CN203589987U - 感应式发电装置 - Google Patents

Abstract

一种感应式发电装置。当一磁体磁场作用于一原本无磁性的导磁材料上，因为磁化现象而在导磁材料上产生异名磁极，而与磁体相互吸引，产生磁吸力。设有一与一导磁材料因磁吸力的作用而产生相对运动的转子，所述转子由多个含有相对N极及S极的磁铁所组成，与转子非同一轴心的偏轴向周边设有多组间隔相邻的线圈绕组，线圈绕组绕设于至少一定位构件的周边；由线圈绕组运动方向及所述转子磁场方向取得一瞬间电流方向，每一相邻线圈绕组具有与所述瞬间电流方向相反的电流流入绕线及电流流出绕线；从而形成一种可提升所产生感应的电压及电流，并加大此类发电装置的应用范围。

Description

感应式发电装置

技术领域

本实用新型一感应式发电装置。运动中的导磁物体，因为转子磁铁产生的磁场作用在运动中的导磁物体上，使得导磁物体发生磁化现象，产生异名磁极(Opposite poles)，与转子磁铁相互吸引，带动转子磁铁产生相对运动，切割磁力线，产生感应电动。再配合多绕组技术与绕线方式的变化组合性，有效降低此类发电装置的制造成本下，可提升所产生感应的电压及电流，并扩大此类发电装置的应用范围。

背景技术

传统发电装置大都设有一转子以及一定子，透过转子的转动，以及外设的线圈，经由切割磁力线而能产生感应电动势及电流。但此类传统发电装置的前提是，必须以一动力装置（如马达）来连接及带动上述的转子不断旋转。

现有的此类电动机设备必须以动力装置与转子「直接接触」的方式来产生动力，包括透过如齿接元件，炼条或叶片等相关构件来连动，才能获得所要的感应电动势或电流。亦即，此类传统电动机设备必须与动力源进行「直接接触」的方式连动，受到此一条件限制，使此类电动机设备在实际应用上受到相当大的限制。

于中国台湾102年2月1日所公开的德商第101122910号（WC2013004320A1）「非接触式发电装置、尤其是自行车直流发电机、车辆照明系统及自行车」发明专利申请案，则提供了一种无需使用直接接触带动的发电装置，使此类发电装置可摆脱外部动力设备的限制。

所述的德商前案揭示的结构技术内容主要包括：直流发电机设置在一可转动的导电性的对应件上,尤其是设置在轮圈上,具有至少一个可移动且具有至少一个磁铁的转子,以及具有至少一个线圈,且线圈内至少有一个绕组可透过与转子移动的磁铁感应产生电流,其中转子可透过与对应件的磁性交互作用移动,同时转子位于在一构成不间断的圆形轨道且具有导电性的对应件内产生至少一个以涡流为基的磁场的作用位置,其中透过导电性的对应件及转子之间的连续相对运动在导电性的对应件内感应生成带有彼此极性相反之磁场的连续彼此反向转动的涡流场,因此转子在形成涡流联动装置的情况下与导电性的对应件一同被移动。

而其主要运作原理为：最接近导电性的对应件的磁铁的磁力线及进入导电性的对应件并感应生成彼此相反的涡流场，及因而产生磁场。在轮圈转动方向上位于前方的磁场会对磁铁转子产生一个磁吸力，在轮圈转动方向上位于后方的磁场会对磁铁转子产生一个磁推力，因此形成作用在磁铁上的力，这个力造成转子的转动。

图1显示所述前案的主要结构图，主要是将含有多个磁铁所构成的转子10设在一对应件轮圈11接近的位置，并在转子10外周绕设线圈12，整个装置可被放在一外壳13内部。依上述结构使磁铁的磁力线可在导电性的对应件轮圈11感应生成彼此相反的涡流场并形成转子10的旋转动力来源。

