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基本信息

項(xiàng)目名稱(chēng)：
輔助減速蓄能裝置
小類(lèi)：
能源化工
簡(jiǎn)介：
發(fā)明本裝置的目的在于回收汽車(chē)制動(dòng)時(shí)部分浪費(fèi)的能量，節(jié)約能源；同時(shí)，提供額外的制動(dòng)力，減少剎車(chē)片的使用，提高汽車(chē)的殺策劃效率，增強(qiáng)安全性。 其基本原理為電磁感應(yīng)效應(yīng)，利用固定在車(chē)輪上的線(xiàn)圈切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生阻礙轉(zhuǎn)矩，完成制動(dòng)與機(jī)械能與電能轉(zhuǎn)化過(guò)程，控制電路是通過(guò)減速觸片的開(kāi)閉來(lái)控制電磁感應(yīng)電路的通閉，以此實(shí)現(xiàn)在減速時(shí)整個(gè)裝置的啟動(dòng)，產(chǎn)生的電流通過(guò)整流用蓄電池來(lái)收集、利用。
詳細(xì)介紹：
1 研究背景及意義 中國(guó)汽車(chē)保有量日益增多，引發(fā)了公眾對(duì)于節(jié)能的思考。2009年中國(guó)汽車(chē)能源消耗已達(dá)到全球總能耗的22%，汽車(chē)保有量的激增使我國(guó)能源資源瓶頸性約束和能源供應(yīng)安全問(wèn)題更加突出。 20世紀(jì)90年代初，由13本學(xué)者桑原牽頭，五十鈴汽車(chē)公司聯(lián)同住友金屬工業(yè)首次研制成功了一種使用釹鐵硼永磁體，不需電力來(lái)源，重量輕、簡(jiǎn)潔緊密、易安裝的具有革命性的渦流緩速器”。有文獻(xiàn)最早報(bào)道了永磁式緩速器的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)、以及性能測(cè)試、耐力考驗(yàn)和運(yùn)行工作檢測(cè)結(jié)果。這種永磁式緩速器自1991年1月在日本市場(chǎng)推出，很好地滿(mǎn)足了市場(chǎng)的需求并受到高度贊賞。隨后幾年，住友金屬工業(yè)圍繞“輕質(zhì)、緊湊”的特點(diǎn)又研制了一系列新的永磁式緩速器，并批量生產(chǎn)投放市場(chǎng)。但是只是從單一方面實(shí)現(xiàn)減速效果，對(duì)本應(yīng)消耗的能量未加以利用。動(dòng)能的利用也成為研究主要方向之一，據(jù)估計(jì)，平均買(mǎi)輛車(chē)日剎車(chē)能耗大約為500KJ，全球的汽車(chē)保有量已達(dá)十億輛，那么全球汽車(chē)剎車(chē)能耗總 量相當(dāng)龐大，而這些能量都通過(guò)熱能散失，造成能源的浪費(fèi)。同時(shí)，頻繁的制動(dòng)過(guò)程耗損了大量的能量，并且大大降低了剎車(chē)片的使用壽命，并且可能帶來(lái)安全隱患。 因此，加大、加快對(duì)永磁式緩速器的研究和開(kāi)發(fā)，對(duì)提高汽車(chē)零部件生產(chǎn)企業(yè)自主創(chuàng)新能力具有十分積極的意義。 目前，盡管很多公司和研究所都開(kāi)展了關(guān)于緩速器方面的研究，并取得一些成果，但是，我國(guó)在緩速器上的發(fā)展仍處于初級(jí)階段，在市場(chǎng)中的占有率不大，且大都是初級(jí)產(chǎn)品，在高端緩速器方面普遍是引進(jìn)。緩速器必定是未來(lái)汽車(chē)技術(shù)的重點(diǎn)發(fā)展方向，并且會(huì)在汽車(chē)上普遍使用。據(jù)預(yù)計(jì)，今后幾年，隨著更為嚴(yán)格的法規(guī)相繼出臺(tái)，以及企業(yè)、用戶(hù)對(duì)車(chē)輛安 本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的汽車(chē)減速蓄能裝置旨在解決該問(wèn)題。本裝置通過(guò)實(shí)現(xiàn)減速動(dòng)能—電磁感應(yīng)—整流穩(wěn)壓—電流儲(chǔ)蓄—電能利用的完整運(yùn)作，完成動(dòng)電間轉(zhuǎn)化，既輔助了減速功能同時(shí)也能回收能量，繼續(xù)供給汽車(chē)的能耗，增加安全系數(shù)。 另外這個(gè)裝置亦可稍加改動(dòng)應(yīng)用于其他輪系結(jié)構(gòu)的制動(dòng)系統(tǒng)。 本項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容包括： 對(duì)設(shè)計(jì)的方案和設(shè)備的選擇做出了一個(gè)整體性的概括和研究，其中包括： （1）工藝整體流程的確定，發(fā)電系統(tǒng)、整流系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)； （2）發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)，發(fā)電系統(tǒng)尺寸參數(shù)的確定； （3）整流及蓄能電路的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)個(gè)元件型號(hào)參數(shù)的選擇。