TWI699078B

TWI699078B - 共磁複合式磁電裝置

Info

Publication number: TWI699078B
Application number: TW107102957A
Authority: TW
Inventors: 黃思倫; 許永順
Original assignee: 宇生自然能源科技股份有限公司; 新加坡商宇生自然能源科技股份有限公司; 香港商宇生自然能源科技股份有限公司
Priority date: 2018-01-26
Filing date: 2018-01-26
Publication date: 2020-07-11
Also published as: TW201933736A

Abstract

本發明係指一種共磁複合式磁電裝置，其係由一對向磁組及至少一線圈列組所組成，該對向磁組包含有相互平行、且同步運動之二個或二個以上之磁列組，而各該磁列組分別係由沿運動方向間隔交錯排列、且平行運動方向充磁之至少二磁性件所組成，又相鄰磁性件的相鄰端部之磁極呈同極相鄰，且該相對磁列組之磁性件同位磁極呈同極相對，另線圈列組係由一第一線圈件與一第二線圈件所組成，且第一、二線圈件分別係由一縱向之電動體及二平行的橫向之發電體所構成之「ㄈ」型體，其中第一、二線圈件之電動體分別呈反向給電，藉此，能兼具發電與電動之互給，並且可以降低輸入電流，且能提高輸出動力，進而達到節能之目的，同時於發電時，可分享及增加迴路中磁通共磁的增益，進一步提高其發電電量。

Description

共磁複合式磁電裝置

本發明隸屬一種電磁裝置之技術領域，具體而言係指一種具發電及電動作用之共磁複合式磁電裝置，以能達到小輸入、大輸出之目的，而產生節能之功效，同時可以分享對向磁組磁通的增益，而能提高發電電量。

按，一般電動機或發電機通常係使用電磁裝置來作用，傳統電磁裝置主要係由可相對運動的磁組及線圈組所構成，其被分別做為轉子與定子所組成，以電動機為例，係透過對線圈組進行間歇性給電的方式使其成為電磁鐵，而能相對磁組產生相斥與相吸的磁作用力，從而驅動轉子高速旋轉。至於發電機則係透過外力驅動轉子高速轉動，使線圈組因磁力線切割而產生發電作用；然傳統電磁裝置在實際應用上，存在有一些問題，例如應用在電動機時，當在暫停供電的瞬間，線圈組與磁組間生成磁吸現象而呈磁阻造成動損，因此當要再次啟動時需要較大的輸入電力才足以驅動，造成不必要的能源損耗，不僅運轉效率不佳，且也無法達到節能的要求。

另傳統電磁裝置如應用於發電機時，當線圈組接上負載產生電流後，會使線圈組感應磁化變成電磁鐵，而使線圈組與磁組產生磁斥現象而呈磁阻，因此在負載下會有增生磁阻所造成的動損，故傳統發電機不僅難以用於微力發電，且運轉速率也難以提升，嚴重影響磁力線的切割數量與切割頻率，故發電效能低，使其能源轉換率低落；換言之，由於現有電磁裝置不論係應用於電動機或發電機均存在有因增生磁阻所造成運轉動損的問題，而徒增耗能且降低其效能的狀況，也因此傳統電磁裝置僅能應用於單一作用之電動設備或發電設備，無法同時兼具發電與電動之互給，因此如何解決前述問題，係業界所亟待開發者。

緣是，本發明人乃針對前述傳統電磁裝置所面臨的問題深入探討，並藉由多年從事相關產業之研發經驗尋求解決之道，經不斷努力的研究與試作，終於成功的開發出一種共磁複合式磁電裝置，藉以能克服現有電磁裝置因耗能高及能源轉換效率低所造成的不便與困擾。

因此，本發明之主要目的係在提供一種共磁複合式磁電裝置，藉以能同時兼具電動模式及發電模式，而能提升效能，且減少能源消耗。

另，本發明之次一主要目的係在提供一種共磁複合式磁電裝置，其能提高磁助力，且降低輸入電流，而具有小輸入及大輸出之效，進而達到節能之目的。

再者，本發明之又一主要目的係在提供一種共磁複合式磁電裝置，其能分享對向磁組磁通增益，且提高磁力線的切割角度，進而增加磁力線的切割數量與切割頻率，以提高發電量，從而提高能源轉換效率。

