一種發(fā)條式動(dòng)能集放系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種發(fā)條式動(dòng)能集放系統(tǒng)，涉及動(dòng)能利用機(jī)械【技術(shù)領(lǐng)域】，包括盤(pán)形彈簧，在盤(pán)形彈簧的內(nèi)端通過(guò)中心軸連接單向轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能輸入棘輪，在盤(pán)形彈簧的外端連接單向轉(zhuǎn)動(dòng)的勢(shì)能輸出齒輪，在所述動(dòng)能輸入棘輪的中心轉(zhuǎn)動(dòng)式支撐在一棘輪軸上，在所述勢(shì)能輸出齒輪的中心轉(zhuǎn)動(dòng)式支撐在一齒輪軸上。本實(shí)用新型可以使車(chē)輛制動(dòng)時(shí)的車(chē)身動(dòng)能，通過(guò)變速箱和齒輪組傳入發(fā)條組，擰緊盤(pán)形彈簧，使動(dòng)能轉(zhuǎn)化為發(fā)條勢(shì)能，并部分代替剎車(chē)功能；當(dāng)車(chē)輛重新加速時(shí)，發(fā)條組回收積蓄的勢(shì)能通過(guò)齒輪組傳動(dòng)釋放，與發(fā)動(dòng)機(jī)形成混合動(dòng)力，達(dá)到輔助驅(qū)動(dòng)效果，使不斷反復(fù)的制動(dòng)、加速過(guò)程中浪費(fèi)的能量得到較高程度的暫存、再利用，從而達(dá)到顯著的節(jié)能、降耗、減磨損效果。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種發(fā)條式動(dòng)能集放系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及動(dòng)能利用機(jī)械【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是將轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能收集后，再用于轉(zhuǎn)動(dòng)的釋放裝置的結(jié)構(gòu)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今世界汽車(chē)工業(yè)都面臨著產(chǎn)業(yè)發(fā)展與節(jié)能減排的尖銳矛盾，隨著能源和環(huán)境問(wèn)題的日益加劇，無(wú)數(shù)的科學(xué)家都在孜孜以求節(jié)能降耗技術(shù)的進(jìn)一步突破，以適應(yīng)社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)。目前，隨著材料、結(jié)構(gòu)、技術(shù)各方面的日臻完善，節(jié)能技術(shù)進(jìn)步的空間似乎越來(lái)越小，普通汽車(chē)節(jié)油0.1個(gè)百分點(diǎn)也不容易。因此，人們把目光聚焦到了車(chē)輛行駛中的頑癥上:不斷反復(fù)的制動(dòng)與加速，造成大量能量被剎車(chē)盤(pán)和輪胎白白散失，如能實(shí)現(xiàn)車(chē)身制動(dòng)能量回收再利用，其意義非同小可。在此背景下，近年出現(xiàn)了動(dòng)能回收系統(tǒng)(KERS)這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，并在Fl賽車(chē)和新寶馬I系上得到應(yīng)用，尤其是沃爾沃汽車(chē)，聲稱(chēng)利用動(dòng)能回收技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了20%的油耗降幅，獲得了相當(dāng)于一臺(tái)1.2L汽油機(jī)的額外動(dòng)力。無(wú)論如何，這些都是令人值得稱(chēng)贊的技術(shù)成果。
