CN103423360B - 一种双叶轮式节能减振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种安装在汽车上的双叶轮式节能减振器，缸体左右对称分布有左、右缸，左、右缸底部均通过各自的管路连接下油腔，左、右缸上部均通过各自管路连接上油腔，每个管路上均设有单向阀，左、右缸内各密封有一个叶轮，叶轮的叶轮轴顶端从所在缸的顶部伸出，每个叶轮轴顶端均固定连接锥齿轮；转轴一端连接发电机，在转轴上设有的两个锥齿轮分别各啮合叶轮轴顶端上的一个锥齿轮；转轴上的每个锥齿轮和转轴之间均设有棘爪机构；当伸张行程时油液流经右缸，当压缩行程时油液流经左缸，当一组锥齿轮旋转时对另一组锥齿轮不产生影响，两个叶轮交替带动转轴对发电机做功，保证驱动发电机旋转的方向一致性，从而高效地带动发电机单向运行发电。

Description

一种双叶轮式节能减振器

技术领域

本发明涉及一种安装在汽车上的减振器装置，特指一种可回收振动能量的液压减振器。

背景技术

减振器是车辆重要的部件之一，用于衰减由路面不平所引起的冲击和振动。传统的减振器把行驶中车辆的振动能量以热能的方式耗散掉，这种方式不仅使得减振器内的液压油温度升高，从而影响其减振性能，而且造成能源的浪费。目前，将车体振动机械能转化为电能进行存储，已成为汽车领域的当务之急，对于传统汽车，可实现节能；对于电动汽车，可延长其续驶里程，提高电池利用率。

中国专利申请号为201010109914.3、名称为“汽车发电减振器”公开的减振器，是将液压马达和发电机置于减振器缸体内，并利用管路将减振器振动时流动的液体通过液压马达驱动发电机发电，从而达到回收振动能量的效果。中国专利申请号为201110047823.6、名称为“一种叶轮式馈能减振器”公开的减振器，采用置于缸体内的活动叶片式叶轮装置，各叶片的叶柄安装于叶轮轮毂内，叶柄轴线沿叶轮轮毂径向布置，同时在轮毂上设置叶片转角限位装置和复位弹簧，可确保活塞往复运动时，叶轮旋转方向保持一致，同时叶轮与发电机连接以回收能量。上述两种专利技术方案存在以下缺陷：减振器体积都过大，内部构造都比较复杂，使得加工难度大，可靠性不高。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种设计结构简单、效果良好双叶轮式节能液压减振器，能够产生合适阻尼力，同时回收振动能量，将其转化为电能进行储存。

本发明采用的技术方案：包括缸体、浮动活塞、活塞和活塞杆，浮动活塞和活塞位于缸体均与缸体内壁密封接触，浮动活塞位于活塞上部，浮动活塞和活塞将缸体划分出上部的压缩空气腔、中间的上油腔和下部的下油腔，活塞杆与活塞连接并从缸体的下端伸出，缸体左右对称分布有左缸和右缸，左缸和右缸的底部均通过各自的管路连接下油腔，左缸和右缸的上部均通过各自的管路连接上油腔，每个所述管路上均设有单向阀，左缸和右缸内各密封有一个叶轮，叶轮的叶轮轴顶端从所在的缸的顶部伸出，每个叶轮轴顶端均固定连接锥齿轮；转轴一端连接发电机，在转轴上设有两个锥齿轮，转轴上的两个锥齿轮分别各啮合叶轮轴顶端上的一个锥齿轮，转轴上的两个锥齿轮同向旋转且旋向与叶轮轴顶端上的两个锥齿轮的旋向相垂直；转轴上的每个锥齿轮和转轴之间均设有棘爪机构；当活塞向下运动时，下油腔中的油液在各个单向阀的作用下流经右缸和上油腔但不进入左缸，油液驱动右缸中的叶轮带动所连接的锥齿轮转动并在棘爪机构作用下带动转轴转动；当活塞向上运动时，上油腔中的油液在各个单向阀的作用下流经左缸和下油腔但不进入右缸，油液驱动左缸中的叶轮带动所连接的锥齿轮转动并在棘爪机构作用下带动转轴转动；所述转轴转动使发电机产生电能。

