TW201625863A

TW201625863A - 飛輪裝置

Info

Publication number: TW201625863A
Application number: TW104101214A
Authority: TW
Inventors: 林高合; 王世宏
Original assignee: 林高合; 王世宏
Priority date: 2015-01-14
Filing date: 2015-01-14
Publication date: 2016-07-16
Also published as: CN105782341A; CN105782341B; TWI546469B

Abstract

一種飛輪裝置，用以解決現有飛輪裝置運轉時穩定性不佳的問題。該飛輪裝置包含一輪盤，該輪盤中央設有一軸接部，且該輪盤沿一圓周方向區分為一第一區塊、一第八區塊、一第三區塊、一第四區塊、一第九區塊、一第二區塊、一第七區塊及一第六區塊，各該區塊分別設有一凹槽，且各該區塊之凹槽的容積均不相等，使該第一區塊、第二區塊、第三區塊、第四區塊、第六區塊、第七區塊、第八區塊及第九區塊的重量比形成1：2：3：4：6：7：8：9。

Description

飛輪裝置

本發明係關於一種飛輪裝置，尤其是一種於徑向方向上具有不均等之重量配置的飛輪裝置。

請參照第1圖，其係一種習知飛輪裝置9，該飛輪裝置9包含一輪盤91，該輪盤91中央開設一軸孔92，該輪盤92用以供結合一轉動軸(圖未繪示)。該飛輪裝置9可以受該轉動軸帶動而旋轉，其中，該輪盤91於該轉動軸之徑向方向上的重量分布均等，在該輪盤91轉動時，將產生環繞該轉動軸旋轉的趨向，使得該飛輪裝置9能夠提供一扭力(torque)。

然而，受到製程公差影響，該輪盤91於該轉動軸之徑向方向上的重量分布無法完全均等，一旦該輪盤91之重心位置存在誤差而偏離該軸孔92中心，在該輪盤91轉動時將會產生偏心作用，致使該輪盤91形成不平衡的旋轉，容易衍生軸向偏轉(pitching)或震動(vibration)等情形，進而導致該飛輪裝置9所能夠提供的扭力隨之下降。換言之，該飛輪裝置9無法持續且穩定地提供扭力，造成該轉動軸必須消耗更高的動力來維持該飛輪裝置9的轉速。

再者，該輪盤91係為實心圓盤，因此該輪盤91之軸向截面將形成長方形，亦即，該輪盤91之軸向截面的有效截面積較大，使其具有較大的風阻係數，因而阻礙該輪盤91轉動。據此，受到該輪盤91具有較大的風阻係數影響，該飛輪裝置9之扭力輸出可能會進一步降低。

有鑑於此，習知的飛輪裝置9確實仍有加以改善之必要。

本發明提供一種飛輪裝置，藉由將一輪盤沿一圓周方向區分為八個區塊，並且於各該區塊設置一凹槽，使各該區塊具有不同的重量，以確保該輪盤能夠平衡的旋轉。

本發明的飛輪裝置包含：一輪盤，該輪盤中央設有一軸接部，且該輪盤沿一圓周方向區分為一第一區塊、一第八區塊、一第三區塊、一第四區塊、一第九區塊、一第二區塊、一第七區塊及一第六區塊，各該區塊分別設有一凹槽，且各該區塊之凹槽的容積均不相等，使該第一區塊、第二區塊、第三區塊、第四區塊、第六區塊、第七區塊、第八區塊及第九區塊的重量比形成1：2：3：4：6：7：8：9。

如上所述之飛輪裝置，其中，該第一區塊、第八區塊、第三區塊、第四區塊、第九區塊、第二區塊、第七區塊及第六區塊係沿該圓周方向將該輪盤劃分為放射狀排列的八等分。

如上所述之飛輪裝置，其中，該輪盤於該軸接部之徑向方向上相對之任二區塊的重量總和相等。

如上所述之飛輪裝置，其中，該第一區塊、第三區塊、第九區塊及第七區塊與其各自二側之區塊的重量總和相等。

如上所述之飛輪裝置，其中，該輪盤於該軸接部之一軸向方向上具有呈相對的二表面，各該區塊之凹槽為盲槽，且各該區塊之凹槽同時設置於該二表面。

如上所述之飛輪裝置，其中，該輪盤於該軸接部之徑向方向上另區分為一外環部及一中央部，該中央部連接於該軸接部，該外環部係環繞該中央部，且各該區塊之凹槽係設置於該中央部。

