CN113202894B - 一种液电式振动能量回收减振器 - Google Patents

一种液电式振动能量回收减振器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种液电式振动能量回收减振器，包括缸筒、活塞杆、与缸筒匹配的活塞和气囊，活塞包括定轴、外转子液压马达、控制油路、定子和线圈，活塞杆为中空管，活塞杆下端同活塞的定轴刚性连接，线圈的输出端从活塞杆的中空通道引出，当减振器压缩行程时，下腔的液压油可以通过单向控制油路流向上腔，当减振器伸张行程时，上腔的液压油通过控制油路进入外转子液压马达，推动外转子液压马达旋转带动永磁体切割线圈发电。本发明的振动能量回收式减振器，通过活塞的特殊结构，使得减振器压缩行程时产生较小的阻尼力，减振器伸张行程时发电回收振动的能量，通过控制外接输出电阻控制伸张阻尼，具有结构紧凑，能量回收率高的特点。

Description

一种液电式振动能量回收减振器
技术领域
本发明涉及汽车减振器技术领域，尤其涉及一种液电式振动能量回收减振器。
背景技术
近年来，随着低碳环保意识深入人心，绿色发展理念逐渐成为研究热点，关于汽车领域的能量回收***受到越来越多学者的关注。汽车悬架***中广泛采用液压式减振器。液压减振器以液压油为介质，随着悬架相对车身做往复运动时，液压油也反复地通过阻尼孔从一个腔流到另一个腔。阻尼孔与液压油间的摩擦及液体分子间内摩擦便形成阻尼力，将振动产生的能量以减振器内部液压油的热能形式耗散于空气中。如果能将这部分的振动能量加以回收并利用，就可以做到节约能源的目的。
目前，对减振器振动能量的回收利用多采用液压能转换为电能的形式。如申请号为CN201520412035.6描述的专利，主要是由液压工作缸、第一单向阀和第二单向阀、蓄能器、液压马达、发电机、液压管路组成的液电馈能***以及由储油缸筒、压缩阀和补偿阀组成的补油装置构成。第一单向阀和第二单向阀、蓄能器、液压马达通过液压管路相连，液压管路分别连通液压工作缸有杆腔出油口及无杆腔出油口，构成一个液压馈能回路，该液压馈能回路布置于液压工作缸外并驱动液压马达，液压马达再驱动发电机发电，达到馈能的目的。
如申请号为CN201010108889描述的液电馈能式减振器，其包括液压回路、工作室和活塞，工作室由隔板分隔为活塞工作腔与蓄能发电腔两部分，其中液压马达位于蓄能发电腔中，其通过传动轴与外部的旋转发电机相连。液压回路与多个单向阀构成液压整流桥。减振器工作时，在液压整流桥作用下，压力升高侧油室的油液总是从液压马达进油口进入，再流入压力低侧油室，油液驱动马达总是沿同一方向转动，将振动机械能转化为电能进行存储，实现节能。
但现有的液压减振器振动能量回收装置都是采用液压马达串联发电机的形式，具有体积大，占有较大的安装空间等缺点。
发明内容
本发明提供一种液电式振动能量回收减振器，实现汽车减振效果的同时将车辆振动的能量转化为电能，实现能量回收。
本发明公开的技术方案如下：一种液电式振动能量回收减振器，包括缸筒、活塞杆、与缸筒匹配的活塞和气囊，缸筒内的空腔被活塞和浮动活塞分隔为位于活塞上方的上腔、位于活塞和浮动活塞之间的下腔以及用于放置气囊的补偿腔，气囊弹性支撑浮动活塞，
活塞包括上盖板、下盖板、外转子液压马达、定子、线圈，上盖板、下盖板、定子之间固定连接，上盖板、下盖板、定子合围的空间内安装有外转子液压马达和线圈，线圈固定在定子上；
外转子液压马达包括外转子、定轴，外转子转动且密封安装在定轴上，外转子与上盖板的下端面、下盖板的上端面、定子之间具有间隔，外转子外壁均布粘贴若干个永磁体，其中磁极N和磁极S间隔布置；
外转子与定轴之间形成封闭的腔，定轴上位于腔内的一段为中间段，中间段的横向截面是由两段长半轴曲线、两段短半轴曲线、四段过渡曲线构成的椭圆状，在四段过渡曲线位置圆周方向上还开有锥形槽，锥形槽位置加工有径向油道，径向油道包括径向油道A、A＇、B、B＇,定轴中心轴线加工有轴向油道和出油孔；
