CN101465589A - 往复式发电模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种往复式发电模块，包含：一导引体；一磁性体，由两个以上彼此相斥的磁性单元连接所组成，该磁性体可沿着该导引体线性移动；以及一线圈，依序沿着该导引体外部或内部缠绕；当磁性体与线圈产生相对线性移动时，即可达成电磁发电的效果，每移动两个磁性单元的长度，即可完成一次完整周期的交流感应电压输出。

Description

往复式发电模块

技术领域

本发明涉及一种往复式发电模块，尤其涉及一种将磁铁相斥堆栈并配合多槽线圈的往复式发电模块。

背景技术

发电机广泛应用于各行各业，随着少电池化运动的推广，微小化高效能发电机的设计成为重要的课题。小型发电装置可以作为随身电子产品的电源，如何在有限的空间内产生足够的发电功率且成本合理的这些条件成为微小携带型发电装置能否大量被推广的重要关键。这类微小发电装置可以装设于随身穿戴的用品，例如口袋内、鞋底或鞋面、眼镜、手表等，也可作为紧急用电时的需求，例如照明或收音机及通讯等用品的电源。

往复式手摇手电筒已问市许久，但发电效率不彰，使其实用性不高。电磁式发电机的驱动模式若以动子的运动型态而言，可分为连续旋转式、摆动式、与往复式。往复式的设计较少，但许多场合的动力驱动最直接的型态就是直线往复运动，若刻意通过机构转成回转运动会造成统效率不彰。现有小型往复式发电装置，若磁铁为动子，磁铁冲程通常必须为外部螺管线圈长度的两倍以上才能使螺管线圈感受不同方向磁通的变化。此种磁力线与线圈缠绕方向的配置方式，因为磁铁极性指向与线圈轴线平行，发电效率不佳。

如图1所示，现有技术的往复手摇手电筒，其发电模块中的磁铁10必须相对位移到线圈12两端才能产生最大的发电效果，而实际上磁铁两端的磁束密度在磁铁厚度达到一定时，就不再明显增加；因此即使将原有的模块串行在一起，虽然其体积增加但能量密度并不会因此提升，整个装置对外界动能输入的反应敏感度也不会提升。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种往复式发电模块，其利用磁铁磁性配置与线圈绕法间的互相搭配，进而达成高效磁通密度利用率与高圈数密度的目的。

为了实现上述目的，本发明提供一种往复式发电模块，包含：一导引体；一磁性体，由多个磁性单元彼此相斥连接所组成，该磁性体可沿着该导引体线性移动；以及一线圈，依序沿着该导引体缠绕。

采用本发明的往复式发电模块，其可利用磁铁单元的组合缩短线圈与磁铁相对移动的路径并达到更佳效能的磁通密度利用率，高圈数密度，因为往复式发电机的电压输出与动子移动的速度及磁通量随位置的变化率乘积成正比，本发明即是通过相斥磁铁的排列造成的较密多极磁通路径安排，通过提升线圈随位置变化感受的磁通量变化大小，提高感应的电动势。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为现有技术往复式发电模块的原理示意图；

图2为本发明往复式发电模块的原理示意图；

图3为本发明往复式发电模块的结构示意图；以及

图4为使用本发明往复式发电模块的能量回收发电装置的示意图。

其中，附图标记：

3-往复式发电模块         4-能量回收发电装置

10-磁铁                  12-线圈

20-异方性磁铁            21-异方性磁铁

22-异方性磁铁            23-异方性磁铁

24-异方性磁铁            25-线圈

30-外管                  31-磁柱

32-线圈                  33-轭铁环

34-加重质量块            35-弹簧

36-端盖                  37-线圈背铁

40-往复式发电模块        41-往复式发电模块

42-整流稳压模块          43-蓄电池

44-输出负载                251-线圈

252-线圈                   253-线圈

254-线圈                   300-容置空间

310-异方性磁铁             311-异方性磁铁

312-异方性磁铁             313-异方性磁铁

314-异方性磁铁             320-线圈

321-线圈                   322-线圈

323-线圈                   324-线圈

具体实施方式

图2为本发明往复式发电模块的原理示意图，本发明将多个异方性磁铁20、21、22、23、24彼此以磁性相斥方式互相连接(意即N极与N极相连接，S极与S极相连接)，同时该多个异方性磁铁20、21、22、23、24的外围串绕有线圈25，该线圈25依序以正转与反转方式分段缠绕，意即线圈251与线圈252的缠绕方向为相反，线圈252与线圈253的缠绕方向为相反，线圈253与线圈254的缠绕方向为相反。

