CN104590035A - 机械能量收集系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械能量收集系统及其方法，用于将火车汽车等制动损失的机械能收集起来，二次使用。本系统由单片机监视车辆运行情况，判断车辆是正常运行或者制动，正常运行时，单片机无输出，车辆正常运行。而制动时单片机控制模块检测车辆实时速度，调节单片机后级驱动电控，控制励磁主极，以此调节机械能转化电能的幅值，此时电磁转矩对车辆起到了一定的制动效果，减少机械制动对车辆机械结构的损伤，提高车辆的制动性能。将收集到的机械能存储到电池中，电池中的能量供给辅助车辆启动、车辆用电器，单片机控制模块使用。

Description

机械能量收集系统及其方法

技术领域

本发明涉及能源机械技术领域，特别是涉及一种机械能量收集系统及其方法。

背景技术

现有火车、汽车或是汽车制动，大都采用机械制动的方式，这些方式对制动设备要求高，并且高性能的制动设备在生产制造维护时投入巨大。同时在机械不断制动的过程中，对机械结构损耗巨大，长时间使用后可靠性下降，更换与维护成本很高，增添了运行的不稳定性和不安全性。此外制动过程中，机械能大多转为能热量消散，使得原本运动的动能白白浪费浪费，并不环保经济。

机械能量收集系统在单片机的控制之下，通过制动过程中的能量转换，则可以将损失的机械能进行一定程度的回收，使得能量再利用。回收来的车辆制动能量可以供给车辆的辅助启动，也可进行存储为电池中的化学能，用于直接供给车辆用电器。回收来的车辆制动能量，则可以在车辆上设立大型移动电源，这样就解决车辆上特别是火车上无法充电的问题，方便旅客尽情使用电子设备，消磨旅途上的时光；回收来的车辆制动能量供给火车上设立专门的游戏室，使得再生电能供给电子游戏设备或者电类游戏机械。一方面能量再利用环保经济，另一方面使得再生电能的使用可以在游戏服务中进一步增值，达到效益最大化，安装在轮船上使得这部分电能能够驱动轮船上的音箱或者电子画幕等设备，增添人们的感官享受。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，提供了一种机械能量收集系统及其方法。解决了机车制动时，机械能损失浪费的问题，同时本系统能够辅助制动，减少机械制动结构的损耗，延缓设备使用时长。

本发明所采用的技术方案是：

一种机械能量收集系统，用于火车、汽车制动时的能量收集，包括：

单片机控制模块、能量转换模块、电能储存模块和供电模块，所述的单片机控制模块监视车辆运行情况，判断车辆是正常运行还是制动，正常运行时，单片机无输出，车辆正常运行，制动时，单片机控制模块控制不同大小的电流流入能量转换模块励磁主极，对能量转换的幅值进行调节，减少车辆制动装置的损耗，提升车辆性能，能量转换模块为小型直流发电机或小型交流发电机，电能储存模块为蓄电池充电电路和蓄电池，供电模块为所述的单片机控制模块、车辆用电器供电，辅助车辆启动；

所述的单片机控制模块与能量转换模块相连，单片机控制模块对能量转换模块进行控制，能量转换模块与电能储存模块相连，能量转换模块转换得到的电能由电能储存模块进行存储。电能储存模块与供电模块相连，将电能输送给供电模块，供电模块分别与单片机控制模块与能量转换模块相连，将电能分配给单片机控制模块与能量转换模块。

所述能量转换模块应用于车辆在制动状态下的能量收集，包括驱动轴接口、励磁主极、电枢绕组和轴，驱动轴接口与轴相连，轴中部绕有电枢绕组，励磁主极分布在电枢绕组的四周。

可选的，所述能量转换模块为直流机车发电机。

所述电能储存模块包括蓄电池充电电路和蓄电池，将所述的能量转换模块所得电能转化为化学能并储存。

所述系统的能量收集方法是：

通过单片机控制模块的控制，对车辆的运行情况进行检测，当车辆正常行驶时，单片机控制模块不工作，单片机控制模块切断流入励磁主极的励磁电流，使得磁场消失，此时即便车轴带动电枢绕组转动，电枢绕组也无法产生感应电势与电磁转矩，车辆正常运行，单片机控制系统处于低功耗运行状态；

