專利名稱：無電刷發(fā)電機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種無電刷發(fā)電機，特別是有關一種無電刷軸向繞線的發(fā)電機，使用于輪軸結構中，以無電刷摩擦方式將機械能轉(zhuǎn)成交流電能。
利用輪軸結構作為發(fā)電機的主要原理，是將由線圈與磁鐵所構成的發(fā)電元件同軸設置，利用線圈與磁鐵所產(chǎn)生相對于軸線的角位移差，而在線圈上產(chǎn)生磁通量變化，藉此在線圈上產(chǎn)生感應電動勢，從而生成感應電流。
現(xiàn)在的無電刷輪軸發(fā)電機結構中，線圈與磁鐵的設置位置主要是將線圈固定于軸上作為定子，而將磁鐵作為轉(zhuǎn)子，其中線圈面法線可為軸向與徑向設置。如臺灣地區(qū)專利公報公告編號287741的“發(fā)電裝置”，其發(fā)電裝置是線圈面法線為軸向設置的實施例，其線圈的形狀為齒輪形狀，當磁場方向為軸向，N-S極交錯排列的轉(zhuǎn)子磁鐵轉(zhuǎn)動時，可在線圈上造成磁通量變化(如

圖1所示)而產(chǎn)生感應電流；而在線圈面法線為徑向的實施例中，當磁場方向為徑向的轉(zhuǎn)子磁鐵轉(zhuǎn)動時，可在線圈上造成磁通量變化(如圖2所示)而產(chǎn)生感應電流。
上述的輪軸發(fā)電機結構中，由于線圈面并非適合繞線的規(guī)則形狀，所以如欲產(chǎn)生較高的電壓而需要增加線圈的圈數(shù)，則在繞線上會產(chǎn)生相當?shù)睦щy，雖有其他增加線圈圈數(shù)的方式，如臺灣地區(qū)專利公報公告編號264584的“電機機械、尤指輪殼發(fā)電機”，其利用印刷電路的方式將預定圈數(shù)的導體設在一薄膜上而得到較多的圈數(shù)，然而因面積的限制而只能增加少量的圈數(shù)，圖3所示為現(xiàn)有徑向繞線的實施例，其將定子線圈纏繞在沿軸向突出的鐵心上，此方式雖可使纏繞圈數(shù)增加，但因沿徑向方向繞線困難，無法快速完成繞線而會增加制造成本。
本實用新型的目的是提供一種繞線容易、制造簡單的無電刷發(fā)電機，可在有限的體積下，利用增加的發(fā)電單體數(shù)成相對增加線圈數(shù)，以產(chǎn)生較大的磁通量變化，而得到較大的感應電動勢。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的其包含一鐵心，包含一軸向部位及位于軸向部位的兩端的徑向部位；一線圈，纏繞在該鐵心的軸向部位；以及一轉(zhuǎn)子磁鐵，與鐵心同軸設置，具有若干個磁場指向為徑向的磁極與鐵心的徑向部位相對應，各磁極形成環(huán)狀N-S極交錯排列。當轉(zhuǎn)子磁鐵轉(zhuǎn)動，鐵心中的磁通產(chǎn)生變化，可使線圈產(chǎn)生感應電動勢發(fā)電。
其中鐵心由軸向部位的端點沿徑向向外作輻射狀延伸，形成若干個徑向部位。
其中轉(zhuǎn)子磁鐵包含兩組磁極，該兩組磁極分別與鐵心在軸向部位兩端的徑向部位相對應，在任一時刻，同一端的各徑向部位所對應到磁極的極性均為相同，且不同端的各徑向部位所對應到到磁極的極性為相反。
