TWI637689B - 內建輪轂馬達之水車式增氧機 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種內建輪轂馬達之水車式增氧機，包括：一具有浮力之漂浮單元，可以浮置於一水面上；一具有揚水輪之打水單元，包含複數個可朝向水面打水的葉片、及一輪轂；及一直接驅動之動力系統，係設置於上述輪轂之內用以驅動打水單元。

Description

內建輪轂馬達之水車式增氧機

本發明有關於一種水車式增氧機，更詳而言之，其為一種內建輪轂馬達之水車式增氧機。

由於野生之水產品越來越少，而人們對水產品之需求卻與日俱增，因此養殖水產品的規模也越來越大。養殖水產品是在封閉的養殖池內進行，無法像河水或海水一樣自然流動，為了保證養殖池內水體的含氧量，一般採用增氧機來增氧。

增氧機目前於養殖業中有廣泛的需求，其主要功能是增氧與循環水中氣體，增氧即向水下增加水中溶氧量，循環水中氣體或稱曝氣則是向空氣中循環並曝除養殖池中因水中生物代謝或死亡所釋放之毒氣，如氨氣、一氧化碳、二氧化碳等以免養殖池中毒死亡。

目前增氧機種類很多，例如用於表面增養之水車式增氧機及葉輪式增氧機。

傳統的水車式增氧機，請參考圖1，其包含一具有浮力之漂浮單元101、以及一個安裝於漂浮單元之打水單元102。其增養之方式由驅動裝置驅動揚水輪的轉動而撥動水面，使水濺起潑向空中，並與空氣中的氧氣混合再落入，而使空氣自然進入養殖池內。其驅動方式係採用三相交流馬達103，配上減速箱104，然後驅動揚水輪。這類增氧機之驅動方式係由減速箱間接驅動，其馬達效率不高約為45-50%，且每年需要數次保養。由於減速箱驅動機制亦使馬達 轉速固定不可調速，因此浪費大量電能，而且因為馬達轉速固定，若要使其具有巡航功能則要再裝配一組置於水中之轉向裝置，否則僅靠水車葉片推進僅能作直線推進。

現有之增氧機使用時，必須從電源處架設電纜之至養殖池中的增氧機，以供給電能驅動打水單元。然而在養殖池中架設電纜，一造成增氧機於養殖池中不易移動。又養殖池之水體狀況會隨著環境變因，例如太陽光、風向、水中生物代謝或是飼料多寡而使得水中之氨氣、一氧化碳、二氧化碳含量會有不同，因此水中含氧量需求之多寡與增氧機之工作量會是一種動態之關係。

因此，實有必要發展一種能夠以更節能、更靈活運用環境變因而優化其性能新型態智能水車式增氧機。

為達上述目的，本發明提出一種馬達內建於輪轂之水車式增氧機，包括：一具有浮力之漂浮單元，可以浮置於一水面上；及一直接驅動之動力系統，係設置於該輪轂之內，用以驅動打水單元；一具有揚水輪之打水單元，包含複數個可朝向水面打水的葉片、及一輪轂；一直接驅動之動力系統，係設置於上述輪轂之內，用以驅動打水單元。

於一較佳實施例，其中上述之直接驅動之動力系統，包括：一馬達模組，係包含一具有中心轉軸之轉子單元及一定子單元，轉子單元可轉動的同軸裝設於定子單元內；一基座，係與定子單元固定；一頂蓋，係與基座結合，以將直流無刷馬達模組置於頂蓋與基座之間；一第一軸承，係耦合於基座；及一第二軸承，係耦合於上蓋，其中上述轉子單元之中心轉軸之一端係穿過第一軸承樞接於基座，中心轉軸之另一端係穿過第二軸承且穿過頂蓋與輪轂固定。

