CN108725121B - 一种永磁和电磁交联悬浮型馈能式主动悬架作动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁和电磁交联悬浮型馈能式主动悬架作动器，包括活塞杆、端盖、杆端缓冲弹簧、缸筒、感应线圈、交联式活塞组件、电磁铁控制电极、尾端缓冲弹簧、保持架、尾盖、馈能电路和电极刷，缸筒的上端与端盖相连，缸筒的另一端与尾盖相连，活塞杆、感应线圈、电磁铁控制电极和保持架位于缸筒内部。活塞杆依次穿设于端盖和杆端缓冲弹簧，活塞杆下端与交联式活塞组件相连，交联式活塞组件的另一端与尾端缓冲弹簧相连。馈能电路与感应线圈电连接，电磁铁控制电极与电极刷相连，交联式活塞组件能够随着活塞杆上下移动。本发明所提供的一种永磁和电磁交联悬浮型馈能式主动悬架作动器，结构简单，便于布置。

Description

一种永磁和电磁交联悬浮型馈能式主动悬架作动器

技术领域

本发明属于汽车系统及结构设计与磁悬浮技术领域，具体涉及一种永磁和电磁交联悬浮型馈能式主动悬架作动器。

背景技术

现代汽车正朝着安全、舒适、节能、环保、智能化的方向发展，人们对汽车的舒适性和整体品质的追求日益提升。汽车主动悬架系统的应用可显著提升整车平顺性、操纵稳定性及NVH性能，从而大大改善驾乘体验，已成为汽车技术及产品开发的热点之一。然而，现阶段此类系统的核心机构工作原理基本沿用传统液压减振器(阻尼)及直线电机(刚度/力)控制形式，系统结构复杂、动态响应迟钝、能耗高，严重制约了技术性能提升与产品推广应用。因此，本发明引入磁悬浮技术，更新主动悬架作动器工作原理与结构设计，并开发与磁悬浮机构相适应的悬架馈能装置，以彻底摆脱上述被动局面。

一种刚度可调的半主动悬架(专利申请号：201610009523.1，授权公告号：CN105584310A)，包括上连接环、下连接环、弹簧上支座、弹簧下支座和刚度可调装置；上连接环下端面固定有弹簧上支座，下连接环上端面固定有弹簧下支座；刚度可调装置包括活塞杆、动子、定子和套筒；动子和定子位于套筒内部，且三者同轴；活塞杆穿过动子、定子和套筒的中心；活塞杆固定在上连接环下端；动子固定在活塞杆外壁；定子固定在套筒内壁上，定子上固定有励磁线圈；动子和定子的工作表面之间留有间隙，且沿工作表面轴向分布有等距等宽的小齿；励磁线圈连接控制器；该半主动悬架可以实现刚度、阻尼的分别控制，能够提高车辆的平顺性与舒适性、衰减振动；当悬架控制部分失效时，仍能达到被动悬架的减振性能。该技术作动器内结构比较复杂，制造成本比较高。

旁路式馈能型车辆半主动悬架作动器(专利申请号：201721275280.2，授权公告号：CN 207406687U)，包括活塞缸体、主活塞、辅助活塞筒、隔腔板、内腔下端盖、上活塞杆、下活塞杆、作动器控制器和超级电容组，旁路调节管上设置有导磁铁芯和励磁线圈的，作动器控制器上接有路面不平度位移传感器、非簧载质量位移传感器、簧载质量位移传感器、活塞杆速度传感器和电流调节器。上活塞杆上下运动采用直线电磁馈能器能量回收，利用下活塞杆上下运动带动传动副与旋转电磁馈能器相对运动进行能量回收，可根据车辆半主动悬架作动器以及车身的参数，实时输出理想半主动控制力，通过励磁线圈电流调节半主动悬架作动器输出的阻尼力，使其处于最佳状态。该技术作动器内同时采用了旋转电磁馈能器和液压减振结构比较复杂，制造成本高，振动能量只有小部分被回收，液压减振系统的方式在可控性和响应速度方面没有纯电磁系统好。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种结构简单，使用方便，能够实现悬架阻尼和刚度特性的实时调节的永磁和电磁交联悬浮型馈能式主动悬架作动器。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种永磁和电磁交联悬浮型馈能式主动悬架作动器，包括活塞杆、端盖、杆端缓冲弹簧、缸筒、感应线圈、交联式活塞组件、电磁铁控制电极、尾端缓冲弹簧、保持架、尾盖、馈能电路和电极刷，缸筒的上端与端盖相连，缸筒的另一端与尾盖相连，活塞杆、感应线圈、电磁铁控制电极和保持架位于缸筒内部；活塞杆依次穿设于端盖和杆端缓冲弹簧，活塞杆下端与交联式活塞组件相连，交联式活塞组件的另一端与尾端缓冲弹簧相连；馈能电路与感应线圈电连接，电磁铁控制电极与电极刷相连，交联式活塞组件能够随着活塞杆上下移动。