基於此，本發明主要係透過下列的技術手段，來實現前述之目的及其功效，其係由一對向磁組、至少一線圈列組所組成，其中該對向磁組與各該線圈列組可被分別定義為可相對運動之轉子或定子；而所述之該對向磁組包含有相互平行、且同步運動之二個或二個以上磁列組，其中各該磁列組係由沿運動方向間隔交錯排列、且等長之至少一第一磁性件及至少一第二磁性件所組成，而各該第一、二磁性件係呈平行運動方向充磁，又相鄰之第一、二磁性件或第二、一磁性件間分別具有一磁隙，又相鄰之第一、二磁性件或第二、一磁性件的相鄰端部之磁極呈同極相鄰，又相對磁列組之第一、二磁性件及磁隙呈同位相對狀，且相對磁列組之第一、二磁性件的同位端部磁極呈同極相對狀；另所述之線圈列組係分別等距分設於相對磁列組間，各該線圈列組係由至少一組相鄰之一第一線圈件與一第二線圈件沿運動方向間隔排列而成，其中一組相鄰之第一線圈件與第二線圈件的長度小於或等於磁列組中任一第一磁性件或第二磁性件與其相鄰磁隙相加的長度、且大於或等於該第一磁性件或第二磁性件的長度，且各該第一線圈件係由一縱向之第一電動體及橫向之第一發電體與第二發電體所構成之「ㄈ」型體，其中該第一電動體具有一縱向導磁柱及一套設縱向導磁柱之電動線圈，該電動線圈並與一電源電氣連接，令電源可以持續性對該第一電動體之電動線圈進行正向給電或逆向給電，而各該第一、二發電體分別具有一接設於縱向導磁柱兩端、且平行運動方向之橫向導磁桿，又各該橫向導磁桿上分別套設有一連接一負載之發電線圈，再者各該第二線圈件係由一縱向之第二電動體及橫向之第三發電體與第四發電體所構成之「ㄈ」型體，其中該第二電動體具有一縱向導磁柱及一套設縱向導磁柱之電動線圈，該電動線圈並與一電源電氣連接，令電源可以持續性對該第二電動體之電動線圈進行逆向給電或正向給電，且該第二線圈件之第二電動體的給電方向與上述第一線圈件之第一電動體的給電方向呈反向給電，又各該第三、四發電體分別具有一接設於縱向導磁柱兩端、且平行運動方向之橫向導磁桿，又各該橫向導磁桿上分別套設有一連接一負載之發電線圈。

綜上，本發明透過前述技術手段的實現，使本發明之共磁複合式磁電裝置能兼具發電與電動之互給，並且可以降低輸入電流，且能提高輸出動力，進而達到節能之目的，同時於發電時，其能分享對向磁組磁通增益，並提高磁力線的切割角度，而增加磁力線的切割數量與頻率，有效提高發電量，進一步提升其能源轉換效率，進一步可達自力發電之目的，可以有效提高其附加價值，並增進其經濟效益。

