專利名稱：電動交通工具慣性能量的可變電源回收技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將電機(jī)工作時產(chǎn)生的感應(yīng)電能進(jìn)行回收與利用的技術(shù)領(lǐng)域，特別 是建立了一種將電動交通工具滑行產(chǎn)生的慣性能量利用可變電源進(jìn)行回收的技術(shù)基礎(chǔ) 與實現(xiàn)模型。
背景技術(shù)：
任何交通工具在行駛過程中都有很大的慣性能量，為了克服慣性能量進(jìn)行減速滑 行或停止前進(jìn)時，交通工具需要制動機(jī)制產(chǎn)生反向阻力抵消正向的慣性能量，傳統(tǒng)的 機(jī)械制動機(jī)制以機(jī)械磨擦損耗方式抵消了慣性能量，這不但使機(jī)械制動能力因機(jī)械制 動部件的磨損而逐漸減弱，也使行駛中的慣性能量完全被浪費掉了。對于電動交通工具而言，這種慣性能量可以從轉(zhuǎn)動的電機(jī)上以電能的形式回收到 蓄電池。電動交通工具的行駛驅(qū)動電機(jī)在正向轉(zhuǎn)動時由電機(jī)線圈切割磁力線產(chǎn)生反向 感電，感應(yīng)電的電壓隨電機(jī)轉(zhuǎn)速上升逐漸升高，隨電機(jī)轉(zhuǎn)速下降逐漸下降，但是，在 不存在其它外力作用的條件下，最大反向感應(yīng)電壓低于提供電能的蓄電池電壓，感應(yīng) 電直接回充蓄電池是無法實現(xiàn)。公知的電動交通工具使用在電機(jī)控制器內(nèi)短路電機(jī)線 圈的方式制動，但是高速狀態(tài)下短路電機(jī)線圈產(chǎn)生的電壓非常高，會使電機(jī)控制器內(nèi) 部的開關(guān)元件產(chǎn)生高壓擊穿損壞，這種技術(shù)只能在速度下降到一定程度后才能提高短 路線圈的時間占比，而短路線圈也需要消耗電能，所以，公知技術(shù)很難回收慣性能量， 其制動還存在滯后和故障率高的缺點，本發(fā)明建立了采用可變電源式供電實現(xiàn)慣性能 量安全、高效、合理、即時的回收機(jī)制和技術(shù)條件。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是建立一種將電動交通工具的慣性能量進(jìn)行安全、高效、合理、即 時回收的機(jī)制基礎(chǔ)與實現(xiàn)模型。本發(fā)明采用先對直流電源進(jìn)行動態(tài)電壓提升后驅(qū)動直流電機(jī)轉(zhuǎn)動，當(dāng)直流電機(jī)轉(zhuǎn) 動產(chǎn)生的反向感應(yīng)電壓高于直流電源升壓前的電壓，就可以將直流電源轉(zhuǎn)換到升壓前 的形式接收感應(yīng)電。改變直流電源電壓的實現(xiàn)方式包括線圈振蕩升壓、電容疊加升壓、 直流串入升壓、交直流逆變升壓和多路并串聯(lián)轉(zhuǎn)換升壓等，本說明書以多路并串聯(lián)轉(zhuǎn) 換升壓做為多種實現(xiàn)方式之一來表述。電動交通工具慣性能量的回收以多路并串聯(lián)轉(zhuǎn)換升壓做為實現(xiàn)方式之一時，本發(fā) 明技術(shù)構(gòu)成的具有直流電源升壓功能的單元或裝置接受多路蓄電池組輸入，并根據(jù)交 通工具的速度需要將多路蓄電池組按并聯(lián)、串聯(lián)或并串混聯(lián)連接，形成不同連接形式 和輸出電壓的可變壓直流電源后，分階段向電機(jī)供電，當(dāng)電機(jī)需要低速轉(zhuǎn)動時，蓄電 池組在直流電源升壓單元或裝置內(nèi)的連接形式構(gòu)成低電壓直流電源，當(dāng)電機(jī)需要高速 轉(zhuǎn)動時，蓄電池組在直流電源升壓單元或裝置內(nèi)的連接形式構(gòu)成高電壓直流電源。這 樣，對較高電壓直流電源產(chǎn)生的反向感應(yīng)電能，在減速滑行和制動時，就可以立即將 蓄電池組在直流電源升壓單元或裝置內(nèi)轉(zhuǎn)換為低電壓直流電源形式，來接受高電壓感 應(yīng)電能的回充并產(chǎn)生制動力。