CN113489376A - 一种车辆振动能量再生发电装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆振动能量再生发电装置，包括减振机构、传动机构和发电机构，所述减振机构外装配有减震弹簧，减震弹簧将车辆行驶过程中产生的振动吸收后，转换为推动所述减振机构伸缩的机械能，并经由所述传动机构传递至发电机构，通过所述发电机构将所述传动机构传递的机械能转换为电能。本发明将车辆振动产生的能量进行有效地回收和再利用，通过减振机构有效吸收振动，使乘坐者感到平稳、舒适的同时，将振动的能量转化为电能，为车辆提供电力的同时又起到节约能量的作用，符合当前汽车节能环保的技术发展趋势，具有广阔的应用前景和市场空间。

Description

一种车辆振动能量再生发电装置及方法

技术领域

本发明涉及汽车振动能量再生技术领域，尤其是涉及一种车辆振动能量再生发电装置及方法。

背景技术

随着世界范围能源危机、温室效应的日益加剧，缓解能源紧张、减少温室气体成为社会各界普遍关注的问题。汽车作为现代化交通工具在给人们带来方便的同时也在不断地恶化我们生活的环境，在能源日益紧张、环境日益恶化的社会背景下，促使世界各国汽车行业、企业都在积极地开展各类有关汽车节能环保技术的研究，以抢占竞争日益激烈的汽车市场。

因此，能量的回收和再利用显得相当重要。车辆在行驶过程中不可避免的会产生不同程度的振动，而汽车技术的发展趋势是使其行驶更加平稳、振动越来越小，传统汽车行驶过程产生振动能量绝大多数转化为热能而散失掉，为了提高能源的利用效率，需要研究一种能够将振动的能量进行回收再利用的装置。

发明内容

本发明为克服上述情况不足，旨在提供一种车辆振动能量再生发电装置及方法能解决上述问题的技术方案。

一方面，本发明提出了一种车辆振动能量再生发电装置，包括

减振机构，其包括上防护罩和下防护罩，所述下防护罩滑动配装于上防护罩内，并在所述上防护罩和下防护罩的外侧套接有减震弹簧，以对在振动作用下的所述上防护罩和下防护罩进行复位和限位；

传动机构，其包括从动锥齿轮和齿条，所述从动锥齿轮设置于所述下防护罩的顶端端口处，并通过连接轴与所述下防护罩的内底面相连接，所述齿条装配于所述上防护罩的内壁上，并在所述从动锥齿轮和齿条之间设置有驱动件，所述驱动件的两端分别与所述从动锥齿轮和所述齿条相啮合，在车辆行驶过程中，车辆振动的能量使得所述驱动件与所述齿条之间产生的位移，从而通过所述驱动件带动所述从动锥齿轮旋转；

发电机构，其包括有线圈和永磁体，所述线圈绕制于所述连接轴上，所述永磁体设置于所述线圈的两侧，并固定于所述所述下防护罩的内壁上。

作为本发明进一步的方案：所述驱动件包括从动齿轮和主动锥齿轮，所述从动齿轮啮合设置于所述齿条上，并通过齿轮轴与所述主动锥齿轮连接，使得所述主动锥齿轮与所述从动锥齿轮相啮合。

作为本发明进一步的方案：所述齿轮轴和所述连接轴之间还配设有连接座，通过设置所述连接座以防止振动过程中，所述主动锥齿轮与所述从动锥齿轮之间产生错位。

作为本发明进一步的方案：所述上防护罩的内壁上开设有第一齿条和第二齿条，并在所述减振机构内部设置有两组所述驱动件，其中，

其一所述驱动件设置于所述第一齿条和从动锥齿轮之间，其包括有第一从动齿轮和第一主动锥齿轮，所述第一从动齿轮与所述第一齿条相啮合，并通过第一齿轮轴与所述第一主动锥齿轮连接且同轴转动，所述第一主动锥齿轮的齿牙与所述从动锥齿轮相啮合；另一所述驱动件设置于所述第二齿条和从动锥齿轮之间，其包括有第二从动齿轮和第二主动锥齿轮，所述第二齿条装配于所述上防护罩的内壁上，所述第二从动齿轮与所述第二齿条相啮合，并通过第二齿轮轴与所述第二主动锥齿轮连接且同轴转动，所述第二主动锥齿轮的齿牙与所述从动锥齿轮相啮合。

