CN105305722B - 磁悬浮储能发电车轮 - Google Patents

Abstract

本磁悬浮储能发电车轮由发电车轮外转子、行星轮变速装置、储能发电车轮主体、磁悬浮储能发电车轮轮体、真空系统、电能循环系统六大部份构成，轮毂内有行星轮储能飞轮变速装置，在储能飞轮的内部镶有永久性磁铁，车轮轮毂上有感应线圈和齿牙，使车轮具备储能、发电和启动助力功能。当车辆达到一定速度或制动时,车轮轮毂内的储能变速装置以行星轮形式运转，在车轮轮毂的驱动下，行星轮带动储能飞轮相对于正向转动的车轮高速反向旋转，储能，因此发电效率较高；当车辆达到巡航速度、减速、下坡、停车时，车轮则以发电机状态运行，在储能飞轮的带动下对外输出电能，给电动车蓄电池充电，延长电池的使用寿命，提高车辆的续航能力。

Description

磁悬浮储能发电车轮

技术领域

本发明涉及一种新能源储能发电装置，特别是一种电动车领域自给型电动车储能发电，实现一次充电、永久续航的磁悬浮储能发电车轮。

背景技术

石油资源是人类生存和发展不可缺少、无法再生的自然资源，石油资源匮乏是导致经济崩溃的导火索，在世界范围内，石油是一个十分敏感的话题，其中人们最关心的，就是全世界石油到底还能开采多少年，2010年7月份，英国石油公司的首席经济学家达维斯在谈到石油工业的最新统计时宣布，世界上已经探明的石油储备还可以开采41年，41年当然不是石油的末期，这只是探明的石油储备，每一年，探明的石油储备数字都在变化和上升，尽管如此，包括石油在内的能源，总有枯竭的一天，这不但是我们，也是对我们的后代，对全人类提出的巨大挑战。一旦国际石油供应出现问题，比如战争，那能源供应将会受到严重打击，甚至最终导致国民经济陷入瘫痪。由此，世界各国纷纷投巨资研发纯电动车和汽电混合车，但由于车辆自身不能发电，当运行一定时间及里程后，需再次补充能源，加油、充电。随着纯电动车及汽电混合车的大量推广使用，无疑是将石油资源危机转嫁给了电力资源。由于煤电是电力的主要支柱，而将电力资源应用于汽车领域，相当于这边烧煤发了电，那边又将电能再转化成化学能，然后再将化学能转化成动力能。因此，从能源链角度来讲没有任何科学性可言，纯电动车变成烧煤车仍需消耗自然资源、无法做到真正的低碳，用电的压力同样会导致煤炭资源危机的加速。

随着纯电动汽车的普及，需要配套建造大量的充电站，不但投资量大，蜘蛛网式的加油站、充电站，占地面积大、增加了安全隐患。所谓纯电动车，其实就是电瓶车，蓄电池供给电动机电能，车内的蓄电池组受充放电次数的限制，当达到一定的次数时需及时更换，导致运行成本的增大。国内纯电动汽车使用的主要是铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池。电动汽车从电网取电仅需0.5元/KWh，但充入电动汽车电池后再释放出来，铅酸电池每提供IkWh电能，价格为3.05元左右，镍氢电池每提供IkWh电能，费用为9.6元，锂离子电池的相关费用为10.2元。根据实验表明，铅酸电池的寿命只可重复充电300-500次之间。如果以目前每次充电行驶100公里计算，一组铅酸电池可以行使3万至5万公里。而以目前电动轿车一组铅酸电池售价大约七八千元，电动轿车行驶3万公里的使用成本与普通燃油轿车相差无几。随着中国经济的快速发展，能源和环境问题成为了中国快速发展主要阻碍。然而，在能源如此短缺的情况下，使用目前的耗能设备和耗能方式却使得世界上总能量的50%～70%白白的浪费。因此在开发新能源汽车的同时，研究如何回收存储被白白浪费的能量非常重要。目前的新能源汽车储能方式主要有：化学储能、物理储能和超导储能，在这几种储能方式中化学储能技术比较成熟，并已得到广泛的应用，但是它使用寿命短、受外界条件影响显著、对环境污染严重，而超导储能对技术要求高、对环境要求苛刻，暂时还不适合大规模应用。由于物理储能是利用物理方法将能量存储起来，所以对环境没有污染，比较适合当今的新能源汽车发展要求。物理储能方式主要有抽水储能、压缩空气储能和飞轮储能。在这几种物理储能方式中飞轮储能以其使用寿命长、效率高的特点得到了广泛的关注。如何开发节能及采用替代能源的环保型汽车，以减少对环境的污染，成为当今世界汽车产业发展的一个重要趋势。汽车制造行业纷纷把目光转向电动汽车的研制。能否找到储能密度大、充电时间短、价格适宜的新型电池，是电动汽车能否拥有更大的机动性并与汽油车一争高下的关键，而飞轮储能因具有清洁、高效、不污染环境等特点受到汽车行业的广泛重视。

