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所属技术领域

本发明属于汽车制动能回收领域，尤其涉及一种基于空气压缩的制动发电机 构。

背景技术

目前进入21世纪以来，能源和环境对人类生活、社会发展的影响越来越大。 交通运输工具的节能减排技术日益突出，车辆的能量回收技术受到充分重视，制 动能量回收系统被广泛应用于电动汽车和混合动力汽车中。

目前具有制动能量回收系统的车辆其对制动能量回收的基本原理是：制动过 程中采用电机发电，同时把电能存在动力电池中从而实现对制动能量的回收利 用。现阶段制动能量回收系统的有效性存在不足，特别是在制动需求较大时，电 机产生的制动力矩无法满足整车制动力需求，此时需要机械制动介入并提供额外 的制动力矩，从而导致机械制动所产生的热能的消耗浪费。并且，受动力电池电 池充放电次数的限制，频繁的制动充、放电对动力电池的使用寿命也存在一定的 影响，会相应减少动力电池的使用命。另外，由于现有的制动能量回收系统均需 要利用动力电池，因动力电池大都应用在混合动力系统以及纯电动车辆中，而传 统的车辆无法利用现有的制动能量回收系统回收制动能量。

本发明设计一种基于空气压缩的制动发电机构解决如上问题。

发明内容

为解决现有技术中的上述缺陷，本发明公开一种基于空气压缩的制动发电机 构，它是采用以下技术方案来实现的。

一种基于空气压缩的制动发电机构，其特征在于：它包括刹车盘、刹车盘凸 起、制动机构支撑、第一支板、制动能机械转化机构、第一刹车片支架、第二刹 车片支架、第一刹车液压柱、第二刹车液压柱、支架过渡件、第二支板、发电机、 发电机支撑、空气马达、第三支板、第一压缩缸、拉杆第四支架、第二压缩缸、 第三压缩缸、气罐、气罐支撑、拉杆第三支架、空气马达转轴、拉杆第二支架、 压缩活塞、拉杆第一支架、拉杆、气罐进气孔、气罐出气孔、第三压缩缸出气孔、 第三压缩缸进气孔、第二压缩缸出气孔、第二压缩缸进气孔、第一压缩缸出气孔、 第一压缩缸进气孔、空气马达进气孔、空气马达出气孔、空气马达支柱、压缩缸 端盖，其中刹车盘凸起沿圆周方向均匀安装在刹车盘一侧，制动机构支撑安装在 车桥上，制动机构支撑为扇形，且具有u型槽，保证刹车盘边缘一部分位于制动 机构支撑u型槽中；第一刹车片支架通过两个并列的第一刹车液压柱安装在制动 机构支撑一侧的内面上，两个第二刹车片支架由上到下依次安装，且分别通过两 个第二刹车液压柱安装在制动结构支撑另一侧内面上；第一支板一端安装在其中 偏下一个第二刹车片支架上，制动能机械转化机构安装在两个第二刹车片支架 上；

上述制动能机械转化机构包括刹车盘凸起顶块、导轨套第一支架、导轨套第 二支架、导轨套、顶块圆柱导轨、顶块复位弹簧、导轨限位环，其中两个导轨套 第一支架分别安装在两个第二刹车片支架上，两个导轨套第二支架分别安装在两 个导轨套第一支架一端，导轨套两侧面安装在导轨套第二支架一端；刹车盘凸起 顶块安装在顶块圆柱导轨上，顶块圆柱导轨安装在导轨套中；顶块复位弹簧一端 安装在刹车盘凸起顶块一侧，另一端安装导轨套一侧，且套于顶块导轨外侧；导 轨限位环安装在圆柱导轨一端，因为导轨复位弹簧作用导轨可能会脱离导轨套， 这里增加导轨限位环能限制导轨的移动，防止脱离导轨套；整个制动能机械转化 机构能够随着刹车片移动而移动，也就是制动能转化机构能够在刹车过程中，随 着刹车片支架靠近或者远离刹车盘。发明中通过在刹车盘上增加凸起，在刹车盘 旋转过程中，凸起与顶块配合，使得顶块具有了往复运动，顶块往复运动的机械 能能被许多的方式利用。需要注意是在没有刹车时，刹车片远离刹车盘，顶块的 顶部在刹车片平面内，顶块不与刹车盘上的凸起接触，当刹车时，随着刹车片与 刹车盘距离的靠近，因为刹车盘凸起高于刹车盘，所以顶块先与刹车盘凸起接触 配合，在接触时，为了防止凸起与刹车片支架干涉，在具有顶块一侧的刹车片为 两片，顶块位于两刹车片之间，凸起与顶块配合时不会与刹车片发生干涉；因为 凸起使顶块往复运动，顶块对凸起起到了阻碍作用，车轮收到了制动，但制动效 果较小，属于轻制动，当刹车片继续靠近刹车盘时，出现刹车片与刹车盘接触摩 擦，像常规汽车制动一样，产生较大的制动力，但是此时顶块与凸起始终往复配 合，并且此时顶块的往复运动位移最大。

