CN106985679A - 电动汽车用节能装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动汽车用节能装置，包括：非轴对称的旋转飞轮，其设置在汽车底盘上；变速箱，其连接非轴对称的旋转飞轮的输出端；发电机，其连接变速箱的输出端；电流调整器，其连接发电机的输出端；蓄电池。本发明提供的电动汽车用节能装置具有动能回收功能。

Description

电动汽车用节能装置

技术领域

本发明涉及一种电动汽车能源利用技术领域，尤其是一种电动汽车用节能装置。

背景技术

伴随着汽车产业的高速发展，石油资源短缺、环境变暖和气候变暖等一系列问题已经突现。以纯电动汽车为代表的新能源汽车必将成为我国汽车产业发展的重要方向之一。而汽车电力驱动系统作为纯电动汽车唯一的动力源，其性能直接影响整车的动力性、稳定性以及舒适性。

在仅装备蓄电池的纯电动汽车中，蓄电池的作用是汽车驱动系统的惟一动力源。而在装备传统发动机(或燃料电池)与蓄电池的混合动力汽车中，蓄电池既可扮演汽车驱动系统主要动力源的角色，也可充当辅助动力源的角色。可见在低速和启动时，蓄电池扮演的是汽车驱动系统主要动力源的角色；在全负荷加速时，充当的是辅助动力源的角色；在正常行驶或减速、制动时充当的是储存能量的角色。

蓄电量是衡量电动汽车性能的重要指标。对于目前电池技术的发展瓶颈，应转换思路，考虑如何进一步节约电动汽车的用电量。

有鉴于此，需要设计一种电动汽车用驱动装置的冷却结构，以实现该电机的有效散热。

发明内容

针对上述技术问题，本发明目的在于设计一种电动汽车用节能装置，具有动能回收功能，以节约电动汽车耗电量。

为实现上述目的，本发明提供了一种电动汽车用节能装置，包括：非轴对称的旋转飞轮11，其设置在汽车底盘上，当汽车沿任一方向行驶时，所述飞轮11自行转动并产生初始扭矩；变速箱12，其连接非轴对称的旋转飞轮11的输出端，并对飞轮11产生的扭矩进行放大，以产生放大扭矩；发电机13，其连接变速箱12的输出端，并基于变速箱12输出的放大扭矩产生输出电流；电流调整器14，其连接发电机13的输出端，并对发电机13输出的电流进行调压和整流；蓄电池，其连接电流调整器14的输出端，并存储整流后的电流。

进一步地，所述非轴对称的旋转飞轮11和所述变速箱12之间还设置有:由棘轮机构驱动的加速齿轮结构24，加速齿轮结构24包括一组或者多组齿轮组，用于将棘轮机构输出的低速齿轮单向转动加速为高速齿轮单向转动，发电机13将加速齿轮结构24输出的高速齿轮单向转动转化为电能。

进一步地，所述棘轮机构包括：正转棘爪齿轮结构22和反转棘爪齿轮结构23，两套棘爪齿轮结构将所述轴承齿轮的双向转动转换为齿轮的单向转动。

进一步地，所述正转棘爪齿轮结构22包括：正转主动轮、正转从动轮、旋转轴、正转棘爪和轴承，正转主动轮与所述轴承齿轮啮合，正转从动轮通过旋转轴与正转主动轮装配在一起，正转棘爪通过轴承安装在正转主动轮中，正转棘爪的形状和布置使其：在所述轴承齿轮顺时针旋转时推动正转从动轮旋转，在所述轴承齿轮逆时针旋转时仅仅在正转从动轮中滑动而不能推动正转从动轮旋转。

