CN203051013U - 一种车辆悬架振动能量转换装置 - Google Patents

Abstract

一种车辆悬架振动能量转换装置，包括运动变换机构、行星齿轮增速器、交流发电机、整流器和蓄电池。运动变换机构包括安装在壳体中的两组齿轮齿条传动机构。车辆行驶过程中，悬架受到路面冲击发生上下振动变形，使与悬架相连的运动变换机构中的两根齿条作上下往复运动，其中一根齿条直接驱动小齿轮转动，另一根齿条通过惰轮驱动小齿轮，两个小齿轮通过单向离合器驱动输出轴始终以同一方向转动，输出轴通过行星齿轮增速器提升转速，然后驱动发电机发电，经整流后给蓄电池充电，完成振动能量转换过程。本装置具有结构简单、制造成本低、能量转化率高等特点。

Description

一种车辆悬架振动能量转换装置

技术领域

本实用新型涉及机械能与电能换成装置，特别是一种将机动车辆悬架振动能量转换成电能的装置。

背景技术

众所周知，机动车辆在行驶过程中，遇到路面不平时车身会受到冲击，影响车辆乘坐的舒适性。为此，目前在车辆的悬架上普遍采用弹簧和减振器对这种冲击进行缓冲和衰减，悬架振动产生的机械能由减振器转化成热能耗散在大气中。

随着不可再生能源的日益紧张以及新能源的应用尚未普及，如何提高现有车辆的燃油经济性一直受到人们的关注。如果能利用特定的装置将车辆因路面冲击产生的悬架振动能量转换成电能，用其补充车载电器电能的消耗，对提高车辆的燃油经济性将是有利的。

正是基于这一考虑，目前出现了多种车辆悬架振动能量转换装置。

申请号为88100094.9的中国专利申请公开了一种采用杠杆、齿条和棘轮将悬架上下往复运动转变为转动，再通过蓄能器和增速齿轮组带动发电机进行能量转换的悬架振动能量转换装置，该装置只能在悬架被压缩行程有动力输出，即只能将悬架单方向运动的能量进行转换，能量转换率低；另外，该装置没有考虑对车辆乘坐舒适性的影响。

申请号为201110335346.3的中国专利申请公开了一种采用悬架连杆臂将悬架的上下运动通过单向离合器转换成旋转运动带动发电机发电的能量转换装置。该装置同样只能转换悬架向上或向下单方向运动的能量。

申请号为201010142657.3的中国专利申请公开了一种汽车能量再生减振装置，该装置由上、下工作缸和滚珠丝杠副将悬架的往复运动转换成转动，再通过双离合器和齿轮传动系统将其输出为单一方向的旋转运动，带动回能电机发电。该装置的缺点是结构复杂，制造成本高，且未考虑悬架高频振动时的乘坐舒适性。

申请号为200410013577.2的中国专利申请公开了一种采用直线发电机将车辆悬架振动机械能转变成电能的装置。该装置同样存在结构复杂，制造成本高的问题。

纵观现有的多种悬架能量转换装置，或因其结构复杂，或因其制造成本高，或因其降低了乘坐的舒适性，使其多数未能得到实际应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述现有技术存在的缺陷提供一种结构简单、通用性强、成本低，能量转换率高、且不降低乘坐舒适性的车辆悬架振动能量转换装置，为回收利用车辆悬架振动能量创造条件。

为实现上述目的，本实用新型提供的车辆悬架振动能量转换装置，包括运动变换机构、与运动变换机构相接的行星齿轮增速器、与行星齿轮增速器相接的交流发电机、与交流发电机相接的整流器和与整流器相接的蓄电池；所述运动变换机构包括安装在壳体中的两组齿轮齿条传动机构，其中一组齿轮齿条传动机构的齿条A驱动与其啮合的小齿轮A，另一组齿轮齿条传动机构的齿条B通过与其啮合的惰轮驱动小齿轮B，小齿轮A和小齿轮B分别通过结构相同的单向离合器A和单向离合器B驱动输出轴；输出轴与所述行星齿轮增速器相接；齿条A和齿条B参数相同，其下端与推杆相接，推杆与非簧载质量相接。

