TW201819036A - 磁性耦合組件以及磁性耦合攪拌裝置 - Google Patents

磁性耦合組件以及磁性耦合攪拌裝置 Download PDF

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Abstract

一種磁性耦合組件，包含一轉動圓盤、一磁性件組合、一容器與一攪拌件。磁性件組合包含有容置於轉動圓盤之一側之二北極(N)型磁性件與容置於轉動圓盤之另一側之二南極(S)型磁性件。攪拌件係依軸向磁化，其一端具有一N型磁極且另一端具有一S型磁極，攪拌件係放置於容器內之內容物內。二N型磁性件係耦合於攪拌件之S型磁極，且二S型磁性件係耦合於攪拌件之N型磁極，藉此四角封鎖式固定方式而使軸向磁化之攪拌件能無偏移或變化的固定於單一且唯一位置，以於轉動圓盤轉動時，藉由上述2N=2S四角磁吸力固定並帶動攪拌件轉動，以攪拌內容物。

Description

磁性耦合組件以及磁性耦合攪拌裝置
本發明係涉及一耦合組件以及耦合攪拌裝置，特別係一種磁性耦合組件以及藉由磁性耦合方式來進行攪拌之攪拌裝置。
習知的很多化學實驗以及生物實驗是在燒杯裡面放置要實驗用的液態、固體或液-固體或液-氣體內容物，再利用攪拌棒來攪拌產生所需要的化學反應或其餘等特殊目的。但是，有些實驗需要長時間進行攪拌，例如需要進行數小時甚至更長時間的攪拌，因此無法單純靠人力進行攪拌，故需要一種可代替人力方式來對實驗用的液體進行自動攪拌。現有的磁性攪拌裝置係藉由一磁性裝置耦合於內容物中的攪拌件，以藉由磁吸力帶動攪拌件，進而達到攪拌內容物之目的。然而，現有配置的問題有：
1.在一定轉速設定下，自零轉速瞬間啟動磁性裝置和攪拌件時，內容物的慣性力，也就是攪拌件等體積液體質量和其起動速度的乘積，會使得攪拌件落後於該磁性裝置的動作。該磁性裝置轉動愈快，攪拌件落後於該磁性裝置的距離就愈多，當 落後距離超出攪拌件與磁性裝置間的磁耦合力範圍，致使攪拌件跳脫而形成俗稱的跳蚤(flee)式盲動，使無法再繼續有效的攪拌功能。因此，習用徒手操縱機械類裝置多須自零或低速啟動，再緩慢加速以免攪拌件跳脫。改良的機種或增強磁吸引力，或限制最高轉速，或利用軟體程式自動進行緩啟動。電磁類耦合攪拌裝置則當然仰賴內建之微處理機軟體運轉程式進行如是緩啟動。
2.在旋轉攪拌時，尤其在攪拌件偏高速旋轉時，因上述耦合力場、定位及強度的不盡確實，長時間無看管下的攪拌工作，很容易因些許外部的干擾致使攪拌件蛇行、游走、跳脫而耦合失敗，例如攪拌件或容器位置滑動、馬達轉速起伏變化、容器底部不平整或黏稠度變化等。或有使用跳脫自動監測和自動重新緩啟動的機型，這也無法改變因磁耦合欠妥而導致重複喪失攪拌功能的事實及後果。
因此，一種能夠在高功率、高轉速下，更可靠的、能持續的磁耦合攪拌裝置，便是本發明擬揭露的課題。使不同於習用裝置，當突升轉速之瞬間動能量(momentum)或慣性力(inertia)的跳變(step change)推動發生時，該攪拌件在偏離落後原位置後，只能還原歸位，而無法再在該磁性件組合上游走或找到其它不只一個可替代的耦合位置，終至不能輕易的自上述磁力場滑落，而脫離該一帶動磁性件組合的磁引力控制。
有鑑於此，本發明提出一種改良的磁性耦合攪拌裝置，藉由轉盤上磁石磁極的定點配置，來解決上述之問題。其重 點不在於更強、更聚集的磁石或磁密度，而在於它們空間上的安排賦予更確實的、穩固難跳脫的、封閉牢籠式或深井般的磁耦合力場。
本發明揭露一種磁性耦合組件，其包含一轉動圓盤、一磁性件組合、一容器以及一攪拌件。該轉動圓盤係被一驅動件驅動以旋轉。該磁性件組合包含有，依轉動圓盤厚度方向磁化的，二N(北極)型磁性件以及二S(南極)型磁性件，該二N型磁性件係容置於該轉動圓盤之一側，且該二S型磁性件係容置於該轉動圓盤之另一側。該容器係設置於該轉動圓盤之上方且距離該轉動圓盤一固定距離，該容器容置一內容物。攪拌件係習用之依軸向磁化的攪拌件(stir bar)，其一端具有一N型磁極，另一端具有一S型磁極，該攪拌件係放置於該容器內之內容物內。轉動圓盤上該二N型磁性件藉磁吸引力耦合於該攪拌件之該S型磁極，且圓盤上另邊之該二S型磁性件則耦合於該攪拌件之該N型磁極，故當該轉動圓盤轉動時，藉由磁吸引力，可帶動該攪拌件轉動以攪拌該內容物。
