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 рекуперативный амортизатор, состоящий из электрического генератора и механизма преобразования поступательного движения во вращательное, состоящий из зубчатой рейки с шестерней и конической зубчатой передачи (Zhongjie Li, Lei Zuo, George Luhrs, Liangjun Lin, Yi-xian Qin Electromagnetic Energy-Harvesting Shock Absorbers: Design, Modeling, and Road Tests», IEEE Transactions on Vehicular Technology (Volume: 62, Issue: 3), March 2013, pp. 1065-1074, ISSN:0018-9545, DOI: 10.1109/ TVT.2012.2229308, фигура 4). Недостатком такого амортизатора является наличие двойного преобразования механической энергии при преобразовании поступательного движения, что снижает эффективность амортизатора.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению, принятому за прототип, является электромагнитный амортизатор (Патент RU 2395407 C2, МПК B60G 23/00 (2006.01), фигура 2) с возможностью рекуперации механической энергии возвратно-поступательного движения амортизатора в электрическую энергию, выполненный в форме исполнительного механизма, находящегося между нижним рычагом подвески в качестве удерживающего колесо элемента и опорной частью, предусмотренной в кузове транспортного средства. Исполнительный механизм включает в себя внешнюю трубку и внутреннюю трубку, которая установлена во внешней трубке и которая выступает наружу из верхнего концевого участка внешней трубки, внешняя трубка соединена с нижним рычагом посредством соединительного элемента, который предусмотрен в нижней концевой части внешней трубки, внутренняя трубка соединена на фланцевой части, которая предусмотрена в верхней концевой части внутренней трубки, с опорной частью. В поверхности внутренней стенки внешней трубки предусмотрена пара направляющих пазов, продолжающихся в направлении, в котором проходит ось исполнительного механизма, в нижней концевой части внутренней трубки предусмотрена пара шпонок, установленных в соответствующих направляющих пазах, благодаря направляющим пазам и шпонкам, внешняя трубка и внутренняя трубка не могут поворачиваться друг относительно друга и могут совершать перемещение друг относительно друга в осевом направлении. Исполнительный механизм оснащен механизмом с шариковой винтовой парой, включающим в себя винтовой стержень и гайку, 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. В состав исполнительного механизма входит электродвигатель, состоящий из неподвижного статора с обмотками и вращающегося вала, на котором закреплен ротор, фланцевая часть кожуха электродвигателя прикреплена к фланцевой части внутренней трубки, так что внутренняя трубка соединена с опорной частью посредством кожуха электродвигателя, а сам электродвигатель находится за пределами шарико-винтовой пары, при этом с концевой частью винтового стержня соединен как единое целое вал электродвигателя, то есть винтовой стержень служит в качестве продолжения вала электродвигателя и располагается внутри внутренней трубки. Гайка, которая введена в зацепление с винтовым стержнем, поддерживается неподвижной с помощью верхней концевой части несущей гайку гильзы, которая расположена на внутренней поверхности нижней стенки внешней трубки. На верхний конец внутренней поверхности стенки внешней трубки наклеен кольцевой демпфирующий резиновый сальник, который, вступая в контакт со шпонками при отбое амортизатора, служит ограничителем хода отбоя. Другой демпфирующий резиновый сальник наклеен на внутреннюю поверхность нижней стенки внешней трубки, который, вступая в контакт с винтовым стержнем при сжатии амортизатора, служит ограничителем хода сжатия.
Недостатками данного устройства являются большие габариты амортизатора вследствие размещения электродвигателя как отдельного устройства за пределами шарико-винтовой пары.
Задачей, решаемой полезной моделью, является снижение габаритов электромагнитного амортизатора с рекуперативным эффектом и повышение удельной рекуперируемой мощности.
