專利名稱：感應發(fā)光器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及由機械能轉化為電能進而變成光能的轉化裝置。具體地說，它是通過磁鋼與線圈作相對運動，將振動能、轉動能或平動能轉化為電能，利用一對或數(shù)對反向并聯(lián)的發(fā)光二極管發(fā)出交替閃爍的光。如果相對運動的速度較快便可發(fā)出連續(xù)的光。光的色彩依所用的發(fā)光二極管品種不同主要有紅色、黃綠色或橙色等。
僅用磁鋼塊在螺管線圈內外作往復的相對運動產生電磁感應的原理已廣泛應用于電機、電磁儀表、傳感器等。但是，用這種最簡單的方法產生的感應電勢應用價值不大，而且至今在工業(yè)上尚未有將其變成光能的應用。
本發(fā)明的目的是通過提供一種在工業(yè)上能夠直接用于發(fā)光的感應發(fā)光器，該發(fā)光器上要用作警示、信號指示、燈光裝飾和照明等。
為了實現(xiàn)上述目標，本發(fā)明針對提高感應電勢和電流利用率，首先采取了以下兩種適用的方案實現(xiàn)感應發(fā)光器的工業(yè)應用。
1、為了提高線圈磁通變化量d
和保持磁鋼在復雜環(huán)境下的穩(wěn)定性。本發(fā)明中所采用的磁鋼都必須具備高磁通量和高矯頑力的特性如稀土鈷磁鋼等。多個相同規(guī)格的磁鋼不論以何種形狀排列都按相間的順序相吸著放置以使線圈與磁鋼作相對運動時在相接處的
值提高一倍。
2、本發(fā)明所產生的感應電勢較低，要求所采用的發(fā)光二極管都必須具備低電壓、低電流、高亮度的特點。把兩個單向發(fā)光二極管作反向并聯(lián)后成為一對，當線圈輸出流向相反的電流時能夠雙向利用以提高電流利用率同時起反向保護作用。對于雙向發(fā)光二極管因其內部一對管芯已反向并聯(lián)可用一個。實際應用宜留有余地采用多對單向管或多個雙向管與線圈匹配。
本發(fā)明由兩種型式但實質相同的發(fā)光器構成，其結構特征和轉化方案說明如下1、振動式感應發(fā)光器該發(fā)光器垂直固定在振動體如車輛上，利用振動過程中的垂直分量驅動位于線圈骨架內的磁鋼(下稱活動磁鋼)作上下運動，使與線圈交鏈的磁通發(fā)生變化產生感應電勢，通過發(fā)光二極管發(fā)光。發(fā)光器內固連著一個或數(shù)個線圈骨架，外繞的線圈匝數(shù)按電磁感應定律計算。線圈引出線通過并聯(lián)或串聯(lián)后與位于反射燈內的發(fā)光二極管相接。反射燈由發(fā)光二極管、反射鏡、燈罩、緊固件等組成，既可成為發(fā)光器的組成部分也可分開單獨固定在與發(fā)光器相連的物件上?；顒哟配摓閳A柱形或由多塊圓片疊合成，也可采和空心圓柱形或由多塊圓環(huán)片疊合成，并用彈簧或者磁懸浮支承使其靜止時位于骨架的中間高度。
為了防止交變電流相抵消或者分散，要求各線圈的繞線方向和各磁鋼的極性方向一致并且保持活動磁鋼同步上下運動。因此支承活動磁鋼的形式應統(tǒng)一即或者全部用彈簧支承并且各彈性力相同或者全部用磁懸浮支承并且各排斥力相同。同時要求活動磁鋼與骨架內腔的截面形狀相同，兩者間的氣隙小至能夠靈活上下即可。內腔壁與活動磁鋼相互接觸面光滑材質耐磨，還應保留較大的上下活動高度如大于10mm。
