專利名稱：能量收集式減振器及其實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能量收集式減振器，特別是涉及一種能量收集式減振器及其實現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
本發(fā)明是對現(xiàn)有發(fā)明專利——振動發(fā)電機200810222208. 2，以及實用新型專利——能量收集式減振器200920109212. 8、能量收集式減振器201020570089. 2和能量收集式減振器200720149635. 3的改進。1、基本工作原理能量收集式減振器可以在為機械系統(tǒng)減振的同時，將振動的能量轉(zhuǎn)化為可以利用的電能，并通過控制發(fā)電機的輸出控制減振器的阻尼。例如實用新型200920109212. 8，采用了如下技術(shù)實現(xiàn)方式機械振動帶動能量收集式減振器的活塞/缸體結(jié)構(gòu)運動，通過液壓控制回路傳導振動的能量，驅(qū)動液壓馬達帶動發(fā)電機發(fā)電，發(fā)電機輸出電能，向蓄電池充 H1^ ο2、阻尼力的提供方式在充電過程中，減振器阻尼控制電路(如實用新型200720149635. 3中的減振器阻尼控制電路)選擇發(fā)電機的充電負載，通過改變發(fā)電機的輸出電流大小改變減振器的阻尼力大小。3、與阻尼力相關(guān)的減振器技術(shù)要求減振器在壓縮和拉伸兩個行程中，其提供的阻尼力應(yīng)該是不同的。以普通汽車懸架減振器為例，壓縮行程提供的阻尼力要小于拉伸行程。4、能量收集式減振器阻尼力大小與液壓馬達轉(zhuǎn)速高低的關(guān)系能量收集式減振器的液壓馬達驅(qū)動發(fā)電機工作?；钊透左w隨振動發(fā)生相對運動，帶動發(fā)電機運轉(zhuǎn)發(fā)電；發(fā)電機作為負載，為活塞和缸體提供阻尼力。以應(yīng)用永磁直流發(fā)電機為例，活塞和缸體之間的振動速度越快，液壓馬達帶動發(fā)電機的轉(zhuǎn)速就越高，輸出電壓就越高；而發(fā)電機輸出電流越大，發(fā)電機軸的轉(zhuǎn)矩就越大，能量收集式減振器提供阻尼力也就越大；因此，當發(fā)電機的充電負載阻抗一定時，發(fā)電機轉(zhuǎn)速越高，相應(yīng)輸出的電壓就越高、 相應(yīng)輸出的電流就越大，能量收集式減振器提供的阻尼力也就越大。于是，得到定性的結(jié)論當發(fā)電機的充電負載阻抗一定時，液壓馬達/發(fā)電機轉(zhuǎn)速越高，減振器提供的阻尼力越大。5、現(xiàn)有技術(shù)的不足上述現(xiàn)有技術(shù)中，缸體上腔和下腔有效容積直接決定了流經(jīng)液壓馬達的液壓油流量在壓縮行程，缸體無桿腔的容積直接影響了液壓馬達的轉(zhuǎn)速；在拉伸行程，缸體有桿腔的容積直接影響了液壓馬達的轉(zhuǎn)速。由于活塞桿的體積，缸體有桿腔的有效容積小于無桿腔的有效容積，這導致了當振動頻率一定時，壓縮行程液壓馬達的轉(zhuǎn)速一定大于拉伸行程液壓馬達的轉(zhuǎn)速。
3
根據(jù)之前得到的結(jié)論，可知基于現(xiàn)有技術(shù)制造的能量收集式減振器，當其充電負載阻抗一定時，減振器在壓縮行程中提供的阻尼力大于其在拉伸行程中提供的阻尼力。而普通汽車懸架減振器要求在壓縮行程中，減振器提供的阻尼力小于其在拉伸行程中提供的阻尼力。為實現(xiàn)與普通汽車懸架減振器相同的阻尼特性，實用新型200720149635. 3中采用了變充電負載的辦法在壓縮行程，為小輸入電流的蓄電池充電；在拉伸行程，為大輸入電流的蓄電池充電。