TWI684318B - 發電系統 - Google Patents

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Abstract

本發明提供了一種發電系統，主要包含一機械能輸入源、一轉向模組、一第一電磁轉動模組、一第二電磁轉動模組以及一電力儲存模組。其中該轉向模組與該機械能輸入源連接，該轉向模組包含一第一輸出端及一第二輸出端，各設置於該轉向模組兩側。該第一電磁轉動模組與該第一輸出端連接，該第二電磁轉動模組與該第二輸出端連接。而該電力儲存模組同時與該第一電磁轉動模組及該第二電磁轉動模組連接。

Description

發電系統
本發明為一種發電系統，尤指一種具有轉向模組的發電系統，得以有效的將機械能轉化為電能。
在人類的文明中，電磁感應是最早被人類應用於產生電能的基本原理。所謂的電磁感應（Electromagnetic induction），是指放在變化磁通量中的導體，會產生電動勢。而此電動勢稱為感應電動勢或感生電動勢。
若將上述導體閉合成一迴路，則電動勢會驅使電子流動，形成感應電流（感生電流）。歷史上法拉第（Michael Faraday）發現產生在閉合迴路上的電動勢和通過任何該路徑所包圍的曲面的磁通量的變化率成正比。換言之，當通過導體所包圍的曲面的磁通量變化時，電流會在任何閉合導體內流動。
上述原理適用於當磁場本身變化時或者導體相對運動於磁場時。因此，電磁感乃是發電機、感應馬達、變壓器和大部分其他電力設備的操作的基礎技術。
隨著時代的演進，對於產生磁場變化或是相對運動的技術手段已有相當繁多的變化手段。但，如何有效的將機械能轉換為電能，提高其轉換效率一直以來都是本領域永無止盡需要改良的議題。
為了解決先前技術中所提到的問題，本發明提供了一種發電系統，主要包含一機械能輸入源、一轉向模組、一第一電磁轉動模組、一第二電磁轉動模組以及一電力儲存模組。
其中該轉向模組與該機械能輸入源連接，該轉向模組包含一第一輸出端及一第二輸出端，各設置於該轉向模組兩側。
該第一電磁轉動模組與該第一輸出端連接，該第二電磁轉動模組與該第二輸出端連接。而該電力儲存模組同時與該第一電磁轉動模組及該第二電磁轉動模組連接。
以上對本發明的簡述，目的在於對本發明之數種面向和技術特徵作一基本說明。發明簡述並非對本發明的詳細表述，因此其目的不在特別列舉本發明的關鍵性或重要元件，也不是用來界定本發明的範圍，僅為以簡明的方式呈現本發明的數種概念而已。
為能瞭解本發明的技術特徵及實用功效，並可依照說明書的內容來實施，茲進一步以如圖式所示的較佳實施例，詳細說明如後：
請同時參照圖1及圖2，圖1為本發明實施例之其一系統架構圖；圖2為本發明其一實施例之結構示意圖。如圖1所示，本發明於圖1的實施例中，該發電系統10主要包含機械能輸入源100、轉向模組200、第一電磁轉動模組300a、第二電磁轉動模組300b以及電力儲存模組400。
其中，轉向模組200與機械能輸入源100連接，且轉向模組200包含第一輸出端203及第二輸出端204，各設置於轉向模組200的左右兩側。
至於第一電磁轉動模組300a與第一輸出端203連接，第二電磁轉動模組300b與第二輸出端204連接。電力儲存模組400則同時與第一電磁轉動模組300a及第二電磁轉動模組300b連接，用以接收並儲存來自第一電磁轉動模組300a及第二電磁轉動模組300b所生產的電能。在本實施例中，電力儲存模組400可以是鋰電池或鋰鐵電池等電池所構成的電池組；亦可以是超級電容等可接納電能的設備，本發明並不加以限制。進一步來說，圖1中有關於本發明實施例的系統架構圖可以實際實施成圖2實施例中所展示的結構。