优选地，所述感应线圈位于保持架和缸筒之间，电磁铁控制电极位于活塞杆与杆端缓冲弹簧之间，杆端缓冲弹簧与交联式活塞组件的上端相连，交联式活塞组件的下端与尾端缓冲弹簧相连。

优选地，所述尾盖为内凹的回转体结构，缸筒、感应线圈、保持架、尾端缓冲弹簧、电磁铁控制电极和活塞杆分别与尾盖的内凹部分相连；尾盖上开设有两个尾盖通孔和两个电极通孔，馈能电路穿过尾盖通孔与感应线圈电连接，电磁铁控制电极通过电极通孔与外部控制器相连。

优选地，所述交联式活塞组件包括永磁体、电磁体和交联弹簧，交联弹簧位于永磁体和电磁体之间，活塞杆的下端部与永磁体相连。

优选地，所述永磁体和电磁体均为环状结构，永磁体的上半部分为“N”极，永磁体的下半部分为“S”极；电磁体的上半部分为“N”极，电磁体的下半部分为“S”极。

优选地，所述保持架的数量为四，保持架均匀分布在活塞杆的四周，保持架为圆柱体结构。

优选地，所述端盖为环形状的“凹”字形结构，端盖的中心设有端盖通孔，活塞杆穿设于端盖通孔，端盖内部设有环状的端盖凹槽，缸筒的上端与端盖凹槽的底部相连，感应线圈、保持架、杆端缓冲弹簧和电磁铁控制电极分别位于活塞杆与缸筒之间。

本发明的有益效果是：

1、本发明所提供的一种永磁和电磁交联悬浮型馈能式主动悬架作动器，结构简单，便于布置；悬架所需的阻尼、刚度/力特性由一体化结构获得，并摆脱了复杂的传统液压装置。

2、可控性好，动态响应迅速，相对液压系统而言，电磁控制本身具有更好的可控性与响应能力。

3、能耗低，一方面，通过磁悬浮与弹簧缓冲的有效协同，大大降低磁悬浮的能量消耗；另一方面，必要时，亦可将馈能装置的回收能量用于冲销一部分能耗。

附图说明

图1是本发明一种永磁和电磁交联悬浮型馈能式主动悬架作动器的结构示意图；

图2是本发明图1中A-A方向的剖视结构示意图；

图3是本发明端盖的剖面结构示意图；

图4是本发明交联式活塞组件结构示意图；

图5是本发明电磁体、保持架与电极刷连接结构示意图。

附图标记说明：1、活塞杆；2、端盖；3、杆端缓冲弹簧；4、缸筒；5、感应线圈；6、交联式活塞组件；7、电磁铁控制电极；8、尾端缓冲弹簧；9、保持架；10、尾盖；11、馈能电路；12、电极刷；13、尾盖通孔；14、电极通孔；21、端盖通孔；22、端盖凹槽；61、永磁体；62、电磁体；63、交联弹簧。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：

如图1到图5所示，本发明提供的一种永磁和电磁交联悬浮型馈能式主动悬架作动器，包括活塞杆1、端盖2、杆端缓冲弹簧3、缸筒4、感应线圈5、交联式活塞组件6、电磁铁控制电极7、尾端缓冲弹簧8、保持架9、尾盖10、馈能电路11和电极刷12，缸筒4的上端与端盖2相连，缸筒4的另一端与尾盖10相连，活塞杆1、感应线圈5、电磁铁控制电极7和保持架9位于缸筒4内部。活塞杆1依次穿设于端盖2和杆端缓冲弹簧3，活塞杆1下端与交联式活塞组件6相连，交联式活塞组件6的另一端与尾端缓冲弹簧8相连。馈能电路11与感应线圈5电连接，电磁铁控制电极7与电极刷12相连，交联式活塞组件6能够随着活塞杆1上下移动。

