自传感与自供能主被动一体化智能减振器

本发明属于绿色新能源，特别涉及自传感与自供能主被动一体化智能减振器。

背景技术：

1、随着全球能源消耗量的不断增加，发展节能技术已迫在眉睫。在此背景下，无源自传感与自供能减振器逐渐成为重要研究领域。汽车在行驶过程中，将车辆振动传递给驾驶员，增加了驾驶员的疲劳程度，根据不同路况提高驾驶员的舒适性对于行车安全极为重要。因此，利用摩擦纳米发电、电磁感应原理实现减振器的自传感和自供能备受学术界和工业界的关注。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种可自动调整减振效果的自传感与自供能主被动一体化智能减振器。

2、本发明所采用的技术方案为：

3、自传感与自供能主被动一体化智能减振器，包括活塞机构，活塞机构包括依次连接的上端盖、弹簧、下端盖，下端盖的上侧连接有上缸体，下端盖的下侧连接有下缸体；所述上缸体内套设有活塞杆，活塞杆伸出上缸体的一端与上端盖连接，上缸体的上段为缩颈段，上缸体的下段为活塞腔，活塞杆伸进活塞腔的一端连接有活塞组件；所述缩颈段与活塞杆之间设置有用于检测振动时运动速度的自感应摩擦发电机构；所述活塞杆与活塞腔之间设置有直线发电机构；所述活塞腔内充有阻尼液体，活塞组件与活塞腔之间设置有用于改变阻尼液体的阻尼力的流变模块，活塞腔外部设置有回流通道，回流通道分别于活塞腔位于活塞组件的上下两侧分别连通；所述下缸体内安装有通过活塞杆或阻尼液体驱动发电的盘式发电机构；所述盘式发电机构的输入轴与下端盖之间设置有用于检测振动频率和幅值的自感应旋转摩擦机构；还包括mcu处理器，mcu处理器根据振动的运动速度、频率和幅值控制流变模块以改变阻尼液体的阻尼力；所述自感应摩擦发电机构、直线发电机构和盘式发电机构分别为流变模块供电。

4、本发明的弹簧安装于上端盖和下端盖之间，提供减振器的承载能力。本发明的减振器上下振动的过程中，活塞杆相对于上缸体上下往复移动。自感应旋转摩擦机构检测振动时运动速度，自感应旋转摩擦机构检测振动的频率和幅值，mcu处理器根据振动的运动速度、频率和幅值向流变模块发出控制信号，流变模块改变磁场大小或电压大小，从而改变阻尼液体的阻尼力，阻尼液体吸收和衰减振动能，使汽车平稳行驶。本发明自动检测振动数据并根据反馈的振动数据自动调节阻尼大小，实现自传感过程。

5、自感应摩擦发电机构、直线发电机构和盘式发电机构将振动转换为电能，为流变模块供电，实现自供能减振。

6、自感应摩擦发电机构不仅检测振动的运动速度，还产生电能；盘式发电机构不仅产生电能，还驱动自感应旋转摩擦机构动作以检测振动的频率和幅值；活塞杆不仅推动阻尼液体流动以实现减振，还通过阻尼液体或通过机械传动驱动盘式发电机构发电。因此，本发明各模块相互配合作用，在实现自传感和自供能减振的情况下，尽量简化结构。

7、作为本发明的优选方案，所述自感应摩擦发电机构包括摩擦层和电极层，摩擦层内嵌在缩颈段的内表面，摩擦层为栅格状结构，电极层设置在活塞杆表面，电极层为两组设置在活塞杆表面互补的光栅状结构。由振动引起的摩擦层和电极层上下相对运动，使得电极层中的光栅状结构间形成电势差，从而产生电流，通过活塞杆的中心孔中的电路模块存储电能。由振动引起的摩擦层和电极层上下相对运动的速度，则与电路中的负载电压大小正相关，所以可以通过检测负载上的电压大小，间接检测出摩擦层和电极层上下相对运动的速度大小。

8、作为本发明的优选方案，所述直线发电机构包括永磁铁阵列、线圈阵列和励磁线圈，永磁铁阵列和线圈阵列在活塞杆上间隔设置，励磁线圈套设在活塞腔外部。线圈阵列可以提高永磁铁阵列磁场的均匀性和稳定性。活塞杆带动线圈阵列和永磁铁阵列相对于励磁线圈运动时，励磁线圈的磁通量变化而产生感应电动势，通过活塞杆中心孔中的电路模块存储电能。

9、作为本发明的优选方案，所述阻尼液体为磁流变液，流变模块为磁流变模块，磁流变模块包括线圈，线圈安装于活塞组件内。基于自感应摩擦发电机构、直线发电机构和盘式发电机构产生电能，线圈可以根据不同路况改变磁场的大小。随着磁场大小的变化，磁流变液内部的剪切应力和剪切应变会发生变化，从而动态改变阻尼力，大大提高车辆行驶的稳定性。

