本發(fā)明屬于智能運動領域，具體涉及一種基于電磁阻尼器的能量轉(zhuǎn)換山地車避震器。

背景技術(shù)：

山地車是為了應對顛簸復雜的路況而設計，在騎行的同時要克服路況帶來的沖擊，因此避震器就成了山地車上最關鍵的部分，而阻尼系統(tǒng)則是整個避震器的核心，直接影響避震器的工作方式與工作特性。

目前主要的阻尼避震器有很多種，主要是依靠彈簧，油壓，氣壓的方式。這些方式各有優(yōu)劣，相對來說，目前最具優(yōu)勢的阻尼系統(tǒng)采用的方式是油壓配合氣壓的模式，兩個阻尼系統(tǒng)互相輔助，利用氣壓的輕量化，配合油壓的高可控性，實現(xiàn)了很好的避震效果。但是仍然存在很多問題，目前采用的油路輔助的方式，油路重量很大；而且存在著阻尼油需要頻繁更換，更換費用高昂；油封易損壞導致阻尼失效等等的問題。尤為突出的就是在變阻尼的時候就需要阻尼油路有著極為復雜的結(jié)構(gòu)，而且極為缺乏可控性。

同時，在阻尼器工作的時候有大量的機械能，轉(zhuǎn)化為了阻尼氣、阻尼油的內(nèi)能，這部分能量全部是來自于騎行者，這本身就是一種能量的浪費，完全可以想辦法回收這部分能量，供給簡單的智能部件使用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于上面的問題，本發(fā)明提出了一種基于電磁阻尼器的能量轉(zhuǎn)換山地車避震器及其方法，主要是用電磁阻尼來替代油壓阻尼，配合簡單的電力電子電路收集能量，提高質(zhì)量，并配合智能部件實現(xiàn)目標。

基于電磁阻尼器的能量轉(zhuǎn)換山地車避震器包括：

避震器主體、電磁阻尼單元、能量轉(zhuǎn)換單元、能量存儲單元、智能開關單元；所述的電磁阻尼單元、能量轉(zhuǎn)換單元、能量存儲單元、智能開關單元安裝于避震器主體內(nèi)，電磁阻尼單元、能量轉(zhuǎn)換單元、能量存儲單元、智能開關單元順次相連，智能開關單元與電磁阻尼單元相連；

所述的電磁阻尼單元由勵磁線圈、感應線圈和導磁材料組成；勵磁線圈、感應線圈分別纏繞在兩塊導磁材料上，兩塊導磁材料相互嵌套，可以做相對運動；

所述的能量轉(zhuǎn)換單元包括順次相連的整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路；整流電路與感應線圈相連，穩(wěn)壓電路與能量存儲單元相連。

所述的變阻尼電磁阻尼單，主要是依靠勵磁線圈和感應線圈結(jié)合，感應線圈受激振力上下震動，與勵磁線圈作用，并且配合機械彈簧或者氣體阻尼的作用來削弱外界激勵作用。同時感應線圈內(nèi)由于磁通的改變，產(chǎn)生感應電動勢，激發(fā)感應電流，在勵磁線圈產(chǎn)生的磁場作用下產(chǎn)生安培力，阻礙改變。減緩相對運動，發(fā)揮阻尼避震的的效果。

所述的能量存儲單元，首先是為阻尼器的勵磁線圈提供電流，主要用于短暫儲存能量，為避震器的智能單元供電。不僅僅可以通過阻尼系統(tǒng)獲得能量，還可以外接電源進行充電主要是采用通用的USB充電。

優(yōu)選的，所述的能量存儲單元為電池。

優(yōu)選的，所述的智能開關單元包括陀螺儀、單片機、DC-DC電路，陀螺儀與單片機相連，能量存儲單元為陀螺儀和單片機供電，單片機通過DC-DC電路與勵磁線圈相連。

