CN101354015A - 同轴反转发电机 - Google Patents

Abstract

线性同轴反转发动机，包括一轴杆，轮盘状的第一旋转座和第二旋转座以轴承结合在所述的轴杆上，所述的第一旋转座连接第一驱动组件，所述的第二旋转座连接第二驱动组件，所述的第一驱动组件与第二驱动组件的叶片具有使两驱动组件反向转动的倾斜角；所述的第一旋转座上设置有包含线圈的电磁体成员，所述的电磁体成员排列在绕所述第一旋转座的旋转轴心的圆周上，所述的线圈环绕所述的轴心方向形成成对极，所述的线圈上电输出线；所述的第二旋转座上设置有环形槽状的由导磁材料制造的结合座，所述的结合座的内壁上设置有永久磁铁，所述永久磁铁的磁极对应于所述的线圈的成对极；所述的电磁体成员设置在所述的结合座内，所述的永久磁铁与所述的线圈之间具有气隙。本发明具有发电效率高、稳定好的优点。

Description

同轴反转发电机

技术领域

本发明涉及一种同轴反转发电装置，主要指一种同轴反转设计之风力发电装置，并具较佳作动稳定性、发电效率。

背景技术

习知发电装置系具有可藉由外界风力、水力...等介质作动力源发电设计，而在能源短缺的现今利用自然界风力、水力作动力源更可替代石油能源，并更具环保功效。

前述发电装置主要具驱动组件、电机组成，而该驱动组件系可由外界动力源作动旋转，并具转轴连动电机，又该电机具线圈、场磁极，而该线圈或场磁极系与转轴连动，使得驱动组件由外界介质传动令转轴旋转时可令线圈或场磁极单向旋转，并可产生电力。

以风力介质发电方式为例，如第八图所示系为习知风力发电装置之丨，系包括驱动组件1’、电机2’，而该驱动组件1’具叶片11’、转轴12’，并该叶片11’可受风力撞击而带动转轴12’旋转；又电机2’具线圈21’、场磁极22’，并该线圈21’设于旋转座211’上，并该旋转座211’与转轴12’连动接合，又线圈21’之输出线设置电刷212’与设置于转轴12’之电轨213’导电连接，并该电轨213’连接输出导线214’以输出电力。

场磁极22’系为永久磁铁并设置于固定座221’上，并该固定座221’设于激磁线圈21’外侧，并于固定座221’设置可穿伸转轴12’之轴孔222’，并于轴孔222’位置设置轴承223’，而该轴承223’与转轴12’接合，又于固定座221’固设支撑杆224’，并该支撑杆224’可连接基座与地面接合(图中未标示)，使得当外界风力撞击叶片11’时可带动转轴12’、线圈21’旋转，并使线圈21’与场磁极22’产生电磁感应作用而使得输出导线214’产生电力。

请参阅第九图，前述风力发电装置当叶片11’旋转时将直接带动转轴12’旋转，造成转轴12’因须承受该单向旋转力(如图中箭头所示)而具稳定性不佳缺失，又如第八图所示，该驱动组件1’仅带动线圈21’对应场磁极22’旋转产生电磁感应作用，而该场磁极22’并不旋转，当风力小时驱动组件1’将不能带动线圈21’对应场磁极22’运转至电机2’可有效发电动作之转速，因而该单向旋转作动之电机2’具发电效率不佳缺失。

又习知结构亦可于驱动组件连设增速齿轮组以提升电机转速，惟该结构将增加齿轮组之成本，且该齿轮组传动仍具有机械摩擦损失，又该增速齿轮组由小齿轮带动大齿轮动作将增加电机起动运转所需扭力，当风力不足时具有不易起动令电机运转缺失。

然而通常的电机结构只有永磁铁(动子)设置在单一电磁体成员(定子)内，其单一电磁体成员的毗邻线圈间存在有磁通的转换干扰效应，且此种单一电磁体成员的结构也不易使电机获得更大的总有效气隙表面面积，且因毗邻的永磁铁造成磁通的集中受到影响，导致发电效率低下。