在此种配置下使得磁铁总长度相较现有技术可缩短，且同时可增加极数；此外，由于利用相斥磁铁堆栈，故可迫使磁力线束(图中的虚线箭头)的方向尽量与线圈直交；又，由于线圈采多极串绕方式，故可增加圈数密度，使得磁铁与线圈间任何微小的相对运动都可以有效地将磁场变化转为电能输出。

图3为本发明往复式发电模块的结构示意图。本发明的往复式发电模块3包括：外管30、磁柱31、线圈32、轭铁环33、加重质量块34、弹簧35、端盖36以及线圈背铁37。

该外管30为具有一容置空间300的中空管，两端则装设有端盖36；该磁柱31由多个异方性磁铁310、311、312、313、314彼此以磁性相斥方式互相连接形成；该线圈32则依序以正转与反转方式分段缠绕于该外管30的外壁上(即线圈320与线圈321的缠绕方向为相反，线圈321与线圈322的缠绕方向为相反，线圈322与线圈323的缠绕方向为相反，线圈323与线圈324的缠绕方向为相反)；该些线圈320、321、322、323与324彼此之间以数个环绕于该外管30的轭铁环33分开；为使该往复式发电模块3的磁柱32能顺利沿着外管30线性移动，本发明还于该磁柱32的两端设置加重质量块34，且于该加重质量块34与端盖36之间设置有弹簧35，使得该磁柱31于往复运动时可通过弹簧35获得一回复力；于图3的实施例中，为加强导磁，于线圈32之外还设有环绕该线圈32的线圈背铁37。

在此种配置下，只要该磁柱31与线圈32间的相对位移达到单一异方性磁铁的长度时，即可产生电压峰值，因此相较于现有技术的动子长度与冲程，本发明的动子(磁柱31)行程可以缩短为其1/3甚至1/5即可达到瞬间最大电压输出。

于本发明中，该些异方性磁铁彼此间通过粘胶连接或是通过螺丝卯合连接。除了在磁柱与端盖间设置弹簧作为回复力强化之外，也可以将弹簧改为与磁柱相斥的异方性磁铁，如此也能达到与使用弹簧类似的效果。

因此，可将本发明的往复式发电模块用于一维、二维或三维空间运动的能量回收发电装置。如图4所示，图4为可进行二维空间运动的能量回收发电装置4，其中采用两组往复式发电模块40、41，该往复式发电模块40、41彼此成垂直设置，且分别与一整流稳压模块42电连接，该整流稳压模块42再与一蓄电池43(蓄电电容或二次电池)电连接，如此可利用该些往复式发电模块40、41所产生的电力对蓄电池43进行蓄电，之后，该蓄电池43再与一输出负载44(或电源插孔)进行电连接。

因此，相较于现有技术的往复式发电模块，本发明的优点为：

1.本发明由于采用磁铁相斥堆栈与线圈相反绕置的结构，故在磁柱与线圈相对往复位移的过程中可以产生数个电压峰值，适合作为小相对位移量的发电装置；本发明利用两颗以上磁铁堆栈(较佳地是为三颗以上的奇数个磁铁堆栈)，改变原有长距离的磁通路径，缩小磁极之间距离，提升表面磁束密度，相对提高输出的能量密度。

2.一般马达的线圈采用多极串绕方式，每组绕线中间包含了空口面积，圈数密度较低，在较迷你的往复式发电机设计上也不易达成此种绕线配置；本发明正反转串绕的螺线管线圈可以达到最高的圈数密度利用，各槽绕组的感应电动势因为相位同步，刚好可以迭加串联，简单可靠。

3.由于等方性磁铁表磁强度较弱，若采取等方性磁铁刻意充磁成类似本发明的磁通路径形式无法达到明显提升能量密度的目的；本发明通过异方性磁铁相斥排列的堆栈方式可以获得最佳的辐射向表磁分布，磁铁与线圈相对移动时，对于螺线管线圈有最佳的切割效果。

