一种滚珠轴承传感器式车用重力发电机构
阅读说明：本技术 一种滚珠轴承传感器式车用重力发电机构 (Gravity power generation mechanism for ball bearing sensor type vehicle ) 是由 沈保山 郭再泉 张美娟 李志军 刘治彩 于 2021-01-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种滚珠轴承传感器式车用重力发电机构,所述发电机构设置在弹簧减震器上,其特征在于：包括第一壳体、第二壳体、电机、蜗轮、蜗杆,所述的第一壳体套接在第二壳体内且可在第二壳体内上下滑动,在所述的第二壳体的底端设置电机,所述电机的转子轴向上延伸贯穿第一壳体,所述的蜗轮的外圈与第一壳体的内侧固定连接,蜗轮的内圈与蜗杆的外圈互相配合,所述的蜗杆内部中空且所述蜗杆安装在转子轴上,在蜗杆与转子轴之间安装有单向超越离合器,单向超越离合器的外圈与蜗杆固定成一体,单向超越离合器的内圈与转子轴采用固定连接。本发明结构合理,通过蜗轮蜗杆机构,将簧上部件与簧下部件间的相对位移转变为旋转运动,驱动发电机转子,进行发电,本发明广泛适用于各类汽车,尤其适用于长时间工作在颠簸路面上的卡车使用。(The invention discloses a ball bearing sensor type gravity power generation mechanism for a vehicle, which is arranged on a spring damper and is characterized in that: including first casing, second casing, motor, worm wheel, worm, first casing cup joint in the second casing and can slide from top to bottom in the second casing the bottom of second casing set up the motor, the rotor shaft of motor upwards extends and runs through first casing, the inboard fixed connection of outer lane and first casing of worm wheel, the inner circle of worm wheel and the outer lane of worm cooperate each other, the inside cavity of worm just the worm install on the rotor shaft, install one-way freewheel clutch between worm and rotor shaft, one-way freewheel clutch's outer lane and worm are fixed as an organic whole, one-way freewheel clutch's inner circle and rotor shaft adopt fixed connection. The invention has reasonable structure, converts the relative displacement between the sprung part and the unsprung part into rotary motion through the worm gear mechanism, drives the generator rotor to generate electricity, and is widely suitable for various automobiles, in particular to trucks working on bumpy roads for a long time.)
