TW201739147A - 輪轂發電機之磁石組與軛鐵組的組配結構 - Google Patents
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Abstract
本發明為一種輪轂發電機之磁石組與軛鐵組的組配結構，包含：一磁石組，具有N-S交錯的第一磁極與第二磁極；一軛鐵組，包括複數第一軛鐵、及複數第二軛鐵；其特徵在於：該磁石組相對於該軛鐵組轉動，且各該第一軛鐵具有一通過一第一圓心的第一軛鐵線，各該第二軛鐵具有一通過一第二圓心的第二軛鐵線，每兩相鄰該第一磁極的相接處具有一第一分極線，且各該第一分極線通過相對應的各該第一軛鐵線時，該第一分極線與該第一軛鐵線形成一第一夾角，每兩相鄰該第二磁極的相接處具有一第二分極線，且各該第二分極線通過相對應的各該第二軛鐵線時，該第二分極線與該第二軛鐵線形成一第二夾角。
Description
本發明係與輪轂發電機有關，特別是指一種輪轂發電機之磁石組與軛鐵組的組配結構。
參閱圖1A、圖1B所示，顯示一種自行車用花轂發電機結構(台灣發明專利申請第097144972號)，係於一花轂殼體內的軸心設置一發電機10，該發電機10係一線圈單元11外周緣設置一磁石組12，及供二對應軛鐵組13設置，該磁石組12的由複數磁極121環狀排列組成，該軛鐵組13外周緣設有軛爪131，該二軛鐵組13分別由該線圈單元11二側對合並限位，該軛爪131位於該線圈單元11外圈，藉此組成體積小、質量輕且電壓與功率大的發電機。
此種花轂發電機的該磁石組12具有一面向其中一該軛鐵組13的第一側面122、一面向另一該軛鐵組12的第二側面123、複數位於該第一側面122且呈環狀排列並N-S交錯的該磁極121，及複數位於該第二側面123且呈環狀排列並S-N交錯的磁極121，且位於相背之第一、第二側面122、123處的二磁極121為相反磁性。
然而，由於各該磁極121的分極線1211在通過二該軛鐵組13的軛鐵線132時，兩者是呈平行關係，也就是該分極線1211在通過該軛鐵線132時不具有夾角，因此，該磁石組12相對於軛鐵組13轉動時，該等磁極121的分極線1211以與各該軛鐵組13的軛鐵線132呈平行狀的通過所對應各該軛鐵組13的軛鐵線131，使得該軛鐵組13轉動時所產生的頓轉扭矩過大，造成該發電輪轂的運轉受阻。參閱圖1C所示，顯示該等磁極121的分極線1211以與各該軛鐵組13的軛鐵線132呈平行狀的通過各該軛鐵組13的軛鐵線132之關係圖，其中X軸代表時間、單位為毫秒(mS)，Y軸代表為扭力、單位為毫牛頓X米(mNewton X meter)，其頓轉扭矩最高高達0.68牛頓X米。
是以，如何開發出一種輪轂發電機之磁石組與軛鐵組的組配結構，其可解決上述的問題，即為本案發明的動機。
本發明的目的在於提供一種輪轂發電機之磁石組與軛鐵組的組配結構，其主要降低該輪轂發電機運轉發電時所產生的頓轉扭矩。
緣是，為了達成前述目的，依據本發明所提供一種輪轂發電機之磁石組與軛鐵組的組配結構，包含：一磁石組，具有一第一側面、複數位於該第一側面且呈環狀排列並呈N-S交錯的第一磁極、一反向於該第一側面的第二側面、複數位於該第二側面且呈環狀排列並呈S-N交錯的第二磁極，且位於相背之該第一、第二側面處的該第一、第二磁極為相反磁性；一軛鐵組，包括複數第一軛鐵、及複數第二軛鐵，各該第一軛鐵複數環設在該磁石組一側且各具有一對應該第一側面之第一磁極的第一爪部，各該第二軛鐵複數環設在該磁石組另一側且各具有一對應該第二側面之第二磁極的第二爪部；