變充電負載的具體實現(xiàn)方式如下設(shè)置運動檢測裝置，即在減振器的活塞和缸體上安裝磁棒和線圈，在壓縮和拉伸行程中，磁棒在線圈內(nèi)相對運動，線圈輸出的電信號用以檢測壓縮或拉伸運動；設(shè)置充電負載切換裝置，即將線圈輸出的電信號作為控制信號，控制充電負載切換裝置的開關(guān)元件通斷，實現(xiàn)發(fā)電機為兩個輸入電流大小不同的蓄電池充電。 因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，需要設(shè)置運動檢測裝置、充電負載切換裝置和兩套蓄電池。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種能量收集式減振器及其實現(xiàn)方法，通過本技術(shù)方案，基于該結(jié)構(gòu)的能量收集式減振器，可以只在設(shè)計時，通過調(diào)整活塞桿體積與有桿腔有效容積之間的比例關(guān)系，且不控制發(fā)電機的充電電流大小，即可實現(xiàn)壓縮和拉伸兩個行程阻尼力的設(shè)計要求，并且省略了現(xiàn)有技術(shù)中對發(fā)電機充電負載的切換；同時，經(jīng)過改進的液壓回路結(jié)構(gòu)相比現(xiàn)有技術(shù)中涉及的液壓回路結(jié)構(gòu)更加簡單，提高了可靠性。本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)，可以通過設(shè)計活塞/缸體的尺寸確定活塞桿體積與有桿腔有效容積的體積比，從而確定液壓馬達在壓縮行程時的轉(zhuǎn)速與拉伸行程時的轉(zhuǎn)速比；當固定了減振器的充電負載時，實現(xiàn)壓縮和拉伸兩個行程減振器不同的阻尼力，有利于開發(fā)低成本的固定阻尼減振器；當通過控制發(fā)電機的輸出電流大小實現(xiàn)阻尼控制時，本發(fā)明也可以簡化控制策略，有利于開發(fā)低成本的變阻尼減振器。本發(fā)明是按如下方式實現(xiàn)的一種能量收集式減振器的實現(xiàn)方法，液壓油缸的有桿腔與無桿腔分別與液壓馬達兩端相連，并且在有桿腔與無桿腔之間旁設(shè)一個單向?qū)ǖ拈_關(guān)元件，確定液壓馬達在能量收集式減振器的拉伸行程的轉(zhuǎn)速，即可實現(xiàn)拉伸行程阻尼力的設(shè)計要求。所述液壓馬達一端到無桿腔之間設(shè)置有一個單向?qū)ǖ拈_關(guān)元件，所述單向?qū)ㄔ臒o桿腔到液壓馬達一端是截止的，通過液壓油缸內(nèi)活塞桿的體積與有桿腔有效容積間的比例關(guān)系，確定液壓馬達在能量收集式減振器的壓縮和拉伸兩個行程對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，無需控制發(fā)電機的充電電流大小，即可實現(xiàn)壓縮和拉伸兩個行程阻尼力的設(shè)計要求。一種能量收集式減振器，包括有振動采集裝置，液壓控制回路，容積補償裝置，能量轉(zhuǎn)換裝置和能量收集控制系統(tǒng)；所述液壓控制回路中，由止回單向閥和連接管路構(gòu)成，所述能量轉(zhuǎn)換裝置中，由液壓馬達和發(fā)電機構(gòu)成；所述振動采集裝置中的有桿腔經(jīng)連接管路直接與能量轉(zhuǎn)換裝置中的液壓馬達一端接通，液壓馬達的另一端經(jīng)連接管路與振動采集裝置中的無桿腔連接；止回單向閥并聯(lián)于振動采集裝置中的有桿腔和無桿腔之間，有桿腔到無桿腔是止回單向閥截止方向；所述能量收集控制系統(tǒng)，包含電流控制器和用電器，其中電流控制器的一端并聯(lián)于能量轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)電機輸出端，電流控制器的另一端并聯(lián)用電器。
