CN109733202A - 制动能量回收系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制动能量回收系统及其使用方法，制动能量回收系统，包括转子、定子、控制器和蓄能装置，所述转子固定安装在主减速器输入轴的凸缘叉上，所述定子固定安装在主减速器前端盖上，或所述转子固定安装在变速器输出轴的凸缘叉上，所述定子固定安装在变速器后端盖上，所述蓄能装置的输入端与所述转子的线圈电连接，所述控制器控制所述蓄能装置与所述转子的线圈电连接的通路与断路。通过转子和定子的作用将汽车制动能量回收。

Description

制动能量回收系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及能量回收技术领域，特别是制动能量回收系统及其使用方法。

背景技术

随着汽车工业的迅猛发展和汽车保有量的急剧增长，汽车对能源和环境造成的压力日益加大，已成为各国共同关注的“大事”。在汽车行车制动过程中大量的动能只能通过制动器的摩擦转化为热能耗散发到大气层，这不但浪费了宝贵的能源，也导致汽车制动器的过早磨损，增加了汽车使用成本，并在一定程度上对环境产生了粉尘污染。有关研究表明，汽车在城市行驶工况下，制动减速或停车频繁，制动能量占总驱动能量的30～50％左右，而汽车在长坡滑行工况下，制动减速时间长，除制动能量的损失之外，制动器的热衰退问题成为不可小视的“安全隐患”。在人们对汽车能耗、环保、安全性要求日益严格的今天，汽车制动能量回收再利用已成为汽车技术研究中的“热点”和“重点”。

但是，汽车制动能量至今几乎还是一种有待进一步开发利用的能源，有关汽车制动能量回收再利用的理论研究和实际应用不仅还处在起步阶段，车制动能量回收再利用却没有一种可靠的方案。

发明内容

本发明的目的在于改善现有技术的缺点，提供一种制动能量回收系统及其使用方法，实现汽车制动能量回收。

其技术方案如下：

制动能量回收系统，包括转子、定子、控制器和蓄能装置，所述转子固定安装在主减速器输入轴的凸缘叉上，所述定子固定安装在主减速器前端盖上，或所述转子固定安装在变速器输出轴的凸缘叉上，所述定子固定安装在变速器后端盖上，所述蓄能装置的输入端与所述定子的线圈电连接，所述控制器控制所述蓄能装置与所述定子的线圈电连接的通路与断路。

所述定子和所述转子均由硅钢片层叠压制成，并无剩磁特性。

还包括第一端盖和第二端盖，所述第一端盖和所述第二端盖夹持所述定子，所述第一端盖或所述第二端盖固定安装在所述主减速器前端盖上或变速器后端盖上。

所述制动能量回收系统还包括功率变换器，所述功率变换器与所述控制器电连接，所述转子设置有多个外齿极，所述定子设置有多个内齿极，所述内齿极缠绕着所述线圈，所述线圈与所述功率变换器电连接。

所述外齿极设置有八个，所述内齿极设置有十二个，每个所述内齿极均缠绕着所述线圈，每隔两个所述内齿极的线圈相连接，组成一相。

所述功率变换器包括励磁输入电路和发电输出电路。

所述控制装置包括转子位置传感器、制动踏板传感器和控制器，所述转子位置传感器和所述制动踏板传感器连接在所述控制器的输入端，所述控制器的输出端连接在所述功率变换器电连接。

所述转子位置传感器采用霍尔传感器，所述制动踏板传感器采用电阻式传感器，所述控制器采用单片机。

所述蓄能装置包括电容器、DC/DC转换器和蓄电池，所述电容器与所述转子的所述线圈电连接，所述DC/DC转换器两端分别与所述电容器和所述蓄电池连接。具体电容器为超级电容。