其特徵在於：該磁石組相對於該軛鐵組轉動，且各該第一軛鐵具有一通過一第一圓心的第一軛鐵線，各該第二軛鐵具有一通過一第二圓心的第二軛鐵線，每兩相鄰該第一磁極的相接處具有一第一分極線，且各該第一分極線通過相對應的各該第一軛鐵線時，該第一分極線與該第一軛鐵線形成一第一夾角，每兩相鄰該第二磁極的相接處具有一第二分極線，且各該第二分極線通過相對應的各該第二軛鐵線時，該第二分極線與該第二軛鐵線形成一第二夾角。
較佳地，其中該第一夾角介於5度至40度之間，該第二夾角介於5度至40度之間。
較佳地，其中各該第一軛鐵由複數第一軛鐵片體疊設而成，各該第一軛鐵片包括一第一內段、一由該第一內段的一端彎折延伸的第一延伸段、一由該第一延伸段的一端且朝該第一內段彎折延伸的第一外段、及一由該第一外段的一端彎折延伸且朝該第一內段反方向並對應該第一側面之第一磁極的第一爪段。
較佳地，其中各該第一軛鐵片的第一爪段之長度相同。
較佳地，其中疊設而成的各該第一軛鐵片中，由兩側朝中央的該第一軛鐵片的第一爪段之長度逐漸變長。
較佳地，其中疊設而成的各該第一軛鐵片中，由一側朝另一側的該第一軛鐵片的第一爪段之長度逐漸變長。
較佳地，其中各該第二軛鐵由複數第二軛鐵片體疊設而成，各該第二軛鐵片包括一第二內段、一由該第二內段的一端彎折延伸的第二延伸段、一由該第二延伸段的一端且朝該第二內段彎折延伸的第二外段、及一由該第二外段的一端彎折延伸且朝該第二內段反方向並對應該第二側面之第二磁極的第二爪段。
較佳地，其中各該第二軛鐵片的第二爪段之長度相同。
較佳地，其中疊設而成的各該第二軛鐵片中，由兩側朝中央的該第二軛鐵片的第二爪段之長度逐漸變長。
較佳地，其中疊設而成的各該第二軛鐵片中，由一側朝另一側的該第二軛鐵片的第二爪段之長度逐漸變長。
有關本發明為達成上述目的，所採用之技術、手段及其他之功效，茲舉一較佳可行實施例並配合圖式詳細說明如後。
在提出詳細說明之前，要注意的是，在以下的說明中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖2所示 ，本發明實施例所提供的一種輪轂發電機之磁石組與軛鐵組的組配結構，適用於與該輪轂發電機的定子線圈體21及固定單元22組配而成，參閱圖3至圖5A所示 ，該輪轂發電機之磁石組與軛鐵組的組配結構主要係由一磁石組30與一軛鐵組40所組成，其中：
該磁石組30，具有一第一側面31、複數位於該第一側面31且呈環狀排列並呈N-S交錯的第一磁極32、一反向於該第一側面31的第二側面33、複數位於該第二側面33且呈環狀排列並呈S-N交錯的第二磁極34，且位於相背之該第一、第二側面31、33處的該第一、第二磁極32、34為相反磁性。
該軛鐵組40，包括複數第一軛鐵41、及複數第二軛鐵42，各該第一軛鐵41複數環設在該磁石組30一側且各具有一對應該第一側面31之第一磁極32的第一爪部411，各該第二軛鐵42複數環設在該磁石組30另一側且各具有一對應該第二側面33之第二磁極34的第二爪部421。
本發明特別設計之處在於：該磁石組30相對於該軛鐵組40轉動，且各該第一軛鐵41具有一通過一第一圓心P1的第一軛鐵線412，各該第二軛鐵42具有一通過一第二圓心P2的第二軛鐵線422，每兩相鄰該第一磁極32的相接處具有一第一分極線321，且各該第一分極線321通過相對應的各該第一軛鐵線412時，該第一分極線321與該第一軛鐵線412形成一第一夾角A1，每兩相鄰該第二磁極34的相接處具有一第二分極線341，且各該第二分極線341通過相對應的各該第二軛鐵線422時，該第二分極線341與該第二軛鐵線422形成一第二夾角A2。本實施例中，該第一夾角A1為10度，於其他實施方式中，該第一夾角A1可介於5度至40度之間；該第二夾角A2為10度，於其他實施方式中，該第二夾角A2可介於5度至40度之間；例如圖8所示，顯示該第一夾角A1與第二夾角A2皆為25度的狀態。
