TW202226720A

TW202226720A - 磁能傳動裝置換極控制機構

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Publication number: TW202226720A
Application number: TW109146713A
Authority: TW
Inventors: 張力
Original assignee: 張力
Priority date: 2020-12-29
Filing date: 2020-12-29
Publication date: 2022-07-01
Also published as: CN114696569A; TWI766513B

Abstract

本發明係指一種磁能傳動裝置換極控制機構，其包括有一基座、至少一第一磁力致動單元、至少一第二磁力致動單元、至少一磁力被動單元及一磁極切換控制單元，利用第一、二磁力致動單元可同步對該磁力被動單元生成同向磁斥力與磁吸力之磁作用力，再經由磁極切換控制單元同步進行磁作用力的往復切換，使該磁力被動單元能往復運動而生成一旋轉或線性之動能輸出，且該磁極切換控制單元於第一、二磁力致動單元上分別設有第一、二蓄能元件，以產生抗拒磁場變化的作用力，可達到省力之效，且使其磁極切換動作更順暢。

Description

磁能傳動裝置換極控制機構

本發明係隸屬一種利用磁能傳動之技術領域，具體而言係指一種磁能傳動裝置換極控制機構，藉以能有效操控磁斥力與磁吸力之反應效率，且具有省力之效，並能增加磁作用的行程，且可以減少輸出耗損並能加強輸出效率，進而提能源轉換效率。

按，傳統動力機具的動力來源主要來自電動馬達或是內燃機〔如燃油或燃氣引擎〕驅動齒輪組來產生。以其中電動馬達而言，若要達到高動力輸出，除了必須繞設體積較大之額定激磁線圈與轉子外，更必須耗費較高的電能，於此激磁線圈方能驅使體積笨重的轉子運轉，從而達到額定轉速的高動力輸出之目的，由此可見，習知電動馬達無論是在耗能、製造成本以及動力輸出效能上皆有改善空間。由於當前全世界極力推動的電動機車，電動汽車，或汽電共生的汽車，都受到耗費在啟動電流及維持額定轉速的電流限制，造成應用在城市內交通驅動時，其扭力及續航力不足，此為現階段電動車技術開發的瓶頸所在。

而為了解決前述耗能及動力輸出效能的問題，業界開發有多種磁能傳動裝置來輔助或取代前述動力機具，如我國專利公告第I325923號、第M502288號、第M560542號及第I640149號等，這類磁能傳動裝置主要係將至少兩可相對產生磁性作用力〔即磁斥力及磁吸力〕之磁組分別定義為一磁力致動單元及一磁力被動單元，而透過磁力致動單元與磁力被動單元之間磁作用力的切換，即透過磁力致動件的磁極切換，使兩者間產生磁斥力與磁吸力的反覆交錯作用，而令該磁力被動單元能相對磁力致動單元產生往復運動，進而生成一動能並輸出至一動力輸出單元〔如發電系統、齒輪箱等〕，以供利用；

由於在磁作用力範圍內，控制最近距離時的磁斥力比控制最遠距離時的磁吸力反應速率更高，因此如何有效控制磁斥力成為主要課題。而根據楞次定律，一磁場改變產生感應電流，此感應電流造成的磁場會形成一股抗拒磁場變化的力。因此對於前述磁能傳動裝置之磁力致動件在進行磁極切換時，無形間就會產生抗矩，因此必需施以較大的作用力來完成，不僅操作上費力，也影響到控制換極之速度。

換言之，如何盡量減少施力，且有控制磁極切換，使磁斥力與磁吸力之作用力差的比值增大，即能提高其能源轉換效率，係業界及使用者所期待者，亦係本發明所欲探討者。

有鑑於此，本發明人遂針對上述現有者所面臨的問題，潛心研究並配合學理的運用，秉持多年該相關行業之設計開發及實作經驗，針對現有結構之缺失予以改良，終於成功開發出一種磁能傳動裝置換極控制機構，藉以克服現有因換極控制費力所衍生的困擾與不便。

