專利名稱：動能貯放裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明創(chuàng)造涉及動力機械裝置，尤其是用于公交車等機動車輛上制動和啟 動時動能貯放的節(jié)能機械裝置。
背景技術(shù)：
長期以來，對動力設(shè)備(尤其是公交車等機動車)制動時，如何高效率、 低成本地回收其動能， 一直是機械行業(yè)內(nèi)的重大節(jié)能難題。近年出現(xiàn)了二種所 謂"混合動力公交車"， 一種加裝了制動貯放能量液壓系統(tǒng)，另一種是加裝了制
動E:放能量電力系統(tǒng)。在制動減速或下坡時，這兩種車的行駛動能或勢能轉(zhuǎn)化
成液壓能或電能并貯存在液壓蓄能器或蓄電池中；在車輛起步或加速時，先釋
放制動所貯能量驅(qū)動車輛前迸，然后發(fā)動機參與驅(qū)動。由于公交車處于頻繁起
步、加速、停車等工況，因此這二種車具有顯著的節(jié)能環(huán)保效果據(jù)報道，城 市公交工況可節(jié)油25%至30%，減少排放發(fā)動機啟動時的黑煙40%以上。但是這 二種混合動力公交車每輛車增加的成本最少高達7.5萬元，而難以推廣。本文 作者在07年5月提出了可用于改裝公交車的機械技術(shù)方案"制動貯放能量飛輪 裝置"(專利申請?zhí)枮?00710105591.9和200720150943.8，)。其核心技術(shù)方
案是有飛輪及其動力進出軸，飛輪對制動能(機動車等動力設(shè)備因制動而減 少的動能)的貯放，是通過其動力進出軸、磨擦離合器和無級變速器完成的 變速器傳動比(速比)變小時，飛輪轉(zhuǎn)速變快而貯存制動能；傳動比(速比) 變大時，飛輪轉(zhuǎn)速變慢而釋放制動能。與上述二種混合動力公交車比較，"制動 C:放能量飛輪裝置"裝上公交車后，有著節(jié)能降污效果同樣好或更好、能補助 制動以及成本較低、啟動基本不用變檔的優(yōu)點，然而，還是存在著增加重量大、 制造安裝成本還不夠低和推廣應(yīng)用難度仍然偏大等主要缺點，需要加以改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明創(chuàng)造提供了一種制動和啟動時動能貯放的機械新裝置，它是上述"制 動貯放能量飛輪裝置"的進一步簡化和輕化將大功率、重量約三百千克的較 復(fù)雜的無級變速器取消，并增加對飛輪迸行電力貯能的裝置。其飛輪與機動車 等需制動設(shè)備的能量交換，是通過其動力進出軸和磨擦離合器直接完成的。本 裝置有飛輪及其動力進出軸，飛輪通過磨擦離合器與動力進出軸傳動聯(lián)接，其 特征在于飛輪旁有超越離合器和電動機，飛輪通過超越離合器與電動機傳動
聯(lián)接。制動時，制動能經(jīng)由動力進出軸和磨擦離合器驅(qū)動飛輪加速轉(zhuǎn)動；制動 后，磨擦離合器分離并車停時，電動機經(jīng)由超越離合器進一步加速驅(qū)動飛輪至 高速；機動車等設(shè)備啟動加速時，磨擦離合器閉合，動力從高速飛輪、磨擦離 合器和動力進出軸傳回以啟動加速機動車等設(shè)備。比較上述的"制動貯放能量 飛輪裝置"，這樣貯存的制動能少了，但是飛輪總貯能量卻因電能的貯存反而 可以增加，裝置得以大幅度簡化和輕化。本裝置特別適用于公交車。公交車從 車停到啟動的時間， 一般有幾十秒。在這幾十秒內(nèi)， 一個幾千瓦的由傳統(tǒng)鉛蓄 電池供電的電動機，就可將飛輪轉(zhuǎn)速提高到能將公交車啟動至每小時幾十千米 的速度！這樣，對用于公交車等燃油車來說，本裝置有著十分重大的現(xiàn)實意義: 啟動可以完全不用油，而只用飛輪貯存的制動能和價廉的可再生的能源——電 能！特別要指出的是由于用油啟動的總效率僅僅達5% 10%，而用電啟動的 總效率可達70%，而油價已一路走高，所以用電啟動比較用油啟動所花掉的能 源費用要少約十倍！