CN208675045U - 一种新型手摇发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种新型手摇发电装置，包括有无刷外转子三相电机、齿轮组和手摇柄，所述无刷外转子三相电机上设置有电机转子、电机定子、电机夹板、电机支撑座和电机转轴，所述齿轮组为三级增速齿轮，所述手摇柄的一端与三级增速齿轮的主动轮固定连接，所述电机转轴的一端与三级增速齿轮的从动轮固定连接，所述电机定子设置在电机转子的内侧，所述电机定子上均匀设置有9个磁极。该装置通过无刷外转子三相电机与三级增速齿轮结合，使瞬时传动比恒定，工作平稳，传动准确可靠，提高机械传动效率，满足电机功率输出要求，且整体体积较小，易于携带，噪音小，成本较低；同时该装置结构简单，重量较轻，节约材料，使用方便。

Description

一种新型手摇发电装置

技术领域

本实用新型涉及发电机技术领域，尤其涉及一种新型手摇发电装置。

背景技术

手摇发电机也叫手摇电源，它是不受环境影响的一种可再生电源，主要采用人工手摇齿轮，齿轮带动线圈在磁场中旋转产生电流，从而为设备延长续航电力。

目前小手摇电源分为两种：一种采用塑料齿轮，多见应急照明，应急收音机等应用，也有用于为手机等电子设备充电，这种电源价格便宜，但输出功率小，且容易变形和损坏；另一种采用金属齿轮，电池转换效率一般在40％左右，由于它主要借助人力，人一般功率是0.1-0.2马力，约73-150W的功率，一般功率可以做到20-30W,也有标称100W的，但这已是瞬时极限功率，由于设计不合理，人最多只能支撑几分钟。考虑到人的因素，如何延长手摇电源工作时间，以及有效提高电能转换效率以发挥手摇电源的性能是目前亟待解决的难题。

在申请号为CN201320549026.2的实用新型专利中，公开了一种手摇发电机，包括壳体、手摇柄，所述壳体内前部固定设置有直流发电机，直流发电机转矩输入轴上固定连接有双联齿轮，所述双联齿轮与固定连接在手摇柄的转轴上的输入齿轮相啮合，所述手摇柄的转轴中前部设置有两个惯性轮，所述壳体的前端设置有电珠及电源输出接线柱，所述电珠和电源输出接线柱均与直流发电机电连接。

但是该实用新型采用的是直流发电机，相对于异步电动机，重量较重，成本较高，不适于大量的生产，现已用三相异步电动机取代直流发电机进行手摇发电机的研发生产。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种新型手摇发电装置，该装置通过无刷外转子三相电机与三级增速齿轮结合，使瞬时传动比恒定，工作平稳，传动准确可靠，提高机械传动效率，满足电机功率输出要求，且整体体积较小，易于携带，成本较低。

本实用新型的另一个目的在于提供一种新型手摇发电装置，该装置结构简单，重量较轻，节约材料，使用方便，适于推广应用。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下。

一种新型手摇发电装置，包括有无刷外转子三相电机、齿轮组和手摇柄，所述无刷外转子三相电机上设置有电机转子、电机定子、电机夹板、电机支撑座和电机转轴，所述齿轮组为三级增速齿轮，所述手摇柄的一端与三级增速齿轮的主动轮固定连接，所述电机转轴的一端与三级增速齿轮的从动轮固定连接，所述电机定子设置在电机转子的内侧，所述电机定子上均匀设置有 9个磁极。

进一步，所述每个磁极的形状均为T字型。

进一步，所述电机定子与电机夹板通过电机支撑座固定连接，所述电机转轴的一端穿过电机支撑座，且与电机转子固定连接。

进一步，所述电机夹板上设置有安装孔，所述安装孔上沿着安装孔的周侧均匀设置有复数个U型槽，所述电机支撑座的一端上设置有复数个定位块，所述定位块的数量与U型槽的数量一致，所述每个定位块均与其对应的U型槽相适配。

