一種輪式能量回收裝置

徐小山

摘 要：一種輪式能量回收裝置用于液力發電的汽車車輪，其能實現在車輛行駛過程中將車輛重力轉換為電能，可增大電動汽車的續程里程，減少充電時間，實現在車輛行駛過程中將車輛重力轉換為電能，可增大電動汽車的續程里程，減少充電時間;實現在車輛行駛過程中將車輛重力轉換為電能，可增大電動汽車的續程里程，減少充電時間。擬解決能源短缺，排放污染嚴重等問題。

關鍵詞：能源 輪泵 動能回收

Wheel-type Energy Recovery Device

Xu Xiaoshan

Abstract：A wheel-type energy recovery device is used for hydraulic power generation of automobile wheels. It can convert the gravity of the vehicle into electric energy during the driving process of the vehicle， which can increase the range of electric vehicles and reduce the charging time. Converting vehicle gravity into electric energy during driving can increase the range of electric vehicles and reduce charging time; realize the conversion of vehicle gravity into electric energy during vehicle driving， which can increase the range of electric vehicles and reduce charging time， which is planned to solve the problems of energy shortage and serious emission pollution.

Key words：energy， wheel pump， kinetic energy recovery

1 引言

目前全世界都面臨著能源短缺，排放污染嚴重等問題，開發新能源，提高環保質量，都是各國家重點研究的課題。我們國家在發展戰略上也提出了更新的高度，提倡、鼓勵和支持新能源發展，支持科技創新等一系列舉措。這些都體現出我們國家的科學發展觀，如在能源的使用與發展研究方面，能源的使用要具有環保性，能源的發展要具有可持續性，這些要求都具有著重要的意義。特別在汽車應用的能源方面就是典型的代表，比如，混合動力汽車、純電動汽車，這些新能源汽車，在現階段都具有很好的環保性和較長時間段的可持續性，它們的產銷以及使用都享受著國家政策的扶持與鼓勵，產銷量都是逐年迅猛地增加。

但它們也有其不足之處，以純電動汽車為例，行駛時排放污染幾乎是零，可是它續程里程短，充電時間長，充電的配套基礎設施不足等問題都是其較大的短板，為此，優化汽車電能源，增大續程里程，減少充電時間，是我們目前亟待需要解決的問題。

2 制動能量回收

目前，研究新能源汽車車輛運動能量回收的主流方向是制動能量回收系統，制動能量回收就是在汽車進行制動減速過程中，在保證制動安全的前提下，把一部分動能轉化為其他形式的能量存儲起來，以備驅動時作為輔助能量驅動汽車前行。傳統的制動系統在制動過程中將汽車的動能通過摩擦轉換為熱能耗散掉，不僅浪費寶貴的能源，而且頻繁的制動摩擦過程會制動器產生熱衰退性，對汽車的行駛安全構成極大的威脅，也極易導致制動器的損壞[1]。通過研究發現，在城市工況中制動消耗的能量占總驅動能量的 50 %左右。國外典型的有豐田公司旗下愛德克斯公司基于電子液壓制動（electric-hydraulicbrake，EHB） 技術路線研制的電控液壓制動系統（electronically controlled brake，ECB），是最具代表性的制動能量回收產品。國內清華大學基于國外ESP技術，開發了踏板非解耦協調式制動能量回收系統。這些技術方案都具有著一個減速的前提條件才能回收運動能量。

3 輪式能量回收裝置的結構和工作原理

輪式能量回收裝置的技術方案優點是車輪在滾動時就能回收車輛的運動能量，其技術基于兩個因素，首先，車輪的滾動是必然的，其次，車輛的重力都作用在車輪上，其原理就是車輪在滾動時把車輛的重力轉化為電力。所以，能量回收效率高，車輛運動量能量回收完全沒有額外增加負載。