於一較佳實施例，其中上述之其中上述之馬達模組，馬達模組之轉速可調，可調範圍為0-150rpm。

於一較佳實施例，其中上述之馬達模組，馬達模組之轉速轉速最優化範圍為50-110rpm。

於一較佳實施例，其中上述之馬達模組之定子單元，其形狀為圓柱狀且沿其徑向設置有複數個線圈繞匝；轉子單元，其形狀為圓柱狀且沿其徑向設置有複數個永久磁石。

根據本發明之另一觀點，提供一種內建輪轂馬達之水車式增氧機，其中更包含一智慧節能模組。其中上述之智慧節能系統包含：一環境監測單元，用以監測環境參數；一馬達控制器；及一具有通訊閘道之智能控制系統，具有無線網路通訊功能，與環境監測單元及馬達控制器電性的連接，透過環境監測單元所測得之環境參數，可以利用具有通訊閘道之智能控制系統經由馬達控制器，控制馬達轉速以達到智慧節能之效果。

於一較佳實施例，其中上述之環境監測單元包含：電位計，用以監測水中氨氣；氧氣感測器，用以監測水中氧氣含量；及二氧化碳感測器，用以監測水中二氧化碳含量。

此些優點及其他優點從以下較佳實施例之敘述及申請專利範圍將使讀者得以清楚了解本發明。

101‧‧‧漂浮單元

102‧‧‧打水單元

103‧‧‧三相交流馬達

104‧‧‧減速箱

201‧‧‧漂浮單元

202‧‧‧打水單元

301‧‧‧支撐架

302‧‧‧基座

303‧‧‧定子單元

303a‧‧‧軸承

304‧‧‧轉子單元

304a‧‧‧軸承

305‧‧‧頂蓋

305a‧‧‧頂蓋之中心開孔

306‧‧‧水車輪轂

307‧‧‧耦合裝置

400‧‧‧揚水模組

401‧‧‧支撐架

402‧‧‧基座

403‧‧‧頂蓋

404‧‧‧定子單元

405‧‧‧轉子單元

406‧‧‧轉子單元之中心轉軸

407‧‧‧水車輪轂

408‧‧‧耦合裝置

500‧‧‧智慧節能系統

501‧‧‧具有通訊閘(gateway)之智能控制單元

502‧‧‧馬達控制器

503‧‧‧環境監控單元

504‧‧‧馬達

如下所述之對本發明的詳細描述與實施例之示意圖，應使本發明更被充分地理解；然而，應可理解此僅限於作為理解本發明應用之參考，而非限制本發明於一特定實施例之中。

圖1係顯示先前技術之水車式增氧機之立體圖。

圖2係顯示本發明之一實施例之內建輪轂馬達驅動之水車式增氧機之立體圖。

圖3係顯示本發明之一實施例之由馬達動力系統崁入水車之輪轂內之揚水模組之爆炸示意圖。

圖4A係顯示本發明之一實施之馬達動力系統崁入水車之輪轂內之揚水模組之組合示意圖。

圖4B係顯示本發明之一實施之馬達動力系統崁入水車之輪轂內之揚水模組之剖面示意圖。

圖5係顯示本發明之一實施之內建輪轂馬達驅動之水車式增氧機整合至一智慧節能系統之方塊示意圖。

此處本發明將針對發明具體實施例及其觀點加以詳細描述，此類描述為解釋本發明之結構或步驟流程，其係供以說明之用而非用以限制本發明之申請專利範圍。因此，除說明書中之具體實施例與較佳實施例外，本發明亦可廣泛施行於其他不同的實施例中。以下藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技術之人士可藉由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之功效性與其優點。且本發明亦可藉由其他具體實施例加以運用及實施，本說明書所闡述之各項細節亦可基於不同需求而應用，且在不悖離本發明之精神下進行各種不同的修飾或變更。

說明書中所述一實施例指的是一特定被敘述與此實施例有關之特徵、方法或者特性被包含在至少一些實施例中。因此，一實施例或多個實施例之各態樣之實施不一定為相同實施例。此外，本發明有關之特徵、方法或者特性可以適當地結合於一或多個實施例之中。

本發明係利用一直接驅動之動力系統來驅動水車式增氧機之打水單元，無需經由減速箱來驅動；而直驅動力系統之電力供給、工作輸出，增 氧機之打水模式可以經由一智能控制單元來控制以達到節能及效能優化。

