CN113356938A - 一种变气压制动能量回收装置及回收方法 - Google Patents

一种变气压制动能量回收装置及回收方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变气压制动能量回收装置及回收方法，其中的回收装置包括制动气泵、储气罐、控制器、涡轮、双转子对转电机、设置于储气罐内的压力传感器以及设置于制动气泵的排气阀与储气罐之间的第一排气管；第一排气管用于：在车辆制动时，制动气泵通过第一排气管为储气罐提供空气压力；所述控制器从车辆制动系统接收制动信号以及从压力传感器接收储气罐内的压力信号，并在储气罐内的压力达到制动气压P制时，控制储气罐向涡轮释放空气以使涡轮旋转；所述涡轮通过输出轴带动双转子对转电机进行对转运动，完成能量转换并以电能形式存储。本发明可以减少能量的消耗，提高能量使用率，最终可以减少用车成本。

Description

一种变气压制动能量回收装置及回收方法
技术领域
本发明属于汽车制动技术领域，具体涉及一种变气压制动能量回收装置及回收方法。
背景技术
现代社会，汽车已经成为人民生活出行中不可或缺的交通工具，目前汽车的动力由传统的化石类燃料变换为多种形式，但主要仍以化石燃料和电能为主。汽车在工作过程中会频繁接收到来自驾驶员的制动指令，而在制动命令执行时，制动气泵里储存的气体被排放掉，待制动取消时又重新进气一个循环，这些排放掉的气体往往经过气泵压缩伴随气压能量，在被排放掉的同时，能量也被带走。以城市道路公交车为例，一辆公交车在一个班次循环线路往往伴随50个站台左右，不考虑中途及交叉口制动的情况，在每班次完成时也需要制动50次，而公交车气泵压力值维持在9～10Mpa,使得排气过程伴随着大量能量损失。
由于车辆行驶过程中，伴随着车辆制动问题，尤其以城市公共汽车严重，即便现在城市中大多由以往的燃油转换为电能动力方式，但制动气泵排气方式并未改变，这样就造成现有能量不断损耗，资源浪费。
发明内容
本发明提供一种变气压制动能量回收装置及回收方法，通过回收并转化气泵排出的废气能量，一方面可以减少能量的消耗，一方面可以提高能量使用率，最终可以减少用车成本。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
一种变气压制动能量回收装置，包括制动气泵(1)、储气罐(5)、控制器(3)、涡轮(6)、双转子对转电机(7)、设置于储气罐内的压力传感器以及设置于制动气泵(1)的排气阀与储气罐(5)之间的第一排气管(2)；第一排气管(2)用于：在车辆制动时，制动气泵(1)通过第一排气管(101)为储气罐(5)提供空气压力；所述控制器(3)从车辆制动系统接收制动信号以及从压力传感器接收储气罐内的压力信号，并在储气罐(5)内的压力达到制动气压P制时，控制储气罐(5)向涡轮(6)释放空气以使涡轮(6)旋转；所述涡轮(6)通过其输出轴带动双转子对转电机(7)进行对转运动，完成能量转换并以电能形式存储。
在更优的技术方案中，所述双转子对转电机(7)包括第一行星轮系(10)、第二行星轮系(20)、电枢绕组(8)和永磁铁对(9)，所述第一行星轮系(10)驱动电枢绕组(8)沿第一方向旋转，所述第二行星轮系(20)驱动永磁铁对(9)绕电枢绕组(8)沿第二方向旋转，所述第一方向与第二方向反向，实现永磁铁对(9)与电枢绕组(8)对转运动切割电磁绕组(8)的磁感线，以将涡轮(6)输出轴旋转的机械能转换为电能。
