專利名稱：自行車磨電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于非機(jī)動(dòng)車輛的發(fā)電照明裝置，特別是指一種自行車磨電燈。
目前傳統(tǒng)的磨電燈產(chǎn)品雖種類較多，但其工作原理和基本構(gòu)造相同，即主要由永磁發(fā)電機(jī)和聚光照明裝置兩部分組成，其中以中國專利號(hào)為94237552.1的一種磨電燈產(chǎn)品具有較為廣泛的代表性，其工作原理可用圖1來表示即通過旋轉(zhuǎn)永磁轉(zhuǎn)子1，使經(jīng)定子鐵芯2閉合、與發(fā)電繞組3形成交鏈關(guān)系的工作磁通Φa呈正弦周期性變化，從而使發(fā)電繞組3產(chǎn)生交流感應(yīng)電動(dòng)勢E，并輸出工作電壓U使照明燈泡通過工作電流I而發(fā)光工作。發(fā)電機(jī)輸出的工作電壓U與感應(yīng)電動(dòng)勢E間的相量關(guān)系如圖2和式1所示。U=E2-(XLI)2=(2πfNΦa)2-(2πfLI)2=ωρN2Φa2-L2I2]]>式1式中U-為發(fā)電機(jī)的輸出工作電壓的有效值(伏)E-為發(fā)電機(jī)的空載感應(yīng)電動(dòng)勢的有效值(伏)XL-為發(fā)電繞組3通過負(fù)載工作電流I時(shí)產(chǎn)生的電抗(歐)I-為負(fù)載工作電流的有效值(安)N-為發(fā)電繞組3的有效匝數(shù)Φa-為與發(fā)電繞組3相交鏈的空載工作磁通的等效值(韋)f-為負(fù)載電流I和工作磁通Φa的變化頻率(赫)L-為發(fā)電繞組3的等效電感值(亨)
ω-為永磁轉(zhuǎn)子1的工作轉(zhuǎn)速(弧度/秒)P-為永磁轉(zhuǎn)子1上的磁極對(duì)數(shù)由于在傳統(tǒng)磨電燈產(chǎn)品的永磁發(fā)電機(jī)中P、N、Φa、L都是相對(duì)穩(wěn)定的工作參數(shù)，其輸出電壓U只隨工作轉(zhuǎn)速ω和負(fù)載電流I而改變。當(dāng)發(fā)電機(jī)的輸出電壓U隨工作轉(zhuǎn)速ω的增大而超過照明燈泡的額定工作電壓值時(shí)，則將容易造成燒毀燈泡的后果；而如要使其實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓工作就必須在工作轉(zhuǎn)速ω增大的同時(shí)加大負(fù)載電流I，即負(fù)載電流I等于照明燈泡的額定工作電流與穩(wěn)壓工作電流之和，而穩(wěn)壓工作電流的出現(xiàn)將造成大量額外的功率損耗，使磨電燈產(chǎn)品的工作效率大大降低，其工作運(yùn)行阻力也將迅速增大，而這對(duì)于需人力驅(qū)動(dòng)的磨電燈產(chǎn)品來說是不能夠允許的。由于不宜采用普通的穩(wěn)壓裝置進(jìn)行穩(wěn)壓工作，使得大多傳統(tǒng)磨電類產(chǎn)品為盡量避免燒毀照明燈泡不得不把其達(dá)到額定照明工作狀態(tài)時(shí)的行車速度V0設(shè)定在轉(zhuǎn)高車速，從而造成在中低車速行駛時(shí)工作照明不足，特別是在拐彎、道路不暢等需較低車速行駛時(shí)工作照明嚴(yán)重不足，甚至喪失照明工作能力，而即使這樣也不能完全消除其在高速行駛時(shí)容易燒毀照明燈泡的缺點(diǎn)。而傳統(tǒng)的磨電燈產(chǎn)品的照明裝置則一般為燈配式聚光照明裝置，如圖3所示，其主要特點(diǎn)為燈泡廉價(jià)、更換方便，但經(jīng)拋物狀反光鏡反射輸出的照明燈光約只占從燈絲發(fā)出的燈光總量的40％左右，而且反光鏡易被污梁、反光性能較低，這都將降低磨電燈產(chǎn)品的照明工作能力。此外，在傳統(tǒng)磨電燈產(chǎn)品的永磁發(fā)電機(jī)中普遍采用的軸套式滑動(dòng)軸承也存在磨擦阻力大、易磨損的缺點(diǎn)，會(huì)進(jìn)一步降低磨電燈產(chǎn)品的工作效率和使用壽命。由于在傳統(tǒng)的磨電燈產(chǎn)品中存在較多明顯的性能缺陷，難以確保夜間行車的安全，使其一直不能得到較為廣泛的普及使用。
