CN203449942U

CN203449942U - 一种发条式动能集放系统

Info

Publication number: CN203449942U
Application number: CN201320596561.3U
Authority: CN
Inventors: 汤灿辉
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2013-09-26
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2023-09-26

Abstract

一种发条式动能集放系统，涉及动能利用机械技术领域，包括盘形弹簧，在盘形弹簧的内端通过中心轴连接单向转动的动能输入棘轮，在盘形弹簧的外端连接单向转动的势能输出齿轮，在所述动能输入棘轮的中心转动式支撑在一棘轮轴上，在所述势能输出齿轮的中心转动式支撑在一齿轮轴上。本实用新型可以使车辆制动时的车身动能，通过变速箱和齿轮组传入发条组，拧紧盘形弹簧，使动能转化为发条势能，并部分代替刹车功能；当车辆重新加速时，发条组回收积蓄的势能通过齿轮组传动释放，与发动机形成混合动力，达到辅助驱动效果，使不断反复的制动、加速过程中浪费的能量得到较高程度的暂存、再利用，从而达到显著的节能、降耗、减磨损效果。

Description

一种发条式动能集放系统

技术领域

本实用新型涉及动能利用机械技术领域，特别是将转动的动能收集后，再用于转动的释放装置的结构技术。

背景技术

当今世界汽车工业都面临着产业发展与节能减排的尖锐矛盾，随着能源和环境问题的日益加剧，无数的科学家都在孜孜以求节能降耗技术的进一步突破，以适应社会发展趋势。目前，随着材料、结构、技术各方面的日臻完善，节能技术进步的空间似乎越来越小，普通汽车节油0.1个百分点也不容易。因此，人们把目光聚焦到了车辆行驶中的顽症上：不断反复的制动与加速，造成大量能量被刹车盘和轮胎白白散失，如能实现车身制动能量回收再利用，其意义非同小可。在此背景下，近年出现了动能回收系统（KERS）这项创新技术，并在F1赛车和新宝马1系上得到应用，尤其是沃尔沃汽车，声称利用动能回收技术，实现了20%的油耗降幅，获得了相当于一台1.2L汽油机的额外动力。无论如何，这些都是令人值得称赞的技术成果。

目前正在完善中的KERS系统存在两种技术原理，即飞轮式动能回收系统和电池-电机式动能回收系统。飞轮式动能回收系统以飞轮作为能量集放核心，即利用制动时的车身动能带动飞轮高速旋转，当车辆加速时，飞轮积蓄的能量通过无级变速箱反向释放，与引擎动力汇合，输出至驱动轮。飞轮式动能回收系统效率较高，结构紧凑，但由于飞轮不能做得太大，只好以提高转速来储存足够的能量，6Kg的碳纤维本体钢制飞轮转速达到恐怖的60000rpm以上，为解决超高速产生的巨大热量和风阻损耗，必须安装十分精密的轴密封真空盒，所以造成制造困难、价格昂贵，难以向大众车辆普及推广。电池-电机式动能回收系统通过电转换实现能量的集放，虽然原理简单，制造容易，但发电-蓄电机构笨重，能量回收利用效率低下，暂不具有经济性和推广价值。

实用新型内容

本实用新型目的是提出一种制作成本低、动能回收率高的发条式动能集放系统。

本实用新型包括盘形弹簧，在盘形弹簧的内端通过中心轴连接单向转动的动能输入棘轮，在盘形弹簧的外端连接单向转动的势能输出齿轮，在所述动能输入棘轮的中心转动式支撑在一棘轮轴上，在所述势能输出齿轮的中心转动式支撑在一齿轮轴上。

本实用新型的工作原理：盘形弹簧作为发条使用，可由高强度、高弹性、变形小的合金材料制成，围绕中心轴多圈盘绕，可以反复拧紧和复原，承担动能与势能的相互转化并反复存储、释放的功能。单向转动的动能输入棘轮则在外部控制机构的控制下选择性地通过单向转动拧紧发条，动能输入棘轮由车辆控制系统根据制动传感器的信号控制其转动和停转。

将本实用新型的各部件包裹在一壳体内，安装时将棘轮轴和齿轮轴通过支架刚性固定在车辆底盘上，与车轮构成相对运动的物体。

动能输入棘轮由外部的齿轮组带动，齿轮组由车身动能带动，动能输入棘轮的转动和停转由车辆控制系统根据制动传感器的信号控制。势能输出齿轮通过齿轮组将发条势能反向释放成前行驱动力，车辆控制系统根据车辆起步与否控制势能输出齿轮的转或停，以实现势能的输出和暂停输出。

本实用新型可以使车辆制动时因为惯性而存在的车身动能，通过车轮轴、变速箱、齿轮组、离合器，带动单向转动的动能输入棘轮发生转动，使盘形弹簧拧紧而储存势能，还能部分代替刹车的作用；当车辆需要重新加速时，盘形弹簧将回收积蓄的势能变成转动扭矩，使势能输出齿轮发生转动，然后通过离合器使输出的齿轮组施加于车轮上，与发动机形成混合动力，达到辅助驱动效果，从而实现显著的节能、降耗、减磨损效果。

