一种机电馈能悬架及集成俘能方法

1.本发明涉及机电馈能技术，具体涉及一种机电馈能悬架及集成俘能方法。


背景技术：

2.为了使汽车行驶时更加平稳，乘坐更加舒适，汽车悬架中会安装减振器。目前普遍使用的减振器是液压减振器，活塞通过螺栓铆接在活塞杆上。减振器工作时，活塞与油缸顶部产生较大的冲击作用，长时间的冲击作用下容易导致固定活塞的复原阀螺母松动，活塞运动时左右晃动，导致拉缸等故障。
3.目前，市场的减振器主要为筒式结构，分为上筒和下筒，两端分别连接在车体和悬架梁上。因其结构简单，安装方便，维护成本较低，因此市场占有量很大，使用范围很广，但是在使用的过程中不能对损失的能量进行回收。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种机电馈能悬架及集成俘能方法，以解决现有技术中的上述不足之处。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种机电馈能悬架及集成俘能方法，包括动力传递结构、发电机、上筒和下筒，所述动力传递部分连接于上筒，所述发电机连接于下筒，所述上筒和下筒之间设置有用于传动及能量转换的齿轮齿条馈能减振器，所述上筒和下筒相对端分别与齿轮齿条馈能减振器的两端固定连接，所述齿轮齿条馈能减振器设置有动力传递组件。
6.进一步地，所述齿轮齿条馈能减振器包括上筒端盖、上筒固定板、上筒、下连接板、固定座、座板、下筒固定板、发电机、下筒、下端固定块和下筒端盖，所述上筒与上筒固定板为焊接结构，所述上吊耳通过上筒端盖与上筒连接，所述下筒与下筒固定板、下端固定块为焊接结构，所述下吊耳通过下筒端盖与下筒连接，所述下筒固定板通过螺钉与座板固定到一起，所述座板与动力传递组件固定连接，所述动力传递组件的上连接板通过上筒固定板与上筒连接。
7.进一步地，所述动力传递组件包括动力传递框架和动力传递主体，所述动力传递组件包括下连接板、固定座、轴承座、小锥齿轮、轴套转轴、深沟球轴承、单向轴承、大锥齿轮、齿条、上连接板、齿轮、导向柱以及导向套，所述导向柱和齿条取相同长度，且通过固定座固定在上连接板、下连接板之间，所述导向柱的位置靠导向套确定，而导向套位置靠加工精度确定，在固定座上加工有便于于确定齿条安装位置的卡槽。
8.进一步地，所述导向套靠座板上的孔定位通过螺钉固定。
9.进一步地，所述动力传递组件的两个导向柱通过导向套导向，所述齿轮通过单向轴承和转轴连接，所述转轴通过轴承座和其内的轴承固定在座板上，所述小锥齿轮通过轴套实现轴向定位，所述小锥齿轮和大锥齿轮啮合，所述大锥齿轮与发电机主轴连接。
10.一种机电集成俘能方法，所述具体俘能方法为：
11.s1，通过发电机产生交流电；
12.s2，通过全桥整流的方式将交流电转变直流，再经过大电容滤波，小电容去除高频杂波，从而产生较为理想的直流电源；
13.s3，通过超级电容获得更大的电容容量，将超级电容并联起来，以便能存储更多电能；
14.s4，通过升压电路对电容及电源过来的电压进行升压，以达到可充电的电压值；
15.s5，存储在蓄电池内，完成整个能量收集过程。
16.与现有技术相比，本发明提供的一种机电馈能悬架及集成俘能方法，本馈能减振器通过齿轮齿条及机械整流桥，将减振器的直线运动转化为发电机的转动，实现发电，再通过电路处理，最终将电能储存，实现馈能；在减振器直线运动过程中，通过能量转化以及弹簧吸收能量，最终实现减震的目的。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明实施例提供的齿轮齿条馈能减振器整体结构示意图；
19.图2为本发明实施例提供的齿轮齿条馈能减振器内部结构示意图；
20.图3为本发明实施例提供的动力传递组件框架结构示意图；
21.图4为本发明实施例提供的动力传递组件整体结构图结构示意图；
22.图5为本发明实施例提供的动力传递主体整体结构示意图；
23.图6为本发明实施例提供的座板结构示意图；