因此，本發明之主要目的係在提供一種磁能傳動裝置換極控制機構，藉以能有效控制磁極同步切換，而利用磁吸力與磁斥力交替往復作用所產生的拉力及推力轉換成可供輸出的動力，因而提高其動力輸出的效能。

再者，本發明之主要目的係在提供一種磁能傳動裝置換極控制機構，其在控制切換磁作用力時能有效節省施力，以增進其運轉的順暢性，並使磁斥力與磁吸力之作用力差的比值增大，而能提高其能源轉換效率。

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，其包括有：

一基座；

至少一第一磁力致動單元及至少一第二磁力致動單元，其係分別設於該基座上，各該第一、二磁力致動單元係呈等距、且交錯間隔設置，且該第一、二磁力致動單元上分別具有可供切換之一第一磁作用部及一不同極性之第二磁作用部，且第一、二磁力致動單元之第一磁作用部與第二磁作用部呈同位設置；

至少一磁力被動單元，其係線性滑設於基座上，各該磁力被動單元分別設於相鄰之第一、二磁力致動單元之間，且各該磁力被動單元兩端分別具有一第一磁被動部及一第二磁被動部，供分別對應相鄰之第一、二磁力致動單元之磁組，使得該磁力被動單元可被兩端之第一、二磁力致動單元磁組所生成同向作用之磁斥力與磁吸力所驅動；

一磁極切換控制單元，其係設於基座上，該磁極切換控制單元係具有可分別作動該第一、二磁力致動單元之磁組切換第一、二磁作用部之一第一作動件及一第二作動件，又該磁極切換控制單元並利用一驅動件作動一連動件，且該連動件可同步驅動第一、二作動件，再者該磁極切換控制單元於基座上設有分別供第一、二作動件制動並產生回復預力之至少一第一蓄能元件及至少一第二蓄能元件，且該第一、二蓄能元件之蓄能回復行程分別位於兩端第一、二磁力致動單元切換磁極時產生抗拒磁場變化的範圍。

藉此，透過上述技術手段的具體實現，使得本發明之磁能傳動裝置換極控制機構能利用第一、二磁力致動單元間設有可滑動之磁力被動單元，且透過第一、二磁力致動單元可同步對該磁力被動單元生成同向磁斥力與磁吸力之磁作用力，再經由磁極切換控制單元同步進行前述第一、二磁力致動單元之磁作用力的切換，使該磁力被動單元能往復運動而生成一旋轉或線性之動能輸出，且進一步配合磁極切換控制單元於第一、二磁力致動單元上分別設有第一、二蓄能元件，以產生抗拒磁場變化的作用力，不僅可達到省力之效，且使其磁極切換動作更順暢，同時能讓第一、二磁力致動單元磁極之切換更為靈敏，可進一步加大磁力被動單元之作用行程，進而提升其能源轉換效率，從而增加產品的附加價值，並提升其經濟效益。

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，以下乃舉本發明之若干較佳實施例，並配合圖式詳細說明如後，同時讓熟悉該項技術領域者能夠具體實施。

