一種往復(fù)式機(jī)電能量變換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種往復(fù)式機(jī)電能量變換器，包括固定在管狀橫杠上的發(fā)電單元，所述發(fā)電單元通過電能變換單元連接到儲能單元。發(fā)電單元為外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)電機(jī)結(jié)構(gòu)，安全扶手固定連接在電機(jī)的外轉(zhuǎn)子上。當(dāng)公交車輛的速度變化時，車內(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，進(jìn)而帶動變換器的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，這樣氣隙中產(chǎn)生了沿圓周方向的旋轉(zhuǎn)磁場，電樞繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)電動勢，將該電能進(jìn)行變換和存儲，實(shí)現(xiàn)了多余動能的回收利用。
【專利說明】一種往復(fù)式機(jī)電能量變換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于現(xiàn)有公共交通工具的往復(fù)式機(jī)電能量變換器，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，這一過程中伴隨著動能的產(chǎn)生和消耗。目前車輛能量回收研究中，側(cè)重車輛剎車時制動能量的回收利用，極少關(guān)注車內(nèi)附屬設(shè)備短時、往復(fù)運(yùn)動所伴隨的能量變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:針對上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種往復(fù)式機(jī)電能量變換器，能夠?qū)⒊鞘泄卉囕v因車速突變時安全扶手所產(chǎn)生的多余動能轉(zhuǎn)變成電能并進(jìn)行存儲，實(shí)現(xiàn)能量的回收利用。
[0004]技術(shù)方案:一種往復(fù)式機(jī)電能量變換器，包括固定在管狀橫杠上的發(fā)電單元，所述發(fā)電單元通過電能變換單元連接到儲能單元；
[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設(shè)置，所述軸承安裝在固定軸兩端，所述扇形機(jī)殼由兩個對稱的扇形面構(gòu)成，所述扇形機(jī)殼通過軸承與固定軸活動連接；
[0006]所述定子結(jié)構(gòu)包括扇形定子鐵芯和電樞繞組；所述扇形定子鐵芯圓弧端設(shè)有定子槽，電樞繞組嵌放在該定子槽內(nèi)；
[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)子軛呈圓弧形并與機(jī)殼的兩個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轉(zhuǎn)子軛內(nèi)側(cè)壁上，永磁體極對數(shù)與定子槽數(shù)匹配并與定子槽之間留有氣隙；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極永磁體為貼在所述轉(zhuǎn)子軛內(nèi)表面的徑向充磁的瓦形永磁體。
[0009]進(jìn)一步的，所述扇形定子鐵芯上設(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個單相整流器和一個加法器，所述每套繞組分別與一個單相整流器的輸入端相連，m個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能單元。
[0011]進(jìn)一步的，所述電樞繞組采用三相對稱繞組，所述電能變換單元為三相整流器，所述三相對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能單J Li ο
[0012]進(jìn)一步的,所述儲能單元為電池或電容。
[0013]進(jìn)一步的，還包括連接在所述儲能單元和發(fā)電單元之間的逆變器，所述逆變器在控制信號的作用下，用于將儲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)動方向相反的阻力矩。
[0014]有益效果:本發(fā)明提出了一種往復(fù)式機(jī)電能量變換器，當(dāng)公交車輛的速度變化時，車內(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，進(jìn)而帶動變換器的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，這樣氣隙中產(chǎn)生了沿圓周方向的旋轉(zhuǎn)磁場，電樞繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)電動勢，將該電能進(jìn)行變換和存儲，實(shí)現(xiàn)了多余動能的回收利用。當(dāng)儲能裝置中有儲存的電能時，存儲的電能能夠反向供給發(fā)電單元，逆變后的電壓加在電樞繞組兩端，在發(fā)電單元的定轉(zhuǎn)子間產(chǎn)生電磁力作用，當(dāng)車速變化時，通過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)式擺動的幅度，更好地保障抓握安全扶手的乘客的安全。
[0015]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，公交車的制動和啟動非常頻繁，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)施起來非常簡單。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為往復(fù)式機(jī)電能量變換器徑向截面示意圖；
[0017]圖2為實(shí)施方式一中的發(fā)電單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3為發(fā)電單元的側(cè)面示意圖；
[0019]圖4為實(shí)施方式二中的轉(zhuǎn)子軛的徑向截面圖；
[0020]圖5為機(jī)殼與定子鐵芯的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖6為電樞繞組采用12套單相繞組時，變換器輸出端的電氣連接示意圖；
[0022]圖7為電樞繞組采用三相繞組時，變換器輸出端的電氣連接示意圖；
[0023]圖8為發(fā)電單元做電動機(jī)運(yùn)行時，變換器輸出端的電氣連接示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。
[0025]實(shí)施例1:如圖1所不，一種往復(fù)式機(jī)電能量變換器，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。