例如，將兩路額定電壓為36V的蓄電池組接入，當(dāng)電動 交通工具低速行駛時，兩路36V蓄電池組以并聯(lián)形式連接向電機(jī)提供36V工作電壓， 當(dāng)電動交通工具需要高速行駛時，兩路36V蓄電池組以串聯(lián)的形式連接向電機(jī)提供 72V工作電壓，高速狀態(tài)下電機(jī)產(chǎn)生了68V反向感應(yīng)電壓，這時如果機(jī)械制動部件的 電氣特征被直流電源升壓裝置發(fā)現(xiàn)，直流電源升裝置立即將兩路36V蓄電池以并聯(lián)方 式連接，由于這時的68V反向感應(yīng)電壓高于36V直流電源電壓，就形成了從電機(jī)向蓄 電池組的反向回充電流。本發(fā)明沒有升高感應(yīng)電壓，而是降低直流電源電壓，因此，并不形成對電機(jī)控制 器內(nèi)元件的超壓沖擊，并且可以在制動初期就立即大比例回收，具有反應(yīng)快速、回收 比例高及不增加控制器故障率的特點。本發(fā)明的反向電能的回收還可以對硫化蓄電池 產(chǎn)生脈沖修復(fù)作用，延長蓄電池組使用壽命。本發(fā)明對慣性能量的回收與利用實現(xiàn)了永不磨損制動機(jī)制。反向感應(yīng)電能是電機(jī) 轉(zhuǎn)動的慣性能量的體現(xiàn)形式，而將反向感應(yīng)電能回充蓄電池既回收了能源，也降低了 感應(yīng)電壓產(chǎn)生了很好的制動效果，因此，回收形式的制動永不磨損。本發(fā)明對慣性能量的回收與利用實現(xiàn)了制動能力隨交通工具載重和速度增加而自 動增強(qiáng)的動態(tài)制動能力機(jī)制。慣性能量與移動物體的總重量和速度成正比，重量和速 度越大，慣性能量也越大，形成回充蓄電池的續(xù)流時間也就越長，回收產(chǎn)生的制動能 力也就相應(yīng)越強(qiáng)。本發(fā)明對慣性能量的回收與利用實現(xiàn)了制動力量隨速度逐漸減小的緩沖制動機(jī) 制。慣性能量隨本發(fā)明回收逐漸減小，電動交通工具速度逐漸下降，回收產(chǎn)生的反作 用力相應(yīng)減弱，形成一種緩沖制動機(jī)制。本發(fā)明對反向電能的回收可以按照毫秒級頻率來控制開通或關(guān)斷比例，形成高頻 防抱死制動機(jī)制。當(dāng)開通占空比小時，回收比例小，制動力小，使交通工具減速滑行； 當(dāng)開通占空比大時，回收比例大，制動力強(qiáng)，使交通工具快速制動，減少機(jī)械制動部 件的磨損。本發(fā)明按照附圖l，由圖1中1開關(guān)1、 2開關(guān)2、 3開關(guān)3、 4二極管1、 5二極 管2、 6蓄電池A正導(dǎo)線、7蓄電池A負(fù)導(dǎo)線、8蓄電池B負(fù)導(dǎo)線、9蓄電池B正導(dǎo)線、 IO直流電源正導(dǎo)線、ll直流電源負(fù)導(dǎo)線、12信號線纜、13開關(guān)控制邏輯器件、14開 關(guān)1驅(qū)動電路、15開關(guān)2驅(qū)動電路、16開關(guān)3驅(qū)動電路連接實現(xiàn)對20電機(jī)的感應(yīng)電 能的回收和利用。17是調(diào)速部件、18制動部件、19電機(jī)控制器、20電機(jī)、21蓄電池 A、 22蓄電池B是電動交通工具的工作部件和裝置，23的虛線矩形框內(nèi)是構(gòu)成可變直 流電源和回收感應(yīng)電能的部件與連接關(guān)系集合。附圖1中13開關(guān)控制邏輯器件通過12信號線纜與19電機(jī)控制器連接，可以從 19電機(jī)控制器上獲得關(guān)于17調(diào)速部件、18制動部件、20電機(jī)的電氣特征，并根據(jù)這 些電氣特征按照程序決定對電路上與其相連的14開關(guān)1驅(qū)動電路、15開關(guān)2驅(qū)動電 路、16開關(guān)3驅(qū)動電路發(fā)出開關(guān)指令，開關(guān)驅(qū)動電路可以操作相應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)。