徐小山
摘 要：一种轮式能量回收装置用于液力发电的汽车车轮，其能实现在车辆行驶过程中将车辆重力转换为电能，可增大电动汽车的续程里程，减少充电时间，实现在车辆行驶过程中将车辆重力转换为电能，可增大电动汽车的续程里程，减少充电时间;实现在车辆行驶过程中将车辆重力转换为电能，可增大电动汽车的续程里程，减少充电时间。拟解决能源短缺，排放污染严重等问题。
关键词：能源 轮泵 动能回收
Wheel-type Energy Recovery Device
Xu Xiaoshan
Abstract：A wheel-type energy recovery device is used for hydraulic power generation of automobile wheels. It can convert the gravity of the vehicle into electric energy during the driving process of the vehicle， which can increase the range of electric vehicles and reduce the charging time. Converting vehicle gravity into electric energy during driving can increase the range of electric vehicles and reduce charging time; realize the conversion of vehicle gravity into electric energy during vehicle driving， which can increase the range of electric vehicles and reduce charging time， which is planned to solve the problems of energy shortage and serious emission pollution.
Key words：energy， wheel pump， kinetic energy recovery
1 引言
目前全世界都面临着能源短缺，排放污染严重等问题，开发新能源，提高环保质量，都是各国家重点研究的课题。我们国家在发展战略上也提出了更新的高度，提倡、鼓励和支持新能源发展，支持科技创新等一系列举措。这些都体现出我们国家的科学发展观，如在能源的使用与发展研究方面，能源的使用要具有环保性，能源的发展要具有可持续性，这些要求都具有着重要的意义。特别在汽车应用的能源方面就是典型的代表，比如，混合动力汽车、纯电动汽车，这些新能源汽车，在现阶段都具有很好的环保性和较长时间段的可持续性，它们的产销以及使用都享受着国家政策的扶持与鼓励，产销量都是逐年迅猛地增加。
但它们也有其不足之处，以纯电动汽车为例，行驶时排放污染几乎是零，可是它续程里程短，充电时间长，充电的配套基础设施不足等问题都是其较大的短板，为此，优化汽车电能源，增大续程里程，减少充电时间，是我们目前亟待需要解决的问题。
2 制动能量回收
目前，研究新能源汽车车辆运动能量回收的主流方向是制动能量回收系统，制动能量回收就是在汽车进行制动减速过程中，在保证制动安全的前提下，把一部分动能转化为其他形式的能量存储起来，以备驱动时作为辅助能量驱动汽车前行。传统的制动系统在制动过程中将汽车的动能通过摩擦转换为热能耗散掉，不仅浪费宝贵的能源，而且频繁的制动摩擦过程会制动器产生热衰退性，对汽车的行驶安全构成极大的威胁，也极易导致制动器的损坏[1]。通过研究发现，在城市工况中制动消耗的能量占总驱动能量的 50 %左右。国外典型的有丰田公司旗下爱德克斯公司基于电子液压制动（electric-hydraulicbrake，EHB） 技术路线研制的电控液压制动系统（electronically controlled brake，ECB），是最具代表性的制动能量回收产品。国内清华大学基于国外ESP技术，开发了踏板非解耦协调式制动能量回收系统。这些技术方案都具有着一个减速的前提条件才能回收运动能量。
3 轮式能量回收装置的结构和工作原理
轮式能量回收装置的技术方案优点是车轮在滚动时就能回收车辆的运动能量，其技术基于两个因素，首先，车轮的滚动是必然的，其次，车辆的重力都作用在车轮上，其原理就是车轮在滚动时把车辆的重力转化为电力。所以，能量回收效率高，车辆运动量能量回收完全没有额外增加负载。
3.1 轮式能量回收装置的结构
附图说明
图1为轮泵发电系统的端面结构示意图，为更清楚地显示泵体及泵芯的结构，图中特意将泵体及泵芯处的结构放大，而轮辐及轮毂在该图中未示出;
图2为轮泵发电系统的端面90度剖面结构示意图。
附图标记：1、轮辋;2、轮辐;3、轮毂;4、泵芯;5、泵体;501、腔体;6、回位弹簧;7、支撑轮圈;8、支撑钢线;9、轮胎;10、管道;1001、管道口;11、支撑轴;12、轴承;13、输送管路;1301、第一输送管路口;1302、第二输送管路口;14、回流管路;1401、第一回流管路口;1402、第二回流管路口;15、制动盘;16、制动摩擦片;17、支架;18、油封。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对轮式能量回收装置的结构做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