如上所述之飛輪裝置，其中，另包含一輔助轉動模組，該輔助轉動模組包含一基座、一調整件及一磁性件，該調整件設置於該基座，該磁性件結合該調整件，該磁性件具有遠離該基座之一磁性面，該調整件用以使該磁性面與該基座的角度能夠被略微調整，且各該的外周緣分別結合一磁鐵，各該磁鐵具有遠離該輪盤之一磁性面，且各該磁鐵之磁性面與該磁性件之磁性面具有相同之極性。

如上所述之飛輪裝置，其中，當該磁性件未承受外力時，該磁性件之磁性面朝向該輪盤的外周緣，且當其中一磁鐵旋轉接近該磁性件時，該磁性件將略微朝向與該磁鐵相反之方向偏轉，使得該磁性件之磁性面與該基座間形成一夾角。

據由前述結構，本發明的飛輪裝置可在各該區塊設置容積均不相等的之凹槽，使各該區塊具有不同的重量，即可使該輪盤之各個區塊在旋轉過程中的轉動慣量不同，同時，透過適當排列各該區塊可以使該輪盤1受該轉動軸帶動而旋轉時達到轉動平衡的效果，使得該輪盤1能夠平衡的旋轉而不會衍生軸向偏轉或震動等情形，具有提升飛輪裝置之扭力輸出的功效。

〔本發明〕

1‧‧‧輪盤

10‧‧‧軸接部

11‧‧‧第一區塊

111‧‧‧凹槽

12‧‧‧第二區塊

121‧‧‧凹槽

13‧‧‧第三區塊

131‧‧‧凹槽

14‧‧‧第四區塊

141‧‧‧凹槽

16‧‧‧第六區塊

161‧‧‧凹槽

17‧‧‧第七區塊

171‧‧‧凹槽

18‧‧‧第八區塊

181‧‧‧凹槽

19‧‧‧第九區塊

191‧‧‧凹槽

1a‧‧‧表面

1b‧‧‧表面

1c‧‧‧外環部

1d‧‧‧中央部

2‧‧‧輔助轉動模組

21‧‧‧基座

22‧‧‧調整件

23‧‧‧磁性件

231‧‧‧磁性面

3‧‧‧磁鐵

31‧‧‧磁性面

X‧‧‧軸向方向

W‧‧‧重量

r‧‧‧旋轉半徑

θ‧‧‧夾角

〔習知〕

9‧‧‧飛輪裝置

91‧‧‧輪盤

92‧‧‧軸孔

r’‧‧‧旋轉半徑

第1圖：一種習知飛輪裝置的外觀圖。

第2圖：本發明第一實施例的外觀圖示意圖。

第3圖：本發明第一實施例沿第2圖之剖線I-I的剖視示意圖。

第4圖：本發明第二實施例的外觀圖示意圖。

第5圖：本發明第三實施例的外觀圖示意圖。

第6圖：本發明第三實施例的使用情形示意圖。

第7圖：本發明第三實施例之輪盤的第八區塊旋轉接近磁性件的使用情形示意圖。

第8圖：本發明第三實施例之輪盤的第八區塊旋轉至輔助轉動模組的位置的使用情形示意圖。

第9圖：本發明第三實施例之輪盤的第八區塊遠離該輔助轉動模的使用情形示意圖。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第2圖所示，其係本發明飛輪裝置第一實施例，該飛輪裝置包含一輪盤1，該輪盤1中央設有一軸接部10，且該輪盤1可以沿一圓周方向(例如：順時針方向或逆時針方向)區分為八個區塊，分別為一第一區塊11、一第八區塊18、一第三區塊13、一第四區塊14、一第九區塊19、一第二區塊12、一第七區塊17及一第六區塊16。其中，該軸接部10可以為軸孔或單向軸承，用以結合一轉動軸；或者，該軸接部10可以為輪軸，所述輪軸可以經由連軸器等傳動裝置接合於一轉動軸，本發明並不以此為限。該輪盤1係為圓形，且該第一至第四區塊11、12、13、14與第六至第九區塊16、17、18、19係將該輪盤1劃分為放射狀排列的八等分。該第一至第四區塊11、12、13、14分別設有一凹槽111、121、131、141，同理，該第六至第九區塊16、17、18、19亦分別設有一凹槽161、171、181、191，且各該區塊之凹槽的容積均不相等，使得該第一、第二、第三、第四、第六、第七、第八及第九區塊11、12、13、14、16、17、18、19的重量比形成1：2：3：4：6：7：8：9。

