內(nèi)置懸浮飛輪的電動(dòng)車輪的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電動(dòng)車輪領(lǐng)域，具體是一種內(nèi)置懸浮飛輪的電動(dòng)車輪，包括車胎、輪軸，還包括用于安裝車胎的由良性導(dǎo)體材料制成的輪輞，并排環(huán)套固定于輪軸上的第一軸承和第二軸承，環(huán)形內(nèi)摩擦帶，所述輪輞為縱截面呈U型的環(huán)殼體，第一軸承和第二軸承的軸承外圈外環(huán)面分別與輪輞內(nèi)圓兩環(huán)面固定連接；位于第一軸承和第二軸承之間的輪軸上環(huán)套固定有由絕緣材料制成的線圈附著輪。本發(fā)明所述的內(nèi)置懸浮飛輪的電動(dòng)車輪采用一體式的結(jié)構(gòu)，將磁鐵飛輪與車輪結(jié)合為一體，高效儲(chǔ)能，結(jié)構(gòu)緊湊，摩擦小，效率高；而且本發(fā)明所述的磁鐵飛輪在磁懸浮的作用下，與輪輞和纏繞有線圈的鐵芯不接觸，實(shí)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)無(wú)機(jī)械摩擦。
【專利說(shuō)明】?jī)?nèi)置懸浮飛輪的電動(dòng)車輪
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電動(dòng)車輪領(lǐng)域，具體是一種內(nèi)置懸浮飛輪的電動(dòng)車輪。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，電動(dòng)車輪一般是電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn)。為了儲(chǔ)存能量，一般還使用直徑較大的飛輪。公知的電動(dòng)車輪一般與飛輪是分離的，旋轉(zhuǎn)的飛輪儲(chǔ)存能量并通過(guò)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn)；傳動(dòng)裝置一般是機(jī)械傳動(dòng)，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的摩擦?xí)p耗大量能量，導(dǎo)致飛輪效率不高，高速旋轉(zhuǎn)受限，而且分離式的結(jié)構(gòu)不夠緊湊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有電動(dòng)飛輪存在的問(wèn)題，提供了一種內(nèi)置懸浮飛輪的電動(dòng)車輪。
[0004]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:內(nèi)置懸浮飛輪的電動(dòng)車輪，包括車胎、輪軸，還包括用于安裝車胎的由良性導(dǎo)體材料制成的輪輞，并排環(huán)套固定于輪軸上的第一軸承和第二軸承，環(huán)形內(nèi)摩擦帶，所述輪輞為縱截面呈U型的環(huán)殼體，第一軸承和第二軸承的軸承外圈外環(huán)面分別與輪輞內(nèi)圓兩環(huán)面固定連接；位于第一軸承和第二軸承之間的輪軸上環(huán)套固定有由絕緣材料制成的線圈附著輪，線圈附著輪的外圓上沿圓周方向均勻排布有η個(gè)纏繞有線圈的鐵芯，且η 3 12，η為偶數(shù)；各鐵芯的軸線位于線圈附著輪徑向，且各鐵芯上均纏繞有周數(shù)相等的線圈，各線圈的纏繞方向一致，相隔鐵芯上的線圈首尾連接，其中一鐵芯外端面內(nèi)嵌設(shè)有霍爾傳感器，所述的環(huán)形內(nèi)摩擦帶環(huán)套于各鐵芯外端面形成的圓上；位于鐵芯端面與輪輞內(nèi)壁之間的環(huán)形空腔環(huán)套有磁鐵飛輪，所述磁鐵飛輪是由絕緣材料制成的磁鐵附著輪和均勻的固定于磁鐵附著輪外圓上且與鐵芯數(shù)量相等的若干永磁鐵構(gòu)成的，各永磁鐵的N、S極所在方向位于磁鐵附著輪徑向，任一永磁鐵與其相鄰的兩永磁鐵的N、S極方向相反，磁鐵附著輪內(nèi)圓上固定有與環(huán)形內(nèi)摩擦帶相配合的環(huán)形外摩擦帶。
