электромеханическое устройство для колес транспортных средств

Формула изобретения

Электромеханическое устройство для колеса транспортного средства, содержащее генератор, расположенный на элементе вращающегося колеса, и содержащий закрепленный на элементе колеса соосно с колесом статор и цилиндрический ротор, на концевом участке вала которого закреплен эксцентрично расположенный груз, предотвращающий ротор от вращения, а также содержащее размещенный на элементе колеса осветительный узел, содержащий источники световой энергии, образующие необходимые информационные или декоративные символы и электрически соединенные с выводами обмотки статора генератора, отличающееся тем, что генератор выполнен в виде генератора переменного тока, а источники световой энергии в виде светодиодов, параллельно соединенных между собой и подключенных к выводам обмотки статора генератора через диод, катод которого подключен к анодам светодиодов, причем генератор и осветительный узел размещены в одном корпусе, указанный корпус выполнен съемным относительно колеса транспортного средства и является защитным колпаком колеса транспортного средства, а светодиоды размещены на лицевой поверхности указанного колпака.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, в частности к генераторам электрической энергии для преобразования кинетической энергии вращающегося колеса транспортного средства в электрическую энергию для ее потребителей, установленных на этих колесах, в частности источников световой энергии, установленных на колесах транспортных средств.

Известен генератор постоянного тока, в частности осветительный генератор для велосипедов [1] Этот генератор содержит неподвижный статор и вращающийся за счет вращения колеса ротор. По обмотке статора протекает электрический ток, который поступает на осветительное устройство, установленное на велосипеде. Недостатком такого генератора и его установки на велосипеде является трудность подачи электрической энергии на колесо, вращающееся относительно корпуса при размещении каких-либо световых индикаторов (источников световой энергии на вращающемся колесе).

Наиболее близким к заявленному техническому решению является осветительное устройство для колеса транспортного средства [2] Это устройство содержит закрепленные на элементе колеса транспортного средства генератор и осветительный узел с источниками световой энергии (лампами), выполняющими информационную или декоративную роль. Генератор содержит статор, закрепленный на элементе колеса соосно с колесом и вращающийся вместе с ним и невращающийся ротор с эксцентрично расположенным на концевом участке его вала грузом. Этот эксцентрично расположенный груз служит для препятствия вращению ротора при вращении колеса и статора. При движении транспортного средства через выводы обмотки вращающегося вместе с колесом статора электрическая энергия передается на источники света, также вращающиеся вместе с колесом. Статор и источники света в этом случае неподвижны друг относительно друга.

Однако при вращении колеса транспортного средства информативная роль осветительного узла крайне невелика из-за неустойчивости создаваемого изображения.

Задачей изобретения является получение устойчивого невращающегося изображения информативного или декоративного характера на вращающемся колесе транспортного средства при его движении за счет стробоскопического эффекта, а также простота монтажа и демонтажа на колесе транспортного средства с совмещением функций защитного колпака.

Этот технический результат достигается тем, что в устройстве ближайшего аналога генератор выполнен в виде генератора переменного тока, а источники световой энергии в виде светодиодов, соединенных между собой параллельно и подключенных к выводам обмотки статора генератора через диод, катод которого подключен к аноду светодиодов, причем генератор и осветительный узел размещены в одном корпусе и этот корпус выполнен съемным относительно колеса транспортного средства и является защитным колпаком колеса транспортного средства, а светодиоды размещены на лицевой поверхности этого колпака.

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство и его крепления к колесу транспортного средства; на фиг. 2 электрическая схема осветительного узла и его подключение к выводам обмотки статора генератора; на фиг. 3 пример размещения осветительного узла на колесе транспортного средства.