进一步，所述电机转子的形状为圆盘形，所述电机转子的四周围绕圆心方向均匀设置有4个条形孔。

进一步，所述三级增速齿轮包括有第一级齿轮、第二级齿轮和第三级齿轮，所述第一级齿轮为主动轮，所述第三级齿轮为从动轮，所述第二级齿轮包括有同轴固定连接的第二级小齿轮和第二级大齿轮，所述第一级齿轮与第二小齿轮啮合构成齿轮副，所述第二级大齿轮与第三级齿轮啮合构成齿轮副。

进一步，所述电机定子的材料为矽钢材料，所述齿轮组的材料为合金钢材料，所述齿轮组的模数为0.5。

进一步，所述主动轮至从动轮的总传动比为1:50。

进一步，所述手摇柄包括有手摇轴、手柄外壳、手柄抽芯和握柄，所述手摇轴垂直于所述手柄外壳的一端，且与手柄外壳固定连接，所述手柄外壳的另一端设置有开口的中空结构，所述手柄抽芯的一端穿过开口，且插接在手柄外壳的中空结构内，所述手柄抽芯的内侧沿长度方向设置有限位槽，所述手柄外壳的开口一侧设置有与限位槽相适配的限位凸起，所述手柄抽芯的一端与握柄枢接连接。

进一步，所述握柄的内部设置有握柄内销，所述握柄内销卡接在握柄的内部，且与握柄可旋转连接。

本实用新型的有益效果：与现有技术相比，本实用新型所提供的一种新型手摇发电装置，该装置通过无刷外转子三相电机与三级增速齿轮结合，使瞬时传动比恒定，工作平稳，传动准确可靠，提高机械传动效率，满足电机功率输出要求，且整体体积较小，易于携带，噪音小，成本较低；同时该装置结构简单，重量较轻，节约材料，使用方便，适于推广应用。

附图说明

图1为本实用新型的爆炸图。

图2为本实用新型中无刷外转子三相电机的侧视图。

图3为本实用新型中无刷外转子三相电机的主视图。

图4为图3的爆炸图。

图5为本实用新型中齿轮组的结构示意图。

图6为本实用新型中手摇柄的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

在本实用新型的描述中，“复数个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

实施例1

参见图1-4所示，一种新型手摇发电装置，包括有无刷外转子三相电机 1、齿轮组2和手摇柄3，无刷外转子三相电机1上设置有电机转子11、电机定子12、电机夹板13、电机支撑座14和电机转轴15，齿轮组2为三级增速齿轮，手摇柄3的一端与三级增速齿轮的主动轮固定连接，电机转轴15 的一端与三级增速齿轮的从动轮固定连接，电机定子12设置在电机转子11 的内侧，电机定子12上均匀设置有9个磁极121。其中，每个磁极121的形状均为T字型。

本实施方式中，无刷外转子发电机采用的是永磁体外转子发电机，具有噪音小、效率高、功率大的特点。在具有更小体积的情况下具有更高的发电效率，将目前传统的40％机电转换效率提高到60％以上，同时降低了信噪比，具有易于实现、可靠性高、散热良好和性价比高等优点。一般产品的10W手摇发电机在带载的情况下噪声一般为66-70分贝，而本设计产品的噪声要求达到60-65分贝，这些数据都是通过测试计算得到的。在此，T字型的磁极便于缠绕线圈。

优选地，电机定子12与电机夹板13通过电机支撑座14固定连接，电机转轴15的一端穿过电机支撑座14，且与电机转子11固定连接。在此，电机转子与电子转轴固定连接，通过齿轮组的从动轮带动电机转子转动，切割磁感线产生电流。

优选地，电机夹板13上设置有安装孔131，安装孔131上沿着安装孔 131的周侧均匀设置有复数个U型槽132，电机支撑座14的一端上设置有复数个定位块141，定位块的数量与U型槽的数量一致，每个定位块141均与其对应的U型槽132相适配。在此，电机支撑座用于固定电机夹板和电机定子，通过定位块与U型槽的扣合，使电机支撑座与电机夹板固定连接，U行槽与定位块的形状和数量均一致，优选为3个，在减少材料的条件下，形成稳定的结构。

