CN112797101A - 可发电减振器及作业机械 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可发电减振器及作业机械，该可发电减振器，包括：外筒、活塞缸、活塞杆、缓冲组件和能量采集单元，能量采集单元包括第一磁铁、第二磁铁和压电陶瓷；活塞杆的一端与外筒的端壁连接，缓冲组件套设于活塞杆，且缓冲组件在活塞杆上的预设位置和外筒的端壁之间运动；活塞缸套设于活塞杆上，活塞缸的敞口端与缓冲组件可分离式接触；活塞缸的外壁上设有第一磁铁，外筒的内壁上设有压电陶瓷，第二磁铁设于压电陶瓷上，第一磁铁和第二磁铁同磁极相对。能量采集单元集成在外筒与活塞缸之间，整体结构十分紧凑；外筒包裹能量采集单元，减弱了外部环境对能量采集单元的影响；利用非接触式的磁铁传递机械能，消除了对于能量采集单元的磨损。

Description

可发电减振器及作业机械

技术领域

本发明涉及振动能量回收技术领域，尤其涉及一种可发电减振器及作业机械。

背景技术

随着新能源电动车和无人自动驾驶技术的发展，纯电动无人驾驶车辆在不同领域得到快速发展，同时对电池的续航能力提出了较高的要求。高容量电池一直是电动车行业的重点研究领域，但受材料和技术的限制，高性能电池的研究一直没有较大的突破。

电动车辆在行驶过程中会产生机械振动，采集车辆的机械振动能并将其转化为电能，作为辅助电源为低功耗电子件供能，将有效提高车辆续航里程，节省电力成本。如何利用车辆的机械振动能是目前急需解决的问题。

发明内容

本发明提供一种可发电减振器及作业机械，用以解决现有技术中对于车辆的机械振动能利用率较低的问题。

本发明提供一种可发电减振器，包括：外筒、活塞缸、活塞杆、缓冲组件以及能量采集单元，所述能量采集单元包括第一磁铁、第二磁铁以及压电陶瓷；

所述活塞杆的一端与所述外筒的端壁连接，所述缓冲组件套设于所述活塞杆，且所述缓冲组件在所述活塞杆上的预设位置和所述外筒的端壁之间运动；所述活塞缸套设于所述活塞杆上，所述活塞缸的敞口端与所述缓冲组件可分离式接触；

所述活塞缸的外壁上设有所述第一磁铁，所述外筒的内壁上设有所述压电陶瓷，所述第二磁铁设于所述压电陶瓷上，且所述第一磁铁和所述第二磁铁同磁极相对。

根据本发明提供的一种可发电减振器，所述能量采集单元还包括线圈，所述线圈套设于所述压电陶瓷和/或所述第二磁铁。

根据本发明提供的一种可发电减振器，所述压电陶瓷通过支座布设在所述外筒的内壁上，所述线圈位于所述支座上。

根据本发明提供的一种可发电减振器，多个所述第一磁铁沿所述活塞缸的轴向方向和/或周向方向布设。

根据本发明提供的一种可发电减振器，所述缓冲组件包括套筒和弹性件，所述套筒和所述弹性件均套设于所述活塞杆上，且所述弹性件的一端与所述外筒的端壁可分离式接触，所述弹性件的另一端与所述套筒的一端可分离式接触，所述活塞缸的敞口端与所述套筒的另一端可分离式接触。

