CN201639383U - 极异方性内径配向烧结铁氧体磁石的发电模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种极异方性内径配向烧结铁氧体磁石的发电模组，包括一可固定于发电机上的定位基板、一固定于定位基板上的线圈定子、一设置于线圈定子外周围由一外壳及一环状极异方性内径配向烧结铁氧体磁石所组成的外转子、以及一带动外转子转动的转轴组件，其中：该环状极异方性内径配向烧结铁氧体磁石为一体成型，包括一不具磁性的导磁外层以及一具有磁性的磁性内层，该导磁外层使磁性内层的磁力线行经导磁外层即折返，具有提高磁场强度的优点。当转轴组件转动带动外转子相对线圈定子转动时，该极异方性内径配向烧结铁氧体磁石可以加强与线圈定子的电磁感应，以达到增加发电效率的目的。

Description

极异方性内径配向烧结铁氧体磁石的发电模组

技术领域

本实用新型涉及一种与发电模组有关的构造，特别涉及一种设置于发电机内，以极异方性内径配向烧结铁氧体磁石作为外转子构件的发电模组。

背景技术

自行车为一种被广泛应用的交通及休闲工具，从发明至今虽然不断有新的交通工具推出，自行车依然广受世人所喜爱与使用，尤其是在讲求环境保护的节能风潮之中，自行车还可以利用结合人机运转的动量带动发电机发电，提供自行车照明灯组运作所需的电力，相当符合节能环保的需求。

目前自行车所使用的发电机组大都为花毂式发电机，该花毂式发电机包括一外转子以及一设置有感应线圈的定子；如图1所示，实施时，该花毂式发电机的构造如下：铝制外壳1为可安装在车轮的心轴外围的花毂(Hub)样态，外周围设有供钢丝固定的孔，并利用钢丝与轮胎的钢圈连接固定；铝制外壳1的内部概呈空心圆筒状，其内缘周围固定环状永久磁石2，使该永久磁石2形成可随车轮旋转的外转子，而感应线圈及轭铁3构成的定子部分则安装固定于自行车轮胎的心轴上。

前述花毂式发电机由于安装于自行车的前轮或后轮的心轴外围，因此其回转速和轮胎同步(轮胎旋转一圈，转子旋转一圈)，所以其外转子必须使用特性较佳的磁性材料来制作成磁石，而且磁石的极数数量也必须适量足够，才能让感应线圈产出足以供应车灯发光的电源。

基于上述限制条件，目前花毂式发电机的外转子使用材料，大都采用钕铁硼(NdFeB)复合系列，其材料是以98％的钕铁硼和2％的尼龙环氧树酯(exposy)混合，并用成型机压制成环状体后，在环型体内径充磁28极(需另外再制做充磁铁芯充磁)，以形成具有28极的环型磁石。其材料的磁力特性固然足以达到设定规格的要求(时速15公里需达到6V.3W的65％，时速30公里须达到100％)，惟其缺点为材料成本较高(钕Nd为产量较少的稀有金属)且制程困难，故其成品相当昂贵。

如图2所示，因此，就有制造商以铁氧磁体/异方性/湿式冲压成型方式的磁石来取代前述的钕铁硼系列磁石，以此降低成本。这种利用湿式冲压成型方式制造的异方性铁氧磁石成本固然较低，但以目前的制程技术而言，只能做成如图所示的瓦片型半月型异方性铁氧磁石，而无法如同钕铁硼系列的磁石般，一体成型制造出环状磁石，因此公知的半月形异方性铁氧磁石欲组成图示中的环形永久磁石4，至少需使用3片以上，方能组装成花毂式发电机(Hub-Dynamo)可以使用的环状；图示中以四片瓦片型异方性铁氧磁石组成环形永久磁石4为例。

现有技术中，将3片以上的瓦片型异方性铁氧磁石组装成环形永久磁石4，在性能上具有下列重大缺失：

1.组装时，磁石与磁石之间形成气隙而容易漏磁，使环形永久磁石4运转时会有顿转矩(cogging)的情况发生。

2.由于环形永久磁石4是由数片瓦片型磁片所组合，所以在加工组装上较为费工，而且内部真圆度较差。

3.钕铁硼压制成型的磁石表面磁束密度为2100～2300Gauss，而铁氧磁体瓦片型制成的磁石仅有1650～1950Gauss，磁力稍嫌不足。

4.铁氧磁体烧结温度约在1240℃左右，烧结时磁石厚度不可太薄，否则容易碎裂，因此造成组装成环状磁石时的外径较大，亦使整体花毂的铝制外壳积庞大。

5.由于上述漏磁、顿转矩、磁力不足、外径较大等种种问题，目前使用此种瓦片型异方性铁氧磁石所组装而成的环形永久磁石4，尚无法取得规范加以认证；就商品的附加价值而言，较不具有竞争力。