技术领域
本发明一种滚珠轴承传感器式车用重力发电机构，属于汽车发电领域，特别是一种适用于汽车的重力发电机构。
背景技术
现有的传统燃油汽车，其用电设备及电池充电均依靠发电机完成，但发电机转子的旋转需要消耗发动机的部分功率，从而减少了有效功率的输出，使发动机能耗上升，污染增多。另外，电动汽车的动力及用电设备的电能均由蓄电池提供，导致其续航里程短，严重影响了其推广应用。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足之处提供一种滚珠轴承传感器式车用重力发电机构，在整车重力的作用下完成发电功能，为整车电器设备及蓄电池供电，节能环保；利用转速传感器测定发电机转子轴转速，当该转速达到某一数值后，ECU发出指令将电路闭合产生励磁电流，使电机工作；待发电电压大于蓄电池电压后由发电机产生励磁电流；能较好地缓解现有发电机耗费发动机能耗的问题；以及缓解电动汽车续航里程短问题。
本发明是采取以下技术方案实现的：
一种滚珠轴承传感器式车用重力发电机构，所述发电机构设置在弹簧减震器上，其包括第一壳体、第二壳体、电机、蜗轮、蜗杆，所述的第一壳体套接在第二壳体内且可在第二壳体内上下滑动，在所述的第二壳体的顶端设置密封组件，在第二壳体的底端设置电机，所述电机的转子轴向上延伸贯穿第一壳体；所述的蜗轮及蜗杆采用滚珠轴承式蜗轮蜗杆，所述的蜗杆内部中空且所述蜗杆安装在转子轴上，在蜗杆与转子轴之间安装有单向超越离合器，单向超越离合器的外圈与蜗杆固定成一体，单向超越离合器的内圈与转子轴采用固定连接；所述的蜗轮的内圈与蜗杆的外圈通过滚珠互相配合，蜗轮的外圈与第一壳体的内侧固定连接。
所述的第一壳体通过第一支架连接弹簧减震器的防尘罩桶上，所述的第二壳体通过第二支架连接弹簧减震器的贮液钢桶上，在转子轴上设置台阶，在台阶上设置飞轮，所述飞轮与转子轴之间采用键连接。
在转子轴顶端设置盖板，所述盖板将转子轴顶部予以包容，所述的盖板分为第一盖板与第二盖板，第一盖板设置在第二盖板的顶部，所述第一盖板上设置包容转子轴顶端的包容槽，第二盖板上设置供转子轴穿过的通孔，且通孔与包容槽对应同轴设置，在包容槽内还设置轴承用以定位支撑转子轴，所述轴承外侧及转子轴之间上设置第二卡簧，以约束转子轴的轴向运动。
在所述盖板上设置传感器，所述的传感器竖直贯穿第一盖板与第二盖板、传感器面向飞轮设置，传感器的底端与第二盖板下表面平齐。
在所述的飞轮、盖板及传感器的外侧设置防尘罩，所述的第一壳体的顶端套接在防尘罩内，所述的第二盖板边缘设置凹槽，防尘罩内表面设置与盖板凹槽相对应的凸起，一方面增加了防尘罩的刚性，同时该凸起约束了盖板的旋转、释放了其轴向运动自由度。
所述的传感器为反射式光电传感器，在所述的飞轮上设置一个通孔，在所述防尘罩内表面的底部对应位置上设置反光板。
所述防尘罩与第一壳体间设置密封部件，用以密封润滑油、液。
所述第二壳体与电机壳体间设置密封盖板，且在密封盖板与第二壳体的接触面上设置O型密封圈，用以密封润滑油、液。
所述第二壳体与第一壳体间设置密封部件，用以密封润滑油、液。
所述密封盖板内侧与转子轴间设置油封，用以密封润滑油、液。
所述密封盖板上端面设置深沟球轴承，所述深沟球轴承将转子轴包裹，在深沟球轴承的轴承内圈下侧设置第一卡簧，在转子轴的对应位置上设置容纳轴承内圈端面及第一卡簧的安装台阶，在所述的第二壳体内侧设置轴承安装台阶将深沟球轴承外圈予以限制，上述零件互相配合以约束转子轴的轴向运动。
该发电机构使用时，安装在簧上部件与簧下部件间（如车架与车桥间），安装数量可与车轮数量相等，将各发电机定子输出电流并联，共同为蓄电池及用电设备供电。
