飛輪儲能器及采用其的交通工具的制作方法
【專利摘要】一種飛輪儲能器及采用其的交通工具。該飛輪儲能器包括：飛輪，用于儲存動能；可分離傳動裝置，用于在需要時將所述飛輪與外界連接，從而能夠實現(xiàn)在外界的動力裝置運轉時給所述飛輪加速儲存能量，而在外界的動力裝置不運轉時使用所述飛輪向外輸出動力。本發(fā)明在交通擁堵時關閉發(fā)動機用飛輪儲能器驅動汽車行駛，可避免發(fā)動機反復啟動及原地怠速造成的能量浪費以及發(fā)動機磨損和廢氣超標排放。
【專利說明】
飛輪儲能器及采用其的交通工具
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及汽車節(jié)能減排技術領域，更具體地涉及一種飛輪儲能器及采用其的交 通工具。
【背景技術】
[0002] 在大中城市中心區(qū)，交通經(jīng)常擁堵，特別在上下班高峰時間更擁堵;若遇到紅綠燈 則會等很長時間，此時汽車經(jīng)常緩慢行駛或原地怠速，擁堵期間汽車經(jīng)常處在起動和制動 狀態(tài)。這種狀態(tài)不但造成能量浪費，而且此時汽車尾氣嚴重污染，超標排放，這也是大中城 市空氣污染重要來源，隨著汽車總量不斷增加，這個問題越來越引起重視。
[0003] 針對解決城市空氣污染問題，用電動汽車代替燃油汽車是目前提出的主要解決辦 法。但是電動汽車不但造價昂貴，而且也存在電池質量等問題，目前只能靠政策補貼才能銷 售，售出后又遇到充電粧少，人們又遇到充電時間長和充電難問題。據(jù)相關部門發(fā)布的調查 報告指出，在短期內（至少十年內），燃油汽車仍占汽車總量90 %以上，用電動汽車替代燃油 汽車在相當長的時間內不易實現(xiàn)。

【發(fā)明內容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種飛輪儲能器，以便在汽車緩慢行駛或 擁堵時用飛輪儲能驅動汽車，減少汽車能源消耗和碳排放。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，作為本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供了一種飛輪儲能器，包 括：
[0006] 飛輪，用于儲存動能；
[0007] 可分離傳動裝置，用于在需要時將所述飛輪與外界連接，從而能夠實現(xiàn)在外界的 動力裝置運轉時給所述飛輪加速儲存能量，而在外界的動力裝置不運轉時使用所述飛輪向 外輸出動力。
[0008] 作為優(yōu)選，所述飛輪采用環(huán)形旋轉體結構。
[0009] 作為本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明還提供了一種采用如上所述的飛輪儲能器的交 通工具。
[0010] 基于上述技術方案可知，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果:在交通擁堵時，汽車會 緩慢行駛或原地怠速，從而汽車經(jīng)常處在起動和制動狀態(tài);此時，關閉發(fā)動機而改用飛輪儲 能器驅動汽車行駛，可避免發(fā)動機反復啟動及原地怠速造成的能量浪費以及發(fā)動機磨損和 廢氣超標排放;用飛輪驅動汽車行駛期間不產(chǎn)生任何廢氣排放，在原地怠速時飛輪空轉耗 能很少，僅消耗飛輪滾動軸承的摩擦力及風阻，也不排放廢氣；用飛輪儲能器啟動汽車時不 會產(chǎn)生發(fā)動機磨損。
【附圖說明】
[0011] 圖1是本發(fā)明的飛輪儲能器與汽車發(fā)動機及其傳動系統(tǒng)的關系示意圖；
