制动能的转化应用创想设计.doc

1、制动能的转化应用创想设计梁德奎二十一世纪是一能源危机的世纪，能源已成为人们无时不关注的问题，世纪各国都在争先寻找和开发新能源，能源最终的目的是转化成有用的能量，但无论是新能源的开发应用还是已有能源的应用都会转化为一些必要而无用的能，比如各种机械和车辆的制动，如果我们把这些制动能应用起来那将是一笔不小的财富，大家可以算一笔账，全球有多少车辆，有多少机械，每台机械每辆车一天要制动多少次，我们拿一辆普通轿车来说，一次常规的刹车，在刹车盘上产生的力，如果将它转化为电能，少说也可以供一个 25 瓦的灯泡工作 2 秒钟，照这样计算 100 次刹车就可以供电 200 秒，这个帐人们都会算，关键是怎么转化的问

2、题。下面我介绍一下我的设想。我觉得可以利用电磁感应原理，将制动时磁场力克服车的动力而转化为电能，将转化的电能经过整流充入蓄电池。这些电能可以作为燃料驱动车的照明电能补充或者直接应用于刹车信号灯。如果是电力驱动车，这些电能还可以作为充电补充设备。当然要达到这个目的还要解决一些技术上的问题。我们先来了解一下现有机械和车辆的刹车，现代车辆的制动器的鼓式和盘式两大类型，它们各有千秋，但随着轿车车速的不断提高，近年来采用盘式制动器的轿车日益增多，尤其是中高级轿车，一般都采用了盘式制动器。 汽车制动简单来讲，就是利用摩擦将动能转换成热能，使汽车失去动能而停止下来。因此，散热对制动系统是十分重要的。如果制动

3、系统经常处于高温状态，就会阻碍能量的转换过程，造成制动性能下降。越是跑得快的汽车，制动起来所产生的热量越大，对制动性能的影响也越大。解决好散热问题，对提高汽车的制动性能也就起了事倍功半的作用。所以，现代轿车的车轮除了使用铝合金车圈来降低运行温度外，还倾向于采用散热性能较好的盘式制动器。但无论是采用哪一种都少不了要解决散热的问题，还有都会有大量磨损，这也是能损。它们唯一的好处就是可以通过控制摩擦力的大小来控制制动的力度，从而很灵活的控制制动距离。但是要将车辆行进的动能转换成摩擦后的热能，使车子一下子停下来。还必须要有一套良好的刹车系统，这个系统必须能提供稳定、足够、可控制的刹车力，并且具有良好的

4、液压传递及散热能力，以确保驾驶人从刹车踏板所施的力充分有效的传到总泵及各分泵，及避免高热所导致的液压失效及刹车衰退。而将制动时克服车的动力的磁场力转化为电能却不需要这么复杂的系统，可是把发电机作为制动器也需要一个可行的系统，这就是我要说的还要解决一些技术上的问题。一、多大的发电机能将车辆最大动力制动制动器制动力随制动器摩擦力矩的增长而直线上升，当地面制动力达到极限值后不再增长。地面制动力，首先取决于制动器制动力 ，但同时又受到地面附着条件。所以汽车制动时必须具有足够的制动器制动力（制动器摩擦力矩），同时路面又能提供较高的附着力，才能获得足够的地面制动力。这就要求作为制动器的发电机在不加任何助力

5、设备的情况下以及路面又能提供较高的附着力的前提下产生足够制动力，但如果采用发电机作为制动器，其制动力还跟转速有关，转速越快制动力就越大，这就要求发电机能在车辆最高转速时将其制动，所以发电机的功率必须与该车辆的制动功率相匹配。除此之外发电机制动力的大小还与发电机的负荷有关，发电机的负荷越大，其制动力也越大，所以蓄电池的充电功率必须与发电机的最大输出功率相匹配，如果发电机的功率、车辆的制动功率以及蓄电池的充电功率不相匹配，就会导致发电机烧坏、蓄电池烧坏等，最后导致车辆不能制动。当发电机的功率、车辆的制动功率以及蓄电池的充电功率完全匹配后，可能就会带来第二个新的问题二、车辆的负荷增加增加了发电机和蓄

6、电池，车的重量肯定也会增加，势必增加车的负荷，更主要的是发电机作为制动器怎么安装。第一种方案，把发电机的转动轴与车辆的轮轴永久相连，刹车连杆控制发电机输出开关，当开关闭合后发电机发电开始制动。这种方法发电机将永久转动，更大大的增加车子的负荷，还造成发电机不必要的磨损。第二种方案，把车轮设计成发电机的转子（定子），把刹车设计成发电机的定子（转子），转子跟定子设计成离合式的，刹车连杆控制定子与转子的离合，同时控制发电机的输出开关。这种方案也会增加车轮的重量，给车子带来的负荷跟第一种方案的差不多，不但有重量的负荷，还有启动时带来的负荷。还有第三种方案，就是将第一种方案进行改进，发电机是一个整体，将车