本發明另揭露該轉動圓盤上可包含一第一直徑，用以將該轉動圓盤分為一第一區域以及一第二區域，該第一區域設置有相鄰但分開容置之二N型磁性件，該第二區域設置有相鄰但同等分開容置之二S型磁性件，該二N型磁性件係與該二S型磁性件對稱於該第一直徑。
本發明另揭露該二N型磁性件係彼此對稱於該第二直徑，且該二S型磁性件亦係彼此對稱於該第二直徑。
本發明另揭露該轉動圓盤以一60度角度等分為一第 一至第六幅射向區塊，該二N型磁性件係分別設置於該第一位置與該第二位置，且該二S型磁性件係分別設置於該第四位置與該第五位置。
本發明另揭露該六等分轉動圓盤之磁性件組合包含三N型磁性件以及三S型磁性件，該三N型磁性件與該三S型磁性件係以集約之方式分別設置於該第一、二、三與第四、五、六位置，或是對稱於該第一直徑之方式設置於一第一區域以及一第二區域。
本發明另揭露該六等分轉動圓盤之磁性件組合包含三N型磁性件以及三S型磁性件，該三N型磁性件與該三S型磁性件係以交錯之N-S-N-S-N-S方式設置於該第一至第六位置。
本發明另揭露以上驅動組合所含之磁性件，無論其為該N型磁性件或為該S型磁性件，皆係分別為一相同形狀、尺寸、以及磁場為依厚度方向磁化之磁石。
本發明另揭露該N型磁性件與該S型磁性件皆係分別為一永久磁鐵，其磁吸力大於或等於該攪拌件之磁吸力。
本發明另揭露該N型磁性件與該S型磁性件皆係屬於稀土族金屬的磁石，或是釹鐵硼磁鐵(neodymium iron boron)。
本發明另揭露該攪拌件係為一柱狀或一膠囊狀體，或依軸向磁化之一般市售習用攪拌件，其材質亦屬於稀土族金屬的磁石，或是釹鐵硼磁鐵。
本發明另揭露一種磁性耦合攪拌裝置，其包含一殼體、一馬達以及一磁性耦合組件。該殼體具有一容置空間以及一承載面。該馬達係容置於該容置空間內並固接於該殼體，該馬達 具有一驅動轉軸，藉由電力使該驅動轉軸轉動。該磁性耦合組件包含一轉動圓盤、一磁性件組合、一容器以及一攪拌件。該轉動圓盤係固定于被該馬達驅動轉軸，並隨之旋轉運動。該磁性件組合依上述包含有2N=2S、3N≡3S、3[N-S]三種N(北極)型和S(南極)型磁性件組合。該容器係設置於該轉動圓盤之上方且距離該轉動圓盤一固定距離，該容器容置一內容物，而內容物內置一攪拌件。
本發明提供的攪拌件之一係依軸向磁化的實驗室所習用的攪拌件(stir bar)，其一端具有一N型磁極且另一端具有一S型磁極，該攪拌件係放置於該容器內之內容物內；其所對應之轉動圓盤使用2N=2S組合。該二N型磁性件係耦合於該攪拌件之該S型磁極，而兩N極的磁引拉力，在垂直於該轉動平面的向量，使該S型磁極軸線沉穩的固定於該兩N極所對稱的第二直徑線上；而該二S型磁性件則耦合於該攪拌件之該N型磁極，而兩S極的磁引拉力同樣使該N型磁極軸線沉穩的固定於該兩S極所對稱的同一第二直徑線上。如此固定的攪拌件，磁引力固定其位置於一處且只此一處，那就是其連接N極與S極之軸線(axis of magnetization)的垂直投影在旋轉時和該驅動圓盤上的第二直徑完全吻合或重疊；也就是2N=2S組合形成一長方形、垂直延伸、封閉的磁引力區塊(magnetic block)或牢籠(magnetic cage)或深井(magnetic well)，使得任何合適長度的磁攪拌件都將以上述方式被吸附或禁閉於在該磁引力區塊的中央，且不會有其它或第二個穩固的吸附位置點。再藉該驅動轉盤轉動時，此獨一無二的互動吸附力場使得該磁攪拌件，即使在高速瞬間啟動的狀況下，也不會輕易的隨內容物慣性的推動而脫離此磁引力區塊或牢籠或深井的耦合。此 時藉由磁吸力帶動該攪拌件轉動以攪拌該內容物就會變的更容易施力和可靠。而不會如習用單耦合N-S組合的線形的磁引力場，或無封閉、且連續無界限的N-S兩極化軀動圓盤之上的攪拌件，輕易的隨內容物慣性的推動而脫離耦合的磁引力場。
本發明提供的第二種3N≡3S磁性件組合則係前2N=2S例的最簡複數延伸，亦即原延第二直徑對稱的兩對平行南北極變化成三對平行的南北極N-S對，此時兩外側N-S對則對稱於中間的N-S對；而三者針對第一直徑的對稱方式則依然存在。此時之攪拌件和其所對應的封閉性磁引力牢籠亦變為前2N=2S例的最簡複數延伸，由原來單一攪拌件變為平行的兩個攪拌件的耦合。如此複數的磁鐵和更擴大的磁場使得更大的總耦合力量或攪拌功率變為可能。本例之雙攪拌件可為自由運動之單獨個體，或為非導磁材質的物件固定於一定的旋轉平面之中。
