专利名称：内建涡流磁阻的混合式发电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及发电机，尤其涉及一种直接利用外转式飞轮形成自发电
系统，且该定子铁心内周缘设置一体式内建有一个或数个可产生涡流(eddy
current)磁阻的电磁线圈的内建涡流磁阻的混合式发电机。
背景技术：
汽车用发电机直接用于健身器材及康复器材上，作为阻力系统使用，一 般来说是源于美国早期健身器材的做法，由于美国汽车工业相当发达，而且 当时健身器材业界使用发电机的情况并不普遍，因此并没有一个专门为健身 器材设计的发电机可使用，因此大部分的健身器材组装厂由于取得方便且技 术成熟，便直接以汽车的发电机来作为健身器材的电源供应及阻力的来源使 用，但是，由于汽车发电机并不是针对健身器材行业所设计，因此有很多地 方并不符合健身器材的特性需求，其不敷需求的特性如下
由于汽车的引擎转速普遍较高，因此汽车发电机在设计时不会太重视低 转速的效率问题，而健身器材及康复器材却是经常使用在低转速的地方，因 此健身器材厂商为在低转速得到较高的效率便将转速比提高，以期达到汽车 发电机的高转速需求。可是，虽然将发电机的转速提高后，可将效率提高， 然而相对的其他问题却也跟着出现，比如1、为使转速提高必须将本来是一 段式传动的结构改变成两段式传动，这样增加了制造上的困难度并且导致成 本的增加。2、由于转速较高导致产生较大的谐振及磁音，这样，对用在室内 的健身器材及康复器材是很不利的，因为人们并不喜欢在健身或康复时有吵 杂的声音来干扰心情。3、由于汽车发电机与健身器材不同，不需要有惯性的 需求，因此没有惯性飞轮的配置，这样导致了使用者在使用该设备时会有不 顺畅的感觉。4、由于汽车发电机较长，因此健身器材及康复器材的车体设计 需较宽，导致运动的人，脚部运动时须张得比较开，会有不舒服的感觉。
次按，就纯发电机而言，纯发电机为业界针对健身器材的阻力系统，所 设计的第一款被大量使用的发电机形式的阻力系统。其如图1A、 1B所示，在 一轴心11上穿设惯性飞轮12及铁心14，铁心14圆周上绕设有发电线圈15，
当惯性飞轮12及其内周缘的永久磁铁13转动时，即形成一发电机10型态。 此类型专利见诸于美国专利第4775145号，第5558624号，第5236069号等 在前申请案。其相对于汽车发电机较适用于健身器材及康复器材，其具有如 后的优点1、造型较扁平，适用于健身器材及康复器材，能使其车体设计较 扁平，运动的人可不必将脚张得很开，运动时感觉较舒服。2、因为其是针对 健身器材的特性所设计，因此带有惯性飞轮，有足够的惯性，因此运动时顺 畅度较好。可是，其仍具有如下不可避免的缺点1、因其阻力来源主要是将 发电机的电源逆向反接，在需要阻力时将原有的发电机形式转换为电动机的 形式，由此而产生与运动方向相反的力，从而产生的制动效果。但是，此部 分的制动效果并不大，因此为了克服其缺点只有以加大速比，让发电机的转 速加快来因应，可是通过加大速比来适应便会产生如前述汽车发电机第1项 及第2项的缺点。2、由于前述第l项电源逆接的多次谐波而产生的震动及噪 音在高转速下会较明显。3、发电机的功率并不是随时被有效的应用，其有一 部分的功率必须被消耗掉，因此需加装一个大电阻以消耗其多余的功率，导 致成本较高，效率较低。
再者，另一种混合型发电机为在发电机的周边加装一个电磁线圈16及铁 心17的设计，其构造如图2A、 2B所示，此类型结构见诸于美国第6084325 号专利。其将纯发电机多余的功率用来产生制动力，以达到健身器材及康复 器材所要求的阻力，为近来有效解决上述两种产品缺点的设计，其成功地将 使用发电机的健身器材与康复器材的传动方式，由两段式传动改为一段式传 动，大大的节省了制造成本，并将其对车体本身的要求降低了。其具体的 优缺点如下
