CN202334208U - 自行车用轮毂发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种自行车用轮毂发电机，包括内定子组件和外转子组件，内定子组件包括环形线圈，环形线圈轴向方向的两端分别沿圆周开口相向并且交错设置有多组第一定子磁轭和多组第二定子磁轭，第一定子磁轭和第二定子磁轭由多层硅钢叠片构成，第一定子磁轭的内边和第二定子磁轭的内边交错设置在骨架的内侧，且第一定子磁轭的内边和第二定子磁轭的内边的轴向端部通过一圆柱芯轭连接，叠片的连接边在内边端成阶梯状，叠片的外边在开口端成阶梯状。本实用新型将第一定子磁轭和第二定子磁轭进行了改进，使得减小发电时涡流和漏磁通，提升了发电效率，并且通过密封圈的设置提高了密封性能、防水性能。

Description

自行车用轮毂发电机

技术领域

本实用新型涉及一种发电机，尤其涉及一种应用在自行车上的发电机。

背景技术

现有的自行车发电轮毂，一般包含：固定于轮毂中轴上的内定子组件和能够相对于轮毂中轴旋转的外毂壳组件。内定子组件配置有轮毂中轴、两定子轭、连接两定子轭的圆柱芯轭、骨架及缠绕线圈；转子外组件配置有毂壳、端盖、壳内环表面配置有永磁体。永磁体中N极和S极均匀间隔分布，并与定子轭分别的对应，前轮的多根辐条固定在毂壳两侧的法兰上。当前轮旋转时，线圈内侧的圆柱芯轭内产生交变磁通，从而在线圈内感应出电流，线圈 一端导线引出毂壳外，通过一绝缘插口将毂壳旋转时产生的电源输出。

对于该种发电轮毂，基于外形和成本考虑，定子轭基本采用加工性很高的电工纯铁板制造，这将会因发电时产生涡流而降低发电效率。针对该问题，现有技术中有采用多个板状叠层片组成的磁轭来代替电工纯铁板制成的磁轭，它有效地降低了发电时的涡流，提升发电效率。但尚有不足，该种叠层磁轭不能有效利用线圈内侧的空间，且漏磁通量大，降低发电效率。另外，现有发电轮毂毂壳和端盖轴承处的密封结构容易导致灰尘或泥水进入轴承内，影响发电轮毂的性能和寿命。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本实用新型提供一种结构简单磁轭，以减小发电时涡流和漏磁通，提升发电效率及密封效果的自行车轮毂发电机。

本实用新型解决其技术问题的技术方案是：

一种自行车用轮毂发电机，包括固定在自行车上的轮毂中轴，所述的轮毂中轴上固定有内定子组件和能够相对轮毂中轴旋转的外转子组件，所述的外转子组件包括毂壳，所述的毂壳的两端通过轴承固定在所述的轮毂中轴上，毂壳的内表面上配置有永磁体，所述的内定子组件包括固定在轮毂中轴上的管状骨架，所述的骨架上绕有环形线圈，所述的环形线圈轴向方向的两端分别圆周设置有多组第一定子磁轭和多组第二定子磁轭，其特征在于：所述的第一定子磁轭和第二定子磁轭由多层硅钢叠片构成，所述的第一定子磁轭和第二定子磁轭形状相同且为开口框形，所述的第一定子磁轭和第二定子磁轭开口相向并且交错设置，所述的第一定子磁轭和第二定子磁轭均包括有内边、外边和连接内边和外边的连接边，所述的第一定子磁轭的内边和第二定子磁轭的内边交错设置在骨架的内侧，且第一定子磁轭的内边和第二定子磁轭的内边的轴向端部通过一圆柱芯轭连接，所述的第一定子磁轭的内边的轴向端面接触连接所述圆柱芯轭的一侧，所述的第二定子磁轭的内边的轴向端面接触连接所述圆柱芯轭的另一侧，所述的第一定子磁轭和第二定子磁轭的外边交错设置在环形线圈的外侧，所述叠片的连接边在内边端成阶梯状，所述叠片的外边在开口端成阶梯状。

作为优选，第一定子磁轭和第二定子磁轭均由8片硅钢叠片构成，依次为第一片、第二片、第三片、第四片、第五片、第六片、第七片和第八片，所述的第二~七片在外边的长度相同，第一片和第八片在径向外的长度小于第二~七片在外边的长度，所述的第三~六片在连接边上的长度相同，第二片和第七片在连接边上的长度小于第三~六片在连接边上的长度，第一片和第八片在连接边上的长度小于第二片和第七片在连接边上的长度。

