专利名称：踏板式发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及用来产生电流的踏板式发电机。
背景技术：
众所周知，提供一种基于标准自行车设计的踏板式发电机，在该自行车中，驾驶员坐在车座上且使用双脚推动踏板，该踏板连接至与驱动交流发电机的齿轮系统。
毫无疑问，这是使用物理输入产生电力的最有效的方式。它不仅在人体工程学上是有效，而且这种系统能够在其最有效的操作中提供给交流发电机恒定的输入。然而，这种系统存在体积较笨重的问题。因此，本发明涉及提供一种紧凑的且易于运输的电力发电机，并且能够提供充足的电力用来，例如充满12伏的电池、给移动电话或计算机充电或者供电给临时灯。当然，在电力网的电力不易得到的地方，存在许多其它使用这种发电机的可能。
根据本发明的一个方面，提供一种踏板式发电机，具有单脚操作的踏板和用来将踏板的摆动运动转换成交流发电机的驱动力的弹簧偏移装置。
弹簧偏移装置可以包括张力带部分，其在每次移动踏杆时都在齿状驱动滑轮上移动。优选的，该驱动滑轮具有单向的离合器。
为了容易理解本发明，下面通过举例并参考附图来描述其实施例，其中图1是根据本发明一个实施例的踏板式发电机的透视图；图2是图1的踏板式发电机的主要部件的部分剖视图；图3是详细显示图1的踏板式发电机的部件的分解图；图4是图1实施例的齿轮组和交流发电机的视图；图5是图4所示的交流发电机的定子的透视图；和图6是图1的踏板式发电机的电子元件的框图。
具体实施例方式
现在参考附图，图1是根据本发明的踏板式电力发电机的透视图。该发电机包括主外部壳体1，其最好由高冲击且坚硬的塑料材料制成的，尽管当然可以使用其它合适的材料。该壳体由四个被螺栓固定到一起的主要部分组成，标号为1a、1b、1c和1d。基本上呈U形的踏杆2安装在延伸穿过壳体的驱动轴3上。从图1可以看出，壳体的前面4基本上为弓形，且具有稍小于踏杆2的臂的长度的曲率半径，以使得踏杆2能够以一个弧度围绕驱动轴3的轴线旋转而没有绊住壳体表面。安装在发电机的基座5上的是一对基座底脚6，在图1中仅显示出其中的一个，如图1显示了在它们的装载位置上的基座底脚6。在操作中，基座底脚6是向下绕轴转动180°，以便在基座5的前面延伸，从而提供与发电机用户的踏板运动相反的稳定作用。
又，如图1所示的是面板7，包括一个打火机型插座和一个直流12伏插座。最后图1显示了后部稳定器8的一小部分，其在基座底脚5的相对端延伸横穿踏板式发电机的基座。
现在参考附图中的图2，其是在移去壳体1后图1所示的发电机的透视图。在图2中，基座底脚6在它们操作位置上被显示。正如所看到的，它们安装在延伸穿过壳体的轴10上且通过盖子11固定在该轴上。悬臂12固定安装在驱动轴3上，其的弯曲远端带有多个横向的齿。该臂12安装在驱动轴3上以便与踏杆2基本平行。在使用中，如图2所示，踏板式发电机位于其基座，该基座具有从装载位置延伸的基座底脚6。使用者然后将脚放置在踏板上且重复按压它。使用者对踏杆2的按压使得其围绕驱动轴3旋转，引起臂12弓形运动的一个相应的角度。臂12的齿与在柔性件13内表面所形成的相对应的横向槽啮合。在本实施例中，柔性件是与用于内燃机中的凸轮带类似的皮带的一部分。然而该柔性件可以是一个环形链。该柔性件13也在齿状输入滑轮14上延伸，以便输入滑轮14的齿也与在齿状皮带部分下侧所形成的槽啮合。因此可以理解，当臂12通过踏杆的操作向下绕轴旋转时，悬臂或皮带拉紧臂12的向下运动在逆时针方向移动皮带部分13，以使得输入滑轮14旋转。踏杆2的返回运动将输入滑轮14的旋转方向反向。张力弹簧15连接在皮带13的一端和踏板式发电机内部所提供的固定点16之间，以使得由踏杆2相应的运动所引起的臂12的向下运动拉伸弹簧并且踏杆上所释放的压力使得张力弹簧拉动臂12返回到图2所示的位置。