CN101219643A - 车轮势能发电系统 - Google Patents

Abstract

一种能应用在汽车、电动车、拖拉机、火车及一些轮式军用车辆上的车轮势能发电系统，属于车用发电设备领域。它主要由车轮势能采集装置、势能传输离合装置和发电机构成。车轮势能采集装置由车轮、制动器、采动轮构成，在车轮轮毂上装置采动轮，在汽车或火车的车架底盘与车轮势能采集装置采动轮相对应的合适地方安置势能传输离合装置和发电机。势能传输离合装置由传动轮架、离合器、滑动槽等构成，在整车控制系统的作用下，势能传输离合装置的传动轮和车轮势能采集装置的采动轮之间能结合或分离。当车辆处于下坡路面、高速行驶及需要减速制动时，通过车辆上的控制系统使采动轮和传动轮结合，由于车轮的转动带动采动轮同步转动，并使传动轮、传动主轮和发电机轮一起转动，使发电机工作产生电能，供车辆应用及在需要时驱动车辆行驶。本发明结构巧妙，便于实施，开辟了一条应用势能的新途径，节能减排，会产生良好的社会经济环保效益。

Description

车轮势能发电系统

所属技术领域

本发明涉及一种能应用在汽车、火车、电动车、拖拉机及轮式军用车辆等多种车辆上的车轮势能发电系统，属于车用发电设备领域。

背景技术

在自然界中，势能是普遍存在的。地球上的陆地中，大部分被山地和丘陵所覆盖。我国也是一个多山地和丘陵的国家。有山地和丘陵，就必然引起道路的高低起伏落差。在城市中，大多都有道路的起伏落差，一些城市的高架桥，也人为地产生了道路的起伏落差。当车辆在有高低起伏的道路上行驶时，由于车辆的质量、速度、车轮和地面的摩擦力及地球的引力，使车辆在下坡路面时产生一种很强大的自动向下向前行驶的俯冲力就是势能。另外，车辆在平坦路面特别是高速行驶时也会产生强大的惯性运动。这种势能实际上也是一种无穷无尽的能源。就目前而言，这种势能在车辆上还没有很好和有效地加以利用。本发明人曾就对此种势能的利用做了一些偿试，如曾申请了可移动定子的车轮发电装置发明专利(申请号：200610017629.2)。该发明申请主要由车轮转子、轴端定子和定子离合器等构成。该发明申请最主要的弊端就是轴端定子和定子离合器体积偏大，较大影响和破坏了车辆上的相关部分的原有结构，因此在轿车等车辆上难以实施。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种能利用势能进行发电的车轮势能发电系统。这种车轮势能发电系统可以巧妙科学地利用车轮在行驶中的潜能和产生的势能将势能变为电能。它产生的电能既可供车辆电气设备使用，更重要的是可经车辆上的整流变压变频装置、蓄电装置、整车控制系统、电动机和发动机动力分割装置至行驶系统驱动车辆前进，从而更节能环保。这种车轮势能发电系统可以应用在汽车、火车、电动车、拖拉机及一些轮式军用车辆上。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

设置一个车轮势能采集装置，它由车轮、制动器、轮毂和采动轮构成。在车轮的轮毂上设置一个采动轮，采动轮是齿轮，也可是槽轮。车轮转动时，采动轮也一起同步转动。根据需要，采动轮也可以设置在车轮的轮辋、轮辐上，也可以设置在制动盘或制动鼓上。在车辆上靠近车轮势能采集装置的相应部位的车架底盘上设置一个势能传输离合装置，它由传动轮架、离合器和滑动槽等构成。传动轮架由传动轮壳体、传动轮、传动主轮、传动轮轴、位移件、支撑柱等构成。传动轮壳体内有传动轮轴，传动轮轴有两根，其上分别装有传动轮和传动主轮。传动轮和传动主轮可以绕传动轮轴转动。传动轮是齿轮，也可是槽轮。传动主轮由齿轮和槽轮构成，齿轮和传动轮咬合在一起，槽轮由传动带和发电机轮连在一起。根据需要，也可以不要传动轮，而由传动主轮的齿轮直接和采动轮咬合在一起。位移件可在滑动槽内滑动。支撑柱有数个，它的一端固装传动轮壳体，另一端固装位移件。离合器由离合器缸体、离合器杆和液压管路等构成。离合器一端安装在车架底盘上，另一端离合器杆固装在传动轮架上。离合器上的液压管路和车辆上的离合器液压主缸连接。在传动轮架和相应的车架底盘之间安置回位弹簧。由于离合器和回位弹簧的作用使传动轮架上的传动轮与车轮势能采集装置上的采动轮之间可结合或分离。滑动槽固装在车架底盘上，它的作用一是可以将位移件安装在其内，二是势能传输离合装置的传动轮与车轮势能采集装置上的采动轮结合时对传动轮架有保护平衡加固作用。发电机固装在车的车架底盘上，发电机产生的电能经车辆上的整流变压变频装置、蓄电装置、整车控制系统、电动机和发动机动力分割装置至行驶系统驱动车辆前进。发电机发出的电也可供车载电气设备使用。在连接传动主轮槽轮与发电机轮的传动带的相应的车架底盘的合适位置上设置条带平衡柱轮。条带平衡柱轮上有弹性装置，使条带平衡柱轮能松紧适度地作用于传动带，从而使势能传输离合装置传动轮无论是与车轮势能采集装置采动轮结合或者分离，传动带都能始终松紧适度地套连在传动主轮槽轮和发电机轮之上。如果需要，车轮势能采集装置的采动轮和势能传输离合装置的传动轮之间也可用传动带或链条连接。