优点是1、有效的提高效率，使健身器材及康复器材的传动由两段式改 为一段式，大幅的降低成本。2、由于其为一段式传动，对车体的精度要求较 低，因此会降低整车的不良率。3、由于其为一段式传动，发电机的转动速度 较慢，因此有效的降低了谐振及噪音。4、扁平式的结构有利于车架的设计， 适用于健身器材及康复器材，能使其车体也设计得较扁平，运动的人可不必 将脚张得很开，运动时感觉较舒服。
缺点是1、结构固定，由于电磁线圈16及铁心17与惯性飞轮12间须 保持相同的气隙才能具有较好的特性，因此无法随每个消费者的要求，随意 变动发电机的外形尺寸。2、由于发电机铁心14与电磁线圈铁心17为两个分
开的独立系统，因此造价较高。3、电磁线圈16为安装在惯性飞轮12外的独 立个体，导致其体积较大，不利于车架的整体设计。
故，以上各种系统皆有其优缺点，因此，保留各系统的优点，并针对其 缺点加以改善，以期能有效解决现有技术存在的问题。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于克服现有产品存在的上述缺点，而提供一种 内建涡流磁阻的混合式发电机，其将电磁线圈由现有技术设置在飞轮外部， 改变为内置在飞轮内部，因此可随意通过改变外径大小来改变飞轮惯性力的 大小，避免对其制动力产生影响，且该电磁线圈可由单一个改变为一个以上 的数个设计。
本实用新型的又一目在于提供一种内建涡流磁阻的混合式发电机，其发 电机铁心与电磁铁心是一体设计，可有效降低铁心材料的需求，且电磁线圈 内建设计使得发电机体积变得小巧，有利于健身器材及康复器材制造上的灵 活运用。
本实用新型的目的是由以下技术方案实现的。
本实用新型内建涡流磁阻的混合式发电机，包括 一外转式惯性飞轮， 具备一外环体及一内侧壁，并在该内侧壁中心形成一轮毂，外侧面为开放端； 数片永久磁铁，是设在该外环体的内缘面，构成一转子形态； 一转动轴，其 上穿套所需的轴承套件，供支承该飞轮，且其一端设有一被驱动轮，供带动 该转动轴及飞轮转动； 一定子铁心，其外周缘绕设有发电线圈，且外侧面连 结一铁心固定架，该铁心固定架的中心孔与该转动轴间套设有一外侧轴承； 一轴套，是设在该铁心固定架的相反侧，其内侧与该转动轴间套设有一内侧 轴承； 一托架，是由内外两片板体组装而成，其上端对应处设有凹槽，分别 供该轴套及铁心固定架套置固定；飞轮被驱动而绕着定子铁心转动时形成一 自发电系统；其特征在于
所述飞轮的轮毂与该外环体之间，由该内侧壁朝向开放端延伸设有一内 环体，且该内环体的外周缘套设一导磁环；
所述定子铁心的内周缘直径大于该导磁环的外周缘直径，形成一磁场间 隙，且该定子铁心的内缘面至少有一区段挖设有一个以上呈E字逆时针旋转 90度形状的凹陷容置部，并可在该容置部内套设一电磁线圈，且该电磁线圈 是由发电系统供给所需电源，使电磁线圈产生一磁场，并与该耦合旋转的导
磁环产生一涡流磁阻，供由内部对该惯性飞轮形成一种反向阻力。
前述的内建涡流磁阻的混合式发电机，其中转动轴所穿套的轴承套件包
括有 一套设在该转动轴中段较大直径处的一单向轴承，以及套设在该较大
直径处两侧的二个滚珠轴承。
前述的内建涡流磁阻的混合式发电机，其中定子铁心内缘面所设的容置
部，包括设成两个呈E字逆时针旋转90度形状的凹陷部，以供套设二个电磁