根据本发明提供的一种可发电减振器，所述套筒在所述活塞杆上的轴肩和所述外筒的端壁之间运动。

根据本发明提供的一种可发电减振器，所述弹性件为弹簧。

根据本发明提供的一种可发电减振器，所述可发电减振器还包括电连接的储能电路和输出电路，所述储能电路与所述压电陶瓷电连接。

根据本发明提供的一种可发电减振器，所述活塞杆的一端与所述外筒的端壁螺纹连接。

本发明还提供一种作业机械，包括：上述的可发电减振器，所述压电陶瓷用于为所述作业机械的无线传感器供能。

本发明提供的可发电减振器及作业机械，在活塞缸的敞口端朝向外筒的端壁移动的过程中，活塞缸的敞口端与缓冲组件相接触，缓冲组件由预设位置向外筒的端壁方向移动；在活塞缸的敞口端向远离外筒的端壁的方向移动过程中，缓冲组件由外筒的端壁方向向预设位置移动，直至活塞缸的敞口端与缓冲组件相分离；在上述的活塞缸与外筒的相对运动过程中，活塞缸的外壁上的第一磁铁会与外筒的内壁上的第二磁铁相对，此时第一磁铁和第二磁铁之间产生磁斥力，第二磁铁在磁斥力的作用下挤压压电陶瓷，利用压电材料的压电效应产生电能。本发明的可发电减振器，能量采集单元可以多个灵活分布，能量采集单元集成在外筒与活塞缸之间，整体结构十分紧凑；鲁棒性高，外筒包裹能量采集单元，减弱了外部环境对能量采集单元的影响；利用非接触式的磁铁传递机械能，消除了对于能量采集单元的磨损。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的可发电减振器的结构示意图；

图2为图1的A-A向剖视图；

附图标记：

1：外筒；2：弹簧；3：套筒；

4：活塞杆；5：活塞缸；6：第一磁铁；

7：第二磁铁；8：压电陶瓷；9：线圈；

10：支座。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

汽车在道路上行驶时，来自路面的激励以及各种复杂的道路工况等原因，汽车一部分能量会因悬架的振动转换为热能消耗掉，如果能把这部分能量进行回收利用，能在很大程度上降低消耗，节约资源，同时减少使用成本。

并且，随着集成电路的发展，电子设备呈现出微型化的发展趋势，传感器被广泛用在汽车上，用来监测汽车的使用状态，而且其所需的功率一般都很小。部分传感器是由电池供电，但电池供电存在着使用寿命有限、需定期更换、环境污染等缺点。如果对悬架振动能量进行收集并直接将其给汽车传感器供电或锂电池充电，便能很好的解决对微电子产品供能的需求。

目前，对于振动能量的回收主要有三种方式：利用压电材料的压电效应将振动能转换为电能的压电式；利用电磁感应现象将振动能转换为电能的电磁式；利用电容原理将振动能转换为电能的静电式。

目前采集减振器的机械振动能的装置存在以下几种缺点：结构复杂，减振器的结构一般比较紧凑，集成在减震器的机械振动能采集装置较大，不利于减震器集成在车辆设备中；鲁棒性差，减振器的工作环境一般比较恶劣，集成在减震器上的能量采集单元没有充分考虑恶劣工况对其稳定性的影响；能量密度低，对减振器的机械振动能利用率不高，导致输出的电能较低。

为了解决上述问题，下面结合图1至图2描述本发明的可发电减振器。

如图1和图2所示，本发明实施例的可发电减振器，包括：外筒1、活塞缸5、活塞杆4、缓冲组件以及能量采集单元。

为了便于装配外筒1和活塞缸5，外筒1的一端敞口设置，活塞缸5的一端敞口设置。

能量采集单元包括第一磁铁6、第二磁铁7以及压电陶瓷8；

活塞杆4的一端与外筒1的端壁连接，为了便于拆卸活塞杆4，活塞杆4的一端与外筒1的端壁可以采用螺纹连接。

缓冲组件套设于活塞杆4，缓冲组件可以沿活塞杆4的轴向方向移动，且缓冲组件在活塞杆4上的预设位置和外筒1的端壁之间直线往复运动。

活塞缸5套设于活塞杆4上，活塞杆4的另一端位于活塞缸5的内部，而活塞缸5位于外筒1的内部，活塞缸5的敞口端与缓冲组件可分离式接触，活塞缸5的敞口端可以朝向外筒1的端壁移动。

活塞缸5的外壁上设有第一磁铁6，外筒1的内壁上设有压电陶瓷8，第二磁铁7设于压电陶瓷8上，且第一磁铁6和第二磁铁7同磁极相对。

其中，第一磁铁6可以粘贴在活塞缸5的外壁上，压电陶瓷8具有相对的两侧面，其中的一侧面粘接在外筒1的内壁上，第二磁铁7粘接在另一侧面上。第一磁铁6的N极朝向第二磁铁7的N极，或者第一磁铁6的S极朝向第二磁铁7的S极。

