专利名称：一种带温差发电装置的液力缓速器及其控制方法
技术领域：
本发明涉及汽车液力缓速器技术，特别指带温差发电的液力缓速器及其控制方法。
背景技术：
目前，成熟的液力缓速器产品以福伊特(Voith) R133-2型为代表，福伊特(Voith) R133-2型液力缓速器的结构如图I所示，包括动轮、定轮工作腔、输入轴、热交换器、储油箱和壳体。对于装有带液力变矩器的自动变速器车辆来说，原变速器系统已配备了 储油罐、油泵和散热器等部件，因此，在配有液力自动变速器的客车和载货汽车上安装液力缓速器成本更低。如图2所示，该液力缓速器工作时，压缩空气经电磁阀进入储油箱，将储油箱内的油液经油路压进缓速器工作腔内，缓速器开始工作。动轮带动油液绕轴线旋转；同时，油液沿叶片方向运动，甩向定轮。定轮叶片对油液产生反作用，油液流出定轮再转回来冲击动轮，这样就形成对动轮的阻力矩，阻碍动轮的转动，从而实现对车辆的减速作用。工作液在运动过程中使进出口形成压力差，油液循环流动，通过热交换器时，热量被来自发动机冷却系统的冷却水带走。这种液力缓速器主要存在以下问题
I、工作液需要通过压缩空气将其压入工作腔中，需要额外地消耗汽车的动力。2、液力缓速器制动时将汽车的动能或势能转化为液体的热能，经冷却系统冷却，没有将这部分热能回收起来再利用，反而造成了冷却系统的压力增大。3、独立的散热器，需要借助发动机的冷却系统对液力缓速器的工作液进行冷却，不仅限制了液力缓速器的布置位置，而且在发动机停止工作后不能提供足够冷却能力以及足够的压缩空气，限制了液力缓速器的使用以及降低制动安全性。温差发电是基于热电材料的塞贝克效应发展起来的一种发电技术，将P型和N型两种不同类型的热电材料(P型是富空穴材料，N型是富电子材料)一端相连形成一个PN结，置于高温状态，另一端形成低温，则由于热激发作用，P (N)型材料高温端空穴(电子)浓度高于低温端，因此在这种浓度梯度的驱动下，空穴和电子就开始向低温端扩散，从而形成电动势,这样热电材料就通过高低温端间的温差完成了将高温端输入的热能直接转化成电能的过程。单独的一个PN结，可形成的电动势很小，而如果将很多这样的PN结串联起来，就可以得到足够高的电压，成为一个温差发电器。
发明内容
本发明的目的是为解决液力缓速器制动时汽车的制动能量不能得到回收利用的问题、解决当液力缓速器将汽车动能全部转化为液体热能造成冷却系统负荷过大的问题、解决液力缓速器的独立散热的问题而提供一种带温差发电装置的液力缓速器及其控制方法，使液力缓速器在汽车上布置更加方便，提高液力缓速器的安全性，保证液力缓速器在发动机停止工作后仍能工作。本发明一种带温差发电装置的液力缓速器采用的技术方案是包括工作腔、动轮、定轮、电子控制单元，工作腔为密封式，动轮与定轮同轴有间隙地对置于工作腔中，定轮固定连接工作腔的壳体，动轮固定套接变速器输出轴，位于工作腔外部的油泵一端与工作腔的进油口相连，另一端连接工作液储槽，工作液储槽通过节流阀连接工作腔的出液口，油泵经油泵驱动电机连接电子控制单元；工作腔外壁上紧密贴合有一层内导热绝缘体，内导热绝缘体外套有外导热绝缘体，内导热绝缘体和外导热绝缘体之间是温差电模块；温差电模块由温差电单元、导流片组成，一组温差电单元由一对P型温差电偶臂和N型温差电偶臂组成，导流片连接P型温差电偶臂和N型温差电偶臂，P型温差电偶臂和N型温差电偶臂分别连接蓄电池，蓄电池分别连接油泵驱动电机和电子控制单元；在外导热绝缘体外套有冷却水套，冷却水套分别连接位于工作腔外部的相互连接的水泵和散热器，水泵经水泵驱动电动机连接蓄电池。
本发明一种带温差发电装置的液力缓速器的控制方法采用的技术方案是包括如下步骤1)当液力缓速器不工作时，工作腔内没有工作液，温差电模块不工作；2)当缓速制动时，电子控制单元控制蓄电池给油泵驱动电机供电，驱动油泵将工作液泵入工作腔内，动轮被变速器输出轴带动转动，工作液施加反作用力于动轮，产生作用在变速器输出轴上的制动力矩，对汽车进行制动；3)随着制动过程的持续，工作腔内工作液温度升高，电子控制单元检测冷却水和工作液的温度，当工作液的温度升高到设定值时，电子控制单元控制蓄电池给水泵电机通电带动水泵工作，使冷却水在冷却水管路、冷却水套、散热器之间循环流动，同时，制动时产生的热量通过温差发电的形式储存为蓄电池的电能。本发明具有如下优点