所述無桿腔與液壓馬達連接的連接管路上設(shè)置有補償單向閥，從無桿腔到液壓馬達的方向是截止的。所述容積補償裝置為蓄能器，所述蓄能器設(shè)置在聯(lián)通無桿腔和液壓馬達之間的連接管路上，或設(shè)置在聯(lián)通補償單向閥和液壓馬達之間的連接管路上。在本發(fā)明技術(shù)方案的實際應(yīng)用中，所述能量收集控制系統(tǒng)，包括有電流控制器和用電器，所述電流控制器的輸入端與能量轉(zhuǎn)換裝置中的發(fā)電機輸出端相并聯(lián)，電流控制器的輸出端與用電器相并聯(lián)。本發(fā)明能量收集式減振器及其實現(xiàn)方法的積極效果是通過技術(shù)方案，可以只通過調(diào)整活塞桿體積與有桿腔有效容積間的比例關(guān)系，且無需控制發(fā)電機的充電電流的大小，即實現(xiàn)壓縮和拉伸兩個行程阻尼力的設(shè)計要求，并且省略了現(xiàn)有技術(shù)中對發(fā)電機充電負載的切換；其結(jié)構(gòu)簡單，零部件少，便于制造，可靠性高；易于滿足傳統(tǒng)減振器的阻尼特性要求(如普通汽車懸架減振器)；電能存儲更加進一步簡化，亦可開發(fā)具有可變阻尼功能的減振器。


圖1為本發(fā)明能量收集式減振器及其實現(xiàn)方法的工作方框圖。圖2為本發(fā)明能量收集式減振器中單邊結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明能量收集式減振器中雙邊結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明能量收集式減振器中能量收集控制系統(tǒng)示意圖。圖5為本發(fā)明能量收集式減振器中能量收集控制系統(tǒng)的實例。圖中1、振動采集裝置4、能量轉(zhuǎn)換裝置11、活塞14、無桿腔21、止回單向閥31、蓄能器41、液壓馬達51、電流控制器
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步說明。如圖1和圖2所示，本發(fā)明涉及的能量收集式減振器，由振動采集裝置1，液壓控制回路2，容積補償裝置3，能量轉(zhuǎn)換裝置4和能量收集控制系統(tǒng)5構(gòu)成；所述液壓控制回路2 中，由止回單向閥21和連接管路構(gòu)成，所述能量轉(zhuǎn)換裝置4中，由液壓馬達41和發(fā)電機42 構(gòu)成；所述振動采集裝置1中的有桿腔13經(jīng)連接管路直接與能量轉(zhuǎn)換裝置4中的液壓馬達 41的一端接通，液壓馬達41的另一端經(jīng)連接管路與振動采集裝置1中的無桿腔14連接； 止回單向閥21并聯(lián)于振動采集裝置1中的有桿腔13和無桿腔14之間，有桿腔13到無桿腔14是止回單向閥21的截止方向。
2、液壓控制回路 3、容積補償裝置
5、能量收集控制系統(tǒng)
12、缸體13、有桿腔
22、補償單向閥
42、發(fā)電機 52、用電器
如圖2中所示，本發(fā)明能量收集式減振器的單邊結(jié)構(gòu)，由活塞11和缸體12組成振動采集裝置1，止回單向閥21和必要的連接管路組成液壓控制回路2，蓄能器31作為容積補償裝置3，液壓馬達41和發(fā)電機42組成能量轉(zhuǎn)換裝置4。所述活塞11在缸體12內(nèi)將缸體12分為兩個腔，有桿腔13和無桿腔14 ；有桿腔 13同時通過液壓管路連接止回單向閥21的出口和液壓馬達41的入口，無桿腔14同時與止回單向閥21的的入口、液壓馬達41的出口和蓄能器31通過液壓管路相連；液壓馬達41 帶動發(fā)電機42發(fā)電；發(fā)電機42輸出電能。本發(fā)明能量收集式減振器的單邊結(jié)構(gòu)，在工作過程中，機械振動驅(qū)動活塞11在缸體12內(nèi)往復運動，將缸體12分為有桿腔13和無桿腔14。在壓縮行程中，流體(如液壓油) 從無桿腔14流出，一部分流體打開止回單向閥21，流入有桿腔13 ；由于活塞11的體積，另一部分流體儲存于蓄能器31中。