作为本发明进一步的方案：所述上防护罩的内壁上沿其行径方向开设有两个滑槽，两所述滑槽之间沿所述上防护罩的轴线对称设置，以用于对所述驱动件起到限位和导向作用。

作为本发明进一步的方案：所述连接轴的底端通过轴承转动连接于所述下防护罩的内底面上。

作为本发明进一步的方案：所述上防护罩和下防护罩之间通过密封圈接触密封。

作为本发明进一步的方案：所述上防护罩的顶端设置有上连接环，并在所述下防护罩的底端设置有下连接环，以便于将所述减振机构安装于汽车悬架上。

作为本发明进一步的方案：所述从动锥齿轮的上端还设置有缓冲块，以起到对所述从动锥齿轮的保护作用。

另一方面，本发明还提出了一种车辆振动能量再生发电方法，本方法采用上述的车辆振动能量再生发电装置进行实施，将所述车辆振动能量再生发电装置安装于汽车悬架上，通过所述车辆振动能量再生发电装置进行发电。

本发明的有益效果：

1.本发明将车辆振动产生的能量进行有效地回收和再利用，通过减振机构有效吸收振动，使乘坐者感到平稳、舒适的同时，将振动的能量转化为电能，为车辆提供电力的同时又起到节约能量的作用，符合当前汽车节能环保的技术发展趋势，且结构简单、成本低、可靠性高、发电效率高，适合于各类型车辆使用，具有广阔的应用前景和市场空间。

2.本发明将车辆行驶过程中产生的振动进行回收利用，将汽车直线振动转换为发电机构中线圈的旋转运动，通过线圈转动过程中产生感应电流，感应电流经过所述整流器的整流之后，使其变成汽车可利用的电能，供应给汽车内的各个用电器，并可将多余的电量储存于蓄电池中，避免能源的浪费。

3.本发明中下防护罩滑动配装于上防护罩内，并在上防护罩与下防护罩之间设置密封圈，以达到接触密封的作用，防止减振机构内的传动机构与发电机构暴露于减振机构外，提高减振机构内部构件的使用寿命。

4.本发明通过在传动机构的顶端设置缓冲块，起到减少传动机构顶端与上防护罩内顶端撞击的作用，提高减振机构的使用寿命。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例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，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明中具体实施例所提供的一种车辆振动能量再生发电装置的结构示意图；

图2是本发明中具体实施例所提供的一种车辆振动能量再生发电装置的正视截面图；

图3是本发明中具体实施例所提供的一种车辆振动能量再生发电装置的左视截面图；

图4是本发明中具体实施例所提供的一种车辆振动能量再生发电装置的右视截面图；

图5是本发明中具体实施例所提供的一种车辆振动能量再生发电装置的俯视截面图。

图中：1-减振机构、2-减震弹簧；

101-上防护罩、102-下防护罩、103-从动锥齿轮、104-第一主动锥齿轮、105-第一齿轮轴、106-第一从动齿轮、107-第一齿条、108-第二主动锥齿轮、109-第二齿轮轴、1010-第二从动齿轮、1011-第二齿条、1012-连接座、1013-连接轴、1014-线圈、1015-永磁体、1016-缓冲块、1017-上连接环、1018-下连接环。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。

在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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专利和简化描述，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专利的限制。

