CN204290536U - 一种无接触式永磁涡流感应自行车交流发电机 - Google Patents
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Abstract
一种无接触式永磁涡流感应自行车交流发电机，由三组六片永磁体组成的外转子和六组两相绕组组成的内定子组成；所述外转子包括瓦形永磁体、非金属磁轭兼外壳和端盖；所述内定子包括底座、非磁性金属或塑料槽体、绕组和轴承；所述瓦形永磁体设置在非金属磁轭兼外壳内，且瓦形永磁体磁极为 N 、 S 相间方式排列结构；所述底座设置在内定子的底部，且在底座中部设有轴孔、轴承、非磁性金属或塑料槽体和绕组； 该 无接触式永磁涡流感应自行车交流发电机， 由于采用强磁体外转子方式，磁场在内，并按多磁极对布置，可获得良好的气隙磁密磁场；整体结构简单，无电刷、无集电环结构，无电磁干扰，可用于自行车车灯等同类型交通工具上使用，增加其趣味性。
Description
技术领域
本实用新型涉及发电机应用技术领域，尤其是一种无接触式永磁涡流感应自行车交流发电机。
背景技术
自行车从诞生的那一天起，不能发电，没有照明装置，就是其最大的缺憾！自行车用电也是人们一直向往的梦想。在几十年甚至上百年的探索中，人们作了无数的努力，也发明和制作了多种类型的发电设备，但都因种种原因而未得到普及。
目前自行车发电装置常见的有几类：
1、通过机械接触传动的发电装置；如最常见的摩擦轮胎驱动的发电装置；通过自行车轴花鼓内置发电；通过链条机械传动装置接触驱动发电机发电；在车轮轴(前、中、后)上安装齿轮传动装置带动发电机发电等。
这类发电机的共同特点都是：发电装置必须与自行车的运动部件接触获取动力，会增加自行车的动能消耗、增加摩擦力，增大自行车的骑行阻力；因此在现代自行车运动中均未得到普及并有被逐步淘汰的趋势。
2、通过磁感应发电。另有一种通过在自行车辐条上安装永磁体与固定于车轴(或车架)上的感应线圈发电的装置，虽也属无接触、无阻力类型，但因其安装位置接近轴中心部位，获得的转速极为有限， 存在发电装置结构复杂，体积庞大、不易安装、维护，发电效率低下，结构松散等缺陷。故也未能快速推广。
3、2012年我国专利网登记了一款，德国人迪克申请的无接触式自行车发电装置，采用磁铁为内转子，线圈为外定子的单相交流发电装置。此发电装置是目前是唯一与本实用新型发明共同采用无接触式磁感应驱动的自行车发电机。
实用新型内容
现有技术不能满足人们的需要，为弥补现有技术不足，本实用新型旨在提供一种无接触式永磁涡流感应自行车交流发电机。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种无接触式永磁涡流感应自行车交流发电机，由三组六片永磁体组成的外转子和六组二相绕组组成的内定子组成；所述外转子包括瓦形永磁体、非金属磁轭兼外壳和端盖、中轴；所述内定子包括底座、非磁性金属或塑料槽体、电枢绕组和轴承、轴孔；所述瓦形永磁体设置在非金属磁轭兼外壳内，且瓦形永磁体磁极为N、S相间方式排列结构；所述端盖设置在非金属磁轭兼外壳端面，且在端盖中部设有中轴；所述定子设置在底座上，并且在其中部设有轴承、轴孔；所述电枢绕组缠绕在非磁性金属或塑料槽体上。
作为本实用新型的进一步技术方案：永磁体转子三磁极对和定子六组二相绕组分别形成60度夹角，且为一一对应的结构；所述瓦形永磁体在非金属磁轭兼外壳内为60度弧度布置；且在由三组六片永磁体组成的外转子和六组二相绕组组成的内定子交流发电机外安装 有固定支架。
作为本实用新型的优化技术方案：所述内定子为具有非磁性金属或塑料体制作的圆柱形槽体结构，线圈绕组按三组单相或六组二相绕组布置。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：该无接触式永磁涡流感应自行车交流发电机，由于采用强磁体外转子方式，磁场在内，并按多磁极对布置，可获得良好的气隙磁密磁场；定子部分采取多组单相或二相绕组，增强了定子绕组的电磁感应效能；可获得高频率交流电，通过整流稳压后更容易获得平滑输出直流电；整个装置无铁芯、无磁阻、无铁损；结构紧凑、体积小巧，电磁转化、应用效率高；安装方便，基本无磨损、无故障，无需维护；可用于自行车车灯等同类型交通工具上使用，一次安装终身受用，增加骑行的趣味性，是骑行中永不断电的绿色能源。
由于将永磁体作为发电机的外转子，通过自行车运动时，其车圈(非磁性导体的运动)产生的电磁感应驱动永磁体作旋转运动而发出电能，这样既不会增加自行车阻力，也不会增加自行车的额外动力消耗，而获得持续不断的电力；较好地解决了自行车的用电问题；满足人们对自行车骑行中的用电需要；
成本低：所用材料汝铁硼永磁体是主要成本部分，目前国内供应充足；其他均为常用材料；均可在市场上大量采购；
永磁体磁极双向重复利用：永磁体转子外向磁极用于与自行车圈感应获取自行车动能驱动转矩，内向磁极用于定子绕组切割磁力线产 生感应电动势；定子中设置有多相绕组的非磁性定子体，增强感应电流强度，提高发电机发电效率；用途广泛，可集成照明灯、信号灯，用于单独照明、转向信号提示灯、车尾示警灯；也可用于单纯发电，为自行车周边用电设备供电、充电；整体结构简单，实用性强，无电刷、无集电环结构，无电磁干扰，制造方便且价格低廉，易于推广使用。
附图说明