所述棘爪机构包括棘爪、棘齿和棘爪轴，转轴上的锥齿轮内侧壁上设有棘齿，转轴的外侧壁固设棘爪轴，棘爪与棘爪轴间隙配合且可绕棘爪轴旋转，棘爪与棘齿相配；转轴的外侧壁上还固设弹簧轴，弹簧一端绕在弹簧轴上，另一端压靠在棘爪上为棘爪提供回复力。

本发明的有益效果是：

1、当伸张行程时，本发明由于单向阀的作用，油液流经右缸，当压缩行程时，油液流经左缸。两缸中叶轮旋转方向一致，并交替旋转。两叶轮驱动两组锥齿轮同一方向转动。有棘齿的锥齿轮与转轴配合，转轴上有棘爪和复位弹簧，当一组锥齿轮旋转时，由于棘爪的作用，驱动转轴转动，同时对另一组锥齿轮不产生影响。两组锥齿轮受两个叶轮约束，交替旋转，交替带动转轴对发电机做功，并且保证了驱动发电机旋转的方向一致性，从而可以高效地带动发电机单向运行发电。本发明的双叶轮式方案解决了输出驱动方向恒定性的问题，从而避免了压缩行程与伸张行程中发电机转子频繁转换方向的问题，提高了馈能效率；

2、本发明的双叶轮式方案比活动叶轮式方案更耐冲击，结构更简单，更易于实现；

3、本发明未应用传感器和高性能微处理器，使得成本大大降低，可作为各种车辆和机械装置的减振和隔振部件。

附图说明

为了更全面地理解本发明的结构和工作原理，结合以下附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是双叶轮式节能减振器的主视图；

图2是图1中叶轮7结构放大图；

图3是图1中锥齿轮与转轴的装配结构右视放大图；

图中：1.缸体；2.浮动活塞；3.活塞；4.活塞杆；5、8、15、18.单向阀；6.右缸；7、16.叶轮；9、11、13、14.锥齿轮；10.发电机；12.转轴；17.左缸；19.棘爪；20.棘爪轴；21.弹簧；22.弹簧轴；23.限位块；24.棘齿。

具体实施方式

如图1所示，减振器包括缸体1、浮动活塞2、活塞3和活塞杆4。浮动活塞2和活塞3位于缸体1，均与缸体1内壁密封接触，浮动活塞2位于活塞3上部。浮动活塞2和活塞3将缸体1划分出上部的压缩空气腔a、中间的上油腔b和下部的下油腔c。活塞杆4与活塞3连接，并从缸体1的下端伸出。压缩空气腔a能有效地减少车轮受到突然冲击时产生的高频振动，并且补偿由于活塞杆4进入缸体1内时缸体1储油容积的减少量。

管路d1首端与缸体1下部连接，与下油腔c连通，尾端与右缸6底部连通，管路d1中间连有单向阀5；管路d2首端与缸体1上部连接，与上油腔b连通，管路d2尾端与右缸6上部连通，管路d2中间连有单向阀8；管路d3首端与缸体1上部连接，与上油腔b连通，管路d3尾端与左缸17上部连通，中间连有单向阀15；管路d4首端与缸体1下部连接，与下油腔c连通，管路d4尾端与左缸17底部连通，管路d4中间连有单向阀18。左缸17、右缸6以缸体1为基准左右对称分布。左缸17和右缸6内各安装一个叶轮，叶轮16通过密封件安装在左缸17内，叶轮7通过密封件安装在右缸6内，叶轮16和叶轮7叶轮轴线与缸体1的轴线位于同一平面内。叶轮16的叶轮轴顶端从左缸17的顶部伸出左缸17外，叶轮7的叶轮轴顶端从右缸6的的顶部伸出右缸67外。叶轮7的结构如图2所示，叶轮16的结构与叶轮7相同。

