TWI741756B - 電磁感應發電裝置 - Google Patents

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Abstract

一種電磁感應發電裝置，包括：一圓柱狀外殼、一定子模組，具有複數個軸向且等間格固定的定子單元，每一個定子單元包含一定子基座及複數個線圈被徑向地且等徑向角配置於定子基座內、以及一轉子模組，具有複數個轉子單元，每一個轉子單元包含一轉子基座及複數個永久磁鐵被徑向地且等徑向角配置於轉子基座內，其中上述複數個轉子單元由一轉子轉軸連接用以同時旋轉且每一轉子單元被安排位於相鄰的定子單元之間。

Description

電磁感應發電裝置
本發明係關於電力生成設備，特別是一種電磁感應發電裝置。
發電機自其發明以來，一直扮演電力生成的核心裝置，其主要作用是藉由將機械能轉化為電能。機械能來源可以來自內燃機、風機渦扇、壓縮空氣等、或是其他來源的機械能。在實際應用中，發電機幾乎為電網(power grids)提供全部的電力，因此基於環保以及環境永續等因素，如何提高發電效率是一重要課題。
馬達則是以反向操作將電能轉換為機械能，馬達與發電機有許多相似處。
發電機及馬達(例如交流感應或直流永磁)一般包括一外部定子(stator)或固定部件，通常為中空圓柱狀並包含導線線圈配置於其內側壁。於馬達的應用上，電流流入配置在定子內的成對線圈中(三相馬達通常包含三對單獨的線圈，它們以相對且部分沿著圓周方向偏移的方式排列)，使得內部定位的轉子組件旋轉。
轉子通常為固定於定子內部之實心圓柱體(在轉子的外圓柱表面和定子的內表面之間具有確定氣隙)，其外軸從轉子的軸向中心線向外延伸。
現有的電動馬達或發電機包含帶有鐵片的組件，例如層壓鋼片或矽鋼片，用作定子線圈繞組鐵芯，由這些組件產生之磁場可以與位於轉子上的 永久鐵交互作用進而降低發電效率。
本發明提出一種不具有層壓鋼片之電磁感應發電裝置。透過將僅用銅線之線圈繞組使其配置為合適之線圈繞組堆疊並結合使用永久磁鐵組裝的轉子，一種高效無鐵損之發電機可以被實現。
基於上述目的，本發明提出了一種電磁感應發電裝置，包括一圓柱狀外殼、一定子模組，具有複數個軸向且等間格固定的定子單元，每一個定子單元包含一定子基座及複數個線圈被徑向地且等徑向角配置於定子基座內、以及一轉子模組，具有複數個轉子單元，每一個轉子單元包含一轉子基座及複數個永久磁鐵被徑向地且等徑向角配置於轉子基座內，其中上述複數個轉子單元由一轉子轉軸連接用以同時旋轉且每一轉子單元被安排位於相鄰的定子單元之間。
上述定子基座是一具有中心孔以通過旋轉軸之圓柱狀基座。
上述定子基座在圓形的內壁與外壁之間具有用於容置上述線圈的空間。
上述在圓形的內壁與外壁之間的空間被沿著其軸向均分為兩個子區域。
上述每個線圈均由漆包線繞線，並形成彎曲的Z形截面的環形結構。
上述每個線圈可以部份並排並堆疊在一起以形成緊密堆疊。
上述轉子單元包括一非磁性轉子基座，該基座具有用於連接旋轉軸的中心孔。
上述相鄰永久磁鐵的磁極以相反極性方式交替排列。
上述每個永久磁鐵都是具有等角三角形截面的柱狀體，可以配置成使它們各自的垂直平分線與轉子基座上具有相等的徑向角分佈的一組徑向軸的其中之一重合。
上述具有第一類磁極性之永久磁鐵被配置為使其底面朝向轉子基座的中心，而具有第二類磁極性之永久磁鐵被配置為使其底面朝向轉子基座的外緣。
上述具有第一類磁極性之永久磁鐵，其磁極性為N極。
上述具有第二類磁極性之永久磁鐵，其磁極性為S極。
10a:電磁感應裝置
40:旋轉軸
50:圓柱形殼體
20:定子單元
30:轉子單元
22:定子基座
24:線圈
25:中心孔
(26a、26b):間隙
