ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ АМОРТИЗАТОР С РЕКУПЕРАТИВНЫМ ЭФФЕКТОМ

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к области подвесных устройств транспортных средств, и может применяться в автомобильном транспорте.
Известен электромагнитный амортизатор (Патент US 7722056, МПК B60G 17/016 (2006.01), фигура 24) с возможностью рекуперации механической энергии возвратно-поступательного движения амортизатора в электрическую энергию, во внутренней трубке которого размещены обмотки первого и второго синхронных генераторов с постоянными магнитами. Винтовой стержень шарико-винтовой передачи, закрепленный на внешней трубке амортизатора и совершающий возвратно-поступательные движения внутри внутренней трубки, имеет два одинаковых по длине участка с разным шагом резьбы. На каждом из участков с разным шагом резьбы на винтовом стержне установлена гайка шарико-винтовой передачи, соответствующая данному шагу резьбы. Каждая гайка закреплена на внутренней трубке с помощью подшипников. Винтовой стержень, совершая возвратно-поступательные движения, приводит во вращение гайки с закрепленными на их поверхности постоянными магнитами, при этом обе гайки по отношению друг к другу всегда крутятся в одинаковую сторону. Таким образом, в конструкцию амортизатора встроены два синхронных генератора с постоянными магнитами с разным характеристиками для формирования демпфирующей характеристики амортизатора.
Недостатком такого амортизатора являются малые размеры генераторов с постоянными магнитами, встроенных в конструкцию амортизатора, т.к. размеры ротора и статора в каждом генераторе ограничены высотой гайки вследствие размещения магнитов только на поверхности гайки.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению, принятому за прототип, является электромагнитный амортизатор с рекуперативным эффектом (Патент на полезную модель RU 169464, МПК B60G 13/14 (2006.01)), содержащий внутреннюю трубку, соединенную в торцевой части с нижним соединительным элементом, который предназначен для закрепления амортизатора на направляющем элементе подвески колеса. На внутренней стенке внутренней трубки расположены выступы, на которые намотаны обмотки электродвигателя с постоянными магнитами. В амортизаторе применен механизм шарико-винтовой пары, состоящий из гайки и винтового стержня, причем винтовой стержень имеет выполненную на нем наружную резьбу с левым направлением и введен в зацепление с гайкой таким образом, что между винтовым стержнем и гайкой удерживаются несущие шарики. Вал электродвигателя выполнен полым, причем на одном конце закреплен на гайке, на другом конце установлен в подшипник, который в свою очередь закреплен на внутренней стенке внутренней трубки. На внешней стороне вала закреплены постоянные магниты, являющиеся частью ротора электродвигателя. Между внутренней стенкой внутренней трубки и гайкой шарико-винтовой пары установлен подшипник. Верхний соединительный элемент соединен с внешней трубкой в ее торцевой части и предназначен для крепления амортизатора к несущей системе транспортного средства, при этом верхний соединительный элемент является продолжением винтового стержня шарико-винтовой пары, расположенного внутри внешней трубки. Внешняя трубка служит для предотвращения попадания внутрь амортизатора воды и пыли. На внутренней стороне нижней торцевой части вала установлен демпфирующий сальник, который, вступая в контакт с винтовым стержнем при сжатии амортизатора, служит ограничителем хода сжатия. На конце винтового стержня шарико-винтовой пары с помощью гайки закреплен кольцевой демпфирующий сальник, который, вступая в контакт с гайкой шарико-винтовой пары при отбое амортизатора, служит ограничителем хода отбоя.
Недостатком данного устройства является то, что при смене направления линейного перемещения винтового стержня происходит реверсирование вращения вала электродвигателя, что приводит из-за наличия момента инерции вала к повышенным динамическим нагрузкам на механизм шарико-винтовой пары, включающий в себя винтовой стержень, гайку и находящиеся между ними несущие шарики.
Задачей, решаемой полезной моделью, является снижение динамических нагрузок на механизм шарико-винтовой пары, входящей в состав электромагнитного амортизатора.
Поставленная задача решается тем, что в известный электромагнитный амортизатор с рекуперативным эффектом, содержащий нижний соединительный элемент, внутреннюю трубку, соединенную в торцевой части с нижним соединительным элементом, при этом на внутренней стенке внутренней трубки расположены выступы, на которые намотаны обмотки электродвигателя с постоянными магнитами, вал электродвигателя, выполненный полым, постоянные магниты, закрепленные на внешней стороне вала электродвигателя, гайку, имеющую левое направление резьбы, верхний соединительный элемент, внешнюю трубку, соединенную в торцевой части с верхним соединительным элементом, введены винтовой стержень, расположенный внутри внешней трубки и соединенный с верхним соединительным элементом, при этом внутренний диаметр вала электродвигателя позволяет винтовому стержню свободно перемещаться внутри вала электродвигателя, одну половину длины винтового стержня занимает резьба с левым направлением, а другую половину занимает резьба с правым направлением, причем гайка с левым направлением резьбы введена в зацепление с винтовым стержнем на участке с левым направлением резьбы таким образом, что между винтовым стержнем и гайкой расположены несущие шарики, гайка с правым направлением резьбы, введенная в зацепление с винтовым стержнем на участке с правым направлением резьбы таким образом, что между винтовым стержнем и гайкой расположены несущие шарики, первая муфта свободного хода, установленная внутрь вала электродвигателя с одного конца вала, при этом внутрь муфты установлена гайка с левым направлением резьбы, вторая муфта свободного хода, установленная внутрь вала электродвигателя с другого конца вала, при этом внутрь муфты установлена гайка с правым направлением резьбы, причем вал электродвигателя закреплен с обоих концов на внутренней стенке внутренней трубки с помощью подшипников, распор, закрепленный на противоположном от верхнего соединительного элемента конце винтового стержня.