上述支架过渡件一端连接顶块圆柱导轨，另一端安装有拉杆第一支架，拉杆 第二支架安装在拉杆第一支架侧面中间处，拉杆第三支架一端连接拉杆第二支 架，另一端连接拉杆第四支架；第二支板安装在第一支板端面，第三支板安装在 第二支板上侧，且第二支板与第三支板成垂直；第一压缩缸、第二压缩缸和第三 压缩缸依次安装在第三支板侧面，三个压缩缸内部各安装有压缩活塞，第一压缩 缸活塞通过拉杆与拉杆第一支架连接，第二压缩缸活塞通过拉杆与拉杆第四支架 连接，第三压缩缸活塞通过拉杆与拉杆第一支架连接，各个压缩缸无拉杆一侧分 别安装有压缩缸端盖；第一压缩缸出气孔和第一压缩缸进气孔安装在第一压缩缸 端盖的圆孔处，第二压缩缸出气孔和第二压缩缸进气孔安装在第二压缩缸端盖的 圆孔处，第三压缩缸出气孔和第三压缩缸进气孔安装在第三压缩缸端盖的圆孔 处；

上述第三支板开有圆孔；

上述发电机通过发电机支撑安装在第二支板上，空气马达通过空气马达支柱 安装在发电机表面，空气马达转轴与发电机转轴连接，空气马达进气孔和空气马 达出气孔安装在空气马达上；气罐通过气罐支撑安装在第二支板上，气罐进气孔 和气罐出气孔分别安装在气罐两侧；

上述第一压缩缸进气孔、第二压缩缸进气孔、第三压缩缸进气孔和气罐进气 孔为单向进气，第一压缩缸出气孔、第二压缩缸出气孔和第三压缩缸出气孔为单 向出气，气罐出气孔为单向出气且必须满足一定的压差；

上述第一压缩缸进气孔与空气想通，第一压缩缸出气孔和第二压缩缸进气孔 通过导气管连接，第二压缩缸出气孔和第三压缩缸进气孔通过导气管连接、第三 压缩缸出气孔和气罐进气孔通过导气管连接，气罐出气孔与空气马达进气孔通过 导气管连接。

作为本技术的进一步改进，上述第一压缩缸、第二压缩缸和第三压缩缸的半 径依次减小。

本发明中设计三个半径不同的压缩缸，空气从第一压缩缸进入第二压缩缸最 后通过第三压缩缸进入气罐，第一压缩缸、第二压缩缸和第三压缩缸内部的空气 气压从低到高；设计三个压缩缸目的在于：当顶块在凸起的作用下发生往复运动， 但顶块位移并不是最大时，也就是轻度刹车初期，因为第三高压压缩缸压缩阻力 很大导致顶块对凸起的作用力很大，达到刹车的效果，又因为产生了较大的阻力， 所以能量得到了充分的利用，达到了有益节能的效果。

气罐的设计目的在于：高压压缩缸出来的气是间断的和少量的，无法充分让 空气马达得到运转，造成能量流失，所以本发明增加了气罐，将高压压缩缸排除 的高气压储存到气罐中，当气罐内部的压力达到一定的要求时，高压气持续一段 时间推动空气马达，从而更高效的发电。