藉此，由於本發明特別將各該第一軛鐵41的第一軛鐵線412以共同通過該第一圓心P1的方式排列、將各該第二軛鐵42的第二軛鐵線422以共同通過該第二圓心P2的方式排列，並使各該第一分極線321通過相對應的各該第一軛鐵線412時，該第一分極線321與該第一軛鐵線412形成一第一夾角A1，以及使各該第二分極線341通過相對應的各該第二軛鐵線422時，該第二分極線341與該第二軛鐵線422形成一第二夾角A2，因此，該磁石組30第一側面31的各第一磁極32相對於各該第一軛鐵41轉動、以及該磁石組30第二側面33的各第二磁極34相對於各該第二軛鐵42轉動時，該等第一、第二分極線321、341是以呈有角度的方式通過所對應的該等第一、第二軛鐵41、42的第一、第二軛鐵線412、422，因此，可以降低轉動時的頓轉扭矩。
參閱圖5B所示，為圖5A之磁石組與軛鐵組的頓轉扭矩關係圖，其中X軸代表時間、單位為毫秒(mS)，Y軸代表為扭力、單位為毫牛頓X米(mNewton X meter)，由該關係圖可以得知，當該等第一、第二分極線以與該等第一、第二軛鐵線以呈10度夾角的方式通過所對應的該等第一、第二軛鐵線時，其頓轉扭矩最高僅為480.00毫牛頓X米，反觀圖1C所示，當該等磁極143的分極線1431以與該等第一、二軛鐵121、122的軛鐵線1211、1221以呈平行狀的方式通過所對應該等第一、二軛鐵121、122的軛鐵線1211、1221時，其所產生的最高頓轉扭矩約略為680.00毫牛頓X米，因此，本發明確實大大的降低了該輪轂發電機運轉發電時所產生的頓轉扭矩。
值得一提的是，複參閱圖3、圖5A所示，本發明實施例中，各該第一軛鐵41由八片第一軛鐵片413體疊設而成，各該第一軛鐵片413包括一第一內段4131、一由該第一內段4131的一端彎折延伸的第一延伸段4132、一由該第一延伸4132段的一端且朝該第一內段彎4131折延伸的第一外段4133、及一由該第一外段4133的一端彎折延伸且朝該第一內段4131反方向並對應該第一側面31之第一磁極32的第一爪段4134。其中疊設而成的各該第一軛鐵片413中，由兩側朝中央的該第一軛鐵片413的第一爪段4134之長度逐漸變長。圖5A中，中間四片的第一軛鐵片413的第一爪段4134長度相同，越往外側排列的第一軛鐵片413的第一爪段4134長度越短。而各該第一軛鐵片413的排列方式亦可如圖6所示，在疊設而成的各該第一軛鐵片413中，各該第一軛鐵片413的第一爪段4134長度相同。亦可如圖7所示，在疊設而成的各該第一軛鐵片413中，由一側朝另一側的該第一軛鐵片413的第一爪段4134之長度逐漸變長。
當然，在本發明實施例中，該第二軛鐵42的結構及排列方式皆與該第一軛鐵41的結構及排列方式相同，亦即各該第二軛鐵42由八片第二軛鐵片423體疊設而成，各該第二軛鐵片423包括一第二內段4231、一由該第二內段4231的一端彎折延伸的第二延伸段4232、一由該第二延伸段4232的一端且朝該第二內段4231彎折延伸的第二外段4233、及一由該第二外段4233的一端彎折延伸且朝該第二內段4231反方向並對應該第二側面33之第二磁極34的第二爪段4234。