本實(shí)用新型的目的是提供一種能夠在各種行車速度時(shí)輸出充足的工作照明，并具有穩(wěn)壓照明功能和運(yùn)行阻力小、效率高、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)的新型自行車磨電燈，從而全面提高磨電燈產(chǎn)品的綜合工作性能和普及使用率，進(jìn)一步保障夜間行車的安全與便捷。
本實(shí)用新型主要的技術(shù)實(shí)施方案為在永磁發(fā)電機(jī)中增設(shè)一離心式穩(wěn)壓調(diào)控工作裝置，使其實(shí)現(xiàn)無能耗穩(wěn)壓工作效果；采用新型的壓制式二次反射型聚光白熾燈代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燈配式聚光照明裝置，使燈光的有效照明利用率得到大幅提高。
圖4為本實(shí)用新型的永磁發(fā)電機(jī)的軸向結(jié)構(gòu)示意圖。其中，永磁轉(zhuǎn)子1與定子鐵芯架2、發(fā)電繞組3組成發(fā)電機(jī)中的發(fā)電工作裝置，其具體的技術(shù)結(jié)構(gòu)可與傳統(tǒng)的磨電燈產(chǎn)品相同；而調(diào)控鐵芯架4與定位架5、彈簧6、拉桿7、離心塊8、轉(zhuǎn)軸9、卡簧10則組成發(fā)電機(jī)中的離心式穩(wěn)壓調(diào)控工作裝置；圖中發(fā)電機(jī)的其它工作部件為機(jī)殼11、軸承12、磨擦輪13，其中軸承12為滾動(dòng)軸承，用來減小發(fā)電機(jī)的運(yùn)行摩擦阻力、并延長其工作壽命。
在發(fā)電機(jī)的離心式穩(wěn)壓調(diào)控工作裝置中，調(diào)控鐵芯架4為爪形工作結(jié)構(gòu)，如圖5所示，它與永磁轉(zhuǎn)子1一起作同步運(yùn)轉(zhuǎn)，并可沿轉(zhuǎn)軸9作軸向移動(dòng)使其爪部鐵芯插入永磁轉(zhuǎn)子1的磁極間隙中，如圖6a、b所示；定位架5由非磁極材料制成并固定于永磁轉(zhuǎn)子1上，其結(jié)構(gòu)如圖7所示，其定位槽孔與調(diào)控鐵芯架4的爪部鐵芯形成工作配合，從而使調(diào)控鐵芯架4與永磁轉(zhuǎn)子1一起作同步運(yùn)轉(zhuǎn)；彈簧6的作用是向調(diào)控鐵芯架4施加一定的預(yù)緊壓力Fa，使調(diào)控鐵芯架4被壓附在卡簧10上；拉桿7則由兩根長度相同的等效拉桿共同組成，兩拉桿的同端與離心塊8相連接，其等效連接點(diǎn)處于離心塊8的質(zhì)點(diǎn)上，而拉桿的兩端則分別與調(diào)控鐵芯架4和轉(zhuǎn)軸9相連接，其等效連接點(diǎn)同處于轉(zhuǎn)軸9的軸芯線上。
當(dāng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行工作動(dòng)轉(zhuǎn)時(shí)，離心塊8產(chǎn)生的離心慣性力將通過拉桿7作用于調(diào)控鐵芯架4上產(chǎn)生軸向拉力Fb，其拉力大小如式2所示。
Fb＝1/4m2l式2式中m-為離心塊8的質(zhì)量(千克)l-為拉桿7兩端的軸向距離(米)當(dāng)軸向拉力Fb隨工作轉(zhuǎn)速ω的增大而超過彈簧6的預(yù)緊壓力Fa將推動(dòng)調(diào)控鐵芯架4作軸向移動(dòng)，使其爪部鐵芯插入永磁轉(zhuǎn)子1的磁極間隙中，如圖6a、b所示，其目的是調(diào)整發(fā)電機(jī)內(nèi)的騰電磁參數(shù)。
