發電裝置制造方法
【專利摘要】本發明實施例公開了一種發電裝置。該發電裝置包括轉動組件、固定組件以及機殼，轉動組件包括轉子、第一屏蔽單元、第二屏蔽單元、第一永磁體和第二永磁體,轉子包括呈環形圓柱體形的本體部和沿本體部圓周間隔設置的多個凸起部，第一永磁體和第二永磁體分別設于轉子的頂面和底面，第一永磁體和第二永磁體均呈環形圓柱體形且相對的表面極性相同，固定組件包括定子和軸承組，定子包括呈圓形的外圓部以及從外圓部的內圓周突起的偶數個骨架，偶數個骨架與多個凸起部對應間隔設置，偶數個骨架的相鄰骨架的繞線組的繞線方向相反。通過上述方式，本發明的發電裝置發電效率高，對裝置空間要求小。
【專利說明】
發電裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及電磁感應【技術領域】，特別涉及一種發電裝置。
【背景技術】
[0002]伴隨科技的發展，移動式電話、筆記型電腦及個人數字助理(Personal DigitalAssist，簡稱PDA)等電子產品已成為現代人身邊不可或缺的配備之一，不論是上班或出游，這些電子通信產品已深深融入每個人的生活中，而各種輕薄短小、功能強大的電子產品在市場上不斷的推陳出新，讓使用者時時能享受著科技所帶來的便利。
[0003]然而，輕薄短小的電子產品卻往往容易衍生出電力不足的問題，也就是說，為了縮小產品的體積，而限制了電池的大小，使得移動式電話、筆記型電腦及PDA雖然方便好用，但是功能越強，意味著電力消耗越多，一旦電力耗盡，再如何好用的移動式電話、筆記型電腦及PDA也將變得英雄無用武之地。
[0004]如上所述，像手機、MP4、照相機、攝像機、手持游戲設備、手電筒等隨身設備對電能的需求日益頻繁，而目前發電裝置均需要電刷，且占用空間較大，在有限的空間內發電量很小。
【發明內容】
[0005]本發明提供一種發電裝置，能夠解決現有技術中發電裝置需要電刷且在有限空間內發電能量不足的問題。
[0006]為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是:提供一種發電裝置，該發電裝置包括轉動組件、固定組件和機殼，轉動組件包括轉子、第一屏蔽單元、第二屏蔽單元、第一永磁體和第二永磁體，轉子包括呈環形圓柱體形的本體部和沿本體部圓周間隔設置的多個凸起部，第一永磁體和第二永磁體分別設于轉子的頂面和底面，第一永磁體和第二永磁體均呈環形圓柱體形且相對的表面極性相同，第一永磁體、轉子和第二永磁體同心且繞轉軸共同轉動，第一屏蔽單元包括間隔設于第一永磁體圓周的多個第一屏蔽片，第二屏蔽單兀包括間隔設于第二永磁體圓周并與多個第一屏蔽片對應的多個第二屏蔽片，多個凸起部的任一個凸起部均位于多個第一屏蔽片的兩相鄰屏蔽片之間；固定組件包括定子和軸承組，定子包括呈圓形的外圓部以及從外圓部的內圓周突起的偶數個骨架，偶數個骨架與多個凸起部對應間隔設置，偶數個骨架上均設有繞線組，且偶數個骨架的相鄰骨架的繞線組的繞線方向相反，軸承組包括第一軸承和第二軸承，第一軸承和第二軸承分別用于支承轉軸的上下兩端；轉動組件和固定組件均設于機殼內；其中，第一永磁體的外徑與內徑之差大于轉子的二分之一高度，第二永磁體的外徑與內徑之差大于轉子的二分之一高度，轉子、第一屏蔽單元、第二屏蔽單元、定子以及機殼均為高導磁材料且不飽和。
[0007]其中，多個凸起部均為與本體部同圓心的弧形柱。
[0008]其中，骨架包括支干部以及設于支干部一端的弧形部，弧形部的寬度大于支干部。
[0009]其中，弧形部的弧度與弧形柱的弧度相適配，弧形部與弧形柱的間距為0.3-0.5mm。
[0010]其中，多個凸起部與本體部的連接處均采用倒圓角設計。
[0011]其中，多個第一屏蔽片和多個第二屏蔽片均通過屏蔽套分別裝配于第一永磁體和第二永磁體的圓周。
[0012]其中，第一屏蔽單元和第二屏蔽單元的高度分別與第一永磁體和第二永磁體的高度相問。
[0013]其中，轉子、定子、第一屏蔽單元以及第二屏蔽單元均采用硅鋼片制成。
[0014]其中，機殼上設有出線孔。
[0015]其中，繞線組外設有護線套。
