TWI596279B

TWI596279B - 節能風機系統

Info

Publication number: TWI596279B
Application number: TW103133648A
Authority: TW
Inventors: 蕭文雄
Original assignee: 永盛節能科技有限公司
Priority date: 2014-09-26
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2017-08-21
Also published as: TW201612425A

Description

節能風機系統

本發明係有關於一種節能風機系統，尤其是指一種具有緩啟動功能之風機系統，藉由具調控功能之直流控制器對直流驅動馬達與風機之轉速與頻率的調變，以及具扭力緩衝功能之萬向接頭的設置，有效達到減少扭力、降低噪音、隨著環境調整風量，以及延長系統使用壽命之優勢者。

按，無論是單吸離心式風機、雙吸離心式風機、動翼式軸流風機(Vanaxial Fan，簡稱VAF)或是壁式風扇等風機系統，都是藉由驅動馬達帶動位於通風機內的葉輪轉動，以抽吸密閉空間內的氣流，而外界空氣則經由風機系統的入風口進入，再由出風口排出，以產生氣流的輸送，有效達到密閉空間與外界進行空氣交換的目的；舉凡工業廠房、工業製造程序、商業大樓、一般住家或是公路的隧道等，都需要有通風與排風的設備進行空氣之交換，因此，風機系統是調節室內空氣與保持空氣流通的重要裝置；傳統的風機系統多是使用驅動馬達帶動皮帶輪運轉，再由皮帶連結到葉輪之葉片以帶動風機之轉動，有效達到周遭環境通風與排風的需求；然而，使用皮帶輪帶動的風機系統在運轉一段時間後，常會有皮帶輪移位的缺點而需要進行停機校正，嚴重者亦有可能造成皮帶鬆弛或斷裂，進而影響風機葉輪的損害與驅動馬達過熱燒毀的危險，而當風機系統停止運轉一段時間後，皮帶輪亦有容易硬化而造成脫落的缺點；再者，傳統使用皮帶輪驅動的風機系統係僅具備一種規格之轉速，若要隨著不同的環境需求調整轉速而獲得不同的風量，則必須更換對應的皮帶輪而增加系統設置的成本。

此外，本案發明人曾於中華民國102年12月19日申請之編號第201433703號「具減速機構之風機系統」之發明專利中揭露一具減速機構之風機系統，主要包括有一圓筒殼體、一高速驅動馬達、一減速機構，以及至少一風機，此發明係利用設置於減速機構內並由複數個不同節圓半徑的齒輪所組合而成的減速齒輪組，以使輸出齒輪的轉速低於輸入齒輪的轉速，進而達到提升輸出軸扭力的功效，以加大整體風機的通風與排風量，此發明之風機系統係具有縮小通風系統體積、增加軸承使用壽命，以及減低噪音汙染以符合都會環保規範等優點，可有效增加高速驅動馬達之效率並節省系統之耗電量；然而，此發明之減速機構與風機間係使用一軸承連接，當高速驅動馬達驅動減速機構內之減速齒輪組運轉，進而帶動風機之葉輪轉動時，由於啟動瞬間的扭力過大，容易損耗減速機構與風機間的軸承，因而減低系統使用之壽命並造成系統設置成本的增加；因此，有效減低風機系統瞬間產生的極大扭力，以保護連接之軸承而延長系統之使用壽命，亦可隨著環境的變異而調整風量之輸出，仍是現今風機系統等開發業者或研究人員需持續努力克服與解決之重要課題。

今，發明人即是鑑於上述之傳統之風機系統存在因瞬間扭力增加而導致軸承損壞或無法隨著所在環境調整風量等諸多缺失，於是乃一本孜孜不倦之精神，並藉由其豐富之專業知識及多年之實務經驗所輔佐，而加以改善，並據此研創出本發明。

本發明主要目的為提供一種節能風機系統，尤其是指一種具有緩啟動功能之風機系統，藉由具調控功能之直流控制器對直流驅動馬達與風機之轉速與頻率的調變，以及具扭力緩衝功能之萬向接頭的設置，有效達到減少扭力、降低噪音、隨著環境調整風量，以及延長系統使用壽命之優勢。

