TWI420787B - 具有發電裝置之自行車 - Google Patents

Description

具有發電裝置之自行車

本發明係關於一種具有發電裝置之自行車，尤其是一種藉由該自行車轉動軸旋轉之發電裝置。

隨著環保與休閒意識日益受重視，自行車已兼具運輸、運動及休閒等功能，使用於自行車之照明及其他電子用品，均需使用電池或發電裝置所提供之電能。惟，使用電池係不環保且壽命不長，故逐漸發展出各種自行車發電裝置，例如：風力發電、太陽能發電、壓力發電及電磁發電等方式，其中，電磁發電方式係利用人體施予自行車旋轉動能轉換成電能，可於騎乘自行車時持續的發電，而不受氣候、時間或路況之影響。

習知自行車發電裝置係包含一轉子及一定子，該轉子接觸於一自行車之輪框，當輪框轉動時產生一摩擦力使該轉子旋轉，該轉子與該定子藉由磁場變化而發電。惟，該發電裝置係經由該摩擦力驅動，由於該摩擦力會產生該自行車前進時的阻力，故增加該使用者體力上的負擔。再者，該摩擦力係造成該轉子與該輪框相互磨損，故減少該轉子與該輪框之使用壽命。

為改善上述問題，另一種習知自行車發電裝置係如中華民國公告第I239309號「自行車用輪轂式發電機」發明專利案、第I252192號「輪轂發電機及自行車」發明專利案、第M348702號「自行車用多相式花轂發電機結構」新型專利案、第M241868號「花轂發電機」新型專利案、第201020161號「自行車用花轂發電機結構」發明專利申請案，係於自行車之輪轂內設置一發電裝置，利用該輪轂與自行車之車輪一起轉動，使該發電裝置產生磁場變化而發電。另，如中華民國公告第200910754號「配置有電能產生機組之自行車」發明專利申請案，揭示一種習知具有發電裝置之自行車，其係在一腳踏板與一車體支架之相連處設置一發電裝置，該發電裝置係包含一轉子及一定子，當踩踏腳踏板時，利用軸桿之轉動而發電。惟，由於上述各習用的發電裝置係設置於自行車之輪轂內或車體支架之相連處內，且該發電裝置之結構複雜，因此，該發電裝置安裝與維修不易。

此外，由於上述習用發電裝置均以螺旋繞設漆包線的方式形成其定子之線圈，且亦因為其設置處的容置空間有限，導致其無法因應該使用者之需求增加其發電量。

基於上述原因，有必要進一步改良上述習用具有發電裝置之自行車，以提供一種使用壽命長、容易裝修及可增加發電量的具有發電裝置之自行車。

本發明之目的乃改良上述缺點，以提供一種具有發電裝置之自行車，該發電裝置係可以容易地安裝於自行車之轉動軸，且該發電裝置係可以方便地進行維修者。

本發明之次一目的，係提供一種具有發電裝置之自行車，該發電裝置係可以產生較大之發電量者。

本發明之再一目的，係提供一種具有發電裝置之自行車，該發電裝置係不需要與自行車之輪框或輪胎車摩擦，進而可以延長該發電裝置與自行車之使用壽命者。

一種具有發電裝置之自行車，係包含：一車體，由一前輪軸與一前輪同軸設於前叉架，由一後輪軸與一後輪同軸設於後叉架；及一發電裝置，由一轉子與前輪被同軸固定在前輪軸一體轉動，該轉子位於前輪之一側，該轉子設有一磁極面，該磁極面係具有偶數個磁極，該磁極係等角間隔且磁性交替鄰接；一定子之第一表面係設有一線圈單元，該線圈單元朝向轉子之磁極面，且與磁極面之間形成一軸向氣隙；該定子之第二表面被固定於前叉架，該轉子之磁極面對該定子之線圈單元產生相對旋轉而產生一輸出電力。

本發明之具有發電裝置之自行車，該發電裝置也可以裝設於後輪軸，即該發電裝置之轉子與後輪被同軸固定在後輪軸一體轉動，該定子被固定於後叉架，該轉子之磁極面對該定子之線圈單元產生相對旋轉而產生一輸出電力。

本發明之具有發電裝置之自行車，該發電裝置也可以裝設於一驅動軸，即該發電裝置之轉子可旋轉地組設於一軸管部，該定子被固定於該軸管部之一端面，該轉子之磁極面對該定子之線圈單元產生相對旋轉而產生一輸出電力。