在更优的技术方案中，所述第一行星轮系(10)包括第一太阳轮(11)、第一齿圈(12)、若干个第一行星轮(13)以及设置于第一行星轮(13)上的第一行星架；所述第二行星轮系(20)包括第二太阳轮(21)、第二齿圈(22)、若干个第二行星轮(23)以及设置于第二行星轮(23)上的第二行星架；第二齿圈(22)沿轴向固定设置两根固定杆(24)，所述两根固定杆(24)沿第二齿圈(22)的径向相对设置；所述第一行星轮(13)与第一太阳轮(11)外齿合，第一行星轮(13)与第一齿圈(12)内齿合；所述第二行星轮(23)与第二太阳轮(21)外齿合，第二行星轮(23)与第二齿圈(22)内齿合；所述第一太阳轮(11)的输入轴(14)与第二太阳轮(21)配合，第一行星轮(13)通过对应的第一行星架与第一太阳轮(11)相连，第二行星轮(23)通过对应的第二行星架与第一齿圈(12)相连；所述电枢绕组(8)设置于第一太阳轮(11)的输出轴(15)上，由第一太阳轮(11)带动旋转；所述永磁铁对(9)相对设置于两根固定杆(14)上，由第二齿圈(22)驱动旋转。
在更优的技术方案中，所述设置于制动气泵(1)的回流阀与储气罐(5)之间还设置有第二回流管(4)；所述第二回流管(4)用于：在车辆制动时，控制器(3)根据制动信号的细分类型，控制储气罐(5)通过第二回流管(4)将气体回流至制动气泵(1)。
在更优的技术方案中，所述制动信号的细分类型包括紧急制动、平滑制动和缓慢制动三种；不同细分类型的制动信号，对应不同量的回流气体。
一种变气压制动能量回收方法，应用上述任一所述的变气压制动能量回收装置技术方案，包括以下步骤：
步骤1，从车辆制动系统接收制动信号，并判断制动信号对应的细分类型；
步骤2，控制制动气泵向储气罐排放气体，其排放气体量根据制动信号的细分类型确定；
步骤3，当储气罐内的压力达到制动气压P制时，控制储气罐朝向涡轮释放空气以使涡轮旋转工作，涡轮输出轴带动双转子对转电机工作，将机械能转换为电能存储。
在更优的一种变气压制动能量回收方法技术方案中，采用BMS电池管理系统将存储的电能分配给车辆使用。
有益效果
本发明在制动气泵的排气阀外设置储气罐，将制动气泵正常制动排放的带有气压能的气体进行回收，并在储气罐达到预设值时，将储气罐的气体排向涡轮，使涡轮输出轴带动双转子对转电机转动，以将转动机械能转换为电能存储，用于车辆其他方面。因此，本发明一方面可以减少能量的消耗，一方面可以提高能量使用率，最终可以减少用车成本。另外，本发明在制动气泵与储气罐之间设置回流管，将从制动气泵排出的气体根据制动类型进行部分回收，可以将制动气泵排出的部分气体回流制动气泵，避免制动不分类型将所有气体都排放出去导致的能量浪费。
附图说明
图1是本发明实施例1所述回收装置的结构示意简图。
图2是本发明实施例1所述回收装置中的双转子对转电机结构示意简图。
图3是本发明实施例2所述回收方法的流程框图。
标号说明：1-制动气泵，2-第一排气管，3-控制器，4-第二回流管，5-储气罐，6-涡轮，7-双转子对转电机，8-电枢绕组，9-永磁铁对，10-第一行星轮系，11-第一太阳轮、12-第一齿圈、13-第一行星轮，14-第一太阳轮的输入轴，15-第一太阳轮的输出轴，20-第二行星轮系，21-第二太阳轮，22-第二齿圈，23-第二行星轮，24-固定杆。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明的技术方案为依据开展，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，对本发明的技术方案作进一步解释说明。
实施例1
本实施例提供一种变气压制动能量回收装置，参考图1所示，包括制动气泵1、储气罐5、控制器3、涡轮6、双转子对转电机7、设置于储气罐5内的压力传感器、设置于制动气泵1的排气阀与储气罐5之间的第一排气管2、以及设置于制动气泵1的回流阀与储气罐5之间的第二回流管4；所述控制器3与压力传感器连接，用于从压力传感器接收储气罐5内的压力信号；所述控制器3与车辆制动系统连接，用于从车辆制动系统接收制动信号；制动气泵1的排气阀和回流阀、储气罐5的排气阀均由控制器3控制。
其中第一排气管2用于：在车辆制动时，制动气泵1通过第一排气管2为储气罐5提供空气压力，即向储气罐排放气体，排放量根据车型来确定，具体参考GB7258《机动车运行安全技术条件》法规，跟车长及车重及底盘结构有关。；第二回流管4用于：在车辆制动时，控制器3根据制动信号的细分类型，控制储气罐5通过第二回流管4向制动气泵1回流的气体量。
