CN202165508U

CN202165508U - 能量收集式减振器

Info

Publication number: CN202165508U
Application number: CN2011202053575U
Authority: CN
Inventors: 靳阳
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2021-06-17

Abstract

本实用新型涉及的能量收集式减振器，包括有振动采集装置，液压控制回路，容积补偿装置，能量转换装置和能量收集控制系统；所述液压控制回路，由止回单向阀和连接管路构成，能量转换装置，由液压马达和发电机构成；振动采集装置中的有杆腔经连接管路直接与能量转换装置中的液压马达一端接通，液压马达的另一端经连接管路与振动采集装置中的无杆腔连接；止回单向阀并联于振动采集装置中的有杆腔和无杆腔之间，有杆腔到无杆腔是止回单向阀截止方向；通过本方案，省略了现有技术中对发电机充电负载的切换；其结构简单，零部件少，便于制造，可靠性高；易于满足传统减振器的阻尼特性要求；电能存储更加简化，亦方便开发具有可变阻尼功能的减振器。

Description

能量收集式减振器

技术领域

本实用新型涉及一种减振器，特别是涉及一种能量收集式减振器。

背景技术

本实用新型是对现有实用新型专利——振动发电机200810222208.2，以及实用新型专利——能量收集式减振器200920109212.8、能量收集式减振器201020570089.2和能量收集式减振器200720149635.3的改进。

1、基本工作原理

能量收集式减振器可以在为机械系统减振的同时，将振动的能量转化为可以利用的电能，并通过控制发电机的输出控制减振器的阻尼。例如实用新型200920109212.8，采用了如下技术实现方式：机械振动带动能量收集式减振器的活塞/缸体结构运动，通过液压控制回路传导振动的能量，驱动液压马达带动发电机发电，发电机输出电能，向蓄电池充电。

2、阻尼力的提供方式

在充电过程中，减振器阻尼控制电路(如实用新型200720149635.3中的减振器阻尼控制电路)选择发电机的充电负载，通过改变发电机的输出电流大小改变减振器的阻尼力大小。

3、与阻尼力相关的减振器技术要求

减振器在压缩和拉伸两个行程中，其提供的阻尼力应该是不同的。以普通汽车悬架减振器为例，压缩行程提供的阻尼力要小于拉伸行程。

4、能量收集式减振器阻尼力大小与液压马达转速高低的关系

能量收集式减振器的液压马达驱动发电机工作。活塞和缸体随振动发生相对运动，带动发电机运转发电；发电机作为负载，为活塞和缸体提供阻尼力。以应用永磁直流发电机为例，活塞和缸体之间的振动速度越快，液压马达带动发电机的转速就越高，输出电压就越高；而发电机输出电流越大，发电机轴的转矩就越大，能量收集式减振器提供阻尼力也就越大；因此，当发电机的充电负载阻抗一定时，发电机转速越高，相应输出的电压就越高、相应输出的电流就越大，能量收集式减振器提供的阻尼力也就越大。

于是，得到定性的结论：当发电机的充电负载阻抗一定时，液压马达/发电机转速越高，减振器提供的阻尼力越大。

5、现有技术的不足

上述现有技术中，缸体上腔和下腔有效容积直接决定了流经液压马达的液压油流量：在压缩行程，缸体无杆腔的容积直接影响了液压马达的转速；在拉伸行程，缸体有杆腔的容积直接影响了液压马达的转速。由于活塞杆的体积，缸体有杆腔的有效容积小于无杆腔的有效容积，这导致了当振动频率一定时，压缩行程液压马达的转速一定大于拉伸行程液压马达的转速。

根据之前得到的结论，可知：基于现有技术制造的能量收集式减振器，当其充电负载阻抗一定时，减振器在压缩行程中提供的阻尼力大于其在拉伸行程中提供的阻尼力。而普通汽车悬架减振器要求在压缩行程中，减振器提供的阻尼力小于其在拉伸行程中提供的阻尼力。

为实现与普通汽车悬架减振器相同的阻尼特性，实用新型200720149635.3中采用了变充电负载的办法：在压缩行程，为小输入电流的蓄电池充电；在拉伸行程，为大输入电流的蓄电池充电。

变充电负载的具体实现方式如下：设置运动检测装置，即在减振器的活塞和缸体上安装磁棒和线圈，在压缩和拉伸行程中，磁棒在线圈内相对运动，线圈输出的电信号用以检测压缩或拉伸运动；设置充电负载切换装置，即将线圈输出的电信号作为控制信号，控制充电负载切换装置的开关元件通断，实现发电机为两个输入电流大小不同的蓄电池充电。因此，在现有技术中，需要设置运动检测装置、充电负载切换装置和两套蓄电池。