前述本發明另揭露該轉動圓盤上以上之2N=2S磁性件之單攪拌件磁耦合及該3N≡3S磁性件之雙攪拌件磁耦合，亦可以非對稱於該單或雙攪拌件中心點或與之不同心的方式轉動該單或雙攪拌件。此時轉軸中心由原第一、二直徑之交叉點延第二直徑旁移，而形成一偏心旋轉的轉動圓盤。耦合其上的容器內原攪拌件當然也成為偏心的旋轉，此時表現出來的攪拌效果，其有效半徑自然隨著偏心的轉軸而大於攪拌件實體之原有半徑。在偏心下旋轉的攪拌件離心力不超過本磁耦合發眀所提供的強化磁場前提下，使用非對稱偏心轉軸可擴張上述同一攪拌件的旋轉半徑，和在同轉速下增加同一攪拌件的總輸出功率。
本發明提供的第三種3[N-S]磁性件組合，係上述六 等份轉動圓盤上磁性件安排的再一種變體運用。不同於前兩種配合帶動習用攪拌件運轉之應用，本磁性件組合自身不但是轉動圓盤的磁性件，完全相同的第二組磁性件亦是遭磁耦合力帶動的攪拌件；兩者之南北極磁石係對稱於該攪拌裝置殼體之一承載面，攪拌件一般係位於上方的容器的內容物中，磁性件則位於下方馬達之驅動轉軸上，對稱的二者間保持有固定的60度的相位差，如此形成上、下的南、北極間最強、最高六極(6-pole)的耦合。其功能類似於一塊圓盤形永久磁鐵的六極或多極徑向(radial direction)磁化，唯本發明著眼於轉動圓盤上磁石多元安排或是本磁性耦合攪拌裝置發明的多元功能。
本發明提供一種磁性耦合組件，其耦合力更強、耦合空間更局限，致使很大程度防止磁石耦合機構脫離的問題現象。該磁性耦合組件中，轉動圓盤上之磁性件組合可以一定數目在轉動圓盤上的固定區域(如第一區域以及第二區域)上能活動且彈性地安排磁石，而使得當馬達帶動轉動圓盤高速轉動時，磁性件組合中的該等N型磁性件以及該等S型磁性件能夠穩定地與攪拌件上之該S型磁極以及該N型磁極之間維持耦合而不會因高速轉動而失去耦合的能力，進而能夠攪拌容器之各種內容物，以達到高速、穩定以及持久地攪拌內容物之目的。因此解決了先前技術中，習知的磁性攪拌棒在瞬間或高速旋轉下即無法穩定且持續的維持耦合和攪拌功能之缺點。
100、100’‧‧‧磁性耦合攪拌裝置
102‧‧‧殼體
1021‧‧‧容置空間
1023‧‧‧承載面
104‧‧‧馬達
1041‧‧‧驅動轉軸
106‧‧‧轉動圓盤
108‧‧‧磁性件組合
110‧‧‧容器
111、111’、111”、111C‧‧‧攪拌件
112‧‧‧N型磁性件
114‧‧‧S型磁性件
116‧‧‧內容物
D1‧‧‧第一直徑
D2‧‧‧第二直徑
A1‧‧‧第一區域
A2‧‧‧第二區域
F1、F2‧‧‧磁吸力
P1‧‧‧第一位置
P2‧‧‧第二位置
P3‧‧‧第三位置
P4‧‧‧第四位置
P5‧‧‧第五位置
P6‧‧‧第六位置
P7‧‧‧第七位置
P8‧‧‧第八位置
CP1、CP2‧‧‧位置
L‧‧‧連接件
150‧‧‧轉軸
160‧‧‧底座
170‧‧‧葉片組合
本發明可藉由詳細說明並配合圖示而得到清楚的了 解。要強調的是，按照業界的標準做法，各種幾何特徵未必按比例繪製，也不會侷限其實施形狀，而僅用於說明之目的。事實上，為了能夠清楚的說明，因此各種特徵的尺寸可能會任意地放大或者縮小。
第1圖為本發明一實施例之一磁性耦合攪拌裝置之示意圖；第2圖為本發明另一實施例之一磁性耦合攪拌裝置之示意圖；第3A圖為本發明一實施例之一磁性件組合於一轉動圓盤之設置位置之示意圖；第3B圖為第3A圖中轉動圓盤106與攪拌件111之一側視圖；第3C圖為第3A圖中轉動圓盤106與攪拌件111之另一側視圖；第3D圖為第3A圖中本發明一實施例之一磁性件組合於一轉動圓盤之設置位置之另一示意圖；第3E圖為第3A圖中本發明一實施例之一磁性件組合於一轉動圓盤之設置位置之又一示意圖；第4圖為本發明另一實施例之該磁性件組合於該轉動圓盤之設置位置之示意圖；第5圖為本發明另一實施例之該磁性件組合於該轉動圓盤之設置位置之示意圖；第6A圖為本發明一實施例之轉動圓盤與攪拌件之示意圖；以及第6B圖為本發明一實施例之轉動圓盤與攪拌件之另一示意圖；第7A圖為本發明另一實施例之該磁性件組合於該轉動圓盤 之設置位置之示意圖；第7B圖為本發明之攪拌件之另一實施例的一示意圖；第7C圖為第7A圖中轉動圓盤與第7B圖中攪拌件之一側視圖。