活動磁鋼在向上運動時有可能被頂部器外的鐵磁性材料吸住或向上撞擊產生聲音需要進行局部屏蔽。方法是用一薄片磁鋼粘結彈性墊片如橡膠片后固定在骨架的上方。薄片磁鋼與活動磁鋼相對應面的極性相反以使活動磁鋼未能到達頂部即被排斥向下。發(fā)光器內各線圈骨架應保持一定的距離防止活動磁鋼互相影響。
振動式感應發(fā)光器與一些傳感器如CD-3型速度傳感器在產生感應電動勢原理方面相同，但是目的和用途完全不同，由此產生的結構特征、使用方法及要求均不同。例如CD-3型速度傳感器用于測振，其中由彈簧和活動磁鋼組成的彈簧質量系統(tǒng)對精度要求高，采用雙彈簧對磁鋼雙向拉牽、中間有一根主軸或采用滑道減少水平方向的擺動，不用磁懸浮支承磁鋼，無需磁屏蔽以及配備放大器和讀數(shù)儀表等。而本發(fā)明的振動式感應發(fā)光器是利用振動過程中的垂直分量驅動位于線圈骨架內的磁鋼作上下運動，使與線圈交鏈的磁通發(fā)生變化產生感應電勢，并通過發(fā)光二極管發(fā)光。
2、轉動式(包括平動式)感應發(fā)光器該發(fā)光器的磁鋼位于線圈外側。二者分別放置在各自的殼體內由緊固件固定在運動部件上或機架上。平動式用在會產生平移運動的機械上如傳送帶，其磁鋼與線圈均排成直線形式，通過二者之一作平移運動產生感應電勢。轉動式用在產生旋轉運動的機械上如自行車的車輪與車架，磁鋼與線圈均以固定的軸心和半徑各自排成環(huán)形或者部分環(huán)形(如圖5所示)或者其中一種排成環(huán)形另一種排成部分環(huán)形。通過二者之一作旋轉圓周運動產生感應電勢。平動式的磁鋼為正方形或長方形，轉動式的為環(huán)式扇形。實際上把轉動式的磁鋼拉直、線圈擺平就是平動式。以上僅是單面利用磁鋼，也可雙面放置線圈僅由磁鋼環(huán)作旋轉，目的是充分利用磁鋼的雙面磁性以提高電流效率如圖3。
轉動式(包括平動式)感應發(fā)光器規(guī)定線圈在與磁鋼作相對運動過程中其圓心必須剛好同時經過磁鋼的相接處，這就要求線圈間的圓心距M(如果線圈為方形則是中心距M)與磁鋼長度L成整倍數(shù)的關系即M=KL(K為磁鋼數(shù))，當K為奇數(shù)1、3、5……表明在兩線圈圓心之間應有1、3、5……個磁鋼。此時在線圈中凡屬第奇數(shù)個的其引出線始終端對換，也就是說把同名端變成同極性端，這種改變等于把線圈的繞線方向作了相反。當K為偶數(shù)2、4、6……線圈的始終端不改變。以上稱為“奇變偶不變”的接法。這是在本發(fā)明規(guī)定的條件下為防止多個線圈并聯(lián)、串聯(lián)或并串聯(lián)時把引出線接錯造成正負電流相抵消。
線圈與磁鋼間的氣隙可以通過緊固件進行調節(jié)。當最小氣隙仍大于5mm時線圈需要聚磁以增加磁通密度。聚磁后的氣隙可在5～10mm范圍內調整。聚磁的方法是在線圈內放置鐵芯，鐵芯采用高導磁率的軟磁性材料如矽鋼片疊合豎直固定在線圈架內。
本發(fā)明屬于微型發(fā)電發(fā)光裝置，通過機械作功轉化為可用的光能。由于轉化過程不產生摩擦阻力或者可以忽略不計，所以不影響機械的正常運轉，甚至可以利用有害的能量如車輛、舟船行駛中所產生的振動等變害為利。凡是在有振動能、平動能和轉動能的地方都能獲得應用。例如①波浪能的利用，在有波浪的地方，用浮筒上立一直桿并保持直立狀態(tài)，在桿上固定振動式感應發(fā)光器，隨著波浪的涌動，驅使活動磁鋼上下運動便可發(fā)出光芒作為海上燈光信號。