作为本技术的进一步改进，上述刹车片支架上安装有刹车片。

作为本技术的进一步改进，上述车桥为非转向桥。本发明中的发电机构占有 一定的空间，适合与非转向的车桥。

作为本技术的进一步改进，限位环外径大于导轨套内径。

作为本技术的进一步改进，上述制动机构支撑内部包括液压管道、一个第一 刹车液压柱、四个第二刹车液压柱，液压油经过液压管道与液压柱连接；上述刹 车液压柱包括液压柱卡端、液压柱复位弹簧，液压柱卡端一侧安装有液压柱复位 弹簧，另一侧与液压油接触。

相对于传统的汽车制动能回收技术，本发明的刹车片支架安装在制动机构支 撑上，当刹车盘旋转时，制动过程初期，刹车片逐渐靠近刹车盘，顶块先与凸起 接触配合，顶块沿着圆柱导轨方向往复直线运动，通过配合带动各个活塞往复运 动，从而驱动空气马达带动发电机发电；刹车后期，刹车片开始接触刹车盘并产 生较大的摩擦力，对车轮进行强刹。本发明通过顶块与凸起的配合，将制动能量 转化为往复运动，从而带动空气马达进而驱动发电机发电，能有效的利用制动能 量，增加了汽车的节能效果。

附图说明

图1是整体结构示意图。

图2是整体结构侧视图。

图3是第一刹车液压柱安装示意图。

图4是第一刹车片支架安装示意图。

图5是第二刹车片支架安装示意图。

图6是第二刹车液压柱安装示意图。

图7是制动机构支撑内部结构示意图。

图8是导轨套安装示意图。

图9是制动能机械转化机构示意图。

图10是导轨套安装侧视图。

图11是顶块安装示意图。

图12是顶块往复运动结构示意图。

图13是导轨限位环示意图。

图14是第一支板和第二支板侧视图。

图15是第一支板和第二支板俯视图。

图16是支架过渡件安装示意图。

图17是空气压缩发电机构示意图。

图18是空气各部件进出气孔示意图。

图19是空气压缩缸剖面示意图。

图20是空气压缩缸安装示意图。

图21是顶块与凸起配合示意图。

图中标号名称：1、刹车盘，2、刹车盘凸起，3、制动机构支撑，4、第一支 板，5、制动能机械转化机构，6、第一刹车片支架，7、第二刹车片支架，8、第 一刹车液压柱，9、刹车盘凸起顶块，10、第二刹车液压柱，11、导轨套第一支 架，12、液压柱复位弹簧，13、液压柱卡端，14、液压管道，16、导轨套第二支 架，17、导轨套，18、顶块圆柱导轨，19、顶块复位弹簧，20、导轨限位环，21、 支架过渡件，22、第二支板，23、发电机，24、发电机支撑，26、空气马达，27、 第三支板，28、第一压缩缸，29、拉杆第四支架，30、第二压缩缸，31、第三压 缩缸，32、气罐，33、气罐支撑，34、拉杆第三支架，35、空气马达转轴，36、 拉杆第二支架，37、压缩活塞，38、拉杆第一支架，39、拉杆，40、气罐进气孔， 41、气罐出气孔，42、第三压缩缸出气孔，43、第三压缩缸进气孔，44、第二压 缩缸出气孔，45、第二压缩缸进气孔，46、第一压缩缸出气孔，47、第一压缩缸 进气孔，48、空气马达进气孔，49、空气马达出气孔，50、空气马达支柱，51、 压缩缸端盖。

