CN108501731A - 一种制动能量回收***及节能汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制动能量回收***及节能汽车,属于汽车技术领域。该制动能量回收***包括:多绕组同步发电机、电动切换开关和蓄电池。该发电机包含转子绕组和沿转子绕组的转轴方向轴向排列的多组定子绕组,每组定子绕组末端以星形接法连接,首端分别向外引出用于与电动切换开关连接的第一接线端子。电动切换开关分别与该发电机和蓄电池连接,通过控制电动切换开关调节连通定子绕组数量,进而调节该发电机的逆向扭矩,以及调节该发电机的输出电流。通过电动切换开关逐渐调节增加接通的定子绕组数量,可以使该发电机逆向扭矩逐渐增大呈现较好的线性关系,使得该发电机输出的逆向扭矩可调,以达到提高制动能量回收率的目的。
Description
技术领域
本发明属于汽车技术领域,具体涉及一种制动能量回收***及节能汽车。
背景技术
目前节能汽车通过在发动机和发电机之间设置离合器,当车辆制动减速时,发动机通过离合器带动发电机转动,发电机产生的逆电动势对发动机有逆向扭矩作用,即有制动效果,同时发电机产生电流,通过制动能量回收***将电能予以回收。其中,制动能量回收***是指一种将汽车制动时产生的热能,转换成机械能并以电能的形式存储在蓄电池中的***。目前节能汽车的主要原理是:当驾驶员踩下制动踏板,制动***和制动能量回收***同时开始工作,发电机投入工作开始对蓄电池充电。
本申请研究人在研究本申请的过程中发现,如果驾驶员轻踩制动踏板时,由于所需的制动力矩不大,所以发电机和发动机之间不能完全接合,离合器会处于半联动状态,离合器内部主、从动部分会相对滑转,产生摩擦热消耗能量,导致发动机的动能被离合器以热量的形式消耗了,影响了制动能量的回收率。
发明内容
鉴于此,本发明的目的在于提供一种制动能量回收***及节能汽车,以有效地改善上述问题。
本发明的实施例是这样实现的:
本发明实施例提供了一种制动能量回收***,包括:多绕组同步发电机、电动切换开关和蓄电池。所述多绕组同步发电机包含转子绕组和沿所述转子绕组的转轴方向轴向排列的多组定子绕组,每组定子绕组末端以星形接法连接,首端分别向外引出用于与所述电动切换开关连接的第一接线端子。所述电动切换开关分别与所述多绕组同步发电机和所述蓄电池连接,通过控制所述电动切换开关调节连通所述定子绕组数量,进而调节所述多绕组同步发电机的逆向扭矩,以及调节所述多绕组同步发电机的输出电流。
在本发明可选的实施例中,所述电动切换开关对应所述第一接线端子设置有第二接线端子,以便连接多组所述定子绕组的引出线;以及还设置有驱动装置和金属滑动片,所述金属滑动片的一侧用于与所述第二接线端子滑动连接,所述金属滑动片的另一侧向外引出用于与所述蓄电池连接的输出端子,所述金属滑动片在所述驱动装置的驱动下,调节连通所述定子绕组的数量。
在本发明可选的实施例中,所述第一接线端子为单相接线端子,该单相接线端子包含与所述定子绕组相同数量的触点。
在本发明可选的实施例中,所述第一接线端子为双相接线端子,每相接线端子包含与所述定子绕组相同数量的触点;所述金属滑动片包含第一滑片和第二滑片,所述第一滑片的一侧用于与所述第二接线端子中某一相的触点滑动连接,所述第一滑片的另一侧向外引出用于与所述蓄电池连接的输出端子,所述第二滑片的一侧用于与所述第二接线端子中另一相的触点滑动连接,所述第二滑片的另一侧向外引出用于与所述蓄电池连接的输出端子。
