CN104648344B - 汽车动能回收装置 - Google Patents

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Abstract

汽车动能回收装置，包括与汽车车架固定的固定壳，该固定壳的端壁上设置有第一卡接件以及第二卡接件；与汽车车轴同步联接且位于固定壳一侧的转盘，该转盘上设置有与第一卡接件相对的第三卡接件、以及与第二卡接件相对的第四卡接件；安装在侧壁内侧且可绕固定壳的中心轴线相对于固定壳转动的外套，该外套位于第一卡接件和第三卡接件之间；安装在外套内侧且可绕固定壳的中心轴线相对于固定壳转动的内套，该内套位于第二卡接件和第四卡接件之间；两自由端分别连接在内套和外套上的扭转弹性件；分别驱动内套和外套轴向移动的第一驱动单元和第二驱动单元。本发明在汽车上以更合理结构更低成本的方式对动能的回收及利用，具有广阔的应用前景。

Description

汽车动能回收装置
技术领域
本发明涉及一种汽车制动行为和加速行为时的能量运用装置，尤其是一种汽车动能回收装置。
背景技术
汽车行驶过程中，频繁地减速、加速操会损耗较多的动能，为了将这些损耗的动能加以回收，出现了一些对汽车刹车损耗动能进行回收利用的装置，例如申请号为CN200910014924.6的“汽车储能式刹车盘”就公开了一种在汽车制动时将动能转化为弹性势能，并加以保存，然后在汽车需要加速或起步时再将弹性势能转化为动能向汽车提供动力。
上述的汽车储能式刹车盘虽然能够实现汽车刹车、减速动能回收的目的，但是其使用效果仍然不够理想，主要表现为：一、由于使用的机械零件较多，技术复杂，传动效率低；二、制造成本高，要大规模地被应用尚存在障碍；三、可靠性较低,故障率也较高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的旨在于提供一种汽车动能回收装置，其结构设计合理、具有较高的可靠性、且使用方便。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种汽车动能回收装置，包括：
与汽车车架固定的固定壳，该固定壳包括端壁、以及位于端壁周缘的侧壁，端壁上设置有第一卡接件以及第二卡接件；
与汽车车轴同步联接且位于固定壳上远离端壁的一侧的转盘，该转盘位于侧壁远离端壁的一侧外部，转盘上设置有与第一卡接件相对的第三卡接件、以及与第二卡接件相对的第四卡接件；
安装在侧壁内侧且可绕固定壳的中心轴线相对于固定壳转动的外套，该外套位于第一卡接件和第三卡接件之间；
安装在外套内侧且可绕固定壳的中心轴线相对于固定壳转动的内套，该内套位于第二卡接件和第四卡接件之间；
扭转弹性件，其两自由端分别连接在内套和外套上；
第一驱动单元，其用于带动外套沿固定壳的中心轴线在一与第一卡接件扣合的位置和一与第三卡接件扣合的位置之间运动；
第二驱动单元，其用于带动内套沿固定壳的中心轴线在一与第二卡接件扣合的位置和一与第四卡接件扣合的位置之间运动。
优选地，固定壳上固定有沿其中心轴线延伸的轴杆，该轴杆上枢接有转轮，转轮与外套的外表面滚动配合。
优选地，在转轮与轴杆之间的空隙内设置有一滚子轴承和滑动轴承，滚子轴承的外圈与转轮内圆固定连接，滚子轴承的内圈套接在滑动轴承的外圆上，滑动轴承通过滚珠与滑杆滑动配合。
优选地，滚子轴承的内圈和滑动轴承一体成形。
优选地，固定壳的端壁上设置有一沿固定壳中心轴线延伸的隔离套筒，内套套在隔离套筒外部，并通过滚珠轴承与隔离套筒枢接。
优选地，内套的两端分别设置有齿状的卡接环，第二卡接件和第四卡接件为与卡接环匹配的齿状结构；外套的两端分别设置有齿状的卡接部，第一卡接件、第三卡接件为与卡接部配合的齿状结构。
优选地，内套还包括位于两卡接环之间的套体，两卡接环通过螺栓与套体可拆卸连接。
优选地，齿状结构包括多个凸齿，凸齿侧面的斜面与固定壳的横截面形成夹角的大小分别为80°和45°。
优选地，第一卡接件为螺接在固定壳端壁内侧的卡齿环,第三卡接件为螺接在转盘内侧的卡齿环。
优选地，第一驱动单元为第一直线电机，该第一直线电机的机体部分固定在端壁上，第一直线电机的伸缩杆与内套之间设置有一第一轴承，该第一轴承的内圈固定在内套上、外圈固定在第一直线电机的伸缩杆上；第二驱动单元为第二直线电机，该第二直线电机的机体部分固定在端壁上，第二直线电机的伸缩杆与外套之间设置有一第二轴承，该第二轴承的外圈固定在外套上、内圈固定在第一直线电机的伸缩杆上。
优选地,所述扭转弹性件为卷簧。
