專利名稱：輪轂中的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輪轂中的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及其工作方法。
DE3043269A1公開了一種用于自行車的側(cè)發(fā)電機，其特點是在發(fā)電機外殼內(nèi)集成了控制電路和一個蓄電池。發(fā)電機的接通和斷開通過摩擦輪的運動手工實現(xiàn)。發(fā)電機的機械的接通和關(guān)斷開關(guān)是需要的，因為發(fā)電機在空載時產(chǎn)生損耗。電流發(fā)生器和蓄電池之間的變換器由二極管電路構(gòu)成。
DE-PS933040公開了一個作為發(fā)電機工作的、設(shè)計成外轉(zhuǎn)子的單極電機，它不用傳動裝置直接安裝在自行車和人力車的輪轂中。單極電機涉及一種外部激勵電機，激勵磁場最好由永磁體產(chǎn)生。然而永磁激勵引起嚴(yán)重的靜力矩(Rastmoment)。
DE4317817C1描述了一種在轉(zhuǎn)子中帶有永磁體的交流電機，其定子由三個相互錯開放置的具有由軟磁鐵構(gòu)成的電極指籠(Polfingerkaefigen)的電感線圈組成。電機應(yīng)作為加載發(fā)電機不斷一起運行。然而永磁體在定子的電極指中產(chǎn)生一定的磁滯損耗。
DE4411145A1公開了一種具有相同結(jié)構(gòu)的電感線圈的發(fā)電機，這些線圈沒有相位偏移并且相互并聯(lián)連接以提高運行可靠性。具有永磁體的轉(zhuǎn)子直接與輪子連接。為了在低轉(zhuǎn)速時產(chǎn)生用于照明的足夠的功率，此發(fā)電機具有相當(dāng)?shù)闹亓亢腕w積。在這種方案中也存在定子磁鐵中的永磁的磁滯損耗。
通過一個變速傳動裝置可以實現(xiàn)小的結(jié)構(gòu)體積，此傳動裝置提高轉(zhuǎn)速。輪轂中的傳動裝置發(fā)電機是由JP3-258673A或EP0528347公開的。然而變速傳動裝置是昂貴的，同時也增加了前進的阻力。
如在DE3703523C2(直流-圓盤轉(zhuǎn)子)，DE3918166C2(EC-圓盤轉(zhuǎn)子)或DE4234388A1所描述的，已知的還有輪轂中的具有無鐵心線圈的發(fā)電機。無鐵心線圈增大了有效磁氣隙，從而導(dǎo)致高的磁體開支。DE4232182A1用永磁體設(shè)計了一種無電刷的單相外轉(zhuǎn)子，其中通過兩個磁環(huán)的相互扭轉(zhuǎn)，鐵心中的空轉(zhuǎn)損耗被減小。此外僅當(dāng)轉(zhuǎn)子機械上與輪子分離時才能避免空轉(zhuǎn)損耗。
重量的減輕可通過增大輪轂中發(fā)電機直徑實現(xiàn)。此外還有DE-OS2727827,DE4229457A1或DE4229261C1公開的結(jié)構(gòu)形式。缺點在于小的保護率和高的磁體開支。
在DE4229261C1中如此有效地設(shè)計發(fā)電機，以至它能給出在電動機工作中驅(qū)動功率的額定值。為了電動機工作還存在一個蓄電池，它安裝在自行車車架上。此系統(tǒng)對于通常的照明用途來說是太重和太貴了。
DE4314290A1敘述了一種可開關(guān)的磁阻機和在發(fā)電機工作中調(diào)整的方法。這涉及一個按磁阻原理工作的機器的一種復(fù)雜的多相結(jié)構(gòu)形式。
DE4447159A1公開了一種具有特殊氣隙結(jié)構(gòu)的橫磁電機，它也被實現(xiàn)成可開關(guān)的磁阻機。軟磁體由大量層疊電鐵片段組成，這導(dǎo)致高的裝配開支。在集成于輪轂中的結(jié)構(gòu)型式中轉(zhuǎn)子具有永磁體。
本發(fā)明的目的在于，開發(fā)一個集成于輪轂中的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，在具有低生產(chǎn)成本的同時實現(xiàn)小的結(jié)構(gòu)體積和重量，高的效率和在所有應(yīng)用領(lǐng)域中可靠的電流供給。
上述任務(wù)是通過權(quán)利要求1或5所述的技術(shù)方案實現(xiàn)的。
