一种基于被动悬架的电磁俘能系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于汽车悬架的俘能领域，具体涉及一种基于被动悬架的电磁俘能系统。
【背景技术】
[0002]车辆减振器能量耗散研究表明，回收悬架振动能量对于实现汽车节能具有重要的实践意义。因此，悬架的结构设计尤为关键，直接影响减振性能和能量回收效率。近年来，已经出现了多种馈能式悬架结构，例如国内专利200410013577中提出一种基于直线电机的馈能式悬架系统，该悬架系统把直线电机的动子固定连接在车辆的簧上质量处，直线电机的定子固定连接在车辆的簧下质量处，通过汽车振动时簧上质量与簧下质量的相对运动来带动直线电机动子与定子的运动，从而俘获能量。国内专利201420027645提出了一种由液压缸、液压栗和发电机构成的馈能式悬架，该悬架利用液压驱动液压马达，从而带动电机发电俘获能量。日本学者suda和Nakan设计了一套重型卡车的自供能悬架系统，利用两个直流电机将路面通过轮胎传递给悬架的振动能量，转化为电能并储存起来;武汉理工大学的徐琳提出了一种新型的液电馈能式主动悬架系统，液电馈能式悬架系统是一个机-液-电结合的混合系统，其设计思想是基于液压系统中的储能装置，将系统中的能量储存起来。该馈能式减振器通过液压止回阀整流回路将悬架系统的相对直线运动转变为液压马达的旋转运动，进而通过联轴器带动电机工作于发电状态，从而实现将机械能转化为汽车上耗能或储能元件所存储的电能，实现能量回收的目的。
[0003]然而这些馈能式悬架存在以下不足，包括:I)这种悬架一般为主动悬架，在俘获能量的同时还需要提供能量来衰减汽车的振动，经常“入不敷出”；2)由于馈能式悬架输出的电压不会太高，为了避免电机的死区，通常要外加升压电路来保证悬架的正常减振功能，结构复杂;3)电机的工作状态需要相应的控制系统来控制，这就导致悬架制造成本高，可靠性变差;4)悬架的布置空间有限，增加的电机使得悬架系统布置困难，同时有可能使得汽车底盘与路面的距离增大，降低了汽车的操纵稳定性。因此，研究并提出一种有效且切实可行的馈能式悬架，对于提高汽车燃油经济性具有重要的意义。针对基于电机式馈能悬架存在的问题，迫切需求设计一种结构简单、可靠性高、成本低的俘能悬架。
【发明内容】
[0004]根据上述提出的技术问题，提出一种基于被动悬架的电磁俘能系统。
[0005]本发明采用的技术手段如下:
[0006]—种基于被动悬架的电磁俘能系统，包括平行设置的液压减振器，速度放大机构和电磁俘能机构，所述速度放大机构位于所述液压减振器和所述电磁俘能机构之间，
[0007]所述速度放大机构包括分别与所述液压减振器和所述电磁俘能机构平行的支撑杆，所述支撑杆的下端设有速度传递机构，所述速度传递机构包括导向套筒和位于所述导向套筒内依次连接的连接杆1、球链接1、滑块1、弹簧1、滑块Π、球链接Π、连接杆Π，所述连接杆I的另一端与所述液压减振器的下端连接，所述连接杆Π的另一端与所述电磁俘能机构的下端连接。
[0008]所述导向套筒的外壁设有沿所述导向套筒轴线延伸的通槽I，所述通槽I通过紧固螺钉与所述支撑杆的下端固定连接。
[0009]调整所述支撑杆与所述液压减振器和所述电磁俘能机构之间的位置，之后锁紧所述紧固螺钉使位置固定，从而调整所述速度传递机构的速度放大倍数。
[0010]所述导向套筒的外壁设有加粗套筒，所述加粗套筒上设有与所述通槽I相匹配的通槽Π。