与腔相对应的外转子内表面为圆柱面，周向上均布加工八个径向槽，叶片嵌入转子的径向槽内，并可以在径向槽内自由的径向滑动，叶片与径向槽底部之间安装弹性复位机构，两端长半轴圆弧与转子内表面密封配合，两段短半轴圆弧和与其相对应的叶片之间密封配合，转子的内表面、与两段短半轴圆弧对应的叶片、两段长半轴圆弧之间构成了封闭的且在转子转动时容积可变的四个区，四个区在周向上依次为进油区A、回油区B、进油区A＇、回油区B＇，四个区分别为进油区A、A＇和回油区B、B＇；进油区A、A＇分别通过径向油道A、A＇与轴向油道相通；回油区B和B＇分别通过径向油道B、B＇与出油孔相通；
定轴上端伸出活塞部分设有与轴向油道相通的径向进油道；
上盖板上设有将间隔与上腔连通的上通油孔，上通油孔和上腔之间安装上单向阀；
下盖板上设有将间隔和下腔连通的下通油孔；下通油孔和下腔之间安装下单向阀。
在上述方案的基础上，作为优选，外转子包括上密封板、下密封板、转子，上密封板、下密封板、转子之间固定连接，并用密封圈与定轴之间密封形成封闭的腔，上密封板和下密封板通过轴承转动安装在定轴的中间段的两侧，用轴密封圈密封。
在上述方案的基础上，作为优选，上盖板均匀分布两圈上通油孔，上通油孔外侧覆盖上阀片和上弹簧，上弹簧一端用上弹簧座固定在定轴上，另一端压在上阀片上，构成阻止油液从上腔向下腔通过的上单向阀。
在上述方案的基础上，作为优选，下盖板均匀分布两圈下通油孔；下弹簧一端由下弹簧座固定在定轴上，另一端抵在下阀片上，使下阀片压在出油口的阀座上，构成阻止油液从下腔向上腔通过的下单向阀。
在上述方案的基础上，作为优选，定子内侧缠绕12组线圈，每4组为一项，采用星形连接，线圈的输出端从中空的活塞杆通道引出，活塞杆下端同定轴用紧固螺钉刚性连接。
在上述方案的基础上，作为优选，弹性复位机构为弹簧。
在上述方案的基础上，作为优选，定轴上端伸出活塞部分设有4个径向进油道。
在上述方案的基础上，作为优选，锥形槽的弧长对应圆心角为45度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
在使用时，减振器压缩和伸张行程具有不同的油路，压缩行程中，液压油从下腔经过下通油孔、永磁体与线圈之间间隙和上通油孔无阻尼的流向上腔，保证压缩行程阻尼力尽可能小；伸张行程上腔液压油需通过活塞内部的外转子液压马达到达下腔，在这过程中推动外转子液压马达转动形成旋转磁场切割线圈发电，将液压能转换为电能存储，通过控制外接负载电阻，控制伸张行程阻尼力。
本发明将液压马达内嵌发电装置中，并由两者构成活塞，机构元件的集成化高，避免了油液流通过程中的能量损失，在保证较高馈能效果的同时，提高空间利用率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的活塞内部截面示意图；
图3为本发明的活塞上盖板示意图；
图4为本发明的活塞下盖板示意图。
附图标记如下： 2、缸筒；3、气囊；4、浮动活塞；5、下盖板；6、螺钉；7、定子；8、线圈；9、上盖板；10、上阀片；12、上弹簧；13、弹簧座；14、定轴；15、端盖；16、导向套；17、活塞杆；18、紧固螺钉；19、进油道；20、轴向油道；21、上通油孔；22、轴密封圈；23、轴承；24、上密封板；25、径向油道；26、下密封板；27、下通油孔；28、出油孔；29、下阀片；30、下弹簧；33、叶片；34、转子；35、永磁体。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
如图1-2所示，本发明是一种液电式振动能量回收减振器，包括缸筒2、活塞杆17、与缸筒匹配的活塞和气囊3。缸筒2被活塞和浮动活塞4分为三部分，即上腔、下腔以及气囊3构成的补偿腔。补偿腔主要用于消除减振器伸张行程和压缩行程中因活塞杆带来的液压油体积的变化。
