CN112193222B - 一种混合动力汽车能量回收及辅助制动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混合动力汽车能量回收及辅助制动装置，通过与车轮相连的啮合齿轮及运动转换机构，将汽车行驶过程中的车轮旋转运动转换为旋转电机与直线电机的运动，当旋转电机与直线电机用作发电机时，可实现汽车行驶能量的回收。当旋转电机与直线电机用作电动机时，可以对汽车进行辅助制动，同时可根据工作需要实现不同模式的能量回收与辅助制动作用，该装置实现了油电二合一的混合型运作，从而增加汽车的续航里程，降低汽车的运行成本，并提升汽车的操控性，具有广阔的应用前景。

Description

一种混合动力汽车能量回收及辅助制动装置
技术领域
本发明涉及混合动力汽车领域，具体涉及一种混合动力汽车能量回收及辅助制动装置。
背景技术
如何提高汽车的续航里程一直是各国研究机构发展汽车函需解决的关键技术。汽车在道路上行驶时，路面的不平度和频繁地加减速等驾驶行为会导致能量损失，如果能将汽车行驶过程中的动能转换为电能进行有效的回收和利用，供给车上的电器设备使用，能在很大程度上减小汽车燃油消耗，同时也具有节能环保的意义。
目前而言，能量回收主要依靠车体内的单个电机回收，能量回收效率较低，对于单个电机的负荷过大，易损毁。同时功能单一，占用大量空间，效果却不显著。目前电动汽车仅在车轴加装可同时提供能量和回收能量的装置，造价高昂且不易维修，提高了电动汽车的门坎，增加维修难度。
因此，如何将汽车行驶过程中动能有效转换为电能进行能量回收，提升汽车的续航里程，成为汽车工程领域所急需解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的：是针对目前研究中的不足，在不影响发动机正常输出功率的同时，提供一种结构简单、技术性能可靠、成本较低、用途多样、极易推广、效率极高的混合动力汽车能量回收及辅助制动系统，可有效实现汽车行驶过程中的能量回收，提升汽车的续航里程。
为实现以上发明目的，本发明采用的技术方案是：一种混合动力汽车能量回收及辅助制动系统，包括连接杆a(2)，骨架(3)，直线电机(4)，直线电机槽(5)，车轴(7)，连接杆b(9)，从动齿轮a(11)，连接杆c(13)，从动齿轮b(15)，主动齿轮(16)，车轮(17)，连接杆d(18)，连接杆e(19)，连接杆f(21)，旋转电机(29)；
所述骨架(3)内部设有旋转电机(29)，旋转电机(29)架在骨架(3)内壁上，旋转电机(29)内部设有旋转电机轴(33)，作为从动齿轮b(15)与从动齿轮a(11)的齿轮轴；
所述车轮(17)与车轴(7)焊接在一起，主动齿轮(16)固定在车轮内侧的轮毂上，车轮(17)行驶过程中主动齿轮(16)可随车轮转动；
所述主动齿轮(16)与从动齿轮b(15)，从动齿轮b(15)与从动齿轮a(11)通过锥齿轮相啮合；
所述连接杆d(18)从一端至另一端依次设有连接点h(22)、连接点g(20)和连接点e(12)；连接杆a(2)从一端至另一端依次设有连接点h(22)、连接点a(1)和连接点b(6)；所述连接杆f(21)两端为连接点a(1)和连接点c(8)；所述连接杆e(19)两端为连接点g(20)和连接点c(8)；所述连接杆d(18)和连接杆a(2)相交于连接点h(22),连接杆d(18)和连接杆e(19)相交于连接点g(20)，连接杆a(2)和连接杆f(21)相交于连接点a(1)，连接杆e(19)和连接杆f(21)相交于连接点c(8)，连接杆c(13)和连接杆d(18)相交于连接点e(12)；
所述连接杆c(13)连接从动齿轮b(15)的中心轴连接点f(14)和连接点e(12)；
所述连接点c(8)与从动齿轮a(11)的中心轴连接点d(10)通过连接杆b(9)连接；
