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一種卡曼壓電式懸架饋能裝置的制作方法

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一種卡曼壓電式懸架饋能裝置的制作方法

本發(fā)明一種卡曼壓電式懸架饋能裝置,屬于汽車節(jié)能減排的技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)背景

懸架是車架與車橋(或車輪)之間一切傳力裝置的總稱,汽車在運(yùn)動(dòng)過程中,流動(dòng)的空氣會(huì)縱向流過汽車的上下表面,而這其中也包括懸架,這部分由于空氣流動(dòng)而產(chǎn)生的能量一直被當(dāng)作汽車行駛阻力,目前,從減小汽車風(fēng)阻系數(shù)的角度來(lái)減小行駛阻力從而實(shí)現(xiàn)降低油耗的技術(shù)較多,而本發(fā)明的思想則是在不改變風(fēng)阻的前提下,對(duì)這部分氣流能量進(jìn)行回收。

卡曼(渦街)原理是在1911年由德國(guó)科學(xué)家卡曼從空氣動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)中找到的這種渦旋穩(wěn)定性的理論依據(jù),渦街的每個(gè)單渦旋的頻率與繞流速度成正比,與圓柱體直徑成反比。渦街的出現(xiàn)與否與雷諾數(shù)有關(guān),當(dāng)雷諾數(shù)大于3×106時(shí),交替的渦街會(huì)出現(xiàn)。當(dāng)出現(xiàn)渦街時(shí),流體對(duì)物體會(huì)產(chǎn)生一個(gè)周期性的交變橫向作用力。

因此,可以利用該交變力,作用在壓電陶瓷上以產(chǎn)生交變的電壓,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)能量的回收和存儲(chǔ)。目前,通過空氣渦旋來(lái)回收懸架能量的技術(shù)還處于探索階段,所發(fā)明的這種實(shí)用化饋能裝置有著重要的節(jié)能意義和廣闊的應(yīng)用前景。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:針對(duì)汽車行駛過程中懸架減振器處的空氣渦旋,設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、附加重量小的機(jī)構(gòu),能夠回收較多的渦旋尾流能量;解決懸架運(yùn)動(dòng)以及汽車底盤的其他運(yùn)動(dòng)部件如車輪等對(duì)空氣渦旋的干擾問題,保持充電電壓的穩(wěn)定。

本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采取的方案是:采用一種懸臂梁結(jié)構(gòu),將懸臂梁通過懸臂梁接頭和固定螺栓固定在減振器的合適位置,懸臂梁上帶有螺柱,其余的部件都以懸臂梁為基體來(lái)布置,壓電陶瓷膜片通過上下兩個(gè)螺母固定于懸臂梁上,且與懸臂梁的上端面保持有一個(gè)螺母厚度的距離。本裝置中附設(shè)有電控單元濾波器、電壓調(diào)節(jié)器及其自激勵(lì)供電器:濾波器將輸入不規(guī)律的電信號(hào)進(jìn)行過濾,使其按照規(guī)定的正弦波信號(hào)輸出;電壓調(diào)節(jié)器將輸入電壓進(jìn)行斬波和A/D轉(zhuǎn)換,使交變的數(shù)字型電壓電流信號(hào)能夠直接供用于蓄電池和車載供電網(wǎng)絡(luò);自激勵(lì)供電器利用正壓電效應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì),結(jié)合快速充放的電容電感LC回路,實(shí)現(xiàn)對(duì)濾波器和電壓調(diào)節(jié)器的供電。濾波器、自激勵(lì)供電器和電壓調(diào)節(jié)器都以螺栓連接的方式固定于懸臂梁的螺柱上。

本技術(shù)具有如下優(yōu)勢(shì):

1.能夠?qū)⑵囆旭傔^程中懸架所產(chǎn)生的空氣渦旋尾流能量進(jìn)行收集,轉(zhuǎn)化為電能加以回收利用。

2.部件都安裝于懸臂梁及其接頭上,拆裝方便;縱向布置可減小懸架擺動(dòng)時(shí)與其它部件之間的橫向運(yùn)動(dòng)干涉。

3.獨(dú)立安裝的壓電陶瓷膜片,可根據(jù)車型結(jié)構(gòu)、懸架形式及最高行駛車速對(duì)膜片大小進(jìn)行合理的選擇和替換,提高了裝置的通用性和適應(yīng)性。

4.濾波器、電壓調(diào)節(jié)器的引入可降低主要的渦旋干擾因素的影響,降低了對(duì)外界環(huán)境及車輛行駛工況的要求,提高了裝置的穩(wěn)定性。