本實用新型的另一種實現(xiàn)方法是這樣的其至少包含一金屬套軸；一輪殼線圈，由套設在金屬套軸上的繞線套纏繞線圈構成，該繞線套的線圈是軸向繞線；二組導磁片，套設在金屬套軸上輪殼線圈的兩端；一轉(zhuǎn)子磁鐵，與金屬套軸同軸設置，且具有若干個磁場指向為徑向的磁極與導磁片相對應，各磁極形成環(huán)狀N-S極交錯排列；當轉(zhuǎn)子磁鐵轉(zhuǎn)動時，金屬套軸中的磁通發(fā)生變化，可使線圈產(chǎn)生感應電動勢發(fā)電。
其中導磁片位于金屬套軸的上、下端，并由金屬套軸的端點沿徑向向外作軸輻射狀延伸，形成若干個徑向部位。
其中轉(zhuǎn)子磁鐵包含兩組磁極，該兩組磁極分別與上、下導磁片的徑向部位相對應，在任一時刻，同一端的各導磁片所對應到磁極的極性均為相同，且不同端的各導磁片所對應到磁極的極性為相反。
其中金屬套軸可套接若干組輪殼線圈。
其中輪殼線圈兩端均套接有導磁片。
其中導磁片由金屬套軸沿軸向向外作輻射狀延伸，形成若干個徑向部位。
其中轉(zhuǎn)子磁鐵包含若干個磁極，分別與各組導磁片的徑向部位相對應，在任一時刻，同一組導磁片所對應到磁極的極性均為相同，且任兩組相鄰的導磁片所對應到磁極的極性為相反。
本實用新型的又一種實現(xiàn)方法是這樣的其至少包含一金屬套軸；若干組輪殼線圈，由套設于金屬軸套上的若干組繞線套纏繞線圈構成，該繞線套的線圈為軸向繞線；若干組導磁片，套設在金屬套軸上輪殼線圈的兩端；一轉(zhuǎn)子磁鐵，與金屬套軸同軸設置，具有若干個磁場指向為徑向的磁極與導磁片相對應，各磁極形成環(huán)狀N-S極交錯排列；當轉(zhuǎn)子磁鐵轉(zhuǎn)動時，金屬套軸中的磁通發(fā)生變化，可使線圈產(chǎn)生感應電動勢發(fā)電。
其中若干組導磁片由金屬套軸沿徑向向外作輻射狀延伸，形成若干個徑向部位。
其中轉(zhuǎn)子磁鐵可為若干組，且包含若干個磁極，分別與各組導磁片的徑向部位相對應，在任一時刻，同一組的導磁片所對應到磁極的極性均為相同，且任兩組相鄰的導磁片所對應到磁極的極性為相反。
本實用新型主要包含鐵心、線圈與磁鐵，其鐵心具有軸向部位與徑向部位，線圈纏繞于鐵心的軸向部位作為定子結構，磁鐵則作為轉(zhuǎn)子，其各磁極均沿徑向發(fā)出磁場。該磁通量會流經(jīng)磁阻較小的鐵心而由徑向轉(zhuǎn)向軸向，可使沿徑向發(fā)出的磁通通過軸向纏繞的線圈，在磁鐵轉(zhuǎn)動時，可使線圈產(chǎn)生磁通變化而生成感應電動勢發(fā)電。
以下結合附圖及實施例，詳細介紹本實用新型。
圖1是現(xiàn)在使用的無電刷輪軸發(fā)電機，其線圈面法線為軸向結構的透視圖。
圖2是現(xiàn)在使用的無電刷輪軸發(fā)電機，其線圈面法線為徑向結構的透視圖。
圖3是現(xiàn)在使用的無電刷輪軸發(fā)電機，其線圈纏繞于徑向鐵心的定子結構透視圖。
圖4是本實用新型各元件相對位置及磁通流向示意圖；圖5是本實用新型第一實施例的分解透視圖；圖6是本實用新型第一實施例中，結合外部機械的剖視圖；圖7是本實用新型第二實施例中，線圈與鐵心的分解透視圖；圖8是本實用新型第三實施例中，套接多組輪殼線圈與導磁片結構的分解透視圖；圖9是本實用新型第四實施例中，套接多組輪殼線圈與導磁片結構的分解透視圖；圖10是本實用新型第四實施例中，其完整組合的剖視圖；圖11是本實用新型第五實施例中的組合剖視圖；一般而言，交流發(fā)電機的發(fā)電原理是利用導體線圈與磁場發(fā)生相對運動時，會在線圈上產(chǎn)生磁通量變化，由電磁理論的楞次定律，該磁通量變化會使線圈感應產(chǎn)生一電動勢，其關系可以下式表示ϵ=NΔφΔt=NΔ(BAcosθ)Δt]]>其中ε＝感應電動勢伏特Φ＝磁通量韋伯B＝磁通密度 