所述的德商第101122910号（WC2013004320A1）「非接触式发电装置、尤其是自行车直流发电机、车辆照明系统及自行车」台湾发明专利申请案，利用涡电流带动转子运转，线圈12是以径向方式绕设于转子10上下表面，绕组数亦受到限制，而使所产生的感应电压及电流受到影响，所产生的感应电压及电流量较少之外，受到其线圈12的绕设方式，亦必须采用特定数量(2+n*4)的磁铁作为转子，同时，必须采用较高等级的磁铁作为转子来产生足以应用在耗电器具上的能量，使此一设备的整体成本明显提高。

实用新型内容

本实用新型主要目的在提供一种感应式发电装置，能有效提升感应式发电装置所产生的感应电压及电流。

本实用新型又一目的在提供一种感应式发电装置，能加大感应式发电装置的应用范围。

本实用新型再一目的在提供一种感应式发电装置，能使所连接的耗电器具的启动电压(start up voltage)更为提升。

本实用新型另一目的在提供一种感应式发电装置，能采用较低等级的转子磁铁，以降低发电装置的生产成本。

为达到以上目的，本实用新型公开了一种感应式发电装置，其特征在于：包含一与一导磁材料因磁吸力的作用而产生相对运动的转子，所述转子由多个含有相对N极及S极的磁铁所组成，所述转子非同一轴心的偏轴向周边设有多组间隔相邻的线圈绕组，所述线圈绕组绕设于至少一定位构件的周边，所述定位构件设有多个间隔的线圈绕组隔墙；依所述线圈绕组运动方向及所述转子磁场方向取得一瞬间电流方向，所述的每一相邻线圈绕组具有与所述瞬间电流方向相反的电流流入绕线及电流流出绕线；并使所述线圈绕组每一绕线为在所述磁铁的N极为朝下方向绕设，并在S极则为朝上的相对方向绕设。

其中，所述线圈绕组以所述绕线依序逐一绕满相邻的每一隔墙。

其中，所述绕线在一隔墙绕过一圈，再绕到相邻隔墙一圈，并依序绕到以下的每一所述隔墙，直到绕设成所述的线圈绕组结构。

其中，所述多个间隔线圈绕组的相邻线圈绕组为反向绕设。

其中所述定位构件为一设于所述转子外周的定子，所述定子外周边表面设有多个间隔的隔墙，所述的隔墙由所述绕线绕出与所述转子在非同一轴心的偏轴向的外周边多个所述的间隔线圈绕组。

其中，所述转子外周设有一作为所述定位构件的线圈绕线架，该线圈绕线架在内周面设有多个间隔的隔墙，所述绕线方式在所述的隔墙绕出与所述转子在非同一轴心的偏轴向的内周边多个间隔线圈绕组。

其中，所述转子设在外层，使所述转子每一构成磁铁具有局部径向长度以形成一内圈部，供置入所述定位构件，并于该定位构件设有多个间隔的隔墙，并在所述多个间隔的隔墙绕设邻近所述转子的多个间隔线圈绕组。

其中，所述转子组接一轴心，所述轴心预设中空部供接出所述线圈绕组的导线。

其中，所述感应式发电装置设为长条状且设于一火车车厢底部邻近于所述火车的下方铁轨。

其中，所述感应式发电装置以多个装设于一轮胎外壳内部，所述感应式发电装置接近所述轮胎的至少其中一导磁材料轮框从而经由输出电力的并联用于电动汽机车的电能回充。

其中，所述感应式发电装置装设于一水力发电设备外周。

通过上述结构，本实用新型使缠绕的线圈绕组能透过不同场合加以选择设置，同时，由于线圈绕组的绕线方式及结构，能更为有效的提升整个感应电压及电流，使用于耗电器材时能加快输电速度，并可加大非接触发电设备的应用范围，且因整体结构的改良而能选择使用成本较低的磁铁等级，降低整个装置的生产成本。

