CN104505974A - 轮毂发电机 - Google Patents

Abstract

轮毂电机包括从动轮毂、绕组定子、轴承以及永磁体转子飞轮，轴承包括内圈、轴向止推第一外圈与轴向止推第二外圈、径向承载介质以及轴向止推承载介质；径向承载介质注入于第一容腔与第二容腔内；轴向止推承载介质注入于第三容腔内；永磁体转子飞轮设置于轴承上并在汽车行进或刹车过程中随气流相对于所述轴承转动以与所述绕组定子之间形成转差速。本发明中轮毂发电机无需改动原有汽车零部件，只需直接安装成套装置并连接电路即可使用，方便快捷。轮毂发电机中轴承采用磁流变液作为轴承介质，如此当轴承高速或高载荷运转时，三道介质容腔内摩擦的是纯液体，便不存在硬性金属摩擦的噪音、高温及机械磨损。

Description

轮毂发电机

技术领域

本发明涉及一种发电机，尤其涉及使用在汽车轮毂上的轮毂发电机。

背景技术

电动汽车现在正进行全球性的开发和普及，但普遍电动汽车采用的刹车能量回收技术比较单一且回收率不高。而且市场上的电动汽车的发电系统结构复杂，在安装时需要对原有汽车上的结构进行改装；另外，发电系统中轴承结构通常采用金属作为轴承介质，如此在轴承运转时容易产生噪音且磨损严重，大大缩短轴承的使用寿命。

发明内容

基于此，有必要提供一种结构简单且安装方便轮毂发电机。

轮毂电机包括从动轮毂、绕组定子、轴承以及永磁体转子飞轮，所述绕组定子与所述轴承设置于所述从动轮毂上；所述绕组定子可随所述从动轮毂作同步同向旋转运动；所述轴承包括内圈、分别套设于所述内圈外的轴向止推第一外圈与轴向止推第二外圈、径向承载介质以及轴向止推承载介质；所述内圈与所述轴向止推第一外圈之间及所述轴向止推第二外圈之间分别形成第一容腔与第二容腔，所述轴向止推第一外圈与所述轴向止推第二外圈之间形成第三容腔；所述径向承载介质注入于所述第一容腔与所述第二容腔内以承载径向负荷；所述轴向止推承载介质注入于所述第三容腔内以承载轴向负荷；所述永磁体转子飞轮设置于所述轴承上并在汽车行进或刹车过程中随气流相对于所述轴承转动以与所述绕组定子之间形成转差速。

在其中一个实施例中，所述内圈与所述轴向止推第一外圈之间、所述内圈与所述轴向止推第二外圈、所述轴向止推第一外圈与所述轴向止推第二外圈之间均呈悬浮状。

在其中一个实施例中，所述径向承载介质与所述止推承载介质均为纳米磁流变液。

在其中一个实施例中，所述第二容腔与所述第一容腔位于同一水平面上，所述第一容腔与所述第二容腔分别位于所述第三容腔的两侧；在所述轴承结构沿轴向的截面上，所述第一容腔、所述第二容腔以及所述第三收容腔共同分布形成品字形结构。

在其中一个实施例中，所述第一容腔与所述第二容腔中径向承载介质的磁极与所述第三收容腔内轴向止推承载介质的磁极相反。

在其中一个实施例中，所述从动轮毂包括底盘、由所述底盘的边缘朝同一方向延伸形成的盘壁以及轴体；所述轴体朝与所述盘壁相同的方向凸出于所述底盘表面；所述绕组定子与所述轴承依次穿设于所述轴体上。

在其中一个实施例中，所述轴体靠近所述底盘一端的表面设置有若干凸肋，所述凸肋间隔分布于所述轴体的圆周上，且每个凸肋沿所述轴体的轴向延伸；所述绕组定子包括穿设于所述轴体上的连接部，所述连接部内壁面上与所述凸肋对应位置开设有若干卡槽。

在其中一个实施例中，所述绕组定子还包括若干骨架，所述骨架以所述连接部为中心自所述连接部的外壁面向外呈辐射状延伸，且每个骨架上绕设有线圈。

在其中一个实施例中，所述永磁体转子飞轮包括飞轮盘以及设置于飞轮盘上的若干扰流叶片，所述飞轮盘包括底壁及由所述底壁的边缘朝同一侧延伸形成的侧壁，所述底壁上呈辐射状开设有若干通风孔，所述侧壁内表面的圆周上设置有磁性格栅。

