CN112503134B - 一种集成阻尼器与吸振器的混合电磁馈能减振系统 - Google Patents

一种集成阻尼器与吸振器的混合电磁馈能减振系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种集成阻尼器与吸振器的混合电磁馈能减振系统，属于车辆系统减振技术领域。本发明的混合电磁馈能减振系统包括线性电磁阻尼器/作动器和线性电磁车轮动力吸振器，线性电磁阻尼器/作动器用于衰减车身与车轮的相对运动，并将车身与车轮相对振动产生的机械功率转化为电功率再利用，线性电磁车轮动力吸振器置于所述线性电磁阻尼器的内部，用于吸收车轮振动。本发明能够有效兼顾振动系统的动力学性能与能量再生，适用于所有具有两自由度运动特征振动系统的减振。

Description

一种集成阻尼器与吸振器的混合电磁馈能减振系统
技术领域
本发明涉及车辆系统减振技术领域，具体涉及一种集成阻尼器与吸振器的混合电磁馈能减振系统。
背景技术
节能是当今世界人们最为关注的主题之一。数据显示，汽车动力源释放的能量仅有10-16％用于驱动，其余近90％的能量全部被汽车各主要能耗部件(发动机、悬架系统、制动系统及传动系统等)以不同形式耗散掉，其中整车减振损耗占比高达17.2％。可见，降低汽车悬架等主要部件的能耗是实现汽车整体节能的重要途径之一。悬架系统作为汽车的重要组成部分，直接影响汽车的舒适性、安全性以及整车综合性能，按照控制方式的不同，可分为被动悬架、半主动悬架与主动悬架3种类型。为了抑制车体振动，改善车辆动态性能，被动与半主动悬架的振动能量多以热能的形式被减振器耗散掉，而主动悬架则需要动力源直接提供能量来消减车体振动，实现车辆动态性能的主动控制；3种类型悬架都大量地消耗了动力源能量，损失了汽车发动机的输出功率。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种集成阻尼器与吸振器的混合电磁馈能减振系统，兼顾振动系统的动力学性能与能量再生。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种集成阻尼器与吸振器的混合电磁馈能减振系统，包括线性电磁阻尼器/作动器和线性电磁车轮动力吸振器，所述线性电磁车轮动力吸振器置于线性电磁阻尼器/作动器的定子内部；
所述线性电磁阻尼器/作动器包括动子和定子，所述动子和定子之间留有气隙；所述动子包括铁芯和三相线圈绕组，铁芯通过连接件与车身连为一体，三相线圈绕组缠绕在铁芯上；
所述线性电磁车轮动力吸振器包括第一弹性材料、第二弹性材料、永磁体、第一环形滑动轴承和第二环形滑动轴承，所述第一弹性材料和第二弹性材料分别固定在定子缸体侧壁内部的上端和下端，所述永磁体设置在第一弹性材料和第二弹性材料之间，所述第一环形滑动轴承嵌套在缸体内壁和永磁体外侧之间，所述第二环形滑动轴承嵌套在铁芯外壁和永磁体内侧之间。
进一步的技术方案，所述定子缸体与动子之间嵌套第三环形滑动轴承，所述定子通过第三环形滑动轴承与动子保持相对移动。
更进一步的技术方案，所述第三环形滑动轴承与动子外壁的间隙为0.05mm-0.1mm。
进一步的技术方案，所述缸体内部底端固定有缓冲块。
进一步的技术方案，所述缸体底端通过吊耳与车轮连为一体。
进一步的技术方案，所述永磁体由多个轴向充磁的单片永磁体和多个径向充磁的单片永磁体交替构成。
进一步的技术方案，还包括螺旋弹簧，所述螺旋弹簧固定在连接件和定子之间。
进一步的技术方案，所述第一环形滑动轴承与永磁体外壁的间隙为0.05mm-0.1mm。
进一步的技术方案，所述第二环形滑动轴承与永磁体内壁的间隙为0.05mm-0.1mm。
本发明的有益效果为：
本发明的线性电磁阻尼器/作动器的动子包括铁芯和三相线圈绕组，三相线圈绕组缠绕在铁芯上，三相线圈绕组在不通电的状态下，与永磁体发生相对移动，产生被动的电磁阻尼力，用以阻隔车轮传递至车身的振动，并将车身与车轮相对振动产生的机械功率转化为电功率再利用；本发明的线性电磁车轮动力吸振器置于线性电磁阻尼器的定子内部，线性电磁车轮动力吸振器中的永磁体压缩弹性材料，在环形滑动轴承的引导下轴向振动，用于吸收车轮振动；线性电磁车轮动力吸振器在吸收车轮振动的同时，能够扩大三相线圈绕组与永磁体的相对运动速度，提高系统馈能功率；本发明能够有效兼顾振动系统的动力学性能与能量再生，并适用于所有具有两自由度运动特征振动系统的减振。