按照本發(fā)明，能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)由一個安裝在輪轂中或輪轂上的磁阻發(fā)電機，一個控制電路和一個電能存儲器組成?？刂齐娐犯鶕?jù)電池加載情況，轉(zhuǎn)速和實際能量需求等調(diào)節(jié)發(fā)電機功率。與能量存儲器有關(guān)的激勵能量被如此調(diào)節(jié)，使得一旦能量需求和加載情況需要，對應(yīng)于轉(zhuǎn)速的最佳數(shù)量的能量在發(fā)電機中被轉(zhuǎn)換。在負(fù)載下降時一個模糊-調(diào)節(jié)實現(xiàn)由最小損耗工作狀態(tài)至具有最大的能量產(chǎn)出的工作狀態(tài)的幾乎連續(xù)的過渡。
轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的工作導(dǎo)向致力于使能量存儲器盡可能以較小深度的放電周期接近于滿載狀態(tài)。鋰電池或者具有高的能量密度的電容器比較適合于用作能量存儲器。當(dāng)只有光源需要用電并且其工作時間由光傳感器控制時，此自動運行導(dǎo)致駕車人幾乎完全卸載并導(dǎo)致車輛運行安全性的提高。
電路和能量存儲器也安裝在人力車輛的輪轂中或輪轂上是有利的。這簡化了裝配，提高了抗干擾能力，并減輕了EMV問題。
除了對用電裝置有不依賴于行駛速度的均勻能量供給以及可以在停車后一段時間內(nèi)或者在通常運行時實現(xiàn)穩(wěn)定的照明等優(yōu)點外，利用能量存儲器帶來的主要優(yōu)點在于明顯減小了發(fā)電機質(zhì)量。與沒有能量存儲器的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)不同，輪轂發(fā)電機不必須在最低速度(例如6公里/小時)下產(chǎn)生其額定功率，它在約3倍高的平均速度(18公里/小時)下能產(chǎn)生額定功率就足夠了。因此，磁阻發(fā)電機明顯變小和變得更廉價。在低的能量消耗和能量存儲器充滿時磁阻發(fā)電機處于不激勵狀態(tài)，在轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中幾乎沒有損耗。
綜上所述，相對于現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)有以下特點-緊密而輕型的結(jié)構(gòu)形式，-廉價生產(chǎn)，-可忽略不計的空轉(zhuǎn)損耗，-節(jié)省磁體費用，-高的供電可靠性，-集成的堅固的光附件(Standlichtoption)，以及安裝和維護簡便。
在提高能量需求，例如在冬天時，能量存儲器還可通過外面的能量供給進行充電，從而減小行駛阻力。
附圖中示出兩個有優(yōu)點的本發(fā)明實施例。


圖1示出一個輪轂中的具有蓄電池的電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，圖2示出圖1中剖面線A-A和B-B的兩個剖面，圖3示出一個輪轂中的具有一個電容器的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，圖4示出圖3中剖面線A-A和B-B的兩個剖面。
圖1示出在輪轂1中集成的兩相磁阻發(fā)電機2，它通過電路3與能量存儲器4相接。此能量存儲器由5個蓄電池組成，它們放在一個噴鑄-鋁制箱體中。在打開轂蓋6并扭轉(zhuǎn)接觸圓片7之后可以更換蓄電池。磁阻發(fā)電機由兩個導(dǎo)線線圈組成，它們在三個側(cè)面被一個由3至5部分構(gòu)成的軟磁體9包圍著。它們作為鐵粉壓制件或燒結(jié)材料被生成。周期地切斷磁路的軟磁轉(zhuǎn)子段10以兩個環(huán)放入，它們切向固定而軸向可移動地安裝在輪轂1中?；瑒拥闹箘迎h(huán)保證了轉(zhuǎn)子環(huán)相對于定子的位置，輪轂在正常運行時通過滾珠軸承11支撐在軸12上。
圖2a和圖2b分別示出圖1所示能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中通過磁阻發(fā)電機2的剖面和通過接觸圓片7的剖面。