韋伯/平方米A＝線圈面積 平方米θ＝線圈面法線與磁場的夾角N＝圈數(shù)Δ變化量本實用新型是利用上述原理，以一機械動力帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁鐵，使定子線圈上的磁通產(chǎn)生變化以生成感應電動勢而發(fā)電。
參見圖4所示的本實用新型各元件相對位置及磁通流向示意圖，圖中顯示本實用新型是由鐵心1、線圈2及磁鐵3所組成，其鐵心1包含有軸向部位11及位于軸向部位11兩端的徑向部位12，其作用是將由外部磁鐵3流入的磁通方向轉(zhuǎn)向，使原為徑向流入的磁通可轉(zhuǎn)向而垂直穿過軸向纏繞的線圈2的線圈面。本實用新型中鐵心材質(zhì)為硅鋼片，亦可以其他導磁系數(shù)高、容易磁化的材質(zhì)取代。
磁鐵3分為上、下兩部分31、32，每一部份均包含有若干個磁極，各磁極分別與鐵心1的各徑向部位12相對應。磁通由上方N磁極311沿徑向發(fā)出，經(jīng)氣隙4、鐵心1再經(jīng)氣隙4’后，沿徑向進入下方S磁極322。當上、下端的磁極311、322因轉(zhuǎn)動而改變(上端變S極而下端變N極)時，虛線部分的磁通流向即會反相，此將造成通過線圈的磁通量產(chǎn)生變化，而可在a、b端生成感應電動勢發(fā)電。
參見圖5所示的本實用新型第一實施例的分解透視圖，圖中顯示本實用新型中鐵心1的徑向部位121、122分別由軸向部位11的上、下端點沿徑向向外作輻射狀延伸。磁鐵3也分為上、下兩部分磁極31、31，其各包含8個磁極，分別與鐵心1上、下端的徑向部位121、122相對應，且相對于軸心形成環(huán)狀N-S極交錯排列。其中磁極及相對應的徑向部位121、122的個數(shù)可視頻率需求而改變。將磁極及徑向部位121、122的個數(shù)增加(或減少)，可在轉(zhuǎn)子6的轉(zhuǎn)動頻率不變狀況下，增加(或降低)輸出交流電的頻率。
再參見圖5所示的各磁極與鐵心1徑向部位121、122的相對位置，其中上端的徑向部位121所對應到磁鐵3的各磁極31均為相同磁性(N磁極311)，且同一瞬時下端的徑向部位122所對應到磁鐵3的各磁極32亦均為相同磁性(S磁極322)，但與上端相反。當轉(zhuǎn)子磁鐵3轉(zhuǎn)動時，各徑向部位121、122對應到的磁極311、322將產(chǎn)生變化，如轉(zhuǎn)八分之一周后，上端徑向部位121將對應到S磁極312而下端徑向部位122將對應到N磁極321，所以轉(zhuǎn)子6轉(zhuǎn)動可以使鐵心1中的磁通產(chǎn)生變化而使線圈2的a、b端生成感應電動勢。