图1为本实用新型的外转子结构示意图；
图2为本实用新型的内定子结构示意图；
其中：11、瓦形永磁体，12、轴，13、非金属磁轭兼外壳，14、端盖，21、轴承，22、电枢绕组，23、轴孔，24、非磁性金属或塑料槽体。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1～2，本实用新型实施例中，一种无接触式永磁涡流感应自行车交流发电机，由三组六片瓦型永磁体组成的外转子和六组二相绕组组成的内定子组成；所述外转子包括瓦形永磁体11、非金属磁轭兼外壳13和端盖14轴12；所述内定子包括轴承21、电枢绕组 22和轴孔23和非磁性金属或塑料定子槽体24；所述瓦形永磁体11设置在非金属磁轭兼外壳13内，且瓦形永磁体11磁极为N、S相间方式排列结构；所述端盖14设置在非金属磁轭兼外壳13端面，且在端盖14中部设有中轴12；所述定子设置在底座上，并且在其中部设有轴承21、轴孔23；所述电枢绕组22缠绕在非磁性金属或塑料定子槽体24上。
作为本实用新型的进一步技术方案：永磁体转子三磁极对和定子六组二相绕组分别按60度夹角布置，且为一一对应的结构；所述瓦形永磁体11在非金属磁轭兼外壳13内为60度弧度布置；且在，由三组六片永磁体组成的外转子和六组二相绕组组成的内定子外安装有固定支架。
作为本实用新型的优化技术方案：所述内定子为具有非磁性金属或塑料定子槽体制作的圆柱形开槽结构，线圈绕组按三组单相或六组二相绕组布置。
本实用新型的工作原理为：采用外转子永磁三相交流发电机的基本原理，利用自行车轮运动时，铝合金车圈(非磁性导体)的运动切割磁力线，产生感应涡流，进而形成涡流磁场，与永磁体磁场发生磁相互作用力，从而驱动作为外转子的永磁体旋转发电。
根据楞次定律，运动中的非磁性导体与永磁体接近时，非磁性导体会切割永磁体中的磁力线，从而在非磁性导体中产生涡流电，涡流电在低电阻的非磁性导体中流动时又会形成感应磁场，此磁场会对永磁体产生反作用力，从而形成对永磁体的磁动势。据此，通过特殊的 永磁体结构和排列方式与非磁性导体的相对运动方式，即可制作出发电装置。
经以体积为：高度15毫米，厚度2毫米，直径25毫米的多极对环形汝铁硼磁体实验装置实际测试，在靠近自行车铝合金车圈3-6毫米距离时，即可获得稳定驱动力。
本实用新型在安装时：发电机安装位置，位于自行车圈(非磁性金属导体)一侧，平行方向，距离3-6毫米。
将该发电装置用固定支架，将发电机固定到自行车(铝合金车圈)附近，轴向与自行车圈平行，空隙间隔3-6毫米，当自行车轮转动时，即可驱动永磁体外转子转子转动，定子中的绕组则可获得感应电动势，经整流稳压电路整流稳压后输出，供自行车用电设备。
实施例一，以26英寸自行车为例，其轮胎周长为2074毫米左右，其铝合金车圈(减去轮胎)直径约为560毫米，周长约为1758毫米，行驶一公里为482转。设发电机外转子直径为26毫米时(周长：26*3.14＝81.64毫米)，自行车速度与发电机转速的关系如下表：
自行车速度与发电机转速关系测算表
因此，当自行车以每小时10公里的低速行驶时，发电机转速达每分1731转，能充分满足发电机工作需要。在此转速下，如以转子三磁极对，定子六组二相绕组交流发电设计中，可获得单相频率为每秒约86HZ高频交流电。
在输出端布置一整流稳压电路，对输出电压进行整流和稳压，从而获得相对平滑的直电流输出。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本实用新型技术方案的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种无接触式永磁涡流感应自行车交流发电机，由三组六片永磁体组成的外转子和六组二相绕组组成的内定子组成；所述外转子包括瓦形永磁体(11)、非金属磁轭兼外壳(13)和端盖(14)、轴(12)；所述内定子包括非磁性金属或塑料槽体(24)、电枢绕组(22)和轴承(21)、轴孔(23)；其特征在于：所述瓦形永磁体(11)设置在非金属磁轭兼外壳(13)内，且瓦形永磁体(11)磁极为N、S相间方式排列结构；所述端盖(14)设置在非金属磁轭兼外壳(13)端面，且在端盖(14)中部设有中轴(12)；所述内定子设置在底座上，并且在其中部设有轴承(21)、轴孔(23)；所述电枢绕组(22)缠绕在非磁性金属或塑料槽体(24)上。
2.根据权利要求1所述的一种无接触式永磁涡流感应自行车交流发电机，其特征在于:六片永磁体组成三磁极对和定子六组二相绕组分别形成60度夹角，且为一一对应的结构；所述瓦形永磁体(11)在非金属磁轭兼外壳(13)内为60度弧度布置；且在由三组六片永磁体组成的外转子和六组二相绕组组成的内定子交流发电机外安装有固定支架。
3.根据权利要求1所述的一种无接触式永磁涡流感应自行车交流发电机，其特征在于:所述内定子为非磁性金属或塑料制作的圆柱形槽体结构，线圈绕组按三组单相或六组二相绕组布置。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种无接触式永磁涡流感应自行车交流发电机，其特征在于：所述的交流发电机安装在自行车圈上，且距离车圈外缘5mm，并与自行车运动部件无接触。
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