CN112610436A - 一种齿轮齿条电刷式车用重力发电机构 - Google Patents

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Abstract

本发明一种齿轮齿条电刷式车用重力发电机构属于汽车发电领域，特别是一种适用于汽车的重力发电机构。包括齿条、齿轮、发电机和第一壳体，在第一壳体的上部设有防尘罩，第一壳体底端及防尘罩顶端上均设有圆柱形固定件；固定件上均设连接橡胶；齿轮与转子轴之装有单向超越离合器；单向超越离合器两端部分别套装第一锥轴承和第二锥轴承；第二锥轴承后部套装飞轮，在飞轮外部套装第二壳体；飞轮端部转子轴上装有滑块；在飞轮端面圆周上安装夹内装有飞锤；在滑块内侧和安装夹底部之间装有回位弹簧；绝缘盖板外侧装有外压板，电接头及螺栓安装在外压板上；在绝缘盖板上开沉孔，电刷与沉孔配合并伸出绝缘盖板内端面；电刷端面与外压板间装有弹簧。

Description

一种齿轮齿条电刷式车用重力发电机构
技术领域
本发明一种齿轮齿条电刷式车用重力发电机构属于汽车发电领域，特别是一种适用于汽车的重力发电机构。
背景技术
现有的传统燃油汽车，其用电设备及电池充电均依靠发电机完成，但发电机转子的旋转需要消耗发动机的部分功率，从而减少了有效功率的输出，使发动机能耗上升，污染增多。另外，电动汽车的动力及用电设备的电能均由蓄电池提供，导致其续航里程短，严重影响了其推广应用。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足之处提供一种齿轮齿条电刷式车用重力发电机构，在整车重力的作用下完成发电功能，为整车电器设备及蓄电池供电，节能环保；当发电机转速达到某一数值后，利用离心力克服弹簧弹力，通过石墨触点触发电信号，实现由蓄电池给励磁线圈供电，产生励磁电流，使电机工作；待发电电压大于蓄电池电压后由发电机产生励磁电流；能较好地缓解现有发电机耗费发动机能耗的问题；以及缓解电动汽车续航里程短问题。
本发明是采取以下技术方案实现的：
一种齿轮齿条电刷式车用重力发电机构，包括齿条、齿轮、发电机和第一壳体，在第一壳体的上部设有防尘罩，齿条安装在第一壳体内，与第一壳体之间通过轴孔配合安装；齿条的上端部与防尘罩内壁焊接固定，齿条的下端悬置于第一壳体内；第一壳体的底端及防尘罩的顶端上均设置有圆柱形固定件；装配使用时，第一壳体的下端固定件固定在车桥上，上端固定件固定在车架上；在固定件上均设有连接橡胶，用于在汽车颠簸时产生变形适应；齿轮安装在发电机的转子轴上，转子轴与第一壳体相垂直，齿轮与齿条垂直啮合；在齿轮与转子轴之间安装有单向超越离合器，单向超越离合器的外圈与齿轮固定成一体，单向超越离合器的内圈与转子轴采用键连接；在单向超越离合器的两端部分别套装有第一锥轴承和第二锥轴承；第二锥轴承后部套装有飞轮，用于增大转子轴的惯性，储存动能，稳定转速，转子轴与飞轮采用键连接，且在飞轮外端部的转子轴上采用螺母紧固；在飞轮的外部套装有第二壳体；第二壳体的前端具有第二壳体台阶，在第二壳体的后端部安装有端面为圆形的绝缘盖板；所述飞轮端部的转子轴上安装有滑块，转子轴与滑块采用花键配合连接；在飞轮端面的圆周上均匀地设有若干对安装夹，在所述安装夹内通过销轴活动安装有飞锤，飞锤位于滑块的外圆周上，所述飞锤是直角形部件；在滑块内侧和安装夹底部之间安装有回位弹簧，使用时，在回位弹簧的作用下，滑块端部压紧飞锤下部，使其与飞轮端面接触，有利于滑块的回位及飞锤与滑块径向间距的控制；