Поставленная задача решается тем, что в известный электромагнитный амортизатор с рекуперативным эффектом, содержащий внешнюю и внутреннюю трубки, шарико-винтовую пару, включающую в себя винтовой стержень и гайку, 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, демпфирующий сальник, служащий ограничителем для винтового стержня, соединительный элемент, кольцевой демпфирующий сальник, вал электродвигателя с закрепленным на нем ротором, обмотки статора электродвигателя введены дополнительный соединительный элемент, соединенный с внешней трубкой в ее торцевой части и предназначенный для крепления амортизатора к несущей системе транспортного средства, при этом дополнительный соединительный элемент является продолжением винтового стержня шарико-винтовой пары, расположенного внутри внешней трубки, а также два радиально-упорных подшипника, один из которых установлен между внутренней стенкой внутренней трубки и гайкой шарико-винтовой пары, а другой - между внутренней стенкой внутренней трубки и наружной стенкой вала электродвигателя с противоположного от гайки шарико-винтовой пары конца вала электродвигателя, при этом внутренняя трубка в торцевой части соединена с соединительным элементом, предназначенным для крепления амортизатора к направляющему элементу подвески колеса, а демпфирующий сальник установлен на внутренней стороне нижней торцевой части вала электродвигателя, причем кольцевой демпфирующий сальник установлен на конце винтового стержня шарико-винтовой пары, кроме того вал электродвигателя выполнен полым и закреплен на гайке шарико-винтовой пары, причем внутренний диаметр вала электродвигателя позволяет винтовому стержню шарико-винтовой пары свободно перемещаться внутри вала электродвигателя, и постоянные магниты, являющиеся частью ротора электродвигателя, закреплены на внешней стороне вала электродвигателя, а обмотки, являющиеся частью статора электродвигателя, установлены на внутренней стороне внутренней трубки.
Технический результат - рациональное использование внутреннего пространства амортизатора - достигается за счет выполнения вала электродвигателя полым с внутренним диаметром, позволяющим винтовому стержню шарико-винтовой пары свободно перемещаться внутри вала электродвигателя. Отсутствие гильзы, неподвижно фиксирующей гайку шарико-винтовой пары, позволяет разместить ротор и статор электродвигателя с постоянными магнитами во внутренней трубке амортизатора.
Предлагаемое решение в итоге позволяет значительно сократить габаритные размеры амортизатора по сравнению с прототипом и таким образом повысить удельную рекуперируемую мощность, дает возможность создания компактного амортизатора с рекуперативным эффектом, преобразующего механическую энергию колебательных движений кузова автомобиля в электрическую энергию, которую можно использовать для заряда аккумуляторной батареи транспортного средства.
На чертеже изображен электромагнитный амортизатор с рекуперативным эффектом в разрезе.
Амортизатор содержит внутреннюю трубку 1, соединенную в торцевой части с 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 выполнен полым, причем на одном конце закреплен на гайке 4, на другом конце установлен в радиально-упорный подшипник 7, который в свою очередь закреплен на внутренней стенке внутренней трубки 1. На внешней стороне вала 6 закреплены постоянные магниты 8, являющиеся частью ротора электродвигателя. Радиально-упорный подшипник 9 установлен между внутренней стенкой внутренней трубки 1 и гайкой 4 шарико-винтовой пары. Дополнительный соединительный элемент 10 соединен с внешней трубкой 11 в ее торцевой части и предназначен для крепления амортизатора к несущей системе транспортного средства, при этом дополнительный 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 внутренней стороне нижней торцевой части вала 6 установлен демпфирующий сальник 12, который, вступая в контакт с винтовым стержнем 5 при сжатии амортизатора, служит ограничителем хода сжатия. На конце винтового стержня 5 шарико-винтовой пары с помощью гайки 13 закреплен кольцевой демпфирующий сальник 14, который, вступая в контакт с гайкой 4 шарико-винтовой пары при отбое амортизатора, служит ограничителем хода отбоя.
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 чуть больше, чем диаметр винтового стержня 5, что обеспечивает последнему свободный ход внутри вала 6. Вращение закрепленных на вале 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, которая может быть использована для заряда накопителя электроэнергии транспортного средства. При этом двигатель работает в режиме генератора и производит механическое усилие, демпфирующее колебания кузова транспортного средства, осуществляя таким образом амортизирующую функцию. Генерируемая двигателем электродвижущая сила может быть использована для заряда накопителя электроэнергии транспортного средства.
Снижение габаритов амортизатора и увеличение удельной мощности по сравнению с прототипом дает возможность устанавливать амортизатор в серийно выпускаемые автомобили без изменения конструкции подвески.