10:基座

20:第一磁力致動單元

21:磁組

211:第一磁作用部

212:第二磁作用部

22:轉軸

30:第二磁力致動單元

31:磁組

311:第一磁作用部

312:第二磁作用部

32:轉軸

40:磁力被動單元

41:第一滑座

410:第一磁被動部

42:第二滑座

420:第二磁被動部

43:曲柄組

44:第一擺臂

45:第二擺臂

46:輸出軸

47:偏心件

470:樞軸

48:連桿

480:輸出部

49:輸出部

50:磁極切換控制單元

51:第一作動件

510:制動件

52:第二作動件

520:制動件

53:連動件

55:驅動件

56:第一蓄能元件

57:第二蓄能元件

80:動力輸出單元

第一圖：係本發明磁能傳動裝置換極控制機構第一較佳實施例之外觀示意圖。

第二圖：係本發明磁能傳動裝置換極控制機構第一較佳實施例之立體分解示意圖，供說明各構件之態樣及相對關係。

第三圖：係本發明磁能傳動裝置換極控制機構第一較佳實施例之立體動作示意圖。

第四圖：係本發明磁能傳動裝置換極控制機構第一較佳實施例之平面動作示意圖，供說明其第一運動狀態。

第五圖：係本發明磁能傳動裝置換極控制機構第一較佳實施例之另一平面動作示意圖，供說明其反向回程之第二運動狀態。

第六圖：係本發明磁能傳動裝置換極控制機構第二較佳實施例之立體外觀示意圖，供說明其中磁力被動單元之不同態樣。

第七圖：係本發明磁能傳動裝置換極控制機構第三較佳實施例之立體外觀示意圖，供說明其中磁力被動單元之另一不同態樣。

第八圖：係本發明磁能傳動裝置換極控制機構第四較佳實施例之立體外觀示意圖。

第九圖：係本發明磁能傳動裝置換極控制機構第五較佳實施例之立體外觀示意圖，供說明其組成縱向矩陣排列之態樣。

第十圖：係本發明磁能傳動裝置換極控制機構第六較佳實施例之立體外觀示意圖，供說明其組成橫向矩陣排列之態樣。

本發明係一種磁能傳動裝置換極控制機構，隨附圖例示之本發明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，根據本發明之設計與需求而進行變化。

本發明磁能傳動裝置換極控制機構之主要構成係如第一圖所示，其包含有一基座(10)、至少一第一磁力致動單元(20)、至少一第二磁力致動單元(30)、至少一磁力被動單元(40)及一磁極切換控制單元(50)所以組成，其中各該第一磁力致動單元(20)與各該第二磁力致動單元(30)係呈等距、且交錯間隔設於基座(10)上，而各該磁力被動單元(40)係滑設於相鄰之第一、二磁力致動單元(20、30)或相鄰之第二、一磁力致動單元(30、20)的基座(10)上，使得各該磁力被動單元(40)兩端相鄰之第一、二磁力致動單元(20、30)可同步對其生成一磁吸力與一磁斥力，再者該磁極切換控制單元(50)可驅動各該第一、二磁力致動單元(20、30)同步切換對應相鄰磁力被動單元(40)之磁極，透過第一、二磁力致動單元(20、30)之磁極切換作用，令各該磁力被動單元(40)可在不接觸第一、二磁力致動單元(20、30)的範圍內往復線性移動，以生成一動能並輸出至一動力輸出單元(80)〔如發電系統、齒輪箱等〕，以供利用；

而本發明第一較佳實施例之詳細構成，則係如第一、二圖所揭示者，該基座(10)可以係由一端視斷面呈U形之框體所構成，而前述該第一、二磁力致動單元(20、30)及各該磁力被動單元(40)係線性排列設於該基座(10)上，又其中第一、二磁力致動單元(20、30)分別具有一磁組(21、31)，且磁組(21、31)分別具有一相等之第一磁作用部(211、311)〔可以是N極磁極或S極磁極〕及一不同極性之第二磁作用部〔即為S極磁極或N極磁極〕，其中該磁組(21、31)可以是一磁柱、一磁盤或一磁條，而本發明之磁組(21、31)以磁柱為主要實施例，令第一、二磁力致動單元(20、30)之磁組(21、31)可分別利用一轉軸(22、32)樞設於該基座(10)上，且第一、二磁力致動單元(20、30)之第一磁作用部(211、311)與第二磁作用部(212、312)呈同位設置，使得第一、二磁力致動單元(20、30)之第一磁作用部(211、311)與第二磁作用部(212、312)可以被同步進行軸向旋轉之切換；