[0003]目前正在完善中的KERS系統(tǒng)存在兩種技術(shù)原理，即飛輪式動(dòng)能回收系統(tǒng)和電池-電機(jī)式動(dòng)能回收系統(tǒng)。飛輪式動(dòng)能回收系統(tǒng)以飛輪作為能量集放核心，即利用制動(dòng)時(shí)的車(chē)身動(dòng)能帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，當(dāng)車(chē)輛加速時(shí)，飛輪積蓄的能量通過(guò)無(wú)級(jí)變速箱反向釋放，與引擎動(dòng)力匯合，輸出至驅(qū)動(dòng)輪。飛輪式動(dòng)能回收系統(tǒng)效率較高，結(jié)構(gòu)緊湊，但由于飛輪不能做得太大，只好以提高轉(zhuǎn)速來(lái)儲(chǔ)存足夠的能量，6Kg的碳纖維本體鋼制飛輪轉(zhuǎn)速達(dá)到恐怖的60000rpm以上，為解決超高速產(chǎn)生的巨大熱量和風(fēng)阻損耗，必須安裝十分精密的軸密封真空盒，所以造成制造困難、價(jià)格昂貴，難以向大眾車(chē)輛普及推廣。電池-電機(jī)式動(dòng)能回收系統(tǒng)通過(guò)電轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)能量的集放，雖然原理簡(jiǎn)單，制造容易，但發(fā)電-蓄電機(jī)構(gòu)笨重，能量回收利用效率低下，暫不具有經(jīng)濟(jì)性和推廣價(jià)值。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型目的是提出一種制作成本低、動(dòng)能回收率高的發(fā)條式動(dòng)能集放系統(tǒng)。
[0005]本實(shí)用新型包括盤(pán)形彈簧，在盤(pán)形彈簧的內(nèi)端通過(guò)中心軸連接單向轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能輸入棘輪，在盤(pán)形彈簧的外端連接單向轉(zhuǎn)動(dòng)的勢(shì)能輸出齒輪，在所述動(dòng)能輸入棘輪的中心轉(zhuǎn)動(dòng)式支撐在一棘輪軸上，在所述勢(shì)能輸出齒輪的中心轉(zhuǎn)動(dòng)式支撐在一齒輪軸上。
[0006]本實(shí)用新型的工作原理:盤(pán)形彈簧作為發(fā)條使用，可由高強(qiáng)度、高彈性、變形小的合金材料制成，圍繞中心軸多圈盤(pán)繞，可以反復(fù)擰緊和復(fù)原，承擔(dān)動(dòng)能與勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化并反復(fù)存儲(chǔ)、釋放的功能。單向轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能輸入棘輪則在外部控制機(jī)構(gòu)的控制下選擇性地通過(guò)單向轉(zhuǎn)動(dòng)擰緊發(fā)條，動(dòng)能輸入棘輪由車(chē)輛控制系統(tǒng)根據(jù)制動(dòng)傳感器的信號(hào)控制其轉(zhuǎn)動(dòng)和停轉(zhuǎn)。
[0007]將本實(shí)用新型的各部件包裹在一殼體內(nèi)，安裝時(shí)將棘輪軸和齒輪軸通過(guò)支架剛性固定在車(chē)輛底盤(pán)上，與車(chē)輪構(gòu)成相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體。[0008]動(dòng)能輸入棘輪由外部的齒輪組帶動(dòng)，齒輪組由車(chē)身動(dòng)能帶動(dòng)，動(dòng)能輸入棘輪的轉(zhuǎn)動(dòng)和停轉(zhuǎn)由車(chē)輛控制系統(tǒng)根據(jù)制動(dòng)傳感器的信號(hào)控制。勢(shì)能輸出齒輪通過(guò)齒輪組將發(fā)條勢(shì)能反向釋放成前行驅(qū)動(dòng)力，車(chē)輛控制系統(tǒng)根據(jù)車(chē)輛起步與否控制勢(shì)能輸出齒輪的轉(zhuǎn)或停，以實(shí)現(xiàn)勢(shì)能的輸出和暫停輸出。
[0009]本實(shí)用新型可以使車(chē)輛制動(dòng)時(shí)因?yàn)閼T性而存在的車(chē)身動(dòng)能，通過(guò)車(chē)輪軸、變速箱、齒輪組、離合器，帶動(dòng)單向轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能輸入棘輪發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，使盤(pán)形彈簧擰緊而儲(chǔ)存勢(shì)能，還能部分代替剎車(chē)的作用；當(dāng)車(chē)輛需要重新加速時(shí)，盤(pán)形彈簧將回收積蓄的勢(shì)能變成轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩，使勢(shì)能輸出齒輪發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，然后通過(guò)離合器使輸出的齒輪組施加于車(chē)輪上，與發(fā)動(dòng)機(jī)形成混合動(dòng)力，達(dá)到輔助驅(qū)動(dòng)效果，從而實(shí)現(xiàn)顯著的節(jié)能、降耗、減磨損效果。
