CN105449982B - 一种磁电动力转换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁电动力转换器，转换器为无定子结构，包括第一转子和第二转子，所述第一转子和所述第二转子中的一个为磁转子，另一个为电枢转子，两个转子同轴相邻布置并使电枢转子在相对磁转子转动时切割磁转子上的永磁体产生的磁力线；与所述第一转子固定连接设有第一传动件，与所述第二转子固定连接设有第二传动件；所述电枢转子的绕组输出端连接一控制器。本发明的动力换转器在内部设置了两个转子，不存在定子，通过两个转子之间的磁电转换关系，实现磁电动力调整，将不稳定的波动形式的机械能转换成稳定输出的机械能。

Description

一种磁电动力转换器

技术领域

本发明涉及一种动力转化装置，尤其涉及一种将不稳定的机械能通过转换形成稳定机械能的磁电动力转换器。

背景技术

为合理利用能源，一些以前较少利用的自然现象开始被人们所关注，例如，海浪的起伏波动、风能、温差导致的气流变动等等，这类现象可以提供一定的机械能，但是，由于其能源供给是不稳定的，现有技术中，通常只能将这些能源转换成电能，再利用电能转换作功。这种转换方式通常适用于大规模应用，难以在单一设备上直接利用；同时，两次能量转换也导致了能源利用效率的降低。在研究这类能源的利用时，可以发现，它们通常能够很方便地形成摆动形式的机械动作，但缺点是摆动的频率和幅度都在时刻发生变化，导致机械能的输出极不稳定，难以直接作为机械驱动力使用。此外，一些人力操作机械，例如摆动式脚踏，也能形成类似的摆动动作，并且由于人力控制的问题，同样存在输出不稳定的问题。

因此，如果不用将这种摆动动能先转换成电能，而是直接提供一种动力转换装置，将不稳定的摆动输入转换成稳定的动力输出，对于能源的利用将起到积极的作用。

此外，在一些连续转动动力中，也同样存在转动速度变换不定导致的动力不稳定的情形，因此也需要利用动力转换装置将不稳定的机械能输入转换成稳定的机械能输出。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、轻量化、能够将不稳定的机械能输入动力转换成稳定的机械能动力输出的磁电动力转换器。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种磁电动力转换器，转换器为无定子结构，包括第一转子和第二转子，所述第一转子和所述第二转子中的一个为磁转子，另一个为电枢转子，两个转子同轴相邻布置并使电枢转子在相对磁转子转动时切割磁转子上的永磁体产生的磁力线；与所述第一转子固定连接设有第一传动件，与所述第二转子固定连接设有第二传动件；所述电枢转子的绕组输出端连接一控制器。

上述技术方案中，第一传动件与第二传动件可以是齿轮、链轮、皮带轮或联轴器，优选为齿轮。

第一传动件为第一齿轮，第二传动件为第二齿轮。以第一齿轮为输入齿轮、第一转子为磁转子为例，当第一齿轮被外部输入的机械动力带动时，磁转子转动，由于磁电感应现象，在电枢转子中会产生感应电动势，并由此带动电枢转子转动，驱动第二齿轮作为输出齿轮向外作功。磁转子和电枢转子之间存在转速差，通过控制器控制电枢绕组的电流方向，可以对电枢转子起到增速或减速作用，减速时，输出电能给控制器，增速时，控制器向电枢转子输出电能。由此，可以通过控制器实现输出稳定性控制。由于输入动力不稳定，带动输出盘的转动也不稳定，当输出转速大于预设转速时，控制器进行储能操作，将部分输入能量转换成电能存储，当输出转速小于预设转速时，控制器进行驱动操作，将存储电能转换成机械能输出，由此实现输出动力的稳定。在实际应用时，可以根据需要对控制器进行控制，例如，分为起动阶段、增速阶段、正常运行阶段、减速阶段等不同的工作阶段，采用不同的控制策略，以实现磁电动力转换器的正常工作。