所述车轴(7)右端安装直线电机(4)，直线电机(4)内部有一直线电机槽(5)；所述连接点b(6)可在直线电机槽(5)内做径向往复直线运动。
进一步，连接杆b(9)、连接杆c(13)、连接杆e(19)、连接杆d(18)的长度关系比依次为1：2：4.12：8.24。
进一步，所述直线电机(4)的内侧壁在径向矩形空间两侧装载有直线电机定子(26)，直线电机定子(26)固定在直线电机槽(5)上，所述直线电机定子(26)内部均布有绕阻(23)，电机工作腔(27)内还设有动子，动子上设有动子磁极(24)与直线电机动子磁轭(25)。
进一步，所述连接点b(6)、动子磁轭(25)和动子磁极(24)彼此间相对静止，可在直线电机的电机槽(5)内做径向往复直线运动。
进一步，所述旋转电机(29)包括上端轴承盖(28)、下端轴承盖(31)、旋转电机轴(33)，旋转电机轴(33)贯穿过上端轴承盖(28)、下端轴承盖(31)中心，旋转电机(29)内壁固定有旋转电机定子(30)，旋转电机轴(33)上还固定有旋转电机中心转子(32)，所述旋转电机轴(33)可带动与其固结的旋转电机中心转子(32)在旋转电机(29)内做同轴旋转运动；
所述旋转电机上端轴承盖(28)和下端轴承盖(31)与旋转电机轴(33)相配合安装于旋转电机(29)的上端与下端。
进一步，当汽车行驶时，车轮(17)转动，主动齿轮(16)与车轮同轴旋转，假设主动齿轮(16)向外旋转，主动齿轮(16)与从动齿轮b(15)锥齿轮啮合，因此从动齿轮b(15)逆时针旋转；同理，因从动齿轮b(15)与从动齿轮a(11)也锥齿轮啮合，从动齿轮a(11)顺时针转动，带动连接杆c(13)、连接杆b(9)分别以从动齿轮b(15)与从动齿轮a(11)中心轴连接点f(14)和连接点d(10)为圆心，自身长为半径做圆周运动；连接点e(12)、连接点c(8)在从动齿轮a(11)圆周上做圆周运动；运动期间连接点h(22)、连接点a(1)、连接点c(8)、连接点g(20)组成的四边形恒为平行四边形，连接点b(6)在直线电机槽(5)内做径向往复直线运动。
所述的一种混合动力汽车能量回收及辅助制动系统，可实现两种不同的工作方案：
方案1：行驶能量回收
当车辆以低，中，高不同速度行驶时，可根据需要分别单独启动旋转电机、单独启动直线电机或同时启动旋转电机和直线电机三种不同模式实现汽车行驶过程中的能量回收，此时旋转电机与直线电机工作在发电机模式下，产生的电能可独立地通过充电单元输送到蓄电池中。当汽车油耗尽或汽车内电器设备急需用电时，利用蓄电池回收的电能，带动汽车运作并给相应部分供电，实现油电二合一的混合型运作，增加汽车的续航路程，降低汽车的运行成本。
方案2：辅助制动
当汽车行驶过程中需要辅助制动时，通过启动车载电池向旋转电机和直线电机通以电流，产生阻碍汽车行驶的电磁阻尼力，此时旋转电机与直线电机工作在电动机模式下，可根据需要分别单独启动旋转电机、单独启动直线电机或同时启动旋转电机和直线电机三种不同模式，实现对汽车行驶过程中的辅助制动效果。
采用本发明的有益实施效果是：利用直线电机和双旋转发电机回收行驶过程中产生的能量，成本低廉，同时兼具辅助制动功能，有效实现功能多样化。三电机依据汽车行驶的速度不同而选择性地启动工作，进行能量回收，最大程度降低电机运作产生的能量消耗，能量回收效率高。三电机采用分离式设计，便于维修。实现油电二合一的混合型运作，增加汽车的续航路程，降低汽车的运行成本。相较于传统技术能量回收单元兼具辅助制动功能，安全性得到进一步保障，汽车操作性也会进一步加强。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是一种混合动力汽车能量回收及辅助制动系统的结构示意图。
图2是一种混合动力汽车能量回收及辅助制动系统中直线电机结构示意图。