[0005]具體使用時(shí)，輪軸表面軸向上預(yù)設(shè)有控制器和為線圈供電的導(dǎo)線，控制器控制相鄰鐵芯上的線圈上的電流方向相反，即相鄰鐵芯上的線圈通電后形成的磁場(chǎng)方向相反，相隔鐵芯上的線圈通電后形成的磁場(chǎng)方向一致。控制器和導(dǎo)線的安裝與布控，以及控制方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員容易實(shí)現(xiàn)的。
[0006]具體的控制過(guò)程如下:啟動(dòng)時(shí)，控制系統(tǒng)檢測(cè)霍爾傳感器的信號(hào)，根據(jù)帶有霍爾傳感器的電磁鐵(纏繞有線圈的鐵芯)與永磁鐵相對(duì)的磁極，控制電磁鐵的電流方向，以產(chǎn)生與電磁鐵相對(duì)的永磁鐵相反的磁極，由于為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，所有電磁鐵形成與相對(duì)永磁鐵相反的磁極，形成的效果是:(1)電磁鐵與磁鐵飛輪相互排斥形成懸?。?2)電磁鐵與相對(duì)的永磁鐵相互排斥、與相鄰的永磁鐵異向磁極吸引，鐵芯靜止不動(dòng)，磁鐵飛輪旋轉(zhuǎn)起來(lái)；隨著磁鐵飛輪的旋轉(zhuǎn)，周期性的改變線圈上電流的方向，以連續(xù)實(shí)現(xiàn)與相對(duì)的永磁鐵相反的磁極，增加線圈上電流的頻率從而增加磁鐵飛輪的轉(zhuǎn)速。
[0007]磁鐵飛輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生交替變化的磁通量，在由良性導(dǎo)體材料制成的輪輞上形成渦流，以圖3為例，當(dāng)磁鐵飛輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于輪輞逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)(逆時(shí)針切割磁感線)，與鼠籠電機(jī)原理一致，旋轉(zhuǎn)的磁鐵飛輪形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；當(dāng)磁鐵飛輪高速旋轉(zhuǎn)，輪輞的渦流形成與磁鐵飛輪反向的磁場(chǎng)，與磁鐵飛輪相互排斥，形成電磁懸浮，并驅(qū)動(dòng)輪輞順時(shí)針旋轉(zhuǎn)(輪輞轉(zhuǎn)動(dòng)方向與磁鐵飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致)，達(dá)到電驅(qū)動(dòng)車輪的目的(線圈，磁鐵飛輪和輪輞形成兩個(gè)電動(dòng)機(jī)模型，其中線圈和磁鐵飛輪組成同步電機(jī)，線圈是定子、磁鐵飛輪是轉(zhuǎn)子，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)“拖著”轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)，即線圈驅(qū)動(dòng)磁鐵飛輪旋轉(zhuǎn)；磁鐵飛輪和輪輞組成異步電機(jī)，磁鐵飛輪是定子、輪輞是轉(zhuǎn)子，通過(guò)定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流，并產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)輪輞轉(zhuǎn)動(dòng))。
[0008]當(dāng)電動(dòng)車輪需要?jiǎng)x車時(shí)，降低線圈電流的大小，減小線圈電流的改變頻率，磁鐵飛輪上的外摩擦帶與內(nèi)摩擦帶摩擦，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車輪的停止旋轉(zhuǎn)。