3.1 輪式能量回收裝置的結構

附圖說明

圖1為輪泵發電系統的端面結構示意圖，為更清楚地顯示泵體及泵芯的結構，圖中特意將泵體及泵芯處的結構放大，而輪輻及輪轂在該圖中未示出;

圖2為輪泵發電系統的端面90度剖面結構示意圖。

附圖標記：1、輪輞;2、輪輻;3、輪轂;4、泵芯;5、泵體;501、腔體;6、回位彈簧;7、支撐輪圈;8、支撐鋼線;9、輪胎;10、管道;1001、管道口;11、支撐軸;12、軸承;13、輸送管路;1301、第一輸送管路口;1302、第二輸送管路口;14、回流管路;1401、第一回流管路口;1402、第二回流管路口;15、制動盤;16、制動摩擦片;17、支架;18、油封。

具體實施方式

下面，結合附圖以及具體實施方式，對輪式能量回收裝置的結構做進一步描述，需要說明的是，在不相沖突的前提下，以下描述的各實施例之間或各技術特征之間可以任意組合形成新的實施例。

請參閱圖1和圖2，一種用于液力發電的汽車車輪，包括輪輞1、輪輻2及輪轂3，輪輞1通過輪輻2與輪轂3連接，具體地，輪輞1與輪輻2為一體成型的，輪輻2通過螺栓與輪轂3連接，還包括泵芯4、泵體5、回位彈簧6、支撐輪圈7及支撐鋼線8;

支撐輪圈7環繞輪輞1且支撐輪圈7與輪輞1的徑向方向相同;支撐輪圈7的圓周上等間隔嵌設有若干個泵體5，泵體5的一端嵌設在支撐輪圈7上，泵體5的另一端與輪輞1連接;泵體5內設有用于容納發電液體的腔體501，泵芯4的一端插入腔體501內以形成密封腔，泵芯4的另一端位于支撐輪圈7的上方且位于支撐輪圈7的徑向方向上以達到在安裝輪胎9時該端可抵接在輪胎9的內表面上;回位彈簧6設置在密封腔內，回位彈簧6的一端抵接在泵芯4上，回位彈簧6的另一端抵接在密封腔的底壁上;

支撐鋼線8的一端與支撐輪圈7連接，支撐鋼線8的另一端與輪輞1連接，支撐鋼線8用于支撐泵體5所受的縱向力和橫向力;每個泵體5內的密封腔底部設有管口，管口連接有一管道10，管道10逐一穿過泵體5、輪輞1、輪輻2及輪轂3，管道10在輪轂3內側設有管道口1001;當汽車車輪轉動使得泵芯4壓縮回位彈簧6時，管道口1001可將密封腔內的液體輸送至液力發電機的液體輸入端;當汽車車輪繼續轉動使得泵芯4在回位彈簧6的彈力作用下回位時，管道口1001可將液力發電機的液體輸出端的液體吸回至密封腔內。

作為一種優選的實施方式，泵體5與輪輞1通過鉸接的方式連接，具體為：泵體5與輪輞1連接的一端的端面為球面狀，輪輞1上設有與球面狀的端面匹配的球狀凹孔，泵體5的球面狀的一端安裝在輪輞1的球狀凹孔內。泵體5通過固定構件及螺栓固定安裝在輪輞1的球狀凹孔內，螺栓鎖定固定構件使其環繞且抵靠在泵體5的一條圓周線上，該圓周線的直徑略小于泵體5安裝在球狀凹孔中的部位的直徑，使得泵體5可以卡住在球狀凹孔中而無法脫離。泵體5的一端以球狀與輪輞1做鉸性連接的目的是，在泵體5受縱向力和橫向力作用時，能夠自動調節體態，同時保證管道10連接處的密封性。

作為一種優選的實施方式，汽車車輪還包括輪胎9，輪胎9安裝在輪輞1上。

本輪式能量回收裝置還包括了一種輪泵發電系統，包括：液力發電機、支撐軸11、制動系統以及上述的用于液力發電的汽車車輪;

