TW201404006A

TW201404006A - 線性發電裝置

Info

Publication number: TW201404006A
Application number: TW101124490A
Authority: TW
Inventors: guang-zhi Xu; ming-jun Xu; Run-Kai Xu; run-xiang Xu
Original assignee: guang-zhi Xu; ming-jun Xu
Priority date: 2012-07-06
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2014-01-16

Abstract

本發明係指一種可將線性動能轉換成電能之線性發電裝置，其係由至少一磁組及至少一相對之線圈感應組所構成，其中磁組與線圈感應組可呈相對之往復線性運動，且各磁組具有兩兩相對之磁鐵，並令兩兩相對之磁鐵的磁極呈同極對向排列，而各線圈感應組係設於各磁組之兩相對磁鐵間，再者沿運動方向之相鄰磁組的磁鐵係呈異極排列，藉此，由於各磁組之相對磁鐵係呈同極對向排列，其應力為互相排斥的作用，因此在磁力通道內的磁力線受到壓迫而緊密，且磁力通道內的磁力線方向是固定的，故可獲得極大之電流及電壓輸出之目的，再者本發明之磁組與線圈感應組能線性擴充為矩陣排列，使磁力線方向不會互相干擾，同時不會產生磁饋現象，從而可應用於各式具直線運動的場合，如波浪、水面或路面等各類線性震動。

Description

線性發電裝置

本發明隸屬一種電磁發電之技術領域，具體而言係指一種呈同極相對的線性切割矩陣發電裝置，藉以能產生高電壓、大電流，且可應用於各種具直線往復運動的自然力或加工力場所。

按，電為工業之母，更是現代人生活不可或缺的基本能源，然而無論是運用核能、火力、風力或水力發電，都必須經過電磁之發電裝置的發電過程才能將各種動能轉換成電能，因此用於發電的電磁發電裝置之效率攸關各種動能消耗和替代能源的開發。而現有的電磁發電裝置主要係以由線圈與磁鐵所組成之定子與轉子的相對旋轉切割機構為主，其運作原理係如第1、2圖所示，依照弗來明右手定律而言，其中磁力線方向、電流方向及運動方向呈相互垂直，因此在磁鐵之S極與N極的磁場中設有可移動之導線，如此當導線相對垂直之磁力線由內向外移動時，可使導線內產生由右向左流出之電流；而一般發電裝置中的電磁配置係如第3圖所示，其通常係以相對之磁鐵(M1、M2)作為定子，而兩相對磁鐵(M1、M2)的磁極係呈相異狀【亦即磁鐵M1的S極對應磁鐵M2的N極】，且於兩磁鐵(M1、M2)之間設有一作為轉子之線圈(L)，線圈(L)的兩端分別連接集電單元，當線圈(L)的圈面垂直於磁場方向時，通過線圈(L)的磁力線最多；當線圈(L)圈面平行於磁場方向時，通過線圈(L)內的磁力線數最少；如此線圈(L)在磁場中轉動時，每轉動半圈【180度】，線圈內的電流即改變方向一次【正極或負極】，因此當完成轉動一圈時，才能完成一整個切割【即為一個360度的弦波】，而所輸出電流方向交替變換形成交流電。

由於線圈(L)在磁鐵(M1、M2)磁場中運動所產生之電流非常小，所以發電裝置都利用多組線圈(L)在磁鐵(M1、M2)磁場中運動，或利用多組磁鐵(M1、M2)磁場在線圈(L)內運動，以產生較大的電量。然不論採用何者，都會加大發電機的體積與重量，無形間也會加大其轉子的啟動力。因此截至目前為止，擔負將各種動能轉換為電能重任的發電裝置，承如前述，其發電效率仍受限於傳統技術而未能有效發揮，且進一步更可歸納為如下幾點原因：

