TWI671980B

TWI671980B - 驅動裝置

Info

Publication number: TWI671980B
Application number: TW107102634A
Authority: TW
Inventors: 許博吉; 許朱玉連; 許尹萍; 許庭禎; 許家銘
Original assignee: 許博吉; 許朱玉連; 許尹萍; 許庭禎; 許家銘
Priority date: 2018-01-25
Filing date: 2018-01-25
Publication date: 2019-09-11
Also published as: EP3517778A1; TW201933732A

Abstract

一種驅動裝置，適用於驅動一被驅設備，並包含一支架單元、一轉動單元，及一帶動該轉動單元的動力單元。該轉動單元包括一飛輪模組及一轉軸。該飛輪模組能相對於該支架單元轉動，並具有一適用於帶動該被驅設備的輪盤，及一固定於該輪盤上的擺錘。該動力單元包括一馬達、一提供控制資訊而控制該馬達的控制器、一連接於該馬達的動力軸，及一固定於該動力軸上且與該輪盤嚙合的動力齒輪。該控制器依據該飛輪模組在一高點位置、一低點位置，及一中介位置時，控制資訊使該馬達以不同的扭力轉動，令該飛輪模組以恆速穩定轉動，達成穩定驅動效果。

Description

驅動裝置

本發明是有關於一種驅動裝置，特別是指一種利用重力位能產生慣性動量的驅動裝置。

參閱圖1，為中華民國第I500243號發明公告案所揭示的一驅動裝置1，能用以驅動一發電頭10而產生電能。該驅動旋轉裝置1包含一呈直立圓環狀的框架11、一設置於該框架11中心處並連接該發電頭10的轉軸12、一連接於該轉軸12上並能以該轉軸12為軸而在該框架11中旋轉的擺錘組件13、多個間隔設置於該框架11上的電磁組件14，及多個分別資訊連接於該等電磁組件14的控制件15。該擺錘組件13具有一桿部131，及一連接於該桿部131的擺塊132，該擺錘組件13擺動而在該框架11中旋轉時，該等控制件15會依據該擺錘組件13的轉動軌跡而控制該等電磁組件14的開啟與關閉，藉由該等電磁組件14對於該擺錘13之擺塊132的吸放效應，使得該擺錘組件13持續旋轉，藉此驅動該發電頭10而產生電能。

然而，由於該等電磁組件14產生磁力的範圍難以確實分野，以及該等控制件15相對較難以確實設定控制資訊，當該等電磁組件14的相對位置，以及該等控制件15的控制資訊略有偏差，則甚至使得該擺錘組件13的轉動速度不穩定。另外，由於該等電磁組件14產生的吸放力並非一個穩定的施力，因而使得該擺錘組件13在旋轉一圈的週期中，轉動的角速度會不斷變化，並不會持續以固定的速度持續旋轉，在驅動該發電頭10時無法發出穩定的電能，具有發電不夠穩定的缺點。

參閱圖2，為另一種現有的驅動裝置1’，同樣適用於驅動該發電頭10而產生電能，並包含一呈直立圓環狀的框架11’、一設置於該框架11’中心處並連接該發電頭10的轉軸12’、一連接於該轉軸12’上並能以該轉軸12’為軸而在該框架11’中旋轉的擺錘組件13’，及一個連接於該轉軸12’且能與該擺錘組件13’一同旋轉的飛輪模組19’。其中，該飛輪模組19’包括一外周緣形成有多個輪齒的飛輪191’，及多個藉由該等輪齒與該飛輪191’相嚙合的驅動齒輪192’。該擺錘組件13’具有一桿部131’，及一連接於該桿部131’的擺塊132’，該擺錘組件13’擺動而在該框架11中旋轉時，該等驅動齒輪192’會依據該擺錘組件13’的轉動軌跡，適時提供驅動力，使得該擺錘組件13’持續旋轉，藉此帶動該發電頭10而產生電能。

