一種無(wú)鐵芯往復(fù)式能量變換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無(wú)鐵芯往復(fù)式能量變換器，該變換器包括發(fā)電單元及其外部的電能變換與儲(chǔ)存單元。發(fā)電單元為無(wú)鐵芯盤式電機(jī)結(jié)構(gòu)，安全扶手固定連接在電機(jī)的轉(zhuǎn)子上。當(dāng)交通工具的速度突然變化時(shí)，在慣性力或乘客所施外力的作用下發(fā)電單元的轉(zhuǎn)子會(huì)發(fā)生單向或往復(fù)式擺動(dòng)，這樣電樞繞組在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中感生電動(dòng)勢(shì)、累積電能，將該電能進(jìn)行變換并存儲(chǔ)在儲(chǔ)能單元，實(shí)現(xiàn)了多余動(dòng)能的回收利用，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。
【專利說(shuō)明】一種無(wú)鐵芯往復(fù)式能量變換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于現(xiàn)有公共交通工具的無(wú)鐵芯往復(fù)式能量變換器，屬于電機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市建設(shè)也在發(fā)生著翻天覆地的變化，我國(guó)大部分城市市區(qū)人口密集，城市以公共交通為主體。為了保障乘客的人身安全，大部分城市公共交通車輛都在車內(nèi)設(shè)有便于站立乘客抓握的管狀橫杠扶手，然而根據(jù)乘客身高的不同，在管狀橫杠上一般還設(shè)有以吊環(huán)形式固定的安全手柄。隨著公交車輛在行駛中車速的變化，安全手柄將出現(xiàn)前后或左右的往復(fù)擺動(dòng)，這一過(guò)程中伴隨著動(dòng)能的產(chǎn)生和消耗。目前車輛能量回收研究中，側(cè)重車輛剎車時(shí)制動(dòng)能量的回收利用，極少關(guān)注車內(nèi)附屬設(shè)備短時(shí)、往復(fù)運(yùn)動(dòng)所伴隨的能量變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種無(wú)鐵芯往復(fù)式能量變換器，能夠?qū)⒊鞘泄卉囕v因車速突變時(shí)安全扶手所產(chǎn)生的多余動(dòng)能轉(zhuǎn)變成電能并進(jìn)行存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)能量的回收利用。
[0004]技術(shù)方案:一種無(wú)鐵芯往復(fù)式能量變換器，包括固定在管狀橫杠上的發(fā)電單元，所述發(fā)電單元通過(guò)電能變換單元連接到儲(chǔ)能單元；
[0005]其中，發(fā)電單元包括固定軸、定子結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、扇形機(jī)殼、軸承以及安全手柄；所述固定軸固定在車內(nèi)管狀橫杠上并與車廂底部平行，所述軸承安裝在固定軸兩端，所述扇形機(jī)殼由兩個(gè)對(duì)稱設(shè)置的扇形面組成，扇形機(jī)殼通過(guò)軸承與固定軸活動(dòng)連接；
[0006]所述定子結(jié)構(gòu)包括扇形繞組骨架和電樞繞組；所述繞組骨架采用環(huán)氧樹脂材料制備并以所述固定軸為圓心設(shè)置，所述電樞繞組嵌入繞組骨架中并以固定軸為圓心成弧形均勻排布；
[0007]所述轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)包括轉(zhuǎn)子N極永磁體、轉(zhuǎn)子S極永磁體以及轉(zhuǎn)子軛，所述轉(zhuǎn)子軛呈圓弧形并與所述機(jī)殼的兩個(gè)扇形面的圓弧端剛性連接，所述N極永磁體和S極永磁體間隔分布在扇形機(jī)殼的每個(gè)扇形面上并設(shè)置在電樞繞組的側(cè)面，永磁體極對(duì)數(shù)與電樞繞組的組數(shù)匹配；所述安全手柄連接在轉(zhuǎn)子軛的外側(cè)壁上。
[0008]進(jìn)一步的,所述轉(zhuǎn)子N極永磁體和轉(zhuǎn)子S極永磁體為內(nèi)嵌在所述扇形機(jī)殼上的軸向充磁并沿圓周分布的矩形或弧形永磁體。