（本系統(tǒng)采用工程上常見(jiàn)的三相橋式整流電路和穩(wěn)壓電路，將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的直流電，儲(chǔ)存在蓄電池中） （4）汽車(chē)路況環(huán)境的模擬，本系統(tǒng)采用一臺(tái)750w電機(jī)帶動(dòng)發(fā)電裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，模擬實(shí)際過(guò)程中汽車(chē)減速帶動(dòng)裝置蓄能的過(guò)程； （5）設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)發(fā)電蓄能及減速效果進(jìn)行分析； （6）進(jìn)行工程化推理以及推廣，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，驗(yàn)證項(xiàng)目可行性、科學(xué)性。 4 2設(shè)計(jì)方案 1.試驗(yàn)裝置規(guī)模設(shè)計(jì) 本裝置目的在于輔助汽車(chē)減速，屬于汽車(chē)輔助性結(jié)構(gòu)，可拆卸、維修、換新。因此要求設(shè)計(jì)必須貼近汽車(chē)本身結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。在對(duì)汽車(chē)主體機(jī)構(gòu)改動(dòng)不大甚至不改動(dòng)的前提下，發(fā)揮最大工作特性，并且應(yīng)具有很好的廣泛適應(yīng)性。因此我們將以小巧、靈活、方便、廣泛定位為設(shè)計(jì)原則，本裝置將主要結(jié)構(gòu)嫁接于稍作改動(dòng)的汽車(chē)剎車(chē)盤(pán)上以及車(chē)輪鋼圈上，其附屬整流系統(tǒng)以及附屬結(jié)構(gòu)則分布于相鄰車(chē)體內(nèi)部。有效利用汽車(chē)本身結(jié)構(gòu)以及其部分空間，將裝置很好與汽車(chē)本體融合并且可拆卸、再利用，從而達(dá)到廣泛適應(yīng)性的設(shè)計(jì)基本要求。 第一代裝置結(jié)構(gòu)利用永磁鐵沿圓盤(pán)分布六個(gè),固定在自行車(chē)輪輻上,隨車(chē)一起轉(zhuǎn)動(dòng).線(xiàn)圈固定在車(chē)體的圓盤(pán)上.控制開(kāi)關(guān)與自行車(chē)的剎車(chē)片連接.當(dāng)自行車(chē)剎車(chē)時(shí),該裝置啟動(dòng),續(xù)集自行車(chē)因剎車(chē)耗散的能量,效果良好.該作品第一代作品模型獲由中國(guó)科技協(xié)會(huì)的”我的低碳生活”科技創(chuàng)意大賽三等獎(jiǎng),獲黑龍江省TRIZ杯科技創(chuàng)新大賽一等獎(jiǎng) 4．汽車(chē)輔助減速蓄能裝置磁鐵設(shè)計(jì)分布 磁鐵的分布對(duì)磁場(chǎng)氣決定性作用,不同的磁鐵分布結(jié)構(gòu)會(huì)引起線(xiàn)圈的感應(yīng)電流的不同變化.從而使兩者間的制動(dòng)力矩不同。通過(guò)分析磁鐵的寬度，厚度，及氣隙的變化對(duì)磁場(chǎng)周?chē)拇鸥袘?yīng)強(qiáng)度的有限元分析。利用ansoft軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分與優(yōu)化，從而得出設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，磁鐵采用的汝鐵硼材料。線(xiàn)圈采用漆包線(xiàn)，纏繞在硅鋼片中。這可增加線(xiàn)圈的磁導(dǎo)率。 其結(jié)構(gòu)如下圖所示： 分析裝置的磁路,磁力線(xiàn)在特別設(shè)計(jì)的硅鋼片中形成閉合的磁路回路減少磁場(chǎng)損耗；這樣磁路的磁阻小能夠更好的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為電量，而減少了應(yīng)發(fā)熱而耗散的能量并且減少磁場(chǎng)對(duì)車(chē)體的不良影響。 從永磁發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)角度來(lái)看，提高發(fā)電機(jī)性能的關(guān)鍵在于提高永磁體的利用率。作為永磁電機(jī)要想提 高主磁通和磁通密度一般從兩個(gè)方面入手： (1)永磁材料的選擇。 (2)永磁體本身的結(jié)構(gòu)。 考慮到永磁材料性?xún)r(jià)比的因素，永磁材料的選擇余地有限；通過(guò)選擇不同的永 磁體結(jié)構(gòu)和排列方式來(lái)提高磁通量和磁通密度，方法靈活，種類(lèi)較多。 通過(guò)分析柱形磁鐵的參數(shù)及氣隙寬度對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度分布的影響。考慮到靈巧手手指尺寸的限制，對(duì)磁鐵周?chē)諝鈭?chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行有限元分析。經(jīng)由仿真計(jì)算，最終確定磁體方案為瓦片型，在轉(zhuǎn)子上呈周向分布的24極，使磁覆蓋面積達(dá)到最大。磁鐵極性變化，與制動(dòng)力矩達(dá)到相互配合的關(guān)系。同時(shí)使其磁覆蓋面積廣,通過(guò)運(yùn)用ansoft工程電磁場(chǎng)的分析軟件,對(duì)其磁場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化處理,得到其制動(dòng)力矩達(dá)和感應(yīng)電壓達(dá)到比較理想的結(jié)果。 5.線(xiàn)圈纏繞以及分布 相對(duì)于隨輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)的磁鐵組，本裝置將線(xiàn)圈與車(chē)體固定以形成與磁鐵的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。