[0012] 圖2是作為本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的環(huán)形旋轉結構體形式的飛輪的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0013] 為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0014] 城市中交通行駛緩慢，甚至因為擁堵而寸步難行，導致汽車等交通工具油耗增大， 碳排放量急劇增加，用車成本也激增。而利用本發(fā)明的飛輪儲能器可以較容易地解決上述 問題，是迅速解決大中城市汽車尾氣排放污染的另一途徑。
[0015] 具體地，本發(fā)明的飛輪儲能器包括：
[0016] 飛輪，用于儲存動能；
[0017] 可分離傳動裝置，用于在需要時將飛輪與外界連接，從而能夠實現(xiàn)在外界的動力 裝置運轉時給飛輪加速儲存能量，而在外界的動力裝置不運轉時使用飛輪向外輸出動力。
[0018] 作為優(yōu)選，飛輪的直徑在20~80厘米范圍之間，質量在5~40千克范圍之間。
[0019] 作為優(yōu)選，可分離傳動裝置為離合器，優(yōu)選為摩擦離合器，進一步優(yōu)選為電磁摩擦 離合器。
[0020] 作為優(yōu)選，該飛輪儲能器還包括變速齒輪，用于將飛輪的轉速變小后再與可分離 傳送裝置連接。
[0021] 作為優(yōu)選，該飛輪儲能器還包括測速儀，用于測量所述飛輪的轉速。在一個優(yōu)選實 施例中，測速儀將其測量的結果輸出到儀表盤上的顯示儀表上，以方便駕駛員對飛輪的轉 速和轉動時間有個大體判斷。
[0022] 作為優(yōu)選，飛輪采用環(huán)形旋轉體結構。
[0023] 本發(fā)明還公開了一種采用如上所述的飛輪儲能器的交通工具，例如汽車，優(yōu)選為 小客車。
[0024] 在實際應用中，飛輪可以儲存動能，在汽車上安裝飛輪儲能器以后，飛輪可以隨時 從發(fā)動機獲取動能(無論汽車在行駛中或靜止時均可以從發(fā)動機獲取動能）。飛輪存儲的能 量不必像汽車電池儲能的能量那樣多。一般而言，飛輪儲能的動能只要夠汽車行駛1公里左 右即可，這樣飛輪就不必加工做得很大。而且設計好的飛輪儲能器還可把汽車制動時或汽 車下坡時的動能量轉換成飛輪的動能儲存起來。類似賽車上的動能回收系統(tǒng)(Kers)，但技 術要求可低于賽車標準。飛輪的轉速代表飛輪儲能的動能。因此用飛輪轉速表反映到駕駛 盤上，司機可隨時了解飛輪的儲存能量，決定是否給飛輪補充能量或消耗掉飛輪的能量。例 如汽車將到達目的地且會長期停留時，可在最后行駛的1公里內消耗飛輪的能量。若汽車僅 短暫停留，則不必用掉飛輪的儲能，短暫停留時該飛輪空轉，耗能很少。等到汽車再起動時 可利用飛輪的能量起動汽車，這樣不但可以減少汽車起動時的污染，而且會減少發(fā)動機起 動時的磨損。
[0025] 飛輪儲能器應設計成一個獨立的小客車附件。因為不是所有汽車都必須配置飛輪 儲能器，只有經(jīng)常在大中城市中心區(qū)行駛的小客車才需配置飛輪儲能器。汽車制造商或大 型汽車經(jīng)銷商或汽車維修部門均可以為用戶配置飛輪儲能器。飛輪儲能器是一種機械裝 置，其結構安全可靠性也很高。
[0026]現(xiàn)有汽車發(fā)動機曲軸上大多配有一個小飛輪，這個小飛輪僅起到幫助曲軸平穩(wěn)運 行的作用（曲軸是將汽缸的往復運動轉換為平穩(wěn)的旋轉運動）。本專利提出的飛輪儲能器要 比這個小飛輪大一些，而且轉速也會快一些(轉速應達到2~3萬轉a分），因為飛輪的動能與 其轉速的平方成正比。飛輪的動能為
，式中J表示飛輪轉動慣量，《表示飛輪轉速。
[0027]飛輪儲能器與汽車的發(fā)動機及傳動系統(tǒng)的連接以摩擦離合器為佳，因為摩擦離合 器可以無級變速，這樣可以平穩(wěn)地驅動汽車及平穩(wěn)地與發(fā)動機聯(lián)接，防止發(fā)動機因負載突 變引起超負荷損壞或停止運轉。當然正常運行時仍為剛性連接。離合器"離"或"合"的控制， 司機以電磁控制為佳，即用電磁離合器。離合器分離時將不使用飛輪儲能器。在發(fā)動機運轉 情況下合上離合器是給飛輪加速儲存能量;在發(fā)動機停止運轉的情況下合上離合器是用飛 輪的儲能器驅動汽車，或用飛輪儲能啟動發(fā)動機運轉。