附图说明

图1：显示其中一种已知的非接触式发电设备结构图。

图2：显示本实用新型一可行实施例的转子及绕线结构式意图。

图3：显示图2的转子展开状态绕线结构图。

图4：显示本实用新型发电机原理，在已知线圈运动方向及磁场方向下所得知的瞬间电流方向示意图。

图5：显示本实用新型其中一种绕线方式结构图，其中，转子的磁铁为展开状态。

图6：显示如图5的本实用新型另一种绕线结构图。

图7：显示本实用新型一切割磁力线的较佳绕线结构图。

图8：显示本实用新型另一种可行的绕线结构图。

图9：显示本实用新型第一种可行应用实施例图。

图10：显示本实用新型第二种可行应用实施例图。

图11：显示本实用新型第三种可行应用实施例图。

图12：显示本实用新型第四种可行应用实施例图。

图13：显示图12的端视图。

图14：显示本实用新型第五种可行应用实施例图。

图15：显示本实用新型第六种可行应用实施例图。

图16：显示本实用新型第七种可行应用实施例图。

具体实施方式

本实用新型新颖性及其他特点将于配合以下附图较佳实施例详细说明而趋于明了。

如图2及图3所示，本实用新型设有一与一导磁材料（此图未示）因磁吸力的作用而产生相对运动的转子20，所述转子20由多个含有相对N极及S极的磁铁21所组成，本实用新型在所述转子20非同一轴心的偏轴向周边设有多组间隔的线圈绕组30，所述线圈绕组30可绕设于如定子之类定位构件的周边。此处所指周边并非仅限定于外周边，依以下具体实施例所示，亦可为相对于定位构件的转子20内周边。所述线圈绕组30每一绕线的绕设方向如箭头A所示与转子20如箭头A1所示的转动方向为相反的方向进行缠绕，同时，请参图4，依据发电机原理，在已知线圈绕组30运动方向F及转子20磁场方向B之下，可得知瞬间电流方向I，因此使所述的每一相邻线圈绕组30具有相反的电流流入绕线31及电流流出绕线32；同时，使线圈绕组30每一绕线的绕设方式为在磁铁21的N极为朝下，并在S极则为朝上的相对方向的方式予以绕设。

物质可分为磁性物质与非磁性物质，物质的磁性来源于原子的磁性，而原子的磁性源于粒子自旋与轨道运动，对应的有电子自旋磁矩与核自旋磁矩以及轨道磁矩，磁矩的向量总和，称为固有磁矩(intrinsic magnetic moment)或是分子磁矩(molecular magnetic moment)。当一外加磁场作用在原本无磁性的磁介质(magnetic medium)上，将使得磁介质内部的固有磁矩重新定向有序排序，结果使得磁介质所属空间磁场发生变化，产生一个附加磁场且磁介质呈现出磁性，这种现象即为磁化。不同的磁材质会有不同的磁化强度。

磁介质依据磁化强度可分为抗磁性(如:铜、银...)、顺磁性(如:铝、锰...)与铁磁性(如:铁、镍...)，抗磁性介质会产生斥力，因此，所述与转子20相对运动的导磁材料，于本实用新型定义为顺磁性(Paramagnetism)与铁磁性(Ferromagnetism)的磁介质，以及含顺磁性、铁磁性材料的合成金属，使之磁化强度大于一定值而能产生磁吸力作用。例如：铝合金ADC12

运动中的导磁物体，因为转子磁铁产生的磁场作用在运动中的导磁物体上，使得导磁物体发生磁化现象，产生异名磁极，与转子磁铁相互吸引，带动转子磁铁产生相对运动，切割磁力线，产生感应电动势。

图5显示本实用新型其中一种可行的绕线方式，在展开状态的转子20，以6件磁铁21所构成的转子20为例，在定子之类定位构件可预设多个间隔的隔墙51、52、53，绕线可先在第一隔墙51完全绕满形成所需的线圈绕组30后，再依序绕满相邻的第二隔墙52及第三隔墙53。图6显示本实用新型另一种可行的绕线方式，主要是在第一隔墙51绕过一圈后，引拉绕线到第二隔墙52绕过一圈，再依序绕到以下的每一隔墙，然后引拉回到第一隔墙51重复绕线动作直到绕设成所需的线圈绕组30。

