[发明专利]一种卡曼压电式悬架馈能装置

说明书

本发明一种卡曼压电式悬架馈能装置，将汽车行驶时悬架减振器后侧的空气涡旋能量转换成电能。本发明在汽车悬架的减振器外壁安装悬臂梁，压电陶瓷膜片固定于悬臂梁上，利用卡曼涡街原理，流动的空气流过圆柱体减振器时，在其背面的两侧交替产生涡旋尾流，旋涡尾流在压电陶瓷膜片上产生交替变化的压强，压电陶瓷受压后产生电动势，经过滤波器和电压调节器变压后给汽车的蓄电池供电。所述装置完全利用汽车行驶过程的悬架处的空气流动进行发电，不需要消耗其他能源，可靠性高，节能，绿色环保。

技术领域

本发明一种卡曼压电式悬架馈能装置，属于汽车节能减排的技术领域。

技术背景

悬架是车架与车桥(或车轮)之间一切传力装置的总称，汽车在运动过程中，流动的空气会纵向流过汽车的上下表面，而这其中也包括悬架，这部分由于空气流动而产生的能量一直被当作汽车行驶阻力，目前，从减小汽车风阻系数的角度来减小行驶阻力从而实现降低油耗的技术较多，而本发明的思想则是在不改变风阻的前提下，对这部分气流能量进行回收。

卡曼(涡街)原理是在1911年由德国科学家卡曼从空气动力学的观点中找到的这种涡旋稳定性的理论依据，涡街的每个单涡旋的频率与绕流速度成正比，与圆柱体直径成反比。涡街的出现与否与雷诺数有关，当雷诺数大于3×10⁶时，交替的涡街会出现。当出现涡街时，流体对物体会产生一个周期性的交变横向作用力。

因此，可以利用该交变力，作用在压电陶瓷上以产生交变的电压，进而实现能量的回收和存储。目前，通过空气涡旋来回收悬架能量的技术还处于探索阶段，所发明的这种实用化馈能装置有着重要的节能意义和广阔的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对汽车行驶过程中悬架减振器处的空气涡旋，设计结构简单可靠、附加重量小的机构，能够回收较多的涡旋尾流能量；解决悬架运动以及汽车底盘的其他运动部件如车轮等对空气涡旋的干扰问题，保持充电电压的稳定。

本发明解决该技术问题所采取的方案是：采用一种悬臂梁结构，将悬臂梁通过悬臂梁接头和固定螺栓固定在减振器的合适位置，悬臂梁上带有螺柱，其余的部件都以悬臂梁为基体来布置，压电陶瓷膜片通过上下两个螺母固定于悬臂梁上，且与悬臂梁的上端面保持有一个螺母厚度的距离。本装置中附设有电控单元滤波器、电压调节器及其自激励供电器：滤波器将输入不规律的电信号进行过滤，使其按照规定的正弦波信号输出；电压调节器将输入电压进行斩波和A/D转换，使交变的数字型电压电流信号能够直接供用于蓄电池和车载供电网络；自激励供电器利用正压电效应产生的电动势，结合快速充放的电容电感LC回路，实现对滤波器和电压调节器的供电。滤波器、自激励供电器和电压调节器都以螺栓连接的方式固定于悬臂梁的螺柱上。

本技术具有如下优势：

1.能够将汽车行驶过程中悬架所产生的空气涡旋尾流能量进行收集，转化为电能加以回收利用。

2.部件都安装于悬臂梁及其接头上，拆装方便；纵向布置可减小悬架摆动时与其它部件之间的横向运动干涉。

3.独立安装的压电陶瓷膜片，可根据车型结构、悬架形式及最高行驶车速对膜片大小进行合理的选择和替换，提高了装置的通用性和适应性。

4.滤波器、电压调节器的引入可降低主要的涡旋干扰因素的影响，降低了对外界环境及车辆行驶工况的要求，提高了装置的稳定性。

5.自激励供电器的引入避免了滤波器和电压调节器工作时消耗汽车蓄电池的电能，实现了整个装置对汽车固有能源零消耗的目标。

附图说明：

图1为卡曼压电式悬架馈能装置示意图；

图中1.减振器 2螺柱(a) 3.螺母(a) 4.压电陶瓷膜片 5.悬臂梁 6.自激励供电器 7.螺母(a) 8.螺柱(b) 9.滤波器 10.螺母(c) 11.固定螺栓 12.悬臂梁接头 13.电压调节器