TWI631895B - 增氧水車裝置 - Google Patents

Abstract

一種增氧水車裝置，包含一動力單元、一傳動單元、一底座單元，及一葉輪單元。該動力單元包括一驅動馬達。該傳動單元包括一與該驅動馬達連接之傳動殼體、一設置於該傳動殼體之蝸杆、一設置於該傳動殼體之蝸輪，及一穿設於該傳動殼體之傳動軸，該蝸杆之肩部設有一上軸承，該蝸杆之底部設有一下軸承。該底座單元包括一具有浮力之底座，該傳動單元設置於該底座上。該葉輪單元包括複數連接該傳動軸之葉輪。該上軸承、該下軸承之其一或同時使用傘型軸承，用以撐抵該蝸杆推動該蝸輪及該複數葉輪拍打水面時所產生的作用力。

Description

增氧水車裝置

本發明是有關於一種水車裝置，尤其是一種增加水中含氧量之增氧水車裝置。

一般的魚類養殖池中都會設置至少一台拍打水面的水車，來增加養殖池中之含氧量，提高養殖池中魚類養殖的數量，以提高養殖的經濟效益。

請參閱圖1，為目前一般水車之傳動機構的剖面圖，一般水車會使用蝸杆蝸輪式的傳動機構，其主動軸(蝸杆01)及配動軸(蝸輪02之軸桿)雖然不平行也不相交，卻具有相互垂直的傳動特性，目前水車中所設置之蝸杆01會使用兩個一般軸承03設置於傳動殼體04中，以使該蝸杆01於該傳動殼體04流暢的旋轉。

當蝸杆01帶動蝸輪02轉動時，該蝸輪02會出現一持續之第一作用力及一具有一頻率之第二作用力，當第一作用力與第二作用力的作用下，該蝸杆中將會產生一震動的力量，對機械的結構來說，震動的力量將會造成一定程度的損耗。舉例來說，圖1中之蝸杆以一旋轉方向以下壓之力道帶動蝸輪轉動，該蝸輪旋轉時所產生之摩擦力就會施與該蝸杆持續上推的第一作用力。當該水車之複數葉片拍打水面時，更會使該蝸杆出現具有一頻率之第二作用力。

在持續上推之第一作用力與具有一頻率之第二作用力的作用下下，該蝸杆01中就會出現垂直的敲打力道，或是以上、下震動的力道，其垂直的敲打力道，或是以上、下震動的力道會作用於該二軸承03上，但是一 般所使用之軸承設計是以滾珠來提供順暢的旋轉，無法對抗垂直的敲打力道，或是以上、下震動的力道，造成水車中的軸承磨損嚴重，使用一段時間後就必須進行更換維修。

由上述說明可知，目前所使用之水車裝置具有下列缺點：

一、容易損壞：

一般軸承只提供順暢的旋轉功能，對於以滾珠、內環及外環所形成之軸承，對於上下震動的垂直力量無法抵抗，容易造成滾珠、內環及外環的損壞。

二、運轉不順暢

續上所述，由滾珠所連接之內環及外環所形成之軸承，於上下震動的垂直力量造成損壞後，就會造成蝸杆的震動，進而造成水車運轉的不順暢。

因此，如何使養殖業所使用之水車運轉順暢，進而延長水車的使用壽命，並增加水中的含氧量，是相關技術人員亟需努力的目標。

有鑑於此，本發明之目的是在提供一種增氧水車裝置，適用於增加水中之含氧量，並包含一動力單元、一傳動單元、一底座單元，及一葉輪單元。

該動力單元包括一驅動馬達，該驅動馬達具有一驅動軸。

該傳動單元包括一與該驅動馬達連接之傳動殼體、一設置於該傳動殼體並與該驅動軸連接之蝸杆、一設置於該傳動殼體並與該蝸杆連接之蝸輪，及一穿設於該傳動殼體並與該蝸輪連接之傳動軸，該蝸杆之肩部設有一上軸承，該蝸杆之底部設有一下軸承。

