一种基于螺旋行星齿轮传动的阻尼可调式振动能量回收装置

1.本发明属于减振器能量回收技术领域，特别涉及一种基于螺旋行星齿轮传动的阻尼可调式振动能量回收装置。


背景技术：

2.减振器是用来抑制弹簧吸振后反弹时的振荡及来自路面的冲击。广泛用于汽车，为加速车架与车身振动的衰减，以改善汽车的行驶平顺性。减振器压缩行程和伸张行程都会伴随活塞杆的上下运动，从而会产生能量，而传统的减振器一般没有能量回收置，仅有少部分设置有减振器能量回收装置，但现有的减振器能量回收装置都是需要在减振器外部布置较多的机械结构，占用空间较大而且不便于安装。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种基于螺旋行星齿轮传动的阻尼可调式振动能量回收装置，其沿减振器的轴向布置，占用空间较小，且便于安装；能够利用行星齿轮机构的速比特性实现减振器压缩行程和伸张行程全部能量充分回收。
4.本发明提供的技术方案为：
5.一种基于螺旋行星齿轮传动的阻尼可调式振动能量回收装置，包括：
6.减振器，其包括减振器筒、活塞和活塞杆；
7.其中，所述活塞设置在所述减振器筒中，并且能够沿所述减振器筒轴向移动；所述活塞杆同轴固定连接在所述活塞上；
8.电机罩，其固定套设在所述减振器筒上；
9.输出轴，其可转动的设置在所述电机罩中，并且与所述活塞杆连接；当所述活塞杆沿所述减振器筒的轴向移动时能够驱动所述输出轴转动；
10.行星齿轮机构，其包括：太阳轮，多个行星齿轮、行星架和齿圈；
11.其中，所述太阳轮固定连接在所述输出轴上；
12.第一电机，其固定设置在所述电机罩内，所述第一电机的电机轴与所述行星架固定连接；
13.多个电机轴齿轮，其分别与所述齿圈啮合；
14.多个第二电机，其固定设置在所述电机罩内，并且与所述电机轴齿轮一一对应设置；所述第二电机的电机轴与所述电机轴齿轮固定连接。
15.优选的是，所述活塞杆的一端同轴开设有内螺纹孔；所述输出轴的一端设置有外螺纹，并通过所述外螺纹匹配连接在所述内螺纹孔中。
16.优选的是，所述输出轴上设置有输出轴轴承，并且通过所述输出轴轴承轴向固定在所述电机罩内。
17.优选的是，所述输出轴上设置有限位凸台，所述限位凸台位于在所述输出轴轴承与所述太阳轮之间。
18.优选的是，所述齿圈上设置有齿圈轴承，并且通过所述齿圈轴承轴向固定在所述电机罩内。
19.优选的是，输出轴轴承采用圆柱滚子轴承；所述齿圈轴承采用滑动轴承。
20.优选的是，所述多个电机轴齿轮设置在所述齿圈的内侧，并且沿所述齿圈的内圆周均匀间隔设置。
21.优选的是，所述电机罩包括：第一罩体、第二罩体和电机罩盖；
22.其中，所述第一罩体和第二罩体沿所述输出轴的轴向设置，并且相对设置在所述输出轴的两侧；所述第一罩体可拆卸的固定连接在所述第二罩体上；所述电机罩盖同时可拆卸的连接在所述第一罩体和所述第二罩体的一端。
23.优选的是，所述第一罩体和所述第二罩体之间通过螺栓连接。
24.优选的是，所述活塞杆上开设有内螺纹孔的一端位于所述减振器筒内，所述输出轴的一端插入所述减振器筒内与所述活塞杆连接。
25.优选的是，所述活塞杆的另一端延伸至所述减振器筒外部，并且套设有防尘罩；所述防尘罩所述活塞杆固定连接。
26.本发明的有益效果是：
27.本发明提供的基于螺旋行星齿轮传动的阻尼可调式振动能量回收装置，着眼悬架系统的能量回收，在传统的筒式减振器的基础上进行发明改进，通过螺旋副将减振器活塞和活塞杆的上下运动转化为电机轴的旋转运动，现能量的高效利用，从而达到节能减排、绿色环保的目标；本发明结构简单，设计合理，实现方便且成本低；巧妙利用行星齿轮机构的速比特性实现了减振器压缩行程和伸张行程全部能量充分回收。
28.本发明提供的基于螺旋行星齿轮传动的阻尼可调式振动能量回收装置，采用多个电机进行能量回收；在工作过程中，可以通过行星齿轮机构可以实现换向传动的自带特性，控制第一电机以及第二电机的工作情况，充分利用电机发电时产生的阻尼来实现减振器的阻尼可调性，提高车辆的舒适性。
29.本发明提供的基于螺旋行星齿轮传动的阻尼可调式振动能量回收装置，沿减振器的轴向布置，占用空间较小，且便于安装。
附图说明
30.图1为本发明所述的基于螺旋行星齿轮传动的阻尼可调式振动能量回收装置的内部结构示意图。
31.图2为本发明所述的减振器筒与输出轴配合的结构示意图。