②跑步或步行時振動的利用，當人們跑步或步行時會有上下運動的過程，足以使振動式感應發(fā)光器發(fā)光。如果將圖1-1或圖1-2的裝置做成細長狀，安裝在背包里、傘柄里或掛在身上夜晚行動能起發(fā)光警示作用。③風能的利用，在風車的轉軸上固定圖3中的磁鋼環(huán)，兩個線圈環(huán)套在兩側并固定在支撐架上，當風葉轉動通過變速帶動磁鋼環(huán)旋轉。如果安裝多個這種感應發(fā)光器所發(fā)出的電能較大，經過處理后可用于照明或其它用途。④在軌道車上的應用，將一排磁鋼吸附在鋼軌的一側，在行車的下部車身對應的部位上固定數(shù)個線圈，當行車經過磁鋼時會發(fā)出閃光作為警示或信號指示燈。⑤在各種非機動車輛上的具體應用見實施例。
現(xiàn)代科技的發(fā)展使性能優(yōu)異的磁鋼和發(fā)光二極管不斷地出現(xiàn)且日趨普及為本發(fā)明的實現(xiàn)提供了物質條件。本發(fā)明所需的原材料易得、制造成本低、結構簡單、無需操作，使用過程不耗電、不費力，而且可以永久使用。
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明圖1-1為振動式感應發(fā)光器中以磁懸浮支承產生感應電勢的裝置結構圖。
圖1-2為振動式感應發(fā)光器中以彈簧支承產生感應電勢的裝置結構圖。
圖2為旋轉式感應發(fā)光器中線圈與磁鋼的相對位置圖。
圖3為僅由磁鋼環(huán)旋轉，在其雙側固定線圈的示意圖。
圖4-1為“奇變偶不變”接法中奇變方法具體示意圖。
圖4-2為“奇變偶不變”接法中偶不變方法具體示意圖。
圖5為轉動式感應發(fā)光器安裝在自行車上的位置圖。


圖1-1表示該裝置由線圖骨架1、屏蔽磁鋼2、彈性墊片3與6、長狀線圈4、由圓環(huán)疊成的空心圓柱型的活動磁鋼5、支承磁鋼7等組成。圖1-2與圖1-1的主要區(qū)別在于支承形式采用彈簧8和實心圓柱型的活動磁鋼9。在一個發(fā)光器的殼體內可以固定一個或數(shù)個支承形式相同的該裝置。如果放置該裝置的殼體增加反射燈結構或外接反射燈22就成為一個完整的振動式感應發(fā)光器。
圖2表示由環(huán)式扇形磁鋼10按相間順序相吸著排成環(huán)狀或部分環(huán)狀。扁狀線圈11也擺成環(huán)狀或部分環(huán)狀，并由磁鋼或者線圈作旋轉運動。圖中K=1，氣隙小于5mm，線圈為圓形且不加鐵芯聚磁，線圈引出線12。假定把圖中的磁鋼和線圈拉直擺平就成為圖4-1或圖4-2。
圖3表示僅由磁鋼環(huán)13作旋轉，在磁鋼的雙面固定放置線圈環(huán)14以增加電流效率。
圖4-1與圖4-2表示長方型磁鋼15均按相間的順序相吸著排列，各線圈11的圓心均對應著磁鋼相接處。圖4-1將“奇變”方法具體化，其中 M=L,K=1,a、b分別為線圈引線的始終端。5個線圈并聯(lián)后與兩個雙向發(fā)光二級管16相接。當線圈行進在如圖位置時，假定第2、4個線圈的a端輸出電流為負，b端輸出電流為正，第1、3、5個線圈則相反，即奇偶數(shù)的線圈同名端不同極性。當各線圈同時向前一個L長度時各電流極性又全部相反。我們知道對于定型生產的線圈其繞線方向統(tǒng)一且引線的始終端明確。這時只需了解K如為奇數(shù)則將第奇數(shù)個線圈的a、b引線對換后與偶數(shù)線圈相連。圖4-2將“偶不變”方法具體化，4個線圈并聯(lián)后與一對反向并聯(lián)的單向發(fā)光二極管17相接。其中M=2L,K=2，各線圈的同名端相同極性，線圈同時向前一個L長度時仍保持極性不變。因此，a、b端在接線時不必變換。實際上K不宜太大一般為1～4。如果在圖4-1或圖4-2中的磁鋼15下側也放置線圈11則只能由磁鋼作平移運動。