实用新型内容：

本实用新型要解决的技术问题是，提供一种能量收集式减振器，通过本技术方案，基于该结构的能量收集式减振器，可以只在设计时，通过调整活塞杆体积与有杆腔有效容积之间的比例关系，且不控制发电机的充电电流大小，即可实现压缩和拉伸两个行程阻尼力的设计要求，并且省略了现有技术中对发电机充电负载的切换；同时，经过改进的液压回路结构相比现有技术中涉及的液压回路结构更加简单，提高了可靠性。

本实用新型提出的结构，可以通过设计活塞/缸体的尺寸确定活塞杆体积与有杆腔有效容积的体积比，从而确定液压马达在压缩行程时的转速与拉伸行程时的转速比；当固定了减振器的充电负载时，实现压缩和拉伸两个行程减振器不同的阻尼力，有利于开发低成本的固定阻尼减振器；当通过控制发电机的输出电流大小实现阻尼控制时，本实用新型也可以简化控制策略，有利于开发低成本的变阻尼减振器。

本实用新型是按如下方式实现的：

一种能量收集式减振器，液压油缸的有杆腔与无杆腔分别与液压马达两端相连，并且在有杆腔与无杆腔之间旁设一个单向导通的开关元件，确定液压马达在能量收集式减振器的拉伸行程的转速，即可实现拉伸行程阻尼力的设计要求。

所述液压马达一端到无杆腔之间设置有一个单向导通的开关元件，所述单向导通元件从无杆腔到液压马达一端是截止的，通过液压油缸内活塞杆的体积与有杆腔有效容积间的比例关系，确定液压马达在能量收集式减振器的压缩和拉伸两个行程对应的转速，无需控制发电机的充电电流大小，即可实现压缩和拉伸两个行程阻尼力的设计要求。

一种能量收集式减振器，包括有振动采集装置，液压控制回路，容积补偿装置，能量转换装置和能量收集控制系统；所述液压控制回路，由止回单向阀和连接管路构成，所述能量转换装置，由液压马达和发电机构成；所述振动采集装置中的有杆腔经连接管路直接与能量转换装置中的液压马达一端接通，液压马达的另一端经连接管路与振动采集装置中的无杆腔连接；止回单向阀并联于振动采集装置中的有杆腔和无杆腔之间，有杆腔到无杆腔是止回单向阀截止方向；所述能量收集控制系统，包含电流控制器和用电器，其中电流控制器的一端并联于能量转换装置的发电机输出端，电流控制器的另一端并联用电器。

所述无杆腔与液压马达连接的连接管路上设置有补偿单向阀，从无杆腔到液压马达的方向是截止的。

所述容积补偿装置为蓄能器，所述蓄能器设置在联通无杆腔和液压马达之间的连接管路上，或设置在联通补偿单向阀和液压马达之间的连接管路上。

在本实用新型技术方案的实际应用中，所述能量收集控制系统，包括有电流控制器和用电器，所述电流控制器的输入端与能量转换装置中的发电机输出端相并联，电流控制器的输出端与用电器相并联。

本实用新型能量收集式减振器的积极效果是：通过技术方案，可以只通过调整活塞杆体积与有杆腔有效容积间的比例关系，且无需控制发电机的充电电流的大小，即实现压缩和拉伸两个行程阻尼力的设计要求，并且省略了现有技术中对发电机充电负载的切换；其结构简单，零部件少，便于制造，可靠性高；易于满足传统减振器的阻尼特性要求(如普通汽车悬架减振器)；电能存储更加进一步简化，亦可开发具有可变阻尼功能的减振器。

附图说明：

图1为本实用新型能量收集式减振器中工作方框图。

图2为本实用新型能量收集式减振器中单边结构示意图。

图3为本实用新型能量收集式减振器中双边结构示意图。

图4为本实用新型能量收集式减振器中能量收集控制系统示意图。

图5为本实用新型能量收集式减振器中能量收集控制系统的实例。

图中：

1、振动采集装置 2、液压控制回路 3、容积补偿装置

4、能量转换装置 5、能量收集控制系统

11、活塞 12、缸体 13、有杆腔

14、无杆腔

21、止回单向阀 22、补偿单向阀

31、蓄能器

41、液压马达 42、发电机

51、电流控制器 52、用电器

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案作进一步说明。

如图1和图2所示，本实用新型涉及的能量收集式减振器，由振动采集装置1，液压控制回路2，容积补偿装置3，能量转换装置4和能量收集控制系统5构成；所述液压控制回路2，由止回单向阀21和连接管路构成，所述能量转换装置4，由液压马达41和发电机42构成；所述振动采集装置1中的有杆腔13经连接管路直接与能量转换装置4中的液压马达41的一端接通，液压马达41的另一端经连接管路与振动采集装置1中的无杆腔14连接；止回单向阀21并联于振动采集装置1中的有杆腔13和无杆腔14之间，有杆腔13到无杆腔14是止回单向阀21的截止方向。

如图2中所示，本实用新型能量收集式减振器的单边结构，由活塞11和缸体12组成振动采集装置1，止回单向阀21和必要的连接管路组成液压控制回路2，蓄能器31作为容积补偿装置3，液压马达41和发电机42组成能量转换装置4。

