TW201843389A - 輻向機構可變速率之流體發電渦輪 - Google Patents

Abstract

一種輻向機構可變速率之流體發電渦輪，用以解決習知流體發電渦輪，面對自然界流體速度變化，無法穩定輸出電能的問題，本發明包含：一軸體；一第一轉子，由一第一軸心定位於該軸體上朝第一方向旋轉，該第一轉子具有數個第一扇葉，該數個第一扇葉係成等間距輻射設置，該第一轉子的各該第一扇葉各具有一第一溝槽；數個第一感應單元，各該第一感應單元可調動地結合各該第一溝槽；一第二轉子，由一第二軸心定位於該軸體上朝第二方向旋轉，該第二轉子具有數個第二扇葉，該數個第二扇葉係成等間距輻射設置，該第二轉子的各該第二扇葉各具有一第二溝槽；及數個第二感應單元，各該第二感應單元可調動地結合各該第二溝槽，且各該第二感應單元與各該第一感應單元能夠在一可調動的旋轉半徑相互交錯感應。

Description

輻向機構可變速率之流體發電渦輪

本發明係關於一種輻向機構可變速率之流體發電渦輪，尤其是一種可以調變感應單元的交錯速率，以穩定輸出發電量的輻向機構可變速率之流體發電渦輪。

電力是現代生活最重要的能源之一，自然界可利用的能源包含太陽能、風能或海洋能等，利用永續能源進行發電已成為未來能源發展的主要方針。習知的流體發電渦輪係具有一軸體、一第一扇葉、一第一感應單元、一第二扇葉及一第二感應單元。該第一感應單元設置於該軸體中並連動該第一扇葉；該第二感應單元設置於該軸體中並連動該第二扇葉，該第一扇葉與該第二扇葉之葉片方向相反，故流體經過渦輪時，該第一扇葉帶動該第一感應單元與該第二扇葉帶動該第二感應單元往不同方向轉動，致使該第一感應單元與該第二感應單元持續交錯與分離，產生感應電動勢。類似於該習知的發電渦輪的一實施例已揭露於中華民國公告第I381615號「對轉式發電機」專利案當中。

惟，根據轉速公式V=ω×R，V是感應單元交錯速率(m/s)，R是旋轉半徑(m)，ω是旋轉速度(rad/s)，習知對轉型發電機的旋轉半徑R即是感應單元到軸心的距離，係固定而無法調整。當旋轉動力來源的風力或水流因環境、氣候、季節而發生流量及流速的變化，旋轉速度ω會隨之 變化，又不能改變旋轉半徑R的狀況，需裝設加速齒輪箱調變旋轉速度ω，以得到穩定的感應單元交錯速率V，但是會使能量在傳遞過程中耗損。因此，如何因應流體的流量及流速改變，以穩定輸出功率以發揮發電機最大效能，係有待解決。

有鑑於此，習知的流體發電渦輪確實仍有加以改善之必要。

為解決上述問題，本發明提供一種輻向機構可變速率之流體發電渦輪，具有可調變交錯速率的感應單元，面對不穩定的流體能源也能夠轉換為穩定的輸出電能。

本發明的輻向機構可變速率之流體發電渦輪，包含：一軸體；一第一轉子，由一第一軸心定位於該軸體上朝第一方向旋轉，該第一轉子具有數個第一扇葉，該數個第一扇葉係成等間距輻射設置，於該第一轉子的第一旋轉面之各該第一扇葉各具有一第一溝槽；數個第一感應單元，各該第一感應單元可調動地結合各該第一溝槽；一第二轉子，由一第二軸心定位於該軸體上朝第二方向旋轉，該第二轉子具有數個第二扇葉，該數個第二扇葉係成等間距輻射設置，於該第二轉子的第一旋轉面之各該第二扇葉各具有一第二溝槽；及數個第二感應單元，各該第二感應單元可調動地結合各該第二溝槽，且各該第二感應單元與各該第一感應單元能夠在一可調動的旋轉半徑相互交錯感應。