圖5表示排成部分環(huán)形的磁鋼10通過殼體18固定在車輪的條幅19之上，排成部分環(huán)形的線圈11為扁平型，通過殼體固定在左平叉20與左立叉21之間。反射燈22固定在左立叉上也可與線圈殼體連成體。如果在右立叉上也固定一個反射燈其警示效果更好。調節(jié)磁鋼與線圈間的氣隙盡量靠近，如果難以達到小于5mm則線圈內置鐵芯23聚磁。聚磁線圈為方形一般3～5個，非聚磁線圈為圓形。該裝置也可安裝在前輪上，如果將磁鋼與線圈都排成環(huán)形其發(fā)出的光相當于摩電的亮度可以用于照明，由于磁鋼與線圈之間存在一定的間隙而沒有摩擦阻力因此比摩電機要優(yōu)越而且可以永久使用。
實施例1自行車是我國城鄉(xiāng)人民出行代步的主要交通工具。據(jù)統(tǒng)計全國擁有4.7億輛約占世界總量的一半。各種自行車發(fā)展至現(xiàn)在始終存在著一個不容忽視的缺點即作為其安全裝置之一的尾燈不能在夜間或在能見度較低時自動發(fā)光警示后行的車輛。多少年來曾經嘗試自備干電池或摩電機等供電發(fā)光，由于耗電、費力和易損等原因至今無法普及。為了提高安全性，目前在一些新式自行車的后衣架上、條幅上或腳蹬上加裝各色塑料反射器。但是所有的反射器包括尾燈都存在著無光源照射下不能反光起警示作用的缺陷。隨著城市交通日趨擁擠，騎車安全問題相當突出。本發(fā)明將徹底地解決了這個長期困擾人們行車安全的難題。
按圖5所示，在自行車后輪的條幅上對稱地固定2個弧段的磁鋼片，每個弧段由5～6個磁鋼10組成(也可將磁鋼夾在原有的塑料反射器中)，在左平叉與左立叉之間固定4～5個線圈11且內置鐵芯聚磁。如果將圖5中磁鋼與線圈位置對換并將發(fā)光二極管固定在條幅上則可作為車輪的閃光裝飾和警示作用。圖5中各線圈約繞1萬匝左右、發(fā)光二級管正向工作電壓應小于1.5V。以兩對反向并聯(lián)的發(fā)光二級管(如型號為HFR103或105)固定在自行車的尾燈里或按圖5放置在反射燈22內并固定在左右立叉管上。當自行車前行或后退時發(fā)出紅光以警示后行的車輛。與摩電機相比本發(fā)明最大的優(yōu)點在于不存在摩擦阻力而且警示燈能夠自動閃爍。
實施例2在我國，除自行車外還有大量的非機動車如各種三輪車、人力板車、拖車等連尾燈反射器都沒有卻照樣在道路上行駛其安全性很差，至今沒有解決的辦法。由于這些車輛的輪子與車身之間的結構不如自行車那樣適合采用轉動式感應發(fā)光器，因此應該采用振動式感應發(fā)光器作為警示信號燈。