該底座單元包括一具有浮力之底座，該傳動單元設置於該底座上。

該葉輪單元，包括複數連接該傳動軸之葉 輪，以將空氣拍入水中。

其中，該上軸承、該下軸承之其一或同時使用傘型軸承，用以撐抵該蝸杆推動該蝸輪及該複數葉輪拍打水面時所產生的作用力。

本發明的又一技術手段，是在於上述之傳動軸的兩端分別設置有一具有一內螺紋之結合凹槽，每一葉輪設有一軸桿，該軸桿設置有一具有一外螺紋之結合凸塊，該結合凹槽與該結合凸塊藉由該內螺紋，及該外螺紋而相互螺合在一起。

本發明的另一技術手段，是在於上述之傳動軸之兩端分別設有一支撐軸承。

本發明的再一技術手段，是在於上述之傳動單元更包括二連接該傳動殼體之外管，用以包覆該傳動軸。

本發明的又一技術手段，是在於上述之傳動殼體設有一加油口、一卸油口、一用於封住該加油口之封口蓋，及一用於封住該卸油口之封口螺絲。

本發明的另一技術手段，是在於上述之傳動殼體之封口蓋上設有一透氣孔。

本發明的再一技術手段，是在於上述之傳動殼體更具有一用以撐抵住該上軸承並使該蝸杆穿設之軸承撐抵環。

本發明的又一技術手段，是在於上述之傳動單元更包括二設置於該底座之油封構件組，該二支撐軸承分別設置於該二油封構件組中。

本發明的另一技術手段，是在於上述之每一油封構件組具有一連接該外管之軸承基座、一與該軸承基座連接之軸承封板、一設置於該軸承基座與該軸承封板之間的第一阻隔件，及一設置於該軸承封板以使該軸桿穿設之第二阻隔件，該支撐軸承設置於該軸承基座中。

本發明的再一技術手段，是在於上述當該上 軸承及該下軸承同時使用傘型軸承時，該上軸承及該下軸承之設置方向互為相反。

本發明之有益功效在於該蝸杆之上軸承、下軸承，或其中之一使用傘型軸承時，可承受該葉輪派打水面所產生垂直的震動力量，並將震動力量由該傳動殼體承受，可以減少軸承的損傷，進而提升該增氧水車裝置運轉的順暢性。

3‧‧‧動力單元

31‧‧‧驅動馬達

311‧‧‧驅動軸

5‧‧‧傳動單元

51‧‧‧傳動殼體

511‧‧‧加油口

512‧‧‧卸油口

513‧‧‧封口蓋

514‧‧‧封口螺絲

515‧‧‧透氣孔

52‧‧‧蝸杆

521‧‧‧上軸承

5211‧‧‧滾輪圓柱

5212‧‧‧傘型軌道

522‧‧‧下軸承

53‧‧‧蝸輪

531‧‧‧轉動方向

54‧‧‧傳動軸

541‧‧‧結合凹槽

542‧‧‧支撐軸承

55‧‧‧外管

56‧‧‧軸承撐抵環

57‧‧‧油封構件組

571‧‧‧軸承基座

572‧‧‧軸承封板

573‧‧‧第一阻隔件

574‧‧‧第二阻隔件

7‧‧‧底座單元

71‧‧‧底座

9‧‧‧葉輪單元

91‧‧‧葉輪

911‧‧‧軸桿

912‧‧‧結合凸塊

圖1是一裝置剖面示意圖，說明目前所使用之水車裝置；圖2是一裝置示意圖，說明本發明增氧水車裝置之一第一較佳實施例；圖3是一裝置剖面示意圖，說明該第一較佳實施例之一傳動單元；圖4是一裝置剖面示意圖，說明該第一較佳實施例之一油封構件組；及圖5是一裝置剖面示意圖，說明本發明增氧水車裝置之一第二較佳實施例。

有關本發明之相關申請專利特色與技術內容，在以下配合參考圖式之兩個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚地呈現。