28、38:填充劑
31:中心孔
32:轉子基座
36:槽口
34:永久磁鐵
如下所述對本發明的詳細描述與實施例的示意圖，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的參考，而非限制本發明於一特定實施例之中。
圖1顯示根據本發明之一較佳實施例所提出電磁感應發電裝置之三維示意圖。
圖2顯示根據本發明之一較佳實施例所提出電磁感應發電裝置之截面示意圖。
圖3(a)顯示根據本發明之一較佳實施例所提出電磁感應發電裝置之正視圖。
圖3(b)顯示根據本發明之一較佳實施例所提出電磁感應發電裝 置沿著E-E切割方向之截面示意圖。
圖3(c)顯示根據本發明之一較佳實施例所提出電磁感應發電裝置沿著F-F切割方向之截面示意圖。
圖4(a)顯示根據本發明之一較佳實施例所提出電磁感應發電裝置中一轉子單元之正視圖。
圖4(b)顯示根據本發明之一較佳實施例所提出電磁感應發電裝置中一轉子單元之截面示意圖。
圖5(a)-(b)顯示根據本發明之一較佳實施例所提出電磁感應發電裝置中定子單元的一個三相線圈配置圖。
圖5(c)顯示根據本發明之一較佳實施例所提出電磁感應發電裝置中定子單元與轉子單元的配置之截面示意圖。
圖5(d)顯示根據本發明之一較佳實施例所提出具有三相繞組定子單元的連線方式。
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的結構或步驟流程，其係供以說明用而非用以限制本發明的申請專利範圍。因此，除說明書中的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的實施方式，熟悉此技術的人士可藉由本說明書所揭示的內容輕易地瞭解本發明的功效性與其優點。且本發明亦可藉由其他具體實施例加以運用及實施，本說明書所闡述的各項細節亦可基於不同需求而應用，且在不悖離本發明的精神下進行各種不同的修飾或變更。
關於本文中所用之「第一」、「第二」、…等，並非特別指稱次序或順位的意思，亦非用以限定本發明，其僅為了區別以相同技術用語描述的元件或操作。
關於本文中所用之「連接」或「電性耦接」，可指二或多個元件相互直接作實體連接或電性接觸，或是相互間接作實體連接或電性接觸，而「連接」或「電性耦接」還可指二或多個元件相互操作或動作。
請參考圖1及圖2所示，其揭露一電磁感應裝置10a用以產生電力或發電。發電機包括由複數個同軸組裝之電磁感應裝置10a裝配於一圓柱形殼體50內，上述電磁感應裝置10a包含一具有複數個定子單元20的定子模組以及一具有複數個轉子單元30的轉子模組。上述複數個定子單元20被軸向地且等間距的固定於殼體50內作為定子，上述複數個轉子單元30為一旋轉軸40耦接可以一起轉動。於電磁感應裝置10a內部，每一轉子單元30是被裝設於兩個相鄰定子單元20之間。
圖3顯示定子單元20的正視圖，其包含一非磁性定子基座(線圈基座)22以及複數個線圈24徑向且等徑向角均勻地配置於一線圈基座22內。每一個線圈24均由漆包線(導線)纏繞並且形成一具有如圖3(b)所顯示之彎曲的Z形截面之環形線圈結構，圖3(b)為沿著E-E切割方向之截面示意圖；圖3(c)為沿著F-F切割方向之截面示意圖。如此一來，請參考圖3(a)-3(c)，每一個線圈24會形成彎曲截面，使得線圈與線圈間於堆疊排列時可以具有部分重疊，每個線圈可以與相鄰線圈部份並排並堆疊在一起以形成緊密堆疊，其中線圈24可以被配置為個別線圈之垂直平分線與定子基座22中的一組徑向軸(ax-1,ax-2,....)的其中之一重合。