CN105449929B - 应用于车轮轮轴的离合式发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于车轮轮轴的离合式发电装置，包括一壳体、一定子座、一转子座及一离合机构，该壳体的外缘固定于一汽车的底盘或悬吊装置上，且该壳体能被该汽车的车轮轮轴所贯穿，使该轮轴能相对该壳体旋转；该定子座固定于该壳体内缘，且沿轮轴的圆周向设有多个定子，所述定子能电连接至该汽车内的一电力模组；该转子座活动地套设于该轮轴上，且沿圆周向设有多个转子，各该转子对应于各该定子；该离合机构包括一被动环、一转动盘、多个连杆、多个驱动块及多个弹性元件。本发明便于应用且能有助于改善汽车耗电，能够充分利用车辆在行驶间源源不断主动产生出的电能。

Description

应用于车轮轮轴的离合式发电装置

技术领域

本发明是一种应用于车轮轮轴的离合式发电装置，尤指在汽车的轮轴上设置一定子座、一转子座及一离合机构，以利用汽车的轮轴转动时所产生的离心力，带动多个转子，进而产生感应电能的发电装置。

背景技术

自工业革命以来，各种现代化的交通工具逐渐融入了人们的生活中，让人们的生活更加便利且迅速。其中，交通工具中又以汽车为主，且随着科技的进步与蓬勃发展，目前汽车所具备的功能已不限于单纯的运输，甚至具有空调、音响、电视设备、卫星导航等辅助功能，也因此，汽车的动力除了用于驱动车轮外，尚必须转换成电能，以供前述各类车内设施使用。

请参阅图1所示，时下“四轮驱动”汽车的简易结构示意图，该汽车1内部设有一驱动模组11(如：马达及引擎)、一电力模组12(如：发电机、蓄电池及其控制电路)及一传动模组13(如：变速箱、传动轴131、差速器132)，其中，该驱动模组11分别与该电力模组12及该传动模组13相连接，在该驱动模组11运转的情况下，该驱动模组11将能产生动能，并通过该传动模组13，转动车轮14的轮轴15，使车轮14能带动汽车1前进，此外，驱动模组11产生的动能尚能推动该电力模组12，以产生电能并加以储存，该产生的电能将被用于发动汽车1、提供车内设备、车灯照明等。

前述电力模组12中用于储存电能的设备即为“电瓶”，在使用者发动汽车时，电瓶必须瞬间提供一大电流至该驱动模组11中的启动马达，以发动引擎，在引擎顺利启动后，即可带动该电力模组12中的发电机，供给汽车中其他车内设备所需的电量，且在发电机提供的电力高于车内设备所需的电量时，多余的电能将会储存至电瓶。然而，随着车内设备的功能越来越多样化，其所需的电力也越来越高，在20年前，一般中型汽车的发电机功率约为500瓦，如今却提升至约为1000瓦，可见汽车的耗电量确实有递增的趋势。由于，耗电量的增加也代表汽车必须耗费更多的燃料(以带动发电机)，并排放更多的温室气体，对于环境生态而言极为严重，故现今各大企业及各国政府皆投入大量心力，期能以替代性能源作为汽车的动力来源。

虽然，目前已有业者设计出油电混合车及电动车，但因为生产成本及充电设备的配置问题，仍难以普及。考量到无论是传统汽车、油电混合车及电动车，皆需要以“电能”来启动汽车的各种设备，故发明人乃思及除了“替代性能源”一途外，是否能朝“主动产生电能”的方向研究，积极地利用汽车在运转时的动能以产生电能，以在提升汽车利用能源的效率之外，主动产生以因应汽车在行驶中一切消耗的能量，进而达成“发电”及“节能”两大功效。因此，如何设计出一种能便利地安装于现有的汽车架构上，并利用汽车运转时的动能来产生电能的装置，即成为本发明在此亟欲解决的重要问题。