[0011]所述电磁俘能机构包括外筒和内筒，所述外筒内腔设有与所述外筒底部连接的中间杆，所述中间杆的外壁套有多个环形磁铁，所述多个环形磁铁沿所述中间杆的轴线依次排列，所述中间杆可沿所述内筒轴线相对滑动，所述内筒的内径与所述环形磁铁的外径之间间隙配合，使得所述内筒与所述环形磁铁之间具有用于导磁的空气间隙，所述内筒的外径与所述外筒的内径之间间隙配合，所述内筒外壁设有线圈，所述外筒底部与所述连接杆Π连接，当所述中间杆相对所述内筒滑动时，所述线圈与所述环形磁铁产生切割磁力线运动，由电磁感应原理可知，将会产生感应电动势，在产生感应电动势的同时，根据楞次定律可知会产生阻碍所述中间杆与所述内筒相对运动的安培力，该安培力又传递到液压减振器上，与液压减振器一起衰减汽车振动，即产生阻碍相对运动的电磁阻尼力，该电磁阻尼力的大小和方向都遵循楞次定律，电磁阻尼力的大小与相对运动的速度成正比，电磁阻尼力的方向与相对运动的方向相反，并且能将部分振动能量转换成电能并存储起来，实现减振与能量收集双重功能。
[0012]所述环形磁铁之间设有间隙，所述环形磁铁的磁化形式是上部为N极，所述环形磁铁的下部为S级。
[0013]所述环形磁铁之间设有间隙，所述环形磁铁的磁化形式是内环为S极，所述环形磁铁的外环为N级。
[0014]所述液压减振器包括液压腔，所述液压腔内设有活塞，所述活塞与活塞连杆的一端连接，所述活塞连杆的另一端穿过所述液压腔顶部与上挡板连接，所述上挡板与所述液压腔顶部之间设有弹簧Π，所述弹簧Π套接在所述活塞连杆上，所述液压腔底部通过连接柱与所述连接杆I连接，所述活塞上设有多个节流孔，所述液压腔内充满阻尼液。通过阻尼液流过所述节流孔产生的阻尼力来衰减汽车的振动。
[0015]所述上挡板呈圆盘型，所述弹簧Π与所述液压腔顶部之间还设有下挡板，所述下挡板的形状与所述上挡板相匹配。
[0016]所述液压减振器，所述速度放大机构和所述电磁俘能机构的上端均与汽车底盘连接，所述液压减振器的下端与车轮连接。
[0017]与现有技术相比，本发明的基于被动悬架的电磁俘能系统能够将悬架的振动能量转化为电能并存储起来。当汽车在不平路面行驶时，路面的振动通过轮胎传递到汽车悬架，导致汽车液压减振器的上下振动，通过速度放大机构将速度传递到电磁俘能机构，使得电磁俘能机构的中间杆与内筒产生相对运动，根据电磁感应原理，产生感应电动势，最后将感应电动势存储起来。同时，因为安培力的存在该系统又具有良好的减振效果。由于整个结构不需要复杂的反馈系统，控制系统和额外的动力元件，因此结构简单，成本低，且适用范围广，具有很好的应用前景。
[0018]基于上述理由本发明可在汽车悬架的俘能等领域广泛推广。
【附图说明】
[0019]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0020]图1是本发明的【具体实施方式】中一种基于被动悬架的电磁俘能系统的结构示意图。
[0021]图2是本发明的【具体实施方式】中一种基于被动悬架的电磁俘能系统的剖视图。
[0022]图3是本发明的【具体实施方式】中速度传递机构的剖视图。
[0023]图4是本发明的【具体实施方式】中环形磁铁的布置和结构方式一的示意图。
[0024]图5是本发明的【具体实施方式】中环形磁铁的布置和结构方式一对应的所俘获电压的曲线图。
[0025]图6是本发明的【具体实施方式】中环形磁铁的布置和结构方式二的示意图。
[0026]图7是本发明的【具体实施方式】中环形磁铁的布置和结构方式二对应的所俘获电压的曲线图。
[0027]图8是本发明的【具体实施方式】中基于被动悬架的电磁俘能系统的汽车车身加速度与基于传统液压减振悬架的车身加速度对比曲线。
【具体实施方式】
[0028]如图1-图8所示，一种基于被动悬架的电磁俘能系统，包括平行设置的液压减振器I，速度放大机构2和电磁俘能机构3，所述速度放大机构2位于所述液压减振器I和所述电磁俘能机构3之间，