I、本发明将制动时工作腔高温油液作为温差发电装置的热源、冷却水套作为温差发电装置的冷源，在缓速器工作时温差发电装置将高温油液的热能转化为电能储存在蓄电池中，能够将车辆制动能量有效地回收利用，节约了汽车的能量。2、本发明具有独立的散热系统，不依赖发动机的散热系统，可以在发动机关闭的情况下持续制动，可以不受液力缓速器在汽车上安装位置的限制。3、本发明特别适用于电动或者混合动力客车。
图I是背景技术中福伊特R133-2型液力缓速器结构简 图2是图I所示液力缓速器的工作原理 图3是带温差发电装置的液力缓速器示意 图4是温差发电装置示意 图5是温差电模块的布置示意 图中1 一变速器，2—变速器输出轴，3—工作液储槽，4一油管，5—油泵，6—油泵驱动电机，7一"[目号线，8 —电子控制单兀，9—整车控制器，10—畜电池，11 一7jC栗驱动电机，12—水泵，13 一电导线，14 一散热器，15 一散热风扇驱动电机，16 一散热风扇，17 一缓速器壳体，18—冷却水管路，19一冷却水套，20—水温传感器，21-1—内导热绝缘体，21-2—外导热绝缘体,22一动轮，23一定轮，24一节流阀，25一工作腔，26一P型温差电偶臂，27一N型温差电偶臂，28—导流片，29—转速传感器，30—工作液温度传感器。
具体实施例方式如图3所示，本发明带温差发电装置的液力缓速器包括缓速器本体、散热系统、温差发电装置、电子控制系统部分。缓速器本体包括动轮22、定轮23、工作腔25、缓速器壳体17、油泵5、工作液储槽3、节流阀24等。工作腔25为密封式，立方体结构，其上设置进油口和出液口，在工作腔25内有动轮22和定轮23，动轮22与定轮23的横截面均是半圆环状，且将动轮22与定轮23同轴有间隙地对置，定轮23固定在工作腔25的壳体上。动轮22固定套在变速器输出轴2上，变速器输出轴2伸出工作腔25连接变速器1，动轮22由变速器I带动着随着变速器输出轴2 —起旋转。位于工作腔25外部的油泵5 —端通过油管4与工作腔25的进油口相连，另一端通过油管4连接回工作液储槽3，油泵5的作用是将工作液从工作液储槽3中泵入工作腔25内。节流阀24通过油管4将工作液储槽3与出液口连接起来，通过调节节流阀24 的开度，使工作腔25达到不同的充液量和放掉工作腔25内的油液。散热系统包括散热器14、散热风扇16、散热风扇驱动电机15、水泵12、水泵驱动电动机11、冷却水管路18以及冷却水套19。其中散热器14与散热风扇16均固定在缓速器壳体17上，冷却水套19外套在温差电模块中的外导热绝缘体21-2上，并且将冷却水套19固定在缓速器壳体17上，冷却水套19连接位于工作腔25外部的水泵12和散热器14，水泵12和散热器14相互连接，水泵12经水泵驱动电动机11连接蓄电池10。水泵12布置在冷却水管路18上且靠近散热器14出水口的位置，其作用是将散热器14中已经冷却的水泵入冷却水套19中，使冷却水在冷却水管路18、冷却水套19、散热器14中循环流动,作为温差发电装置的冷源，同时担当液力缓速器散热的任务。水泵驱动电动机11用于驱动水泵12工作。散热风扇16布置在散热器14的正面,散热风扇驱动电机15带动散热风扇16旋转，从而带动气流对散热器14散热。如图4所示为温差发电装置示意图，温差发电装置包括导热绝缘体、温差电模块、电导线13、蓄电池10等组成。工作腔壳25外依次固定内导热绝缘体21-1、温差电模块、夕卜导热绝缘体21-2、冷却水套19和缓速器壳体17。工作腔25外壁上紧密贴合一层内导热绝缘体21-1，内导热绝缘体21-1外套有外导热绝缘体21-2，外导热绝缘体21-2外套有散热系统中的冷却水套19，温差电模块位于内导热绝缘体21-1和外导热绝缘体21-2之间。本发明以串联式的温差电模块布置方式为例介绍，并联式的布置方式不再赘述。温差电模块由温差电单元、导流片28组成，一组温差电单元由一对P型温差电偶臂26和一 N型温差电偶臂27组成，导流片28连接P型温差电偶臂26和一 N型温差电偶臂27。根据需要可以将若干个温差电单元、导流片28组成温差电模块，如图5所示。用三片导热导电性能良好的导流片28将两组温差电单元连接起来，P型温差电偶臂26和N型温差电偶臂27间隔布置，即组成N-P-N-P布置结构或P-N-P-N布置结构，也可以根据已有尺寸和元件的大小增加导流片28和温差电单元的数量，组成更大的温差电模块。