為使貴審查委員能進一步了解本發明的構成、特徵及其他目的，以下乃舉本發明之較佳實施例，並配合圖式詳細說明如後，同時讓熟悉該項技術領域者能夠具體實施。

(1)‧‧‧對向磁組

(100)‧‧‧動盤

(10)‧‧‧磁列組

(11)‧‧‧第一磁性件

(12)‧‧‧第二磁性件

(15)‧‧‧磁隙

(3)‧‧‧線圈列組

(300)‧‧‧靜盤

(30)‧‧‧第一線圈件

(31)‧‧‧第一電動體

(32)‧‧‧縱向導磁柱

(320)‧‧‧磁軏段

(33)‧‧‧電動線圈

(34)‧‧‧第一發電體

(35)‧‧‧橫向導磁桿

(36)‧‧‧發電線圈

(37)‧‧‧第二發電體

(38)‧‧‧橫向導磁桿

(39)‧‧‧發電線圈

(40)‧‧‧第二線圈件

(41)‧‧‧第二電動體

(42)‧‧‧縱向導磁柱

(420)‧‧‧磁軏段

(43)‧‧‧電動線圈

(44)‧‧‧第三發電體

(45)‧‧‧橫向導磁桿

(46)‧‧‧發電線圈

(47)‧‧‧第四發電體

(48)‧‧‧橫向導磁桿

(49)‧‧‧發電線圈

(500)‧‧‧軸桿

第一圖：係本發明共磁複合式磁電裝置之架構示意圖。

第二圖：係本發明共磁複合式磁電裝置於實際應用之立體分解示意圖。

第三圖：係本發明於第一種給電方式中對向磁組以對應N極磁極端進入線圈件之動作示意圖。

第四圖：係本發明於第一種給電方式中對向磁組以對應N極磁極端進入磁隙之動作示意圖。

第五圖：係本發明於第一種給電方式中對向磁組以對應S極磁極端進入線圈件之動作示意圖。

第六圖：係本發明於第一種給電方式中對向磁組以對應S極磁極端進入磁隙之動作示意圖。

第七圖：係本發明於第二種給電方式中對向磁組以對應N極磁極端進入線圈件之動作示意圖。

第八圖：係本發明於第二種給電方式中對向磁組以對應N極磁極端進入磁隙之動作示意圖。

第九圖：係本發明於第二種給電方式中對向磁組以對應S極磁極端進入線圈件之動作示意圖。

第十圖：係本發明於第二種給電方式中對向磁組以對應S極磁極端進入磁隙之動作示意圖。

本發明係一種共磁複合式磁電裝置，隨附圖例示之本發明的具體實施例及其構件中，所有關於前與後、左與右、頂部與底部、上部與下部、以及水平與垂直的參考，僅用於方便進行描述，並非限制本發明，亦非將其構件限制於任何位置或空間方向。圖式與說明書中所指定的尺寸，當可在不離開本發明之申請專利範圍內，根據本發明之具體實施例的設計與需求而進行變化。

而本發明之共磁複合式磁電裝置較佳實施例的架構係如第一圖所示，該共磁複合式磁電裝置係由一對向磁組(1)及至少一線圈列組(3)所組成，其中該對向磁組(1)與各該線圈列組(3)可被分別定義為可相對高速運動之轉子或定子；至於本發明共磁複合式磁電裝置之詳細構成，則請參看第一、二圖所示，本發明較佳實施例以對向磁組(1)作為轉子，而該對向磁組(1)包含有相互平行、且同步運動之二個或二個以上磁列組(10)，當有二個以上之磁列組(10)時，其係呈交錯間隔排列，且相對之磁列組(10)間分別等距設有一上述之線圈列組(3)，而各該磁列組(10)分別設於一動盤(100)之相對半徑，又各該動盤(100)並供一軸桿(500)穿設，令該對向磁組(1)之磁列組(10)的動盤(100)可與軸桿(500)同步轉動，且各該線圈列組(3)分設於一靜盤(300)相對前述動盤(100)之磁列組(10)位置，供該軸桿(500)穿樞，令該對向磁組(1)的動盤(100)可同步相對靜盤(300)旋轉；又該對向磁組(1)之磁列組(10)係由沿運動方向間隔交錯排列之至少一第一磁性件(11)及至少一第二磁性件(12)所組成，且各該第一、二磁性件(11、12)的長度相等，而各該第一、二磁性件(11、12)係呈平行運動方向充磁，且相鄰之第一、二磁性件(11、12)或第二、一磁性件(12、11)間分別具有一磁隙(15)，又相鄰之第一、二磁性件(11、12)或第二、一磁性件(12、11)相鄰端部之磁極呈同極相鄰【例如第一磁性件(11)的端部為S極時則相鄰第二磁性件(12)的端部為S極、又或第一磁性件(11)的端部為N極時則相鄰第二磁性件(12)的端部為N極】，又相對之磁列組(10)之第一、二磁性件(11、12)及磁隙(15)呈同位相對狀，且相對磁列組(10)之第一、二磁性件(11、12)的同位端部磁極呈同極相對狀【例如磁列組(10)之第一磁性件(11)的端部為N極時則相對磁列組(10)之第一磁性件(11)的同位端部為N極、又或磁列組(10)之第二磁性件(12)的端部為S極時則相對磁列組(10)之第二磁性件(12)的同位端部亦為S極】；另，前述之線圈列組(3)係由至少一組相鄰之一第一線圈件(30)與一第二線圈件(40)沿運動方向間隔排列而成，其中一組相鄰之第一線圈件(30)與第二線圈件(40)的長度小於或等於磁列組(10)中任一第一磁性件(11)或第二磁性件(12)與其相鄰磁隙(15)相加的長度、且大於或等於該第一磁性件(11)或第二磁性件(12)的長度，同時每組第一線圈件(30)與第二線圈件(40)的相鄰端部可以相互貼抵，又其中之第一線圈件(30)係由一縱向之第一電動體(31)及橫向之第一發電體(34)與第二發電體(37)所構成之「ㄈ」型體，其中該第一電動體(31)具有一縱向導磁柱(32)及一套設縱向導磁柱(32)之電動線圈(33)，該電動線圈(33)並電氣連接一電源，以持續進行正向給電或逆向給電，而各該第一、二發電體(34、37)分別具有一接設於縱向導磁柱(32)兩端、且平行運動方向之橫向導磁桿(35、38)，又各該橫向導磁桿(35、38)上分別套設有一電氣連接一負載之發電線圈(36、39)，再者該縱向導磁柱(32)兩端分別具有一突出橫向導磁桿(35、38)之磁軏段 (320)，使該第一線圈件(30)之第一電動體(31)可以接近兩側之磁列組(10)，以提高相互間之導磁作用。至於其中之第二線圈件(40)係由一縱向之第二電動體(41)及橫向之第三發電體(44)與第四發電體(47)所構成之「ㄈ」型體，其中該第二電動體(41)具有一縱向導磁柱(42)及一套設縱向導磁柱(42)之電動線圈(43)，該電動線圈(43)並電氣連接一電源，以持續進行逆向給電或正向給電，且該第二線圈件(40)之第二電動體(41)的給電方向與上述第一線圈件(30)之第一電動體(31)的給電方向呈反向給電【亦即第一電動體(31)為正向給電時則第二電動體(41)為逆向給電，反之當第一電動體(31)為逆向給電時則第二電動體(41)為正向給電】，又各該第三、四發電體(44、47)分別具有一接設於縱向導磁柱(42)兩端、且平行運動方向之橫向導磁桿(45、48)，又各該橫向導磁桿(45、48)上分別套設有一電氣連接一負載之發電線圈(46、49)，再者該縱向導磁柱(42)兩端分別具有一突出橫向導磁桿(45、48)之磁軏段(420)，使該第二線圈件(40)之第二電動體(41)可以接近兩側之磁列組(10)，以提高相互間之導磁作用；藉此，組構成一可分享對向磁組磁通的增益、且提升能源轉換效率之共磁複合式磁電裝置者。