為了達到上述實施目的，本發明人提出一種節能風機系統，係至少包括有一風機、一減速機構、一萬向接頭、一直流驅動馬達，以及一直流控制器；風機係具有一葉輪；減速機構係以一軸承連接葉輪之軸承，以帶動風機轉動；萬向接頭係由一第一轉子、一第二轉子，以及複數個緩衝墊片所構成，其中第一轉子與第二轉子係具有交替錯位之凸部，凸部間係設置有緩衝墊片，第一轉子係套設減速機構之軸承，而第二轉子則套設葉輪之軸承；直流驅動馬達係具有連接減速機構以驅使減速機構運轉之馬達轉子；直流控制器係電性連接直流驅動馬達，並以一轉速鈕與一時間鈕控制直流驅動馬達於特定時間內欲達到之轉速。

如上所述的節能風機系統，其中直流控制器係包括有一交流轉直流模組，以及一與其耦接之橋式整流器。

如上所述的節能風機系統，其中直流驅動馬達係可進一步設置於一平台上，直流驅動馬達與平台間係設置有一避震器，以減低直流驅動馬達震動所產生之雜訊。

如上所述的節能風機系統，其中風機係為單吸離心式風機、雙吸離心式風機或動翼式軸流風機等其中之一種。

如上所述的節能風機系統，其中減速機構係為減速齒輪組或行星減速機等其中之一種。

如上所述的節能風機系統，其中減速齒輪組係包括有一軸設於馬達轉子之第一齒輪、一包括有一從動齒輪與一主動齒輪的第二齒輪模組，以及一第三齒輪，其中從動齒輪與主動齒輪係軸設於同一齒輪軸承上，第一齒輪係對應嚙合於從動齒輪，主動齒輪係對應嚙合於第三齒輪，以使直流驅動馬達輸出之動力經由馬達轉子依序由第一齒輪傳遞至第三齒輪，並由第三齒輪輸出，其中第三齒輪係軸設於葉輪之軸承上。

如上所述的節能風機系統，其中從動齒輪之節圓半徑係大於第一齒輪，且第三齒輪之節圓半徑係大於主動齒輪。

藉此，本發明之節能風機系統係藉由具有調控功能之直流控制器對直流驅動馬達與風機之轉速與頻率的調變，有效以緩起動之方式達到隨著風機系統所在環境之差異而調整風量之輸出的功能，以避免傳統皮帶輪之風機系統必須更換皮帶輪以獲得不同轉速與頻率之缺點，係具有節省系統設置成本之優勢者；此外，本發明之節能風機系統係藉由具扭力緩衝功能之萬向接頭的設置，以緩衝減速機構之軸承與葉輪之軸承間的瞬間扭力，有效減緩軸承之硬體耗損，達到提升軸承之使用壽命，進而延長系統之使用年限，亦是具有節省系統設置成本之優勢者；再者，本發明之節能風機系統係藉由萬向接頭之第一轉子與第二轉子交替錯位之凸部間的緩衝墊片，有效降低軸承之鐵質與鐵質之間所產生之噪音，並保護萬向接頭以延長其使用之壽命；最後，本發明之節能風機系統係藉由內建於減速機構之減速齒輪組合或行星減速機之設計，以取代傳統風機系統使用皮帶與皮帶輪傳動之缺點，可有效減低皮帶輪啟動時的噪音汙染，確實達到符合都市環保噪音規範與永續發展之優勢者。