24.图7为本发明实施例提供的整流稳压原理结构示意图；
25.图8为本发明实施例提供的超级电容连接原理结构示意图；
26.图9为本发明实施例提供的sx1308升压电路结构示意图；
27.图10为本发明实施例提供的蓄电池储能电路结构示意图。
28.附图标记说明：
29.1、上筒端盖；2、上筒固定板；3、上筒；4、动力传递组件；41、下连接板；42、固定座；43、动力传递主体；431、轴承座；432、小锥齿轮；433、轴套；434、转轴；435、深沟球轴承；436、单向轴承；437、大锥齿轮；44、齿条；45、上连接板；46、齿轮；47、导向柱；48、导向套；5、座板；6、下筒固定板；7、发电机；8、下筒；9、下端固定块；10、下筒端盖。
具体实施方式
30.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
31.实施例一：
32.请参阅图1-6，一种机电馈能悬架，包括动力传递结构、发电机7、上筒3和下筒8，动力传递部分连接于上筒3，发电机7连接于下筒8，上筒3和下筒8之间设置有用于传动及能量转换的齿轮齿条馈能减振器，上筒3和下筒8相对端分别与齿轮齿条馈能减振器的两端固定
连接，齿轮齿条馈能减振器设置有动力传递组件4。
33.齿轮齿条馈能减振器包括上筒端盖1、上筒固定板2、上筒3、下连接板41、固定座42、座板5、下筒固定板6、发电机7、下筒8、下端固定块9和下筒端盖10，上筒3与上筒固定板2为焊接结构，上吊耳通过上筒端盖1与上筒3连接，下筒8与下筒固定板6、下端固定块9为焊接结构，下吊耳通过下筒端盖10与下筒8连接，下筒固定板6通过螺钉与座板5固定到一起，座板5与动力传递组件4固定连接，动力传递组件4的上连接板45通过上筒固定板2与上筒3连接，这样设置随着上、下筒的相对运动，动力传递组件装上下运动转变为发电机的转动，进而产生电能。
34.动力传递组件4包括动力传递框架和动力传递主体43，动力传递组件4包括下连接板41、固定座42、轴承座431、小锥齿轮432、轴套433转轴434、深沟球轴承435、单向轴承436、大锥齿轮437、齿条44、上连接板45、齿轮46、导向柱47以及导向套48，导向柱47和齿条44取相同长度，且通过固定座42固定在上连接板45、下连接板41之间，导向柱47的位置靠导向套48确定，而导向套48位置靠加工精度确定，在固定座42上加工有便于于确定齿条44安装位置的卡槽，由上可知，导向柱47和齿条44的位置都能加工精度确定，且安装完成后有固定机械限位防止其有超出预计的位置变化，其结构通过上连接板和下连接板固定后，有较理想的稳定性。
35.导向套48靠座板5上的孔定位通过螺钉固定。
36.动力传递组件4的两个导向柱47通过导向套48导向，实现动力传递组件相对于座板5的上下直线动动。动力传递组件包含齿条，在其相对于座板的上下直线动动同时，因为齿条和齿轮啮合，故此结构可实现将减振器的上下运动转化为齿轮的轮动，齿轮46通过单向轴承436和转轴434连接，在键的作用下，可以将齿轮46的转动转化为转轴434的转动。因为单向轴承的单向转动特性，将转轴上的两个单向轴承成对反装，可实现不管动力传递组件向上或向下运动，通过齿轮齿条啮合传递给转轴的转动都是一个方向，转轴434通过轴承座431和其内的轴承固定在座板5上，可实现自由转动，将动力传递组件的上下运动通过齿轮齿条的啮合转化为转轴需要的转动，小锥齿轮432通过轴套433实现轴向定位，又通过键可以传递转矩，小锥齿轮432和大锥齿轮437啮合，大锥齿轮437与发电机7主轴连接，通过锥齿轮间的啮合，可实现将转轴434的转动转变为发电机主轴的转动。发电机上配的变速箱，可将主轴上的转动增速，完成发电，最终实现能量回收。
37.实施例二：
38.请参阅图7-10，一种机电集成俘能方法，所述具体俘能方法为：
39.s1，通过发电机产生交流电；
40.s2，通过全桥整流的方式将交流电转变直流，再经过大电容滤波，小电容去除高频杂波，从而产生较为理想的直流电源；