车辆制动时，单片机控制系统检测到刹车信号，单片机由原先的低功耗运行状态，变为正常运行状态，

单片机控制模块启动能量转换模块，由单片机控制模块调节通入能量转化模块中励磁主极的电流，励磁主极流过不同大小的电流，磁场大小改变，车辆通过驱动轴接口带动电枢绕组切割不同大小的磁场，就会产生不同大小的感应电势与电磁转矩，不同大小的电磁转矩对车辆起到的辅助制动的效果不一样，辅助制动减少了车辆制动装置的损耗；通入较大电流时，由于产生较大的电磁转矩，使得制动性能更好；通入较小电流时，由于电磁转矩较小，制动性能较弱；

车辆制动时，单片机控制模块启动能量转换模块开始转换，电能储存模块对能量转换模块得来的电能进行存储，单片机控制模块控制供电模块，供电模块为所述的单片机控制模块、车辆用电器供电，辅助车辆启动。达到节能减耗与智能控制的效果。

附图说明

图1为能量转换模块的结构示意图；

图2为系统流程图以及各主要的模块的连接关系图；

图中，驱动轴接口2，励磁主极3，电枢绕组4，轴5。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的解释和说明，但并不用于限制本发明。

实施例1 ：

一种机械能量收集系统，用于火车、汽车制动时的能量收集，包括：

单片机控制模块、能量转换模块、电能储存模块和供电模块，所述的单片机控制模块监视车辆运行情况，判断车辆是正常运行还是制动，正常运行时，单片机无输出，车辆正常运行，制动时，单片机控制模块控制不同大小的电流流入能量转换模块励磁主极，对能量转换的幅值进行调节，减少车辆制动装置的损耗，提升车辆性能，能量转换模块为小型直流发电机或小型交流发电机，电能储存模块为蓄电池充电电路和蓄电池，供电模块为所述的单片机控制模块、车辆用电器供电，辅助车辆启动；

所述的单片机控制模块与能量转换模块相连，单片机控制模块对能量转换模块进行控制，能量转换模块与电能储存模块相连，能量转换模块转换得到的电能由电能储存模块进行存储。电能储存模块与供电模块相连，将电能输送给供电模块，供电模块分别与单片机控制模块与能量转换模块相连，将电能分配给单片机控制模块与能量转换模块。

所述能量转换模块应用于车辆在制动状态下的能量收集，包括驱动轴接口2、励磁主极3、电枢绕组4和轴5，驱动轴接口2与轴5相连，轴5中部绕有电枢绕组4，励磁主极3分布在电枢绕组4的四周。

可选的，所述能量转换模块为直流机车发电机。

所述电能储存模块包括蓄电池充电电路和蓄电池，将所述的能量转换模块所得电能转化为化学能并储存。

所述系统的能量收集方法是：

通过单片机控制模块的控制，对车辆的运行情况进行检测，当车辆正常行驶时，单片机控制模块不工作，单片机控制模块切断流入励磁主极的励磁电流，使得磁场消失，此时即便车轴带动电枢绕组4转动，电枢绕组4也无法产生感应电势与电磁转矩，车辆正常运行，单片机控制系统处于低功耗运行状态；

车辆制动时，单片机控制系统检测到刹车信号，单片机由原先的低功耗运行状态，变为正常运行状态，

单片机控制模块启动能量转换模块，由单片机控制模块调节通入能量转化模块中励磁主极的电流，励磁主极流过不同大小的电流，磁场大小改变，车辆通过驱动轴接口2带动电枢绕组4切割不同大小的磁场，就会产生不同大小的感应电势与电磁转矩，不同大小的电磁转矩对车辆起到的辅助制动的效果不一样，辅助制动减少了车辆制动装置的损耗；通入较大电流时，由于产生较大的电磁转矩，使得制动性能更好；通入较小电流时，由于电磁转矩较小，制动性能较弱；

车辆制动时，单片机控制模块启动能量转换模块开始转换，电能储存模块对能量转换模块得来的电能进行存储，单片机控制模块控制供电模块，供电模块为所述的单片机控制模块、车辆用电器供电，辅助车辆启动。

通过单片机控制模块的智能控制，对车辆的运行情况进行检测，当车辆正常行驶时，控制系统不工作。车辆正常行驶时，单片机控制模块切断注入励磁主极的励磁电流。使得磁场消失，即便车轴带动电枢绕组4转动，电枢绕组4无法产生感应电势与电磁转矩，此时车辆正常运行。如附图1，能量转换模块包括驱动轴接口2、励磁主极3、电枢绕组4和轴5。通过对车辆运行情况监测，单片机控制系统检测车辆运行状态，之后发出控制指令，对励磁主极3输入的电流大小进行调节，使得电磁转换幅值发生变化，以此控制机械能转换幅值大小，同时调节了辅助电磁转矩的大小，获得不同的制动效果。