又各該磁力被動單元(40)具有滑設於基座(10)、且可相對第一、二磁力致動單元(20、30)往復連動之一第一滑座(41)及一第二滑座(42)，且第一、二滑座(41、42)對應第一、二磁力致動單元(20、30)之表面分別具有一第一磁被動部(410)〔可以是N極磁極或S極磁極〕及一第二磁被動部(420)〔即為N極磁極或S極磁極〕，使得該磁力被動單元(40)可利用兩端之第一磁被動部(410)與第二磁被動部(420)相對第一、二磁力致動單元(20、30)的第一磁作用部(211、311)或第二磁作用部(212、312)同時產生磁斥力及磁吸力之磁作用力，且當第一、二磁力致動單元(20、30)之磁組(21、31)同步切換第一磁作用部(211、311)與第二磁作用部(212、312)時，可以令該磁力被動單元(40)之第一、二滑座(41、42)能保持同向線性往復位移，又該磁力被動單元(40)之第一、二滑座(41、42)可透過一曲柄組(43)將線性運動轉換成旋轉運動，而該曲柄組(43)包含有分別樞設於第一、二滑座(41、42)之一第一擺臂(44)與一第二擺臂(45)，且第一、二擺臂(44、45)之相對端部並相對樞設，又該曲柄組(43)於基座(10)中間樞設有至少一軸心與第一、二磁力致動單元(20、30)磁組(21、31)軸心等距之輸出軸(46)，本發明以分別穿樞基座(10)兩側之相對輸出軸(46)為主要施實例，且各該輸出軸(46)上設有一相對之偏心件(47)，而該等偏心件(47)另端係以一樞軸(470)共同樞設於第一、二擺臂(44、45)之樞接處，使得第一、二磁力致動單元(20、30)之第一、二滑座(41、42)同向移動時可透過第一、二擺臂(44、45)、偏心件(47)以曲柄作動方式驅動該等輸出軸(46)旋轉，以生成一旋轉動能並輸出至一動力輸出單元(80)〔如第一圖所示〕，以供利用，又各該輸出軸(46)異於偏心件(47)一側進一步可以具有一配重件(471)，令該第一、二擺臂(44、45)驅動輸出軸 (46)之旋轉運動不致產生旋轉死點，使運轉可以更為順暢。且根據某些實施例，如第六圖所示，本發明之第二較佳實施例，該磁力被動單元(40)之第一、二滑座(41、42)間可以具有一連桿(48)，且該連桿(48)可以接設有一輸出部(480)，使得該磁力被動單元(40)可利用第一、二滑座(41、42)的往復線性運動，而生成一線性動能並輸出以供利用。再者，根據某些實施例，如第七圖所示，本發明之第三較佳實施例，該磁力被動單元(40)之第一、二滑座(41、42)可以形成一體結構，且該第一、二滑座(41、42)之一體結構上設有一輸出部(49)，使得該磁力被動單元(40)可利用往復線性運動生成一線性動能並輸出以供利用；

再者，該磁極切換控制單元(50)係於第一、二磁力致動單元(20、30)磁組(21、31)之轉軸(22、32)分別設有一第一作動件(51)及一第二作動件(52)，且該第一、二作動件(51、52)可被一連動件(53)同向驅動，供同步轉動該第一、二磁力致動單元(20、30)之磁組(21、31)轉軸(22、32)，使得第一、二磁力致動單元(20、30)之磁組(21、31)可相對磁力被動單元(40)之第一、二滑座(41、42)產生同向作用之磁斥力與磁吸力，讓該磁力被動單元(40)能產生旋轉或直線之動能，又其中該第一、二作動件(51、52)可以選自齒輪〔如第一~十圖所示〕、撥桿或其他可作動轉軸(22、32)帶動磁組(21、31)旋轉之構件，而該連動件(53)可以是供如齒輪之第一、二作動件(51、52)嚙合之齒條〔如第一~七、九及十圖所示〕、鏈條〔如第八圖之第四實施例所示〕或其他可驅動第一、二作動件(51、52)同步動作之構件如連桿，供利用一驅動件(55)作動該連動件(53)往復運動，該驅動件(55)可以是能正逆轉之伺服馬達、能線性運動之伸縮壓缸或其他可驅動該連動件(53)作動之元件，再者該磁極切換控制單元(50)可於基座(10)上設有分別供第一、二作動件(51、52)制動並產生回復預力之至少一第一蓄能元件(56)及至少一第二蓄能元件(57)，其中該第一、二蓄能元件(56、57)可以是彈性件如扭力彈簧、彈性壓桿等，本發明之第一、二蓄能元件(56、57)以套設於第一、二磁力致動單元(20、30)轉軸(22、32)之扭力彈簧為主要實施例，且該第一、二蓄能元件(56、57)之扭力彈簧一端固設於基座(10)上，另端可被設於第一、二作動件(51、52)之一制動件(510、520)所壓動產生蓄能作用，且該第一、二蓄能元件(56、57)之蓄能回復行程分別位於兩端第一、二磁力致動單元(20、30)於切換磁極時相對該磁力被動單元(40)產生抗拒磁場變化的範圍〔如第三、四及五圖所示〕，使得該驅動件(55)作動該連動件(53)帶動第一、二磁力致動單元(20、30)切換磁極時能產生省力之效；