所述控制器3从车辆制动系统接收制动信号，且制动信号根据制动位移的不同，细分为紧急制动、平滑制动和缓慢制动三种。其中的制动信号，实际为加速度信号，通过加速度传感器采集。控制器3根据制动信号的不同类型，控制制动气泵1向储气罐5的排气量：若为紧急制动，即制动位移超过制动踏板行程的一半，制动气泵1向储气罐5排放大量气体，不需要再由储气罐5通过第二回流管将部分气体回流至制动气泵1；若为平滑制动和缓慢制动，即制动位移不超过制动踏板行程的一半，制动气泵1向储气罐5排放气体，同时控制储气罐5通过第二回流管4将部分气体回流至制动气泵1。这种方式可以将制动气泵1排出的部分气体回流制动气泵1，避免制动不分类型将所有气体都排放出去导致的能量浪费。
控制器3从压力传感器接收储气罐5内的压力信号，并在储气罐5内的压力达到制动气压P制时(不同的制动气泵及车型所需的制动气压不同)，控制储气罐5通过排气阀在较短时间内向涡轮6释放空气，以使涡轮6旋转；转动的涡轮6通过输出轴带动双转子对转电机7进行对转运动，完成能量转换并以电能形式存储，达到能量回收的目的。
其中，参考图1、2所示，所述双转子对转电机7包括第一行星轮系10、第二行星轮系20、电枢绕组8和永磁铁对9，所述第一行星轮系10驱动电枢绕组8沿第一方向旋转，所述第二行星轮系20驱动永磁铁对9绕电枢绕组8沿第二方向旋转，所述第一方向与第二方向反向，实现永磁铁对9与电枢绕组8对转运动切割电磁绕组8的磁感线，以将涡轮6输出轴旋转的机械能转换为电能。
具体的，如图2所示，所述第一行星轮系10包括第一太阳轮11、第一齿圈12、若干个第一行星轮13以及设置于第一行星轮13上的第一行星架；所述第二行星轮系20包括第二太阳轮21、第二齿圈22、若干个第二行星轮23以及设置于第二行星轮23上的第二行星架；第二齿圈22沿轴向固定设置两根固定杆24，所述两根固定杆24沿第二齿圈22的径向相对设置；所述第一行星轮13与第一太阳轮11外齿合，第一行星轮13与第一齿圈12内齿合；所述第二行星轮23与第二太阳轮21外齿合，第二行星轮23与第二齿圈22内齿合；所述第一太阳轮11的输入轴14与第二太阳轮21配合，第一行星轮13通过对应的第一行星架与第一太阳轮11相连，第二行星轮23通过对应的第二行星架与第一齿圈12相连；所述电枢绕组8设置于第一太阳轮11的输出轴15上，由第一太阳轮11带动旋转；所述永磁铁对9相对设置于两根固定杆14上，由第二齿圈22驱动旋转。
相对于现有技术的电枢绕组与永磁铁构成的发电机(电枢绕组与永磁铁构，只有一个固定，另一个转动)而言，本发明的电枢绕组与永磁铁构两者沿相反方向对转，使得相对速度更大，即切割磁感线的速率增大，由感应电动势E＝BLV可知产生的感应电动势增大，从而降低制动气泵1的气压能量损耗，达到回收效率最大化。
与现有技术相比，本发明的显著优势是：对于车辆制动过程中伴随着能量损耗有一定的改善并且达到回收的目的；并且对制动气泵1的排气方式进行改善，根据制动类型通过部分气体回流的方式，确定最终由制动气泵1排出的气体量，从而避免制动不分类型将所有气体都排放出去导致的能量浪费。
实施例2
本实施例提供一种变气压制动能量回收方法，应用于实施例1所述的变气压制动能量回收装置，参考图3所示，包括以下步骤：
步骤1，从车辆制动系统接收制动信号，并判断制动信号对应的细分类型；
步骤2，控制制动气泵1向储气罐5排放气体，其排放气体量根据制动信号的细分类型确定；
步骤3，当储气罐5内的压力达到制动气压P制时，控制储气罐5朝向涡轮6释放空气以使涡轮6旋转工作，涡轮6输出轴带动双转子对转电机7工作，将机械能转换为电能存储。
在更优的实施例中，可以采用BMS电池管理系统将存储的电能分配给车辆其他方面使用。
本实施例2的工作原理和技术效果均与实施例1相同，本发明不重复阐述。
