ГИБРИДНЫЙ 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 RU 2456170 C2, МПК B60G 17/015 (2006.01), фиг. 15) с возможностью рекуперации механической энергии возвратно-поступательного движения амортизатора в электрическую энергию, выполненный в форме узла пружина-исполнительный механизм, находящегося между нижним рычагом подвески в качестве удерживающего колесо элемента, и установочной частью, предусмотренной в кузове транспортного средства. Узел пружина-исполнительный механизм включает в себя электромагнитный исполнительный механизм и соединяющий механизм.
Исполнительный механизм включает в себя корпус, являющийся внешней трубкой амортизатора, бесщеточный электродвигатель постоянного тока, резьбовую муфту, держатель штока, шток с резьбой и элемент пружинной опоры, являющийся внутренней трубкой амортизатора.
Соединяющий механизм включает в себя гидравлический демпфер, имеющий корпус, который имеет двухтрубную структуру и содержит рабочую текучую среду, и поршень, который делит внутреннее пространство внутреннего цилиндрического элемента корпуса на две камеры для текучей среды и который вставлен с возможностью скольжения во внутренний цилиндрический элемент. Гидравлический демпфер сконфигурирован так, чтобы оказывать, в связи с перемещением поршня, сопротивление потоку рабочей текучей среды между двумя камерами посредством клапанов, предусмотренных на поршне, а также сконфигурирован так, чтобы оказывать сопротивление потоку рабочей текучей среды между буферной камерой и нижней камерой для текучей среды посредством клапанов, предусмотренных на разделительной перегородке.
Шток с резьбой имеет возможность перемещаться внутри полого вала, являющегося ротором электродвигателя, при этом обмотки статора электродвигателя установлены на внешней трубке амортизатора. Шток с резьбой имеет выполненную на нем наружную резьбу и введен в зацепление с резьбовой муфтой таким образом, что между штоком и резьбовой муфтой удерживаются несущие шарики, что вызывает вращение ротора при вертикальном перемещении штока с резьбой. Со штоком с резьбой соединен соосно шток поршня гидродемпфера как единое целое, то есть, шток поршня гидродемпфера служит в качестве продолжения штока с резьбой.
Недостатком такого амортизатора является большие габариты, а именно длина, вследствие применения гидравлического демпфера с поршнем, совершающим возвратно-поступательные движения в текучей среде и расположенным соосно со штоком с резьбой.
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 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 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. Дополнительный соединительный элемент соединен с внешней трубкой в ее торцевой части и предназначен для крепления амортизатора к несущей системе транспортного средства, при этом дополнительный 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 выходе из строя внешней электронной системы управления, управляющей электромагнитным амортизатором, последний полностью теряет свою демпфирующую функцию. Это может привести к неконтролируемым колебаниям кузова и, как следствие, к дорожно-транспортному происшествию.
Задачей, решаемой полезной моделью, является повышение надежности электромагнитного амортизатора в случае отказа внешней электронной системы управления путем введения в конструкцию средств, вызывающих демпфирующее усилие, не связанное с работой электроники.
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 и закрепленный с обоих концов на внутренней стенке внутренней трубки с помощью подшипников, постоянные магниты, закрепленные на внешней стороне вала электродвигателя, гайку, установленную внутрь вала электродвигателя с одного конца вала, внешнюю трубку, соединенную в торцевой части с верхним соединительным элементом, винтовой стержень, расположенный внутри внешней трубки и соединенный с верхним соединительным элементом, при этом винтовой стержень имеет выполненную на нем наружную резьбу и введен в зацепление с гайкой таким образом, что между винтовым стержнем и гайкой расположены несущие шарики, причем внутренний диаметр вала электродвигателя позволяет винтовому стержню свободно перемещаться внутри вала электродвигателя, введены крышка с валом, закрывающая противоположный от гайки конец вала электродвигателя, камера с текучей средой, закрепленная рядом с крышкой с валом и имеющая отверстие для прохождения вала крышки с валом внутрь камеры, сальник, установленный в отверстие в камере с текучей средой, внутрь которого проходит вал крышки с валом, лопасти, расположенные внутри камеры с текучей средой, закрепленные на вал крышки с валом, крышка, закрывающая камеру с текучей средой, распор, закрепленный на противоположном от верхнего соединительного элемента конце винтового стержня, кабельный ввод, установленный на внутреннюю трубку.
