一种无铁芯往复式能量变换器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种无铁芯往复式能量变换器，该变换器包括发电单元及其外部的电能变换与储存单元。发电单元为无铁芯盘式电机结构，安全扶手固定连接在电机的转子上。当交通工具的速度突然变化时，在惯性力或乘客所施外力的作用下发电单元的转子会发生单向或往复式摆动，这样电枢绕组在旋转磁场中感生电动势、累积电能，将该电能进行变换并存储在储能单元，实现了多余动能的回收利用，达到节能环保的目的。
【专利说明】一种无铁芯往复式能量变换器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种适用于现有公共交通工具的无铁芯往复式能量变换器，属于电机应用领域。
【背景技术】
[0002]随着经济的飞速发展，城市建设也在发生着翻天覆地的变化，我国大部分城市市区人口密集，城市以公共交通为主体。为了保障乘客的人身安全，大部分城市公共交通车辆都在车内设有便于站立乘客抓握的管状横杠扶手，然而根据乘客身高的不同，在管状横杠上一般还设有以吊环形式固定的安全手柄。随着公交车辆在行驶中车速的变化，安全手柄将出现前后或左右的往复摆动，这一过程中伴随着动能的产生和消耗。目前车辆能量回收研究中，侧重车辆刹车时制动能量的回收利用，极少关注车内附属设备短时、往复运动所伴随的能量变化。
【发明内容】
[0003]发明目的:针对上述现有技术，提出一种无铁芯往复式能量变换器，能够将城市公交车辆因车速突变时安全扶手所产生的多余动能转变成电能并进行存储，实现能量的回收利用。
[0004]技术方案:一种无铁芯往复式能量变换器，包括固定在管状横杠上的发电单元，所述发电单元通过电能变换单元连接到储能单元；
[0005]其中，发电单元包括固定轴、定子结构、转子结构、扇形机壳、轴承以及安全手柄；所述固定轴固定在车内管状横杠上并与车厢底部平行，所述轴承安装在固定轴两端，所述扇形机壳由两个对称设置的扇形面组成，扇形机壳通过轴承与固定轴活动连接；
[0006]所述定子结构包括扇形绕组骨架和电枢绕组；所述绕组骨架采用环氧树脂材料制备并以所述固定轴为圆心设置，所述电枢绕组嵌入绕组骨架中并以固定轴为圆心成弧形均匀排布；
[0007]所述转子结构包括转子N极永磁体、转子S极永磁体以及转子轭，所述转子轭呈圆弧形并与所述机壳的两个扇形面的圆弧端刚性连接，所述N极永磁体和S极永磁体间隔分布在扇形机壳的每个扇形面上并设置在电枢绕组的侧面，永磁体极对数与电枢绕组的组数匹配；所述安全手柄连接在转子轭的外侧壁上。
[0008]进一步的,所述转子N极永磁体和转子S极永磁体为内嵌在所述扇形机壳上的轴向充磁并沿圆周分布的矩形或弧形永磁体。
[0009]进一步的，所述绕组骨架上设有若干通孔。
[0010]进一步的，所述电枢绕组采用m套单相绕组，所述电能变换单元包括m个单相整流器和一个加法器，所述每套绕组分别与一个单相整流器的输入端相连，m个单相整流器输出的直流电经所述加法器相加后输出到所述储能单元。
[0011]进一步的，所述电枢绕组采用三相对称绕组，所述电能变换单元为三相整流器，所述三相对称绕组的输出端连接到三相整流器，所述三相整流器的输出端连接所述储能单
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[0012]进一步的，所述电枢绕组为六组，形成一对极、六组线圈的定转子结构。
[0013]进一步的,所述储能单元为电池或电容。
[0014]进一步的，还包括连接在所述储能单元和发电单元之间的逆变器，所述逆变器在控制信号的作用下，用于将储能单元输出的直流电变换成交流电后加在所述电枢绕组的两端，所述发电单元产生与所述安全手柄运动方向相反的阻力矩。
