一種利用外力和慣性力驅(qū)動(dòng)的發(fā)電裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種利用外力和慣性力驅(qū)動(dòng)的發(fā)電裝置，包括發(fā)電單元及其外部的電能變換與存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)。發(fā)電單元是發(fā)電裝置的核心部分，由固定軸、軸承、定子鐵芯、電樞繞組、機(jī)殼、N極永磁體、S極永磁體、轉(zhuǎn)子軛、安全手柄構(gòu)成；其中，固定軸、定子鐵芯、電樞繞組組成發(fā)電單元的定子，機(jī)殼、永磁體、轉(zhuǎn)子軛、安全手柄及軸承組成發(fā)電單元的轉(zhuǎn)子，安全手柄固定在轉(zhuǎn)子軛上。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)，從而定子側(cè)的電樞繞組在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)內(nèi)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)能裝置中。
【專利說(shuō)明】—種利用外力和慣性力驅(qū)動(dòng)的發(fā)電裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于現(xiàn)有公共交通工具的往復(fù)式機(jī)電能量發(fā)電裝置，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(chē)輛都在車(chē)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(chē)輛在行駛中車(chē)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(chē)輛能量回收研究中，側(cè)重車(chē)輛剎車(chē)時(shí)制動(dòng)能量的回收利用，極少關(guān)注車(chē)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)，提出一種利用外力和慣性力驅(qū)動(dòng)的發(fā)電裝置，將城市公共交通轉(zhuǎn)速突變時(shí)所產(chǎn)生的多余動(dòng)能轉(zhuǎn)變成可靈活利用的電能并進(jìn)行存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)能量的回收利用。
[0004]技術(shù)方案:一種利用外力和慣性力驅(qū)動(dòng)的發(fā)電裝置，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、扇形定子、扇形轉(zhuǎn)子、扇形機(jī)殼、軸承以及安全手柄；所述固定軸固定在車(chē)內(nèi)管狀橫杠上并與車(chē)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]所述扇形定子包括非導(dǎo)磁支架，以及通過(guò)所述非導(dǎo)磁支架與所述固定軸同心設(shè)置的若干圓弧形定子結(jié)構(gòu)；所述若干定子結(jié)構(gòu)均由定子槽以及嵌入所述定子槽的電樞繞組構(gòu)成；
[0007]所述扇形轉(zhuǎn)子包括轉(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，永磁體的極對(duì)數(shù)與定子槽數(shù)匹配并設(shè)置在定子槽側(cè)面，兩個(gè)扇形面上對(duì)稱設(shè)置的永磁體磁極相同；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極永磁體為切向充磁的矩形或弧形永磁體。
[0009]進(jìn)一步的，所述N極永磁體和轉(zhuǎn)子S極永磁體內(nèi)嵌在所述扇形機(jī)殼。
[0010]進(jìn)一步的,所述扇形定子包括第一定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和第二定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)；所述第一定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為兩對(duì)極，十二槽的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)；所述第二定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為一對(duì)極，六槽的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
[0011]進(jìn)一步的，所述圓弧形定子結(jié)構(gòu)之間的非導(dǎo)磁支架上設(shè)有若干通孔。[0012]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)稱繞組通過(guò)三相整流器連接所述儲(chǔ)能單元。
[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)明提出了一種利用外力和慣性力驅(qū)動(dòng)的發(fā)電裝置，當(dāng)公交車(chē)輛的速度變化時(shí)，車(chē)內(nèi)安全手柄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)，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這樣氣隙中產(chǎn)生了沿圓周方向的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電樞繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(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。當(dāng)儲(chǔ)能裝置中有儲(chǔ)存的電能時(shí)，存儲(chǔ)的電能可反向供給發(fā)電單元，逆變后的電壓加在電樞繞組兩端，這樣發(fā)電單元的定轉(zhuǎn)子間有電磁力的相互作用，當(dāng)車(chē)速變化時(shí)，通過(guò)控制繞組中電流的大小和方向，可在氣隙中產(chǎn)生與安全扶手運(yùn)動(dòng)相反的阻力矩，從而有效減小安全手柄因外力做往復(fù)式擺動(dòng)的幅度，更好的保障抓握安全扶手的乘客安全。發(fā)電單元采用兩套定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，可充分利用發(fā)電裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高其發(fā)電量；同時(shí)，在機(jī)殼上安裝有永磁體，減小了整個(gè)裝置的體積。