所述齿条A和齿条B采取中间疏，两头密的变齿距设计。

所述小齿轮A的齿数大于小齿轮B的齿数。

所述推杆通过缓冲弹簧与所述非簧载质量相接。

所述输出轴的后端安装有飞轮蓄能器。

所述单向离合器A和单向离合器B为滚柱式单向离合器。

用本实用新型车辆悬架振动能量转换装置取代车辆原有的减振器，其有益效果是：

1、通过装置运动变换机构中的两组齿轮齿条传动机构可将悬架向上和向下两个方向的振动变为输出轴的同方向转动，利用行星齿轮增速器和交流发电机将悬架的上下振动能量全部转化成电能，能量转化率高。

2、通过齿条中间疏两头密的变齿距设计、推杆与非簧载质量之间加缓冲弹簧和小齿轮A的齿数大于小齿轮B的齿数等技术措施使安装本实用新型装置的车辆的乘坐舒适性得以提高。

3、本实用新型装置结构简单，除齿条齿轮传动机构外所有其它部件均可采用市售标准件，制造成本低，适合各种车辆使用。

附图说明

图1 是本实用新型车辆悬架振动能量转换装置的结构框图；

图2 是图1中运动变换机构的结构示意图；

图3 是图2中左部齿轮齿条传动机构的示意图；

图4 是图2中右部齿轮齿条传动机构及单向离合器的结构示意图；

图中：1-路面，2-车轮，3-非簧载质量，4-悬架弹簧，5-运动变换机构，6-车身，7-行星齿轮增速器，8-交流发电机，9-整流器，10-蓄电池，21-壳体，22-输出轴。23-推杆，24-齿条A，25-小齿轮A，26-齿条B，27-小齿轮B，28-惰轮，29-飞轮蓄能器，30-单向离合器B，31-单向离合器A，32-缓冲弹簧，41-外座圈，42-滚子，43-弹簧，44-十字块。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

结合图1和图2，本实施例车辆悬架振动能量转换装置，其运动变换机构5通过壳体21外部上下两个安装孔安装在现有被动悬架车辆减振器的位置（安装本实用新型装置后车辆将不再需要减振器）。运动变换机构5的下部通过推杆23和缓冲弹簧32与非簧载质量3相接，侧部通过输出轴22与行星齿轮增速器7相接，行星齿轮增速器7与交流发电机8相接，交流发电机8通过整流器9与蓄电池10相接。

结合图2、图3和图4，在所述运动变换机构5的壳体21中安装有两组齿轮齿条传动机构，其中位于图2中右边一组齿轮齿条传动机构的齿条A24驱动与其啮合的小齿轮A25，左边一组齿轮齿条传动机构的齿条B26通过与其啮合的惰轮28驱动小齿轮B27；齿条A24和齿条B26参数相同，并采取中间疏，两头密变齿距设计（齿轮和齿条采用螺旋齿），实现变传动比；小齿轮A25的齿数大于小齿轮B27的齿数；小齿轮A25和小齿轮B27分别通过结构相同的滚柱式单向离合器A31和单向离合器B30驱动输出轴22（如图4所示）；输出轴22前端与所述行星齿轮增速器7相接，后端安装有飞轮蓄能器29；齿条A24和齿条B26的下端与推杆23刚性连接；推杆23通过缓冲弹簧32与非簧载质量3相接。

本实施例能量转换装置的工作原理是：

车辆行驶过程中，不平路面1产生对车轮2的冲击经非簧载质量3传递到悬架弹簧4和运动变换机构5，然后传递到车身6。运动变换机构5中的齿条A24和齿条B26在上下往复运动的推杆23驱动下作上下往复运动。