為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特地舉一較佳實施例，並配合所附圖式，來作詳細說明如下。
以下將介紹係根據本發明所述之較佳實施例。必須要說明的是，本發明提供了許多可應用之發明概念，在此所揭露之特定實施例，僅是用於說明達成與運用本發明之特定方式，而不可用以侷限本發明之範圍。
請參考第1圖，第1圖為本發明一實施例之一磁性耦合攪拌裝置100之示意圖。磁性耦合攪拌裝置100包含一殼體102、一馬達104以及一磁性耦合組件。如圖所示，殼體102具有一容置空間1021以及一承載面1023。馬達104係容置於容置空間1021內並固接於殼體102，以避免當馬達104轉動時，馬達104與殼體102之間有相對移動。馬達104具有一驅動轉軸1041，藉由一外部交流電源(圖中未表示)供電給馬達104以使得馬達104之驅動轉軸1041轉動。本發明之馬達104之轉動速度可達到每分鐘3000轉(rpm)，相較於習知之馬達之轉動速度(如1500rpm以下)有更高之轉動速度。在某些實施例中，馬達104可為一無刷馬達，但不限定於此。
本發明之該磁性耦合組件可包含一轉動圓盤106、一 磁性件組合108、一容器110以及一攪拌件111。轉動圓盤106係一圓型片狀體，其圓心係固接於馬達104之驅動轉軸1041，而使得轉動圓盤106被驅動轉軸1041驅動而旋轉，但不限於此。舉例來說，於某一實施例中，驅動轉軸1041可連接於轉動圓盤106上非圓心之其餘位置。磁性件組合108可包含有兩個以上的北極(N)型磁性件112以及二個以上的南極(S)型磁性件114，N型磁性件112與S型磁性件114的數目相同。其中N型磁性件112與S型磁性件114係可分別為一永久磁鐵，例如以屬於稀土金屬所製成之磁鐵，或者係為一釹鐵硼磁鐵。再者，該等N型磁性件112以及該等S型磁性件114係分別具有一相同形狀、尺寸以及磁吸力場。轉動圓盤106上可設置多個容置槽，以使該等N型磁性件112以及該等S型磁性件114可以嵌設於其中。再者，該等N型磁性件112以及該等S型磁性件114係依轉動圓盤106之厚度方向被磁化。
容器110係可為科學實驗室中所常用之燒杯，此種燒杯之底部可為一平底或一圓底，於本實施例中，容器110之底部為平底，且係設置於承載面1023上，容器110與轉動圓盤106之間具有一固定距離。容器110內可容置一內容物116，內容物116可為須混拌或攪拌的液態、固體或液-固體或液-氣體內容物。攪拌件111係可為一棒狀體、一柱狀體或一膠囊狀體，攪拌件111係為科學實驗室所習用之磁性攪拌件，用以攪拌各種液體、汽液混合體或固液混合體。
於此實施例中，攪拌件111係為科學實驗室所習用之磁攪拌件，攪拌件111的磁性係依其軸向來磁化，攪拌件111之一端係磁化以具有一N型磁極且另一端係磁化以具有一S型磁極，但 不限於此。於某一實施例中，攪拌件111可為一N型磁鐵以及一S型磁鐵所組合成之一棒狀體。攪拌件111係放置於容器110內之內容物116內。該等N型磁性件112係耦合於攪拌件111之該S型磁極，且該等S型磁性件114係耦合於攪拌件111之該N型磁極。當馬達104之驅動轉軸1041轉動時，會帶動轉動圓盤106轉動，因此該等N型磁性件112以及該等S型磁性件114會藉由磁吸力帶動攪拌件111轉動以攪攪拌內容物116。值得注意的是，該等N型磁性件112以及該等S型磁性件114係分別為一永久磁鐵，其磁吸力係大於攪拌件111之該N型磁極以及該S型磁極之磁吸力。
請參考第2圖，第2圖為本發明另一實施例之一磁性耦合攪拌裝置100’之示意圖。於此實施例中，容器110係藉由二個連接件L將容器110懸掛在空中，而非放置在如第1圖中之殼體102之承載面1023上。如同前一實施例，本實施例之容器110與轉動圓盤106之間具有一固定距離，並且在該固定距離內時，攪拌件111會與轉動圓盤106上之該等N型磁性件112以及該等S型磁性件114之間具有足夠的磁性吸引力，而使得當馬達104之驅動轉軸1041轉動而帶動轉動圓盤106轉動時，該等N型磁性件112以及該等S型磁性件114仍有足夠強的磁吸力維持耦合以帶動攪拌件111轉動以攪拌內容物116。攪拌件111亦可以不附著於杯底之方式固定在空間中，以同軸心或偏軸心的方式隨轉動圓盤106在空間中轉動以攪拌內容物116。