輪轂3通過軸承12與支撐軸11連接，連接位置處設有用于將使軸承12與外部隔離的油封18，支撐軸11上嵌設有輸送管路13和回流管路14，輸送管路13在支撐軸11的外表面上設有第一輸送管路口1301，回流管路14在支撐軸11的外表面上設有第一回流管路口1401;

第一輸送管路口1301位于支撐軸11的中心與地面的垂直線上以使當泵芯4受到車輛的重力而使回位彈簧6壓縮時，管道口1001剛好移動至第一輸送管路口1301處，密封腔內的液體由于壓力的作用流入輸送管路13中;第一回流管路口1401位于第一輸送管路口1301的右側以使當汽車車輪繼續轉動泵芯4離開受力點時，管道口1001剛好移動至第一回流管路口1401處，密封腔內的回位彈簧6回彈產生真空吸力將回流管路14內的液體吸回密封腔內;輸送管路13在支撐軸11的外表面上設有第二輸送管路口1302，回流管路14在支撐軸11的外表面上設有第二回流管路口1402，第二輸送管路口1302與液力發電機的液體輸入端連接，第二回流管路口1402與液力發電機的液體輸出端連接;附圖中未示出液力發電機，液力發電機采用現有技術中的結構，如專利（CN201013527）液力發電機裝置的結構。

所述制動系統包括：制動盤15、制動摩擦片16以及支架17;制動盤15通過螺栓與輪轂3連接，制動摩擦片16安裝支架17上且與制動盤15的邊沿接觸，支架17通過螺栓固定支撐軸11上。

作為一種優選的實施方式，支撐軸11具有兩根，汽車車輪具有四個，支撐軸11的兩端均設有第一輸送管路口1301和第一回流管路口1401，支撐軸11的兩端均安裝有汽車車輪。支撐軸11也就是車軸，通過兩個支撐軸11將四個車輪組裝在一起，就可以直接將該輪泵發電系統安裝在汽車上了。

3.2 輪式能量回收裝置的工作原理

該輪泵發電系統的工作流程為：

當汽車開動時，車輪旋轉，當某個泵體5所對應的管道口1001旋轉至第一輸送管路口1301時，由于汽車的重力使得該泵體5中的泵芯4被壓縮，也就是密封腔內的油液被壓縮從而建立起壓力，壓力油液通過管道10流至管道口1001，從而從第一輸送管路口1301流入輸送管路13進而輸送至液力發電機的液體輸入端，驅動液力發電機發電，經過液力發電機之后的油液從液力發電機的液體輸出端流回至回流管路14，當車輪繼續旋轉時，該泵體5所對應的管道口1001離開第一輸送管路口1301而移動到第一回流管路口1401，由于泵體5離開了受力點，泵芯4在回位彈簧6的彈力作用下回彈而產生真空吸力，把位于回流管路14內的油液吸回密封腔內，以備下一個壓縮循環。如此循環，在汽車行駛的過程中持續發電。

4 結論

通過以上的概述相比現有技術，本設計的有益效果在于：該汽車車輪通過在輪輞上設置泵芯、泵體、回位彈簧、支撐輪圈及支撐鋼線，當車輪轉動時，由于汽車的重力使得處于與地面垂直的泵芯被壓縮產生壓力，泵體內的密封腔的壓力油液通過管口輸送到液力發電機中，驅動液力發電機發電，當車輪繼續轉動時，泵芯離開受力點（即不再與地面垂直）時，經過液力發電機后的油液從管口流回至泵體內的密封腔中，以備下一次泵油發電。輪胎的每一圈轉動，就驅動這輪泵的每一個循環工作，油液力就源源不斷地驅動液力發電機發電。本設計已獲得專利授權并通過了初步的實驗論證，下階段將會繼續深入研究獲取實驗數據。