[0010]基于同樣原理，可以適用于所有地面行駛和軌道行駛的機(jī)動(dòng)、電動(dòng)、人力車(chē)輛，所以包括汽車(chē)、電動(dòng)車(chē)、火車(chē)、自行車(chē)。
[0011]本實(shí)用新型具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、效果突出、廉價(jià)可靠、應(yīng)用范圍廣闊的顯著優(yōu)點(diǎn)，其回收的能量近乎100%得到利用，為動(dòng)能回收系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用開(kāi)辟了前景。
[0012]另外，本實(shí)用新型所述動(dòng)能輸入棘輪的外周均勻設(shè)置輪齒，內(nèi)周均勻設(shè)置棘齒，與棘齒配合的棘爪連接在棘輪軸上。該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可簡(jiǎn)易地實(shí)現(xiàn)動(dòng)能輸入棘輪的單向轉(zhuǎn)動(dòng)，以利于回收剎車(chē)的勢(shì)能。
[0013]所述勢(shì)能輸出齒輪的外周均勻設(shè)置輪齒，在勢(shì)能輸出齒輪上固定連接徑向設(shè)置的導(dǎo)向桿，在所述導(dǎo)向桿上配合連接滑塊，所述滑塊的一端與盤(pán)形彈簧的外端連接，在勢(shì)能輸出齒輪的一個(gè)端面開(kāi)設(shè)凹槽，在支撐勢(shì)能輸出齒輪的所述齒輪軸上連接卡止爪，卡止爪的自由端通過(guò)控制機(jī)構(gòu)選擇性地卡入或離開(kāi)凹槽。
[0014]勢(shì)能輸出齒輪設(shè)有卡止爪，發(fā)條勢(shì)能變成轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩，通過(guò)齒輪組反向釋放成前行驅(qū)動(dòng)力，車(chē)輛控制系統(tǒng)根據(jù)車(chē)輛起步與否控制卡止爪，實(shí)現(xiàn)勢(shì)能的輸出和暫停輸出。
[0015]本實(shí)用新型還在盤(pán)形彈簧的外端固定連接一平行于盤(pán)形彈簧的寬度方向的直桿，所述滑塊固定連接在直桿的一端。
[0016]所述棘輪軸通過(guò)連接軸和齒輪軸同軸固定連接，所述盤(pán)形彈簧內(nèi)端的中心軸間隙式套置在連接軸外。不但利于提高整體剛性，還能使動(dòng)能輸入棘輪和勢(shì)能輸出齒輪平行分列于盤(pán)形彈簧的兩側(cè)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)能輸入棘輪擰緊發(fā)條和發(fā)條帶動(dòng)勢(shì)能輸出齒輪的同軸、各自轉(zhuǎn)動(dòng)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為動(dòng)能輸入棘輪的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3為本實(shí)用新型的一種應(yīng)用原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]如圖1所示，單向動(dòng)能輸入棘輪1、盤(pán)形彈簧2和勢(shì)能輸出齒輪3相互平行布置，在盤(pán)形彈簧I的內(nèi)端固定連接一只中空的中心軸4，動(dòng)能輸入棘輪I的中心轉(zhuǎn)動(dòng)式支撐在棘輪軸5上，勢(shì)能輸出齒輪3的中心轉(zhuǎn)動(dòng)式支撐在齒輪軸6上。
[0021]棘輪軸5通過(guò)連接軸7和齒輪軸6同軸固定連接，在制作時(shí)可以直接一體制造。中心軸4則間隙式地套置在連接軸7外。
[0022]動(dòng)能輸入棘輪I的外周均勻設(shè)置輪齒1-1，內(nèi)周均勻設(shè)置棘齒1-2，如圖2所示，與棘齒1-2配合的棘爪1-3連接在棘輪軸5上。
[0023]動(dòng)能輸入棘輪I的一個(gè)端面通過(guò)連接件8與中心軸4的一個(gè)端頭固定連接。