当悬架被压缩时，首先压缩缓冲弹簧32，然后推动与其连接的推杆23，推杆23推动齿条A24和齿条B26向上运动。向上运行的齿条A24带动小齿轮A25作顺时针转动，与小齿轮A25刚性连接的单向离合器A31的外座圈41也作顺时针转动，在弹簧43的作用下，滚子42被推向外座圈41和十字块44组成的楔形槽的窄边，带动十字块44作顺时针转动。十字块44将动力传给输出轴22作顺时针转动。

当悬架被拉伸时，推杆23拖动齿条向下运动，向下运行的齿条A24带动小齿轮A25作逆时针转动，与小齿轮A25刚性连接的单向离合器A31的外座圈41也作逆时针转动，在外座圈41的作用下，滚子42被推向外座圈41和十字块44组成的楔形槽的宽边，从而使单向离合器分离，不传递动力。

同理，当悬架被压缩时，向上运行的齿条B26通过惰轮28驱动小齿轮B27逆时针转动，这时单向离合器B30分离；当悬架被拉伸时，向下运行的齿条B26通过惰轮28驱动小齿轮B27顺时针转动，这时单向离合器B30啮合，带动输出轴22作顺时针转动。

这样，无论悬架处于压缩或拉伸行程，输出轴22始终作顺时针转动。输出轴22的转动经行星齿轮增速器7将转速提高，带动交流发电机8发电，经整流器9整流后向蓄电池10充电。

齿条A24和齿条B26采用中间疏、两头密的变齿距设计，可以改善乘坐的舒适性。

小齿轮A25的齿数大于小齿轮B27的齿数，可以使拉伸行程的阻尼系数大于压缩行程的阻尼系数，以提供较好的乘坐舒适性和操控稳定性。

运动变换机构5的下方通过缓冲弹簧32与非簧载质量3相接，是基于与传统的减振器相比，本能量转换装置中传动系统的转动惯量将使得悬架的阻尼变硬，降低了车辆的乘坐舒适性，通过在运动变换机构的下方安装缓冲弹簧32可把这种不利影响尽可能降低。

在输出轴22后端安装飞轮蓄能器29，可起到在悬架运行方向改变过程中降低发电机转速波动的作用。

单向离合器A31和单向离合器B30采用体积较小的滚柱式单向离合器可缩小运动变换机构5的体积。

Claims (6)

1.一种车辆悬架振动能量转换装置，包括运动变换机构（5）、与运动变换机构（5）相接的行星齿轮增速器（7）、与行星齿轮增速器（7）相接的交流发电机（8）、与交流发电机（8）相接的整流器（9）和与整流器（9）相接的蓄电池（10）；其特征在于：所述运动变换机构（5）包括安装在壳体（21）中的两组齿轮齿条传动机构，其中一组齿轮齿条传动机构的齿条A（24）驱动与其啮合的小齿轮A（25），另一组齿轮齿条传动机构的齿条B（26）通过与其啮合的惰轮（28）驱动小齿轮B（27），小齿轮A（25）和小齿轮B（27）分别通过结构相同的单向离合器A（31）和单向离合器B（30）驱动输出轴（22）；输出轴（22）与所述行星齿轮增速器（7）相接；齿条A（24）和齿条B（26）参数相同，其下端与推杆（23）相接，推杆（23）与非簧载质量（3）相接。

2.根据权利要求1所述的车辆悬架振动能量转换装置，其特征在于：所述齿条A（24）和齿条B（26）采取中间疏，两头密的变齿距设计。

3.根据权利要求1所述的车辆悬架振动能量转换装置，其特征在于：所述小齿轮A（25）的齿数大于小齿轮B（27）的齿数。

4.根据权利要求1所述的车辆悬架振动能量转换装置，其特征在于：所述推杆（23）通过缓冲弹簧（32）与所述非簧载质量（3）相接。

5.根据权利要求1所述的车辆悬架振动能量转换装置，其特征在于：所述输出轴（22）的后端安装有飞轮蓄能器（29）。

6.根据权利要求1所述的车辆悬架振动能量转换装置，其特征在于：所述单向离合器A（31）和单向离合器B（30）为滚柱式单向离合器。

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