更詳言之，該第一區塊11之凹槽111的容積最大，該第二區塊12之凹槽121的容積次之，接著依序為該第三、第四、第六、第七及第八區塊13、14、16、17、18之凹槽131、141、161、171、181，該第九區塊19之凹槽191的容積則最小。據此，該第一至第四區塊11、12、13、 14與第六至第九區塊16、17、18、19將形成具有不同重量的八個區塊，且透過設計，使該第一至第四區塊11、12、13、14與第六至第九區塊16、17、18、19之凹槽111、121、131、141、161、171、181、191的容積具有適當差值，即可使該第一至第四區塊11、12、13、14與第六至第九區塊16、17、18、19的重量比形成1：2：3：4：6：7：8：9，係本領域技術人員所能理解實施者。

其中，請一併參照第3圖所示，係該第一實施例之飛輪裝置沿第2圖之剖線I-I的剖視示意圖，該輪盤1於該軸接部10之一軸向方向X上具有呈相對的二表面1a、1b，其中，各該區塊之凹槽可以為盲槽，且各該區塊之凹槽可以設置於該輪盤1之其中一表面；或者，各該區塊之凹槽可以同時設置於該輪盤1之二表面1a、1b。舉例而言，如第3圖所示，在本實施例中，該第一區塊11之凹槽111係呈對稱狀地設置於該輪盤1之二表面1a、1b；同樣地，其它七個區塊之凹槽亦呈對稱狀地設置於該輪盤1之二表面1a、1b。惟，各該區塊之凹槽也可以為貫穿該二表面1a、1b的穿槽，本發明並不加以限制。

藉由上述結構，本發明飛輪裝置第一實施例實際使用時，該軸接部10可供結合一轉動軸，該轉動軸係受一動力源(例如：馬達)驅動，使該輪盤1可以受該轉動軸帶動而旋轉。注意到，雖然該第一至第四區塊11、12、13、14與第六至第九區塊16、17、18、19為具有不同重量的八個區塊，然而該輪盤1於該軸接部10之徑向方向上相對之任二區塊的重量總和均相等。更詳言之，已知該第一至第四區塊11、12、13、14與第六至第九區塊16、17、18、19的重量比形成1：2：3：4：6：7：8：9，且該第一及第九區塊11、19、該第二及第八區塊12、18、該第三及第七區塊13、17與該第四及第六區塊14、16分別於該軸接部10之徑向方向上相對，因此，若該第一及第九區塊11、19之重量總和為W，則該第二及第八區塊12、18、該第三及第七區塊13、17與該第四及第六區塊14、16之重量總和均為W。再者，請續參照第2圖所示，該第一區塊11及其二側之區塊(第六及第八區塊16、18)的重量總和為1.5W；該第三區塊13及其二側之區塊(第八及第四區塊18、14)的重量總和為1.5W；該第九區塊19及其二側之區塊(第四及第二區塊14、12)的重量總和為1.5W；且該第七區塊17及其二側之區塊(第八二及第六區塊12、16)的重量總和同樣為1.5W。換言之，於該圓周方向上分別相差90°之第一區塊11、第三區塊13、第九區塊19及第七區塊17與其各自二側之區塊的重量總和均相等。

據此，該第一實施例藉由使該輪盤1於該軸接部10之徑向方向上相對之任二區塊的重量總和相等，並且使於該圓周方向上分別相差90°之第一區塊11、第三區塊13、第九區塊19及第七區塊17與其各自二側之區塊的重量總和均相等，可以使該輪盤1受該轉動軸帶動而旋轉時達到轉動平衡的效果。其中，由於該第一至第四區塊11、12、13、14與第六至第九區塊16、17、18、19具有不同重量，因此該輪盤1之各個區塊在旋轉過程中的轉動慣量不同。以該輪盤1朝向該圓周方向旋轉為例，該第九區塊19的重量大於與其相鄰之第二區塊12的重量，使該第九區塊19具有較高的轉動慣量，當該第九區塊19朝向該第二區塊12的位置旋轉時，該第九區塊19能夠迫使該第二區塊12一併轉動，使得該輪盤1能夠穩定旋轉。換言之，若將該第九區塊19與第二區塊12的轉動過程以行進波函數分析時，該第九區塊19的前進波係大於該第二區塊12地接收波，因此該第九區塊19能夠穩定朝向該第二區塊12的位置旋轉。類似的效應亦存在於該輪盤1的其它區塊。

