[发明专利]压电馈能式减振器

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽车减振器，特别是一种馈能式减振器。

技术背景

汽车产业的持续高速发展在拉动经济、提高人民生活水平的同时，对环境的污染日益严重，加剧了汽车可利用能源的短缺问题。节约能源、保护环境是汽车工业现在和将来发展必须面对的两个主题。因此，对汽车行驶过程中消耗的部分能量进行回收利用具有重要意义。

悬架连接车桥和车身，它的功用是缓和路面激励带给车身的冲击及衰减车身的振动，保证汽车的行驶平顺性和操纵稳定性。悬架系统在路面和发动机等激励下的随机振动能量被悬架减振器转化为热能形式消耗掉。如果将需要减振器消耗的能量进行回收，将其转换为车辆可直接利用的能量形式如电能、液压能等，并产生车辆减振需要的阻尼，就可以在保证车辆行驶平顺性的同时减少车辆的燃油消耗，达到节约能源和保护环境的目的。

目前汽车振动能量回收方法主要有机械式和电磁式。机械式馈能方法是利用液(气)压储能器，将振动能量以液压能或气压能的形式储存到该装置，但是响应速度较慢，响应频率较低。电磁式馈能方法是利用电磁发电机，发电机的线圈切割磁感线，将机械能转化为电能，但是体积较大，容易发生电磁干扰和漏磁等问题。

压电材料具有压电效应，压电效应是压电材料将机械能和电能相互转换的现象。利用压电材料的正压电效应将外界环境的振动能量转化为电能并进行储存的理论已经成为目前的研究热点，适合于车辆振动能量的回收。相对电磁原理、静电原理和液压原理，压电能量转换装置体现在机电转换性能好，不仅具有结构简单的优点，还包括无发热、无电磁干扰、惯性小和容易实现集成化等诸多优点。

目前关于车辆振动能量回收压电装置的专利文献中，压电装置都是力驱动的，没有考虑激励频率和压电装置固有频率的关系，无法做到激励频率和压电装置的固有频率相近，因此无法充分发挥压电装置的性能。并且只考虑了压电装置发电的特性，并没有考虑其阻尼特性，如果用压电装置取代原车辆减振器，压电装置的阻尼远远达不到车辆所需的阻尼，如果在原车辆减振器的基础上安装压电装置，将会改变车辆的阻尼特性，这都会使车辆的平顺性和舒适性下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够将车辆振动能量转化为电能、同时产生车辆减振所需的阻尼的压电馈能式减振器。

本发明的技术方案如下：

本发明包括减振器本体、万向传动轴和压电机构，万向传动轴两端分别通过十字轴万向节与减振器本体的齿轮轴和压电机构的凸轮轴连接。

所述压电机构主要包括壳体、压电梁、凸轮、凸轮轴和固定端。在壳体外的轴向表面两侧分别设有两个相对应的壳体吊耳，压电机构通过四个吊耳与车身连接；在箱体内，凸轮轴穿过箱体轴向中心线，该凸轮轴通过设在箱体两侧轴承座上的深沟球轴承固定在箱体上，轴承端盖通过螺栓固定在轴承外的箱体上，用于密封轴承端；所述凸轮轴的一端伸出箱体与万向传动轴连接，凸轮通过键安装在凸轮轴上，在凸轮两侧的凸轮轴上分别设有凸轮卡环，该凸轮两侧均设有直槽，该直槽两槽壁的展开图为相互平行的波浪形曲面，凸轮上的这种直槽可以增加压电梁的激励频率；在轴承座的上下箱体两侧内壁上分别设有固定端，15-30个压电梁的一端分别固定在固定端上，该压电梁的另一端通过滚针轴承安置在上述凸轮的直槽内。

所述压电梁的中间部分共分为三层，中间一层为金属基板，上下二层均是由压电陶瓷材料制成的压电片，在压电梁的上下两侧各设有一个电极，通过引线与外部设备或能量储存装置连接，达到能量的回收利用功能。压电梁的一端为固定块，通过环氧树脂将压电梁中间部分与固定块粘结到一起，并通过螺栓使固定块与压电机构上的固定端连接。压电梁的另一端与转轴粘结，转轴和凸轮机构之间通过滚针轴承间隙配合。靠万向传动轴一侧的压电梁的长度是另一侧压电梁长度的3/5。