該裝置將線(xiàn)圈纏繞于貼合汽車(chē)結(jié)構(gòu)的硅鋼片上起到增加通過(guò)線(xiàn)圈的磁通量以及增強(qiáng)線(xiàn)圈組的穩(wěn)定性的要求。 基于該裝置分級(jí)分檔位可控制的設(shè)計(jì)理念，減速蓄能裝置對(duì)線(xiàn)圈進(jìn)行分組，分級(jí)設(shè)計(jì)，主要思路如下： （1）將線(xiàn)圈平均分為三大組，每組由8個(gè)分線(xiàn)圈組成，為產(chǎn)生均勻力矩每組的相對(duì)角度相等，并進(jìn)行內(nèi)部串聯(lián)，再與其他組串聯(lián)從而形成對(duì)外輸出電路，帶動(dòng)負(fù)載或儲(chǔ)存。 （2）將每組線(xiàn)圈分成若干級(jí)（根據(jù)實(shí)際要求檔位確定，該裝置暫定為三組），每組線(xiàn)圈由硅鋼片外纏繞圈漆包線(xiàn)構(gòu)成，如圖2.3所示，其中各組為串聯(lián)關(guān)系。由線(xiàn)圈匝數(shù)及電源組檔位綜合控制器實(shí)現(xiàn)。 在剎車(chē)過(guò)程中，由剎車(chē)踏板帶動(dòng)綜合控制器，導(dǎo)通線(xiàn)圈并且聯(lián)通組合電源的內(nèi)部電路，導(dǎo)通后的閉合線(xiàn)圈與固定于剎車(chē)盤(pán)上的永磁鐵做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由于電磁感應(yīng)定律，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)并由輸出電路輸出。 6. 線(xiàn)圈分級(jí)控制部分設(shè)計(jì)以及實(shí)施 7. 整流電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 整流電路主要由整流模塊和穩(wěn)壓模塊構(gòu)成 3控制及在線(xiàn)監(jiān)測(cè)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 3.1控制系統(tǒng)總體框架 3.1.1 控制及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀況分析 由于裝置提供的制動(dòng)力矩，必須與汽車(chē)當(dāng)前工況下的所需力制動(dòng)力矩相符，需要對(duì)其在工作狀態(tài)下的各個(gè)參數(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并通過(guò)線(xiàn)圈分匝控制調(diào)節(jié)制動(dòng)力矩的大小。本套輔助減速蓄能裝置為策車(chē)載設(shè)備，控制及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)充分考慮汽車(chē)運(yùn)行環(huán)境。 9 3.1.2 裝置工作過(guò)程主要監(jiān)測(cè)變量 （1）發(fā)電主體部分 對(duì)在汽車(chē)制動(dòng)過(guò)程中工作的減速蓄能裝置進(jìn)行控制，需要先了解汽車(chē)剎車(chē)過(guò)程中，汽車(chē)車(chē)速變化狀況以及此時(shí)裝置發(fā)電時(shí)的各個(gè)參數(shù)。 1.轉(zhuǎn)速 輔助減速蓄能裝置工作在汽車(chē)剎車(chē)狀態(tài)，過(guò)程中車(chē)速不斷變化，車(chē)輪轉(zhuǎn)速也隨時(shí)間的變化而不同。由于發(fā)電系統(tǒng)正是依靠定子與轉(zhuǎn)子相對(duì)旋轉(zhuǎn)，在電磁感應(yīng)原理下發(fā)出交流電，因轉(zhuǎn)速是決定發(fā)電效率和提供制動(dòng)力矩大小的關(guān)鍵因素。 2.電流 線(xiàn)圈中會(huì)產(chǎn)生隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大小變化而不斷波動(dòng)的感應(yīng)電流。發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電需滿(mǎn)足整裝置的安全需求，不能應(yīng)電流過(guò)大引起線(xiàn)路燒毀導(dǎo)致裝置失靈，系統(tǒng)工作過(guò)程中要保證最大瞬時(shí)電流小于發(fā)電機(jī)線(xiàn)圈能承受的極限電流。 3.電壓 發(fā)電系統(tǒng)工作時(shí)，在每個(gè)線(xiàn)圈上都會(huì)參生感應(yīng)電。本套減速蓄能裝置發(fā)出的電最終需要供給汽車(chē)蓄電池，從而滿(mǎn)足車(chē)載用電設(shè)備的需求。這就需要對(duì)發(fā)電系統(tǒng)的的電壓實(shí)時(shí)監(jiān)控，便于為后續(xù)的整流穩(wěn)壓電路提供參數(shù)依據(jù)。 （2）效果顯示本分 1.制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 制動(dòng)是本裝置所要完成的核心任務(wù)之一。通電線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中會(huì)受到力的作用，本裝置即利用這部分里實(shí)現(xiàn)電磁制動(dòng)。制動(dòng)效果需要依靠能制動(dòng)力矩的來(lái)表征。