具体实施例：

请参阅图1～5，本发明实施例中提供了一种车辆振动能量再生发电装置，包括减振机构1、传动机构、发电机构和存储机构；

所述减振机构1，其为一筒状可伸缩结构，所述减振机构1外装配有减震弹簧2，以用于吸收车辆行驶过程中产生的振动，并转换为推动所述减振机构1伸缩的机械能，使得所述减振机构1沿所述减震弹簧2的行进方向做伸缩运动；

所述减振机构1包括上防护罩101和下防护罩102，所述下防护罩102滑动配装于上防护罩101内，并通过密封圈接触密封，以防止减振机构1内设置的传动机构与发电机构暴露于减振机构1外，提高减振机构1内部构件的使用寿命。

所述减震弹簧2套接于所述上防护罩101和下防护罩102上，所述减震弹簧2一端固定于所述上防护罩101的顶端，其另一端固定于所述下防护罩102的底端，车辆行驶过程中，通过减振机构1外设置的减震弹簧2有效吸收振动，使乘坐者感到平稳、舒适同时，所述减震弹簧2对所述上防护罩101和下防护罩102之间的相对位移还起到复位限位的作用，此外，所述减震弹簧2还能将吸收的振动能量转化为弹簧的弹性能量，在车辆振动停止后，通过所述减震弹簧2弹性能量仍能带动所述上防护罩101和下防护罩102产生相对滑动，实现能量的转换。

所述上防护罩101的顶端设置有上连接环1017，并在所述下防护罩102的底端设置有下连接环1018，以便于将所述减振机构1安装于汽车悬架上。

进一步地，请参阅图2～4，所述传动机构，其位于所述减振机构1内，用于将车辆行驶过程中所述减振机构1产生的机械能传递至发电机构；

所述传动机构包括从动锥齿轮103和齿条，所述从动锥齿轮103设置于所述下防护罩102的顶端端口处，并通过连接轴1013与所述下防护罩102的内底面相连接；所述齿条装配于所述上防护罩101的内壁上，并在所述从动锥齿轮103和齿条之间设置有驱动件，所述驱动件的两端分别与所述从动锥齿轮103和所述齿条相啮合，在车辆行驶过程中，车辆振动的能量使得所述驱动件与所述齿条之间产生的位移，从而通过所述驱动件带动所述从动锥齿轮103旋转，将所述上防护罩101和下防护罩102产生的直线运动转换为所述从动锥齿轮103连带所述连接轴1013的旋转运动。

具体而言，所述从动锥齿轮103连带所述连接轴1013均设置于所述下防护罩102的内部轴线上，其中，所述从动锥齿轮103通过过盈配合固定在所述连接轴1013上，所述连接轴1013的底端通过轴承转动连接于所述下防护罩102的内底面上，当所述上防护罩101和下防护罩102之间产生相对滑动时，在所述驱动件的作用下，使得所述从动锥齿轮103不断正反转动，并连带所述连接轴1013做旋转运动，以便带动所述发电机构进行发电。

所述驱动件包括从动齿轮和主动锥齿轮，所述从动齿轮啮合设置于所述齿条上，并通过齿轮轴与所述主动锥齿轮连接，使得所述主动锥齿轮与所述从动锥齿轮103相啮合。

具体而言，所述减振机构1内部设置有至少两组所述驱动件，本实施例中以设置两组所述驱动件为例，所述上防护罩101的内壁上开设有第一齿条107和第二齿条1011，两组所述驱动件对称设置于所述从动锥齿轮103的两侧；

其一所述驱动件设置于所述从动锥齿轮103的左侧，并位于所述第一齿条107和从动锥齿轮103之间，该驱动件包括有第一从动齿轮106和第一主动锥齿轮104，所述第一从动齿轮106啮合设置于所述第一齿条107上，并通过第一齿轮轴105与所述第一主动锥齿轮104连接，所述第一从动齿轮106和所述第一主动锥齿轮104均通过过盈配合固定在所述第一齿轮轴105上，使得在所述第一从动齿轮106能够带动所述第一主动锥齿轮104进行同轴转动，所述第一主动锥齿轮104的齿牙朝向所述上防护罩101的内侧，并与所述从动锥齿轮103相啮合。

