TWI377290B - Vibration electric power generator - Google Patents

Description

1377290 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種振動式發電機，尤其係有關於一 種使用由自行車運轉期間振動所產生的電力的振動式發電 機。 【先前技術】 習知用於自行車的發電機係為藉由將滾輪按壓在輪 胎上以產生電力的滾輪發電機（r〇ller dynamo)以及使用軸 作為發電機的輪毅發電機（hub dynamo)。 在該滾輪發電機中，由於係將滾輪按壓在輪胎的外周 緣上，故大部分的能量將因摩擦力的產生而損失。相較之 下，在該輪穀發電機中，雖然由摩擦力所造成的能量損失 是小的，但是安裝輪轂發電機至自行車上需要拆卸車輪。 另言之，藉由線性地移動裝設有磁鐵於其上的可移動 體而產生電力的發電裝置是屬於公知常識。 舉例而言，日本早期公開第2〇〇5·15175〇號案（專利 文獻1)係揭示安置具有永久磁鐵固定於其中的軛鐵，使 其面對具有線圈纏繞的鐵心。 ，另外’日本早期公開第2006_296144號案（專利文獻 2)係揭示具有可移動磁鐵的振動式發電機，其中，該磁鐵 的北極（或南極）係制置人於其中的磁朗 彼此。 再者’曰本實用新型登兒第.3121655號案（專利文獻 3 )係揭示藉由於車輛行進期間所引起的振動造成往復運動 321002 4 連續地。.如⑽產生的振動是非常平穩且 振動係可自行車行進期間内所引起的垂直 有效地運用 複數個磁性件垂直地堆疊的方式來加以 於該料絲式我射，該魏件係固定 丁早的座架上，以及該鐵又 車的=桿夾具上的基座線材。U 口錢該自行: 上述於it于車的行進期間會由該座架中引起振動。如同 該自行^的=座架上設置該振動式發電機，得以使用於 較t!"間所引起的該座架的振動而產生電力。' 固定件而固述的振動式發電機中，該磁性件係藉由 之-者夏有=於該自行車的座架上，該固定件及該磁性件 置入該;:=::一者具有沿著該自行車的前後方向 左右方向上二:::以及該孔部具有長邊〜 . - 以使用述，11由在該座架上設置該振動式發電機，得 生電力 自行車的行進期間所引起的該座架的振動而產 圓㈣成供置謂凸域料彳的具有橢 ㈣狀的該孔部，使得該磁性件可相對於該鐵心運動，即 使當同時地在任何角度上的所有水平運動方向及在任何角 度上的所有垂直運動方向施加力量至該座架上時亦同。因 而，町有效地產生電力，即使當該座架同時地在任何角度 上的所有垂直運動方向上及在任何角度上的所有水平運動 方向上運動時亦同。 321002 7 1377290 期間所需的電力。舉例而+，片士 — # y,认 』而5，當本貫施例的鳑振動式發電 機係用於與LED (發光二極體）連接時，可在無須提供閃 光電路的情況下配置㈣信號燈。再者，當_供有在白天 行進期間執行充電的第二電池及充電電路時，可提供晚上 的連續照明。另外’將本實施例的振動式發電機與太陽能 電池組合使用是可行的。 第1圖係顯示本發明的—實施例的振動我發電機的配 置。第2圖係為以放大尺寸的方式顯示第1圖中的振動式 •發電機的鐵心10和磁性件20的緊密接觸部分周圍的示意 圖。應注意的是’在第2圖中並未顯示第！圖中的非磁性 件 30A 及 30B。 參照第1及第2圖，本實施例的振動式發電機包含鐵 心10、磁性件20以及非磁性件3〇a和30B。 線圈11係纏繞鐵心1 〇 〇鐵心1 〇具有將矩形環的部分 切除以形成間隙12的形狀（於此是指大致上為匚形）。鐵 φ 心10具有在大致上為C形的兩端部上突出磁性件2Q的突 出部13A及13B。突出部13A及13B係與磁性件20緊密 接觸。 , 磁性件20係包含複數個磁鐵21至28(在第1圖的範 例中有八個）、以及磁力聚集導磁板（magnetism collecting and permeative plate) 21A 至 29A。該複數個磁鐵 21 至 28 及磁力聚集導磁板21A至29A係沿著自行車的垂直方向上 (亦即，箭頭DR1所標示的方向）交相疊置。