CN101423081A - 车辆发电装置 - Google Patents

Abstract

一种车辆发电装置，包含有线圈架、磁性转盘及转速响应组件。车辆发电装置由车辆的车轮带动产生一电能，其中车轮旋转的转速会变化。线圈架固定于车辆上且具有感应线圈组。磁性转盘相对于感应线圈组设置位移，并且具有一磁场，而磁场与感应线圈组具有一磁力线交错范围。转速响应组件被车轮带动而连动磁性转盘旋转，使感应线圈组切割磁场而产生电能。当车轮旋转的转速改变时，转速响应组件会连动磁性转盘位移改变磁力线交错范围，以稳定感应线圈组产生的电能。

Description

车辆发电装置

技术领域

本发明与利用车轮转动来进行发电的发电机有关，特别是涉及一种应用于自行车上的车辆发电装置，其能够防止发电装置输出的电能过载。

背景技术

一般的自行车上并不像摩托车或汽车具有电力供应设备，如车用电池、发电机等等，所以装设在自行车上的发光灯具或是其他电器设备都只能通过装设电池来供应自身所需的电能。随着科技的进步，逐渐发展出各种可以将机械能转换成电能的简易发电机具。这些简易发电机具由于在使用过程中不会造成环境污染，而且还能够达到节省能源的效果，所以被越来越广泛地运用，其中也包括了专门应用于自行车上的电磁式发电机。目前市面上自行车所安装的电磁式发电机大多是配合自行车的车轮来设置，以通过骑乘者踩踏使车轮转动来带动发电机进行发电，例如轮毂式电磁发电机。

电磁式发电机利用电磁效应来产生电能，而且一般的电磁式发电机大多包含有感应线圈与永久磁铁。感应线圈或永久磁铁其中之一会因车轮转动而被带动并旋转，使感应线圈与永久磁铁产生相对运动。于是，相对运动使磁铁的磁场相对于感应线圈连续地变化，而在感应线圈上产生感应电流。接着，只要将感应线圈产生的感应电流以电线电性连接至电器设备，即可将感应电流输入电器设备而进行供电。

前述电磁式发电机是由自行车的车轮来带动发电，所以其发电电能是与自行车的行驶速度成正比，也就是电磁式发电机的发电电能是与车轮的旋转速度成正比。当自行车行驶于较低速度时，发电电能便会比较小，而当自行车行驶于较高速度时，发电电能便会相对地比较大，使发电电能会因车速改变而忽大忽小。然而，自行车上由电磁式发电机进行供电的电器设备都需要稳定的电能供应，例如发光灯具等等。若是电磁式发电机的发电电能超过电器设备所能负荷的电能，便有可能对于电器设备造成损坏。于是，市面上便出现许多配置有稳压电路的电磁式发电机，可防止发电电能过大，但绝大多数是通过电子器件的电路配置来实现。稳压电路的电路配置虽然能够达到稳定电压的效果，但另一方面却将电磁式发电机的制造成本提高不少，连带的影响到整辆自行车的售价。

发明内容

公知自行车中利用车轮发电的发电机必须装配电子器件来防止输出电压过大，使得发电机及自行车的制造成本过高。有鉴于此，本发明的目的在于提供一种车辆发电装置，以改善目前自行车上发电装置所存在的问题。

为解决前述的问题，本发明提供一种车辆发电装置，装设于一车辆上，该车辆可为但不局限于一自行车。本发明所揭露的车辆发电装置是由车辆的一车轮带动而产生一电能，其中车辆的车轮旋转的转速位于一第一转速与一第二转速之间。这种车辆发电装置包括有一线圈架、一磁性转盘及一转速响应组件。线圈架固定于车辆上，而且线圈架上绕设有至少一感应线圈组。磁性转盘对应感应线圈组而设置，并且位移在一第一位置与一第二位置之间。磁性转盘具有一磁场，磁场与感应线圈组具有一磁力线交错范围，其中磁性转盘位于前述第一位置时的磁力线交错范围大于磁性转盘位于前述第二位置时的磁力线交错范围。转速响应组件受车轮旋转而连动磁性转盘旋转，使得感应线圈组切割磁场而产生前述的电能，当车轮的旋转速度自前述第一转速变化至前述第二转速时，转速响应组件则连动磁性转盘自第一位置移至第二位置。