进一步地，所述反转棘爪齿轮结构23包括：反转主动轮、反转从动轮、输出齿轮、旋转轴、反转棘爪和轴承，反转主动轮与轴承齿轮相啮合，反转从动轮与正转棘爪齿轮结构中的正转从动轮啮合，反转从动轮和输出齿轮通过旋转轴与反转主动轮装配在一起，反转从动轮通过旋转轴将转动传递给输出齿轮，反转棘爪通过轴承安装在反转主动轮中，反转棘爪的形状和布置使其：在所述轴承齿轮顺时针旋转时，仅仅滑动而不能推动反转从动轮旋转，在所述轴承齿轮逆时针旋转时推动反转从动轮旋转。

进一步地，所述加速齿轮结构24和所述发电机13之间还设置有：锥形齿轮组25，其用于改变齿轮单向转动的轴线方向，使其配合发电机13的主轴旋转方向。

进一步地，所述电流调整器14包括：一整流电路、一滤波电路、一升压电路和一储能电容，发电机13输出的电压不稳定的电流经调整电路14整流、滤波及升压后调整为电压稳定的电流并储存在储能电容中。

进一步地，所述旋转飞轮11转动轴线与机动车辆31的底盘平面垂直，旋转飞轮11在水平面上能够做任意方向旋转。

本发明提供的一种电动汽车用节能装置，具有动能回收功能，能够通过机械装置将汽车运动过程中产生的动能转换为电能，通过蓄电池存储所产生的电能，这对于电动汽车来说，既可以减少车载电能消耗量，又可以存储产生的新电能，从而实现很好的节能效果。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明电动汽车用节能装置10的系统示意图；

图2是本发明电动汽车用节能装置10的机械结构示意图；

图3是本发明电动汽车用节能装置10的应用场景示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。下文中将详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

图1是本发明电动汽车用节能装置10的系统示意图。如图1所示，本发明提供的一种电动汽车用节能装置10，包括：非轴对称的旋转飞轮11，其设置在汽车底盘上，当汽车沿任一方向行驶时，所述飞轮11自行转动并产生初始扭矩；变速箱12，其连接非轴对称的旋转飞轮11的输出端，并对飞轮11产生的扭矩进行放大，以产生放大扭矩；发电机13，其连接变速箱12的输出端，并基于变速箱12输出的放大扭矩产生输出电流；电流调整器14，其连接发电机13的输出端，并对发电机13输出的电流进行调压和整流；蓄电池，其连接电流调整器14的输出端，并存储整流后的电流。本发明提到的电动汽车包括：纯电动汽车(BEV)、混合动力汽车(PHEV)、燃料电池汽车(FCEV)。可以理解的是，本发明设计的电动汽车用节能装置10可以应用于所有种类的电动汽车。

例如，非轴对称的旋转飞轮11可以是不规则半圆盘，其移动会带动发电机转子转动，转子转动会产生切割磁力线运动，从而产生电力输出，电力输出经过一电流调整器(调压，整流)输出至电能存储系统，实现电能的存储。

发电机13利用导线切割磁力线感应出电势的电磁感应原理，将原动机的机械能变为电能输出。同步发电机由定子和转子两部分组成。定子是发出电力的电枢，转子是磁极。定子由电枢铁芯，均匀排放的三相绕组及机座和端盖等组成。转子通常为隐极式，由励磁绕组、铁芯和轴、护环、中心环等组成。转子的励磁绕组通入直流电流，产生接近于正弦分布磁场(称为转子磁场)，其有效励磁磁通与静止的电枢绕组相交链。转子旋转时，转子磁场随同一起旋转、每转一周，磁力线顺序切割定子的每相绕组，在三相定子绕组内感应出三相交流电势。发电机带对称负载运行时，三相电枢电流合成产生一个同步转速的旋转磁场。定子磁场和转子磁场相互作用，会产生制动转矩。

根据上述方案可知，动能转换成电能的过程是，自发捕获外部动能并将其转化为非轴对称的旋转飞轮11的旋转或摆动；将非轴对称的旋转飞轮11的旋转或摆动转换为齿轮双向转动；将齿轮双向转动转换为齿轮单向转动；将齿轮单向转动加速为高速单向转动；将齿轮高速单向转动转换为不稳定电压的电流；将不稳定电压的电流调整为稳定电压的电流；将稳定电压的电流储存在储能装置中。