前述的内建涡流磁阻的混合式发电机，其中导磁环直接成型在内环体上。 本实用新型内建涡流磁阻的混合式发电机，包括 一外转式惯性飞轮， 具备一外环体及一内侧壁，并在该内侧壁中心形成一轮毂，外侧面为开放端； 数片永久磁铁，是设在该外环体的内缘面，构成一转子形态； 一固定轴，是 穿伸该飞轮的轮毂，且两端凸伸出该轮毂，并在两端形成固定部，该固定轴 与该轮毂间穿设一套管，且该套管与该轮毂间设有一单向轴承及两个滚珠轴 承；该套管内侧端凸伸出该轮毂，并连接一被驱动轮，供带动该套管及飞轮 转动； 一定子铁心，其外周缘绕有发电线圈，且外侧面连接一铁心固定架， 该铁心固定架中心设有供该固定轴穿伸的结合槽孔； 一外侧轴承，是设在该 固定轴与该轮毂外侧耦合端之间； 一内侧轴承，是设在该固定轴与该被驱动 轮轴孔内侧之间；飞轮被驱动而绕着定子铁心转动时，形成一自发电系统； 其特征在于
所述飞轮的轮毂与该外环体之间，由该内侧壁朝向该开放端延伸设有一 内环体，且在该内环体的外周缘套设一导磁环；
所述定子铁心的内周缘直径大于该导磁环的外周缘直径，形成一磁场间 隙，且该定子铁心的内缘面至少有一区段挖设有一个以上呈E字逆时针旋转 90度形状的凹陷容置部，并在该容置部内套设一电磁线圈，且该电磁线圈是 由发电系统供给所需电源，使电磁线圈产生一磁场，并与该耦合旋转的导磁 环产生一涡流磁阻，供由内部对该惯性飞轮形成一种反向阻力。
前述的内建涡流磁阻的混合式发电机，其中定子铁心内缘面所设的容置 部，包括设成两个呈E字逆时针旋转90度形状的凹陷部，以供套设二个电磁 线圈。
前述的内建涡流磁阻的混合式发电机，其中的导磁环直接成型在该内环 体上。
本实用新型内建涡流磁阻的混合式发电机的有益效果，其包括 一外转 式惯性飞轮及永久磁铁所构成的转子，以及绕设有发电线圈的定子铁心，当 飞轮受到健身器材或康复器材带动时，形成一自发电系统；其改进之处是 该飞轮的轮毂与该外环体之间，由该内侧壁朝向该开放端延伸设有一内环体， 且该内环体的外周缘套设一导磁环；该定子铁心的内周缘直径大于该导磁环 的外周缘直径，形成一磁场间隙，且该定子铁心的内缘面至少有一区段挖设 有一个以上呈E字逆时针旋转90度形状(m)的凹陷容置部，并可在该容置 部内套设一个或数个电磁线圈，且该电磁线圈是由该自发电装置供给所需电 源，进而使该电磁线圈产生磁场，并对该耦合于惯性飞轮上旋转的导磁环提 供一涡流磁阻，据以由内部对该外转式惯性飞轮形成一种反向阻力。其将电 磁线圈设置在飞轮内部，因此可以随意通过改变外径大小来改变飞轮惯性力 的大小，避免对其制动力产生影响；发电机铁心与电磁铁心一体设计，可有 效降低铁心材料需求，且电磁线圈内建设计，使得发电机体积变得小巧，有 利于健身器材及康复器材制造上的灵活运用。
图1A为现有一种纯发电机结构示意图。
图1B为图1A所示1B-1B剖面结构示意图。
图2A为现有一种混合型发电机结构示意图。
图2B为图2A所示2B-2B剖面结构示意图。
图3为本实用新型第一实施例分解结构立体图。
图3A为图3所示主要结构放大分解立体图。
图4为本实用新型第一实施例立体结构分解示意图。
图5为本实用新型第一实施例结构主视图。
图6为本实用新型第一实施例结构剖示图。
图6A为图6所示主要结构的6A—6A剖面图。
图7为本实用新型第二实施例分解结构立体图。
图8为本实用新型第二实施例立体结构示意图。
图9为本实用新型第二实施例结构主视图。
图10为本实用新型第二实施例结构剖示图。
图中主要标号说明20飞轮、21外环体、22内侧壁、23轮毂、24开放 端、25内环体、30永久磁铁、31导磁环、40转动轴、41较大直径处、42单