发明内容

有鉴于时下汽车因高耗电量，必须配置储电量较大的电力模组，致使其生产、维修及保养成本过高的问题，发明人凭借着多年的实务经验，并经过多次的研究及测试后，终于设计出本发明的一种应用于车轮轮轴的离合式发电装置，期能提供一种便于应用且能有助于改善汽车耗电而能持续增进运转，将车辆于行驶间源源不断的主动产生出电能，而发挥能源利用于极致的崭新技术。

本发明的一目的，提供一种应用于车轮轮轴的离合式发电装置，该离合式发电装置应用于一汽车上，该汽车内至少设有一驱动模组及一电力模组，在该驱动模组启动运转的情况下，该驱动模组产生的动能将传递至该汽车上的多个车轮及其轮轴(若汽车为“四轮驱动”，则该驱动模组能通过一传动模组，直接带动该轮轴；若汽车为“两轮驱动”，则该驱动模组会带动部分车轮的轮轴，其余车轮则会随着汽车前进而转动)，以带动所述车轮及轮轴旋转，该离合式发电装置包括一壳体、一定子座、一转子座及一离合机构；该壳体的外缘固定至该汽车的一底盘或一悬吊装置上，该壳体内设有一容置空间，该轮轴贯穿该壳体，且能相对于该壳体旋转；该定子座设于该容置空间内，且固定至该壳体的内缘，该定子座包括多个定子，所述定子沿该轮轴的圆周向排列，且电连接至该电力模组；该转子座设于该容置空间内，且通过轴承，活动地套设至该轮轴的外缘，该转子座包括多个转子，所述转子也沿该轮轴的圆周向排列，分别对应于所述定子，且与所述定子保持一预定间隙；该离合机构设于该容置空间内，包括一被动环、一转动盘、多个连杆、多个驱动块及多个弹性元件；该被动环的一侧同轴心地固定至该转子座的一侧，以使该被动环及该转子座能同时相对于该轮轴旋转，该被动环的内缘沿圆周向环设有多个第一嵌卡部；该转动盘固定地套设至该轮轴的外缘，能随着该轮轴同步旋转；各该连杆的一端枢接至该转动盘；各该驱动块枢接至对应的各该连杆的另一端，以能在该转动盘的外缘至该被动环的内缘间移动，各该驱动块上对应于所述第一嵌卡部的位置设有一第二嵌卡部；各该弹性元件的一端连接至该转动盘，其另一端则连接至对应的各该驱动块，以对各该驱动块施加一弹力，该弹力会使各该驱动块上背对于该第二嵌卡部的一侧，朝该转动盘的外缘抵靠，以使各该第一嵌卡部与各该第二嵌卡部间保持一预定距离。如此，在该轮轴带动该转动盘，使其旋转速度产生的离心力足以让所述驱动块嵌卡至该被动盘的内缘的情况下，该被动环及该转子座将能随之转动，以产生一时变磁场，进而在所述定子上产生一感应电能，除供汽车的内部附属设备及运转耗能使用之外，另将多余电能储存于电力模组内，以供下次起动及慢速运转时所需。

本发明提供一种应用于车轮轮轴的离合式发电装置，便于应用且能有助于改善汽车耗电而能持续增进运转，充分利用车辆于行驶期间源源不断主动产生出的电能，而提高能源利用的效率，减少燃料的消耗；还提升车辆的能量运用效率，能减少电池的配置数量及成本，来改进车辆的单次充电行驶里程数，大幅减少充电频率及增加电池使用寿命。