本發(fā)明實現(xiàn)直流電源升壓的裝置可以是線圈振蕩升壓、電容疊加升壓、直流串入 升壓、交直流逆變升壓和多路并串聯(lián)轉(zhuǎn)換升壓等，改變21蓄電池A、 22蓄電池B的并串連接關(guān)系的具體實現(xiàn)電路不由本發(fā)明確定，圖1中改變并聯(lián)和串聯(lián)的連接方式可 以經(jīng)過嵌套、調(diào)用后實現(xiàn)對多路蓄電池的并聯(lián)與串聯(lián)轉(zhuǎn)換和并串聯(lián)混聯(lián)的供電組合。本發(fā)明的優(yōu)點-1、 實現(xiàn)電動交通工具慣性能量的大比例回收，增加了電能續(xù)行里程。2、 利用慣性能量回收增加了電動交通工具的制動能力，減少了機(jī)械制動部件的磨損。3、 對慣性能量的回收與利用安全并且不增加故障率。4、 形成脈沖反充電，延長蓄電池組使用壽命。5、 實現(xiàn)了永不磨損制動機(jī)制、動態(tài)制動能力機(jī)制和高頻防抱死制動機(jī)制，增加了電動 交通工具的安全性能。6、 明實現(xiàn)了制動力量隨速度逐漸減小的緩沖制動機(jī)制，使制動時的安全程度和舒適度 都大幅增加。


圖1是本發(fā)明的各技術(shù)組件的連接結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中1是開關(guān)1、 2是開關(guān)2、 3是開關(guān)3、 4是二極管1、 5是二極管2、 6是 蓄電池A正導(dǎo)線、7是蓄電池A負(fù)導(dǎo)線、8是蓄電池B負(fù)導(dǎo)線、9是蓄電池B正導(dǎo)線、 IO直流電源正導(dǎo)線、ll是直流電源負(fù)導(dǎo)線、12是信號線纜、13是開關(guān)控制邏輯器件、 14是開關(guān)1驅(qū)動電路、15是開關(guān)2驅(qū)動電路、16是開關(guān)3驅(qū)動電路、17是調(diào)速部件、 18是制動部件、19是電機(jī)控制器、20是電機(jī)、21是蓄電池A、 22是蓄電池B、 23是 構(gòu)成可變直流電源和回收感應(yīng)電能的部件與連接關(guān)系的集合。
具體實施方式
當(dāng)電機(jī)處于低速狀態(tài)時，附圖1中的1開關(guān)1、 2開關(guān)2、 3開關(guān)3都處于開路狀 態(tài)，這時通過6蓄電池A正導(dǎo)線和7蓄電池A負(fù)導(dǎo)線接入的21蓄電池A，與通過8 蓄電池B負(fù)導(dǎo)線和9蓄電池B正導(dǎo)線接入的蓄電池B之間形成并聯(lián)連接結(jié)構(gòu)，10直 流電源正導(dǎo)線輸出電壓為蓄電池并聯(lián)的電壓。當(dāng)電機(jī)需要高速轉(zhuǎn)動時，13開關(guān)控制邏輯器件向15開關(guān)2驅(qū)動電路發(fā)出閉合指令，15開關(guān)2驅(qū)動電路使2開關(guān)2閉合，這 時，10直流電源正導(dǎo)線輸出電壓為蓄電池串聯(lián)形成的高電壓。當(dāng)21電機(jī)在高速狀態(tài)需要制動時，18制動部件的動作電氣特征通過19電機(jī)控制 器、12信號線纜送入13開關(guān)邏輯器件，13開關(guān)邏輯器件向15開關(guān)2驅(qū)動電路發(fā)出 開路指令，15開關(guān)2驅(qū)動電路使2開關(guān)2開路后，13開關(guān)邏輯器件向14開關(guān)1驅(qū)動 電路和16開關(guān)3驅(qū)動電路發(fā)出閉合指令，14開關(guān)1驅(qū)動電路驅(qū)動1開關(guān)1閉合，同 時16開關(guān)3驅(qū)動電路驅(qū)動3開關(guān)3閉合。這時20電機(jī)的感應(yīng)反向電壓高于10直流 電源正導(dǎo)線電壓，感應(yīng)電能反充回21蓄電池A和22蓄電池B。隨著感應(yīng)電能被蓄電池吸引，就形成了從20電機(jī)流向蓄電池的反向電流，這個反 向電流在電機(jī)內(nèi)形成的反磁性阻力阻止電機(jī)正向轉(zhuǎn)動。對感應(yīng)電能的回收可以按照毫 秒級頻率來控制開路或閉合1開關(guān)1和3開關(guān)3的時間比例，形成高頻防抱死制動機(jī) 制。