相较于现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明提供一种汽车动能回收装置，利用扭转弹性件以及离合机构，积蓄刹车时损耗的动能，积蓄的刹车动能转换为扭转弹性件的弹性势能，在汽车起步、加速时利用扭转弹性件的弹性势能驱动车轴转动。本发明的汽车动能回收装置所采用的零件数量较现有技术的少，且大部分是常用的传动零件，因此其传动效率相对较高，安全系数更高，制造成本较低，同时本发明对装置的结构进行了改进，对于易磨损部位采用单独装配设计，降低了维护成本，优化了零件组合结构，方便制造和装配的进行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图结合技术方案进行描述。
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例的剖视图；
图3为图1中A处的放大视图；
图4为本发明内套与卡齿环的安装示意图；
图5为本发明转轮与滑杆配合的结构示意图；
图6为本发明卡接件的结构示意图。
附图标记：10、支承轴；11、转盘；12、固定壳；121、隔离套筒；201、第一卡接件；202、第三卡接件；211、第一驱动单元；212、第二驱动单元；221、轴杆；222、转轮；223、滚子轴承；224、滑动轴承；30、卷簧；300、内套；301、第一套体单元；302、第二套体单元；303、第一轴承；304、滚珠轴承；311、第四卡接件；312、动卡齿环；321、第二卡接件；322、定卡齿环；330、外套；331、第二轴承。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明进行更进一步的描述：
如图1-6所示，为本发明的一种汽车动能回收装置，其包括固定壳12、转盘11、外套330、内套300、扭转弹性件、第一卡接件201、第二卡接件321、第三卡接件202、第四卡接件311、第一驱动单元、第二驱动单元。
固定壳12的作用是保护位于其内部的零件并与汽车车架固定连接作为装置内部多数零件的支承零件，具体的是，固定壳12包括一端壁、以及位于端壁周缘的侧壁，该装置的多数零件都设置在端壁和侧壁所围成的空间内，转盘11位于侧壁远离端壁的一侧外部，且该转盘11与汽车车轴同步联接，转盘11用于将汽车的驱动力传给该装置，当汽车制动时转盘11作为动力的输入端，而当汽车在起步时作为动力的输出端为汽车车轴提供驱动力；外套330呈筒状并设置于固定壳12侧壁的内侧，该外套330可绕固定壳12的中心轴线相对于固定壳12转动；内套300呈筒状并设置在外套330的内部，该内套300可绕固定壳12的中心轴线相对于固定壳12转动；扭转弹性件设置在外套330和内套300之间，该扭转弹性件用于在刹车或减速时产生弹性形变将动能转化弹性势能并在加速时释放已存储弹性势能。具体地，将扭转弹性件的两自由端分别连接在内套300和外套330上。如果要使得扭转弹性件产生扭转形变和在其储能之后再释放，就需要临时地固定扭转弹簧件其中一端，同时将其另一端作为运动输入端或运动输出端。
第一卡接件201以及第二卡接件321设置在固定壳12的端壁上；第三卡接件202和第四卡接件311设置在转盘11上，第一卡接件201与第三卡接件202相对设置，第二卡接件321与第四卡接件311相对设置；在本发明中，外套330设置于第一卡接件201和第三卡接件202之间，内套300设置于第二卡接件321和第四卡接件311之间；第一卡接件201、第二卡接件321就是分别作为让内套300、外套330的相对于固定壳静止的连接零件；而第三卡接件、第四卡接件311则是分别让外套330、内套300与转盘11联动的连接零件，因此通过外套330、内套300与固定壳12固定或与转盘11联动两种状态的切换，从而完成汽车动能转化为弹性势能、以及和弹性势能转化为动能的过程。
内套300具有在第二卡接件321与第四卡接件311之间轴向地运动的自由度，以使内套300在与固定壳12保持固定的状态和与转盘11联动的状态之间顺利切换，内套300的轴向移动由上述的有第一驱动单元211驱动，具体的是，该第一驱动单元211用于带动内套300沿固定壳12的中心轴线在一与第二卡接件321扣合的位置和一与第四卡接件311扣合的位置之间运动，当内套300与第二卡接件321扣合时，内套300被固定于固定壳12上，与固定壳12之间保持相对静止，当内套300与第四卡接件311扣合时，内套300与转盘11联动。