为便贵审查员能对本发明的技术原理、结构特征及其目的有更进一步的认识与理解，兹举实施例配合附图，详细说明如下：

附图说明

图1是现有的汽车示意图；

图2是本发明的离合式发电装置的示意图；

图3是本发明的离合式发电装置中定子、转子的配置示意图；

图4是本发明的离合式发电装置中的离合机构示意图；

图5是本发明的离合式发电装置的一作动示意图；及

图6是本发明的离合式发电装置的另一作动示意图。

符号说明：

汽车 ………1

驱动模组 ………11

电力模组 ………12

传动模组 ………13

传动轴 ………131

差速器 ………132

车轮 ………14

轮轴 ………15

轮轴 ………21

车轮 ………22

悬吊装置 ………23

轴承 ………24

离合式发电装置 ………3

壳体 ………31

定子座 ………32

定子 ………321

转子座 ………33

转子 ………331

离合机构 ………4

被动环 ………41

第一嵌卡部 ………411

转动盘 ………42

贯穿孔 ………421

嵌卡槽 ………422

连杆 ………43

驱动块 ………44

第二嵌卡部 ………441

弹性元件 ………45

具体实施方式

本发明是一种应用于车轮轮轴的离合式发电装置，请参阅图2及图3所示，是本发明的第一较佳实施例，该离合式发电装置3装设于一汽车上，该汽车内设有一驱动模组、一电力模组及一传动模组(汽车架构如图1所示，但不限于“四轮驱动”的汽车，只要是轮轴间有相对运动的机构都能适用本发明)，该驱动模组分别与该电力模组及该传动模组相连接，且该传动模组能通过多个轮轴21，分别连接至该汽车的车轮22，在该驱动模组启动运转的情况下，该驱动模组产生的动能将通过该传动模组，依序带动所述轮轴21及车轮22旋转。

该离合式发电装置3包括一壳体31、一定子座32、一转子座33及一离合机构4；该壳体31的外缘锁固于该汽车的一悬吊装置23(也可固定于汽车底座、或固定在“四轮驱动”汽车的半轴与底盘间)上，其内部设有一容置空间，且该容置空间的前后两端分别开设有一穿孔(为便于说明，兹谨以图2的右方为“前端”、图2的左方为“后端”)，使该轮轴21能由所述穿孔贯穿该壳体31，并相对于该壳体31旋转；该容置空间供容置该定子座32、转子座33及离合机构4，其中，该定子座32固定至该壳体31的内缘，该定子座32包括多个定子321(stator，如：线圈)，所述定子321沿该轮轴21的圆周向排列，且电连接至汽车内的电力模组。

请参阅图2-图3所示，该转子座33通过轴承24，活动地套设至该轮轴21的外缘，以定位于该定子座32及轮轴21之间，该转子座33包括多个转子331(rotor，如：场磁铁fieldmagnet)，所述转子331也沿该轮轴21的圆周向排列，分别对应于所述定子321，且与所述定子321保持一预定间隙(如图3所示，定子321、转子331的排列示意图，为了凸显结构重点，图3中仅绘制出壳体31、定子321及转子331等元件)。

请参阅图2-图5所示，该离合机构4设于该壳体31中邻近该车轮22的位置(在本实施例中，该离合机构4嵌设于该壳体31一端的穿孔中)，包括一被动环41、一转动盘42、多个连杆43、多个驱动块44及多个弹性元件45；其中，该被动环41的一侧同轴心地固定至该转子座33的一侧，使该被动环41及该转子座33能皆以该轮轴21为轴心，并同时相对于该轮轴21旋转，该被动环的内缘沿圆周向环设有多个第一嵌卡部411。

请参阅图2及图5所示，该转动盘42定位于该被动环41的一中空部位内，其中心开设有一贯穿孔421，且该贯穿孔421上设有一嵌卡槽422，使该轮轴21能穿过该贯穿孔421，并与该嵌卡槽422相嵌卡(如：该轮轴21上对应于该嵌卡槽422的位置设有一凸块)，以带动该转动盘42同步旋转；各该连杆43的一端枢接至该转动盘42；各该驱动块44的中段部枢接于对应的各该连杆43的另一端，以能在该转动盘42的外缘及该被动环41的内缘间移动，且各该驱动块44上对应于所述第一嵌卡部411的位置设有一第二嵌卡部441。