雖然，車的用電量會大幅度增加，需大幅度增加充電次數(shù)， 以及相應(yīng)增加蓄電池容量，但因此增加的麻煩和成本相對很小。本裝置比較上 述的"制動貯放能量飛輪裝置"綜合性能和效益可能略勝一籌安裝在新舊 公交車后，本裝置雖然有啟動仍舊需變檔和需經(jīng)常給蓄電池充電的缺點，但有 可節(jié)油約30%以上、啟動時發(fā)動機的黑煙由減少排放40%變至零排放、能補助制 動、更簡單易生產(chǎn)、易改裝新舊車、易維護維修、成本大幅度降低、安全可靠 可行性更高的優(yōu)點，可以很快地大量推廣應(yīng)用！


本發(fā)明創(chuàng)造由以下裝在公交車上的三個實施例及其附圖給出。圖1、 2所示 的是第一個實施例，圖1、 3、 4所示的是第二個實施例；這二個實施例的主體 是一樣的，都是由其安裝在公交車尾部時的裝配1所示。這二個實施例的 區(qū)別在于實施例的主體與車變速器的聯(lián)接結(jié)構(gòu)不同圖2是第一種聯(lián)接結(jié)構(gòu)的 裝配圖；圖3和圖4均是第二種聯(lián)接結(jié)構(gòu)的裝配圖，圖3是圖4的A—A局部剖 視圖。圖6所示是第三個實施例示意圖，也是車后橋與車變速器之間的向后剖 視圖。圖5是圖1、 6的局部放大裝配圖。附圖中，部件之間的尺寸比接近實際。
具體實施例方式
由圖1、 6可知，這三個實施例都有飛輪(2)及其動力進出軸(6)，飛輪 (2)通過磨擦離合器(8)與動力進出軸(6)傳動聯(lián)接，其特征在于飛輪(2) 旁有超越離合器(10)和電動機(1)，飛輪(2)通過超越離合器(10)與電動 機(1)傳動聯(lián)接。
進一步說，由圖1、 2、 3、 4、 6可知，飛輪(2)、動力進出軸(6)和電動 機(1)均安裝在機動車底盤架(4)上，動力進出軸(6)與機動車變速器(15) 傳動聯(lián)接，電動機(1)由車上的蓄電池提供電力。在電動機(1)的電樞電路 中，串聯(lián)有過電流繼電器和時間繼電器等控制器件。當然，軸承采用的都是滾 動軸承，如滾動軸承(7);本裝置安裝在機動車后，決定貯放能程序的電動機 (1)和磨擦離合器(8)的控制系統(tǒng)與該車是相適應(yīng)的。為了合理控制電動機 (1)通電時間，控制電動機(1)的開關(guān)至少有車停通電開關(guān)和有定時斷電開 關(guān)兩種。車停通電開關(guān)一般是離心式的有轉(zhuǎn)軸及其上的滑套，滑套鉸連有離 心塊和彈簧；軸轉(zhuǎn)動時離心塊離心，軸不轉(zhuǎn)動時彈簧拉離心塊向心而使滑套觸 碰開關(guān)，從而實現(xiàn)軸停(也就是車停)自動通電。
公交車等較大機動車的現(xiàn)有變速器一般是三軸式變速器，需要將其現(xiàn)有的 中間軸加長后才能與動力進出軸(6)傳動聯(lián)接。附圖所示三個實施例的中間軸 (16)都是加長了的。圖1、 2、 3、 4所示的第一、二個實施例中，動力進出軸 (6)通過萬向聯(lián)軸器(5)與機動車變速器(15)的中間軸(16)的端頭傳動 聯(lián)接，中間軸(16)的該端頭位于機動車變速器(15)的箱體之外。
對于發(fā)動機前置的公交車，由于車內(nèi)的空間布局限制，如圖1所示，第一、 二個實施例飛輪(2)、動力進出軸(6)和電動機(1)最好都安裝在機動車底 盤架(4)尾部，飛輪(2)軸線方向與車的前進方向相同，飛輪(2)靠近車 尾后壁(12)。這樣的布局，對現(xiàn)有車的改動不太大，主要是最后一排座椅(12) 變高一些，對乘客用空間占用很小，車的最大乘客容量可以不變。