活塞包括上盖板9、下盖板5、外转子液压马达、定子7和线圈8；上盖板9与下盖板5用螺钉6和定子7紧固，上盖板9与下盖板5之间装有外转子液压马达和线圈8。
外转子液压马达包括外转子（上密封板24、下密封板26、叶片33和转子34）、定轴14；上密封板24、下密封板26通过螺栓和转子34紧固，并用密封圈密封构成封闭的腔；上密封板24和下密封板26采用轴承23安装在定轴14中间段的两侧，用轴密封圈22密封，构成外转子并绕定轴14旋转；外转子外壁均布粘贴八个永磁体，其中磁极N和磁极S间隔布置。
定轴14中心轴线加工有轴向油道20（进油）和出油孔28，定轴14和转子34配合的中间段横向截面是由两段长半轴、四段过渡曲线和两段短半轴构成的椭圆状；在定轴14四段过渡曲线位置圆周方向上还开有锥形槽，锥形槽的弧长对应圆心角为45度，锥形槽位置加工有径向油道，径向油道包括径向油道A、A＇、B、B＇；转子34内表面为圆柱面，圆周均布加工八个径向槽，叶片33嵌入转子34的相应槽内，并可以自由径向滑动；定轴14的椭圆段外表面与转子34的内表面以及相邻的两个叶片33构成了封闭容积可变的四个区，如图2所示，分别为进油区A、A＇和回油区B、B＇；进油区A和A＇分别通过锥形槽、径向油道A2501、 A＇2502与轴向油道20相通；回油区B和B＇分别通过锥形槽、径向油道B 2801、 B＇2802与出油孔28相通。
定轴14上端伸出活塞部分有四个径向进油道19与轴向油道20相通；上盖板9均匀分布两圈上通油孔21，上通油孔21外侧覆盖上阀片10和上弹簧12，上弹簧12一端用上弹簧座13固定在定轴14上，另一端压在上阀片10上，构成阻止油液从上腔向下腔通过的上单向阀；下盖板5均匀分布两圈下通油孔27；下弹簧30一端由下弹簧座31固定在定轴14上，另一端抵在下阀片29上，使下阀片29压在出油口28的阀座上，构成阻止油液从下腔向上腔通过的下单向阀。
定子7内侧缠绕12组线圈8，每4组为一项，采用星形连接，线圈8的输出端从中空的活塞杆17通道引出，活塞杆14下端同定轴14用紧固螺钉18刚性连接。
外转子与定子7之间有圆周间隙，与下盖板5和上盖板9之间都有轴向间隙，这样可以保证外转子相对下盖板5、上盖板9和定子7自由转动。
压缩行程：车轮移近车身，缸筒2在导向套16的导向作用下，相对活塞杆17向上运动，减振器被压缩，缸筒2的下腔体积减小，液压油压力增高，上腔体积增大，液压油压力降低，形成压力差；下腔液压油从下盖板5的下通油孔27流入，流过永磁体35和定子7的圆周间隙，以及外转子与上盖板9间的轴向间隙，从上通油孔21流出压缩上弹簧12（此上弹簧很软）推开上阀片10进入上腔。此过程中出油孔28在弹簧30和下腔液压油的压力作用下处于关闭状态，外转子马达不转动，不回收能量。
由于活塞杆17的存在，在压缩行程中，活塞杆17占据上腔一部分容积，下腔减少容积大于上腔增加的容积，造成上腔容积不足，液压油会推动浮动活塞4下移，压缩气囊3，自动补偿上腔不足的容积。
伸张行程：车轮远离车身，缸筒2在导向套16的导向作用下，相对活塞杆17向下运动，减振器被拉伸，缸筒2的下腔液压油压力降低，上腔液压油压力升高，形成压力差；在上腔压力和上弹簧12作用下，上阀片11将上通油孔封闭，上腔液压油从定轴14上的四个径向进油道19流入，通过轴向油道20、径向油道A2501、 A＇2502 进入进油区A、A＇，推动叶片33带动转子34转动，转子34带动上密封板24、下密封板26和永磁体35一同转动切割线圈8发电；失去压力的液压油运动到回油区B和B＇，通过径向油道B2801、B＇2802从出油孔28推开阀片29流出进入下腔。
同样，由于活塞杆17的存在，在伸张行程中，下腔增加的容积大于上腔减少的容积，气囊3推动浮动活塞4上移，自动补偿容积的变化。
