CN105667303B - 一种汽车车轮惯性能量的回收装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种汽车车轮惯性能量的回收装置与方法，属于汽车节能减排和新能源电动汽车领域。本发明在汽车轮毂内圈上增设固定一内齿轮镶件，当汽车车轮旋转时，动力通过内齿轮传动机构增速、直接带动永磁同步发电机发电，由制动踏板传感器和轮胎速度传感器发信号控制电磁离合器的启闭，直接驱动永磁同步发电机发电。在汽车制动和减速瞬间能快速大量地释放和回收汽车车轮的惯性能量，提供电源给蓄电池或整车用电网络。该装置结构简单、体积小、能量回收率高、可靠性好、制造成本低，具有一定的技术经济可行性。

Description

一种汽车车轮惯性能量的回收装置与方法

技术领域

本发明涉及一种汽车车轮惯性能量的回收装置与方法，属于汽车节能减排和新能源电动汽车技术领域。

背景技术

汽车在道路上行驶过程中，燃油发动机或电动汽车的驱动电机至少有三分之一的能量是用于克服汽车车轮的滚动阻力，这部分阻力的大小与汽车本身的质量和行驶的速度成正比。当汽车制动、滑行或减速时，由此会产生巨大的惯性能量。随着能源的紧缺和全球对环境的日益重视，如何有效地回收这部分惯性能量不但具有一定的经济效益，更具有一定的社会意义。

长期以来，人们试图间接地通过在汽车传动系统上安装飞轮来储存汽车的惯性能量。为了保持飞轮的连续运转，需将飞轮安装在一个无风阻的真空环境里，并采用无摩擦阻力的气动磁悬浮轴承支承系统，由于要配套真空发生装置和气源设备，不但结构复杂、占用空间大，而且制造成本也很高，加上配套的真空泵、气泵本身运行也耗能，因此制约了飞轮储能技术的应用推广。

人们又试图间接通过在汽车车轮轴安装链轮、齿轮、带轮等传动件驱动发电机或液压油泵，使机械能转变成电能或液压能。由动力学可知；车轮惯性能量的大小取决于它的速度和质量，由于汽车行驶速度的限制，车轮轴的转速不能很高，一般在每分钟1000转以下，这样在汽车制动、减速时瞬间产生的惯性能量并不能得到快速地释放和回收，在一定程度上影响了能量的回收率。另外由于传动件是安装在车轮轴上，这势必增加了回转件的转动惯量，当汽车启动或加速时这部分增加的转动惯量也会额外消耗汽车发动机的驱动能量。

在目前已有众多的能量回收装置结构都比较复杂，基本采用的均为间接传动，传动链较长，对传动效率有一定影响。

发明内容

为了解决上述技术问题的不足和有效地回收和利用汽车车轮的惯性能量，本发明提供及设计了一种结构简单、体积小、回收能量大、可靠性高、成本低的汽车车轮惯性能量的回收装置与方法。

一种汽车车轮惯性能量的回收装置，其特征在于，包括内齿轮传动机构、电磁离合器组件、发电机组件、传感器组件，电控单元、主配电模块、放电模块、充电模块，

所述内齿轮传动机构包括内齿轮镶件、双列角接触轴承、轴承座、轴承压盖、圆螺母、齿轮轴，所述内齿轮镶件固定在齿轮轴的一端，且其外表面固定在车轮轮毂内圈上，轴承座固定在后桥体，双列角接触轴承位于在轴承座与轴承压盖组成的空间内，所述齿轮轴装在双列角接触轴承内，所述轴承外圈的两端分别由轴承座的端面、轴承压盖限位，所述轴承内圈的两端分别由齿轮轴上的台阶、固定在齿轮轴右端螺纹上的圆螺母定位；