如果齿轮双向转动转换成的齿轮单向转动速度能够满足要求，也可以不进行加速步骤；如果所捕获的动能是持续发生，或者用电设备不需要持续电流，也可以不将稳定电压的电流储存在储能装置中，而是直接将电流向用电设备输出。

图2是本发明电动汽车用节能装置10的机械结构示意图。如图2所示，本发明电动汽车用节能装置，非轴对称的旋转飞轮11和发电机13之间可以通过如下机械部件连接：棘轮机构、轴承齿轮21、加速齿轮结构24、锥形齿轮组25、和调整电路26。作为一种实施例，棘轮机构包括正转棘爪齿轮结构22和反转棘爪齿轮结构23。

由于旋转飞轮为非轴对称，以确保其重心与位置固定的轴心不能重合，从而在外部动能及地球重力作用下，非轴对称的旋转飞轮11可绕其旋转轴心形成振荡，从而将外部动能转换为非轴对称的旋转飞轮11的摆动。轴承齿轮1固定在非轴对称的旋转飞轮11的旋转轴心并与非轴对称的旋转飞轮11同轴，非轴对称的旋转飞轮11的摆动通过轴承齿轮21转换为齿轮的双向运动。

棘轮是组成棘轮机构的主要构件。弹簧迫使止动爪和棘轮保持接触。其中摇杆空套在棘轮轴上，棘爪装在摇杆上，而棘轮则用键固联在从动轴上。当主动件摇杆逆时针摆动时，驱动棘爪便插入棘轮的齿槽中，推动棘轮转过一个角度，此时，止动爪在棘轮的齿背上滑动。当主动件摇杆顺时针摆动时，止动爪阻止棘轮沿顺时针方向转动，而驱动棘爪却能够在棘轮齿背上滑过，故棘轮静止不动。这样，当摇杆作连续的往复摆动时，棘轮便作单向的间歇运动。其中，主动件的往复摆动可由摆动从动件凸轮机构、曲柄摇杆机构或由液压传动和电磁装置等得到。

作为一种实施例，正转棘爪齿轮结构22包括正转主动轮、正转从动轮、旋转轴、正转棘爪和轴承。正转主动轮与轴承齿轮21相啮合，正转从动轮通过旋转轴与正转主动轮装配在一起，正转棘爪通过轴承安装在正转主动轮中。正转从动轮的内侧面设置有多个突出部，正转棘爪与正转从动轮接触的外侧面为弧形，轴承的固定点位于正转棘爪的靠近一端部处，此端部称为抵顶端，这样的结构使正转棘爪只能用其抵顶端推动正转从动轮逆时针转动。

作为一种实施例，反转棘爪齿轮结构23包括反转主动轮、反转从动轮、输出齿轮、旋转轴、反转棘爪和轴承。反转主动轮与轴承齿轮21相啮合，反转从动轮与正转棘爪齿轮结构22中的正转从动轮啮合，反转从动轮和输出齿轮通过旋转轴与反转主动轮装配在一起。反转棘爪通过轴承安装在反转主动轮中。反转从动轮的内侧面设置有多个突出部，反转棘爪与反转从动轮接触的外侧面为弧形，轴承的固定点位于反转棘爪的靠近一端部处，此端部称为抵顶端，这样的结构使反转棘爪只能用其抵顶端推动反转从动轮顺时针转动。

如图2所示，当轴承齿轮21顺时针转动时，正转主动轮和反转主动轮都逆时针转动，其中正转主动轮带动正转棘爪推动正转从动轮逆时针转动，正转从动轮因与反转从动轮啮合而将转动传递给反转从动轮使其顺时针转动，同时，反转主动轮带动反转棘爪逆时针转动，但是反转棘爪的特殊几何形状及布置使其仅仅在反转从动轮中滑动，而不能推动反转从动轮逆时针转动。因此，当轴承齿轮21顺时针转动时，反转从动轮也将顺时针转动，并通过旋转轴将转动传递给输出齿轮，输出齿轮顺时针转动。