Технический результат достигается за счет размещения в гибридном амортизаторе камеры с текучей средой, в которой при вертикальных перемещениях винтового стержня вращаются лопасти. При этом создается дополнительное демпфирующее усилие, вызванное гидравлическим сопротивлением текучей среды вращению лопастей, не связанное с работой электроники, управляющей электромагнитной частью амортизатора. Применение вращающихся лопастей в текучей среде для создания гидравлического сопротивления позволяет получить более компактный амортизатор по сравнению с применением гидравлического демпфера с текучей средой с вертикально перемещающимся внутри поршнем, расположенным соосно с винтовым стержнем.
Предлагаемое решение в итоге позволяет повысить надежность гибридного амортизатора за счет исключения возможности полного пропадания демпфирующей функции гибридного амортизатора, при возможном выходе из строя внешней электронной системы управления, управляющей электромагнитной частью амортизатора, за счет введения в конструкцию гидравлической части амортизатора с вращающимися лопастями, работа которой не зависит от электроники.
На чертеже изображен гибридный 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 электродвигателя с постоянными магнитами. В амортизаторе применен механизм шарико-винтовой пары, состоящий из гайки 4 и винтового стержня 5, причем винтовой стержень 5 имеет выполненную на нем наружную резьбу и введен в зацепление с гайкой 4 таким образом, что между винтовым стержнем 5 и гайкой 4 удерживаются несущие шарики. Вал 6 электродвигателя, выполненный полым, на одном конце установлен в подшипник 9, а на другом конце установлен в подшипник 7, которые в свою очередь закреплены на внутренней стенке внутренней трубки 1. Внутрь вала 6 с одного из концов установлена гайка 4. Внутренний диаметр вала 6 электродвигателя позволяет винтовому стержню 5 свободно перемещаться внутри него. На внешней стороне вала 6 закреплены постоянные магниты 8, являющиеся частью ротора электродвигателя. 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 полого вала 6 электродвигателя и обеспечивающий соосность винтового стержня 5 и полого вала 6 электродвигателя. На противоположном от гайки 4 конце вала 6 электродвигателя установлена крышка 16 с валом. Камера 12 с текучей средой закреплена рядом с крышкой 16 с валом и имеет отверстие для прохождения вала крышки 16 с валом внутрь камеры 12 с текучей средой. Сальник 18 одет на вал крышки 16 с валом для герметизации отверстия в камере 12 с текучей средой. Внутри камеры 12 с текучей средой на вал крышки 16 с валом установлены лопасти 14, которым передается вращение от полого вала 6 электродвигателя. В камеру 12 заливается текучая среда 17 определенной вязкости, создающая сопротивление вращению лопастей 14. Камера 12 с текучей средой герметично закрыта крышкой 15. Кабельный ввод 19 установлен на внутреннюю трубку и предназначен для герметизации вывода проводов обмоток 3 электродвигателя, идущих во внешнюю электронную систему управления электромагнитным амортизатором.
Таким образом, электромагнитной частью гибридного амортизатора является двигатель с постоянными магнитами, включающий в себя статорные обмотки 3, вал 6 с постоянными магнитами 8, являющийся ротором двигателя, и кабельный ввод 19. Гидравлической частью гибридного амортизатора является камера 12 с текучей средой, лопастями 14 и крышкой 15.
Амортизатор работает следующим образом. Возвратно-поступательные движения винтового стержня 5 при сжатии и отбое амортизатора преобразуются в механизме шарико-винтовой пары во вращательное движение вала 6, закрепленного на гайке 4, для чего внутренний диаметр вала 6 выбирается больше, чем диаметр винтового стержня 5, что обеспечивает последнему свободный ход внутри вала 6. 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 гибридного амортизатора зависит от скорости перемещения винтового стержня 5 и задается внешней электронной системой управления гибридным амортизатором за счет вариации электрической нагрузки, подключенной к электромагнитной части гибридного амортизатора. Вращение вала 6 электродвигателя передается лопастям 14, расположенным в герметичной камере 12 с текучей средой. Текучая среда 17 создает гидравлическое сопротивление вращению лопастей 14, что приводит к появлению дополнительного демпфирующего усилия. Величина гидравлического сопротивления зависит от вязкости и плотности текучей среды 17, а также от площади поверхности лопастей 14, и задается на этапе проектирования гидравлического амортизатора.
Таким образом, в нормальном режиме работы демпфирующее усилие гибридного амортизатора состоит из электромеханического усилия генератора электромагнитного амортизатора и гидравлического сопротивления текучей среды, а в аварийном режиме - только из гидравлического сопротивления.
Описанное выше техническое решение позволяет создавать компактные гибридные амортизаторы с повышенной надежностью, а также с различным соотношением электромеханического усилия и гидравлического сопротивления, в зависимости от типа подвески и грузоподъемности транспортного средства, для которого предназначен гибридный амортизатор.