請參考第3A圖、第3B圖與第3C圖，第3A圖為本發明一實施例之磁性件組合108於轉動圓盤106之設置位置之上視圖，第3B圖為第3A圖中轉動圓盤106與攪拌件111之一側視圖，而第3C 圖為第3A圖中轉動圓盤106與攪拌件111之另一側視圖。兩N型磁性件112可容置於轉動圓盤106之一側，且二S型磁性件114係可容置於轉動圓盤106之另一側。於本實施例中，轉動圓盤106上可包含一第一直徑D1，用以將轉動圓盤106分為一第一區域A1以及一第二區域A2，第一區域A1設置有相鄰但分開容置之兩N型磁性件112，第二區域A2設置有相鄰但同等分開容置之二S型磁性件114，該兩N型磁性件112係與該S型磁性件114對稱於第一直徑D1。再者，轉動圓盤106上可另包含一第二直徑D2，兩N型磁性件112係彼此對稱於第二直徑D2，且二S型磁性件114係彼此對稱於第二直徑D2。於此實施例中，攪拌件111之該S型磁極會耦合於兩N型磁性件112，且攪拌件111之該N型磁極會耦合於二S型磁性件114。其中，對攪拌件兩極的磁吸力F1與磁吸力F2之吸引力係廣域且具有連續緩衝之力量，因此兩N型磁性件112所提供的二磁吸力F1以及二S型磁性件114所提供的二磁吸力F2而使得兩N型磁性件112、二S型磁性件114以及攪拌件111之間的耦合更為穩定，因此在轉動圓盤106高速轉動時(例如超過1500rpm時)，攪拌件111不會因為內容物116之阻力或紊流而失去與兩N型磁性件112以及二S型磁性件114之間的耦合，而能夠穩定且持續地攪拌內容物116。
磁性件組合108於轉動圓盤106上之配置不限於上述實施例。舉例來說，於另一實施例中，如第3D圖與第3E圖中所示，兩N型磁性件112係設置於第一區域A1，而二S型磁性件114與該兩N型磁性件112係以非對稱於第一直徑D1但仍對稱於第二直徑D2之方式設置於第二區域A2，因此可藉以擴張攪拌件111之實質旋 轉直徑或圓周範圍。
第4圖為本發明另一實施例之磁性件組合108於轉動圓盤106之設置位置之示意圖。於此實施例中，轉動圓盤106可包含一第一位置P1至第六位置P6，第一位置P1至第六位置P6係以一角度等分設置於轉動圓盤106上。舉例來說，於此實施例中，該角度係為60度，因此第一位置P1至第六位置P6中，各相鄰二位置之間的夾角即為60度。而兩N型磁性件112係分別設置於第一位置P1與第二位置P2，且二S型磁性件114係分別設置於第四位置P4與第五位置P5，而第三位置P3以及第六位置P6可為空的容置槽，並未放置任何磁性元件。
於此實施例中，攪拌件111之長度係不超過設置於第一位置P1之N型磁性件112以及設置於第五位置P5之S型磁性件114之間的距離，但在其它實施例中攪拌件111之長度亦可超過設置於第一位置P1之N型磁性件112以及設置於第五位置P5之S型磁性件114之間的距離。攪拌件111之該S型磁極會耦合於兩N型磁性件112，且攪拌件111之該N型磁極會耦合於二S型磁性件114，並且由於兩N型磁性件112提供二磁吸力F1且二S型磁性件114提供二磁吸力F2，而使得兩N型磁性件112、二S型磁性件114以及攪拌件111之間的耦合更為穩定。在第3A圖與第4圖所示之轉動圓盤106具有兩N型磁性件112與二S型磁性件114，故可簡稱為一個2N=2S轉動圓盤。