[0028]由于汽車發(fā)動機正常轉速約為6000轉/分左右，而飛輪轉速為2~3萬轉/分，因此， 由汽車曲軸驅動飛輪時需經(jīng)過一對齒輪增速(1:3~5左右）。
[0029] 飛輪儲能器與汽車發(fā)動機及其傳動系統(tǒng)關系如圖1所示。其中由飛輪、變速齒輪、 摩擦離合器等組成該飛輪儲能器。
[0030] 飛輪儲能器的尺寸和重量可大致估算如下：
[0031] 經(jīng)濟型小客車每公里耗汽油約為7升，由此可推出小客車行駛1000米做的功為570 千焦耳。
[0032] 根據(jù)1焦耳= 0.101972千克力?米;換算570千焦耳= 58000kgf .Hi
[0033] 根據(jù)lkgf = 9.8kg ? m/s2;換算58000kgf ? m=568400kg ? m2/s2
[0034] 飛輪儲存的動能
，式中J表示飛輪轉動慣量，《表示飛輪轉速設w = 30000轉/分，令E = 568400kg ? m2/s2,《 =30000轉/分= 3141 弧度/s，則可算出：
[0035] 設飛輪為環(huán)形旋轉體，則飛輪的直徑D和質量M有以下公式：
[0037] 設飛輪外徑為0.3米，則可算飛輪質量為8.5公斤。如果將《降至一般轉速《 = 18000轉/分，則M = 23.7kg。可見飛輪的尺寸及重量均不大，可以安裝在小客車的發(fā)動機附 近，當然具體設計飛輪儲能器的圖紙，還要根據(jù)具體型號小客車的發(fā)動機箱圖紙而設計。
[0038] 作為一個優(yōu)選實施例，為減輕飛輪重量及尺寸，易于飛輪平穩(wěn)運行以及便于加工 等原因，該飛輪采用環(huán)形旋轉體結構，如圖2所示，飛輪的材料應選擇密度較大、價格便宜且 易于加工的優(yōu)質鋼材(密度例如優(yōu)選約為7.8Kg/cm 3)。
[0039] 以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在 本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護 范圍之內。
【主權項】
1. 一種飛輪儲能器，其特征在于，包括： 飛輪，用于儲存動能； 可分離傳動裝置，用于在需要時將所述飛輪與外界連接，從而能夠實現(xiàn)在外界的動力 裝置運轉時給所述飛輪加速儲存能量，而在外界的動力裝置不運轉時使用所述飛輪向外輸 出動力。2. 如權利要求1所述的飛輪儲能器，其特征在于，所述飛輪的直徑在20~80厘米范圍之 間。3. 如權利要求1所述的飛輪儲能器，其特征在于，所述飛輪的質量在5~40千克范圍之 間。4. 如權利要求1所述的飛輪儲能器，其特征在于，所述可分離傳動裝置為離合器。5. 如權利要求4所述的飛輪儲能器，其特征在于，所述可分離傳動裝置為摩擦離合器， 優(yōu)選為電磁摩擦離合器。6. 如權利要求1所述的飛輪儲能器，其特征在于，所述飛輪儲能器還包括變速齒輪，用 于將所述飛輪的轉速變小后再與所述可分離傳送裝置連接。7. 如權利要求1所述的飛輪儲能器，其特征在于，所述飛輪儲能器還包括測速儀，用于 測量所述飛輪的轉速。8. 如權利要求8所述的飛輪儲能器，其特征在于，所述測速儀將其測量的結果輸出到儀 表盤上的顯不僅表上。9. 如權利要求1所述的飛輪儲能器，其特征在于，所述飛輪采用環(huán)形旋轉體結構。10. -種采用如權利要求1至9任意一項所述的飛輪儲能器的交通工具。
【文檔編號】B60K6/10GK105882377SQ201610454348
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月21日
【發(fā)明人】張文生, 肖功弼, 任俊宏
【申請人】中國科學院自動化研究所