CN106739908B - 一种卡曼压电式悬架馈能装置 - Google Patents

一种卡曼压电式悬架馈能装置 Download PDF

Info

Publication number
CN106739908B
CN106739908B CN201611058592.8A CN201611058592A CN106739908B CN 106739908 B CN106739908 B CN 106739908B CN 201611058592 A CN201611058592 A CN 201611058592A CN 106739908 B CN106739908 B CN 106739908B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cantilever beam
energy
suspension
piezoelectric
automobile
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201611058592.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106739908A (zh
Inventor
尹浩
王政皓
黎晓伟
刘双双
张业
滕杨磊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Qindao University Of Technology
Original Assignee
Qindao University Of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Qindao University Of Technology filed Critical Qindao University Of Technology
Priority to CN201611058592.8A priority Critical patent/CN106739908B/zh
Publication of CN106739908A publication Critical patent/CN106739908A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106739908B publication Critical patent/CN106739908B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G13/00—Resilient suspensions characterised by arrangement, location or type of vibration dampers
    • B60G13/001—Arrangements for attachment of dampers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • H02N2/181—Circuits; Control arrangements or methods
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • H02N2/185—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators using fluid streams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2204/00—Indexing codes related to suspensions per se or to auxiliary parts
    • B60G2204/10—Mounting of suspension elements
    • B60G2204/20—Mounting of accessories, e.g. pump, compressor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2401/00—Indexing codes relating to the type of sensors based on the principle of their operation
    • B60G2401/10—Piezoelectric elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)

Abstract

本发明一种卡曼压电式悬架馈能装置，将汽车行驶时悬架减振器后侧的空气涡旋能量转换成电能。本发明在汽车悬架的减振器外壁安装悬臂梁，压电陶瓷膜片固定于悬臂梁上，利用卡曼涡街原理，流动的空气流过圆柱体减振器时，在其背面的两侧交替产生涡旋尾流，旋涡尾流在压电陶瓷膜片上产生交替变化的压强，压电陶瓷受压后产生电动势，经过滤波器和电压调节器变压后给汽车的蓄电池供电。所述装置完全利用汽车行驶过程的悬架处的空气流动进行发电，不需要消耗其他能源，可靠性高，节能，绿色环保。