41.本馈能减振器核心工作部分为发电机，其产生的电能为交流电，想要把发电机所产生的电能存储至蓄电池，首先需要把交流电转变为直流电，本电路通过全桥整流的方式将交流电转变直流，再经过大电容滤波，小电容去除高频杂波，从而产生较为理想的直流电源，其电路设计如图7所示，图中v1代表发电机产生的电能，可以视作交流电源，d1为全桥整流芯片，选用mdd-gbu1008整流硅桥，c1为大电容(1000uf)，起滤波作用；c2为小电容(0.33uf)，起去除高频杂波作用，芯片lm7812为稳压芯片，电容c3(0.1uf)防止稳压芯片
lm7812产生自激振荡，r1为感抗为1000ω的电感，起进一步滤波作用，进而得到更加稳定的电压，电路工作过程为来自v1交流电，经过整流硅桥d1后，产生只有正向波形的直流电，通过大电容c1的滤波作用，把电源的正向波形变成波形近乎直线的直流电，再经过小电容c2的去除高频杂波作用，产生较为理想的直流电。此直流电经过稳压芯片lm7812的作用，得到合适电压的直流电，再经过电感r1的进一步去除波形中的高频尖角，得到电压合适，波形更趋近于直线的稳定电源。
42.s3，通过超级电容获得更大的电容容量，将超级电容并联起来，以便能存储更多电能；
43.汽车在路面上行驶时，因为路况的不确定性，所以馈能减振器所受到的激励是随机的，减振器的动作幅度与汽车行驶的速度有关，与所行驶路面不平度有关，因此在整个能量回收过程中，所产生的电压不稳定，无法直接对于蓄电池进行充电，为了使电压更加稳定，本电路使用了超级电容，即能较大的电容，其能更多地存储电能。通过超级电容后的电能，其电压更平衡，波动更小。
44.为了得到更大的电容容量，将超级并联起来，以便能存储更多电能。本文选用的超级电容组，共有四种连接方式，串联在电路中，其原理如图8所示，图8中，所选用的超级电容以两个串联，然后再并联的接线方式。单个电容组的额定电压为2.7v，容量是100μf，基本能够满足馈能器的需求。
45.s4，通过升压电路对电容及电源过来的电压进行升压，以达到可充电的电压值；
46.对于电容来说，其放电时两端的电压不能大于其充电电压，因此，电容放电时电压只能小于等于2.7v，此电压值较低，不满足对蓄电池充电的条件，因此需要专门的升压电路对电容及电源过来的电压进行升压，以达到可充电的电压值，图9为电路升压原理图，为典型的拓扑升压电路，利用可控开关的导通和断开来控制电感来储存和释放能量，从而使输出电压比输入电压要高。如图所示，电路由电感l、电容c、肖特基二极管d、电阻负载r和可控开关s组成。
47.sx1038可实现电压升压的常见芯片，其采用定宽调频的控制机制，电源转化效率很高，应用很广泛。其输入电压范围很宽，在2v-24v之间，升压稳定，最高可升压至28v。
48.sx1038的管脚定义如下：
49.管脚1(sw)：开关节点，连接电感的一端；
50.管脚2(gnd)：接地脚；
51.管脚3(fb)：输出反馈脚(反馈电压为0.6v)；
52.管脚4(en)：使能脚，驱动使能脚大于1.5v时开始工作，小于0.4v时停止工作；
53.管脚5(in)：输入电源脚；
54.管脚6(nc)：空置脚。
55.采用芯片sx1308的升压电路如图10所示
56.s5，存储在蓄电池内，完成整个能量收集过程。
57.如前几节所述，先将发电机所发出的交流电经过全桥整流，电容滤波以及去高频尖角，得到一定电压值的直流电，再经过超级电容充放电过程中，得到电压值更加稳定直流电，再经过升压电路，升至适合给蓄电池充电的电压，最终存储在蓄电池内，完成整个能量收集过程。
58.得到整个电路原理图见图10。
59.工作原理：使用时，本馈能减振器通过齿轮齿条及机械整流桥，将减振器的直线运动转化为发电机的转动，实现发电，再通过电路处理，最终将电能储存，实现馈能；在减振器直线运动过程中，通过能量转化以及弹簧吸收能量，最终实现减震的目的。
60.以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