[0009]本發(fā)明所述的內(nèi)置懸浮飛輪的電動(dòng)車輪采用一體式的結(jié)構(gòu)，將磁鐵飛輪與車輪結(jié)合為一體，高效儲(chǔ)能，結(jié)構(gòu)緊湊，摩擦小，效率高；而且本發(fā)明所述的磁鐵飛輪在磁懸浮的作用下，與輪輞和纏繞有線圈的鐵芯不接觸，實(shí)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)無(wú)機(jī)械摩擦。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本發(fā)明所述內(nèi)置懸浮飛輪的電動(dòng)車輪外部輪廓示意圖。
[0011]圖2為本發(fā)明所述內(nèi)置懸浮飛輪的電動(dòng)車輪的結(jié)構(gòu)示意圖(除輪輞)。
[0012]圖3為圖1的剖視圖。
[0013]圖4為纏繞有線圈的鐵芯的結(jié)構(gòu)不意圖。
[0014]圖5為電磁約束裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中:1_輪軸，2-輪輞，3-磁鐵附著輪，4-鐵芯，5-線圈附著輪，6-第一軸承，7-第二軸承，8、8a、8b、8c-永磁鐵,9-線圈，10-環(huán)形內(nèi)摩擦帶，11-環(huán)形外摩擦帶，12-霍爾傳感器，13-電磁約束裝置，13a-位移傳感器，13b-上電磁鐵，13c-下電磁鐵。
【具體實(shí)施方式】
[0016]內(nèi)置懸浮飛輪的電動(dòng)車輪，包括車胎、輪軸1，還包括用于安裝車胎的由良性導(dǎo)體材料制成的輪輞2，并排環(huán)套固定于輪軸I上的第一軸承6和第二軸承7，環(huán)形內(nèi)摩擦帶10，所述輪輞2為縱截面呈U型的環(huán)殼體，第一軸承6和第二軸承7的軸承外圈外環(huán)面分別與輪輞2內(nèi)圓兩環(huán)面固定連接；位于第一軸承6和第二軸承7之間的輪軸I上環(huán)套固定有由絕緣材料制成的線圈附著輪5，線圈附著輪5的外圓上沿圓周方向均勻排布有η個(gè)纏繞有線圈的鐵芯4，且η會(huì)12，η為偶數(shù)；各鐵芯4的軸線位于線圈附著輪5徑向，且各鐵芯4上均纏繞有周數(shù)相等的線圈9，各線圈9的纏繞方向一致，相隔鐵芯4上的線圈9首尾連接，其中一鐵芯4外端面內(nèi)嵌設(shè)有霍爾傳感器12，所述的環(huán)形內(nèi)摩擦帶10環(huán)套于各鐵芯4外端面形成的圓上；位于鐵芯4端面與輪輞2內(nèi)壁之間的環(huán)形空腔環(huán)套有磁鐵飛輪，所述磁鐵飛輪是由絕緣材料制成的磁鐵附著輪3和均勻的固定于磁鐵附著輪3外圓上且與鐵芯4數(shù)量相等的若干永磁鐵8構(gòu)成的，各永磁鐵8的N、S極所在方向位于磁鐵附著輪3徑向，任一永磁鐵8a與其相鄰的兩永磁鐵8b、8c的N、S極方向相反,磁鐵附著輪3內(nèi)圓上固定有與環(huán)形內(nèi)摩擦帶10相配合的環(huán)形外摩擦帶11。
[0017]具體實(shí)施時(shí)，輪輞2左右內(nèi)壁與懸浮的磁鐵飛輪上的永磁鐵8相對(duì)處均設(shè)有電磁約束裝置13。線圈9通電工作時(shí)，磁鐵飛輪與電磁鐵形成磁懸浮，電磁約束裝置13使得磁鐵飛輪與輪輞2形成磁懸浮，避免磁鐵飛輪與輪輞2左右內(nèi)壁接觸，實(shí)現(xiàn)磁鐵飛輪與周圍部件處于不接觸的高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。所述的電磁約束裝置13其結(jié)構(gòu)與工作原理為現(xiàn)有技術(shù)(電磁支承技術(shù))，在此不做過(guò)多的闡述，該技術(shù)可參考《精密機(jī)械設(shè)計(jì)》(徐峰、李慶祥編著)P359-360。
[0018]為了更好地對(duì)本發(fā)明理解，在此提供了一種電磁約束裝置13的結(jié)構(gòu)。具體為:所述的電磁約束裝置13包括位移傳感器13a、上電磁鐵13b以及下電磁鐵13c，所述上電磁鐵13b和下電磁鐵13c的鐵芯軸向與輪軸I軸向同向，通電的上電磁鐵13b和下電磁鐵13c產(chǎn)生的磁極一致。