在叶轮16的叶轮轴顶端上固定焊接锥齿轮14，在叶轮7的叶轮轴顶端上固定焊接锥齿轮9。锥齿轮9和锥齿轮11啮合，锥齿轮14和锥齿轮13啮合，形成两组相啮合的锥齿轮。锥齿轮11和锥齿轮13均安装在同一个转轴12上，转轴12的一端连接发电机10。转轴12的旋转方向如图1箭头所示，各个锥齿轮的旋转方向如图1箭头所示，锥齿轮11和锥齿轮13的旋转方向与锥齿轮9和锥齿轮14的旋转方向垂直。

以下具体描述锥齿轮11、锥齿轮13和转轴12的安装方式，仅以锥齿轮11和转轴12的安装结构为例描述，锥齿轮13和转轴12的安装结构与锥齿轮11和转轴12的安装结构完全相同，不再赘述。如图3所示，在锥齿轮11和转轴12之间设置棘爪机构，棘爪机构包括棘爪19、棘齿24和棘爪轴20，锥齿轮11内侧壁上设有棘齿24，转轴12的外侧壁固定焊接棘爪轴20，棘爪20位于棘齿24和棘爪轴20之间，棘爪19安装在棘爪轴20上，与棘爪轴20间隙配合，棘爪19可绕安装端棘爪轴20旋转，棘爪19与棘齿24相配。转轴12的外侧壁上还固定焊接限位块23和弹簧轴22，弹簧21一端绕在弹簧轴22上，另一端压靠在棘爪19上，弹簧21为棘爪19提供回复力，棘爪19的回复位置由限位块23限位。当锥齿轮11顺时针转动时，棘齿24对棘爪19有作用力，棘爪19带动转轴12顺时针转动；当转轴12逆时针转动时，锥齿轮11并不转动而是静止不动。由于棘爪19可绕棘爪轴20逆时针转动，并且弹簧21为棘爪19提供回复力，在转轴12转动过程中，棘爪19顺着棘齿24的轮廓不断作往复转动，并且对锥齿轮11不会产生切向的作用力，不会带动其转动。转轴12与发电机10连接，将转轴12的转动势能转化为电能。

当伸张行程时，活塞3向下运动，推动下油腔c中油液打开单向阀5，缸体1下油腔c中油液通过管路d1流经单向阀5，进入右缸6底部，油液流经右缸6，通过管路d2流经单向阀8，打开单向阀8，从右缸6上部流入缸体1上油腔b。单向阀5采用有一定开启压力的单向阀，以实现减振器工作过程中伸张行程阻尼力大于压缩行程阻尼力，达到快速衰减振动的要求，其余均采用开启压力为 0 的单向阀。右缸6内油液流动，油液从右缸6底部进入从上部流出的过程中，驱动叶轮7如图1、图2中箭头方向不停旋转，叶轮7带动锥齿轮9同一方向转动，锥齿轮11旋转方向垂直于锥齿轮9的旋转方向，方向如图1、3中箭头所示。通过锥齿轮9和锥齿轮11的传动，锥齿轮11通过棘爪19和棘齿24的作用，带动转轴12如图1、3中箭头方向顺时针转动。由于转轴12与发电机10连接，转轴12的转动，使得发电机10产生电能。此时由于单向阀18的作用，油液不进入左缸17，左缸17内油液不流动，因此叶轮16不转动，锥齿轮13和锥齿轮14处于静止状态，转轴12虽在转动，但不会带动锥齿轮13转动。由于单向阀5有一定的开启压力，因此伸张行程的阻尼力较大。

