CN104930112B - 一种自供能量阻尼可调减振装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于汽车节能减排领域的一种自供能量阻尼可调减振装置，包括直线电机、磁流变减振器、桥式整流器、DC‑DC变换器和储能器；直线电机与磁流变减振器集成同轴连接，桥式整流器19一端与直线电机连接，另一端与DC‑DC变换器连接，DC‑DC变换器的另一端与储能器25连接，回收能量，电储能器25的输出端与所述励磁线圈8电连接，将储存的电能传送给所述励磁线圈8，用于调节所述励磁线圈8的电流，实现所述磁流变减振器15的阻尼可调，同时根据DC‑DC变换器不同模式调节向悬架的输出电压的大小来调节直线电机阻尼力大小，达到一种自供能量实现双重减振效果的状态。

Description

一种自供能量阻尼可调减振装置
技术领域
本发明汽车节能减排领域，具体涉及一种自供能量阻尼可调减振装置。
背景技术
减振器是汽车悬架上的一个至关重要的零部件，它性能的好坏直接影响汽车乘坐的舒适性和操控稳定性。目前，我们在被动悬架上通常采用的是传统的双筒液压减振器，而其阻尼不可调，故不能根据路况，载重等调节相应的阻尼特性，达不到很好的减振效果。同时，汽车在路面行驶时，由于路面的不平或更复杂的工况，汽车一部分的能量在悬架振动的过程中以热能形式消耗掉，如果将此能量回收，将从很大程度上降低油耗，具有较好的燃油经济性，因此，对于此块振动能量的回收具有十分重大的意义。
阻尼可调式减振器，顾名思义，这类减振器的阻尼可以调节，分为传统阻尼可调减振器和电控可变阻尼减振器(通常使用电磁控制)。传统的可调阻尼减振器需要比较复杂的机电装置，有的还需要附属液压系统，结构复杂，成本也不低，很难在普通车型上普及。
相比之下，电控的电/磁流变液减振器运用更为灵活，体积重量也更小，而磁流变液(MRF)减振器由于比电流变液(ERF)减振器工作状态更为稳定，隐隐已成为主流技术，在不少车型上已经有装备。同样，电磁减振器也可以通过手动设定调节，或者车辆根据采集到的动态信息，自动调节减振器的阻尼，实现动态控制。
磁流变液是一种其屈服应力和粘度均可随外加磁场变化的智能材料，具有快速，可逆，可控等特性，将其运用到减振器上，可连续可控地调节减振器机械设备的输出，具有很好的应用前景。磁流变减振器利用电磁反应，以来自监测车身和车轮运动传感器的输入信息为基础，对路况和驾驶环境做出实时响应。磁流变液体是一种磁性软粒悬浮液，当液体被注入减振器活塞内的电磁线圈后，线圈的磁场将改变其流变特性(或产生流体阻力)，从而在没有机电控制阀、且机械装置简单的情形下，产生反应迅速、可控性强的阻尼力。磁流变减振器的有着阻尼力可调倍数高、易于实现计算机变阻尼实时控制、结构紧凑以及外部输入能量小等特点，日益受到工程界的高度重视。
磁流变减振器的原理主要是在减振器内部充满磁流变液，并布置电磁线圈，磁流变液可以在磁场作用下从流动性很强的液体变成粘塑性体(好比从水一下子就变成橡皮泥一样)，并且这种变化可控、迅速、可逆，这样就具备了很强的适应能力。
直线电机是旋转电机在结构方面的一种变形，传统的旋转电机在当今自动控制技术和微型计算机高速发展的时代早已满足不了现代控制系统的要求。其结构简单、效率高、电枢与定子无径向力等优点已在各种领域应用发展。
DC-DC变换器直流-直流(DC/DC)变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。
本发明针对上述问题，利用活塞杆与减振器缸筒间是一种相对直线运动原理，在磁流变减振器上集结了一个直线电机，来回收能量，同时将此能量用于调节励磁线圈电流，根据DC-DC变换器不同模式调节直线电机阻尼力大小，联合达到较好的减振效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种自供能量阻尼可调减振装置，通过回收悬架的振动能量实现磁流变减振器的阻尼可调，还可以根据DC-DC变换器不同模式调节向悬架的输出电压的大小来调节直线电机阻尼力大小，达到一种自供能量实现双重减振效果的状态。