其实瓦片型铁氧磁体组装的环状磁石，除了价格优势的外。其物理性就比用钕铁硼系列的磁石来得佳；磁石表面磁束密度可达2100～2300Gauss，与钕铁硼压制成型磁石的表面磁束密度相同。对温度范围、耐湿、抗酸碱性要求较高的运动型自行车(越野自行车)而言，仍是极佳的材料选择。因此若能制成发电机所需的一体成型的环状永久磁石，不仅能减少漏磁、顿转矩、提高表面磁束密度以及磁场强度，同时还能节省组装的工序，必然可以对自行车用的发电机带来革命性的影响。

另外，相对于花毂式发电机是一种内建于特制车毂内的发电装置，还有另一种设置于车轮轮框外侧的摩擦式发电器，该摩擦式发电器在车轮的轮框外侧设置一摩擦轮，通过该摩擦轮与轮胎的摩擦来撷取动力，进而带动一发电单元进行发电；此种外接式的发电装置不必更改自行车的设计，具有容易安装于一般自行车上的优点。然而，摩擦轮与轮胎的摩擦会有安装不当造成接触效率差、摩擦位置相对于轮轴因力矩过大而产生行车阻力、轮胎单侧磨损容易变形损坏等问题。

有鉴于前述两种公知发电装置在使用与制造上都各有缺点，本实用新型的设计人遂经由多年相关领域的研究以及实验，特实用新型出一种「极异方性内径配向烧结铁氧体磁石的发电模组」，可以改善花毂式发电机需要特制车毂、以及使用较为昂贵的钕铁硼复合系列的磁石的缺点，进而达到节省制作成本、并提高发电效率的目的。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种「极异方性内径配向烧结铁氧体磁石的发电模组」，可供设置于自行车或其他装置的发电机上，具有提高电磁感应、节省制作成本以及加强发电效率的目的。

为达成上述目的，本实用新型为一种极异方性内径配向烧结铁氧体磁石的发电模组，设置在发电机上，受发电机的传动齿轮组带动而发电，包括一可固定于发电机上的定位基板、一固定于定位基板上的线圈定子、一设置于线圈定子外周围并由一外壳及一环状极异方性内径配向烧结铁氧体磁石所组成的外转子、以及一带动外转子转动的转轴组件，其中：

该环状极异方性内径配向烧结铁氧体磁石为一体成型，其本体分为不具磁性的导磁外层以及具有磁性的磁性内层，该导磁外层使磁性内层的磁力线行经导磁外层即折返，以缩短磁回路并增加磁力、提高磁能积，以达到提高磁场强度的功效，并且相较于公知磁石制成的转子，不会发生组装加工困难、顿转矩现象及磁力不足等问题。上述构造使用在自行车发电机时，自行车的转动可以带动发电机内的传动齿轮组转动，发电机内的传动齿轮组转动则会带动转轴组件，并由转轴组件连动外转子相对线圈定子转动，由于外转子相对线圈定子转动，所以可以达到令线圈定子发电的目的，并且，该外转子可以加强与线圈定子的电磁感应，达到增加发电效率的目的。

以下再针对本实用新型各元件的详细实施方式作进一步的说明，其中：

前述发电机设置在自行车的轮轴或其他具有旋转轴的装置上，其发电机内的传动齿轮组可随自行车的车轮或旋转轴同步转动，并且，该发电机内的传动齿轮组与前述转轴组件接合固定，当传动齿轮组随车轮同步转动时，该传动齿轮组亦会带动转轴组件转动。

前述定位基板实施时其外型概呈板状，且定位基板上设置有多个可供定位基板固定于发电机的固定孔，再者，该定位基板上挖设有一穿孔，该穿孔可供前述转轴组件穿出，并与发电机传动齿轮组相互接合。

前述线圈定子一般是由复数硅钢片、以及多个缠绕设置于硅钢片上的线圈所组成，其中该线圈定子上设置一可供前述转轴组件枢转的枢转孔，其中，当外转子相对线圈定子转动时，线圈定子与外转子会相互电磁感应而产生电压。

前述外壳外型概呈圆壳状，该外壳中央挖设有一接合孔，该接合孔可供前述转轴组件接合固定；并且，该外壳内缘与线圈定子相对电磁感应的位置可供前述环状极异方性内径配向烧结铁氧体磁石固定设置，使环状极异方性内径配向烧结铁氧体磁石环绕在线圈定子外周围。