端盖2为环形状的“凹”字形结构，端盖2的中心设有端盖通孔21，活塞杆1穿设于端盖通孔21，端盖2内部设有环状的端盖凹槽22，缸筒4的上端与端盖凹槽22的底部相连，感应线圈5、保持架9、杆端缓冲弹簧3和电磁铁控制电极7分别位于活塞杆1与缸筒4之间。

感应线圈5位于保持架9和缸筒4之间，电磁铁控制电极7位于活塞杆1与杆端缓冲弹簧3之间，杆端缓冲弹簧3与交联式活塞组件6的上端相连，交联式活塞组件6的下端与尾端缓冲弹簧8相连。

尾盖10为内凹的回转体结构，缸筒4、感应线圈5、保持架9、尾端缓冲弹簧8、电磁铁控制电极7和活塞杆1分别与尾盖10的内凹部分相连。尾盖10上开设有两个尾盖通孔13和两个电极通孔14，尾盖通孔13和电极通孔14为平行结构。馈能电路11穿过尾盖通孔13与感应线圈5电连接，电磁铁控制电极7通过电极通孔14与外部控制器相连。

交联式活塞组件6包括永磁体61、电磁体62和交联弹簧63，交联弹簧63位于永磁体61和电磁体62之间。永磁体61和电磁体62均为环状结构，永磁体61的上半部分为“N”极，永磁体61的下半部分为“S”极；电磁体62的上半部分为“N”极，电磁体62的下半部分为“S”极。活塞杆1的下端部与永磁体61的上半部分相连。在本实施例中，如图4所示，字母“S”代表磁铁的“S”极，字母“N”代表磁铁的“N”极。永磁体61、电磁体62和交联弹簧63的数量可以根据实际使用需要，为了达到最佳的效果进行适当的增减。在多个永磁体61、多个电磁铁62和多个交联弹簧63的使用环境中，永磁体61和电磁体62交替分布，永磁体61和电磁体62之间通过交联弹簧63相连。

保持架9的数量为四，保持架9均匀分布在活塞杆1的四周，保持架9为圆柱体结构。保持架9的数量在实际使用过程中也可根据需要进行适当的增减，保持架9沿轴线的截面圆直径也可根据实际使用进行调整。

在本实施了中，永磁体61、电磁体62、交联弹簧63和馈能电路11均为现有成熟技术或设备。

为了便于理解本发明的工作过程，将本发明的工作过程叙述一遍：

复原行程：活塞杆1相对于缸筒4做伸出运动，即就是活塞杆1从缸筒4内部伸出。同时带动交联式活塞组件6在缸筒4中相对于感应线圈5互动，将机械能转换为电能。复原的阻尼力主要由电磁阻力提供。

压缩行程：活塞杆1相对于缸筒4做缩进运动，即就是活塞杆1进入缸筒4内部。同时带动交联式活塞组件6在缸筒4中相对于感应线圈5滑动，将机械能转换为电能，压缩阻尼力主要由电磁阻力提供。

在本发明中，交联式活塞组件6在感应线圈5中的相对运动，将机械能转化为电能，从而获得所需的悬架动态阻尼特性，并可借由馈能电路11将此电能加以回收；同时，通过合理调控电磁体62的磁场强度及方向，使交联式活塞组件6产生悬浮力与杆端缓冲弹簧3和尾端缓冲弹簧8的弹性(缓冲)力有效协同，获得所需的悬架动态刚度/力特性。并由于弹簧弹性(缓冲)力的存在，而大大减少对磁悬浮力的需求及相应的能耗；必要时，还可将馈能电路11“逆向”使用，与感应线圈5和交联式活塞组件6构成“直线电机”，适应可能出现的悬架大位移(动挠度)工况下的作动力要求。