在進行詳細說明前應注意的是，類似的元件是以相同的編號來做表示。

參閱圖2、3、4，為本發明增氧水車裝置之第一較佳實施例，該第一較佳實施例適用於增加水中之含氧量，並包含一動力單元3、一傳動單元5、一底座單元7，及一葉輪單元9。

該動力單元3包括一驅動馬達31，該驅動馬 達31具有一驅動軸311。較佳地，該驅動馬達31為220V三相交流馬達，通電後可驅動該驅動軸311旋轉，由於使用電動機驅動軸桿旋轉之技術，已為業界所知悉，在此不再詳加贅述。實際實施時，該驅動馬達31可以使用其它型式的電動機，不應以此為限。

該傳動單元5包括一與該驅動馬達31連接之傳動殼體51、一設置於該傳動殼體51中並與該驅動軸311連接之蝸杆52、一設置於該傳動殼體51中並與該蝸杆52齒接之蝸輪53，及一穿設於該傳動殼體51並與該蝸輪53連接之傳動軸54。該驅動馬達31利用螺絲鎖固於該傳動殼體51的上方。

於該第一較佳實施例中，該蝸杆52之肩部設有一與該傳動殼體51連接之上軸承521，該蝸杆52之底部設有一與該傳動殼體51連接之下軸承522。該上軸承521使用傘型軸承，該下軸承522使用一般軸承，藉由該上軸承521及該下軸承522的作用，使該蝸杆52於該傳動殼體51中旋轉。實際實施時，也可以該下軸承522使用傘型軸承，該上軸承521使用一般軸承，不應以此為限。

該底座單元7包括一具有浮力之底座71，該傳動單元5設置於該底座71上。該葉輪單元9包括複數連接該傳動軸54之葉輪91，每一葉輪91具有複數葉片，以將空氣拍入水中來增加水中的含氧量。於該第一較佳實施例中，是於該傳動軸54之兩端分別設置一葉輪91，實際實施時，可於該傳動軸54上設置多個葉輪91，不應以此為限。

該傳動軸54之兩端分別設置有一具有一內螺紋之結合凹槽541，每一葉輪91設有一軸桿911，該軸桿911設置有一具有一外螺紋之結合凸塊912，該結合凹槽541與該結合凸塊912藉由該內螺紋，及該外螺紋而相互螺合在一起。其中，該內螺紋及該外螺紋之螺紋方向與 該傳動軸54之旋轉方向互為相反，以使該複數葉輪91拍打水面時所產生的力量，可促使該內螺紋及該外螺紋越轉越緊。

於該第一較佳實施例中，該蝸杆52轉動後是以下壓之力道推動該蝸輪53，以使該蝸輪53朝一轉動方向531進行旋轉(如圖3所示)，該蝸輪53轉動時所產生的摩擦力會反饋於該蝸杆52持續向上之第一作用力，因此發明人設計該上軸承521使用傘型軸承，其傘型軸承的設計是以複數具有一傘型斜度之滾輪圓柱5211，撐抵著設置於該傳動殼體51之傘型軌道5212所製成，以承受該蝸杆52向上之第一作用力並提供順暢的旋轉作用。

於該第一較佳實施例中，設置於該葉輪91上之葉片面積較小，該複數葉片拍打水面時會產生較小之第二作用力，且其第二作用力具有一頻率，在持續之第一作用力及具有一頻率之第二作用力的作用下，會使該蝸杆52上出現一向上敲打的力量，藉由該上軸承521使用傘型軸承的特性，其滾輪圓柱5211較一般軸承之滾珠具有較佳承受垂直力道的特性，因此具有耐用及可延長該上軸承521使用壽命的優點。實際實施時，也可以是該蝸杆52轉動後是以上推之力道推動該蝸輪53，而將傘型軸承設置於該下軸承522，不應以此為限。

該傳動殼體51更具有一用以撐抵住該上軸承521並使該蝸杆52穿設之軸承撐抵環56。軸承的設計通常具有外環部、內環部，及設置於中間的滾動部，內環部與旋轉桿連接，外環部是設置於殼體，藉由滾動部之滾動使旋轉桿可於殼體中順暢的旋轉，但是傘型軸承必須外加承受垂直方向的力道，因此申請人於該上軸承521之上方設置撐抵住該上軸承521之軸承撐抵環56，用以抵抗該蝸杆52中所出現的敲打力道，使該蝸杆52旋轉順暢不會震動。