據此，本發明的輻向機構可變速率之流體發電渦輪，該第一轉子及該第二轉子之各感應單元的位置可調動，以改變各感應單元的旋轉半徑，以得到穩定的感應單元交錯速率，及轉換出穩定的電能輸出的效果。

其中，該第一轉子與該第二轉子之第一旋轉面平行，且該第一轉子之該數個第一扇葉的攻角與該第二轉子之該數個第二扇葉的攻角相反。如此，具有使該第一轉子與該第二轉子成等速反向旋轉，以提升感應 單元交錯速率的功效。

其中，該第一軸心位於該第一轉子之一轂部，該第二軸心位於該第二轉子之一轂部，該數個第一扇葉的第一端連接於該第一轉子之該轂部外周，該數個第二扇葉的第一端連接於該第二轉子之該轂部外周。如此，使流體施力於該數個第一扇葉及該數個第二扇葉時，具有帶動該第一轉子與該第二轉子旋轉的功效。

其中，該數個第一扇葉與該數個第二扇葉的第二端各連接於一外環體。如此，使該數個第一扇葉及該數個第二扇葉具有較佳強度的功效。

其中，該數個第一溝槽與該數個第二溝槽之開口方向各垂直於該第一轉子與第二轉子的旋轉面。如此，具有易於組裝、調整該數個第一感應元件及數個第二感應元件的功效。

其中，該數個第一感應單元各設有一第一結合件及一第一感應體，各該第一結合件可調動地結合於該第一轉子的各該第一溝槽；該數個第二感應單元各設有一第二結合件及一第二感應體，各該第二結合件可調動地結合於該第二轉子的各該第一溝槽。如此，具有使該數個第一感應單元與該數個第二感應單元之位置可調動，以提升感應單元交錯速率可調變性的功效。

其中，該數個第一感應體為線圈，該數個第二感應體為永久磁鐵組，各該永久磁鐵組為二分隔且N極、S極相對的永久磁鐵，該二永久磁鐵之間形成一感應空間，該感應空間供各該線圈通過。如此，具有使該數個第一感應體與該數個第二感應體可反覆交錯，以達到感應電動勢產生的功效。

其中，該數個第一溝槽的近軸體之一端係與一通孔相連通，各該通孔貫通該轂部，且穿出該第一轉子之第二旋轉面。如此，具有使各 該第一感應單元沿各該第一溝槽及各該通孔以導線連通，以達到導引電流至轉子外部的功效。

其中，該第一轉子的第二旋轉面具有二隔離的集電環，且各該第一感應體之線圈的二端，分別接通該二集電環，該二集電環被隔離的設置且與該第一轉子同步旋轉。如此，具有使各該第一感應單元產生之電流導引至轉子外側之集電環的功效。

其中，各該第一感應體之線圈的二端經由該通孔分別接通該二集電環。如此，具有使各該第一感應單元產生之電流導引至轉子外側之集電環，及可再以一負載連通該集電環，即可使用或儲存電能的功效。

