自行車磨電燈的製作方法

2023-07-31 07:28:26 1

專利名稱：自行車磨電燈的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於非機動車輛的發電照明裝置，特別是指一種自行車磨電燈。
目前傳統的磨電燈產品雖種類較多，但其工作原理和基本構造相同，即主要由永磁發電機和聚光照明裝置兩部分組成，其中以中國專利號為94237552.1的一種磨電燈產品具有較為廣泛的代表性，其工作原理可用圖1來表示即通過旋轉永磁轉子1，使經定子鐵芯2閉合、與發電繞組3形成交鏈關係的工作磁通Φa呈正弦周期性變化，從而使發電繞組3產生交流感應電動勢E，並輸出工作電壓U使照明燈泡通過工作電流I而發光工作。發電機輸出的工作電壓U與感應電動勢E間的相量關係如圖2和式1所示。U=E2-(XLI)2=(2fNa)2-(2fLI)2=N2a2-L2I2]]>式1式中U-為發電機的輸出工作電壓的有效值(伏)E-為發電機的空載感應電動勢的有效值(伏)XL-為發電繞組3通過負載工作電流I時產生的電抗(歐)I-為負載工作電流的有效值(安)N-為發電繞組3的有效匝數Φa-為與發電繞組3相交鏈的空載工作磁通的等效值(韋)f-為負載電流I和工作磁通Φa的變化頻率(赫)L-為發電繞組3的等效電感值(亨)
ω-為永磁轉子1的工作轉速(弧度/秒)P-為永磁轉子1上的磁極對數由於在傳統磨電燈產品的永磁發電機中P、N、Φa、L都是相對穩定的工作參數，其輸出電壓U只隨工作轉速ω和負載電流I而改變。當發電機的輸出電壓U隨工作轉速ω的增大而超過照明燈泡的額定工作電壓值時，則將容易造成燒毀燈泡的後果；而如要使其實現穩壓工作就必須在工作轉速ω增大的同時加大負載電流I，即負載電流I等於照明燈泡的額定工作電流與穩壓工作電流之和，而穩壓工作電流的出現將造成大量額外的功率損耗，使磨電燈產品的工作效率大大降低，其工作運行阻力也將迅速增大，而這對於需人力驅動的磨電燈產品來說是不能夠允許的。由於不宜採用普通的穩壓裝置進行穩壓工作，使得大多傳統磨電類產品為儘量避免燒毀照明燈泡不得不把其達到額定照明工作狀態時的行車速度V0設定在轉高車速，從而造成在中低車速行駛時工作照明不足，特別是在拐彎、道路不暢等需較低車速行駛時工作照明嚴重不足，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容易燒毀照明燈泡的缺點。而傳統的磨電燈產品的照明裝置則一般為燈配式聚光照明裝置，如圖3所示，其主要特點為燈泡廉價、更換方便，但經拋物狀反光鏡反射輸出的照明燈光約只佔從燈絲髮出的燈光總量的40％左右，而且反光鏡易被汙梁、反光性能較低，這都將降低磨電燈產品的照明工作能力。此外，在傳統磨電燈產品的永磁發電機中普遍採用的軸套式滑動軸承也存在磨擦阻力大、易磨損的缺點，會進一步降低磨電燈產品的工作效率和使用壽命。由於在傳統的磨電燈產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。
本實用新型的目的是提供一種能夠在各種行車速度時輸出充足的工作照明，並具有穩壓照明功能和運行阻力小、效率高、使用壽命長等優點的新型自行車磨電燈，從而全面提高磨電燈產品的綜合工作性能和普及使用率，進一步保障夜間行車的安全與便捷。
本實用新型主要的技術實施方案為在永磁發電機中增設一離心式穩壓調控工作裝置，使其實現無能耗穩壓工作效果；採用新型的壓制式二次反射型聚光白熾燈代替傳統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為本實用新型的永磁發電機的軸向結構示意圖。其中，永磁轉子1與定子鐵芯架2、發電繞組3組成發電機中的發電工作裝置，其具體的技術結構可與傳統的磨電燈產品相同；而調控鐵芯架4與定位架5、彈簧6、拉杆7、離心塊8、轉軸9、卡簧10則組成發電機中的離心式穩壓調控工作裝置；圖中發電機的其它工作部件為機殼11、軸承12、磨擦輪13，其中軸承12為滾動軸承，用來減小發電機的運行摩擦阻力、並延長其工作壽命。
