)充滿阻尼液。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于被動懸架的電磁俘能系統(tǒng)，其特征在于:所述上擋板呈圓盤型，所述彈簧Π與所述液壓腔頂部之間還設(shè)有下?lián)醢澹鱿聯(lián)醢宓男螤钆c所述上擋板相匹配。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于被動懸架的電磁俘能系統(tǒng)，系統(tǒng)由液壓減振器，速度放大機(jī)構(gòu)和電磁俘能機(jī)構(gòu)組成。速度放大機(jī)構(gòu)位于液壓減振器和電磁俘能機(jī)構(gòu)之間，對懸架的振動速度進(jìn)行放大。本發(fā)明能夠?qū)壹艿恼駝幽芰哭D(zhuǎn)化為電能并存儲起來。當(dāng)汽車在不平路面行駛時，路面的振動通過輪胎傳遞到汽車懸架，導(dǎo)致汽車液壓減振器上下振動，通過速度放大機(jī)構(gòu)，將懸架振動速度傳遞到電磁俘能機(jī)構(gòu)，使得電磁俘能機(jī)構(gòu)的中間桿與內(nèi)筒產(chǎn)生相對運(yùn)動，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，最后將感應(yīng)電動勢存儲起來。同時，因為安培力的存在使該系統(tǒng)的減振效果得到進(jìn)一步的提升。整個結(jié)構(gòu)不需要復(fù)雜的反饋系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和額外的動力元件，因此結(jié)構(gòu)簡單，成本低，且適用范圍廣，具有很好的應(yīng)用前景。
【IPC分類】B60G13/14, H02K35/02
【公開號】CN105711368
【申請?zhí)枴緾N201610131174
【發(fā)明人】高仁璟, 石文武, 趙劍, 李明麗, 劉書田
【申請人】大連理工大學(xué)