[发明专利]一种基于压电材料的馈能悬架装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于压电材料的馈能悬架装置，属于汽车节能减排技术领域。

背景技术

悬架是车架与车桥之间的一切传力连接装置的总称。汽车在道路上行驶过程中，由于不平路面的激励以及各种复杂的道路工况，汽车一部分能量在悬架的振动的过程中通过减振器将其转换为热能消耗掉，如果能把这部分能量进行回收的话，能很大程度上降低油耗，也减少日益增多的汽车对汽车环境的破坏，因此，对悬架振动能量的回收具有非常重要的意义。

压电效应是100多年前居里兄弟研究石英时发现的，其原理是，如果对压电材料施加压力，它便会产生电位差，称之为正压电效应；反之施加电压，则产生机械应力，称为逆压电效应；在现实生活中，压电材料具有机械能与电能之间转换和逆转换的功能，压电材料发电具有持久、清洁、免维护的特点，其具有超高的能量密度，其峰值能量密度可达100-10000Kw/Kg。

因此，可以将压电材料引入到悬架系统中，利用悬架在汽车行驶过程中不断压缩和拉伸这一特点，将这一机械动作通过一定装置转化为对压电材料的压力，进而产生电能，并可以通过储能装置进行回收和储存，达到将机械能转化为电能的目的；目前，悬架的振动能量回收方式有多种，但引入压电材料还处于探索的起步阶段，因此，基于压电材料的馈能悬架装置对于节能减排具有重要的意义和广阔的市场前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：在汽车行驶过程中，随着悬架的上下运动，减振器的活塞杆上下振动，在不影响减振器工作性能的同时，对活塞杆的振动能量进行回收，以便后续使用。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：基于传统的筒式液压减振器，设计一个包含压电振子的压电馈能模块，并将其与加工有若干凸台的活塞杆同轴安装；同时，压电馈能模块的上部和下部都是压紧的弹簧；当减振器拉伸或压缩时，活塞杆会相应的拉伸和压缩，此时活塞杆上的凸台会挤压压电馈能模块中的压电振子并带动压电馈能模块一起运动，此时活塞杆上的凸台通过挤压压电材料，产生正压电效应。

一种基于压电材料的馈能悬架装置，包括减振器、弹簧、上吊耳、下吊耳和托架；上吊耳与车身或者车架铰接，下吊耳与车桥铰接，减振器包括工作缸和活塞杆，活塞杆能够沿着工作缸轴向上下滑动；所述的活塞杆的上端加工有凸台A，托架焊接在减振器的工作缸上，其特征在于：弹簧由弹簧A和弹簧B组成，弹簧A与压电馈能模块、弹簧B依次串联并与减振器同轴线安装，弹簧A和弹簧B套装在减振器外侧，压电馈能模块位于弹簧A与弹簧B之间，弹簧A的上端与凸台A的下表面接触，弹簧A的下端与压电馈能模块的上表面接触，弹簧B的上端与压电馈能模块的下表面接触，弹簧B的下端与托架的上表面接触同时套在工作缸上，凸台A和托架用以限制弹簧A和弹簧B的轴向运动；活塞杆中部均匀间隔地加工有若干凸台B，凸台B表面涂有绝缘层；压电馈能模块包括绝缘壳体和压电振子，绝缘壳体为中空结构，并与活塞杆同轴，其内壁均匀地开有若干凹槽，用于固定压电振子，压电振子由绝缘基体和压电材料组成，压电材料与绝缘基体加工成空心圆盘状，压电材料制成薄膜状分别安装在绝缘基体的上端和下端；压电振子的外缘定位于绝缘壳体内壁的凹槽之中，其内缘定位于活塞杆上的凸台B中；所述凸台B的直径大于绝缘基体的内径，绝缘外壳内壁的凹槽和凸台B共同作用限制压电振子的轴向移动。

所述的压电材料与绝缘基体沿空心圆盘径向均匀开有切槽制成楔形，以增强压电效应。

本技术具有如下优点：

（1）能够将汽车行驶过程中的振动能量转化为电能供给车辆用电网络或存储到蓄电池中；

（2）引入多组压电材料不需要消耗任何能源，可靠性高，且压电材料具有较高的能量密度，发电效果明显；

（3）引入的压电模块体积可以做的很小，可以在传统麦弗逊悬架上做简单改装即可实现装置功能，在保证原有悬架性能的前提下起到能量回收作用，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是基于压电材料的馈能悬架装置示意图；

图2是压电振子示意图；

图3是制成碟形薄膜状的压电材料示意图；

图中1.上吊耳   2.凸台A   3.弹簧A   4.绝缘壳体   5.压电材料   6.工作缸   7.下吊耳   8.托架   9.弹簧B   10.减振器   11.活塞杆   12.绝缘基体   13.凸台B   14.压电馈能模块   15.压电振子。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明具体实施过程做进一步说明。