各该弹性元件45的一端连接至该转动盘42，其另一端则连接至对应的各该驱动块44，以对各该驱动块44施加一弹力，该弹力会使各该驱动块44上背对于该第二嵌卡部441的一侧，朝该转动盘42的外缘抵靠，以使各该第一嵌卡部411与各该第二嵌卡部441间保持一预定距离，即，该转动盘42及所述驱动块44与该被动环41间并未相互连接。

如此，在该转动盘42被该轮轴21带动而同步旋转，但其旋转速度(即，该轮轴21或轮胎的转速)尚不足以对各该驱动块44产生一足够的离心力，以克服该弹力的情况下，由于各该第一嵌卡部411并不会与对应的各该第二嵌卡部441相嵌卡啮接，故该被动环41连同该转子座33将无法随该轮轴21旋转(如图5所示的状态)，意即，此时该汽车所产生的驱动动能并无需同时推动该转子座33。

反之，请参阅图2、图4及图6所示，当该转动盘42的旋转速度(即，该轮轴21或轮胎的转速)足以对各该驱动块44产生足够的离心力，以克服该弹力时，各该驱动块44的外缘将因该离心力而朝外抵靠至该被动环41的内缘，进而使各该第二嵌卡部441分别与对应的各该第一嵌卡部411相嵌卡啮接，使得该被动环41连同该转子座33能随该轮轴21旋转(如图6所示的状态)，此时，使该转子座33上的各该转子331将以该轮轴21为中心旋转，且产生一时变磁场，进而在所述定子321上产生一感应电能，并使该感应电能被储存至该电力模组中。

由于，该转动盘42的旋转速度必须大于一预定值，始能产生足够大的离心力，使所述第一、第二嵌卡部411、441相互嵌卡啮接，进而带动所述转子331，产生感应电能，故，在该汽车刚启动且其车速未达一预定车速的情况下，所述驱动块44将被所述弹性元件45的弹力限制在该转动盘42的外缘，使所述驱动块44上的所述第二嵌卡部441不会与对应的所述第一嵌卡部411相嵌卡啮接，以确保该汽车刚启动时所产生的微弱动能不会被耗费在带动该离合式发电装置3上，从而避免发生负荷及能耗过重的问题。

承上，在该转动盘42的旋转速度大于该预定值时，由于此时该汽车已处于低速跨步进入中速前进的状态，具有一定数值的惯性及动量，故，此时该轮轴21将能顺势地带动该被动环41及转子座33，据此，即能有效避免该汽车刚启动时，需要过大的动能，来克服该离合机构4因静摩擦力产生的扭力及扭矩的问题(在扭力、扭矩过大的情况下，该汽车的电力模组必须输出更大的电流，始能发动该驱动模组中的引擎)。

在此要特别一提者，在前述实施例中，该离合式发电装置3装设于“四轮驱动”的汽车上，意即，该轮轴21皆属于汽车内的“主动轮轴”，能直接通过传动模组，接收该驱动模组传来的动能，惟，本发明也可应用于其他类型的汽车上，例如：该离合式发电装置3可安装于“两轮驱动”汽车的被动轮轴上，在汽车前进时，动能由车轮传递至该轮轴，如此，仍能以相同原理进行发电，以提供车内设备所需的电力进而减少燃料的消耗。同理，本发明也可使用在电动车、油电混合车等各种以替代能源驱动的汽车上，以提升所述类型的车辆的能量运用效率，令业者能减少电池的配置数量及成本，来改进车辆的单次充电行驶里程数，大幅减少充电频率及增加电池使用寿命。

由于本发明的离合式发电装置3利用该轮轴21高速转动时所产生的动能进行发电，故能轻易地被安装至现有的各式汽车上，而无须大幅更动汽车的既有架构，此外，业者尚能在汽车的多个轮轴21(无论主动轮轴或从动轮轴)上分别装设该离合式发电装置3，以通过多个离合式发电装置3进行发电，进而有效提升发电速度及能力。

