阅读说明：本技术 自行车发电与驱动交直两用永磁车轮电机 (AC/DC two-purpose permanent magnet wheel motor for generating and driving bicycle ) 是由 李�杰 张明 卢洪健 徐鑫 覃博斌 代超 张征 王子齐 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明的名称为自行车发电与驱动交直两用的永磁车轮电机。属于自行车发电与驱动技术领域。它主要是解决现有自行车不能同时发电和电驱动的问题。它的主要特征是：包括车圈、固定轴、定子绕阻、磁钢转子和车轮电机端盖；所述定子绕阻固定连接在固定轴的中部；所述磁钢转子固定连接在车圈的内侧；所述磁钢转子套装在定子绕阻的外侧；所述车轮电机端盖从两侧固定连接在固定轴的两侧或定子绕阻的两个侧面上,使定子绕阻、磁钢转子位于两侧的车轮电机端盖之间。本发明具有结构简单、便于维护和骑行锻炼节能驱动效果好的特点,主要用于能发电和电驱动的自行车。(The invention relates to a permanent magnet wheel motor for generating power and driving alternating current and direct current of a bicycle. Belongs to the technical field of bicycle power generation and driving. It mainly is the problem of solving current bicycle can not generate electricity and electric drive simultaneously. It is mainly characterized in that: the device comprises a rim, a fixed shaft, a stator winding, a magnetic steel rotor and a wheel motor end cover; the stator winding is fixedly connected to the middle part of the fixed shaft; the magnetic steel rotor is fixedly connected to the inner side of the rim; the magnetic steel rotor is sleeved outside the stator winding; the wheel motor end covers are fixedly connected to the two sides of the fixed shaft or the two side surfaces of the stator winding from the two sides, so that the stator winding and the magnetic steel rotor are positioned between the wheel motor end covers on the two sides. The invention has the characteristics of simple structure, convenient maintenance, riding exercise and good energy-saving driving effect, and is mainly used for bicycles capable of generating electricity and electrically driving.)

自行车发电与驱动交直两用永磁车轮电机

技术领域

本发明属于自行车发电与驱动技术领域，具体涉及一种用于人力自行车在骑行过程中可以发电回收能量充电至蓄电池，再以回收的电能转换为动能驱动永磁电机作为电动自行车使用的发电与驱动交直两用的永磁车轮电机。

背景技术

目前，市场上还没有同时具有发电与电驱动功能的自行车，现有的自行车要么是通过人力骑行自行车来发电，要么是通过电池组供电驱动电动机做功于自行车行驶。其不足之处是，前者发电随发随用，不能储存，体力消耗浪费较多，后者节能效果低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自行车发电与驱动交直两用的永磁车轮电机，具有结构简单、便于维护和骑行锻炼节能驱动效果好的特点。

本发明的技术解决方案是：一种自行车发电与驱动交直两用永磁车轮电机，其特征在于：包括车圈、固定轴、定子绕阻、磁钢转子和车轮电机端盖；所述定子绕阻固定连接在固定轴的中部；所述磁钢转子固定连接在车圈的内侧；所述磁钢转子套装在定子绕阻的外侧；所述车轮电机端盖从两侧固定连接在固定轴的两侧或定子绕阻的两个侧面上，使定子绕阻、磁钢转子位于两侧的车轮电机端盖之间。

本发明的技术解决方案中所述的还包括充电器和控制器。

本发明的技术解决方案中所述的定子绕阻与磁钢转子之间设有气隙；所述的磁钢转子与两侧的车轮电机端盖之间均设有间隙。

本发明的技术解决方案中所述的定子绕阻包括铁心和三个线圈；所述铁心由内圈带槽的硅钢片叠成，定子绕组的导线嵌放在铁心的槽中，从车轮电机端盖引出至导线盒；所述三个线圈呈三角形接法。

本发明的技术解决方案中所述的充电器为48V/12A充电器，包括整流电路、滤波电路、变压器电路、正反馈电路、稳压电路、开关电路及调整电路；所述的控制器为48V电动自行车控制器。