如圖2所示，在圖2的實施例中，機械能輸入源100為了演示本實施例可被實施的型態，因此機械能輸入源100以同步伺服馬達作為範例取代之。其目的在於測試整個發電系統10的運作效率；而當機械能輸入源100以同步伺服馬達作為範例取代的時候，電力儲存模組400更可與機械能輸入源100連接（圖未示），據以測試能量轉換的效率。然實際上而言，機械能輸入源100可以替換為任何能夠產生機械能的機構，包含風力發電的扇葉渦輪組、水力發電的渦輪組、由鍋爐推動的轉動機構任何可以提供機械能的器械應皆被包含在本發明的範圍之內。
此外，圖2的實施例中，第二電磁轉動模組300b更被蓋體500蓋合。然實際上，第一電磁轉動模組300a及第二電磁轉動模組300b皆可被蓋體500蓋合。蓋體500除了維持簡潔美觀的效果之外，更可設計為絕緣材質，進一步防止漏電等情況發生；此外，考慮到機械運轉時的噪音，蓋體500中也可參雜隔音材質，減少運轉時發出的噪音。此外，在圖2的實施例中，蓋體500的頂部更可設有二吊環，供安裝作業時吊掛方便，本發明並不加以限制。
至於整個發電系統10更設於底座600之上，且底座600的底部更設有複數個滑輪601。在本實施例中，底座600實際上是由多個平台鎖合固定而成。而複數個滑輪601皆設置於每個平台的底部。每個平台可以乘載發電系統10的單一元件（例如僅乘載第一電磁轉動模組300a）。據此，可以將發電系統10透過底座600任意拆解組合，達到模組化的功效。
至於在圖2的實施例中，轉向模組200係以十字轉向器來實現。更進一步來說，該十字轉向器必須以變換機械能運作方向的方式來達到轉向模組200所訴求的轉向功效。可進一步參照本案圖3，圖3為本發明其一實施例轉向模組之結構示意圖。如圖3所示，本實施例所訴求轉向模組200所選的十字轉向器主要包含主轉軸210a、主齒輪210b、第一齒輪211b、第一轉向軸211a、第二齒輪212b及第二轉向軸212a。
其中，主轉軸210a與機械能輸入源100連接，主齒輪210b與該主轉軸210a連接。第一齒輪211b與主齒輪210b嚙合，第一轉向軸211a與第一齒輪211b連接。至於第二齒輪212b與主齒輪210b嚙合，而第二轉向軸212a則與第二齒輪212b連接。
在圖2及圖3的實施例中，因轉向模組200係以十字轉向器來實現之故，所以在整個十字轉向器和第一電磁轉動模組300a、第二電磁轉動模組300b及機械能輸入源100之間更需要各設置一個聯軸器205，以利其軸承的轉接。因此，在圖2及圖3的實施例中，於圖1架構中的第一輸出端203實質上等同於圖2-3實施例中的第一轉向軸211a及聯軸器205；至於第二輸出端204則等同於圖2-3實施例中的第二轉向軸212a及聯軸器205。
本發明實施例對於轉向模組200之十字轉向器，構成其零件的需求為：主齒輪210b、第一齒輪211b及第二齒輪212b需採用合金鋼SNCM220，並全面經滲碳硬化處裡，使之硬度達到洛氏硬度C（Rockwell Hardness C, RC）56之需求。至於做為出力軸的主轉軸210a、第一轉向軸211a及第二轉向軸212a，其材質則須採用SCM440鋼材，且以調質處理的方式使之可以符合轉動產生的重扭力需求。
接著請同時參照圖2及圖4，圖4為本發明其一實施例電磁轉動模組之主架構示意圖。如圖4所示，圖4中所示意的電磁轉動模組可以是圖2實施例中的第一電磁轉動模組300a或第二電磁轉動模組300b。更進一步來說，在圖4的實施例中，如舉以圖2中的第一電磁轉動模組300a作為示意（當然，第二電磁轉動模組300b也包含圖4實施例中相同的機構，僅因方向之故設計為第一電磁轉動模組300a的鏡像對稱機構），第一電磁轉動模組300a主要包含承載機構301、二轉軸固定機構302、中心軸303、二盤體固定機構304以及電磁盤體模組305。