前述转轴组件包括一转轴，该转轴枢转设置于前述线圈定子的枢转孔中，一端穿出前述定位基板的穿孔，与发电机传动齿轮组相互接和，另一端则与前述外壳的接合孔相互接合固定。

另外，为使转轴组件可以更紧密的与外壳相互接合固定，该转轴组件还可进一步包括一定位环，该定位环可与转轴接合固定，并与外壳的接合孔相互铆合或利用辊压、紧配合等方式固定；当转轴由发电机内的传动齿轮组带动转动时，转轴可连动定位环带动外转子转动。

再者，为使前述转轴组件的转轴枢转设置于枢转孔中，可以达到更佳的枢转效果，该枢转孔中可以进一步设置一轴套组件，该轴套组件包括一辅助套环以及多个轴承，其中，该辅助套环固定设置于枢转孔内缘，多个轴承设置于辅助套环内侧，且多个轴承内侧可供前述转轴枢转设置，使转轴能以更顺畅的枢转效果枢转设置于线圈定子的枢转孔中。

当自行车的轮轴或其他具有旋转轴的装置转动时，转轴组件带动外转子相对线圈定子转动，由于外转子相对线圈定子转动，凭借极异方性内径配向烧结铁氧体磁石转动时磁力线切割线圈定子，所以可以达到发电的目的；而且，因为外转子包括极异方性内径配向烧结铁氧体磁石，具有提高磁场强度的优点，因此可以达到提高电流量的目的。

相较于公知技术，本实用新型「极异方性内径配向烧结铁氧体磁石的发电模组」可以提高电磁感应的电压量，而且不需使用成本较高的钕铁硼复合系列的磁石，具有节省制作成本以及提高发电效率的功效。

附图说明

图1为公知花毂式发电机的构造示意图；

图2为半月型磁石组装为环状的示意图；

图3为本实用新型的立体分解图；

图4为本实用新型的剖视图用以表示外转子、转轴组件与定位基板、线圈定子、轴套组件分离的示意图；

图5为本实用新型的剖视图用以表示本实用新型结合时各元件的相对位置示意图；

图6为表示极异方性内径配向烧结铁氧体磁石为一磁性内层以及一导磁外层所构成的单向磁石的立体示意图。

附图标记说明：10-定位基板；11-固定孔；12-穿孔；20-线圈定子；21-枢转孔；30-外转子；31-外壳；32-极异方性内径配向烧结铁氧体磁石；321-导磁外层；322-磁性内层；33-接合孔；40-转轴组件；41-转轴；42-定位环；50-轴套组件；51-辅助套环；52-轴承；60-传动齿轮组。

具体实施方式

以下依据本实用新型的技术手段，列举出适于本实用新型的实施方式，并配合图式说明如后：

如图3至图5所示，本实用新型为一种可设置于发电机上的「极异方性内径配向烧结铁氧体磁石的发电模组」，包括：一可固定于发电机上的定位基板10、一固定于定位基板10上的线圈定子20、一设置于线圈定子20外周围由一外壳31及一环状极异方性内径配向烧结铁氧体磁石32所组成的外转子30、以及一带动外转子30转动的转轴组件40，其中：

如图6所示，前述环状极异方性内径配向烧结铁氧体磁石32为一体成型，其本体分为不具磁性的导磁外层321以及具有磁性的磁性内层322，该导磁外层321使磁性内层322的磁力线行经导磁外层321即折返，以此缩短磁回路并增加磁力、提高磁能积，以达到提高磁场强度的功效，并且相较于公知磁石制成的转子，不会发生组装加工困难、顿转矩现象及磁力不足等问题。

如图3至图5所示，上述构造使用在自行车发电机时，自行车转动可以带动发电机内的传动齿轮组60转动，发电机内的传动齿轮组60转动则会带动转轴组件40，并由转轴组件40连动外转子30相对线圈定子20转动，由于外转子30相对线圈定子20转动，所以，可以达到令线圈定子20发电的目的，并且，该外转子30可以加强与线圈定子20的电磁感应，达到增加发电效率的目的。

以下再针对本实用新型各元件的详细实施方式作进一步的说明，其中：

前述定位基板10实施时其外型概呈板状，且定位基板10上设置有多个可供定位基板10固定于发电机的固定孔11，再者，该定位基板10上挖设有一穿孔12，该穿孔12可供前述转轴组件40穿出，并与发电机传动齿轮组60相互接合。