7、的轮轴与发电机的转轴设计成离合式的，刹车连杆控制其离合的同时也控制发电机的输出开关，这样只是增加车的重量，在行驶和启动过程中不会再增加其他的负荷。除此，还有一个减少车重的方法，把原车发电机去掉，用制动发电机代替，把刹车离合改成可以切换的就好，这样刹车连杆讲就不用控制发电机的输出开关，只控制刹车切换离合器就好。当然这个方案只实用于燃料驱动车，这类车的发电功率要求要小，而制动发电机的功率要大得多，在设计传动飞轮时也要考虑他们的大小关系。发电机和蓄电池给车带来的负荷问题，不是主要的问题，更重要的也必须解决是下面的问题。三、突然抱死汽车设计的一大原则是：最大制动力一定大于最大牵引力，理论上的最大制动力

8、，应当出现在车轮达到最大静摩擦力的时候。也就是车轮即将抱死但未完全抱死的时候。但是车轮抱死以后，方向会失灵；而且通常前置发动机前轮驱动的轿车由于前轮负载大，制动时重心前移，使得后轮附着力很小，一但接近制动极限，通常情况下是后轮先抱死，而前轮未抱死。如果此时汽车正在转弯，这就意味着前轮继续按规定转向角度转弯，后轮由于抱死，失去附着力而保持原由运动状态继续向前运动。这就会使前后轮对车身产生的力矩方向不一致，使车很容易在两个力矩的作用下侧滑，如果车速过快，甚至会失控冲出弯道。所以防止车轮抱死就显得非常重要了。现在采用的制动器，可以通过刹车连杆控制制动力的大小来防止抱死，而采用发电机作为制动器就会出现

9、突然抱死。车速越快，制动时发电机的转速就越快，制动力就越大，制动力总是由大到小，也就是总是急杀。解决这一技术问题也是最关键的，这个问题我曾经考虑控制发电机线圈匝数来实现制动力的大小，但是这样后果会因为发电机的功率减小而被烧毁。根据发电机的原理，磁通量是决定因素，可以把转子和定子设计成可分离发电机，发电机的转子与机车轴承共轴，定子套于在转子上，通过刹车连杆的控制并能顺轴滑动，当转子逐渐伸入定子时，磁通量也随之增加，从而制动力也增大，这样就可以通过刹车连杆来控制制动力的大小，不至于突然抱死。四、无法半坡起步半坡起步是常有的事，但是发电机制动器就能否完成手刹车的任务呢，理论上是不能的，因为制动时发电

10、机与蓄电池相连，在没有动力的情况下蓄电池就给发电机供电，发电机就是一个电动机，就会向克服动力的反方向转动，不但没有起到制动作用反而加速机车后退，怎么办呢，可以用手刹来同时控制一个换向开关，这样就不至于加速后退。五、发电机的磨损更换发电机，在长期使用后，电刷被磨损到一点程度就必须更换，但是发电机的更换并不像换刹车片刹车油哪样间单，特别是与轴承同轴的制动发电机的更换就更麻烦，为了省去这一麻烦，可以采用无 刷 同 步 发 电 机 ，这 是 一 种 双频 变 频 无 刷 同 步 发 电 机 ， 能 实 现 无 刷 双 频 发 电 ， 也 能 实 现 无 刷 变 频 发 电 。 双频 变 频 无 刷 同

11、 步 发 电 机 能 使 双 频 发 电 和 变 频 发 电 实 现 无 刷 化 ， 取 消 了 滑 环 电刷 ， 无 火 花 高 频 干 扰 ， 无 滑 环 与 炭 刷 磨 损 问 题 ； 发 电 时 工 频 和 中 频 电 压 互 不干 扰 ， 电 压 波 形 下 弦 性 好 ， 供 电 品 质 优 良 ； 发 电 机 可 靠 性 高 ， 维 护 简 单 ， 还可 以 实 现 智 能 自 动 化 控 制 。以 上 几 大 问 题 解 决 了 ， 还 有 防 水 防 尘 问 题 ， 发 动 机 制 动 器 不 像 其 他 制动 器 ， 是 不 允 许 水 和 泥 进 入 发 动 机 的 。目

12、前汽车制动器设计主要采用杠杆原理，制动易抱死、跑偏、测滑且制动效率低、费水、耗材等等诸多问题，希望与高校科研院所共同研发一种新型的制动装置，解决上述问题。要求制动效率高，安全性能好，使用寿命长，制造成本低，技术指标达到国际标准。科学技术是经济社会持续发展的最重要资源。传统工业社会的生产力以资源和能源的大量消耗为特征，以破坏环境为代价，体现为没有出路的“黑色结局”；现代生态社会的生产力以科技创新为动力，以人与自然的和谐为特征，体现为生机盎然的绿色前景。大力发展绿色技术、绿色产业和绿色产品，建立循环经济的良性运行系统，是科学研究工作的重要目标。能够发电的制动器，它将是未来社会的一巨大贡献，也是一笔巨大的财富，我的简单创想，还待科技工作者进一步研究。