外套330具有在第一卡接件201与第三卡接件202之间轴向地运动的自由度，以使外套330在与固定壳12保持固定的状态和与转盘11联动的状态之间顺利切换，外套330的轴向移动由上述的第二驱动单元212驱动，具体的是，该第二驱动单元用于带动外套330沿固定壳12的中心轴线在一与第一卡接件201扣合的位置和一与第三卡接件202扣合的位置之间运动，当外套330与第一卡接件201扣合时，外套330被固定于固定壳12上，与固定壳12之间保持相对静止，当外套330与第三卡接件202扣合时，外套330与转盘11联动。上述的第一驱动单元211和第二驱动单元212可由电子控制系统控制。
固定壳12上固定有沿其中心轴线延伸的轴杆221，该轴杆221上枢接有转轮222，转轮222与外套330的外表面滚动配合，如此，利用转轮222支承外套，同时，确保外套具有绕固定壳12的中心轴线转动的自由度。如图5所示，为了让转轮222在轴杆221上更流利地转动和轴向地滑动，在转轮222与轴杆221之间的空隙内设置有一滚子轴承223和滑动轴承224，具体的是，滚子轴承223的外圈与转轮222内圆固定连接，滚子轴承223的内圈套接在滑动轴承224的外圆上，滑动轴承224通过滚珠与轴杆221滑动配合。为了简化结构，滚子轴承233的内圈和滑动轴承224内含滚珠的套筒一体成形。
作为一优选的方案，本发明的固定壳12的端壁上设置有一沿固定壳12中心轴线延伸的隔离套筒121，内套300套在隔离套筒121外部，并通过滚珠轴承304与隔离套筒121枢接，利用该隔离套筒121对支撑内套300，并且该隔离套筒121的作用还在于减少滚珠轴承304的磨损，同时，也可以让支承轴10穿接于隔离套筒121内，以便于本发明的汽车动能回收装置与汽车其他零部件的装配。
作为一优选的方案，为了让相应卡接的位置结合效果更理想，内套300的两端分别设置有齿状的卡接环，其中，与第二卡接件321接触配合的为定卡齿环322，与第四卡接件311接触配合的为动卡齿环312；本发明中，第二卡接件321和第四卡接件311可以为与卡接环匹配的齿状结构，外套330的两端分别设置有齿状的卡接部，第一卡接件201、第三卡接件202为与卡接部配合的齿状结构。
如图4所示，为了降低卡接部分的加工难度以及便于相应卡接零件的更换、维护，内套300包括位于两卡环之间的套体，两卡接环通过螺栓与套体可拆卸连接。另外，为了减少内套300的加工难度和解决该装置在装配过程中的约束问题，上述的套体可以为由第一套体单元301和第二套体单元302通过螺接的方式组成，具体为，在第一套体单元301一端的内壁设置内螺纹，在第二套体单元302与第一套体单元301装配的一端设置对应的外螺纹。
如图6所示，为了让相应卡接位置具有过载保护的功能，第一卡接件201、第三卡接件202、第二卡接件321、第四卡接件311上的齿状结构包括多个凸齿，凸齿侧面的两斜面与固定壳的横截面形成夹角α和β的大小分别为80°和45°。如此，在扭转弹性件过载或汽车动力输入时瞬间超出其承受时，凸齿会沿卡接件上的槽斜面滑出，切断装置与车轴之间的联动。
为了方便该装置的加工和后期维护,第一卡接件201为一螺接在固定壳端壁内侧的卡齿环,第三卡接件202为一螺接在转盘内侧的卡齿环。
作为一优选的方案，让外套330、内套300沿固定壳12轴线运动的效果更可靠，同时满足驱动单元的固定设置和与转动的零件实现轴向驱动，本发明的第一驱动单元211为第一直线电机，该第一直线电机的机体部分固定在端壁上，第一直线电机的伸缩杆与内套300之间设置有一第一轴承303，该第一轴承303的内圈固定在内套300上、外圈固定在第一直线电机的伸缩杆上；第二驱动单元212为第二直线电机，该第二直线电机的机体部分固定在端壁上，第二直线电机的伸缩杆与外套330之间设置有一第二轴承331，该第二轴承331的外圈固定在外套330上、内圈固定在第一直线电机的伸缩杆上。如此第一直线电机、第二直线电机在接受电控系统信号后即作出相应的动作，从而在各卡接零件的配合下，实现了各卡接部位的分离与结合。
作为一优选的方案，让动能转化为弹性势能和让弹性势能转化为动能的过程更合理，所述扭转弹性件为卷簧30，卷簧30上靠近蜗卷中心的一端与内套300连接，向外发散的一端与外套330连接。当然，还可以利用其他的弹性元件来替代卷簧30，只要其能够在两自由端发生转动时产生弹性势能即可。
本发明的工作原理：