根據(jù)有關(guān)電磁基礎(chǔ)知識(shí)可知，從永磁極輸出的磁通ω可分為兩部分一部分經(jīng)定子鐵芯架2閉合并與發(fā)電繞組3形成交鏈關(guān)系，稱之為主磁通Φa；另一部分則不與發(fā)電繞組3形成交鏈關(guān)系，主要是通過相鄰的磁極間的空氣而閉合，稱之為漏磁通Φb。當(dāng)調(diào)控鐵芯架4爪部鐵芯插入永磁轉(zhuǎn)子1的磁極間隙中時(shí)，由于鐵芯的磁導(dǎo)率μ遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣的磁導(dǎo)率μ0，使得磁極間的空氣磁阻得到大幅減小，漏磁通Φb將迅速增大，如圖8所示，而與此同時(shí)發(fā)電機(jī)的主磁路磁阻相對(duì)保持不變，因此漏磁通Φb的增大將導(dǎo)致主磁通Φa被相應(yīng)減小，從而使發(fā)電機(jī)的空載感應(yīng)電動(dòng)勢E也相應(yīng)降低。
同樣，當(dāng)調(diào)控鐵芯架4的爪部鐵芯插入永磁轉(zhuǎn)子1的磁極間了隙中時(shí)，由于其爪部鐵芯與永磁轉(zhuǎn)子1的磁極工作表面處于同一圓周工作面，而永磁體的回復(fù)磁導(dǎo)率μm≈μ0＜＜μ，使得發(fā)電繞組3通過負(fù)載電流I時(shí)產(chǎn)生的電樞反應(yīng)磁通Φ′也將隨之增大，即相當(dāng)于使發(fā)電繞組3的等效電感值L得到增大。因此可以得知，當(dāng)調(diào)控鐵芯架4插入永磁轉(zhuǎn)子1的磁極間隙中的爪部鐵芯其長度和寬度相應(yīng)增大時(shí)，發(fā)電繞組3獲得的工作磁通Φa將被相應(yīng)減小，而其等效電感值L卻隨之增大，于是根據(jù)式1可知，發(fā)電機(jī)在相同工作轉(zhuǎn)速時(shí)輸出的工作電壓U將被相應(yīng)降低。
當(dāng)發(fā)電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速ω較低輸出電壓U低于額定工作值時(shí)，離心式穩(wěn)壓調(diào)控工作裝置產(chǎn)生的軸向拉力Fb將小于彈簧6的預(yù)緊壓力Fa，使調(diào)控鐵芯架4被彈簧6壓附在卡簧10上，如圖4所示，此時(shí)其爪部鐵芯基本脫離發(fā)電機(jī)的工作磁路，使發(fā)電機(jī)處于正常的發(fā)電工作狀態(tài)，其輸出電壓U將隨工作轉(zhuǎn)速ω的增大而繼續(xù)升高。當(dāng)發(fā)電機(jī)的輸出電壓U達(dá)到其額定工作值、而工作轉(zhuǎn)速ω繼續(xù)增大時(shí)，離心式穩(wěn)壓調(diào)控工作裝置產(chǎn)生的軸向拉力Fb將大于彈簧6的預(yù)緊壓力Fa，并推動(dòng)調(diào)控鐵芯架4作軸向移動(dòng)使其爪部鐵芯插入永磁轉(zhuǎn)子1的磁極間隙中，從而消除發(fā)電機(jī)的輸出電壓U的上升趨勢，使其保持在額定工作值附近。由于調(diào)控鐵芯架4在作軸向移動(dòng)工作時(shí)需要進(jìn)一步壓縮彈簧6使其產(chǎn)生工作彈力，因此調(diào)控鐵芯架4在軸向拉力Fb作用下產(chǎn)生的軸向位移量(即彈簧6被進(jìn)一步壓縮的長度)與彈簧6的彈力系數(shù)有關(guān)，因此可通過選用性能合適的彈簧6來控制調(diào)控鐵芯架4的軸向工作移動(dòng)，使其能夠滿足穩(wěn)壓工作的需要，從而達(dá)到較為理想的穩(wěn)壓工作效果。
