CN104196691A - 一种基于汽车振动的运动转换装置 - Google Patents

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张祖涛
陈伟武
刘昱岗
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/08—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for recovering energy derived from swinging, rolling, pitching or like movements, e.g. from the vibrations of a machine

Abstract

本发明提供了一种基于汽车振动的运动转换装置，属于机械运动转换技术领域。它能有效地解决汽车行驶时产生的垂直振动转化为回转运动的问题。上工作缸内设有齿条，该齿条与齿轮轴一前端设置的小齿轮啮合，齿轮轴一后端设有与齿轮轴二上的齿轮二、齿轮轴三上的齿轮三相啮合的齿轮一，齿轮轴四上的齿轮四与齿轮轴五上的齿轮五啮合，单向离合器一的内圈与齿轮轴二连接，其外圈与齿轮轴四连接，单向离合器二的内圈与齿轮轴三连接，其外圈与齿轮轴五连接，所述两个单向离合器的离合方向互为相反；增速器的输入轴与齿轮轴五相连，增速器的左端面支承座相固定，发电机的输入轴与增速器输出轴连接。主要用于电动汽车的电能补充。

Description

一种基于汽车振动的运动转换装置
技术领域
本发明属于机械运动转换技术领域，特别涉及一种将直线运动转换为连续回转运动的装置。
背景技术
全球经济社会在不断发展，各行业对能源的依赖也越来越大，交通领域的节能减排和可持续发展日益受到关注。由于混合动力汽车和纯电动汽车比起传统汽车具有节能、环保等优点，近年来得到了重点推广。对于混合动力汽车和纯电动汽车的能量采集回收，人们研究重点在制动能量回收上，而汽车行驶过程中由于颠簸造成的上下振动，损耗了相当大的能量。因此，很有必要发明一种基于汽车振动的能量采集装置，应用于混合动车汽车和纯电动汽车上，提高汽车对能源的利用效率。
据检索，目前已有将汽车振动能量回收的装置，如公开号为CN101985965A的中国专利申请公开了一种汽车能量再生减振器，包括上工作缸和下工作缸，所述下工作缸可滑动地连接在所述上工作缸中，在所述上工作缸中设有一个回能电机和一个传动机构；在下工作缸中设有一个运动转换机构。所述运动转换机构为一个滚珠丝杆副，它将汽车轮子的振动而引起的直线运动转换成旋转运动并通过所述传动机构中的离合方向互为相反的超越离合器将上下运动转换成同一方向的旋转运动，通过回能电机将能量转换成电能加以利用。
又如公开号为CN103591202A的中国专利申请公开了一种齿轮齿条式旋转发电汽车减振器装置,涉及发电式汽车振动能量回收减振器装置。其目的在于，回收汽车的振动能用以发电，并达到减振和能量回收目的。该申请由上吊环、下吊环、齿条、齿轮、双曲面齿轮、电机定子、电机转子直线轴承、直线轴承座、滚动轴承、端面轴承组成。将汽车车架和车身的往复振动机械能，通过齿轮齿条转化为旋转机械能，实现电机转子和电机定子相对旋转，从而进行发电。
上述两种对汽车振动能量回收利用的技术方案中，第一种技术方案存在以下不足：一、滚珠丝杆对环境要求高，车底环境复杂，没有加密封件，容易使丝杆玷污，造成丝杆传动损坏；二、丝杆的抗冲击能力较低，出现偏离轴向的承载力时，会导致丝杆弯曲、变形、甚至断裂；三，丝杆转动速度低，发电效率不高。对于第二种技术方案，在机构工作过程中，没有实现单向连续旋转，电机转子会双向转动，能否发电及效率是个问号。
鉴于上述现有汽车振动能量回收的装置，存在的实际问题，提供一种结构简单、成本低、发电效率高、安全可靠及使用寿命高的汽车振动运动转换装置是本发明的目的，该装置能够将汽车振动时的机械能转化为电能，给混合动车汽车和纯电动汽车的蓄电池进行充电，提高汽车对能源的利用效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于汽车振动的运动转换装置，它能有效地将汽车行驶时产生的垂直振动转化为连续的回转运动并带动发电机产生电能。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于汽车振动的运动转换装置，包括工作缸以及含有一组离合方向互为相反的单向离合器和发电机，上工作缸内侧壁与下工作缸外侧壁之间为间隙配合，上工作缸内部设有齿条，齿条的顶端与上工作缸的下端面刚接；下工作缸的上端面同向间隔设有三个支承座，齿轮轴一的中部通过轴承与支承座上中部固定，齿轮轴一前端设有与齿条啮合的小齿轮，后端设有齿轮一；齿轮轴二和齿轮轴三的一端通过轴承与支承座固定并与齿轮轴一保持在同一水平线上，另一端分别与单向离合器一和单向离合器二的内圈连接，齿轮轴二和齿轮轴三的中部分别设有与齿轮一相啮合的齿轮二和齿轮三；齿轮轴四和齿轮轴五的中部通过轴承与支承座固定，其一端分别与单向离合器一和单向离合器二的外圈连接，另一端分别设有相互啮合的齿轮四和齿轮五；齿轮轴五穿过齿轮五与增速器的输入轴与相连，增速器的左端面与支承座固定，发电机的输入轴与增速器输出轴连接，发电机通过底座与下工作缸的上端面固定。下工作缸的上端面还设有两支液压弹簧。
