CN103016589A - 基于Halbach永磁阵列的电磁式馈能减震器 - Google Patents

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任龙
周金波
陈仁文
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Abstract

本发明公开了一种基于Halbach永磁阵列的电磁式馈能减震器，它是在软磁材料的带槽外筒中布置多组线圈绕组，由导线引出接入整流电路；在内筒上安装由不同极化方向的环形永磁体构成的Halbach永磁阵列；内筒和外筒之间由弹簧连接。当该减震器安装于行驶中的汽车悬架上时，受车桥或车轮传递的路面振动激励作用，内筒和外筒间产生轴向的相对位移，外筒中的线圈绕组磁链产生变化，产生感应电动势。由于Halbach永磁阵列具有显著的单边加强特性，磁感应强度增强一侧的磁场成正弦分布并且高次谐波小，因而该减震器体积、质量均较小，能量回收性能好。

Description

基于Halbach永磁阵列的电磁式馈能减震器
技术领域
本发明涉及一种基于Halbach永磁阵列的电磁式馈能减震器，能够将回收的能量向车载电瓶充电，向车载用电器供能或者用于悬架的振动主动控制，属于振动能量回收技术领域。
背景技术
目前，传统的汽车悬架减震器利用流体粘性阻尼吸收并且耗散垂直方向运动的动能，其本质是一种能量消耗的部件，汽车在路面行驶过程中甚至有多达20%至40%的发动机输出功率消耗于此类传统减震器。因此，从节能环保方面考虑馈能减震器是以后发展的趋势。当前有一些学者开始着手于汽车悬挂馈能减震器的研究，主要分为液压式和电磁式两种工作方式，然而具有实用性的不多。其原因是液压式馈能减震器造价高，体积和自重较大，回收的能量不便于再次利用，同时液压式馈能减震器的迟滞和密封问题也对其应用有不利影响；电磁式馈能减震器又可主要分为旋转电机式和直线电机式，旋转电机式需要一套相对复杂的传动结构将垂直方向的振动转化为电机旋转运动，因此机械摩擦损耗较大，容易产生故障，影响寿命，而目前已经提出的直线电机式电磁馈能减震器结构简单可靠，但是又存在结构内磁场强度不强等缺点，影响其能量回收性能。
发明内容
为了克服传统减震器的能量损耗以及一般馈能减震器结构复杂、能量回收性能不高的缺点，本发明提出了一种的基于Halbach永磁阵列的电磁式馈能减震器，该减震器不仅具有直线电机式减震器的所有优点，同时还能取消结构内部永磁体之间的磁轭，减小永磁体体积，具有更好的能量回收性能，结构简单可靠。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于Halbach永磁阵列的电磁式馈能减震器，包括Halbach永磁阵列、线圈绕组、弹簧、内筒、外筒、与内筒固定连接的内筒端盖、以及与外筒固定连接的外筒端盖，内筒与外筒密封同轴设置且可相对移动，Halbach永磁阵列套设固定在内筒上，外筒包括内部的线圈安装槽和外筒轴肩，线圈绕组设置在线圈安装槽内；弹簧串在內筒外，位于内筒端盖与外筒轴肩之间；所述Halbach永磁阵列由不同极化方向的环形永磁铁组成。
所述外筒端盖上开设开孔，同时外筒端盖内固联有导向杆，导向杆插入內筒内部导向槽中，导向杆接近外筒端盖的一端开设导向杆空气通道，并且与外筒端盖上的开孔连通。
所述内筒端盖上设置内筒端盖空气通道。
布置于外筒槽内的相间隔的线圈绕组接入同一个全波整流桥中，余下的相间隔的线圈绕组接入另一个全波整流桥中，其中一个整流桥的另外的极性为正的引脚和另一个整流桥的另外的极性为负的引脚连接串联，两个整流桥余下的两个引脚通过导线引出，作为整个系统感应电动势的输出端。
所述绕组线圈根据不同位置为依次排布的0o相位线圈绕组、90o相位线圈绕组、180o相位线圈绕组和270o相位线圈绕组。
本发明的有益效果是，可以在控制悬架振动传递的同时，回收传统悬架减震器中耗散的能量，供给车载用电器或者用于振动主动控制；并且由于Halbach永磁阵列相较其他永磁阵列的磁场更强、磁场强度单边加强等优点，可以将减震器做得更轻更小、能量回收性能更好。
附图说明
图1是本发明基于Halbach永磁阵列的电磁式馈能减震器结构示意图；
图2是本发明中Halbach永磁阵列发电原理图；
图3是本发明基于Halbach永磁阵列的电磁式馈能减震器的发电整流电路。
图中：1.内筒端盖，2.内筒端盖空气通道，3.Halbach永磁阵列，4.内筒，5.弹簧，6.密封圈，7.外筒，8.线圈绕组，8-1.0o相位线圈绕组，8-2.90o相位线圈绕组，8-3.180o相位线圈绕组，8-4.270o相位线圈绕组，9.外筒端盖，10.缓冲垫，11.导向杆空气通道，12.导向杆，13. 0o和180o相位全桥整流电路，14. 90o和270o相位全桥整流电路。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明的技术方案进一步进行阐述。
在图1中，将Halbach永磁阵列3的圆柱孔套入內筒4的安装位置；內筒端盖1与內筒4固联，将Halbach永磁阵列3轴向固定在內筒4上，通常可以采用螺纹连接；內筒端盖空气通道2可以保证內筒4和外筒7相对运动过程中腔内的空气能够排出；外筒端盖9与外筒7固联，在其连接位置上方安装缓冲垫10；外筒端盖9上固联有导向杆12；导向杆12接近外筒端盖9的一端开导向杆空气通道11，并且与外筒端盖9上的开孔连通，可以保证减震器工作中外筒7腔内的空气能够排出；线圈绕组8安装在外筒7内部的线圈安装槽中；弹簧5串在內筒4上，一端受约束于內筒端盖1或者內筒4的轴肩，令一端受约束于外筒7上的轴肩；內筒4装入外筒7腔内，导向杆12插入內筒4内部导向槽中，以此保证减震器工作中内筒4和外筒7基本只产生轴向相对运动；外筒7与內筒4接触处的槽内安装密封圈6，防止尘土杂物进入减震器腔内。
在图2所示Halbach永磁阵列发电原理中，Halbach永磁阵列3周围布置的线圈绕组8根据不同位置可以分为依次排布的0o相位线圈绕组8-1、90o相位线圈绕组8-2、180o相位线圈绕组8-3和270o相位线圈绕组8-4，当Halbach永磁阵列3与线圈绕组8产生轴向的相对运动时，线圈绕组8中产生不同相位的感应电动势。
在图3所示的馈能减震器发电整流电路中，0o相位线圈绕组8-1和180o相位线圈绕组8-3串联，接入0o和180o相位全桥整流电路13；90o相位线圈绕组8-2和270o相位线圈绕组8-4串联，接入90o和270o相位全桥整流电路14；0o和180o相位全桥整流电路13与90o和270o相位全桥整流电路14串联，由剩余两个节点引出的分别为电压输出的正极和负极，可以接入后续处理电路给车载电瓶充电，向车载用电器供电或者用于悬架振动主动控制。