〔本發明〕

1‧‧‧第一轉子

11‧‧‧第一軸心

12‧‧‧轂部

13‧‧‧第一扇葉

14‧‧‧第一溝槽

15‧‧‧軸承

16‧‧‧外環體

17‧‧‧通孔

18‧‧‧集電環

1a‧‧‧第一旋轉面

1b‧‧‧第二旋轉面

2‧‧‧第二轉子

21‧‧‧第二軸心

22‧‧‧轂部

23‧‧‧第二扇葉

24‧‧‧第二溝槽

25‧‧‧軸承

26‧‧‧外環體

2a‧‧‧第一旋轉面

2b‧‧‧第二旋轉面

3‧‧‧第一感應單元

31‧‧‧第一結合件

32‧‧‧第一感應體

4‧‧‧第二感應單元

41‧‧‧第二結合件

42‧‧‧第二感應體

5‧‧‧軸體

R1‧‧‧第一旋轉半徑

R2‧‧‧第二旋轉半徑

R3‧‧‧第三旋轉半徑

R4‧‧‧第四旋轉半徑

第1圖：本發明一實施例的結構分解立體圖。

第2圖：本發明一實施例的組合剖面圖。

第3圖：沿第2圖A-A線的剖面圖。

第4圖：如第2圖所示的調整情形圖。

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1、2、3圖，其係本發明輻向機構可變速率之流體發電渦輪的一較佳實施例，該輻向機構可變速率之流體發電渦輪大致上包含一第一轉子1、一第二轉子2、數個第一感應單元3、數個第二感應單元4及一軸體5。該第一轉子1以同一旋轉面結合該數個第一感應單元3，該第二轉子2以同一旋轉面結合該數個第二感應單元4，該第一轉子1及該第二轉子2分別定位於該軸體5，使該第一轉子1及該第二轉子2在該軸體5上成相對旋轉。

該第一轉子1具有一第一軸心11、一轂部12、數個第一扇葉13、數個第一溝槽14及二集電環18。該第一軸心11可以定位於該軸體5上朝第一方向旋轉，該第一軸心11位於該第一轉子1之一轂部12，該轂部12與該軸體5之間較佳具有一軸承15，該軸承15係可以為具油封之滾珠式軸承，使該第一轉子1可以成順暢的旋轉。該數個第一扇葉13係各由第一端連接於該轂部12外周，且該數個第一扇葉13係成相同攻角的等間距輻射設置，該數個第一扇葉13的第二端較佳連接於一外環體16，使該第一轉子1具有較佳的強度。該第一轉子1具有一第一旋轉面1a及一第二旋轉面1b，各該第一溝槽14係各形成於各該第一扇葉13的第一旋轉面1a，且各該第一溝槽14之開口方向較佳垂直於該第一旋轉面1a，該數個第一溝槽14的斷面較佳係形成C型槽，使該數個第一溝槽14各可以供一個或多個第一感應單元3嵌設固定，惟設於該數個第一溝槽14上的第一感應單元3較佳為相同的數量。該數個第一溝槽14的近軸體5一端係與一通孔17相連通，該通孔17貫通該第一轉子1之該轂部12，並穿出該第二旋轉面1b。該二集電環18位於該第一轉子1之第二旋轉面1b，且該二集電環18被隔離的設置且與該第一轉子1同步旋轉。

該第二轉子2具有一第二軸心21、一轂部22、數個第二扇葉23及數個第二溝槽24。該第二軸心21可以定位於該軸體5上朝第二方向旋轉，使該第二轉子2與該第一轉子1成相反方向的旋轉，且使該第二轉子2具有二旋轉面2a、2b，該第二軸心21位於該第二轉子2之一轂部22，該轂部22與該軸體5之間較佳具有一軸承25，該軸承25係可以為具油封之滾珠式軸承，使該第二轉子2可以成順暢的旋轉。該數個第二扇葉23係各由第一端連接於該轂部22外周，且該數個第二扇葉23係成相同攻角的等間距輻射設置，該數個第二扇葉23的第二端較佳連接於一外環體26，使該第二轉子2具有較佳的強度。各該第二溝槽24係各同形成於該第 二扇葉23的第一旋轉面2a，且各該第二溝槽24之開口方向較佳垂直於該第二轉子2的第一旋轉面2a，該數個第二溝槽24的斷面較佳係形成C型槽，使該數個第二溝槽24各可以供一個或多個第二感應單元4嵌設固定，惟設於該數個第二溝槽24上的第二感應單元4較佳為相同的數量。