如图7所示，由于线圈绕组30只有直径方向切割磁力线，因此每一线圈绕组30的上下横向绕线33、34最好超过转子20每一构成磁铁21的长度。

图8显示本实用新型另一种可行的绕线方式，主要是使相邻的线圈绕组30反向绕设，即如图示的第1、3、5隔墙的线圈绕组30为逆时钟方向35绕设，第2、4隔墙的线圈绕组30为顺时钟方向36绕设。

本实用新型感应式发电装置所能产生的感应电动势（电压）及电流至少会受到以下因素的影响：

1.感应电压及电流主要是在线圈切割磁力线时，相对感应所产生，因此，磁力线(磁通)密度越高及磁力线(磁通)的变化量愈大，所产生的感应电压及电流就越大。

2.绕组线圈的导线粗细会影响绕组圈数及线阻大小，直接影响到感应电压及电流的大小。

3.所使用转子磁铁的材料、等级、尺寸及数量会影响到感应电压及电流的大小与频率。

4.轴心与轴承的材质使用导磁材料，由于磁化现象会产生附加磁场，相对的增加转子磁铁组的磁通量，直接影响感应电压与电流的大小。

本实用新型依以上的各种不同绕线方式，经由不同绕组数量、绕线的线径、圈数、绕线方向的选择，其所能产生的感应电压及电流相当优异，如以下列表所示：

图9显示本实用新型第一种可行应用实施例，在一由多个磁铁21所组成的转子20外周邻近位置设有一定子50，该定子50在外周边表面设有多个间隔的隔墙51、52、53，而可依上述绕线方式在所述的隔墙51、52、53绕出与所述转子20在非同一轴心的偏轴向的外周边多个间隔线圈绕组30。一能与所述转子相对移动并以所述导磁材料所制成的对应件60则能以近距离但非接触的方式设在整个装置邻近位置，经由相对运动使转子20转动切割磁力线而感应产生所需的电压及电流。

以下各种不同实施例虽有各种变换型式，但为方便加以叙述说明及了解，基本构件中的转子20、磁铁21、线圈绕组30及定子隔墙51、52、53-----，均使用同样标号。

图10显示本实用新型第二种可行实施例，显示在转子20外周设有一作为定子功能的线圈绕线架501，该线圈绕线架501在内周面同样设有多个间隔的隔墙51、52、53-----，而可依上述其中一种绕线方式在所述的隔墙51、52、53-----绕出与所述转子20在非同一轴心的偏轴向的内周边多个间隔线圈绕组30。

图11显示本实用新型第三种可行实施例，显示将转子20设在外层，使转子20每一构成磁铁21仅具有局部径向长度，而可形成一内圈部，供置入组接于内中心孔轴心组件的作为定子的定位构件502，并于该定位构件502接近中央孔所设轴心位置同样设有多个间隔的隔墙51、52、53-----，并在该等同样设有多个间隔的隔墙51、52、53-----绕设邻近转子20的多个间隔线圈绕组30。当然，于此一实施例中，在转子20外层可设置另一层外环圈22。

图12及图13显示本实用新型第四种可行实施例，其与上述第三实施例相近，使转子20每一构成磁铁21仅具有局部径向长度，而可形成一内圈部，供置入一轴心70做为所述转子20的动作轴，并于该轴心70两端分别套设轴承71，于与第三实施例相近的定位构件502同样设有多个可供组装于轴心的间隔隔墙51、52、53-----，供绕设邻近转子20的多个间隔线圈绕组30。于此一实施例中，所述轴心70可预设中空部72供接出导线301。

