徐小山

摘 要：一種輪式能量回收裝置用于液力發(fā)電的汽車車輪，其能實(shí)現(xiàn)在車輛行駛過(guò)程中將車輛重力轉(zhuǎn)換為電能，可增大電動(dòng)汽車的續(xù)程里程，減少充電時(shí)間，實(shí)現(xiàn)在車輛行駛過(guò)程中將車輛重力轉(zhuǎn)換為電能，可增大電動(dòng)汽車的續(xù)程里程，減少充電時(shí)間;實(shí)現(xiàn)在車輛行駛過(guò)程中將車輛重力轉(zhuǎn)換為電能，可增大電動(dòng)汽車的續(xù)程里程，減少充電時(shí)間。擬解決能源短缺，排放污染嚴(yán)重等問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：能源 輪泵 動(dòng)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(yán)重等問(wèn)題，開發(fā)新能源，提高環(huán)保質(zhì)量，都是各國(guó)家重點(diǎn)研究的課題。我們國(guó)家在發(fā)展戰(zhàn)略上也提出了更新的高度，提倡、鼓勵(lì)和支持新能源發(fā)展，支持科技創(chuàng)新等一系列舉措。這些都體現(xiàn)出我們國(guó)家的科學(xué)發(fā)展觀，如在能源的使用與發(fā)展研究方面，能源的使用要具有環(huán)保性，能源的發(fā)展要具有可持續(xù)性，這些要求都具有著重要的意義。特別在汽車應(yīng)用的能源方面就是典型的代表，比如，混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車，這些新能源汽車，在現(xiàn)階段都具有很好的環(huán)保性和較長(zhǎng)時(shí)間段的可持續(xù)性，它們的產(chǎn)銷以及使用都享受著國(guó)家政策的扶持與鼓勵(lì)，產(chǎn)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(dòng)汽車為例，行駛時(shí)排放污染幾乎是零，可是它續(xù)程里程短，充電時(shí)間長(zhǎng)，充電的配套基礎(chǔ)設(shè)施不足等問(wèn)題都是其較大的短板，為此，優(yōu)化汽車電能源，增大續(xù)程里程，減少充電時(shí)間，是我們目前亟待需要解決的問(wèn)題。

2 制動(dòng)能量回收

目前，研究新能源汽車車輛運(yùn)動(dòng)能量回收的主流方向是制動(dòng)能量回收系統(tǒng)，制動(dòng)能量回收就是在汽車進(jìn)行制動(dòng)減速過(guò)程中，在保證制動(dòng)安全的前提下，把一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量存儲(chǔ)起來(lái)，以備驅(qū)動(dòng)時(shí)作為輔助能量驅(qū)動(dòng)汽車前行。傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)在制動(dòng)過(guò)程中將汽車的動(dòng)能通過(guò)摩擦轉(zhuǎn)換為熱能耗散掉，不僅浪費(fèi)寶貴的能源，而且頻繁的制動(dòng)摩擦過(guò)程會(huì)制動(dòng)器產(chǎn)生熱衰退性，對(duì)汽車的行駛安全構(gòu)成極大的威脅，也極易導(dǎo)致制動(dòng)器的損壞[1]。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在城市工況中制動(dòng)消耗的能量占總驅(qū)動(dòng)能量的 50 %左右。國(guó)外典型的有豐田公司旗下愛(ài)德克斯公司基于電子液壓制動(dòng)（electric-hydraulicbrake，EHB） 技術(shù)路線研制的電控液壓制動(dòng)系統(tǒng)（electronically controlled brake，ECB），是最具代表性的制動(dòng)能量回收產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)清華大學(xué)基于國(guó)外ESP技術(shù)，開發(fā)了踏板非解耦協(xié)調(diào)式制動(dòng)能量回收系統(tǒng)。這些技術(shù)方案都具有著一個(gè)減速的前提條件才能回收運(yùn)動(dòng)能量。