由于發(fā)電機(jī)在進(jìn)行穩(wěn)壓調(diào)控工作時(shí)調(diào)控鐵芯架4并不參與發(fā)電機(jī)的功電轉(zhuǎn)換工作，其所需的軸向拉力Fb也是利用離心塊8的離心慣性力而產(chǎn)生的，因此發(fā)電機(jī)在進(jìn)行穩(wěn)壓調(diào)控工作時(shí)不會(huì)產(chǎn)生額外的功率損耗，從而徹底地解決了長期困撓傳統(tǒng)磨電燈產(chǎn)品的穩(wěn)壓工作與工作效率相矛盾的這一重大技術(shù)難題。
由于本實(shí)用新型在穩(wěn)壓調(diào)控工作時(shí)不會(huì)產(chǎn)生額外的功率損耗，使其在行車工作時(shí)所消耗的機(jī)械功率P基本不隨行車速度V而改變，即根據(jù)功率定式P＝F·V可知，其運(yùn)行阻力F將隨行車速度V的升高而減小，使其在中高車速行駛時(shí)具有極為優(yōu)越的工作性能。同時(shí)，由于本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓照明工作，使其可以把達(dá)到額定照明工作狀態(tài)時(shí)的行車速度V0降到較低車速，甚至是步行推車的速度，而在中高車速行駛時(shí)保持穩(wěn)定的額定照明工作狀態(tài)，從而消除了傳統(tǒng)磨電燈產(chǎn)品存在的低速不亮、高速燒燈的缺點(diǎn)，同時(shí)也為本實(shí)用新型采用壓制式二次反射型聚光白熾燈代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燈配式聚光照明裝置提供了安全的工作條件。
圖10為壓制式二次反射型聚光白熾燈的軸向結(jié)構(gòu)示意圖。它由燈殼a和燈殼b相互密閉封接而成，燈內(nèi)抽為真空或充以惰性氣體。燈殼a為帶有平面狀外沿、內(nèi)壁呈橢球面狀的玻璃燈殼，其中平面狀的燈殼外壁上設(shè)有接電燈座d和充排氣口e，而呈橢球面狀的燈殼內(nèi)壁上則鍍有高反光性能的金屬反光膜，燈芯P1為其近焦點(diǎn)。燈殼b則為球面狀的玻璃燈殼，燈芯P1點(diǎn)為其球心，燈殼的球面狀內(nèi)壁上除透光窗c外均鍍有金屬及光膜。圖中，帶有陰影部分的燈殼表示其鍍有金屬反光膜。
圖11為壓制式二次反射型聚光白熾光的燈光輸出工作示意圖。從圖中可以看出，從燈芯P1點(diǎn)發(fā)出的燈光根據(jù)其輸出過程可分為三部分一部分從燈芯P1點(diǎn)發(fā)出經(jīng)橢球面狀的反光鏡a反射后從透光窗c處輸出，并經(jīng)P2點(diǎn)重新聚焦后形成光束角為β的照明光束；另一部分燈光則從燈芯P1點(diǎn)發(fā)出后被球面狀的反光鏡b反射回來并從燈芯P1點(diǎn)附近穿過投射于反光鏡a上，再經(jīng)反光鏡a反射從透光穿C處輸出，形成與前一部分燈光相重疊的照明光束；其余的一部分燈光則從燈芯P1點(diǎn)發(fā)出后直接從透光窗D處輸出，形成光束角為Q的散射光束，其中Q≈β。從圖中可以看出，由于接電燈座d和充排氣口e同處于燈殼a的平面狀燈殼的外壁上，不會(huì)對(duì)燈光的輸出工作產(chǎn)生任何遮擋作用，因此從燈芯P1點(diǎn)發(fā)出的燈光都能夠全部從透光窗C處輸出并聚集成一定光束角的照明光束，使燈光的有效照明利用率可達(dá)到近100％，其照明工作效果將相當(dāng)于兩倍功率以上的傳統(tǒng)燈配式聚光照明裝置，同時(shí)也消除了燈光對(duì)行人、車輛的眩目作用，而且燈內(nèi)的反光膜不易受污染具有很好的反光性能。


圖1為自行車磨電燈的工作原理示意圖；圖2為永磁發(fā)電機(jī)的工作相量圖；圖3為燈配式聚光照明裝置的結(jié)構(gòu)及工作示意圖；