制动能量回收系统使用方法，包括如下步骤，

汽车启动；

汽车制动，制动信号输入控制器，控制器输出信号，控制蓄能装置与所述定子的线圈电连接接通；

汽车的主减速器输入轴或变速器输出轴继续转动，带动转子转动，机械能转化为电能；

电能通过蓄能装置储存。

需要说明的是：

前述“第一、第二、第三……”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于对名称的区分。

下面对本发明的优点或原理进行说明：

1、所述转子固定安装在变速器输出轴的凸缘叉上，所述定子固定安装在变速器后端盖上，其中包括控制器和蓄能装置，通过控制器控制蓄能装置与所述定子的线圈电连接的通路与断路，电路导通实现蓄电。

2、定子和转子均由硅钢片层叠压制成，硅钢片具有高导磁性和无剩磁特性。

3、使用第一端盖和第二端盖夹持定子，然后将第一端盖或是第二端盖固定安装在主减速器前端盖上或变速器后端盖上，可以保护定子不受破坏。

4、定子设置有多个内齿极，转子设置有多个外齿极，并在内齿极上缠绕线圈，构成开关磁阻发电机，具有优良的调速性能，在较宽广的转速区域内均可以稳定运行，能适应不同的制动车速，从而提高制动能量的利用率。

5、外齿极设置有八个，所述内齿极设置有十二个，每个所述内齿极均缠绕着所述线圈，每隔两个所述内齿极的线圈相连接，组成一相，共计三相，构成三相12/8极开关磁阻发电机，三相绕组在电磁上是相互独立的，即使是只有一相接通，仍可发电，具有很强的容错能力。

6、功率变换器包括励磁输入电路和发电输出电路，励磁输入电路具有励磁电源，使得励磁过程为他励模式。

7、通过转子位置传感器识别转子位置，输入到控制器，制动踏板传感器识别制动踏板的位置，输入到控制器，控制器识别出来后输送信号控制功率变换器的电路，在汽车没有制动的情况下，控制器控制功率变换器的电路断路，所以定子线圈无励磁电流，不产生磁阻转矩，转子处于空转状态，不影响汽车的正常行驶。

8、电容器采用的是超级电容，具有功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽等优点，蓄电池可采用汽车原有配置电池，并具体为铅酸蓄电池，具有能量密度大，而且技术成熟，其中电容器进行快速充电，再通过DC/DC转换器将电能储存到蓄电池，并入到汽车电路中，制动实现能量的储存再利用。

附图说明

图1是本发明实施例能量回收的工作原理图；

图2是本发明实施例线圈并联电路示意图；

图3是本发明实施例一的转子和定子安装位置示意图；

图4是本发明实施例二的转子和定子安装位置示意图。

附图标记说明：

10、转子；11、外齿极；20、定子；21、内齿极；22、第一端盖；23、第二端盖；30、线圈；40、主减速器；50、变速器；S、功率开关管；D、续流二极管。

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行详细说明。

实施例一：

如图1至3所示，制动能量回收系统，包括转子10、定子20、控制器和蓄能装置，所述转子10固定安装在主减速器40输入轴的凸缘叉上，所述定子20固定安装在主减速器40前端盖上，所述蓄能装置的输入端与所述定子20的线圈30电连接，所述控制器控制所述蓄能装置与所述定子20的线圈30电连接的通路与断路。其中，所述定子20和所述转子10均由硅钢片层叠压制成。

制动能量回收系统还包括第一端盖22和第二端盖23，所述第一端盖22和所述第二端盖23夹持所述定子20，所述第一端盖22固定安装在所述主减速器40前端盖上。

所述制动能量回收系统还包括功率变换器，所述功率变换器与所述控制器电连接，所述转子10设置有多个外齿极11，所述定子20设置有多个内齿极21，在本实施例中，所述内齿极21缠绕着所述线圈30，转子没有缠绕线圈30，所述线圈30与所述功率变换器电连接。在本实施例中，所述外齿极11设置有八个，所述内齿极21设置有十二个，每个所述内齿极21均缠绕着所述线圈30，每隔两个所述内齿极21的线圈30相连接，组成一相，共三相。其中，所述功率变换器包括励磁输入电路和发电输出电路，励磁输入电路包括有励磁电源，励磁输入电路进行励磁作用，发电输出电路连接有电容连接，进行电能输出。