所述发电机的输出线与电动汽车充电电池连接。
所述上工作缸的顶端与车架连接，下工作缸的底端与后车桥连接。
本发明的工作过程和原理是：汽车行驶过程中由于路面颠簸造成上下振动，因为本发明的使用状态是上工作缸顶端跟车架相连，下工作缸底端与后车桥相连，所以上工作缸相对于下工作缸上下运动。于是，上工作缸内垂直设置的齿条随上工作缸做上下运动。当齿条向上运动时，齿条带动齿轮轴一上的小齿轮、齿轮一顺时针转动，齿轮一带动齿轮轴二上的齿轮二和齿轮轴三上的齿轮三逆时针转动，由于两个单向离合器的离合方向互为相反(这里假设单向离合器一逆时针啮合，顺时针脱开，单向离合器二则顺时针啮合，逆时针脱开)，这时单向离合器二脱开，齿轮轴二通过单向离合器一带动齿轮轴四做逆时针转动，齿轮轴四上的齿轮四带动齿轮轴五上的齿轮五顺时针转动，齿轮轴五带动增速器的输入轴做顺时针转动；当齿条向下运动时，齿条带动齿轮轴一上的小齿轮、齿轮一逆时针转动，齿轮一带动齿轮轴二上的齿轮二和齿轮轴三上的齿轮三做顺时针转动，这时单向离合器一脱开，齿轮轴三通过单向离合器二带动齿轮轴五做顺时针转动，齿轮轴五则带动增速器的输入轴做顺时针转动。无论齿条向上或者向下运动，该装置将上下运动转化为单一方向的旋转运动，经过增速器放大运动，实现发电机输入轴的高速旋转，发电机进行发电存储到蓄电池。所以该装置将汽车上下振动的机械能转化为发电机的电能，并存储到蓄电池，提高汽车对能源的利用效率。
如果，单向离合器一顺时针啮合，逆时针脱开，单向离合器二逆时针啮合，顺时针脱开，发电机的输入轴同样只做单一方向转动，传动机构运动过程与上述过程类似，便不再累述。
与现有技术相比的有益效果是：
一、本发明通过齿条与齿轮的啮合，巧妙的实现垂向运动转化为旋转运动，整个传动机构都由齿轮机构实现、其结构简单、传动连续不间断、传动效率高。
二、本发明采用两个离合方向互为相反的单向离合器，使得汽车向上振动和向下振动的过程到发电机输入轴时均为单向连续转动，从而提高发电效率。
三、本发明通过齿轮组啮合放大及增速器放大运动，将较小的上下振动转化为发电机的高速旋转，从而实现给混合动车汽车和纯电动汽车的蓄电池进行充电，提高汽车对能源的利用效率。
四、本发明安装方便，不用改变汽车原有的底盘结构，不会影响汽车的行驶性能。
附图说明
图1是本发明的外观示意图
图2是本发明的内部示意图
图3是本发明的安装位置示意图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步的详细说明：一种基于汽车振动的运动转换装置，包括工作缸以及含有一组离合方向互为相反的单向离合器和发电机，上工作缸1内侧壁与下工作缸2外侧壁之间为间隙配合，上工作缸1内部设有齿条3，齿条3的顶端与上工作缸1的下端面刚接；下工作缸2的上端面同向间隔设有支承座21A、支承座21B和支承座18，齿轮轴一5的中部通过轴承20与支承座21A上中部固定，齿轮轴一5前端设有与齿条3啮合的小齿轮4，后端设有齿轮一6；齿轮轴二9和齿轮轴三10的一端通过轴承20与支承座21A固定并与齿轮轴一5保持在同一水平线上，另一端分别与单向离合器一11和单向离合器二14的内圈连接，齿轮轴二9和齿轮轴三10的中部分别设有与齿轮一6相啮合的齿轮二7和齿轮三8；齿轮轴四12和齿轮轴五15的中部通过轴承20与支承座21B固定，其一端分别与单向离合器一11和单向离合器二14的外圈连接，另一端分别设有相互啮合的齿轮四13和齿轮五16；齿轮轴五15穿过齿轮五16与增速器17的输入轴与相连，增速器17的左端面与支承座18固定，发电机19的输入轴与增速器17输出轴连接，发电机19通过底座与下工作缸2的上端面固定。下工作缸的上端面还设有两支液压弹簧22。
所述发电机19的输出线19A与电动汽车充电电池连接。
所述上工作缸1的顶端与车架连接，下工作缸2的底端与后车桥连接。
本发明模拟汽车行驶在平滑路况，经过在solidworks motion进行的仿真分析，汽车振动振幅设为10mm,振动频率分别设为1HZ、1.5HZ、2HZ、2.5HZ，仿真出该装置没加增速器时的发电功率如下表1所示。
表1  发电机在不同振动频率下的发电功率
频率(HZ) 1 1.5 2 2.5
功率(W) 0.034085384 0.049925111 0.064614910 0.082769122
通过表1可以看出，如果加上增速器，以及汽车行驶在粗糙路况时，该装置的发电功率可达几瓦以上，发电效率非常可观，可提高汽车对能源的利用效率。