在本发明可选的实施例中,所述第一接线端子包括A相接线端子、B相接线端子和C相接线端子;每相接线端子包含与所述定子绕组相同数量的触点;所述金属滑动片包含第一滑片、第二滑片和第三滑片,所述第一滑片的一侧用于与所述第二接线端子中A相的触点滑动连接,所述第一滑片的另一侧向外引出用于与所述蓄电池连接的输出端子,所述第二滑片的一侧用于与所述第二接线端子中B相的触点滑动连接,所述第二滑片的另一侧向外引出用于与所述蓄电池连接的输出端子,所述第三滑片的一侧用于与所述第二接线端子中C相的触点滑动连接,所述第三滑片的另一侧向外引出用于与所述蓄电池连接的输出端子。
在本发明可选的实施例中,所述转子绕组为直流励磁的单一绕组。
在本发明可选的实施例中,所述转子绕组的转子线圈绕制后的轴向长度为所有定子绕组绕制后的轴向长度之和。
在本发明可选的实施例中,每组定子绕组的绕制方式、匝数相同
在本发明可选的实施例中,所述金属滑动片为铜质滑动开关。
本发明实施例还提供了一种节能汽车,包括:上述的制动能量回收***。
本发明实施例提供的制动能量回收***,包括:多绕组同步发电机、电动切换开关和蓄电池。该发电机包含转子绕组和沿转子绕组的转轴方向轴向排列的多组定子绕组,每组定子绕组末端以星形接法连接,首端分别向外引出用于与电动切换开关连接的第一接线端子。电动切换开关分别与该发电机和蓄电池连接,通过控制电动切换开关调节连通定子绕组数量,进而调节该发电机的逆向扭矩,以及调节该发电机的输出电流。通过电动切换开关逐渐调节增加接通的定子绕组数量,可以使该发电机逆向扭矩逐渐增大呈现较好的线性关系,使得该发电机输出的逆向扭矩可调,以达到提高制动能量回收率的目的。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明实施例而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示,本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图,重点在于示出本发明的主旨。
图1示出了本发明实施例提供的一种制动能量回收***的结构示意图。
图2示出了本发明实施例提供的一种多绕组同步发电机的定子绕组的绕制示意图。
图3示出了本发明实施例提供的一种电动切换开关的结构示意图。
图4示出了本发明实施例提供的另一种电动切换开关的结构示意图。
图5示出了本发明实施例提供的一种节能汽车的结构示意图。
图标:100-制动能量回收***;110-多绕组同步发电机;120-电动切换开关;130-蓄电池;200-节能汽车;210-电子控制制动***;220-离合器;230-机械制动***。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
目前节能汽车通过在发动机和发电机之间设置离合器,当车辆制动减速时,发动机通过离合器带动发电机转动,发电机产生的逆电动势对发动机有逆向扭矩作用,即有制动效果,同时发电机产生电流,通过制动能量回收***将电能予以回收。其中,制动能量回收***是指一种将汽车制动时产生的热能,转换成机械能并以电能的形式存储在蓄电池中的***。目前节能汽车的主要原理是:当驾驶员踩下制动踏板,制动***和制动能量回收***同时开始工作,发电机投入工作开始对蓄电池充电。
本申请研究人在研究本申请的过程中发现,如果驾驶员轻踩制动踏板时,由于所需的制动力矩不大,所以发电机和发动机之间不能完全接合,离合器会处于半联动状态,离合器内部主、从动部分会相对滑转,产生摩擦热消耗能量,导致发动机的动能被离合器以热量的形式消耗了,影响了制动能量的回收率。进一步研究发现,目前节能汽车用的制动能量回收***,存在以下问题;
发电机均为一组绕组,即是a、b、c三相分别各只有一个完整绕组,合称为一组绕组。发电机工作时所有绕组同时投入,发电机产生的逆向扭矩大小不可调节。离合器处于半联动状态时间越长,发动机能量被离合器消耗就会越多。如果发电机和发动机突然完全接合,此时发电机的逆向扭矩最大,会使汽车行驶产生顿挫感,影响驾驶的平稳性。