所述发电机组件包括永磁同步发电机总成、电机座，发电机组件安装在的右侧，电机座安装固定在后桥体上，永磁同步发电机总成固定在电机座上；所述电磁离合器组件包括电磁离合器总成，一部分安装在齿轮轴上，另一部分安装在永磁同步发电机轴的一端；

所述传感器组件包括分别设置在制动踏板、轮毂附近的制动踏板位置传感器a、轮胎速度传感器b，制动踏板位置传感器a、轮胎速度传感器b、主配电模块、放电模块、充电模块均与电控单元连接，所述传感器组件用于检测制动踏板的动作、轮胎转速，并将检测信号发送至电控单元，所述电控单元根据接收到的制动踏板传感器的电压信号、轮胎转速传感器的电压信号判断汽车处于启动、加速、巡航、制动何种状态，从而控制主配电模块、放电模块、充电模块的通断以及电磁离合器的分离或闭合，完成汽车车轮的惯性能量的回收和利用。

进一步地，所述内齿轮镶件采用轻质耐磨性高的锻铝合金表面阳极硬化或纳米陶瓷制成。

进一步地，轴承座与齿轮轴之间还装有油封。

进一步地，所述内齿轮镶件的外表面通过锥销与车轮轮毂内圈连接。

所述汽车车轮惯性能量的回收装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

当汽车启动、加速、上坡、巡航时，制动踏板传感器a没有信号发送给电控单元c，而电控单元收到轮胎速度传感器传来的信号而判别车轮处于加速时，也不会将电压信号发送给中间继电器，此时中间继电器、变压器都没有电压信号，电磁离合器处于分离状态，左端的内齿轮传动机构k空转，动力不会传给永磁同步发电机g发电。

当汽车制动时，电控单元c接受到制动踏板位置传感器a发来的信号，通过中间继电器d和变压器e提高电压后闭合电磁离合器，使车轮的旋转运动传递给内齿轮传动机构k，同时带动永磁同步发电机g发电。

当汽车由高速向低速减速时，电控单元c接收到轮胎速度传感器b发来的信号，电控单元判别车轮处于减速状态时则发送电压信号给中间继电器、经变压器信号放大后，闭合电磁离合器，此时内齿轮传动机构k带动永磁同步发电机g发电。

永磁同步发电机发出的电流经主配电模块v和电控单元c处理后可直接经放电模块p输送到整车用电网络m，可用于汽车的照明、空调等；也可经主配电模块v和电控单元c处理后经充电模块q输入到蓄电池n。因此该系统可将汽车行驶中制动、滑行、减速中车轮产生的惯性动能转变为电能而得到有效的回收和利用。

本发明在汽车轮毂的内圈上增设固定一内齿轮镶件或内齿轮压配件，在汽车桥体的上方安装一内齿轮传动机构，并在同一传动轴上安装电磁离合器和永磁同步发电机。当汽车车轮旋转时，动力通过内齿轮传动机构、电磁离合器直接带动永磁同步发电机发电。在汽车起步、巡航、上坡、加速时电磁离合器处于分离状态，动力不会传给永磁同步发电机；在汽车制动、下坡滑行、减速时电磁离合器处于闭合状态，汽车轮毂的旋转运动直接带动永磁同步发电机发电，提供电量给整车的用电网络或蓄电池，使汽车车轮制动、滑行、减速产生巨大的惯性动能得到满载的回收和利用。

本发明与现有技术相比有如下特点：

(1)采用汽车车轮直接驱动永磁同步发电机、传动链短、传动效率高。

(2)内齿轮传动机构为增速机构，从图1可知；发电机的转速是车轮转速的K倍，因此车轮惯性能量释放快，电机回收能量也快，另由于车轮惯性能量的快速衰减，减小了车轮制动力矩，改善了制动性能，提高了制动器的使用寿命。