該數個第一感應單元3各設有一第一結合件31及一第一感應體32，各該數個第一感應單元3由各該第一結合件31可調動地結合於該第一轉子1的各該第一溝槽14，各該第一結合件31的型態不限，惟能夠鎖固於各該第一溝槽14，並可鬆開使各該數個第一感應單元3沿各該第一溝槽14自由移動，又各該第一感應體32之感應方向(磁通量方向)垂直於該第一轉子1的旋轉方向，該數個第一感應單元3與該數個第一溝槽14之數量可為一對一或同多對一，該數個第一感應單元3之數量正比於發電量，惟會增加該第一轉子1的負重，而降低轉速；在本實施例中，該數個第一感應單元3與該數個第一溝槽14之數量為一對一。

該數個第二感應單元4各設有一第二結合件41及一第二感應體42，各該第二感應單元4各由該第二結合件41可調動地結合該第二轉子2的各該第二溝槽24，各該第二結合件41的型態不限，惟能夠鎖固於各該第二溝槽24，並可鬆開使各該第二感應單元4沿各該第二溝槽24自由移動，又各該第二感應體42之感應方向(磁通量方向)垂直於該第二轉子2的旋轉方向，該數個第二感應單元4與該數個第二溝槽24之數量可為一對一或多對一，該數個第二感應單元4之數量正比於發電量，惟會增加該第二轉子2的負重，而降低轉速；在本實施例中，該數個第二感應單元4與該數個第二溝槽24之數量為一對一。

該數個第一感應體32與該數個第二感應體42可以一為感應線圈另一為永久磁鐵組；在本實施例中，該數個第一感應體32為線圈，該數個第二感應體42為永久磁鐵組，各該第二感應體42之永久磁鐵組為二 分隔且N極、S極相對的永久磁鐵，該二永久磁鐵之間形成一感應空間，以供各該第一感應體32之線圈通過，該感應空間具有一方向及大小穩定之磁通量，該磁通量方向垂直於旋轉方向，當該第一轉子1與第二轉子2相對旋轉時，各該第一感應體32之線圈反覆交錯、離開各該第二感應體42之永久磁鐵組形成的感應空間，則通過各該線圈的磁通量密度反覆變化，使該線圈產生一感應電動勢抵抗該磁通量變化，該感應電動勢在線圈上產生電流。各該第一感應體32之線圈的二端，分別接通於該二集電環18，以導引電流於該二集電環18，再以一負載連通該二集電環18，即可使用或儲存電能。

該軸體5供該第一轉子1及該第二轉子2成定位旋轉，該數個第一扇葉13與該數個第二扇葉23的第一旋轉面1a、2a旋轉面平行且攻角相反，使該第一轉子1與該第二轉子2可以形成同軸且相反方向旋轉，如此，當流體動力源通過該第一轉子1及第二轉子2時，該流體動力源可以驅動該第一轉子1及該第二轉子2成同軸且相反方向旋轉。

請參照第2圖，各該第一感應單元3與該第一轉子1之該第一軸心11之間的距離相同，使各該第一感應單元3具有相同之第一旋轉半徑R1，以及，各該第二感應單元4與該第二轉子2之該第二軸心21之間的距離相同，使各該第二感應單元4具有相同之第二旋轉半徑R2，該第一旋轉半徑R1與該第二旋轉半徑R2相同且與軸體5有一最大距離，如此，有較小流速或流量的流體通過時，該第一轉子1及該第二轉子2僅成偏慢轉速，以維持穩定的感應單元交錯速率。

請參照第4圖，各該第一感應單元3與該第一軸心11之間的距離相同為第三旋轉半徑R3，以及，各該第二感應單元4與該第二軸心21之間的距離相同為第四旋轉半徑R4，該第三旋轉半徑R3與第四旋轉半徑R4相同且與軸體5有一距離，該距離小於該第一旋轉半徑R1與該第二 旋轉半徑R2與軸體5間之距離，如此，當較大流速或流量的流體通過時，該第一轉子1及該第二轉子2雖形成偏快轉速，惟由於僅有較小的旋轉半徑，以維持穩定的感應單元交錯速率。

