发电装置制造方法

文档序号:7388061阅读:150来源:国知局
发电装置制造方法
【专利摘要】本发明实施例公开了一种发电装置。该发电装置包括转动组件、固定组件以及机壳,转动组件包括转子、第一屏蔽单元、第二屏蔽单元、第一永磁体和第二永磁体,转子包括呈环形圆柱体形的本体部和沿本体部圆周间隔设置的多个凸起部,第一永磁体和第二永磁体分别设于转子的顶面和底面,第一永磁体和第二永磁体均呈环形圆柱体形且相对的表面极性相同,固定组件包括定子和轴承组,定子包括呈圆形的外圆部以及从外圆部的内圆周突起的偶数个骨架,偶数个骨架与多个凸起部对应间隔设置,偶数个骨架的相邻骨架的绕线组的绕线方向相反。通过上述方式,本发明的发电装置发电效率高,对装置空间要求小。
【专利说明】
发电装置

【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电磁感应【技术领域】,特别涉及一种发电装置。

【背景技术】
[0002]伴随科技的发展,移动式电话、笔记型电脑及个人数字助理(Personal DigitalAssist,简称PDA)等电子产品已成为现代人身边不可或缺的配备之一,不论是上班或出游,这些电子通信产品已深深融入每个人的生活中,而各种轻薄短小、功能强大的电子产品在市场上不断的推陈出新,让使用者时时能享受着科技所带来的便利。
[0003]然而,轻薄短小的电子产品却往往容易衍生出电力不足的问题,也就是说,为了缩小产品的体积,而限制了电池的大小,使得移动式电话、笔记型电脑及PDA虽然方便好用,但是功能越强,意味着电力消耗越多,一旦电力耗尽,再如何好用的移动式电话、笔记型电脑及PDA也将变得英雄无用武之地。
[0004]如上所述,像手机、MP4、照相机、摄像机、手持游戏设备、手电筒等随身设备对电能的需求日益频繁,而目前发电装置均需要电刷,且占用空间较大,在有限的空间内发电量很小。


【发明内容】

[0005]本发明提供一种发电装置,能够解决现有技术中发电装置需要电刷且在有限空间内发电能量不足的问题。
[0006]为解决上述技术问题,本发明采用的一个技术方案是:提供一种发电装置,该发电装置包括转动组件、固定组件和机壳,转动组件包括转子、第一屏蔽单元、第二屏蔽单元、第一永磁体和第二永磁体,转子包括呈环形圆柱体形的本体部和沿本体部圆周间隔设置的多个凸起部,第一永磁体和第二永磁体分别设于转子的顶面和底面,第一永磁体和第二永磁体均呈环形圆柱体形且相对的表面极性相同,第一永磁体、转子和第二永磁体同心且绕转轴共同转动,第一屏蔽单元包括间隔设于第一永磁体圆周的多个第一屏蔽片,第二屏蔽单兀包括间隔设于第二永磁体圆周并与多个第一屏蔽片对应的多个第二屏蔽片,多个凸起部的任一个凸起部均位于多个第一屏蔽片的两相邻屏蔽片之间;固定组件包括定子和轴承组,定子包括呈圆形的外圆部以及从外圆部的内圆周突起的偶数个骨架,偶数个骨架与多个凸起部对应间隔设置,偶数个骨架上均设有绕线组,且偶数个骨架的相邻骨架的绕线组的绕线方向相反,轴承组包括第一轴承和第二轴承,第一轴承和第二轴承分别用于支承转轴的上下两端;转动组件和固定组件均设于机壳内;其中,第一永磁体的外径与内径之差大于转子的二分之一高度,第二永磁体的外径与内径之差大于转子的二分之一高度,转子、第一屏蔽单元、第二屏蔽单元、定子以及机壳均为高导磁材料且不饱和。
[0007]其中,多个凸起部均为与本体部同圆心的弧形柱。
[0008]其中,骨架包括支干部以及设于支干部一端的弧形部,弧形部的宽度大于支干部。
[0009]其中,弧形部的弧度与弧形柱的弧度相适配,弧形部与弧形柱的间距为0.3-0.5mm。
[0010]其中,多个凸起部与本体部的连接处均采用倒圆角设计。
[0011]其中,多个第一屏蔽片和多个第二屏蔽片均通过屏蔽套分别装配于第一永磁体和第二永磁体的圆周。
[0012]其中,第一屏蔽单元和第二屏蔽单元的高度分别与第一永磁体和第二永磁体的高度相问。
[0013]其中,转子、定子、第一屏蔽单元以及第二屏蔽单元均采用硅钢片制成。
[0014]其中,机壳上设有出线孔。
[0015]其中,绕线组外设有护线套。
[0016]本发明实施例的发电装置通过将第一永磁体和第二永磁体极性相同的一面相对放置,在确保转子、第一屏蔽单元、第二屏蔽单元、定子以及机壳等导磁材料不饱和的情况下,从第一永磁体和第二永磁体表面流出的磁感应强度经过厚度比较薄的转子时,磁感应强度将增大,进而通过外力转动转动组件,使得磁通量产生变化而发电。本发明实施例的发电装置无需电刷,能够延长发电装置的使用寿命,且通过合理设置转子的高度能够在有限空间内发出更多的电量。