另一所述驱动件设置于所述从动锥齿轮103的右侧，并位于所述第二齿条1011和从动锥齿轮103之间，该驱动件包括有第二从动齿轮1010和第二主动锥齿轮108，所述第二从动齿轮1010啮合设置于所述第二齿条1011上，并通过第二齿轮轴109与所述第二主动锥齿轮108连接，所述第二从动齿轮1010和所述第二主动锥齿轮108均通过过盈配合固定在所述第二齿轮轴109上，使得在所述第二从动齿轮1010能够带动所述第二主动锥齿轮108进行同轴转动，所述第二主动锥齿轮108的齿牙朝向所述上防护罩101的内侧，并与所述从动锥齿轮103相啮合。

其中，所述第一齿条107和所述第二齿条1011均沿所述上防护罩101的行径方向设置，且所述第一齿条107和所述第二齿条1011之间交错设置，即所述第一齿条107设置于所述第一从动齿轮106的前侧与其啮合时，所述第二齿条1011设置于所述第二从动齿轮1010的后侧与其啮合；或者所述第一齿条107设置于所述第一从动齿轮106的后侧与其啮合时，所述第二齿条1011设置于所述第二从动齿轮1010的后侧与其啮合，以保证第一主动锥齿轮104和第二主动锥齿轮108带动所述从动锥齿轮103旋转时，二者的作用力位于同一方向上。

此外，为保证在传动过程中，第一主动锥齿轮104和第二主动锥齿轮108与所述从动锥齿轮103之间始终处于啮合状态，在所述第一齿轮轴105和所述连接轴1013之间以及所述第二齿轮轴109和所述连接轴1013之间还配设有连接座1012，以用于防止振动过程中，所述主动锥齿轮与所述从动锥齿轮103之间产生错位。

具体而言，所述连接座1012呈一U型支架，所述连接座1012的中部通过转动轴承固定于所述连接轴1013上，所述连接座1012的两端分别通过转动轴承固定于所述所述第一齿轮轴105和所述第二齿轮轴109上；当所述上防护罩101和下防护罩102产生相对滑动时，所述第一主动锥齿轮104和第二主动锥齿轮108与所述下防护罩102之间不会产生相对位移，致使所述第一从动齿轮106能够沿所述第一齿条107做往复运动，所述第二从动齿轮1010能够沿第二齿条1011做往复运动，从而带动所述第一主动锥齿轮104和第二主动锥齿轮108旋转；期间，在连接座1012的作用下，使得第一主动锥齿轮104和第二主动锥齿轮108与所述从动锥齿轮103之间始终处于啮合状态，以带动所述从动锥齿轮103不断正反转动。

此外，为保证在传动过程中，第一从动齿轮106与所述第一齿条107之间以及第二从动齿轮1010与所述第二齿条1011之间始终处于啮合状态，请参阅图5，在所述上防护罩101的内壁上沿其行径方向开设有两个滑槽，两所述滑槽之间沿所述上防护罩101的轴线对称设置，以对所述驱动件起到限位和导向作用；

所述第一齿轮轴105的左端穿过所述第一从动齿轮106后位于其一所述滑槽内，通过滑槽对所述第一齿轮轴105限位，使得所述第一齿轮轴105沿所述滑槽上下移动时，固定在第一齿轮轴105上的所述第一从动齿轮106始终与所述第一齿条107之间处于啮合状态；所述第二齿轮轴109的左端穿过所述第二从动齿轮1010后位于另一所述滑槽内，通过滑槽对所述第二齿轮轴109限位，使得所述第二齿轮轴109沿所述滑槽上下移动时，固定在第二齿轮轴109上的所述第二从动齿轮1010始终与所述第二齿条1011之间处于啮合状态。