以本发明叙述的温差电模块为例，介绍串联式温差电模块的布置方法。如图5所示的工作腔25为立方形，可以在工作腔25六个面上均布置有温差发电模块(图5中以两个面示意)。每两组温差电模块之间用电导线13连接起来，两个温差电模块的P型温差电偶臂26相串接、N型温差电偶臂27相串接。如图3所示，温差发电装置中P型温差电偶臂26和N型温差电偶臂27通过电导线13与蓄电池10相连，将液力缓速器制动时产生的热量通过温差发电的形式储存为蓄电池10的电能。蓄电池10通过电导线13与油泵驱动电机6、水泵驱动电机11、散热风扇驱动电机15相连，向三个电机提供电能驱动其运转。电子控制系统包括电子控制单元8、工作液温度传感器30、水温传感器20、转速传感器29、信号线7等。油泵5经油泵驱动电机6连接电子控制单元8，电子控制单元8通过信号线7与车辆控制器9连接，接收来自车辆控制器9的整车信息。电子控制单元8与蓄电池10之间用信号线7连接，控制蓄电池10输出电机6、11、15电压大小，达到控制电机转速的效果。下面我们结合附图3叙述带温差发电装置的液力缓速器的工作原理及控制方法。当汽车正常行驶时，液力缓速器工作腔25内没有工作液，液力缓速器不施加制动 力矩给汽车。因为温差发电装置的冷源与热源的温差不大，温差发电装置不工作。当电子控制单元8接收到驾驶员的缓速制动指令后，从信号线7中接收到来自车辆控制器9的车辆信息，如汽车行驶速度、驾驶员需要的制动强度、汽车前后轴载荷分布等等；电子控制单元8根据上述信息计算油泵5泵入工作腔油液的体积。电子控制单元8控制蓄电池10给油泵驱动电机6供电，油泵驱动电机6驱动油泵5将指定量的工作液从工作液储槽3中泵入工作腔25内。动轮22被变速器输出轴2带动转动给工作腔的的工作液提供动能和势能；工作液流入定轮23后冲击定轮23的叶片，工作液的冲击和摩擦损失变为液体的热能使其温度不断升高，同时在动轮22与工作液相互作用中，工作液施加反作用力于动轮22，产生作用在变速器输出轴2上的制动力矩，对汽车进行制动。随着制动过程的持续，工作腔25内油液温度急剧升高，作为温差发电装置的热源。当工作腔温度传感器10检测到工作液的温度过高时，温度高于设定值时，电子控制单元8控制蓄电池10给水泵电机11通电带动水泵12工作，使冷却水在冷却水管路18、冷却水套19、散热器14之间循环流动，作为温差发电装置的冷源。温差发电装置开始工作，将汽车制动时产生的热能以电能的形式储存在蓄电池10中。调节带温差发电装置的液力缓速器散热能力的方法有两种第一种是控制水泵驱动电动机11转速带动水泵12转速升高，增加冷却水的循环量；第二种是增加散热风扇电动机15转速加快散热风扇16旋转速度增大散热器14的散热能力。电子控制单元8根据水温传感器20和工作液温度传感器30检测冷却水冷源和工作液热源的温度，通过协调运用上述方法保持冷热源之间的温差在理想的发电范围内，增加发电量。当电子控制单元8检测到冷却水温度高于设定值时，控制蓄电池10给散热风扇驱动电机15供电，带动散热风扇16旋转，从而带动气流对散热器14散热。制动结束后，打开节流阀24将工作腔23内的工作液放回到工作液储槽3中。本发明所述的液力缓速器根据安装位置不同结构可以有所改变，当液力缓速器安装在发动机的输出轴上，这时动轮22安装在发动机飞轮输出轴，该液力缓速器与发动机共用一个散热系统，而省去本发明所述的散热系统；当液力缓速器安装在变速器的输出轴上，这时动轮22安装在变速器输出轴，该独立式液力缓速器可以与发动机共用一个散热系统也可以加装本发明所述的散热系统；当液力缓速器安装在后桥的输入轴时，即动轮22安装在后桥主动锥齿轮轴上，该液力缓速器必须安装本发明所述的散热系统；当液力缓速器安装在传动轴上时，即动轮22安装一根连接轴上，该连接轴一端连接万向节一端也连接万向节，该独立式液力缓速器必须安装本发明所述的散热系统。所谓与发动机共用一个散热系统省去本发明所述的散热系统，即省去本发明所述的散热器14和散热风扇16，水泵12—端直接连接发动机的散热器出水口，该节能液力缓速器与发动机冷却系统共用一个散热器。本具体实施例仅以独立式节能液力缓速器安装于变速器输出轴加装本发明所述的独立式散热系统为例介绍其组成结构，其它结构形式·不再赘述。