具体实施方式

如图1、2、9、17、18、19、20所示，它包括刹车盘、刹车盘凸起、制动机 构支撑、第一支板、制动能机械转化机构、第一刹车片支架、第二刹车片支架、 第一刹车液压柱、第二刹车液压柱、支架过渡件、第二支板、发电机、发电机支 撑、空气马达、第三支板、第一压缩缸、拉杆第四支架、第二压缩缸、第三压缩 缸、气罐、气罐支撑、拉杆第三支架、空气马达转轴、拉杆第二支架、压缩活塞、 拉杆第一支架、拉杆、气罐进气孔、气罐出气孔、第三压缩缸出气孔、第三压缩 缸进气孔、第二压缩缸出气孔、第二压缩缸进气孔、第一压缩缸出气孔、第一压 缩缸进气孔、空气马达进气孔、空气马达出气孔、空气马达支柱、压缩缸端盖， 其中如图1所示，刹车盘凸起沿圆周方向均匀安装在刹车盘一侧，制动机构支撑 安装在车桥上，制动机构支撑为扇形，且具有u型槽，保证刹车盘边缘一部分位 于制动机构支撑u型槽中；如图2、3、4、5、6所示，第一刹车片支架通过两个 并列的第一刹车液压柱安装在制动机构支撑一侧的内面上，两个第二刹车片支架 由上到下依次安装，且分别通过两个第二刹车液压柱安装在制动结构支撑另一侧 内面上；第一支板一端安装在其中偏下一个第二刹车片支架上，制动能机械转化 机构安装在两个第二刹车片支架上；

如图9所示，上述制动能机械转化机构包括刹车盘凸起顶块、导轨套第一支 架、导轨套第二支架、导轨套、顶块圆柱导轨、顶块复位弹簧、导轨限位环，其 中，如图8，10所示，两个导轨套第一支架分别安装在两个第二刹车片支架上， 两个导轨套第二支架分别安装在两个导轨套第一支架一端，导轨套两侧面安装在 导轨套第二支架一端；如图11所示，刹车盘凸起顶块安装在顶块圆柱导轨上， 顶块圆柱导轨安装在导轨套中；如图12所示，顶块复位弹簧一端安装在刹车盘 凸起顶块一侧，另一端安装导轨套一侧，且套于顶块导轨外侧；如图9所示，导 轨限位环安装在圆柱导轨一端因为导轨复位弹簧作用导轨可能会脱离导轨套，这 里增加导轨限位环能限制导轨的移动，防止脱离导轨套；整个制动能机械转化机 构能够随着刹车片移动而移动，也就是制动能转化机构能够在刹车过程中，随着 刹车片支架靠近或者远离刹车盘。发明中通过在刹车盘上增加凸起，在刹车盘旋 转过程中，凸起与顶块配合，使得顶块具有了往复运动，顶块往复运动的机械能 能被许多的方式利用。需要注意是在没有刹车时，刹车片远离刹车盘，顶块的顶 部在刹车片平面内，顶块不与刹车盘上的凸起接触，当刹车时，随着刹车片与刹 车盘距离的靠近，因为刹车盘凸起高于刹车盘，所以顶块先与刹车盘凸起接触配 合，在接触时，为了防止凸起与刹车片支架干涉，在具有顶块一侧的刹车片为两 片，顶块位于两刹车片之间，凸起与顶块配合时不会与刹车片发生干涉；因为凸 起使顶块往复运动，顶块对凸起起到了阻碍作用，车轮收到了制动，但制动效果 较小，属于轻制动，当刹车片继续靠近刹车盘时，出现刹车片与刹车盘接触摩擦， 像常规汽车制动一样，产生较大的制动力，但是此时顶块与凸起始终往复配合， 并且此时顶块的往复运动位移最大。

如图16、17所示，上述支架过渡件一端连接顶块圆柱导轨，另一端安装有 拉杆第一支架，拉杆第二支架安装在拉杆第一支架侧面中间处，拉杆第三支架一 端连接拉杆第二支架，另一端连接拉杆第四支架；第二支板安装在第一支板端面， 第三支板安装在第二支板上侧，且第二支板与第三支板成垂直；第一压缩缸、第 二压缩缸和第三压缩缸依次安装在第三支板侧面，如图19所示，三个压缩缸内 部各安装有压缩活塞，第一压缩缸活塞通过拉杆与拉杆第一支架连接，第二压缩 缸活塞通过拉杆与拉杆第四支架连接，第三压缩缸活塞通过拉杆与拉杆第一支架 连接，各个压缩缸无拉杆一侧分别安装有压缩缸端盖；第一压缩缸出气孔和第一 压缩缸进气孔安装在第一压缩缸端盖的圆孔处，第二压缩缸出气孔和第二压缩缸 进气孔安装在第二压缩缸端盖的圆孔处，第三压缩缸出气孔和第三压缩缸进气孔 安装在第三压缩缸端盖的圆孔处；