圖3示出一個類似的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中在輪轂2中除了裝有磁阻發(fā)電機22和電路23之外現(xiàn)在還裝有一個空心的圓柱體電容器作為能量存儲器24。在打開轂蓋25后電路23是可接觸的，同時無需保養(yǎng)的電容器放在輪轂的為了減輕重量而變窄的部位27。磁阻發(fā)電機22被放置在灌注物質(zhì)(Vergussmasse)26中，并且它由兩個錯開安放的相同結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組組成，它們又各由一個導(dǎo)線線圈28和包圍著它的軟磁定子體29組成。轉(zhuǎn)子段30延伸經(jīng)過磁阻發(fā)電機22的兩個相位部分，并被固定地插在轂的放大的半部。軸承31和軸32可作為常規(guī)元件購置。
圖4a和圖4b分別是圖3所示能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)通過高功率電容器24的剖面和通過磁阻發(fā)電機22的剖面。
權(quán)利要求
1．由一個可開關(guān)的磁阻發(fā)電機(2；22)，一個能量存儲器(4,24)和一個與磁阻發(fā)電機(2；22)及能量存儲器(4；24)相連接的用于控制磁阻發(fā)電機(2；22)的電路(3；23)組成的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中磁阻發(fā)電機(2；22)，能量存儲器(4；24)和電路(3；23)安裝在車輛的一個輪轂(1；21)中或輪轂上。
2．如權(quán)利要求1所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中磁阻發(fā)電機(2；22)具有導(dǎo)線線圈(8；28)，它們在三個側(cè)面被軟磁的定子體(9；29)包圍，并且通過徑向位于導(dǎo)線線圈(8；28)之外的氣隙與軟磁轉(zhuǎn)子段(10；30)分開，定子段(10；30)直接與輪轂(1；21)相接。
3．如權(quán)利要求1或2所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中能量存儲器(4；24)被設(shè)計成圍繞著輪轂(21)的軸(32)的物體。
4．如權(quán)利要求1至3中任一項所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中磁阻發(fā)電機(2；22)置于一個由發(fā)泡的輕金屬形成的鑄體(5；26)中，其具有用于安裝電路(3；23)和能量存儲器(4；24)的空間。
5．安裝在車輛輪轂(1；21)之中或之上的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的工作方法，此系統(tǒng)由一個可開關(guān)的磁阻發(fā)電機(2；22)、一個能量存儲器(4；24)和一個與磁阻發(fā)電機(2；22)及能量存儲器(4；24)相連接的用于控制磁阻發(fā)電機(2；22)并用于調(diào)節(jié)能量存儲器(4；24)的加載狀態(tài)的電路(3；23)組成，其中磁阻發(fā)電機(2；22)受電路(3；23)激勵脈沖的作用，其強度由電路(3；23)依據(jù)能量存儲器(4；24)的加載狀態(tài)、瞬間的用電量和磁阻發(fā)電機(2；22)的轉(zhuǎn)速來確定。
全文摘要
具有低生產(chǎn)費用,高效率和小重量的能量轉(zhuǎn)換器在運載工具中被用于產(chǎn)生電能。本發(fā)明所公開的裝在運載工具輪轂中或輪轂上的能量轉(zhuǎn)換器具有一個設(shè)計成磁阻發(fā)電機的發(fā)電機。轉(zhuǎn)子被有利地直接連接于輪上。一個電能存儲器暫時存儲所產(chǎn)生的電能并在需要時均勻地將電能輸送給用電裝置。控制電路和電能存儲器最好也安放在輪轂中或輪轂上。本發(fā)明提供了一種高效,輕便和低成本的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng),它保證了高可靠的供電,尤其適合于在人力驅(qū)動的運載工具中使用。
文檔編號H02K7/18GK1226861SQ97196940
公開日1999年8月25日 申請日期1997年8月1日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月1日
發(fā)明者沃爾夫?qū)は?申請人:沃爾夫?qū)は?br>