在一實施例中，增氧機之直接驅動動力系統為一永磁馬達或直流馬達，使其直接驅動水車式增氧機之揚水輪。

如圖2所示，其顯示本發明之內建輪轂馬達驅動之水車式增氧機，包含一具有浮力之漂浮單元201、以及一個安裝於漂浮單元之打水單元202，用於驅動打水單元202之動力系統為一永磁馬達或直流馬達，安裝於打水單元之水輪輪轂內部，因為具有永久磁石和微控IC，永磁馬達或直流馬達具有高效率低震動和低噪音等特性，其具有直接驅動、轉速可調，可調轉速之範圍在0-150rpm之間且於50-110rpm範圍內具最佳效能，不需要減速箱，輸出功率可以達到500-750W，而且效率可以達到90%。與傳統交流感應馬達驅動之水車式增氧機相比其年耗電量約為一半，又可以省掉更換或保養減速箱零件之費用，因此可以大大地增加經濟效益。

本發明之內建輪轂馬達驅動之水車式增氧機，永磁馬達或直流馬達是以其內部之轉子崁入水車之輪轂內，於本發明之較佳實施例，請參考圖3與圖4。

其中由永磁馬達或直流馬達所構成之直驅動力系統，主要包含一馬達定子，其形狀為圓柱狀且沿其徑向設置有複數個線圈繞匝，馬達定子裝設於一罩體內；一轉子係呈圓柱狀，且可轉動的同軸裝設於馬達定子內，轉子上裝設有複數個永久磁石與上述馬達定子磁性連動。

圖3顯示由馬達動力系統崁入水車之輪轂內之揚水模組之爆炸示意圖包含一支撐架301安裝於增氧機之漂浮單元上、一基座302以螺絲固定於支撐架301上、一定子單元303固定於基座302上、一轉子單元304以其中心轉軸308之一側通過一軸承303a安裝於定子303內部並樞接至基座302；定子單元303固定於基座302與頂蓋305之間，轉子單元304為定子單元所包覆並透過中心轉軸308與兩側軸承303a及304a夾置於頂蓋305與基座302兩者之 間，中心轉軸另一側通過另一軸承304a並穿過一頂蓋305之中心開孔305a與水車輪轂306耦合，並透過耦合裝置307固定轉子單元304與水車輪轂306。永磁馬達或直流馬達之轉子單元304與水車輪轂306結合成一體，因此馬達轉動即可直接驅動水車打水。

圖4A顯示上述馬達動力系統崁入水車之輪轂內之揚水模組400之組合示意圖；圖4B顯示上述馬達動力系統崁入水車之輪轂內之揚水模組之剖面示意圖，其顯示基座402固定於支撐架401，頂蓋403結合基座402，由定子單元404與轉子單元405同軸地結合成馬達模組，並裝置於頂蓋403結合基座402所圍之空間內，轉子單元之中心轉軸406穿過頂蓋403並透過耦合裝置408固定轉子單元405與水車輪轂407。

內建輪轂馬達驅動之水車式增氧機，其特點是省去連接部件，即可以略去連結水輪之軸桿，避免磨損、平衡晃動、且不必經由連結水輪之軸桿做遠端驅動，此外又可以個別控制水輪之轉速產生不同巡航模示。

由於養殖池之水體狀況會隨著環境變因，例如太陽光、風向、水中生物代謝或是飼料多寡而使得水中之氨氣、一氧化碳、二氧化碳含量會有不同，因此水中含氧量需求之多寡與增氧機之工作量會隨之改變。請參考圖5，本發明之內建輪轂馬達驅動之水車式增氧機可以整合至一智慧節能系統500，在一實施例中上述之智能控制系統包含一具有通訊閘(gateway)之智能控制單元501、一馬達控制器502、及一環境監控單元503，智能控制單元501與馬達控制器502、環境監控單元503係電性的連接。其中智能控制單元501具有網路通訊界面可以透過WiFi/2G/4G/Lora等通訊協定經由網路與外界通訊，可以透過無線網路溝通來監控馬達控制器。當養殖池之水體狀況會隨著環境變化時水中之氨氣、一氧化碳、二氧化碳含量可以透過環境監控單元中之各種氣體之感知器測得如一氧化碳、二氧化碳含量，或是透過電位計得知氨氣之含量，由這些資訊可以得知養殖池需要之增養量，因此透過環境監測單元503中之電位計監測氨氣其他氣體之偵測器(CO2、O2)可以經由智能控制單元501透過馬達控制器502控制馬達504之轉速而達到智慧節能之效果。