[0016]本發明實施例的發電裝置通過將第一永磁體和第二永磁體極性相同的一面相對放置，在確保轉子、第一屏蔽單元、第二屏蔽單元、定子以及機殼等導磁材料不飽和的情況下，從第一永磁體和第二永磁體表面流出的磁感應強度經過厚度比較薄的轉子時，磁感應強度將增大，進而通過外力轉動轉動組件，使得磁通量產生變化而發電。本發明實施例的發電裝置無需電刷，能夠延長發電裝置的使用壽命，且通過合理設置轉子的高度能夠在有限空間內發出更多的電量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明發電裝置一實施例的整體截面結構示意圖；
[0018]圖2是圖1所示發電裝置的轉動組件和固定組件的初始狀態時的俯視結構示意圖；
[0019]圖3是圖2所示的轉動組件轉動預定角度時的俯視結構示意圖；
[0020]圖4是圖1所示發電裝置的轉子、第一永磁體和第二永磁體的放大截面結構示意圖；
[0021]圖5是圖1所示發電裝置的轉子和定子的部分立體結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，均屬于本發明保護的范圍。
[0023]請參閱圖1，圖1是本發明發電裝置一實施例的整體截面結構示意圖。在本實施例中，發電裝置包括轉動組件、固定組件和機殼101。
[0024]轉動組件包括轉子201、第一屏蔽單元202、第二屏蔽單元203、第一永磁體204和第二永磁體205。轉子201包括呈環形圓柱體形的本體部209和沿本體部209圓周間隔設置的多個凸起部208，在本實施例中，多個凸起部208均為與本體部209同圓心的弧形柱(請結合參閱圖5，其中，圖5中為了顯示清楚弧形柱，對其進行了放大顯示)，也就是說弧形柱的外端面S的圓心與本體部209的圓心相同。進一步地，在本實施例中，為了使得更多的磁場進入轉子201的多個凸起部208，多個凸起部208與本體部209的連接處均采用倒圓角設計。
[0025]第一永磁體204和第二永磁體205分別設于轉子201的頂面和底面,第一永磁體204和第二永磁體205均呈環形圓柱體形且相對的表面極性相同,第一永磁體204、轉子201和第二永磁體205同心且繞轉軸207共同轉動。在本實施例中，第一永磁體204和第二永磁體205相對的表面極性相同，也就是說第一永磁體204和第二永磁體205相對的表面均為N極或者S極,在這種情況下,第一永磁體204和第二永磁體205產生的磁場將會通過轉子201向發電裝置的側面流出。優選地，第一永磁體204和第二永磁體205的直徑小于轉子201的本體部209的直徑。值得說明的是，在本實施例中，第一永磁體204的外徑與內徑之差大于轉子201的二分之一高度，第二永磁體205的外徑與內徑之差大于轉子201的二分之一高度，在這種情況下，通過轉子201的磁感應強度將比發出磁感應強度的第一永磁體204和第二永磁體205強很多，具體原理請參見后文。
[0026]第一屏蔽單元202包括間隔設于第一永磁體204圓周的多個第一屏蔽片，第二屏蔽單兀203包括間隔設于第二永磁體205圓周并與多個第一屏蔽片對應的多個第二屏蔽片，多個凸起部208的任一個凸起部208均位于多個第一屏蔽片的兩相鄰屏蔽片之間。在本實施例中，第一屏蔽單元202和第二屏蔽單元203的高度分別與第一永磁體204和第二永磁體205的高度相同，當然，在第一屏蔽單元202和第二屏蔽單元203不接觸機殼101的情況下，第一屏蔽單元202和第二屏蔽單元203也可分別高于第一永磁體204和第二永磁體205。第一屏蔽單元202和第二屏蔽單元203可通過屏蔽套206分別裝配于第一永磁體204和第二永磁體205的圓周，當然，在其他實施例中，為了更好的固定第一屏蔽單元202和第二屏蔽單元203，還可在第一屏蔽單元202和第一永磁體204之間加膠水。
[0027]請結合參閱圖2和圖3，在俯視圖方向下，多個凸起部208和多個第一屏蔽片共同無縫圍合第一永磁體204的圓周，不難想到，多個凸起部208和多個第二屏蔽片共同無縫圍合第二永磁體205的圓周。在這種情況下，能夠提高磁場的利用率，從而更多地轉化為電倉泛。
[0028]固定組件包括定子301和軸承組。定子301包括呈圓形的外圓部306以及從外圓部306的內圓周突起的偶數個骨架307，偶數個骨架307與多個凸起部208對應間隔設置，偶數個骨架307上均設有繞線組304，且偶數個骨架307的相鄰骨架307的繞線組304的繞線方向相反，即相鄰骨架307的繞線組304的繞線方向為逆時針和順時針交替繞制。在本實施例中，骨架307包括支干部(未標示)以及設于支干部一端的弧形部(未標示)，弧形部的寬度大于支干部，這種設置能夠更多地繞線，從而發出更多的電能，具體請參閱后文。當然，在其他實施例中，骨架307也可為寬度一致的柱體等，笨發明對此不作限定。弧形部的弧度與弧形柱的弧度相適配，弧形部與弧形柱的間距為0.3-0.5mm，值得說明的是，在加工工藝允許的情況下，弧形部與弧形柱的間距可盡可能的小，以減小磁感應強度的衰減。