Claims (3)

1.一种基于汽车振动的运动转换装置，包括工作缸以及含有一组离合方向互为相反的单向离合器和发电机，上工作缸(1)内侧壁与下工作缸(2)外侧壁之间为间隙配合，其特征在于：上工作缸(1)内部设有齿条(3)，齿条(3)的顶端与上工作缸(1)的下端面刚接；下工作缸(2)的上端面同向间隔设有支承座(21A)、支承座(21B)和支承座(18)，齿轮轴一(5)的中部通过轴承(20)与支承座(21A)上中部固定，齿轮轴一(5)前端设有与齿条(3)啮合的小齿轮(4)，后端设有齿轮一(6)；齿轮轴二(9)和齿轮轴三(10)的一端通过轴承(20)与支承座(21A)固定并与齿轮轴一(5)保持在同一水平线上，另一端分别与单向离合器一(11)和单向离合器二(14)的内圈连接，齿轮轴二(9)和齿轮轴三(10)的中部分别设有与齿轮一(6)相啮合的齿轮二(7)和齿轮三(8)；齿轮轴四(12)和齿轮轴五(15)的中部通过轴承(20)与支承座(21B)固定，其一端分别与单向离合器一(11)和单向离合器二(14)的外圈连接，另一端分别设有相互啮合的齿轮四(13)和齿轮五(16)；齿轮轴五(15)穿过齿轮五(16)与增速器(17)的输入轴与相连，增速器(17)的左端面与支承座(18)固定，发电机(19)的输入轴与增速器(17)输出轴连接，发电机(19)通过底座与下工作缸(2)的上端面固定。
2.根据权利要求1所述的一种基于汽车振动的运动转换装置，其特征在于：所述发电机(19)的输出线(19A)与电动汽车充电电池连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于汽车振动的运动转换装置，其特征在于：所述上工作缸(1)的顶端与车架连接，下工作缸(2)的底端与后车桥连接。
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