(3)结构简单，增加的成本不高，除制动器和永磁同步发电机外，内齿轮传动机构零件没有几个，所增加的费用不大。

(4)轮毂结构改动性很小，与现有传统的轮毂产品有一定的继承性，只需在原有轮毂一侧的内圆上热压一内齿轮镶件，可选择轻质和耐磨性高的锻铝合金表面阳极硬化或纳米陶瓷材料等；也可采用径向加定位销的压配工艺。

该发电装置如用在电动汽车上可补充蓄电池电量，增加电动汽车的续航路程。

附图说明

图1为本发明所述的汽车车轮惯性能量的回收装置的A-A剖视结构图。

图2为本发明所述的汽车车轮惯性能量的回收装置的B-B剖视结构图。

图3为本发明所述的汽车车轮惯性能量的回收装置的控制方法的工作流程图。

图中：

1-油封，2-双列角接触轴承，3-轴承座，4-轴承压盖，5-圆螺母，6-电磁离合器总成，7-永磁同步发电机总成，8-电机连接端盖，9-电机座，10-高度调整块，11-后桥体，12-轮毂，13-防护盖，14-锁紧螺母，15-花键半轴，16-轴套，17-轮毂轴承，18-轴承压紧螺套，19-轮毂螺丝，20-盘式制动盘，21-齿轮轴，22-轮辋23--轮胎，24-锥销，25-内齿轮镶件，26-盘式制动器总成，a-制动踏板传感器，b-轮胎速度传感器，c-电控单元，d-中间继电器，e-变压器，f-电磁离合器，g-永磁同步发电机总成，k-齿轮传动机构，h-车轮，v-主配电模块，p-放电模块，，m-整车用电网络，q-充电模块，n-蓄电池。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1、图2所示，本发明所述的汽车车轮惯性能量的回收装置，包括内齿轮传动机构、电磁离合器组件、发电机组件、传感器组件，电控单元、主配电模块、放电模块、充电模块。

所述内齿轮传动机构包括内齿轮镶件25、双列角接触轴承2、轴承座3、轴承压盖4、圆螺母5、齿轮轴21，所述内齿轮镶件固定在齿轮轴的一端，且其外表面固定在车轮轮毂内圈上，轴承座3固定在后桥体11，双列角接触轴承2位于在轴承座与轴承压盖4组成的空间内，所述齿轮轴装在双列角接触轴承2内，齿轮轴21由双列角接触轴2支承。所述轴承外圈的两端分别由轴承座的端面、轴承压盖4限位，所述轴承7内圈的两端分别由齿轮轴上的台阶、固定在齿轮轴21右端螺纹上的圆螺母5定位。轴承的左端安装了一只骨架油封1，用于轴承的防尘。

所述发电机组件包括永磁同步发电机总成7、电机座9，永磁同步发电机转速高、体积小、发电效率高。发电机组件安装在的右侧，电机座9安装固定在后桥体11上，电机座9与后桥体11之间设置高度调整块10。永磁同步发电机总成7固定在电机座9上，通过电机连接端盖8凸缘止口定位安装在电机座9的孔中。所述电磁离合器组件包括电磁离合器总成6，一部分安装在齿轮轴21上，另一部分安装在永磁同步发电机7轴的一端；

所述传感器组件包括分别设置在制动踏板、轮毂附近的制动踏板位置传感器a、轮胎速度传感器b，制动踏板位置传感器a、轮胎速度传感器b、主配电模块、放电模块、充电模块均与电控单元连接，所述传感器组件用于检测制动踏板的动作、轮胎转速，并将检测信号发送至电控单元，所述电控单元根据接收到的制动踏板传感器的电压信号、轮胎转速传感器的电压信号判断汽车处于启动、加速、巡航、制动何种状态，从而控制主配电模块、放电模块、充电模块的通断以及电磁离合器的分离或闭合，完成汽车车轮的惯性能量的回收和利用。