发明内容

本发明要解决现有风力发电机的发电效率低的缺点，提供一种发电效率高的风力发电机。

同轴反转发电机，包括一轴杆，轮盘状的第一旋转座和第二旋转座以轴承结合在所述的轴杆上，所述的第一旋转座连接第一驱动组件，所述的第二旋转座连接第二驱动组件，所述的第一驱动组件与第二驱动组件的叶片具有使两驱动组件反向转动的倾斜角；其特征在于：所述的第一旋转座上设置有包含线圈的电磁体成员，所述的电磁体成员排列在环绕所述第一旋转座的旋转轴心的圆周上，所述的线圈环绕所述的轴心方向形成成对极，所述的线圈上有电输出线；所述的第二旋转座上设置有环形槽状的由导磁材料制造的结合座，所述的结合座的内壁上设置有永久磁铁，所述永久磁铁的磁极对应于所述的线圈的成对极；所述的电磁体成员设置在所述的结合座内，所述的永久磁铁与所述的线圈之间具有气隙。

进一步，所述的第一驱动组件和第二驱动组件的叶片平行于所述的轴杆。

本发明主要包括二驱动组件、一电机、一轴杆，并该二驱动组件系可互为反向作动；又该电机系具线圈、场磁极，并线圈、场磁极分别连动接合前述二驱动组件之一；又轴杆系承接二驱动组件或电机，并使电机之线圈、场磁极为同轴设置；藉之外界动力源可令二驱动组件分别带动线圈、场磁极相对反向旋转并产生电力，并该轴杆不对应旋转，且可藉由二反向旋转之作用力互相抵消以具稳定之轴心，并可增进作动稳定性，而前述作用力抵消系可抵消全部或部分旋转扭力；又该线圈、场磁极相互反向旋转可提升电磁感应作用，并可提升线圈输出电力。

本发明可采用轴杆穿伸电机轴心或令电机设于轴杆内设计，而本发明配合轴杆穿伸电机轴心设计之具体实施例系具二驱动组件、一电机、一轴杆，并该二驱动组件分别设置数叶片，并该二驱动组件之叶片角度不同，使得二驱动组件受同方向动力源传导撞击时可互为反向作动，又该各叶片分别设置接合柱与二旋转座固接，又于叶片中央适当处设置连杆接合套体，并该套体套合轴杆；又该电机具二旋转座，并该二旋转座个自分别安置线圈、场磁极其中之一，且分别连动接合一驱动组件，又于二旋转座同丨轴向位置设置轴孔，并于轴孔固设轴承，又该线圈输出线连设电刷，并于轴杆设置电轨，而该电轨与前述电刷导电连接，并连设输出导线，又该轴杆系贯穿二旋转座之轴孔并与轴承接合，使二旋转座各自由旋转座与轴杆接合，并使得二驱动组件受动力源撞击并带动二旋转座反向旋转时该线圈、场磁极可相对旋转感应产生电力，并电力可由线圈输出线传导至电刷、电轨及输出导线输出电力。

电机具二旋转座并分别组设线圈、场磁极，并该二旋转座为同轴设置，又该线圈设于电磁体成员之核心部份，并环绕轴心方向形成成对极，又场磁极可为永磁铁并设于对应线圈之成对极位置，并与线圈具气隙，又该永磁铁系连接导磁性物质制造之结合座与旋转座接合，并使结合座可作为二永磁铁磁通回路之路径，又该二旋转座之轴心位置设置可穿伸轴杆之轴孔，并于轴孔接合轴承，并该轴承与轴杆接合，又于接合场磁极之旋转座设置透空部，并使得一驱动组件之接合柱可穿伸透空部与接合线圈之旋转座接合，并另丨驱动组件之接合柱与接合场磁极之旋转座接合，使得该电机可藉由增加线圈成对极与相对的场磁极之表面面积以提升电磁作用效率，且线圈与旋转座之组合体与场磁极与旋转座之组合体两者重量较平均，可具较佳机构平衡性及作动灵活稳定性，并可使发电机具更佳输出效率。

本发明电机之场磁极不一定为永久磁铁，亦可为多相线圈外加多向电流通电形成磁场，并具场磁极功能，因而本发明所述之场磁极亦可为前述线圈外加电流通电结构。

本发明为因应环境或动力源之力量改变或初起动时须较大扭力情况系可令驱动组件之叶片可依需求展开、收合或改变角度，并可控制令驱动组件位移至对应动力源之方位，使得可具较佳驱动效率，并可防止驱动组件带动电机转速过大而造成电机损坏，使本发明可具较佳作动稳定性及使用寿命，又本发明之二驱动组件亦可设计同时受不同方向动力源传导时反向作动，且二驱动组件不一定须与电机具相同轴心，当二驱动组件可分别带动电机之线圈、场磁极同轴反转动作时即可达成本发明诉求功效。