本发明的有益效果在于：通过上述这样一种整体设置，所构成的自行车发电与驱动交直两用的永磁车轮电机在使用时，主要采用骑行自行车前轮受到后轮（主动轮）驱动时利用自行车前轮（从动轮），作为发电与驱动交直两用的永磁车轮电机自行发电的载体，可通过利用永磁体磁场与定子绕组切割产生电能，当从动轮永磁电机运行时，磁钢转子随之转动从而使得永磁体的磁场与定子绕组切割而产生电流，再通过电动自行车控制器控制系统AC/DC变换充电给蓄电池组储蓄电能的目的。有效的利用自行车人力的再生能达到了发电产生的电能，达到标定值的储存电能，就可以利用所发的电量供给永磁车轮电机驱动自行车行驶，达到了再生能量和锻炼身体的双重功能，保证了自行车发电与驱动交直两用的永磁车轮电机人力骑行再生电能，再由再生电能转化为机械能驱动行驶的全过程。是一种在传统车轮结构上的再创新创造技术，增加了车轮的发电和驱动的两用功能，提高了回收能量的利用率，主要解决再生能源利用的问题，可节省能，具有经济性、环保性和推广性的自行车发电与驱动交直两用的永磁车轮电机。

附图说明

图1为本发明不带车轮电机端盖的结构示意图。

图2为本发明的剖视结构示意图。

图3为本发明的结构示意图。

图4为本发明充电器的原理系统图。

图5为本发明控制器的原理系统图。

图中：1. 从动车轮永磁电机；2. 车圈；3. 固定轴；4. 定子绕阻；5. 磁钢转子；6.气隙；7. 车轮电机端盖；8. 端盖固定螺栓。

具体实施方式

以下以具体实施例来对本发明进行进一步说明。

实施例如图1至图5所示。本发明自行车发电与驱动交直两用永磁车轮电机实施例包括由车圈2、固定轴3、定子绕阻4、磁钢转子5、车轮电机端盖7、充电器和控制器构成的从动车轮永磁电机。定子绕阻4固定连接在固定轴3的中部。定子绕阻4用于定子的功用是产生三相交流电，定子绕阻4包括铁心和三个线圈，铁心由内圈带槽的硅钢片叠成，定子绕组4的导线嵌放在铁心的槽中，从车轮电机端盖7引出至导线盒，定子绕组4有三个线圈，又称为三相绕组，利用三角形接法有利于提高从动车轮永磁电机1的输出功率。磁钢转子5固定连接在车圈2的内侧，磁钢转子5套装在定子绕阻4的外侧。定子绕阻4与磁钢转子5之间设有气隙6，磁钢转子5与两侧的车轮电机端盖7之间均设有间隙。车轮电机端盖7从两侧通过端盖固定螺栓8固定连接在定子绕阻4的两个侧面上，使定子绕阻4、磁钢转子5位于两侧的车轮电机端盖7之间。充电器为现有常用的48V/12A充电器，包括整流电路、滤波电路、变压器电路、正反馈电路、稳压电路、开关电路及调整电路。控制器为现有常用的48V电动自行车控制器。

本发明是以永磁体为媒介做为机械能与电能的转换的发电与驱动交直两用永的磁车轮电机。配备48V/12A充电器和48V电动自行车控制器，在人力骑行过程中后车轮驱动前行，直接做功于从动车轮永磁电机1其磁钢转子5在定子绕组4之间的气隙6无障碍的磁悬浮转动，磁钢转子5随着从动车轮磁悬浮转动，其与固定在无轴承不旋转的固定轴3上的定子绕组4，在骑行过程中其自然产生磁力切割而产生电流，即成为发电状态，磁场绕组中就有电流通过，并产生轴向磁场，当永磁电机车轮在人力骑行驱动下旋转时，即磁场同步旋转。

48V/12A充电器将从动车轮永磁电机1的发电经二极管整流电解电容滤波，从而变成平稳的直流电压输入至变压器进行变压。由正反馈电路提供振荡能源维持持续开关工作，依据稳压电路反馈数据送至调整电路，经变压器变换成安全的适合用电器所需的高频率交流电压经过整流、滤波电路输出稳定平稳的直流电压为蓄电池充电。