附图说明
图1为本发明所述集成阻尼器与吸振器的混合电磁馈能减振系统结构示意图；
图2为本发明所述线性电磁阻尼器被动馈能原理示意图；
图3为本发明被动模式下混合电磁馈能减振系统簧上质量ms的加速度传递率示意图；
图4为本发明被动模式下混合电磁馈能减振系统簧下质量mu的动载荷传递率示意图；
图5为本发明被动模式下混合电磁馈能减振系统簧上质量ms与簧下质量mu的相对位移传递率示意图；
图6为本发明被动模式下混合电磁馈能减振系统簧下质量mu的位移传递率示意图。
图中，1-连接件，2-吊耳，3-螺旋弹簧，4-动子，5-定子，6-缸体，7-铁芯，8-三相线圈绕组，9-线性电磁车轮动力吸振器，10a-第一弹性材料，10b-第二弹性材料，11-永磁体，12-第一环形滑动轴承，13-第二环形滑动轴承，14-第三环形滑动轴承，15-缓冲块。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，一种集成阻尼器与吸振器的混合电磁馈能减振系统，包括线性电磁阻尼器/作动器和线性电磁车轮动力吸振器9，线性电磁阻尼器/作动器包括动子4和定子5，定子5和动子4之间留有气隙。
动子4包括铁芯7和三相线圈绕组8，三相线圈绕组8缠绕在铁芯7上，铁芯7通过连接件1与车辆的车身连为一体。
定子5的缸体6与动子4之间嵌套第三环形滑动轴承14，定子5通过第三环形滑动轴承14与动子4保持相对移动；缸体6内部底端固定有缓冲块15，用于避免极限条件下动子4与定子5发生碰撞；缸体6底端通过吊耳2与车轮连为一体，随着车轮共同振动。
线性电磁车轮动力吸振器9置于定子5内部，线性电磁车轮动力吸振器9由永磁体11、第一环形滑动轴承12、第二环形滑动轴承13、第一弹性材料10a和第二弹性材料10b构成，第一弹性材料10a和第二弹性材料10b分别固定在缸体6侧壁内部的上端和下端，弹性材料被轴向压缩时产生轴向刚度，弹性材料还用于与永磁体11保持柔性接触，使得永磁体11可保持轴向移动；永磁体11设置在第一弹性材料10a和第二弹性材料10b之间，永磁体11由多个轴向充磁的单片永磁体和多个径向充磁的单片永磁体交替构成，整个永磁体11视为线性电磁车轮动力吸振器9的质量块，即车轮吸振子；第一环形滑动轴承12嵌套在缸体6外壁和永磁体11之间，第二环形滑动轴承13嵌套在缸体6内壁和永磁体11之间，第一环形滑动轴承12和第二环形滑动轴承13均可轴向移动。由于所述线性电磁车轮动力吸振器9置于定子5的内部，并且所述永磁体11作为所述线性电磁车轮动力吸振器9的吸振子，因此在振动过程中所述线性电磁车轮动力吸振器9与所述线性电磁阻尼器/作动器具有相同的阻尼系数。
本实施例中，第一环形滑动轴承12与永磁体11外壁的间隙在0.05mm-0.1mm之间，第二环形滑动轴承13与永磁体11内壁的间隙在0.05mm-0.1mm之间，第三环形滑动轴承14与动子4外壁的间隙在0.05mm-0.1mm之间。
由于线性电磁车轮动力吸振器9将车轮振动吸收为吸振子(即永磁体11)的振动，使得永磁体11与定子5产生相对运动，同时由于定子5与三相线圈绕组8本身也具有相对运动，使得永磁体11与三相线圈绕组8之间的相对运动被放大，而相对运动速度越大，线性电磁阻尼器/作动器的馈能功率越大，因此，线性电磁车轮动力吸振器9在吸收车轮振动的同时能够提高系统馈能功率。
一种集成阻尼器与吸振器的混合电磁馈能减振系统还包括螺旋弹簧3，所述螺旋弹簧3固定在连接件1和定子5之间，用于支撑车辆静止时的重量，缓冲车辆行驶时的车身、车轮振动。
永磁体11与三相线圈绕组8相互作用，是线性电磁阻尼器/作动器不可缺少的部件。根据法拉第电磁感应定律，线性电磁阻尼器/作动器可简化为由反电动势Uemf、内阻Rm、电感Lm构成的等效控制电路(图2)，所述Uemf可表述为Uemf＝ke*vr，其中，ke为线性电机反电动势系数，vr为永磁体质量m1与簧下质量mu的相对运动速度。