如圖2、 3所示，發(fā)動機前置車變速器(15)的位置是在車前橋(14)的前 上方，飛輪(2)靠近車尾后壁(12)的布局使得萬向聯(lián)軸器(5)長度和重量 都比較大，而且需要至少二條才能拐過車驅(qū)動橋與車變速器傳動聯(lián)接。如圖2 所示，萬向聯(lián)軸器(5)與中間軸(16)的傳動聯(lián)接是直接的，這是第一種聯(lián)接 結(jié)構(gòu)；如圖3、 4所示，萬向聯(lián)軸器(5)與中間軸(16)的傳動聯(lián)接是間接的， 這是第二種聯(lián)接結(jié)構(gòu)。第二種聯(lián)接結(jié)構(gòu)是為了減少轉(zhuǎn)動慣量不算小的萬向聯(lián)軸 器(5)對車變速器(15)變檔的影響，而在兩者之間安裝了一個磨擦離合器(22): 正如圖3、 4所示，萬向聯(lián)軸器(5)至少有二條，它們是串接聯(lián)動的；最靠近 機動車變速器(15)的萬向聯(lián)軸器(5)是依次通過磨擦離合器(22)、大齒輪 (21)、小齒輪(17)和中間軸(16)傳動聯(lián)接的。這里，在磨擦離合器(22) 和中間軸(16)之間增加一級齒輪傳動的目的是給磨擦離合器(22)讓出空間， 以避開將車變速器(15)與車驅(qū)動橋差速器聯(lián)接的萬向聯(lián)軸裝置(圖省略不畫)。
對于如圖6所示用于發(fā)動機后置公交車的第三個實施例，由于車變速器 (15)的位置在車后橋的后方，也在發(fā)動機(29)的前方，可用空間有限，所 以，飛輪(2)、動力進出軸(6)和電動機(1)均只好安裝在機動車底盤架(4) 尾部旁邊，飛輪(2)軸線方向與車的前進方向垂直，飛輪(2)靠近車尾側(cè)壁 (30)。中間軸(16)是通過三對錐齒輪(26)和二條傳動軸(25)、 (27)與動 力進出軸(6)傳動聯(lián)按的。傳動軸(25)、 (27)的支架(28)是固定安裝在底 盤架(4)上的。當然，傳動軸(27)與動力進出軸(6)之間的錐齒輪傳動可 以用鏈傳動來代替；支架(28)在底盤架(4)上的安裝，最好是用U型螺栓固 定而不是焊接。
第一個實施例完成貯放制動能和電能的過程如下
貯存制動能車行駛時，制動踏板被向下踩的過程中，先是磨擦離合器(8) 因其閉合開關(guān)被制動踏板關(guān)聯(lián)觸碰而閉合，動力依次經(jīng)過車變速器中間軸(16)、 萬向聯(lián)軸器(5)、動力進出軸(6)、磨擦離合器(8)傳至飛輪(2)，使飛輪(2) 轉(zhuǎn)動或轉(zhuǎn)速增加而貯存制動能，車速因此而降低；制動踏板下行至約一半路程 或返回上行時，磨擦離合器(8)因其分離開關(guān)被制動踏板關(guān)聯(lián)觸碰而分離，飛 輪(2)貯存制動能結(jié)束而獨立轉(zhuǎn)動。制動踏板下行超過約一半路程后，車的原 制動系統(tǒng)才開始工作，可直至車停。
顯然，上述貯存制動能的過程中，磨擦離合器(8)打滑磨擦損耗比較大， 回收的那點制動能對啟動車子是不夠用的，于是用電能補充！
貯存電能車經(jīng)過上述過程停止時，電動機(1)因其通電開關(guān)被關(guān)聯(lián)觸碰 而通電轉(zhuǎn)動，電動機(1)依次通過鏈輪((3)和超越離合器(10)驅(qū)動飛輪(2) 至高速，電能轉(zhuǎn)化為飛輪(2)的轉(zhuǎn)動動能貯存了起來；飛輪(2)達到設(shè)定的 高轉(zhuǎn)速后，若車停時間長于定時斷電開關(guān)的設(shè)定值，電動機(1)因其定時斷電 開關(guān)到時而斷電停止轉(zhuǎn)動，以防止電能的浪費。
釋放制動能和電能①按上述過程車停后，停止時間少于或等于定時斷電
