專利名稱：磁控制同性磁極感應(yīng)發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用電磁感應(yīng)原理的發(fā)電機(jī)，特別是適合于自行車燈用的發(fā)電機(jī)。
發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理大致有兩種，一種是利用弗萊明右手定則，另一種是利用根據(jù)楞次定律的電磁感應(yīng)。
把利用上述電磁感應(yīng)原理的發(fā)電機(jī)作為適用于自行車發(fā)電機(jī)的一個(gè)例子，提出了直流發(fā)電機(jī)(特公昭29-4364號(hào)公報(bào))，這種直流發(fā)電機(jī)具有由轉(zhuǎn)子5和定子10構(gòu)成的基本結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子5包括轉(zhuǎn)軸4和以該轉(zhuǎn)軸4為中心排列成圓周狀的多個(gè)磁極1;定子10包括基板8、從該基板8延伸設(shè)置并與上述磁極1相對形成的圓周狀極靴7和繞在上述基板8上的勵(lì)磁線圈9。
另外，還提出了磁控制同性磁極感應(yīng)發(fā)電機(jī)(特公昭59-49784號(hào)公報(bào)和特公昭62-45787號(hào)公報(bào))，該磁控制同性磁極感應(yīng)發(fā)電機(jī)具有由在圓周上等間隔設(shè)置的4個(gè)磁性體構(gòu)成的定子，還具有把以與上述磁性體相同的角度間隔設(shè)置的鐵氧體永久磁鐵在圓周上、以同極性排列開來的磁極、同時(shí)，把上述磁極夾在轉(zhuǎn)軸上、定子的螺旋管發(fā)電線圈分別以滑動(dòng)狀態(tài)纏繞的轉(zhuǎn)子組成的基本結(jié)構(gòu)，在該磁控制同性磁極感應(yīng)發(fā)電機(jī)中，設(shè)置有輔助磁極和反向勵(lì)磁用的小永久磁鐵，該輔助磁極在定子的磁性體與該轉(zhuǎn)子的磁極結(jié)束相對、離開的一瞬間接觸，反向勵(lì)磁用的小永久磁鐵在該輔助磁極相互接觸時(shí)在磁路中產(chǎn)生和該轉(zhuǎn)子的永久磁鐵的磁通方向相反的磁通，用以積極地減小上述磁性體的剩磁;或者，不使用上述輔助磁極和小永久磁鐵，而使用沒有剩磁的材料來制作上述磁性體。
但是，上述特公昭29-4364號(hào)公報(bào)和特公昭59-49784號(hào)公報(bào)記載的發(fā)電機(jī)，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，使得體積龐大，難以適用于像自行車用燈對于體積小、重量輕以及振動(dòng)等耐久性的要求。另外，特公昭62-45787號(hào)公報(bào)記載的發(fā)電機(jī)要求選用沒有剩磁的材料乃至制造操作和高難度的技術(shù)，從而招致成本很高。
鑒于上述情況，本發(fā)明的目的在于提供具有簡易的定子和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、電動(dòng)勢大、小型化、耐久和耐震性優(yōu)良，同時(shí)，廉價(jià)的磁控制同性磁極感應(yīng)發(fā)電機(jī)。
本發(fā)明的磁控制同性磁極感應(yīng)發(fā)電機(jī)包括定子、轉(zhuǎn)子、線圈和轉(zhuǎn)軸，定子由在圓周上以相同的角度等間隔接連配置的4個(gè)磁性體構(gòu)成;轉(zhuǎn)子具有第1磁極和第2磁極，第1磁極由以與該磁性體相同的角度間隔設(shè)置在圓周上、以相互反極性排列開來的磁鐵構(gòu)成，第2磁極由在與該第1磁極相同的角度位置上、并且，在軸線方向上相距指定間隔、與第1磁極反極性排列開來的磁鐵構(gòu)成;線圈是利用該轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)增減磁通密度的上述磁性體的一部分，使該線圈在上述第1、第2磁極之間的位置上與該磁通交鏈;轉(zhuǎn)軸由旋轉(zhuǎn)支持上述轉(zhuǎn)子的非磁性體構(gòu)成。