又各該第一溝槽14結合二個以上的第一感應單元3，及各該第二溝槽24結合二個以上的第二感應單元4，且各該第一感應單元3位置需對應於各該第二感應單元4位置時，如此，可以使各該第一感應單元3能夠依序通過對應的各該第二感應單元4，以使交錯感應的次數最佳化，進而可以提升發電效率。

綜上所述，本發明的輻向機構可變速率之流體發電渦輪，各該感應單元的位置可調動，由轉速公式得知交錯感應的速率正比於感應單元與軸心間的距離，故即使不穩定的流體能源使渦輪的轉速有快有慢，亦能藉由調動感應單元的位置，得到穩定的交錯感應速率，轉換出穩定的電能，而不需通過增速裝置。

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。

Claims (10)

1. 一種輻向機構可變速率之流體發電渦輪，包含：一軸體；一第一轉子，由一第一軸心定位於該軸體上朝第一方向旋轉，該第一轉子具有數個第一扇葉，該數個第一扇葉係成等間距輻射設置，於該第一轉子的第一旋轉面之各該第一扇葉各具有一第一溝槽；數個第一感應單元，各該第一感應單元可調動地結合各該第一溝槽；一第二轉子，由一第二軸心定位於該軸體上朝第二方向旋轉，該第二轉子具有數個第二扇葉，該數個第二扇葉係成等間距輻射設置，於該第二轉子的第一旋轉面之各該第二扇葉各具有一第二溝槽；及數個第二感應單元，各該第二感應單元可調動地結合各該第二溝槽，且各該第二感應單元與各該第一感應單元能夠在一可調動的旋轉半徑相互交錯感應。
2. 如申請專利範圍第1項所述之輻向機構可變速率之流體發電渦輪，其中，該第一轉子與該第二轉子之第一旋轉面平行，且該第一轉子之該數個第一扇葉的攻角與該第二轉子之該數個第二扇葉的攻角相反。
3. 如申請專利範圍第1項所述之輻向機構可變速率之流體發電渦輪，其中，該第一軸心位於該第一轉子之一轂部，該第二軸心位於該第二轉子之一轂部，該數個第一扇葉的第一端連接於該第一轉子之該轂部外周，該數個第二扇葉的第一端連接於該第二轉子之該轂部外周。
4. 如申請專利範圍第3項所述之輻向機構可變速率之流體發電渦輪，其中，該數個第一扇葉與該數個第二扇葉的第二端各連接於一外環體。
5. 如申請專利範圍第1項所述之輻向機構可變速率之流體發電渦輪，其中，該數個第一溝槽與該數個第二溝槽之開口方向各垂直於該第一轉子與第二轉子的旋轉面。
6. 如申請專利範圍第1項所述之輻向機構可變速率之流體發電渦輪，其中，該數個第一感應單元各設有一第一結合件及一第一感應體，各該第一結合件可調動地結合於該第一轉子的各該第一溝槽；該數個第二感應單元各設有一第二結合件及一第二感應體，各該第二結合件可調動地結合於該第二轉子的各該第一溝槽。
7. 如申請專利範圍第6項所述之輻向機構可變速率之流體發電渦輪，其中，該數個第一感應體為線圈，該數個第二感應體為永久磁鐵組，各該永久磁鐵組為二分隔且N極、S極相對的永久磁鐵，該二永久磁鐵之間形成一感應空間，該感應空間供各該線圈通過。
8. 如申請專利範圍第3項所述之輻向機構可變速率之流體發電渦輪，其中，該數個第一溝槽的近軸體之一端係與一通孔相連通，各該通孔貫通該轂部，且穿出該第一轉子之第二旋轉面。
9. 如申請專利範圍第7項所述之輻向機構可變速率之流體發電渦輪，其中，該第一轉子的第二旋轉面具有二隔離的集電環，且各該第一感應體之線圈的二端，分別接通該二集電環，該二集電環被隔離的設置且與該第一轉子同步旋轉。
10. 如申請專利範圍第9項所述之輻向機構可變速率之流體發電渦輪，其中，各該第一感應體之線圈的二端經由該通孔分別接通該二集電環。