CN102425635A - 用悬浮磁体在减震工作状态发电的减震器 - Google Patents

Abstract

本发明用悬浮磁体在减震工作状态发电的减震器属于将耗机械能部分回收成电能的减震器。减震器管体内至少设有一个悬浮永磁体，悬浮永磁体与定位永磁体和与活塞永磁体的磁极相对，悬浮永磁体之间磁极相对；在管体的非磁性材料内管与外层为钢性承重管的夹层空间内至少设有一个发电线圈；发电线圈每匝线圈的环形面与管体中心线垂直。优点：本减震器结构简单、横截面小、重量轻，并能将所耗机械能回收成电能的减震器。

Description

用悬浮磁体在减震工作状态发电的减震器

技术领域

本发明属于用磁体的磁力产生弹性的减震器，将特别是可以将减震器在往复运动的工作时，所耗机械能部分回收成电能的减震器。

背景技术

现在用磁体磁力作为减震器的弹力，是在减震器底部固定一个不动磁体，在活塞上固定一个与活塞同步运动的移动磁体，这两个强磁体的磁极是相同磁极相对，用相同磁极相对的排斥力作为减震器的弹力。由于永磁体的磁力一般较小，就用增大不动磁体和移动磁体的体积，增大这两个磁体的相对面的面积来满足减震器需要的弹力。其缺点是使减震器的重量太大，减震器的横截面也太大，耗用材料多、成本高而缺乏实用性。如用一组直径为3.0厘米的钕铁硼磁体作为电动自行车的减震器的弹性部件，减震器的行程也只有2.0-3.0厘米；如用一组直径为10.0厘米的铁氧体磁体作为电动自行车的减震器的弹性部件，减震器的行程也只有2.0-4.0厘米，不仅体积大，重量大，成本高，行程还太短，没有阻尼的柔性。

为克服永磁体的磁力不足，有人用电磁体作为减震器的弹性部件以增大磁力，但其缺点是：车辆上携带的电池的电能是变化，则电磁体的磁力是变化的，造成减震器的减震较果是随电池的电能变化，即减震器的减震较果不稳定。为防止电池不能供电，还需要附加弹簧作为备用部件，这种减震器结构复杂、稳定性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、弹力稳定、横截面小、重量轻、用两个永磁体同磁极间的排斥力作为弹力，并能将减震器在往复运动的工作时，所耗机械能部分回收成电能的减震器。

本发明的结构是：

用悬浮磁体在减震工作状态发电的减震器，包括管体1，管体1一端内固定有定位永磁体2，管体1另一端内设有可移动的活塞3，活塞3与定位永磁体2相邻的那一面固定有活塞永磁体4，其特征在于：管体1分为内外两层，内层为非磁性材料内管5，外层为钢性承重管6；在定位永磁体2与活塞永磁体4之间的非磁性材料内管5内，至少设有一个与定位永磁体2和活塞永磁体4都不接触的悬浮永磁体8，悬浮永磁体8与定位永磁体2的相邻面是同磁极相对，悬浮永磁体8与活塞永磁体4的相邻面是同磁极相对，相邻的不同悬浮永磁体8之间的相邻面是同磁极相对；悬浮永磁体8沿管体1纵向的厚度至少达到悬浮永磁体8在非磁性材料内管5不能翻转所需要的厚度；

在管体1的非磁性材料内管5与外层为钢性承重管6的夹层空间11内至少设有一个发电线圈10，发电线圈10位于空载状态定位永磁体2与活塞永磁体4之间区段的夹层空间11内；一个发电线圈10只为一个绕向，发电线圈10每匝线圈的环形面与管体1中心线垂直。

如果定位永磁体2、活塞永磁体4和悬浮永磁体8是质地一样且大小相同，如在定位永磁体2与活塞永磁体4之间有一个悬浮永磁体8，则有两个磁体间隔空间，该有悬浮永磁体的减震器就相当于两个只有定位永磁体2和活塞永磁体4的无悬浮永磁体减震器的承重量和行程长度。如承重量不变，则有悬浮永磁体的减震器的各磁体横截面面积几乎只要无悬浮永磁体减震器各磁体横截面的一半。所以承受重量条件下，有悬浮磁体的减震器可以大大减少永磁体的横截面，增加行程，还使减震器能做得很小。

对于定位永磁体2、活塞永磁体4和悬浮永磁体8，任何相邻磁体的相邻面或称相对面的磁极极性相同，即南极对南极，北极对北极。这种相对面的磁极极性相同产生的排斥力就作为减震器的弹力，也是使悬浮永磁体8能悬浮的力。