当汽车行驶时，由于上下颠簸，导致减震器防尘罩筒相对贮液钢桶上下移动，第一壳体相对第二壳体上下移动，使蜗轮相对于蜗杆上下运动。当蜗轮向下移动时其通过滚珠带动蜗杆转动，蜗杆通过单向超越离合器带动与之连接的转子轴转动，进而飞轮旋转，飞轮旋转时，所述转速传感器对飞轮的转速进行测量，当飞轮转速达到阈值后，ECU控制电磁阀将充电电路闭合。
当汽车上下颠簸而引起蜗轮向上运动时，蜗杆跟着反向转动，此时由于设置了单向超越离合器，该单向超越离合器内、外轮独立，转子轴不受影响，当转子轴转速小于某阈值后，ECU控制电磁阀将充电电路断开，发电机停止工作。
当转子轴的转速大于齿轮转速时，由于超越离合器内、外轮独立，转子轴的转速不受外轮的影响；因此当汽车处于不规律的颠簸时，不会影响发电机的工作。
本发明结构合理，通过蜗轮蜗杆机构，将簧上部件与簧下部件间的相对位移转变为旋转运动，驱动发电机转子，进行发电，充分利用颠簸时的动能；为了充分利用颠簸时的冲击动能，在转子轴上安装配重盘（即飞轮），以增大转子轴的惯性，储存动能，稳定转速；通过设置转速传感器和特殊的供电回路，解决了在非常平整的路面上电机不工作时，因存在励磁电流而消耗蓄电池能量的问题。机构上下连接处采用橡胶连接，以适应簧上部件相对簧下部件的不规则运动，且保证第一壳体相对第二壳体作直线运动。本发明广泛适用于各类汽车，尤其适用于长时间工作在颠簸路面上的卡车，使用时将该发电机构安装在簧上部件与簧下部件间（如车架与车桥间），安装数量可与车轮数量相等，将各发电机定子输出电流并联，共同为蓄电池及用电设备供电；还可根据实际情况，通过调整齿轮齿条的传动比提升电机转速，提升发电效率。有效地减少发动机的能耗，节能减排；有利于续航里程的提升。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明去除壳体后示意图；
图3为本发明俯视视图；
图4为本发明剖视视图；
图5是本发明的充电回路原理图；
图6是本发明使用在电动汽车上时的充电回路原理图。
其中：1-第一壳体、2-第二壳体、3-电机、4-蜗轮、5-蜗杆、6-O型密封圈、7-飞轮、8-第一盖板、9-传感器、10-第二盖板、11-单向超越离合器、12-防尘罩、13-反光板、14-密封部件、15-密封盖板、16-第一支架、17-第二支架、18-轴承、19-深沟球轴承、20-油封、21-第一卡簧、22-第二卡簧、23-转子轴、24-第一密封部件。
具体实施方式
参照附图1-4，本发明涉及了一种滚珠轴承传感器式车用重力发电机构，所述发电机构设置在弹簧减震器上，包括第一壳体1、第二壳体2、电机3、蜗轮4、蜗杆5，所述的第一壳体1套接在第二壳体2内且可在第二壳体2内上下滑动，在所述的第二壳体2的底端设置电机3，所述电机3的转子轴23向上延伸贯穿第一壳体1，所述的蜗轮4的外圈与第一壳体1的内侧固定连接，其内圈与蜗杆5相配合，所述的蜗杆5内部中空且所述蜗杆5安装在转子轴23上，在蜗杆5与转子轴23之间安装有单向超越离合器11，单向超越离合器11的外圈与蜗杆5固定成一体，单向超越离合器11的内圈与转子轴23采用固定连接；
所述的第一壳体1通过第一支架16连接弹簧减震器的防尘罩桶上，所述的第二壳体2通过第二支架17连接弹簧减震器的贮液钢桶上，在转子轴23上设置台阶，在台阶上设置飞轮7，所述飞轮7通过设置在转子轴23上的螺母加以固定；
进一步的，在转子轴23顶端设置盖板，所述盖板将转子轴23顶部予以包容并保护，盖板上设置传感器9，所述传感器9面向飞轮7设置。
进一步的，所述的盖板分为第一盖板8与第二盖板10，第一盖板8设置在第二盖板10的顶部，所述第一盖板8上设置包容转子轴23顶端的包容槽，第二盖板10上设置供转子轴23穿过的通孔，且通孔与包容槽对应同轴设置，在包容槽内还设置轴承18用以定位支撑转子轴23，同时在所述轴承18外侧设置第二卡簧22以约束转子轴23的轴向运动。