如图20所示，上述第三支板开有圆孔；

如图17所示，上述发电机通过发电机支撑安装在第二支板上，空气马达通 过空气马达支柱安装在发电机表面，空气马达转轴与发电机转轴连接，空气马达 进气孔和空气马达出气孔安装在空气马达上；气罐通过气罐支撑安装在第二支板 上，气罐进气孔和气罐出气孔分别安装在气罐两侧；

如图18所示，上述第一压缩缸进气孔、第二压缩缸进气孔、第三压缩缸进 气孔和气罐进气孔为单向进气，第一压缩缸出气孔、第二压缩缸出气孔和第三压 缩缸出气孔为单向出气，气罐出气孔为单向出气且必须满足一定的压差；

上述第一压缩缸进气孔与空气想通，第一压缩缸出气孔和第二压缩缸进气孔 通过导气管连接，第二压缩缸出气孔和第三压缩缸进气孔通过导气管连接、第三 压缩缸出气孔和气罐进气孔通过导气管连接，气罐出气孔与空气马达进气孔通过 导气管连接。

如图20所示，上述第一压缩缸、第二压缩缸和第三压缩缸的半径依次减小。

本发明中设计三个半径不同的压缩缸，空气从第一压缩缸进入第二压缩缸最 后通过第三压缩缸进入气罐，第一压缩缸、第二压缩缸和第三压缩缸内部的空气 气压从低到高；设计三个压缩缸目的在于：当顶块在凸起的作用下发生往复运动， 但顶块位移并不是最大时，也就是轻度刹车初期，因为第三高压压缩缸压缩阻力 很大导致顶块对凸起的作用力很大，达到刹车的效果，又因为产生了较大的阻力， 所以能量得到了充分的利用，达到了有益节能的效果。

气罐的设计目的在于：高压压缩缸出来的气是间断的和少量的，无法充分让 空气马达得到运转，造成能量流失，所以本发明增加了气罐，将高压压缩缸排除 的高气压储存到气罐中，当气罐内部的压力达到一定的要求时，高压气持续一段 时间推动空气马达，从而更高效的发电。

上述刹车片支架上安装有刹车片。

上述车桥为非转向桥。本发明中的发电机构占有一定的空间，适合与非转向 的车桥。

如图9所示，限位环外径大于导轨套内径。

如图7所示，上述制动机构支撑内部包括液压管道、一个第一刹车液压柱、 四个第二刹车液压柱，液压油经过液压管道与液压柱连接；上述刹车液压柱包括 液压柱卡端、液压柱复位弹簧，液压柱卡端一侧安装有液压柱复位弹簧，另一侧 与液压油接触。

如图21所示，为顶块与凸起配合示意图。如图中的a所示，刹车盘围绕中 心线旋转，凸起位置为间断的凸起旋转所形成，此时顶块顶端与刹车片支架共面， 刹车片支架和顶块共同靠近刹车盘；图b中，为顶块随着刹车片支架运动时顶块 顶端与间断凸起旋转所形成的空间接触，但还未发生作用力；图c中，凸起旋转 会对顶块产生间断作用力，使其导轨套往复运动，但此时刹车片支架还未靠近刹 车盘，这个状态属于轻度刹车；图d中刹车片支架靠近刹车盘，对刹车盘起到摩 擦制动的作用，同时凸起间断对顶块产生作用力，此时往复位移最大。

综上所述，本发明的刹车片支架安装在制动机构支撑上，当刹车盘旋转时， 制动过程初期，刹车片逐渐靠近刹车盘，顶块先与凸起接触配合，顶块沿着圆柱 导轨方向往复直线运动，通过配合带动各个活塞往复运动，从而驱动空气马达带 动发电机发电；刹车后期，刹车片开始接触刹车盘并产生较大的摩擦力，对车轮 进行强刹。本发明通过顶块与凸起的配合，将制动能量转化为往复运动，从而带 动空气马达进而驱动发电机发电，能有效的利用制动能量，增加了汽车的节能效 果。