根據上述，本發明具有下列之優點：一、提供直接驅動動力系統之增氧機，不需要減速箱，馬達轉速可調，效率可以達到90%；二、內建輪轂馬達驅動之水車式增氧機，其特點是省去連接部件，即可以略去連結水輪之軸桿，避免磨損、平衡晃動、且不必經由連結水輪之軸桿做遠端驅動；三、可以結合智能控制系統控制馬達轉速而達到智慧節能之效果。

上述敘述係為本發明之較佳實施例。此領域之技藝者應得以領會其係用以說明本發明而非用以限定本發明所主張之專利權利範圍。其專利保護範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領域而定。凡熟悉此領域之技藝者，在不脫離本專利精神或範圍內，所作之更動或潤飾，均屬於本發明所揭示精神下所完成之等效改變或設計，且應包含在下述之申請專利範圍內。

Claims (9)

1. 一種內建輪轂馬達之水車式增氧機，包括：一具有浮力之漂浮單元，可以浮置於一水面上；一具有複數個揚水輪之打水單元，其中該揚水輪包含複數個可朝向該水面打水的葉片、及一輪轂；直接驅動之動力系統，係個別設置於該輪轂之內用以個別驅動該複數個揚水輪之打水單元；及一節能模組，其中該節能模組包含：一環境監測單元，用以監測環境參數；一馬達控制器；及一具有通訊閘道之智能控制系統，具有無線網路通訊功能，與該環境監測單元及該馬達控制器電性的連接，透過該環境監測單元所測得之環境參數，可以利用該具有通訊閘道之智能控制系統經由該馬達控制器，控制馬達轉速以達到智慧節能之效果。
2. 如請求第1項所述之內建輪轂馬達之水車式增氧機，其中上述之直接驅動之動力系統，包括：一馬達模組，係包含一具有中心轉軸之轉子單元及一定子單元，該轉子單元可轉動的同軸裝設於該定子單元內；一基座，係與該定子單元固定；一頂蓋，係與該基座結合，以將該馬達模組置於該頂蓋與該基座之間；一第一軸承，係耦合於該基座；及一第二軸承，係耦合於該頂蓋，其中該轉子單元之該中心轉軸之一端係穿過該第一軸承樞接於該基座，該中心轉軸之另一端係穿過該第二軸承且穿過該頂蓋與該輪轂固定。
3. 如請求第2項所述之內建輪轂馬達之水車式增氧機，其中上述之馬達模組，該馬達模組之轉速可調。
4. 如請求第2項所述之內建輪轂馬達之水車式增氧機，其中上述之馬達模組之
5. 如請求第2項所述之內建輪轂馬達之水車式增氧機，其中上述之馬達模組之轉速最優化範圍為50-110rpm。
6. 如請求第2項所述之內建輪轂馬達之水車式增氧機，其中上述之馬達模組之該定子單元，其形狀為圓柱狀且沿其徑向設置有複數個線圈繞匝。
7. 如請求第2項所述之內建輪轂馬達之水車式增氧機，其中上述之馬達模組之該轉子單元，其形狀為圓柱狀且沿其徑向設置有複數個永久磁石。
8. 如請求第1項所述之內建輪轂馬達之水車式增氧機，其中上述之環境監測單元包含：電位計，用以監測水中氨氣；氧氣感測器，用以監測水中氧氣含量；及二氧化碳感測器，用以監測水中二氧化碳含量。
9. 如請求第2項所述之內建輪轂馬達之水車式增氧機，其中上述之馬達模組包含永磁馬達或直流馬達。