请参阅图1和图2，一種用于液力发电的汽车车轮，包括轮辋1、轮辐2及轮毂3，轮辋1通过轮辐2与轮毂3连接，具体地，轮辋1与轮辐2为一体成型的，轮辐2通过螺栓与轮毂3连接，还包括泵芯4、泵体5、回位弹簧6、支撑轮圈7及支撑钢线8;
支撑轮圈7环绕轮辋1且支撑轮圈7与轮辋1的径向方向相同;支撑轮圈7的圆周上等间隔嵌设有若干个泵体5，泵体5的一端嵌设在支撑轮圈7上，泵体5的另一端与轮辋1连接;泵体5内设有用于容纳发电液体的腔体501，泵芯4的一端插入腔体501内以形成密封腔，泵芯4的另一端位于支撑轮圈7的上方且位于支撑轮圈7的径向方向上以达到在安装轮胎9时该端可抵接在轮胎9的内表面上;回位弹簧6设置在密封腔内，回位弹簧6的一端抵接在泵芯4上，回位弹簧6的另一端抵接在密封腔的底壁上;
支撑钢线8的一端与支撑轮圈7连接，支撑钢线8的另一端与轮辋1连接，支撑钢线8用于支撑泵体5所受的纵向力和横向力;每个泵体5内的密封腔底部设有管口，管口连接有一管道10，管道10逐一穿过泵体5、轮辋1、轮辐2及轮毂3，管道10在轮毂3内侧设有管道口1001;当汽车车轮转动使得泵芯4压缩回位弹簧6时，管道口1001可将密封腔内的液体输送至液力发电机的液体输入端;当汽车车轮继续转动使得泵芯4在回位弹簧6的弹力作用下回位时，管道口1001可将液力发电机的液体输出端的液体吸回至密封腔内。
作为一种优选的实施方式，泵体5与轮辋1通过铰接的方式连接，具体为：泵体5与轮辋1连接的一端的端面为球面状，轮辋1上设有与球面状的端面匹配的球状凹孔，泵体5的球面状的一端安装在轮辋1的球状凹孔内。泵体5通过固定构件及螺栓固定安装在轮辋1的球状凹孔内，螺栓锁定固定构件使其环绕且抵靠在泵体5的一条圆周线上，该圆周线的直径略小于泵体5安装在球状凹孔中的部位的直径，使得泵体5可以卡住在球状凹孔中而无法脱离。泵体5的一端以球状与轮辋1做铰性连接的目的是，在泵体5受纵向力和横向力作用时，能够自动调节体态，同时保证管道10连接处的密封性。
作为一种优选的实施方式，汽车车轮还包括轮胎9，轮胎9安装在轮辋1上。
本轮式能量回收装置还包括了一种轮泵发电系统，包括：液力发电机、支撑轴11、制动系统以及上述的用于液力发电的汽车车轮;
轮毂3通过轴承12与支撑轴11连接，连接位置处设有用于将使轴承12与外部隔离的油封18，支撑轴11上嵌设有输送管路13和回流管路14，输送管路13在支撑轴11的外表面上设有第一输送管路口1301，回流管路14在支撑轴11的外表面上设有第一回流管路口1401;
第一输送管路口1301位于支撑轴11的中心与地面的垂直线上以使当泵芯4受到车辆的重力而使回位弹簧6压缩时，管道口1001刚好移动至第一输送管路口1301处，密封腔内的液体由于压力的作用流入输送管路13中;第一回流管路口1401位于第一输送管路口1301的右侧以使当汽车车轮继续转动泵芯4离开受力点时，管道口1001刚好移动至第一回流管路口1401处，密封腔内的回位弹簧6回弹产生真空吸力将回流管路14内的液体吸回密封腔内;输送管路13在支撑轴11的外表面上设有第二输送管路口1302，回流管路14在支撑轴11的外表面上设有第二回流管路口1402，第二输送管路口1302与液力发电机的液体输入端连接，第二回流管路口1402与液力发电机的液体输出端连接;附图中未示出液力发电机，液力发电机采用现有技术中的结构，如专利（CN201013527）液力发电机装置的结构。
所述制动系统包括：制动盘15、制动摩擦片16以及支架17;制动盘15通过螺栓与轮毂3连接，制动摩擦片16安装支架17上且与制动盘15的边沿接触，支架17通过螺栓固定支撑轴11上。
作为一种优选的实施方式，支撑轴11具有两根，汽车车轮具有四个，支撑轴11的两端均设有第一输送管路口1301和第一回流管路口1401，支撑轴11的两端均安装有汽车车轮。支撑轴11也就是车轴，通过两个支撑轴11将四个车轮组装在一起，就可以直接将该轮泵发电系统安装在汽车上了。
3.2 轮式能量回收装置的工作原理
该轮泵发电系统的工作流程为：
当汽车开动时，车轮旋转，当某个泵体5所对应的管道口1001旋转至第一输送管路口1301时，由于汽车的重力使得该泵体5中的泵芯4被压缩，也就是密封腔内的油液被压缩从而建立起压力，压力油液通过管道10流至管道口1001，从而从第一输送管路口1301流入输送管路13进而输送至液力发电机的液体输入端，驱动液力发电机发电，經过液力发电机之后的油液从液力发电机的液体输出端流回至回流管路14，当车轮继续旋转时，该泵体5所对应的管道口1001离开第一输送管路口1301而移动到第一回流管路口1401，由于泵体5离开了受力点，泵芯4在回位弹簧6的弹力作用下回弹而产生真空吸力，把位于回流管路14内的油液吸回密封腔内，以备下一个压缩循环。如此循环，在汽车行驶的过程中持续发电。
4 结论
通过以上的概述相比现有技术，本设计的有益效果在于：该汽车车轮通过在轮辋上设置泵芯、泵体、回位弹簧、支撑轮圈及支撑钢线，当车轮转动时，由于汽车的重力使得处于与地面垂直的泵芯被压缩产生压力，泵体内的密封腔的压力油液通过管口输送到液力发电机中，驱动液力发电机发电，当车轮继续转动时，泵芯离开受力点（即不再与地面垂直）时，经过液力发电机后的油液从管口流回至泵体内的密封腔中，以备下一次泵油发电。轮胎的每一圈转动，就驱动这轮泵的每一个循环工作，油液力就源源不断地驱动液力发电机发电。本设计已获得专利授权并通过了初步的实验论证，下阶段将会继续深入研究获取实验数据。