在绝缘盖板的外侧安装有外压板，电接头及螺栓安装在外压板上，电接头安装在接头螺栓头部，在电接头上接有导线；在绝缘盖板上正对滑块位置开有沉孔，所述沉孔与外压板中心相对应；电刷与所述沉孔配合并伸出绝缘盖板内端面；在电刷端面与外压板间装有弹簧，以保证电刷在不被滑块压缩的情况下保持伸出绝缘盖板内端面的状态，且在受到滑块压缩时，保证电刷与滑块接触充分。
所述电刷采用市售的电化石墨电刷或金属石墨电刷。
外压板通过固定螺栓与绝缘盖板相固定连接。
在齿轮、第一锥轴承和第二锥轴承外部套装有第三壳体，起到密封及固定第二壳体的作用。
在发电机外壳和第三壳体之间设有密封件，所述密封件采用环形盖板，在环形盖板内圈设有第一油封，用于密封润滑油、液。
环形盖板朝向第一锥轴承的一侧设有环形盖板台阶，转子轴与第一锥轴承的接触部位设有转子轴台阶，由于在转子轴上、飞轮外端处旋有螺母，通过该螺母将飞轮、第一锥轴承、单向超越离合器以及第二锥轴承等部件压靠在转子轴台阶处，使各部件的轴向相对位置固定；环形盖板台阶及第二壳体台阶限制了第一锥轴承和第二锥轴承的外圈的轴向位置，保证了各部件与第二壳体的相对位置。
在第二壳体的内圈，第二锥轴承与飞轮之间设有第二油封，用于密封润滑油、液。
在环形盖板台阶与第三壳体、第二壳体台阶与第三壳体、转子轴与飞轮等部件间均装有O型密封圈，用于密封润滑油、液。
在齿条上部与第一壳体之间装有油封，用于密封润滑油、液。
在防尘罩上方的固定件上设有导线安装夹，在导线安装夹上装有导线，本机构安装时，导线与车架相连。
为了延长电刷的使用寿命，防止在离心力过大的情况下，滑块对其过渡压缩，导致磨损加速，在与绝缘盖板相邻的转子轴尾端上装有限位卡簧，当滑块压缩电刷向右移动一定距离后，限位卡簧限制其继续轴向移动，在保证电路通路的情况下，防止了电刷的过渡磨损。
工作原理：
该发电机构使用时，安装在簧上部件与簧下部件间（如车架与车桥间），安装数量可与车轮数量相等，将各发电机定子输出电流并联，共同为蓄电池及用电设备供电。
当汽车行驶时，由于上下颠簸，导致齿条向下运动，从而带动齿轮转动，齿轮转动带动转子轴转动，进而飞轮、飞锤、滑块一起旋转；飞锤旋转产生的离心力使得飞锤外张，进而推动滑块克服回位弹簧的弹力向电刷方向运动；当滑块与电刷接触时，则电流经由电接头及螺栓、外压板、弹簧、电刷等部件形成通路，即发电机励磁回路接通。
当汽车上下颠簸，引起齿条向上运动时，齿轮跟着反向转动，此时由于设置了单向超越离合器，该单向超越离合器内、外轮独立，转子轴不受影响，当转子轴转速减小后，在回位弹簧的作用下，飞锤及滑块回位，滑块与电刷脱离，发电机励磁回路关闭，发电机停止工作。
当转子轴的转速大于齿轮转速时，由于超越离合器内、外轮独立，转子轴的转速不受外轮的影响；因此当汽车处于不规律的颠簸时，不会影响发电机的工作。
本发明结构合理，通过齿轮、齿条机构，将簧上部件与簧下部件间的相对位移转变为旋转运动，驱动发电机转子，进行发电；充分利用颠簸时的动能；为了充分利用颠簸时的冲击动能，在转子轴上安装配重盘（即飞轮），以增大转子轴的惯性，储存动能，稳定转速；通过设置飞锤和特殊的供电回路，解决了在非常平整的路面上电机不工作时，因存在励磁电流而消耗蓄电池能量的问题。机构上下连接处采用橡胶连接，以适应簧上部件相对簧下部件的不规则运动，且保证齿条部件相对于第一壳体作直线运动。本发明广泛适用于各类汽车，尤其适用于长时间工作在颠簸路面上的卡车，使用时将该发电机构安装在簧上部件与簧下部件间（如车架与车桥间），安装数量可与车轮数量相等，将各发电机定子输出电流并联，共同为蓄电池及用电设备供电；还可根据实际情况，通过调整齿轮齿条的传动比提升电机转速，提升发电效率。有效地减少发动机的能耗，节能减排；有利于续航里程的提升。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图；