针对以上方案所存在的缺陷,均是发明人在经过实践并仔细研究后得出的结果,因此,上述问题的发现过程以及下文中本发明实施例针对上述问题所提出的解决方案,都应该是发明人在本发明过程中对本发明做出的贡献。
基于上述原因的分析,为减少离合器的能量消耗,提高制动能量的回收率,同时保证汽车制动时的舒适感,应该尽量缩短离合器的半联动状态时间,将发电机制成输出逆向扭矩大小可调节式。鉴于此,本发明实施例提供了一种制动能量回收***100,如图1所示。该制动能量回收***100包括:多绕组同步发电机110、电动切换开关120和蓄电池130。
该多绕组同步发电机110的基本原理与现有的同步发电机类似,其主要包含转子绕组和沿所述转子绕组的转轴方向轴向排列的多组定子绕组,每组定子绕组末端以星形接法连接,首端分别向外引出用于与所述电动切换开关120连接的第一接线端子,如图2所示(其中,本实施例仅示出了第一接线端子为三相接线端子的情形,其余的情形与之类似)。该多绕组同步发电机110是在现有同步发电机的基础上作的改进,将现有的单一定子绕组的绕制方式,改进为多组定子绕组的绕制方式,以使得发电机产生的逆向扭矩大小可调节。
其中,该多绕组同步发电机110可以是单相、双相或三相的。当该多绕组同步发电机110为单相时,该第一接线端子为单相接线端子,该单相接线端子包含与所述定子绕组相同数量的触点。当该多绕组同步发电机110为双相时,第一接线端子为双相接线端子,每相接线端子包含与所述定子绕组相同数量的触点。当该多绕组同步发电机110为三相时,第一接线端子包括A相接线端子、B相接线端子和C相接线端子;每相接线端子包含与所述定子绕组相同数量的触点。
其中,该转子绕组为直流励磁的单一绕组,转子绕组的转子线圈绕制后的轴向长度为所有定子绕组绕制后的轴向长度之和。
其中,每组定子绕组的绕制方式、匝数相同,使得每组定子绕组电气特性相同。
所述电动切换开关120分别与所述多绕组同步发电机110和所述蓄电池130连接,通过控制所述电动切换开关120调节连通所述定子绕组数量,进而调节所述多绕组同步发电机110的逆向扭矩,以及调节所述多绕组同步发电机110的输出电流。
作为一种可选的实施方式,如图3所示(其中,本实施例仅示出了第一接线端子为三相接线端子的情形,其余的情形与之类似),所述电动切换开关120对应所述第一接线端子设置有第二接线端子,以便连接多组所述定子绕组的引出线;以及还设置有驱动装置和金属滑动片,所述金属滑动片的一侧用于与所述第二接线端子滑动连接,所述金属滑动片的另一侧向外引出用于与所述蓄电池130连接的输出端子,所述金属滑动片在所述驱动装置的驱动下,调节连通所述定子绕组的数量。
当该第一接线端子为单相接线端子时,相应地,该第二接线端子也为单相接线端子,此时,该金属滑动片的数量为一个,作为一种实施方式,该金属滑动片在所述驱动装置的驱动下与第二接线端子中的触点滑动连接时,可以是基于从左到右或从右到左的顺序依次连接,例如,当驾驶员不踩下制动踏板时,金属滑动片不连通定子绕组,即此时,发动机和多绕组同步发电机110发电机通过离合器断开,发电机不转动、不工作。当制动踏板被踩下时,控制驱动装置以驱动该金属滑动片连通第一个定子绕组,发动机带动多绕组同步发电机110转动发电;随着制动踏板力度的加大,控制电动切换开关120逐渐增加接通的定子绕组数量(金属滑动片从左向右或从右到左的顺序滑动,依次与越来越多的触点相接触,直到与所有的触点全部接触为止),多绕组同步发电机110制动扭矩逐渐增大,充电电流也逐渐增大。
当该第一接线端子为双相接线端子时,相应地,该第二接线端子也为双相接线端子,此时,该金属滑动片的数量为2个,即该金属滑动片包含第一滑片和第二滑片。所述第一滑片的一侧用于与所述第二接线端子中某一相的触点滑动连接,所述第一滑片的另一侧向外引出用于与所述蓄电池130连接的输出端子,所述第二滑片的一侧用于与所述第二接线端子中另一相的触点滑动连接,所述第二滑片的另一侧向外引出用于与所述蓄电池130连接的输出端子。