带制动盘的车轮传动机构，采用用汽车半轴15传递动力、轮毂12用花键与半轴15配合联接、盘式制动器26的制动盘20用螺钉固定在轮毂上。其轮毂轴承17安装在后桥体11的孔中，其轴承外圈的右端由后桥体台阶面限位，轴承外圈的左端用轴承压紧螺套18旋紧；轴承内圈的右端由花键半轴15的台阶限位，轴承内圈的左端通过轴套16、轮毂12的端面用锁紧螺母14旋紧定位。花键半轴15、轮毂轴承17、轮毂12、盘式制动盘20均为同一轴线安装。轮毂12的左端并安装了防尘盖13。轮胎组件主要由轮辋22.轮胎23组成，为了减轻轮胎组件重量，内齿轮镶件可选择轻质耐磨性高的锻铝合金表面阳极硬化或纳米陶瓷等非金属材料，采用热模压工艺与轮辋结合在一起。轮胎组件和轮毂的相对安装位置由5-6只带外锥面的轮毂螺丝与带内锥孔的轮辋配合安装。

如图3所示，所述汽车车轮惯性能量的回收装置的控制方法为：

当汽车启动、加速、上坡、巡航时，制动踏板传感器a没有信号发送给电控单元c，而电控单元收到轮胎速度传感器传来的信号而判别车轮处于加速时，也不会将电压信号发送给中间继电器，此时中间继电器、变压器都没有电压信号，电磁离合器处于分离状态，左端的内齿轮传动机构k空转，动力不会传给永磁同步发电机g发电。

当汽车制动时，电控单元c接受到制动踏板位置传感器a发来的信号，通过中间继电器d和变压器e提高电压后闭合电磁离合器，使车轮的旋转运动传递给内齿轮传动机构k，同时带动永磁同步发电机g发电。

当汽车由高速向低速减速时，电控单元c接收到轮胎速度传感器b发来的信号，电控单元判别车轮处于减速状态时则发送电压信号给中间继电器、经变压器信号放大后，闭合电磁离合器，此时内齿轮传动机构k带动永磁同步发电机g发电。

永磁同步发电机发出的电流经主配电模块v和电控单元c处理后可直接经放电模块p输送到整车用电网络m，可用于汽车的照明、空调等；也可经主配电模块v和电控单元c处理后经充电模块q输入到蓄电池n。因此该系统可将汽车行驶中制动、滑行、减速中车轮产生的惯性动能转变为电能而得到有效的回收和利用。

通过上述汽车车轮内齿轮传动的发电装置和电能回收方法，能在高可靠性、低成本的情况下大幅度回收汽车车轮的惯性能量，并有效地降低了燃油或电能消耗，减少了废气排放，增加了续航路程，提高了整车性能。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种汽车车轮惯性能量的回收装置，其特征在于，包括内齿轮传动机构k、电磁离合器组件、发电机组件、传感器组件，电控单元c、主配电模块v、放电模块p、充电模块q，

所述内齿轮传动机构k包括内齿轮镶件(25)、双列角接触轴承(2)、轴承座(3)、轴承压盖(4)、圆螺母(5)、齿轮轴(21)，所述内齿轮镶件与齿轮轴的一端的齿轮啮合，且其外表面固定在车轮轮毂内圈上，轴承座(3)固定在后桥体(11)，双列角接触轴承(2)位于在轴承座(3)与轴承压盖(4)组成的空间内，所述齿轮轴装在双列角接触轴承(2)内，所述轴承外圈的两端分别由轴承座(3)的端面、轴承压盖(4)限位，所述轴承内圈的两端分别由齿轮轴上的台阶、固定在齿轮轴(21)右端螺纹上的圆螺母(5)定位；

所述发电机组件包括永磁同步发电机总成(7)、电机座(9)，电机座安装固定在后桥体(11)上，永磁同步发电机总成(7)固定在电机座(9)上；所述电磁离合器组件包括电磁离合器总成(6)，一部分安装在齿轮轴(21)上，另一部分安装在永磁同步发电机总成(7)轴的一端；