在第3A圖與第4圖所示之實施例中，放置於該容器內之內容物內的攪拌件111，其一端具有一N型磁極且另一端具有一S型磁極，且其所對應之轉動圓盤106具有兩N型磁性件112與兩S 型磁性件114。兩N型磁性件112係耦合於攪拌件111之S型磁極，而兩N型磁性件112的磁吸力，在垂直於轉動平面的向量，使攪拌件111之S型磁極沉穩的固定於兩N型磁性件112所對稱的第二直徑D2上。再者，兩S型磁性件114則耦合於攪拌件111之N型磁極，而兩S型磁性件114的磁吸力同樣使攪拌件111之N型磁極沉穩的固定於兩S型磁性件114所對稱的第二直徑D2上。如此固定的攪拌件111，磁吸力固定其位置於一處且只此一處，那就是其連接N極與S極之軸線(axis of magnetization)的垂直投影在旋轉時和該驅動圓盤上的第二直徑完全吻合或重疊。換言之，2N=2S組合(驅動圓盤106上的兩個N型磁性件112與兩個S型磁性件114)形成一長方形、垂直延伸、封閉的磁引力區塊(magnetic block)或牢籠(magnetic cage)或深井(magnetic well)，使得任何合適長度的磁攪拌件都將以上述方式被吸附或禁閉於在該磁引力區塊的中央，且不會有其它或第二個穩固的吸附位置點。在藉驅動轉盤106轉動時，此獨一無二的F1及F2互動吸附力場使得攪拌件111，即使在高速啟動(例如超過1500rpm時)的狀況下，也不會輕易的隨內容物116慣性的推動而脫離此磁引力區塊或牢籠的耦合。此時藉由磁吸力帶動攪拌件111轉動以攪拌內容物116就會變的更容易施力和可靠。因此，本發明之實施例不會如單耦合N-S組合(驅動圓盤106上對稱於第一直徑D1，例如位置P1和P4，僅具一個N型磁性件112與一個S型磁性件114)的線形的磁引力場；或是如被第一直徑D1分割成對稱兩半圓連續無界限的N-S兩極磁化軀動圓盤106(一半為N極另半為S極)，讓攪拌件111會輕易地隨內容物慣性的推動而脫離耦合的磁引力場。
請參考第5圖，第5圖為本發明另一實施例之磁性件組合108於轉動圓盤106之設置位置之示意圖。此實施例與第4圖之實施例之不同處在於第三位置P3設置有N型磁性件112，而第六位置P6設置有S型磁性件114。在第5圖所示之轉動圓盤106具有三N型磁性件112與三S型磁性件114，故可簡稱為一個3N≡3S轉動圓盤。在此實施例中，沿著第二直徑對稱的兩對平行南北極變成三對平行的南北極N-S對。此時兩個外側N-S對(即位於第一位置P1與第六位置P6上的南北極N-S對以及位於第三位置P3與第四位置P4上的南北極N-S對)則對稱於中間的N-S對(位於第二位置P2與第五位置P5上的南北極N-S對)。再者，這三個南北極N-S對依然對稱於第一直徑D1。此時，不同於第3A圖與第4圖所示實施例，在第5圖中平行的兩個攪拌件111’與111”會和其所對應的複數封閉性磁引力牢籠耦合。如此複數的磁鐵和更擴大的磁場得到更大的總耦合力量或攪拌功率。本實施例之雙攪拌件111’與111”可為自由運動之單獨個體，或為非導磁材質的物件固定於一定的旋轉平面之中。
請參考第6A圖與第6B圖，第6A圖為本發明一實施例之轉動圓盤與攪拌件之示意圖，第6B圖為本發明一實施例之轉動圓盤與攪拌件之另一示意圖。在第6A圖與第6B圖所示實施例中，轉動圓盤106上之磁性件與攪拌件的磁耦合亦可以非對稱於單攪拌件(或雙攪拌件)之中心點轉動單攪拌件(或雙攪拌件)，或者以非同心的方式轉動單攪拌件(或雙攪拌件)。舉例而言，如第6A圖，驅動轉軸1041的轉軸中心由原本第一、二直徑D1與D2之交叉點的位置CP1延第二直徑D2旁移至位置CP2，而形成一偏心旋轉的 轉動圓盤106。故耦合其上的容器110內攪拌件當然也成為偏心的旋轉，此時表現出來的攪拌效果，其有效攪拌直徑自然隨著偏心的轉軸而大於攪拌件實體之原有直徑。在某些實施例中，如第6B圖，驅動轉軸1041轉軸中心由位置CP1旁移至位置CP2，而形成一偏心旋轉的轉動圓盤106，故耦合其上的容器110內攪拌件當然也成為偏心的旋轉，在偏心下旋轉的攪拌件離心力不超過本發眀所提供的強化磁場前提下，使用非對稱偏心轉軸可擴張同一攪拌件的旋轉直徑，和在低轉速下增加同一攪拌件的總輸出功率。
請參考第7A圖，第7A圖為本發明另一實施例之磁性件組合108於轉動圓盤106之設置位置之示意圖。此實施例與第4圖之實施例之不同處在於本實施例之三N型磁性件112以及三S型磁性件114係以交錯之方式設置於第一位置P1至第六位置P6。此實施例之配置可以帶動除了攪拌件111以外之其他一般科學實驗室習用之單或多葉片組合型攪拌件。第7A圖所示為本發明提供磁性件組合108的第三種變體。在此實施例中，N型磁性件112以及S型磁性件114亦係將轉動圓盤106區分成六等份。第7B圖係為攪拌件之另一實施例。