发电机结构制造技术

一种发电机结构，其包括至少一磁铁，所述磁铁具有两极以上充磁极数；以及，至少一爪极组，其是由相互穿插设置的一组内爪极与一组外爪极构成，所述内爪极与所述外爪极是用以导引磁通；所述内爪极连接一外径小于所述磁铁的铁心，用以导通内爪极与所述外爪极的回路；于所述铁心外缠绕设置一螺线管线圈；所述内爪极或外爪极的爪数各为磁铁充磁极数的一半，当磁铁与爪极相对运动时，通过螺线管内的磁通量产生连续变化，产生感应电动势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种发电机结构，特别涉及一种具有扁平圆形或其它几何形式的 多极充磁磁铁，配合与铁心整合为一体，以及包覆于螺线管外部的爪极组的发电 机设计，其整体设计简洁、制作容易、体积小，相对地在低转速即可有良好的电 压输出表现，适用于发电机应用或制造等相关

技术介绍
随着少电池化运动的推广，微小化高效能发电机的设计成为重要的课题，其 中一个产品实例就是自行车发电机，而花鼓内藏式发电机公认是阻力较小、较美 观的设计方式，在花鼓有限的空间里，配合自行车照明相关规范，必须达到低速(时速5Km/h左右)即可驱动12Q(奥姆)的灯泡微亮，而且在较高车速时能够抑制电压 上升的效果，因此多极的设计成为产品型态的主流。现行花鼓式发电机的结构源自于英国Sturmey-Archer公司提出的共轭多爪极 设计，如美国专利号5,769,750 「Epicyclic Change Gear System」，以及美国专利 号5，813，937 「Epicyclic Change Speed Gear System」，分别揭露两款该公司申请的 共轭多爪极发电机结构，并分别主张英国专利GB9409844、 GB9304189优先权； 所述共轭多爪极发电机结构的特点是采用圆管状磁铁包覆相互穿插设置爪极的基 本架构，且所述基本架构被广泛应用于各式发电机中，如图1及图2所示中国台 湾专利申请号第94109740号「轮毂发电机及自行车」，所述案同时主张日本专利 特开2001-327139优先权，其揭露一种轮毂发电机10，在轮毂体12内侧配置有永 久磁铁14，在轮毂轴11具有使与永久磁铁14磁极相向的多个极片74、 75设于 周面上的2个定子芯16、 17以及配置在定子芯16、 17间的巻绕线圈22，通过夹 持定子芯16、 17而设于轮毂轴11上的定位构件30、 31，使2个定子芯16、 17 定位固定在轮毂轴ll上，其特征在于，所述定子芯16、 17上开设有自贯穿轮毂 轴11的孔13朝向外周缘的凹槽孔15，在两定子芯16、 17与定位构件30、 31间 中介有绝缘物80而使定子芯16、 17凹槽孔15防止定位固定构件侧导电体跨接定子芯16、 17;所述结构以共轭多爪极设计为基础，其特征仅在于设有所述凹槽孔15，藉以抑制(阻断)涡电流的产生，提高发电效率，然而，上述共轭多爪极设计的发电机结构虽广泛沿用已久，然始终存在以下许多弊端1、 磁铁为圆管状包覆于定子芯外，体积庞大且制作成本高；2、 磁力线经过极片(爪极)导引经过两次以上几何方向的转折，因而降低通过 螺线管铁心的磁通量；3、 因为定子芯必须制作3D造形，且磁通导引转折次数两次以上，且各极片 (爪极)之间的磁场容易互相干扰，使得整得效率偏低。请续参阅图3，中国台湾专利申请号第92137088号「发电花鼓」，所述发电 花鼓是由一本体2、 一线圈座3、 一线圈组4、 一铁芯5、 一包脚组6、 二磁块7 以及一轴承心轴8构成，所述专利揭露传统发电花鼓1的结构，如图4所示，其 是由一本体11、 一线圈座12、 一线圈组13、 一铁芯14、 一包脚组15、 一磁环16 以及一轴承心轴17所构成，所述专利指出传统所述发电花鼓1具有两大缺失，一 者为由于所述铁芯14、线圈座12、线圈组13、包脚组15及所述磁环16是由内 而外层层环覆于所述本体11内，使得所述发电花鼓1的体积无法有效縮减，二者 为传统铁芯14于安装时，必须以一片一片的硅钢片141相叠，其过程繁复、浪费 时间且不合经济效益；因此，所述专利的结构特征之一(权利要求l)是舍弃传统圆 管状磁铁，而沿所述轴线方向X排列于所述包脚组6的两轴向侧分别贴靠一磁块 7，藉此达到縮减所述本体2径宽及体积的目的，据此可知，所述本体2实际所能 减少的径宽应为磁铁厚度的两倍，然而值得注意的是，相互比对图3与图4，除 了磁环16转换为磁块7之外，所述包脚组6、 15的外型完全不同，所述包脚组6 虽环绕设有多个径向延伸的爪极，然而所述爪极并不弯折，亦即所述两片包脚组 6是被分离设置于所述线圈组4的轴向两侧，其爪极并不相互穿插，此一有异于 传统包脚组15的结构设计，所述专利于说明书中完全无任何文字提及，然而，对 于熟悉所述类发电花鼓技艺的人士却可轻易得知，所述包脚组6的结构具有严重 缺失且不具有实施性，其原因在于，由于所述爪极因间隔设置，故仅能利用到两 端磁块7的各一半表面积，其余未与包脚组6对应的磁块7会产生回路问题，反 而导致发电效率严重降低；另针对传统铁芯14的安装问题，所述案提出可于出厂 前预先通过固定销52定位硅钢片51使成为一铁芯5，藉此提升组装的简便性， 节省组时间，然同样地，对于熟悉所述类发电花鼓技艺的人士而言，所述做法亦不具可行性，其原因在于，图4所示传统硅钢片141堆栈后的厚度方向是与磁力 线(亦即所述轴线方向X)垂直，如此方能造成有效导磁效果，此堆栈方式广泛应 用于一般变压器、马达等装置中，且属于基本电原理，若依图3所示所述硅钢片 51，由于其堆栈方向及其形成的厚度是与磁力线(亦即所述轴线方向X)平行，反 而会造成磁滞与涡流损发热；据此可知，若为縮减体积、提升组装简便性而导致 发电效率严重降低，实不符合一般业者所期望，所述案结构实际上并不具有进步 性，故于市面上并未见有相同或相似结构的发电花鼓。请续参阅图5，美国早期公开专利20040135452号「Flat Rotary Electric Generator」，所述专利提供一种扁平式回转发电机设计，每一个对应的磁极组2 会配合一个螺线管线圈1，由于所述螺线管线圈1绕线有一定的尺寸限制，当采 取多极设计配置时，必须考虑中空部分直径等分后的尺寸大小，故整体直径很难 有效縮小，若为提高发电功率，则又必须将体积加大，因此，所述结构无法兼顾 电池微小化及功率密度的达成。由上述各专利前案结构可知，由于花鼓发电机容易与滚子煞车整合为一体， 适合自行车组装厂大量组装用，因此，改良现有花鼓发电机的效率并降低成本具 有重大的意义，进而可应用于自发电液晶电视等研发项目；再者，健身自行车等 产品所使用的电磁控制阻力系统，通常系统会内建一个发电机，若可把这种高效 能自行车发电机的设计用在这种场合，亦可解决发电效率与成本等问题；此外， 小型发电装置可以作为随身电子产品的电源，例如口袋内、鞋底或鞋面、眼镜、 手表等，亦可作为紧急用电时的需求，例如照明或收音机及通讯等用品的电源， 如何在有限的空间内产生足够的发电功率且成本合理，成为微小携带型发电装置 能否大量被推广的重要关键
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种发电机结构，其具有扁平圆形或其它几何形式的 多极充磁磁铁，配合与铁心整合为一体，以及包覆于螺线管外部的爪极组，整体 设计简洁、制作容易、体积小，相对地在低转速即可有良好的电压输出表现。为达到上述目的，本专利技术提出一种发电机结构，其包括至少一磁铁，其具有两极以上充磁极数；至少一爪极组，是用以导引磁通，其是由一组内爪极与一组外爪极构成，所述内爪极与所述外爪极是相互穿插设置；一铁心，是与所述内爪极相连接，用以导通内爪极与所述外爪极的回路； 一螺线管线圈，是缠绕设置于所述铁心外。较佳地，所述磁铁是呈扁平圆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发电机结构，其特征在于，包括有：至少一磁铁，其具有两极以上充磁极数；至少一爪极组，是用以导引磁通，其是由一组内爪极与一组外爪极构成，所述内爪极与所述外爪极是相互穿插设置；一铁心，是与所述内爪极相连接，用以导通内爪极与所述外爪极的回路；以及一螺线管线圈，是缠绕设置于所述铁心外。