實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力矩的實(shí)時(shí)顯示有利于更直觀(guān)的研究裝置的制動(dòng)效果。 2.發(fā)電量 作為一種發(fā)電蓄能裝置，需要對(duì)其蓄能效果進(jìn)行分析。發(fā)電量作為重要依據(jù)需對(duì)其是實(shí)現(xiàn)過(guò)程累計(jì)量的顯示。 3.1.3檢測(cè)方法與儀器 裝置在運(yùn)行過(guò)程中所需要的監(jiān)測(cè)參數(shù)是通過(guò)配置在裝置中的各種傳感器和自動(dòng)分析儀來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這些裝置能把非電量參數(shù)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)適當(dāng)處理后，可用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作狀態(tài)和計(jì)算間接參數(shù)。 （1）發(fā)電蓄能過(guò)程對(duì)傳感器的要求 1.發(fā)電蓄能過(guò)程對(duì)傳感器的常規(guī)要求為準(zhǔn)確性、精確度、靈敏度、分辨能力要高，響應(yīng)時(shí)間滯后要小，能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作，可靠性好，具有可維修性。 2.需盡量減小對(duì)裝置工作狀態(tài)的影響。 3.發(fā)電機(jī)系統(tǒng)周?chē)鷷?huì)有一定強(qiáng)度的磁場(chǎng)，監(jiān)測(cè)及控制設(shè)備需能在該種磁場(chǎng)環(huán)境中工作，不會(huì)因磁場(chǎng)原因發(fā)生故障或出現(xiàn)較大誤差。 4.在發(fā)電過(guò)程中，發(fā)電機(jī)線(xiàn)圈中會(huì)產(chǎn)生較大的電流和電壓。因此聯(lián)入系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)裝置，需能承受一定強(qiáng)度的高壓和較大的電流，避免因瞬時(shí)高壓或大電流發(fā)生過(guò)熱甚至燒毀現(xiàn)象。 5.整套裝置由一臺(tái)750kw的電機(jī)帶動(dòng)，工作過(guò)程肯能會(huì)產(chǎn)生比較大的震動(dòng)。這就要求傳感器有較高的工作穩(wěn)定性，不會(huì)應(yīng)為震動(dòng)而失靈。 6.系統(tǒng)中部分機(jī)構(gòu)需做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，傳感器在體積及安裝位置上需滿(mǎn)足機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀況，不會(huì)對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生不利影響。同時(shí)，不能對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律如速度、加速度產(chǎn)生較大影響。 （2）主要參數(shù)檢測(cè)原理及應(yīng)用 1.轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速的測(cè)量可采用采集信號(hào)，放大、整形后輸入到單片機(jī)中進(jìn)行處理，最后由顯示系統(tǒng)輸出。 2.電壓的測(cè)量： 通過(guò)選擇3位半直流電壓顯示模塊，來(lái)顯示該制動(dòng)裝置產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，從而可直觀(guān)的看到裝置的效果。 3.2 發(fā)電蓄能裝置的控制特性 本套裝置在幾乎完全工作在瞬態(tài)，運(yùn)行中沒(méi)有穩(wěn)定的階段，因此各個(gè)參變量始終在變化，并且部分變量會(huì)有比較大的波動(dòng)，這對(duì)控制及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提出了較高的要求。 例如，在剎車(chē)的初始階段，車(chē)速較高，輪邊速度也較大。在發(fā)電系統(tǒng)系統(tǒng)中會(huì)產(chǎn)生高電壓大電流。當(dāng)車(chē)速降低到一定程度后，線(xiàn)圈中電壓電流的大小都可能會(huì)有較大幅度的波動(dòng)。與此相反，由于電磁感應(yīng)產(chǎn)生的剎車(chē)力矩則會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的降低而增大。 3.3反應(yīng)器運(yùn)行參量的控制的實(shí)現(xiàn) 3.3.1發(fā)電系統(tǒng)減速力矩的控制 汽車(chē)所需剎車(chē)力矩的大小隨環(huán)境路況的不同而不同，這就要求減速器能夠提供不同車(chē)況下所需的減速力矩，因此，對(duì)發(fā)電系統(tǒng)工作過(guò)程中能夠提供的減速力矩進(jìn)行控制是必要的。本裝置通過(guò)機(jī)械控制的方法，對(duì)線(xiàn)圈匝數(shù)實(shí)現(xiàn)了分級(jí)控制，由此控制了轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的大小。 3.3.2蓄能系統(tǒng)穩(wěn)定直流的實(shí)現(xiàn) 由于發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)速波動(dòng)較大，產(chǎn)生的三相交流電幅值波動(dòng)也較大。