由此可知，本發明飛輪裝置第一實施例係利用該第一至第四區塊11、12、13、14與第六至第九區塊16、17、18、19具有不同重量，使該輪盤1之各個區塊在旋轉過程中的轉動慣量不同，並且透過適當排列各該區塊可以使該輪盤1受該轉動軸帶動而旋轉時達到轉動平衡的效果。相較前述習知飛輪裝置9之輪盤91需要於徑向方向上使重量形成均等分布，容易受到到製程公差影響使該輪盤91之重心位置存在誤差，因而在該輪盤91旋轉時衍生軸向偏轉(pitching)或震動(vibration)等情形，本發明飛輪裝置第一實施例係使該輪盤1之各個區塊具有不同重量，換言之，該輪盤1之各個區塊的重量已預先存在差值，因此使該輪盤1不易受到製程公差影響。據此，本發明飛輪裝置第一實施例之輪盤1在轉動時不易產生偏心作用，該輪盤1能夠平衡的旋轉而不會衍生軸向偏轉或震動等情形，使得該飛輪裝置的能夠持續且穩定地提供扭力，具有提升飛輪裝置之扭力輸出的功效。

再者，請續參照第3圖所示，本發明飛輪裝置第一實施例係藉由於該第一至第四區塊11、12、13、14與第六至第九區塊16、17、18、19亦分別設置一凹槽111、121、131、141、161、171、181、191，使該第一至第四區塊11、12、13、14與第六至第九區塊16、17、18、19形成具有不同重量的八個區塊。於該輪盤1之各個區塊開設凹槽將可縮減該輪盤1之軸向截面的有效截面積，換言之，相較習知飛輪裝置9之輪盤91的軸向截面形成長方形，本發明飛輪裝置第一實施例利用於該輪盤1設置凹槽，能夠縮減該輪盤1之有效截面積，以降低該輪盤1的風阻係數，具有近一步提升飛輪裝置之扭力輸出的功效。

為了凸顯本發明飛輪裝置第一實施例相較習知飛輪裝置9確實具有較高的扭力輸出，請一併參照第1及2圖所示，以旋轉半徑r為180mm且總重量為30kg的一輪盤1進行測試，並且採用旋轉半徑r’為180mm且總重量同樣為30kg之習知飛輪裝置9的輪盤91作為對照。以一馬達作為動力源驅動該輪盤1旋轉，該馬達採用東元電機公司框號132M/額定電壓220V/馬力10HP/輸出功率7.5kW之產品，該馬達需消耗1.18kW 的功率來帶動該輪盤1以1800rpm的轉速旋轉；相對地，該馬達需消耗1.4kW的功率才能帶動習知飛輪裝置9的輪盤91以1800rpm的轉速旋轉。由此可知，在旋轉半徑r、r’及總重量相等的條件下，本發明飛輪裝置第一實施例之輪盤1在旋轉過程中所消耗的能量明顯較低，足以顯示該輪盤1相較習知飛輪裝置9的輪盤91能夠較為穩定地旋轉，因此本發明飛輪裝置第一實施例能夠持續且穩定地提供扭力，確實具有提升飛輪裝置之扭力輸出的功效。

根據上述第一實施例可知該輪盤1係沿該圓周方向區分為八個區塊，分別為一第一區塊11、一第八區塊18、一第三區塊13、一第四區塊14、一第九區塊19、一第二區塊12、一第七區塊17及一第六區塊16，該第一至第四區塊11、12、13、14與第六至第九區塊16、17、18、19的重量比形成1：2：3：4：6：7：8：9。然而，該輪盤1係為圓形，因此本發明所屬領域中具有通常知識者根據該第一實施例可知，該輪盤1亦可沿該圓周方向區分為八個區塊，分別為一第一區塊11、一第六區塊16、一第七區塊17、一第二區塊12、一第九區塊19、一第四區塊14、一第三區塊13及一第八區塊18，所述形式之輪盤1同樣屬於該第一實施例之範疇。