[0009]進(jìn)一步的，所述繞組骨架上設(shè)有若干通孔。
[0010]進(jìn)一步的，所述電樞繞組采用m套單相繞組，所述電能變換單元包括m個(gè)單相整流器和一個(gè)加法器，所述每套繞組分別與一個(gè)單相整流器的輸入端相連，m個(gè)單相整流器輸出的直流電經(jīng)所述加法器相加后輸出到所述儲(chǔ)能單元。
[0011]進(jìn)一步的，所述電樞繞組采用三相對(duì)稱繞組，所述電能變換單元為三相整流器，所述三相對(duì)稱繞組的輸出端連接到三相整流器，所述三相整流器的輸出端連接所述儲(chǔ)能單
J Li ο
[0012]進(jìn)一步的，所述電樞繞組為六組，形成一對(duì)極、六組線圈的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
[0013]進(jìn)一步的,所述儲(chǔ)能單元為電池或電容。
[0014]進(jìn)一步的，還包括連接在所述儲(chǔ)能單元和發(fā)電單元之間的逆變器，所述逆變器在控制信號(hào)的作用下，用于將儲(chǔ)能單元輸出的直流電變換成交流電后加在所述電樞繞組的兩端，所述發(fā)電單元產(chǎn)生與所述安全手柄運(yùn)動(dòng)方向相反的阻力矩。
[0015]有益效果:本發(fā)明提出的一種無(wú)鐵芯往復(fù)式能量變換器，當(dāng)交通工具的速度變化時(shí)，車內(nèi)安全手柄在慣性力或乘客所施外力的作用下往復(fù)式擺動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)變換器的機(jī)殼產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這樣氣隙中產(chǎn)生沿圓周方向的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電樞繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，將該電能進(jìn)行變換和存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了多余動(dòng)能的回收利用。
[0016]發(fā)電單元采用無(wú)鐵芯盤式電機(jī)結(jié)構(gòu)，具體為:采用環(huán)氧樹脂材料制備繞組骨架，并以所述固定軸為圓心設(shè)置；電樞繞組嵌入繞組骨架中并以固定軸為圓心成弧形均勻排布。采用這樣的骨架式定子結(jié)構(gòu)，首先省去了鐵芯材料并消除了鐵耗，同時(shí)也便于安裝；其次繞組骨架采用環(huán)氧樹脂材料，減輕了整個(gè)裝置的重量。
[0017]此外，相對(duì)于普通盤式電機(jī)定子鐵芯所占據(jù)的空間，本發(fā)明的電機(jī)結(jié)構(gòu)則用于放置線圈，從而提高了變換器單位體積的發(fā)電量。同時(shí)，永磁體固定在機(jī)殼側(cè)面，減小了整個(gè)裝置的體積。永磁體還可以內(nèi)嵌在在機(jī)殼側(cè)面，可進(jìn)一步減小整個(gè)裝置的體積。
[0018]隨著城市公共交通和軌道交通的發(fā)展，本發(fā)明所依附的載體越來(lái)越龐大，為本發(fā)明的具體應(yīng)用提供了廣闊的空間。另外，隨著汽車保有量的增加，城市交通環(huán)境不斷惡化，公交車的制動(dòng)和啟動(dòng)非常頻繁，為本發(fā)明的實(shí)際應(yīng)用提供了充分條件。另外，本發(fā)明不需要對(duì)現(xiàn)有公共交通工具進(jìn)行大范圍的改造，只需在車內(nèi)橫梁上等間距地安裝能量變換器，實(shí)施起來(lái)非常簡(jiǎn)單。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為實(shí)施方式一中的發(fā)電單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為扇形機(jī)殼與永磁體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3為電樞繞組采用m套單相繞組時(shí)，變換器輸出端的電氣連接示意圖；