К ступице 1 транспортного средства (например автомобиля) самоцентрирующимися болтами 3 крепится корпус 4, в котором установлены генератор 5 переменного тока и осветительный узел 6. Генератор 5 переменного тока содержит статор 7, вращающийся вместе с колесом транспортного средства при его движении, и ротор 8, расположенный внутри статора соосно с ним. На концевом участке вала 9 ротора 8 закреплен с помощью штифта эксцентрично расположенный груз 10. При вращении колеса транспортного средства и вместе с ним статора генератора эксцентрично расположенный груз 10 препятствует вращению ротора 8 и во время движения транспортного средства он является неподвижным (невращающимся) относительно колеса транспортного средства. Статор генератора переменного тока установлен так, чтобы обеспечить максимальное совпадение геометрических осей колеса транспортного средства и ротора генератора. Статор 7 генератора переменного тока содержит обмотку 11 с выводами 12 и полюса (оптимальное их количество для такого генератора 8). Полюса на чертеже не указаны. Ротор 8 генератора переменного тока является цилиндрическим постоянным магнитом, расположенном на валу 9. Выводы 12 обмотки статора подключаются к выводам 13 осветительного узла 6. Ротор установлен внутри корпуса на подшипниках 14 и 15. Осветительный узел 6 (см. фиг. 2, 3) содержит светодиоды 16, образующие необходимые невращающиеся информационные или декоративные символы на лицевой части корпуса 4 при вращении колеса. Отображающаяся информация может представлять собой, например, государственный знак автомобиля, номер маршрута автобуса или декоративный рисунок 6, выполняющий роль габаритных огней и т. д. Светодиоды 16 электрически соединены между собой параллельно и через диод 17 и резистор 18 подключены к выводам 12 обмотки генератора 5 переменного тока (можно использовать светодиоды марки АЛ1307БМ/АМ/ и диод КД522Б/А/). Резистор и диод служат для ограничения напряжения, подаваемого на светодиоды, в связи с тем, что при увеличении оборотов колеса напряжение, подаваемое на светодиоды, увеличивается. Катод диода при данной схеме подключения соединен с анодом светодиода. Светодиоды 16 могут образовывать государственный знак транспортного средства, как это отражено на фиг. 3, который будет виден в темное время суток и будет неподвижен относительно вращающегося колеса 2. Светодиоды защищены от грязи, дождя, снега и механических ударов прозрачным экраном 19, расположенном на лицевой части корпуса.

Устройство работает следующим образом.

При движении транспортного средства происходит вращение колес 2. Вместе с колесом 2 вращается корпус 4 электротехнического устройства со статором 7 генератора 5 переменного тока. Ротор 8 генератора при вращении колеса 2 и статора 7 не вращается относительно колеса и статора. Его удерживает от вращения эксцентрично закрепленный на концевом участке вала 9 ротора 8 груз 10. При вращении статора 7 в его обмотке наводится ЭДС и через выводы 12 обмотки статора ток переменной частоты подается на выводы 13 осветительного устройства 6, закрепленного в корпусе, и на светодиоды 16. В светодиодах 16 электрическая энергия преобразуется в световую энергию. Светодиоды 16 работают только от половины синусоиды переменного тока, подаваемого с выводов генератора переменного тока. То-есть, светодиоды срабатывают на каждый следующий с интервалом импульс в половину синусоиды. В результате этого свечение светодиодов будет носить прерывистый (импульсный) характер, причем каждый светодиод будет обеспечивать режим свечения в определенный промежуток времени. Частота повторения импульсов будет определяться частотой вращения колеса.

При движении транспортного средства с определенной скоростью вращение светоколпака на колесе транспортного средства и "мигании" установленных на нем светодиодов с определенной частотой вращения колеса будет наблюдаться стробоскопический эффект, т.е. эффект неподвижности изображения, образованного вращающимися светодиодами.

При включении светодиодов параллельно навстречу друг другу будет наблюдаться двойной стробоскопический эффект оптическое изображение, создаваемое светодиодами 16"" будет смещаться на 45 градусов относительно светодиодов 16". Поэтому для получения несимметричного рисунка или надписи светодиоды, образующие необходимый рисунок или надпись, должны подключаться и работать только от одной половины синусоиды переменного тока, подаваемого с генератора переменного тока.

Встречно-параллельное соединение светодиодов позволяет использовать для передачи необходимой информации как верхнюю, так и нижнюю части синусоиды переменного тока, т. е. максимально рационально использовать электрическую энергию, вырабатываемую генератором.

В связи с этим при конструировании рисунка или надписи необходимо учитывать эти особенности и варьировать не только расположение групп светодиодов, образующих рисунок или надпись на лицевой поверхности декоративного светоколпака со стробоэффектом, но и вид их подключения (встречно-параллельное, параллельное, последовательное и т.д.), а также различные варианты их комбинирования в электросхемах.

В связи с тем, что при увеличении оборотов колеса напряжение питания светодиодов также увеличивается, электрическая схема управления работы светодиодами сводится к ограничению И^пр и И_обр подаваемого на них напряжения.

Устойчивость стробоскопического эффекта на декоративном колпаке колеса автомобиля связана с прямой зависимостью частоты включения выключения светодиодов от частоты вращения колеса автомобиля для питания ею установленных на колпаке в виде предполагаемого невращающегося светящегося рисунка или надписи, светодиодов, преобразующих электрическую энергию переменного тока и частоты в световую энергию с созданием на вращающемся колесе автомобиля стробоскопического эффекта (невращающегося светящего рисунка или надписи на вращающемся колесе автомобиля).

Скорость транспортного средства, при которой знак идентифицируется 20 - 30 км/ч и до 160 км/чс (или максимально возможной в зависимости от вида транспортного средства). Параметры светодиодов, их количество, способ их подключения и питания, вид и мощность генератора подобраны именно для обеспечения надежной работы в этом интервале.