向轴承、402单向轴承、43滚珠轴承、403滚珠轴承、44被驱动轮、404被驱 动轮、400固定轴、401套管、405固定部、50定子铁心、51发电线圈、52 铁心固定架、521结合槽孔、53中心孔、54外侧轴承、55容置部、56电流输 出线、57电源处理单元、58控制面板、60轴套、61内侧轴承、70托架、71 内板体、72外板体、73螺栓、74螺帽、75凹槽、80电磁线圈、81输入导线。
具体实施方式
参阅图3至图6所示，本实用新型第一实施例包括有
一外转式惯性飞轮20，具备一外环体21及一内侧壁22，并在该内侧壁 22中心形成一轮毂23，而外侧面为开放端24;
数片永久磁铁30，是设在该外环体21的内缘面，从而构成一转子形态；
一转动轴40，其上穿套所需的轴承套件，用以支承该飞轮20，且其一端 设有一被驱动轮44，用以带动该转动轴40及飞轮20转动；本实施例中，该 轴承套件包括有 一套设在该转动轴40中段较大直径处41的一单向轴承42， 以及套设在该较大直径处41两侧的两滚珠轴承43;
一定子铁心50，其外周缘绕设有发电线圈51，且外侧面连结一铁心固定 架52，且铁心固定架52中心孔53与该转动轴40间，套设有一外侧轴承54;
一轴套60，是设在该铁心固定架52的相反侧，其内侧与该转动轴40间 套设有一内侧轴承61;
一托架70，是由内外两片板体71、 72借助螺栓73及螺帽74所组装而成， 其上端对应处设有凹槽75，分别供该轴套60及铁心固定架52套置固定；
据此，当飞轮20被驱动而绕着定子铁心50转动时，形成一自发电系统； 但是，上述结构构成为现有技术(Prior Art)，非本实用新型的技术特征，其 细节及功能，不再赘述。
本实用新型最主要的技术特征在于
该飞轮20的轮毂23与该外环体21之间，由该内侧壁22朝向该开放端 24延伸设有一内环体25，且在该内环体25外周缘套设一导磁环31;
该定子铁心50的内周缘直径大于该导磁环31的外周缘直径，形成一磁 场间隙，且该定子铁心50的内缘面至少有一区段是挖设有一个以上呈E字逆 时针旋转90度形状(ni)的凹陷容置部55，并可在该容置部55内套设一个 或数个电磁线圈80，且该电磁线圈80是由该自发电系统供给所需电源，并对 该耦合旋转的导磁环31提供一涡流磁阻，据以由内部对该惯性飞轮20形成
一种反向阻力。
本实施例中，该定子铁心50内缘面所设的容置部55，包括设成两个呈E 字逆时针旋转90度形状(m)的凹陷部，而可套设二个电磁线圈80。但不限 定于此，也即，本实用新型可依据发电机的需求，设有一个电磁线圈80或者 数个电磁线圈80。
由于，本实用新型是被安装在健身器材或康复器材，经由使用者踩动踏 板，带动器材上的皮带或键条(图中未示)等传动元件，来传动装设在发电机 飞轮20的皮带轮或链轮所构成的被驱动轮44，使该飞轮20转动。此时附着 在飞轮20内缘面的永久磁铁30会随着飞轮20转动，犹如一转子形态，进而 产生磁场的变化，使得固定在定子铁心50上的发电线圈51,经由磁场的变化 感应出电动势，从而产生电流发电。如图5所示，发电线圈51所产生的电流， 经电流输出线56送至一电源处理单元57，将一部分供应给器材上的控制面板 58，其余的部分则经输入导线81供应给电磁线圈80，也即在该电磁线圈80 上输入电流，使其反向的感应出一个磁场，并与该导磁环31间形成一个封闭 的磁路，由于飞轮20处于旋转状态，此一封闭的磁路便会遭到破坏，依据楞 次定律，当一稳定的磁场遭到外力破坏时，便会产生一个大小相同方向相反 的涡流磁阻来抵抗，本实用新型利用一此涡流磁阻，来形成健身器材或康复 器材上所需要的运动阻力或煞车阻力。而此一反向阻力的大小可通过施加于 电磁线圈80上的电流大小来控制，这可由该电源控制单元57及控制面板58 进行调整；这部分非本实用新型的技术特征，故，不再进行赘述。