在本實施例中，遭磁耦合力帶動的攪拌件111C亦可不同於前攪拌件111或111’，而僅係轉動圓盤106及其上磁性件組合108的一複製體，即轉動圓盤106與攪拌件111C具有相同的尺寸、形狀與配置。換言之，攪拌件111C亦具有一圓型碟狀體，其上設有與轉動圓盤106上磁性件組合108相對應吸引且交錯配置的三個北極(N)型磁性件以及三個南極(S)型磁性件。再者，該等N型磁性件以及該等S型磁性件係分別具有一相同形狀、尺寸以及磁吸力場。該等N型磁性件以及該等S型磁性件係依圓型碟狀體之 厚度方向被磁化。而前述之單或多葉片組合型攪拌件及其轉軸則固定於該攪拌件111C之上，而111C則以能自由旋轉活動的方式固定於容器110中。
如第7C圖中所示，轉動圓盤106上磁性件112與114以及其複製體的攪拌件111C上磁性件112與114之南北極磁石係對稱於該攪拌裝置100/100’的殼體102之承載面1023，攪拌件111C通常係位於上方的容器的內容物中，其磁性件112以及114則對稱於位於下方馬達104之驅動轉軸1041上轉動圓盤106之磁性件112以及114，對稱的二者間保持有固定的60度的相位差，如此形成上、下的南、北極間最強、最高六極(6-pole)的耦合。本實施例中之磁性件組合108其功能類似於一塊圓盤形永久磁鐵的六極或多極徑向(radial direction)磁化，唯本發明此處著眼於轉動圓盤106上磁石多元安排或是本磁性耦合攪拌裝置發明的多元功能。再者，位於上方的容器的內容物中藉多極耦合強化的攪拌件111C上則可再搭載其他一般科學實驗室習用之旋轉葉片組合型攪拌件，進行較前述範例中單極或雙極耦合軸向磁化攪拌件十倍或更高功率的攪拌，以提升內容物混拌的效能。舉例而言，攪拌件111C係以轉軸150與底座160固定於容器110中，且可自由旋轉和活動。此外，攪拌件111C上亦可再安置有葉片組合170，故當攪拌件111C隨著轉動圓盤106的磁引力而轉動時，葉片組合170可攪拌容器110之內容物。葉片組合170可具有一或多個葉片，葉片組合170可具有一支撐件，用以固定於攪拌件111C之上，而這些葉片可設置於支撐件上。
相較於先前技術，本發明提供一種磁性耦合組件排 列方式，其耦合力更強、耦合空間更局限，致使很大程度防止磁石耦合機構脫離的問題現象。該磁性耦合組件中，轉動圓盤106上之磁性件組合108可以一定數目在轉動圓盤106上的固定區域(如第一區域A1以及第二區域A2)上能活動且彈性地安排磁石，而使得當馬達104帶動轉動圓盤106高速轉動時，磁性件組合108中的該等N型磁性件112以及該等S型磁性件114能夠穩定地與攪拌件111上之該S型磁極以及該N型磁極之間維持耦合而不會因瞬間轉速的大幅變動而失去耦合的能力，進而攪拌容器110之各種內容物116，以達到高速、穩定以及持久地攪拌內容物116之目的。因此解決了先前技術中，習知的磁性攪拌棒在瞬間或高速旋轉下即無法穩定且持續的維持耦合和攪拌功能之缺點。
以上敘述許多實施例的特徵，使所屬技術領域中具有通常知識者能夠清楚理解本說明書的形態。所屬技術領域中具有通常知識者能夠理解其可利用本發明揭示內容為基礎以設計或更動其他製程及結構而完成相同於上述實施例的目的及/或達到相同於上述實施例的優點。所屬技術領域中具有通常知識者亦能夠理解不脫離本發明之精神和範圍的等效構造可在不脫離本發明之精神和範圍內作任意之更動、替代與潤飾。

Claims (12)

  1. 一種磁性耦合組件，其包含：一轉動圓盤，該轉動圓盤係被一驅動件驅動以旋轉；一磁性件組合，其包含有二N(北極)型磁性件以及二S(南極)型磁性件，該二N型磁性件係容置於該轉動圓盤之一側，且該二S型磁性件係容置於該轉動圓盤之另一側；一容器，係設置於該轉動圓盤之上方且距離該轉動圓盤一固定距離，該容器容置一內容物；以及至少一攪拌件，其係依軸向磁化，其一端具有一N型磁極且另一端具有一S型磁極，該攪拌件係放置於該容器內之內容物內；其中，該二N型磁性件係耦合於該攪拌件之該S型磁極，且該二S型磁性件係耦合於該攪拌件之該N型磁極，藉以於該轉動圓盤轉動時藉由磁吸力帶動該攪拌件轉動以攪拌該內容物。