作为优选，圆柱芯轭为一缺口环形状，所述的圆柱芯轭设置在骨架内侧。

作为优选，外转子组件两端的轴承外侧分别设置有密封圈，所述的毂壳的两端的外端面上分别设置有密封圈沟槽，所述的密封圈设置在所述的密封圈沟槽内，所述的密封圈的径向外唇部与密封圈沟槽过盈配合，所述的密封圈的径向内唇部接触轮毂中轴。

作为优选，骨架的两侧设置有第一骨架法兰和第二骨架法兰，所述的第一骨架法兰和第二骨架法兰的圆周方向上分别均匀分布有多组第一骨架沟槽和多组第二骨架沟槽，第一骨架沟槽和第二骨架沟槽交错设置且相互间周向偏移，所述的第一定子磁轭和第二定子磁轭分别嵌入设置在所述的第一骨架沟槽和第二骨架沟槽内。

第一定子磁轭和第二定子磁轭由硅钢叠片构成，且在内边上的宽度形成一阶梯状，则内边设置在骨架的径向内侧时，能够尽量利用空间，以保证整个磁路的横截面积最大，在径向外径部分的最外侧的叠片使其长度不一，能减小第一定子磁轭和第二定子磁轭圆周方向间的磁漏。在毂壳两侧的骨架式密封圈能阻止灰尘、泥水、雾气等外来杂质侵入发电轮毂内部。

当自行车向前骑行，前轮旋转，毂壳相对于轮毂中轴旋转时，永磁体相对于固定在轮毂中轴上的内定子组件旋转，从而永磁体环绕环形线圈和第一定子磁轭和第二定子磁轭的外边旋转，当第一定子磁轭的外边从永磁体接收N极磁通时，第二定子磁轭的外边从永磁体接收S极磁通。相反，当第一定子磁轭外边从永磁体接收S极磁通时，第二定子磁轭外边从永磁体接收N极磁通。则轮毂发电机重复交替地处于以下两种状态：第一种状态第一定子磁轭为S极，第二定子磁轭为N极，第二种状态第一定子磁轭为N极，第二定子磁轭为S极。作为结果，交替的磁通通过位于环形线圈径向圆周内侧的第一定子磁轭和第二定子磁轭的内边，从而环形线圈内部产生交变磁通，环形线圈产生电流，电流通过导线传输出到接线盒。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型将第一定子磁轭和第二定子磁轭进行了改进，使得减小发电时涡流和漏磁通，提升了发电效率，并且通过密封圈的设置提高了密封性能、防水性能。

附图说明

图1是本实用新型的外部结构示意图。

图2是本实施例的部分剖视结构示意图。

图3是第一定子磁轭或第二定子磁轭的立体结构示意图。

图4是第一定子磁轭或第二定子磁轭的侧视图。

图5是本实施例骨架的剖视图。

图6是实施例骨架的侧视图。

图7是本实施例圆柱芯轭的结构示意图。

图8是本实施例的内定子组件的部分爆炸结构示意图。

图9是本实施例的外转子组件的前剖视图。

图10是本实施例的外转子组件的侧剖视图。

图11是本实施例的永磁体和磁轭相对关系的剖视图。

图12是本实施例的骨架式密封机构的剖视图。

图13是本实施例的输出功率对比图。

具体实施方式

    下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

如图1、2所示，一种自行车用轮毂发电机，安装在自行车前轮前叉左右两侧9a和9b底端，轮毂发电机包括两侧端部固定在前叉9a和9b上的轮毂中轴10，固定在轮毂中轴10上的内定子组件13，和能相对内定子组件13旋转的外转子组件，外转子组件包括毂壳3，毂壳3通过轴承11、12固定在轮毂中轴上。