图3是一种混合动力汽车能量回收及辅助制动系统中旋转电机结构示意图。
图中1.连接点a，2.连接杆a，3.骨架，4.直线电机，5.直线电机槽，6.连接点b，7.车轴，8.连接点c，9.连接杆b，10.连接点d，11.从动齿轮a，12.连接点e，13.连接杆c，14.连接点f，15.从动齿轮b，16.主动齿轮，17.车轮，18.连接杆d，19.连接杆e，20.连接点g，21.连接杆f，22.连接点h，23.绕阻，24.动子磁极，25.动子磁轭，26.直线电机定子，27.电机工作腔，28.上端轴承盖，29.旋转电机，30.旋转电机定子，31.下端轴承盖，32.旋转电机转子，33.旋转电机轴。
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。
一种混合动力汽车能量回收及辅助制动系统，包括连接点a(1)，连接杆a(2)，骨架(3)，直线电机(4)，直线电机槽(5)，连接点b(6)，车轴(7)，连接点c(8)，连接杆b(9)，连接点d(10)，从动齿轮a(11)，连接点e(12)，连接杆c(13)，连接点f(14)，从动齿轮b(15)，主动齿轮(16)，车轮(17)，连接杆d(18)，连接杆e(19)，连接点g(20)，连接杆f(21)，连接点h(22)，绕阻(23)，动子磁极(24)，动子磁轭(25)，直线电机定子(26)，电机工作腔(27)，上端轴承盖(28)，旋转电机(29)，旋转电机定子(30)，下端轴承盖(31)，旋转电机转子(32)，旋转电机轴(33)。
在图1中，车轮(17)与车轴(7)焊接在一起，主动齿轮(16)固定在车轮内侧的轮毂上，车轮(17)行驶过程中主动齿轮(16)可随车轮转动。主动齿轮(16)与从动齿轮b(15)，从动齿轮b(15)与从动齿轮a(11)通过锥齿轮相啮合。杆c(13)连接从动齿轮b(15)的中心轴连接点f(14)和连接点e(12)。杆d(18)从上至下依次连接点h(22)g(20)和e(12)。杆a(2)从左至右依次连接点h(22)a(1)和b(6)。连接杆f(21)两端连接点a(1)和c(8)。连接杆e(19)两端连接点g(20)和c(8)。连接点c(8)与从动齿轮(11)的中心轴连接点d(10)通过杆b(9)连接。连接杆b(9)c(13)e(19)d(18)的长度关系为，b(9)：c(13)：e(19)：d(18)＝1：2：4.12：8.24。车轴(7)右端安装直线电机(4)，直线电机(4)内部有一直线电机槽(5)。连接点b(6)可在直线电机槽(5)内做径向往复直线运动。
所述直线电机(4)的内侧壁在径向矩形空间两侧装载有直线电机定子(26)。直线电机定子(26)内部均布有绕阻(23)，动子磁极(24)与直线电机动子磁轭(25)。直线电机定子(26)固定在直线电机槽(5)上。所述连接点b(6)、动子磁轭(25)和动子磁极(24)彼此间相对静止，可在直线电机的电机槽(5)内做径向往复直线运动。
所述骨架(3)内部设有旋转电机(29)，旋转电机(29)架在骨架(3)内壁上，旋转电机(29)内部设有旋转电机轴(33)，即从动齿轮b(15)、从动齿轮a(11)的齿轮轴，旋转电机中心转子(32)固定在旋转电机轴(33)上。旋转电机轴(33)可带动与其固结的旋转电机中心转子(32)在旋转电机(29)内做同轴旋转运动。旋转电机上端轴承盖(28)和下端轴承盖(31)与旋转电机轴(33)相配合安装于旋转电机(29)的上端与下端。旋转电机定子(30)固定在旋转电机(29)内壁上。