优选地，电机转子11的形状为圆盘形，电机转子11的四周围绕圆心方向均匀设置有4个条形孔111。

参见图1和图5所示，三级增速齿轮包括有第一级齿轮21、第二级齿轮 22和第三级齿轮23，第一级齿轮21为主动轮，第三级齿轮23为从动轮，第二级齿轮22包括有同轴固定连接的第二级小齿轮221和第二级大齿轮 222，第一级齿轮21与第二小齿轮221啮合构成齿轮副，第二级大齿轮222 与第三级齿轮23啮合构成齿轮副。

优选地，电机定子12的材料为矽钢材料，齿轮组2的材料为合金钢材料，齿轮组2的模数为0.5。其中，主动轮至从动轮的总传动比为1:50。

在本实施方式中，无刷外转子三相电机1和齿轮组2的设计采用一体化设计，通过第一级齿轮依次带动第二级齿轮和第三级齿轮转动，齿轮组采用合金钢加淬火0.5模数齿轮组，转速比达到1:50左右，保证了手摇发电机的整体效率。此时，三级增速齿轮组速比可以达到每分钟3000转，满足电机功率输出要求，电机尺寸可以减小，提高机械传动效率。工作时，手摇柄转动每分钟60-90转，电机输出功率恒定10W；手摇柄转动每分钟最大120 转时，电机输出功率最大20W，平均使用500小时无故障，连续使用24小时无故障，具有较长的使用寿命。总体来讲，该传动方案满足手摇发电机的性能要求，适应工作条件、工作可靠，此外还结构简单、尺寸紧凑、成本低、传动效率高。

本实施例中，电机所需工作功率Pw的计算公式为：式中P₀为电机实际输出功率，η_w＝0.6为无刷外转子电机转换效率，由于电机最大功率P₀为20w，按照最大功率计算，带入上式得到P_w＝33.3w。

按照手摇发电机人体工程学角度来讲，一般适合人力发电最佳转速为每分钟60-90转，发电机转速为3000-4500转，发电机最大转速6000转，所以手摇发电机总传动比为i_∑＝(3000-4500)/(60-90)＝50，所以电动机转速的可选范围为：

n_d＝i′_∑n_w＝(60-120)×50＝(3000-6000)r/min

为使传动装置结构紧凑，决定选用外径为45mm，9极，60匝的无刷外转子三相电机。

根据上述计算结果可知，总传动比i_∑＝50，其中，i_∑＝i_Ii_II,I轴4为电机主轴，II轴5为第二级齿轮上连接第二级小齿轮与第二级大齿轮上的连接轴，III轴6为手摇柄上的手摇轴，考虑润滑条件等因素，初定 i_I＝7.35,i_II＝6.8。

各轴的转速分别为：

I轴：n_I＝n_m＝4500r/min，

II轴：

III轴：

各轴的输入功率分别为：

I轴：P_I＝P₀/η_c＝33.3/0.95＝35.05w，

II轴：P_II＝P_I/(η_r×η_g)＝35.05/(0.97×0.98)＝36.87w，

_III轴：P_III＝P_II/η_g＝36.87/0.98＝37.62w。

各轴的输入转矩分别为：

I轴：

II轴：

III轴：

将上述计算结果汇总于表1中。

表1无刷外转子三相电机与各轴的数据对比结果

项目	无刷外转子三相电机	I轴	II轴	III轴
					转速(r/min)	4500	4500	612.24	90.03
功率P(w)	20.5	35.05	36.87	37.62
					转矩T(N.m)	0.074	0.074	0.57	3.99
传动比i	7.35	7.35	6.8	1
					效率	0.95	0.95	0.97	0.98

通过表1中的数据结果可以看出，本实施例中的无刷外转子三相电机的发电效率达到95％，在齿轮组中，主动轮至从动轮的总传动比为1:50，在合适的齿轮数条件下能够达到减小噪音，提高效率的目的。

本实施例的发电装置通过无刷外转子三相电机与三级增速齿轮相结合，使瞬时传动比恒定，工作平稳，传动准确可靠，径向尺寸小，结构紧凑，重量轻，节约材料。轴向尺寸大，要求两级传动中心距相同，三级增速齿轮横向尺寸较小。三级增速齿轮的传动比为1:50，满足无刷外转子三相电机的功率输出要求，无刷外转子三相电机尺寸可以减小，提高机械传动效率，且无碳刷，免维护。