為了能夠把產(chǎn)生的不穩(wěn)定交流電轉(zhuǎn)化為可供蓄電池供電的穩(wěn)定交流電，需要對(duì)其進(jìn)行整流穩(wěn)壓處理。 整流穩(wěn)壓電路有以下幾個(gè)模塊構(gòu)成： （1）變壓模塊，利用變壓器將電壓升高，以降低整流環(huán)節(jié)中損失的電能； （2）整流模塊，用三相橋全波整流器對(duì)發(fā)出的三相交流電進(jìn)行整流處理，將發(fā)出的交流電轉(zhuǎn)化成直流電； （3）穩(wěn)壓模塊，用穩(wěn)壓器將經(jīng)過(guò)整流后大小依然變化的直流電經(jīng)穩(wěn)壓處理成12v穩(wěn)定電壓輸出。 4.理論計(jì)算 4.1發(fā)電部分計(jì)算 4.1.1 定子每組繞組的電阻計(jì)算 4.1.2 三相永磁同步發(fā)電機(jī)基本電路方程 式中： ——j相的端電壓 ——j相的電流 ——j相的中磁鏈 4.1.3 瞬時(shí)功率計(jì)算 車(chē)輪線(xiàn)速度 瞬時(shí)功率 4.1.4車(chē)輪受到的磁阻力矩 車(chē)輪受到的磁阻力矩 （式中符號(hào)意義2.3） 4.2 整流電路計(jì)算 輸出電壓平均值： 輸出電流平均值： 通過(guò)二極管的平均電流： 二極管承受的最大反向工作電壓： 4.3 效率分析 在剎車(chē)過(guò)程中，該裝置可以為汽車(chē)提供最大1000N.?m的剎車(chē)力矩，并回收12%的制動(dòng)能量。 5技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 依據(jù)公安部交管局最新的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2006年全國(guó)發(fā)生的交通事故超過(guò)378781起，在貨車(chē)發(fā)生交通事故的原因分析中，排在第一位的是駕駛違章，其次便是車(chē)輛的機(jī)械故障，而在各種車(chē)輛的機(jī)械故障中，制動(dòng)失靈占據(jù)了相當(dāng)高的比例。汽車(chē)的制動(dòng)失靈，主要是由于在連續(xù)的制動(dòng)過(guò)程中，剎車(chē)片溫度過(guò)高，產(chǎn)生熱衰退現(xiàn)象而造成的。因此，一種好的制動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用是有必要的，07年國(guó)家交通部的JT/T 325-2006 號(hào)文件《營(yíng)運(yùn)客車(chē)類(lèi)型劃分及等級(jí)評(píng)定》則明確規(guī)定客車(chē)的緩速器的安裝要求。 工藝流程： 將汽車(chē)的剎車(chē)時(shí)車(chē)輪的余速通過(guò)旋轉(zhuǎn)的磁體產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，在其周?chē)贾镁€(xiàn)圈。使線(xiàn)圈在磁場(chǎng)的覆蓋范圍內(nèi)。但剎車(chē)控制器控制線(xiàn)圈閉合，使磁體與線(xiàn)圈的磁路閉合，產(chǎn)生阻力矩和感應(yīng)電壓。其中感應(yīng)電壓通過(guò)整流濾波穩(wěn)壓?jiǎn)卧纬煞€(wěn)定12V電壓供車(chē)載蓄電池充電，實(shí)現(xiàn)能源的回收利用。阻力矩作用與車(chē)輛傳動(dòng)軸上使車(chē)速降低，達(dá)到輔助減速的功能。 5.2 線(xiàn)圈組對(duì)耗損動(dòng)能的再利用 我們對(duì)汽車(chē)減速蓄能裝置構(gòu)造模型進(jìn)行一系列理論計(jì)算，如下： 假定一輛汽車(chē)的平均速度為80公里/時(shí)，車(chē)重約為2噸，那么一次減速浪費(fèi)的能量E=MV*V/2=0.5*2000*22*22=484kJ。城市中每輛車(chē)每天平均要完成50次以上的動(dòng)作，這樣每輛車(chē)每天浪費(fèi)的能量為484*50=9600KJ。通過(guò)安裝這裝置，該裝置第一次試驗(yàn)可蓄集約為12%的能量，相當(dāng)于1152KJ/輛，折合93#燃油為0.02L/輛。 5.3 經(jīng)濟(jì)效益分析 中國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局2010年2月28日發(fā)布數(shù)據(jù)顯示，2010年末全國(guó)民用汽車(chē)保有量達(dá)到9,086萬(wàn)輛，若60%的車(chē)主采用我們所設(shè)計(jì)的減速蓄能裝置，則將相當(dāng)于總重新利用燃油185萬(wàn)升/天，若以每升7元計(jì)算，其折合人民幣為1300萬(wàn)元/天。 該裝置預(yù)算規(guī)?；a(chǎn)后的成本大致為1000元/套，而每臺(tái)裝置節(jié)省能源折合人民幣約為960元/年，換言之，若使用苯裝置，將在一年左右時(shí)間內(nèi)回收成本，具有收效顯著的特點(diǎn)。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，安裝了電磁緩速器的車(chē)輛，其車(chē)輛的二保周期可延長(zhǎng)2 至8 倍，車(chē)輪制動(dòng)器使用壽命至少可以延長(zhǎng)4 至7 倍，特別是車(chē)輛的制動(dòng)轂、制動(dòng)蹄片尤為顯現(xiàn)，輪胎更換次數(shù)大大減少，從而節(jié)省了維修材料和人工費(fèi)用以及輪胎消耗。 