【专利附图】

【附图说明】
[0017]图1是本发明发电装置一实施例的整体截面结构示意图;
[0018]图2是图1所示发电装置的转动组件和固定组件的初始状态时的俯视结构示意图;
[0019]图3是图2所示的转动组件转动预定角度时的俯视结构示意图;
[0020]图4是图1所示发电装置的转子、第一永磁体和第二永磁体的放大截面结构示意图;
[0021]图5是图1所示发电装置的转子和定子的部分立体结构示意图。

【具体实施方式】
[0022]下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,均属于本发明保护的范围。
[0023]请参阅图1,图1是本发明发电装置一实施例的整体截面结构示意图。在本实施例中,发电装置包括转动组件、固定组件和机壳101。
[0024]转动组件包括转子201、第一屏蔽单元202、第二屏蔽单元203、第一永磁体204和第二永磁体205。转子201包括呈环形圆柱体形的本体部209和沿本体部209圆周间隔设置的多个凸起部208,在本实施例中,多个凸起部208均为与本体部209同圆心的弧形柱(请结合参阅图5,其中,图5中为了显示清楚弧形柱,对其进行了放大显示),也就是说弧形柱的外端面S的圆心与本体部209的圆心相同。进一步地,在本实施例中,为了使得更多的磁场进入转子201的多个凸起部208,多个凸起部208与本体部209的连接处均采用倒圆角设计。
[0025]第一永磁体204和第二永磁体205分别设于转子201的顶面和底面,第一永磁体204和第二永磁体205均呈环形圆柱体形且相对的表面极性相同,第一永磁体204、转子201和第二永磁体205同心且绕转轴207共同转动。在本实施例中,第一永磁体204和第二永磁体205相对的表面极性相同,也就是说第一永磁体204和第二永磁体205相对的表面均为N极或者S极,在这种情况下,第一永磁体204和第二永磁体205产生的磁场将会通过转子201向发电装置的侧面流出。优选地,第一永磁体204和第二永磁体205的直径小于转子201的本体部209的直径。值得说明的是,在本实施例中,第一永磁体204的外径与内径之差大于转子201的二分之一高度,第二永磁体205的外径与内径之差大于转子201的二分之一高度,在这种情况下,通过转子201的磁感应强度将比发出磁感应强度的第一永磁体204和第二永磁体205强很多,具体原理请参见后文。
[0026]第一屏蔽单元202包括间隔设于第一永磁体204圆周的多个第一屏蔽片,第二屏蔽单兀203包括间隔设于第二永磁体205圆周并与多个第一屏蔽片对应的多个第二屏蔽片,多个凸起部208的任一个凸起部208均位于多个第一屏蔽片的两相邻屏蔽片之间。在本实施例中,第一屏蔽单元202和第二屏蔽单元203的高度分别与第一永磁体204和第二永磁体205的高度相同,当然,在第一屏蔽单元202和第二屏蔽单元203不接触机壳101的情况下,第一屏蔽单元202和第二屏蔽单元203也可分别高于第一永磁体204和第二永磁体205。第一屏蔽单元202和第二屏蔽单元203可通过屏蔽套206分别装配于第一永磁体204和第二永磁体205的圆周,当然,在其他实施例中,为了更好的固定第一屏蔽单元202和第二屏蔽单元203,还可在第一屏蔽单元202和第一永磁体204之间加胶水。
[0027]请结合参阅图2和图3,在俯视图方向下,多个凸起部208和多个第一屏蔽片共同无缝围合第一永磁体204的圆周,不难想到,多个凸起部208和多个第二屏蔽片共同无缝围合第二永磁体205的圆周。在这种情况下,能够提高磁场的利用率,从而更多地转化为电倉泛。
[0028]固定组件包括定子301和轴承组。定子301包括呈圆形的外圆部306以及从外圆部306的内圆周突起的偶数个骨架307,偶数个骨架307与多个凸起部208对应间隔设置,偶数个骨架307上均设有绕线组304,且偶数个骨架307的相邻骨架307的绕线组304的绕线方向相反,即相邻骨架307的绕线组304的绕线方向为逆时针和顺时针交替绕制。在本实施例中,骨架307包括支干部(未标示)以及设于支干部一端的弧形部(未标示),弧形部的宽度大于支干部,这种设置能够更多地绕线,从而发出更多的电能,具体请参阅后文。当然,在其他实施例中,骨架307也可为宽度一致的柱体等,笨发明对此不作限定。弧形部的弧度与弧形柱的弧度相适配,弧形部与弧形柱的间距为0.3-0.5mm,值得说明的是,在加工工艺允许的情况下,弧形部与弧形柱的间距可尽可能的小,以减小磁感应强度的衰减。