【技术特征摘要】
1.一种发电机结构，其特征在于，包括有至少一磁铁，其具有两极以上充磁极数；至少一爪极组，是用以导引磁通，其是由一组内爪极与一组外爪极构成，所述内爪极与所述外爪极是相互穿插设置；一铁心，是与所述内爪极相连接，用以导通内爪极与所述外爪极的回路；以及一螺线管线圈，是缠绕设置于所述铁心外。2. 如权利要求1所述的发电机结构，其特征在于所述磁铁是呈扁平圆板状， 其充磁极数是环绕其中心且径向分区设置。3. 如权利要求1所述的发电机结构，其特征在于所述铁心外径是小于所述 磁铁的外径，所述内爪极是以所述铁心为中心径向向外延伸。4. 如权利要求1所述的发电机结构，其特征在于所述磁铁是单片设置，于 所述内爪极与所述外爪极之间设有一衔接件，所述衔接件为一环体，所述环体具 有相互连接的一内环侧以及一外环侧，所述内环侧是与所述铁心相连接，所述外 环侧是与所述外爪极相连接，由此所述磁铁、外爪极、内爪极以及所述铁心构成 一磁力回路。5. 如权利要求4所述的发电机结构，其特征在于所述磁铁为偏磁极多极充磁。6. 如权利要求1所述的发电机结构，其特征在于所述磁铁是双片设置，且 所述双片磁铁之间具有一定间距，每一片磁铁均相对应于一组爪极组。7. 如权利要求6所述的发电机结构，其特征在于所述双片磁铁是连接于一中空管状的第一连接件的轴向两端，通过所述第一 连接件驱动所述两片磁铁同步转动；所述两组爪极组的外爪极是连接于一中空管状的第二连接件的轴向两端，所 述第二连接件的外径是小于所述第一连接件的内径，通过所述第二连接件驱动所 述两组外爪极同步转动。8. 如权利要求1所述的发电机结构，其特征在于所述爪极组及所述铁心为 纯铁、硅铁或硅钢材质其中之一或其组合。9. 如权利要求1所述的发电机结构，其特征在于所述爪极组是利用冲压、 铸造的金属加工方式一体成型或采用叠层的组合方式制成。10. 如权利要求1所述的发电机结构，其特征在于所述外爪极、所述内爪极 是采用硅钢片堆栈而构成。11. 如权利要求l所述的发电机结构，其特征在于所述外爪极、...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭文阳，张复瑜，郑庆祥，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]