Claims (5)

1.一种基于Halbach永磁阵列的电磁式馈能减震器，其特征在于：包括Halbach永磁阵列、线圈绕组、弹簧、内筒、外筒、与内筒固定连接的内筒端盖、以及与外筒固定连接的外筒端盖，内筒与外筒密封同轴设置且可相对移动，Halbach永磁阵列套设固定在内筒上，外筒包括内部的线圈安装槽和外筒轴肩，线圈绕组设置在线圈安装槽内；弹簧串在內筒外，位于内筒端盖与外筒轴肩之间；所述Halbach永磁阵列由不同极化方向的环形永磁铁组成。
2.如权利要求1所述基于Halbach永磁阵列的电磁式馈能减震器，其特征在于：所述外筒端盖上开设开孔，同时外筒端盖内固联有导向杆，导向杆插入內筒内部导向槽中，导向杆接近外筒端盖的一端开设导向杆空气通道，并且与外筒端盖上的开孔连通。
3.如权利要求1或2所述基于Halbach永磁阵列的电磁式馈能减震器，其特征在于：所述内筒端盖上设置内筒端盖空气通道。
4.如权利要求3所述基于Halbach永磁阵列的电磁式馈能减震器，其特征在于：布置于外筒槽内的相间隔的线圈绕组接入同一个全波整流桥中，余下的相间隔的线圈绕组接入另一个全波整流桥中，其中一个整流桥的另外的极性为正的引脚和另一个整流桥的另外的极性为负的引脚连接串联，两个整流桥余下的两个引脚通过导线引出，作为整个系统感应电动势的输出端。
5.如权利要求4所述基于Halbach永磁阵列的电磁式馈能减震器，其特征在于：所述绕组线圈根据不同位置为依次排布的0o相位线圈绕组、90o相位线圈绕组、180o相位线圈绕组和270o相位线圈绕组。
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