1、無法超越弗來明右手定律：如第1、2圖所示，磁電配置的三大要素為運動方向、電流方向和磁力線方向，其中運動方向和電流方向容易設定，而磁力線方向則難以掌控，因此磁力線通常都會選擇如第3圖所示界於N-S或S-N間方向固定之慣性磁流，而難以超越。

2、無法駕馭頑固的磁場和多個固定磁鐵交互干涉作用的磁力線變化：如第3圖所示為呈N-S或S-N排列之磁組，其磁力線場即具有多樣性的變化，因此傳統發電裝置使用固定磁鐵(M1、M2)的數量增加有實務上的困難而受到限制。

3、由於受到N-S或S-N排列磁組會產生漏磁現象的影響，傳統發電裝置之固定磁鐵組數，有其上限，否則將會出現磁潰現象，因此欲藉由增加磁組數，以提高切割數之可行性極低。

4、傳統N-S或S-N結構之發電裝置為降低漏磁之損耗，以及提高磁通量，通常會在N-S或S-N磁組的兩磁鐵(M1、M2)中置入導磁鐵蕊，此導磁結構固然可達到預期之效果，但也會因本導磁結構使線圈(L)與磁鐵(M1、M2)間因此產生磁吸效應，反需極大的啟動電流，始能順利運轉，且有功率損耗的問題。

而由於傳統應用技術的最大缺點即是固定磁鐵之應用效率過低，大家都知道固定磁鐵之磁力線是由N極以360度流向S極，而傳統發電裝置是以2個(或倍數)固定磁鐵形成一應用磁場，因此對固定磁鐵之磁力應用僅限於單體之單邊N極或S極，而未運用到另一邊之磁極，加以第3圖所示，2個串接之磁場擁有極為複雜的磁力線分流，其中有互為反向的磁力線方向，並互相影響而減抵磁力，且各部磁流的分流效果會再降低主應用磁場之磁力密度，因此這也是傳統機電組合效率不佳的主因之一。

再者，現有之發電裝置，因其磁鐵的組合係令相異的磁極相對，而產生前述切割數少、體積大、重量大及啟動電流大，造成其存在有功率損耗大及發電效率差的問題，而無法產生高電壓、大電流，所以僅能以提高輸入動能以提升轉速進而增加切割數的方式來克服，如此不僅會增加發電的耗能，且大都設計成可高速旋轉之輪圈式或盤式等圓形軌跡的旋轉結構，在形成排列時，存在有體積大佔空間的問題，且其除了旋轉運動之風力發電外，無法應用於眾多具線性運動之自然力或加工力場合中，如波浪、潮汐水面、路面車輛震動、汽、機車行進震動或慣性震動等各類線性運動，故現有者應用範圍小。

有鑑於此，本發明人乃針對前述現有發電裝置在應用上所面臨的問題深入探討，並藉由多年從事研發的經驗與使用的需求，而積極尋求解決之道，經不斷努力的研究與試作，終於成功的開發出一種線性發電裝置，藉以克服現有發電裝置無法有效應用線性運動發電所造成的不便與困擾。

因此，本發明之主要目的係在提供一種線性發電裝置，藉以能有效的增加切割數，且進一步有效增進空間的應用，並使磁力線方向不會互相干擾，而不致產生磁饋現象，以達到高電壓、大電流之發電目的。

又，本發明之另一主要目的係在提供一種線性發電裝置，藉以能呈矩陣排列線性切割，而可供應用於各類具線性運動之自然力或加工力場所，大幅增加其應用範圍。

基於此，本發明主要係透過下列的技術手段，來實現前述之目的及其功效，其係由至少一磁組及至少一相對之線圈感應組所構成，其中磁組與線圈感應組可呈相對之往復線性運動，且各磁組具有兩兩相對之磁鐵，並令兩兩相對之磁鐵的磁極呈同極對向排列，而各線圈感應組係設於各磁組之兩相對磁鐵間，再者沿運動方向之相鄰磁組的磁鐵係呈異極排列。