當(dāng)閉合比開路的時間比小，感應(yīng)電回充比例小，制動力小，使交通工具減速滑行； 當(dāng)閉合比開路的時間比大時，感應(yīng)電回充比例大，制動力強(qiáng)，使交通工具快速制動， 減少機(jī)械制動部件的磨損。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速低于一定程度時，感應(yīng)電壓就低于直流電源電 壓了， 13開關(guān)邏輯器件向開關(guān)驅(qū)動電路發(fā)出指令，使l開關(guān)l、 2開關(guān)2、 3開關(guān)3都 處于開路狀態(tài)，回收慣性能量過程結(jié)束。
權(quán)利要求
1、電動交通工具慣性能量的可變電源回收技術(shù)，包括通過使用能動態(tài)改變直流電源電壓實現(xiàn)慣性能量回收的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)模型、流程模式的技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用或產(chǎn)品。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動交通工具慣性能量回收與利用技術(shù)，其特征在于對電 動交通工具的慣性能量回收的技術(shù)與產(chǎn)品是采用低于電機(jī)感應(yīng)電壓的直流電源回 收感應(yīng)電來實現(xiàn)慣性能量的回收。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動交通工具慣性能量回收與利用技術(shù)，其特征在于以采 用動態(tài)提升直流電源電壓以提升感應(yīng)電壓的方式來對電動交通工具的慣性能量進(jìn) 行回收。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動交通工具慣性能量回收與利用技術(shù)，其特征在于對電 動交通工具的慣性能量回收的技術(shù)是建立在感應(yīng)電逆向回充直流電源的方式上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動交通工具慣性能量回收與利用技術(shù)，其特征在于對電 動交通工具的慣性能量回收技術(shù)是通過控制回充開通頻率和時間實現(xiàn)對回收比例 與制動力量控制的技術(shù)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動交通工具慣性能量回收與利用技術(shù)，其特征在于對電 動交通工具的慣性能量回收技術(shù)是通過對電機(jī)感應(yīng)電電壓、頻率和調(diào)速要求的分 析，確定是否改變直流電源形式接收慣性能量通過感應(yīng)電回收。
全文摘要
任何交通工具在行駛過程中都有很大的慣性能量，為了克服慣性能量進(jìn)行減速滑行或停止前進(jìn)時，交通工具需要制動機(jī)制產(chǎn)生反向阻力抵消正向的慣性能量，傳統(tǒng)的機(jī)械制動機(jī)制以機(jī)械磨擦損耗方式抵消了慣性能量，這不但使機(jī)械制動能力因機(jī)械制動部件的磨損而逐漸減弱，也使行駛中的慣性能量完全被浪費掉了。電動交通工具的行駛驅(qū)動電機(jī)在正向轉(zhuǎn)動時由電機(jī)線圈切割磁力線產(chǎn)生反向感電，感應(yīng)電的電壓隨電機(jī)轉(zhuǎn)速上升逐漸升高，隨電機(jī)轉(zhuǎn)速下降逐漸下降，但是，在不存在其它外力作用的條件下，最大感應(yīng)電壓低于提供電能的蓄電池電壓，感應(yīng)電直接回充蓄電池是無法實現(xiàn)。本發(fā)明建立了采用可變電源式供電實現(xiàn)慣性能量安全、高效、合理、即時的回收機(jī)制和技術(shù)條件。
文檔編號B60L7/10GK101574928SQ200810148098
公開日2009年11月11日 申請日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者王宏圖, 普 高, 黃智強(qiáng) 申請人:王宏圖;黃智強(qiáng);高 普