參見圖6所示的本實用新型第一實施例中，與外部機械結合的剖視圖，圖中顯示纏繞線圈2的鐵心1是固定于不可轉(zhuǎn)動的輪軸座5上，而磁鐵3則結合于轉(zhuǎn)子6上就形成轉(zhuǎn)子磁鐵3，將其套接于鐵心1的中空部位即可旋轉(zhuǎn)并提供變化的磁通。其中轉(zhuǎn)子6可由外力、如人力、風力或其他可藉機械作用而轉(zhuǎn)換成圓周運動形成的力，而由傳動件7輸入以帶動轉(zhuǎn)子6轉(zhuǎn)動，使線圈2生成感應電動勢，且感應電動勢可被引接結合在輪軸座5上的控制電路51而被輸出利用。
參見圖7所示的本實用新型的第二實施例的定子結構，其磁鐵3與第一實施例相同，第二實施例的定子結構包含一金屬套軸11 1、一繞線套21及上下兩組導磁片13。將線圈212纏繞于繞線套211，可制成規(guī)格品的輪殼線圈21。將輪殼線圈21套接于提供鐵心1軸向部位11功能的金屬套軸111后，再在上、下端分別套接上提供鐵心1徑向部位功能的導磁片13，即可組成與第一實施例功能相同的結構。由于各組成元件均較一體成形的結構容易制造，可分別制造后再組裝，所以易于批量生產(chǎn)，具有降低成本功效。
參見圖8所示的本實用新型的第三實施例，其是將第二實施例中的金屬套軸111加以延長，而能同時套合多組輪殼線圈21，各輪殼線圈21的端線可分別接至多個負載，亦可將各組輪殼線圈21的端線串接而使總線圈數(shù)增加而提高輸出電壓。
相比較于一體成形的鐵心1，金屬套軸111亦可選用非鐵磁性的金屬。若因此造成較大磁阻，則必須在套接的輪殼線圈21數(shù)量增加時，增加導磁片13及與該導磁片13相對應的磁鐵3數(shù)量，以提供足夠的磁通通過線圈212。
參見圖9、圖10所示的本實用新型的第四實施例，相比較于第三實施例，其中輪殼線圈21是交錯套接于導磁片13之間，而作為轉(zhuǎn)子的磁鐵3，其磁極33的極性與不同部位的導磁片13配合，任意兩組相鄰的導磁片13所對應磁極的極性為相反。如圖10中，在某一瞬時第1(及其他奇數(shù))組導磁片13對應至N磁極331而第2(及其他偶數(shù))組導磁片13對應至S磁極332，而形成如圖中虛線部分所示的磁通走向。由于磁鐵3的磁極33與前述實施例中相同，也形成環(huán)狀N-S極交錯排列，所以每轉(zhuǎn)動八分之一周，磁通走向會反相一次而在各組輪殼線圈造成磁通變化而感應發(fā)電。
參見圖11所示的本實用新型第五實施例，亦是本實用新型的較佳實施例，其不同于第四實施例地方是在轉(zhuǎn)子磁鐵3成整片結合在轉(zhuǎn)子6，且環(huán)繞圈圍在各組導磁片13及輪殼線圈21的四周，并在轉(zhuǎn)子6外側結合傳動件7，當傳動件7受力可帶動轉(zhuǎn)子6成旋轉(zhuǎn)，則轉(zhuǎn)子6內(nèi)的輪殼線圈21可生成感應電動勢，且該感應電動勢可藉由控制電路51成集中或分配被輸出利用。
由以上說明，揭示本實用新型其軸向繞線、徑向磁極的結構具有易于制造，及在一定體積下易于增加發(fā)電單體數(shù)從而增加繞線圈數(shù)使電壓增高的功效。
權利要求1.一種無電刷發(fā)電機，其特征在于其包含一鐵心，包含一軸向部位及位于軸向部位的兩端的徑向部位；一線圈，纏繞在該鐵心的軸向部位；以及一轉(zhuǎn)子磁鐵，與鐵心同軸設置，具有若干個磁場指向為徑向的磁極與鐵心的徑向部位相對應，各磁極形成環(huán)狀N-S極交錯排列。
2.如權利要求1所述的無電刷發(fā)電機，其特征在于其中若干組導磁片由金屬套軸沿徑向向外作輻射狀延伸，形成若干個徑向部位。