与磁体直接接触的减震器内管应用非磁性材料，使活塞永磁体4和悬浮永磁体8在非磁性材料内管5中往复运动时与内管之间没有磁吸力，不影响往复运动的灵敏性，特别是磁体与内管之间的摩擦可以非常小，而增加了减震器的耐用性。

悬浮永磁体8无论是什么形状，在非磁性材料内管5中不能翻转，否则悬浮永磁体8就不能保持与相邻磁体的相邻面是相同磁极。为防止悬浮永磁体8在非磁性材料内管5中翻转，悬浮永磁体8不能是薄片，而应有一定的厚度，沿非磁性材料内管5中心轴的厚度要达到使悬浮永磁体8不能翻转的程度。一般悬浮永磁体8的厚度应大于非磁性材料内管5最大宽的1/6。

能将减震器在往复运动的工作时，所耗机械能部分回收成电能的原理是：当活塞永磁体4和悬浮永磁体8在非磁性材料内管5内往复运动时，运动行程区间横截面范围的发电线圈10产生切割活塞永磁体4或悬浮永磁体8的磁力线而产生感生电动势或称感生电压，即产生发电效应。最好有多个发电线圈10，每个发电线圈10在非磁性材料内管5外壁的最大长度a最好不超过活塞3在工作状态的平均最短行程，以保证活塞3在一般工作状态时，每个活塞永磁体4和悬浮永磁体8分别至少使一个发电线圈10能完整的切割一个磁体的磁力线。发电线圈10每匝线圈的环形面与管体1中心线垂直。

放入活塞3的管体1那一端固定有环式永磁体7，环式永磁体7与活塞永磁体4是同磁极相对；活塞3穿过环式永磁体7中的孔，活塞3在非磁性材料内管5内和环式永磁体7的孔内可滑动。

环式永磁体7与活塞永磁体4是同磁极相对，这样可以活塞3回弹复位到最后位置时，用磁力柔性阻止活塞3弹出非磁性材料内管5。使活塞3回弹复位的过程中，人感觉更具有舒适性。

非磁性材料内管5是铜质材料管、或铝质材料管、或非磁性不锈钢、或工程塑料质材料管的某一种。非磁性不锈钢是最优选的材料。

定位永磁体2、活塞永磁体4和环式永磁体7是钕铁硼NdFeB磁体，是磁能积至少为318B·Hmax/KJ·m^-3的永磁体。这是一种对于减震器是技术可行又经济实用的磁体材料。

在定位永磁体2与活塞永磁体4之间的非磁性材料内管5内，设有2-3个或4-6个或6-8个与定位永磁体2和活塞永磁体4都不接触的悬浮永磁体8；不同悬浮永磁体8之间的同磁极相对。

如果使用磁能积至少为318B·Hmax/KJ·m^-3的永磁体，制作载重1-2人的非机车如电瓶车、摩托车等的减震器，减震器的非磁性材料内管5内设有2-3个悬浮永磁体8就能使减震器外形尺寸可以小到美观实用，又成本较低的要求。制作载重4-6人轿车的减震器，减震器的非磁性材料内管5内设有4-6个悬浮永磁体8就能使减震器外形尺寸可以小到便于安装、可满足机械强度等，又成本较低实用的要求。制作一般货运载重车的减震器，减震器的非磁性材料内管5内设有6-8个悬浮永磁体8就能使减震器外形尺寸可以小到便于安装、可满足机械强度等，又成本较低实用的要求。

在管体1的非磁性材料内管5与外层为钢性承重管6的夹层空间11设有多个发电线圈10，每个发电线圈10在沿非磁性材料内管5中心轴方向的长度a为空载状态定位永磁体2与活塞永磁体4之间长度A的1/8至1/15，或1/10至1/25，或1/20至1/35，或1/30至1/50。

根据实际测算，1-2人用电动自行车减震器的发电线圈10长度a为空载状态定位永磁体2与活塞永磁体4之间长度A的1/8至1/15；1-2人用电瓶车减震器的发电线圈10长度a为空载状态定位永磁体2与活塞永磁体4之间长度A的1/10至1/25；轿车减震器的发电线圈10长度a为空载状态定位永磁体2与活塞永磁体4之间长度A的1/20至1/35；重载货车减震器的发电线圈10长度a为空载状态定位永磁体2与活塞永磁体4之间长度A的1/30至1/50。

每个发电线圈10的两个输出端都分别连接桥式整流器。

减震器在工作状态时，活塞永磁体4和悬浮永磁体8都是作往复运动，则发电线圈10产生的感生电压的正极和负极也就随之往复的反相，发电线圈10所发出的电是交流电。为了将一个减震器的每个发电线圈10所发出的电合并成一个电能输出，应先将每个发电线圈10所发出的交流电先进行桥式整流，再把每个桥式整流后的直流电并联或串联成一个能量较大的电源输出，这使减震器的能量回收更具有实用性。