如图2所示，当轴承齿轮21逆时针转动时，正转主动轮和反转主动轮都顺时针转动，其中正转主动轮带动正转棘爪顺时针转动，但是正转棘爪的特殊形状及布置使其仅在正转从动轮中滑动，而不会推动正转从动轮顺时针转动，正转从动轮也就不会带动反转主动轮逆时针转动，但是反转主动轮却能够通过反转棘爪推动反转从动轮进行顺时针转动，综合作用的结果是：轴承齿轮21逆时针转动时，反转从动轮仍旧顺时针转动，并通过旋转轴带动输出齿轮顺时针转动。

由此可见，棘轮机构能够将轴承齿轮21的双向转动转换为输出齿轮的唯一单向旋转运动，从而将非轴对称的旋转飞轮11所捕获的外部运动无论顺时针还是逆时针都进行高效地调整和输出。

作为一种实施例，加速齿轮结构24包括一组或者多组齿轮组，其中第一组齿轮组与输出齿轮啮合，从而将输出齿轮低速的转动转换为高速的齿轮运动。这是由于很多外部动能，如人体在通常情况下的躯干或者手臂的摆动等，频率会比较低，导致轴承齿轮21的转速比较低，加速齿轮结构24可以大幅提高齿轮的转速以提高发电机13的发电效率。在其他实施方式中，如果本发明电动汽车用节能装置所应用的场合使单摆捕获动能后摆动频率较高，也可以不使用加速齿轮结构24进行加速。

作为一种实施例，加速齿轮结构24将齿轮的转动传递给锥形齿轮组25，将转动的方向改变为配合发电机13的主轴旋转，锥形齿轮组25驱动发电机13从而产生电能。锥形齿轮组25的主要作用是改变旋转运动的轴线的方向，以合理布置发电机，从而减少本发明装置所需占用的体积。在其他实施方式中，如果能够供本发明电动汽车用节能装置利用的空间较大，或者不需要发电机13的轴线与齿轮的轴线方向一致，也可以不使用锥形齿轮组25。

作为一种实施例，发电机13通过导线将电能传递给调整电路26。调整电路26包括了一整流电路(未图示)、一滤波电路(未图示)、一升压电路(未图示)及一储能电容(未图示)，发电机13产生的电流经调整电路26整流、滤波及升压后储存在储能电容中。由于本发明的装置所收集的动能来源(如人体摆动)并不连续也不均匀，导致所捕获的动能也存在不连续或者不均匀的状况，因此发电机13产生的电流或者电压也是不稳定的，调整电路可以将电压调整到电子设备充电所需的稳定电压水平。在其他实施方式中，储能电容也可以是独立于调整电路之外的储能装置。

作为一种实施例，调整电路26的储能电容通过导线与外部电路连接，并可在外部电路(未图示)的控制下输出电能。

作为一种实施例，所述旋转飞轮11转动轴线与机动车辆31的底盘平面垂直，旋转飞轮11在水平面上能够做任意方向旋转。在车辆行驶过程中，任意方向加速度均可带动飞轮旋转，飞轮旋转带动变速机构齿轮转动，变速机构齿轮与发电机轴端齿轮连接，飞轮的转动会间接带动发电机轴端齿轮转动，带动发电机发电，然后电能经过整流器给蓄电池充电。

图3是本发明电动汽车用节能装置10的应用场景示意图。如图3所示，本发明电动汽车用节能装置10可安装在机动车辆31中，使得装置10中的单摆旋转轴线与机动车辆31的车轮轴线平行，并通过导线32与机动车辆31中的内部充电电路33相连接，从而可将机动车辆31因刹车等原因而需要减少的机动车辆本身的动能中的一部分回收并再利用。