按照本發(fā)明，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)后，第1、第2磁極轉(zhuǎn)向與定子的某一磁性體相對的位置上，由于第1、第2磁極是反極性排列的，所以，形成了第1磁極、上述那一磁性體、第2磁極、與上述那一磁性體相對的另一磁性體和第1磁極這樣的磁路。該磁路的磁通隨時(shí)間而增大。因此，這時(shí)，繞在上述那一磁性體和與之相對的磁性體上的線圈中，由于電磁感應(yīng)而有電流流通。并且，當(dāng)?shù)?、第2磁極繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，離開上述那一磁性體和與之相對的磁性體時(shí)，磁通量隨時(shí)間從其最大值減小下去。所以，這時(shí)，在上述同一磁路中，在同一線圈中感應(yīng)電流沿反方向流通。這種現(xiàn)象使得磁極每轉(zhuǎn)動(dòng)90°。便順序與相鄰的磁性體相對、形成新的磁路，產(chǎn)生電流。由于相鄰線圈中產(chǎn)生的電流方向相反，所以，若將這樣的線圈相互反向連接，所產(chǎn)生的電流便可疊加?；蛘撸迅鱾€(gè)線圈并聯(lián)連接時(shí)，所產(chǎn)生的電壓便可疊加?？傊?，不論用哪一種方式連接，都能獲得相同的電動(dòng)勢。并且，可將該電動(dòng)勢直接或?yàn)V波后供給自行車的電燈泡等使用。


圖1是本發(fā)明發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡圖，圖(a)是定子，圖(b)是轉(zhuǎn)子;
圖2是構(gòu)成定子的磁性體的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖;
圖3是支持轉(zhuǎn)軸22及定子各磁性體1-4的支持部件的斜視圖，圖(a)是其一端的支持部件，圖(b)是另一端的支持部件，轉(zhuǎn)軸22從其中穿過;
圖4是定子和轉(zhuǎn)子安裝在一起的側(cè)剖面圖;
圖5是軸向剖面圖，圖(a)是轉(zhuǎn)子位于圖4所示狀態(tài)下的情況，圖(b)是從圖(a)狀態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)了90°時(shí)的狀態(tài);
圖6是磁性體、輔助磁性體的磁滯特性曲線。
1～4-磁性體11～14-線圈1a～4a-輔助磁性體11a～14a-線圈骨架20，21-基部
20a～21b-磁鐵22-轉(zhuǎn)軸23-圓筒部件24-轉(zhuǎn)矩作用部件4，5-支持部件6-磁路圖1是本發(fā)明的發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡圖，圖(a)是定子，圖(b)是轉(zhuǎn)子。
在圖(a)中，定子由相同的板狀磁性體1～4構(gòu)成。各磁性體在寬度方向上，呈1/4圓弧狀，在軸線方向上，具有指定的長度，在大約中央位置上，分別繞有線圈11～14。如圖所示，把定子的4個(gè)磁性體1～4在圓周上以等間隔排列固定，如后所述，它們之間具有一個(gè)小間隙。
在圖(b)中，轉(zhuǎn)子由第1、第2磁極、轉(zhuǎn)軸22和支持圓筒23構(gòu)成。把第1、第2磁極在其軸線方向上相距指定的距離固定在轉(zhuǎn)軸22上，把上述定子安裝在其周圍時(shí)，使線圈11～14落到第1、第2磁極之間，這樣便可減小徑向尺寸。
第1磁極在由磁性材料構(gòu)成的圓筒狀基部20及該基部20的周面上，把以與上述磁性體1～4相同的角度間隔設(shè)置的磁鐵20a和20b在圓周上以反極性排列開來。例如，設(shè)磁體20a的外表面為N極(內(nèi)表面為S極)，則磁極20b的外表面就是S極(內(nèi)表面為N極)。
第2磁極在由磁性材料構(gòu)成的圓筒狀基部21及該基部21的周面上，把以與上述第1磁極相同的角度位置上設(shè)置的磁鐵21a和21b以與第1磁極極性相反排列開來。即，當(dāng)磁鐵20a的外表面如上所述為N極(內(nèi)表面為S極)時(shí)，則磁鐵21a的外表面為S極(內(nèi)表面為N極)，而磁鐵21b的外表面為N極(內(nèi)表面為S極)。
轉(zhuǎn)軸22為非磁性材料，例如，可由不銹鋼等構(gòu)成，以便不會(huì)通過軸形成磁通回路。23上由非磁性材料構(gòu)成的支持圓筒，用來使第1、第2磁極相距指定的距離固定在指定位置上。24是圓筒狀的外力作用部件，發(fā)電機(jī)安裝在自行車上時(shí)，與輪胎相接觸，隨該輪胎的轉(zhuǎn)動(dòng)而從動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)軸22轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖2是構(gòu)成定子的磁性體的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖，以磁性體1為例進(jìn)行說明，其它磁性體2～4也具有相同的形狀。