上述技术方案中，转子的设置和安装可以根据需要采用多种形式中的一种。例如：

设有一安装轴，所述第一转子和第一齿轮与所述安装轴转动连接，所述第二转子和第二齿轮与所述安装轴固定连接，所述安装轴经至少一对轴承安装在基座上。

其中，所述第一转子和第二转子为平行布置的平面转子，所述第二齿轮直接固定在所述安装轴上，经所述安装轴与所述第二转子构成固定连接结构，沿安装轴一端至另一端，依次为第二齿轮、第一齿轮、第一转子、第二转子。该方案中，由于将第一齿轮和第二齿轮设置在转子盘的同一侧面，因此可以减小整体的厚度，便于在使用中的安装位置和造型控制。

或者，所述第一转子和第二转子为环状转子，所述第二转子与安装轴固定连接，第一转子套设在第二转子外周并经轴承与第二转子转动连接。

上述方案中第二转子与安装轴固定，整体结构比较简单，但是安装时，安装轴需要经过轴承与基座连接。

另一种方式是安装轴与基座固定连接，整体安装方便，但需要增加内部轴承和套设结构。可以是：

所述第一转子和第二转子为平行布置的平面转子，设有一安装轴，所述第一转子、第一齿轮、第二转子、第二齿轮分别经轴承转动连接在所述安装轴上，所述安装轴固定安装在基座上。

或者，所述第一转子和第二转子为环状转子，设有一安装轴，所述第二转子经轴承与安装轴转动连接，所述第一转子套设在第二转子外周并经轴承与第二转子转动连接。

进一步的技术方案，为便于在摆动动力机构中应用，设有输入转换机构，所述输入转换机构将摆动动力转换成转动动力输入第一齿轮。

上述技术方案中，所述控制器具有储能电容或储能电池、控制电路和能量转换电路，当输出转速超过设定转速时，控制器将输入的部分机械能转换成电能并储能，当输出转速低于设定转速时，控制器将储存的电能输出至电枢转子，并转换成输出机械能。

可以是，所述控制器设置在转换器的壳体上，所述电枢转子的绕组输出端经过一组螺旋线与所述控制器连接。

或者，所述控制器设置在电枢转子上，和电枢转子同步旋转，所述电枢转子的绕组输出端直接连接所述控制器。当控制器设置在电枢转子上时，通常储能采用电容结构，这种结构虽然会增加电枢转子的负重，但是转子与外界之间不需要电力线传输，因此，在整体封装后，使用者可以将该磁电动力转换器看作一机械构件，便于进行整体结构设计和应用。

根据需要，还可以在控制器中设置无线通讯模块，用于对控制器进行控制或者提供反馈信息。

1、本发明的动力换转器在内部设置了两个转子，不存在定子，通过两个转子之间的磁电转换关系，实现磁电动力调整，将不稳定的波动形式的机械能转换成稳定输出的机械能；

2、本发明通过磁电动力转换，在机械能富余时进行电能存储，在机械能不足时用存储的电能补充动力，不需要将机械能整体转换成电能，因而能量利用效率高；

3、本发明整体结构简单，体积小，可以用于单个设备的能量转换，用于例如摆动式独轮车或者其它小型设备中作为动力转换装置；

4、将控制器设置在电枢转子上时，不需要进行部件之间的电力线传输，结构简单，使用方便。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是螺旋线连接示意图；

图3是实施例二结构示意图一；

图4是图3去除摆动架后的示意图；

图5是实施例二的后视剖视图；

图6是图5中的局部放大示意图。

其中：1、第一转子；2、第二转子；3、第一齿轮；4、第二齿轮；5、控制器；6、安装轴；7、螺旋线；8、轮圈；9、摆动架；10、磁电动力转换器；11、抓手；12、架体。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：参见附图1、2所示，

一种磁电动力转换器，转换器为无定子结构，包括第一转子1和第二转子2，第一转子1和第二转子2中的一个为磁转子，另一个为电枢转子，两个转子同轴相邻布置并使电枢转子在相对磁转子转动时切割磁转子上的永磁体产生的磁力线；与第一转子1固定连接设有第一齿轮3，与第二转子2固定连接设有第二齿轮4；电枢转子的绕组输出端连接一控制器5。