皮带保持衬套15固定柔性部件13抵靠齿状输入滑轮14，其被单向离合器轴承15连接来驱动固定安装在主输入齿轮17上的输入轴16。主输入齿轮17驱动副齿轮18，该副齿轮将该输入齿轮的旋转运动传送到齿状二挡齿轮19。这个二挡齿轮驱动安装在飞轮21上的末级交流发电机齿轮20(参见图3和4)，该飞轮带有后面所描述的转子罩、磁铁和磁路。组成交流发电机一部分的定子板22安装在主壳体的内壁上。刚刚所述的齿轮被调节以使得输入轴的一次旋转将有效引起交流发电机的最终驱动力的三十次旋转。
现在转向附图的图3，其显示了图1和2刚刚描述的踏板式发电机的分解图。因此，与前两幅附图相同的其它整体给出相同的附图标记。此外，安装有基座底脚6的轴以数字“6’”表示。在图3中可以看出(正如在如2中虚线所示的)发电机容纳有电池23，其可以是12伏或者按需要为其它伏，并且其可以由交流发电机或者从外部电源充电。该系统可以易于构成给其它装置的电池充电。
在图3中可以看出，踏杆2包括一对相应的左和右输入板24，25，安装在驱动轴3的相对端，且它们的自由端被由一对主踏板部件26，27所形成的踏板部分连接。
根据图1所提及的打火机型插座以29表示，并且直流插座以30表示。也示出了控制面板30和面板盖31。当然，输入/输出插座可以是其它的结构。此外，可以提供电压转换装置来产生可选择的可变的输出。
其它在图3中详细显示而没有在图1和2中概括的元件包括卡锁32，用于固定可拆卸盖33，形成最右部分1D的一部分，以便通向电池23的端子。图3中所示的未标记的元件基本上包括用来将元件固定到一起的螺栓或者螺丝、衬套和轴。
现在参考附图中的图4，其显示了驱动齿轮组和交流发电机，后者以分解形式显示。与前面相同，根据前面附图已经描述过的整体给出相同的标记。它包括交流发电机定子34，在其放射状的臂上带有铜绕组(未示出)和交流发电机转子罩35，其中安装有提供转子磁极的磁铁片36和为交流发电机提供磁通路径的金属环36’。定子组件34由多个层叠的薄铁片组成，以便降低涡流及其相关的损耗。交流发电机使用具有九个定子齿的三相定子绕组和以总数六个磁极对的形式制成的十二个转子磁极。当然，使用大于三相是有可能的。交流发电机转子35是具有凸起的扁平罩的形式。副齿轮20和转子罩组件安装在该凸起上，从而由二挡齿轮19来旋转。
使用在交流发电机中的磁铁是高等级的镍-铁-硼(NFeB，或NiB)烧结的稀土磁铁。交流发电机具有较高的初始变动力矩(cogging torque)，其由传动比后乘的，以至于能够导致不可接受的高的起动力矩。为了降低该变动力矩的影响，该定子齿的表面是相对于交流发电机轴线歪斜的，本实施例中的定子组件是相对于交流发电机轴线歪斜的。为了获得必要的歪斜效果，对于叠片而言，有可能每一个叠片同样地相对于其相邻的叠片有角度地歪斜。然而，对于叠片而言优选不同的。这是由于已经发现，能够通过不使用相同的叠片来提高定子的品质，而这些叠片中的每一个是相对于其相邻的叠片有角度地放置。因此，如图5所示，能够通过改变每个叠片尤其是通过改变叠片的齿来提供定子齿所必要的歪斜效果。可以看出，每个齿在其定子臂的两边延伸，且最上面叠片的沿逆时针方向延伸的齿基本上比顺时针方向的长。通过逐渐降低逆时针的延伸且逐渐增加顺时针的延伸来获得歪斜效果。当实际的臂的交叉部分没有歪斜时，这种调整能够使得缠绕在定子臂上的铜绕组更加有效，从而不再需要将交流发电机的转子磁铁歪斜。在任何情况下，叠片的歪斜具有另一个效果，即平滑力矩输入并且甚至在产生高电力期间能够进行安静的操作。交流发电机转子35优选安装在灌注有低摩擦润滑油的烧结铜衬套中。
