一种基于汽车悬架的压电－电磁复合俘能装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于汽车悬架的压电－电磁复合俘能装置，本体设在车架横梁和下摆臂之间，包括有上壳体、下壳体、弹性梁、第一刚性梁和第二刚性梁，其中上壳体固定在车架横梁的下部，弹性梁设在上壳体内，弹性梁的上端设有压电片，弹性梁的下端设有第一磁铁，下壳体固定在下摆臂的上部对应上壳体设置，第一刚性梁和第二刚性梁对称设在下壳体内，第二刚性梁的上端对应弹性梁第一磁铁的部位设有第二磁铁，第二磁铁的外端设有线圈，线圈的一侧固定在第二刚性梁上。有益效果：缩短充电时间，更加有利于给充电电池供电；并且没有改变汽车悬架原来的结构，结构简单，维修方便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种复合俘能装置，特别涉及一种基于汽车悬架的压电－电磁复合俘能装置。
技术介绍
当前，随着能源危机的加剧，节能变得尤为重要，而振动能量的回收则是节能的一种行之有效的方法。目前，振动能量的回收，即振动能转化为电能主要有三种方式：(1)利用压电材料的压电效应将振动能转换为电能的压电式；(2)利用电磁感应现象将振动能转换为电能的电磁式；(3)利用电容原理将振动能转换为电能的静电式。三种振动俘能方式各有优缺点：压电俘能具有输出电压高、体积小、功率密度高、易于微型化等优点，但其带宽较窄，不适用于低频场合；电磁俘能具有阻抗大、输出电流大等优点，但其感生电压低，难以集成化；静电俘能具有易于和微电机系统(MEMS)集成的优点，然而其需要外加电压源和电荷源，无法独立俘能，应用有限。车辆减震器能量耗散研究表明，回收悬架的振动能量对于实现汽车节能有重大的意义。而随着集成电路的发展，电子设备的体积越来越小，呈现出微型化的发展趋势，且其所需要的功率一般很小，电池虽然可以满足微型设备的需求，但是存在寿命有限、更换费用高并且难以微型化。假如可以将汽车悬架中的振动能量回收起来并将其给锂电池充电，则可以消除许多电池带来的不利影响。目前，已经出现了许多种俘能式的悬架系统，例如专利201610131174提出了一种基于被动悬架的电磁俘能系统，该系统由液压减振器、速度放大机构和电磁俘能机构组成，利用电磁感应原理将悬架的振动能量转换为电能储存起来。专利201410719587提出了一种用于汽车悬架的滚动压迫俘能装置，该装置是通过改变减震器的结构利用压电效应进行振动能与电能之间的能量转换。仅仅使用某一种振动俘能方式总会存在其本有的缺点，可能会出现俘能效率低、俘能功率不足、谐振频率低等问题，即常规的俘能器只能工作在一阶模态，而多数情况下汽车悬架的振动频率是随机变化的，一旦振源频率远离俘能器的固有频率，俘能器的输出功率将急剧降低。因此在振动俘能领域，如何拓宽俘能器的工作频带、增加输出功率一直是重点关注的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决如何拓宽俘能器的工作频带、增加输出功率的问题而提供的一种基于汽车悬架的压电－电磁复合俘能装置。本专利技术提供的基于汽车悬架的压电－电磁复合俘能装置的本体设在车架横梁和下摆臂之间，包括有上壳体、下壳体、弹性梁、第一刚性梁和第二刚性梁，其中上壳体固定在车架横梁的下部，弹性梁设在上壳体内，弹性梁的上端设有压电片，弹性梁的下端设有第一磁铁，下壳体固定在下摆臂的上部对应上壳体设置，第一刚性梁和第二刚性梁对称设在下壳体内，第二刚性梁的上端对应弹性梁第一磁铁的部位设有第二磁铁，第二磁铁的外端设有线圈，线圈的一侧固定在第二刚性梁上。上壳体和下壳体之间设有防尘罩。压电片采用双晶串联的形式固定在弹性梁上，其表面焊有电极并用导线引出作为压电片电极引线，分别输出电能的正负极。弹性梁的右侧还设有回位弹簧，弹性梁的下端磁铁对应侧设有凸起，第一刚性梁的上端对应弹性梁设有凸起的部位设有数个凸块，弹性梁和第一刚性梁在进行上下运动过程中凸起和凸块能够发生碰撞促使弹性梁下端的第一磁铁左右运动，并在磁力的作用下第二刚性梁上的第二磁铁在线圈内同样进行左右运动，第二磁铁对应第二刚性梁的一侧设有压缩弹簧。压电片设置的电极引线连接有第一电能转换电路，压电片产生的电能通过第一电能转换电路输出，第二刚性梁上端的线圈通过两端连接的导线连接有第二电能转换电路，弹性梁下端的磁铁在线圈内运动过程中产生的电能通过第二电能转换电路输出，第一电能转换电路和第二电能转换电路均与电能采集电路相连接，电能采集电路连接有电池或电容，第一电能转换电路和第二电能转换电路输出的电能通过电能采集电路储存到电池或电容内。电能采集电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管、开关以及MAX1811芯片，MAX1811芯片设置有SELV、SELI、GND、IN、BATT、GND、EN和八个引脚，输出电源的正极接MAX1811芯片的SELV、IN、EN引脚，输出电源的负极接MAX1811芯片的GND引脚，相串联的第一电阻和第一二极管与第一电容并联接在输出电源的正负极之间，IN和引脚之间并联第二电阻和第二二极管，BATT和GND引脚之间并联第二电容，开关设在输出电源正极和第三电阻之间，MAX1811芯片最大充电电压由引脚设置为4.1V和4.2V，最大误差为0.5％，对电池的充电电流通过逻辑控制电路设置为100mA或500mA，第一二极管是电源指示，第二二极管是充电指示，灯亮表示正在充电，灯灭表示充电结束。