3 輪式能量回收裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理

輪式能量回收裝置的技術(shù)方案優(yōu)點(diǎn)是車輪在滾動(dòng)時(shí)就能回收車輛的運(yùn)動(dòng)能量，其技術(shù)基于兩個(gè)因素，首先，車輪的滾動(dòng)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(dòng)時(shí)把車輛的重力轉(zhuǎn)化為電力。所以，能量回收效率高，車輛運(yùn)動(dòng)量能量回收完全沒(méi)有額外增加負(fù)載。

3.1 輪式能量回收裝置的結(jié)構(gòu)

附圖說(shuō)明

圖1為輪泵發(fā)電系統(tǒng)的端面結(jié)構(gòu)示意圖，為更清楚地顯示泵體及泵芯的結(jié)構(gòu)，圖中特意將泵體及泵芯處的結(jié)構(gòu)放大，而輪輻及輪轂在該圖中未示出;

圖2為輪泵發(fā)電系統(tǒng)的端面90度剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)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(dòng)盤;16、制動(dòng)摩擦片;17、支架;18、油封。

具體實(shí)施方式

下面，結(jié)合附圖以及具體實(shí)施方式，對(duì)輪式能量回收裝置的結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步描述，需要說(shuō)明的是，在不相沖突的前提下，以下描述的各實(shí)施例之間或各技術(shù)特征之間可以任意組合形成新的實(shí)施例。

請(qǐng)參閱圖1和圖2，一種用于液力發(fā)電的汽車車輪，包括輪輞1、輪輻2及輪轂3，輪輞1通過(guò)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(guò)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(huán)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(shè)有若干個(gè)泵體5，泵體5的一端嵌設(shè)在支撐輪圈7上，泵體5的另一端與輪輞1連接;泵體5內(nèi)設(shè)有用于容納發(fā)電液體的腔體501，泵芯4的一端插入腔體501內(nèi)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(dá)到在安裝輪胎9時(shí)該端可抵接在輪胎9的內(nèi)表面上;回位彈簧6設(shè)置在密封腔內(nèi)，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(gè)泵體5內(nèi)的密封腔底部設(shè)有管口，管口連接有一管道10，管道10逐一穿過(guò)泵體5、輪輞1、輪輻2及輪轂3，管道10在輪轂3內(nèi)側(cè)設(shè)有管道口1001;當(dāng)汽車車輪轉(zhuǎn)動(dòng)使得泵芯4壓縮回位彈簧6時(shí)，管道口1001可將密封腔內(nèi)的液體輸送至液力發(fā)電機(jī)的液體輸入端;當(dāng)汽車車輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)使得泵芯4在回位彈簧6的彈力作用下回位時(shí)，管道口1001可將液力發(fā)電機(jī)的液體輸出端的液體吸回至密封腔內(nèi)。

作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，泵體5與輪輞1通過(guò)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(shè)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(nèi)。泵體5通過(guò)固定構(gòu)件及螺栓固定安裝在輪輞1的球狀凹孔內(nèi)，螺栓鎖定固定構(gòu)件使其環(huán)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(wú)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(shí)，能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)體態(tài)，同時(shí)保證管道10連接處的密封性。

作為一種優(yōu)選的實(shí)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(fā)電系統(tǒng)，包括：液力發(fā)電機(jī)、支撐軸11、制動(dòng)系統(tǒng)以及上述的用于液力發(fā)電的汽車車輪;