采取上述技术方案后，当车在行驶中，若遇到下坡路面、高速行驶及需要减速刹车时，通过车辆上的整车控制系统使离合器工作势能传输离合装置向前移动，传动轮和采动轮接触并相互咬合在一起，由于车轮的转动带动采动轮同步转动，采动轮便将动能传输给传动轮和传动主轮，传动主轮槽轮又通过传动带将动能传输给发电机轮，使发电机产生旋转运动而产生电能并存输入车辆上的蓄电装置中。若车辆遇到上坡路面或平坦路面，势能传输离合装置上的传动轮与车轮势能采集装置上的采动轮分离，从而不影响车的车速及载重能力。另外，采动轮是安装在轮毂等部位，所占间距空间相对较小，因此容易实施。车轮势能采集装置中的车轮，可是汽车车轮，也可是火车、电动车、拖拉机及一些轮式军用车辆上的不同车轮轮子。

本发明的有益效果是：提供了一种新的可利用势能进行发电的车轮势能发电系统，开辟了一条利用势能的新途径。本发明可用在汽车、火车、拖拉机及一些轮式军用车辆等传统车辆上，也可以用在势能动力车、混合动力车、电动汽车、混合动力火车等新能源车辆上。并且制造安装较易，不大影响现行车的结构形态功能，实施并不困难。它产生的电能可以供车辆使用，也可以做为车辆的一种动力驱动车辆行驶。因而可以节省燃油，节能减排环保，具有巨大的社会经济环保效益。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的结构运行原理示意图，其中局部是横剖面图。

图2是本发明的势能传输离合装置的另一种结构形式示意图，其中一些局部图示为横剖面图。

图3是本发明的车轮势能采集装置在火车应用时的另一种结构形式示意图，本图为横剖面图。

图中1.车轮势能采集装置，2.势能传输离合装置，3.发电机，4.车轮，5.轮辋，6.轮辐，7.轮胎，8.轮毂，9.采动轮，10.传动轮架，11.传动轮壳体，12.传动轮，13.传动主轮，14.传动轮轴，15.支撑柱，16.位移件，17.滑动槽，18.离合器，19.离合器缸体，20离合器杆，21.液压管路，22.发电机轴，23.发电机轮，24.盘式制动器，25.制动盘，26.制动钳，27.制动钳臂，28.传动带，29.车架底盘，30.条带平衡柱轮，31.回位弹簧，32.传输离合杠杆臂轴，33.传输离合杠杆臂，34.火车车轮，35.火车车轮轮毂。

