一种多重缓冲蓄能装置及其应用技术领域
本发明涉及一种多重缓冲蓄能装置及其应用，属于能量转换和再利用技术领域。
背景技术
目前，按加载方式常见的蓄能器可分为弹簧式、重锤式、气体式，上述蓄能器的能
量存储形式单一，且能量没有被存储起来得到进一步利用。
例如，中国专利文献CN204037271U公开了一种能量可回收油气悬架，包括液压缸、
蓄能器、管路、连通液压缸的无杆腔与蓄能器；液压马达设置在管路中，发电机与液压马达
传动连接。本申请的悬架系统对能量回收油气悬架增加了可控能量回收装置，具有能量回
收功能，在一定程度上提高了车辆的燃油经济性。但该能量装置却无法实现能量的储备和
蓄集，且该液压缸还不具备自动复位功能。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种多重缓冲蓄能装置。
本发明还提供上述多重缓冲蓄能装置的工作方法。
本发明的技术方案如下：
一种多重缓冲蓄能装置，包括蓄能缸、油箱、第一涡簧机构、第二涡簧机构、液压马
达、差动行星齿轮系和发电机；
蓄能缸包括密闭缸体，密闭缸体一端设有弹性移动装置、另一端设有能量传递装
置，弹性移动装置和能量传递装置之间存有相斥磁力，在弹性移动装置和能量传递装置之
间的密闭缸体内填充液压油；
密闭缸体、液压马达、油箱通过油路连接形成液压回路，能量传递装置与第一涡簧
机构连接，液压马达与第二涡簧机构连接，第一涡簧机构和第二涡簧机构通过差动行星齿
轮系与发电机连接。
优选的，所述弹性移动装置包括活塞杆、活塞杆头、复位弹簧、活塞、磁轮和活塞永
磁体，活塞位于密闭缸体内，磁轮置于活塞内并与活塞杆一端连接，磁轮周向上布置所述的
活塞永磁体，活塞杆的另一端依次贯穿密闭缸体、复位弹簧后与活塞杆头连接。
优选的，所述能量传递装置包括磁动力输出轴、缸底永磁体和隔板，磁动力输出轴
一端位于密闭缸体内并在其周向上布置所述的缸底永磁体，磁动力输出轴另一端穿出密闭
缸体，隔板设置在密闭缸体内且位于能量传递装置与弹性移动装置之间，缸底永磁体与活
塞永磁体相对侧的极性相同。
优选的，所述活塞永磁体在磁轮周向上成倾斜夹角设置，所述缸底永磁体在磁动
力输出轴周向上成倾斜夹角设置，活塞永磁体与缸底永磁体的倾斜夹角相同。
优选的，所述第一涡簧机构与差动行星齿轮系之间通过齿轮系、链轮机构或带轮
机构连接。
优选的，所述第一涡簧机构和第二涡簧机构均包括涡簧、棘齿轮、棘爪和液压缸，
所述液压缸的活塞杆与棘爪铰接，棘爪与棘齿轮相配合，棘齿轮与涡簧通过轴连接。
优选的，所述多重缓冲蓄能装置还包括飞轮，差动行星齿轮系通过飞轮与发电机
连接。
优选的，所述密闭缸体上设置有进油口和出油口，进油口和出油口位于隔板与弹
性移动装置之间，进油口通过油路与油箱连接，出油口通过两个分支油路分别与液压马达、
液压缸连接。
优选的，所述进油口与油箱连接的油路上设置有进油单向阀，所述出油口与液压
马达连接的分支油路上设置有出油单向阀。
一种多重缓冲蓄能装置的工作方法，包括以下步骤，
当冲击物体接触到活塞杆头时，活塞杆移动并带动活塞随之运动，活塞挤压液压
油使液压油产生压力，同时复位弹簧被压缩；具有压力的液压油通过出油口的一个分支油
路控制第一涡簧机构和第二涡簧机构的液压缸，使第一涡簧机构和第二涡簧机构的液压缸
活塞杆缩回，液压缸活塞杆缩回的同时带动棘爪转动，使棘爪卡住棘齿轮；
活塞上的活塞永磁体逐渐靠近缸底永磁体后，在磁力同性相斥的作用下，磁动力
输出轴转动并带动第一涡簧机构开始蓄能；液压油被活塞压缩通过出油口流入液压马达，
带动液压马达旋转，液压马达带动第二涡簧机构开始蓄能；
当活塞杆头的冲击消失后，第一涡簧机构和第二涡簧机构的液压缸没有液压油作
用，液压缸的活塞杆伸出，使棘爪转动释放棘齿轮，第一涡簧机构和第二涡簧机构的涡簧释
放储存的能量，第一涡簧机构和第二涡簧机构通过差动行星齿轮系将能量输出到飞轮，最
终经过飞轮将能量输出到发电机。
本发明的有益效果在于：
本发明多重缓冲蓄能装置，利用蓄能缸能够实现多余能量的转化和存储，例如发
电机产生的电能及涡簧的弹性势能等，减少了能量的浪费，节约了资源。本发明蓄能装置结
构设计巧妙，安装使用方便，且能量的转化率和存储率高，其作用明显、效果显著，具有良好
的经济价值和社会效益。
附图说明