本发明所述永磁体的上或下位置是：是将减震器活塞永磁体4放在上面，定位永磁体2放在下面这种一般车辆使用减震器的状态规定为本发明永磁体的上或下位置关系。

本发明的优点：本发明的减震器结构简单，滑动件活塞永磁体和悬浮永磁体分别与非磁性材料内管的滑动面结构对制造工艺的要求低，加工成本低，滑动面耐使用性显著高于液压减震器。减震弹力稳定，减震曲线稳定，除压力之外，没有其它因素影响减震器的弹力和震曲线，工作状态不受电等外界因素影响。对于相同负重的条件下，横截面小于用电磁铁的减震器，也小于弹簧减震器；如本发明的减震器圆形永磁体直径仅为0.8厘米，管体外直径仅为1.5厘米就可作为二人摩托车的减震器，而现在的二人摩托车液压减震器管体外直径至少3.0厘米，对钢材的耗用多。由于没有精密的结构而且结构简单，不易损坏而耐用，维修也极方便；但液压减震器结构复杂，有易漏油难维修问题；弹簧减震器也结构复杂，不好维修。用于二人摩托车的本发明的一支减震器重量仅为0.2公斤，而用于二人摩托车的一支液压减震器重量为1.5公斤，弹簧减震器重量为1.5公斤，可见本发明的减震器分显更轻。

当车辆在凹凸不平的道路上行驶时，有大量的能量被用于克服凹凸不平的道路阻力，实践证明，道路越是凹凸不平汽车行驶相同路程的损耗性耗油量越多。这损耗性耗油量决大部分用于减震器作功，现有的减震器作功是变为热能消耗。本发明的减震器作功是变为电能，而且是可利用的电能，这特别适用于正在逐渐兴起的电动类车辆回收减震器作功能量成为电能再推动车辆行驶。道路越是凹凸不平，用本发明减震器的车辆越具有优势，也就是说，可以使充有相同电量的电动类车辆行驶更远的路程，克服电动类车辆携带电能受限止的问题，这对于电动类车辆的推广利用意义重大。

附图说明

图1是本发明的主体结构示意图；

图中1是管体、2是定位永磁体、3是活塞、活塞永磁体、5是非磁性材料内管、6是钢性承重管、7是环式永磁体、8是悬浮永磁体、10是发电线圈、11是夹层空间。

具体实施方式

实施例1、用悬浮磁体在减震工作状态发电的减震器

如图1，内层用内直径为1.0厘米的非磁性不锈钢管作为非磁性材料内管5，外面套一个主要用于承受重量的钢管作为钢性承重管6，内外相套的两个管作为减震器的管体1。管体1一端装的定位永磁体2与钢性承重管6固定不能移动，定位永磁体2磁极的南极向管体1内；活塞杆的一端固定有活塞永磁体4，活塞杆和活塞永磁体4组成活塞3，活塞3的有活塞永磁体4一端放在管体1的非磁性材料内管5内，活塞永磁体4磁极的北极与活塞杆固定，南极与定位永磁体2相对，活塞杆的一部分位于非磁性材料内管5外面。

从非磁性材料内管5中取出活塞3，把两个外直径为0.9厘米，厚度为1.0厘米的圆柱形悬浮永磁体8放在非磁性材料内管5中，放的方法是：先向非磁性材料内管5放入第一个悬浮永磁体8，把第一个悬浮永磁体8的磁体南极向定位永磁体2南极方向的形式放入；再把第二个悬浮永磁体8的磁体北极向第一个悬浮永磁体8北极方向的形式放入非磁性材料内管5内，使第二个悬浮永磁体8的磁体南极面向活塞永磁体4南极面；最后把活塞3放入非磁性材料内管5内，活塞永磁体4磁极的南极与第二个悬浮永磁体8的磁体南极相对。使管体1内的四个永磁体的相邻永磁体都是相同的磁体极性相对，呈相邻的永磁体之间成同相斥不能贴合的状态，使之第一个悬浮永磁体8和第二个悬浮永磁体8悬浮在定位永磁体2与活塞永磁体4之间的非磁性材料内管5的管内空间中。

为了使减震器具有发电功能，在该减震器管体1的非磁性材料内管5与外层为钢性承重管6的夹层空间11内设有20个互不相连接、不导通的发电线圈10，发电线圈10每匝线圈的环形面与管体1中心线垂直。每个发电线圈10的首尾两端都分别从钢性承重管6壁的小孔穿出，用于输出电能。这20个发电线圈10位于空载状态定位永磁体2与活塞永磁体4之间区段的夹层空间11内，这20个发电线圈10绕在非磁性材料内管5的外壁，成串排列，互不重叠，相邻的发电线圈10之间没有间隔，使非磁性材料内管5内运动的永磁体在运动到任何位置都能使产生发电效应。