該傳動軸54之兩端分別設有一支撐軸承542，以使該傳動軸54由該底座71撐住，可以使旋轉更加順暢。該傳動單元5更包括二設置於該底座71之油封構件組57，該二支撐軸承542分別設置於該二油封構件組57中。

每一油封構件組57具有一框圍住該支撐軸承542之軸承基座571、一與該軸承基座571連接之軸承封板572、一設置於該軸承基座571與該軸承封板572之間的第一阻隔件573，及一設置於該軸承封板572以使該軸桿911穿設之第二阻隔件574，該第一阻隔件573及該第二阻隔件574分別使用適合的O形環(O-ring)，可以阻擋水的進入，並避免滲油，由於使用油封元件阻止滲漏已為業界所熟悉之技術，在此不再詳加贅述。

該傳動單元5更包括二分別連接該傳動殼體51及該二軸承基座571之外管55，用以包覆該傳動軸54，以使該傳動軸54可於潤滑油中旋轉，並阻止外界的水、空氣或灰塵進入。較佳地，該二支撐軸承542是使用自潤式培林葉片軸承，具有較高的潤滑度及較佳的耐久度，可延長該增氧水車裝置的使用壽命。

該傳動殼體51設有一加油口511、一卸油口512、一用於封住該加油口511之封口蓋513，及一用於封住該卸油口512之封口螺絲514。該傳動殼體51之封口蓋513上設有一透氣孔515。

由於該蝸杆52與該蝸輪53是以齒合的方式進行旋轉，需要於潤滑的環境中運作，該加油孔是用來添加潤滑油，該卸油口512是用來排放使用過的潤滑油，且位於該傳動殼體51中的潤滑油會流入該外管55中，以提供該傳動軸54旋轉時的潤滑，進而提供該增氧水車裝置運轉的順暢度。

於該第一較佳實施例中，該外管55是使用口 徑大於該傳動軸54之塑膠管，以減少製造及維修的成本，但實際實施時，該外管55也可以使用金屬管或其它材質，不應以此為限。除此之外，該外管55之設置可保護該傳動軸54及其它傳動件被該葉輪91所濺出之水花侵入，一般來說，養殖池所濺出的水花通常含有大量雜質，如大量雜質存在於齒輪軸承之間，將會加速傳動零件的損壞，且水花濺於該外管55時可將熱量帶走，有效輔助該傳動單元5的散熱，以降低油溫使動力的傳動更為順暢。

由於要持續增加養殖池中的含氧量，以維持養殖池中魚類的生存環境，該增氧水車裝置需要長時間的運轉，當該蝸杆52與該蝸輪53進行長時間的齒合運轉時，其機械摩擦將會提高潤滑油的溫度，進而增加該傳動殼體51內的壓力，而設置於該封口蓋513上之透氣孔515可以有效釋放該傳動殼體51內的壓力。

配合參閱附件，為本發明之增氧水車裝置委託「國立成功大學」先進動力系統研究中心之綠色產品檢測實驗室所進行的水車式增氧機性能測試報告，該增氧水車裝置藉由前述之上軸承521使用傘型軸承，可以有效抵抗該蝸杆52所產生之反向敲打力量，使該蝸杆52穩固於該傳動殼體51中旋轉，再藉由該外管55及該油封構件組57可以使該傳動軸54轉動順暢，有效提升增氧能力1.203Kg/h，動力傳動的效率也提升3.483Kg/h-Kw，本發明確實可以改善動力傳動的順暢度，提高效率，進而提升水中的含氧量。

發明人要強調的是，即使本案設置於該葉輪9之複數葉片與傳統水車之面積結構一樣，並於相同功率之驅動馬達31來推動，由於本案之傳動單元5所達成之運轉較為順暢，動力傳輸之損耗較少，可以使該葉輪9之複數葉片在水面下轉動時提供更多的下壓力，能增加該葉輪9的吃水量，更進一步將空氣帶入更深的水中並提高養 殖池中含氧量。

配合參閱圖5，為本發明增氧水車裝置之第二較佳實施例，該第二較佳實施例與該第一較佳實施例大致相同，相同之處於此不再贅述，不同之處在於設置於該蝸杆52上之上軸承521及下軸承522同時使用傘型軸承，且該上軸承521及該下軸承522之設置方向互為相反。