请参阅图2～5，所述从动锥齿轮103的上端还设置有缓冲块1016，以起到对所述从动锥齿轮103的保护作用，在车辆振动幅度较大时，通过缓冲块1016能够有效防止所述从动锥齿轮103的上端与上防护罩101内顶面产生直接碰撞，提高减振机构1的使用寿命。

车辆行驶过程中，所产生的直线振动经减震弹簧2缓冲后，转换为所述上防护罩101和下防护罩102之间的相对滑动，从而使得所述第一从动齿轮106和第二从动齿轮1010分别沿所述第一齿条107和第二齿条1011做往复运动，期间，所述第一从动齿轮106和第二从动齿轮1010分别连轴带动所述第一主动锥齿轮104和第二主动锥齿轮108旋转，所述第一主动锥齿轮104和第二主动锥齿轮108分别啮合所述从动锥齿轮103，并带动所述从动锥齿轮103不断正反转动，从而使所述连接轴1013旋转，实现将汽车直线振动转换为所述连接轴1013的旋转运动。

进一步地，请参阅图2和图5，所述发电机构，其位于所述减振机构1内，并与所述传动机构相连接，以便将所述传动机构传递的机械能转换为电能；所述发电机构包括线圈1014和永磁体1015，所述线圈1014绕制于所述连接轴1013上，并通过导线与存储机构相连接；所述永磁体1015设置于所述线圈1014的两侧，并固定于所述所述下防护罩102的内壁上。

具体而言，所述线圈1014呈双螺旋结构绕制于所述连接轴1013的表面，并与设置于连接轴1013内部的导线相连接；车辆行驶过程中，经传动机构将汽车直线振动转换为所述连接轴1013的旋转运动，从而使绕制在连接轴1013上的线圈1014旋转，期间，所述线圈1014在两个永磁体1015之间形成的磁场内对磁力线进行了切割，根据电磁感应原理可知所述线圈1014在旋转过程中产生了感应电流，实现了振动发电，经所述线圈1014产生的感应电流由所述导线导出所述减振机构1后送至存储机构。

进一步地，所述存储机构，其与所述发电机构相连，用于分配并储存所述发电机构产生的电能。

具体而言，所述存储机构包括蓄电池，所述蓄电池外还设置有整流器，从线圈1014产生的感应电流，经导线导出后由所述整流器进行整流，使其变成汽车可利用的电能，经处理后的电能供应给汽车内的各个用电器或储存于蓄电池中，为车辆提供电力，起到节约能量的作用，符合当前汽车节能环保的技术发展趋势，且结构简单、成本低、可靠性高、发电效率高，适合于各类型车辆使用具有广阔的应用前景和市场空间。

基于上述实施例的另一种优选的实施方式中，本实施方式提供了一种车辆振动能量再生发电方法，本实施方式的方法采用上述各实施例中的车辆振动能量再生发电装置，将所述车辆振动能量再生发电装置安装于汽车悬架上，通过所述车辆振动能量再生发电装置进行发电。

本发明的工作原理是：

将减振机构1的两端通过上连接环1017和下连接环1018安装于汽车悬架上，车辆行驶途中产生振动，使得上防护罩101和下防护罩102之间产生相对位移；上防护罩101和下防护罩102之间产生相对位移，使得从动齿轮之间齿条产生相对运动，齿条将竖直方向的位移转换为从动齿轮的旋转运动；在齿轮轴的作用下，所述从动齿轮带动主动锥齿轮进行同轴转动，进而带动与所述主动锥齿轮相啮合的从动锥齿轮103旋转；从动锥齿轮103带动连接轴1013转动，使得绕制于所述连接轴1013上的线圈1014与下防护罩102之间产生相对运动，所述线圈1014在两个永磁体1015之间形成的磁场内对磁力线进行了切割，使得线圈1014在旋转过程中产生了感应电流；经所述线圈1014产生的感应电流由所述导线导出所述减振机构1后，由整流器进行整流，使感应电流变成汽车可利用的电能，经处理后的电能供应给汽车内的各个用电器或储存于蓄电池中，为车辆提供电力。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种车辆振动能量再生发电装置，其特征在于，包括

