专利名称：一种发电机以及使用该发电机的电动自行车的制作方法
技术领域：
本发明涉及交通工具技术领域，特别涉及一种发电机以及使用该发电机的 电动自行车。
背景技术：
随着生活水平和质量的不断提高，人们在享受炫丽多采生活的同时，对生 活质量和工作效率的关注程度也在提高。大气环境质量，二氧化碳及温室气体 排放等专业词汇已经成了百姓的口头禅。因此可以想象人们对生活质量的重视 程度已"今非昔比"。除此之外随着交通工具的不断更新工作效率也明显提高， 人们的活动半径继续扩大，从而促使人们的信息量和生活质量迅速提高。
众所周知，现代化交通工具汽车的使用量如"井喷"一样发展，汽车尾气的排 放和交通拥堵成为令人"头疼"的社会问题，因此"减排"和"健康"成为人们关心的
头等大事。19世纪自行车发明在20世纪得到了迅猛发展。给人们出行带来方便 的同时也扩大了人们出行的范围，丰富了人们的生活，促进了社会进步。20世 纪90年代电动自行车进入人们的生活，但是"新生事物"往往是一把双刃剑，人 们在享受电动自行车带来的较高的出行效率和更大的活动半径的同时，人们发 现蓄电池的容量和蓄电池的重量成正比，蓄电池的容量越大其自重也越大，由 于受到蓄电池自重的限制，电动自行车行驶半径并不会无限扩大，"蓄电池"本 身消耗了很大能量。又因为蓄电池大量使用造成环境的污染，尤其是"铅酸"等物 质造成的重金属和强酸污染。再加上蓄电池的充电次数的限制及寿命等因素， 使得电动自行车的运行成本相对自行车而言"居高不下"。由于蓄电池的不良表 现，使电动自行车在人们心目中的地位大打折扣，虽然电动自行车存在种种不 尽如人意的地方，然而从电动自行车的普及率和拥有量来看，高效率低价位的 代步工具符合民用交通工具发展的需求。受到传统理念的束缚，目前带发电机的电动自行车为单向驱动定子或转子 旋转，换句话说有两种选择， 一种是定子固定不动，转子被外力驱动旋转发 电；另一种是"外转子式"，暨原来转动的转子固定不动，原来固定的"定子"旋转。不管采用哪种方式，都没有改变单向驱动的模式，这种传统的发电机结构有一 个弱点，就是由于采用单向驱动模式，要求转子必须以很高的旋转速度来切割 磁力线发电。这样一来发电机需要经过多级增速齿轮的驱动机构，驱动力矩增 加，也增加了中间环节的能量损耗。发明内容本发明的目的在于提出一种新型发电机以及使用该发电机的电动自行车， 可以在保留人力带动链条驱动后轮转动这种传统驱动方式和保持高效便捷等基 本功能的基础上，对传统的电动自行车用发电机进行改进，得到一种新型高效 的发电机，由人力驱动这种低速发电机发出的电经电刷引出并输入到电路中， 再经由电路传送到电动机，电动机驱动自行车前进，并通过变频调速电路改变 驱动电机的转速，从而改变电动自行车的行进速度。鉴于上述目的，本发明提供了一种用于电动自行车的发电机，包括固定于自行车车架上的外壳；外转子，安装在所述外壳内；内转子，安装在所述外转 子内；所述外壳内具有两个与自行车的曲柄传动轴转动连接的驱动齿轮，其中 外转子驱动齿轮通过外转子传动机构驱动所述外转子旋转，内转子驱动齿轮通 过内转子传动机构驱动所述内转子相对于外转子的转动方向反向旋转，使得所 述外转子和内转子相对反向旋转。正因如此，在磁通量不变的情况下，发电机 驱动力矩和驱动速度相应降低；脚蹬的运动经由曲柄传动轴传递给外壳内的各 驱动齿轮，再分别通过传动机构驱动外转子和内转子相对反向旋转，从而驱动 发电机。所述传动机构可以是齿轮传动， 一侧用皮带传动或链条传动。作为优选，所述驱动齿轮分别经由单向离合器与曲柄传动轴转动连接。作为优选，所述外转子内设有永磁材料，所述内转子由转子铁芯和线圈组 成；或者，所述内转子内设有永磁材料，所述外转子由转子铁芯和线圈组成。作为优选，所述发电机具有电刷和集电环，集电环安装在内转子的轴上，与所述线圈连接并延伸到外转子的外侧，电刷安装在所述外壳上。 作为优选，所述外转子带有飞轮。本发明还提供了一种电动自行车，包括前轮，后轮，连接前轮的方向控制 器，脚蹬，曲柄，发电机和电动机，发电机与曲柄的传动轴转动连接，发电机包括固定于自行车车架上的外壳；外转子，安装在所述外壳内；内转子，安装 在所述外转子内；所述外壳内具有两个与自行车的曲柄传动轴转动连接的驱动 齿轮，其中外转子驱动齿轮通过外转子传动机构驱动所述外转子旋转，内转子 驱动齿轮通过内转子传动机构驱动所述内转子相对于外转子的转动方向反向旋 转，使得所述外转子和内转子相对反向旋转；发电机产生的电传送到电动机， 电动机驱动自行车前进。作为优选，所述发电机产生的电经电刷引出并输入到电路中，再经由电路 传送到电动机。电路包含DC-DC变换电路(直流一直流变换电路)、变频调速 电路、控制电路及过载保护电路，电动机的转速由变频调速电路控制。