技术特征：
1.一种机电馈能悬架，包括动力传递结构、发电机(7)、上筒(3)和下筒(8)，其特征在于，所述动力传递部分连接于上筒(3)，所述发电机(7)连接于下筒(8)，所述上筒(3)和下筒(8)之间设置有用于传动及能量转换的齿轮齿条馈能减振器，所述上筒(3)和下筒(8)相对端分别与齿轮齿条馈能减振器的两端固定连接，所述齿轮齿条馈能减振器设置有动力传递组件(4)。2.根据权利要求1所述的一种机电馈能悬架，其特征在于，所述齿轮齿条馈能减振器包括上筒端盖(1)、上筒固定板(2)、上筒(3)、下连接板(41)、固定座(42)、座板(5)、下筒固定板(6)、发电机(7)、下筒(8)、下端固定块(9)和下筒端盖(10)，所述上筒(3)与上筒固定板(2)为焊接结构，所述上吊耳通过上筒端盖(1)与上筒(3)连接，所述下筒(8)与下筒固定板(6)、下端固定块(9)为焊接结构，所述下吊耳通过下筒端盖(10)与下筒(8)连接，所述下筒固定板(6)通过螺钉与座板(5)固定到一起，所述座板(5)与动力传递组件(4)固定连接，所述动力传递组件(4)的上连接板(45)通过上筒固定板(2)与上筒(3)连接。3.根据权利要求2所述的一种机电馈能悬架，其特征在于，所述动力传递组件(4)包括动力传递框架和动力传递主体(43)，所述动力传递组件(4)包括下连接板(41)、固定座(42)、轴承座(431)、小锥齿轮(432)、轴套(433)转轴(434)、深沟球轴承(435)、单向轴承(436)、大锥齿轮(437)、齿条(44)、上连接板(45)、齿轮(46)、导向柱(47)以及导向套(48)，所述导向柱(47)和齿条(44)取相同长度，且通过固定座(42)固定在上连接板(45)、下连接板(41)之间，所述导向柱(47)的位置靠导向套(48)确定，而导向套(48)位置靠加工精度确定，在固定座(42)上加工有便于于确定齿条(44)安装位置的卡槽。4.根据权利要求3所述的一种机电馈能悬架，其特征在于，所述导向套(48)靠座板(5)上的孔定位通过螺钉固定。5.根据权利要求4所述的一种机电馈能悬架，其特征在于，所述动力传递组件(4)的两个导向柱(47)通过导向套(48)导向，所述齿轮(46)通过单向轴承(436)和转轴(434)连接，所述转轴(434)通过轴承座(431)和其内的轴承固定在座板(5)上，所述小锥齿轮(432)通过轴套(433)实现轴向定位，所述小锥齿轮(432)和大锥齿轮(437)啮合，所述大锥齿轮(437)与发电机(7)主轴连接。6.一种适用于权利要求1所述的机电集成俘能方法，其特征在于，所述具体俘能方法为：s1，通过发电机产生交流电；s2，通过全桥整流的方式将交流电转变直流，再经过大电容滤波，小电容去除高频杂波，从而产生较为理想的直流电源；s3，通过超级电容获得更大的电容容量，将超级电容并联起来，以便能存储更多电能；s4，通过升压电路对电容及电源过来的电压进行升压，以达到可充电的电压值；s5，存储在蓄电池内，完成整个能量收集过程。

技术总结
本发明公开了一种机电馈能悬架及集成俘能方法，涉及机电馈能领域，包括动力传递结构、发电机、上筒和下筒，所述动力传递部分连接于上筒，所述发电机连接于下筒，所述上筒和下筒之间设置有用于传动及能量转换的齿轮齿条馈能减振器，所述上筒和下筒相对端分别与齿轮齿条馈能减振器的两端固定连接，所述齿轮齿条馈能减振器设置有动力传递组件；该机电馈能悬架及集成俘能方法置，通过齿轮齿条及机械整流桥，将减振器的直线运动转化为发电机的转动，实现发电，再通过电路处理，最终将电能储存，实现馈能；在减振器直线运动过程中，通过能量转化以及弹簧吸收能量，最终实现减震的目的。最终实现减震的目的。最终实现减震的目的。


技术研发人员：刘志浩 刘秀钰 马超群 高钦和 高蕾 马栋 陈渐伟 周伯俊
受保护的技术使用者：中国人民解放军火箭军工程大学
技术研发日：2023.03.15
技术公布日：2023/7/3