当压缩行程时，活塞3向上运动，缸体1上油腔b中油液通过管路d3流经单向阀15，推动上油腔b中油液打开单向阀15，油液流经左缸17，通过管路d4流经单向阀18，打开单向阀18，从左缸17底部流入缸体1进入下油腔c，油液从左缸17上部进入，底部流出的过程中，驱动叶轮16如图3中箭头方向不停旋转。此时由于单向阀5的作用，油液不进入右缸6，叶轮7不转动，转轴12虽在转动，但不会带动锥齿轮11转动，因此锥齿轮9和锥齿轮11处于静止状态。叶轮16转动时，带动锥齿轮14同一方向转动，锥齿轮14与锥齿轮13啮合，使得锥齿轮13旋转方向垂直于锥齿轮14的旋转方向，方向如图1、3中箭头所示。由于棘爪19和棘齿24的作用，锥齿轮13带动转轴12如图1、3中箭头方向所示转动，并且此时转轴12不会带动锥齿轮11转动。此时由于转轴12与发电机10连接，转轴12的转动使得发电机产生电能。因此在伸张，压缩行程中，转轴12始终按图3箭头方向顺时针不停转动，对发电机10做功，不停地将减振器的振动能量转化为电能。伸张行程与压缩行程中叶轮7和叶轮16的旋转方向是相同的，从而避免了压缩行程与伸张行程中发电机10 转子频繁转换方向的问题，提高了馈能效率，并简化了后续电压电流处理电路。

Claims (4)

1.一种双叶轮式节能减振器，包括缸体（1）、浮动活塞（2）、活塞（3）和活塞杆（4），浮动活塞（2）和活塞（3）位于缸体（1）内且均与缸体（1）内壁密封接触，浮动活塞（2）位于活塞（3）上部，浮动活塞（2）和活塞（3）将缸体（1）划分出上部的压缩空气腔、中间的上油腔和下部的下油腔，活塞杆（4）与活塞（3）连接并从缸体（1）的下端伸出，其特征是：缸体（1）左右对称分布有左缸（17）和右缸（6），左缸（17）和右缸（6）的底部均通过各自的管路连接下油腔，左缸（17）和右缸（6）的上部均通过各自的管路连接上油腔，每个所述管路上均设有单向阀，左缸（17）和右缸（6）内各密封有一个叶轮，叶轮的叶轮轴顶端从所在的缸的顶部伸出，每个叶轮轴顶端均固定连接锥齿轮；转轴（12）一端连接发电机（10），在转轴（12）上设有两个锥齿轮，转轴（12）上的两个锥齿轮分别各啮合叶轮轴顶端上的一个锥齿轮，转轴（12）上的两个锥齿轮同向旋转且旋向与叶轮轴顶端上的两个锥齿轮的旋向相垂直；转轴（12）上的每个锥齿轮和转轴（12）之间均设有棘爪机构；当活塞（3）向下运动，下油腔中的油液在各个单向阀的作用下流经右缸（6）和上油腔但不进入左缸（17），油液驱动右缸（6）中的叶轮带动所连接的锥齿轮转动并在棘爪机构作用下带动转轴（12）转动；当活塞（3）向上运动，上油腔中的油液在各个单向阀的作用下流经左缸（17）和下油腔但不进入右缸（6），油液驱动左缸（17）中的叶轮带动所连接的锥齿轮转动并在棘爪机构作用下带动转轴（12）转动；所述转轴（12）转动使发电机（10）产生电能。

2.根据权利要求1所述的一种双叶轮式节能减振器，其特征是：所述棘爪机构包括棘爪（19）、棘齿（24）和棘爪轴（20），转轴（12）上的锥齿轮内侧壁上设有棘齿（24），转轴（12）的外侧壁固设棘爪轴（20），棘爪（19）与棘爪轴（20）间隙配合且可绕棘爪轴（20）旋转，棘爪（19）与棘齿（24）相配；转轴（12）的外侧壁上还固设弹簧轴（22），弹簧（21）一端绕在弹簧轴（22）上，另一端压靠在棘爪（19）上为棘爪（19）提供回复力。

3.根据权利要求1所述的一种双叶轮式节能减振器，其特征是：在所述各个单向阀中，连接于下油腔和右缸（6）底部的管路上的单向阀是具有开启压力的单向阀，其余单向阀均是开启压力为 0 的单向阀。

4.根据权利要求1所述的一种双叶轮式节能减振器，其特征是：左缸（17）和右缸（6）内的叶轮结构相同。