本发明的功效在于，转速响应组件反映自行车车轮不同转速，而改变磁性转盘与感应线圈组的相对位置，使磁性转盘与感应线圈组的磁力线交错范围会因不同的车轮转速自动进行调整，进而能够使发电单元所产生的电能稳定并维持于一定水平，而且转速响应组件的材料成本低廉，可以在考虑零件可靠性的前提下进一步降低车辆发电装置的制造成本。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明车辆发电装置装设于自行车的立体示意图；

图2为本发明车辆发电装置与自行车车轮的配置示意图；

图3为本发明车辆发电装置的立体分解图；

图4为本发明车辆发电装置的立体示意图；

图5为本发明车辆发电装置的运转示意图；

图6为本发明车辆发电装置的运转示意图。

其中，附图标记

10...................................车辆

11...................................支架

12...................................车轮

13...................................电力线

14...................................电器

20...................................固定组件

21...................................夹具

22...................................悬臂

23...................................壳体

231.................................轴承

30...................................发电组件

31...................................线圈架

32...................................磁性转盘

33...................................感应线圈组

50...................................转速响应组件

51...................................旋转轴

52...................................滚轮

53...................................离心器件

54...................................弹性器件

55...................................连杆组

551.................................第一连杆

552.................................第二连杆

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

请参阅图1、图2及图3所示，为本发明所提供的车辆发电装置，其中车辆发电装置包含有一固定组件20、一发电组件30(图3)及一转速响应组件50(图2)。此种车辆发电装置装设于一车辆10上，而车辆10可为但不局限于一自行车。车辆10具有一支架11及一车轮12，其中车轮12枢设于支架11上，使车轮12可以相对于车辆10旋转。车轮12在车辆10行驶时会转动，且车轮12旋转的转速会因车辆10的速度变化而变化于一第一转速与一第二转速之间，进而带动发电组件30发电产生一电能。在本发明的具体实施中，车轮12的第一转速对应于车辆10行驶于较低的速度，而车轮12的第二转速则对应于车辆10行驶于较高的速度。车辆发电装置所产生的电能通过一电力线13输出，以供应一装设于车辆10上的电器14运作所需的电能，其中电器14可为但不局限于一发光灯具。

请再参阅图2、图3及图4所示。固定组件20装设于车辆10的支架11上，而且固定组件20包含有一夹具21、一悬臂22及一壳体23。夹具21利用螺丝锁固的手段夹固于车辆10的支架11上，以将固定组件20固定于支架11上，但是固定组件20与支架11的固定方式并不以螺丝锁固为限。悬臂22具有一第一端及一第二端，其中悬臂22的第一端自夹具21下缘延伸出，以通过夹具21将悬臂22固定于支架11上。悬臂22弯曲沿车轮12的径向朝外继续延伸，以在夹具21一侧构成具可挠性的支撑结构。壳体23固定于悬臂22的第二端，以利用夹具21与悬臂22将壳体23固定于支架11上，并且使壳体23位于车轮12的一侧。壳体23的内部呈中空，以供发电组件30及转速响应组件50装设。壳体23由两盖体组装而成，而且壳体23两侧分别设置有一轴承231。

请继续参阅图3、图4、图5及图6。发电组件30装设于壳体23中而位于悬臂22的第二端，通过夹具21及悬臂22固定于车辆10的支架11上，其中发电组件30包含有一线圈架31及一磁性转盘32。线圈架31固定设置于壳体23中，通过悬臂22及夹具21固定于车辆10上。线圈架31的外缘具有多个感应线圈组33，其中各感应线圈组33分别由一导线沿磁性转盘32的一径向绕设于线圈架31的外缘。在线圈缠绕之下，各感应线圈组33内部就会形成一由线圈包围的封闭区域。虽然本发明中仅以四个感应线圈组33为具体实施方式，但是感应线圈组33的设置数量可依实际需求增减，例如设置二个或四个以上的感应线圈组33。

磁性转盘32为一具有二对相异的磁极的圆盘形磁铁，对应于感应线圈组33而设置，而且磁性转盘32可相对于感应线圈组33位移至一第一位置(图5)与一第二位置(图6)之间。磁性转盘32位于第一位置时其大部分收容于线圈架31中，而磁性转盘32位于第二位置时其一部分露出线圈架31外。磁性转盘32上相邻的磁极不相同，其中磁性转盘32也可以是只具有一对相异的磁极，或者是具有二对以上相异的磁极。磁性转盘32上因不同磁极而产生一分布于磁性转盘32周围的磁场，其中磁性转盘32的磁场与感应线圈组33重叠，使磁场的磁力线通过感应线圈组33内部包围出的封闭区域。因此，磁性转盘32的磁场与感应线圈组33内部的封闭区域具有一磁力线交错范围，而且磁性转盘32位于前述第一位置时具有的磁力线交错范围大于磁性转盘32位于前述第二位置时具有的磁力线交错范围。依据法拉第定律的定义，电路中所生感应电动势e的大小等于通过电路内磁通量的时变率，而感应电动势的方向为抵抗磁通量变化的方向。