[0022]圖4為電樞繞組采用三相繞組時(shí)，變換器輸出端的電氣連接示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。
[0024]實(shí)施例1:如圖1所示，一種無(wú)鐵芯往復(fù)式能量變換器，將傳統(tǒng)交通工具內(nèi)部用于懸掛安全手柄8的管狀橫梁10與安全手柄8分開，在兩者間加入發(fā)電單元；以橫梁10做支撐，將發(fā)電單元固定安裝在橫梁10上。其中，固定軸I固定在車內(nèi)管狀橫杠上并與車廂底部平行，且固定軸I與橫梁10相互垂直。
[0025]其中，發(fā)電單元包括固定軸1、定子結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、扇形機(jī)殼5、軸承2以及安全手柄9。在固定軸I兩端安裝軸承2，軸承內(nèi)套與固定軸I接觸，軸承外套與扇形機(jī)殼5接觸。扇形機(jī)殼5由兩個(gè)對(duì)稱設(shè)置的扇形面組成,扇形機(jī)殼5可繞著固定軸I旋轉(zhuǎn)。定子結(jié)構(gòu)包括繞組骨架3和電樞繞組4，繞組骨架3采用環(huán)氧樹脂材料制備并以固定軸I為圓心設(shè)置，電樞繞組4嵌入繞組骨架3中并以固定軸I為圓心成弧形均勻排布。繞組骨架中間為空心，其形狀呈圓弧形，主要目的是節(jié)省材料、減輕重量。如圖2所示，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)包括N極永磁體6、S極永磁體7以及轉(zhuǎn)子軛8。轉(zhuǎn)子軛8呈圓弧形并與機(jī)殼5的兩個(gè)扇形面的圓弧端剛性連接，轉(zhuǎn)子軛8則能夠隨扇形機(jī)殼5繞固定軸做往復(fù)式擺動(dòng)。在本實(shí)施例中，發(fā)電單元的定子采用六套單相繞組，轉(zhuǎn)子采用一對(duì)極結(jié)構(gòu)，其中N極永磁體6和S極永磁體7軸向充磁，沿圓周間隔分布在扇形機(jī)殼5的每個(gè)扇形面上，并且二個(gè)扇形側(cè)面上相對(duì)位置的永磁體極性相同并對(duì)稱設(shè)置在電樞繞組4的側(cè)面。安全手柄9連接在轉(zhuǎn)子軛8的外側(cè)壁上。
[0026]在交通工具的速度變化時(shí)，安全手柄9及電機(jī)轉(zhuǎn)子在慣性力或乘客所施外力的作用下將發(fā)生往復(fù)式擺動(dòng)，這樣氣隙中產(chǎn)生了沿圓周方向旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，電樞繞組4切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。本實(shí)施例中電樞繞組4采用6套單相繞組，電能變換單元包括6個(gè)單相整流器和一個(gè)加法器，每套繞組分別與一個(gè)單相整流器的輸入端相連，6個(gè)單相整流器輸出的直流電經(jīng)加法器相加后輸出到儲(chǔ)能單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)多余動(dòng)能轉(zhuǎn)變而來(lái)的電能的變換和存儲(chǔ)，其中儲(chǔ)能單元為電池或電容。
[0027]實(shí)施例2:在本實(shí)施例中，與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于:發(fā)電單元的定子采用三相對(duì)稱繞組，轉(zhuǎn)子采用一對(duì)極結(jié)構(gòu)，其中N極永磁體6和S極永磁體7軸向充磁,沿圓周間隔內(nèi)嵌在扇形機(jī)殼5的每個(gè)扇形面上，安全手柄9連接在扇形機(jī)殼5的外側(cè)壁上。
[0028]在交通工具的速度變化時(shí)，安全手柄及電機(jī)轉(zhuǎn)子在慣性力或乘客所施外力的作用下將發(fā)生往復(fù)式擺動(dòng)，這樣氣隙中產(chǎn)生了沿圓周方向旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，電樞繞組4切割該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。此外，電樞繞組4采用三相對(duì)稱繞組，對(duì)應(yīng)的電能變換單元為三相整流器；三相對(duì)稱繞組的輸出端連接到三相整流器，三相整流器的輸出端連接儲(chǔ)能單元。