前述线圈定子20一般由多个硅钢片、以及多个缠绕设置于硅钢片上的线圈所组成，其中该线圈定子20上设置一可供前述转轴组件40枢转的枢转孔21，其中，当外转子30相对线圈定子20转动时，线圈定子20与外转子30会相互电磁感应而产生电流。

前述外壳31外型概呈圆壳状，该外壳31中央挖设有一接合孔33，该接合孔33可供前述转轴组件40接合固定；并且，该外壳31内缘与线圈定子20相对电磁感应的位置可供前述环状极异方性内径配向烧结铁氧体磁石32固定设置，使环状极异方性内径配向烧结铁氧体磁石32环绕在线圈定子20外周围。

前述转轴组件40包括一转轴41，该转轴41枢转设置于前述线圈定子20的枢转孔21中，一端穿出前述定位基板10的穿孔12，与发电机传动齿轮组60相互接和，另一端则与前述外壳31的接合孔33相互接合固定。

并且，为使转轴组件40可以更紧密的与外壳31相互接合固定，该转轴组件40还可进一步包括一定位环42，该定位环42可与转轴41接合固定，并与外壳31的接合孔33相互铆合或利用辊压、紧配合等方式固定；当转轴41由发电机内的传动齿轮组60带动转动时，转轴41可连动定位环42带动外转子30转动。

再者，为使前述转轴组件40的转轴41枢转设置于枢转孔21中，可以达到更佳的枢转效果，该枢转孔21中可以进一步设置一轴套组件50，该轴套组件50包括一辅助套环51以及多个轴承52，其中，该辅助套环51固定设置于枢转孔21内缘，多个轴承52设置于辅助套环51内侧，且多个轴承52内侧可供前述转轴41枢转设置，使转轴41能以更顺畅的枢转效果枢转设置于线圈定子20的枢转孔21中。

此外，前述发电机设置在自行车的轮轴或其他具有旋转轴的装置上，其发电机内的传动齿轮组60可随自行车的车轮或旋转轴同步转动，并且，该发电机内的传动齿轮组60与前述转轴组件40接合固定，当传动齿轮组60随车轮同步转动时，该传动齿轮组60亦会带动转轴组件40转动。

当自行车的轮轴或其他具有旋转轴的装置转动时，自行车可连动发电机内的传动齿轮组60带动转轴组件40转动，转轴组件40带动外转子30相对线圈定子20转动，由于外转子30相对线圈定子20转动，凭借极异方性内径配向烧结铁氧体磁石32转动时磁力线切割线圈定子20，所以，可以达到发电的目的；而且，因为外转子30包括极异方性内径配向烧结铁氧体磁石32，具有提高磁场强度的优点，因此，可以达到提高电压的目的。

以上对本实用新型的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种极异方性内径配向烧结铁氧体磁石的发电模组，设置在发电机上，受发电机的传动齿轮组带动而发电，其特征在于：

该发电模组进一步包括有：一能够固定于发电机上的定位基板、一固定于定位基板上的线圈定子、一设置于线圈定子外周围并由一外壳及一环状极异方性内径配向烧结铁氧体磁石所组成的外转子、以及一带动外转子转动的转轴组件，环状极异方性内径配向烧结铁氧体磁石包括一不具磁性的导磁外层以及一具有磁性的磁性内层。

2.如权利要求1所述的极异方性内径配向烧结铁氧体磁石的发电模组，其特征在于：定位基板的外型为板状，且定位基板上设置多个供定位基板固定于发电机的固定孔。

3.如权利要求1所述的极异方性内径配向烧结铁氧体磁石的发电模组，其特征在于：外壳的外型为圆壳状，极异方性内径配向烧结铁氧体磁石固定设置于外壳内缘，且环状极异方性内径配向烧结铁氧体磁石环绕在线圈定子外周围。

4.如权利要求1所述的极异方性内径配向烧结铁氧体磁石的发电模组，其特征在于：转轴组件包括一转轴，定位基板上设有一供转轴穿出设置的穿孔，外壳中央设有一供转轴接合固定的接合孔，线圈定子包括一供转轴枢转设置的枢转孔。

5.如权利要求4所述的极异方性内径配向烧结铁氧体磁石的发电模组，其特征在于：转轴组件进一步包括一定位环，该定位环与转轴固定，外缘固定在外壳的接合孔内。

6.如权利要求4所述的极异方性内径配向烧结铁氧体磁石的发电模组，其特征在于：枢转孔中进一步设置一轴套组件，该轴套组件包括一固定在枢转孔内的辅助套环、以及设置在辅助套环内的多个轴承，多个轴承内缘与转轴枢转设置。

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