亦即，該複 數個磁鐵係分別夾在磁力聚集導磁板21A至29A之間。換 321002 1377290 言之，磁力聚集導磁板22A至28A係分別夹在該複數個磁 鐵21至28之間。該磁鐵21至28 (T1 :例如約為3mm) 的厚度係與鐵心10中的間隙12 (L)的寬度相同，以及該 複數個磁力聚集導域板21A至29A的厚度係與突出部13 A 及13B的厚度相同.。在第1圖的例子中，該磁力聚集導磁 板21A至29A的厚度係形成為較磁鐵21至28的厚度（T1 ) 小的厚度（T2)。然而，此些厚度可被適當的加以改變， 而使該磁力聚集導磁板21A至29A的厚度係形成為較磁鐵 21至28的厚度（T1)大的厚度（T2)。 在磁性件20.中，該複數個磁鐵21至28係以相同極 面對彼此的方式堆疊在一起。因此，該複數個磁力聚集導 磁板21A至29A係以北極及南極交錯地的方式堆疊在一 起。舉例而言，該磁力聚集導磁板21A、23A、25A、27A 以及29A係作為北極’而該磁力聚集導磁板22A、24A、 26A以及28A係作為南極。較佳地，磁力聚集導磁板21A 至29A係例如以電磁軟鐵（eiectr〇magnetic s〇ft i〇n)的高導 磁率材料製成的鐵磁體(ferr〇magnets)。 非磁性件30A及30B係固定於鐵心1〇。非磁性件3〇a 及30B係例如以樹脂的非磁性材料來加以形成。該非磁性 件30A及30B的厚度（T3 )係與鐵心1〇的突出部13A及 13B的突出量相同。因此，非磁性件3〇a及30B係和鐵 心10的突出部13A及13B —起與磁性件2〇緊密接觸。 於該自行車的行進期間，磁性件2〇係相對於該自行 車的支架而振動。相較之下’鐵心1〇及非磁性件3〇a和 321002 10 1377290 .· 係處於固定於該自行車的支架的狀態 。因此，於該自 . 订車的行進期間，磁性件2〇係沿著箭頭DIU所標示的方 向進什相對於鐵心10及非磁性件3〇A和3〇B的運動。結 果’右磁性件20係例如由顯示於第1圖中的狀態（亦即， 將作為南極的磁力聚集導磁板24A與突出部13A緊密接 觸’將作為北極的磁力聚集導磁板25A與突出部13B緊密 接觸的狀態）向鐵心10的下方運動，則作為北極的磁.力聚 集導磁板25A將與突出部UA緊密接觸，且作為南極的磁 ..· 力聚集導磁板24A將與突出部13B緊密接觸。具體而言’ 在鐵心1〇中的磁通量方向係與該自行車行進期間内所造 成的垂直運動相反。結果，電磁感應引起流進線圈11内的 電流。電力可藉由該電流的取出而加以產生。基於上述原 理，電力可使用於自行車行進期間内在任何角度上所引起 的垂直運動來加以產生。 如上所述’電力係可藉由使甩於自行車行進期間内所 • 引起的振動的電磁感應來產生’亦即藉由於該自行車行進 期間内所引起的振動轉換突出部13 A及13B的極性並改變 具有線圈11纏繞的鐵心10中的磁通方向。在磁力聚集導 一磁板21A至29A中的磁通密度係可藉由以相同極面對彼此 的方式堆疊複數個磁鐵21至28來增加。另外，在磁性件 20及鐵心10之間的磁路間隙係可藉由在鐵心10的突出部 13A及13B與磁性件20的磁力聚集導磁板21A至29A之 間所建立的緊密接觸而消除，進而可將磁阻降低。此外， 磁性件20與鐵心10的相對運動（在箭頭DR1所指的方向 321002 11 1377290 上）可藉由將固定於鐵心10的非磁性元件30A及30B與 磁性件20的緊密接觸而加以引導。因此，於該自行車行進 期間内所引起的振動可被更有效地運用。亦即，於本實施 例中即使在少量且小振幅的振動情況下，仍可由可動部（磁 性件20)與固定部（鐵心10及非磁性件30)的緊密接觸 而有效地使用上述振動來獲得電力。 另外，由於該自行車行進期間内所產生的振動是非常 平穩且連續地，因而於該自行車行進期間内所引起的垂直 振動可藉由上述之配置將該複數個磁性件21至28垂直地 堆疊來加以有效地運用。 此外，突出部13A及13B的位置係可藉由在突出部 13A及13B(L)之間的間隙寬度與磁鐵21至28 (T1)的厚 度的配合且亦可藉由突出部13A及13B的厚度與上述的磁 力聚集導磁板21A至29A (T2)的厚度的配合而與磁力聚 集導磁板21A至29A的位置準確地配合。