所述电动自行车还包含有依靠人力带动链条驱动后轮转动这种自行车传统 的驱动方式，骑车人可以通过离合装置选择在传统的链条带动后轮的驱动方式 和发电机发电输给电动机带动后轮的驱动方式之间切换。本发明提供的可健身的电动自行车与传统的电动自行车相比，本发明将发 电机的转子设计成特有的双层互动结构，将发电机的集电器延伸到发电机外部， 将原来的"定子和转子"复合成相向转动的转子。这样优化了电路设计和机械结构 设计，骑车人踏动脚蹬和曲柄，带动"定子和转子"复合成相向旋转的转子组合式 发电机作电源，在保持"定子和转子"相对旋转速度较高的同时，减少传动的齿轮， 降低驱动机构输入时的驱动力，优化驱动结构，减少驱动力距，降低骑车人的 体力消耗。同时实现取消蓄电池，降低了健身电动自行车的重量，消除了反复 充电的烦脑，消除污染，提高效率和活动范围，扩大了行驶距离，保留了自行 车的骑行方式，清洁、高效、绿色、环保，暨锻练了身体又保护了环境，可以 说是绿色交通工具，符合电动自行车发展方向。下面结合附图，对本发明的具体实施方式
作进一步地详细说明。对于所属 技术领域的技术人员而言，从对本发明的详细说明中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。
图1是本发明一较佳实施例的电动自行车的示意图。
图2是本发明一较佳实施例的发电机的剖面图。
图3是本发明另一较佳实施例的发电机的剖面图。
图4A和4B是图2所示的发电机的齿轮连接及传动方式图。
图5A和5B是图3所示的发电机的齿轮连接及传动方式图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的发电机及使用该发电机的电动 自行车作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明的一较佳实施例的电动自行车1具有前轮14、后轮15、 连接前轮14的方向控制器12，车座13、脚蹬161， 162、双输入齿轮17、铰链 18、复合组合转子发电机2。复合组合转子发电机2位于自行车1的中部，与电 动机(图中未示出)均位于外壳20内，与脚蹬161， 162所作用的齿轮传动连 接，连接方式不限。
本发明一较佳实施例的发电机如图2，图4A， 4B所示，包括外壳20，外壳 20内具有两个分别经由单向离合器36， 38与曲柄191、 192的传动轴37转动连 接的驱动齿轮39、 32，脚蹬162通过曲柄192和传动轴37连接外转子驱动齿轮 39，其中传动轴37的一端由轴承352定位到外壳20，脚蹬161通过曲柄191和 传动轴37连接内转子驱动齿轮32，其中传动轴37的另一端由轴承351定位到 外壳20;外转子驱动齿轮39与外转子输入齿轮241通过换向齿轮25传动，内 转子驱动齿轮32与内转子输入齿轮34直接啮合，如图4A和4B所示。随脚蹬 的运动，内转子输入齿轮34带动的线圈21与外转子输入齿轮241带动的永磁 材料22相对反向旋转，线圈21位于永磁材料22内部。内转子输入齿轮34与 发电机外壳20之间连接有集电环28，电刷27在集电环28上运行，弹簧26设 置在集电环28上。脚蹬161、 162的运动经由曲柄191、 192的传动轴和单向离合器36， 38传 递给驱动齿轮32、 39，驱动齿轮32带动内转子输入齿轮34转动，驱动齿轮39 带动换向齿轮25转动，继而带动外转子输入齿轮241相对内转子输入齿轮34 反向转动。外转子输入齿轮241带动永磁材料22转动，内转子输入齿轮34带 动线圈21转动，从而使线圈21与永磁材料22相对反向转动，达到切割磁力线 从而发电的目的。由发电机产生的电经由电路板33中的DC-DC电路提高、稳 定电压，而后传送到电动机(图中未示出)，驱动自行车前进，达到为自行车提 供动力的目的。同时，电动机的速度由变频调速电路控制。
此处的发电机2可以采用高效率低转速的"稀土合金"发电机，每分钟500 转就能满足发电要求，由于采用双端动力输入，线圈21与永磁材料22相对反 向转动，所以输入的力距相对较小，骑行速度每分钟50圈便可正常发电，与骑 自行车消耗的体能相当，效率明显提高。
本发明另一较佳实施例的发电机如图3、图5A、 5B所示，与图2所示的发 电机相比，不同之处在于没有外转子输入齿轮241和换向齿轮25，而是由外转 子链轮或皮带242代替，外转子驱动齿轮39与外转子链轮或皮带242相连接， 带动永磁材料22旋转。此时，随脚蹬的运动，外转子链轮或皮带242带动的 永磁材料22与内转子输入齿轮34带动的线圈21相对反向旋转。