於一較佳實施例中，定子基座22是一圓柱具有一中心孔25用以使上述旋轉軸40通過而且具有在圓形的內壁與外壁之間用於容置上述線圈24的空間，上述容置空間被沿著定子基座的軸向(z軸)均分為兩個子區域，且兩個子區域間距有一隔牆隔開。設置於兩個位於定子基座22子區域的線圈可以與裝設於位於定子基座22兩側之轉子單元內的永久磁鐵產生交互作用(請一併參考 圖1、圖4、及圖5)。於一較佳實施例中，每一線圈24是利用漆包線纏繞形成一等角三角形(或相似形狀，如梯形等)接著沿著其垂直平分線將其彎折成具有"Z"剖面形狀之線圈。每一形成等腰三角形(或梯形)之線圈以其底部(基部)朝向定子基座外緣之方式被排列及配置於定子基座22內。一旦這些線圈24被裝設於定子基座22內之正確位置，絕緣導熱填充劑28(例如，環氧樹指)填充其間之間隙(26a、26b)，使其填滿空隙用以將線圈固定於定子基座22內並起到絕緣導熱作用。
圖4(a)顯示個別轉子單元30之正視圖，轉子單元30包含一圓盤狀(圓柱狀)非磁性轉子基座32，其具有複數個永久磁鐵(例如，銣鐵硼永久磁鐵)裝設其上、一中心孔31設置於轉子基座32的中心用以耦接一旋轉軸40、以及複數個槽口36形成於非磁性基座之外緣用於減輕重量及加強散熱效果。上述複數個永久磁鐵34徑向且等徑向角均勻地配置於轉子基座32內，並且相鄰永久磁鐵之磁極極性呈相反極性方式交互排列，即N極、S極交互排列。圖4(b)顯示個別轉子單元30沿著之切割方向A-A之截面示意圖。一旦這些永久磁鐵34被裝設於轉子基座32內之正確位置，絕緣導熱填充劑38(例如，環氧樹指)填充其間之間隙(26a、26b)，使其填滿空隙用以將線圈固定於轉子基座32內。於一較佳實施例中，每一個永久磁鐵都是具有等角三角形截面的柱狀體，可以配置成使它們各自的垂直平分線與轉子基座32的一組具有相等的徑向角分佈的徑向軸(ax-1,ax-2,...)的其中之一重合，並且上述具有第一類磁極性(例如，N極)之永久磁鐵34被配置為使其底面朝向轉子基座32的中心，而具有第二類磁極性(例如，S極)之永久磁鐵34被配置為使其底面朝向轉子基座32的外緣。
圖5(a)-5(b)顯示根據本發明的一個實施例中定子單元20的一個三相線圈配置圖，三相線圈A、B、與C的連接方式顯示於圖5(b)，其中圖式中的標號表示位於定子基座內之個別線圈。其中沿著圓周排列之第1、4、7、....號線圈串聯；第2、5、8、....號線圈串聯；第3、6、9、....號線圈串聯，其中，三相線圈的三個相位，為使其交流電的相位互相差120°，因此將有三組的線圈，其規則分別為上述的第1、4、7、10、13等間隔三號的線圈為第一組；第2、5、8、11、14等間隔三號的線圈為第二組；第3、6、9、12、15等間隔三號的線圈 為第三組。
圖5(c)顯示根據本發明的一個實施例中所提出電磁感應發電裝置10a中定子單元20與轉子單元30的配置之截面示意圖。由圖5(c)可知本發明所提出的具有緊湊堆疊線圈之定子單元20以及安裝於轉子單元32中的等角三角形截面的柱狀永久磁鐵34可以提供高效能的電磁感應單元，而無需任何層壓鋼片來進行線圈繞組。
圖5(d)顯示具有三相繞組A、B、以及C之定子單元20的連線方式，其中由電磁感應裝置10a所生成的AC交流電可以饋入負載中應用。
上述敘述係為本發明的較佳實施例。此領域的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的專利權利範圍。其專利保護範圍當視後附的申請專利範圍及其等同領域而定。凡熟悉此領域的技藝者，在不脫離本專利精神或範圍內，所作的更動或潤飾，均屬於本發明所揭示精神下所完成的等效改變或設計，且應包含在下述的申請專利範圍內。
10a:電磁感應裝置
40:旋轉軸
50:圓柱形殼體