[0029]其中,凸起部208优选为骨架307个数的一半。
[0030]轴承组包括第一轴承302和第二轴承303,第一轴承302和第二轴承303分别用于支承转轴207的上下两端。
[0031]转动组件和固定组件均设于机壳101内,机壳101上设有出线孔102。
[0032]需要说明的是,在本发明的实施过程中,转子201、第一屏蔽单元202、第二屏蔽单元203、定子301以及机壳101均为高导磁材料且不饱和,转子201、定子301、第一屏蔽单元202以及第二屏蔽单元203均优选采用硅钢片制成,硅钢片易于制造,导磁效果好且成本低。其中,高导磁材料的相对磁导率大于2000。
[0033]下面结合附图1-3,说明本实施例的发电装置的工作过程。
[0034]在转动组件和固定组件处于初始状态时,即转动组件未发生转动时,从第一永磁体204和第二永磁体205流出的磁感应强度分为两部分,第一部分分别通过第一屏蔽单元202和第二屏蔽单元203,进而通过机壳101,最后再回到第一永磁体204和第二永磁体205形成一个闭合磁环路。另一部分通过骨架307、绕线组304以及机壳101回到第一永磁体204和第二永磁体205,此时发电装置并未产生电能,当转动组件在外力作用下转动时,转子201的凸起部208对应的骨架307面积发生改变,即使得磁通量发生改变,进而产生电能。其中,外力可通过齿轮带动转轴207转动,当然也可通过其他方式实现,本发明对此不作限定。
[0035]为了本领域技术人员能够更好地利用以及改进本发明实施例的发电装置,下面对本发明实施例的发电装置所产生的电能进行公式推导:
[0036]当磁感应强度设计成在所有导磁材料中都不饱和的情况下,发电装置所发出的电压(感应电动势)推导关系式如下:
[0037]由电磁感应定律可得公式1:
[0038]Ε = η*ΔΦ/Δ? (I)
[0039]在第一永磁体204的有效磁体的中点(L1/2处)的磁感应强度和转子201的凸起部208S端的磁感应强度关系式约等于:(忽略漏磁和图5中SI和S的差异)
[0040]B 磁 *L1 = BS*L2 (2)
[0041]其中,Ba为第一永磁铁L1/2处的磁感应强度,Bs为图5中面积为S处的磁感应强度。
[0042]根据(2)式,我们可以通过供应商提供的第一永磁铁参数计算出图5中面积为S处的磁感应强度Bs
[0043]忽略转子201的凸起部208和定子301的弧形部的间隙的漏磁和磁衰减,当转子201和定子301处于图2状态时,定子301的骨架307截面积S2处的磁感应强度有如下关系式。
[0044]BS2*S2 = Bs*S (3)
[0045]当转动组件转动时ABs2 = Bs* Λ S/S2 (3a)
[0046]其中,S2为弧形部的面积,Λ S为转子201的凸起部208和定子301的弧形部相对应的改变面积。
[0047]由Φ = B*S结合式(I),可得发电装置产生的感应电动势E为:
[0048]E = n*S2* Δ Bs2/ Δ t (4)
[0049]当转子201于频率f转动时,转子201面积S的转动线速度V = w*r (5)
[0050]w为角速度,r为转子201的S面的半径。
[0051 ] 因为本发明在骨架307上的绕线组304是正时针和逆时针交替绕制的,所以当在外力作用下转子201转动时(比如顺时针转动)图3中的通过骨架Ml中的磁感应强度在减弱,通过骨架M2中的磁感应强度则在增加。所以在每个骨架307上的绕组产生的感应电动势都是串联,方向相同的电压。故当转子201于转动频率为f转动时,在整个绕线组304中产生的电动势根据公式(3a)、(4)、(5)可得出:
[0052]E = n*Bs*S*f*360/X (6)
[0053]式中n为绕线组304上线圈的总圈数,X为夹角。
[0054]以上,并不限定本发明的保护范围,本领域技术人员也可在本发明构思下,得出其他的电动势计算公式。
[0055]下面给出一组具体实物测试验证数据以供本领域技术人员参考:
[0056]当采用10根骨架(骨架307数越多,发电机高度越小)。直径为32.8mm,高度为10mm。第一永磁体和第二永磁体为外径为5.5mm,内径为1.5mm,高度为2mm的白磁(中心磁感应强度约为4500Gs)。绕线组用线径为0.38mm的铜线,总圈数为1000圈。转子高为3mm,面积S约为10mm2,当转动频率为f = 10Hz时,发出的电动势为方波交流电,其方波峰值为:E = 1000*0.45*2.66*0.00001*100*360/29 = 15.5V。
[0057]本发明实施例的发电装置通过将第一永磁体204和第二永磁体205极性相同的一面相对放置,在确保转子201、第一屏蔽单元202、第二屏蔽单元203、定子301以及机壳101等导磁材料不饱和的情况下,从第一永磁体204和第二永磁体205表面流出的磁感应强度经过厚度比较薄的转子201时,磁感应强度将增大,进而通过外力转动转动组件,使得磁通量产生变化而发电。本发明实施例的发电装置无需电刷,能够延长发电装置的使用寿命,且通过合理设置转子201的高度能够在有限空间内发出更多的电量。
[0058]以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的【技术领域】,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【权利要求】
1.一种发电装置,其特征在于,包括: 转动组件,所述转动组件包括转子、第一屏蔽单元、第二屏蔽单元、第一永磁体和第二永磁体,所述转子包括呈环形圆柱体形的本体部和沿所述本体部圆周间隔设置的多个凸起部,所述第一永磁体和所述第二永磁体分别设于所述转子的顶面和底面,所述第一永磁体和所述第二永磁体均呈环形圆柱体形且相对的表面极性相同,所述第一永磁体、所述转子和所述第二永磁体同心且绕转轴共同转动,所述第一屏蔽单元包括间隔设于所述第一永磁体圆周的多个第一屏蔽片,所述第二屏蔽单元包括间隔设于所述第二永磁体圆周并与所述多个第一屏蔽片一一对应的多个第二屏蔽片,所述多个凸起部的任一个凸起部均位于所述多个第一屏蔽片的两相邻屏蔽片之间; 固定组件,所述固定组件包括定子和轴承组,所述定子包括呈圆形的外圆部以及从所述外圆部的内圆周突起的偶数个骨架,所述偶数个骨架与所述多个凸起部对应间隔设置,所述偶数个骨架上均设有绕线组,且所述偶数个骨架的相邻骨架的绕线组的绕线方向相反,所述轴承组包括第一轴承和第二轴承,所述第一轴承和所述第二轴承分别用于支承所述转轴的上下两端; 机壳,所述转动组件和所述固定组件均设于所述机壳内; 其中,所述第一永磁体的外径与内径之差大于所述转子的二分之一高度,所述第二永磁体的外径与内径之差大于所述转子的二分之一高度,所述转子、所述第一屏蔽单元、所述第二屏蔽单元、所述定子以及所述机壳均为高导磁材料且不饱和。
2.根据权利要求1所述的发电装置,其特征在于,所述多个凸起部均为与所述本体部同圆心的弧形柱。
3.根据权利要求2所述的发电装置,其特征在于,所述骨架包括支干部以及设于所述支干部一端的弧形部,所述弧形部的宽度大于所述支干部。
4.根据权利要求3所述的发电装置,其特征在于,所述弧形部的弧度与所述弧形柱的弧度相适配,所述弧形部与所述弧形柱的间距为0.3-0.5_。
5.根据权利要求1所述的发电装置,其特征在于,所述多个凸起部与本体部的连接处均采用倒圆角设计。
6.根据权利要求1所述的发电装置,其特征在于,所述多个第一屏蔽片和所述多个第二屏蔽片均通过屏蔽套分别装配于所述第一永磁体和所述第二永磁体的圆周。
7.根据权利要求1所述的发电装置,其特征在于,所述第一屏蔽单元和所述第二屏蔽单元的高度分别与所述第一永磁体和所述第二永磁体的高度相同。
8.根据权利要求1所述的发电装置,其特征在于,所述转子、所述定子、所述第一屏蔽单元以及所述第二屏蔽单元均采用硅钢片制成。
9.根据权利要求1所述的发电装置,其特征在于,所述机壳上设有出线孔。
10.根据权利要求1所述的发电装置,其特征在于,所述绕线组外设有护线套。
【文档编号】H02K1/27GK104242590SQ201410429571
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月27日 优先权日:2014年8月27日
【发明者】张志球 申请人:张志球
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