磁性體1在軸線方向大約中央部位上、從寬度方向的兩側(cè)，切割指定尺寸的缺口，把由樹脂等構(gòu)成的線圈骨架11a嵌入該缺口內(nèi)。1a是設(shè)置在磁性體1和該線圈骨架11a之間的輔助磁性體。該輔助磁性體1a由和磁性體1相同的材料構(gòu)成，具有和該磁性體1相似的形狀或四角形。并且，在該狀態(tài)下，把銅線繞在線圈骨架11a上，形成線圈11。輔助磁性體1a通過減小線圈11位置上的磁阻，用以增大感應(yīng)電流。另外，在磁性體2、磁性體3和磁性體4上，分別以相同形狀設(shè)置有線圈骨架12a和輔助磁性體2a、線圈骨架13a和輔助磁性體3a、以及線圈骨架14a和輔助磁性體4a。
表1是磁性體1～4、輔助磁性體1a～4a、基部20、21中各種成分的分析結(jié)果。
(％)磁性體1～4、輔助磁性體1a～4a是例如SUYP(JISC2504)的電磁軟鐵板，圖6是其磁滯特性曲線。即，根據(jù)圖6，最大磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm為14(KG千高斯)，剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br為6.2(KG)，Br/Bm約為0.4。
圖3是支持轉(zhuǎn)軸22和定子各磁性體1～4的支持部件的斜視圖，圖(a)為其一端的支持部件，圖(b)是另一端的支持部件，轉(zhuǎn)軸22從其中穿過。
在圖(a)中，支持部件4由樹脂等構(gòu)成，呈圓形，同時(shí)，在其內(nèi)側(cè)面的中央嵌入不銹鋼等軸承40，另外，在支持部件4的內(nèi)側(cè)面指定的半徑上，形成圓形突起部41，上述定子的磁性體1～4沿其外圓周等間隔地設(shè)置。設(shè)定該圓形突起部41外圓半徑的尺寸，使上述定子的磁極具有小的間隙，可以轉(zhuǎn)動(dòng)。
42～45是三角柱形的定位部件，設(shè)在上述圓形突起部41的外圓周處，分別相隔90°。即，通過將各磁性體1～4的一端分別配置在各定位部件之間，可將磁性體1～4的配置位置固定。另外，繞在各磁性體上的線圈的一端(例如，各個(gè)線圈串聯(lián)連接后的一端)穿過定位部件42上的孔42a，與用于和電燈泡(圖中未示出)連接的配線的外部接線端子42b連接。46是為了往發(fā)電機(jī)機(jī)殼上固定用的螺孔。
在圖(b)中，支持部件5由樹脂等構(gòu)成，呈圓形，同時(shí)在每隔90°的位置上具有相反的曲率、切割成圓弧狀(成為波浪形)，形成相對的突起部52～55。另外，在支持部件5的內(nèi)側(cè)面的中央設(shè)有可使轉(zhuǎn)軸22滑動(dòng)地穿過的孔50，在其周圍形成具有和上述圓形突起部41相等的外圓半徑的圓形突起部51。
56～59是三角柱形的定位部件，設(shè)在上述圓形突起部51的外圓周處，分別相隔90°，具有和上述定位部件42～45相同的位置關(guān)系。即，通過將各磁性體1～4的另一端分別配置在各定位部件之間，可將磁性體1～4的配置位置固定。
另外，圖中未示出的機(jī)殼，其內(nèi)表面具有和上述支持部件5形狀一致的波浪形，因此，可以限制該支持部件5相對于機(jī)殼的轉(zhuǎn)動(dòng)。
下面利用圖4和圖5說明在上述結(jié)構(gòu)中的發(fā)電動(dòng)作。圖4是定子和轉(zhuǎn)子安裝在一起的側(cè)剖面圖，圖5是軸向剖面圖，圖(a)是轉(zhuǎn)子位于圖4所示狀態(tài)下的情況，圖(b)是從圖(a)狀態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)了90°時(shí)的狀態(tài)。
轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)后，磁鐵20a，21a和20b，21b轉(zhuǎn)向與磁性體1及3相對的位置上，一直到到達(dá)圖4即圖5(a)所示位置時(shí)，如果注意磁性體1和3，這時(shí)形成了由磁鐵20a、磁性體1、磁鐵21a、基部21、磁鐵21b、磁性體3、磁鐵20b、基部20這樣的磁通磁路6。并且，在此期間，磁鐵和磁性體1及3相對的面積增加，即處于磁通量增加的方向上，所以，繞在磁性體1和3上的線圈11、13中將感應(yīng)出正方向的電流。另一方面，在此期間，如果同樣注意到磁性體4和2，因?yàn)榇盆F離開了，所以，繞在磁性體4和2上的線圈14、12中將感應(yīng)出負(fù)方向的電流。因此，若將各線圈相互以相反的極性連接起來，便可使全部感應(yīng)電流在同一方向上疊加。另外，如現(xiàn)有技術(shù)那樣，轉(zhuǎn)軸22和圓筒部件23部分不會(huì)構(gòu)成磁路的一部分，只由繞著線圈11～14的磁性體1～4構(gòu)成磁路，所以，通過縮短磁路長度可以減小磁阻，從而提高發(fā)電效率。