然而，由於該擺錘組件13’與該飛輪模組19’之飛輪191’是透過該轉軸12’而產生連結關係，故無論是該擺錘組件13’的位能轉換為動能而一同帶動該飛輪191’時，或者是該等驅動齒輪192’經由驅動該飛輪191’而輔助該擺錘組件13’的機制，都還需要透過該轉軸12’來傳遞，因此在兩個元件的銜接處難免會產生能量傳遞的消耗。另外，該飛輪模組19’雖然可額外產生輔助的驅動效果，但也增加了元件的數量，使得製造成本提升、占據空間增加、整體重量增加，組裝也相對複雜，仍有待發明人進一步改良。

因此，本發明之目的，即在提供一種易於控制且能在驅動被驅設備運轉時更加穩定的驅動裝置。

於是，本發明驅動裝置，適用於驅動一被驅設備，並包含一支架單元、一安裝於該支架單元的轉動單元，及一連接於該轉動單元的動力單元。

該支架單元包括一定位架，及一與該定位架橫向間隔的支撐架。

該轉動單元包括一設置於該定位架與該支撐架之間的飛輪模組，及一穿設於該定位架、該飛輪模組，及該支撐架的轉軸。該飛輪模組能相對於該支架單元轉動，藉此帶動該被驅設備，該飛輪模組具有一輪盤，及一固定於該輪盤上的擺錘。該輪盤具有多個形成於外周緣並呈環狀延伸的外齒部。

該動力單元包括一用以提供動力至該飛輪模組的馬達、一資訊連接於該馬達並提供控制資訊而控制該馬達之扭力的控制器、一連接於該馬達的動力軸，及一固定於該動力軸上且與該輪盤之外齒部嚙合的動力齒輪。該控制器會依據該飛輪模組在一個該擺錘位於最高點的高點位置、一個該擺錘位於最低點的低點位置，及一個位於該高點位置與該低點位置之間的中介位置時，控制該馬達以不同的扭力轉動，使該飛輪模組以恆速轉動。

本發明之功效在於：利用與該輪盤直接連接之該擺錘的位能，以及所述位能產生的慣性動能，配合該動力單元所提供的動能，該飛輪模組能持續旋轉而驅動該被驅設備持續運轉，而藉由該控制器配合該擺錘之位置而產生的控制機制，能讓該馬達配合該擺錘之位能與動能相互轉換的變化而適時增減扭力，使得該飛輪模組持續受到相同的轉動動能，以在轉動過程中始終維持恆定的轉動速度，進而使得該被驅設備受到驅動而穩定運轉。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖3與圖4，本發明驅動裝置之一第一實施例，適用於驅動一被驅設備4，該第一實施例包含一支架單元2、一安裝於該支架單元2的轉動單元3，及一連接於該轉動單元3的動力單元5。要先行說明的是，本發明必須設置在具有重力場而具有自然之萬有引力的場所，才得以確實運作。

該支架單元2包括一底盤20、一設置於該底盤20上的定位架21，及一設置於該底盤20上且與該定位架21橫向間隔的支撐架22。

該轉動單元3包括一設置於該定位架21與該支撐架22之間的飛輪模組31，及一穿設於該定位架21、該飛輪模組31，及該支撐架22的轉軸32。該飛輪模組31能相對於該支架單元2轉動，並具有一輪盤311、一固定於該輪盤311上的擺錘312，及一固定於該輪盤311上且呈中空圓環狀的帶動盤314。該輪盤311具有多個形成於外周緣並呈環狀延伸的外齒部313，而該帶動盤314具有多個形成於內周緣並呈環狀延伸的內齒部315。該擺錘312具有二分別貼附於該輪盤311相反兩側的擺塊部319，該等擺塊部319以朝向該輪盤311的方向彼此重疊，使得該飛輪模組31在軸向的方向維持平衡。另外，該擺錘312的形式得以依據重量、平衡、力矩等等的需求調整，並不以上述型態為限。

該被驅設備4連接於飛輪模組31之帶動盤314，並能隨著該輪盤311、該帶動盤314而運轉。該被驅設備4包括三個分別嚙合於該帶動盤314之內齒部315的帶動齒輪41，及三個分別連接於該等帶動齒輪41的發電頭40。