開關(guān)的設(shè)定值就啟動時，人工觸動磨擦離合器(8)開關(guān)和電動機(1)時間繼 電器開關(guān)，使磨擦離合器(8)閉合、電動機(1)延時數(shù)秒斷電，高轉(zhuǎn)速的飛 輪(2)就依次通過磨擦離合器(8)、動力進出軸(6)、萬向聯(lián)軸器(5)和中 間軸(16)使車啟動；在此飛輪驅(qū)車過程，飛輪(2)轉(zhuǎn)速降低而釋放了制動和 車停時所分別貯存的大部分制動能和電能。②按上述過程車停后，停止時間大 于定時斷電開關(guān)的設(shè)定值才啟動時，飛輪(2)貯能量少于最大值，飛輪驅(qū)車的 意義變小，所以這設(shè)定值要符合公交車的實況。當然，為了使飛輪驅(qū)車啟動平
穩(wěn)損耗小，啟動時，也要如同加油啟動一樣進行操縱車離合器變檔先慢檔后快 檔，最后變?yōu)樗臋n才完成啟動，這就要求圖1中磨擦離合器(8)與車離合器是同 步離合的。
第二個實施例完成貯放制動能和電能的過程與上述第一個實施例的基本一 樣，唯一的區(qū)別是在飛輪驅(qū)車啟動變檔過程中，不是圖1中磨擦離合器(8)與
車離合器同步離合，而是圖4中的磨擦離合器(22)與車離合器同步離合。
第三個實施例完成貯放制動能和電能的過程與上述第一個實施例的也是基 本一樣，唯一的區(qū)別是動力經(jīng)過的是三對錐齒輪(26)和二條傳動軸(25)、(27)， 而不是萬向聯(lián)軸器。
這三個實施例的磨擦離合器(8)和第二個實施例的磨擦離合器(22) —般 都選用電磁式的(只適宜于柴油車，對于汽油車為安全計應(yīng)該用氣動式的)，其 開關(guān)和電動機(1)開關(guān)一樣很容易安裝在車上合適的地方，而能按上述過程要 求完成動作。為了區(qū)別飛輪驅(qū)車和加油驅(qū)車，機動車駕駛室內(nèi)要安裝"飛輪驅(qū) 車開關(guān)"——使磨擦離合器(8)閉合的開關(guān)。啟動時不踩油門而打開此開關(guān)， 就可展開上述的釋放制動能和電能的過程。"飛輪驅(qū)車開關(guān)"是一種定時開關(guān)， 以便在用制動能和電能啟動加速完成后，使磨擦離合器(8)及時自動斷電分離。
如圖4所示，大齒輪(21)、小齒輪(17)是安裝在齒輪箱(18)內(nèi)的，齒 輪箱(18)固定在其箱架(20)上，箱架(20)由U型螺栓(19)固定在機動 車底盤架(4)上。這樣的結(jié)構(gòu)便于裝卸，比較合理。
如圖1、 5所示，超越離合器(10)通過滾動軸承(23)安裝在動力進出軸 (6)上，其內(nèi)有用于與飛輪(2)離合的卡銷(9)。飛輪(2)是用其端面的螺 旋底面槽卡(24)來與卡銷(9)離合的。這樣，電動機(1)在通電工作時， 可以通過鏈輪(3)帶動卡銷(9)驅(qū)動轉(zhuǎn)速低于超越離合器(10)的飛輪(2); 飛輪(2)轉(zhuǎn)速高于超越離合器(10)時，飛輪(2)就不能驅(qū)動超越離合器(10)。 在全部過程中，各轉(zhuǎn)動件的轉(zhuǎn)動方向是不變的。為了減小卡銷(9)在工作時所 受的碰撞力，螺旋底面槽卡(24)相應(yīng)受碰撞力的壁面還鑲有橡膠墊。
為了確保萬一高速飛輪(2)破裂而不會出傷人事件，飛輪(2)應(yīng)是用球 墨鑄鐵或鑄鋼制成的，并如圖1所示，飛輪(2)是由固定在機動車底盤架(4) 上的防護罩((ll)包圍著的，該防護罩((ll)內(nèi)腔圓周圓柱壁面與飛輪(2) 最外周邊圓柱壁面的距離H小于15毫米。這樣，亭速飛輪(2)開始破裂稍有 變形時，稍有裂變形的外周圓柱壁面會與防護罩(11)內(nèi)腔圓周圓柱壁面接觸， 飛輪(2)就被防護罩((ll)及時制動而不會傷人！
權(quán)利要求