另外，一直到轉(zhuǎn)軸22轉(zhuǎn)動(dòng)到圖5(b)所示的狀態(tài)時(shí)，在磁性體4和2中產(chǎn)生的磁通增大，所以，與上述相反，繞在磁性體4和2上的線圈14和12中感應(yīng)出正方向的電流，而繞在磁性體1和3上的線圈11和13中感應(yīng)出負(fù)方向的電流，把這些電流在同一方向上疊加后，可以供給圖中未示出的電燈泡。并且，這樣的感應(yīng)電流的波形，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)動(dòng)1圈，產(chǎn)生2個(gè)脈沖。由于是利用電磁感應(yīng)發(fā)電，又沒有反向電動(dòng)勢的影響，所以，可以實(shí)現(xiàn)小的轉(zhuǎn)矩。
下表2是本實(shí)施例中這樣的發(fā)電機(jī)的電功率和市售自行車發(fā)電機(jī)性能的比較。
資料1～4使用1100高斯的磁鐵，資料5、6使用700～750高斯的磁鐵。
由表2可知，在自行車通常轉(zhuǎn)速3000rpm的情況下進(jìn)行比較，市售品1、2為1～2.7(W瓦特)，相反，資料1～4可獲得3(W)這樣的適用值，資料5、6可獲得2.6～2.7(W)。另外，再比較轉(zhuǎn)速上升時(shí)的電功率可知，在轉(zhuǎn)速為5000～6000rpm時(shí)，資料1～6幾乎全超過4(W)，相反，任何一種市售品均未超過4(W)。
如上所述，按照本發(fā)明，由于將定子和轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)為簡單結(jié)構(gòu)，設(shè)置多個(gè)磁極，還將線圈配置在磁極之間，所以，既可獲得較大的電功率，又可減小徑向尺寸，特別是對于自行車用那樣的發(fā)電機(jī)要求體積小、重量輕、耐震和耐久，非常適用。
另外，由于把輔助磁性體嵌入線圈內(nèi)，所以，可以增大磁通量，從而可以獲得大的磁通量變化量，增大電功率。
權(quán)利要求
1.一種磁控制同性磁極感應(yīng)發(fā)電機(jī)，其特征在于，包括定子、轉(zhuǎn)子、線圈和轉(zhuǎn)軸，定子由在圓周上以相同的角度等間隔接連配置的4個(gè)磁性體構(gòu)成；轉(zhuǎn)子具有第1磁極和第2磁極，第1磁極由以與該磁性體相同的角度間隔設(shè)置在圓周上、以相互反極性排列開來的磁鐵構(gòu)成，第2磁極由在與該第1磁極以相同的角度位置上、并且，在軸線方向上相距指定間隔、與第1磁極反極性排列開來的磁鐵構(gòu)成；線圈是利用該轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)增減磁通密度的上述磁性體的一部分，使該線圈在上述第1、第2磁極之間的位置上向與該磁通交鏈；轉(zhuǎn)軸由旋轉(zhuǎn)支持上述轉(zhuǎn)子的非磁性體構(gòu)成。
2.按照權(quán)利要求1所述的磁控制同性磁極感應(yīng)發(fā)電機(jī)，其特征在于，將輔助磁性體設(shè)置在上述定子中磁性體和上述螺旋管發(fā)電線圈之間。
全文摘要
一種磁控制同性磁極感應(yīng)發(fā)電機(jī)包括定子、轉(zhuǎn)子、線圈和轉(zhuǎn)軸，定子由在圓周上以相同的角度等間隔接連配置的4個(gè)磁性體構(gòu)成；轉(zhuǎn)子具有第1磁極和第2磁極，第1磁極由以與該磁性體相同的角度間隔設(shè)置在圓周上、以相互反極性排列開來的磁鐵構(gòu)成，第2磁極由在與該第1磁極相同的角度位置上、并且，在軸線方向上相距指定間隔、與第1磁極反極性排列開來的磁鐵構(gòu)成；線圈是利用該轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)增加減磁通密度的上述磁性體的一部分，使該線圈在上述第1、第2磁極之間的位置上與該磁通交鏈。
文檔編號(hào)H02K17/42GK1073555SQ9211364
公開日1993年6月23日 申請日期1992年12月1日 優(yōu)先權(quán)日1991年12月18日
發(fā)明者山崎光信, 大場勝 申請人:株式會(huì)社山崎剪切