其中承載機構301具有一凹槽3011，而二轉軸固定機構302設於凹槽3011的周緣其中兩側上。中心軸303則穿過轉軸固定機構302且與第一輸出端203或第二輸出端204連接（可參照圖1及圖2）。二盤體固定機構304相對於二轉軸固定機構302分設於該凹槽的另外兩側周緣上。最後電磁盤體模組305穿設於該中心軸303且部份固定於盤體固定機構304上。在圖4的實施例中，中心軸上更設有長條狀凸肋3031。可選地，也可如圖8一般將長條狀凸肋3031替換為長條狀溝槽3032，本發明不加以限制。
更進一步來說，請同時參照圖4-7，圖5為本發明其一實施例磁盤之結構示意圖；圖6為本發明其一實施例線圈盤之結構示意圖；圖7為本發明其一實施例電磁轉動模組之完整架構示意圖。
如圖4-7所示，為了讓中心軸303可以順利乘載電磁盤體模組305，於圖4的實施例中，可以見到電磁盤體模組305中的複數個軸承3053，有間隔地穿設於中心軸303上。且複數個軸承3053中也設有相應卡合長條狀凸肋3031的卡設槽，據以固定複數個軸承3053於中心軸303上的位置，避免自轉。相同的機構設計可以相應的與圖8中的實施例相反，當圖8中的實施例，中心軸303將長條狀凸肋3031替換為長條狀溝槽3032時，複數個軸承3053亦可在其內圈與中心軸303長條狀溝槽3032接觸卡合的機構改設計為卡設肋（圖未示），本發明並不加以限制。
如圖4-7所示，該實施例之電磁盤體模組305主要由複數個軸承3053、複數個線圈盤3051及複數個磁盤3052所共構而成。其中複數個軸承3053如前所述，有間隔地穿設於中心軸303上。複數個線圈盤3051中，每個線圈盤3051上設有左右對稱的兩固定翼30511，且每個線圈盤3051依序設置於每個軸承3053上。至於複數個磁盤3052中，每個磁盤對應於圖4內中心軸303上的長條狀凸肋3031或圖8內中心軸303上的長條狀溝槽3032相應設有配合其機構的卡合槽30521或卡合肋（圖未示），且複數個磁盤3052與複數個線圈盤3051交替堆疊設置。
如圖5所示，本實施例的磁盤3052中間設有複數個圍繞其圓心（即磁盤3052的重心點）所設置的I型孔洞以及倒梯形孔洞。其中，I型孔洞設置於磁盤3052的外圈，且等間隔均勻排列；至於倒梯形孔洞設置於磁盤3052的內圈，同樣等間隔均勻排列。透過上述設計，除可以有效減少磁盤3052的重量之外，在必要的時候也可以針對I型孔洞以及倒梯形孔洞進行進一步加工，例如嵌設永久磁鐵或是改變其重量配比等外加元件作業，來達到預想的控制磁場變化效果。
同樣的，如圖6所示，本實施例的線圈盤3051也可以在其中間設有複數個圍繞其圓心（即線圈盤3051的重心點）的六邊形孔洞；且固定翼30511中亦可設置四邊形孔洞，據此減輕線圈盤3051的重量。
如圖7所示，本實施例中，每個線圈盤3051上的兩固定翼30511同時卡合於二盤體固定機構304中。更進一步來說，本實施例的每個盤體固定機構304中更設有ㄈ字狀的限制件3041。透過左右兩側的限制件3041與穿設於其中的兩固定翼30511固定，可使電磁盤體模組305被中心軸303帶動旋轉時，僅有複數個磁盤3052隨中心軸303旋轉。
在圖7的實施例中，為了避免電磁盤體模組305與承載機構301或二轉軸固定機構302摩擦，故更進一步在中心軸303頭尾兩端各設置一個分隔件3054。更精確來說，設置於中心軸303頭尾兩端的分隔件3054，其設置位置為電磁盤體模組305（更精確來說可如圖7中標示的磁盤3052）與承載機構301的間隙。
透過上述機構，便能夠讓旋轉的磁盤3052產生磁場變化，進而將旋轉的機械能轉換為電能。 因此，當如同圖2中的實施例同時設置第一電磁轉動模組300a及第二電磁轉動模組300b，便可有效的將單一的機械能輸入源100所輸入的能量轉化為電能提高轉換的效率。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及說明內容所作之簡單變化與修飾，皆仍屬本發明涵蓋之範圍內。
10‧‧‧發電系統
                      