[0029]所述速度放大机构2包括分别与所述液压减振器I和所述电磁俘能机构3平行的支撑杆21，所述支撑杆21的下端设有速度传递机构22，所述速度传递机构22包括导向套筒221和位于所述导向套筒221内依次连接的连接杆1222、球链接1223、滑块1224、弹簧1225、滑块Π 226、球链接Π 227、连接杆Π 228，所述连接杆1222的另一端与所述液压减振器I的下端连接，所述连接杆Π 228的另一端与所述电磁俘能机构3的下端连接。
[0030]所述导向套筒221的外壁设有沿所述导向套筒221轴线延伸的通槽I，所述通槽I通过紧固螺钉4与所述支撑杆21的下端固定连接。
[0031]所述导向套筒221的外壁设有加粗套筒229，所述加粗套筒229上设有与所述通槽I相匹配的通槽Π。
[0032]所述支撑杆21的上端通过紧固螺钉4与汽车底盘5连接。
[0033]所述电磁俘能机构3包括外筒31和内筒32，所述外筒31内腔设有与所述外筒31底部连接的中间杆33，所述中间杆33的外壁套有多个环形磁铁34，所述多个环形磁铁34沿所述中间杆33的轴线依次排列，所述中间杆33可沿所述内筒32轴线相对滑动，所述内筒32的内径与所述环形磁铁34的外径之间间隙配合，所述内筒32的外径与所述外筒31的内径之间间隙配合，所述内筒32外壁设有线圈35，所述外筒31底部与所述连接杆Π 228连接，所述线圈35与电源连接。
[0034]所述中间杆33的材质为铝。
[0035]所述液压减振器I包括液压腔11，所述液压腔11内设有活塞12，所述活塞12与活塞连杆13的一端连接，所述活塞连杆13的另一端穿过所述液压腔11顶部与上挡板14连接，所述上挡板14与所述液压腔11顶部之间设有弹簧Π 15，所述弹簧Π 15套接在所述活塞连杆13上，所述液压腔11底部通过连接柱111与所述连接杆1222连接，所述活塞12上设有多个节流孔121，所述液压腔11内充满阻尼液。
[0036]所述上挡板14呈圆盘型，所述弹簧Π 15与所述液压腔11顶部之间还设有下挡板16，所述下挡板16的形状与所述上挡板14相匹配。
[0037]所述上挡板14通过上连接环141与汽车底盘5连接，所述连接柱111通过下连接环112与车轮连接。
[0038]当汽车行驶时，路面振动通过下连接环112传递到液压减振器I，液压腔11与活塞12之间发生相对运动，该运动又通过速度放大机构2传递到电磁俘能机构3，导致中间杆33与内筒32产生相对运动，从而产生切割磁感线运动并产生感应电动势。
[0039]当电磁俘能机构3外接储能元件后，线圈35与储能元件形成闭合回路。当中间杆33与内筒32产生相对运动时，二者之间产生切割磁感线运动，根据电磁感应原理，产生感应电动势，且感应电动势的大小与中间杆3 3与内筒32的相对运动速度有关。由此可知，本电磁俘能机构3能够根据悬架的振动情况，不断地产生感应电动势，且汽车振动越剧烈，产生的感应电动势越大，俘获的能量也越多。
[0040]本发明一种基于被动悬架的电磁俘能系统，俘获电压的大小与汽车振动的剧烈程度，速度放大机构2的放大系数和中间杆33上环形磁铁34的形式密切相关，当速度放大机构2的放大系数，车速和行驶路面一定时，环形磁铁34的布置和结构就成为影响俘获电压大小的主要影响因素。设定速度放大机构2的放大系数一定，车速为50km/h，路面为B级路面，环形磁铁34的布置和结构方式一为环形磁铁34之间设有间隙，环形磁铁34的上部为N极，所述环形磁铁34的下部为S级，如图4所示，俘获的电压曲线如图5所示，可以看出俘获电压的峰值为4.75V;速度放大机构2的放大系数，车速和行驶路面不变，环形磁铁34的布置和结构方式二为环形磁铁34之间设有间隙，所述环形磁铁34的内环为S极，所述环形磁铁34的外环为N级，如图6所示，俘获的电压曲线发生了改变，俘获电压的峰值为6.7V，如图7所示。由此可以看出环形磁铁34的布置和结构对俘能结果有很大的影响。