[0016]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(chē)保有量的增加，城市交通環(huán)境不斷惡化，公交車(chē)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(chē)內(nèi)橫梁上等間距地安裝能量發(fā)電裝置，實(shí)施起來(lái)非常簡(jiǎn)單。盡管受空間、時(shí)間因素的影響，每臺(tái)發(fā)電裝置輸出能量有限，但一輛交通工具內(nèi)可安裝數(shù)套發(fā)電裝置，其輸出總能量可顯著提升。而且，大多公共交通工具均具有運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，因此這種累積效應(yīng)是很明顯的。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為實(shí)施方式一中的發(fā)電裝置的徑向截面示意圖；
[0018]圖2為實(shí)施方式一中定轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3為實(shí)施方式一中的機(jī)殼一側(cè)的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0020]圖4為發(fā)電裝置輸出端的電氣連接示意圖；
[0021]圖5為發(fā)電單元做電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，發(fā)電裝置輸出端的電氣連接示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。
[0023]實(shí)施例1:如圖1所示，一種利用外力和慣性力驅(qū)動(dòng)的發(fā)電裝置，將傳統(tǒng)交通工具內(nèi)部用于懸掛安全手柄9的管狀橫梁10與安全手柄9分開(kāi)，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(chē)內(nèi)管狀橫杠上并與車(chē)廂底部平行，且固定軸I與橫梁10相互垂直。
[0024]其中，發(fā)電單元包括固定軸1、扇形定子、扇形轉(zhuǎn)子、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)。如圖2所示，扇形定子包括非導(dǎo)磁支架3，以及通過(guò)非導(dǎo)磁支架3與固定軸I同心設(shè)置的兩個(gè)圓弧形定子結(jié)構(gòu)。第一定子結(jié)構(gòu)為具有十二個(gè)定子槽，定子槽中嵌有三相對(duì)稱繞組4，構(gòu)成兩對(duì)極結(jié)構(gòu)。第二定子結(jié)構(gòu)具有六個(gè)定子槽，定子槽中嵌有三相對(duì)稱繞組4，構(gòu)成一對(duì)極結(jié)構(gòu)。第一定子結(jié)構(gòu)和第二定子結(jié)構(gòu)之間的非導(dǎo)磁支架3上設(shè)有若干通孔11，主要目的是節(jié)省材料、減輕重量。扇形轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子N極永磁體6、轉(zhuǎn)子S極永磁體7以及轉(zhuǎn)子軛8。轉(zhuǎn)子軛8呈圓弧形并與扇形機(jī)殼5的兩個(gè)扇形面的圓弧端剛性連接,轉(zhuǎn)子軛8則隨機(jī)殼5繞固定軸做往復(fù)式擺動(dòng)。如圖3所示，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)扇形側(cè)面上，永磁體極對(duì)數(shù)與定子槽數(shù)匹配，并且二個(gè)扇形側(cè)面上相對(duì)位置的永磁體極性相同位置對(duì)稱。安全手柄9連接在轉(zhuǎn)子軛8的外側(cè)壁上。在本實(shí)施例中,位于扇形定子圓弧端的第一定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為兩對(duì)極，十二槽的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)；位于扇形定子上靠近固定軸I的第二定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為一對(duì)極，六槽的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)；故在扇形轉(zhuǎn)子中，在機(jī)殼5的二個(gè)扇形內(nèi)側(cè)面上，分別分布有兩排平行的圓弧形或矩形的永磁體；第一排圓弧形或矩形的永磁體為兩對(duì)極，N極永磁體與S極永磁體間隔分布,第二排圓弧形或矩形的永磁體為一對(duì)極，N極永磁體與S極永磁體間隔分布。
[0025]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)，此時(shí)在氣隙中產(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)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如圖4所示，定子上的三相對(duì)稱繞組通過(guò)三相整流器連接儲(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。