本发明的技术方案是：一种自供能量阻尼可调减振装置，包括直线电机、磁流变减振器、桥式整流器和储能器；
所述直线电机包括动子活塞杆、三相饼式电枢绕组和定子外壳；所述动子活塞杆上覆有永磁体，所述三相饼式电枢绕组绕在所述定子外壳内部的铁芯上；
所述磁流变减振器包括顶盖、电磁活塞、励磁线圈和缸筒；所述顶盖与所述直线电机底部固定连接，所述动子活塞杆下端依次穿过所述线电机底部和所述顶盖进入所述缸筒，所述动子活塞杆下端与所述电磁活塞通过螺母连接；励磁线圈缠绕在所述电磁活塞的凹槽内；
所述桥式整流器一端与所述直线电机电连接，所述桥式整流器的另一端与所述储能器电连接；
所述储能器的输出端与所述励磁线圈电连接，将储存的电能传送给所述励磁线圈。
上述方案中，还包括DC-DC变换器，所述DC-DC变换器的输入端与所述桥式整流器的输出端连接，所述DC-DC变换器的输出端与所述储能器的输入端连接。
上述方案中，所述直线电机为筒式永磁同步直线机。
上述方案中，所述磁流变减振器还包括缓冲块；所述缓冲块安装在所述缸筒上方的倒阶梯座上，位于所述顶盖和所述电磁活塞之间。
进一步的，所述缓冲块为用弹性橡胶材料制成的缓冲块。
上述方案中，所述磁流变减振器还包括导向座；所述导向座安装在所述顶盖和所述缓冲块之间。
上述方案中，所述动子活塞杆采用单出杆结构，所述动子活塞杆设有出线孔，所述出线孔内用环氧树脂胶注满密封。
上述方案中，所述磁流变减振器还包括充气腔，所述充气腔内部设置在缸筒的底部；所述充气腔设有充气阀。
上述方案中，还包括上吊耳，所述上吊耳与所述动子活塞杆上端固接。
上述方案中，还包括下吊耳，所述下吊耳与所述磁流变减振器底盖固接。
本发明的有益效果是：
1、本发明将所述直线电机与所述磁流变减振器结合起来，运用所述直线电机特殊的结构模式集成到所述磁流变减振器上，通过所述桥式整流器将交流电变成直流电，通过所述储能器回收振动能量；同时，通过所述储能器与所述励磁线圈连接，回收的能量又用于调节所述励磁线圈的电流，实现所述磁流变减振器的阻尼可调。
2、本发明根据所述DC-DC变换器不同模式又可逆向调控所述直线电机阻尼力，当所述开关T1闭合，所述T2断开，所述DC-DC变换器就处在Boost模式，此时由所述DC-DC变换器输出的电压增大，占空比增加，所述直线电机的绕组电流增大，从而其阻尼力增大；当所述T1断开，所述T2闭合，所述DC-DC变换器就处在Buck工作模式，占空比减小，所述直线电机的绕组电流减小，阻尼力减小；故通过控制DC-DC变换器的工作模式来实现所述直线电机阻尼力的调节，达到双双重减振效果，进而提高汽车的燃油经济性，操纵稳定性和乘坐舒适性。
3、本发明所述直线电机为筒式永磁同步直线机，具有结构简单，体积小、重量轻、损耗小、效率高、功率因数高等优点。
4、本发明所述磁流变减振器包括顶盖，通过所述顶盖将所述缸筒的上口密封隔断。
5、本发明所述磁流变减振器还包括缓冲块，通过所述缓冲块的缓冲作用，避免金属件刚性相撞，保护所述磁流变减振器不被损坏，所述缓冲用弹性橡胶材料制成更加耐用。
6、本发明所述磁流变减振器还包括导向座，所述导向座用以对所述动子活塞杆限位。
7、本发明所述动子活塞杆设有出线孔，所述出线孔内用环氧树脂胶注满密封，防止磁流变液进入所述动子活塞杆中。
8、本发明所述充气腔设有充气阀，通过充气阀进行充气具有缓冲的作用，进一步保护所述磁流变减振器不被损坏。
9、本发明通过所述上吊耳和下吊耳与汽车连接。
附图说明
图1是本发明实施例的结构图。
图2是直线电机供能时的控制方案图。
图3是馈能电路图