Description

一种卡曼压电式悬架馈能装置
技术领域
本发明一种卡曼压电式悬架馈能装置，属于汽车节能减排的技术领域。
技术背景
悬架是车架与车桥(或车轮)之间一切传力装置的总称，汽车在运动过程中，流动的空气会纵向流过汽车的上下表面，而这其中也包括悬架，这部分由于空气流动而产生的能量一直被当作汽车行驶阻力，目前，从减小汽车风阻系数的角度来减小行驶阻力从而实现降低油耗的技术较多，而本发明的思想则是在不改变风阻的前提下，对这部分气流能量进行回收。
卡曼(涡街)原理是在1911年由德国科学家卡曼从空气动力学的观点中找到的这种涡旋稳定性的理论依据，涡街的每个单涡旋的频率与绕流速度成正比，与圆柱体直径成反比。涡街的出现与否与雷诺数有关，当雷诺数大于3×106时，交替的涡街会出现。当出现涡街时，流体对物体会产生一个周期性的交变横向作用力。
因此，可以利用该交变力，作用在压电陶瓷上以产生交变的电压，进而实现能量的回收和存储。目前，通过空气涡旋来回收悬架能量的技术还处于探索阶段，所发明的这种实用化馈能装置有着重要的节能意义和广阔的应用前景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对汽车行驶过程中悬架减振器处的空气涡旋，设计结构简单可靠、附加重量小的机构，能够回收较多的涡旋尾流能量；解决悬架运动以及汽车底盘的其他运动部件如车轮等对空气涡旋的干扰问题，保持充电电压的稳定。
本发明解决该技术问题所采取的方案是：采用一种悬臂梁结构，将悬臂梁通过悬臂梁接头和固定螺栓固定在减振器的合适位置，悬臂梁上带有螺柱，其余的部件都以悬臂梁为基体来布置，压电陶瓷膜片通过上下两个螺母固定于悬臂梁上，且与悬臂梁的上端面保持有一个螺母厚度的距离。本装置中附设有电控单元滤波器、电压调节器及其自激励供电器：滤波器将输入不规律的电信号进行过滤，使其按照规定的正弦波信号输出；电压调节器将输入电压进行斩波和A/D转换，使交变的数字型电压电流信号能够直接供用于蓄电池和车载供电网络；自激励供电器利用正压电效应产生的电动势，结合快速充放的电容电感LC回路，实现对滤波器和电压调节器的供电。滤波器、自激励供电器和电压调节器都以螺栓连接的方式固定于悬臂梁的螺柱上。
本技术具有如下优势：
1.能够将汽车行驶过程中悬架所产生的空气涡旋尾流能量进行收集，转化为电能加以回收利用。
2.部件都安装于悬臂梁及其接头上，拆装方便；纵向布置可减小悬架摆动时与其它部件之间的横向运动干涉。
3.独立安装的压电陶瓷膜片，可根据车型结构、悬架形式及最高行驶车速对膜片大小进行合理的选择和替换，提高了装置的通用性和适应性。
4.滤波器、电压调节器的引入可降低主要的涡旋干扰因素的影响，降低了对外界环境及车辆行驶工况的要求，提高了装置的稳定性。
5.自激励供电器的引入避免了滤波器和电压调节器工作时消耗汽车蓄电池的电能，实现了整个装置对汽车固有能源零消耗的目标。
附图说明：
图1为卡曼压电式悬架馈能装置示意图；
图中1.减振器 2螺柱(a) 3.螺母(a) 4.压电陶瓷膜片 5.悬臂梁 6.自激励供电器 7.螺母(a) 8.螺柱(b) 9.滤波器 10.螺母(c) 11.固定螺栓 12.悬臂梁接头 13.电压调节器
图2为悬臂梁接头俯视图
14.定位孔(a)15.定位孔(b)
图3为悬臂梁接头侧视图
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施过程作进一步说明。
结合图1图2图3所述，图1为卡曼压电式悬架馈能装置示意图，主要包括减振器1，悬臂梁5，压电陶瓷膜片4，自激励供电器6，滤波器9和电压调节器13；悬臂梁下端带有定位螺柱(b)8以方便固定滤波器9，上端带有压电陶瓷膜片4，压电陶瓷膜片4利用2个螺母(a)3上下固定使其与悬臂梁5之间保持有一个螺母厚度的距离，所述优点是保证压电陶瓷膜片4有一定的振动幅度，在方便收集交替的涡街导致的交替振动的同时也使得机械能转换为电能的效率更高，图2图3分别为悬臂梁接头12的俯视图和侧视图，悬臂梁接头12上带有的定位孔14、15，定位孔(a)14用于进行电压调节器13的固定，定位孔(b)15用于将悬臂梁接头12与悬臂梁5进行固定，滤波器9可实现将产生的电能按照规定的电压和频率输出，实现电压的稳定性，防止因不稳定的电压损坏蓄电池，电压调节器13的主要作用是将滤波器9过滤后的电能调节其电压为汽车的车载电压，实现对蓄电池的充电以及汽车用电网络的直接供电。自激励供电器6的主要作用是实现对滤波器和电压调节器的供电。
在汽车行驶过程中，当流动的空气流过近似圆柱体形状的减振器1时，在圆柱体的背面的两侧产生交替旋涡且在脱离减振器后形成旋涡尾流，引起压电陶瓷膜片4的振动，由于压电陶瓷的正压电效应而产生电动势，以用于电能回收。由于空气流动的不稳定性以及车轮旋转、悬架摆动等产生影响，会造成馈能电压不稳定，因此在本装置中，将压电陶瓷膜片4的输电线路布置在悬臂梁5下端，与滤波器9相连接，滤波器9将输入的电压进行过滤，将电压按照设定波形和频率输出，产生稳定的交变电压，再将稳定的交变电压输入到电压调节器13中，将电压变为12V的直流电压直接输入到蓄电池中，或者直接对汽车的用电网络进行供电，达到能量回收利用的效果。涡旋尾流初始产生时，滤波器9和电压调节器13不工作，由自激励供电器6利用其内置的LC回路解决压电电动势不稳定的问题，电容蓄满电荷后再由电容为滤波器9和电压调节器13供电，供电损耗仍由LC回路补充。
在整个能量转化回收过程中，利用的能量源是悬架减振器处的空气涡旋尾流，能量转化过程依据的是正压电效应的原理，其压力压强作用方向与汽车行驶方向垂直，对汽车不会产生额外的空气阻力，并且滤波器9、电压调节器13等有源电子元器件也可利用自激励供电器6实现电能自给，具有很好的节能减排意义。

Claims (3)