由于電磁蓄能緩速器的制造采用金屬材料，99% 可以回收利用，而大部分為銅材，能馬上回收增值1500 到2000 元，故材料的回收再利用率回收增值率較液力緩速器和發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器高得多。 5.4 環(huán)境效益分析 汽車(chē)燃燒將長(zhǎng)生大量的尾氣，汽車(chē)尾氣污染物主要包括：一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化合物、二氧化硫、煙塵微粒（某些重金屬化合物、鉛化合物、黑煙及油霧）、臭氣（甲醛等）。對(duì)大氣造成嚴(yán)重的威脅，以汽油燃燒后尾氣中二氧化碳為例，有害氣體中含C元素的為CO和CH化合物，微量不計(jì)。視同為全部產(chǎn)生二氧化碳。按照不同的排放水平國(guó)四的汽油車(chē)，一氧化碳與二氧化碳比值約1：100；CH與二氧化碳比值約1：1000。 估算一升汽油排出CO2量為：2300克,若全國(guó)60%的汽車(chē)使用該套裝置，將向大氣少排放溫室氣體396kg/天。每年將減少CO2的排放約為13.5噸/年。 5.5社會(huì)效益分析 車(chē)用永磁式緩速器是近年發(fā)展起來(lái)的一種新型節(jié)能和環(huán)保輔助制動(dòng)裝置，是整車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)主要組成部分。本研究項(xiàng)目輔助減速剎車(chē)增強(qiáng)汽車(chē)的可控性，增強(qiáng) 運(yùn)行穩(wěn)定因數(shù)，減少交通事故率的同時(shí)，還可以節(jié)省燃料、降低尾氣排放、減小制動(dòng)噪聲，是環(huán)境友好型產(chǎn)品。達(dá)到了節(jié)省能源、能源產(chǎn)出和減少排放的三重目標(biāo)，在能源短缺、環(huán)境問(wèn)題日益突出的今天，本項(xiàng)目的研究成果有效地解決了環(huán)境污染和能源短缺的雙重危機(jī)，具有很強(qiáng)的推廣性。 16 6創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用 6.1 創(chuàng)新點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn) （1）汽車(chē)常規(guī)剎車(chē)時(shí)該系統(tǒng)啟動(dòng)，充分利用汽車(chē)制動(dòng)的余速能量，使能源得到更為高效的利用。 （2）系統(tǒng)在回收汽車(chē)余速能量的同時(shí)，產(chǎn)生阻力矩來(lái)輔助汽車(chē)減速，縮短汽車(chē)的制動(dòng)時(shí)間，減少剎車(chē)片的摩擦次數(shù)，延長(zhǎng)其壽命。 （3）通過(guò)制動(dòng)力的大小控制磁路的閉合次數(shù)，實(shí)現(xiàn)分級(jí)減速，可針對(duì)不同的工況進(jìn)行選擇匹配，達(dá)到能源利用率最大化與制動(dòng)時(shí)間最短的雙贏效果。 6.2 應(yīng)用前景 隨著現(xiàn)代汽車(chē)技術(shù)的快速發(fā)展，人們?cè)谧非笃?chē)動(dòng)力性和舒適性的同時(shí)。對(duì)汽車(chē)行車(chē)的安全性和節(jié)能型性提出了更高的要求。傳統(tǒng)的汽車(chē)制動(dòng)方式主要是在車(chē)輪上安裝機(jī)械式摩擦制動(dòng)器，但是連續(xù)或頻繁使用制動(dòng)器，使得制動(dòng)鼓及摩擦片嚴(yán)重磨損，時(shí)間久了會(huì)導(dǎo)致鼓開(kāi)裂、制動(dòng)襯片燒毀。這不僅降低了制動(dòng)器的壽命、增加了運(yùn)營(yíng)成本，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起安全事故。同時(shí)也造成能源的浪費(fèi)?，F(xiàn)市場(chǎng)上有的緩速器，也主要針對(duì)這幾方面。但立足點(diǎn)都是應(yīng)用與如何使汽車(chē)盡快減速。，但對(duì)汽車(chē)的剎車(chē)余速能源沒(méi)有很好的利用。目前，有很多公司和研究所都開(kāi)展了關(guān)于緩速器方面的研究，并取得一些成果，我國(guó)在緩速器上的發(fā)展仍處于初級(jí)階段，在市場(chǎng)中的占有率不大，同時(shí)國(guó)家也有相關(guān)法規(guī)來(lái)促進(jìn)汽車(chē)緩速器的開(kāi)發(fā)，和新型的減速機(jī)構(gòu)進(jìn)行探索。而作品是基于緩速的能源回收利用和輔助制動(dòng)設(shè)計(jì)的，旨在探索 本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的汽車(chē)輔助減速蓄能裝置以很好的解決該問(wèn)題。本裝置通過(guò)實(shí)現(xiàn)減速動(dòng)能—電磁感應(yīng)—整流穩(wěn)壓—電流儲(chǔ)蓄—電能利用的完整運(yùn)作，完成動(dòng)電間轉(zhuǎn)化，既輔助了減速功能同時(shí)也能回收能量，繼續(xù)供給汽車(chē)的能耗，能達(dá)到能源的回收率約為12%，減少1300萬(wàn)元/天的經(jīng)濟(jì)損失，減少CO2的排放約為13.5噸/年，一方面緩解了汽車(chē)排放對(duì)環(huán)境的污染。另外這個(gè)裝置亦可稍加改動(dòng)應(yīng)用于其他輪系結(jié)構(gòu)的制動(dòng)系統(tǒng)有較強(qiáng)的適應(yīng)和生存能力。