[0026]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4、軸承9以及安全手柄8。扇形機(jī)殼4有兩片同尺寸的扇形片對稱設(shè)置構(gòu)成，在固定軸I兩端安裝軸承9，軸承內(nèi)套與固定軸I接觸，軸承外套與扇形機(jī)殼4接觸，扇形機(jī)殼4可繞著固定軸I旋轉(zhuǎn)。如圖5所示，定子結(jié)構(gòu)包括扇形定子鐵芯3和電樞繞組2，扇形定子鐵芯3的圓弧端設(shè)有定子槽，電樞繞組2嵌放在該定子槽內(nèi)。定子鐵芯中間為空心，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)包括轉(zhuǎn)子N極永磁體5、轉(zhuǎn)子S極永磁體6以及轉(zhuǎn)子軛
7。該轉(zhuǎn)子軛7呈圓弧形并與機(jī)殼4的兩個扇形面的圓弧端剛性連接，轉(zhuǎn)子軛7則隨機(jī)殼4繞固定軸做往復(fù)式擺動。在本實(shí)施例中，發(fā)電單元定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為2對極、12槽結(jié)構(gòu)，其中轉(zhuǎn)子軛內(nèi)表面貼有徑向充磁的瓦形永磁體，且N極永磁體與S極永磁體間隔分布并與定子槽之間留有氣隙。安全手柄8連接在轉(zhuǎn)子軛7的外側(cè)壁上。
[0027]在交通工具的速度變化時，安全手柄8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，此時在氣隙中產(chǎn)生了沿圓周方向旋轉(zhuǎn)的磁場，電樞繞組2切割該旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。如圖6所示，本實(shí)施例中電樞繞組2采用12套單相繞組，電能變換單元包12個單相整流器和一個加法器，每套繞組分別與一個單相整流器的輸入端相連，12個單相整流器的輸出的直流電經(jīng)加法器相加后輸出到儲能單元，實(shí)現(xiàn)對多余動能轉(zhuǎn)變而來的電能的變換和存儲，其中儲能單元為電池或電容。
[0028]變換器的核心部分發(fā)電單元可工作在電動狀態(tài)，此時電能的存儲機(jī)構(gòu)作為電源。如圖8所示，在本實(shí)施例中，往復(fù)式機(jī)電能量變換器還包括連接在儲能單元和發(fā)電單元之間的逆變器。其觸發(fā)脈沖來自于外圍的控制電路，在車速突變時，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的作用下，逆變器將儲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8運(yùn)動方向相反,從而有效減小安全手柄因慣性力或外力做往復(fù)式擺動的幅度。
[0029]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:如圖4所示的轉(zhuǎn)子軛的徑向截面圖，圖中的轉(zhuǎn)子軛內(nèi)嵌切向充磁，并沿圓周分布的矩形或弧形永磁體，且N極永磁體與S極永磁體間隔分布。該結(jié)構(gòu)具有聚磁效果，同時能減小整個發(fā)電單元的體積。如圖7所示，電樞繞組2采用三相對稱繞組，對應(yīng)的電能變換單元為三相整流器；三相對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能單元。
[0030]本發(fā)明的往復(fù)式機(jī)電能量變換器將能量收集后存儲在儲能單元中，該儲能單元還可以為公共交通車輛的照明等系統(tǒng)提供能源。
[0031]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，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種往復(fù)式機(jī)電能量變換器，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)電單元通過電能變換單元連接到儲能單元； 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(4)、軸承(9)以及安全手柄(8);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設(shè)置，所述軸承(9)安裝在固定軸(I)兩端，所述扇形機(jī)殼(4)由兩個對稱的扇形面構(gòu)成,扇形機(jī)殼(4)通過軸承(9)與固定軸(I)活動連接； 所述定子結(jié)構(gòu)包括扇形定子鐵芯(3)和電樞繞組(2);所述扇形定子鐵芯(3)圓弧端設(shè)有定子槽，電樞繞組(2)嵌放在該定子槽內(nèi)； 所述轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)包括轉(zhuǎn)子N極永磁體(5)、轉(zhuǎn)子S極永磁體(6)以及轉(zhuǎn)子軛(7)，所述轉(zhuǎn)子軛(7)呈圓弧形并與機(jī)殼(4)的兩個扇形面的圓弧端剛性連接，所述N極永磁體(5)和S極永磁體(6)間隔分布在轉(zhuǎn)子軛(7)上，永磁體極對數(shù)與定子槽數(shù)匹配；所述安全手柄(8)連接在轉(zhuǎn)子軛(7)的外側(cè)壁上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種往復(fù)式電能變換器，其特征在于:所述轉(zhuǎn)子N極永磁體(5)和轉(zhuǎn)子S極永磁體(6)為貼在所述轉(zhuǎn)子軛(7)內(nèi)表面的徑向充磁的瓦形永磁體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種往復(fù)式電能變換器，其特征在于:所述扇形定子鐵芯(3)上設(shè)有若干通孔(11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種往復(fù)式電能變換器，其特征在于:所述電樞繞組(2)采用m套單相繞組，所述電能變換單元包括m個單相整流器和一個加法器，所述每套單相繞組分別與一個單相整流器的輸入端相連，m個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能單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種往復(fù)式電能變換器，其特征在于:所述電樞繞組⑵采用三相對稱繞組，所述電能變換單元為三相整流器，所述三相對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能單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種往復(fù)式電能變換器，其特征在于:所述儲能單元為電池或電容。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種往復(fù)式電能變換器，其特征在于:還包括連接在所述儲能單元和發(fā)電單元之間的逆變器，所述逆變器在控制信號的作用下，用于將儲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(8)運(yùn)動方向相反的阻力矩。
【文檔編號】H02K35/02GK103997182SQ201410247910
【公開日】2014年8月20日 申請日期: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 申請人:東南大學(xué)