当蓄电池充电达到85%的容量时即可变换为电动自行车，使用48V电动自行车控制器，其控制蓄电池供电输出至从动轮永磁电机作为驱动轮完成人力自行车和电动自行车的变换。

车圈2是支撑整体从动车轮永磁电机1的主要部件，也是磁钢转子5与车圈2连接为一体的，是整体车圈内的磁悬浮运转的外圈车轮。固定轴3是无轴承整体车轮的固定轴，也是自行车发电与驱动交直两用的永磁车轮电机固定不动的主轴，定子绕阻4与固定轴3连接为一体起着固定作用，是自行车发电与驱动交直两用的永磁车轮电机的主轴，也是固定定子绕组4的主轴。气隙6是自行车发电与驱动交直两用的永磁车轮电机定子绕组4与磁钢转子5之间的气隙，有通风散热能效和磁悬浮运转的功能。车轮电机端盖7是密封定子绕组及磁钢转子5的部件，其固定于定子绕组4部件上，与磁钢转子5有缝无连接关系。端盖固定螺栓8是固定车轮电机端盖7的部件，起着固定保护作用。

本发明的工作原理如下：首先自行车发电与驱动交直两用的永磁车轮电机，利用磁钢转子5的永磁体磁场与定子绕组4切割产生电能，当从动车轮永磁电机1运行时，磁钢转子5随之转动从而使得永磁体的磁场与定子绕组4切割而产生电流，再通过电动自行车控制器控制系统AC/DC变换充电给蓄电池组储蓄电能的目的。人力骑行驱动从动轮磁钢转子5旋转，即是磁场旋转，定子绕组4线圈切割磁力线，在定子绕组4线圈中产生交流电。因三个定子绕组4线圈的布置决定了三个线圈产生的交流电相位互错120度，即为三相交流电。定子绕组线圈输出的交流电压的的幅值与永磁电机转速成比例增大。

人力骑行人力骑行驱动从动车轮磁钢转子5旋转发电的充电工作原理：额定从动车轮永磁电机1交流发电48V电压输入，经二极管整流电解电容滤波，从而变成平稳的直流电压输入至变压器进行变压。在此同时开关管产生开关振荡，由正反馈电路提供振荡能源维持持续开关工作，依据稳压电路反馈数据送至调整电路，开关管通过调整电路进行控制自身的占控比或频率来实现变压器输出稳定的电压。经变压器变换成安全的适合用电器所需的高频率交流电压经过整流、滤波电路出而输出稳定的平稳的直流电压为蓄电池充电。

48V电动自行车控制器工作原理：主处理芯片MEGA48根据从动车轮永磁电机1的霍耳信号对上三路和下三路的MOS管驱动电路给出有选择性的打开与关闭信号，以完成对电机的换向。同时，根据开关控制的输入电压大小将相应脉冲宽度的载波信号与下三路MOS管导通信号混合，以达到控制从动车轮永磁电机速度的目的。MOS管驱动电路将PWM信号整形放大，提供给MOS。上三路三个MOS管的驱动电平要求高于电池供电电压，因此MOS驱动电路具有升压功能，将上三路的MOS管导通信号变成高于电池电压的超高方波信号。MOS管导通时间与关闭时间，受导通信号与PWM信号合成的混合信号控制。欠压保护电路是当电池电压降低到控制器设定值以下时，PWM芯片停止了PWM信号的输出，以保护电池不至于在低电压情况下放电，并立即关停复位。限流保护（或过流保护）电路是对控制器输出的最大电流进行限制，以保护电池、控制器、电机等不会出现允许范围以上的大电流。

本发明与市场上现有同类设备具有明显不同，其中：现有设备所使用的普通车轮相比，有效的利用自行车人力骑行再生电能能源，达到了发电再生电能，控制标定值的85%储存能量，就可以利用所发的电量供给自行车发电与驱动两用永磁车轮电机驱动自行车行驶，达到了再生能量和锻炼身体的双重功能，无疑是未来的发展趋势，车轮发电与驱动双重结合也符合人们的爱好。自行车发电与驱动交直两用的永磁车轮电机，在不影响它原有功能的前提下，加上再生能源和驱动附加功能，可以提高其使用价值。保证了永磁车轮电机人力骑行再生电能，再由电能转化为驱动机械能的循环性全过程。

本发明自行车发电与驱动交直两用的永磁车轮电机的定义用途：自行车等人力驱动的小型自行车辆等。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作出任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。