藉此，能讓兩端第一、二磁力致動單元(20、30)之磁組(21、31)同步切換磁極，以相對該磁力被動單元(40)之第一、二滑座(41、42)產生同向作用之磁斥力與磁吸力，而生成一動能以供利用，從而組構成一能同步切換磁極、且省力之磁能傳動裝置換極控制機構者。

至於本發明之實際運作，則係如第一、三圖所示，當基座(10)上的第一、二磁力致動單元(20、30)受磁極切換控制單元(50)之驅動件(55)作動連動件(53)的作用，而能透過該連動件(53)同步帶動設於第一、二磁力致動單元(20、30)之磁組(21、31)轉軸(22、32)的第一、二作動件(51、52)，進而驅動第一、二磁力致動單元(20、30)之磁組(21、31)同步切換磁極，例如使其中第一磁力致動單元(20)之磁組(21)第二磁作用部(212)對應該磁力被動單元(40)之第一滑座(41)第一磁被動部(410)而產生磁斥力，且第二磁力致動單元(30)之磁組(31)第一磁作用部(311)對應該磁力被動單元(40)之第二滑座(42)第二磁被動部(420)而產生磁吸力時，可使得該磁力被動單元(40)之第一、二滑座(41、42)分別因磁斥力及磁吸力之磁作用力而同步向右移動，並同步作動曲柄組(43)生成一動能由輸出軸(46)旋轉輸出，同時令該磁極切換控制單元(50)設於該第一磁力致動單元(20)之第一蓄能元件(56)如扭力彈簧呈釋能狀，以產生抗拒磁場變化的作用力，可供減少驅動件(55)之施力，而產生省力之效，且該磁極切換控制單元(50)設於該第二磁力致動單元(30)之第二蓄能元件(57)如扭力彈簧可第二作動件(52)上制動件(520)壓縮呈具回復預力之蓄能狀〔如第三、四圖所示〕，以供下一循環產生回復預力；

接著，如第四、五圖所示，當基座(10)上的第一、二磁力致動單元(20、30)受磁極切換控制單元(50)之驅動件(55)反向作動連動件(53)，供其透過該連動件(53)同步帶動第一、二作動件(51、52)反向運動，進而驅動該第一、二磁力致動單元(20、30)之磁組(21、31)同步反向切換，使該第一磁力致動單元(20)之磁組(21、31)由第二磁作用部(212)切換成第一磁作用部(211)、而第二磁力致動單元(30)之磁組(331)同步由第一磁作用部(311)切換成第二磁作用部(312)，令該第一磁力致動單元(20)磁組(21)以第一磁作用部(211)對應該磁力被動單元(40)之第一滑座(41)第一磁被動部(410)切換成磁吸力，至於第二磁力致動單元(30)磁組(31)以第二磁作用部(312)對應該磁力被動單元(40)之第二滑座(42)第二磁被動部(420)切換成磁斥力，讓該磁力被動單元(40)之第一、二滑座(41、42)分別因磁吸力及磁斥力之磁作用力而同步向左移動，且同步作動曲柄組(43)持續生成一動能由輸出軸(46)旋轉輸出，同時令該磁極切換控制單元(50)設於該第一磁力致動單元(20)之第一蓄能元件(56)可被第一作動件(51) 上之制動件(510)壓縮呈具回復預力之蓄能狀〔如第五圖所示〕，以供下一循環產生回復預力，且該磁極切換控制單元(50)設於該第二磁力致動單元(30)之第二蓄能元件(57)能因回復預力而呈釋能狀，以產生抗拒磁場變化的作用力，如此可供減少驅動件(55)之施力，從而達到省力之效。