Технический результат достигается за счет размещения в электромагнитном амортизаторе механизма, придающего однонаправленное вращение валу электродвигателя при любом направлении линейного перемещения винтового стержня. Вращение вала электродвигателя в одну сторону без реверсирования позволяет снизить динамические нагрузки, действующие на механизм шарико-винтовой пары.
Предлагаемое решение в итоге позволяет повысить надежность электромагнитного амортизатора и продлить срок его службы за счет снижения динамических нагрузок, действующих в шарико-винтовой паре электромагнитного амортизатора.
На чертеже изображен электромагнитный амортизатор с рекуперативным эффектом в разрезе.
Амортизатор содержит внутреннюю трубку 1, соединенную в торцевой части с нижним соединительным элементом 2, который предназначен для закрепления амортизатора на направляющем элементе подвески колеса. На внутренней стенке внутренней трубки 1 расположены выступы, на которые намотаны обмотки 3 статора электродвигателя с постоянными магнитами. В амортизаторе применен механизм комбинированной шарико-винтовой пары, состоящий из гайки 4 с левым направлением резьбы, гайки 14 с правым направлением резьбы и винтового стержня 5, у которого одну половину длины занимает резьба с левым направлением, а другую половину занимает резьба с правым направлением. Гайка 4 введена в зацепление с винтовым стержнем 5 на участке с левым направлением резьбы, а гайка 14 введена в зацепление с винтовым стержнем 5 на участке с правым направлением резьбы. Между винтовым стержнем 5 и гайками 4 и 14 удерживаются несущие шарики. Гайка 4 установлена внутрь первой муфты свободного хода 12, гайка 14 установлена внутрь второй муфты свободного хода 15. Вал 6 электродвигателя выполнен полым, на одном конце внутрь вала 6 установлена первая муфта свободного хода 12, а на другом конце внутрь вала 6 установлена вторая муфта свободного хода 15. На внешней стороне вала 6 закреплены постоянные магниты 8, являющиеся частью ротора электродвигателя. На концы вала 6 одеты подшипники 7 и 9, которые в свою очередь закреплены на внутренней стенке внутренней трубки 1. Внутренний диаметр вала 6 электродвигателя выбран таким, что винтовой стержень 5 свободно перемещается внутри него. Верхний соединительный элемент 10 соединен с внешней трубкой 11 в ее торцевой части и предназначен для крепления амортизатора к несущей системе транспортного средства, при этом верхний соединительный элемент 10 является продолжением винтового стержня 5 шарико-винтовой пары, расположенного внутри внешней трубки 11. Внешняя трубка 11 служит для предотвращения попадания внутрь амортизатора воды и пыли. На противоположном от верхнего соединительного элемента 10 конце винтового стержня 5 установлен распор 13, скользящий при движении винтового стержня 5 по внутренней поверхности внутренней трубки 1 и обеспечивающий соосность винтового стержня 5 и внутренней трубки 1.
Амортизатор работает следующим образом. Возвратно-поступательные движения винтового стержня 5 комбинированной шарико-винтовой пары при сжатии и отбое амортизатора преобразуются во вращение гаек 4 и 14, причем гайки 4 и 14 при любом направлении перемещения винтового стержня 5 всегда вращаются разнонаправленно, т.к. имеют разное направление резьбы. Муфты свободного хода 12 и 15, в которых закреплены гайки 4 и 14, соответственно, имеют идентичную конструкцию и состоят из внешнего кольца, установленного внутрь вала 6, и внутреннего кольца, в который вставлена гайка. Муфты свободного хода 12 и 15 при вращении по часовой стрелке прокручиваются вхолостую, а при вращении против часовой стрелке передают крутящий момент от внутреннего кольца к внешнему кольцу. Таким образом, когда винтовой стержень 5 идет вверх, гайка 4 вращается против часовой стрелки и крутящий момент от гайки 4 через муфту свободного хода 12 передается на вал 6 и вызывает его вращение против часовой стрелки, а гайка 14 и муфта свободного хода 15 прокручиваются вхолостую по часовой стрелке. Когда же когда винтовой стержень 5 идет вниз, то наоборот, крутящий момент на вал 6 передается против часовой стрелки уже от гайки 14 через муфту свободного хода 15, а гайка 4 и муфта свободного хода 12 прокручиваются в холостую по часовой стрелке. В итоге возвратно-поступательные движения винтового стержня 5 преобразуются в одностороннее вращение вала 6 электродвигателя.
Вращение закрепленных на внешней стороне вала 6 постоянных магнитов 8 наводит ЭДС в размещенных на внутренней стенке внутренней трубки 1 обмотках 3 статора электродвигателя, преобразуя таким образом механическую энергию возвратно-поступательного движения амортизатора в электрическую энергию. При этом двигатель работает в режиме генератора и производит механическое усилие, демпфирующее колебания кузова транспортного средства, осуществляя таким образом амортизирующую функцию. Уровень демпфирующего усилия электромагнитной части электромагнитного амортизатора зависит от скорости перемещения винтового стержня 5 и задается внешней электронной системой управления электромагнитным амортизатором за счет вариации электрической нагрузки, подключенной к электромагнитному амортизатору. Распор 13 закреплен на конце винтового стержня 5 и при его движении скользит по внутренней поверхности внутренней трубки 1, что обеспечивает соосное перемещение винтового стержня 5 относительно внутренней трубки 1.
Описанное выше техническое решение позволяет создавать электромагнитные амортизаторы с рекуперативным эффектом с повышенной надежностью и увеличенным сроком службы.