设有一安装轴6，第一转子1和第一齿轮3与安装轴6转动连接，第二转子2和第二齿轮4与安装轴6固定连接，安装轴6经一对轴承安装在基座上。

第一转子1和第二转子2为环状转子，第二转子2与安装轴6固定连接，第一转子1套设在第二转子2外周并经轴承与第二转子2转动连接。

设有输入转换机构，输入转换机构将摆动动力转换成转动动力输入第一齿轮3。

控制器5具有储能电容或储能电池、控制电路和能量转换电路，当输出转速超过设定转速时，控制器5将输入的部分机械能转换成电能并储能，当输出转速低于设定转速时，控制器5将储存的电能输出至电枢转子，并转换成输出机械能。

控制器5设置在转换器的壳体上，电枢转子的绕组输出端经过一组螺旋线7与控制器5连接。

本实施例通过磁电动力转换，在机械能富余时进行电能存储，在机械能不足时用存储的电能补充动力，不需要将机械能整体转换成电能，因而能量利用效率高。

实施例二：参见附图1-6所示，

实施例一在磁轮车中的应用，一种磁轮车，包括轮圈8、驱动系统和轮架系统，轮圈8与轮架系统转动连接，驱动系统主要由摆动架9、磁电动力转换器10、第一传动机构和第二传动机构组成；摆动架9具有相对于轮架系统摆动的运动自由度，摆动架9上设有一对使双脚穿入轮圈8内的脚踏位；摆动架9与轮架系统经第一传动机构与磁电动力转换器10的输入端传动连接，磁电动力转换器10经第二传动机构与轮圈8传动连接。

磁电动力转换器10为无定子结构，包括第一转子1和第二转子2，第一转子1和第二转子2中的一个为磁转子，另一个为电枢转子，两个转子同轴相邻布置并使电枢转子在相对磁转子转动时切割磁转子上的永磁体产生的磁力线；与第一转子1固定连接设有第一齿轮3，与第二转子2固定连接设有第二齿轮4；电枢转子的绕组输出端连接一控制器5。

设有一安装轴6，第一转子1和第一齿轮3与安装轴6转动连接，第二转子2和第二齿轮4与安装轴6固定连接，安装轴6经至少一对轴承安装在基座上。

第一转子1和第二转子2为环状转子，第二转子2与安装轴6固定连接，第一转子1套设在第二转子2外周并经轴承与第二转子2转动连接。

设有输入转换机构，输入转换机构将摆动动力转换成转动动力输入第一齿轮3。

控制器5具有储能电容或储能电池、控制电路和能量转换电路，当输出转速超过设定转速时，控制器5将输入的部分机械能转换成电能并储能，当输出转速低于设定转速时，控制器5将储存的电能输出至电枢转子，并转换成输出机械能。

控制器5设置在转换器的壳体上，电枢转子的绕组输出端经过一组螺旋线7与控制器5连接。

摆动架9的摆动中心与轮圈8的转动中心位于同一轴线上。

轮圈8的内圈上设有输出齿圈和滑道；轮架系统包括抓手11、架体12和与架体12固定连接的输入圈上的弧形齿条，架体12与输入圈是一体零件。

架体12与轮圈8的内圈经滑道构成滑动连接结构，抓手11和架体12固定连接；

第一传动机构包括磁电动力转换器10的安装轴6、与第一转子1固定连接的输入齿轮；摆动架9与安装轴6转动连接，输入齿轮与输入圈上的弧形齿条啮合；

第二传动机构包括与第二转子2与安装轴6固定连接的输出齿轮，输出齿轮与轮圈8的内圈上的输出齿圈啮合；

第一转子1转动连接在安装轴6上；第二转子2和输出齿轮固定连接在安装轴6上。

输入圈上的弧形齿条和磁电动力转换器10位于轮圈8的上半部，摆动架9位于轮圈8的下半部，摆动架9为环形结构，环形结构的上部与磁电动力转换器10的安装轴6连接。

抓手11位于轮圈8的一侧。

架体12经复数个轴承与滑道滚动连接；摆动架9经复数个轴承与滑道滚动连接，摆动架9的至少一部分位于轮圈8的内圈中空处。

轮架系统内设置有陀螺仪、加速度传感器，陀螺仪和加速度传感器的输出端数据传输到控制器5。

磁电动力转换器10中，电枢转子和磁转子中的一个可以作为输入转子，另一个则为输出转子。以下以电枢转子为输入转子，磁转子为输出转子为例，对本实施例的工作方式作进一步解释：