5.自激勵(lì)供電器的引入避免了濾波器和電壓調(diào)節(jié)器工作時(shí)消耗汽車蓄電池的電能,實(shí)現(xiàn)了整個(gè)裝置對(duì)汽車固有能源零消耗的目標(biāo)。

附圖說(shuō)明:

圖1為卡曼壓電式懸架饋能裝置示意圖;

圖中1.減振器 2螺柱(a) 3.螺母(a) 4.壓電陶瓷膜片 5.懸臂梁 6.自激勵(lì)供電器 7.螺母(a) 8.螺柱(b) 9.濾波器 10.螺母(c) 11.固定螺栓 12.懸臂梁接頭 13.電壓調(diào)節(jié)器

圖2為懸臂梁接頭俯視圖

14.定位孔(a)15.定位孔(b)

圖3為懸臂梁接頭側(cè)視圖

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施過程作進(jìn)一步說(shuō)明。

結(jié)合圖1圖2圖3所述,圖1為卡曼壓電式懸架饋能裝置示意圖,主要包括減振器1,懸臂梁5,壓電陶瓷膜片4,自激勵(lì)供電器6,濾波器9和電壓調(diào)節(jié)器13;懸臂梁下端帶有定位螺柱(b)8以方便固定濾波器9,上端帶有壓電陶瓷膜片4,壓電陶瓷膜片4利用2個(gè)螺母(a)3上下固定使其與懸臂梁5之間保持有一個(gè)螺母厚度的距離,所述優(yōu)點(diǎn)是保證壓電陶瓷膜片4有一定的振動(dòng)幅度,在方便收集交替的渦街導(dǎo)致的交替振動(dòng)的同時(shí)也使得機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的效率更高,圖2圖3分別為懸臂梁接頭12的俯視圖和側(cè)視圖,懸臂梁接頭12上帶有的定位孔14、15,定位孔(a)14用于進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)器13的固定,定位孔(b)15用于將懸臂梁接頭12與懸臂梁5進(jìn)行固定,濾波器9可實(shí)現(xiàn)將產(chǎn)生的電能按照規(guī)定的電壓和頻率輸出,實(shí)現(xiàn)電壓的穩(wěn)定性,防止因不穩(wěn)定的電壓損壞蓄電池,電壓調(diào)節(jié)器13的主要作用是將濾波器9過濾后的電能調(diào)節(jié)其電壓為汽車的車載電壓,實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的充電以及汽車用電網(wǎng)絡(luò)的直接供電。自激勵(lì)供電器6的主要作用是實(shí)現(xiàn)對(duì)濾波器和電壓調(diào)節(jié)器的供電。

在汽車行駛過程中,當(dāng)流動(dòng)的空氣流過近似圓柱體形狀的減振器1時(shí),在圓柱體的背面的兩側(cè)產(chǎn)生交替旋渦且在脫離減振器后形成旋渦尾流,引起壓電陶瓷膜片4的振動(dòng),由于壓電陶瓷的正壓電效應(yīng)而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),以用于電能回收。由于空氣流動(dòng)的不穩(wěn)定性以及車輪旋轉(zhuǎn)、懸架擺動(dòng)等產(chǎn)生影響,會(huì)造成饋能電壓不穩(wěn)定,因此在本裝置中,將壓電陶瓷膜片4的輸電線路布置在懸臂梁5下端,與濾波器9相連接,濾波器9將輸入的電壓進(jìn)行過濾,將電壓按照設(shè)定波形和頻率輸出,產(chǎn)生穩(wěn)定的交變電壓,再將穩(wěn)定的交變電壓輸入到電壓調(diào)節(jié)器13中,將電壓變?yōu)?2V的直流電壓直接輸入到蓄電池中,或者直接對(duì)汽車的用電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行供電,達(dá)到能量回收利用的效果。渦旋尾流初始產(chǎn)生時(shí),濾波器9和電壓調(diào)節(jié)器13不工作,由自激勵(lì)供電器6利用其內(nèi)置的LC回路解決壓電電動(dòng)勢(shì)不穩(wěn)定的問題,電容蓄滿電荷后再由電容為濾波器9和電壓調(diào)節(jié)器13供電,供電損耗仍由LC回路補(bǔ)充。

在整個(gè)能量轉(zhuǎn)化回收過程中,利用的能量源是懸架減振器處的空氣渦旋尾流,能量轉(zhuǎn)化過程依據(jù)的是正壓電效應(yīng)的原理,其壓力壓強(qiáng)作用方向與汽車行駛方向垂直,對(duì)汽車不會(huì)產(chǎn)生額外的空氣阻力,并且濾波器9、電壓調(diào)節(jié)器13等有源電子元器件也可利用自激勵(lì)供電器6實(shí)現(xiàn)電能自給,具有很好的節(jié)能減排意義。

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