| 专利名称： | 一种基于压电材料的车辆振动能量回收装置 | ||
| 专利名称(英文)： | A vehicle vibration of the piezoelectric material-based energy recovery device | ||
| 专利号： | CN201620256068.0 | 申请时间： | 20160330 |
| 公开号： | CN205417075U | 公开时间： | 20160803 |
| 申请人： | 吉林大学 | ||
| 申请地址： | 130012 吉林省长春市前进大街2699号 | ||
| 发明人： | 刘海鹏; 郭守武; 王丹琦; 吴志鹏; 于波; 杭瑞珍 | ||
| 分类号： | B60G17/08; F16F9/14 | 主分类号： | B60G17/08 |
| 代理机构： | 长春吉大专利代理有限责任公司 22201 | 代理人： | 刘世纯 |
| 摘要： | 本实用新型设计了一种基于压电材料的车辆振动能量回收装置，属于汽车节能减排技术领域。本实用新型在传统的筒式液压减震器的基础上，于活塞杆和工作缸之间加设振动能量回收装置，在工作缸上焊接连接的支架缸筒，其上焊接连接有压电馈能机构，以及若干压电馈能模块，压电馈能模块含有压电材料，利用压电材料受到挤压产生电能这一特点，回收减振器振动过程中的一部分振动能量转化为电能。压电材料变形产生的电压可经电压调节器变压后供给车辆用电设备或蓄电池。该装置完全利用汽车行驶过程中悬架的振动能量直接转化为电能，不需要消耗任何其他能源，可靠性高、节能环保，在能源问题日益严重的今天减少了能源损失。 | ||
| 摘要(英文)： | The design of the utility model is a vehicle vibration of the piezoelectric material-based energy recovery device, which belongs to the technical field of automobile energy-saving and emission reduction. The utility of the traditional on the basis of the cylinder type hydraulic shock absorber, between the piston rod and the working cylinder, provided with a vibration energy recovery device, the working cylinder is connected with the cylinder is welded on the bracket, is welded on the same is connected with a piezoelectric energy feeding mechanism, and a plurality of piezo-electric energy feeding module, comprising the piezoelectric material of the piezoelectric energy feeding module, by extrusion by using piezoelectric material to generate electric energy this characteristic, the recovery of the shock absorber in the vibration process a part of the vibration energy into the electric energy. Piezoelectric material deformation of the voltage can be supplied by the voltage regulator when the electrical equipment or storage battery of the vehicle. The device is completely utilize of the suspension in the course of the running of the car is directly converted into electric energy the vibration energy, does not need to consume any other energy, high reliability, energy saving, environmental protection, in the energy has become an increasingly serious problem today reduce the energy loss. | ||