其中疊設而成的各該第二軛鐵片423中，由兩側朝中央的該第二軛鐵片423的第二爪段4234之長度逐漸變長。圖5A中，中間四片的第二軛鐵片423的第二爪段4234長度相同，越往外側排列的第二軛鐵片423的第二爪段4234長度越短。而各該第二軛鐵片423的排列方式亦可如圖6所示，在疊設而成的各該第二軛鐵片423中，各該第二軛鐵片423的第二爪段4234長度相同。亦可如圖7所示，在疊設而成的各該第二軛鐵片423中，由一側朝另一側的該第二軛鐵片423的第二爪段4234之長度逐漸變長。
綜上所述，上述實施例及圖式僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以之限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應屬本發明專利涵蓋之範圍內。
﹝習知﹞
10‧‧‧發電機
11‧‧‧線圈單元
12‧‧‧磁石組
121‧‧‧磁極
1211‧‧‧分極線
122‧‧‧第一側面
123‧‧‧第二側面
13‧‧‧軛鐵組
131‧‧‧軛爪
132‧‧‧軛鐵線
﹝本發明﹞
21‧‧‧定子線圈體
22‧‧‧固定單元
30‧‧‧磁石組
31‧‧‧第一側面
32‧‧‧第一磁極
321‧‧‧第一分極線
33‧‧‧第二側面
34‧‧‧第二磁極
341‧‧‧第二分極線
40‧‧‧軛鐵組
41‧‧‧第一軛鐵
411‧‧‧第一爪部
412‧‧‧第一軛鐵線
413‧‧‧第一軛鐵片
4131‧‧‧第一內段
4132‧‧‧第一延伸段
4133‧‧‧第一外段
4134‧‧‧第一爪段
42‧‧‧第二軛鐵
421‧‧‧第二爪部
422‧‧‧第二軛鐵線
423‧‧‧第二軛鐵片
4231‧‧‧第二內段
4232‧‧‧第二延伸段
4233‧‧‧第二外段
4234‧‧‧第二爪段
A1‧‧‧第一夾角
A2‧‧‧第二夾角
P1‧‧‧第一圓心
P2‧‧‧第二圓心
10‧‧‧發電機
11‧‧‧線圈單元
12‧‧‧磁石組
121‧‧‧磁極
1211‧‧‧分極線
122‧‧‧第一側面
123‧‧‧第二側面
13‧‧‧軛鐵組
131‧‧‧軛爪
132‧‧‧軛鐵線
﹝本發明﹞
21‧‧‧定子線圈體
22‧‧‧固定單元
30‧‧‧磁石組
31‧‧‧第一側面
32‧‧‧第一磁極
321‧‧‧第一分極線
33‧‧‧第二側面
34‧‧‧第二磁極
341‧‧‧第二分極線
40‧‧‧軛鐵組
41‧‧‧第一軛鐵
411‧‧‧第一爪部
412‧‧‧第一軛鐵線
413‧‧‧第一軛鐵片
4131‧‧‧第一內段
4132‧‧‧第一延伸段
4133‧‧‧第一外段
4134‧‧‧第一爪段
42‧‧‧第二軛鐵
421‧‧‧第二爪部
422‧‧‧第二軛鐵線
423‧‧‧第二軛鐵片
4231‧‧‧第二內段
4232‧‧‧第二延伸段
4233‧‧‧第二外段
4234‧‧‧第二爪段
A1‧‧‧第一夾角
A2‧‧‧第二夾角
P1‧‧‧第一圓心
P2‧‧‧第二圓心
圖1A係顯示習知發電輪轂之發電機模組的立體圖。 圖1B係圖1A之轉子磁場產生體與軛鐵組配結構的示意圖。 圖1C係圖1B之轉子磁場產生體與軛鐵作動時的頓轉扭矩關係圖。 圖2係本發明實施例的立體分解圖，顯示本發明與定子線圈體及固定單元分離的狀態。 圖3係本發明實施例的立體分解圖。 圖4係本發明實施例的示意圖，顯示磁石組與一軛鐵的組配狀態。 圖5A係本發明實施例的示意圖，顯示一磁極與一軛鐵的組配狀態。 圖5B係圖5A之磁石組與軛鐵組的頓轉扭矩關係圖。 圖6係本發明實施例的示意圖，顯示另一種一軛鐵與一磁極的組配狀態。 圖7係本發明實施例的示意圖，顯示再一種一軛鐵與一磁極的組配狀態。 圖8係本發明實施例的示意圖，顯示再一種一磁極與一軛鐵的組配狀態。