减速储能阶段：驾驶员踩踏制动踏板时，汽车电控单元根据反馈的车速、车轴转速及踩踏力度作出信号分析，发出信号由常规的制动装置运作，第一直线电机在接收到汽车电控单元指令下其伸缩杆处于伸长状态，此时外套330与第三卡接件202扣合，即外套330与转盘11联动；同时，第二直线电机在接收到汽车电控单元指令下其伸缩杆处于缩回状态，此时内套300与第二卡接件321扣合，内套300与固定壳12之间固定连接且不发生相对转动，因此，外套330对卷簧30不断进行扭转，汽车动能转化为卷簧30的弹性势能。
保存能量阶段：汽车电控单元发出指令，让第一直线电机的伸缩杆退回，而第二直线电机伸缩杆的状态不变，此时，外套330与第一卡接件扣合，内套300仍然与第二卡接件321扣合，即外套330和内套300均与固定盘固定连接，且与转盘11不联动，卷簧30在被扭转的状态下一直保持其弹性势能。
起步或加速阶段：驾驶员踩踏节气门踏板时，第二直线电机在接收到汽车电控单元指令下其伸缩杆伸长并保持伸长状态，此时内套300与第四卡接件311扣合，即内套300与转盘11联动；同时，第一直线电机的伸缩杆处于缩回状态，外套330与第一卡接件一直保持扣合，外套330与固定壳12之间固定连接且不发生相对转动，因此，内套300在卷簧30的扭转弹力作用下不断对转盘11施加驱动力，让汽车获得动能。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (11)

1.汽车动能回收装置，其特征在于，包括，
与汽车车架固定的固定壳，该固定壳包括端壁、以及位于端壁周缘的侧壁，端壁上设置有第一卡接件以及第二卡接件；
与汽车车轴同步联接且位于固定壳上远离端壁的一侧的转盘，该转盘位于侧壁远离端壁的一侧外部，转盘上设置有与第一卡接件相对的第三卡接件、以及与第二卡接件相对的第四卡接件；
安装在侧壁内侧且可绕固定壳的中心轴线相对于固定壳转动的外套，该外套位于第一卡接件和第三卡接件之间；
安装在外套内侧且可绕固定壳的中心轴线相对于固定壳转动的内套，该内套位于第二卡接件和第四卡接件之间；
扭转弹性件，其两自由端分别连接在内套和外套上；
第一驱动单元，其用于带动外套沿固定壳的中心轴线在一与第一卡接件扣合的位置和一与第三卡接件扣合的位置之间运动；
第二驱动单元，其用于带动内套沿固定壳的中心轴线在一与第二卡接件扣合的位置和一与第四卡接件扣合的位置之间运动。
2.如权利要求1所述的汽车动能回收装置，其特征在于：固定壳上固定有沿其中心轴线延伸的轴杆，该轴杆上枢接有转轮，转轮与外套的外表面滚动配合。
3.如权利要求2所述的汽车动能回收装置，其特征在于：在转轮与轴杆之间的空隙内设置有一滚子轴承和滑动轴承，滚子轴承的外圈与转轮内圆固定连接，滚子轴承的内圈套接在滑动轴承的外圆上，滑动轴承通过滚珠与滑杆滑动配合。
4.如权利要求3所述的汽车动能回收装置，其特征在于：滚子轴承的内圈和滑动轴承一体成形。
5.如权利要求1所述的汽车动能回收装置，其特征在于：固定壳的端壁上设置有一沿固定壳中心轴线延伸的隔离套筒，内套套在隔离套筒外部，并通过滚珠轴承与隔离套筒枢接。
6.如权利要求1所述的汽车动能回收装置，其特征在于：内套的两端分别设置有齿状的卡接环，第二卡接件和第四卡接件为与卡接环匹配的齿状结构；外套的两端分别设置有齿状的卡接部，第一卡接件、第三卡接件为与卡接部配合的齿状结构。
7.如权利要求6所述的汽车动能回收装置，其特征在于：内套还包括位于两卡接环之间的套体，两卡接环通过螺栓与套体可拆卸连接。
8.如权利要求6所述的汽车动能回收装置，其特征在于：齿状结构包括多个凸齿，凸齿侧面的斜面与固定壳的横截面形成夹角的大小分别为80°和45°。
9.如权利要求6所述的汽车动能回收装置，其特征在于：第一卡接件为螺接在固定壳端壁内侧的卡齿环,第三卡接件为螺接在转盘内侧的卡齿环。
10.如权利要求1所述的汽车动能回收装置，其特征在于：第一驱动单元为第一直线电机，该第一直线电机的机体部分固定在端壁上，第一直线电机的伸缩杆与内套之间设置有一第一轴承，该第一轴承的内圈固定在内套上、外圈固定在第一直线电机的伸缩杆上；第二驱动单元为第二直线电机，该第二直线电机的机体部分固定在端壁上，第二直线电机的伸缩杆与外套之间设置有一第二轴承，该第二轴承的外圈固定在外套上、内圈固定在第一直线电机的伸缩杆上。
11.如权利要求1-10任意一项所述的汽车动能回收装置，其特征在于：所述扭转弹性件为卷簧。
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