本专利技术的工作原理：当汽车在路面行驶过程中，路面的振动通过轮胎传递到汽车悬架，导致汽车悬架的液压减振器的上下振动，此时下摆臂和车架横梁之间会发生相对移动，进而使得弹性梁和第一刚性梁发生相对移动，弹性梁上的凸起与第一刚性梁上端的凸块之间将会相互挤压，这分别给压电俘能部分和电磁俘能部分带来了不同的激励。压电俘能部分：凸起和凸块相对运动挤压时，弹性梁将会产生一定的形变，弹性梁在左右移动时，将带动其表面的压电片左右移动，即其将产生一定的形变，由于压电效应压电片表面将会产生相应的正负电荷，电荷经由压电片上的电极引线引出。将电极引线接入第一电能转换电路，输出的稳定的电压经过电能采集电路给锂电池充电。电磁俘能部分：凸起和凸块相对运动挤压时，弹性梁产生的变形导致末端的第一磁铁左右移动，根据磁铁同极相斥的原理可知第二磁铁在压缩弹簧的放大作用下以更快的速度左右移动，使得第二磁铁周围的线圈切割磁感线，产生更大的感应电流，并用导线将感应电流引出，接入第二电能转换电路，输出的稳定的电压经过电能采集电路给锂电池充电。锂电池可以给MEMX传感器(例如压力传感器、温度传感器和加速度传感器、轮速传感器等)进行供电。本专利技术的有益效果：本专利技术提供的基于汽车悬架的压电－电磁复合俘能装置能够有效的采集悬架的振动能量，实现能量的回收利用；有效的避免了汽车传感器用电池更换的不便；本装置将压电俘能和电磁俘能结合到一起能够产生较大的输出电流和较高的输出电压，有效的弥补了压电或电磁单独俘能方式功率偏小的不足，在体积参数不变的条件下提高对外输出功率，缩短充电时间，更加有利于给充电电池供电；并且没有改变汽车悬架原来的结构，结构简单，维修方便。附图说明图1为本专利技术所述俘能装置剖视结构示意图。图2为本专利技术所述俘能装置中弹性梁的结构示意图。图3为本专利技术所述电能采集电路结构示意图。1、车架横梁2、下摆臂3、上壳体4、下壳体5、弹性梁6、第一刚性梁7、第二刚性梁8、压电片9、第一磁铁10、线圈11、防尘罩12、回位弹簧13、凸起14、凸块15、压缩弹簧16、第二磁铁20、第一电阻21、第二电阻22、第三电阻23、第一电容24、第二电容25、第一二极管26、第二二极管27、开关28、MAX1811芯片29、液压减振器。具体实施方式请参阅图1、图2和图3所示：本专利技术提供的基于汽车悬架的压电－电磁复合俘能装置的本体设在车架横梁1和下摆臂2之间，包括有上壳体3、下壳体4、弹性梁5、第一刚性梁6和第二刚性梁7，其中上壳体3固定在车架横梁1的下部，弹性梁5设在上壳体3内，弹性梁5的上端设有压电片8，弹性梁5的下端设有第一磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于汽车悬架的压电－电磁复合俘能装置，其特征在于：本体设在车架横梁和下摆臂之间，包括有上壳体、下壳体、弹性梁、第一刚性梁和第二刚性梁，其中上壳体固定在车架横梁的下部，弹性梁设在上壳体内，弹性梁的上端设有压电片，弹性梁的下端设有第一磁铁，下壳体固定在下摆臂的上部对应上壳体设置，第一刚性梁和第二刚性梁对称设在下壳体内，第二刚性梁的上端对应弹性梁第一磁铁的部位设有第二磁铁，第二磁铁的外端设有线圈，线圈的一侧固定在第二刚性梁上。

【技术特征摘要】
1.一种基于汽车悬架的压电－电磁复合俘能装置，其特征在于：本体设在车架横梁和下摆臂之间，包括有上壳体、下壳体、弹性梁、第一刚性梁和第二刚性梁，其中上壳体固定在车架横梁的下部，弹性梁设在上壳体内，弹性梁的上端设有压电片，弹性梁的下端设有第一磁铁，下壳体固定在下摆臂的上部对应上壳体设置，第一刚性梁和第二刚性梁对称设在下壳体内，第二刚性梁的上端对应弹性梁第一磁铁的部位设有第二磁铁，第二磁铁的外端设有线圈，线圈的一侧固定在第二刚性梁上。2.根据权利要求1所述的一种基于汽车悬架的压电－电磁复合俘能装置，其特征在于：所述的上壳体和下壳体之间罩设有防尘罩。3.根据权利要求1所述的一种基于汽车悬架的压电－电磁复合俘能装置，其特征在于：所述的压电片采用双晶串联的形式固定在弹性梁上，其表面焊有电极并用导线引出作为压电片电极引线，分别输出电能的正负极。4.根据权利要求1所述的一种基于汽车悬架的压电－电磁复合俘能装置，其特征在于：所述的弹性梁的右侧还设有回位弹簧，弹性梁的下端磁铁对应侧设有凸起，第一刚性梁的上端对应弹性梁设有凸起的部位设有数个凸块，弹性梁和第一刚性梁在进行上下运动过程中凸起和凸块能够发生碰撞促使弹性梁下端的第一磁铁左右运动，并在磁力的作用下第二刚性梁上的第二磁铁在线圈内同样进行左右运动，第二磁铁对应第二刚性梁的一侧设有压缩弹簧。5.根据权利要求1所述的一种基于汽车悬架的压电－电磁复合俘能装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱冰，闫淑德，赵健，孙博华，韩嘉懿，刘志鹏，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22