在發電機的離心式穩壓調控工作裝置中，調控鐵芯架4為爪形工作結構，如圖5所示，它與永磁轉子1一起作同步運轉，並可沿轉軸9作軸向移動使其爪部鐵芯插入永磁轉子1的磁極間隙中，如圖6a、b所示；定位架5由非磁極材料製成並固定於永磁轉子1上，其結構如圖7所示，其定位槽孔與調控鐵芯架4的爪部鐵芯形成工作配合，從而使調控鐵芯架4與永磁轉子1一起作同步運轉；彈簧6的作用是向調控鐵芯架4施加一定的預緊壓力Fa，使調控鐵芯架4被壓附在卡簧10上；拉杆7則由兩根長度相同的等效拉杆共同組成，兩拉杆的同端與離心塊8相連接，其等效連接點處於離心塊8的質點上，而拉杆的兩端則分別與調控鐵芯架4和轉軸9相連接，其等效連接點同處於轉軸9的軸芯線上。
當發電機進行工作動轉時，離心塊8產生的離心慣性力將通過拉杆7作用於調控鐵芯架4上產生軸向拉力Fb，其拉力大小如式2所示。
Fb＝1/4m2l式2式中m-為離心塊8的質量(千克)l-為拉杆7兩端的軸向距離(米)當軸向拉力Fb隨工作轉速ω的增大而超過彈簧6的預緊壓力Fa將推動調控鐵芯架4作軸向移動，使其爪部鐵芯插入永磁轉子1的磁極間隙中，如圖6a、b所示，其目的是調整發電機內的騰電磁參數。
根據有關電磁基礎知識可知，從永磁極輸出的磁通ω可分為兩部分一部分經定子鐵芯架2閉合併與發電繞組3形成交鏈關係，稱之為主磁通Φa；另一部分則不與發電繞組3形成交鏈關係，主要是通過相鄰的磁極間的空氣而閉合，稱之為漏磁通Φb。當調控鐵芯架4爪部鐵芯插入永磁轉子1的磁極間隙中時，由於鐵芯的磁導率μ遠遠大於空氣的磁導率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，而與此同時發電機的主磁路磁阻相對保持不變，因此漏磁通Φb的增大將導致主磁通Φa被相應減小，從而使發電機的空載感應電動勢E也相應降低。
同樣，當調控鐵芯架4的爪部鐵芯插入永磁轉子1的磁極間了隙中時，由於其爪部鐵芯與永磁轉子1的磁極工作表面處於同一圓周工作面，而永磁體的回覆磁導率μm≈μ0＜＜μ，使得發電繞組3通過負載電流I時產生的電樞反應磁通Φ′也將隨之增大，即相當於使發電繞組3的等效電感值L得到增大。因此可以得知，當調控鐵芯架4插入永磁轉子1的磁極間隙中的爪部鐵芯其長度和寬度相應增大時，發電繞組3獲得的工作磁通Φa將被相應減小，而其等效電感值L卻隨之增大，於是根據式1可知，發電機在相同工作轉速時輸出的工作電壓U將被相應降低。
當發電機的工作轉速ω較低輸出電壓U低於額定工作值時，離心式穩壓調控工作裝置產生的軸向拉力Fb將小於彈簧6的預緊壓力Fa，使調控鐵芯架4被彈簧6壓附在卡簧10上，如圖4所示，此時其爪部鐵芯基本脫離發電機的工作磁路，使發電機處於正常的發電工作狀態，其輸出電壓U將隨工作轉速ω的增大而繼續升高。當發電機的輸出電壓U達到其額定工作值、而工作轉速ω繼續增大時，離心式穩壓調控工作裝置產生的軸向拉力Fb將大於彈簧6的預緊壓力Fa，並推動調控鐵芯架4作軸向移動使其爪部鐵芯插入永磁轉子1的磁極間隙中，從而消除發電機的輸出電壓U的上升趨勢，使其保持在額定工作值附近。由於調控鐵芯架4在作軸向移動工作時需要進一步壓縮彈簧6使其產生工作彈力，因此調控鐵芯架4在軸向拉力Fb作用下產生的軸向位移量(即彈簧6被進一步壓縮的長度)與彈簧6的彈力係數有關，因此可通過選用性能合適的彈簧6來控制調控鐵芯架4的軸向工作移動，使其能夠滿足穩壓工作的需要，從而達到較為理想的穩壓工作效果。
由於發電機在進行穩壓調控工作時調控鐵芯架4並不參與發電機的功電轉換工作，其所需的軸向拉力Fb也是利用離心塊8的離心慣性力而產生的，因此發電機在進行穩壓調控工作時不會產生額外的功率損耗，從而徹底地解決了長期困撓傳統磨電燈產品的穩壓工作與工作效率相矛盾的這一重大技術難題。
由於本實用新型在穩壓調控工作時不會產生額外的功率損耗，使其在行車工作時所消耗的機械功率P基本不隨行車速度V而改變，即根據功率定式P＝F·V可知，其運行阻力F將隨行車速度V的升高而減小，使其在中高車速行駛時具有極為優越的工作性能。同時，由於本實用新型實現了穩壓照明工作，使其可以把達到額定照明工作狀態時的行車速度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保持穩定的額定照明工作狀態，從而消除了傳統磨電燈產品存在的低速不亮、高速燒燈的缺點，同時也為本實用新型採用壓制式二次反射型聚光白熾燈代替傳統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構示意圖。