转速响应组件50受车轮12的旋转而连动磁性转盘32旋转，使得感应线圈组33切割磁性转盘32的磁场而产生前述的电能。磁性转盘32可相对于感应线圈组33旋转，使感应线圈组33周围由磁性转盘32产生的磁场发生连续变化。磁场变化产生的磁通量会通过感应线圈组33所包围的封闭区域，于是感应线圈组33便可以感应磁场变化(磁通量)而产生前述的电能。当车轮12的旋转速度自前述第一转速变化至前述第二转速时，转速响应组件50则连动磁性转盘32自前述第一位置移至前述第二位置。转速响应组件50包含有一旋转轴51、二离心器件53、一弹性器件54及二连杆组55。

旋转轴51穿过壳体23、磁性转盘32及线圈架31，并且枢设于壳体23两侧的轴承231，以通过各轴承231的支撑减少摩擦阻力，使旋转轴51可顺利地相对于壳体23及感应线圈组33旋转。旋转轴51的一端具有一滚轮52，其中悬臂22支撑滚轮52抵靠在车辆10的车轮12，使车轮12旋转时可带动滚轮52转动，而滚轮52转动时就会连动旋转轴51旋转。各离心器件53配置于旋转轴51的径向两侧，而且容置于壳体23内，其中离心器件53可为但不局限于一圆球型态的重锤。弹性器件54可为但不局限于一压缩弹簧，其连接旋转轴51与磁性转盘32，并且套设于旋转轴51上。弹性器件54提供一弹性力，以推抵磁性转盘32常态地位于前述第一位置。各连杆组55分别连接于离心器件53、旋转轴51与磁性转盘32，以于车轮12转动时连动离心器件53与磁性转盘32旋转。当车轮12的旋转速度自前述第一转速变化至前述第二转速时，连杆组55带动离心器件53自一第一离心位置(图5)移至一第二离心位置(图6)，并且拉动磁性转盘32由前述第一位置移至前述第二位置。当离心器件53于前述第一离心位置旋转时，离心器件53与壳体23内壁的距离相对地大，而当离心器件53于前述第二离心位置旋转时，离心器件53与壳体23内壁的距离相对地小。每组连杆组55包含有一第一连杆551及一第二连杆552，其中各离心器件53、各第一连杆551及各第二连杆552位于同一平面上。各第一连杆551的两端分别枢接于旋转轴51与离心器件53，使旋转轴51旋转时可连动离心器件53旋转。各第二连杆552的两端分别枢接于离心器件53与磁性转盘32，使离心器件53旋转时可连动磁性转盘32旋转，并使离心器件53位移于前述第一离心位置与前述第二离心位置时可拉动磁性转盘32位移于前述第一位置与前述第二位置。离心器件53位于第一离心位置时与旋转轴51的距离较近，而离心器件53位于第二离心位置时与旋转轴51的距离较远。虽然本发明中仅以两组离心器件53及连杆组55为具体实施方式，但是本发明中离心器件53与连杆组55的数量并不以此为限，也可以三组或三组以上的离心器件53与连杆组55。

请继续参阅图1至图6，当车辆10行进而导致车轮12转动时，因为滚轮52与车轮12常态地保持接触，所以车轮12旋转于第一转速与第二转速之间时都可以通过滚轮52带动旋转轴51旋转。于是，车轮12带动滚轮52转动而间接带动旋转轴51旋转，使旋转轴51连动连杆组55、离心器件53及磁性转盘32跟着一起旋转。此时，若是车轮12旋转于前述第一转速，则离心器件53会在前述第一离心位置旋转，而且磁性转盘32受到弹性器件54推抵而在第一位置(图5)旋转，并且大部分位于线圈架31中。一旦车辆10加速行驶时，车轮12的转速会高过第一转速而旋转于第一转速与前述第二转速之间，使旋转轴51、连杆组55、离心器件53及磁性转盘32的转速也跟着提高。由于磁性转盘32相对于感应线圈组33的转速提高，所以单位时间内磁性转盘32的磁力线切割感应线圈组33的次数会随着转速提高而增加(单位时间内通过感应线圈组33内封闭区域的磁通量增加，即磁通量时变率增加)。但是，离心器件53会因离心力作用下朝旋转轴51外侧(朝向壳体23内壁)移动，而离开前述第一离心位置(图5)，于第一离心位置至第二离心位置(图6)之间旋转。同时，离心器件53也通过第二连杆552拉动磁性转盘32朝线圈架31外侧移动离开第一位置，使磁性转盘32压缩弹性器件54并且于第一位置与第二位置(图6)之间转动，而使磁性转盘32的磁场与感应线圈组33的重叠区域减少(较少的磁通量通过感应线圈组33内的封闭区域)。换句话说，当车轮12转速提高导致磁性转盘32由第一位置(图5)移动到第二位置(图6)时，虽然单位时间内磁性转盘32的磁力线切割感应线圈组33的次数会增加，但是磁性转盘32的磁场与感应线圈组33的重叠区域却相对地减少，使通过感应线圈组33内的封闭区域的磁通量时变率仍然维持一定，而感应线圈组33在车轮12转速变化时所产生的电能也维持一定。因此，磁性转盘32位于第二位置时发电组件30所产生的电能大致与磁性转盘32位于第一位置时发电组件30所产生的电能相同。