(1)‧‧‧風機

(11)‧‧‧葉輪

(111)‧‧‧軸承

(2)‧‧‧減速機構

(21)‧‧‧軸承

(22)‧‧‧第一齒輪

(23)‧‧‧第二齒輪模組

(231)‧‧‧從動齒輪

(232)‧‧‧主動齒輪

(233)‧‧‧齒輪軸承

(24)‧‧‧第三齒輪

(3)‧‧‧萬向接頭

(31)‧‧‧第一轉子

(32)‧‧‧第二轉子

(33)‧‧‧緩衝墊片

(34)‧‧‧凸部

(4)‧‧‧直流驅動馬達

(41)‧‧‧馬達轉子

(5)‧‧‧平台

(51)‧‧‧避震器

(6)‧‧‧直流控制器

(61)‧‧‧轉速鈕

(62)‧‧‧時間鈕

(63)‧‧‧電源開關

第一圖：本發明節能風機系統其一較佳實施例之單吸離心式風機外觀圖

第二圖：本發明節能風機系統其一較佳實施例之整體外觀配置圖

第三圖：本發明節能風機系統其二較佳實施例之動翼式軸流風機外觀圖

第四圖：本發明節能風機系統其一較佳實施例之減速齒輪組內部配置圖

第五圖：本發明節能風機系統其一較佳實施例之萬向接頭結構配置圖

本發明之目的及其結構設計功能上的優點，將依據以下圖面所示之較佳實施例予以說明，俾使審查委員能對本發明有更深入且具體之瞭解。

首先，請參閱第一、二圖所示，為本發明節能風機系統其一較佳實施例之單吸離心式風機外觀圖，以及整體外觀配置圖，其中本發明之節能風機系統係至少包括有：一風機(1)，係具有一葉輪(11)，其中風機(1)係為單吸離心式風機、雙吸離心式風機或動翼式軸流風機等其中之一種，在本發明其一較佳實施例中，風機(1)係為一單吸離心式風機之態樣；請一併參閱第三圖所示，為本發明節能風機系統其二較佳實施例之動翼式軸流風機外觀圖，其中風機(1)係為一動翼式軸流風機之態樣；一減速機構(2)，係以一軸承(21)連接葉輪(11)之軸承(111)，以帶動風機(1)轉動；此外，減速機構(2)係為減速齒輪組或行星減速機等其中之一種，在本發明其一較佳實施例中，減速機構(2)係為一減速齒輪組，而減速齒輪組係與本發明人申請於中華民國102年12月19日編號第201433703號「具減速機構之風機系統」發明案所揭露之減速機構中的減速齒輪組相同，請一併參閱第四圖所示，為本發明節能風機系統其一較佳實施例之減速齒輪組內部配置圖，其中減速齒輪組係包括有一軸設於馬達轉子(41)之第一齒輪 (22)、一包括有一從動齒輪(231)與一主動齒輪(232)的第二齒輪模組(23)，以及一第三齒輪(24)，其中從動齒輪(231)與主動齒輪(232)係軸設於同一齒輪軸承(233)上，第一齒輪(22)係對應嚙合於從動齒輪(231)，主動齒輪(232)係對應嚙合於第三齒輪(24)，以使直流驅動馬達(4)輸出之動力經由馬達轉子(41)依序由第一齒輪(22)傳遞至第三齒輪(24)，並由第三齒輪(24)輸出，其中第三齒輪(24)係軸設於軸承(21)上，並連接葉輪(11)之軸承(111)；在本發明其一較佳實施例中，從動齒輪(231)之節圓半徑係大於第一齒輪(22)，且第三齒輪(24)之節圓半徑係大於主動齒輪(232)，其中從動齒輪(231)與第一齒輪(22)之節圓半徑比係為4：1，而第三齒輪(24)與主動齒輪(232)之節圓半徑比係為2.5：1，其中第一齒輪(22)之節圓半徑係為0.4公分、從動齒輪(231)之節圓半徑係為1.6公分、主動齒輪(232)之節圓半徑係為0.8公分、第三齒輪(24)之節圓半徑係為2公分，假設齒輪嚙合運轉時並無任何能量之損耗，則當直流驅動馬達(4)之馬達轉子(41)帶動第一齒輪(22)轉動4圈時，則與之嚙合的從動齒輪(231)係轉動1圈，轉動速度降為1/4倍，扭力則提升為4倍，而由於從動齒輪(231)與主動齒輪(232)係屬使用同一齒輪軸承(233)之齒輪，因此當動齒輪(231)轉動2.5圈時，則主動齒輪(232)亦相對應轉動2.5圈，則會帶動第三齒輪(24)轉動1圈，扭力提升為2.5倍；因此，例如當第一齒輪(22)轉速為每分鐘7200轉時，則依上文之敘述，第三齒輪(24)的轉速則減速為每分鐘720轉，速度降為1/10倍，扭力則提升為10倍，可以有效藉由減速齒輪組所包含的4個齒輪互相嚙合傳遞動力後，降低輸出軸的轉速，進而達到提升輸出軸的扭力之功效；然而必須注意的是，上述減速齒輪組的齒輪數目、各齒輪之節圓半徑、各齒輪間的半徑比例，以及每分鐘之轉速等都是為說明方便起見，而非以本發明所舉為限，且熟此技藝者當知道不同的齒輪數、不同的齒輪節圓半徑，以及不同的齒輪轉速比例皆會有不同的扭力輸出，並不會影響本發明的實際實施，而其所作之等效變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之設計範疇；此外，當減速機構(2)係為一行星減速機時，係採用SERVOBOX Series公司生產之精密行星減速機，而行星減速機已為習知技藝中眾所皆知之知識，且並非本發明之重點，因此，不再本發明中加以贅述；一萬向接頭(3)，係由一第一轉子(31)、一第二轉子(32)，以及複數個緩衝墊片(33)所構成，其中第一轉子(31)與第二轉子(32)係具有交替錯位之凸部(34)，凸部(34)間係設置有緩衝墊片(33)，第一轉子(31)係套設減速機構(2)之軸承(21)，而第二轉子(32)則套設葉輪(11)之軸承(111)；請一併參閱第五圖所示，為本發明節能風機系統其一較佳實施例之萬向接頭結構配置圖，其中凸部(34)係由一金屬材質所製成，最佳係為鐵質材質，而設置於凸部(34)間的緩衝墊片(33)係由一橡膠材質所製成，可減少緩衝啟動時的瞬間扭力，有達延長減速機構(2)之軸承(21)與葉輪(11)之軸承(111)的使用壽命；一直流驅動馬達(4)，係具有連接減速機構(2)以驅使減速機構(2)運轉之馬達轉子(41)；此外，直流驅動馬達(4)係可進一步設置於一平台(5)上，直流驅動馬達(4)與平台(5)間係設置有一避震器(51)，以減低直流驅動馬達(4)震動所產生之雜訊；以及一直流控制器(6)，係電性連接直流驅動馬達(4)，並以一轉速鈕(61)與一時間鈕(62)控制直流驅動馬達(4)於特定時間內欲達到之轉速，亦即使用者可經由調控轉速鈕(61)以設定直流驅動馬達(4)所欲達到之轉速，再調控時間鈕(62)設定直流驅動馬達(4)達到設定之轉速所需要耗費之時間，使本發明之節能風機系統可具有緩啟動之功效，以延長萬向接頭(3)、減速機構(2)之軸承(21)，以及葉輪(11)之軸承(111)的使用壽命；此外，由於直流驅動馬達(4)之轉速與頻率可經由直流控制器(6)調整，因此，本發明之節能風機系統可隨著環境的需求而適時調整直流驅動馬達(4)以帶動不同的風量，可避免傳統使用皮帶輪之風機系統必須更換皮帶輪之缺點，有效達到節省成本之優勢；再者，直流控制器(6)係包括有一交流轉直流模組(圖式無標示)，以及一與其耦接之橋式整流器(圖式無標示)，係用以將市電之交流電源轉換為直流電源，以提供直流驅動馬達(4)之電力來源。