[0015]有益效果:本发明提出的一种无铁芯往复式能量变换器，当交通工具的速度变化时，车内安全手柄在惯性力或乘客所施外力的作用下往复式摆动，进而带动变换器的机壳产生旋转运动，这样气隙中产生沿圆周方向的旋转磁场，电枢绕组切割旋转磁场感应电动势，将该电能进行变换和存储，实现了多余动能的回收利用。
[0016]发电单元采用无铁芯盘式电机结构，具体为:采用环氧树脂材料制备绕组骨架，并以所述固定轴为圆心设置；电枢绕组嵌入绕组骨架中并以固定轴为圆心成弧形均匀排布。采用这样的骨架式定子结构，首先省去了铁芯材料并消除了铁耗，同时也便于安装；其次绕组骨架采用环氧树脂材料，减轻了整个装置的重量。
[0017]此外，相对于普通盘式电机定子铁芯所占据的空间，本发明的电机结构则用于放置线圈，从而提高了变换器单位体积的发电量。同时，永磁体固定在机壳侧面，减小了整个装置的体积。永磁体还可以内嵌在在机壳侧面，可进一步减小整个装置的体积。
[0018]随着城市公共交通和轨道交通的发展，本发明所依附的载体越来越庞大，为本发明的具体应用提供了广阔的空间。另外，随着汽车保有量的增加，城市交通环境不断恶化，公交车的制动和启动非常频繁，为本发明的实际应用提供了充分条件。另外，本发明不需要对现有公共交通工具进行大范围的改造，只需在车内横梁上等间距地安装能量变换器，实施起来非常简单。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为实施方式一中的发电单元的结构示意图；
[0020]图2为扇形机壳与永磁体的结构示意图；
[0021]图3为电枢绕组采用m套单相绕组时，变换器输出端的电气连接示意图；
[0022]图4为电枢绕组采用三相绕组时，变换器输出端的电气连接示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
[0024]实施例1:如图1所示，一种无铁芯往复式能量变换器，将传统交通工具内部用于悬挂安全手柄8的管状横梁10与安全手柄8分开，在两者间加入发电单元；以横梁10做支撑，将发电单元固定安装在横梁10上。其中，固定轴I固定在车内管状横杠上并与车厢底部平行，且固定轴I与横梁10相互垂直。
[0025]其中，发电单元包括固定轴1、定子结构、转子结构、扇形机壳5、轴承2以及安全手柄9。在固定轴I两端安装轴承2，轴承内套与固定轴I接触，轴承外套与扇形机壳5接触。扇形机壳5由两个对称设置的扇形面组成,扇形机壳5可绕着固定轴I旋转。定子结构包括绕组骨架3和电枢绕组4，绕组骨架3采用环氧树脂材料制备并以固定轴I为圆心设置，电枢绕组4嵌入绕组骨架3中并以固定轴I为圆心成弧形均匀排布。绕组骨架中间为空心，其形状呈圆弧形，主要目的是节省材料、减轻重量。如图2所示，转子结构包括N极永磁体6、S极永磁体7以及转子轭8。转子轭8呈圆弧形并与机壳5的两个扇形面的圆弧端刚性连接，转子轭8则能够随扇形机壳5绕固定轴做往复式摆动。在本实施例中，发电单元的定子采用六套单相绕组，转子采用一对极结构，其中N极永磁体6和S极永磁体7轴向充磁，沿圆周间隔分布在扇形机壳5的每个扇形面上，并且二个扇形侧面上相对位置的永磁体极性相同并对称设置在电枢绕组4的侧面。安全手柄9连接在转子轭8的外侧壁上。
[0026]在交通工具的速度变化时，安全手柄9及电机转子在惯性力或乘客所施外力的作用下将发生往复式摆动，这样气隙中产生了沿圆周方向旋转的磁场，电枢绕组4切割旋转磁场感应电动势。本实施例中电枢绕组4采用6套单相绕组，电能变换单元包括6个单相整流器和一个加法器，每套绕组分别与一个单相整流器的输入端相连，6个单相整流器输出的直流电经加法器相加后输出到储能单元，实现对多余动能转变而来的电能的变换和存储，其中储能单元为电池或电容。