請參照第4圖所示，係本發明飛輪裝置第二實施例，與前述第一實施例相異之處在於：該輪盤1於該軸接部10之徑向方向上另區分為一外環部1c及一中央部1d，該中央部1d連接於該軸接部10，該外環部1c係環繞該中央部1d，且第一至第四區塊11、12、13、14與第六至第九區塊16、17、18、19之凹槽111、121、131、141、161、171、181、191係設置於該中央部1d。藉此，該第一至第四區塊11、12、13、14與第六至第九區塊16、17、18、19於該外環部1c不會開設任何凹槽，使得該輪盤1之外圍(鄰近該外環部1c)的重量較重，且該輪盤1之中央(鄰近該中央部1d)的重量較輕，能夠進一步提升該輪盤1的旋轉穩定性。

請參照第5圖所示，係本發明飛輪裝置第三實施例，在本實施例中，該飛輪裝置另包含一輔助轉動模組2，該輔助轉動模組2包含一基座21、一調整件22及一磁性件23，該調整件22設置於該基座21，該磁性件23結合該調整件22，該磁性件23具有遠離該基座21之一磁性面231。此外，該輪盤1之第一至第四區塊11、12、13、14與第六至第九區塊16、17、18、19的外周緣分別結合一磁鐵3，各該磁鐵3具有遠離該輪盤1之一磁性面31，且各該磁鐵3之磁性面31與該磁性件23之磁性面231具有相同之極性(例如：同為N極)。該調整件22可以為樞軸、滑座或彈簧等調整構造，用以使該磁性面231與該基座21的角度能夠被略微調整。其中，當該磁性件23未承受外力時，該磁性件23之磁性面231較佳朝向該輪盤1的外周緣。

請參照第6圖所示，該第三實施例實際使用時，該輪盤1仍然受該轉動軸帶動而旋轉，該輔助轉動模組2係用以輔助該輪盤1旋轉。更詳言之，以該輪盤1之第八區塊18朝向該輔助轉動模組2的位置旋轉為例，請參照第7圖所示，該當該第八區塊18旋轉接近該磁性件23時，該第八區塊18的外周緣所結合之磁鐵3與該磁性件23之間將產生一斥力，由於該磁性件23係結合於該調整件22，因此該磁性件23受到該斥力影響將略微朝向與該磁鐵3相反之方向偏轉，使得該磁性件23之磁性面231與該基座21間形成一夾角θ。此時，該磁鐵3之磁性面31與該磁性件23之磁性面231的接觸面積將會縮小，因此該斥力不會對該輪盤1的轉動造成阻礙。

接著，請參照第8圖所示，當該第八區塊18持續旋轉至該輔助轉動模組2的位置時，該磁鐵3之磁性面31與該磁性件23之磁性面231的接觸面積將會變大，且該磁性件23之磁性面231與該基座21間形成一夾角θ，因此該磁鐵3與該磁性件23之間所產生的斥力能夠輔助將該第八區塊18沿著其旋轉方向推動，以輔助該第八區塊18繼續朝向遠離該輔助轉動模組2之方向旋轉。最後，請參照第9圖所示，當該第八區塊18持續旋轉而遠離該輔助轉動模組2後，由於該磁性件23不再承受任何外力，故該磁性件23之磁性面231將恢復朝向該輪盤1的外周緣。本發明飛輪裝置第三實施例藉由增設該輔助轉動模組2，能夠輔助該輪盤1旋轉，確保該輪盤1能夠穩定地旋轉。

綜上所述，本發明各實施例的飛輪裝置藉由將一輪盤1沿一圓周方向區分為八個區塊，並且使各該區塊具有不同的重量，即可使該輪盤1之各個區塊在旋轉過程中的轉動慣量不同，同時，透過適當排列各該區塊可以使該輪盤1受該轉動軸帶動而旋轉時達到轉動平衡的效果，使得該輪盤1能夠平衡的旋轉而不會衍生軸向偏轉或震動等情形，確實具有提升飛輪裝置之扭力輸出的功效。

另一方面，本發明各實施例的飛輪裝置係於該輪盤1之各個區塊分別設置一凹槽，使各該區塊形成具有不同的重量。於該輪盤1之各個區塊開設凹槽將可縮減該輪盤1之軸向截面的有效截面積，以降低該輪盤1的風阻係數，確實具有近一步提升飛輪裝置之扭力輸出的功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。