发明内容

基于上述新能源电动车能源发展的局限性，本发明的目的是利用磁悬浮储能技术，研制一种适用于电动车，将车辆的制动能和惯性能通过变速装置储存起来，再转变成驱动车轮的电能的磁悬浮储能发电车轮。

本发明是一种磁悬浮储能发电车轮，其特征在于由车轮支撑主轴、车轮轴承、车轮装配体、密封垫圈、发电绕组线圈、轮毂转子主动齿轮、碳刷、平垫、电磁离合器、变速器从动齿轮、变速器同步齿轮、变速器支撑体、变速器轴承、变速器变速齿轮、磁悬浮轴承、稀土磁铁、碳纤维储能飞轮、密封垫圈、轮毂转子端盖、防撞内胎、车轮外胎、轮毂、真空管、真空泵、连接导线、智能控制器、电源线、储能电池和紧固件组成，发电绕组线圈装在轮毂转子上，与碳刷，车轮轴承、密封垫圈、车轮装配体、车轮支撑主轴固定为一体，构成发电车轮外转子；电磁离合器、变速器从动齿轮、变速器同步齿轮、变速器轴承、变速器变速齿轮装在变速器支撑体上，与碳刷、连接线、平垫装配为一体，构成行星轮变速装置；稀土磁铁、磁悬浮轴承装在碳纤维储能飞轮上，碳纤维储能飞轮装在车轮支撑主轴上，与密封垫圈、轮毂转子端盖和轮毂转子装配为一体，构成储能发电车轮主体；防撞内胎、车轮外胎、轮毂固定在轮毂转子端盖上，构成磁悬浮储能发电车轮轮体；真空管连接于真空泵与储能车轮内室之间，形成真空密封壳体；接线、电源线、储能电池与智能控制器相连接，构成磁悬浮储能发电车轮电能循环系统。

磁悬浮储能发电车轮的工作原理是：

磁悬浮储能发电车轮轮毂内有一个行星轮储能飞轮变速装置，在储能飞轮的内部镶有永久性磁铁，车轮轮毂上有感应线圈和齿牙，使车轮具备储能发电和启动助力功能。当车辆达到一定速度或制动时，车轮轮毂内的储能变速装置以行星轮的形式运转，在车轮轮毂的驱动下，行星轮带动储能飞轮反向高速旋转，车轮轮毂内的储能变速器--行星轮变速装置使储能飞轮在真空无摩擦阻力的环境下以极高速度最高30000转/每分钟的速度反向旋转，惯性能增加了飞轮的转速，由于储能飞轮与车轮外转子是反向旋转运行，发电效率较高，从而大大增加了其功能；当汽车再次启动时，飞轮的能量通过行星轮变速传动装置给车轮助力；当车辆达到巡航速度、减速、下坡、停车时，车轮则以发电机状态运行，在储能飞轮的带动下对外输出电能，完成机械能（动能）到电能的转换。储能飞轮释放能量发电,给电动车蓄电池充电。