减振机构，其包括上防护罩和下防护罩，所述下防护罩滑动配装于上防护罩内，并在所述上防护罩和下防护罩的外侧套接有减震弹簧，以对在振动作用下的所述上防护罩和下防护罩进行复位和限位；

传动机构，其包括从动锥齿轮和齿条，所述从动锥齿轮设置于所述下防护罩的顶端端口处，并通过连接轴与所述下防护罩的内底面相连接，所述齿条装配于所述上防护罩的内壁上，并在所述从动锥齿轮和齿条之间设置有驱动件，所述驱动件的两端分别与所述从动锥齿轮和所述齿条相啮合，在车辆行驶过程中，车辆振动的能量使得所述驱动件与所述齿条之间产生的位移，从而通过所述驱动件带动所述从动锥齿轮旋转；

发电机构，其包括有线圈和永磁体，所述线圈绕制于所述连接轴上，所述永磁体设置于所述线圈的两侧，并固定于所述所述下防护罩的内壁上。

2.根据权利要求1所述的一种车辆振动能量再生发电装置，其特征在于，所述驱动件包括从动齿轮和主动锥齿轮，所述从动齿轮啮合设置于所述齿条上，并通过齿轮轴与所述主动锥齿轮连接，使得所述主动锥齿轮与所述从动锥齿轮相啮合。

3.根据权利要求2所述的一种车辆振动能量再生发电装置，其特征在于，所述齿轮轴和所述连接轴之间还配设有连接座，通过设置所述连接座以防止振动过程中，所述主动锥齿轮与所述从动锥齿轮之间产生错位。

4.根据权利要求3所述的一种车辆振动能量再生发电装置，其特征在于，所述上防护罩的内壁上开设有第一齿条和第二齿条，并在所述减振机构内部设置有两组所述驱动件，其中，

其一所述驱动件设置于所述第一齿条和从动锥齿轮之间，其包括有第一从动齿轮和第一主动锥齿轮，所述第一从动齿轮与所述第一齿条相啮合，并通过第一齿轮轴与所述第一主动锥齿轮连接且同轴转动，所述第一主动锥齿轮的齿牙与所述从动锥齿轮相啮合；另一所述驱动件设置于所述第二齿条和从动锥齿轮之间，其包括有第二从动齿轮和第二主动锥齿轮，所述第二齿条装配于所述上防护罩的内壁上，所述第二从动齿轮与所述第二齿条相啮合，并通过第二齿轮轴与所述第二主动锥齿轮连接且同轴转动，所述第二主动锥齿轮的齿牙与所述从动锥齿轮相啮合。

5.根据权利要求4所述的一种车辆振动能量再生发电装置，其特征在于，所述上防护罩的内壁上沿其行径方向开设有两个滑槽，两所述滑槽之间沿所述上防护罩的轴线对称设置，以用于对所述驱动件起到限位和导向作用。

6.根据权利要求1所述的一种车辆振动能量再生发电装置，其特征在于，所述连接轴的底端通过轴承转动连接于所述下防护罩的内底面上。

7.根据权利要求1所述的一种车辆振动能量再生发电装置，其特征在于，所述上防护罩和下防护罩之间通过密封圈接触密封。

8.根据权利要求1所述的一种车辆振动能量再生发电装置，其特征在于，所述上防护罩的顶端设置有上连接环，并在所述下防护罩的底端设置有下连接环，以便于将所述减振机构安装于汽车悬架上。

9.根据权利要求1所述的一种车辆振动能量再生发电装置，其特征在于，所述从动锥齿轮的上端还设置有缓冲块，以起到对所述从动锥齿轮的保护作用。

10.一种车辆振动能量再生发电方法，其特征在于，将如权利要求1-9任一项所述的一种车辆振动能量再生发电装置安装于汽车悬架上，通过所述的一种车辆振动能量再生发电装置进行发电。

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