每个发电线圈10的两个输出端都分别连接桥式整流器。然后把每个发电线圈10整流输出的正极合并连通，把每个发电线圈10整流输出的负极也合并连通。在减震运动中，使这20个发电线圈10获得的20个交流电变为一个直流电输出，便于利用该电能。

定位永磁体2、活塞永磁体4和环式永磁体7是钕铁硼NdFeB磁体，是磁能积至少为318B·Hmax/KJ·m^-3的永磁体。

本实施例的减震器大小和悬浮永磁体8的个数适合作为摩托车用的减震器。

实施例2、防活塞脱出的用悬浮磁体在减震工作状态发电的减震器。

如实施例1，并且在放入活塞3的管体1那一端固定有中间有孔的环式永磁体7，环式永磁体7与活塞永磁体4是同磁极相对，在本实施例中，环式永磁体7与活塞永磁体4两个的磁极是北极相对，可以防止活塞3的有活塞永磁体4一端从环式永磁体7的孔中脱出；活塞3的活塞杆穿过环式永磁体7中的孔，活塞3在非磁性材料内管5内和环式永磁体7的孔内可滑动。

Claims (7)

1.用悬浮磁体在减震工作状态发电的减震器，包括管体（1），管体（1）一端内固定有定位永磁体（2），管体（1）另一端内设有可移动的活塞（3），活塞（3）与定位永磁体（2）相邻的那一面固定有活塞永磁体（4），其特征在于：管体（1）分为内外两层，内层为非磁性材料内管（5），外层为钢性承重管（6）；在定位永磁体（2）与活塞永磁体（4）之间的非磁性材料内管（5）内，至少设有一个与定位永磁体（2）和活塞永磁体（4）都不接触的悬浮永磁体（8），悬浮永磁体（8）与定位永磁体（2）的相邻面是同磁极相对，悬浮永磁体（8）与活塞永磁体（4）的相邻面是同磁极相对，相邻的不同悬浮永磁体（8）之间的相邻面是同磁极相对；悬浮永磁体（8）沿管体（1）纵向的厚度至少达到悬浮永磁体（8）在非磁性材料内管（5）不能翻转所需要的厚度；

在管体（1）的非磁性材料内管（5）与外层为钢性承重管（6）的夹层空间（11）内至少设有一个发电线圈（10），发电线圈（10）位于空载状态定位永磁体（2）与活塞永磁体（4）之间区段的夹层空间（11）内；一个发电线圈（10）只为一个绕向，发电线圈（10）每匝线圈的环形面与管体（1）中心线垂直。

2.根据权利要求1所述的用悬浮磁体在减震工作状态发电的减震器，其特征在于：放入活塞（3）的管体（1）那一端固定有环式永磁体（7），环式永磁体（7）与活塞永磁体（4）是同磁极相对；活塞（3）穿过环式永磁体（7）中的孔，活塞（3）在非磁性材料内管（5）内和环式永磁体（7）的孔内可滑动。

3.根据权利要求2所述的用悬浮磁体在减震工作状态发电的减震器，其特征在于：非磁性材料内管（5）是铜质材料管、或铝质材料管、或非磁性不锈钢、或工程塑料质材料管的某一种。

4.根据权利要求3所述的用悬浮磁体在减震工作状态发电的减震器，其特征在于：定位永磁体（2）、活塞永磁体（4）和环式永磁体（7）是钕铁硼（NdFeB）磁体，是磁能积至少为318（B·H）max/KJ·m^-3的永磁体。

5.根据权利要求4所述的用悬浮磁体在减震工作状态发电的减震器，其特征在于：在定位永磁体（2）与活塞永磁体（4）之间的非磁性材料内管（5）内，设有2-3个或4-6个或6-8个与定位永磁体（2）和活塞永磁体（4）都不接触的悬浮永磁体（8）；不同悬浮永磁体（8）之间的同磁极相对。

6.根据权利要求5所述的用悬浮磁体在减震工作状态发电的减震器，其特征在于：在管体（1）的非磁性材料内管（5）与外层为钢性承重管（6）的夹层空间（11）设有多个发电线圈（10），每个发电线圈（10）在沿非磁性材料内管（5）中心轴方向的长度a为空载状态定位永磁体（2）与活塞永磁体（4）之间长度A的1/8至1/15，或1/10至1/25，或1/20至1/35，或1/30至1/50。

7.根据权利要求6所述的用悬浮磁体在减震工作状态发电的减震器，其特征在于：每个发电线圈（10）的两个输出端都分别连接桥式整流器。

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