具体实施方式

在图1中，(1)为车轮势能采集装置，(2)为势能传输离合装置，(3)为发电机。车轮势能采集装置(1)由车轮(4)、采动轮(9)和盘式制动器(24)构成。车轮(4)由轮辋(5)，轮辐(6)、轮胎(7)和轮毂(8)构成。在轮毂(8)上安装在采动轮(9)和盘式制动器(24)。盘式制动器(24)由制动盘(25)、制动钳(26)和制动钳臂(27)构成。制动钳臂(27)一端安装制动钳(26)，另一端安装在车架底盘上或车桥上。采动轮(9)是齿轮，如果需要，也可以安装在车轮(4)的轮辋(5)、轮辐(6)、制动盘(25)上或制动鼓上。势能传输离合装置(2)由传动轮架(10)、滑动槽(17)和离合器(18)构成。传动轮架(10)由传动轮壳体(11)、传动轮(12)、传动主轮(13)、传动轮轴(14)、支撑柱(15)和位移件(16)等构成。传动轮壳体(11)内有传动轮轴(14)，传动轮轴(14)有两根，其上分别装有传动轮(12)和传动主轮(13)。传动轮(12)和传动主轮(13)可以绕传动轮轴(14)转动。传动轮(12)是齿轮。传动主轮(13)由齿轮和槽轮构成，齿轮和传动轮(12)相互咬合在一起，槽轮由传动带(28)和发电机轮(23)连在一起。位移件(16)可是条板形，也可以是圆柱形，可在滑动槽(17)内移动。支撑柱(15)有两个或两个以上，它的一端固装传动轮壳体(11)，另一端固装位移件(16)。离合器(18)由离合器缸体(19)、离合器杆(20)和液压管路(21)等构成。离合器(18)一端安装在车架底盘(29)上，另一端离合器杆(20)和传动轮架(10)安装在一起。离合器缸体(19)上的液压管路(21)和车辆上的离合器主缸连接。在传动轮架(10)和相应的车架底盘(29)之间安置回位弹簧(31)。由于离合器(18)和回位弹簧(31)的作用使传动轮架(10)上的传动轮(12)与车轮势能采集装置(1)上的采动轮(9)之间可结合或分离。如果需要，也可以不要传动轮(12)，而由传动主轮(13)的齿轮与采动轮(9)之间直接结合或分离。滑动槽(17)固装在车架底盘(29)上，它的作用一是可以将位移件(16)安装在其内，二是在势能传输离合装置(2)的传动轮(12)与车轮势能采集装置(1)上的采动轮(9)结合时对传动轮架(10)有保护平衡加固作用。发电机(3)上有发电机轴(22)和发电机轮(23)，它固装在车的车架底盘(29)上。本发明工作后，发电机(3)产生的电能经车辆上的整流变压变频装置输存入蓄电装置。在车辆需要时，该电能一是可供车辆电气设备使用，二可经车辆上的整车控制系统、电动机及电动机与发动机动力分割装置至行驶系统驱动车辆前进。在连接传动主轮(13)槽轮与发电机轮(23)的传动带(28)的相对应的车架底盘(29)的合适位置上设置条带平衡柱轮(30)。条带平衡柱轮(30)上有弹性装置，使条带平衡柱轮(30)能松紧适度地作用于传动带(28)，从而使势能传输离合装置(2)上的传动轮(12)与车轮势能采集装置(1)上的采动轮(9)之间无论是结合或是分离，传动带(28)都能始终松紧适度地套连在传动主轮(13)槽轮和发电机轮(23)之上而不脱落下来。如果车轮势能采集装置(1)的采动轮(9)和势能传输离合装置(2)的传动轮(12)之间由传动带(28)或链条连接，则在其对应的车架底盘(29)上也设置一个条带平衡柱轮(30)。因此种情况下条带平衡柱轮(30)有平衡替代作用。在传动轮(12)和采动轮(9)结合做功时，条带平衡柱轮(30)脱离传动带(28)或链条。当传动轮(12)和采动轮(9)之间做功时，条带平衡柱轮(30)替代传动轮(12)空转，从而不影响车的速度和载重能力。

在图2中，(32)是传输离合杠杆臂轴，它的端头固定在车架底盘上，它的上面有传输离合杠杆臂(33)。传输离合杠杆臂(33)可以绕传输离合杠杆臂轴(32)转动。传输离合杠杆臂(33)的一端有传动轮架(10)，另一端有离合器(18)。传动轮架(10)由传动轮壳体(11)、传动轮(12)、传动主轮(13)、传动轮轴(14)构成。传动轮壳体(11)内安装有传动轮轴(14)，传动轮轴(14)有两根，其上分别装有传动轮(12)和传动主轮(13)。传动轮(12)是齿轮也可是槽轮。传动主轮(13)由齿轮和槽轮构成，齿轮和传动轮(12)互相咬合在一起，槽轮通过传动带和发电机轮连在一起。在传输离合杠杆臂(33)的端头有传动轮架(10)的一段上固装有回位弹簧(31)，回位弹簧(31)的另一端固装在车架底盘(29)上。离合器(18)由离合器缸体(19)、离合器杆(20)和液压管路(21)构成，离合器(18)的一端固装在车架底盘(29)上，另一端离合器杆(20)和传输离合杠杆臂(33)的一端连在一起。离合器缸体(19)上的液压管路(21)和车辆上的离合器主缸连接在一起。(17)为滑动槽，它安装在车架底盘上。传动轮架(10)的一部分安装在滑动槽(17)内并可在其内移动。由于离合器(18)和回位弹簧(31)的作用，传动轮(12)可以与车轮势能采集装置的采动轮结合或分离。

在图3中，(9)为采动轮，是齿轮。(34)是火车车轮。(35)是火车车轮轮毂。采动轮(9)安装在火车车轮轮毂(35)上，它可以和安装在火车车厢车架底盘上的势能传输离合装置上的传动轮结合或分离。