[0024]勢(shì)能輸出齒輪3的外周均勻設(shè)置輪齒，在勢(shì)能輸出齒輪3上固定連接徑向設(shè)置的導(dǎo)向桿10，在導(dǎo)向桿10上配合地套置一只滑塊11。在盤(pán)形彈簧2的外端固定連接一平行于盤(pán)形彈簧2的寬度方向的直桿9?；瑝K11的一端與直桿9固定連接。
[0025]在勢(shì)能輸出齒輪3的另一個(gè)端面開(kāi)設(shè)凹槽3-1。
[0026]在齒輪軸6上連接一只卡止爪12,卡止爪12的自由端通過(guò)控制機(jī)構(gòu)選擇性地卡入或離開(kāi)凹槽3-1。
[0027]實(shí)用新型的一種應(yīng)用方式可如圖3所示，汽車(chē)引擎A通過(guò)車(chē)輪軸B、齒輪組C、離合器D、變速箱E帶動(dòng)本實(shí)用新型F的單向動(dòng)能輸入棘輪I發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，使盤(pán)形彈簧擰緊而儲(chǔ)存勢(shì)能。當(dāng)車(chē)輛需要重新加速時(shí)，盤(pán)形彈簧將回收積蓄的勢(shì)能變成轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩，使勢(shì)能輸出齒輪3發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，然后通過(guò)離合器G、齒輪組H再施加于車(chē)輪軸B上，與發(fā)動(dòng)機(jī)形成混合動(dòng)力，達(dá)到輔助驅(qū)動(dòng)效果。
[0028]作為改進(jìn)，本實(shí)用新型也可通過(guò)增加斜面齒輪組，使發(fā)條組中心軸與車(chē)輪軸垂直，有利于增加發(fā)條盒直徑、提高能量?jī)?chǔ)存容量，又能解決車(chē)輛安裝空間的限制。
[0029]另外，除了通過(guò)增加盤(pán)形彈簧圈數(shù)和寬厚度來(lái)提高動(dòng)能儲(chǔ)量外，也可通過(guò)多個(gè)盤(pán)形彈簧并聯(lián)實(shí)現(xiàn)動(dòng)能梯級(jí)儲(chǔ)存，擴(kuò)大應(yīng)用范圍包括火車(chē)。
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)條式動(dòng)能集放系統(tǒng)，其特征在于:包括盤(pán)形彈簧，在盤(pán)形彈簧的內(nèi)端通過(guò)中心軸連接單向轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能輸入棘輪，在盤(pán)形彈簧的外端連接單向轉(zhuǎn)動(dòng)的勢(shì)能輸出齒輪，在所述動(dòng)能輸入棘輪的中心轉(zhuǎn)動(dòng)式支撐在一棘輪軸上，在所述勢(shì)能輸出齒輪的中心轉(zhuǎn)動(dòng)式支撐在一齒輪軸上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述發(fā)條式動(dòng)能集放系統(tǒng)，其特征在于所述動(dòng)能輸入棘輪的外周均勻設(shè)置輪齒，內(nèi)周均勻設(shè)置棘齒，與棘齒配合的棘爪連接在棘輪軸上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述發(fā)條式動(dòng)能集放系統(tǒng)，其特征在于所述勢(shì)能輸出齒輪的外周均勻設(shè)置輪齒，在勢(shì)能輸出齒輪上固定連接徑向設(shè)置的導(dǎo)向桿，在所述導(dǎo)向桿上配合連接滑塊，所述滑塊的一端與盤(pán)形彈簧的外端連接，在勢(shì)能輸出齒輪的一個(gè)端面開(kāi)設(shè)凹槽，在支撐勢(shì)能輸出齒輪的所述齒輪軸上連接卡止爪，卡止爪的自由端通過(guò)控制機(jī)構(gòu)選擇性地卡入或離開(kāi)凹槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述發(fā)條式動(dòng)能集放系統(tǒng)，其特征在于在盤(pán)形彈簧的外端固定連接一平行于盤(pán)形彈簧的寬度方向的直桿，所述滑塊固定連接在直桿的一端。
【文檔編號(hào)】B60K25/10GK203449942SQ201320596561
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】湯燦輝 申請(qǐng)人:湯燦輝