图中：1、上吊耳；2、动子活塞杆；3、永磁体；4、直线电机；5、三相饼式电枢绕组；6、顶盖；7、电磁活塞；8、励磁线圈；9、垫片；10、缸筒；11、螺母；12、充气阀；13、下吊耳；14、阻尼通道；15、磁流变减振器；16、缓冲块；17、导向座；18、定子外壳；19、桥式整流器；20、DC-DC变换器；21、开关T1；22、开关T2；23、二极管；24、电感LDC；25、储能器；26、电容；27、出线孔；28、充气腔；29、倒阶梯座。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面结合附图具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，一种自供能量阻尼可调减振装置，包括上吊耳1、直线电机4、下吊耳13、磁流变减振器15、桥式整流器19、DC-DC变换器20和储能器25；
所述直线电机4为筒式永磁同步直线机，包括动子活塞杆2、三相饼式电枢绕组5和定子外壳18；所述动子活塞杆2上覆有永磁体3，所述三相饼式电枢绕组5绕在所述定子外壳18内部的铁芯上，并按其轴向依次排列。
所述磁流变减振器15包括顶盖6、电磁活塞7、励磁线圈8、缸筒10、缓冲块16、导向座17和充气腔28；所述顶盖6与所述直线电机4底部固定连接，所述缓冲块16安装在所述缸筒10上方的倒阶梯座29上，位于所述顶盖6和所述电磁活塞7之间；所述导向座17安装在所述顶盖6和所述缓冲块16之间；所述动子活塞杆2下端依次穿过所述线电机4底部、所述顶盖6所述导向座17和所述缓冲块16进入所述缸筒10，所述动子活塞杆2下端与所述电磁活塞7通过垫片9和螺母11连接，实际是所述直线电机4与所述磁流变减振器15为同轴连接；所述电磁活塞7与缸筒10之间形成阻尼通道14，所述励磁线圈8缠绕在所述电磁活塞7的凹槽内；所述充气腔28设置在缸筒10的底部；所述充气腔28设有充气阀12。
所述桥式整流器19一端与所述直线电机4电连接，将交流电转变为直流电，另一端与所述储能器25电连接，将直流电传送到所述储能器25储存；
所述电储能器25的输出端与所述励磁线圈8电连接，将储存的电能传送给所述励磁线圈8，用于调节所述励磁线圈8的电流，实现所述磁流变减振器15的阻尼可调。
所述DC-DC变换器20位于所述桥式整流器19和所述储能器25之间，所述DC-DC变换器20包括开关T121、开关T222，二极管23和电感LDC24；所述开关T121的一端与所述桥式整流器19的输出端连接，所述开关T121的另一端与所述电感LDC24的一端连接；所述电感LDC24的另一端与所述开关T222的一端连接，所述开关T222的另一端与所述二极管23的正极端连接，所述二极管23的负极端连接在所述开关T121和电感LDC24之间；所述储能器25包括电容26，所述电容26和所述开关T222并联。
所述缓冲块16为用弹性橡胶材料制成的缓冲块。
所述动子活塞杆2采用单出杆结构，所述动子活塞杆2设有出线孔27，所述出线孔27内用环氧树脂胶注满密封。
所述上吊耳1与所述动子活塞杆2上端固接；所述下吊耳13与所述磁流变减振器15底盖固接。
如图2所示，车辆在行驶过程中，由于路面不平或其他复杂的路况时会引起悬架系统的振动，使所述动子活塞杆2上下移动。此时所述直线电机4发电，所述三相饼式电枢绕组5产生的三相感应电流通过所述桥式整流器19转换为直流电，该直流电流由所述DC-DC变换器20转换功率给所述储能器25的所述电容26充电，将此部分能量供给所述励磁线圈8，通过调节所述励磁线圈8的电流大小，可调节所述磁流变减振器的阻尼大小。
如图3所示，当所述开关T121闭合，所述开关T222断开，所述DC-DC变换器20就处在Boost模式，此时由所述DC-DC变换器20输出的电压增大，占空比增加，所述直线电机4的绕组电流增大，从而其阻尼力增大。当所述开关T121断开，所述开关T222闭合，所述DC-DC变换器20就处在Buck工作模式，占空比减小，所述直线电机4的绕组电流减小，阻尼力减小。故通过控制所述DC-DC变换器20的工作模式来实现所述直线电机4阻尼力的调节。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种自供能量阻尼可调减振装置，其特征在于，包括直线电机(4)、磁流变减振器(15)、桥式整流器(19)和储能器(25)；