因此，本发明提供的一种电动汽车用节能装置具有动能回收功能，能够通过机械装置将汽车运动过程中产生的动能转换为电能，通过蓄电池存储所产生的电能，这对于电动汽车来说，既可以减少车载电能消耗量，又可以存储产生的新电能，从而实现很好的节能效果。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种电动汽车用节能装置，其特征在于，包括：

非轴对称的旋转飞轮(11)，其设置在汽车底盘上，当汽车沿任一方向行驶时，所述飞轮(11)自行转动并产生初始扭矩；

变速箱(12)，其连接非轴对称的旋转飞轮(11)的输出端，并对飞轮(11)产生的扭矩进行放大，以产生放大扭矩；

发电机(13)，其连接变速箱(12)的输出端，并基于变速箱(12)输出的放大扭矩产生输出电流；

电流调整器(14)，其连接发电机(13)的输出端，并对发电机(13)输出的电流进行调压和整流；

蓄电池，其连接电流调整器(14)的输出端，并存储整流后的电流。

2.根据权利要求1所述的电动汽车用节能装置，其特征在于，所述非轴对称的旋转飞轮(11)和所述变速箱(12)之间还设置有:

由棘轮机构驱动的加速齿轮结构(24)，加速齿轮结构(24)包括一组或者多组齿轮组，用于将棘轮机构输出的低速齿轮单向转动加速为高速齿轮单向转动，发电机(13)将加速齿轮结构(24)输出的高速齿轮单向转动转化为电能。

3.根据权利要求2中所述的电动汽车用节能装置，其特征在于，所述棘轮机构包括：

正转棘爪齿轮结构(22)和反转棘爪齿轮结构(23)，两套棘爪齿轮结构将所述轴承齿轮的双向转动转换为齿轮的单向转动。

4.根据权利要求3所述的电动汽车用节能装置，其特征在于，所述正转棘爪齿轮结构(22)包括：

正转主动轮、正转从动轮、旋转轴、正转棘爪和轴承，正转主动轮与所述轴承齿轮啮合，正转从动轮通过旋转轴与正转主动轮装配在一起，正转棘爪通过轴承安装在正转主动轮中，正转棘爪的形状和布置使其：在所述轴承齿轮顺时针旋转时推动正转从动轮旋转，在所述轴承齿轮逆时针旋转时仅仅在正转从动轮中滑动而不能推动正转从动轮旋转。

5.根据权利要求3所述的电动汽车用节能装置，其特征在于，所述反转棘爪齿轮结构(23)包括:

反转主动轮、反转从动轮、输出齿轮、旋转轴、反转棘爪和轴承，反转主动轮与轴承齿轮相啮合，反转从动轮与正转棘爪齿轮结构中的正转从动轮啮合，反转从动轮和输出齿轮通过旋转轴与反转主动轮装配在一起，反转从动轮通过旋转轴将转动传递给输出齿轮，反转棘爪通过轴承安装在反转主动轮中，反转棘爪的形状和布置使其：在所述轴承齿轮顺时针旋转时，仅仅滑动而不能推动反转从动轮旋转，在所述轴承齿轮逆时针旋转时推动反转从动轮旋转。

6.根据权利要求2所述的电动汽车用节能装置，其特征在于，所述加速齿轮结构(24)和所述发电机(13)之间还设置有：

锥形齿轮组(25)，其用于改变齿轮单向转动的轴线方向，使其配合发电机(13)的主轴旋转方向。

7.根据权利要求1所述的电动汽车用节能装置，其特征在于，所述电流调整器(14)包括：

一整流电路、一滤波电路、一升压电路和一储能电容，发电机(13)输出的电压不稳定的电流经调整电路(14)整流、滤波及升压后调整为电压稳定的电流并储存在储能电容中。

8.根据权利要求1所述的电动汽车用节能装置，其特征在于，所述旋转飞轮(11)转动轴线与机动车辆(31)的底盘平面垂直，旋转飞轮(11)在水平面上能够做任意方向旋转。