所述控制装置包括转子10位置传感器、制动踏板传感器和脉冲宽度调制的控制器，所述转子10位置传感器和所述制动踏板传感器连接在所述控制器的输入端，所述控制器的输出端连接在所述功率变换器电连接。在本实施例中，所述转子10位置传感器采用霍尔传感器，所述制动踏板传感器采用电阻式传感器，所述控制器采用单片机。

所述蓄能装置包括电容器、DC/DC转换器和蓄电池，所述电容器与所述转子10的所述线圈30电连接，所述DC/DC转换器两端分别与所述电容器和所述蓄电池连接，本实施例中，电容器采用的是超级电容。

制动能量回收系统使用方法，包括如下步骤，

安装有本制动能量回收系统的汽车启动；

汽车制动，制动信号输入控制器，控制器输出信号，控制蓄能装置与所述定子20的线圈30电连接接通；

汽车的主减速器40输入轴或变速器50输出轴继续转动，带动转子10转动，机械能转化为电能；

电能先通过电容器储存，然后通过DC/DC转换器储存到蓄电池上。

该装置的工作原理包括励磁过程和发电过程。安装有本制动能量回收系统的汽车制动时，司机踩下制动踏板，制动开关接通，控制器和功率变换器通电工作，汽车惯性通过驱动轮和传动机构传到转子10上转子10转动，转子10以某一旋向和转速旋转。当转子10旋转到转子10极轴线与定子20极轴线不重合的位置时，控制器根据转子10位置传感器检测到的转子10位置信号，控制功率变换器的功率开关管S导通，给定子20线圈30通电励磁，根据“磁阻最小原则”，定子20产生与转子10旋向相反的磁阻转矩，即制动力矩。此时传动机构传给转子10的机械能和汽车电源外加给定子20线圈30的励磁电能转化成磁场能储存起来，完成励磁过程。转子10转过一定角度后，功率开关管S截止，线圈30电流方向不能突变，电流通过续流二极管D续流，励磁过程贮存的磁场能转换成电能向电容器充电，完成发电过程。

此外，在发电过程中，可以通过磁阻转矩传递到传动机构回馈给驱动轮而施加制动，

本实施例的优点和原理：

1、汽车具有传动轴情况下适用，所述转子10固定安装在主减速器40输入轴的凸缘叉上，所述定子20固定安装在主减速器40前端盖上，并包括控制器和蓄能装置，通过控制器控制蓄能装置与所述定子20的线圈30电连接的通路与断路，电路导通，发电后实现蓄电。

2、定子20和转子10均由硅钢片层叠压制成，硅钢片具有高导磁性，和无剩磁特性。

3、使用第一端盖22和第二端盖23夹持定子20，然后将第一端盖22或这是第二端盖23固定安装在主减速器40前端盖上，可以保护定子20不受破坏。

4、定子20设置有多个内齿极21，转子10设置有多个外齿极11，并在内齿极21上缠绕线圈30，构成开关磁阻发电机，具有优良的调速性能，在较宽广的转速区域内均可以稳定运行，能适应不同的制动车速，从而提高制动能量的利用率。

5、外齿极11设置有八个，所述内齿极21设置有十二个，每个所述内齿极21均缠绕着所述线圈30，每隔两个所述内齿极21的线圈30相连接，组成一相，共计三相，构成三相12/8极开关磁阻发电机，三相饶组在电磁上是相互独立的，即使是只有一相接通，仍可发电，具有很强的容错能力。