权利要求
1.一种带温差发电装置的液力缓速器，包括工作腔(25)、动轮(22)、定轮(23)、电子控 制单元(8)，其特征是工作腔(25)为密封式，动轮(22)与定轮(23)同轴有间隙地对置于 工作腔(25)中，定轮(23)固定连接工作腔(25)的壳体，动轮(22)固定套接变速器输出轴 (2)，位于工作腔(25)外部的油泵(5)—端与工作腔(25)的进油口相连，另一端连接工作液 储槽(3 )，工作液储槽(3 )通过节流阀(24)连接工作腔(25 )的出液口，油泵(5 )经油泵驱动 电机(6)连接电子控制单元(8);工作腔(25)外壁上紧密贴合有一层内导热绝缘体(21-1)， 内导热绝缘体(21-1)外套有外导热绝缘体(21-2)，内导热绝缘体(21-1)和外导热绝缘体 (21-2)之间是温差电模块；温差电模块由温差电单元、导流片(28)组成，一组温差电单元 由一对P型温差电偶臂(26)和N型温差电偶臂(27)组成，导流片(28)连接P型温差电偶 臂(26 )和N型温差电偶臂(27 )，P型温差电偶臂(26 )和N型温差电偶臂(27 )分别连接蓄 电池(10)，蓄电池(10)分别连接油泵驱动电机(6)和电子控制单元(8);在外导热绝缘体 (21-2)外套有冷却水套(19)，冷却水套(19)分别连接位于工作腔(25)外部的相互连接的 水泵(12)和散热器(14)，水泵(12)经水泵驱动电动机(11)连接蓄电池(10)。
2.根据权利要求1所述的一种带温差发电装置的液力缓速器，其特征是散热器(14) 的正面设有散热风扇(16)，散热风扇(16)经散热风扇驱动电机(15)连接蓄电池(10)。
3.根据权利要求1所述的一种带温差发电装置的液力缓速器，其特征是所述温差电 单元具有若干个，每个温差电模块的P型温差电偶臂(26 )相串接、N型温差电偶臂(27 )相 串接。
4.根据权利要求3所述的一种带温差发电装置的液力缓速器，其特征是若干个P 型温差电偶臂(26)和若干个N型温差电偶臂(27)间隔布置，组成N-P-N-P布置结构或 P-N-P-N布置结构。
5.一种如权利要求1所述的带温差发电装置的液力缓速器的控制方法，其特征是包括 如下步骤1)当液力缓速器不工作时，工作腔(25)内没有工作液，温差电模块不工作；2)当缓速制动时，电子控制单元(8)控制蓄电池(10)给油泵驱动电机(6)供电，驱动 油泵(5)将工作液泵入工作腔(25)内，动轮(22)被变速器输出轴(2)带动转动，工作液施 加反作用力于动轮(22)，产生作用在变速器输出轴(2)上的制动力矩，对汽车进行制动；3)随着制动过程的持续，工作腔(25)内工作液温度升高，电子控制单元(8)检测冷却 水和工作液的温度，当工作液的温度升高到设定值时，电子控制单元(8)控制蓄电池(10) 给水泵电机(11)通电带动水泵(12 )工作，使冷却水在冷却水管路(18 )、冷却水套(19 )、散 热器(14)之间循环流动，同时，制动时产生的热量通过温差发电的形式储存为蓄电池(10) 的电能。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征是当电子控制单元(8)检测到冷却水温度 高于设定值时，控制蓄电池(10)给散热风扇驱动电机(15)供电，带动散热风扇(16)旋转， 从而带动气流对散热器(14)散热。
全文摘要
本发明一种带温差发电装置的汽车液力缓速器及其控制方法，动轮与定轮同轴有间隙地对置于工作腔中，油泵一端与工作腔的进油口相连，另一端连接工作液储槽，工作液储槽通过节流阀连接工作腔的出液口，油泵经油泵驱动电机连接电子控制单元；工作腔外壁上紧密贴合有一层内导热绝缘体，内导热绝缘体和外导热绝缘体之间是温差电模块；温差电模块由温差电单元、导流片组成，一组温差电单元由一对P型温差电偶臂和N型温差电偶臂组成，P型温差电偶臂和N型温差电偶臂分别连接蓄电池，在外导热绝缘体外套有冷却水套，冷却水套分别连接水泵和散热器，水泵经水泵驱动电动机连接蓄电池，制动时产生的热量通过温差发电的形式储存为蓄电池的电能。
文档编号F16D57/02GK102954126SQ20121043415
公开日2013年3月6日 申请日期2012年11月5日 优先权日2012年11月5日
发明者何仁, 胡东海 申请人:江苏大学