在其中一个实施例中，所述通风孔为半圆形或者半椭圆形，所述扰流叶片为1/4圆球体或1/4椭圆体；所述扰流叶片的一边与所述通风孔的一边连接且共同形成一个进风通道。

本发明中轮毂发电机无需改动原有汽车零部件，只需直接安装成套装置并连接电路即可使用，方便快捷。且轮毂发电机中轴承采用磁流变液作为轴承介质，如此当轴承高速或高载荷运转时，三道介质容腔内摩擦的是纯液体，便不存在硬性金属摩擦的噪音、高温及机械磨损，从而达到降低机械阻力，延长使用寿命的效果。

附图说明

图1为本发明轮毂发电机的结构示意图；

图2为图1所示轮毂发电机的分解图；

图3为图1所示轮毂发电机中绕组定子的结构示意图；

图4为图1所示轮毂发电机中轴承的结构示意图；

图5为图4所示轮毂发电机中轴承沿轴向的截面示意图；

图6为图1所示轮毂发电机中永磁体转子飞轮的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参看图1，本发明中轮毂发电机100设置于汽车(图未示)的轮子上，以将汽车在行进过程中受到的部分气流影响转化为动力进行电力输出至汽车的充电设备内，以为汽车提供驱动能量。

请一并参看图2，轮毂电机100包括从动轮毂10、绕组定子20、轴承30以及永磁体转子飞轮40。其中，从动轮毂10与汽车的驱动连接毂盘(图未示)连接，并可随驱动连接毂盘一起旋转。绕组定子20与轴承30设置于从动轮毂10上。其中，绕组定子20可随从动轮毂10作同步同向旋转运动。永磁体转子飞轮40设置于轴承30上，可在汽车行进或刹车过程中随气流相对于轴承30转动并与绕组定子20之间形成转速差。

从动轮毂10大体为一端敞开的中空圆柱形，其包括与开口端相对的底盘11、盘壁12以及轴体13。底盘11大体呈圆盘状，盘壁12由底盘11的边缘朝同一方向延伸形成，且与底盘11共同围设形成收容腔14。轴体13朝与盘壁12相同的方向凸出于底盘11表面。轴体13靠近底盘11一端的表面设置有若干凸肋130。其中，若干凸肋130间隔分布于轴体13的圆周上，且每个凸肋130沿轴体13的轴向延伸。

请参看图3，绕组定子20固定穿设于轴体13上，并可随从动轮毂10作同步同向旋转运动。绕组定子20包括穿设于轴体13上的连接部21及若干骨架22。连接部21为中空圆柱形，其形状与轴体13的形状相适配。连接部21内壁面上与若干凸肋130对应位置开设有若干卡槽210。连接部21通过卡槽210与对应凸肋130卡合，以将绕组定子20固定安装于轴体13上。若干骨架22以连接部21为中心自连接部21的外壁面向外呈辐射状延伸，且每个骨架22上绕设有线圈220。

请参看图4，轴承30包括内圈31、外圈32、径向承载介质33以及轴向止推承载介质34。内圈31穿设于轴体13上，并可随轴体13作同步同向旋转运动。外圈32包括分别套设于内圈31外的轴向止推第一外圈321以及轴向止推第二外圈322。径向承载介质33设置于内圈31与轴向止推第一外圈321之间以及内圈31与轴向止推第二外圈322之间，用于承载径向负荷；轴向止推承载介质34设置于轴向止推第一外圈321与轴向止推第二外圈322在轴向方向上相对的两端之间，用于承载轴向负荷。

径向承载介质33和轴向止推承载介质34为纳米磁流变液材料。其中，纳米磁流变液是由超顺磁性的纳米颗粒包裹了表面活性剂，然后弥漫在基液中而构成。纳米磁流变液中的磁性颗粒尺寸仅为10纳米，因此，不会损坏轴承30；另外基液可采用润滑油，只要采用合适的磁场就可以将磁性润滑油约束在轴承30内，而不会发生液体泄漏。