另根據某些實施例，本發明之磁能傳動裝置換極控制機構可以是縱向陣列設置，其可以具有二個或二個以上緃向線性排列之第一、二磁力致動單元(20、30)及磁力被動單元(40)，如第九圖所示，本實施例為間隔設置之二個第一磁力致動單元(20)、一個第二磁力致動單元(30)及二個磁力被動單元(40)，其中各該磁力被動單元(40)被等距設於相鄰的第一、二磁力致動單元(20、30)及第二、一磁力致動單元(30、20)之間，且各該第一、二磁力致動單元(20、30)之磁組(21、31)轉軸(22、32)分別設有磁極切換控制單元(50)之第一、二作動件(51、52)，供利用一連動件(53)同步驅動，使得所有第一、二磁力致動單元(20、30)可同步切換磁極，生成一動能供輸出，同時配合該磁極切換控制單元(50)於驅動第一、二磁力致動單元(20、30)切換磁極之第一、二作動件(51、52)上設有第一、二蓄能元件(56、57)，而能產生抗拒磁場變化的作用力達到省力之目的，且當數量越多時，其省力效果越為明顯，使磁極切換控制更為有效。

再者，根據某些實施例，本發明之磁能傳動裝置換極控制機構可以是橫向陣列設置，如第十圖所示，其可以具有二組或二個以上橫向排列之磁能傳動裝置換極控制機構，且相鄰磁能傳動裝置換極控制機構之各該第一磁力致動單元(20)及各該第二磁力致動單元(30)的磁組(21、31)轉軸(22、32)分別連接成一體軸桿，使得該磁極切換控制單元(50) 之驅動件(55)透過連動件(53)作動第一、二作動件(51、52)時，同同步帶動橫向排列之第一磁力致動單元(20)與第二磁力致動單元(30)進行磁極切換，而生成一動能供輸出，同時配合該磁極切換控制單元(50)於驅動第一、二磁力致動單元(20、30)切換磁極之第一、二作動件(51、52)上設有第一、二蓄能元件(56、57)，而能產生抗拒磁場變化的作用力達到省力之目的，且當數量越多時，其省力效果越為明顯，使磁極切換控制更為有效。

藉由上述之具體實施例說明，本發明之磁能傳動裝置換極控制機構能利用第一、二磁力致動單元(20、30)間設有可滑動之磁力被動單元(40)，且透過第一、二磁力致動單元(20、30)可同步對該磁力被動單元(40)生成同向磁斥力與磁吸力之磁作用力，再經由磁極切換控制單元(50)同步進行前述第一、二磁力致動單元(20、30)之磁作用力的切換，使該磁力被動單元(40)能往復運動而生成一旋轉或線性之動能輸出，且進一步配合磁極切換控制單元(50)於第一、二磁力致動單元(20、30)上分別設有第一、二蓄能元件(56、57)，以產生抗拒磁場變化的作用力，不僅可達到省力之效，且使其磁極切換動作更順暢，同時能讓第一、二磁力致動單元(20、30)磁極之切換更為靈敏，可進一步加大磁力被動單元(40)之作用行程，進而提升其能源轉換效率。

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。