1.一种基于压电材料的车辆振动能量回收装置，其特征在于：主要由减振器、 支架缸筒(4)、滚珠圆柱(12)及压电馈能机构组成；减振器包括活塞杆(1)和工作 缸(16)，活塞杆(1)能够沿着工作缸(16)轴向上下滑动；支架缸筒(4)的上部通过 滚珠环槽(2)与活塞杆(1)同轴连接，下部与工作缸(16)焊接；压电馈能机构由四 块馈能薄板组成，第一馈能薄板(5)粘接在支架缸筒(4)上，再与第二馈能薄板(6) 通过连接圆柱连接；蛇形薄板(3)粘接在第三馈能薄板(11)上，再与第四馈能薄 板(15)通过连接圆柱连接，第一馈能薄板(5)和第三馈能薄板(15)之间设有复原 弹簧(7)；绝缘基体(13)和压电材料(14)组成压电馈能模块分别安装在四块馈能 薄板上；滚珠圆柱(12)焊接在活塞杆(1)上，并与压电馈能机构同轴，滚珠圆柱 (12)上的滚珠与蛇形薄板(3)接触。
2.如权利要求1所述的一种基于压电材料的车辆振动能量回收装置，其特征在 于：还包括上吊耳(10)及下吊耳(17)，上吊耳(10)的一端与活塞杆(1)上端相连， 另一端与车身或者车架铰接；下吊耳(17)的一端与工作缸(16)下端相连，另一端 与车桥铰接。
3.如权利要求1所述的一种基于压电材料的车辆振动能量回收装置，其特征在 于：所述的压电馈能模块呈圆盘状，压电材料制作成薄膜状，压电馈能模块之间 设置一定间隙，间隙大小为1-2mm。
4.如权利要求1所述的一种基于压电材料的车辆振动能量回收装置，其特征在 于：所述的馈能薄板为绝缘体。
1.一种基于压电材料的车辆振动能量回收装置，其特征在于：主要由减振器、 支架缸筒(4)、滚珠圆柱(12)及压电馈能机构组成；减振器包括活塞杆(1)和工作 缸(16)，活塞杆(1)能够沿着工作缸(16)轴向上下滑动；支架缸筒(4)的上部通过 滚珠环槽(2)与活塞杆(1)同轴连接，下部与工作缸(16)焊接；压电馈能机构由四 块馈能薄板组成，第一馈能薄板(5)粘接在支架缸筒(4)上，再与第二馈能薄板(6) 通过连接圆柱连接；蛇形薄板(3)粘接在第三馈能薄板(11)上，再与第四馈能薄 板(15)通过连接圆柱连接，第一馈能薄板(5)和第三馈能薄板(15)之间设有复原 弹簧(7)；绝缘基体(13)和压电材料(14)组成压电馈能模块分别安装在四块馈能 薄板上；滚珠圆柱(12)焊接在活塞杆(1)上，并与压电馈能机构同轴，滚珠圆柱 (12)上的滚珠与蛇形薄板(3)接触。
2.如权利要求1所述的一种基于压电材料的车辆振动能量回收装置，其特征在 于：还包括上吊耳(10)及下吊耳(17)，上吊耳(10)的一端与活塞杆(1)上端相连， 另一端与车身或者车架铰接；下吊耳(17)的一端与工作缸(16)下端相连，另一端 与车桥铰接。
3.如权利要求1所述的一种基于压电材料的车辆振动能量回收装置，其特征在 于：所述的压电馈能模块呈圆盘状，压电材料制作成薄膜状，压电馈能模块之间 设置一定间隙，间隙大小为1-2mm。
4.如权利要求1所述的一种基于压电材料的车辆振动能量回收装置，其特征在 于：所述的馈能薄板为绝缘体。
翻译：技术领域
本实用新型属于汽车节能减排技术领域，具体涉及一种基于压电材料的车辆 振动能量回收装置。
背景技术
汽车在行驶过程中，由于不平路面激励以及各种复杂的道路工况引起的振动 能量，大部分通过减振器转化为热能消耗掉，若将此部分能量回收利用，则能在 很大程度上降低消耗，节约资源，同时减少使用成本，减少汽车对环境的破坏。
压电材料是在受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料。其原理 是：若对压电材料施加压力，便会产生电位差，称之为正电效应；反之施加电压 则产生机械应力，称之为逆压电效应；因此，压电材料具有机械能与电能之间转 换和逆转换的功能。压电材料发电具有持久、清洁、免维护的特点，并具有超高 的能量密度，其峰值能量密度达到100-10000kw/kg。
因此，基于压电材料的馈能悬架装置对于汽车的节能减排具有十分重要的意 义和广阔的市场前景。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：在汽车行驶过程中，将压电材料应用到悬 架系统中，随着悬架压缩和拉伸运动，通过一定装置转化为对压电材料的挤压， 将产生的电能通过储能装置进行回收和利用，将机械能转化为电能达到对振动能 量回收的目的。
本实用新型解决该技术问题所采用的技术方案是：