如图9、10所示，毂壳3内表面上过盈配合有永磁体钢衬套4，永磁体5粘接在永磁体钢衬套4内环表面，永磁体5由4片均匀分布的磁瓦组成，永磁体5被充磁成均匀交错分布的14个N极和14个S极。轴承11、12的外侧分别设置有骨架式密封圈30、31，毂壳的一端设置轮毂端盖，毂壳或轮毂端盖8的外端面上分别设置有密封圈沟槽17、18，骨架式密封圈30、31分别设置在密封圈沟槽17、18内，骨架式密封圈30、31随毂壳3旋转，如图12所示，骨架式密封圈31的径向外唇部27与密封圈沟槽18过盈配合，骨架式密封圈的径向内唇部28接触轮毂中轴，同理，如图12所示，骨架式密封圈30径向外唇部35与密封圈沟槽过盈配合，密封圈的径向内唇部36接触轮毂中轴，能阻止灰尘、泥水、雾气等外来杂质侵入发电轮毂内部。与现有发电轮毂密封结构相比，该种密封结构具有简单、可靠、旋转阻力小的优点，即使将整个轮毂放入水中，也能够完全阻止水分进入轮毂内部。

如图5、6所示，内定子组件13包括固定在轮毂中轴10上的管状骨架23，骨架23由塑胶材料注塑成型，骨架23上绕有环形线圈26，骨架23的两端分别设置有第一骨架法兰24、第二骨架法兰25，第一骨架法24和第二骨架法兰25的圆周方向上分别均匀分布有14个第一骨架沟槽14和14个第二骨架沟槽15，第一骨架沟槽和第二骨架沟槽交错设置且相互间周向偏移12.86度，在第一骨架沟槽14和第二骨架沟槽15内分别嵌入设置有第一定子磁轭21和第二定子磁轭22，第一定子磁轭21和第二定子磁轭22形状相同且为开口框形，第一定子磁轭和第二定子磁轭开口相向并且交错设置，第一定子磁轭21和第二定子磁轭22均包括有内边21a(22a)、外边21b(22b)和连接内边和外边的连接边21c(22c)，第一定子磁轭的内边21a和第二定子磁轭的内边22a交错设置在骨架的内侧，且第一定子磁轭的内边和第二定子磁轭的内边的轴向端部通过一圆柱芯轭20连接，第一定子磁轭的内边的轴向端面接触连接所述圆柱芯轭的一侧，第二定子磁轭的内边的轴向端面接触连接圆柱芯轭20的另一侧，第一定子磁轭和第二定子磁轭的外边21b、22b交错设置在环形线圈的外侧，如图3所示，叠片的连接边21c、22c在内边端成阶梯状，叠片的外边21b、22b在开口端成阶梯状。

图3、图4所示，第一定子磁轭21和第二定子磁轭22由8片0.5mm厚的无取向硅钢叠片叠压而成，依次为第一片、第二片、第三片、第四片、第五片、第六片、第七片和第八片，位于中间的第二~七片在外边的长度相同，最外侧的第一片和第八片211在外边的长度为第二~七片在外边的长度的一半，位于中间的第三~六片213在连接边上的长度相同，位于次外侧的第二片和第七片212在连接边上的长度小于第三~六片213在连接边上的长度，位于最外侧的第一片和第八片211在连接边上的长度小于第二片和第七片212在连接边上的长度，即内边的宽度是呈阶梯状的，则第一定子磁轭和第二定子磁轭能充分利用骨架内侧的尺寸以保证整个磁路的横截面积最大，径向外径的长度不一能减小第一定子磁轭和第二定子磁轭圆周方向的磁漏。

图7所示，圆柱芯轭20为一缺口环形状，圆柱芯轭设置在骨架23内侧，圆柱芯轭由不超过0.5mm厚的无取向硅钢片成型且在圆周方向是不连续的，本实施例为1mm宽沟槽，该种结构圆柱芯轭既能保证两侧磁轭的接触面积最大，即磁路的横截面积最大，减小磁路的磁饱和，减小通过此处的磁通量泄露，又能压缩工作时产生的涡流从而提高发电效率。   

如图1所示，毂壳3由铝合金锻造成型后机械加工至设计尺寸，毂壳3的两侧均设置有法兰6、7，法兰6、7上均匀分布有用以安装辐条1、2的内端的辐条孔。

如图9所示，每一单独磁极和内定子组件中的第一定子磁轭和第二定子磁轭的外径向爪极即外边相对应。

如图8所示，第一定子磁轭21和第二定子磁轭22的外边部分位于环形线圈26和永磁体5之间，内边位于环形线圈径向圆周内侧。毂壳3的一端设置有轮毂端盖8，环形线圈连接的导线34用以将产生的电能引出到轮毂外侧，导线34通过端盖轴承衬套中的沟槽从轴承12的内孔圆周表面下穿过到接线盒固定衬套29的线槽内，连接到电源输出插头19并通过接线盒16固定于轮毂中轴10上。