主动齿轮(16)固定在车轮内侧的轮毂上，当汽车行驶时，车轮(17)转动，主动齿轮(16)与车轮同轴旋转。假设主动齿轮(16)向外旋转，主动齿轮(16)与从动齿轮b(15)锥齿轮啮合，因此从动齿轮b(15)逆时针旋转。同理，因从动齿轮b(15)与从动齿轮a(11)也锥齿轮啮合，从动齿轮a(11)顺时针转动，带动连接杆c(13)b(9)分别以从动齿轮b(15)、从动齿轮a(11)中心轴连接点f(14)d(10)为圆心，自身长为半径做圆周运动；带动杆d(18)a(2)f(21)e(19)运动。运动期间连接点h(22)a(1)c(8)g(20)组成的四边形恒为平行四边形。连接点b(6)在直线电机槽(5)内做径向往复直线运动。
作为实施例，上述连接点是可以转动的轴结构，两个杆在动的时候，可以在连接点处实现转动。
方案1：行驶能量回收
当汽车在路面行驶时，以地面为参考系，车轮(17)以一定的角速度转动，带动固定在车轮内侧的轮毂上的主动齿轮(16)同轴旋转。主动齿轮(16)与从动齿轮b(15)锥齿轮啮合，假设主动齿轮(16)是向外旋转，则可带动从动齿轮b(15)逆时针旋转。同理，从动齿轮(11)与从动齿轮b(15)锥齿轮啮合，从动齿轮(15)的旋转可带动从动齿轮a(11)顺时针转动。旋转电机轴(33)即从动齿轮b(15)齿轮轴，因此从动齿轮(15)(11)转动即旋转电机轴(33)转动，由此带动旋转电机(2)发电。由连接杆c(13)，b(9)，d(18)，e(19)，f(21)，a(2)和连接点f(14)，e(12)，d(10)，c(8)，g(20)，h(22)，a(1)，b(6)组成的直线运动机构将两个从动齿轮的旋转运动转化为连接点b(6)在直线电机槽(5)内的径向往复直线运动，带动直线电机(4)发电。
当车辆以低，中，高不同速度行驶时，可根据需要分别单独启动旋转电机、单独启动直线电机或同时启动旋转电机和直线电机三种不同模式实现汽车行驶过程中的能量回收，此时旋转电机与直线电机工作在发电机模式下，产生的电能可独立地通过充电单元输送到蓄电池中。当汽车油耗尽或汽车内电器设备急需用电时，利用蓄电池回收的电能，带动汽车运作并给相应部分供电，实现油电二合一的混合型运作，增加汽车的续航路程，降低汽车的运行成本。
方案2：辅助制动
当汽车行驶过程中需要辅助制动时，通过启动车载电池向旋转电机和直线电机通以电流，产生阻碍汽车行驶的电磁阻尼力，此时旋转电机与直线电机工作在电动机模式下，可根据需要分别单独启动旋转电机、单独启动直线电机或同时启动旋转电机和直线电机三种不同模式，实现对汽车行驶过程中的辅助制动效果。
综上，本发明的一种混合动力汽车能量回收及辅助制动装置，通过与车轮相连的啮合齿轮及运动转换机构，将汽车行驶过程中的车轮旋转运动转换为旋转电机与直线电机的运动，当旋转电机与直线电机用作发电机时，可实现汽车行驶能量的回收。当旋转电机与直线电机用作电动机时，可以对汽车进行辅助制动，同时可根据工作需要实现不同模式的能量回收与辅助制动作用，该装置实现了油电二合一的混合型运作，从而增加汽车的续航里程，降低汽车的运行成本，并提升汽车的操控性，具有广阔的应用前景。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种混合动力汽车能量回收及辅助制动系统，其特征在于，包括连接杆a(2)，骨架(3)，直线电机(4)，直线电机槽(5)，车轴(7)，连接杆b(9)，从动齿轮a(11)，连接杆c(13)，从动齿轮b(15)，主动齿轮(16)，车轮(17)，连接杆d(18)，连接杆e(19)，连接杆f(21)，旋转电机(29)；
所述骨架(3)内部设有旋转电机(29)，旋转电机(29)架在骨架(3)内壁上，旋转电机(29)内部设有旋转电机轴(33)，作为从动齿轮b(15)与从动齿轮a(11)的齿轮轴；
所述车轮(17)与车轴(7)焊接在一起，主动齿轮(16)固定在车轮内侧的轮毂上，车轮(17)行驶过程中主动齿轮(16)可随车轮转动；
所述主动齿轮(16)与从动齿轮b(15)，从动齿轮b(15)与从动齿轮a(11)通过锥齿轮相啮合；