实施例2：

对现有的小功率机械发电机进行改装，留出励磁主极端接线，使其由单片机的驱动模块控制，可以对LR160-708型9管小功率发电机进行改装，得到系统需要的能量转换模块。

实施例3：

电能储存模块可以优选为ES-D(1500W)系列充电器或类似的充电器以及46B24LR12V45AH蓄电池或者更大容量的蓄电池。单片机监控需要使用电能的设备，并对供电模块下达命令，供电模块根据收到指令对需要供电的模块进行供电，达到智能控制的功能，考虑成本可以使用STC89C52RC-40I-PDIP40，考虑性能则可以优选为ATMEGA169PA-AU。

实施例4：

对于火车、汽车等机械结构进行制动时的机械能量收集，存储，可以将此手机来了能量供于车辆内的大型公共电源，以供旅客的移动设备进行充电；而汽车则可以手机能量对蓄电池进行充电，或对车能灯、仪表盘进行供电。

Claims (5)

1.一种机械能量收集系统，用于火车、汽车制动时的能量收集，其特征在于，包括：

单片机控制模块、能量转换模块、电能储存模块和供电模块，所述的单片机控制模块监视车辆运行情况，判断车辆是正常运行还是制动，正常运行时，单片机无输出，车辆正常运行，制动时，单片机控制模块控制不同大小的电流流入能量转换模块励磁主极，对能量转换的幅值进行调节，减少车辆制动装置的损耗，提升车辆性能，能量转换模块为小型直流发电机或小型交流发电机，电能储存模块为蓄电池充电电路和蓄电池，供电模块为所述的单片机控制模块、车辆用电器供电，辅助车辆启动；

所述的单片机控制模块与能量转换模块相连，单片机控制模块对能量转换模块进行控制，能量转换模块与电能储存模块相连，能量转换模块转换得到的电能由电能储存模块进行存储;

 电能储存模块与供电模块相连，将电能输送给供电模块，供电模块分别与单片机控制模块与能量转换模块相连，将电能分配给单片机控制模块与能量转换模块。

2.根据权利要求1所述的机械能量收集系统，其特征在于：所述能量转换模块应用于车辆在制动状态下的能量收集，包括驱动轴接口（2）、励磁主极（3）、电枢绕组（4）和轴（5），驱动轴接口（2）与轴（5）相连，轴（5）中部绕有电枢绕组（4），励磁主极（3）分布在电枢绕组（4）的四周。

3.根据权利要求1所述的机械能量收集系统，其特征在于：所述能量转换模块为直流机车发电机。

4.根据权利要求1所述的机械能量收集系统，其特征在于：所述电能储存模块包括蓄电池充电电路和蓄电池，将所述的能量转换模块所得电能转化为化学能并储存。

5.一种根据权利要求1所述系统的能量收集方法，其特征在于：

通过单片机控制模块的控制，对车辆的运行情况进行检测，当车辆正常行驶时，单片机控制模块不工作，单片机控制模块切断流入励磁主极的励磁电流，使得磁场消失，此时即便车轴带动电枢绕组（4）转动，电枢绕组（4）也无法产生感应电势与电磁转矩，车辆正常运行，单片机控制系统处于低功耗运行状态；

车辆制动时，单片机控制系统检测到刹车信号，单片机由原先的低功耗运行状态，变为正常运行状态，

单片机控制模块启动能量转换模块，由单片机控制模块调节通入能量转化模块中励磁主极的电流，励磁主极流过不同大小的电流，磁场大小改变，车辆通过驱动轴接口（2）带动电枢绕组（4）切割不同大小的磁场，产生不同大小的感应电势与电磁转矩，不同大小的电磁转矩对车辆起到的辅助制动的效果不一样，辅助制动减少了车辆制动装置的损耗；通入较大电流时，由于产生较大的电磁转矩，使得制动性能更好；通入较小电流时，由于电磁转矩较小，制动性能较弱；

车辆制动时，单片机控制模块启动能量转换模块开始转换，电能储存模块对能量转换模块得来的电能进行存储，单片机控制模块控制供电模块，供电模块为所述的单片机控制模块、车辆用电器供电，辅助车辆启动。