图2是图1的A-A向结构剖视图；
图3是本发明去除壳体（第一壳体、第二壳体和第三壳体）后的结构示意图；
图4是图3中B部分放大图；
图5是本发明使用状态示意图；
图6是本发明的充电回路原理图；
图7是本发明的升压充电回路原理图。
图中：1、齿条，2、齿轮，3、发电机，4、第一壳体，5、防尘罩，6、固定件，7、连接橡胶，8、转子轴，9、单向超越离合器，10-1、第一锥轴承，10-2、第二锥轴承，11、飞轮，12、第二壳体，12-1、第二壳体台阶，13、绝缘盖板，14、安装销轴，15、滑块，16、安装夹，17、飞锤，18、电接头及螺栓，18-1、接头螺栓，18-2、电接头，19、回位弹簧，20、弹簧，21、第三壳体，22、密封件（环形盖板），22-1、环形盖板台阶，23、第二油封，24、电刷，25、外压板，26、销轴，27、第一油封，28、车架，29、导线，30、导线安装夹，31、油封，32、键，33、花键配合，34、限位卡簧，35、螺母，36、O型密封圈。
具体实施方式
下面结合附图1~7和具体实施例，对本发明做进一步说明。
参照附图，一种齿轮齿条分离轴承式车用重力发电机构，包括齿条1、齿轮2、发电机3和第一壳体4，在第一壳体4的上部设有防尘罩5，齿条1安装在第一壳体4内，与第一壳体4之间通过轴孔配合安装；齿条1的上端部与防尘罩5内壁焊接固定，齿条1的下端悬置于第一壳体4内；第一壳体4的底端及防尘罩5的顶端上均设置有圆柱形固定件6；装配使用时，第一壳体4的下端固定件固定在车桥上，上端固定件固定在车架28上；在固定件6上均设有连接橡胶7，用于在汽车颠簸时产生变形适应；齿轮2安装在发电机3的转子轴8上，转子轴8与第一壳体4相垂直，齿轮2与齿条1垂直啮合；在齿轮2与转子轴8之间安装有单向超越离合器9，单向超越离合器9的外圈与齿轮2固定成一体，单向超越离合器9的内圈与转子轴8采用键32连接；在单向超越离合器9的两端部分别套装有第一锥轴承10-1和第二锥轴承10-2；第二锥轴承10-2后部套装有飞轮11，用于增大转子轴8的惯性，储存动能，稳定转速，转子轴8与飞轮11采用键连接，且在飞轮11外端部的转子轴8上采用螺母35紧固；在飞轮11的外部套装有第二壳体12；第二壳体12的前端具有第二壳体台阶12-1，在第二壳体12的后端部安装有端面为圆形的绝缘盖板13；所述飞轮11端部的转子轴上安装有滑块15，转子轴8与滑块15采用花键配合33连接；在飞轮11端面的圆周上均匀地设有若干对安装夹16，在所述安装夹16内通过销轴活动安装有飞锤17，飞锤17位于滑块15的外圆周上，所述飞锤17是直角形部件；在滑块15内侧和安装夹16底部之间安装有回位弹簧19，使用时，在回位弹簧19的作用下，滑块15端部压紧飞锤17下部，使其与飞轮11端面接触，有利于滑块15的回位及飞锤17与滑块15径向间距的控制；
在绝缘盖板13的外侧安装有外压板25，电接头及螺栓18安装在外压板25上，电接头18-2安装在接头螺栓18-1头部，在电接头18-2上接有导线29；在绝缘盖板13上正对滑块15位置开有沉孔，所述沉孔与外压板25中心相对应；电刷24与所述沉孔配合并伸出绝缘盖板13内端面；在电刷24端面与外压板25间装有弹簧，以保证电刷24在不被滑块15压缩的情况下保持伸出绝缘盖板13内端面的状态，且在受到滑块15压缩时，保证电刷24与滑块15接触充分。
本实施例中，外压板25通过固定螺栓与绝缘盖板13相固定连接。
在齿轮2、第一锥轴承10-1和第二锥轴承10-2外部套装有第三壳体21，起到密封及固定第二壳体12的作用。
在发电机3外壳和第三壳体21之间设有密封件22，所述密封件22采用环形盖板，在环形盖板22内圈设有第一油封27，用于密封润滑油、液。