藉此，透過前述技術手段的展現，由於本發明發電裝置各磁組之相對磁鐵係呈同極對向排列，使其應力為互相排斥的作用，如此在磁力通道內的磁力線受到壓迫而呈緊密狀，同時磁力線方向是固定的，如此發電裝置可獲得極大之電流及電壓的輸出，再者，由於磁組與線圈感應組係呈線性切割矩陣排列，其磁力線方向不會互相干擾，不致產生磁饋現象，從而可應用於各式具直線運動的場合，如波浪、水面或路面等各類線性震動，能大幅增加其附加價值，並提高其經濟效益。

為使貴審查委員能進一步了解本發明的構成、特徵及其他目的，以下乃舉本發明之較佳實施例，並配合圖式詳細說明如后，同時讓熟悉該項技術領域者能夠具體實施。

本發明係一種線性發電裝置，隨附圖例示之本發明發電裝置的具體實施例及其構件中，所有關於前與後、左與右、頂部與底部、上部與下部、以及水平與垂直的參考，僅用於方便進行描述，並非限制本發明，亦非將其構件限制於任何位置或空間方向。圖式與說明書中所指定的尺寸，當可在不離開本發明之申請專利範圍內，根據本發明之具體實施例的設計與需求而進行變化。

而關於本發明線性發電裝置的構成，則係如第4、 6圖所示，該線性發電裝置係由至少一磁組(10)及至少一相對之線圈感應組(20)所構成，其中磁組(10)與線圈感應組(20)間可呈相對的往復線性運動，可為磁組(10)固定、線圈感應組(20)線性移動【如第4圖所示】，又或為磁組(10)線性移動、線圈感應組(20)固定【如第6圖所示】，且各磁組(10)具有兩兩相對之磁鐵(M1、M2)，並令兩兩相對之磁鐵(M1、M2)的磁極呈同極對向排列，例如令兩磁鐵(M1、M2)呈N-N極相對【如第4圖所示】或S-S極相對【如第6圖所示】之排列模式，而各線圈感應組(20)係設於各磁組(10)之兩相對磁鐵(M1、M2)間，且各線圈感應組(20)上具有至少一對應磁鐵(M1、M2)之線圈(L)；前述磁組(10)之磁流方向係如第5、7圖所示，其中第5圖為第4圖所揭示之磁組(10)排列方式的磁流方向，而第7圖為第6圖所揭示之磁組(10)排列方式的磁流方向。由圖示可見，由於兩個磁鐵(M1、M2)係呈同極對向排列，其應力為互相排斥的作用，因此在由磁力線(C1)及磁力線(C2)組成的磁力通道(C)是受到壓迫而緊密的，且磁力通道(C)內的磁力線(C1、C2)方向是固定的，而不會如異極對向排列模式產生反向慣性磁流之狀況，如此當線圈感應組(20)之其中一線圈(L)通過磁組(10)之兩相對磁鐵(M1、M2)的磁力通道(C)時，即可產生一切割數。

且由於磁組(10)之磁鐵(M1、M2)成同極相斥狀排列，則在兩磁鐵(M1、M2)間的磁力通道(C)，在線圈感應組(20)之線圈(L)通過時，由於磁力線(C1、C2)之相位差為180度，因此可得一包含上下半週的正弦波交流電壓。因此，當磁組(10)越多、或線圈感應組(20)之線圈(L)越多、又或磁組(10)與線圈感應組(20)線圈(L)同時增加時，均可獲得倍數之電流及電壓的輸出，再進一步運用適當縮減磁組(10)之兩相對磁鐵(M1、M2)間之距離，以壓縮磁力通道(C)磁力線(C1、C2)之密度，其能進一步提升磁力切割之效能；藉此，組構成可產生高電壓、大電流之發電裝置者。