6、功率变换器包括励磁输入电路和发电输出电路，励磁输入电路具有励磁电源，使得励磁过程为他励模式。

7、通过转子10位置传感器识别转子10位置，输入到控制器，制动踏板传感器识别制动踏板的位置，输入到控制器，控制器识别出来后输送信号控制功率变换器的电路，在汽车没有制动的情况下，控制器控制功率变换器的电路断路，所以定子20线圈30无励磁电流，不产生磁阻转矩，转子10处于空转状态，不影响汽车的正常行驶。

8、电容器采用的是超级电容，具有功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽等优点，蓄电池可采用汽车原有配置电池，并具体为铅酸蓄电池，具有能量密度大，而且技术成熟，其中电容器进行快速充电，再通过DC/DC转换器将电能储存到蓄电池，并入到汽车电路中，制动实现能量的储存再利用。

实施例二：

本实施例与实施例一的区别点在于，

如图4所示，所述转子10固定安装在变速器50输出轴的凸缘叉上，所述第一端盖22和所述第二端盖23夹持所述定子20，所述第二端盖23固定在所述变速器50后端盖上。

本实施例的优点：

增加了转子10和定子20的安装位置，适应更多车型。

其余结构和原理与实施例一相同，此处不做累述。

以上仅为本发明的具体实施例，并不以此限定本发明的保护范围；在不违反本发明构思的基础上所作的任何替换与改进，均属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.制动能量回收系统，其特征在于，包括转子、定子、控制器和蓄能装置，所述转子固定安装在主减速器输入轴的凸缘叉上，所述定子固定安装在主减速器前端盖上，或所述转子固定安装在变速器输出轴的凸缘叉上，所述定子固定安装在变速器后端盖上，所述蓄能装置的输入端与所述定子的线圈电连接，所述控制器控制所述蓄能装置与所述定子的线圈电连接的通路与断路。

2.如权利要求1所述制动能量回收系统，其特征在于，所述定子和所述转子均由硅钢片层叠压制成。

3.如权利要求1所述制动能量回收系统，其特征在于，还包括第一端盖和第二端盖，所述第一端盖和所述第二端盖夹持所述定子，所述第一端盖或所述第二端盖固定安装在所述主减速器前端盖上或变速器后端盖上。

4.如权利要求1至3任一项所述制动能量回收系统，其特征在于，还包括功率变换器，所述功率变换器与所述控制器电连接，所述转子设置有多个外齿极，所述定子设置有多个内齿极，所述内齿极缠绕着所述线圈，所述线圈与所述功率变换器电连接。

5.如权利要求4所述制动能量回收系统，其特征在于，所述外齿极设置有八个，所述内齿极设置有十二个，每个所述内齿极均缠绕着所述线圈，每隔两个所述内齿极的线圈相连接，组成一相。

6.如权利要求4所述制动能量回收系统，其特征在于，所述功率变换器包括励磁输入电路和发电输出电路。

7.如权利要求4所述制动能量回收系统，其特征在于，所述控制装置包括转子位置传感器、制动踏板传感器和控制器，所述转子位置传感器和所述制动踏板传感器连接在所述控制器的输入端，所述控制器的输出端连接在所述功率变换器电连接。

8.如权利要求7所述制动能量回收系统，其特征在于，所述转子位置传感器采用霍尔传感器，所述制动踏板传感器采用电阻式传感器，所述控制器采用单片机。

9.如权利要求1至3任一项所述制动能量回收系统，其特征在于，所述蓄能装置包括电容器、DC/DC转换器和蓄电池，所述电容器与所述转子的所述线圈电连接，所述DC/DC转换器两端分别与所述电容器和所述蓄电池连接。

10.制动能量回收系统使用方法，其特征在于，包括如下步骤，

汽车启动；

汽车制动，制动信号输入控制器，控制器输出信号，控制蓄能装置与所述定子的线圈电连接接通；

汽车的主减速器输入轴或变速器输出轴继续转动，带动转子转动，机械能转化为电能；

电能通过蓄能装置储存。