在本发明实施例中，在活塞缸5的敞口端朝向外筒1的端壁移动的过程中，活塞缸5的敞口端与缓冲组件相接触，缓冲组件由预设位置向外筒1的端壁方向移动；在活塞缸5的敞口端向远离外筒1的端壁的方向移动过程中，缓冲组件由外筒1的端壁方向向预设位置移动，直至活塞缸5的敞口端与缓冲组件相分离；在上述的活塞缸5与外筒1的相对运动过程中，活塞缸5的外壁上的第一磁铁6会与外筒1的内壁上的第二磁铁7相对，此时第一磁铁6和第二磁铁7之间产生磁斥力，第二磁铁7在磁斥力的作用下挤压压电陶瓷8，利用压电材料的压电效应产生电能。本发明实施例的可发电减振器，能量采集单元可以多个灵活分布，能量采集单元集成在外筒与活塞缸5之间，整体结构十分紧凑；鲁棒性高，外筒包裹能量采集单元，减弱了外部环境对能量采集单元的影响；利用非接触式的磁铁传递机械能，消除了能量采集单元的磨损。

在上述实施例的基础上，能量采集单元还包括线圈9，线圈9套设于压电陶瓷8和/或第二磁铁7。

其中，线圈9可以为铜线圈。线圈9可以套设于压电陶瓷8的外侧，线圈9可以套设于第二磁铁7的外侧，线圈9还可以同时套设于第二磁铁7和压电陶瓷8的外侧。

需要说明的是，在活塞缸5与外筒1的相对运动过程中，活塞缸5的外壁上的第一磁铁6会与外筒1的内壁上的第二磁铁7相对，此时第一磁铁6和第二磁铁7之间产生磁斥力，第二磁铁7在磁斥力的作用下挤压压电陶瓷8，利用压电材料的压电效应产生电能；与此同时，第一磁铁6与线圈9之间存在相对运动，线圈9的磁通量发生改变，线圈9产生感应电流，基于电磁感应产生电能。

本发明实施例的可发电减振器，能量密度高，将压电能量转换与电磁能量转换设计在一个能量采集单元中，在活塞缸体有限的行程内电能输出密度更大。

在上述实施例的基础上，压电陶瓷8通过支座10布设在外筒1的内壁上，线圈9位于支座10上。

需要说明的是，支座10通过螺钉固定在外筒1的内壁上，支座10上与外筒1的内壁相接触的一侧与外筒1的内壁的形状相适配，支座10上远离外筒1的内壁的一侧开设有安装槽，线圈9粘接在安装槽的槽壁上，压电陶瓷8的一侧粘接在安装槽的槽底。

在上述实施例的基础上，多个第一磁铁6沿活塞缸5的轴向方向和/或周向方向布设。

需要说明的是，多个第一磁铁6沿活塞缸5的轴向方向布设；或者，多个第一磁铁6沿活塞缸5的周向方向布设；或者，多个第一磁铁6同时沿活塞缸5的轴向方向和周向方向布设，即呈阵列式分布。

可以理解的是，一个第一磁铁6对应于一个第二磁铁7，一个第二磁铁7对应于一个压电陶瓷8。并且，一个第一磁铁6对应于一个线圈9。因此，多个第二磁铁7沿外筒1的轴向方向和/或周向方向布设，多个压电陶瓷8沿外筒1的轴向方向和/或周向方向布设，多个线圈9沿外筒1的轴向方向和/或周向方向布设。

在本发明实施例中，第一磁铁6的数量可以根据可发电减振器的大小和输出功率进行选取，在此不做具体限定。例如，四个第一磁铁6沿活塞缸5的周向方向布设，七个第一磁铁6沿活塞缸5的轴向方向布设。沿活塞缸5的周向方向布设的四个第一磁铁等间隔布置，沿活塞缸5的轴向方向布设七个第一磁铁6等间隔布置。