所述的基于電磁阻尼器的能量轉(zhuǎn)換山地車避震器的避震方法是：

當路面顛簸時，電磁阻尼單元的兩塊導磁材料相對運動，帶動勵磁線圈、感應線圈相互運動，感應線圈內(nèi)產(chǎn)生感應電流，產(chǎn)生感應磁場，與勵磁線圈的磁場相互作用，阻礙兩塊導磁材料的相對運動，產(chǎn)生阻尼效果，削弱顛簸；

同時感應線圈由于電磁感應產(chǎn)生的電能，經(jīng)過電能轉(zhuǎn)換單元的整流濾波穩(wěn)壓后，為能量存儲單元充電，回收電能；

能量存儲單元為陀螺儀與單片機供電，單片機根據(jù)陀螺儀反饋的電信號獲得前叉與地面的角度，產(chǎn)生相應占空比的PWM波控制DC-DC電路為勵磁線圈供電，調(diào)節(jié)勵磁電流大小，從而調(diào)節(jié)阻尼效果。

整體來看，本發(fā)明對現(xiàn)有避震器的阻尼系統(tǒng)做出了改進，同時增加了能量存儲單元和智能開關單元。這樣一來不僅僅增加了性能，最主要的就是電磁阻尼相較于油壓阻尼最大的優(yōu)勢就是重量輕，容易維修更加的可調(diào)控。在勵磁電流一定的情況下可以看做是一個線性阻尼，同時相較于油等粘稠液體流過小孔，通過調(diào)整空的大小調(diào)整阻尼的方式，由于電流變化的連續(xù)性要高很多，所以可以根據(jù)實際的需要更加精確的調(diào)整。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的基于電磁阻尼器的能量轉(zhuǎn)換山地車避震器的工作流程圖；

圖2為本發(fā)明的電磁阻尼器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的電磁阻尼器的磁場示意圖。

具體實施方式

就目前采用的阻尼系統(tǒng)，最主流的方式就是，一方面采用油一類的粘稠液體配合活塞，利用油在受壓的時候，因為粘稠的流過小孔的最大速度是有限的來限制活塞的運動，同時配合彈簧機械作用，達到阻尼的效果，另一部分則是采用氣體，氣體依據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程，顯然氣體在受壓體積減小的時候會產(chǎn)生巨大的壓強，作用在活塞上，阻礙活塞運動，實現(xiàn)阻尼效果。之所以目前會采用這樣的模式是有很大的道理在其中，可以說，無論是液壓阻尼還是氣壓阻尼都有著各自極為突出的優(yōu)勢同時又包含著劣勢：

就油路而言，油路的調(diào)節(jié)性遠遠強于氣體阻尼(又去氣體密封性的緣故，氣室阻尼基本可以看做是不可調(diào))，目前主要是采用改變液體流過的小空的大小來調(diào)節(jié)阻尼效果，甚至是關閉阻尼，這樣的調(diào)劑方式不夠連續(xù)，調(diào)節(jié)范圍也很有限。同時無法避免的就是由于大量阻尼油存在，阻尼油會帶來很大的重量增加，同時需要油封的密閉性始終保持在很高的狀態(tài)，隨著不斷的使用阻尼油的粘稠性也在不斷的改變阻尼油存在氧化的問題，需要定期更換阻尼油(大概三個月到半年更換一次)，跟換需要專業(yè)的工具油品費用較高。

氣室側(cè)最大的優(yōu)勢在于重量輕，但是氣體的密封性和較強的擴散性，所以如上面所說阻尼基本上是不可調(diào)節(jié)的，更不要說關閉阻尼器，同時由于氣體的壓強與體積的關系受到氣體狀態(tài)方程的決定，所以氣體的阻尼的阻尼效果線性度很低，目前的作用主要在于可以大幅度的減輕重量。