輪轂3通過(guò)軸承12與支撐軸11連接，連接位置處設(shè)有用于將使軸承12與外部隔離的油封18，支撐軸11上嵌設(shè)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(shè)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(shè)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(dāng)泵芯4受到車輛的重力而使回位彈簧6壓縮時(shí)，管道口1001剛好移動(dòng)至第一輸送管路口1301處，密封腔內(nèi)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(cè)以使當(dāng)汽車車輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)泵芯4離開受力點(diǎn)時(shí)，管道口1001剛好移動(dòng)至第一回流管路口1401處，密封腔內(nèi)的回位彈簧6回彈產(chǎn)生真空吸力將回流管路14內(nèi)的液體吸回密封腔內(nèi);輸送管路13在支撐軸11的外表面上設(shè)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(shè)有第二回流管路口1402，第二輸送管路口1302與液力發(fā)電機(jī)的液體輸入端連接，第二回流管路口1402與液力發(fā)電機(jī)的液體輸出端連接;附圖中未示出液力發(fā)電機(jī)，液力發(fā)電機(jī)采用現(xiàn)有技術(shù)中的結(jié)構(gòu)，如專利（CN201013527）液力發(fā)電機(jī)裝置的結(jié)構(gòu)。

所述制動(dòng)系統(tǒng)包括：制動(dòng)盤15、制動(dòng)摩擦片16以及支架17;制動(dòng)盤15通過(guò)螺栓與輪轂3連接，制動(dòng)摩擦片16安裝支架17上且與制動(dòng)盤15的邊沿接觸，支架17通過(guò)螺栓固定支撐軸11上。

作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，支撐軸11具有兩根，汽車車輪具有四個(gè)，支撐軸11的兩端均設(shè)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(guò)兩個(gè)支撐軸11將四個(gè)車輪組裝在一起，就可以直接將該輪泵發(fā)電系統(tǒng)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(fā)電系統(tǒng)的工作流程為：

當(dāng)汽車開動(dòng)時(shí)，車輪旋轉(zhuǎn)，當(dāng)某個(gè)泵體5所對(duì)應(yīng)的管道口1001旋轉(zhuǎn)至第一輸送管路口1301時(shí)，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(nèi)的油液被壓縮從而建立起壓力，壓力油液通過(guò)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(jìn)而輸送至液力發(fā)電機(jī)的液體輸入端，驅(qū)動(dòng)液力發(fā)電機(jī)發(fā)電，經(jīng)過(guò)液力發(fā)電機(jī)之后的油液從液力發(fā)電機(jī)的液體輸出端流回至回流管路14，當(dāng)車輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，該泵體5所對(duì)應(yīng)的管道口1001離開第一輸送管路口1301而移動(dòng)到第一回流管路口1401，由于泵體5離開了受力點(diǎn)，泵芯4在回位彈簧6的彈力作用下回彈而產(chǎn)生真空吸力，把位于回流管路14內(nèi)的油液吸回密封腔內(nèi)，以備下一個(gè)壓縮循環(huán)。如此循環(huán)，在汽車行駛的過(guò)程中持續(xù)發(fā)電。

4 結(jié)論

通過(guò)以上的概述相比現(xiàn)有技術(shù)，本設(shè)計(jì)的有益效果在于：該汽車車輪通過(guò)在輪輞上設(shè)置泵芯、泵體、回位彈簧、支撐輪圈及支撐鋼線，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于汽車的重力使得處于與地面垂直的泵芯被壓縮產(chǎn)生壓力，泵體內(nèi)的密封腔的壓力油液通過(guò)管口輸送到液力發(fā)電機(jī)中，驅(qū)動(dòng)液力發(fā)電機(jī)發(fā)電，當(dāng)車輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，泵芯離開受力點(diǎn)（即不再與地面垂直）時(shí)，經(jīng)過(guò)液力發(fā)電機(jī)后的油液從管口流回至泵體內(nèi)的密封腔中，以備下一次泵油發(fā)電。輪胎的每一圈轉(zhuǎn)動(dòng)，就驅(qū)動(dòng)這輪泵的每一個(gè)循環(huán)工作，油液力就源源不斷地驅(qū)動(dòng)液力發(fā)電機(jī)發(fā)電。本設(shè)計(jì)已獲得專利授權(quán)并通過(guò)了初步的實(shí)驗(yàn)論證，下階段將會(huì)繼續(xù)深入研究獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。