旋转车轮中的动能驱动的固定发电机的制作方法

本发明涉及在旋转轮毂内发电。更具体地，本发明涉及在旋转轮毂内提供固定壳体，以使动能驱动的发电机能够在旋转车轮内运行。

背景技术：

1、由内燃机驱动的车辆使用交流发电机产生交流电，并使用二极管整流器将交流电转换为直流电。交流发电机通过带轮将内燃机的机械能传递至其旋转轴，从而转换为电能。目前，传统的交流发电机在不具有内燃机的电动车辆中无法使用。

2、轮毂发电机在现代自行车中很常见，其将小型发电机内置在自行车车轮的轮毂中，通常用于为车灯供电。直流发电机可设置在前轮、踏板轴和后轮中。这些发电机具有固定至自行车车架的固定部分。

3、车载轮毂马达在19世纪90年代末很流行，其可采用直接驱动或行星齿轮来实现。轮毂马达通过轴向的内转子或外转子设计来使得车轮旋转，并采用有刷或无刷换向器设计。这些设计同样具有固定至车辆车架的固定部分。

4、自行车轮毂发电机和车辆轮毂马达被设计用于发电，以供附接至车架的装置使用。

5、保持适当的轮胎压力对轮胎寿命和行车安全至关重要，但许多驾驶员容易忽视或忽略这一点。目前已有安装至车辆轮毂的空气压缩机。当前市售产品为叶轮与壳体一体的离心式压缩机，仅限于长途运输使用。其效率低下的原因在于无法在中心叶轮旋转的同时保持扩压器固定。旋转的叶轮为吸入的空气增加速度，而固定的扩压器则将动能转化为势能，从而提高空气压力。

6、将导线从车辆电源连接到行驶车轮的旋转轮毂，并在轮毂内安装独立的磁性直流发电机或交流发电机，面临的最大挑战是保持固定壳体以及导线连接。

7、由于向车轮提供充足电能受到限制，目前人工智能技术的先进应用仅限于电池供电的蓝牙胎压监测系统（tpms）传感器，即监测车辆充气轮胎内部气压的轮胎压力监测系统。

8、根据物理学定律，禁止将发电机固定在车轴/传动轴上以试图制造永动机。固定在车轴/传动轴上的发电机虽然能够发电，但其产生的电能少于运行发电机所消耗的能量。能量守恒定律指出，宇宙中的总能量不会改变。能量既不会被消灭，也不会凭空产生，而只能改变形式，例如从化学能（例如储存在电池中）转化为机械能（例如旋转的车轮）。

9、专注于为电动和混合动力汽车行业的新创企业提供支持的公司osvehicle于2022年11月7日发表观点指出，利用汽车车轮发电是一项前景可观的新技术，具有提供清洁可再生能源的潜力。该技术通过利用汽车车轮的动能来驱动发电机，发电机进而产生电能。所产生的电能可用于为汽车供电，也可储存在电池中供以后使用。该技术目前仍处于发展的早期阶段，但有可能彻底改变我们为汽车和家庭供电的方式。

10、位于旁遮普省贾朗达尔市（jalandhar, punjab）的拉夫里科技大学（lovelyprofessional university）机械工程学院的gavendra norkey博士及其五位同事在《国际工程与技术研究杂志（irjet）》（international research journal of engineering andtechnology（irjet））2021年4月第08卷第04期上发表了题为《从车辆的旋转车轮发电（generating electricity from rotational wheels in vehicles）》的论文。德根多夫理工学院（deggendorf institute of technology）的srikar dasari博士提到了利用车轮动能发电。该论文包括一种利用车轮动能发电的原型车轮发电机。

11、目前通过再生制动将车轮动能转换为电能的现有技术已经取得成功。特斯拉和丰田普锐斯在从车轮运动到完全停止的制动过程中，能够将70%的动能转换为电能。

12、另一种正在开发的方法是将摩擦能转换为电能，其通过称为电磁感应的过程实现。该过程包括使磁体穿过线圈从而产生电流。摩擦被用于使磁体运动，从而将轮胎摩擦的能量转换为电能。

13、因此，需要一种稳定机构，使旋转轮毂内的发电机能够在车辆行驶时利用车轮的动能发电。

技术实现思路

1、本发明提供一种稳定机构，该稳定机构可被结合到车轮中以构成直流发电机或交流发电机。在车轮运动时，所产生的电能可被传输至轮毂内的电池，或者经由穿过轮毂盖上的固定环的导线被传输至车辆电池。

2、本发明的优选实施方式始于被定位在车轮中心的中空圆筒。中空圆筒内部设置有固定壳体，固定壳体内容纳带有旋转发电机轴的发电机。发电机轴被定位在在中空圆筒的中心轴线上，并被旋转固定至中空圆筒，从而当中空圆筒旋转时，发电机轴旋转。