[0027]实施例2:在本实施例中，与实施例1的区别仅在于:发电单元的定子采用三相对称绕组，转子采用一对极结构，其中N极永磁体6和S极永磁体7轴向充磁,沿圆周间隔内嵌在扇形机壳5的每个扇形面上，安全手柄9连接在扇形机壳5的外侧壁上。
[0028]在交通工具的速度变化时，安全手柄及电机转子在惯性力或乘客所施外力的作用下将发生往复式摆动，这样气隙中产生了沿圆周方向旋转的磁场，电枢绕组4切割该旋转磁场感应电动势。此外，电枢绕组4采用三相对称绕组，对应的电能变换单元为三相整流器；三相对称绕组的输出端连接到三相整流器，三相整流器的输出端连接储能单元。
[0029]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种无铁芯往复式能量变换器，其特征在于，包括固定在管状横杠上的发电单元，所述发电单元通过电能变换单元连接到储能单元； 其中，发电单元包括固定轴(I)、定子结构、转子结构、扇形机壳(5)、轴承(2)以及安全手柄(9);所述固定轴(I)固定在车内管状横杠上并与车厢底部平行，所述轴承(2)安装在固定轴(I)两端，所述扇形机壳(5)由两个对称设置的扇形面组成，扇形机壳(5)通过轴承(2)与固定轴(I)活动连接； 所述定子结构包括扇形绕组骨架(3)和电枢绕组(4);所述绕组骨架(3)采用环氧树脂材料制备并以所述固定轴(I)为圆心设置，所述电枢绕组(4)嵌入绕组骨架(3)中并以固定轴(I)为圆心成弧形均匀排布； 所述转子结构包括转子N极永磁体(6)、转子S极永磁体(7)以及转子轭(8)，所述转子轭(8)呈圆弧形并与所述机壳(5)的两个扇形面的圆弧端刚性连接，所述N极永磁体(6)和S极永磁体(7)间隔分布在扇形机壳(5)的每个扇形面上并设置在电枢绕组(4)的侧面，永磁体极对数与电枢绕组数匹配；所述安全手柄(9)连接在转子轭(8)的外侧壁上。
2.根据权利要求1所述的一种无铁芯往复式能量变换器，其特征在于:所述转子N极永磁体(6)和转子S极永磁体(7)为内嵌在所述扇形机壳(5)上的轴向充磁并沿圆周分布的矩形或弧形永磁体。
3.根据权利要求1所述的一种无铁芯往复式能量变换器，其特征在于:所述绕组骨架(3)上设有若干通孔。
4.根据权利要求1所述的一种无铁芯往复式能量变换器，其特征在于:所述电枢绕组(4)采用m套单相绕组，所述电能变换单元包括m个单相整流器和一个加法器，所述每套绕组分别与一个单相整流器的输入端相连，m个单相整流器输出的直流电经所述加法器相加后输出到所述储能单元。
5.根据权利要求1所述的一种无铁芯往复式能量变换器，其特征在于:所述电枢绕组(4)采用三相对称绕组，所述电能变换单元为三相整流器，所述三相对称绕组的输出端连接到三相整流器，所述三相整流器的输出端连接所述储能单元。
6.根据权利要求5所述的一种无铁芯往复式能量变换器，其特征在于:所述电枢绕组(4)为六组，形成一对极、六组线圈的定转子结构。
7.根据权利要求4或5所述的一种无铁芯往复式能量变换器，其特征在于:所述储能单元为电池或电容。
8.根据权利要求4或5所述的一种无铁芯往复式能量变换器，其特征在于:还包括连接在所述储能单元和发电单元之间的逆变器，所述逆变器在控制信号的作用下，用于将储能单元输出的直流电变换成交流电后加在所述电枢绕组的两端，所述发电单元产生与所述安全手柄(9)运动方向相反的阻力矩。
【文档编号】H02J7/32GK104009531SQ201410247770
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月5日 优先权日:2014年6月5日
【发明者】付兴贺, 王标, 林明耀 申请人:东南大学