所述三相线圈绕组8在不通电的状态下，与永磁体11发生相对移动时，可产生被动的电磁阻尼力Fp＝(ke*ki*vr)/Rm，(ke*ki)/Rm为线性电机等效阻尼系数，ki为线性电机推力系数；电磁阻尼力Fp以阻隔车轮传递至车身的振动，并将车辆车身与车轮相对运动形成的机械功率转化为电功率，其中，可回馈的电功率P＝(ke*vr)2/Rm，最终回馈的电动率取决于线性电机的馈能效率。
以传统馈能式电磁减振系统(无线性电磁车轮动力吸振器)为比较对象，以车身加速度、轮胎动载荷、悬架动行程、车身绝对位移和车轮绝对位移为动力学性能评价指标，参考图3-6，对本发明一种集成阻尼器与吸振器的混合电磁馈能减振系统的减振性能进行描述。
图3显示，相较于传统馈能式电磁减振系统，本发明集成阻尼器与吸振器的混合电磁馈能减振系统能够有效降低车轮共振处的车身加速度传递率。
图4显示，相较于传统馈能式电磁减振系统，本发明集成阻尼器与吸振器的混合电磁馈能减振系统能够有效降低车轮共振处的车轮动载荷传递率。
图5显示，相较于传统馈能式电磁减振系统，本发明集成阻尼器与吸振器的混合电磁馈能减振系统能够有效降低车轮共振频段的悬架动行程传递率。
图6显示，相较于传统馈能式电磁减振系统，本发明集成阻尼器与吸振器的混合电磁馈能减振系统能够有效降低车轮共振处的车轮绝对位移传递率。
上述结果说明，本发明集成阻尼器与吸振器的混合电磁馈能减振系统能够在回馈振动能量的同时有效改善车辆的动力学性能，解决了现有技术存在的缺陷。
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)

1.一种集成阻尼器与吸振器的混合电磁馈能减振系统，其特征在于，包括线性电磁阻尼器/作动器和线性电磁车轮动力吸振器(9)，所述线性电磁车轮动力吸振器(9)置于线性电磁阻尼器/作动器的定子(5)内部；
所述线性电磁阻尼器/作动器包括动子(4)和定子(5)，所述动子(4)和定子(5)之间留有气隙；所述动子(4)包括铁芯(7)和三相线圈绕组(8)，铁芯(7)通过连接件(1)与车身连为一体，三相线圈绕组(8)缠绕在铁芯(7)上；
所述线性电磁车轮动力吸振器(9)包括第一弹性材料(10a)、第二弹性材料(10b)、永磁体(11)、第一环形滑动轴承(12)和第二环形滑动轴承(13)，所述第一弹性材料(10a)和第二弹性材料(10b)分别固定在定子缸体(6)侧壁内部的上端和下端，所述永磁体(11)设置在第一弹性材料(10a)和第二弹性材料(10b)之间，所述第一环形滑动轴承(12)嵌套在缸体(6)内壁和永磁体(11)外侧之间，所述第二环形滑动轴承(13)嵌套在铁芯(7)外壁和永磁体(11)内侧之间。
2.根据权利要求1所述的混合电磁馈能减振系统，其特征在于，所述定子缸体(6)与动子(4)之间嵌套第三环形滑动轴承(14)，所述定子(5)通过第三环形滑动轴承(14)与动子(4)保持相对移动。
3.根据权利要求2所述的混合电磁馈能减振系统，其特征在于，所述第三环形滑动轴承(14)与动子(4)外壁的间隙为0.05mm-0.1mm。
4.根据权利要求1所述的混合电磁馈能减振系统，其特征在于，所述缸体(6)内部底端固定有缓冲块(15)。
5.根据权利要求1所述的混合电磁馈能减振系统，其特征在于，所述缸体(6)底端通过吊耳(2)与车轮连为一体。
6.根据权利要求1所述的混合电磁馈能减振系统，其特征在于，所述永磁体(11)由多个轴向充磁的单片永磁体和多个径向充磁的单片永磁体交替构成。
7.根据权利要求1所述的混合电磁馈能减振系统，其特征在于，还包括螺旋弹簧(3)，所述螺旋弹簧(3)固定在连接件(1)和定子(5)之间。
8.根据权利要求1所述的混合电磁馈能减振系统，其特征在于，所述第一环形滑动轴承(12)与永磁体(11)外壁的间隙为0.05mm-0.1mm。
9.根据权利要求1所述的混合电磁馈能减振系统，其特征在于，所述第二环形滑动轴承(13)与永磁体(11)内壁的间隙为0.05mm-0.1mm。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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