环形盖板22朝向第一锥轴承10-1的一侧设有环形盖板台阶22-1，转子轴8与第一锥轴承10-1的接触部位设有转子轴台阶，由于在转子轴8上、飞轮11外端处旋有螺母35，通过该螺母35将飞轮11、第一锥轴承10-1、单向超越离合器9以及第二锥轴承10-2等部件压靠在转子轴台阶处，使各部件的轴向相对位置固定；环形盖板台阶22-1及第二壳体台阶12-1限制了第一锥轴承10-1和第二锥轴承10-2的外圈的轴向位置，保证了各部件与第二壳体12的相对位置。
在第二壳体12的内圈，第二锥轴承10-2与飞轮11之间设有第二油封23，用于密封润滑油、液。
在环形盖板台阶22-1与第三壳体21、第二壳体台阶12-1与第三壳体21、转子轴8与飞轮11等部件间均装有O型密封圈36，用于密封润滑油、液。
在齿条1上部与第一壳体4之间装有油封，用于密封润滑油、液。
为了延长电刷24的使用寿命，防止在离心力过大的情况下，滑块15对其过渡压缩，导致磨损加速，在与绝缘盖板13相邻的转子轴8尾端上装有限位卡簧34，当滑块15压缩电刷24向右移动一定距离后，限位卡簧34限制其继续轴向移动，在保证电路通路的情况下，防止了电刷24的过渡磨损。
参照附图6，本发明的充电回路采用了常用的充电电路，电路经过变压、桥式整流与调理后对蓄电池进行充电，并在电路中设置开关S1。
为了不影响整车的舒适性，又能够充分利用车辆颠簸动能，通过在供电回路设置的档位开关S2，改变励磁电路电阻，从而改变励磁电流大小，即：当车辆处于满载时，档位开关处于二档，励磁电流大，提升电机发电量；当车辆处于空载时，档位开关处于一档，励磁电流小，以免影响整车舒适性。
具体的原理是：
1、发电机不发电或转速低时，此时开关S1断开，励磁回路不通，发电机不工作；
2、当转速达到某一临界转速时，在飞锤离心力的作用下电路接通，即开关S1闭合，当发电电压小于蓄电池电压时，蓄电池为励磁绕组供电；随着转子转速的升高，当发电机电压升高到大于蓄电池电压时，发电机自励发电并对蓄电池充电及给用电器供电；发电机输出电压UB小于调节器调节上限UB2，晶体三极管VT1继续截止，晶体三极管VT2继续导通，但此时的磁场电流由发电机供给，发电机电压随转速升高迅速升高；
3、当发电机电压升高到等于调节上限UB2时（蓄电池充满时），调节器对电压的调节开始。此时稳压二极管VS导通，晶体三极管VT1导通，晶体三极管VT2截止，发电机磁场电路被切断，由于磁场被断路，磁通下降，发电机输出电压下降；
4、当发电机电压下降到等于调节下限UB1时，稳压二极管VS截止，晶体三极管VT1截止，晶体三极管VT2重新导通，磁场电路重新被接通，发电机电压上升；周而复始，发电机输出电压UB被控制在一定范围内，起到整流作用。
当车辆处于空载时，通过仪表台上的手动开关按钮使档位开关S2处于一档位置，使搭铁回路通过一电阻R4，励磁电流较小。
当车辆处于满载时，过仪表台上的手动开关按钮使档位开关S2处于二档位置，使搭铁回路不通过电阻R4，励磁电流较大。
参照附图7，为了适应更多类型的汽车，在电动汽车上，在充电回路中设置升压电路和DC-DC转换器，其中利用DC-DC转换器把直流电压或电流转换成高频方波电压或电流，再经整流平滑变为直流电压输出；升压电路对电压升压后对电池进行供电。
参照图5，在防尘罩5上方的固定件6通过安装销轴14安装在车架上，防尘罩5上方的固定件6上设有导线安装夹30，在导线安装夹30上装有导线29，本机构安装时，电源负极与车架28相连，并利用导线29将防尘罩5与车架28连接，以保证当开关S1关闭时，充电回路为通路。