本發明之具有發電裝置之自行車，還可以將二以上之發電裝置同時裝設於該前輪軸、後輪軸及驅動軸或其中二轉動軸，使該轉子之磁極面對該定子之線圈單元產生相對旋轉而產生一輸出電力。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第1圖所示，其係本發明具有發電裝置之自行車第一實施例，其係包含一車體1及一發電裝置2，該發電裝置2係裝設於該車體1之前輪軸11。藉此，使用者施予該車體1之動能可以使該發電裝置2產生磁場變化而發電，該電能還可以經由傳導線23輸出。

該車體1係如習知之自行車車體，包含一前輪軸11、一後輪軸12及一驅動軸13。該前輪軸11係可旋轉地組設於該車體1之一前叉架14，並使一前輪11a可以相對於該前叉架14旋轉；該後輪軸12係可旋轉地組設於該車體1之一後叉架15，並使一後輪12a可以相對於該後叉架15旋轉；該驅動軸13係可旋轉地組設於該車體1之一軸管部16，且該驅動軸13二端係突出於該軸管部16，該驅動軸13二端各結合一踏桿17，由該二踏桿17可以帶動該驅動軸13旋轉，該驅動軸13轉動時，可以經由鏈輪與鏈條等傳動件18帶動該前輪11a或後輪12a旋轉，在本實施例當中，該驅動軸13轉動時係可以帶動該後輪12a旋轉；該車體1之前叉架14設有一把手19，該把手19可用以控制該自行車之行進方向。

請參照第1及2圖所示，該發電裝置2係包含一轉子 21、一定子22及一傳導線23，該轉子21係由磁石或磁鐵等磁性材料所製成，該轉子21係與前輪11a同軸被固定在前輪軸11，該使該轉子21與前輪軸11一體轉動，該轉子21係位於前輪11a之一側，依第2圖所示，該轉子21係位於前輪11a之左側，該轉子21設有一磁極面211，該磁極面211係背向該前輪11a，該磁極面211係具有偶數個磁極，該磁極係等角間隔且磁性交替鄰接。在本實施例中，該轉子21係呈圓盤狀；該磁極之磁性係以N極及S極交替鄰接(如第3圖所示)。

請參照第2圖，該定子22之第一表面係設有一線圈單元221，該線圈單元221朝向轉子21之磁極面211，且該線圈單元221與磁極面211之間形成一軸向氣隙G；該定子22具有一孔222，該孔222供前輪軸11通過，該定子22之第二表面由定位元件223被固定於該前叉架14，該定位元件223可以為各種習知構件，使該定子22被固定在該前叉架14，並使轉子21可以相對於該定子22轉動。

請參照第4圖，該線圈單元221係由數個線圈呈共平面環狀排列，並視需求形成一個線圈平面或以折疊方式形成數個線圈平面，該線圈平面之數量係與發電量成正比，各該數個線圈平面之對應位置的線圈繞線方向相同，故該數個線圈平面之線圈所產生之電流方向相同。

該定子22係與該轉子21間隔所形成軸向氣隙G之距離係與發電量成反比。該定子22及其線圈單元221係可以選自繞線技術(Filament Wilding)、低溫陶瓷共燒技術(Low Temperature Co-fired Ceramic，LTCC)或微機電技術所製成，由於低溫陶瓷共燒技術係以陶瓷做為基板，其膨脹係數及介電係數公差低，可將被動元件及導電體整合多層化結構，以提供良好的隔絕性。在本實施例中，該定子22係由低溫陶瓷共燒技術所製成，且該定子22之第一表面係由數個具有一個線圈平面之線圈單元221組成，該定子22之第二表面係設有定位元件223及還可以連接一傳導線23之一端(如第2圖所示)。

請參照第1及2圖，當使用者騎乘該自行車而使該前輪軸11轉動時，該轉子21與前輪軸11同步轉動。由於該定子22係與該轉子21之間形成一軸向氣隙G，且該轉子21之磁極面211係朝向該定子22之線圈單元221的線圈平面。因此，該轉子21轉動時，該磁極面211對該定子22之線圈單元221產生相對旋轉而切割磁力線，該磁極面211與該線圈單元221間所感應之時變磁場可於該線圈單元221產生一輸出電力，供給電子產品(例如：燈具、測速器或音樂撥放器等)所需之電源，該電力也可以經由傳導線23輸出。再者，由於該電流輸出之發電量係由該線圈平面數量增加而提升，或由該軸向氣隙G距離縮短而提升發電量，故該發電量可隨該使用者需求而設計。