本发明的结构简单，布置方便，悬架所需的阻尼、刚度/力特性由一体化结构获得，并摆脱了复杂的传统液压装置。本发明采用的电磁体62与外部的控制装置相连，可控性好，动态响应迅速。相对液压系统而言，电磁控制本身具有更好的可控性与响应能力。本发明能耗低，一方面，通过磁悬浮与弹簧缓冲的有效协同，大大降低磁悬浮的能量消耗。另一方面，必要时，亦可将馈能装置的回收能量用于冲销一部分能耗。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种永磁和电磁交联悬浮型馈能式主动悬架作动器，其特征在于：包括活塞杆(1)、端盖(2)、杆端缓冲弹簧(3)、缸筒(4)、感应线圈(5)、交联式活塞组件(6)、电磁铁控制电极(7)、尾端缓冲弹簧(8)、保持架(9)、尾盖(10)、馈能电路(11)和电极刷(12)，缸筒(4)的上端与端盖(2)相连，缸筒(4)的另一端与尾盖(10)相连，活塞杆(1)、感应线圈(5)、电磁铁控制电极(7)和保持架(9)位于缸筒(4)内部；活塞杆(1)依次穿设于端盖(2)和杆端缓冲弹簧(3)，活塞杆(1)下端与交联式活塞组件(6)相连，交联式活塞组件(6)的另一端与尾端缓冲弹簧(8)相连；馈能电路(11)与感应线圈(5)电连接，电磁铁控制电极(7)与电极刷(12)相连，交联式活塞组件(6)能够随着活塞杆(1)上下移动；

所述交联式活塞组件(6)包括永磁体(61)、电磁体(62)和交联弹簧(63)，交联弹簧(63)位于永磁体(61)和电磁体(62)之间，活塞杆(1)的下端部与永磁体(61)相连，交联式活塞组件(6)在感应线圈(5)中的相对运动，将机械能转化为电能。

2.根据权利要求1所述的一种永磁和电磁交联悬浮型馈能式主动悬架作动器，其特征在于：所述感应线圈(5)位于保持架(9)和缸筒(4)之间，电磁铁控制电极(7)位于活塞杆(1)与杆端缓冲弹簧(3)之间，杆端缓冲弹簧(3)与交联式活塞组件(6)的上端相连，交联式活塞组件(6)的下端与尾端缓冲弹簧(8)相连。

3.根据权利要求1所述的一种永磁和电磁交联悬浮型馈能式主动悬架作动器，其特征在于：所述尾盖(10)为内凹的回转体结构，缸筒(4)、感应线圈(5)、保持架(9)、尾端缓冲弹簧(8)、电磁铁控制电极(7)和活塞杆(1)分别与尾盖(10)的内凹部分相连；尾盖(10)上开设有两个尾盖通孔(13)和两个电极通孔(14)，馈能电路(11)穿过尾盖通孔(13)与感应线圈(5)电连接，电磁铁控制电极(7)通过电极通孔(14)与外部控制器相连。

4.根据权利要求1所述的一种永磁和电磁交联悬浮型馈能式主动悬架作动器，其特征在于：所述永磁体(61)和电磁体(62)均为环状结构，永磁体(61)的上半部分为“N”极，永磁体(61)的下半部分为“S”极；电磁体(62)的上半部分为“N”极，电磁体(62)的下半部分为“S”极。

5.根据权利要求1所述的一种永磁和电磁交联悬浮型馈能式主动悬架作动器，其特征在于：所述保持架(9)的数量为四，保持架(9)均匀分布在活塞杆(1)的四周，保持架(9)为圆柱体结构。

6.根据权利要求1所述的一种永磁和电磁交联悬浮型馈能式主动悬架作动器，其特征在于：所述端盖(2)为环形状的“凹”字形结构，端盖(2)的中心设有端盖通孔(21)，活塞杆(1)穿设于端盖通孔(21)，端盖(2)内部设有环状的端盖凹槽(22)，缸筒(4)的上端与端盖凹槽(22)的底部相连，感应线圈(5)、保持架(9)、杆端缓冲弹簧(3)和电磁铁控制电极(7)分别位于活塞杆(1)与缸筒(4)之间。

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