综上所述，在本发明所揭露的车辆发电装置中，转速响应组件50反映自行车车轮不同转速，而改变磁性转盘32与感应线圈组33的相对位置，使磁性转盘32与感应线圈组33的磁力线交错范围会因为不同的车轮转速自动进行调整，进而能够使发电单元30所产生的电能稳定并维持于一定水平，以防止车辆10上的电器14因电能过载而损坏。其次，转速响应组件50的材料成本低廉，也可以在顾及零件可靠性前提下适当地降低车辆发电装置的制造成本，以提高消费者的购买意愿。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种车辆发电装置，装设于一车辆上，由该车辆的一车轮带动而产生一电能，其特征在于，该车轮旋转于一第一转速与一第二转速之间，该车辆发电装置包括有：

一线圈架，固定于该车辆，其中该线圈架绕设有至少一感应线圈组；

一磁性转盘，对应该感应线圈组而设置并在一第一位置与一第二位置之间位置移动，该磁性转盘具有一磁场，该磁场与该感应线圈组具有一磁力线交错范围，且该磁性转盘位于该第一位置时的该磁力线交错范围大于该磁性转盘位于该第二位置时的该磁力线交错范围；以及

一转速响应组件，受该车轮的旋转而连动该磁性转盘旋转，使得该感应线圈组切割该磁场而产生该电能，当该车轮的旋转速度自该第一转速变化至该第二转速时，该转速响应组件则连动该磁性转盘自该第一位置移至该第二位置。

2.根据权利要求1所述的车辆发电装置，其特征在于，该转速响应组件包含有：

一旋转轴，其一端具有一滚轮，该滚轮抵靠于该车轮，以在该车轮旋转时连动该旋转轴旋转；

多个离心器件，在一第一离心位置与一第二离心位置之间位置移动；

一弹性器件，连接该旋转轴与该磁性转盘，以推抵该磁性转盘常态地位于该第一位置；及

多个连杆组，连接于该离心器件、该旋转轴与该磁性转盘，以在该车轮转动时带动该离心器件与该磁性转盘旋转，当该车轮的旋转速度自该第一转速变化至该第二转速时，该连杆组带动该离心器件自该第一离心位置移至该第二离心位置，并且拉动该磁性转盘由该第一位置移至该第二位置。

3.根据权利要求2所述的车辆发电装置，其特征在于，各该连杆组包含有：

一第一连杆，两端分别枢接于该旋转轴与离心器件，以在该旋转轴旋转时连动该离心器件旋转；及

一第二连杆，两端分别枢接于该离心器件与该磁性转盘，以在该离心器件旋转时连动该磁性转盘旋转，并在该离心器件位移时拉动该磁性转盘位移。

4.根据权利要求2所述的车辆发电装置，其特征在于，该弹性器件为一压缩弹簧，该压缩弹簧套设于该旋转轴。

5.根据权利要求2所述的车辆发电装置，其特征在于，该离心器件为一重锤。

6.根据权利要求1所述的车辆发电装置，其特征在于，更包含有：

一夹具，夹固于该车辆；

一悬臂，具有一第一端及一第二端，该第一端自该夹具延伸出；及

一壳体，固设于该悬臂的该第二端，其中该线圈架固定于该壳体中，而且该旋转轴枢设于该壳体。

7.根据权利要求1所述的车辆发电装置，其特征在于，该磁性转盘由至少一对相异的磁极组成。

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