因此，于本发明的往复式发电模块中，磁铁与线圈间的相对位移只要等于两个单一磁铁的长度时即可完成一个完整的交流电压波形输出，因此可用于小范围往复统发电用。

于本发明中，该线圈可以塑料射出成形方式组装定型，因此可省略独立的导引用外管(意即线圈与外管为一体成形)，而磁铁沿着定型的塑料内表面或外表面作为相对移动的导引面。此外，外管的剖面可为圆形、正方形或其它多边形，此种形状的选择端视使用者的需求，而其只要能使线圈与磁铁能产生相对滑移运动即可。又，外管与磁铁的滑动接触面可以利用表面处理或微沟槽结构降低磁铁滑动接触时所造成的摩擦阻力或噪音。线圈的缠绕槽宽与单一磁铁的长度可为相等或不相等；线圈的缠绕槽数与单一磁铁的组合数目也可相等或不相等。各磁铁在贴合连接时，其彼此间也可夹着导磁材料以修改磁通路径型态。各槽线圈之间可以夹着导磁材料以增强线圈所受的磁通变化。

附带一题的是，于本发明中除了于外管两端可设置弹簧外，也可以缓冲件例如橡胶、软质塑料等具有弹性的缓冲高分子材料来取代；或一端设置弹簧而另一端则设置缓冲件。

当运用两组以上平行组合的往复式发电模块时，吾人可以利用刚性结构将往复式发电模块中的动子部分连结在一起，进而达成动子同步运动的效果。而如果运用于非直线运动型态的统中时，则可将两组以上的往复式发电模块不平行配置组合以作为动能回收装置。

由上所述可知，本发明的往复式发电模块可以搭配气动、水力等任何一种强制性的机械功输入，举凡往复式的发电装置都可以利用，例如活塞连杆式潮汐发电机；或是利用动子本身的质量，吸收外界的动能，因此可以与可携式电子产品，例如鼠标及游戏机配件等产品，作为自发电装置的主体。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (15)

1.一种往复式发电模块，其特征在于，包含有：

一导引体；

一磁性体，由多个磁性单元彼此相斥连接所组成，该磁性体可沿着该导引体线性移动；以及

一线圈，沿着该导引体缠绕；

其中，该磁性体与线圈的配置为磁性体在导引体之内且线圈在导引体之外以及线圈在导引体之内且磁性体在导引体之外中的一种。

2.根据权利要求1的往复式发电模块，其特征在于，该磁性单元为异方性磁铁。

3.根据权利要求1的往复式发电模块，其特征在于，该磁性体置于导引体中的一容置空间，该线圈则缠绕于导引体的外壁上。

4.根据权利要求3的往复式发电模块，其特征在于，于该线圈之外还设有环绕该线圈的线圈背铁。

5.根据权利要求1的往复式发电模块，其特征在于，该导引体的两端分别设有弹性单元与缓冲单元中的至少一者。

6.根据权利要求1的往复式发电模块，其特征在于，该导引体的两端分别设有与该磁性体两端相斥的磁性物。

7.根据权利要求1的往复式发电模块，其特征在于，该磁性体的两端还设置有加重质量块。

8.根据权利要求1的往复式发电模块，其特征在于，该线圈包含多槽的线组，该些线组采用正转与反转方式缠绕于导引体上。

9.根据权利要求1的往复式发电模块，其特征在于，该线圈包含多槽的线组，该些线组采用正转与反转方式串绕于导引体上。

10.根据权利要求1的往复式发电模块，其特征在于，该线圈由以同方向缠绕于导引体上的多槽线组所组成，各槽线组之间以并联及串联中的一种方式接线。

11.根据权利要求1的往复式发电模块，其特征在于，该线圈采取单相输出串绕而形成。

12.根据权利要求1的往复式发电模块，其特征在于，该线圈为双相输出的绕线线组。

13.根据权利要求1的往复式发电模块，其特征在于，该线圈为三相输出的绕线线组。

14.根据权利要求1的往复式发电模块，其特征在于，各磁性单元间还设有一导磁材料以修改磁通路径型态。

15.根据权利要求1的往复式发电模块，其特征在于，各槽绕线之间还设有一导磁材料，以增强线圈所受的磁通变化。

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