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之磁性耦合組件，其中該轉動圓盤上可包含一第一直徑，用以將該轉動圓盤分為一第一區域以及一第二區域，該第一區域設置有相鄰但分開容置之二N型磁性件，該第二區域設置有相鄰但同等分開容置之二S型磁性件，該二N型磁性件係與該二S型磁性件對稱於該第一直徑，並且該二N型磁性件係彼此對稱於該轉 動圓盤上之一第二直徑，且該二S型磁性件係彼此對稱於該第二直徑。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之磁性耦合組件，其中該二S型磁性件係以非對稱於該該轉動圓盤之一第一直徑之方式設置於該第二區域。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之磁性耦合組件，其中該轉動圓盤包含一第一至第六位置，該第一至第六位置係以一角度等分設置於該轉動圓盤上，該二N型磁性件係分別設置於該第一位置與該第二位置，且該二S型磁性件係分別設置於該第四位置與該第五位置，以便當該轉動圓盤轉動時藉由磁吸力帶動該攪拌件轉動以攪拌該內容物。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之磁性耦合組件，其中該磁性耦合組件包含多個攪拌件，且該轉動圓盤包含一第一至第六位置，該第一至第六位置係以一角度等分設置於該轉動圓盤上，該磁性件組合包含三N型磁性件以及三S型磁性件，該三N型磁性件係分別設置於該第一位置、該第二位置與該第三位置，且該三S型磁性件係分別設置於該第四位置、該第五位置與該第六位置，以便當該轉動圓盤轉動時藉由磁吸力可帶動該等攪拌件轉動以攪拌該內容物。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之磁性耦合組件，其中該轉動圓盤包含一第一至第六位置，該第一至第六位置係以一角度等分設置於該轉動圓盤上，該磁性件組合包含三N型磁 性件以及三S型磁性件，該三N型磁性件與該三S型磁性件係以交錯之方式設置於該第一至第六位置，該攪拌件則與該轉動圓盤具有相同的形狀和尺寸和相同的磁性件安排，並且該轉動圓盤於轉動時藉由磁吸力帶動六極對應之該攪拌件和其上之一葉片組合轉動以攪拌該內容物。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之磁性耦合組件，其中該磁性件組合之各該N型磁性件與各該S型磁性件係分別為一相同形狀、尺寸以及磁吸力場之磁石。
  8. 如申請專利範圍第7項中所述之磁性耦合組件，其中各該N型磁性件與各該S型磁性件係分別為一永久磁鐵，其磁吸力大於或等於該攪拌件之磁吸力。
  9. 如申請專利範圍第8項中所述之磁性耦合組件，其中各該N型磁性件與各該S型磁性件係屬於稀土族金屬的磁鐵，或是釹鐵硼磁鐵(neodymium boron)。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之磁性耦合組件，其中該攪拌件係為一軸向磁化之棒狀體、一柱狀體或一膠囊狀體。
  11. 如申請專利範圍第1項中所述之磁性耦合組件，其中該驅動轉軸的軸心不位於該轉動圓盤之圓心或者位於該轉動圓盤之圓心。
  12. 一種磁性耦合攪拌裝置，其包含：一殼體，具有一容置空間以及一承載面； 一馬達，容置於該容置空間內並固接於該殼體，該馬達具有一驅動轉軸，藉由一外部電源提供電力使該馬達之該驅動轉軸轉動；以及一磁性耦合組件，其包含：一轉動圓盤，該轉動圓盤係被該驅動轉軸驅動以旋轉；一磁性件組合，其包含有二N(北極)型磁性件以及二S(南極)型磁性件，該二N型磁性件係容置於該轉動圓盤之一側，且該二S型磁性件係容置於該轉動圓盤之另一側；一容器，係設置於該承載面上且距離該轉動圓盤一固定距離，該容器容置一內容物；以及一攪拌件，其係依軸向磁化，其一端具有一N型磁極且另一端具有一S型磁極，該攪拌件係放置於該容器內之內容物內；其中，該二N型磁性件係耦合於該攪拌件之該S型磁極，且該二S型磁性件係耦合於該攪拌件之該N型磁極，藉以於該馬達之該驅動轉軸轉動時帶動該轉動圓盤轉動，而藉由磁吸力帶動該攪拌件轉動以攪拌該內容物。
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