請參照第5及6圖，其係本發明之第二實施例，在本實施例當中，該發電裝置2係裝設於該車體1之後輪軸12，其中該轉子21係與後輪12a同軸被固定在後輪軸12，使該轉子21與後輪軸12一體轉動，該轉子21係位於後輪12a之一側，依第6圖所示，該轉子21係位於後輪12a之左側，該定子22之第一表面所設有線圈單元221朝向轉子21之磁極面211，且該線圈單元221與磁極面211之間形成一軸向氣隙G；該定子22之孔222供後輪軸12通過，該定子22之第二表面由定位元件223被固定於該後叉架15，使轉子21可以相對於該定子22轉動。

因此，當使用者施力於該踏桿17時，該驅動軸13經由傳動件18帶該前輪11a與後輪12a旋轉，該後輪軸12同時帶動轉子21旋轉，該轉子21之磁極面211對該定子22之線圈單元221產生相對旋轉而切割磁力線，該磁極面211與該線圈單元221間所感應之時變磁場可於該線圈單元221產生一輸出電力供給電子產品，該電力也可以經由傳導線23輸出。

請參照第7及8圖，其係本發明之第三實施例，在本實施例當中，該發電裝置2係裝設於該車體1之驅動軸13。其中該轉子21係被固定在該驅動軸13上，使該轉子21與驅動軸13一體轉動，該定子22之第二表面被固定於該軸管部16之一端面，該定子22之孔222供驅動軸13通過，該轉子21之磁極面211面對該定子22之第一表面，該轉子21之磁極面211與定子22之線圈單元221之間形成一軸向氣隙G。

因此，當使用者施力於該踏桿17時，該驅動軸13經由傳動件18帶該前輪11a與後輪12a旋轉外，該驅動軸13同時帶動轉子21旋轉，該轉子21之磁極面211對該定子22之線圈單元221產生相對旋轉而切割磁力線，該磁極面211與該線圈單元221間所感應之時變磁場可於該線圈單元221產生一輸出電力供給電子產品，該電力也可以經由傳導線23輸出。

綜上所述，本發明之發電裝置2係可選擇裝設於前輪軸11，由該轉子21結合於該前輪軸11，將該定子22結合於該前叉架14；或將發電裝置2選擇裝設於後輪軸12，由該轉子21結合於該後輪軸12，將該定子22結合於該後叉14；或將發電裝置2選擇裝設於驅動軸13，由該轉子21結合於該驅動軸13，將該定子22結合於該軸管部16。使該轉子21可以相對於該定子22旋轉而發電。

本發明之具有發電裝置之自行車，還可以將二以上之發電裝置2同時裝設於該前輪軸11、後輪軸12及驅動軸13或其中二以上轉動軸，因此，本發明之具有發電裝置之自行車上就同時設置有多組發電裝置，如此，本發明之發電裝置2可以增加發電量。再且，本發明之具有發電裝置之自行車亦可以增加該線圈平面數量及縮短該軸向氣隙G距離，而提升發電量。

再且，本發明之具有發電裝置之自行車，將該前輪軸11或/及後輪軸12直接加設踏桿17，使該前輪軸11或/及後輪軸12直接形成動力輸出之驅動軸，用以驅動自行車之移動，係該技術領域人士可以理解、預期者。

本發明之具有發電裝置之自行車，由於係可以將該至少一發電裝置選擇裝設於前輪軸、後輪軸及驅動軸上，本發明具有容易安裝，且可以方便地進行維修效果之功效。

本發明之具有發電裝置之自行車，由於係可以將該至少一發電裝置選擇裝設於前輪軸、後輪軸及驅動軸上，本發明具有可以產生較大發電量效果之功效。

本發明之具有發電裝置之自行車，由於該發電裝置係不需要與自行車之輪框或輪胎車摩擦，且該轉子之磁極面與定子之線圈單元之間形成一軸向氣隙G，本發明具有可以延長該發電裝置與自行車之使用壽命效果之功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

[本發明]