他們雙方的優(yōu)勢互補之后才能達到理想的效果。但是這樣的阻尼系統(tǒng)在實際工作的時候還是存在很多的問題，和巨大的可改進的空間，尤其是油側(cè)重量大、需要經(jīng)常維護而且維護昂貴的問題是難以彌補的。同時我們在使用阻尼過程中產(chǎn)生的機械能量基本上都是轉(zhuǎn)化為阻尼油或者阻尼氣體的內(nèi)能基本上就是被浪費掉了，那么我們有什么辦法回收機械能，其實想想看這個歌問題很簡單，從機械能到電能就是發(fā)電機，只是需要切割磁感線而已，如果只是勵磁和感應兩個線圈就可以搞定，那么不僅僅重量下來了，維護基本不需要，就算是壞掉了維修也不要太簡單。采用永磁體，那么這樣的話配合氣室阻尼就失去了阻尼避震器的可調(diào)節(jié)性，于是改為采用感應線圈產(chǎn)生磁場，這樣的話就會得到比原有的油路調(diào)節(jié)更大的調(diào)節(jié)范圍和更為細密的調(diào)節(jié)效果。同時還可以對感應線圈中的電能進行回收，實際路況的騎行中，感應線圈肯定是始終存在電能，那么我們只要把電能變得適宜回收，對于一個不穩(wěn)定的電能我們要對它濾波，調(diào)整幅值，再收集電能，儲存并輸出電能為智能部件供能。

在上坡的時候，需要阻尼器不工作，這個時候要手動去關掉阻尼器，在下坡的時候又需要阻尼器自動打開，再加入陀螺儀，通過判斷與地面的夾角。從而反應上下坡坡度，從而智能的開關阻尼器，而這部分智能原件需要的電能可以直接由電磁阻尼器產(chǎn)生的電能來提供。

在本發(fā)明的一個具體實施例中，如圖1基于電磁阻尼器的能量轉(zhuǎn)換山地車避震器包括：避震器主體、電磁阻尼單元、能量轉(zhuǎn)換單元、能量存儲單元、智能開關單元；所述的電磁阻尼單元、能量轉(zhuǎn)換單元、能量存儲單元、智能開關單元安裝于避震器主體內(nèi)，電磁阻尼單元、能量轉(zhuǎn)換單元、能量存儲單元、智能開關單元順次相連，智能開關單元與電磁阻尼單元相連；

所述的電磁阻尼單元由勵磁線圈、感應線圈和導磁材料組成；勵磁線圈、感應線圈分別纏繞在兩塊導磁材料上，兩塊導磁材料相互嵌套，可以做相對運動；

所述的能量轉(zhuǎn)換單元包括順次相連的整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路；整流電路與感應線圈相連，穩(wěn)壓電路與能量存儲單元相連。所述的能量存儲單元為電池。所述的智能開關單元包括陀螺儀、MSP430單片機、DC-DC電路，陀螺儀與單片機相連，能量存儲單元為陀螺儀和MSP430單片機供電，MSP430單片機通過DC-DC電路與勵磁線圈相連。

如圖2和3所示，當路面顛簸時，電磁阻尼單元的兩塊導磁材料相對運動，帶動勵磁線圈、感應線圈相互運動，感應線圈內(nèi)產(chǎn)生感應電流，產(chǎn)生感應磁場，與勵磁線圈的磁場相互作用，阻礙兩塊導磁材料的相對運動，產(chǎn)生阻尼效果，削弱顛簸。

同時感應線圈由于電磁感應產(chǎn)生的電能，經(jīng)過電能轉(zhuǎn)換單元的整流濾波穩(wěn)壓后，為能量存儲單元充電，回收電能。

能量存儲單元為陀螺儀與單片機供電，MSP430單片機根據(jù)陀螺儀反饋的電信號獲得前叉與地面的角度，產(chǎn)生相應占空比的PWM波控制DC-DC電路為勵磁線圈供電，調(diào)節(jié)勵磁電流大小，從而調(diào)節(jié)阻尼效果。