本发明的优点如下：

1、能量回收：各种车辆需要频繁的刹车制动、再启动，而刹车制动的能量,却以机械磨擦的形式转化为热能消耗掉。研究证明,此能量约占车辆使用能量的30%。利用磁悬浮储能飞轮装置，98%的“再生制动”能量能够被重新利用，将产生巨大的经济效益；

2、储能发电：利用车轮的惯性能给飞轮"储能"，增加了反向旋转的储能飞轮的转速，从而增大其储能功能。当车辆达到巡航速度、减速、下坡、停车时，车轮则以发电机状态运行，储能飞轮释放能量发电,给电池充电，延长电池的使用寿命，提高车辆的续航能力；

3、储能密度高：由于储能飞轮是在真空环境下运行，转速极高。储能飞轮采用比钢材强度还要高的新型碳素纤维材料制作，飞轮可以每分钟旋转六万转而不会碎裂。轴承采用非接触式磁悬浮轴承放置在真空密封壳体中，避免了空气摩擦。储能密度可达100～200wh/kg，功率密度可达5000～l0000 w/kg；

4、能量转换效率高：磁悬浮储能发电车轮的变速装置是以行星轮形式运转。在车轮轮毂的驱动下，行星轮带动储能飞轮反向高速旋转储能，而车轮是正向旋转，工作效率高达百分之150%以上。储能飞轮一旦储能后，就会不停地转动下去，直至能量释放完为止；

5、体积小、重量轻：因飞轮轮体为内空形设计，飞轮的大部分重量集中到了飞轮的外缘，而且，飞轮轮体外部的材料是碳纤维，内部大部分为中空。减轻了储能飞轮轮体的重量，让储能飞轮能以极高的速度旋转；

6、工作温度范围宽：储能飞轮是在真空状态工作，轴承是磁悬浮轴承，对环境温度没有严格要求；

7、使用寿命长：储能飞轮采用碳纤维制成，重量轻、强度大，采用磁悬浮轴承，减少了机械摩擦，同时飞轮在真空环境中，避免了空气摩擦。储能飞轮净效率（输入输出）达95%左右，能够循环几百万次运行，用寿命长达25年，可供电动车行驶500万公里以上；

8、系统维护周期长：储能飞轮采用先进的磁悬浮轴承，密封真空环境下运行，无磨损、功耗低，可在高温、深冷及真空环境下长期运转，维护周期长；

9、节能：真空运行，耗能小，自我补充能量；

10、通用性强：适合所有的电动汽车；

11、完全达到零排放、零污染，是纯绿色的可再生的电力能源；

12、除了装置本身的成本外，储存电能的费用是零成本；

13、解决了目前电动汽车续航能力差、充电时间长的技术瓶颈；

14、解决了蓄电池体积过大、容量有限的技术瓶颈；

15、可使纯电动汽车大众化、普及化，规模化。

由上述罗列的诸多优点可见，本发明设计理念新颖、超前、结构科学、合理、实用，作为清洁能源技术产品投放市场，具有广阔的实用前景，弥补了国内国际在新能源电动车技术设计领域的不足，具有广泛的应用性和极强的国内国际竞争力。

附图说明

图1是本磁悬浮电动车轮装配结构示意图；

图2是变速器行星轮示意图。

具体实施方式

实施例1

本发明由车轮支撑主轴1、车轮轴承2、车轮装配体3、密封垫圈4、发电绕组线圈5、轮毂转子（主动齿轮）6碳刷7、装配螺丝8、平垫9、电磁离合器10、变速器从动齿轮11、变速器同步齿轮12、变速器支撑体13、变速器轴承14、变速器同步齿轮15、变速器变速齿轮16、装配螺丝17、磁悬浮轴承18、稀土磁铁19、碳纤维储能飞轮20、密封垫圈21、装配螺丝22、轮毂转子端盖23、防撞内胎25、轮毂26、装配螺丝27、真空管28、真空泵29、连接导线30、智能控制器31、电源线32、储能电池33组成，其装配步骤如下：