本发明的液电式振动能量回收减振器，通过活塞的特殊结构设计，使得减振器压缩行程时产生较小的阻尼力，减振器伸张行程时发电回收振动的能量，通过控制外接输出负载阻值控制伸张行程阻尼力。并且由于液压马达的转子位于外面，供安装磁极的表面积更大，所以在同等体积的情况下发电效率更高，具有结构紧凑，能量回收率高的特点。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种液电式振动能量回收减振器，其特征在于，包括缸筒、活塞杆、与缸筒匹配的活塞和气囊，缸筒内的空腔被活塞和浮动活塞分隔为位于活塞上方的上腔、位于活塞和浮动活塞之间的下腔以及用于放置气囊的补偿腔，气囊弹性支撑浮动活塞，
活塞包括上盖板、下盖板、外转子液压马达、定子、线圈，上盖板、下盖板、定子之间固定连接，上盖板、下盖板、定子合围的空间内安装有外转子液压马达和线圈，线圈固定在定子上；
外转子液压马达包括外转子、定轴，外转子转动且密封安装在定轴上，外转子与上盖板的下端面、下盖板的上端面、定子之间具有间隔，外转子外壁均布粘贴若干个永磁体，其中磁极N和磁极S间隔布置；
外转子与定轴之间形成封闭的腔，定轴上位于腔内的一段为中间段，中间段的横向截面是由两段长半轴曲线、两段短半轴曲线、四段过渡曲线构成的椭圆状，在四段过渡曲线位置圆周方向上还开有锥形槽，锥形槽位置加工有径向油道，径向油道包括径向油道A、A＇、B、B＇,定轴中心轴线加工有轴向油道和出油孔；
与腔相对应的外转子内表面为圆柱面，周向上均布加工八个径向槽，叶片嵌入转子的径向槽内，并可以在径向槽内自由的径向滑动，叶片与径向槽底部之间安装弹性复位机构，两段长半轴圆弧与转子内表面密封配合，两段短半轴圆弧和与其相对应的叶片之间密封配合，转子的内表面、与两段短半轴圆弧对应的叶片、两段长半轴圆弧之间构成了封闭的且在转子转动时容积可变的四个区，四个区在周向上依次为进油区A、回油区B、进油区A＇、回油区B＇，四个区分别为进油区A、A＇和回油区B、B＇；进油区A、A＇分别通过径向油道A、A＇与轴向油道相通；回油区B和B＇分别通过径向油道B、B＇与出油孔相通；
定轴上端伸出活塞部分设有与轴向油道相通的径向进油道；
上盖板上设有将间隔与上腔连通的上通油孔，上通油孔和上腔之间安装上单向阀；
下盖板上设有将间隔和下腔连通的下通油孔；下通油孔和下腔之间安装下单向阀。
2.如权利要求1所述的液电式振动能量回收减振器，其特征在于，外转子包括上密封板、下密封板、转子，上密封板、下密封板、转子之间固定连接，并用密封圈与定轴之间密封形成封闭的腔，上密封板和下密封板通过轴承转动安装在定轴的中间段的两侧，用轴密封圈密封。
3.如权利要求1所述的液电式振动能量回收减振器，其特征在于，上盖板均匀分布两圈上通油孔，上通油孔外侧覆盖上阀片和上弹簧，上弹簧一端用上弹簧座固定在定轴上，另一端压在上阀片上，构成阻止油液从上腔向下腔通过的上单向阀。
4.如权利要求1所述的液电式振动能量回收减振器，其特征在于，下盖板均匀分布两圈下通油孔；下弹簧一端由下弹簧座固定在定轴上，另一端抵在下阀片上，使下阀片压在出油口的阀座上，构成阻止油液从下腔向上腔通过的下单向阀。
5.如权利要求1所述的液电式振动能量回收减振器，其特征在于，定子内侧缠绕12组线圈，每4组为一项，采用星形连接，线圈的输出端从中空的活塞杆通道引出，活塞杆下端同定轴用紧固螺钉刚性连接。
6.如权利要求1所述的液电式振动能量回收减振器，其特征在于，弹性复位机构为弹簧。
7.如权利要求1所述的液电式振动能量回收减振器，其特征在于，定轴上端伸出活塞部分设有4个径向进油道。
8.如权利要求1所述的液电式振动能量回收减振器，其特征在于，锥形槽的弧长对应圆心角为45度。
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