所述传感器组件包括分别设置在制动踏板、轮毂附近的制动踏板位置传感器a、轮胎速度传感器b，制动踏板位置传感器a、轮胎速度传感器b、主配电模块v、放电模块p、充电模块q均与电控单元c连接，所述传感器组件用于检测制动踏板的动作、轮胎转速，并将检测信号发送至电控单元c，所述电控单元c根据接收到的制动踏板位置传感器a的电压信号、轮胎速度传感器b的电压信号判断汽车处于启动、加速、巡航、制动何种状态，从而控制主配电模块v、放电模块p、充电模块q的通断以及电磁离合器总成(6)的分离或闭合，完成汽车车轮的惯性能量的回收和利用，具体的：

当汽车启动、加速、上坡、巡航时，制动踏板位置传感器a没有信号发送给电控单元c，而电控单元c收到轮胎速度传感器b传来的信号而判别车轮处于加速时，也不会将电压信号发送给中间继电器d，此时中间继电器d、变压器e都没有电压信号，电磁离合器总成(6)处于分离状态，左端的内齿轮传动机构k空转，动力不会传给永磁同步发电机总成(7)发电；

当汽车制动时，电控单元c接受到制动踏板位置传感器a发来的信号，通过中间继电器d和变压器e提高电压后闭合电磁离合器总成(6)，使车轮的旋转运动传递给内齿轮传动机构k，同时带动永磁同步发电机总成(7)发电；

当汽车由高速向低速减速时，电控单元c接收到轮胎速度传感器b发来的信号，电控单元c判别车轮处于减速状态时则发送电压信号给中间继电器d、经变压器e信号放大后，闭合电磁离合器总成(6)，此时内齿轮传动机构k带动永磁同步发电机总成(7)发电；

永磁同步发电机发出的电流经主配电模块v和电控单元c处理后可直接经放电模块p输送到整车用电网络m，可用于汽车的照明、空调等；也可经主配电模块v和电控单元c处理后经充电模块q输入到蓄电池n。

2.根据权利要求1所述的汽车车轮惯性能量的回收装置，其特征在于，所述内齿轮镶件(25)采用轻质耐磨性高的锻铝合金表面阳极硬化或纳米陶瓷制成。

3.根据权利要求1所述的汽车车轮惯性能量的回收装置，其特征在于，轴承座(3)与齿轮轴之间还装有油封(1)。

4.根据权利要求1所述的汽车车轮惯性能量的回收装置，其特征在于，所述内齿轮镶件的外表面通过锥销(24)与车轮轮毂内圈连接。

5.根据权利要求1所述汽车车轮惯性能量的回收装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

当汽车启动、加速、上坡、巡航时，制动踏板位置传感器a没有信号发送给电控单元c，而电控单元c收到轮胎速度传感器b传来的信号而判别车轮处于加速时，也不会将电压信号发送给中间继电器d，此时中间继电器d、变压器e都没有电压信号，电磁离合器总成(6)处于分离状态，左端的内齿轮传动机构k空转，动力不会传给永磁同步发电机总成(7)发电；

当汽车制动时，电控单元c接受到制动踏板位置传感器a发来的信号，通过中间继电器d和变压器e提高电压后闭合电磁离合器总成(6)，使车轮的旋转运动传递给内齿轮传动机构k，同时带动永磁同步发电机总成(7)发电；

当汽车由高速向低速减速时，电控单元c接收到轮胎速度传感器b发来的信号，电控单元c判别车轮处于减速状态时则发送电压信号给中间继电器d、经变压器e信号放大后，闭合电磁离合器总成(6)，此时内齿轮传动机构k带动永磁同步发电机总成(7)发电；

永磁同步发电机发出的电流经主配电模块v和电控单元c处理后可直接经放电模块p输送到整车用电网络m，可用于汽车的照明、空调等；也可经主配电模块v和电控单元c处理后经充电模块q输入到蓄电池n。