有些業者會改變該複數葉輪91的結構，使複數葉片拍打水面時產生較大的第二作用力，此時作用於該蝸杆52中的力量不單只是單一方向敲打的力道，而是會於該蝸杆52中出現上、下震動的力道，因此就必須設置兩個傘型軸承來分別承受上、下震動的力道。

於該第二較佳實施例中，該上軸承521用以撐抵該蝸杆52中上震動的力道，該下軸承522用以撐抵該蝸杆52中下震動的力道，該上軸承521及該下軸承522之設置方向互為相反，分別撐抵於該蝸杆52中出現上、下震動的力道，以使該蝸杆52可以穩固於該傳動殼體51中不再有震動的狀況，並順暢的旋轉。

發明人要強調的是，一般使用普通軸承的增氧型水車，其設置於差速器中的軸承的使用壽命非常短暫，幾乎1~2年就必需進行更換，而且其軸承之損壞方式並非為長時間的正常磨損所出現之細小粉末，而是出現以外力敲打所出現之較大顆粒，而且大金屬顆粒也會加速破壞軸承結構。

因此發明人深入研究養殖用水車的作業方式，發現養殖用的水車必需以大面積的葉片拍打水面，在馬達與複數葉片的雙重力量下，其蝸杆結構會出現垂直於旋轉方向的震動力量，一般使用滾珠旋轉的軸承只能提供內環中的柱子的順暢的旋轉，當一般軸承使用於養殖用水車，當然無法抵抗蝸杆52中，由驅動馬達31及複數設置於葉輪的葉片所產生之上下震動的力量。

進一步地說，一般滾珠軸承是藉由設置於內環與外環之間的滾珠，其內環與外環之間的間距及結構設計，必需精密地容置滾珠，以提供順暢的旋轉動作。當滾珠軸承正常旋轉時，其滾珠會正常磨損並產生細小的金屬粉末，通常可以使用很久。

但是，發明人有感傳統水車中所使用的滾珠軸承，其使用壽命非常短暫，幾乎一~二年的時間就必須進行更換，深入觀察發現滾珠軸承中的雜質顆粒較一般磨損的金屬粉末大，且滾珠的損耗狀況並非正常的磨損，而是有金屬震動敲擊的跡象，再探討養殖用水車的工作模式，發現在水車之輪葉拍打水面時，其傳動蝸杆上會出現垂直旋轉方向的震動所產生的敲擊力量。

一般新的滾珠軸承無法克服蝸杆上所出現垂直旋轉方向的震動所產生的敲擊力量，不僅會加速滾珠的磨損，更會造成能量傳遞的不順暢，並使能量的傳遞損耗於機械的結構中，進而造成在相同的電力提供，卻減少養殖池中的含氧量。當滾珠因磨損而變小時，滾珠軸承的間隙會變大，蝸杆上所出現的震動產生的敲擊狀況更會加劇，形成輪葉轉動時水車整體晃動的情況，能量的損耗更為嚴重，最終造成在極短的時間滾珠軸承就已損壞。

發明人為克服該蝸杆52中所產生之上下震動的力量，修改了該傳動殼體51的機械結構，並開發了合適的傘型軸承，用以裝設於該傳動殼體51及該蝸杆52之間，不僅提供該蝸杆52的旋轉，更抵抗該蝸杆52中所產生之上下震動的力量，以使該蝸杆52穩固的於該傳動殼體51中旋轉。

尤其是當設置於該蝸杆52之上軸承521及下軸承522同時使用傘型軸承，且該上軸承521及該下軸承522之設置方向互為相反時，可以有效提供該蝸杆52順暢的旋轉，也可以撐抵該蝸杆52轉動該蝸輪53時所出現 的垂直力量，更可以抵抗該複數葉輪91拍打水面時，該蝸杆52中因震動所產生的敲擊力量，讓該驅動馬達31所產生的能量，有效的傳遞至該複數葉輪91，以提高水中的含氧量。