該動力單元5包括二用以提供動力的馬達51、一資訊連接於該等馬達51並提供控制資訊而控制該等馬達51之扭力的控制器52、二分別連接於該等馬達51的動力軸53，及二分別固定於該等動力軸53上且各自與該輪盤311之外齒部313嚙合的動力齒輪54。

由於該轉動單元3的該飛輪模組31，能藉由該擺錘312將在相對高處具有的位能轉換為動能，帶動該飛輪模組31旋轉作動。而該動力單元5的該等馬達51提供的動力，會使該等動力軸53轉動，並透過該等動力齒輪54直接帶動該輪盤311轉動，藉此輔助提供動能，使得該飛輪模組31能持續轉動。當該飛輪模組31持續轉動時，該飛輪模組31之該帶動盤314的內齒部315會帶動該等帶動齒輪41，連接於該等帶動齒輪41的該等發電頭40即會被帶動運轉而產生電能。

值得特別說明的是，由於該飛輪模組31之輪盤311是直接連接於該擺錘312，故該擺錘312之位能轉換而成的動能，得以直接作用於該輪盤311上，使得該飛輪模組31因而轉動。相較於如圖2所示的驅動裝置而言，除了減少了元件數量而達成簡化整體裝置的目的外，也減少了因元件間接連接而產生的能量消耗，有效優化了能量傳遞的效率。

參閱圖4至圖6，考量到該飛輪模組31轉動時，該擺錘312所具有之位能與動能會持續不斷的轉換，也就是說，該擺錘312提供的動能值會持續變化，為了使該飛輪模組31每一圈都能以恆定的轉速旋轉，則必須仰賴該動力單元5提供的輔助機制。首先，定義該飛輪模組31旋轉過程中，有可能在三個位置之間轉換，分別是一個該擺錘312位於最高點的高點位置、一個該擺錘312位於最低點的低點位置，及一個位於該高點位置與該低點位置之間的中介位置。其中，當擺錘312如圖4所示位於最高點時，也就是該飛輪模組31位於該高點位置，此時該擺錘312累積最多的位能，接著該飛輪模組31轉動至如圖5所示的該中介位置，此時該擺錘312的位能會逐漸減少而轉換為動能，直到該飛輪模組31轉動至如圖6所示的該低點位置時，該擺錘312位於相對高點累積的位能會全數轉換為動能，使得該飛輪模組31繼續轉動到該中介位置，又回到該高點位置。

為了要讓該飛輪模組31持續以恆定的轉速旋轉，則必須透過該控制器52來依據該飛輪模組31自身的動能變化，對該馬達51轉速執行控制而產生補償，確保該飛輪模組31是因穩定的轉動動能而旋轉。由於該飛輪模組31自身的動能，依序由該高點位置、該中介位置，直到該低點位置是越來越大，故該馬達51必須補償的動能，則配合上述對應關係而逐漸越來越小。定義該飛輪模組31在該高點位置、該中介位置，及該低點位置時，該控制器52分別控制該等馬達51的扭力為一第一扭力、一中介扭力，及一第二扭力，該第一扭力大於該中介扭力，該中介扭力大於該第二扭力，藉此即能確實配合該飛輪模組31自身的動能而進行補償，確保該飛輪模組31以固定的轉速持續運轉。也由於該飛輪模組31是以恆速持續運轉，故由該飛輪模組31轉動而驅動的該等發電頭40，也會以固定的速度運轉，並相對穩定地產生電能。舉例而言，在該第一實施例得以產生足夠驅動力的情況下，若該被驅設備4係一風力發電系統時，即能產生取代所述風力發電系統之葉片的功效，並且藉由固定的驅動速度，穩定讓該被驅設備4運轉而產生電能。

參閱圖7，為本發明驅動裝置的一第二實施例，該第二實施例與該第一實施例的差別，在於該被驅設備4包括一個與該輪盤311之外齒部313嚙合的環型齒輪42，及一與該環型齒輪42連動的發電頭40。該第二實施例的該轉動單元3以及該動力單元5，是以與該第一實施例相同的方式彼此配合，故該第二實施例也能達成與該第一實施例相同的功效。惟該第二實施例是藉由與該輪盤311之外齒部313嚙合的環形齒輪42，來驅動發電量更多的該發電頭40，故在該轉動單元3的動能充足的情況下，藉此得以在單位時間內產生更多的電能。