3、为了使固定壳体在中空圆筒旋转时保持固定，在固定壳体的至少一侧（但优选两侧）旋转固定有延伸管。延伸管允许发电机轴穿过其中心并在延伸管内自由旋转。在这种构型中，中空圆筒和发电机轴可以旋转，而固定壳体则相对于中空圆筒和发电机轴在旋转方向上是自由的。为了提供附加的结构支撑，机械间隔件可被旋转固定至中空圆筒，并在被安装至延伸管的轴承上旋转。

4、为了帮助保持固定壳体固定，每个延伸管上安装有容纳多个齿轮的齿轮箱。在齿轮箱内，第一齿轮被旋转固定至与发电机轴。第一齿轮与若干中间齿轮旋转接合，中间齿轮与反向轴承旋转接合，反向轴承被旋转固定至延伸管。该齿轮箱被构造成：当发电机轴相对于固定壳体顺时针旋转时，反向轴承的外圈逆时针旋转。这样，在轮毂旋转时固定壳体保持固定。

5、风扇叶片可被安装到中空圆筒上。风扇叶片在旋转时可引导空气进入中空圆筒内部进行冷却。设置风扇叶片的优选方式是在发电机轴上安装三圈滚子轴承。三圈滚子轴承的内圈应旋转固定至发电机轴。固定环被安装在三圈滚子轴承的外圈与外轴承之间，从而能够相对于旋转的中空圆筒保持固定。风扇叶片被旋转固定至中空圆筒以及外轴承的外圈，使风扇叶片能够随轮毂一起旋转并将空气导入轮毂。

6、或者，可以采用与风扇叶片实施方式相同的基本组件来构造空气压缩机。但不设置风扇叶片，而是在外轴承的外圈与中空圆筒之间安装集流器。叶轮可被连接至发电机轴，扩压器可被连接至固定环。这样，叶轮和集流器随中空圆筒同步旋转，而扩压器保持固定。这种构型形成了可用于保持轮胎气压的离心式空气压缩机。

7、固定环的构型使得被定位在固定环上的出口在中空圆筒旋转时保持固定。这样，可以在中空圆筒内的发电机与设置在圆筒外部的电池（例如车辆电池）之间建立电连接。这可以通过穿过该出口并将发电机与电池连接起来的电连接来实现。

1.一种用于发电的旋转轮毂，包括：

2.根据权利要求1所述的旋转轮毂，还包括：

3.根据权利要求1所述的旋转轮毂，还包括：

4.根据权利要求1所述的旋转轮毂，还包括：

5.根据权利要求1所述的旋转轮毂，还包括轮毂法兰，所述轮毂法兰被旋转固定至所述中空圆筒的第一端，并且被连接至车辆的车轴法兰。

6.根据权利要求1所述的旋转轮毂，还包括所述发电机与被定位在所述中空圆筒内的电池之间的电连接。

7.根据权利要求6所述的旋转轮毂，还包括导体，所述导体将所述发电机连接至无线传输充电线圈。

8.根据权利要求7所述的旋转轮毂，还包括传输充电线圈，所述传输充电线圈被旋转固定至所述发电机轴、所述中空圆筒或所述机械间隔件中的至少一者。

9.根据权利要求1所述的旋转轮毂，还包括所述发电机与被定位在所述中空圆筒外部的电池之间的电连接。

10.根据权利要求9所述的旋转轮毂，所述电连接包括导体，所述导体穿过被定位在固定环上的出口。

11.根据权利要求10所述的旋转轮毂，还包括所述出口与所述电池之间的可伸缩连接。

12.一种用于发电的旋转轮毂，包括：

13.根据权利要求12所述的旋转轮毂，还包括被定位在所述固定环上的出口。

14.根据权利要求12所述的旋转轮毂，还包括电池与被定位在所述旋转轮毂内的发电机之间的电连接，所述电连接穿过所述出口。

15.根据权利要求13所述的旋转轮毂，还包括所述出口与通往所述电池的所述电连接之间的可伸缩连接。

16.根据权利要求12所述的旋转轮毂，所述风扇叶片被构造成引导空气进入所述中空圆筒的内部。

17.根据权利要求16所述的旋转轮毂，还包括车轮轮毂法兰以及穿过所述车轮轮毂法兰的排气口。

18.根据权利要求17所述的旋转轮毂，还包括被连接至所述中空圆筒的空气过滤器，所述空气过滤器与所述车轮轮毂法兰相对。

19.一种用于发电的旋转轮毂，包括：

20.根据权利要求19所述的旋转轮毂，还包括将所述集流器连接至可充气轮胎的软管。

21.根据权利要求20所述的旋转轮毂，还包括将所述集流器连接至可充气轮胎的第二软管。