32.图3为本发明所述的活塞杆与输出轴配合的结构示意图。
33.图4为本发明所述的行星架与第一电机配合的结构示意图。
34.图5为本发明所述的减振器筒一端的结构示意图。
35.图6为本发明所述的减振器筒另一端的结构示意图。
36.图7为本发明所述的电机罩和减振器筒配合的结构示意图。
37.图8为本发明所述的基于螺旋行星齿轮传动的阻尼可调式振动能量回收装置的外部结构示意图。
具体实施方式
38.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
39.如图1～8所示，本发明提供了一种基于螺旋行星齿轮传动的阻尼可调式振动能量回收装置，主要包括：减振器，电机罩110，输出轴120、行星齿轮机构、第一电机140、电机轴齿轮150及第二电机160。其中，所述行星齿轮机构包括：太阳轮131，多个行星齿轮132、行星架133和齿圈134。
40.所述减振器主要包括减振器筒210、活塞220和活塞杆230。其中，活塞220设置在减振器筒210中，并且能够沿减振器210筒轴向移动；活塞杆230同轴固定连接在活塞220上。减振器筒210的两端分别同轴开设有第一通孔210a和第二通孔210b，活塞杆230的一端位于减振器筒210中，另一端穿过第一通孔210a延伸至减振器筒210外部。减振器筒210的一端设置有圆环形的凸肩211，凸肩211与第二通孔210b在减振器筒210的同一端设置。电机罩110套设在减振器筒210上设置有凸肩211的一端，减振器筒210通过凸肩211固定在电机罩110内。作为优选，所述减振器还设置有防尘罩240，防尘罩240套设在活塞杆230伸至减振器筒210外部的一端上；并且防尘罩240与活塞杆230的端部固定连接。防护罩240同时套设在减振器筒210设置有第一通孔210a的一端上，并能够相对于减振器筒210轴向移动。通过设置防尘罩240能够对减振器的部件起到防护作用，并且便于减振器与车辆的连接。本发明中采用的减振器和现有技术中常用的液力减振器原理相同，此处不再赘述。
41.输出轴120可转动的设置在电机罩110内，并且与活塞杆230连接；当活塞杆230沿减振器筒210的轴向移动时能够驱动输出轴120转动。太阳轮131同轴固定连接在输出轴120上。多个行星齿轮132围绕太阳轮131设置，并且分别与太阳轮131啮合。第一电机140固定设置在电机罩110内，第一电机140的电机轴与行星架133固定连接。多个电机轴齿轮150设置在所述齿圈134的内侧，分别与齿圈134啮合。多个第二电机160固定设置在电机罩110内，并且与电机轴齿轮150一一对应设置；第二电机160的电机轴与电机轴齿轮110固定连接。其中，第一电机140的电机轴上设置有第一电机轴轴承，并且通过所述第一电机轴轴承轴向固定在电机罩110中；第二电机160的电机轴上设置有第二电机轴轴承，并且通过所述第二电机轴轴承轴向固定在电机罩110中。在电机罩110内还分别设置有齿圈制动机构和行星架制动机构，齿圈制动机构用于制动齿圈134，行星架制动器用于制动行星架133。其中，所述齿圈制动机构和所述行星架制动机构均可以采用离合器。当齿圈制动机构与齿圈134分离时，齿圈134随行星齿轮132转动；当所述齿圈制动机构与齿圈134接合时，齿圈134停止转动。当行星架制动机构与行星架133分离时，行星架133在行星齿轮132驱动下的转动；当行星架制动机构与行星133架接合时，行星架133停止转动。
42.在本实施例中，电机轴齿轮150设置为3个，3个电机轴齿轮150沿齿圈134的内圆周均匀间隔设置。作为进一步的优选，齿圈134上设置有齿圈轴承135，并且通过齿圈轴承135轴向固定在电机罩内。其中，齿圈轴承135采用滑动轴承。
43.在本实施例中，活塞杆230的一端(位于减振器筒210内的一端)同轴开设有内螺纹孔；输出轴120的一端设置有外螺纹121，并穿过减振器筒210上的第二通孔210b，延伸至减振器筒210内；输出轴120通过外螺纹121匹配连接在所述内螺纹孔中。输出轴120上设置有输出轴轴承122，输出轴轴承122的外圈固定在电机罩110内，从而实现输出轴120的轴向固