[0041]本发明一种基于被动悬架的电磁俘能系统，在俘获汽车振动能量的同时又具有很好的减振性能。设定汽车以50km/h的速度行驶在B级路面上。图8为基于被动悬架的电磁俘能系统的汽车车身加速度与基于传统液压减振悬架的车身加速度对比曲线)，可以看出装有该俘能系统的汽车车身加速度比传统液压减振系统的车身加速度降低了7.6%。
[0042]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于被动悬架的电磁俘能系统，其特征在于:包括平行设置的液压减振器，速度放大机构和电磁俘能机构，所述速度放大机构位于所述液压减振器和所述电磁俘能机构之间， 所述速度放大机构包括分别与所述液压减振器和所述电磁俘能机构平行的支撑杆，所述支撑杆的下端设有速度传递机构，所述速度传递机构包括导向套筒和位于所述导向套筒内依次连接的连接杆1、球链接1、滑块1、弹簧1、滑块Π、球链接Π、连接杆Π，所述连接杆I的另一端与所述液压减振器的下端连接，所述连接杆Π的另一端与所述电磁俘能机构的下端连接。2.根据权利要求1所述的一种基于被动悬架的电磁俘能系统，其特征在于:所述导向套筒的外壁设有沿所述导向套筒轴线延伸的通槽I，所述通槽I通过紧固螺钉与所述支撑杆的下端固定连接。3.根据权利要求2所述的一种基于被动悬架的电磁俘能系统，其特征在于:所述导向套筒的外壁设有加粗套筒，所述加粗套筒上设有与所述通槽I相匹配的通槽Π。4.根据权利要求1所述的一种基于被动悬架的电磁俘能系统，其特征在于:所述电磁俘能机构包括外筒和内筒，所述外筒内腔设有与所述外筒底部连接的中间杆，所述中间杆的外壁套有多个环形磁铁，所述多个环形磁铁沿所述中间杆的轴线依次排列，所述中间杆可沿所述内筒轴线相对滑动，所述内筒的内径与所述环形磁铁的外径之间间隙配合，所述内筒的外径与所述外筒的内径之间间隙配合，所述内筒外壁设有线圈，所述外筒底部与所述连接杆π连接。5.根据权利要求4所述的一种基于被动悬架的电磁俘能系统，其特征在于:所述环形磁铁之间设有间隙，所述环形磁铁的磁化形式是上部为N极，所述环形磁铁的下部为S级。6.根据权利要求4所述的一种基于被动悬架的电磁俘能系统，其特征在于:所述环形磁铁之间设有间隙，所述环形磁铁的磁化形式是内环为S极，所述环形磁铁的外环为N级。7.根据权利要求1所述的一种基于被动悬架的电磁俘能系统，其特征在于:所述液压减振器包括液压腔，所述液压腔内设有活塞，所述活塞与活塞连杆的一端连接，所述活塞连杆的另一端穿过所述液压腔顶部与上挡板连接，所述上挡板与所述液压腔顶部之间设有弹簧Π，所述弹簧Π套接在所述活塞连杆上，所述液压腔底部通过连接柱与所述连接杆I连接，所述活塞上设有多个节流孔，所述液压腔内充满阻尼液。8.根据权利要求7所述的一种基于被动悬架的电磁俘能系统，其特征在于:所述上挡板呈圆盘型，所述弹簧Π与所述液压腔顶部之间还设有下挡板，所述下挡板的形状与所述上挡板相匹配。
【专利摘要】本发明公开了一种基于被动悬架的电磁俘能系统，系统由液压减振器，速度放大机构和电磁俘能机构组成。速度放大机构位于液压减振器和电磁俘能机构之间，对悬架的振动速度进行放大。本发明能够将悬架的振动能量转化为电能并存储起来。当汽车在不平路面行驶时，路面的振动通过轮胎传递到汽车悬架，导致汽车液压减振器上下振动，通过速度放大机构，将悬架振动速度传递到电磁俘能机构，使得电磁俘能机构的中间杆与内筒产生相对运动，根据电磁感应原理，产生感应电动势，最后将感应电动势存储起来。同时，因为安培力的存在使该系统的减振效果得到进一步的提升。整个结构不需要复杂的反馈系统，控制系统和额外的动力元件，因此结构简单，成本低，且适用范围广，具有很好的应用前景。
【IPC分类】B60G13/14, H02K35/02
【公开号】CN105711368
【申请号】CN201610131174
【发明人】高仁璟, 石文武, 赵剑, 李明丽, 刘书田
【申请人】大连理工大学