CN1226861A - 轮毂中的能量转换系统 - Google Patents

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Abstract

具有低生产费用,高效率和小重量的能量转换器在运载工具中被用于产生电能。本发明所公开的装在运载工具轮毂中或轮毂上的能量转换器具有一个设计成磁阻发电机的发电机。转子被有利地直接连接于轮上。一个电能存储器暂时存储所产生的电能并在需要时均匀地将电能输送给用电装置。控制电路和电能存储器最好也安放在轮毂中或轮毂上。本发明提供了一种高效,轻便和低成本的能量转换系统,它保证了高可靠的供电,尤其适合于在人力驱动的运载工具中使用。

Description

轮毂中的能量转换系统
本发明涉及轮毂中的能量转换系统及其工作方法。
DE3043269A1公开了一种用于自行车的侧发电机，其特点是在发电机外壳内集成了控制电路和一个蓄电池。发电机的接通和断开通过摩擦轮的运动手工实现。发电机的机械的接通和关断开关是需要的，因为发电机在空载时产生损耗。电流发生器和蓄电池之间的变换器由二极管电路构成。
DE-PS933040公开了一个作为发电机工作的、设计成外转子的单极电机，它不用传动装置直接安装在自行车和人力车的轮毂中。单极电机涉及一种外部激励电机，激励磁场最好由永磁体产生。然而永磁激励引起严重的静力矩(Rastmoment)。
DE4317817C1描述了一种在转子中带有永磁体的交流电机，其定子由三个相互错开放置的具有由软磁铁构成的电极指笼(Polfingerkaefigen)的电感线圈组成。电机应作为加载发电机不断一起运行。然而永磁体在定子的电极指中产生一定的磁滞损耗。
DE4411145A1公开了一种具有相同结构的电感线圈的发电机，这些线圈没有相位偏移并且相互并联连接以提高运行可靠性。具有永磁体的转子直接与轮子连接。为了在低转速时产生用于照明的足够的功率，此发电机具有相当的重量和体积。在这种方案中也存在定子磁铁中的永磁的磁滞损耗。
通过一个变速传动装置可以实现小的结构体积，此传动装置提高转速。轮毂中的传动装置发电机是由JP3-258673A或EP0528347公开的。然而变速传动装置是昂贵的，同时也增加了前进的阻力。
如在DE3703523C2(直流-圆盘转子)，DE3918166C2(EC-圆盘转子)或DE4234388A1所描述的，已知的还有轮毂中的具有无铁心线圈的发电机。无铁心线圈增大了有效磁气隙，从而导致高的磁体开支。DE4232182A1用永磁体设计了一种无电刷的单相外转子，其中通过两个磁环的相互扭转，铁心中的空转损耗被减小。此外仅当转子机械上与轮子分离时才能避免空转损耗。
重量的减轻可通过增大轮毂中发电机直径实现。此外还有DE-OS2727827,DE4229457A1或DE4229261C1公开的结构形式。缺点在于小的保护率和高的磁体开支。
在DE4229261C1中如此有效地设计发电机，以至它能给出在电动机工作中驱动功率的额定值。为了电动机工作还存在一个蓄电池，它安装在自行车车架上。此系统对于通常的照明用途来说是太重和太贵了。
DE4314290A1叙述了一种可开关的磁阻机和在发电机工作中调整的方法。这涉及一个按磁阻原理工作的机器的一种复杂的多相结构形式。
DE4447159A1公开了一种具有特殊气隙结构的横磁电机，它也被实现成可开关的磁阻机。软磁体由大量层叠电铁片段组成，这导致高的装配开支。在集成于轮毂中的结构型式中转子具有永磁体。
本发明的目的在于，开发一个集成于轮毂中的能量转换系统，在具有低生产成本的同时实现小的结构体积和重量，高的效率和在所有应用领域中可靠的电流供给。
上述任务是通过权利要求1或5所述的技术方案实现的。
按照本发明，能量转换系统由一个安装在轮毂中或轮毂上的磁阻发电机，一个控制电路和一个电能存储器组成。控制电路根据电池加载情况，转速和实际能量需求等调节发电机功率。与能量存储器有关的激励能量被如此调节，使得一旦能量需求和加载情况需要，对应于转速的最佳数量的能量在发电机中被转换。在负载下降时一个模糊-调节实现由最小损耗工作状态至具有最大的能量产出的工作状态的几乎连续的过渡。
转换系统的工作导向致力于使能量存储器尽可能以较小深度的放电周期接近于满载状态。锂电池或者具有高的能量密度的电容器比较适合于用作能量存储器。当只有光源需要用电并且其工作时间由光传感器控制时，此自动运行导致驾车人几乎完全卸载并导致车辆运行安全性的提高。
电路和能量存储器也安装在人力车辆的轮毂中或轮毂上是有利的。这简化了装配，提高了抗干扰能力，并减轻了EMV问题。
除了对用电装置有不依赖于行驶速度的均匀能量供给以及可以在停车后一段时间内或者在通常运行时实现稳定的照明等优点外，利用能量存储器带来的主要优点在于明显减小了发电机质量。与没有能量存储器的转换系统不同，轮毂发电机不必须在最低速度(例如6公里/小时)下产生其额定功率，它在约3倍高的平均速度(18公里/小时)下能产生额定功率就足够了。因此，磁阻发电机明显变小和变得更廉价。在低的能量消耗和能量存储器充满时磁阻发电机处于不激励状态，在转换系统中几乎没有损耗。
综上所述，相对于现有技术本发明的能量转换系统有以下特点：
-紧密而轻型的结构形式，
-廉价生产，
-可忽略不计的空转损耗，
-节省磁体费用，
-高的供电可靠性，
-集成的坚固的光附件(Standlichtoption)，
以及安装和维护简便。
在提高能量需求，例如在冬天时，能量存储器还可通过外面的能量供给进行充电，从而减小行驶阻力。
附图中示出两个有优点的本发明实施例。
图1示出一个轮毂中的具有蓄电池的电能转换系统，
图2示出图1中剖面线A-A和B-B的两个剖面，
图3示出一个轮毂中的具有一个电容器的能量转换系统，
图4示出图3中剖面线A-A和B-B的两个剖面。
图1示出在轮毂1中集成的两相磁阻发电机2，它通过电路3与能量存储器4相接。此能量存储器由5个蓄电池组成，它们放在一个喷铸-铝制箱体中。在打开毂盖6并扭转接触圆片7之后可以更换蓄电池。磁阻发电机由两个导线线圈组成，它们在三个侧面被一个由3至5部分构成的软磁体9包围着。它们作为铁粉压制件或烧结材料被生成。周期地切断磁路的软磁转子段10以两个环放入，它们切向固定而轴向可移动地安装在轮毂1中。滑动的止动环保证了转子环相对于定子的位置，轮毂在正常运行时通过滚珠轴承11支撑在轴12上。
图2a和图2b分别示出图1所示能量转换系统中通过磁阻发电机2的剖面和通过接触圆片7的剖面。
图3示出一个类似的能量转换系统，其中在轮毂2中除了装有磁阻发电机22和电路23之外现在还装有一个空心的圆柱体电容器作为能量存储器24。在打开毂盖25后电路23是可接触的，同时无需保养的电容器放在轮毂的为了减轻重量而变窄的部位27。磁阻发电机22被放置在灌注物质(Vergussmasse)26中，并且它由两个错开安放的相同结构的结构组组成，它们又各由一个导线线圈28和包围着它的软磁定子体29组成。转子段30延伸经过磁阻发电机22的两个相位部分，并被固定地插在毂的放大的半部。轴承31和轴32可作为常规元件购置。
图4a和图4b分别是图3所示能量转换系统通过高功率电容器24的剖面和通过磁阻发电机22的剖面。