本发明中，所述的传感器9竖直贯穿第一盖板8与第二盖板10，传感器9的底端与第二盖板10的下表面平齐。
进一步的，所述的蜗轮4及蜗杆5采用滚珠轴承式蜗轮蜗杆。
本发明中，在所述的飞轮7、盖板及传感器9的外侧设置防尘罩12，所述的第一壳体1的顶端套接在防尘罩12内，所述的第二盖板10边缘设置凹槽，防尘罩12内表面设置与该凹槽相对应的凸起，一方面增加了防尘罩12的刚性，同时该凸起约束了盖板的旋转、释放了其轴向运动自由度。
本发明中，所述的传感器9为反射式光电传感器，在所述的飞轮7上设置一个通孔，在所述防尘罩12内表面的底部对应位置上设置反光板13。
进一步的，所述第一壳体1与防尘罩12之间设置第一密封部件24，用以密封润滑油、液；所述第二壳体2与电机3壳体间设置密封盖板15，且在密封盖板15与第二壳体2的接触面上设置O型密封圈6，用以密封润滑油、液；所述第二壳体2与第一壳体1间设置密封部件14，用以密封润滑油、液；所述密封盖板15内侧与转子轴23间设置油封20，用以密封润滑油、液。
本发明中，所述密封盖板15上端面设置深沟球轴承19，所述深沟球轴承19将转子轴23包裹，在深沟球轴承19的轴承内圈下侧设置第一卡簧21，在转子轴23的对应位置上设置容纳轴承内圈端面及该卡簧的安装台阶，在所述的第二壳体2内侧设置轴承安装台阶将深沟球轴承外圈予以限制，上述零件互相配合以约束转子轴23的轴向运动。
参照附图5，本发明的充电回路采用了常用的充电电路，电路经过变压、桥式整流与调理后对蓄电池进行充电，并在电路中设置开关S1。
为了不影响整车的舒适性，又能够充分利用车辆颠簸动能，通过在供电回路设置的档位开关S2，改变励磁电路电阻，从而改变励磁电流大小，即：当车辆处于满载时，档位开关处于二档，励磁电流大，提升电机发电量；当车辆处于空载时，档位开关处于一档，励磁电流小，以免影响整车舒适性。
具体的原理是：
1、发电机不发电或转速低时，此时开关S1断开，励磁回路不通，发电机不工作；
2、当转速达到某一临界转速时，ECU控制电路接通，即开关S1闭合，当发电电压小于蓄电池电压时，蓄电池为励磁绕组供电；随着转子转速的升高，当发电机电压升高到大于蓄电池电压时，发电机自励发电并对蓄电池充电及给用电器供电；发电机输出电压UB小于调节器调节上限UB2，晶体三极管VT1继续截止，晶体三极管VT2继续导通，但此时的磁场电流由发电机供给，发电机电压随转速升高迅速升高；3、当发电机电压升高到等于调节上限UB2时（蓄电池充满时），调节器对电压的调节开始。此时稳压二极管VS导通，晶体三极管VT1导通，晶体三极管VT2截止，发电机磁场电路被切断，由于磁场被断路，磁通下降，发电机输出电压下降；4、当发电机电压下降到等于调节下限UB1时，稳压二极管VS截止，晶体三极管VT1截止，晶体三极管VT2重新导通，磁场电路重新被接通，发电机电压上升；周而复始，发电机输出电压UB被控制在一定范围内，起到整流作用。
当车辆处于空载时，通过仪表台上的手动开关按钮使档位开关S2处于一档位置，使回路通过电阻R4，励磁电流较小。
当车辆处于满载时，过仪表台上的手动开关按钮使档位开关S2处于二档位置，使回路不通过电阻R4，励磁电流较大。
参照附图6，为了适应更多类型的汽车，在电动汽车上，在充电回路中设置升压电路和DC-DC转换器，其中利用DC-DC转换器把直流电压或电流转换成高频方波电压或电流，再经整流平滑变为直流电压输出；升压电路对电压升压后对电池进行供电。
经过试验发现，本发明在整车重力的作用下完成发电功能，能很好地为整车电器设备及蓄电池供电，节能环保；当发电机转速达到某一数值后，利用ECU出指令将电路闭合，实现由蓄电池给励磁线圈供电，产生励磁电流，使电机工作；待发电电压大于蓄电池电压后由发电机产生励磁电流；能较好地缓解现有发电机耗费发动机能耗的问题；以及缓解电动汽车续航里程短问题。