图14所示的本实用新型另一种延伸的本实用新型第五实施例中，本实用新型整个装置100可设为长条状，并将其设于如火车或电车的车厢101底部邻近于下方的铁轨102。

图15所示的本实用新型另一种延伸的第六实施例中，本实用新型整个装置100亦能以多个的方式装设于轮胎外壳161内部，使其接近轮胎162的导磁材料轮框163，而可经由输出电力的并联，使用于电动汽机车的电能回充。

图16所示的本实用新型另一种延伸的第七实施例中，本实用新型亦可作为感应式的水力发电设备，使水力发电设备170在其内部旋转叶片171受到水流方向172冲击而旋转时，只要在此一设备的外周装设多个的本实用新型装置100，同样能使发电组件发电。

本实用新型感应式发电装置，使缠绕的线圈绕组能透过不同场合加以选择设置，同时，由于线圈绕组的绕线方式及结构，能更为有效的提升整个感应电压及电流，使用于耗电器材时能加快输电速度，并可加大非接触发电设备的应用范围，且因整体结构的改良而能选择使用成本较低的磁铁等级，降低整个装置的生产成本。

Claims (11)

1.一种感应式发电装置，其特征在于：包含一与一导磁材料因磁吸力的作用而产生相对运动的转子，所述转子由多个含有相对N极及S极的磁铁所组成，所述转子非同一轴心的偏轴向周边设有多组间隔相邻的线圈绕组，所述线圈绕组绕设于至少一定位构件的周边，所述定位构件设有多个间隔的线圈绕组隔墙；依所述线圈绕组运动方向及所述转子磁场方向取得一瞬间电流方向，所述的每一相邻线圈绕组具有与所述瞬间电流方向相反的电流流入绕线及电流流出绕线；并使所述线圈绕组每一绕线为在所述磁铁的N极为朝下方向绕设，并在S极则为朝上的相对方向绕设。

2.如权利要求1所述感应式发电装置，其特征在于，所述线圈绕组以所述绕线依序逐一绕满相邻的每一隔墙。

3.如权利要求1所述感应式发电装置，其特征在于，所述绕线在一隔墙绕过一圈，再绕到相邻隔墙一圈，并依序绕到以下的每一所述隔墙，直到绕设成所述的线圈绕组结构。

4.如权利要求1所述感应式发电装置，其特征在于，所述多个间隔线圈绕组的相邻线圈绕组为反向绕设。

5.如权利要求1所述感应式发电装置，其特征在于，所述定位构件为一设于所述转子外周的定子，所述定子外周边表面设有多个间隔的隔墙，所述的隔墙由所述绕线绕出与所述转子在非同一轴心的偏轴向的外周边多个所述的间隔线圈绕组。

6.如权利要求1所述感应式发电装置，其特征在于，所述转子外周设有一作为所述定位构件的线圈绕线架，该线圈绕线架在内周面设有多个间隔的隔墙，所述绕线方式在所述的隔墙绕出与所述转子在非同一轴心的偏轴向的内周边多个间隔线圈绕组。

7.如权利要求1所述感应式发电装置，其特征在于，所述转子设在外层，使所述转子每一构成磁铁具有局部径向长度以形成一内圈部，供置入所述定位构件，并于该定位构件设有多个间隔的隔墙，并在所述多个间隔的隔墙绕设邻近所述转子的多个间隔线圈绕组。

8.如权利要求7所述感应式发电装置，其特征在于，所述转子组接一轴心，所述轴心预设中空部供接出所述线圈绕组的导线。

9.如权利要求1所述感应式发电装置，其特征在于，所述感应式发电装置设为长条状且设于一火车车厢底部邻近于所述火车的下方铁轨。

10.如权利要求1所述感应式发电装置，其特征在于，所述感应式发电装置以多个装设于一轮胎外壳内部，所述感应式发电装置接近所述轮胎的至少其中一导磁材料轮框从而经由输出电力的并联用于电动汽机车的电能回充。

11.如权利要求1所述感应式发电装置，其特征在于，所述感应式发电装置装设于一水力发电设备外周。

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