经过试验发现，本发明在整车重力的作用下完成发电功能，能很好地为整车电器设备及蓄电池供电，节能环保；当发电机转速达到某一数值后，利用离心力克服弹簧弹力，触发电信号，实现由蓄电池给励磁线圈供电，产生励磁电流，使电机工作；待发电电压大于蓄电池电压后由发电机产生励磁电流；能较好地缓解现有发电机耗费发动机能耗的问题；以及缓解电动汽车续航里程短问题。

Claims (10)

1.一种齿轮齿条电刷式车用重力发电机构，其特征在于：包括齿条、齿轮、发电机和第一壳体，在第一壳体的上部设有防尘罩，齿条安装在第一壳体内，与第一壳体之间通过轴孔配合安装；齿条的上端部与防尘罩内壁焊接固定，齿条的下端悬置于第一壳体内；第一壳体的底端及防尘罩的顶端上均设置有圆柱形固定件；在固定件上均设有连接橡胶；齿轮安装在发电机的转子轴上，转子轴与第一壳体相垂直，齿轮与齿条垂直啮合；在齿轮与转子轴之间安装有单向超越离合器，单向超越离合器的外圈与齿轮固定成一体，单向超越离合器的内圈与转子轴采用键连接；在单向超越离合器的两端部分别套装有第一锥轴承和第二锥轴承；第二锥轴承后部套装有飞轮，转子轴与飞轮采用键连接，且在飞轮外端部的转子轴上采用螺母紧固；在飞轮的外部套装有第二壳体；第二壳体的前端具有第二壳体台阶，在第二壳体的后端部安装有端面为圆形的绝缘盖板；所述飞轮端部的转子轴上安装有滑块，转子轴与滑块采用花键配合连接；在飞轮端面的圆周上均匀地设有若干对安装夹，在所述安装夹内通过销轴活动安装有飞锤，飞锤位于滑块的外圆周上，所述飞锤是直角形部件；在滑块内侧和安装夹底部之间安装有回位弹簧；
在绝缘盖板的外侧安装有外压板，电接头及螺栓安装在外压板上，电接头安装在接头螺栓头部，在电接头上接有导线；在绝缘盖板上正对滑块位置开有沉孔，所述沉孔与外压板中心相对应；电刷与所述沉孔配合并伸出绝缘盖板内端面；在电刷端面与外压板间装有弹簧。
2.根据权利要求1所述的齿轮齿条电刷式车用重力发电机构，其特征在于：所述电刷采用电化石墨电刷或金属石墨电刷。
3.根据权利要求1所述的齿轮齿条电刷式车用重力发电机构，其特征在于：外压板通过固定螺栓与绝缘盖板相固定连接。
4.根据权利要求1或2或3所述的齿轮齿条电刷式车用重力发电机构，其特征在于：在齿轮、第一锥轴承和第二锥轴承外部套装有第三壳体。
5.根据权利要求4所述的齿轮齿条电刷式车用重力发电机构，其特征在于：在发电机外壳和第三壳体之间设有密封件，所述密封件采用环形盖板，在环形盖板内圈设有第一油封。
6.根据权利要求4所述的齿轮齿条电刷式车用重力发电机构，其特征在于：环形盖板朝向第一锥轴承的一侧设有环形盖板台阶，转子轴与第一锥轴承的接触部位设有转子轴台阶，由于在转子轴上、飞轮外端处旋有螺母，通过该螺母将飞轮、第一锥轴承、单向超越离合器以及第二锥轴承等部件压靠在转子轴台阶处，使各部件的轴向相对位置固定；环形盖板台阶及第二壳体台阶限制了第一锥轴承和第二锥轴承的外圈的轴向位置，保证了各部件与第二壳体的相对位置。
7.根据权利要求4所述的齿轮齿条电刷式车用重力发电机构，其特征在于：在第二壳体的内圈，第二锥轴承与飞轮之间设有第二油封。
8.根据权利要求4所述的齿轮齿条电刷式车用重力发电机构，其特征在于：在环形盖板台阶与第三壳体、第二壳体台阶与第三壳体、转子轴与飞轮等部件间均装有O型密封圈。
9.根据权利要求4所述的齿轮齿条电刷式车用重力发电机构，其特征在于：在齿条上部与第一壳体之间装有油封，用于密封润滑油、液。
10.根据权利要求4所述的齿轮齿条电刷式车用重力发电机构，其特征在于：在防尘罩上方的固定件上设有导线安装夹，在导线安装夹上装有导线。
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