本发明藉由共轴结构以获得电机之线圈、场磁极同轴反转动作的效益。

本发明的永磁铁布置方式，藉由磁通的集中使磁通的分布被改进，以提供更大的磁通分布；本发明的电磁体成员相互间分离，藉由电磁体成员各自独立的安排，使电磁体成员相互间可達成磁性隔离，处理毗邻电磁体成员线圈间的磁通的转换干扰效应，且多个电磁体成员排列构成的电枢能有效地扩大线圈的有效表面积，增加效能。

本发明方法的优点是：发电效率高，稳定性好。

附图说明

图1系本发明之第一实施例之同轴反转发电装置立体示意图

图2系本发明之第一实施例之同轴反转发电装置对应图1之A-A剖视图。

图3系本发明之实施例一之同轴反转发电装置对应图1之B-B剖视及旋转发电动作示意图。

图4系本发明之实施例一之同轴反转发电装置对应图1之C-C剖视及旋转发电动作示意图。

图5系本发明之实施例二之同轴反转发电装置对应实施例一架构设置另一电机剖视示意图。

图6系本发明之实施例三之同轴反转发电装置组合剖视图。

图7系本发明之实施例三之同轴反转发电装置立体及动作图。

图8系习知风力发电装置剖视示意图。

图9系习知风力发电装置动作示意图。

具体实施方式

请参阅图1、2，本发明之第一实施例分解图及第一实施例之A-A组合剖视示意图，其中本发明第一实施例包含二驱动组件1、2、一电机3、一轴杆4，并该二驱动组件1、2系分别设置数叶片11、21，并该各叶片11、21分别设置接合柱12、22与后述二旋转座31、32固接，又该数叶片11、21分别约平行于轴向(轴杆4方向)，并呈环状排列，且叶片11、21之设置角度不同，并使叶片11、21受外界介质传导撞击时可互为反向作动，又于叶片11、21中央适当处设置连杆13、23接合套体14、24，并该套体14、24套合后述轴杆4。

电机3系具二旋转座31、32，并该二旋转座31、32分别设置线圈311、场磁极321，而该场磁极321可为永久磁铁，且二旋转座31、32分别与前述驱动组件1、2之接合柱12、22组接，又于二旋转座31、32同丨轴向位置设置轴孔312、322，并于轴孔312、322固设轴承313、323，又该线圈311之输出线311a连设电刷314，并该电刷314与设于后述轴杆4之电轨315导电连接，并电轨315连设输出导线316。

轴杆4系贯穿前述二旋转座31、32之轴孔312、322，并与轴承313、323固接，并可承接电机3之线圈311、场磁极321于同丨轴线x上，而该轴杆4端部可组设基座或其它装置并呈垂直设置于地面或其它位置上，并轴杆4不一定须如图1采立式设置，亦可为横向设置。

参阅图1、3、4，本发明对应图1之B-B、C-C剖视及动作示意图，本发明当如风、水或其它介质之外界动力源传导撞击二驱动组件1、2之叶片11、21时可分别带动二旋转座31、32相对反向旋转，并该轴杆4不对应旋转，使得轴杆4可藉由二反向旋转之作用力(如箭头所示旋转扭力c、旋转扭力d)相互抵消减小旋转扭力影响以具稳定之轴心，并可增进作动稳定性，而作用于轴杆4之力量可由反向之旋转扭力c、旋转扭力d全部或部分抵消，又该线圈311、场磁极321相互反转可提升电磁感应效率，并如第二图所示，本发明前述相互反转作用可提升线圈311输出电力，而该电力可由输出线311a、电刷314、输出导线316输出。

本发明第一实施例二驱动组件1、2之叶片11、21可于多种不同方向受动力源传导撞击皆可令驱动组件1、2旋转，而该叶片11、21系可为一片或多片，又本发明可令叶片11、21依需求展开、收合或改变角度，使得可具较佳驱动效率，并可防止驱动组件1、2带动电机3之转速过大而造成电机3损坏。