请一并参看图5，内圈31与轴向止推第一外圈321相互面对的两个表面分别设置有第一内圈槽310与第一径向外圈槽3210，第一内圈槽310与第一径向外圈槽3210共同界定形成第一容腔41；当径向承载介质33注入第一容腔41时，内圈31与轴向止推第一外圈321之间呈悬浮状。内圈31与轴向止推第二外圈322相互面对的两个表面分别设置有第二内圈槽312与第二径向外圈槽3221，第二内圈槽312与第二径向外圈槽3221共同界定形成第二容腔42；当径向承载介质33注入第二容腔42时，内圈31与轴向止推第二外圈322之间呈悬浮状。轴向止推第一外圈321与轴向止推第二外圈322在轴向方向上相对的两端分别开设有轴向外圈槽330，两个轴向外圈槽330共同界定形成第三容腔43。当轴向止推承载介质34注入第三容腔时43，轴向止推第一外圈321与轴向止推第二外圈322之间呈悬浮状。

第一容腔41与第二容腔42分别位于第三容腔43的两侧，且第一容腔41与第二容腔42位于同一水平面上。在轴承30沿轴向的截面上，第一容腔41、第二容腔42以及第三收容腔43共同分布形成品字形结构，以承受全方位负荷。如此，相对于现有轴承结构，轴承30无需额外设置用于起支撑与承载作用的保持架便可实现轴承30中轴向与径向负荷的承载，使轮毂发电机100的结构简单且安装方便。

其中，第一容腔41与第二容腔42内径向承载介质33的磁极与第三容腔43内轴向止推承载介质34的磁极相反，从而三道纳米磁流变液间相互形成约束，并可随磁场强弱变化调整载荷。例如，当磁场产生变化且磁场越强时，纳米磁流变液粘稠度越高，以致固化，此时纳米磁流变液的承载力为最大，三道纳米磁流变液相互形成约束而不能移动，则轴承30无论怎样运动，纳米磁流变液也不会发生泄漏；当磁场变弱时，纳米磁流变液粘稠度降低，承载力减弱。即可说明，纳米磁流变液作为轴承介质，可随载荷增加或减少进行调整。

永磁体转子飞轮40由永磁体材质制成，其套设于轴承30的外圈32上，并在汽车行进过程中可在气流的作用下相对于外圈32旋转切割磁力线，从而产生频率不定的感应电流。

请参看图6，永磁体转子飞轮40包括飞轮盘41以及设置于飞轮盘41上的若干扰流叶片42。飞轮盘41为一端呈敞口状的中空圆柱形，其套设于轴承30的外圈32上并收容于收容腔14内。飞轮盘41包括与开口端相对的底壁410及由底壁410的边缘朝同一侧延伸形成的侧壁412。底壁410上呈辐射状开设有若干通风孔4101。侧壁412内表面的圆周上设置有磁性格栅4120。

在本实施例中，每个通风孔4101为半圆形或者半椭圆形。每个扰流叶片42为1/4圆球体或1/4椭圆体。每个扰流叶片42的一条弧形边与每个通风孔4101的弧形边连接。如此，每个扰流叶片42与每个通风孔4101共同形成一个进风通道，以使永磁体转子飞轮40在汽车行进过程中可在气流的作用下相对于外圈32旋转。

汽车在行进过程中，从动轮毂10在驱动连接毂盘的作用下带动绕组定子20同步同向转动。但由于永磁体转子飞轮40安装于轴承30的外圈32上，因此其不会随从动轮毂10进行同步同向转动，而是在受到气流的作用力下相对于外圈32转动。同时，在扰流叶片42阵列的作用下，永磁体转子飞轮40整体降低转速。此时，绕组定子20还是跟随从动轮毂10同步同向旋转，如此在永磁体转子飞轮40与绕组定子20的异步之间存在转速差。绕组定子20上的线圈220切割永磁体转子飞轮40内的磁力线，从而产生频率不定的感应电流；当汽车刹车或减速时，绕组定子20随从动轮毂10减速或停止，永磁体转子飞轮40在惯性的作用下，其转速又会大于绕组定子20，也就是说此时永磁体转子飞轮40围绕绕组定子20作圆周旋转运动，同样产生切割磁力线而发出电流。由此可见，汽车无论在任何速度(除静止状态)下。绕组定子20和永磁体转子飞轮40都不会同步，期间存在的速度差都会导致绕组定子20内的单元线圈220不断产生电流，当电流经过稳压、恒流处理后，可直接进行储存或供车载电气设备使用。