根據上述之節能風機系統於實際實施時，當本發明之節能風機系統其一較佳實施例應用於有通風或排風需求之場所時，例如工業廠房、工業製造程序、商業大樓、一般住家或是公路的隧道等，首先，使用者必須先啟動一直流控制器(6)的電源開關(63)，再依系統所在之環境決定風機的出風量，亦即使用者可藉由調控一轉速鈕(61)以設定直流驅動馬達(4)所欲達到之轉速，再調控一時間鈕(62)以設定直流驅動馬達(4)達到設定之轉速所需要耗費之時間，使本發明之節能風機系統可隨著環境的不同而調整適當之風量；此外，直流控制器(6)係內建有一交流轉直流模組，以及一與之耦接的橋式整流器，可將市電之交流電源轉換為直流電源，以提供給直流驅動馬達(4)使用，有效驅動直流驅動馬達(4)轉動；再者，直流驅動馬達(4)係藉由一馬達轉子(41)連接至一減速機構(2)，並驅使減速機構(2)運轉，其中直流驅動馬達(4)係設置於一平台(5)上，而直流驅動馬達(4)與平台(5)間係設置有一避震器(51)，用以減低直流驅動馬達(4)震動所產生之雜訊；此外，減速機構(2)係為一減速齒輪組，減速齒輪組係包括有一軸設於馬達轉子(41)之第一齒輪(22)、一包括有一從動齒輪(231)與一主動齒輪(232)的第二齒輪模組(23)，以及一第三齒輪(24)，其中從動齒輪(231)與主動齒輪(232) 係軸設於同一齒輪軸承(233)上，第一齒輪(22)係對應嚙合於從動齒輪(231)，主動齒輪(232)係對應嚙合於第三齒輪(24)，以使直流驅動馬達(4)輸出之動力經由馬達轉子(41)依序由第一齒輪(22)傳遞至第三齒輪(24)，並由第三齒輪(24)輸出，其中第三齒輪(24)係軸設於葉輪(11)之軸承(111)上，而從動齒輪(231)之節圓半徑係大於第一齒輪(22)，且第三齒輪(24)之節圓半徑係大於主動齒輪(232)，其中從動齒輪(231)與第一齒輪(22)之節圓半徑比係為4：1，而第三齒輪(24)與主動齒輪(232)之節圓半徑比係為2.5：1，在本發明其一較佳實施例中，第一齒輪(22)之節圓半徑係為0.4公分、從動齒輪(231)之節圓半徑係為1.6公分、主動齒輪(232)之節圓半徑係為0.8公分、第三齒輪(24)之節圓半徑係為2公分，假設齒輪嚙合運轉時並無任何能量之損耗，則當直流驅動馬達(4)之馬達轉子(41)帶動第一齒輪(22)轉動4圈時，則與之嚙合的從動齒輪(231)係轉動1圈，轉動速度降為1/4倍，扭力則提升為4倍，而由於從動齒輪(231)與主動齒輪(232)係屬使用同一齒輪軸承(233)之齒輪，因此當動齒輪(231)轉動2.5圈時，則主動齒輪(232)亦相對應轉動2.5圈，則會帶動第三齒輪(24)轉動1圈，扭力提升為2.5倍，例如當第一齒輪(22)轉速為每分鐘7200轉時，則依上文之敘述，第三齒輪(24)的轉速則減速為每分鐘720轉，速度降為1/10倍，扭力則提升為10倍，可以有效藉由減速齒輪組所包含的4個齒輪互相嚙合傳遞動力後，降低輸出軸的轉速，進而達到提升輸出軸的扭力之功效；再者，減速機構(2)係以一軸承(21)連接一葉輪(11)之軸承(111)，以帶動一風機(1)轉動，而減速機構(2)之軸承(21)與葉輪(11)之軸承(111)間係設置有一萬向接頭(3)，其中萬向接頭(3)係由一第一轉子(31)、一第二轉子(32)，以及複數個緩衝墊片(33)所構成，第一轉子(31)與第二轉子(32)係具有交替錯位之凸部(34)，凸部(34)間係設置有緩衝墊片(33)，第一轉子(31)係套設減速機構(2)之軸承(21)，而第二轉子(32)則套設葉輪(11)之軸承(111)，其中凸部(34)係由一金屬材質所製成，最佳係為鐵質材質，而設置於凸部(34)間的緩衝墊片(33)係由一橡膠材質所製成，可減少緩衝啟動時的瞬間扭力，有達延長減速機構(2)之軸承(21)與葉輪(11)之軸承(111)的使用壽命，而風機(1)係可為單吸離心式風機、雙吸離心式風機或動翼式軸流風機等其中之一種，以上即完成本發明之節能風機系統之運作程序，本發明之節能風機系統可有效達到減少扭力、降低噪音、隨著環境調整風量，以及延長系統使用壽命之優勢。

