[发明专利]机电耦合的交通车辆飞轮动能回收装置

说明书

技术领域

本发明属于交通技术领域，具体涉及一种交通车辆动能回收系统。

背景技术

现在，全世界的交通车辆都面临着产业发展与保护环境这对矛盾。能源问题和二氧化碳排放已是摆着面前需要立即动手解决的问题，人们迫切需要高效率的环保技术来保证汽车工业和轨道交通车辆的持续发展。目前各类车辆大多利用制动系统所产生的摩擦阻力来实现减速或停车，车辆制动时将车辆的动能转变为制动器上的热能而白白地散失掉了，交通车辆一般会频繁地工作于减速、停车、起动、加力状态，在城市轨道交通车辆和城市公交车辆尤为突出，这种能量的损耗相当可观，这使得社会对能源的需求增加，加剧了资源和环境的压力。

现有解决交通车辆制动节能的方法主要有：

1．电阻耗能型再生制动动能回收系统。采用功率电子器件和耗能电阻组成斩波器，将制动能量消耗在耗能电阻上，未对制动动能加以利用。在城市地下轨道交通车辆中，电阻大量散热还会导致环境温度上升，增加了通风动力装置或者空气温度调节装置的负荷，从而增加了相应的电能消耗。

2．油泵动能回收系统。利用油泵－油马达的可逆运行原理，在车辆制动时油泵把车辆的动能转变为液体的压力能，储存到液压蓄能器中，需要释能时油马达帮助发动机使车辆起动或加力。这种方式存在液压元件，系统结构复杂，可靠性较低。

3．蓄电池或电容-电机动能回收系统。采用逆变器将车辆的再生制动能量回收到蓄电池、大容量电容中，该方法需要设置体积较大的蓄电池组或电容器组，这是由于用作储能部件的电池或电容器，对其技术指标有很高的要求，到目前为止，电池和电容器还需要进一步提高其能量密度。另外，电池和电容的使用寿命和安全性也是一个问题。

4．无级变速飞轮动能回收系统。采用高效、紧凑、速比连续可变的圆环曲面传动装置，实现车辆制动动能回收，无级变速的圆环曲面传动装置连接了飞轮和常规的多档齿轮式变速器，通过调节速比，让动能以最优的方式在两者之间来回走动，而不是完全通过刹车盘散失掉。这种模式结构紧凑，能量传递效率甚至高过90%，整体性能优于蓄电池或电容-电机模式，无级变速飞轮动能回收系统的优点还包括：工作温度区间广、安全稳定、寿命长、可重复使用和环保。但该系统中的核心部件无级变速圆环曲面传动装置制造难度大、要求高，难以实现大扭矩输出，目前该技术还没有成熟。

因此，有必要革新交通车辆的动能回收系统，进一步提高动能回收系统的性能。

发明内容

技术问题：本发明针对传统交通车辆动能回收系统存在的可靠性、成本、效率等问题，提供一种适用于所有电力驱动车辆的效率高、寿命长、成本低的机电耦合的交通车辆飞轮动能回收装置。

技术方案：一种交通车辆飞轮动能回收装置，包括飞轮、离合器、变速器、双转子电机、牵引逆变器单元、飞轮逆变器单元、牵引整流单元、飞轮轴、变速器高速轴和负载输出轴，所述的双转子电机包括变速器低速轴、滑环、电刷、内转子、环绕所述内转子的外转子、环绕所述外转子的定子，所述的滑环设置在变速器低速轴上，所述电刷与滑环接触，所述的定子和内转子均设置有多相绕组；所述的飞轮通过飞轮轴与离合器连接，所述的离合器通过变速器高速轴与变速器连接，所述变速器通过变速器低速轴与双转子电机的内转子连接，双转子电机的外转子与负载输出轴连接；所述定子的多相绕组通过导线与牵引逆变器单元的交流端连接，所述牵引整流单元通过导线分别与牵引逆变器单元的直流端和飞轮逆变器单元的直流端连接，飞轮逆变器单元的交流端通过导线与电刷连接，滑环通过导线与内转子的多相绕组连接，滑环在随变速器低速轴旋转时与静止的电刷保持电连接。