[0019]所述通電的上電磁鐵13b和下電磁鐵13c產(chǎn)生的磁極一致時(shí)，上電磁鐵13b和下電磁鐵13c上的線圈纏繞方向相反，且上電磁鐵13b和下電磁鐵13c上的線圈首首相接；或者是上電磁鐵13b和下電磁鐵13c上的線圈纏繞方向一致，且上電磁鐵13b和下電磁鐵13c上的線圈首尾相接。具體使用時(shí)，當(dāng)位移傳感器13a (超聲波式、電容式等)檢測(cè)到磁鐵飛輪靠近輪輞2時(shí)，增大上電磁鐵13b和下電磁鐵13c上電流(相反遠(yuǎn)離時(shí)減小電流)，左內(nèi)壁的電磁約束裝置13與右內(nèi)壁的電磁約束裝置13產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反，而且左內(nèi)壁的電磁約束裝置13和右內(nèi)壁的電磁約束裝置13都與其正對(duì)的磁鐵飛輪相互排斥，這樣通過(guò)檢測(cè)磁鐵飛輪的位置動(dòng)態(tài)地改變電磁鐵的電流，以非接觸的形式實(shí)現(xiàn)磁鐵飛輪水平方向的自由度約束，保證磁鐵飛輪與輪輞2不接觸，實(shí)現(xiàn)磁懸浮。
【權(quán)利要求】
1.內(nèi)置懸浮飛輪的電動(dòng)車輪，包括車胎、輪軸(I)，其特征在于，還包括用于安裝車胎的由良性導(dǎo)體材料制成的輪輞(2)，并排環(huán)套固定于輪軸(I)上的第一軸承(6)和第二軸承(7)，環(huán)形內(nèi)摩擦帶(10)，所述輪輞(2)為縱截面呈U型的環(huán)殼體，第一軸承(6)和第二軸承(7)的軸承外圈外環(huán)面分別與輪輞(2)內(nèi)圓兩環(huán)面固定連接；位于第一軸承(6)和第二軸承(7)之間的輪軸(I)上環(huán)套固定有由絕緣材料制成的線圈附著輪(5)，線圈附著輪(5)的外圓上沿圓周方向均勻排布有η個(gè)纏繞有線圈的鐵芯(4)，且η 3 12，η為偶數(shù)；各鐵芯(4)的軸線位于線圈附著輪(5)徑向，且各鐵芯(4)上均纏繞有周數(shù)相等的線圈(9)，各線圈(9)的纏繞方向一致，相隔鐵芯(4)上的線圈(9)首尾連接，其中一鐵芯(4)外端面內(nèi)嵌設(shè)有霍爾傳感器(12)，所述的環(huán)形內(nèi)摩擦帶(10)環(huán)套于各鐵芯(4)外端面形成的圓上；位于鐵芯(4)端面與輪輞(2)內(nèi)壁之間的環(huán)形空腔環(huán)套有磁鐵飛輪，所述磁鐵飛輪是由絕緣材料制成的磁鐵附著輪(3)和均勻的固定于磁鐵附著輪(3)外圓上且與鐵芯(4)數(shù)量相等的若干永磁鐵(8)構(gòu)成的，各永磁鐵(8)的N、S極所在方向位于磁鐵附著輪(3)徑向，任一永磁鐵(8a)與其相鄰的兩永磁鐵(8b、8c)的N、S極方向相反，磁鐵附著輪(3)內(nèi)圓上固定有與環(huán)形內(nèi)摩擦帶(10)相配合的環(huán)形外摩擦帶(11 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置懸浮飛輪的電動(dòng)車輪，其特征在于，輪輞(2)左右內(nèi)壁與懸浮的磁鐵飛輪上的永磁鐵(8)相對(duì)處均設(shè)有電磁約束裝置(13)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)置懸浮飛輪的電動(dòng)車輪，其特征在于，所述的電磁約束裝置(13)包括位移傳感器(13a)、上電磁鐵(13b)以及下電磁鐵(13c)，所述上電磁鐵(13b)和下電磁鐵(13c)的鐵芯軸向與輪軸(I)軸向同向，通電的上電磁鐵(13b)和下電磁鐵(13c)產(chǎn)生的磁極一致。
【文檔編號(hào)】B60K7/00GK103950373SQ201410213452
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月21日
【發(fā)明者】馬鐵華, 陳昌鑫, 任一峰, 張艷兵, 姚舜才, 張紅艷, 靳鴻, 李新娥, 裴東興, 范錦彪 申請(qǐng)人:中北大學(xué)