再者，本發明發電裝置可呈矩陣排列無限延伸，如第8圖所示，該發電裝置具有多個橫向排列之相鄰磁組(10)之磁鐵(M1~Mn)及間隔設置之多個線圈感應組(20)的線圈(L1~Ln-1)所組成。另如第9圖所示，本發明之發電裝置之磁組(10)的磁鐵(M)與線圈感應組(20)的線圈(L)可進一步沿著運動方向擴充，其中縱向排列之相鄰磁組(10)的磁鐵(M1、M2)係呈異極排列，如N-S-N…，使整個發電裝置呈矩形之矩陣排列，以擴展發電規模，而組構成一發電效率極佳之線性發電裝置。

綜上，本發明可用以建構橫向排列發電模組，使磁組(10)之磁鐵(M1~Mn)以N-S、S-N、N-S、S-N、N-S…方式擴展發電規模，其中部分磁鐵(M2~Mn-1)是共用的，簡而言之，即是使用n個磁鐵即可創造出n-1個發電切割(M1~Mn)之特點，因此可以減少邊際耗材的使用量，以降低成本。

另，習式發電裝置的應用最大的問題即是，各磁組間之磁力線會互相干涉，而抵消磁力，進而導致磁饋現象；反觀，本發明之呈矩形之矩陣排列磁組(10)，則由自身之N端流向緊鄰串聯之磁鐵的S端，各磁鐵間之磁力線方向不會互相干擾，故也不會產生磁饋現象。

又，本發明之磁組(10)的磁鐵(M1、M2)排列為相斥狀排列方式，因此在各磁力通道(C)內的磁力線(C1、C2)方向是穩定、且密集，而具有極佳的發電能力，搭配線性切割發電即可組合成一矩陣線性發電機，實現高電壓、大電流之發電目的。

再者，搭配震動力等自然力，應用範圍廣泛，如為使其發電能量達到可供應工商或民生用電之規模，甚至可以連結多組巨型矩形發電機組成波浪或水面發電機【如第10圖所示】或震動發電機【如第11圖所示】，故可以做到傳統發電機做不到的高電壓、大電流之自主發電，因此本發明呈矩形排列之矩陣式線性切割發電裝置，可以擷取自然力或運用加工力使其轉換為高電壓、大電流之電能。

藉此，可以理解到本發明為一創意極佳之創作，除了有效解決習式者所面臨的問題，更大幅增進功效，且在相同的技術領域中未見相同或近似的產品創作或公開使用，同時具有功效的增進，故本發明已符合發明專利有關「新穎性」與「進步性」的要件，乃依法提出申請發明專利。

(10)‧‧‧磁組

(M1)‧‧‧磁鐵

(M2)‧‧‧磁鐵

(M3)‧‧‧磁鐵

(Mn)‧‧‧磁鐵

(L)‧‧‧線圈

(L1)‧‧‧線圈

(L2)‧‧‧線圈

(Ln-1)‧‧‧線圈

(C)‧‧‧磁力通道

(C1)‧‧‧磁力線

(C2)‧‧‧磁力線

(20)‧‧‧線圈感應組

第1圖：係弗來明右手定律之手指示意圖。

第2圖：係弗來明右手定律之電磁應用示意圖。

第3圖：係習式電磁裝置的磁力線分佈示意圖。

第4圖：係本發明一種線性發電裝置的配置示意圖。

第5圖：係本發明電磁裝置之磁力線分佈示意圖。

第6圖：係本發明一種線性發電裝置的另一種配置示意圖。

第7圖：係本發明電磁裝置的另一種配置之磁力線分佈示意圖。

第8圖：係本發明之多層式發電裝置實施例的簡要架構示意圖。

第9圖：係本發明之矩陣式發電裝置實施例的簡要架構示意圖。

第10圖：係本發明發電裝置應用於波浪、潮汐水面之發電架構示意圖。

第11圖：係本發明發電裝置應用於震動型機構之發電架構示意圖。