它由燈殼a和燈殼b相互密閉封接而成，燈內抽為真空或充以惰性氣體。燈殼a為帶有平面狀外沿、內壁呈橢球面狀的玻璃燈殼，其中平面狀的燈殼外壁上設有接電燈座d和充排氣口e，而呈橢球面狀的燈殼內壁上則鍍有高反光性能的金屬反光膜，燈芯P1為其近焦點。燈殼b則為球面狀的玻璃燈殼，燈芯P1點為其球心，燈殼的球面狀內壁上除透光窗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點發出的燈光根據其輸出過程可分為三部分一部分從燈芯P1點發出經橢球面狀的反光鏡a反射後從透光窗c處輸出，並經P2點重新聚焦後形成光束角為β的照明光束；另一部分燈光則從燈芯P1點發出後被球面狀的反光鏡b反射回來並從燈芯P1點附近穿過投射於反光鏡a上，再經反光鏡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；其餘的一部分燈光則從燈芯P1點發出後直接從透光窗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，由於接電燈座d和充排氣口e同處於燈殼a的平面狀燈殼的外壁上，不會對燈光的輸出工作產生任何遮擋作用，因此從燈芯P1點發出的燈光都能夠全部從透光窗C處輸出並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到近100％，其照明工作效果將相當於兩倍功率以上的傳統燈配式聚光照明裝置，同時也消除了燈光對行人、車輛的眩目作用，而且燈內的反光膜不易受汙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為永磁發電機的工作相量圖；圖3為燈配式聚光照明裝置的結構及工作示意圖；
圖4為本實用新型的永磁發電機的軸向結構示意圖；圖5為永磁發電機中的調控鐵芯架4的結構示意圖。
圖6a、b為調控鐵芯架4作軸向移動時的工作示意圖；圖7為定位架5的結構示意圖；圖8為調控鐵芯架4對漏磁路的工作影響示意圖；圖9為調控鐵芯架4對電樞反應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構示意圖；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。
權利要求1.一種自行車磨電燈，主要由永磁發電機和聚光照明裝置兩部分組成，其特徵在於A、所述的永磁發電機內設有由調控鐵芯架(4)、定位架(5)、彈簧(6)、拉杆(7)、離心塊(8)、轉軸(9)、卡簧(10)組成的離心式穩壓調控工作裝置；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、內壁呈橢球面狀的玻璃燈殼(a)與內壁呈球面狀的玻璃燈殼(b)相互密閉封接而成，燈內抽為真空或充以惰性保護氣體。
2.根據權利要求1所述的自行車磨電燈，其特徵在於調控鐵芯架(4)為爪形結構，它與永磁轉子(1)一起作同步運轉、並可沿轉軸(a)作軸向移動。
3.根據權利要求1所述的自行車磨電燈，其特徵在於拉杆(7)由兩根拉杆共同組成，拉杆的同端與離心塊(8)相連接，而拉杆的兩端則分別與調控鐵芯架(4)和轉軸(9)相連接。
4.根據權利要求1所述的自行車磨電燈，其特徵在於燈殼(a)的平面狀外沿上設有接電燈座(d)和充排氣(e)。
5.根據權利要求1所述的自行車磨電燈，其特徵在於燈殼(a)的橢球面狀內壁上鍍有金屬反光膜，燈芯(P1)點為其近焦點。
6.根據權利要求1所述的自行車磨電燈，其特徵在於燈殼(b)的球面狀內壁上除透光窗(c)外均鍍有金屬反光膜，燈芯(P1)點為其球心。
專利摘要本實用新型為一種自行車磨電燈,主要由擁有離心式穩壓調控工作裝置的永磁發電機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磨電燈產品的穩壓工作與工作效率相矛盾的這一技術難題,從而使其消除了低速不亮、高速燒燈的缺點,並使燈光的有效照明利用率得到大幅地提高。
文檔編號H02K7/10GK2404786SQ9924862
公開日2000年11月8日 申請日期1999年9月27日 優先權日1999年9月27日
發明者謝斌輝 申請人:謝斌輝