在拉伸行程中，流體從有桿腔13流出，驅(qū)動液壓馬達41 運轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機42發(fā)電；流體從液壓馬達41內(nèi)流出與蓄能器31中儲存的流體匯集，補充給無桿腔14。如圖3所示，本發(fā)明能量收集式減振器的雙邊結(jié)構(gòu)，在無桿腔14與液壓馬達41連接的通路上設(shè)置有補償單向閥22，從無桿腔14到液壓馬達41的方向是截止的。活塞11和缸體12組成振動采集裝置1，止回單向閥21、補償單向閥22和必要的連接管路組成液壓控制回路2，蓄能器31作為容積補償裝置3，液壓馬達41和發(fā)電機42組成能量轉(zhuǎn)換裝置4?；钊?1在缸體12內(nèi)將缸體12分為兩個腔，有桿腔13和無桿腔14 ；有桿腔13同時通過液壓管路連接止回單向閥21的出口和液壓馬達41的入口，無桿腔14同時通過液壓管路連接補償單向閥22的出口和止回單向閥21的入口 ；液壓馬達41的出口與補償單向閥 22的入口、蓄能器31三者通過液壓管路連接；液壓馬達41帶動發(fā)電機42發(fā)電；發(fā)電機42 輸出電能。本發(fā)明能量收集式減振器的雙邊結(jié)構(gòu)，工作過程中，機械振動驅(qū)動活塞11在缸體 12內(nèi)往復運動，將缸體12分為有桿腔13和無桿腔14。在壓縮行程中，流體(如液壓油) 從無桿腔14流出，打開止回單向閥21 ；由于活塞11的體積，一部分流體流入有桿腔13，另一部分流體驅(qū)動液壓馬達41運轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機42發(fā)電；流體從液壓馬達41流出后，儲存于蓄能器31中。在拉伸行程中，流體從有桿腔13流出，驅(qū)動液壓馬達41運轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機42 發(fā)電；流體從液壓馬達41內(nèi)流出與蓄能器31中儲存的流體匯集，打開補償單向閥22，補充給無桿腔14。如圖4所示，本發(fā)明能量收集式減振器的能量收集控制系統(tǒng)5，包含電流控制器51 和用電器52，其中電流控制器51的一端并聯(lián)于能量轉(zhuǎn)換裝置4的發(fā)電機42輸出端，電流控制器51的另一端并聯(lián)用電器52。在工作時，能量收集控制系統(tǒng)5作為能量收集式減振器的負載，決定了減振器的阻尼力大??；所述用電器52作為發(fā)電機42的負載，電流控制器51可以控制發(fā)電機42的輸出電流的方向和大小。本發(fā)明提出的能量收集式減振器實現(xiàn)方法中，通過具體實例介紹活塞桿體積與有桿腔有效容積間比例關(guān)系的確定。當減振器活塞桿直徑為d，油缸內(nèi)徑為D，阻尼力要求為壓縮阻力與拉伸阻力的比值為1 :3時。在設(shè)計過程中選取如下尺寸d/D = 1/2。能量收集式減振器采用如附圖3所示的結(jié)構(gòu)，發(fā)電機42采用永磁直流發(fā)電機；充電和電流方向控制如附圖5所示，發(fā)電機42的正極輸出與圖5中的二極管53—端相連，負極輸出與蓄電池M的一端相連。在拉伸行程中，該能量收集式減振器的發(fā)電機轉(zhuǎn)速約是壓縮行程中發(fā)電機轉(zhuǎn)速的 3倍，二極管53保證了電流單向流入蓄電池54，為其充電。