Claims (5)

1．由一个可开关的磁阻发电机(2；22)，一个能量存储器(4,24)和一个与磁阻发电机(2；22)及能量存储器(4；24)相连接的用于控制磁阻发电机(2；22)的电路(3；23)组成的能量转换系统，其中磁阻发电机(2；22)，能量存储器(4；24)和电路(3；23)安装在车辆的一个轮毂(1；21)中或轮毂上。
2．如权利要求1所述的能量转换系统，其中磁阻发电机(2；22)具有导线线圈(8；28)，它们在三个侧面被软磁的定子体(9；29)包围，并且通过径向位于导线线圈(8；28)之外的气隙与软磁转子段(10；30)分开，定子段(10；30)直接与轮毂(1；21)相接。
3．如权利要求1或2所述的能量转换系统，其中能量存储器(4；24)被设计成围绕着轮毂(21)的轴(32)的物体。
4．如权利要求1至3中任一项所述的能量转换系统，其中磁阻发电机(2；22)置于一个由发泡的轻金属形成的铸体(5；26)中，其具有用于安装电路(3；23)和能量存储器(4；24)的空间。
5．安装在车辆轮毂(1；21)之中或之上的能量转换系统的工作方法，此系统由一个可开关的磁阻发电机(2；22)、一个能量存储器(4；24)和一个与磁阻发电机(2；22)及能量存储器(4；24)相连接的用于控制磁阻发电机(2；22)并用于调节能量存储器(4；24)的加载状态的电路(3；23)组成，其中磁阻发电机(2；22)受电路(3；23)激励脉冲的作用，其强度由电路(3；23)依据能量存储器(4；24)的加载状态、瞬间的用电量和磁阻发电机(2；22)的转速来确定。
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