3.如權利要求1所述的無電刷發(fā)電機，其特征在于其中轉(zhuǎn)子磁鐵包含兩組磁極，該兩組磁極分別與鐵心與在軸向部位兩端的徑向部位相對應，在任一時刻，同一端的各徑向部位所對應到磁極的極性均為相同，且不同端的各徑向部位所對應到到磁極的極性為相反。
4.一種無電刷發(fā)電機，其特征在于其至少包含一金屬套軸；一輪殼線圈，由套設在金屬套軸上的繞線套纏繞線圈構成，該繞線套的線圈是軸向繞線；二組導磁片，套設在金屬套軸上輪殼線圈的兩端；一轉(zhuǎn)子磁鐵，與金屬套軸同軸設置，且具若干個磁場指向為徑向的磁極與導磁片相對應，各磁極形成環(huán)狀N-S交錯排列。
5.如權利要求4所述的無電刷發(fā)電機，其特征在于其中導磁片位于金屬套軸的上、下端，并由金屬套軸的端點沿徑向向外作軸輻射狀延伸，形成若干個徑向部位。
6.如權利要求5所述的無電刷發(fā)電機，其特征在于其中轉(zhuǎn)子磁鐵包含兩組磁極，該兩組磁極分別與上、下導磁片的徑向部位相對應，在任一時刻，同一端的各導磁片所對應到磁極的極性均為相同，且不同端的各導磁片所對應到磁極的極性為相反。
7.如權利要求4所述的無電刷發(fā)電機，其特征在于其中金屬套軸可套接若干組輪殼線圈。
8.如權利要求7所述的無電刷發(fā)電機，其特征在于其中輪殼線圈兩端均套接有導磁片。
9.如權利要求8所述的無電刷發(fā)電機，其特征在于其中導磁片由金屬套軸沿軸向向外作輻射狀延伸，形成若干個徑向部位。
10.如權利要求9所述的無電刷發(fā)電機，其特征在于其中轉(zhuǎn)子磁鐵包含若干個磁極，分別與各組導磁片的徑向部位相對應，在任一時刻，同一組導磁片所對應到磁極的極性均為相同，且任兩組相鄰的導磁片所對應到磁極的極性為相反。
11.一種無電刷發(fā)電機，其特征在于其至少包含一金屬套軸；若干組輪殼線圈，由套設于金屬軸套上的若干組繞線套纏繞線圈構成，該繞線套的線圈為軸向繞線；若干組導磁片，套設在金屬套軸上輪殼線圈的兩端；一轉(zhuǎn)子磁鐵，與金屬套軸同軸設置，具有若干個磁場指向為徑向的磁極與導磁片相對應，各磁極形成環(huán)狀N-S極交錯排列。
12.如權利要求11所述的無電刷發(fā)電機，其特征在于其中若干組導磁片由金屬套軸沿徑向向外作輻射狀延伸，形成若干個徑向部位。
13.如權利要求12所述的無電刷發(fā)電機，其特征在于其中轉(zhuǎn)子磁鐵可為若干組，且包含若干個磁極，分別與各組導磁片的徑向部位相對應，在任一時刻，同一組的導磁片所對應到磁極的極性均為相同，且任兩組相鄰的導磁片所對應到磁極的極性為相反。
專利摘要一種無電刷發(fā)電機,主要包含鐵心、線圈與磁鐵,其鐵心具有軸向部位與徑向部位,線圈纏繞于鐵心的軸向部位作為定子結構,磁鐵則作為轉(zhuǎn)子,其各磁極均沿徑向發(fā)出磁場。該磁通量會流經(jīng)磁阻較小的鐵心而由徑向轉(zhuǎn)向軸向,可使沿徑向發(fā)出的磁通通過軸向纏繞的線圈,在磁鐵轉(zhuǎn)動時,可使線圈產(chǎn)生磁通變化而生成感應電動勢發(fā)電。
文檔編號H02K1/27GK2372817SQ9820808
公開日2000年4月5日 申請日期1998年9月17日 優(yōu)先權日1998年9月17日
發(fā)明者洪陳富英 申請人:洪陳富英