圖4為本實(shí)用新型的永磁發(fā)電機(jī)的軸向結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為永磁發(fā)電機(jī)中的調(diào)控鐵芯架4的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6a、b為調(diào)控鐵芯架4作軸向移動(dòng)時(shí)的工作示意圖；圖7為定位架5的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為調(diào)控鐵芯架4對(duì)漏磁路的工作影響示意圖；圖9為調(diào)控鐵芯架4對(duì)電樞反應(yīng)磁路的工作影響示意圖；圖10為壓制式二次反射型聚光白熾燈的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11為壓制式二次反射型聚光白熾燈的燈光輸出工作示意圖。
權(quán)利要求1.一種自行車磨電燈，主要由永磁發(fā)電機(jī)和聚光照明裝置兩部分組成，其特征在于A、所述的永磁發(fā)電機(jī)內(nèi)設(shè)有由調(diào)控鐵芯架(4)、定位架(5)、彈簧(6)、拉桿(7)、離心塊(8)、轉(zhuǎn)軸(9)、卡簧(10)組成的離心式穩(wěn)壓調(diào)控工作裝置；B、所述的聚光照明裝置為壓制式二次反射型聚光白熾燈，它由帶有平面狀外沿、內(nèi)壁呈橢球面狀的玻璃燈殼(a)與內(nèi)壁呈球面狀的玻璃燈殼(b)相互密閉封接而成，燈內(nèi)抽為真空或充以惰性保護(hù)氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自行車磨電燈，其特征在于調(diào)控鐵芯架(4)為爪形結(jié)構(gòu)，它與永磁轉(zhuǎn)子(1)一起作同步運(yùn)轉(zhuǎn)、并可沿轉(zhuǎn)軸(a)作軸向移動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自行車磨電燈，其特征在于拉桿(7)由兩根拉桿共同組成，拉桿的同端與離心塊(8)相連接，而拉桿的兩端則分別與調(diào)控鐵芯架(4)和轉(zhuǎn)軸(9)相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自行車磨電燈，其特征在于燈殼(a)的平面狀外沿上設(shè)有接電燈座(d)和充排氣(e)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自行車磨電燈，其特征在于燈殼(a)的橢球面狀內(nèi)壁上鍍有金屬反光膜，燈芯(P1)點(diǎn)為其近焦點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自行車磨電燈，其特征在于燈殼(b)的球面狀內(nèi)壁上除透光窗(c)外均鍍有金屬反光膜，燈芯(P1)點(diǎn)為其球心。
專利摘要本實(shí)用新型為一種自行車磨電燈,主要由擁有離心式穩(wěn)壓調(diào)控工作裝置的永磁發(fā)電機(jī)和壓制式二次反射型聚光白熾燈兩部分組成,解決了長期困撓傳統(tǒng)磨電燈產(chǎn)品的穩(wěn)壓工作與工作效率相矛盾的這一技術(shù)難題,從而使其消除了低速不亮、高速燒燈的缺點(diǎn),并使燈光的有效照明利用率得到大幅地提高。
文檔編號(hào)H02K7/10GK2404786SQ9924862
公開日2000年11月8日 申請(qǐng)日期1999年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月27日
發(fā)明者謝斌輝 申請(qǐng)人:謝斌輝