以上实施例为本申请的优选实施例，本领域的普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本申请总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本申请要求保护的范围之内。

Claims (7)

1.一种变气压制动能量回收装置，其特征在于，包括制动气泵(1)、储气罐(5)、控制器(3)、涡轮(6)、双转子对转电机(7)、设置于储气罐内的压力传感器以及设置于制动气泵(1)的排气阀与储气罐(5)之间的第一排气管(2)；第一排气管(2)用于：在车辆制动时，制动气泵(1)通过第一排气管(101)为储气罐(5)提供空气压力；所述控制器(3)从车辆制动系统接收制动信号以及从压力传感器接收储气罐内的压力信号，并在储气罐(5)内的压力达到制动气压P制时，控制储气罐(5)向涡轮(6)释放空气以使涡轮(6)旋转；所述涡轮(6)通过其输出轴带动双转子对转电机(7)进行对转运动，完成能量转换并以电能形式存储。
2.根据权利要求1所述的一种变气压制动能量回收装置，其特征在于，所述双转子对转电机(7)包括第一行星轮系(10)、第二行星轮系(20)、电枢绕组(8)和永磁铁对(9)，所述第一行星轮系(10)驱动电枢绕组(8)沿第一方向旋转，所述第二行星轮系(20)驱动永磁铁对(9)绕电枢绕组(8)沿第二方向旋转，所述第一方向与第二方向反向，实现永磁铁对(9)与电枢绕组(8)对转运动切割电磁绕组(8)的磁感线，以将涡轮(6)输出轴旋转的机械能转换为电能。
3.根据权利要求2所述的一种变气压制动能量回收装置，其特征在于，所述第一行星轮系(10)包括第一太阳轮(11)、第一齿圈(12)、若干个第一行星轮(13)以及设置于第一行星轮(13)上的第一行星架；所述第二行星轮系(20)包括第二太阳轮(21)、第二齿圈(22)、若干个第二行星轮(23)以及设置于第二行星轮(23)上的第二行星架；第二齿圈(22)沿轴向固定设置两根固定杆(24)，所述两根固定杆(24)沿第二齿圈(22)的径向相对设置；所述第一行星轮(13)与第一太阳轮(11)外齿合，第一行星轮(13)与第一齿圈(12)内齿合；所述第二行星轮(23)与第二太阳轮(21)外齿合，第二行星轮(23)与第二齿圈(22)内齿合；所述第一太阳轮(11)的输入轴(14)与第二太阳轮(21)配合，第一行星轮(13)通过对应的第一行星架与第一太阳轮(11)相连，第二行星轮(23)通过对应的第二行星架与第一齿圈(12)相连；所述电枢绕组(8)设置于第一太阳轮(11)的输出轴(15)上，由第一太阳轮(11)带动旋转；所述永磁铁对(9)相对设置于两根固定杆(14)上，由第二齿圈(22)驱动旋转。
4.根据权利要求1所述的一种变气压制动能量回收装置，其特征在于，所述设置于制动气泵(1)的回流阀与储气罐(5)之间还设置有第二回流管(4)；所述第二回流管(4)用于：在车辆制动时，控制器(3)根据制动信号的细分类型，控制储气罐(5)通过第二回流管(4)将气体回流至制动气泵(1)。
5.根据权利要求1所述的一种变气压制动能量回收装置，其特征在于，所述制动信号的细分类型包括紧急制动、平滑制动和缓慢制动三种；不同细分类型的制动信号，对应不同量的回流气体。
6.一种变气压制动能量回收方法，其特征在于，应用于权利要求1-5任一所述的变气压制动能量回收装置，包括以下步骤：
步骤1，从车辆制动系统接收制动信号，并判断制动信号对应的细分类型；
步骤2，控制制动气泵向储气罐排放气体，其排放气体量根据制动信号的细分类型确定；
步骤3，当储气罐内的压力达到制动气压P制时，控制储气罐朝向涡轮释放空气以使涡轮旋转工作，涡轮输出轴带动双转子对转电机工作，将机械能转换为电能存储。
7.根据权利要求6所述的一种变气压制动能量回收方法，其特征在于，采用BMS电池管理系统将存储的电能分配给车辆使用。
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