所述直线电机(4)包括动子活塞杆(2)、三相饼式电枢绕组(5)和定子外壳(18)；所述动子活塞杆(2)上覆有永磁体(3)，所述三相饼式电枢绕组(5)绕在所述定子外壳(18)内部的铁芯上；
所述磁流变减振器(15)包括顶盖(6)、电磁活塞(7)、励磁线圈(8)和缸筒(10)；所述顶盖(6)与所述直线电机(4)底部固定连接，所述动子活塞杆(2)下端依次穿过所述直线电机(4)底部和所述顶盖(6)进入所述缸筒(10)，所述动子活塞杆(2)下端与所述电磁活塞(7)通过螺母(11)连接；励磁线圈(8)缠绕在所述电磁活塞(7)的凹槽内；
所述桥式整流器(19)一端与所述直线电机(4)电连接，所述桥式整流器(19)的另一端与所述储能器(25)电连接；
所述储能器(25)的输出端与所述励磁线圈(8)电连接，将储存的电能传送给所述励磁线圈(8)；
还包括DC-DC变换器(20)，所述DC-DC变换器(20)的输入端与所述桥式整流器(19)的输出端连接，所述DC-DC变换器(20)的输出端与所述储能器(25)的输入端连接；
所述DC-DC变换器(20)包括开关T1(21)、开关T2(22)、二极管(23)和电感LDC(24)；所述开关T1(21)的一端与所述桥式整流器(19)的输出端连接，所述开关T1(21)的另一端与所述电感LDC(24)的一端连接；所述电感LDC(24)的另一端与所述开关T2(22)的一端连接，所述开关T2(22)的另一端与所述二极管(23)的正极端连接，所述二极管(23)的负极端连接在所述开关T1(21)和电感LDC(24)之间；所述储能器(25)包括电容(26)，所述电容(26)和所述开关T2(22)并联；
当所述开关T1(21)闭合，所述开关T2(22)断开，所述DC-DC变换器(20)就处在Boost模式，此时由所述DC-DC变换器(20)输出的电压增大，占空比增加，所述直线电机(4)的绕组电流增大，从而阻尼力增大；当所述开关T1(21)断开，所述开关T2(22)闭合，所述DC-DC变换器(20)就处在Buck工作模式，占空比减小，所述直线电机(4)的绕组电流减小，阻尼力减小。
2.根据权利要求1所述的一种自供能量阻尼可调减振装置，其特征在于，所述直线电机(4)为筒式永磁同步直线机。
3.根据权利要求1所述的一种自供能量阻尼可调减振装置，其特征在于，所述磁流变减振器(15)还包括缓冲块(16)；所述缓冲块(16)安装在所述缸筒(10)上方的倒阶梯座(29)上，位于所述顶盖(6)和所述电磁活塞(7)之间。
4.根据权利要求3所述的一种自供能量阻尼可调减振装置，其特征在于，所述缓冲块(16)为用弹性橡胶材料制成的缓冲块。
5.根据权利要求3所述的一种自供能量阻尼可调减振装置，其特征在于，所述磁流变减振器(15)还包括导向座(17)；所述导向座(17)安装在所述顶盖(6)和所述缓冲块(16)之间。
6.根据权利要求1所述的一种自供能量阻尼可调减振装置，其特征在于，所述动子活塞杆(2)采用单出杆结构，所述动子活塞杆(2)设有出线孔(27)，所述出线孔(27)内用环氧树脂胶注满密封。
7.根据权利要求1所述的一种自供能量阻尼可调减振装置，其特征在于，所述磁流变减振器(15)还包括充气腔(28)，所述充气腔(28)内部设置在缸筒(10)的底部；所述充气腔(28)设有充气阀(12)。
8.根据权利要求1所述的一种自供能量阻尼可调减振装置，其特征在于，还包括上吊耳(1)，所述上吊耳(1)与所述动子活塞杆(2)上端固接。
9.根据权利要求1所述的一种自供能量阻尼可调减振装置，其特征在于，还包括下吊耳(13)，所述下吊耳(13)与所述磁流变减振器(15)底盖固接。
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