图1为本发明蓄能装置的结构示意图；
图2为蓄能缸的剖视图；
图3为活塞永磁体的结构示意图；
图4为第一涡簧机构的结构示意图；
图5为第一涡簧机构的剖视图；
图6为活塞永磁体和缸底永磁体的受力示意图；
图7为缸底能量传递装置的结构示意图；
其中：1、活塞杆；2、缸盖；3、蓄能缸；4、复位弹簧；5、活塞永磁体；6、隔板；7、缸底永
磁体；8、磁动力输出轴；9、轴承；10、缸底；11、进油口；12、出油口；13、活塞；14、磁轮；15、进
油单向阀；16、第一涡簧；17、第一棘齿轮；18、磁动力输入小齿轮、19、磁动力输入大齿轮；
20、差动行星齿轮系；21、飞轮；22、控制油管；23、第一液压缸；24、液压马达；25、第一棘爪；
26、发电机；27、油箱、28、第一涡簧机构；29、第二涡簧机构；30、联轴器；31、活塞杆头；32、第
二液压缸；33、第二棘爪；34、第二棘齿轮；35、第二涡簧；36、液压马达出油口；37、液压马达
进油口；38、出油单向阀；39、单向轴承；40、飞轮输入轴；41、发电机输入轴；42、第一涡簧机
构输出板；43、第一涡簧机构支架；44、第二涡簧机构输出板；45、第二涡簧机构支架；46、第
一涡簧机构输出轴；47、第二涡簧机构输出轴。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1：
如图1至图7所示，本实施例提供一种多重缓冲蓄能装置，包括油箱27、蓄能缸3、第
一涡簧机构28、第二涡簧机构29、液压马达24、差动行星齿轮系20和发电机26；
蓄能缸3包括密闭缸体，密闭缸体由缸筒及缸筒两端的缸盖2和缸底10组成，缸盖2
一端设有弹性移动装置、缸底10一端设有能量传递装置，弹性移动装置和能量传递装置之
间存有相斥磁力，在弹性移动装置和能量传递装置之间的密闭缸体内填充液压油；
密闭缸体、液压马达24、油箱27通过油路连接形成液压回路，能量传递装置与第一
涡簧机构28连接，液压马达24与第二涡簧机构29连接，第一涡簧机构28和第二涡簧机构29
通过差动行星齿轮系20与发电机26连接。
其中，弹性移动装置包括活塞杆1、活塞杆头31、复位弹簧4、活塞13、磁轮14和活塞
永磁体5，活塞13位于缸筒内，活塞13开设有一空腔，磁轮14置于空腔内并与活塞杆1一端连
接，磁轮14周向上布置所述的活塞永磁体5，活塞杆1的另一端依次贯穿缸盖2、复位弹簧4后
与活塞杆头31连接。
能量传递装置包括磁动力输出轴8、缸底永磁体7和隔板6，磁动力输出轴8一端位
于缸筒内并在其周向上布置所述的缸底永磁体7，磁动力输出轴8另一端穿出缸底10且在穿
出缸底部位设置有轴承9，隔板6设置在缸筒内且位于能量传递装置与弹性移动装置之间，
缸底永磁体7与活塞永磁体5相对侧的极性相同。活塞永磁体5在磁轮14周向上成倾斜夹角
设置，缸底永磁体7在磁动力输出轴8周向上成倾斜夹角设置，活塞永磁体5与缸底永磁体7
的倾斜夹角相同，均为a(如图6所示)，则缸底永磁体与活塞永磁体之间的旋转磁力F旋转的计
算过程如下：
F水平＝F·Sina
F垂直＝F·Cosa
F旋转＝n·F水平>F摩擦
则缸底永磁体7在活塞永磁体5不断接近的过程中克服轴承9摩擦力旋转起来；
其中：F-永磁体之间的同性斥力；
a-永磁体与活塞杆轴线的夹角；
n-磁轮上永磁体个数；
F摩擦-轴承摩擦力；
第一涡簧机构28和第二涡簧机构29结构组成上完全相同，第一涡簧机构28包括第
一涡簧16、第一棘齿轮17、第一棘爪25和第一液压缸23，第一涡簧机构28通过第一涡簧机构
支架43固定；第一液压缸23的活塞杆与第一棘爪25铰接(无压力时，第一液压缸的活塞杆伸
出，有压力时第一液压缸的活塞杆缩回)，第一棘爪25与第一棘齿轮17相配合，第一棘齿轮
17通过第一涡簧机构输出轴46与第一涡簧16连接，第一涡簧16外圈连接第一涡簧机构输出
板42，第一棘齿轮17、第一涡簧机构输出轴46、第一涡簧机构输出板42三者相互均为刚性连
接。
第二涡簧机构29包括第二涡簧35、第二棘齿轮34、第二棘爪33和第二液压缸32，第
二涡簧机构29通过第二涡簧机构支架45固定；第二液压缸32的活塞杆与第二棘爪33铰接
(无压力时，第二液压缸的活塞杆伸出，有压力时第二液压缸的活塞杆缩回)，第二棘爪33与
