一种往复式机电能量变换器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种往复式机电能量变换器，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。发电单元为外转子旋转电机结构，安全扶手固定连接在电机的外转子上。当公交车辆的速度变化时，车内安全手柄在惯性力或乘客所施外力的作用下将发生往复式摆动，进而带动变换器的转子产生旋转运动，这样气隙中产生了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。
【专利说明】一种往复式机电能量变换器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种适用于现有公共交通工具的往复式机电能量变换器，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，提出一种往复式机电能量变换器，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:一种往复式机电能量变换器，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设置，所述轴承安装在固定轴两端，所述扇形机壳由两个对称的扇形面构成，所述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定子铁芯和电枢绕组；所述扇形定子铁芯圆弧端设有定子槽，电枢绕组嵌放在该定子槽内；
[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转子轭内侧壁上，永磁体极对数与定子槽数匹配并与定子槽之间留有气隙；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极永磁体为贴在所述转子轭内表面的径向充磁的瓦形永磁体。
[0009]进一步的，所述扇形定子铁芯上设有若干通孔。
[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J Li ο
[0012]进一步的,所述储能单元为电池或电容。
[0013]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。
[0014]有益效果:本发明提出了一种往复式机电能量变换器，当公交车辆的速度变化时，车内安全手柄在惯性力或乘客所施外力的作用下将发生往复式摆动，进而带动变换器的转子产生旋转运动，这样气隙中产生了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。当储能装置中有储存的电能时，存储的电能能够反向供给发电单元，逆变后的电压加在电枢绕组两端，在发电单元的定转子间产生电磁力作用，当车速变化时，通过控制绕组中电流的大小和方向，可在气隙中产生与安全扶手运动相反的阻力矩，从而有效减小安全手柄因外力做往复式摆动的幅度，更好地保障抓握安全扶手的乘客的安全。
[0015]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】
[0016]图1为往复式机电能量变换器径向截面示意图；
[0017]图2为实施方式一中的发电单元的结构示意图；
[0018]图3为发电单元的侧面示意图；
[0019]图4为实施方式二中的转子轭的径向截面图；
[0020]图5为机壳与定子铁芯的结构示意图。
[0021]图6为电枢绕组采用12套单相绕组时，变换器输出端的电气连接示意图；
[0022]图7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；
[0023]图8为发电单元做电动机运行时，变换器输出端的电气连接示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
[0025]实施例1:如图1所不，一种往复式机电能量变换器，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。
[0026]其中，发电单元包括固定轴1、定子结构、转子结构、扇形机壳4、轴承9以及安全手柄8。扇形机壳4有两片同尺寸的扇形片对称设置构成，在固定轴I两端安装轴承9，轴承内套与固定轴I接触，轴承外套与扇形机壳4接触，扇形机壳4可绕着固定轴I旋转。如图5所示，定子结构包括扇形定子铁芯3和电枢绕组2，扇形定子铁芯3的圆弧端设有定子槽，电枢绕组2嵌放在该定子槽内。定子铁芯中间为空心，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，转子结构包括转子N极永磁体5、转子S极永磁体6以及转子轭
7。该转子轭7呈圆弧形并与机壳4的两个扇形面的圆弧端刚性连接，转子轭7则随机壳4绕固定轴做往复式摆动。在本实施例中，发电单元定转子结构为2对极、12槽结构，其中转子轭内表面贴有径向充磁的瓦形永磁体，且N极永磁体与S极永磁体间隔分布并与定子槽之间留有气隙。安全手柄8连接在转子轭7的外侧壁上。
[0027]在交通工具的速度变化时，安全手柄8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，此时在气隙中产生了沿圆周方向旋转的磁场，电枢绕组2切割该旋转磁场产生感应电动势。如图6所示，本实施例中电枢绕组2采用12套单相绕组，电能变换单元包12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，12个单相整流器的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。
[0028]变换器的核心部分发电单元可工作在电动状态，此时电能的存储机构作为电源。如图8所示，在本实施例中，往复式机电能量变换器还包括连接在储能单元和发电单元之间的逆变器。其触发脉冲来自于外围的控制电路，在车速突变时，控制电路做出相应反应，输出具有一定触发角的脉冲，触发角的大小取决于车速变化的快慢，决定了逆变电流的大小。逆变器在控制电路输出的控制信号的作用下，逆变器将储能单元输出的直流电变换成交流电并加在电枢绕组的两端，发电单元的定转子间有电磁力的相互作用，其大小取决于控制电路输出的触发脉冲的触发角大小，方向总是与安全手柄8运动方向相反,从而有效减小安全手柄因惯性力或外力做往复式摆动的幅度。
[0029]实施例2:在本实施例中，与实施例1的区别仅在于:如图4所示的转子轭的径向截面图，图中的转子轭内嵌切向充磁，并沿圆周分布的矩形或弧形永磁体，且N极永磁体与S极永磁体间隔分布。该结构具有聚磁效果，同时能减小整个发电单元的体积。如图7所示，电枢绕组2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。
[0030]本发明的往复式机电能量变换器将能量收集后存储在储能单元中，该储能单元还可以为公共交通车辆的照明等系统提供能源。
[0031]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】
1.一种往复式机电能量变换器，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(4)、轴承(9)以及安全手柄(8);所述固定轴(I)固定在车内管状横杠上并与车厢底部平行设置，所述轴承(9)安装在固定轴(I)两端，所述扇形机壳(4)由两个对称的扇形面构成,扇形机壳(4)通过轴承(9)与固定轴(I)活动连接； 所述定子结构包括扇形定子铁芯(3)和电枢绕组(2);所述扇形定子铁芯(3)圆弧端设有定子槽，电枢绕组(2)嵌放在该定子槽内； 所述转子结构包括转子N极永磁体(5)、转子S极永磁体(6)以及转子轭(7)，所述转子轭(7)呈圆弧形并与机壳(4)的两个扇形面的圆弧端刚性连接，所述N极永磁体(5)和S极永磁体(6)间隔分布在转子轭(7)上，永磁体极对数与定子槽数匹配；所述安全手柄(8)连接在转子轭(7)的外侧壁上。
2.根据权利要求1所述的一种往复式电能变换器，其特征在于:所述转子N极永磁体(5)和转子S极永磁体(6)为贴在所述转子轭(7)内表面的径向充磁的瓦形永磁体。
3.根据权利要求1所述的一种往复式电能变换器，其特征在于:所述扇形定子铁芯(3)上设有若干通孔(11)。
4.根据权利要求1所述的一种往复式电能变换器，其特征在于:所述电枢绕组(2)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，所述每套单相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所述的一种往复式电能变换器，其特征在于:所述电枢绕组⑵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4或5所述的一种往复式电能变换器，其特征在于:所述储能单元为电池或电容。
7.根据权利要求4或5所述的一种往复式电能变换器，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(8)运动方向相反的阻力矩。
【文档编号】H02K35/02GK103997182SQ201410247910
【公开日】2014年8月20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