[0029]其中，凸起部208優選為骨架307個數的一半。
[0030]軸承組包括第一軸承302和第二軸承303,第一軸承302和第二軸承303分別用于支承轉軸207的上下兩端。
[0031]轉動組件和固定組件均設于機殼101內，機殼101上設有出線孔102。
[0032]需要說明的是，在本發明的實施過程中，轉子201、第一屏蔽單元202、第二屏蔽單元203、定子301以及機殼101均為高導磁材料且不飽和，轉子201、定子301、第一屏蔽單元202以及第二屏蔽單元203均優選采用硅鋼片制成，硅鋼片易于制造，導磁效果好且成本低。其中，高導磁材料的相對磁導率大于2000。
[0033]下面結合附圖1-3，說明本實施例的發電裝置的工作過程。
[0034]在轉動組件和固定組件處于初始狀態時，即轉動組件未發生轉動時，從第一永磁體204和第二永磁體205流出的磁感應強度分為兩部分，第一部分分別通過第一屏蔽單元202和第二屏蔽單元203,進而通過機殼101,最后再回到第一永磁體204和第二永磁體205形成一個閉合磁環路。另一部分通過骨架307、繞線組304以及機殼101回到第一永磁體204和第二永磁體205，此時發電裝置并未產生電能，當轉動組件在外力作用下轉動時，轉子201的凸起部208對應的骨架307面積發生改變，即使得磁通量發生改變，進而產生電能。其中，外力可通過齒輪帶動轉軸207轉動，當然也可通過其他方式實現，本發明對此不作限定。
[0035]為了本領域技術人員能夠更好地利用以及改進本發明實施例的發電裝置，下面對本發明實施例的發電裝置所產生的電能進行公式推導:
[0036]當磁感應強度設計成在所有導磁材料中都不飽和的情況下，發電裝置所發出的電壓(感應電動勢)推導關系式如下:
[0037]由電磁感應定律可得公式1:
[0038]Ε = η*ΔΦ/Δ? (I)
[0039]在第一永磁體204的有效磁體的中點(L1/2處)的磁感應強度和轉子201的凸起部208S端的磁感應強度關系式約等于:(忽略漏磁和圖5中SI和S的差異)
[0040]B 磁 *L1 = BS*L2 (2)
[0041]其中，Ba為第一永磁鐵L1/2處的磁感應強度，Bs為圖5中面積為S處的磁感應強度。
[0042]根據(2)式，我們可以通過供應商提供的第一永磁鐵參數計算出圖5中面積為S處的磁感應強度Bs
[0043]忽略轉子201的凸起部208和定子301的弧形部的間隙的漏磁和磁衰減，當轉子201和定子301處于圖2狀態時，定子301的骨架307截面積S2處的磁感應強度有如下關系式。
[0044]BS2*S2 = Bs*S (3)
[0045]當轉動組件轉動時ABs2 = Bs* Λ S/S2 (3a)
[0046]其中，S2為弧形部的面積，Λ S為轉子201的凸起部208和定子301的弧形部相對應的改變面積。
[0047]由Φ = B*S結合式(I),可得發電裝置產生的感應電動勢E為:
[0048]E = n*S2* Δ Bs2/ Δ t (4)
[0049]當轉子201于頻率f轉動時，轉子201面積S的轉動線速度V = w*r (5)
[0050]w為角速度，r為轉子201的S面的半徑。
[0051 ] 因為本發明在骨架307上的繞線組304是正時針和逆時針交替繞制的，所以當在外力作用下轉子201轉動時(比如順時針轉動)圖3中的通過骨架Ml中的磁感應強度在減弱，通過骨架M2中的磁感應強度則在增加。所以在每個骨架307上的繞組產生的感應電動勢都是串聯，方向相同的電壓。故當轉子201于轉動頻率為f轉動時，在整個繞線組304中產生的電動勢根據公式(3a)、(4)、(5)可得出:
[0052]E = n*Bs*S*f*360/X (6)
[0053]式中n為繞線組304上線圈的總圈數，X為夾角。
[0054]以上，并不限定本發明的保護范圍，本領域技術人員也可在本發明構思下，得出其他的電動勢計算公式。
[0055]下面給出一組具體實物測試驗證數據以供本領域技術人員參考:
[0056]當采用10根骨架(骨架307數越多，發電機高度越小)。直徑為32.8mm,高度為10mm。第一永磁體和第二永磁體為外徑為5.5mm,內徑為1.5mm，高度為2mm的白磁(中心磁感應強度約為4500Gs)。繞線組用線徑為0.38mm的銅線，總圈數為1000圈。轉子高為3mm，面積S約為10mm2，當轉動頻率為f = 10Hz時，發出的電動勢為方波交流電，其方波峰值為:E = 1000*0.45*2.66*0.00001*100*360/29 = 15.5V。
[0057]本發明實施例的發電裝置通過將第一永磁體204和第二永磁體205極性相同的一面相對放置，在確保轉子201、第一屏蔽單元202、第二屏蔽單元203、定子301以及機殼101等導磁材料不飽和的情況下,從第一永磁體204和第二永磁體205表面流出的磁感應強度經過厚度比較薄的轉子201時，磁感應強度將增大，進而通過外力轉動轉動組件，使得磁通量產生變化而發電。本發明實施例的發電裝置無需電刷，能夠延長發電裝置的使用壽命，且通過合理設置轉子201的高度能夠在有限空間內發出更多的電量。
[0058]以上所述僅為本發明的實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的【技術領域】，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。
【權利要求】
1.一種發電裝置，其特征在于，包括: 轉動組件，所述轉動組件包括轉子、第一屏蔽單元、第二屏蔽單元、第一永磁體和第二永磁體，所述轉子包括呈環形圓柱體形的本體部和沿所述本體部圓周間隔設置的多個凸起部，所述第一永磁體和所述第二永磁體分別設于所述轉子的頂面和底面，所述第一永磁體和所述第二永磁體均呈環形圓柱體形且相對的表面極性相同，所述第一永磁體、所述轉子和所述第二永磁體同心且繞轉軸共同轉動，所述第一屏蔽單元包括間隔設于所述第一永磁體圓周的多個第一屏蔽片，所述第二屏蔽單元包括間隔設于所述第二永磁體圓周并與所述多個第一屏蔽片一一對應的多個第二屏蔽片，所述多個凸起部的任一個凸起部均位于所述多個第一屏蔽片的兩相鄰屏蔽片之間； 固定組件，所述固定組件包括定子和軸承組，所述定子包括呈圓形的外圓部以及從所述外圓部的內圓周突起的偶數個骨架，所述偶數個骨架與所述多個凸起部對應間隔設置，所述偶數個骨架上均設有繞線組，且所述偶數個骨架的相鄰骨架的繞線組的繞線方向相反，所述軸承組包括第一軸承和第二軸承，所述第一軸承和所述第二軸承分別用于支承所述轉軸的上下兩端； 機殼，所述轉動組件和所述固定組件均設于所述機殼內； 其中，所述第一永磁體的外徑與內徑之差大于所述轉子的二分之一高度，所述第二永磁體的外徑與內徑之差大于所述轉子的二分之一高度，所述轉子、所述第一屏蔽單元、所述第二屏蔽單元、所述定子以及所述機殼均為高導磁材料且不飽和。
2.根據權利要求1所述的發電裝置，其特征在于，所述多個凸起部均為與所述本體部同圓心的弧形柱。
3.根據權利要求2所述的發電裝置，其特征在于，所述骨架包括支干部以及設于所述支干部一端的弧形部，所述弧形部的寬度大于所述支干部。
4.根據權利要求3所述的發電裝置，其特征在于，所述弧形部的弧度與所述弧形柱的弧度相適配，所述弧形部與所述弧形柱的間距為0.3-0.5_。
5.根據權利要求1所述的發電裝置，其特征在于，所述多個凸起部與本體部的連接處均采用倒圓角設計。
6.根據權利要求1所述的發電裝置，其特征在于，所述多個第一屏蔽片和所述多個第二屏蔽片均通過屏蔽套分別裝配于所述第一永磁體和所述第二永磁體的圓周。
7.根據權利要求1所述的發電裝置，其特征在于，所述第一屏蔽單元和所述第二屏蔽單元的高度分別與所述第一永磁體和所述第二永磁體的高度相同。
8.根據權利要求1所述的發電裝置，其特征在于，所述轉子、所述定子、所述第一屏蔽單元以及所述第二屏蔽單元均采用硅鋼片制成。
9.根據權利要求1所述的發電裝置，其特征在于，所述機殼上設有出線孔。
10.根據權利要求1所述的發電裝置，其特征在于，所述繞線組外設有護線套。
【文檔編號】H02K1/27GK104242590SQ201410429571
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月27日 優先權日:2014年8月27日
【發明者】張志球 申請人:張志球