在实际使用时，首先推动独轮磁轮车，轮圈8转动，输出齿圈带动输出齿轮转动，输出齿轮带动磁转子转动，由于磁电感应现象，电枢输出电能供应给控制器5，控制器5工作并开始储能。

当人体有失去平衡的趋势时，陀螺仪探测到倾斜度，矢量控制电枢绕组两端的电压，磁转子对轮圈8进行加速或减速，利用人体的惯性调整人体的姿态，即可稳定磁轮车的平衡行驶。

同时，控制器5可以根据踏板的踏频调整磁轮车的速度。

磁轮车平衡行驶控制的具体原理是：陀螺仪、加速度传感器设置在轮架上，轮架经抓手11与人体接触。当人体失去平衡时，倾斜角度经抓手11、轮架传导被陀螺仪探测。陀螺仪将倾斜数据传输给控制器5，矢量控制于磁电动力转换器10。如果人体前倾，矢量控制器5控制电枢驱动磁转子加速转动，从而使得车轮加速，此时，由于惯性作用，人体恢复到平衡位；如果人体后仰，陀螺仪将信号传输给控制器5，控制器5接受到信号后，控制器5控制电枢使磁转子转速降低，从而使得车轮减速，此时，由于惯性作用，人体恢复到平衡位。由此，可以实现独轮载人自动平衡行驶方式。

本实施例通过磁电动力转换器10能将人体踩踏产生的不稳定的波动机械能转换成稳定输出的机械能，从而实现磁轮车的平衡行驶。

实施例三：

一种磁电动力转换器，转换器为无定子结构，包括第一转子和第二转子，第一转子和第二转子中的一个为磁转子，另一个为电枢转子，两个转子同轴相邻布置并使电枢转子在相对磁转子转动时切割磁转子上的永磁体产生的磁力线；与第一转子固定连接设有第一齿轮，与第二转子固定连接设有第二齿轮；电枢转子的绕组输出端连接一控制器。

设有一安装轴，第一转子和第一齿轮与安装轴转动连接，第二转子和第二齿轮与安装轴固定连接，安装轴经至少一对轴承安装在基座上。

第一转子和第二转子为平行布置的平面转子，设有一安装轴，第一转子、第一齿轮、第二转子、第二齿轮分别经轴承转动连接在安装轴上，安装轴固定安装在基座上。

设有输入转换机构，输入转换机构将摆动动力转换成转动动力输入第一齿轮。

控制器具有储能电容或储能电池、控制电路和能量转换电路，当输出转速超过设定转速时，控制器将输入的部分机械能转换成电能并储能，当输出转速低于设定转速时，控制器将储存的电能输出至电枢转子，并转换成输出机械能。

控制器设置在转换器的壳体上，电枢转子的绕组输出端经过一组螺旋线与控制器连接。

实施例四：

一种磁电动力转换器，转换器为无定子结构，包括第一转子和第二转子，第一转子和第二转子中的一个为磁转子，另一个为电枢转子，两个转子同轴相邻布置并使电枢转子在相对磁转子转动时切割磁转子上的永磁体产生的磁力线；与第一转子固定连接设有第一齿轮，与第二转子固定连接设有第二齿轮；电枢转子的绕组输出端连接一控制器。

设有一安装轴，第一转子和第一齿轮与安装轴转动连接，第二转子和第二齿轮与安装轴固定连接，安装轴经至少一对轴承安装在基座上。

第一转子和第二转子为平行布置的平面转子，第二齿轮直接固定在安装轴上，经安装轴与第二转子构成固定连接结构，沿安装轴一端至另一端，依次为第二齿轮、第一齿轮、第一转子、第二转子。

设有输入转换机构，输入转换机构将摆动动力转换成转动动力输入第一齿轮。

控制器具有储能电容或储能电池、控制电路和能量转换电路，当输出转速超过设定转速时，控制器将输入的部分机械能转换成电能并储能，当输出转速低于设定转速时，控制器将储存的电能输出至电枢转子，并转换成输出机械能。