另，前述的导磁环31，是以加装方式设在该内环体25上，但不限定于此， 其包括可将该导磁环31直接成型在该内环体25上，也即可借助内环体25本 身的材料导磁性，达到与电磁线圈80产生一个封闭磁路的功能。
再者，前述的凹陷容置部55，包括设成一个或一个以上，本实施中是设 有二个容置部55，而装设二个电磁线圈80，此为较佳实施例，但不限定于此。
又，本实施例中，用以支承飞轮20的轴心，是设成转动轴40的结构， 也即被驱动轮44是与转动轴40连动，而转动轴40可单向带动该飞轮20转 动。因此，本实施例的转动轴40两侧借助内外侧轴承61、 54而可在该托架 70上转动。
参阅图7至图10所示，为本实用新型第二实施例，其相同于第一实施例 者以相同图号表示，其内建涡流磁阻的特征与第一实施例相同，其差异仅在
于用以支承飞轮20的轴心是为固定轴400，而非第一实施例的转动轴40。本 实施的固定轴400穿伸该飞轮20的轮毂23，且两端凸伸出该轮毂23，并在 两端形成固定部405，本实施例是设成螺纹体，用以锁在器材预定处固定。该 固定轴400与该轮毂23间穿设一套管401，且该套管401与该轮毂23间设有 一单向轴承402及两个滚珠轴承403;再者，该套管401内侧端凸伸出该轮毂 23，并连接一被驱动轮404，用以带动该套管401及飞轮20转动；又该铁心 固定架52的中心设有供该固定轴400穿伸的结合槽孔521;
一外侧轴承54，是设在该固定轴400与该轮毂23外侧耦合端之间；
一内侧轴承61，是设在该固定轴400与该被驱动轮404轴孔内侧之间， 借此，当飞轮20被带动时，如图10所示，轴心的固定轴400及铁心固定架 52不动，但飞轮20则由套管401单向驱动；故，其内建涡流磁阻的功效与第 一实施例完全相同。
所以，本实用新型内建涡流磁阻的混合式发电机，其除了具有美国第 6084325号专利的优点外，进一步改善其电磁线圈设置在飞轮外缘的缺点，即 本实用新型的电磁线圈是内建在定子铁心内缘面，其对飞轮20内部的内环体 25产生制动力，因此可随意改变飞轮20的外径，进而改变飞轮20惯性力的 大小，也就是说，飞轮20的外径尺寸可依产品需求而设计，完全不会对其制 动力产生影响，这是本实用新型技术的一大突破。
当然，本实用新型内建涡流磁阻的设计，使得发电线圈51与电磁线圈80 的铁心为一体的定子铁心50，因此，可有效降低铁心材料的需求，且因电磁 线圈80内建设计，使得发电机体积变得小巧，更方便健身器材的设计或安装， 所以更具有产业利用价值。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任 何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何 简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