30‧‧‧磁石組
32‧‧‧第一磁極
321‧‧‧第一分極線
34‧‧‧第二磁極
341‧‧‧第二分極線
40‧‧‧軛鐵組
41‧‧‧第一軛鐵
411‧‧‧第一爪部
412‧‧‧第一軛鐵線
42‧‧‧第二軛鐵
421‧‧‧第二爪部
422‧‧‧第二軛鐵線
P1‧‧‧第一圓心
P2‧‧‧第二圓心
Claims (10)
- 一種輪轂發電機之磁石組與軛鐵組的組配結構，包含： 一磁石組，具有一第一側面、複數位於該第一側面且呈環狀排列並呈N-S交錯的第一磁極、一反向於該第一側面的第二側面、複數位於該第二側面且呈環狀排列並呈S-N交錯的第二磁極，且位於相背之該第一、第二側面處的該第一、第二磁極為相反磁性； 一軛鐵組，包括複數第一軛鐵、及複數第二軛鐵，各該第一軛鐵複數環設在該磁石組一側且各具有一對應該第一側面之第一磁極的第一爪部，各該第二軛鐵複數環設在該磁石組另一側且各具有一對應該第二側面之第二磁極的第二爪部； 其特徵在於：該磁石組相對於該軛鐵組轉動，且各該第一軛鐵具有一通過一第一圓心的第一軛鐵線，各該第二軛鐵具有一通過一第二圓心的第二軛鐵線，每兩相鄰該第一磁極的相接處具有一第一分極線，且各該第一分極線通過相對應的各該第一軛鐵線時，該第一分極線與該第一軛鐵線形成一第一夾角，每兩相鄰該第二磁極的相接處具有一第二分極線，且各該第二分極線通過相對應的各該第二軛鐵線時，該第二分極線與該第二軛鐵線形成一第二夾角。
- 如請求項1所述之輪轂發電機之磁石組與軛鐵組的組配結構，其中該第一夾角介於5度至40度之間，該第二夾角介於5度至40度之間。
- 如請求項1所述之輪轂發電機之磁石組與軛鐵組的組配結構，其中各該第一軛鐵由複數第一軛鐵片體疊設而成，各該第一軛鐵片包括一第一內段、一由該第一內段的一端彎折延伸的第一延伸段、一由該第一延伸段的一端且朝該第一內段彎折延伸的第一外段、及一由該第一外段的一端彎折延伸且朝該第一內段反方向並對應該第一側面之第一磁極的第一爪段。
- 如請求項3所述之輪轂發電機之磁石組與軛鐵組的組配結構，其中各該第一軛鐵片的第一爪段之長度相同。
- 如請求項3所述之輪轂發電機之磁石組與軛鐵組的組配結構，其中疊設而成的各該第一軛鐵片中，由兩側朝中央的該第一軛鐵片的第一爪段之長度逐漸變長。
- 如請求項3所述之輪轂發電機之磁石組與軛鐵組的組配結構，其中疊設而成的各該第一軛鐵片中，由一側朝另一側的該第一軛鐵片的第一爪段之長度逐漸變長。
- 如請求項1所述之輪轂發電機之磁石組與軛鐵組的組配結構，其中各該第二軛鐵由複數第二軛鐵片體疊設而成，各該第二軛鐵片包括一第二內段、一由該第二內段的一端彎折延伸的第二延伸段、一由該第二延伸段的一端且朝該第二內段彎折延伸的第二外段、及一由該第二外段的一端彎折延伸且朝該第二內段反方向並對應該第二側面之第二磁極的第二爪段。
- 如請求項7所述之輪轂發電機之磁石組與軛鐵組的組配結構，其中各該第二軛鐵片的第二爪段之長度相同。
- 如請求項7所述之輪轂發電機之磁石組與軛鐵組的組配結構，其中疊設而成的各該第二軛鐵片中，由兩側朝中央的該第二軛鐵片的第二爪段之長度逐漸變長。
- 如請求項7所述之輪轂發電機之磁石組與軛鐵組的組配結構，其中疊設而成的各該第二軛鐵片中，由一側朝另一側的該第二軛鐵片的第二爪段之長度逐漸變長。
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