一种基于压电材料的车辆振动能量回收装置，主要由减振器、支架缸筒4、 滚珠圆柱12及压电馈能机构组成，减振器包括活塞杆1和工作缸16，活塞杆1 能够沿着工作缸16轴向上下滑动；支架缸筒4的上部通过滚珠环槽2与活塞杆 1同轴连接，下部与工作缸16焊接；压电馈能机构由四块馈能薄板组成，第一 馈能薄板5粘接在支架缸筒4上，再与第二馈能薄板6通过连接圆柱连接；蛇形 薄板3粘接在第三馈能薄板11上，再与第四馈能薄板15通过连接圆柱连接，第 一馈能薄板5和第三馈能薄板15之间设有复原弹簧7；绝缘基体13和压电材料 14组成压电馈能模块分别安装在四块馈能薄板上；滚珠圆柱12焊接在活塞杆1 上，并与压电馈能机构同轴，滚珠圆柱12上的滚珠与蛇形薄板3接触。
进一步地，该装置还包括上吊耳10及下吊耳17，上吊耳10的一端与活塞 杆1上端相连，另一端与车身或者车架铰接；下吊耳17的一端与工作缸16下端 相连，另一端与车桥铰接。
进一步地，压电馈能模块呈圆盘状，压电材料制作成薄膜状，压电馈能模块 之间设置一定间隙，大小为1-2mm，一方面防止过度压溃而破坏压电材料，提高 压电材料的使用寿命；另一方面防止结构过度紧凑而影响减振器性能，保证减振 器原有的良好性能。
进一步地，馈能薄板为绝缘体。
本实用新型有如下优点：
(1)能够将汽车行驶过程中的振动能量转化为电能，回收利用供给用电设 备或储存到蓄电池中。
(2)引入的馈能装置体积可以做到很小，在保证传统麦弗逊悬架原有性能 的基础上起到能量回收的作用，市场前景广阔。
(3)本实用新型在引入多组压电材料，另外在活塞杆前后左右四个面每隔 90°分别安装压电馈能机构，效率高，可靠性高，且压电材料具有较高的能量密 度，发电效果明显。
(4)压电材料变形产生的电压可经电压调节器变压后供给车辆用电设备或 蓄电池。该装置完全利用汽车形式过程中规悬架的振动能量直接转化为电能，不 需要消耗任何其他能源，可靠性高、节能环保，在能源问题日益严重的今天减少 了能源损失。
附图说明：
图1是本实用新型的一种基于压电材料的车辆振动能量回收装置的结构示 意图；
图2是本实用新型的压电馈能机构示意图；
图中：活塞杆1、滚珠环槽2、蛇形薄板3、支架缸筒4、第一馈能薄板5、 第二馈能薄板6、复原弹簧7、间隙8、连接圆柱9、上吊耳10、第三馈能薄板 11、滚珠圆柱12、绝缘基体13、压电材料14、第四馈能薄板15、工作缸16、 下吊耳17。
具体实施方式：
下面结合附图1具体说明本实用新型的具体实施过程。
实施例1
一种基于压电材料的车辆振动能量回收装置，主要由减振器、支架缸筒4、 滚珠圆柱12及压电馈能机构组成，减振器包括活塞杆1和工作缸16，活塞杆1 能够沿着工作缸16轴向上下滑动；支架缸筒4的上部通过滚珠环槽2与活塞杆 1同轴连接，下部与工作缸16焊接；压电馈能机构由四块馈能薄板组成，馈能 薄板均为绝缘体，第一馈能薄板5粘接在支架缸筒4上，再与第二馈能薄板6 通过连接圆柱连接；蛇形薄板3粘接在第三馈能薄板11上，再与第四馈能薄板 15通过连接圆柱连接，第一馈能薄板5和第三馈能薄板15之间设有复原弹簧7； 绝缘基体13和压电材料14组成压电馈能模块分别安装在四块馈能薄板上；滚珠 圆柱12焊接在活塞杆1上，并与压电馈能机构同轴，滚珠圆柱12上的滚珠与蛇 形薄板3接触。
该装置还包括上吊耳10及下吊耳17，上吊耳10的一端与活塞杆1上端相 连，另一端与车身或者车架铰接；下吊耳17的一端与工作缸16下端相连，另一 端与车桥铰接。
压电馈能模块呈圆盘状，压电材料制作成薄膜状，压电馈能模块之间设置一 定间隙，大小约为1-2mm，一方面防止过度压溃而破坏压电材料，提高压电材料 的使用寿命；另一方面防止结构过度紧凑而影响减振器性能，保证减振器原有的 良好性能。
由路面不平激励以及复杂的道路工况引起悬架系统上下振动，使活塞杆1 处于拉伸或压缩行程。现以拉伸行程为例，在拉伸行程，活塞杆相对于工作缸向 上运动，则滚珠圆柱12随活塞杆向上运动，滚珠在蛇形薄板3表面滚动到凸起 部位，在滚珠到达凸起顶端之前，压电馈能模块即已压合，继续运动则压电材料 受到挤压发生形变，产生电能。当压电馈能模块变形产生的弹性力超过弹簧弹力 时，则继续压馈弹簧，而凸起部位的移动位移是不足以使弹簧失效的。活塞杆继 续向上运动，滚珠由凸起顶端向凹处低端运动，则复原弹簧推动第三馈能薄板 11与第四馈能薄板15反方向运动至原来位置。若活塞杆继续向上运动，则滚珠 又由底部向凸起顶端运动，同样的原理，压电材料受挤压产生电能。在压缩行程 时的工作原理与拉伸行程相似，故无论拉伸还是压缩行程都会产生压电效应，达 到发电效果，实现回收能量的目的。
在活塞杆的前后左右每隔90°设有一个压电馈能机构，每个拉伸或压缩行 程，都同时有四个压电馈能机构产生压电效应，每个压电馈能机构又含有多个压 电馈能模块，因此，回收振动能量的效率是较高的。
通过这一工作过程，压电馈能机构通过压电材料的正压电效应将悬架的一部 分振动能量转化为电能，供给车辆用电网络或存储到蓄电池中，减轻了车辆对传 统能源的依赖。