由上述說明可知，本發明之增氧水車裝置確實具有下列功效：

一、提高運轉效率

設置於該蝸杆52之上軸承521、該下軸承522之其一或同時使用傘型軸承時，可撐抵該蝸杆52中震動的力道，以使該蝸杆52旋轉順暢，避免因震動所造成的力損，有效提高該增氧水車裝置運轉的效率。

二、延長使用壽命

該上軸承521或下軸承522所使用之傘型軸承，其滾輪圓柱5211較一般軸承之滾珠具有較佳承受旋轉之外的力量，可延長該蝸杆52上軸承521的使用壽命。

三、提高養殖收益

續上所述，使用傘型軸承可增加該增氧水車裝置運轉的效率，可增加養殖池中的含氧量，避免魚類死亡，並增加使用壽命，減少維修的費用，將可提高養殖收益。

綜上所述，發明人發現目前增氧水車裝置中設置於蝸杆上的軸承非常容易耗損，必須經常維修更換，深入研究發現當葉輪91拍打水面時會造成蝸杆出現震動的力道，並且了解一般的滾珠軸承無法承受垂直的力道，使滾珠軸承震動並損耗較為嚴重。因此發明人將該傳動殼體51進行改造，並將設置於該蝸杆52上之軸承更換為傘型軸承，可提高撐抵該蝸杆52上所出現之敲打或上、下震動之力道，使該增氧水車裝置動力傳輸更為順暢，進而增 加養殖池中含氧量，故確實可以達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之兩個較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims (9)

1. 一種增氧水車裝置，適用於增加水中之含氧量，並包含：一動力單元，包括一驅動馬達，該驅動馬達具有一驅動軸；一傳動單元，包括一與該驅動馬達連接之傳動殼體、一設置於該傳動殼體並與該驅動軸連接之蝸杆、一設置於該傳動殼體並與該蝸杆連接之蝸輪，及一穿設於該傳動殼體並與該蝸輪連接之傳動軸，該蝸杆之肩部設有一上軸承，該蝸杆之底部設有一下軸承，該傳動殼體設有一加油口、一卸油口、一用於封住該加油口之封口蓋，及一用於封住該卸油口之封口螺絲；一底座單元，包括一具有浮力之底座，該傳動單元設置於該底座上；及一葉輪單元，包括複數連接該傳動軸之葉輪，以將空氣拍入水中；其中，該上軸承、該下軸承之其一或同時使用傘型軸承，用以撐抵該蝸杆推動該蝸輪及該複數葉輪拍打水面時所產生的作用力。
2. 依據申請專利範圍第1項所述增氧水車裝置，其中，該傳動軸之兩端分別設置有一具有一內螺紋之結合凹槽，每一葉輪設有一軸桿，該軸桿設置有一具有一外螺紋之結合凸塊，該結合凹槽與該結合凸塊藉由該內螺紋，及該外螺紋而相互螺合在一起。
3. 依據申請專利範圍第2項所述增氧水車裝置，其中，該傳動軸之兩端分別設有一支撐軸承。
4. 依據申請專利範圍第3項所述增氧水車裝置，其中，該傳動單元更包括二連接該傳動殼體之外管，用以包覆該傳動軸。
5. 依據申請專利範圍第4項所述增氧水車裝置，其中，該傳動殼體之封口蓋上設有一透氣孔。
6. 依據申請專利範圍第5項所述增氧水車裝置，其中，該傳動殼體更具有一用以撐抵住該上軸承並使該蝸杆穿設之軸承撐抵環。
7. 依據申請專利範圍第6項所述增氧水車裝置，其中，該傳動單元更包括二設置於該底座之油封構件組，該二支撐軸承分別設置於該二油封構件組中。
8. 依據申請專利範圍第7項所述增氧水車裝置，其中，每一油封構件組具有一連接該外管之軸承基座、一與該軸承基座連接之軸承封板、一設置於該軸承基座與該軸承封板之間的第一阻隔件，及一設置於該軸承封板以使該軸桿穿設之第二阻隔件，該支撐軸承設置於該軸承基座中。
9. 依據申請專利範圍第8項所述增氧水車裝置，其中，該上軸承及該下軸承同時使用傘型軸承時，該上軸承及該下軸承之設置方向互為相反。