本发明的应用操作是：

1、应用在汽车、电动车、拖拉机及一些轮式军用车辆上。汽车、电动车、拖拉机及一些轮式军用车辆，它们的车轮一般都是由轮辐、轮辋、轮毂和轮胎构成。当本发明应用在这些车辆上时，车轮势能采集装置中的车轮可是带有轮胎的轮子。下面以汽车为例说明。在汽车车轮的轮毂上安装采动轮，采动轮是齿轮。如果需要，采动轮也可以安装在轮辐、轮辋、制动盘或制动鼓上。在与车轮轮毂采动轮相对应需要的车辆的车架底盘上安装势能传输离合装置和发电机。当汽车行驶在上坡路面、一般平坦路面、低速行驶或需要提速时，本发明势能传输离合装置的传动轮是与车轮势能采集装置的采动轮相脱离的，因此，不影响汽车正常行驶及载重能力。当汽车行驶在下坡路面、高速行驶或需要减速及制动刹车时，通过汽车上的整车控制系统使势能采集离合装置的传动轮与车轮势能采集装置的采动轮结合，由于车轮的转动带动采动轮同步转动，采动轮又带动传动轮、传动主轮和发电机轮一起转动，使发电机工作产生电能后经汽车上的整流变压变频装置存输入蓄电装置。当汽车行驶在上坡路面、平坦路面或低速行驶时，可通过整车控制系统使蓄电装置中的电能经电动机、发动机与电动机动力分割装置至行驶系统再驱动汽车前进，达到节省燃油和减排环保的目的。本发明可以应用在势能动力车上，也可以用于现代一般汽车及混合动力车的改造升级换代。值得提出的是，本发明可以应用在各种轮式军用车辆上，如轮式坦克、轮式装甲车上，同样可以达到节省燃油、减少躁音、减排环保的目的。在战争条件下，各种燃油供给紧张困难，因此，本发明也有重要的军事意义。

2、应用在火车上。在火车车轮的轮毂上安装采动轮，在火车的车厢的车架底盘与车轮轮毂采动轮相对应的地方，安置势能传输离合装置和发电机。当火车行驶在上坡轨道面、一般平坦轨道面、低速行驶或需要提速时，本发明的势能传输离合装置的传动轮是和车轮势能采集装置的采动轮之间是相脱离的，因此不影响火车的车速及载重能力。当火车行驶在下坡轨道面、高速行驶或需要减速及制动刹车时，通过火车上整车控制系统，使势能传输离合装置开始工作，传动轮和采动轮相结合。由于火车车轮的转动带动采动轮同步转动、采动轮同时也带动传动轮、传动主轮和发电机轮，使发电机开始工作产生电能并经火车上的整流变压变频装置再存入蓄电装置。当火车行驶在上坡轨道面、低速行驶及在平坦轨道面行驶时，可通过火车上整车控制系统使蓄电装置中的电能经电动机、电动机与发动机动力转换分割装置至行驶系统使火车前进，达到节省燃油节省电能减排环保的目的。本发明可应用于势能动力火车上，也可以用于内燃机车、电力机车及混合动力火车的升级换代改造。

当今社会，由于社会经济的发展，各种能源日益枯竭，价格上涨。如近期世界范围的石油、煤炭等价格的上涨。进入2008年，石油更突破每桶100美元大关。利用和燃烧能源，又会产生较大的环境污染。因为本发明巧妙地利用势能进行发电，开辟了一个利用新能源的途径，节能减排环保，就具有巨大的现实意义，将产生良好的社会经济环保效益。

Claims (3)

1.一种车轮势能发电系统，其特征是由车轮势能采集装置、势能传输离合装置和发电机构成；车轮势能采集装置由车轮、制动器、轮毂和采动轮构成，在车轮轮毂上装置制动器和采动轮；势能传输离合装置由传动轮架、离合器、滑动槽构成；传动轮架由传动轮壳体、传动轮、传动主轮、传动轮轴、位移件、支撑柱构成，传动轮壳体内有传动轮轴，传动轮轴上有传动轮和传动主轮，传动轮和传动主轮可绕传动轮轴转动，位移件可在滑动槽内滑动，支撑柱一端固装传动轮壳体，另一端固装位移件；离合器一端安装在车架底盘上，另一端离合器杆固装在传动轮架上，离合器上的液压管路和车辆上的离合器液压主缸连接，由于离合器和回位弹簧的作用使传动轮架上的传动轮与车轮势能采集装置上的采动轮之间可结合或分离；滑动槽固装在车架底盘上；传动主轮由齿轮和槽轮构成，齿轮和传动轮咬合在一起，槽轮由传动带和发电机轮连在一起。

2.根据权利要求1所述的车轮势能发电系统，其特征是车轮可是火车、汽车、拖拉机、电动车及轮式军用车辆上的不同车轮。

3.根据权利要求1所述的车轮势能发电系统，其特征是采动轮可以固装在车轮轮毂上，也可以固装在车轮的轮辋、轮辐或制动盘、制动鼓上。

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