10、作为本发明的优选方案，所述阻尼液体为电流变液，流变模块为电流变模块，电流变模块包括正电极板和负电极板，正电极板安装于活塞腔位于活塞组件的上部空间内，负电极板安装于活塞组件上。基于自感应摩擦发电机构、直线发电机构和盘式发电机构产生电能，电流变模块可以根据不同路况改变附加在正电极板和负电极板的电压大小，从而动态地改变电流变液的阻尼，以此达到改变减振器阻尼的目的。

11、作为本发明的优选方案，所述盘式发电机构包括液压马达，安装于活塞腔内，液压马达上设置有相互连通的第一孔和第二孔，第一孔与活塞腔连通，第二孔与回流通道连通，液压马达的输出轴连接有齿轮加速箱，齿轮加速箱的输出轴连接有盘式发电机，齿轮加速箱和盘式发电机安装于下缸体内。随着活塞组件向下运动，阻尼液体从第一孔流入液压马达，驱动液压马达内部转子旋转，随后通过输出轴驱动齿轮加速箱的输入轴旋转，通过齿轮加速箱加速，最终驱动盘式发电机旋转发电。同时阻尼液体从液压马达的第二孔流出，进入上缸体外部的回流通道，进入上缸体的上腔。当活塞组件向上运动，则液压马达反转，阻尼液体从上缸体的上腔经回流通道流入下腔。

12、作为本发明的优选方案，所述盘式发电机构包括齿轮齿条模块，齿轮齿条模块安装于活塞腔内，齿轮齿条模块的输入端与活塞组件连接，齿轮齿条模块的输出端连接有齿轮加速箱，齿轮加速箱的输出轴连接有盘式发电机，齿轮加速箱和盘式发电机安装于下缸体内。

13、作为本发明的优选方案，所述齿轮齿条模块包括固定于活塞杆下表面的齿条，下端盖上固定有吊耳，吊耳上转动连接有阶梯轴，阶梯轴上分别安装有圆柱齿轮和主动锥齿轮，齿轮加速箱的输入轴上连接有从动锥齿轮，圆柱齿轮与齿条啮合，主动锥齿轮与从动锥齿轮啮合。当活塞组件下移时，齿条下移并驱动圆柱齿轮转动，与圆柱齿轮同轴的主动锥齿轮相应转动。主动锥齿轮驱动从动锥齿轮转动，从而从动锥齿轮带动齿轮加速箱的输入轴旋转。通过齿轮加速箱作用使输出轴转速提高，最后齿轮加速箱的输出轴连接到盘式发电机的输入轴，驱动盘式发电机发电。当活塞组件上移时，则液压马达反向旋转，从而驱动齿轮加速箱和发电机反向旋转。

14、作为本发明的优选方案，所述自感应旋转摩擦机构包括微处理器、若干旋转电极层和若干旋转摩擦层，旋转摩擦层设置于旋转电极层外侧，旋转摩擦层安装于下端盖内，旋转电极层安装于盘式发电机构的输入轴上，旋转电极层和旋转摩擦层分别与微处理器电连接。盘式发电机构的输入轴相对于下端盖转动能时，由于摩擦层与电极层摩擦，铜箔之间形成电势差，从而形成回路，收集电能。同时，电势差大小与摩擦层和电极层摩擦的相对速度正相关，从而由电势差的大小获得其相对运动速度。

15、作为本发明的优选方案，所述活塞组件包括固定于活塞杆上的上活塞和下活塞，上活塞或下活塞上设置有密封环。密封环能保证活塞组件与活塞腔之间良好密封。上活塞和下活塞能方便安装线圈。

16、本发明的有益效果为：

17、1.本发明的减振器上下振动的过程中，活塞杆相对于上缸体上下往复移动。自感应旋转摩擦机构检测振动时运动速度，自感应旋转摩擦机构检测振动的频率和幅值，mcu处理器根据振动的运动速度、频率和幅值向流变模块发出控制信号，流变模块改变磁场大小或电压大小，从而改变阻尼液体的阻尼力，阻尼液体吸收和衰减振动能，使汽车平稳行驶。本发明自动检测振动数据并根据反馈的振动数据自动调节阻尼大小，实现自传感过程。

18、2.自感应摩擦发电机构、直线发电机构和盘式发电机构将振动转换为电能，为流变模块供电，实现自供能减振。

19、3.自感应摩擦发电机构不仅检测振动的运动速度，还产生电能；盘式发电机构不仅产生电能，还驱动自感应旋转摩擦机构动作以检测振动的频率和幅值；活塞杆不仅推动阻尼液体流动以实现减振，还通过阻尼液体或通过机械传动驱动盘式发电机构发电。因此，本发明各模块相互配合作用，在实现自传感和自供能减振的情况下，尽量简化结构。