任何車輛在道路上行駛都會產生上下振動，這種振動一部分來自機械運動而絕大部分是由于道路不平引起的。在車輛運行過程中只要出現(xiàn)人體能夠感覺到的低頻振動都能驅動振動式感應發(fā)光器中懸浮著的活動磁鋼作上下運動使發(fā)光二極管發(fā)出閃爍的光芒。將圖1-1所示的裝置3～4個(或視具體而定)固定在一個殼體內，殼體的一面或二面甚至四面作為反射燈內置二對或多對發(fā)光二極管，即是將發(fā)電與發(fā)光兩部分結合為一體。該發(fā)光器采用磁懸浮支承空心圓柱形磁鋼5，各線圈4繞1～1.5萬匝。將該發(fā)光器固定在車身背后顯眼的地方或懸掛在車輛最高處作為警示信號燈。當車輛行駛時發(fā)出紅光，在黑夜里警示作用相當明顯白滅則較弱。該發(fā)光器也可固定在自行車后衣架上作為警示燈。由于該發(fā)光器結構簡單，不耗電、不費力、重量輕、價格低廉且堅固耐用特別適合在廣大農村使用。
權利要求
1.一種感應發(fā)光器，其特征在于由磁鋼、線圈和發(fā)光二極管構成，磁鋼的磁力線交鏈線圈且二者作相對運動產生感應電勢，線圈的引線接在發(fā)光二極管的兩極。
2.根據(jù)權利要求1所述的感應發(fā)光器，其特征在于磁鋼采用磁通量大、矯頑力強的磁鋼，且多個規(guī)格相同的磁鋼按相間的順序相吸著放置。
3.根據(jù)權利要求1所述的感應發(fā)光器，其特征在于發(fā)光二極管采用低電壓、低電流、高亮度的發(fā)光二極管，且發(fā)光二極管反向并聯(lián)后與線圈的引線相接。
4.根據(jù)權利要求1所述的感應發(fā)光器，其特征在于磁鋼置于線圈骨架內腔的中間高度并由磁懸浮或單個彈簧支承，受到振動時上下運動產生感應電勢，磁鋼與線圈之間氣隙小且同步上下運動，骨架上方設置屏蔽磁鋼。
5.根據(jù)權利要求1所述的感應發(fā)光器，其特征在于磁鋼置于線圈外側，二者分別固定在機架上或運動部件上作平移或旋轉運動產生感應電勢，線圈的圓心同時對應著磁鋼相接處且圓心距相同，線圈引線的始、終端按奇數(shù)變偶數(shù)不變連接，磁鋼與線圈之間的最小氣隙大于5mm時線圈內置軟磁性鐵芯聚磁。
6.根據(jù)權利要求1、4所述的感應發(fā)光器，其特征在于各線圈的電流方向、各磁鋼的支承形式及其排斥力或彈性力均相同。
7.根據(jù)權利要求1、4所述的感應發(fā)光器，其特征在于用于屏蔽的薄片磁鋼下襯彈性墊片后固定在線圈骨架的上方并與下面的磁鋼相對應面的極性相反。
8.根據(jù)權利要求1、5所述的感應發(fā)光器，其特征在于當線圈放置在磁鋼的雙側時僅由磁鋼作平移或旋轉運動。
9.根據(jù)權利要求1、5所述的感應發(fā)光器，其特征在于線圈間的圓心距M與每個磁鋼的長度L之間的關系為M=KL,K為奇數(shù)或偶數(shù)。
10.權利要求1所述的感應發(fā)光器，用于警示、信號指示、燈光裝飾、照明。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種感應發(fā)光器，由磁鋼、線圈和發(fā)光二極管構成，磁鋼的磁力線交鏈線圈且二者作相對運動產生感應電勢，線圈的引線接在發(fā)光二極管的兩極。主要應用型式有兩個振動式感應發(fā)光器和轉動式(包括平動式)感應發(fā)光器，在工業(yè)上能夠直接用于發(fā)光。在有振動能、轉動能或平動能的地方均能獲得廣泛應用，如用于自行車、三輪車、人力板車、拖車等非機動的車輛的尾燈。還可用作警示、信號指示、燈光裝飾和照明等。
文檔編號H02K21/24GK1238589SQ9911653
公開日1999年12月15日 申請日期1999年6月25日 優(yōu)先權日1999年6月25日
發(fā)明者劉家棟 申請人:劉家棟