发电机中外转子的材料可以为永磁材料，例如磁钢、稀土合金，发电机中 的内转子为线圈；或者发电机中的外转子为线圈，发电机中的内转子为永磁材 料，例如磁钢、稀土合金。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如 果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换的，均应涵盖 在本发明的权利要求的保护范围当中。
权利要求
1、一种用于电动自行车的发电机，包括固定于自行车车架上的外壳(20)；外转子，安装在所述外壳(20)内；内转子，安装在所述外转子内；其特征在于，所述外壳(20)内具有两个与自行车的曲柄传动轴(37)转动连接的驱动齿轮(39，32)，其中外转子驱动齿轮(39)通过外转子传动机构驱动所述外转子旋转，内转子驱动齿轮(32)通过内转子传动机构驱动所述内转子相对于外转子的转动方向反向旋转，使得所述外转子和内转子相对反向旋转，从而驱动发电机。
2、 根据权利要求l所述的用于电动自行车的发电机，其特征在于所述外转 子传动机构包括换向齿轮(25)和位于外转子一端的外转子输入齿轮(241)， 外转子驱动齿轮(39)通过换向齿轮(25)把转动传递给外转子输入齿轮(241), 从而驱动外转子与外转子驱动齿轮(39)同向旋转。
3、 根据权利要求l所述的用于电动自行车的发电机，其特征在于所述外转 子传动机构是皮带连接，外转子驱动齿轮(39)通过一侧用皮带驱动外转子与 其同向旋转。
4、 根据权利要求l所述的用于电动自行车的发电机，其特征在于所述外转 子传动机构是链条连接，外转子驱动齿轮(39)通过链条驱动外转子与其同向 旋转。
5、 根据权利要求l所述的用于电动自行车的发电机，其特征在于所述内转 子传动机构包括位于内转子一端的内转子输入齿轮(34),内转子驱动齿轮(32) 和内转子输入端齿轮(34)啮合，从而驱动内转子与内转子驱动齿轮(32)相 对反向旋转。
6、 根据权利要求l所述的用于电动自行车的发电机，其特征在于所述驱动齿轮(39、 32)分别经由单向离合器(36、 38)与曲柄传动轴(37)转动连接。
7、 根据权利要求l所述的用于电动自行车的发电机，其特征在于所述外转 子内设有永磁材料(22)，所述内转子由转子铁芯和线圈(21)组成。
8、 根据权利要求l所述的用于电动自行车的发电机，其特征在于所述内转 子内设有永磁材料(22)，所述外转子由转子铁芯和线圈(21)组成。
9、 根据权利要求7和8中任一所述的用于电动自行车的发电机，其特征在 于所述永磁材料(22)是磁钢或稀土合金。
10、 根据权利要求l所述的用于电动自行车的发电机，其特征在于所述发 电机具有电刷(27)和集电环(28)，所述集电环(28)安装在内转子的轴上， 与所述线圈(21)连接并延伸到外转子的外侧，电刷安装在所述外壳(20)上。
11、 根据权利要求l所述的用于电动自行车的发电机，其特征在于所述外 转子带有飞轮(31)。
12、 一种电动自行车，包括前轮(14)，后轮(15)，连接前轮(14)的方 向控制器(12)，脚蹬(161， 162)，曲柄(191， 192)，发电机(2)和电动机， 发电机(2)与曲柄(191， 192)的传动轴(37)转动连接，其特征在于，所述 发电机(2)采用的是根据权利要求1-11中任一所述的发电机，发电机产生的电 传送到电动机，电动机驱动自行车前进。
13、 根据权利要求12所述的电动自行车，其特征在于所述发电机产生的电 经电刷弓I出并输入到电路中，再经由电路传送到电动机。
14、 根据权利要求13所述的电动自行车，其特征在于所述发电机到电动机 的电路包含DC-DC变换电路、变频调速电路、控制电路及过载保护电路，电动 机的转速由变频调速电路控制。
全文摘要
本发明提供了一种发电机以及使用该发电机的电动自行车，其中发电机包括固定于自行车车架上的外壳；外转子，安装在所述外壳内；内转子，安装在所述外转子内；所述外壳内具有两个与自行车的曲柄传动轴转动连接的驱动齿轮，其中外转子驱动齿轮通过外转子传动机构驱动所述外转子旋转，内转子驱动齿轮通过内转子传动机构驱动所述内转子相对于外转子的转动方向反向旋转，使得所述外转子和内转子相对反向旋转；发电机产生的电经电路传送到电动机，电动机驱动自行车前进。这样在磁通量不变的情况下，发电机驱动力矩和驱动速度相应降低，骑车人的体力消耗更少，而且不必使用蓄电池。
文档编号B60L11/02GK101521442SQ20081008163
公开日2009年9月2日 申请日期2008年2月27日 优先权日2008年2月27日
发明者何英杰, 敏 刘, 刘贵军, 张晋嘉, 戴天耀, 涛 荆, 荆其林 申请人:荆其林