基于同样原理，可以适用于所有地面行驶和轨道行驶的机动、电动、人力车辆，所以包括汽车、电动车、火车、自行车。

本实用新型具有构造简单、效果突出、廉价可靠、应用范围广阔的显著优点，其回收的能量近乎100%得到利用，为动能回收系统的实际应用开辟了前景。

另外，本实用新型所述动能输入棘轮的外周均匀设置轮齿，内周均匀设置棘齿，与棘齿配合的棘爪连接在棘轮轴上。该结构简单，可简易地实现动能输入棘轮的单向转动，以利于回收刹车的势能。

所述势能输出齿轮的外周均匀设置轮齿，在势能输出齿轮上固定连接径向设置的导向杆，在所述导向杆上配合连接滑块，所述滑块的一端与盘形弹簧的外端连接，在势能输出齿轮的一个端面开设凹槽，在支撑势能输出齿轮的所述齿轮轴上连接卡止爪，卡止爪的自由端通过控制机构选择性地卡入或离开凹槽。

势能输出齿轮设有卡止爪，发条势能变成转动扭矩，通过齿轮组反向释放成前行驱动力，车辆控制系统根据车辆起步与否控制卡止爪，实现势能的输出和暂停输出。

本实用新型还在盘形弹簧的外端固定连接一平行于盘形弹簧的宽度方向的直杆，所述滑块固定连接在直杆的一端。

所述棘轮轴通过连接轴和齿轮轴同轴固定连接，所述盘形弹簧内端的中心轴间隙式套置在连接轴外。不但利于提高整体刚性，还能使动能输入棘轮和势能输出齿轮平行分列于盘形弹簧的两侧，实现动能输入棘轮拧紧发条和发条带动势能输出齿轮的同轴、各自转动。

附图说明

图1为本实用新型的一种结构示意图。

图2为动能输入棘轮的一种结构示意图。

图3为本实用新型的一种应用原理图。

具体实施方式

如图1所示，单向动能输入棘轮1、盘形弹簧2和势能输出齿轮3相互平行布置，在盘形弹簧1的内端固定连接一只中空的中心轴4，动能输入棘轮1的中心转动式支撑在棘轮轴5上，势能输出齿轮3的中心转动式支撑在齿轮轴6上。

棘轮轴5通过连接轴7和齿轮轴6同轴固定连接，在制作时可以直接一体制造。中心轴4则间隙式地套置在连接轴7外。

动能输入棘轮1的外周均匀设置轮齿1-1，内周均匀设置棘齿1-2，如图2所示，与棘齿1-2配合的棘爪1-3连接在棘轮轴5上。

动能输入棘轮1的一个端面通过连接件8与中心轴4的一个端头固定连接。

势能输出齿轮3的外周均匀设置轮齿，在势能输出齿轮3上固定连接径向设置的导向杆10，在导向杆10上配合地套置一只滑块11。在盘形弹簧2的外端固定连接一平行于盘形弹簧2的宽度方向的直杆9。滑块11的一端与直杆9固定连接。

在势能输出齿轮3的另一个端面开设凹槽3-1。

在齿轮轴6上连接一只卡止爪12，卡止爪12的自由端通过控制机构选择性地卡入或离开凹槽3-1。

实用新型的一种应用方式可如图3所示，汽车引擎A通过车轮轴B、齿轮组C、离合器D、变速箱E带动本实用新型F的单向动能输入棘轮1发生转动，使盘形弹簧拧紧而储存势能。当车辆需要重新加速时，盘形弹簧将回收积蓄的势能变成转动扭矩，使势能输出齿轮3发生转动，然后通过离合器G、齿轮组H再施加于车轮轴B上，与发动机形成混合动力，达到辅助驱动效果。

作为改进，本实用新型也可通过增加斜面齿轮组，使发条组中心轴与车轮轴垂直，有利于增加发条盒直径、提高能量储存容量，又能解决车辆安装空间的限制。

另外，除了通过增加盘形弹簧圈数和宽厚度来提高动能储量外，也可通过多个盘形弹簧并联实现动能梯级储存，扩大应用范围包括火车。

Claims

1.一种发条式动能集放系统，其特征在于：包括盘形弹簧，在盘形弹簧的内端通过中心轴连接单向转动的动能输入棘轮，在盘形弹簧的外端连接单向转动的势能输出齿轮，在所述动能输入棘轮的中心转动式支撑在一棘轮轴上，在所述势能输出齿轮的中心转动式支撑在一齿轮轴上。

2.根据权利要求1所述发条式动能集放系统，其特征在于所述动能输入棘轮的外周均匀设置轮齿，内周均匀设置棘齿，与棘齿配合的棘爪连接在棘轮轴上。

3.根据权利要求1所述发条式动能集放系统，其特征在于所述势能输出齿轮的外周均匀设置轮齿，在势能输出齿轮上固定连接径向设置的导向杆，在所述导向杆上配合连接滑块，所述滑块的一端与盘形弹簧的外端连接，在势能输出齿轮的一个端面开设凹槽，在支撑势能输出齿轮的所述齿轮轴上连接卡止爪，卡止爪的自由端通过控制机构选择性地卡入或离开凹槽。

4.根据权利要求3所述发条式动能集放系统，其特征在于在盘形弹簧的外端固定连接一平行于盘形弹簧的宽度方向的直杆，所述滑块固定连接在直杆的一端。