当该第一接线端子为三相接线端子时,如,包括A相接线端子、B相接线端子和C相接线端子时,相应地,该第二接线端子也为三相接线端子,此时,该金属滑动片的数量为3个,即该金属滑动片包含第一滑片、第二滑片和第三滑片。所述第一滑片的一侧用于与所述第二接线端子中A相的触点滑动连接,所述第一滑片的另一侧向外引出用于与所述蓄电池130连接的输出端子,所述第二滑片的一侧用于与所述第二接线端子中B相的触点滑动连接,所述第二滑片的另一侧向外引出用于与所述蓄电池130连接的输出端子,所述第三滑片的一侧用于与所述第二接线端子中C相的触点滑动连接,所述第三滑片的另一侧向外引出用于与所述蓄电池130连接的输出端子。
其中,每一相的触点与滑片的连通方式与上述单相的触点与滑片的连通方式相同。当该第一接线端子为双相或三相时,每个滑片与每相触点的连通是同步的,例如,第一滑片连通a2时,第二滑片连通b2,第三滑片连通c3。
基于上述描述可知,第一种实施方式下的电动切换开关120的金属滑动片的滑片随着多绕组同步发电机110的相数变化而变化,即多绕组同步发电机110为单相时,该金属滑动片的滑片数量为1个;为双相时,滑片数量为2个;为三相时,滑片数量为3个。
作为另一种可选的实施方式,如图4所示(其中,本实施例仅示出了第一接线端子为三相接线端子的情形,其余的情形与之类似),无论多绕组同步发电机110的相数如何变化,该电动切换开关120的金属滑动片的滑片数量仅为一个,此时,该第二接线端子包括多组触点,每组触点的数量由多绕组同步发电机110的相数决定,例如,单相时,每组触点由1个触点构成,双相时,每组触点由两个触点构成,三相时,每组触点由3个触点构成,如,A、B、C三相。为了便于理解,以三相为例,进行说明,即每组触点由A、B、C三个触点构成,对应接入第一路、第二路、直第N路定子绕组的引出线,如第一组触点为a1、b1、c1;第二组触点为a2、b2、c2;第N组触点为an、bn、cn。此时,该金属滑动片每次滑动连接触点时,每次以组触点为连接对象,例如,同时连接a1、b1、c1;继续向右滑动时,同时连接a2、b2、c2。其中,该金属滑动片与每组触点连通的方式与上述方式相同,即金属滑动片从左向右或从右到左的顺序滑动,依次与越来越多的组触点相接触,直到与所有的组触点全部接触为止。
其中,作为一种可选的实施方式,上述的金属滑动片为铜质滑动开关。
其中,上述的驱动装置包括微型电机,以便驱动该金属滑动片左右运动。
其中,由于多绕组同步发电机110包括多组定子绕组,每组定子绕组电气特性相同,通过电动切换开关120逐渐调节增加接通的定子绕组数量,可以使多绕组同步发电机110逆向扭矩逐渐增大呈现较好的线性关系。当定子绕组数量足够多时,也可保证汽车制动时的平滑度,因此达到了缩短离合器的半联动状态时间、减少热量损耗、提高制动能量回收率的目的。
本发明实施例还提供了一种节能汽车200,如图5所示,该节能汽车200包括电子控制制动***210、离合器220、机械制动***230、发动机和上任一项实施方式所述的制动能量回收***100。所述电子控制制动***210分别与所述离合器220、所述机械制动***230和所述电动切换开关120(其中的驱动装置)连接,所述电子控制制动***210通过控制所述离合器220控制所述发动机与所述多绕组同步发电机110之间的接合度。当驾驶员不踩下制动踏板时,发动机和发电机通过离合器220断开,发电机不转动、不工作。