所述活塞11在缸体12内将缸体12分为两个腔，有杆腔13和无杆腔14；有杆腔13同时通过液压管路连接止回单向阀21的出口和液压马达41的入口，无杆腔14同时与止回单向阀21的的入口、液压马达41的出口和蓄能器31通过液压管路相连；液压马达41带动发电机42发电；发电机42输出电能。

本实用新型能量收集式减振器的单边结构，在工作过程中，机械振动驱动活塞11在缸体12内往复运动，将缸体12分为有杆腔13和无杆腔14。在压缩行程中，流体(如液压油)从无杆腔14流出，一部分流体打开止回单向阀21，流入有杆腔13；由于活塞11的体积，另一部分流体储存于蓄能器31中。在拉伸行程中，流体从有杆腔13流出，驱动液压马达41运转，带动发电机42发电；流体从液压马达41内流出与蓄能器31中储存的流体汇集，补充给无杆腔14。

如图3所示，本实用新型能量收集式减振器的双边结构，在无杆腔14与液压马达41连接的通路上设置有补偿单向阀22，从无杆腔14到液压马达41的方向是截止的。

活塞11和缸体12组成振动采集装置1，止回单向阀21、补偿单向阀22和必要的连接管路组成液压控制回路2，蓄能器31作为容积补偿装置3，液压马达41和发电机42组成能量转换装置4。

活塞11在缸体12内将缸体12分为两个腔，有杆腔1 3和无杆腔14；有杆腔1 3同时通过液压管路连接止回单向阀21的出口和液压马达41的入口，无杆腔14同时通过液压管路连接补偿单向阀22的出口和止回单向阀21的入口；液压马达41的出口与补偿单向阀22的入口、蓄能器31三者通过液压管路连接；液压马达41带动发电机42发电；发电机42输出电能。

本实用新型能量收集式减振器的双边结构，工作过程中，机械振动驱动活塞11在缸体12内往复运动，将缸体12分为有杆腔1 3和无杆腔14。在压缩行程中，流体(如液压油)从无杆腔14流出，打开止回单向阀21；由于活塞11的体积，一部分流体流入有杆腔13，另一部分流体驱动液压马达41运转，带动发电机42发电；流体从液压马达41流出后，储存于蓄能器31中。在拉伸行程中，流体从有杆腔13流出，驱动液压马达41运转，带动发电机42发电；流体从液压马达41内流出与蓄能器31中储存的流体汇集，打开补偿单向阀22，补充给无杆腔14。

如图4所示，本实用新型能量收集式减振器的能量收集控制系统5，包含电流控制器51和用电器52，其中电流控制器51的一端并联于能量转换装置4的发电机42输出端，电流控制器51的另一端并联用电器52。

在工作时，能量收集控制系统5作为能量收集式减振器的负载，决定了减振器的阻尼力大小；所述用电器52作为发电机42的负载，电流控制器51可以控制发电机42的输出电流的方向和大小。

本实用新型提出的能量收集式减振器，通过具体实例介绍活塞杆体积与有杆腔有效容积间比例关系的确定。

当减振器活塞杆直径为d，油缸内径为D，阻尼力要求为压缩阻力与拉伸阻力的比值为1∶3时。

在设计过程中选取如下尺寸：d/D＝1/2。

能量收集式减振器采用如附图3所示的结构，发电机42采用永磁直流发电机；充电和电流方向控制如附图5所示，发电机42的正极输出与图5中的二极管53一端相连，负极输出与蓄电池54的一端相连。

在拉伸行程中，该能量收集式减振器的发电机转速约是压缩行程中发电机转速的3倍，二极管53保证了电流单向流入蓄电池54，为其充电。

以上所述，仅为本实用新型的较佳可行实施例而已，并非用以限定本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种能量收集式减振器，包括有振动采集装置，液压控制回路，容积补偿装置，能量转换装置和能量收集控制系统；其特征在于，所述液压控制回路，由止回单向阀和连接管路构成，所述能量转换装置，由液压马达和发电机构成；所述振动采集装置中的有杆腔经连接管路直接与能量转换装置中的液压马达一端接通，液压马达的另一端经连接管路与振动采集装置中的无杆腔连接；止回单向阀并联于振动采集装置中的有杆腔和无杆腔之间，有杆腔到无杆腔是止回单向阀截止方向；所述能量收集控制系统，包含电流控制器和用电器，其中电流控制器的一端并联于能量转换装置的发电机输出端，电流控制器的另一端并联用电器。

2.根据权利要求1所述的能量收集式减振器，其特征在于，所述无杆腔与液压马达连接的连接管路上设置有补偿单向阀，从无杆腔到液压马达的方向是截止的。

3.根据权利要求1或2所述的能量收集式减振器，其特征在于，所述容积补偿装置为蓄能器，所述蓄能器设置在联通无杆腔和液压马达之间的连接管路上，或设置在联通补偿单向阀和液压马达之间的连接管路上。