实施例2

参见图6所示，与上述实施例的不同之处在于，手摇柄3包括有手摇轴 31、手柄外壳32、手柄抽芯33和握柄34，手摇轴31垂直于手柄外壳32的一端，且与手柄外壳32固定连接，手柄外壳32的另一端设置有开口的中空结构，手柄抽芯33的一端穿过开口，且插接在手柄外壳32的中空结构内，手柄抽芯33的内侧沿长度方向设置有限位槽331，手柄外壳32的开口一侧设置有与限位槽331相适配的限位凸起321，手柄抽芯33的一端与握柄34 枢接连接。

其中，握柄34的内部设置有握柄内销341，握柄内销341卡接在握柄 34的内部，且与握柄34可旋转连接。

在本实施方式中，手柄抽芯卡接在手柄外壳的内部，且通过限位凸起与限位槽的适配来控制手柄抽芯在手柄外壳内的移动，握柄与手柄抽芯的枢接结构使握柄能够围绕手柄抽芯旋转，便于将握柄收回握柄安装槽内，以及打开使用，整体结构简单，使用方便，易于收纳携带。握柄内销的设置能够使握柄与手柄抽芯之间的枢接结构连接紧密，而且便于握柄旋转使用。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型手摇发电装置，包括有无刷外转子三相电机、齿轮组和手摇柄，所述无刷外转子三相电机上设置有电机转子、电机定子、电机夹板、电机支撑座和电机转轴，其特征在于，所述齿轮组为三级增速齿轮，所述手摇柄的一端与三级增速齿轮的主动轮固定连接，所述电机转轴的一端与三级增速齿轮的从动轮固定连接，所述电机定子设置在电机转子的内侧，所述电机定子上均匀设置有9个磁极。

2.根据权利要求1所述的新型手摇发电装置，其特征在于，所述每个磁极的形状均为T字型。

3.根据权利要求1所述的新型手摇发电装置，其特征在于，所述电机定子与电机夹板通过电机支撑座固定连接，所述电机转轴的一端穿过电机支撑座，且与电机转子固定连接。

4.根据权利要求1所述的新型手摇发电装置，其特征在于，所述电机夹板上设置有安装孔，所述安装孔上沿着安装孔的周侧均匀设置有复数个U型槽，所述电机支撑座的一端上设置有复数个定位块，所述定位块的数量与U型槽的数量一致，所述每个定位块均与其对应的U型槽相适配。

5.根据权利要求1所述的新型手摇发电装置，其特征在于，所述电机转子的形状为圆盘形，所述电机转子的四周围绕圆心方向均匀设置有4个条形孔。

6.根据权利要求1所述的新型手摇发电装置，其特征在于，所述三级增速齿轮包括有第一级齿轮、第二级齿轮和第三级齿轮，所述第一级齿轮为主动轮，所述第三级齿轮为从动轮，所述第二级齿轮包括有同轴固定连接的第二级小齿轮和第二级大齿轮，所述第一级齿轮与第二小齿轮啮合构成齿轮副，所述第二级大齿轮与第三级齿轮啮合构成齿轮副。

7.根据权利要求1所述的新型手摇发电装置，其特征在于，所述电机定子的材料为矽钢材料，所述齿轮组的材料为合金钢材料，所述齿轮组的模数为0.5。

8.根据权利要求1所述的新型手摇发电装置，其特征在于，所述主动轮至从动轮的总传动比为1:50。

9.根据权利要求1所述的新型手摇发电装置，其特征在于，所述手摇柄包括有手摇轴、手柄外壳、手柄抽芯和握柄，所述手摇轴垂直于所述手柄外壳的一端，且与手柄外壳固定连接，所述手柄外壳的另一端设置有开口的中空结构，所述手柄抽芯的一端穿过开口，且插接在手柄外壳的中空结构内，所述手柄抽芯的内侧沿长度方向设置有限位槽，所述手柄外壳的开口一侧设置有与限位槽相适配的限位凸起，所述手柄抽芯的一端与握柄枢接连接。

10.根据权利要求9所述的新型手摇发电装置，其特征在于，所述握柄的内部设置有握柄内销，所述握柄内销卡接在握柄的内部，且与握柄可旋转连接。