当制动踏板被踩下时,所述电子控制制动***210控制所述离合器220处于全联动工作状态,使得所述多绕组同步发电机110和发动机完全接合,所述发动机带动所述多绕组同步发电机110转动发电;以及控制所述电动切换开关120调节连通所述定子绕组数量,进而调节所述多绕组同步发电机110的逆向扭矩,以及调节所述多绕组同步发电机110的输出电流。汽车制动时所需的制动力矩不大时,完全由多绕组同步发电机110的逆向扭矩提供制动力矩;随着连通定子绕组数量的增加,多绕组同步发电机110的逆向扭矩逐渐增大,充电电流也逐渐增大,当电动切换开关120接通所有定子绕组后,多绕组同步发电机110的逆向扭矩达到最大,充电电流也最大,若此时,仍达不到汽车制动时所需的制动力矩时,方启动机械制动***230。
需要说明的是,本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种制动能量回收***,其特征在于,包括:多绕组同步发电机、电动切换开关和蓄电池;
所述多绕组同步发电机包含转子绕组和沿所述转子绕组的转轴方向轴向排列的多组定子绕组,每组定子绕组末端以星形接法连接,首端分别向外引出用于与所述电动切换开关连接的第一接线端子;
所述电动切换开关分别与所述多绕组同步发电机和所述蓄电池连接,通过控制所述电动切换开关调节连通所述定子绕组数量,进而调节所述多绕组同步发电机的逆向扭矩,以及调节所述多绕组同步发电机的输出电流。
2.根据权利要求1所述的制动能量回收***,其特征在于,所述电动切换开关对应所述第一接线端子设置有第二接线端子,以便连接多组所述定子绕组的引出线;以及还设置有驱动装置和金属滑动片,所述金属滑动片的一侧用于与所述第二接线端子滑动连接,所述金属滑动片的另一侧向外引出用于与所述蓄电池连接的输出端子,所述金属滑动片在所述驱动装置的驱动下,调节连通所述定子绕组的数量。
3.根据权利要求2所述的制动能量回收***,其特征在于,所述第一接线端子为单相接线端子,该单相接线端子包含与所述定子绕组相同数量的触点。
4.根据权利要求3所述的制动能量回收***,其特征在于,所述第一接线端子为双相接线端子,每相接线端子包含与所述定子绕组相同数量的触点;所述金属滑动片包含第一滑片和第二滑片,所述第一滑片的一侧用于与所述第二接线端子中某一相的触点滑动连接,所述第一滑片的另一侧向外引出用于与所述蓄电池连接的输出端子,所述第二滑片的一侧用于与所述第二接线端子中另一相的触点滑动连接,所述第二滑片的另一侧向外引出用于与所述蓄电池连接的输出端子。
5.根据权利要求3所述的制动能量回收***,其特征在于,所述第一接线端子包括A相接线端子、B相接线端子和C相接线端子;每相接线端子包含与所述定子绕组相同数量的触点;所述金属滑动片包含第一滑片、第二滑片和第三滑片,所述第一滑片的一侧用于与所述第二接线端子中A相的触点滑动连接,所述第一滑片的另一侧向外引出用于与所述蓄电池连接的输出端子,所述第二滑片的一侧用于与所述第二接线端子中B相的触点滑动连接,所述第二滑片的另一侧向外引出用于与所述蓄电池连接的输出端子,所述第三滑片的一侧用于与所述第二接线端子中C相的触点滑动连接,所述第三滑片的另一侧向外引出用于与所述蓄电池连接的输出端子。
6.根据权利要求1-5任一项所述的制动能量回收***,其特征在于,所述转子绕组为直流励磁的单一绕组。
7.根据权利要求1-5任一项所述的制动能量回收***,其特征在于,所述转子绕组的转子线圈绕制后的轴向长度为所有定子绕组绕制后的轴向长度之和。
8.根据权利要求1-5任一项所述的制动能量回收***,其特征在于,每组定子绕组的绕制方式、匝数相同。
9.根据权利要求2任一项所述的制动能量回收***,其特征在于,所述金属滑动片为铜质滑动开关。
10.一种节能汽车,其特征在于,包括:如权利要求1-9任一项所述的制动能量回收***。
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