作品圖片

  • 輔助減速蓄能裝置
  • 輔助減速蓄能裝置
  • 輔助減速蓄能裝置

作品專(zhuān)業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

發(fā)明本裝置的目的在于回收汽車(chē)制動(dòng)時(shí)部分浪費(fèi)的能量，節(jié)約能源；同時(shí)，提供額外的制動(dòng)力，減少剎車(chē)片的使用，提高汽車(chē)的殺策劃效率，增強(qiáng)安全性。 其基本原理為電磁感應(yīng)效應(yīng)，利用固定在車(chē)輪上的線(xiàn)圈切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生阻礙轉(zhuǎn)矩，完成制動(dòng)與機(jī)械能與電能轉(zhuǎn)化過(guò)程，控制電路是通過(guò)減速觸片的開(kāi)閉來(lái)控制電磁感應(yīng)電路的通閉，以此實(shí)現(xiàn)在減速時(shí)整個(gè)裝置的啟動(dòng)，產(chǎn)生的電流通過(guò)整流用蓄電池來(lái)收集、利用。 本系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)在于：（1）單相永磁同步發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使用，不僅能夠利用剎車(chē)時(shí)剎車(chē)盤(pán)與轉(zhuǎn)軸的相對(duì)轉(zhuǎn)對(duì)產(chǎn)生電能，而且能夠給汽車(chē)提供剎車(chē)阻力矩輔助剎車(chē)，增強(qiáng)了汽車(chē)的安全性;（2）橋式整流濾波電路的設(shè)計(jì)使用，將發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的不穩(wěn)定交流電轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定直流電供給蓄電池充電，實(shí)現(xiàn)了能量的利用;（3）利用項(xiàng)圈分級(jí)控制的方法，實(shí)現(xiàn)了剎車(chē)力矩隨工況改變的調(diào)節(jié)控制。 技術(shù)指標(biāo)：（1）能夠?yàn)樾铍姵靥峁┓€(wěn)定的12V直流充電電壓，保證車(chē)載用電器的工作需求。（2）能夠給汽車(chē)提供需要的剎車(chē)力矩，實(shí)現(xiàn)輔助剎車(chē)的功能。