至於本發明共磁複合式磁電裝置於實際作動時，則係如第三~六圖或第七~十圖所示，其中第三~六圖是第一線圈件(30)正向給電、而第二線圈件(40)逆向給電之第一種給電方式的運轉狀態，至於第七~十圖係第一線圈件(30)逆向給電、而第二線圈件(40)正向給電之第二種給電的運轉狀態。

如第三~六圖所示，其中第一線圈件(30)對第一電動體(31)之電動線圈(33)持續正向給電、而第二線圈件(40)對第二電動體(41)之電動線圈(43)持續逆向給電，使第一電動體(31)與第二電動體(41)之縱向導磁柱(32、42)的磁通方向呈相異狀，而當對向磁組(1)之磁列組(10)相對線圈列組(3)由右向左運動，且當相對磁列組(10)中進入端為N極磁極之第一磁性件(11)對應線圈列組(3)中任一組相鄰之第一線圈件(30)與第二線圈件(40)時，由於第一線圈件(30)第一電動體(31)之電動線圈(33)因為正向給電，使該第一電動體(31)磁化形成兩端磁極磁通為由下往上之S極至N極，而第二線圈件(40)第二電動體(41)之電動線圈(43)為逆向給電，使該第二電動體(41)磁化形成兩端磁極磁通為由上往下之S極至N極，而形成一順時間方向的內部磁通迴路，讓第一電動體(31)與第二電動體(41)的內部磁通除了本身磁通量外，可進一步加上第一、二發電體(34、37)與第三、四發電體(44、47)的磁通，且兩側相對的磁列組(10)第一、二磁性件(11、12)的外部磁流也會導入，大幅提高了內部磁通迴路的磁通量，如此在相同需求規格下可以降低電動線圈(33、43)輸入電流，而如維持輸入相同電流則可以提高磁作用力，同時也會讓相對磁列組(10)之第一、二磁性件(11、12)的外部磁流隨機迅速導磁匯入，進入第一、二線圈件(30、40)循內部磁通迴路流動並匯出，形成一可順暢方向的連接外部磁通迴路，而與中間的第一線圈件(30)之第一、二發電體(34、37)及第二線圈件(40)之第三、四發電體(44、47)產生大量的磁通感應發電，並讓兩側磁列組(10)之第一、二磁性件(11、12)的外部磁力線與第一線圈件(30)之第一、二發電體(34、37)形成的外部磁力線及第二線圈件(40)之第三、四發電體(44、47)形成的外部磁力線呈三組同向相斥、一組異向相吸狀，由於同向相斥之磁助力與異向相吸之磁阻力相抵後，仍具有較多之同向相斥之磁助力，故可使對向磁組(1)獲得有助於運動方向的磁助力，再次提高了對向磁組(1)的速度，且由於前述第一線圈件(30)之第一、二發電體(34、37)及第二線圈件(40)之第三、四發電體(44、47)的磁通大量增加，使得對向磁組(1)之轉速更獲得提升，因此可以大幅提高前述第一、二發電體(34、37)與第三、四發電體(44、47)的切割頻率與切割數量，故可提高發電量，更甚者當第一線圈件(30)與第二線圈件(40)的發電量提高後，其第一、二、三、四發電體(34、37、44、47)的磁通量也再次增加，而能再度提高磁助力，故可大幅提升其能源轉換率，達到發電與電動共給之目的。