[0029]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種無(wú)鐵芯往復(fù)式能量變換器，其特征在于，包括固定在管狀橫杠上的發(fā)電單元，所述發(fā)電單元通過(guò)電能變換單元連接到儲(chǔ)能單元； 其中，發(fā)電單元包括固定軸(I)、定子結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、扇形機(jī)殼(5)、軸承(2)以及安全手柄(9);所述固定軸(I)固定在車內(nèi)管狀橫杠上并與車廂底部平行，所述軸承(2)安裝在固定軸(I)兩端，所述扇形機(jī)殼(5)由兩個(gè)對(duì)稱設(shè)置的扇形面組成，扇形機(jī)殼(5)通過(guò)軸承(2)與固定軸(I)活動(dòng)連接； 所述定子結(jié)構(gòu)包括扇形繞組骨架(3)和電樞繞組(4);所述繞組骨架(3)采用環(huán)氧樹脂材料制備并以所述固定軸(I)為圓心設(shè)置，所述電樞繞組(4)嵌入繞組骨架(3)中并以固定軸(I)為圓心成弧形均勻排布； 所述轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)包括轉(zhuǎn)子N極永磁體(6)、轉(zhuǎn)子S極永磁體(7)以及轉(zhuǎn)子軛(8)，所述轉(zhuǎn)子軛(8)呈圓弧形并與所述機(jī)殼(5)的兩個(gè)扇形面的圓弧端剛性連接，所述N極永磁體(6)和S極永磁體(7)間隔分布在扇形機(jī)殼(5)的每個(gè)扇形面上并設(shè)置在電樞繞組(4)的側(cè)面，永磁體極對(duì)數(shù)與電樞繞組數(shù)匹配；所述安全手柄(9)連接在轉(zhuǎn)子軛(8)的外側(cè)壁上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)鐵芯往復(fù)式能量變換器，其特征在于:所述轉(zhuǎn)子N極永磁體(6)和轉(zhuǎn)子S極永磁體(7)為內(nèi)嵌在所述扇形機(jī)殼(5)上的軸向充磁并沿圓周分布的矩形或弧形永磁體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)鐵芯往復(fù)式能量變換器，其特征在于:所述繞組骨架(3)上設(shè)有若干通孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)鐵芯往復(fù)式能量變換器，其特征在于:所述電樞繞組(4)采用m套單相繞組，所述電能變換單元包括m個(gè)單相整流器和一個(gè)加法器，所述每套繞組分別與一個(gè)單相整流器的輸入端相連，m個(gè)單相整流器輸出的直流電經(jīng)所述加法器相加后輸出到所述儲(chǔ)能單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)鐵芯往復(fù)式能量變換器，其特征在于:所述電樞繞組(4)采用三相對(duì)稱繞組，所述電能變換單元為三相整流器，所述三相對(duì)稱繞組的輸出端連接到三相整流器，所述三相整流器的輸出端連接所述儲(chǔ)能單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種無(wú)鐵芯往復(fù)式能量變換器，其特征在于:所述電樞繞組(4)為六組，形成一對(duì)極、六組線圈的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種無(wú)鐵芯往復(fù)式能量變換器，其特征在于:所述儲(chǔ)能單元為電池或電容。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種無(wú)鐵芯往復(fù)式能量變換器，其特征在于:還包括連接在所述儲(chǔ)能單元和發(fā)電單元之間的逆變器，所述逆變器在控制信號(hào)的作用下，用于將儲(chǔ)能單元輸出的直流電變換成交流電后加在所述電樞繞組的兩端，所述發(fā)電單元產(chǎn)生與所述安全手柄(9)運(yùn)動(dòng)方向相反的阻力矩。
【文檔編號(hào)】H02J7/32GK104009531SQ201410247770
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月5日
【發(fā)明者】付興賀, 王標(biāo), 林明耀 申請(qǐng)人:東南大學(xué)