1、一種動能貯放裝置，有飛輪(2)及其動力進出軸(6)，飛輪(2)通過磨擦離合器(8)與動力進出軸(6)傳動聯(lián)接，其特征在于飛輪(2)旁有超越離合器(10)和電動機(1)，飛輪(2)通過超越離合器(10)與電動機(1)傳動聯(lián)接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的動能貯放裝置，其特征在于飛輪(2)、動力進 出軸(6)和電動機(1)均安裝在機動車底盤架(4)上，動力進出軸(6)與 機動車變速器(15)傳動聯(lián)接，電動機(1)由車上的蓄電池提供電力。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的動能貯放裝置，其特征在于在電動機(1) 電樞電路中，串聯(lián)有過電流繼電器和時間繼電器等控制器件。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的動能貯放裝置，其特征在于控制電動機(1) 的開關(guān)至少有車停通電開關(guān)和有定時斷電開關(guān)兩種。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的動能貯放裝置，其特征在于動力進出軸(6) 通過萬向聯(lián)軸器(5)與機動車變速器(15)的中間軸(16)的端頭傳動聯(lián)接， 中間軸(16)的該端頭位于機動車變速器(15)的箱體之外。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的動能貯放裝置，其特征在于飛輪(2)、動力進 出軸(6)和電動機(1)均安裝在機動車底盤架(4)尾部，飛輪(2)軸線方 向與車的前進方向相同，飛輪(2)靠近車尾后壁(12)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的動能貯放裝置，其特征在于萬向聯(lián)軸器(5) 至少有二條，它們是串接聯(lián)動的；最靠近機動車變速器(15)的萬向聯(lián)軸器(5) 是依次通過磨擦離合器(22)、大齒輪(21)、小齒輪(17)和中間軸(16)傳 動聯(lián)接的。
8、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的動能貯放裝置，其特征在于飛輪(2)、動力進 出軸(6)和電動機(1)均安裝在機動車底盤架(4)尾部旁邊，飛輪(2)軸 線方向與車的前進方向垂直，飛輪(2)靠近車尾側(cè)壁(30)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的動能貯放裝置，其特征在于:超越離合器(IO) 通過滾動軸承(23)安裝在動力進出軸(6)上，其內(nèi)有用于與飛輪(2)離合 的卡銷(9)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的動能貯放裝置，其特征在于飛輪(2)是由固 定在機動車底盤架(4)上的防護罩((ll)包圍著的，該防護罩((ll)內(nèi)腔圓 周圓柱壁面與飛輪(2)最外周圓柱壁面的距離小于15毫米。
全文摘要
本發(fā)明創(chuàng)造公開了一種主要用于公交車制動和啟動時動能貯放的機械裝置，它有飛輪(2)及其動力進出軸(6)，飛輪(2)通過磨擦離合器(8)與動力進出軸(6)傳動聯(lián)接，飛輪(2)旁有超越離合器(10)和電動機(1)，飛輪(2)通過超越離合器(10)與電動機(1)傳動聯(lián)接。用于公交車等機動車時，制動可使車行駛動能驅(qū)動飛輪(2)加速轉(zhuǎn)動；制動后，磨擦離合器(8)分離并車停時，電動機(1)經(jīng)由超越離合器(10)進一步加速驅(qū)動飛輪(2)至高速；啟動時，貯存的制動能和電能從飛輪(2)傳至車以啟動。比較其它類似裝置，本裝置有啟動時使用價廉可再生的電能、節(jié)油降污顯著、簡單可靠成本低的優(yōu)點，很容易推廣應(yīng)用。
文檔編號B60K6/10GK101376381SQ20071014846
公開日2009年3月4日 申請日期2007年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月29日
發(fā)明者陸中源 申請人:陸中源