控制器设置在电枢转子上，和电枢转子同步旋转，电枢转子的绕组输出端直接连接控制器。

本实施例将控制器设置在电枢转子上，不需要进行部件之间的电力线传输，结构简单，使用方便。

实施例五：

一种磁电动力转换器，转换器为无定子结构，包括第一转子和第二转子，第一转子和第二转子中的一个为磁转子，另一个为电枢转子，两个转子同轴相邻布置并使电枢转子在相对磁转子转动时切割磁转子上的永磁体产生的磁力线；与第一转子固定连接设有第一齿轮，与第二转子固定连接设有第二齿轮；电枢转子的绕组输出端连接一控制器。

设有一安装轴，第一转子和第一齿轮与安装轴转动连接，第二转子和第二齿轮与安装轴固定连接，安装轴经至少一对轴承安装在基座上。

第一转子和第二转子为环状转子，第二转子与安装轴固定连接，第一转子套设在第二转子外周并经轴承与第二转子转动连接。

设有输入转换机构，输入转换机构将摆动动力转换成转动动力输入第一齿轮。

控制器具有储能电容或储能电池、控制电路和能量转换电路，当输出转速超过设定转速时，控制器将输入的部分机械能转换成电能并储能，当输出转速低于设定转速时，控制器将储存的电能输出至电枢转子，并转换成输出机械能。

控制器设置在电枢转子上，和电枢转子同步旋转，电枢转子的绕组输出端直接连接控制器。

控制器上设置有无线通讯模块，可与外界通讯实行控制或反馈工作状况。

本实施例将控制器设置在电枢转子上，不需要进行部件之间的电力线传输，结构简单，使用方便，并且能够与外界进行实时通讯。

Claims (8)

1.一种磁电动力转换器，转换器为无定子结构，包括第一转子和第二转子，所述第一转子和所述第二转子中的一个为磁转子，另一个为电枢转子，两个转子同轴相邻布置并使电枢转子在相对磁转子转动时切割磁转子上的永磁体产生的磁力线，其特征在于：所述第一转子固定连接设有第一传动件，与所述第二转子固定连接设有第二传动件；所述电枢转子的绕组输出端连接一控制器，设有输入转换机构，所述第一传动件为第一齿轮，所述第二传动件为第二齿轮，所述输入转换机构将摆动动力转换成转动动力输入第一齿轮，所述控制器具有储能电容、控制电路和能量转换电路，当输出转速超过设定转速时，控制器将输入的部分机械能转换成电能并储能，当输出转速低于设定转速时，控制器将储存的电能输出至电枢转子，并转换成输出机械能。

2.根据权利要求1所述的磁电动力转换器，其特征在于：设有一安装轴，所述第一传动件为第一齿轮，所述第二传动件为第二齿轮，所述第一转子和第一齿轮与所述安装轴转动连接，所述第二转子和第二齿轮与所述安装轴固定连接，所述安装轴经至少一对轴承安装在基座上。

3.根据权利要求2所述的磁电动力转换器，其特征在于：所述第一转子和第二转子为平行布置的平面转子，所述第二齿轮直接固定在所述安装轴上，经所述安装轴与所述第二转子构成固定连接结构，沿安装轴一端至另一端，依次为第二齿轮、第一齿轮、第一转子、第二转子。

4.根据权利要求2所述的磁电动力转换器，其特征在于：所述第一转子和第二转子为环状转子，所述第二转子与安装轴固定连接，第一转子套设在第二转子外周并经轴承与第二转子转动连接。

5.根据权利要求1所述的磁电动力转换器，其特征在于：所述第一传动件为第一齿轮，所述第二传动件为第二齿轮，所述第一转子和第二转子为平行布置的平面转子，设有一安装轴，所述第一转子、第一齿轮、第二转子、第二齿轮分别经轴承转动连接在所述安装轴上，所述安装轴固定安装在基座上。

6.根据权利要求1所述的磁电动力转换器，其特征在于：所述第一转子和第二转子为环状转子，设有一安装轴，所述第二转子经轴承与安装轴转动连接，所述第一转子套设在第二转子外周并经轴承与第二转子转动连接。

7.根据权利要求1所述的磁电动力转换器，其特征在于：所述控制器设置在转换器的壳体上，所述电枢转子的绕组输出端经过一组螺旋线与所述控制器连接。

8.根据权利要求1所述的磁电动力转换器，其特征在于：所述控制器设置在电枢转子上，和电枢转子同步旋转，所述电枢转子的绕组输出端直接连接所述控制器。