劉倩倩　邢智源　許亞東　夏冰

摘 要：集能型制動器是利用電磁力制動并且儲存電能的裝置。該裝置是在車輪的內側安裝纏繞線圈的轉子，并在車體上固定磁鐵，確保剎車時線圈閉合，轉子旋轉從而帶動線圈做切割磁感線運動，進而產生制動力進行剎車。此過程產生的能量則通過儲能裝置收集，從而達到快速、節(jié)能的制動效果。

關鍵詞：再生制動 集能型 能源

中圖分類號：U469.7 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）008-120-02

1 引言

目前，環(huán)境問題和能源問題是國民經(jīng)濟發(fā)展的關鍵，是提高國民生活質量的重要因素，解決環(huán)境問題，節(jié)省能源是近年來國內外學者的研究熱點。交通運輸工具是國民生活中不可或缺的重要因素之一。因此，國內外學者對交通運輸工具的節(jié)能減排技術非常關注，對車輛的能量回收技術非常重視。各種車輛在制動過程中均消耗大量能量，通過能量守恒定律，將車輛的動能轉換成電能回收，即可消耗車輛動能，使得車輛的速度下降甚至停車，又可將車輛的動能有效地轉換成電能等可利用能源，供其它設備使用，有效提高能源的利用率。

再生制動是一種反饋制動，目前主要使用在汽車或鐵路列車上。傳統(tǒng)的制動方式是把車的動能通過摩擦直接轉化成熱能，從而降低車速。再生制動則是在制動過程中，把車輛的動能轉化成電能或其他可再利用能源的形式并儲存起來為其他設備提供能源，實現(xiàn)能源的再利用。

2 國內外研究狀況

國外再生制動技術的研究時間比較早而且比較深入，除了大量的理論研究成果，實車應用技術也比較成熟。

國內再生制動技術研究目前處于起步階段。各高校、汽車廠商、科研院所都在這一領域進行研究并有了初步成果，但是大部分研究都停留在理論分析和建模仿真階段，實車應用不多。所以此技術在國內具有很大的發(fā)展空間。

3 再生制動能量儲存裝置

再生制動能量儲存裝置的設計方案較多，常用的形式主要有飛輪、液壓儲能、電化學儲能等幾種形式。不同的設計方案，優(yōu)缺點不同。

飛輪儲能系統(tǒng)結構簡單、能量損耗小，但體積大、儲能不易久存、能量輸出的時效性較差而且安全性沒有保障；液壓儲能系統(tǒng)結構緊湊、可持久存儲電能、能量輸出靈活易控制、安全性較好，但系統(tǒng)結構復雜、儲能過程中能量損耗大；電化學儲能系統(tǒng)體積小而輕、可持久儲能、能量輸出迅速而易控制，但系統(tǒng)結構復雜、制造成本相對較高。

本文采用的電化學儲能制動能量回收系統(tǒng)，它包括與車型相適配的發(fā)電機、蓄電池以及可以監(jiān)視電池電量的智能電池管理系統(tǒng)。電化學儲能制動能量回收系統(tǒng)回收車輛在制動或慣性滑行中釋放出的多余能量，并通過發(fā)電機將其轉化為電能，再儲存在蓄電池中，用于之后的加速行駛。制動能量回收系統(tǒng)結構緊湊、儲能持久而高效、控制靈活而準確，它還可為車內耗電設備供電，降低對發(fā)動機的依賴，降低燃耗及二氧化碳排放，具有很好的發(fā)展前景。

4 結構設計

基于車輛再生制動的集能型制動器實現(xiàn)回收制動能量的同時，既要保證產生的電能便于儲存，還應滿足剎車的安全要求和便于駕駛員操作，這就需要找到電剎車和機械剎車的最佳切合點，在確保制動安全的前提下，提高能量的回收率。

由于汽車內部采用交流電，采用永久磁鐵作為定子，南北兩極，線圈為轉子。其中線圈與輪胎同心相連，如圖1所示。此種結構在制動時，線圈與外部蓄電器接通，即可產生交流電，同時線圈受到反向的安培力，從而實現(xiàn)減速，其實質是將動能轉化為電能的過程。

根據(jù)輪胎尺寸和車體結構，實際線圈尺寸為輪胎外圓尺寸的2/3。由于在減速的同時，安培力也隨之減小，所以為了確保系統(tǒng)有穩(wěn)定制動力的提供，線圈要做特殊的設計（如圖2），滿足其速度減小的同時，線圈匝數(shù)呈一定規(guī)律增加，從而使制動力基本不變。

5 理論設計及計算

5.1 理論分析

從應用的廣泛性考慮，本次設計主要考慮中輕度剎車。中輕度剎車是汽車在正常工況下的制動過程，可分為減速過程與停止過程。電磁剎車負責減速過程，停止過程由機械剎車完成，兩種剎車的切換點由電機發(fā)電特性確定。

5.2 分析計算

6 結論

基于車輛再生制動的集能型制動器是利用電磁裝置在汽車剎車時提供制動力，同時通過儲能裝置將動能裝換成電能儲存起來。該集能型制動器可收集65%以上的動能，配合以機械剎車，可實現(xiàn)汽車制動安全可靠。同時具有結構緊湊，操作簡單，響應靈敏，壽命長久，噪音低、沖擊小，可靠性強的優(yōu)點。而且他的應用范圍不僅局限于汽車制動，還可用于所有需要制動或者有剩余動力可回收的系統(tǒng)中。

當前汽車制動主要采用液壓與機械制動并重的方式，對車體磨損嚴重且能量消耗較大，與之相比，集能型制動器把制動動能高效的轉化為電能，提高了汽車能量的綜合利用率，其成本較低、安裝方便，具有很好的節(jié)能優(yōu)點。該技術同樣可應用于城市軌道車輛、電瓶車、機械裝備等，將帶來很大的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

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