在上述实施例的基础上，缓冲组件包括套筒3和弹性件，套筒3和弹性件均套设于活塞杆4上，且弹性件的一端与外筒1的端壁可分离式接触，弹性件的另一端与套筒3的一端可分离式接触，活塞缸5的敞口端与套筒3的另一端可分离式接触。

需要说明的是，活塞杆4具有轴肩，即活塞杆4包括两段直径不同的杆体，与外筒1的端壁相连的杆体为直径较小的一段杆体，而套筒3的内径与直径较小的一段杆体的直径相适配。因此，套筒3滑动布设在直径较小的一段杆体上，弹性件套设在直径较小的一段杆体上。

其中，弹性件可以为弹簧2。

在上述实施例的基础上，可发电减振器还包括电连接的储能电路和输出电路，储能电路与压电陶瓷8电连接。

需要说明的是，压电陶瓷8和线圈9均与储能电路电连接。多个压电陶瓷8串联连接，多个线圈9串联连接，压电陶瓷8和线圈9产生的电能均通过储能电路收集电能，再通过输出电路为用电器件供能。

本发明实施例的作业机械，包括：上述的可发电减振器，压电陶瓷8和线圈9用于为作业机械的无线传感器供能。

在本发明实施例中，可发电减振器压用于作业机械待减振处，即产生机械振动能较大处，压电陶瓷8和线圈9产生的电能均通过储能电路收集电能，再通过输出电路为无线传感器供能。本发明实施例的作业机械所使用的可发电减振器结构简单、能量密度高以及鲁棒性高，实现了振动能量的高效俘能。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种可发电减振器，其特征在于，包括：外筒、活塞缸、活塞杆、缓冲组件以及能量采集单元，所述能量采集单元包括第一磁铁、第二磁铁以及压电陶瓷；

所述活塞杆的一端与所述外筒的端壁连接，所述缓冲组件套设于所述活塞杆，且所述缓冲组件在所述活塞杆上的预设位置和所述外筒的端壁之间运动；所述活塞缸套设于所述活塞杆上，所述活塞缸的敞口端与所述缓冲组件可分离式接触；

所述活塞缸的外壁上设有所述第一磁铁，所述外筒的内壁上设有所述压电陶瓷，所述第二磁铁设于所述压电陶瓷上，且所述第一磁铁和所述第二磁铁同磁极相对。

2.根据权利要求1所述的可发电减振器，其特征在于，所述能量采集单元还包括线圈，所述线圈套设于所述压电陶瓷和/或所述第二磁铁。

3.根据权利要求2所述的可发电减振器，其特征在于，所述压电陶瓷通过支座布设在所述外筒的内壁上，所述线圈位于所述支座上。

4.根据权利要求1所述的可发电减振器，其特征在于，多个所述第一磁铁沿所述活塞缸的轴向方向和/或周向方向布设。

5.根据权利要求1至4任一项所述的可发电减振器，其特征在于，所述缓冲组件包括套筒和弹性件，所述套筒和所述弹性件均套设于所述活塞杆上，且所述弹性件的一端与所述外筒的端壁可分离式接触，所述弹性件的另一端与所述套筒的一端可分离式接触，所述活塞缸的敞口端与所述套筒的另一端可分离式接触。

6.根据权利要求5所述的可发电减振器，其特征在于，所述套筒在所述活塞杆上的轴肩和所述外筒的端壁之间运动。

7.根据权利要求5所述的可发电减振器，其特征在于，所述弹性件为弹簧。

8.根据权利要求1至4任一项所述的可发电减振器，其特征在于，所述可发电减振器还包括电连接的储能电路和输出电路，所述储能电路与所述压电陶瓷电连接。

9.根据权利要求1至4任一项所述的可发电减振器，其特征在于，所述活塞杆的一端与所述外筒的端壁螺纹连接。

10.一种作业机械，其特征在于，包括：权利要求1至9任一项所述的可发电减振器，所述压电陶瓷用于为所述作业机械的无线传感器供能。

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