另如第七~十圖所示，其中第一線圈件(30)對第一電動體(31)之電動線圈(33)持續逆向給電、而第二線圈件(40)對第二電動體(41)之電動線圈(43)持續正向給電，使第一電動體(31)與第二電動體(41)之縱向導磁柱(32、42)的磁通方向呈相異狀，而當對向磁組(1)之磁列組(10)相對線圈列組(3)由右向左運動，且當相對磁列組(10)中進入端為N極磁極之第一磁性件(11)對應線圈列組(3)中任一組相鄰之第一線圈件(30)與第二線圈件(40)時，由於第一線圈件(30)第一電動體(31)之電動線圈(33)因為逆向給電，使該第一電動體(31)磁化形成兩端磁極磁通為由上往下之S極至N極，而第二線圈件(40)第二電動體(41)之電動線圈(43)為正向給電，使該第二電動體(41)磁化形成兩端磁極磁通為由下往上之S極至N極，而形成一逆時間方向的內部磁通迴路，讓第一電動體(31)與第二電動體(41)的內部磁通除了本身磁通量外，可進一步加上第一、二發電體(34、37)與第三、四發電體(44、47)的磁通，且兩側相對的磁列組(10)第一、二磁性件(11、12)的外部磁流也會導入，大幅提高了內部磁通迴路的磁通量，如此在相同需求規格下可以降低電動線圈(33、43)輸入電流，而如維持輸入相同電流則可以提高磁作用力，同時也會讓相對磁列組(10)之第一、二磁性件(11、12)的外部磁流隨機迅速導磁匯入，進入第一、二線圈件(30、40)循內部磁通迴路流動並匯出，形成一可順暢方向的連接外部磁通迴路，而與中間的第一線圈件(30)之第一、二發電體(34、37)及第二線圈件(40)之第三、四發電體(44、47)產生大量的磁通感應發電，並讓兩側磁列組(10)之第一、二磁性件(11、12)的外部磁力線與第一線圈件(30)之第一、二發電體(34、37)形成的外部磁力線及第二線圈件(40)之第三、四發電體(44、47)形成的外部磁力線呈三組同向相斥、一組異向相吸狀，由於同向相斥之磁助力與異向相吸之磁阻力相抵後，仍具有較多之同向相斥之磁助力，故可使對向磁組(1)獲得有助於運動方向的磁助力，再次提高了對向磁組(1)的速度，且由於前述第一線圈件(30)之第一、二發電體(34、37)及第二線圈件(40)之第三、四發電體(44、47)的磁通大量增加，使得對向磁組(1)之轉速更獲得提升，因此可以大幅提高前述第一、二發電體(34、37)與第三、四發電體(44、47)的切割頻率與切割數量，故可提高發電量，更甚者當第一線圈件(30)與第二線圈件(40)的發電量提高後，其第一、二、三、四發電體(34、37、44、47)的磁通量得到加乘效果，而能再次提高磁助力，故可大幅提升其能源轉換率，達到發電與電動共給之目的。

且配合第一、二線圈件(30、40)之縱向導磁柱(32、42)具有接近磁列組(10)之磁軏段(320、420)，使磁距縮短，而能產生較佳的導磁效果，並減少磁干擾，從而增加磁通共磁數量，可以有效提高運轉速度。

並可藉由第一、二線圈件(30、40)之橫向導磁桿(35、38、45、48)具有遠離磁列組(10)，使磁距加長，而能產生較多的磁力線有效切割，從而增加磁力線切割數量，可以有效提高發電電量。

經由上述之說明可知，本發明不僅可以持續的使磁助力獲得相加乘的效果，而使轉速提高，同時利用相對磁列組(10)與第一電動體(31)及第二電動體(41)的磁通控向設計，而形成有效的磁流管理，同時可以使整體磁通共磁及第一、二線圈件(30、40)磁通量獲得提升，形成小輸入、大輸出的效果，且當磁助力獲得提升後，可以進一步提高轉速，而增加切割頻率與切割數量，使整體的發電量大幅提高，進而提升其能源轉換效率，更甚者可達自力發電之目的。

藉此，可以理解到本發明為一創意極佳之創作，除了有效解決習式者所面臨的問題，更大幅增進功效，且在相同的技術領域中未見相同或近似的產品創作或公開使用，同時具有功效的增進，故本發明已符合發明專利有關「新穎性」與「進步性」的要件，乃依法提出申請發明專利。