要特別說明的是，上述的該第一實施例以及該第二實施例，藉由圖式及實施例的相關說明確實呈現，是以適當的齒輪比及槓桿原理，配合位移及慣性能量互動之自然法則，使用於搭配應用可再生能源的被驅設備4，產生低污染且清潔之能源架構。

綜上所述，本發明驅動裝置藉由該擺錘312的動量與慣性，能簡單利用該動力單元5，配合該擺錘312的位置而對該轉動單元3的扭力產生補償機制，使該轉動單元3之飛輪模組31每一圈都能以恆定的轉速旋轉，讓該被驅設備4受到驅動時也以固定的轉速運轉，除了藉由該擺錘312的動量，整合慣性、力矩機制而產生的能，配合所述的補償機制更使得產生的電能更加穩定，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書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。

2············ 支架單元 20··········· 底盤 21··········· 定位架 22··········· 支撐架 3············ 轉動單元 31··········· 飛輪模組 311········· 輪盤 312········· 擺錘 313········· 外齒部 314········· 帶動盤 315········· 內齒部 319········· 擺塊部 32··········· 轉軸 4············ 被驅設備 40··········· 發電頭 41··········· 帶動齒輪 42··········· 環形齒輪 5············ 動力單元 51··········· 馬達 52··········· 控制器 53··········· 動力軸 54··········· 動力齒輪

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一立體圖，說明一現有的驅動裝置帶動一發電頭而產生電能；圖2是一立體圖，說明另一種現有的驅動裝置；圖3是一立體分解圖，說明本發明驅動裝置的一第一實施例；圖4是一立體圖，說明該第一實施例組裝完成的型態；圖5與圖6皆是示意圖，配合圖3說明該動力單元輔助該轉動單元呈現穩定之轉動的功效；及圖7是一立體圖，說明本發明驅動裝置的一第二實施例。

Claims

一種驅動裝置，適用於驅動一被驅設備，並包含：一支架單元，包括一定位架，及一與該定位架橫向間隔的支撐架；一轉動單元，包括一設置於該定位架與該支撐架之間的飛輪模組，及一穿設於該定位架、該飛輪模組，及該支撐架的轉軸，該飛輪模組能相對於該支架單元轉動，藉此帶動該被驅設備，該飛輪模組具有一輪盤，及一固定於該輪盤上的擺錘，該輪盤具有多個形成於外周緣並呈環狀延伸的外齒部；及一動力單元，連接於該轉動單元，並包括一用以提供動力至該飛輪模組的馬達、一資訊連接於該馬達並提供控制資訊而控制該馬達之扭力的控制器、一連接於該馬達的動力軸，及一固定於該動力軸上且與該輪盤之外齒部嚙合的動力齒輪，該控制器會依據該飛輪模組在一個該擺錘位於最高點的高點位置、一個該擺錘位於最低點的低點位置，及一個位於該高點位置與該低點位置之間的中介位置時，控制該馬達以不同的扭力轉動，使該飛輪模組以恆速轉動。
如請求項1所述的驅動裝置，其中，定義該飛輪模組在該高點位置、該中介位置，及該低點位置時，該控制器分別控制該馬達的扭力為一第一扭力、一中介扭力，及一第二扭力，該第一扭力大於該中介扭力，該中介扭力大於該第二扭力。
如請求項1所述的驅動裝置，該被驅設備包括多個帶動齒輪，及多個分別連接於該等帶動齒輪的發電頭，其中，該飛輪模組還具有一固定於該輪盤上且呈中空圓環狀的帶動盤，並具有多個形成於內周緣並呈環狀延伸，且嚙合於該等帶動齒輪的內齒部。
如請求項1所述的驅動裝置，該被驅設備包括一個環型齒輪，及一與該環型齒輪連動的發電頭，其中，該輪盤之外齒部嚙合於該環型齒輪。
如請求項1至4任一項所述的驅動裝置，其中，該擺錘具有二分別貼附於該輪盤相反兩側的擺塊部，該等擺塊部以朝向該輪盤的方向彼此重疊。