科學(xué)性、先進(jìn)性

傳統(tǒng)的汽車(chē)制動(dòng)方式主要是在車(chē)輪上安裝機(jī)械式摩擦制動(dòng)器，但是連續(xù)或頻繁使用制動(dòng)器，使得制動(dòng)鼓及摩擦片嚴(yán)重磨損，時(shí)間久了會(huì)導(dǎo)致鼓開(kāi)裂、制動(dòng)襯片燒毀。這不僅降低了制動(dòng)器的壽命、增加了運(yùn)營(yíng)成本，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起安全事故。目前，市場(chǎng)上的減速器大多采用磁勵(lì)式，利用消耗自備電源電量產(chǎn)生制動(dòng)力矩，雖然起到了了輔助剎車(chē)的作用，但同時(shí)也消耗了能量。而其它車(chē)載蓄能裝置如飛輪式、液壓式裝置，也有著體積大、成本高等問(wèn)題，不利于推廣。 輔助剎車(chē)蓄能系統(tǒng)有以下優(yōu)勢(shì):（1）一定程度上減少了剎車(chē)片的使用，延長(zhǎng)汽車(chē)剎車(chē)片的壽命，降低了維護(hù)成本；（2）實(shí)現(xiàn)了對(duì)汽車(chē)剎車(chē)時(shí)的無(wú)用能量的回收利用，較少了汽車(chē)的耗油和排放，有明顯的節(jié)能減排效果；（3）實(shí)現(xiàn)了輔助減速，提高了汽車(chē)的安全程度。（4）對(duì)現(xiàn)有車(chē)輛的改動(dòng)較少，系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)方便且成本較低，并能夠回收再利用。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

無(wú)

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

無(wú)

作品可展示的形式

實(shí)物，視頻，圖片，動(dòng)畫(huà)，現(xiàn)場(chǎng)展示展示

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

一、利用電磁感應(yīng)原理，實(shí)現(xiàn)了輔助剎車(chē)與電磁蓄能的一體化功能。二、實(shí)現(xiàn)了對(duì)減速時(shí)原本耗散能量的回收利用，優(yōu)化了傳統(tǒng)剎車(chē)模式，減低了排放。三、通過(guò)對(duì)閉合線(xiàn)圈組數(shù)的控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)制動(dòng)力矩及剎車(chē)效果的控制。四、裝置具有體積小、拆裝方便的特點(diǎn)，可方便的安裝于各類(lèi)機(jī)動(dòng)車(chē)輛上，且成本低廉。 本作品適用于中小型機(jī)動(dòng)車(chē)輛，可實(shí)現(xiàn)在不改動(dòng)汽車(chē)原有結(jié)構(gòu)的前提下的方便拆裝，并且具有成本低、效率高的特點(diǎn)，能夠很好的滿(mǎn)足節(jié)能減排、降低成本的市場(chǎng)要求。同時(shí)，為了增強(qiáng)車(chē)輛的安全性，提高車(chē)輛的經(jīng)濟(jì)性，小型車(chē)輛也將為這種輔助剎車(chē)蓄能裝置提供廣闊的市場(chǎng)。 汽車(chē)通過(guò)安裝這裝置，可蓄集約為12%的制動(dòng)能量，相當(dāng)于2903KJ，折合93#燃油為0.45L。中國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局2010年2月28日發(fā)布數(shù)據(jù)顯示，2010年末全國(guó)民用汽車(chē)保有量達(dá)到9,086萬(wàn)輛，若60%的車(chē)主采用我們所設(shè)計(jì)的減速蓄能裝置，則將相當(dāng)于總重新利用燃油2453.2萬(wàn)升/天，若以每升7.5元計(jì)算，其折合人民幣為18399萬(wàn)元/天。

同類(lèi)課題研究水平概述

目前，盡管很多公司和研究所都開(kāi)展了關(guān)于緩速器方面的研究，并取得一些成果，但是，我國(guó)在緩速器上的發(fā)展仍處于初級(jí)階段，在市場(chǎng)中的占有率不大，且大都是初級(jí)產(chǎn)品，在高端緩速器方面普遍是引進(jìn)。緩速器必定是未來(lái)汽車(chē)技術(shù)的重點(diǎn)發(fā)展方向，并且會(huì)在汽車(chē)上普遍使用。據(jù)預(yù)計(jì)，今后幾年，隨著更為嚴(yán)格的法規(guī)相繼出臺(tái)，以及企業(yè)、用戶(hù)對(duì)車(chē)輛安全性能的進(jìn)一步重視，6～8米客車(chē)用緩速器市場(chǎng)可能會(huì)出現(xiàn)井噴現(xiàn)象。
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