由上述之實施說明可知，本發明節能風機系統現有技術相較之下，本發明具有以下優點：

1.本發明之節能風機系統係藉由具有調控功能之直流控制器對直流驅動馬達與風機之轉速與頻率的調變，有效以緩起動之方式達到隨著風機系統所在環境之差異而調整風量之輸出的功能，以避免傳統皮帶輪之風機系統必須更換皮帶輪以獲得不同轉速與頻率之缺點，係具有節省系統設置成本之優勢者。

2.本發明之節能風機系統係藉由具扭力緩衝功能之萬向接頭的設置，以緩衝減速機構之軸承與葉輪之軸承間的瞬間扭力，有效減緩軸承之硬體耗損，達到提升軸承之使用壽命，進而延長系統之使用年限，亦是具有節省系統設置成本之優勢者。

3.本發明之節能風機系統係藉由萬向接頭之第一轉子與第二轉子交替錯位之凸部間的緩衝墊片，有效降低軸承之鐵質與鐵質之間所產生之噪音，並保護萬向接頭以延長其使用之壽命。

4.本發明之節能風機系統係藉由內建於減速機構之減速齒輪組合或行星減速機之設計，以取代傳統風機系統使用皮帶與皮帶輪傳動之缺點，可有效減低皮帶輪啟動時的噪音汙染，確實達到符合都市環保噪音規範與永續發展之優勢者。

綜上所述，本發明節能風機系統，的確能藉由上述所揭露之實施例，達到所預期之使用功效，且本發明亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求。爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

惟，上述所揭之圖示及說明，僅為本發明之較佳實施例，非為限定本發明之保護範圍；大凡熟悉該項技藝之人士，其所依本發明之特徵範疇，所作之其它等效變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之設計範疇。