100‧‧‧機械能輸入源
　           
200‧‧‧轉向模組
                      
210a‧‧‧主轉軸
                          
210b‧‧‧主齒輪
                          
211b‧‧‧第一齒輪
                      
211a‧‧‧第一轉向軸
                         
212b‧‧‧第二齒輪
                      
212a‧‧‧第二轉向軸
                         
203‧‧‧第一輸出端
                         
204‧‧‧第二輸出端
                         
205‧‧‧聯軸器
                          
300a‧‧‧第一電磁轉動模組
       
300b‧‧‧第二電磁轉動模組
       
301‧‧‧承載機構
                      
3011‧‧‧凹槽
                              
302‧‧‧轉軸固定機構
              
303‧‧‧中心軸
                          
3031‧‧‧長條狀凸肋
                         
3032‧‧‧長條狀溝槽
                         
304‧‧‧盤體固定機構
              
3041‧‧‧限制件
                         
305‧‧‧電磁盤體模組
              
3051‧‧‧線圈盤
                          
30511‧‧‧固定翼
                          
3052‧‧‧磁盤
                              
30521‧‧‧卡合槽
                          
3053‧‧‧軸承
                              
3054‧‧‧分隔件
                          
400‧‧‧電力儲存模組
              
500‧‧‧蓋體
                              
600‧‧‧底座
                             
601‧‧‧滑輪
圖1為本發明實施例之其一系統架構圖。 圖2為本發明其一實施例之結構示意圖。 圖3為本發明其一實施例轉向模組之結構示意圖。 圖4為本發明其一實施例電磁轉動模組之主架構示意圖。 圖5為本發明其一實施例磁盤之結構示意圖。 圖6為本發明其一實施例線圈盤之結構示意圖。 圖7為本發明其一實施例電磁轉動模組之完整架構示意圖。 圖8為本發明其一實施例中心軸之結構示意圖。
100‧‧‧機械能輸入源
200‧‧‧轉向模組
205‧‧‧聯軸器
300a‧‧‧第一電磁轉動模組
500‧‧‧蓋體
600‧‧‧底座
601‧‧‧滑輪

Claims (9)

  1. 一種發電系統，包含：一機械能輸入源；一轉向模組，與該機械能輸入源連接，該轉向模組包含一第一輸出端及一第二輸出端，各設置於該轉向模組兩側；一第一電磁轉動模組，與該第一輸出端連接；一第二電磁轉動模組，與該第二輸出端連接；以及一電力儲存模組，同時與該第一電磁轉動模組及該第二電磁轉動模組連接；其中該轉向模組為一十字轉向器。
  2. 如請求項1所述的發電系統，其中該機械能輸入源為一同步伺服馬達。
  3. 如請求項1所述的發電系統，其中該十字轉向器包含：一主轉軸，與該機械能輸入源連接；一主齒輪，與該主轉軸連接；一第一齒輪，與該主齒輪嚙合；一第一轉向軸，與該第一齒輪連接；一第二齒輪，與該主齒輪嚙合；以及一第二轉向軸，與該第二齒輪連接。
  4. 如請求項3所述的發電系統，其中該主轉軸、該第一轉向軸以及該第二轉向軸更透過一聯軸器依序與該機械能輸入源、該第一電磁轉動模組及該第二電磁轉動模組連接。
  5. 如請求項1所述的發電系統，其中該發電系統更設於一底座上，且該底座的底部設有複數個滑輪。
  6. 如請求項1所述的發電系統，其中該第一電磁轉動模組及該第二電磁轉動模組各包含：一承載機構，具有一凹槽；二轉軸固定機構，設於該凹槽的周緣其中兩側上；一中心軸，穿過該轉軸固定機構且與該第一輸出端或該第二輸出端連接；二盤體固定機構，相對於該二轉軸固定機構分設於該凹槽的另外兩側周緣上；以及一電磁盤體模組，穿設於該中心軸且部份固定於該盤體固定機構上。
  7. 如請求項6所述的發電系統，其中該中心軸上更設有一長條狀凸肋或一長條狀溝槽。
  8. 如請求項7所述的發電系統，其中該電磁盤體模組包含：複數個軸承，有間隔地穿設於該中心軸上；複數個線圈盤，每個該線圈盤上設有左右對稱的兩固定翼，每個該線圈盤依序設置於每個該軸承上；以及複數個磁盤，每個該磁盤對應於長條狀凸肋或該長條狀溝槽設有一卡合槽或一卡合肋，且該複數個磁盤與該複數個線圈盤交替堆疊設置； 其中，該兩固定翼同時卡合於該二盤體固定機構中，使該電磁盤體模組被該中心軸帶動旋轉時，僅有該複數個磁盤隨該中心軸旋轉。
  9. 如請求項1所述的發電系統，其中該第一電磁轉動模組及該第二電磁轉動模組各更被一蓋體蓋合。
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