本发明中，轮毂发电机100无需改动原有汽车零部件，只需直接安装成套装置并连接电路即可使用，方便快捷。且轮毂发电机100中轴承30采用磁流变液作为轴承介质，如此当轴承30高速或高载荷运转时，三道介质容腔内摩擦的是纯液体，便不存在硬性金属摩擦的噪音、高温及机械磨损，从而达到降低机械阻力，延长使用寿命的效果；同时，第一容腔41、第二容腔42以及第三容腔43形成品字形，使轴承30能够承受全方位负荷，从而无需额外设置如现有轴承结构中用于起支撑与承载作用的保持架便可实现轴承30轴向与径向负荷的承载，使轮毂发电机100的结构简单且安装方便。另外，采用纳米磁流变液作为轴承介质，纳米磁流变液的承载力可随载荷增加或减少进行可控的调整，使轴承30工作平稳且可靠。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.轮毂电机，其特征在于：包括从动轮毂、绕组定子、轴承以及永磁体转子飞轮，所述绕组定子与所述轴承设置于所述从动轮毂上；所述绕组定子可随所述从动轮毂作同步同向旋转运动；所述轴承包括内圈、分别套设于所述内圈外的轴向止推第一外圈与轴向止推第二外圈、径向承载介质以及轴向止推承载介质；所述内圈与所述轴向止推第一外圈之间及所述轴向止推第二外圈之间分别形成第一容腔与第二容腔，所述轴向止推第一外圈与所述轴向止推第二外圈之间形成第三容腔；所述径向承载介质注入于所述第一容腔与所述第二容腔内以承载径向负荷；所述轴向止推承载介质注入于所述第三容腔内以承载轴向负荷；所述永磁体转子飞轮设置于所述轴承上并在汽车行进或刹车过程中随气流相对于所述轴承转动以与所述绕组定子之间形成转差速。

2.如权利要求1所述的轮毂电机，其特征在于：所述内圈与所述轴向止推第一外圈之间、所述内圈与所述轴向止推第二外圈、所述轴向止推第一外圈与所述轴向止推第二外圈之间均呈悬浮状。

3.如权利要求1所述的轮毂电机，其特征在于：所述径向承载介质与所述止推承载介质均为纳米磁流变液。

4.如权利要求1所述的轮毂电机，其特征在于：所述第二容腔与所述第一容腔位于同一水平面上，所述第一容腔与所述第二容腔分别位于所述第三容腔的两侧；在所述轴承结构沿轴向的截面上，所述第一容腔、所述第二容腔以及所述第三收容腔共同分布形成品字形结构。

5.如权利要求4所述的轮毂电机，其特征在于：所述第一容腔与所述第二容腔中径向承载介质的磁极与所述第三收容腔内轴向止推承载介质的磁极相反。

6.如权利要求1所述的轮毂电机，其特征在于：所述从动轮毂包括底盘、由所述底盘的边缘朝同一方向延伸形成的盘壁以及轴体；所述轴体朝与所述盘壁相同的方向凸出于所述底盘表面；所述绕组定子与所述轴承依次穿设于所述轴体上。

7.如权利要求6所述的轮毂电机，其特征在于：所述轴体靠近所述底盘一端的表面设置有若干凸肋，所述凸肋间隔分布于所述轴体的圆周上，且每个凸肋沿所述轴体的轴向延伸；所述绕组定子包括穿设于所述轴体上的连接部，所述连接部内壁面上与所述凸肋对应位置开设有若干卡槽。

8.如权利要求7所述的轮毂电机，其特征在于：所述绕组定子还包括若干骨架，所述骨架以所述连接部为中心自所述连接部的外壁面向外呈辐射状延伸，且每个骨架上绕设有线圈。

9.如权利要求1所述的轮毂电机，其特征在于：所述永磁体转子飞轮包括飞轮盘以及设置于飞轮盘上的若干扰流叶片，所述飞轮盘包括底壁及由所述底壁的边缘朝同一侧延伸形成的侧壁，所述底壁上呈辐射状开设有若干通风孔，所述侧壁内表面的圆周上设置有磁性格栅。

10.如权利要求9所述的轮毂电机，其特征在于：所述通风孔为半圆形或者半椭圆形，所述扰流叶片为1/4圆球体或1/4椭圆体；所述扰流叶片的一边与所述通风孔的一边连接且共同形成一个进风通道。