当自行车向前骑行，前轮，即毂壳3相对于轮毂中轴10旋转时，永磁体5相对于固定在轮毂中轴10上的内定子组件13旋转，从而永磁体5环绕环形线圈26和第一定子磁轭和第二定子磁轭的外边旋转，当第一定子磁轭21的外边从永磁体5接收N极磁通时，第二定子磁轭22的外边从永磁体5接收S极磁通。相反，当第一定子磁轭21外边从永磁体5接收S极磁通时，第二定子磁轭22外边从永磁体5接收N极磁通。

如图11所示，通过永磁体5围绕第一定子磁轭21和第二定子磁轭22的外边的旋转，发电轮毂重复交替地处于以下两种状态：第一种状态第一定子磁轭21为S极，第二定子磁轭22为N极，第二种状态第一定子磁轭21为N极，第二定子磁轭为S极。作为结果，交替的磁通通过位于环形线圈径向圆周内侧的第一定子磁轭和第二定子磁轭的内边，从而环形线圈内部产生交变磁通，环形线圈产生电流。

图13所示，为轮毂发电机输出功率图表。可以清楚地看到，本实用新型轮毂发电机的输出功率较现有轮毂发电机的输出功率具有显著地增加。

Claims (5)

1.一种自行车用轮毂发电机，包括固定在自行车上的轮毂中轴，所述的轮毂中轴上固定有内定子组件和能够相对轮毂中轴旋转的外转子组件，所述的外转子组件包括毂壳，所述的毂壳的两端通过轴承固定在所述的轮毂中轴上，毂壳的内表面上配置有永磁体，所述的内定子组件包括固定在轮毂中轴上的管状骨架，所述的骨架上绕有环形线圈，所述的环形线圈轴向方向的两端分别圆周设置有多组第一定子磁轭和多组第二定子磁轭，其特征在于：所述的第一定子磁轭和第二定子磁轭由多层硅钢叠片构成，所述的第一定子磁轭和第二定子磁轭形状相同且为开口框形，所述的第一定子磁轭和第二定子磁轭开口相向并且交错设置，所述的第一定子磁轭和第二定子磁轭均包括有内边、外边和连接内边和外边的连接边，所述的第一定子磁轭的内边和第二定子磁轭的内边交错设置在骨架的内侧，且第一定子磁轭的内边和第二定子磁轭的内边的轴向端部通过一圆柱芯轭连接，所述的第一定子磁轭的内边的轴向端面接触连接所述圆柱芯轭的一侧，所述的第二定子磁轭的内边的轴向端面接触连接所述圆柱芯轭的另一侧，所述的第一定子磁轭和第二定子磁轭的外边交错设置在环形线圈的外侧，所述叠片的连接边在内边端成阶梯状，所述叠片的外边在开口端成阶梯状。

2.根据权利要求1所述的自行车用轮毂发电机，其特征在于：所述的第一定子磁轭和第二定子磁轭均由8片硅钢叠片构成，依次为第一片、第二片、第三片、第四片、第五片、第六片、第七片和第八片，所述的第二~七片在外边的长度相同，第一片和第八片在径向外的长度小于第二~七片在外边的长度，所述的第三~六片在连接边上的长度相同，第二片和第七片在连接边上的长度小于第三~六片在连接边上的长度，第一片和第八片在连接边上的长度小于第二片和第七片在连接边上的长度。

3.根据权利要求1或2所述的自行车用轮毂发电机，其特征在于：所述的圆柱芯轭为一缺口环形状，所述的圆柱芯轭设置在骨架内侧。

4.根据权利要求3所述的自行车用轮毂发电机，其特征在于：所述的外转子组件两端的轴承外侧分别设置有密封圈，所述的毂壳的两端的外端面上分别设置有密封圈沟槽，所述的密封圈设置在所述的密封圈沟槽内，所述的密封圈的径向外唇部与密封圈沟槽过盈配合，所述的密封圈的径向内唇部接触轮毂中轴。

5.根据权利要求4所述的自行车轮用毂发电机，其特征在于：所述的骨架的两侧设置有第一骨架法兰和第二骨架法兰，所述的第一骨架法兰和第二骨架法兰的圆周方向上分别均匀分布有多组第一骨架沟槽和多组第二骨架沟槽，第一骨架沟槽和第二骨架沟槽交错设置且相互间周向偏移，所述的第一定子磁轭和第二定子磁轭分别嵌入设置在所述的第一骨架沟槽和第二骨架沟槽内。

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