现在转向附图的图6，其显示了踏板式发电机的电路的框图。因此，该发电机的机械部件以40表示，该发电机的输出连接至将直流输出提供给电池23的整流电路41。在本实施例中，也可以从通过充电控制电路43与电源连接的充电输入端42给电池充电。已提及的控制面板具有LED指示灯(未示出)，为用户指示电池23正在从外部的充电输入充电、电池正在从该踏板式发电机本身的交流发电机充电以及指示电池的电压。而且，也提供高量的输出端44和打火机插座输出端28的一个输出端。此外，提供一个电路45，用来当电池电荷下降到某一预定值以下时切断电源。刚刚描述的电气元件也具有标准的结构，因此将不再详细描述。
权利要求
1.一种踏板式发电机，包括踏杆，其连接到驱动轴且可以在上升位置和下降位置之间移动，从而使用户能够旋转该驱动轴；臂，其一端安装在所述驱动轴上以便当踏杆在其上升和下降的位置之间弧形运动时其可绕轴旋转，以引起输入驱动滑轮的旋转来响应该臂的移动而旋转；单向离合器，将该输入驱动滑轮连接至被安排用于驱动交流发电机的齿轮组中的第一齿轮上，当踏杆从其上升位置被按压时该第一个齿轮由该驱动滑轮旋转，并且其中该臂的远离该驱动轴的一端连接至一个伸长的柔性件，该柔性件也连接至该驱动滑轮，以便响应该臂运动的该柔性件的运动引起输入驱动滑轮的旋转。
2.如权利要求1所述的踏板式发电机，其中该臂的远离该驱动轴的一端是弯曲的且具有多个外齿，其与在该伸长的柔性件下侧所提供的互补齿相啮合，并且其中该驱动滑轮也呈齿状，且该输入驱动滑轮的齿与位于该柔性件下侧的齿啮合，以使得响应该臂运动的该柔性件的运动引起该输入驱动滑轮的旋转。
3.如权利要求2所述的踏板式发电机，包括用于将踏杆的返回偏移到上升位置的装置。
4.如权利要求3所述的踏板式发电机，其中该柔性件的一端固定至该臂，而该柔性件的另一端固定至偏移弹簧，当按压踏杆时拉伸该弹簧以便提供帮助该踏杆返回到其上升的位置的偏移。
5.如权利要求2至4中任一项所述的踏板式发电机，其中该输入驱动滑轮安装在相对于该伸长的弹性件和该臂的弯曲端之间的该臂的向下运动的臂的弯曲端的上方，且由该输入驱动滑轮所驱动的第一齿轮与同轴安装在第二齿状驱动齿轮上的齿状副齿轮啮合。
6.如权利要求5所述的踏板式发电机，其中第二驱动齿轮啮合交流发电机的副齿轮，该副齿轮驱动该交流发电机的转子组件。
7.如前述任一权利要求所述的踏板式发电机，其中该交流发电机包括定子堆，该定子堆是歪斜的用来降低嵌齿效应且由多级磁性环围绕，该磁性环安装在由该交流发电机的副齿轮旋转的转子罩内。
8.如权利要求7所述的踏板式发电机，其中该转子罩带有飞轮。
9.如前述任一权利要求所述的踏板式发电机，其中踏板式发电机包括具有基座的主体外壳，通过该基座踏板式发电机能够搁置在固体表面上，所述的驱动轴位于带有踏杆的该基座的一端的，该踏杆包括基本上呈U形的本体，该本体中的臂在主外壳的两边延伸。
10.如权利要求9所述的踏板式发电机，其中主外壳的端面是以小于踏杆半径的半径弯曲，该踏杆被按压时相对于该外壳运动，并且其中该主外壳弯曲端具有可延伸的基座底脚，用来在安装时提供给踏板式发电机稳定作用。
11.如前述任一权利要求所述的踏板式发电机，进一步包括用来安装电池的装置、用来从所安装的电池中获取输出的装置、和用来控制电池由所述交流发电机的输出充电或从外部电源充电的装置。
全文摘要
一种踏板式发电机，具有单脚操作的踏板和用来将踏板的摆动运动转换成交流发电机的驱动力的弹簧偏移装置，该踏板包括踏杆(2)，其连接至驱动轴(3)且可以在上升位置和下降位置之间移动，从而使用户能够旋转驱动轴(3)。
文档编号H02J7/32GK1774852SQ200480010177
公开日2006年5月17日 申请日期2004年4月15日 优先权日2003年4月16日
发明者J·E·哈钦森, P·贝克 申请人:弗里普莱市场开发有限公司