1、首先将发电绕组线圈5装在轮毂转子6上，安装上碳刷7，再将车轮轴承2和密封垫圈4装在车轮支撑主轴上1，用装配螺丝8将轮毂转子6、车轮装配体3、车轮支撑主天1固定为一体构成发电车轮外转子；

2、将电磁离合器10和变速器从动齿轮11、变速器同步齿轮12装在一起，在将变速器轴承14变速器同步齿轮15、变速器变速齿轮16装在变速器支撑体上13，在装上碳刷7接上连接线30，用装配螺丝17将平垫9、变速器支撑体13装为一体构成行星轮变速装置；

3、将稀土磁铁19、磁悬浮轴承18装在装在碳纤维储能飞轮20上，在将碳纤维储能飞轮20装在车轮支撑主轴上1，用装配螺钉22将密封垫圈21、轮毂转子端盖23和轮毂转子6装为一体，构成储能发电车轮主体；

4、把防撞内胎24、车轮外胎25装在轮毂26上，用装配螺丝22将轮毂26固定在轮毂转子端盖上，构成磁悬浮储能发电车轮轮体；

5、将真空管28、真空泵29连接使储能车轮内部形成真空系统；

6、将连接线30、电源线32、储能电池33与智能控制器相连接，构成磁悬浮储能发电车轮电能循环系统。

由上述的发电车轮外转子、行星轮变速装置、储能发电车轮主体、磁悬浮储能发电车轮轮体、真空系统、电能循环系统六大部份构成了本发明的磁悬浮储能发电车轮。该储能飞轮直径约二十多厘米，总重量在六公斤左右。

Claims (1)

1.一种磁悬浮储能发电车轮，其特征在于由车轮支撑主轴（1）、车轮轴承（2）、车轮装配体（3）、第一密封垫圈（4）、第二密封垫圈（21）、发电绕组线圈（5）、轮毂转子主动齿轮（6）、碳刷（7）、第一装配螺丝（8）、第二装配螺丝（17）、第三装配螺丝（22）、第四装配螺丝（27）、平垫（9）、电磁离合器（10）、变速器从动齿轮（11）、第一变速器同步齿轮（12）、第二变速器同步齿轮（15）、变速器支撑体（13）、变速器轴承（14）、变速器变速齿轮（16）、磁悬浮轴承（18）、稀土磁铁（19）、碳纤维储能飞轮（20）、轮毂转子端盖（23）、防撞内胎（24）、车轮外胎（25）、轮毂（26）、真空管（28）、真空泵（29）、连接导线（30）、智能控制器（31）、电源线（32）、储能电池（33）和紧固件组成，发电绕组线圈（5）装在轮毂转子主动齿轮（6）上，与碳刷（7），车轮轴承（2）、第一密封垫圈（4）、车轮装配体（3）、车轮支撑主轴（1）固定为一体，构成发电车轮外转子；电磁离合器（10）、变速器从动齿轮（11）、第一变速器同步齿轮（12）、变速器轴承（14）、第二变速器同步齿轮（15）、变速器变速齿轮（16）装在变速器支撑体（13）上，与碳刷（7）、连接导线（30）、平垫（9）、变速器支撑体（13）组装成行星轮变速装置；稀土磁铁（19）、磁悬浮轴承（18）装在碳纤维储能飞轮（20）上，碳纤维储能飞轮（20）装在车轮支撑主轴（1）上，与第二密封垫圈（21）、轮毂转子端盖（23）和轮毂转子主动齿轮（6）装为一体，构成储能发电车轮主体；轮毂（26）由第四装配螺丝（27）固定在轮毂转子端盖（23）上，与防撞内胎（24）、车轮外胎（25）装为一体，构成磁悬浮储能发电车轮轮体；真空管（28）连接于真空泵（29）与储能车轮内室之间，形成真空密封壳体；连接导线（30）、电源线（32）、储能电池（33）与智能控制器（31）相连接，构成磁悬浮储能发电车轮电能循环系统。