第二棘齿轮34相配合，第二棘齿轮34通过第二涡簧机构输出轴47与第二涡簧35连接，第二
涡簧35外圈连接第二涡簧机构输出板44，第二棘齿轮34、第二涡簧机构输出板44、第二涡簧
机构输出轴47三者相互均为刚性连接。
缸筒上设置有进油口11和出油口12，进油口11和出油口12位于隔板6与弹性移动
装置之间，进油口11通过油路与油箱27连接，出油口12通过两个分支油路分别与液压马达
进油口37、第一液压缸23、第二液压缸32连接，液压马达24还通过液压马达出油口36与油箱
27连接。进油口11与油箱27连接的油路上设置有进油单向阀15，防止液压油倒流，出油口12
与液压马达进油口37连接的分支油路上设置有出油单向阀38。
第一涡簧机构28与差动行星齿轮系20之间借助齿轮系进行传动连接，其中齿轮系
包括相啮合的磁动力输入小齿轮18和磁动力输入大齿轮19，第一涡簧机构输出轴46贯穿连
接第一涡簧16后与磁动力输入小齿轮18传动连接，磁动力输入小齿轮18与磁动力输入大齿
轮19相啮合，磁动力输入大齿轮19与差动行星齿轮系20的行星架刚性连接。第二涡簧机构
输出轴47贯穿连接第二涡簧35后与差动行星齿轮系20的中心齿轮刚性连接，第一涡簧机构
输出轴46与第二涡簧机构输出轴47通过差动行星齿轮系20与飞轮输入轴40连接；飞轮输入
轴40与飞轮21刚性连接；飞轮21通过单向轴承39经联轴器30与发电机输入轴41连接。飞轮
21只能在飞轮输入轴40转动下转动，不会出现飞轮21带动飞轮输入轴40转动，通过单向轴
承39实现单向转动，从而保证能量的稳定输出。
实施例2：
一种多重缓冲蓄能装置，结构如实施例1所述，其不同之处在于：第一涡簧机构28
借助链条链轮机构(图中未示出)与差动行星齿轮系20传动连接。
具体地，链轮与差动行星齿轮系20的行星架刚性连接，第一涡簧机构输出轴46通
过链条与链轮传动连接，第二涡簧机构输出轴47一端贯穿连接第二涡簧35、另一端贯穿链
轮后与差动行星齿轮系20的中心齿轮刚性连接。
实施例3：
一种多重缓冲蓄能装置，结构如实施例2所述，其不同之处在于：第一涡簧机构28
借助皮带轮机构(图中未示出)与差动行星齿轮系20传动连接。
具体地，带轮与差动行星齿轮系20的行星架刚性连接，第一涡簧机构输出轴46通
过皮带与带轮传动连接，第二涡簧机构输出轴47一端贯穿连接第二涡簧35、另一端贯穿带
轮后与差动行星齿轮系20的中心齿轮刚性连接。
实施例4：
一种利用实施例1所述的多重缓冲蓄能装置的工作方法，包括以下步骤，
当冲击物体接触到活塞杆头31时，活塞杆1移动并带动活塞13随之运动，活塞13挤
压液压油使液压油产生压力，同时复位弹簧4被压缩；具有压力的液压油通过出油口12的一
个分支油路控制第一涡簧机构、第二涡簧机构的第一液压缸23和第二液压缸32，使第一液
压缸23的活塞杆和第二液压缸32的活塞杆缩回，第一液压缸23的活塞杆和第二液压缸32的
活塞杆缩回的同时带动第一棘爪25、第二棘爪33转动，使第一棘爪25、第二棘爪33分别卡住
第一棘齿轮17、第二棘齿轮34；
活塞13上的活塞永磁体5逐渐靠近缸底永磁体7后，在磁力同性相斥的作用下，磁
动力输出轴8转动并带动第一涡簧机构开始蓄能；液压油被活塞13压缩通过出油口12流入
液压马达24，带动液压马达24旋转，液压马达24带动第二涡簧机构开始蓄能；
当活塞杆头31的冲击消失后，第一涡簧机构和第二涡簧机构的第一液压缸23、第
二液压缸32没有了液压油作用，第一液压缸23的活塞杆和第二液压缸32的活塞杆伸出，使
第一棘爪25、第二棘爪33转动释放第一棘齿轮17、第二棘齿轮34，使第一涡簧机构28和第二
涡簧机构29的第一涡簧16、第二涡簧35释放储存的能量，第一涡簧机构28通过第一涡簧机
构输出板42将能量传递给第一棘齿轮17，使第一棘齿轮17转动，第二涡簧机构29通过第二
涡簧机构输出板44将能量传递给第二棘齿轮34，使第二棘齿轮34转动，第一棘齿轮17转动
的同时带动相啮合的磁动力输入小齿轮18、磁动力输入大齿轮19转动，并通过磁动力输入
大齿轮19将能量传递给差动行星齿轮系20，第二棘齿轮34转动的同时通过第二涡簧机构输
出轴47将能量传递给差动行星齿轮系20，最终由差动行星齿轮系20通过飞轮21传递给发电
机26运行发电。