1.一种卡曼压电式悬架馈能装置，包括减振器、悬臂梁、悬臂梁接头、压电陶瓷膜片和固定螺栓以及滤波器、自供电器和电压调节器；悬臂梁通过悬臂梁接头和固定螺栓固定在减振器上，悬臂梁的上端面固定有压电陶瓷膜片，产生的电能通过悬臂梁下端面连接电线传递到自供电器、滤波器和电压调节器再传递到蓄电池，其中悬臂梁的材料为45钢，主要起支撑和固定其它装置和布置线路的作用，悬臂梁接头和固定螺栓的共同作用，使悬臂梁的位置固定，无上下和绕减振器的运动。
2.如权利要求1所述的一种卡曼压电式悬架馈能装置，其特征在于：采用了悬臂梁作为固定结构，利用半圆形接头连接到悬架减振器外壁；悬臂梁的上端面固定有压电陶瓷材料，下端附加有滤波器和自供电器，悬臂梁接头处安装电压调节器。
3.如权利要求1所述的一种卡曼压电式悬架馈能装置，其特征在于：压电陶瓷膜片利用螺栓结构连接到悬臂梁，压电陶瓷膜片可拆卸可更换，其最小面积根据车型结构、悬架形式及最高行驶车速确定。
CN201611058592.8A 2016-11-27 2016-11-27 一种卡曼压电式悬架馈能装置 Active CN106739908B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611058592.8A CN106739908B (zh) 2016-11-27 2016-11-27 一种卡曼压电式悬架馈能装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611058592.8A CN106739908B (zh) 2016-11-27 2016-11-27 一种卡曼压电式悬架馈能装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106739908A CN106739908A (zh) 2017-05-31
CN106739908B true CN106739908B (zh) 2019-02-19

Family

ID=58911691

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611058592.8A Active CN106739908B (zh) 2016-11-27 2016-11-27 一种卡曼压电式悬架馈能装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106739908B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107612420A (zh) * 2017-09-15 2018-01-19 哈尔滨工程大学 一种压电能量收集装置
CN107745636A (zh) * 2017-10-27 2018-03-02 周燕红 一种车辆悬架振动能量回收利用的方法
CN112796733A (zh) * 2021-01-07 2021-05-14 中国石油天然气股份有限公司 一种自发电涡街流量计

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101643008A (zh) * 2008-08-06 2010-02-10 现代自动车株式会社 用于悬架***的能量再生设备
WO2010111376A1 (en) * 2009-03-25 2010-09-30 Nikhil Bhat Energy harvesting system
CN202663175U (zh) * 2012-07-02 2013-01-09 刘灿昌 压电悬臂梁吸振器的能量回收装置
CN103909798A (zh) * 2012-12-31 2014-07-09 现代自动车株式会社 用于车辆的悬架***的能量再生设备

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101643008A (zh) * 2008-08-06 2010-02-10 现代自动车株式会社 用于悬架***的能量再生设备
WO2010111376A1 (en) * 2009-03-25 2010-09-30 Nikhil Bhat Energy harvesting system
CN202663175U (zh) * 2012-07-02 2013-01-09 刘灿昌 压电悬臂梁吸振器的能量回收装置
CN103909798A (zh) * 2012-12-31 2014-07-09 现代自动车株式会社 用于车辆的悬架***的能量再生设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN106739908A (zh) 2017-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106739908B (zh) 一种卡曼压电式悬架馈能装置
CN107352036A (zh) 一种油电混合无人机***及其供电方法
CN103166503B (zh) 一种用于公交车的压电俘能装置
CN101086179A (zh) 自供电磁流变智能减振***
CN109130757A (zh) 一种馈能式半主动悬架变阻尼***与控制方法
CN102700378B (zh) 电磁馈能型半主动悬架馈能阻尼实时控制装置及方法
CN104976266A (zh) 一种液电馈能式半主动控制减振器***
CN207106262U (zh) 一种馈能式半主动座椅悬架
CN103241093A (zh) 一种车用减震器及利用该车用减震器发电的装置
CN207554681U (zh) 振动能量回收型磁流变减振器
CN105172507B (zh) 一种用于汽车悬架的自供能磁流变减振器***
CN103066885A (zh) 利用涡激振动的风能压电转换发电装置
CN105751889A (zh) 一种搭载风力发电***的电动汽车
CN107707153B (zh) 一种基于圆柱扰流效应的磁力辅助双稳态压电俘能器
Dai et al. A hybrid energy harvesting system for self-powered applications in shared bicycles
CN109760481A (zh) 一种无线电能回收式电磁作动器
CN106452180B (zh) 一种基于汽车悬架的压电－电磁复合俘能装置
CN105720779B (zh) 电磁振动发电装置
CN106838091B (zh) 基于电磁阻尼器的能量转换山地车避震器
CN203211047U (zh) 一种车用减震器及利用该车用减震器发电的装置
CN108386330B (zh) 减震器能量回收装置
CN107769612B (zh) 一种涡街激励下的升频压电-电磁复合发电装置
CN206180896U (zh) 一种基于汽车悬架的压电－电磁复合俘能装置
CN105450085A (zh) 一种基于压电电磁集成发电的移动电源
CN205479089U (zh) 一种基于振动发电的汽车废能收集减振器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant