一种制动能量回收系统及节能汽车的制作方法

本实用新型属于汽车技术领域，具体涉及一种制动能量回收系统及节能汽车。

背景技术：

目前节能汽车通过在发动机和发电机之间设置离合器，当车辆制动减速时，发动机通过离合器带动发电机转动，发电机产生的逆电动势对发动机有逆向扭矩作用，即有制动效果，同时发电机产生电流，通过制动能量回收系统将电能予以回收。其中，制动能量回收系统是指一种将汽车制动时产生的热能，转换成机械能并以电能的形式存储在蓄电池中的系统。目前节能汽车的主要原理是：当驾驶员踩下制动踏板，制动系统和制动能量回收系统同时开始工作，发电机投入工作开始对蓄电池充电。

本申请研究人在研究本申请的过程中发现，如果驾驶员轻踩制动踏板时，由于所需的制动力矩不大，所以发电机和发动机之间不能完全接合，离合器会处于半联动状态，离合器内部主、从动部分会相对滑转，产生摩擦热消耗能量，导致发动机的动能被离合器以热量的形式消耗了，影响了制动能量的回收率。

技术实现要素：

鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种制动能量回收系统及节能汽车，以有效地改善上述问题。

本实用新型的实施例是这样实现的：

本实用新型实施例提供了一种制动能量回收系统，包括：多抽头同步发电机、电动切换开关和蓄电池。所述多抽头同步发电机包含转子绕组和沿所述转子绕组的转轴方向轴向排列的抽头式定子绕组，所述抽头式定子绕组包含用于与所述电动切换开关连接的第一接线端子，所述第一接线端子包含多组触点，每组触点由至少一相触点构成，在绕制每相定子绕组时从同一匝数位置开始按照预设间隔匝数引出多个触点，按照引出触点的顺序，将相同匝数的触点作为一组触点。所述电动切换开关分别与所述多抽头同步发电机和所述蓄电池连接，通过控制所述电动切换开关调节连通所述抽头式定子绕组的匝数数量，进而调节所述多抽头同步发电机的逆向扭矩，以及调节所述多抽头同步发电机的输出电流。

在本实用新型可选的实施例中，所述电动切换开关设置有对应所述第一接线端子的第二接线端子，以便连接所述抽头式定子绕组的引出线；以及还设置有驱动装置和金属滑动片，所述金属滑动片的一侧用于与所述第二接线端子滑动连接，所述金属滑动片的另一侧向外引出用于与所述蓄电池连接的输出端子，所述金属滑动片在所述驱动装置的驱动下，调节连通所述抽头式定子绕组的匝数数量。

在本实用新型可选的实施例中，所述第一接线端子包含多组单相触点，所述第二接线端子包含与所述第一接线端子相同数量的触点。

在本实用新型可选的实施例中，所述第一接线端子包含多组双相触点，所述第二接线端子包含与所述第一接线端子相同组数量的双相触点；所述金属滑动片用于与所述第二接线端子中每组双相触点滑动连接。

在本实用新型可选的实施例中，所述第一接线端子包含多组三相触点；所述第二接线端子包含与所述第一接线端子相同组数量的三相触点；所述金属滑动片用于与所述第二接线端子中每组三相触点滑动连接。

在本实用新型可选的实施例中，所述转子绕组为直流励磁的单一绕组。

在本实用新型可选的实施例中，所述第一接线端子包含多组双相触点，所述第二接线端子包含两路触点，每路触点所包含的触点数量与所述第一接线端子中组触点数相同；所述金属滑动片包含第一滑片和第二滑片，所述第一滑片的一侧用于与所述第二接线端子中某一路的触点滑动连接，所述第一滑片的另一侧向外引出用于与所述蓄电池连接的输出端子，所述第二滑片的一侧用于与所述第二接线端子中另一路的触点滑动连接，所述第二滑片的另一侧向外引出用于与所述蓄电池连接的输出端子。

在本实用新型可选的实施例中，所述第一接线端子包含多组三相触点；所述第二接线端子包含三路触点，每路触点所包含的触点数量与所述第一接线端子中组触点数相同；所述金属滑动片包含第一滑片、第二滑片和第三滑片，所述第一滑片的一侧用于与所述第二接线端子中第一路的触点滑动连接，所述第一滑片的另一侧向外引出用于与所述蓄电池连接的输出端子，所述第二滑片的一侧用于与所述第二接线端子中第二路的触点滑动连接，所述第二滑片的另一侧向外引出用于与所述蓄电池连接的输出端子，所述第三滑片的一侧用于与所述第二接线端子中第三路的触点滑动连接，所述第三滑片的另一侧向外引出用于与所述蓄电池连接的输出端子。

在本实用新型可选的实施例中，所述金属滑动片为铜质滑动开关。

本实用新型实施例还提供了一种节能汽车，包括：上述的制动能量回收系统。

本实用新型实施例提供的制动能量回收系统，包括：多抽头同步发电机、电动切换开关和蓄电池。该发电机包含转子绕组和沿转子绕组的转轴方向轴向排列的抽头式定子绕组，该定子绕组包含用于与电动切换开关连接的第一接线端子，第一接线端子包含多组触点，每组触点由至少一相触点构成，在绕制每相定子绕组时从同一匝数位置开始按照预设间隔匝数引出多个触点，将相同匝数的触点作为一组触点。电动切换开关分别与该发电机和蓄电池连接，通过控制电动切换开关调节连通抽头式定子绕组的匝数数量，进而调节多抽头同步发电机的逆向扭矩，以及调节该发电机的输出电流。通过电动切换开关逐渐调节增加接通的抽头式定子绕组的匝数数量，可以使该发电机逆向扭矩逐渐增大呈现较好的线性关系，使得该发电机输出的逆向扭矩可调，以达到提高制动能量回收率的目的。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型实施例而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。

图1示出了本实用新型实施例提供的一种制动能量回收系统的结构示意图。

图2示出了本实用新型实施例提供的一种多抽头同步发电机的定子绕组的绕制示意图。

图3示出了本实用新型实施例提供的一种电动切换开关的结构示意图。

图4示出了本实用新型实施例提供的另一种电动切换开关的结构示意图。

图5示出了本实用新型实施例提供的一种节能汽车的结构示意图。

图标：100－制动能量回收系统；110－多抽头同步发电机；120－电动切换开关；130－蓄电池；200－节能汽车；210－电子控制制动系统；220－离合器；230－机械制动系统。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

目前节能汽车通过在发动机和发电机之间设置离合器，当车辆制动减速时，发动机通过离合器带动发电机转动，发电机产生的逆电动势对发动机有逆向扭矩作用，即有制动效果，同时发电机产生电流，通过制动能量回收系统将电能予以回收。其中，制动能量回收系统是指一种将汽车制动时产生的热能，转换成机械能并以电能的形式存储在蓄电池中的系统。目前节能汽车的主要原理是：当驾驶员踩下制动踏板，制动系统和制动能量回收系统同时开始工作，发电机投入工作开始对蓄电池充电。

本申请研究人在研究本申请的过程中发现，如果驾驶员轻踩制动踏板时，由于所需的制动力矩不大，所以发电机和发动机之间不能完全接合，离合器会处于半联动状态，离合器内部主、从动部分会相对滑转，产生摩擦热消耗能量，导致发动机的动能被离合器以热量的形式消耗了，影响了制动能量的回收率。进一步研究发现，目前节能汽车用的制动能量回收系统，存在以下问题；

发电机均为一组绕组，即是a、b、c三相分别各只有一个完整绕组，合称为一组绕组。发电机工作时所有绕组同时投入，发电机产生的逆向扭矩大小不可调节。离合器处于半联动状态时间越长，发动机能量被离合器消耗就会越多。如果发电机和发动机突然完全接合，此时发电机的逆向扭矩最大，会使汽车行驶产生顿挫感，影响驾驶的平稳性。

针对以上方案所存在的缺陷，均是发明人在经过实践并仔细研究后得出的结果，因此，上述问题的发现过程以及下文中本实用新型实施例针对上述问题所提出的解决方案，都应该是发明人在本实用新型过程中对本实用新型做出的贡献。

基于上述原因的分析，为减少离合器的能量消耗，提高制动能量的回收率，同时保证汽车制动时的舒适感，应该尽量缩短离合器的半联动状态时间，将发电机制成输出逆向扭矩大小可调节式。鉴于此，本实用新型实施例提供了一种制动能量回收系统100，如图1所示。该制动能量回收系统100包括：多抽头同步发电机110、电动切换开关120和蓄电池130。

该多抽头同步发电机110的基本原理与现有的同步发电机类似，其主要包含转子绕组和沿所述转子绕组的转轴方向轴向排列的抽头式定子绕组，该抽头式定子绕组以星形接法连接，其包含用于与所述电动切换开关120连接的第一接线端子。所述第一接线端子包含多组触点，每组触点由至少一相触点构成，在绕制每相定子绕组时，每相绕组从同一匝数位置开始按照预设间隔匝数引出多个触点(抽头)，按照引出触点的顺序，将相同匝数的触点作为一组触点，如图2所示(其中，本实施例仅示出了第一接线端子包含多组三相触点的情形，其余的情形与之类似)例如，在绕制每相定子绕组时，每相绕组从同一匝数位置开始引出第一个触点，然后每隔一定匝数时引出第二个触点，以此类推，直到全部绕组绕制完成后，即引出N个触点，每相绕组的首端作为该发电机电流输出端，绕组触点按引出的顺序，分别以a、b、c各作为一组，按引出顺序分成第一组、第二组至第N组若干组触点，全部接入电动切换开关120。该多抽头同步发电机110是在现有同步发电机的基础上作的改进，将现有的定子绕组改进为抽头式定子绕组，即将现有的单一出线方式，更改为多组触点的出线方式，以使得发电机产生的逆向扭矩大小可调节。其中，该多抽头同步发电机110可以是单相、双相或三相的。当该多抽头同步发电机110为单相时，该包含多组单相触点，例如，a1、a2、……、an。当该多抽头同步发电机110为双相时，第一接线端子包含多组双相触点，例如，a1，b1；a2，b2；……；an，bn。当该多抽头同步发电机110为三相时，第一接线端子包含多组三相触点，例如，a1，b1，c1；a2，b2，c2；……；an，bn，cn。

其中，该转子绕组为直流励磁的单一绕组。

所述电动切换开关120分别与所述多抽头同步发电机110和所述蓄电池130连接，通过控制所述电动切换开关120调节连通所述抽头式定子绕组的匝数数量，进而调节所述多抽头同步发电机110的逆向扭矩，以及调节所述多抽头同步发电机110的输出电流。

作为一种可选的实施方式，如图3所示(其中，本实施例仅示出了第一接线端子包含多组三相触点的情形，其余的情形与之类似)所述电动切换开关120对应所述第一接线端子设置有第二接线端子，以便连接所述抽头式定子绕组的引出线；以及还设置有驱动装置和金属滑动片，所述金属滑动片的一侧用于与所述第二接线端子滑动连接，所述金属滑动片的另一侧向外引出用于与所述蓄电池130连接的输出端子，所述金属滑动片在所述驱动装置的驱动下，调节连通所述定子绕组的数量。

当该第一接线端子包含多组单相触时，相应地，该所述第二接线端子包含路路触点，此时，该金属滑动片的数量为一个，作为一种实施方式，该金属滑动片在所述驱动装置的驱动下与第二接线端子中的触点滑动连接时，可以是基于从左到右或从右到左的顺序依次连接，例如，当驾驶员不踩下制动踏板时，金属滑动片不连通定子绕组，即此时，发动机和多抽头同步发电机110发电机通过离合器断开，发电机不转动、不工作。当制动踏板被踩下时，控制驱动装置以驱动该金属滑动片连通第一组触点，发动机带动多抽头同步发电机110转动发电；随着制动踏板力度的加大，控制电动切换开关120逐渐增加接通的匝数数量(金属滑动片从左向右或从右到左的顺序滑动，依次与最左边或最右边的触点相接触，每次只接通一组绕组抽头触点)，随着接入定子绕组匝数的增加，多抽头同步发电机110制动扭矩逐渐增大，充电电流也逐渐增大。

当该第一接线端子包含多组双相触点时，相应地，该第二接线端子包含两路触点，每路触点所包含的触点数量与所述第一接线端子中组触点数相同，此时，该金属滑动片的数量为2个，即该金属滑动片包含第一滑片和第二滑片。所述金属滑动片包含第一滑片和第二滑片，所述第一滑片的一侧用于与所述第二接线端子中某一路的触点滑动连接，所述第一滑片的另一侧向外引出用于与所述蓄电池130连接的输出端子，所述第二滑片的一侧用于与所述第二接线端子中另一路的触点滑动连接，所述第二滑片的另一侧向外引出用于与所述蓄电池130连接的输出端子。

当该第一接线端子包含多组三相触点时，如，包括A相接线端子、B相接线端子和C相接线端子时，相应地，该第二接线端子包含三路触点，每路触点所包含的触点数量与所述第一接线端子中组触点数相同，此时，该金属滑动片的数量为3个，即该金属滑动片包含第一滑片、第二滑片和第三滑片。所述第一滑片的一侧用于与所述第二接线端子中第一路的触点滑动连接，所述第一滑片的另一侧向外引出用于与所述蓄电池130连接的输出端子，所述第二滑片的一侧用于与所述第二接线端子中第二路的触点滑动连接，所述第二滑片的另一侧向外引出用于与所述蓄电池130连接的输出端子，所述第三滑片的一侧用于与所述第二接线端子中第三路的触点滑动连接，所述第三滑片的另一侧向外引出用于与所述蓄电池130连接的输出端子。

其中，每一相的触点与滑片的连通方式与上述单相的触点与滑片的连通方式相同。当该第一接线端子为双相或三相时，每个滑片与每相触点的连通是同步的，例如，第一滑片从a1滑动至a2触点时，第二滑片从b1滑动至b2触点，第三滑片从c1滑动至c2触点时，且每个滑片每次只与对应的一个触点连通。

基于上述描述可知，第一种实施方式下的电动切换开关120的金属滑动片的滑片随着多抽头同步发电机110的相数变化而变化，即多抽头同步发电机110为单相时，该金属滑动片的滑片数量为1个；为双相时，滑片数量为2个；为三相时，滑片数量为3个。

作为另一种可选的实施方式，如图4所示(其中，本实施例仅示出了第一接线端子包含多组三相触点的情形，其余的情形与之类似)无论多抽头同步发电机110的相数如何变化，该电动切换开关120的金属滑动片的滑片数量仅为一个，此时，该第二接线端子包括多组触点，每组触点的数量由多抽头同步发电机110的相数决定，例如，单相时，每组触点由1个触点构成，即，所述第二接线端子包含与所述第一接线端子相同数量的触点；双相时，每组触点由两个触点构成，即，所述第二接线端子包含与所述第一接线端子相同组数量的双相触点，所述金属滑动片用于与所述第二接线端子中每组双相触点滑动连接。三相时，每组触点由3个触点构成，如，A、B、C三相，即，所述第二接线端子包含与所述第一接线端子相同组数量的三相触点，所述金属滑动片用于与所述第二接线端子中每组三相触点滑动连接。为了便于理解，以三相为例，进行说明，即每组触点由A、B、C三个触点构成，对应接入第一组、第二组、直第N组定子绕组的引出线，如第一组触点为a1、b1、c1；第二组触点为a2、b2、c2；第N组触点为an、bn、cn。此时，该金属滑动片每次滑动连接触点时，每次以一组触点为连接对象，即每次只与一组触点连通。其中，该金属滑动片与每组触点连通的方式与上述方式相同。

其中，作为一种可选的实施方式，上述的金属滑动片为铜质滑动开关。

其中，上述的驱动装置包括微型电机，以便驱动该金属滑动片左右运动。

其中，由于多抽头同步发电机110包括多组触点，通过电动切换开关120逐渐调节增加接通的匝数数量，可以使多抽头同步发电机110逆向扭矩逐渐增大呈现较好的线性关系。当定子绕组匝数数量足够多时，也可保证汽车制动时的平滑度，因此达到了缩短离合器的半联动状态时间、减少热量损耗、提高制动能量回收率的目的。

本实用新型实施例还提供了一种节能汽车200，如图5所示，该节能汽车200包括电子控制制动系统210、离合器220、机械制动系统230、发动机和上任一项实施方式所述的制动能量回收系统100。所述电子控制制动系统210分别与所述离合器220、所述机械制动系统230和所述电动切换开关120(其中的驱动装置)连接，所述电子控制制动系统210通过控制所述离合器220控制所述发动机与所述多抽头同步发电机110之间的接合度。当驾驶员不踩下制动踏板时，发动机和发电机通过离合器220断开，发电机不转动、不工作。当制动踏板被踩下时，所述电子控制制动系统210控制所述离合器220处于全联动工作状态，使得所述多抽头同步发电机110和发动机完全接合，所述发动机带动所述多抽头同步发电机110转动发电；以及控制所述电动切换开关120调节连通所述抽头式定子绕组的匝数数量，进而调节所述多抽头同步发电机110的逆向扭矩，以及调节所述多抽头同步发电机110的输出电流。汽车制动时所需的制动力矩不大时，完全由多抽头同步发电机110的逆向扭矩提供制动力矩；随着所述抽头式定子绕组的匝数数量的增加，多抽头同步发电机110的逆向扭矩逐渐增大，充电电流也逐渐增大，当电动切换开关120接通所述抽头式定子绕组的第N组触点后，多抽头同步发电机110的逆向扭矩达到最大，充电电流也最大，若此时，仍达不到汽车制动时所需的制动力矩时，方启动机械制动系统230。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。