所述连接杆d(18)从一端至另一端依次设有连接点h(22)、连接点g(20)和连接点e(12)；连接杆a(2)从一端至另一端依次设有连接点h(22)、连接点a(1)和连接点b(6)；所述连接杆f(21)两端为连接点a(1)和连接点c(8)；所述连接杆e(19)两端为连接点g(20)和连接点c(8)；所述连接杆d(18)和连接杆a(2)相交于连接点h(22),连接杆d(18)和连接杆e(19)相交于连接点g(20)，连接杆a(2)和连接杆f(21)相交于连接点a(1)，连接杆e(19)和连接杆f(21)相交于连接点c(8)，连接杆c(13)和连接杆d(18)相交于连接点e(12)；
所述连接杆c(13)连接从动齿轮b(15)的中心轴连接点f(14)和连接点e(12)；
所述连接点c(8)与从动齿轮a(11)的中心轴连接点d(10)通过连接杆b(9)连接；
所述车轴(7)右端安装直线电机(4)，直线电机(4)内部有一直线电机槽(5)；所述连接点b(6)可在直线电机槽(5)内做径向往复直线运动。
2.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车能量回收及辅助制动系统，其特征在于，连接杆b(9)、连接杆c(13)、连接杆e(19)、连接杆d(18)的长度关系比依次为1：2：4.12：8.24。
3.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车能量回收及辅助制动系统，其特征在于，所述直线电机(4)的内侧壁在径向矩形空间两侧装载有直线电机定子(26)，直线电机定子(26)固定在直线电机槽(5)上，所述直线电机定子(26)内部均布有绕阻(23)，电机工作腔(27)内还设有动子，动子上设有动子磁极(24)与直线电机动子磁轭(25)。
4.根据权利要求3所述的一种混合动力汽车能量回收及辅助制动系统，其特征在于，所述连接点b(6)、动子磁轭(25)和动子磁极(24)彼此间相对静止，可在直线电机的电机槽(5)内做径向往复直线运动。
5.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车能量回收及辅助制动系统，其特征在于，所述旋转电机(29)包括上端轴承盖(28)、下端轴承盖(31)、旋转电机轴(33)，旋转电机轴(33)贯穿过上端轴承盖(28)、下端轴承盖(31)中心，旋转电机(29)内壁固定有旋转电机定子(30)，旋转电机轴(33)上还固定有旋转电机中心转子(32)，所述旋转电机轴(33)可带动与其固结的旋转电机中心转子(32)在旋转电机(29)内做同轴旋转运动；
所述旋转电机上端轴承盖(28)和下端轴承盖(31)与旋转电机轴(33)相配合安装于旋转电机(29)的上端与下端。
6.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车能量回收及辅助制动系统，其特征在于，当汽车行驶时，车轮(17)转动，主动齿轮(16)与车轮同轴旋转，假设主动齿轮(16)向外旋转，主动齿轮(16)与从动齿轮b(15)锥齿轮啮合，因此从动齿轮b(15)逆时针旋转；同理，因从动齿轮b(15)与从动齿轮a(11)也锥齿轮啮合，从动齿轮a(11)顺时针转动，带动连接杆c(13)、连接杆b(9)分别以从动齿轮b(15)与从动齿轮a(11)中心轴连接点f(14)和连接点d(10)为圆心，自身长为半径做圆周运动；连接点e(12)、连接点c(8)在从动齿轮a(11)圆周上做圆周运动；运动期间连接点h(22)、连接点a(1)、连接点c(8)、连接点g(20)组成的四边形恒为平行四边形，连接点b(6)在直线电机槽(5)内做径向往复直线运动。
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