另，复请参阅图2及图3所示，在前述实施例中，该离合式发电装置3被封装成单一组件，以能直接锁固于该悬吊装置23，并供该轮轴21穿过，故该定子座32、转子座33等零件的构型为一中空的圆环状体(如图3所示)。为提升该离合式发电装置3的组装便利性，业者也能改变该壳体31、定子座32、转子座33的构型，例如：业者可将该壳体31拆分成一上壳体及一下壳体，且将该定子座32设计成两个半圆环状的组件，并分别设于该上壳体及下壳体中，据此，即能以上下嵌卡、锁固的方式，改以上下组装的方式装设在该轮轴21上。

又，请参阅图5所示，为使所述驱动块44能稳定地被该转动盘42带动，该转动盘42的构型能被设计成多边形(在本实施例中为三角形)，且各该驱动块44分别抵靠在该转动盘42的一边缘，使该转动盘42于转动时，其外缘能确实地抵靠并推动所述驱动块44，以提升该离合式发电装置3的运作稳定性。

以上所述，仅为本发明的若干较佳实施例，本发明的技术特征并不局限于此，凡本领域技术人员，在参酌本发明的技术内容后，所能轻易思及的等效变化，均应不脱离本发明的保护范畴。

Claims (4)

1.一种应用于车轮轮轴的离合式发电装置，应用于一汽车上，该汽车内至少设有一驱动模组及一电力模组，在该驱动模组启动运转的情况下，该驱动模组产生的动能将传递至该汽车上的多个车轮及轮轴，以带动所述车轮及轮轴旋转，其特征在于，该离合式发电装置包括：

一壳体，其外缘固定至该汽车的一底盘或一悬吊装置上，该壳体内设有一容置空间，该轮轴贯穿该壳体，且能相对于该壳体旋转；

一定子座，设于该容置空间内，且固定至该壳体的内缘，该定子座沿该轮轴的圆周向设有多个定子，各该定子电连接于该电力模组；

一转子座，设于该容置空间内，且能通过轴承活动地套设于该轮轴的外缘，该转子座上沿该轮轴的圆周向设有多个转子，各该转子分别对应于各该定子，且与所述定子保持一预定间隙；及

一离合机构，设于该容置空间内，包括：

一被动环，其一侧同轴心地固定于该转子座的一侧，使该被动环及该转子座能同时相对于该轮轴旋转，该被动环的内缘沿圆周向环设有多个第一嵌卡部；

一转动盘，固定地套设于该轮轴的外缘，以能随着该轮轴同步旋转；

多个连杆，各该连杆的一端枢接至该转动盘；

多个驱动块，分别枢接至对应的各该连杆的另一端，以能在该转动盘的外缘及该被动环的内缘间移动，各该驱动块上对应于所述第一嵌卡部的位置设有一第二嵌卡部；

多个弹性元件，其一端连接至该转动盘，其另一端则分别连接至对应的各该驱动块，以对各该驱动块施加一弹力，该弹力会使各该驱动块上背对于该第二嵌卡部的一侧朝该转动盘的外缘抵靠，以使各该第一嵌卡部与各该第二嵌卡部间保持一预定距离。

2.如权利要求1所述的离合式发电装置，其特征在于，各该定子为一线圈，各该转子则为一场磁铁。

3.如权利要求2所述的离合式发电装置，其特征在于，该转动盘的构型为一多边形，且各该驱动块能分别抵靠到该转动盘的一边缘。

4.如权利要求1、2或3所述的离合式发电装置，其特征在于，该转动盘的中心开设有一贯穿孔，且该贯穿孔上设有一嵌卡槽，在该轮轴穿过该贯穿孔的情况下，该轮轴能与该嵌卡槽相嵌卡，使该转动盘能被该轮轴带动旋转。