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳可行實施例而已，并非用以限定本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種能量收集式減振器的實現(xiàn)方法，其特征在于，液壓油缸的有桿腔與無桿腔分別與液壓馬達兩端相連，并且在有桿腔與無桿腔之間旁設(shè)一個單向?qū)ǖ拈_關(guān)元件，確定液壓馬達在能量收集式減振器的拉伸行程的轉(zhuǎn)速，即可實現(xiàn)拉伸行程阻尼力的設(shè)計要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量收集式減振器的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述液壓馬達一端到無桿腔之間設(shè)置有一個單向?qū)ǖ拈_關(guān)元件，所述單向?qū)ㄔ臒o桿腔到液壓馬達一端是截止的，通過液壓油缸內(nèi)活塞桿的體積與有桿腔有效容積間的比例關(guān)系，確定液壓馬達在能量收集式減振器的壓縮和拉伸兩個行程對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，無需控制發(fā)電機的充電電流大小，即可實現(xiàn)壓縮和拉伸兩個行程阻尼力的設(shè)計要求。
3.一種能量收集式減振器，包括有振動采集裝置，液壓控制回路，容積補償裝置，能量轉(zhuǎn)換裝置和能量收集控制系統(tǒng)；其特征在于，所述液壓控制回路中，由止回單向閥和連接管路構(gòu)成，所述能量轉(zhuǎn)換裝置中，由液壓馬達和發(fā)電機構(gòu)成；所述振動采集裝置中的有桿腔經(jīng)連接管路直接與能量轉(zhuǎn)換裝置中的液壓馬達一端接通，液壓馬達的另一端經(jīng)連接管路與振動采集裝置中的無桿腔連接；止回單向閥并聯(lián)于振動采集裝置中的有桿腔和無桿腔之間， 有桿腔到無桿腔是止回單向閥截止方向；所述能量收集控制系統(tǒng)，包含電流控制器和用電器，其中電流控制器的一端并聯(lián)于能量轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)電機輸出端，電流控制器的另一端并聯(lián)用電器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的能量收集式減振器，其特征在于，所述無桿腔與液壓馬達連接的連接管路上設(shè)置有補償單向閥，從無桿腔到液壓馬達的方向是截止的。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的能量收集式減振器，其特征在于，所述容積補償裝置為蓄能器，所述蓄能器設(shè)置在聯(lián)通無桿腔和液壓馬達之間的連接管路上，或設(shè)置在聯(lián)通補償單向閥和液壓馬達之間的連接管路上。
全文摘要
本發(fā)明涉及的能量收集式減振器及其實現(xiàn)方法，液壓油缸的有桿腔與無桿腔分別與液壓馬達兩端相連，并且在有桿腔與無桿腔之間旁設(shè)一個單向?qū)ǖ拈_關(guān)元件，即可實現(xiàn)拉伸行程阻尼力的設(shè)計要求；液壓馬達一端到無桿腔之間設(shè)置有一個單向?qū)ǖ拈_關(guān)元件，確定液壓馬達在能量收集式減振器的壓縮和拉伸兩個行程對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，無需控制發(fā)電機的充電電流大小，即可實現(xiàn)壓縮和拉伸兩個行程阻尼力的設(shè)計要求；通過技術(shù)方案，省略了現(xiàn)有技術(shù)中對發(fā)電機充電負載的切換；其結(jié)構(gòu)簡單，零部件少，便于制造，可靠性高；易于滿足傳統(tǒng)減振器的阻尼特性要求(如普通汽車懸架減振器)；電能存儲更加簡化，亦方便開發(fā)具有可變阻尼功能的減振器。
文檔編號F16F9/14GK102305262SQ20111016371
公開日2012年1月4日 申請日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月17日
發(fā)明者靳陽 申請人:靳陽