权利要求1、一种内建涡流磁阻的混合式发电机，包括一外转式惯性飞轮，具备一外环体及一内侧壁，并在该内侧壁中心形成一轮毂，外侧面为开放端；数片永久磁铁，是设在该外环体的内缘面，构成一转子形态；一转动轴，其上穿套所需的轴承套件，供支承该飞轮，且其一端设有一被驱动轮，供带动该转动轴及飞轮转动；一定子铁心，其外周缘绕设有发电线圈，且外侧面连结一铁心固定架，该铁心固定架的中心孔与该转动轴间套设有一外侧轴承；一轴套，是设在该铁心固定架的相反侧，其内侧与该转动轴间套设有一内侧轴承；一托架，是由内外两片板体组装而成，其上端对应处设有凹槽，分别供该轴套及铁心固定架套置固定；飞轮被驱动而绕着定子铁心转动时形成一自发电系统；其特征在于所述飞轮的轮毂与该外环体之间，由该内侧壁朝向开放端延伸设有一内环体，且该内环体的外周缘套设一导磁环；所述定子铁心的内周缘直径大于该导磁环的外周缘直径，形成一磁场间隙，且该定子铁心的内缘面至少有一区段挖设有一个以上呈E字逆时针旋转90度形状的凹陷容置部，并可在该容置部内套设一电磁线圈，且该电磁线圈是由发电系统供给所需电源。
2、 根据权利要求l所述的内建涡流磁阻的混合式发电机，其特征在于所述转动轴所穿套的轴承套件包括有 一套设在该转动轴中段较大直径处的 一单向轴承，以及套设在该较大直径处两侧的二个滚珠轴承。
3、 根据权利要求l所述的内建涡流磁阻的混合式发电机，其特征在于 所述定子铁心内缘面所设的容置部，包括设成两个呈E字逆时针旋转90度形 状的凹陷部，供套设二个电磁线圈。
4、 根据权利要求l所述的内建涡流磁阻的混合式发电机，其特征在于 所述导磁环直接成型在该内环体上。
5、 一种内建涡流磁阻的混合式发电机，包括 一外转式惯性飞轮，具备 一外环体及一内侧壁，并在该内侧壁中心形成一轮毂，外侧面为开放端；数 片永久磁铁，是设在该外环体的内缘面，构成一转子形态； 一固定轴，是穿 伸该飞轮的轮毂，且两端凸伸出该轮毂，并在两端形成固定部，该固定轴与 该轮毂间穿设一套管，且该套管与该轮毂间设有一单向轴承及两个滚珠轴承； 该套管内侧端凸伸出该轮毂，并连接一被驱动轮，供带动该套管及飞轮转动; 一定子铁心，其外周缘绕有发电线圈，且外侧面连接一铁心固定架，该铁心 固定架中心设有供该固定轴穿伸的结合槽孔； 一外侧轴承，是设在该固定轴 与该轮毂外侧耦合端之间； 一内侧轴承，是设在该固定轴与该被驱动轮轴孔 内侧之间；飞轮被驱动而绕着定子铁心转动时，形成一自发电系统；其特征 在于所述飞轮的轮毂与该外环体之间，由该内侧壁朝向该开放端延伸设有一 内环体，且在该内环体的外周缘套设一导磁环；所述定子铁心的内周缘直径大于该导磁环的外周缘直径，形成一磁场间 隙，且该定子铁心的内缘面至少有一区段挖设有一个以上呈E字逆时针旋转 90度形状的凹陷容置部，并在该容置部内套设一电磁线圈，且该电磁线圈是 由发电系统供给所需电源。
6、 根据权利要求5所述的内建涡流磁阻的混合式发电机，其特征在于 所述定子铁心内缘面所设的容置部，包括设成两个呈E字逆时针旋转90度形 状的凹陷部，供套设二个电磁线圈。
7、 根据权利要求5所述的内建涡流磁阻的混合式发电机，其特征在于所述导磁环直接成型在该内环体上。
专利摘要一种内建涡流磁阻的混合式发电机，包括外转式惯性飞轮设外环体及内侧壁；数片永久磁铁设在外环体构成转子；转动轴一端设被驱动轮带动转动轴及飞轮转动；定子铁心设发电线圈，外侧面连结的铁心固定架与转动轴间套设外侧轴承；轴套内侧与转动轴间套设内侧轴承；托架上端设凹槽供轴套及铁心固定架套置固定；飞轮绕定子铁心转动而形成自发电系统；飞轮轮毂与外环体间设内环体，内环体外周缘设导磁环；定子铁心内周缘直径大于导磁环外周缘直径形成磁场间隙，定子铁心至少有一区段挖设一个以上容置部，容置部内设电磁线圈，电磁线圈由自发电系统供给电源，使电磁线圈产生磁场，并与耦合旋转导磁环产生涡流磁阻，对惯性飞轮形成反向阻力。
文档编号H02K21/22GK201204540SQ200820073619
公开日2009年3月4日 申请日期2008年1月8日 优先权日2008年1月8日
发明者林丽里 申请人:林丽里