定；活塞杆230和输出轴120之间组成螺旋副结构。当活塞杆230轴向移动时，输出轴120由于被输出轴轴承122轴向固定，只能在输出轴轴承122内转动。输出轴120上还设置有限位凸台123，限位凸台123为圆环形，并且同轴固定套设在输出轴120。限位凸台123位于在输出轴轴承122与太阳轮131之间，通过设置限位凸台123，能够对太阳轮131和输出轴轴承122起到轴向固定的作用。其中，输出轴轴122承采用圆柱滚子轴承。
44.在另一种实施例中，活塞杆230的一端(位于减振器筒210内的一端)设置有外螺纹；输出轴120的一端同轴开设有内螺纹孔，活塞杆230通过外螺纹匹配连接在输出轴120的内螺纹孔中。输出轴120上设置有输出轴轴承，从而实现输出轴120的轴向固定；活塞杆230和输出轴120之间组成螺旋副结构。当活塞杆230轴向移动时，驱动输出轴120转动。
45.作为进一步的优选，电机罩110包括：第一罩体110a、第二罩体110b和电机罩盖110c。其中，第一罩体110a和第二罩体110b沿输出轴120的轴向设置，并且相对设置在输出轴120的两侧；第一罩体110a可拆卸的固定连接在第二罩体110b上；电机罩盖110c同时可拆卸的连接在第一罩体110a和和第二罩体110b的一端。通过设置开拆卸的电机罩结构，能够便于电机罩110内的机构的安装，以及便于使用过程中的检修。
46.在本实施例中，第一罩体110a和第二罩体110b之间通过螺栓连接，电机罩盖110c分别通过螺栓与第一罩体110a和第二罩体110b连接。更加方便电机罩110的各组成部件之间的拆装。
47.作为优选，在另一种实施例中，第二电机160采用直流行星齿轮减速电机，该电机将行星齿轮组与电机结合，具有如下优点：
48.(1)利用行星齿轮组实现多级调速，由此实现阻尼的多级调节，适应减振器的复杂工况。
49.(2)行星齿轮结构更加紧凑，受力更加均匀，承载能力强，使本装置具有稳定可靠、工作效率高等优势。
50.在正常工作条件下，本发明提供的能量回收装置利用电机发电时产生的阻力矩来提供阻尼，并且可以通过控制第二电机160的工作数量以及改变电机扭矩使阻尼不同。
51.所述的能量回收装置具有在压缩和伸张行程阻尼不同的工作特性。在压缩冲程时减小阻尼来提高车辆的舒适性，并且在伸张行程时增大阻尼来快速吸收振动。在平坦路面行驶时，选择小的行星齿轮机构传动比或者减少第二工作电机160的数量从而减小阻尼，提高舒适性；在颠簸路面，选择大的行星齿轮机构传动比或者增大工作的第二电机160的数量从而增大阻尼。
52.本发明提供的基于螺旋行星齿轮传动的阻尼可调式振动能量回收装置的工作过程为：
53.在减振器压缩行程，活塞220和活塞杆230朝向靠近太阳轮131的方向运动，带动输出轴120旋转，此时，通过齿圈制动机构将齿圈134固定，行星架133可以转动；动力传递路径为：输出轴120
→
太阳轮131
→
行星齿轮132
→
行星架133，从而带动与行星架133固连的第一电机140的电机轴旋转，产生电能并储存在第一电机140内部，以达到能量回收的目的。
54.在减振器伸张行程，活塞220和活塞杆230朝向远离太阳轮131的方向运动，带动输出轴120旋转，此时，通过行星架制动机构将行星架133固定，齿圈134可以转动；动力传递路径为：输出轴120
→
太阳轮131
→
行星齿轮132
→
齿圈134，从而带动与齿圈134啮合的电机轴
齿轮150旋转，进而带动第二电机160的电机轴旋转，产生电能并储存在第二电机160内部，以达到能量回收的目的。
55.同时，在工作过程中，可以通过行星齿轮系统可换向传动的性质，控制第一电机140以及第二电机160工作情况，充分利用电机发电时产生的阻尼来实现减振器的阻尼可调性，提高车辆的舒适性。
56.本发明是在传统的液力筒式减振器的基础上进行发明改进的一种基于螺旋行星齿轮传动的阻尼可调式振动能量回收装置，采用双活塞杆结构(活塞的两侧均具有一部分活塞杆)，所述能量回收机构竖直设置，电机罩与车桥连接，活塞杆一端通过防尘罩与车架连接，另一端与输出轴组成螺旋副结构，通过螺旋副结构将活塞杆的直线运动转化为输出轴的旋转运动，输出轴与行星齿轮机构连接，巧妙利用行星齿轮机构的速比特性实现了减振器压缩行程和伸张行程全部能量充分回收。同时，在工作过程中，又通过控制电机的工作情况及工作数量，充分利用电机发电时产生的阻尼来实现减振器的阻尼可调性，提高车辆的舒适性。
57.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。