本发明可采用各种不同结构之电机，如图5本发明第二实施例之电机5具二旋转座51、52分别连接线圈511、场磁极521，并该二旋转座51、52为同轴设置，又该线圈511设于电磁体成员512之核心部份512a，并环绕轴心方向形成成对极512b，又场磁极521可为永久磁铁并设于对应线圈511之成对极512b位置，并与线圈511具气隙53，又该永久磁铁系连接导磁性物质制造之结合座522与旋转座52接合，并使结合座522可作为二永久磁铁磁通回路之路径，又该二旋转座51、52之轴心位置设置可穿伸轴杆4之轴孔513、523，并于轴孔513、523接合轴承514、524，并该轴承514、524与轴杆4接合，又于接合场磁极521之旋转座52设置透空部525，并使得一驱动组件6之接合柱61可穿伸透空部525与接合线圈511之旋转座51接合，并另丨驱动组件7之接合柱71与接合场磁极521之旋转座52接合，使得该电机5可藉由增加线圈512成对极512b与相对的场磁极521之表面面积以提升电磁作用效率，且线圈511与旋转座51之组合体与场磁极521与旋转座52之组合体两者重量较平均，可具较佳机构平衡性及作动灵活稳定性，并可使发电机具更佳输出效率。

本发明之电机系可设于轴杆内，请参阅图6，本发明第三实施例之组合剖视图，本发明之第三实施例具二驱动组件81、82、一电机83、一轴杆84，并该二驱动组件81、82分别呈放射状设置数叶片811、821(如第七图所示)，并该叶片811、821约垂直于轴向(轴杆84方向)，并由底部向外侧呈放射状设置，且该叶片811、821之角度不同，并可受同方向动力源传导撞击时反向作动，又该二驱动组件81、82设置接合柱812、822，并该接合柱812、822对应轴向位置设置凸部812a、凹部822a，并可提供分别接合后述线圈831、场磁极832，又于接合柱812、822外侧固设轴承813、823。

电机83具线圈831、场磁极832，并该线圈831与场磁极832分别设于二驱动组件81、82之凸部812a、凹部822a位置，又于线圈831之输出线831a连设电刷831b，并该电刷8321b与电轨833导电连接，并电轨833连设输出导线834。

轴杆84系于中央设置轴孔841，并该轴孔841与二驱动组件81、82之接合柱812、822上固设之轴承813、823接合，并可承接电机83之线圈831、场磁极832于同丨轴线y上，又前述电轨833系与轴杆84接合，又该轴杆84下方固设支撑柱85，而该支撑柱85可与地面或其它位置接合。

请参阅图6、7，本发明实施时外界风、水或其它动力源(如双箭头所示)传导撞击二驱动组件81、82时可分别令二驱动组件81、82反向旋转，并使线圈831、场磁极832相对反向旋转，并该轴杆84不对应旋转，并轴杆84可藉由二反向旋转之作用力(如单箭头所示，旋转扭力e、旋转扭力f)相互抵消以具稳定之轴心，并可增进作动稳定性，而该作用于轴杆84之旋转力量可由反向之旋转扭力e、旋转扭力f全部或部分抵消，又该线圈831、场磁极832相互反向旋转可提升电磁感应效率，并可提升输出电力。

本发明之第三实施例亦可采用如第二实施例之电机，当然本发明第一、三实施例亦可采用其它型式之电机，而本发明电机之场磁极不丨定为永久磁铁，亦可为多相线圈外加多向电流通电形成磁场(如感应电机)，使具场磁极功能，因而本发明所述之场磁极亦可为线圈外加电流通电结构。

本发明之驱动组件81、82之叶片811、821系可具一片或多片，且亦可调整角度以使驱动组件81、82对应动力源方向，并可控制叶片811、821展开、收合(图中未标示)，又本发明之第三实施例亦可采用第一实施例之叶片型态，并第一实施例亦可采用第三实施例之叶片型态，而前述各实施例仅作为本发明之例示，并非用以作为本发明申请专利范围限制，本发明可在本发明精神内改变及修正。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (2)

1、同轴反转发电机，包括一轴杆，轮盘状的第一旋转座和第二旋转座以轴承结合在所述的轴杆上，所述的第一旋转座连接第一驱动组件，所述的第二旋转座连接第二驱动组件，所述的第一驱动组件与第二驱动组件的叶片具有使两驱动组件反向转动的倾斜角；其特征在于：所述的第一旋转座上设置有包含线圈的电磁体成员，所述的电磁体成员排列在环绕所述第一旋转座的旋转轴心的圆周上，所述的线圈环绕所述的轴心方向形成成对极，所述的线圈上电输出线；所述的第二旋转座上设置有环形槽状的由导磁材料制造的结合座，所述的结合座的内壁上设置有永久磁铁，所述永久磁铁的磁极对应于所述的线圈的成对极；所述的电磁体成员设置在所述的结合座内，所述的永久磁铁与所述的线圈之间具有气隙。

2、如权利要求1所述的同轴反转发电机，其特征在于：所述的第一驱动组件和第二驱动组件的叶片平行于所述的轴杆。

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