因此，可望降低 該磁路的阻抗，進而更能有效地運用該垂直的振動。 以下參照第3及第4圖說明用於本實施例的振動式發 電機中的安裝結構。參照第3及第4圖，在鐵心10及磁性 件20之間係提供有導引件40。導引件40係具有容納鐵心 10及磁性件20的導引孔40A。鐵心10的突出部13A及 13B係在導引孔40A的内部與磁性件20接觸。 磁性件20具有支持磁鐵21至28和磁力聚集導磁板 21A至29A的支持部20A，以及由支持部20A上突出的凸 起物20A1。驅動件50係與磁性件20連接。驅動件50係 12 321002 1377290 具有孔部51及翼緣部52。磁性件20及驅動件5〇係透過 將磁性件20的凸起物20A1***至.驅動件5〇的孔部51内 而相互連接。另外，驅動件50係透過固定翼緣部52為座 架的方式而固定為座架。 鐵心10及導引件40係與該自行車的架體處於固定狀 態。.另言之，磁性件20係透過驅動件50而固定於該自行 車的座架上。於該自行車的行進期間，該座架相對於該自 行車的架體振動。因此，於該自行車的行進期間，磁性件 • 20係沿著鐵心10及導引件40振動。上述垂直的運動係.藉 由導引孔40Α而加以導引。在本實施例中，係在該座架上 設置該振動式發電機，而以使用於上所述的該座架的該垂 直運動產生電力。. 第5及第6圖為顯示將本實施例的振動式發電機安裝 於該座架的狀態的示意圖。參照第5及第6圖，座架丨係 使用螺旋彈簧2作為“彈性件，，而固定於後端彈簧支撐件3 #及基座線材4。後端彈簧支撐件3係固定於基座線材4。基 座線材4係固定於座位桿夾具5。具有線圈η纏繞的鐵心 10係使用安料6G而固定於後端彈簧支料3及基座線 , 材4上。 於該自行車的行進期間，由座架1所引起的振動不僅 有垂直的振動（在第7圖中箭頭DR1所指的方向）也有水 平的振動（在第8圖中箭頭DR2所指的方向）。在本實施 例中，該水平的振動亦能夠有效地運用。具體而言，如第 7及第8圖中所示，形成在驅動件5G中的孔部51係成形 321002 13 為長邊在該自行車左右方向上的橢圓，因而磁性件20可相 ;鐵〜1 〇運動，即使同時地在任何角度上的所有水平運 動方向（箭頭DR2所指的方向）及在任何角度上的所有垂 直運動方向（箭頭DR1所指的方向）施加力量至座架i上 亦同。因此，電力可有效地產生，即使當座架j同時向任 何角度的所有垂直運動方向及在任何角度的所有水平運動 之方向運動時亦同。 上述的說明可歸納如下。具體而言，本實施例的振動 式發電機為使用自行車的行進期間所引起的振動而產生電 力的振動式發.電機，係包含：鐵心1〇，係具有線圈u纏 繞於該鐵心；磁性件20’係由該複數個磁鐵21至28堆疊 而成’並藉由在該自行車的行進期間所引起的振動而相對 於鐵心10運動；磁力聚集導磁板22A至28A，係為具有 導磁性並置於該複數個磁鐵21至28之間的“複數個板狀 件”；以及非磁性件30人及3〇B，係固定於鐵心1Q並與磁 性件20緊密接觸。該複數個磁鐵21至28係以相同極面對 彼此的方式堆疊在一起。鐵心1〇具有分別為“第一極，，及 “第二極’’的突出部13A及13B，該突出部13A及13B係彼 此面對並設置在相對於線圈u的位置上，且使用非磁性件 30A及30B而與磁力聚集導磁板22A至28A緊密接觸在一 起。磁力1集導磁板22A至28A係包含夾在該複數個磁鐵 的北極之間作為“第一板狀件”的磁力聚集導磁板23a、25A 及27A’以及夾在該複數個磁鐵的南極之間作為“第二板狀 件”的磁力聚集導磁板22A、24A、26A及28A。這些磁通 14 321002 1377290 之狀態的轉換係藉由該自行車的行進期間内所引起的振動 而加以實現，上述磁通之狀態之轉換的是指吸引突出部 13A使其與北極磁力聚集導磁板23A、25A或27A接觸， 而吸引突出部13B使其與南極磁力聚集導磁板22A、 24A、26A或28A接觸的第一狀態，以及吸引突出部13B使 其與北極磁力聚集導磁板23A、25A或27A接觸，而吸引 突出部13A使其與南極磁力聚集導磁板22A、24A、26A 或28A接觸的第二狀態。 •更具體而言，鐵心10係固定於固定於該自行車的座 位桿夾具5上的基座線材4，而磁性件20係藉由作為“固 定件”的驅動件50而固定於該自行車的座架1上。驅動件 50具有孔部51，而磁性件20的支持部20A則具有沿著該 自行車的前後方向置入孔部51内的凸起物20A1，且孔部 51係具有長邊在該自行車左右方向的橢圓形狀。應注意的 是，與上述說明相反地，驅動件50上設凸起物，而磁性件 鲁 20上設孔部亦可。 雖然本實施例係描述在磁性件20與鐵心10和非磁性 件30A及30B兩者之間的接觸表面是平面的情況，然而該 .接觸表面也可為曲面。另外，雖然本實施例係描述將該振 動式發電機設置在該自行車的座架1下的情況，然而該振 動式發電機亦可適當地設置於該自行車上的任何其它部 f 分，例如在座位桿夾具5的内部、緩衝器的内部或其它具 有相同效果的部分。 雖然本發明已經詳細的描述與說明，但是應當清楚地 15 321002 J此類的描述與說明僅透過說明及 非採用限制的方彳* π万式為之而 附的申請專利範圍的用語來加以解釋。 圍應田^ 【圖式簡單說明】 配置第】圖係顯示本發明的一實施例中的振動式發電機的 第2圖係為以放大尺寸的方式顯示第ι圖中的振 發電機的鐵心及磁性件的緊密& 工 卞7冢在接觸部分周圍的示意圖。 第3圖係為顯示用於本發明的—實施例中的振動

電機的安裝結構的分解示意圖。 X 第4圖係為顯示用於本發 明的一實施例中的振動式私 電機的安裝結構的示意圖。 切巧發 第5及第6圖係為顯示將本發明的 式發電機安裝於座架的狀態的示意圖。 實施例中的振動 第7及第8圖係靖座架的水平振動及垂直振動。 【主要元件符號說明】 1 座架 2 螺旋彈簧 3 .彈簧支撐件 4 基座線材 5 座位桿夹具 10 鐵心 11 線圈 12 間隙 32l〇〇2 16 1377290

13A、13B 突出部 20 磁性件 20A 支持部 20A1 凸起物 21-28 磁鐵 21A〜29 A 磁力聚集導磁板 30A > 30B 非磁性件 40 導引件 40A 導引孔 50 驅動件 51 孔部 52 翼緣部 60 安裝件 •17 321002

Claims (1)

1377290 七、申請專利範圍： 1. 一種使用自行車的行進期間所引起的振動而產生電力 的振動式發電機，係包括： 鐵心，係具有線圈纏繞於該鐵心； 磁性件，係由複數個磁鐵堆疊而成，並藉由於該 自行車的行進期間所引起的振動而相對於該鐵心運 動； 複數個板狀件，係具有導磁性並置於該複數個磁 鐵之間；以及 非磁性件，係固定於該鐵心並與該磁性件緊密接 觸；其中， 該複數個磁鐵係以相同極彼此面對的方式堆疊在 一起； 該鐵心係具有彼此面對的第一極及第二極並設置 在相對於該線圈的位置，且使用該非磁性件而與該複 數個板狀件緊密接觸在一起； 該複數個板狀件係包含夾在該複數個磁鐵的北極 之間的第一板狀件以及夾在該複數個磁鐵的南極之間 的第二板狀件，以及 藉由於該自行車的行進期間所引起的振動實現第 一狀態至第二狀態的轉換，該第一狀態係指吸引該第 一極使其與該第一板狀件接觸及吸引該第二極使其與 該第二板狀件接觸，而該第二狀態係指吸引該第二極 使其與該第一板狀件接觸及吸引該第一極使其與該第 18 321002 1377290 二板狀件接觸。 2. 如申請專利範圍第1項之振動式發電機，其中，該複 .數個磁鐵係垂直地堆疊在一起。 3. 如申請專利範圍第1項之振動式發電機，其中，該磁 性件係固定於該自行車的座架上，以及該鐵心係固定 於固定在該自行車的座位桿夹具上的基座線材.。： 4. 如申請專利範圍第1項之振動式發電機，其中，該磁 性件係藉由固定件而固定於該自行車的座架上，該固: 定件及該磁性件之一者具有孔部而另外一者具有沿著 該自行車的前後方向置入該孔部内的凸起物，而該孔. 部具有長邊在該自行車左右方向上的橢圓形狀， 5. 如申請專利範圍第1項之振動式發電機，.其中，該複. 數個磁鐵的每一個具有相同的厚度，而在該第一極及 該第二極之間的間隙寬度係相同於該複數個磁鐵的一 個磁鐵之厚度·。 19 321002