[0026]發(fā)電裝置的核心部分發(fā)電單元可工作在電動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)電能的存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)作為電源。如圖5所示，在本實(shí)施例中，該發(fā)電裝置還包括連接在儲(chǔ)能單元和發(fā)電單元之間的逆變器。其觸發(fā)脈沖來(lái)自于外圍的控制電路，在車(chē)速突變時(shí)，控制電路做出相應(yīng)反應(yīng)，輸出具有一定觸發(fā)角的脈沖，觸發(fā)角的大小取決于車(chē)速變化的快慢，決定了逆變電流的大小。逆變器在控制電路輸出的控制信號(hào)的作用下，逆變器將儲(chǔ)能單元輸出的直流電變換成交流電并加在電樞繞組的兩端，發(fā)電單元的定轉(zhuǎn)子間有電磁力的相互作用，其大小取決于控制電路輸出的觸發(fā)脈沖的觸發(fā)角大小，方向總是與安全手柄9運(yùn)動(dòng)方向相反,從而有效減小安全手柄因慣性力或外力做往復(fù)式擺動(dòng)的幅度。
[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:在殼體的兩個(gè)扇形面上設(shè)有用于放置N極永磁體6和S極永磁體7的凹槽,N極永磁體6和S極永磁體7間隔分布在扇形機(jī)殼5的二個(gè)扇形側(cè)面上的凹槽內(nèi)，永磁體設(shè)置在定子槽的側(cè)面且其極對(duì)數(shù)與定子槽數(shù)匹配。該結(jié)構(gòu)具有聚磁效果，同時(shí)能減小整個(gè)發(fā)電單元的體積。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)，此時(shí)在氣隙中產(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)。
[0028]本發(fā)明的利用外力和慣性力驅(qū)動(dòng)的發(fā)電裝置將能量收集后存儲(chǔ)在儲(chǔ)能單元中，該儲(chǔ)能單元還可以為公共交通車(chē)輛的照明等系統(tǒng)提供能源。
[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】
1.一種利用外力和慣性力驅(qū)動(dòng)的發(fā)電裝置，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)、扇形定子、扇形轉(zhuǎn)子、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(chē)內(nèi)管狀橫杠上并與車(chē)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； 所述扇形定子包括非導(dǎo)磁支架(3)，以及通過(guò)所述非導(dǎo)磁支架(3)與所述固定軸(I)同心設(shè)置的若干圓弧形定子結(jié)構(gòu)；所述若干定子結(jié)構(gòu)均由定子槽以及嵌入所述定子槽的電樞繞組構(gòu)成； 所述扇形轉(zhuǎn)子包括轉(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)呈圓弧形并與扇形機(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，永磁體設(shè)置在定子槽側(cè)面，且其極對(duì)數(shù)與定子槽數(shù)匹配，兩個(gè)扇形面上對(duì)稱設(shè)置的永磁體磁極相同；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所述的一種利用外力和慣性力驅(qū)動(dòng)的發(fā)電裝置，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)為切向充磁的矩形或弧形永磁體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種利用外力和慣性力驅(qū)動(dòng)的發(fā)電裝置，其特征在于，所述N極永磁體(6)和轉(zhuǎn)子S極永磁體(7)內(nèi)嵌在所述扇形機(jī)殼(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種利用外力和慣性力驅(qū)動(dòng)的發(fā)電裝置，其特征在于，所述發(fā)電單元包括第一定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和第二定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)；所述第一定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為兩對(duì)極，十二槽的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)；所述第二定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為一對(duì)極，六槽的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種利用外力和慣性力驅(qū)動(dòng)的發(fā)電裝置，其特征在于，所述圓弧形定子結(jié)構(gòu)之間的非導(dǎo)磁支架(3)上設(shè)有若干通孔(11)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種利用外力和慣性力驅(qū)動(dòng)的發(fā)電裝置，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)稱繞組通過(guò)三相整流器連接所述儲(chǔ)能單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種利用外力和慣性力驅(qū)動(dòng)的發(fā)電裝置，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6所述的一種往復(fù)式電能發(fā)電裝置，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)】H02K35/02GK103997183SQ201410248221
【公開(kāi)日】2014年8月20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)