1．．．車體

11．．．前輪軸

11a．．．前輪

12．．．後輪軸

12a．．．後輪

13．．．驅動軸

14．．．前叉架

15．．．後叉架

16．．．軸管部

17．．．踏桿

18．．．傳動件

19．．．把手

2．．．發電裝置

21．．．轉子

211．．．磁極面

22．．．定子

221．．．線圈單元

222．．．孔

223．．．定位元件

23．．．傳導線

G．．．軸向氣隙

第1圖：本發明第一實施例之立體圖。

第2圖：本發明第一實施例之局部前視圖。

第3圖：本發明之轉子之磁極面平面圖。

第4圖：本發明之定子之線圈單元平面圖。

第5圖：本發明第二實施例之立體圖。

第6圖：本發明第二實施例之局部前視圖。

第7圖：本發明第三實施例之立體圖。

第8圖：本發明第三實施例之局部前視圖。

1．．．車體

11．．．前輪軸

11a．．．前輪

12．．．後輪軸

12a．．．後輪

13．．．驅動軸

14．．．前叉架

15．．．後叉架

16．．．軸管部

17．．．踏桿

18．．．傳動件

19．．．把手

2．．．發電裝置

21．．．轉子

22．．．定子

23．．．傳導線

Claims (8)

1. 一種具有發電裝置之自行車，係包含：一車體，由一前輪軸與一前輪同軸設於前叉架，由一後輪軸與一後輪同軸設於後叉架；及一發電裝置，由一轉子與前輪被同軸固定在前輪軸一體轉動，該轉子位於前輪之一側，該轉子設有一磁極面，該磁極面係具有偶數個磁極，該磁極係等角間隔且磁性交替鄰接；一定子之第一表面係設有一線圈單元，該線圈單元朝向轉子之磁極面，且與磁極面之間形成一軸向氣隙；該定子之第二表面被固定於前叉架，該轉子之磁極面對該定子之線圈單元產生相對旋轉而產生一電力。
2. 一種具有發電裝置之自行車，係包含：一車體，由一前輪軸與一前輪同軸設於前叉架，由一後輪軸與一後輪同軸設於後叉架；及一發電裝置，由一轉子與後輪被同軸固定在後輪軸一體轉動，該轉子位於後輪之一側，該轉子設有一磁極面，該磁極面係具有偶數個磁極，該磁極係等角間隔且磁性交替鄰接；一定子之第一表面係設有一線圈單元，該線圈單元朝向轉子之磁極面，且與磁極面之間形成一軸向氣隙；該定子之第二表面被固定於後叉架，該轉子之磁極面對該定子之線圈單元產生相對旋轉而產生一電力。
3. 一種具有發電裝置之自行車，係包含：一車體，由一前輪軸與一前輪同軸設於前叉架，由一後輪軸與一後輪同軸設於後叉架，一驅動軸可旋轉地組設於一軸管部；及一發電裝置，由一轉子固定在上述驅動軸成一體轉動，該轉子設有一磁極面，該磁極面係具有偶數個磁極，該磁極係等角間隔且磁性交替鄰接；一定子之第一表面係設有一線圈單元，該線圈單元朝向轉子之磁極面，且與磁極面之間形成一軸向氣隙；該定子之第二表面被固定於該軸管部之一端面，該轉子之磁極面對該定子之線圈單元產生相對旋轉而產生一電力。
4. 一種具有發電裝置之自行車，係包含：一車體，由一前輪軸與一前輪同軸設於前叉架，由一後輪軸與一後輪同軸設於後叉架，一驅動軸可旋轉地組設於一軸管部；至少二發電裝置，係包含一轉子，該轉子設有一磁極面，該磁極面係具有偶數個磁極，該磁極係等角間隔且磁性交替鄰接；一定子，該定子之第一表面係設有一線圈單元，該線圈單元朝向轉子之磁極面，且與磁極面之間形成一軸向氣隙，該轉子之磁極面對該定子之線圈單元產生相對旋轉而產生一電力；該至少二發電裝置之轉子係分別固定在該前輪軸、後輪軸及驅動軸之其中之二以上構件，該定子之第二表面則固定在該前叉架、後叉架及軸管部之其一端面。
5. 依申請專利範圍第1或2或3或4項所述之具有發電裝置之自行車，其中該線圈單元與磁極面之間所形成之軸向氣隙係可以改變。
6. 依申請專利範圍第1或2或3或4項所述之具有發電裝置之自行車，其中該定子係由低溫陶瓷共燒技術所製成。
7. 依申請專利範圍第1或2或3或4項所述之具有發電裝置之自行車，其中該定子連接一傳導線之一端。
8. 依申請專利範圍第1或2項所述之具有發電裝置之自行車，其中該前輪軸或後輪軸係可以為一動力輸出之驅動軸。