Claims (12)

  1. 一種電磁感應發電裝置，包括：
    一圓柱狀殼體；
    一定子模組，具有複數個軸向且等間格固定的定子單元，每一個該定子單元包含一定子基座及複數個線圈被徑向地且等徑向角配置於該定子基座內，其中每一該複數個線圈為三角形或梯形，沿著其垂直平分線將其彎折成具有"Z"剖面形狀，每一形成該三角形或梯形之該複數個線圈以其底部(基部)朝向該定子基座外緣之方式排列及配置於該定子基座內；以及
    一轉子模組，具有複數個轉子單元，每一個該轉子單元包含一轉子基座及複數個第一永久磁鐵與第二永久磁鐵被徑向地且等徑向角配置於轉子基座內，其中該複數個轉子單元由一轉子旋轉軸耦接用以同時旋轉且每一該轉子單元被安排位於相鄰的定子單元之間，其中每一個該複數個第一永久磁鐵與第二永久磁鐵具有等角三角形截面，配置成使其各自的垂直平分線與該轉子基座的一組具有相等的徑向角分佈的徑向軸的其中之一重合，並且具有第一類磁極性之該第一永久磁鐵被配置為使其底面朝向該轉子基座的中心，而具有第二類磁極性之該第二永久磁鐵被配置為使其底面朝向該轉子基座的外緣。
  2. 如請求項1所述之電磁感應發電裝置，其中上述之定子基座是一具有中心孔用以通過上述旋轉軸之圓柱狀基座。
  3. 如請求項1所述之電磁感應發電裝置，其中上述定子基座在圓形的內壁與外壁之間具有用於容置上述線圈的空間。
  4. 如請求項3所述之電磁感應發電裝置，其中上述在圓形的內壁與外壁之間的空間被沿著其軸向均分為兩個子區域。
  5. 如請求項3所述之電磁感應發電裝置，其中上述之線圈被裝設於上述兩個子區域內。
  6. 如請求項1所述之電磁感應發電裝置，其中上述每個線圈均由漆包線繞線，並形成彎曲的Z形截面的環形結構。
  7. 如請求項6所述之電磁感應發電裝置，其中上述每個線圈表面積的部份，與鄰近線圈表面積的部分彼此堆疊在一起以形成緊密堆疊。
  8. 如請求項1所述之電磁感應發電裝置，其中上述定子基座是具有非磁性的。
  9. 如請求項1所述之電磁感應發電裝置，上述轉子單元包括一非磁性轉子基座，該基座具有用於連接上述旋轉軸的中心孔。
  10. 如請求項1所述之電磁感應發電裝置，其中上述相鄰該第一永久磁鐵與該第二永久磁鐵的磁極以相反極性方式交替排列。
  11. 如請求項1所述之電磁感應發電裝置，其中絕緣導熱填充劑填充間隙，使其填滿空隙用以將該線圈固定於該定子基座。
  12. 如請求項1所述之電磁感應發電裝置，其中上述沿著該定子模組圓周排列之第1、4、7、....號線圈串聯；第2、5、8、....號線圈串聯；第3、6、9、....號線圈串聯，其中該複數個線圈的排列方式，為基於三相線圈的排列。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090021089A1 (en) * 2005-05-17 2009-01-22 Denso Corporation Motor and control unit thereof
TW201233013A (en) * 2011-01-19 2012-08-01 Wisepoint Tech Co Ltd Cylinder motor apparatus
US8354768B2 (en) * 2008-01-21 2013-01-15 Avio S.P.A. Modular electromagnetic device with reversible generator-motor operation
CN103378711A (zh) * 2012-04-17 2013-10-30 余虹锦 双机械端口磁导谐波式电磁齿轮复合永磁电机
JP5619022B2 (ja) * 2008-12-18 2014-11-05 シマー エンジニアリング リミテッド 軸方向磁束モータおよびジェネレータアセンブリ
CN105556811A (zh) * 2014-05-30 2016-05-04 铃木株式会社 摩托车用发电机
US20170324304A1 (en) * 2014-11-03 2017-11-09 Denso Corporation Electric motor, control device, and motor control system
US20190356195A1 (en) * 2018-05-18 2019-11-21 Levitronix Gmbh Electromagnetic rotary drive and rotational device

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090021089A1 (en) * 2005-05-17 2009-01-22 Denso Corporation Motor and control unit thereof
US8354768B2 (en) * 2008-01-21 2013-01-15 Avio S.P.A. Modular electromagnetic device with reversible generator-motor operation
US8536751B2 (en) * 2008-01-21 2013-09-17 Avio S.P.A. Electromagnetic device with reversible generator-motor operation
JP5619022B2 (ja) * 2008-12-18 2014-11-05 シマー エンジニアリング リミテッド 軸方向磁束モータおよびジェネレータアセンブリ
TW201233013A (en) * 2011-01-19 2012-08-01 Wisepoint Tech Co Ltd Cylinder motor apparatus
CN103378711A (zh) * 2012-04-17 2013-10-30 余虹锦 双机械端口磁导谐波式电磁齿轮复合永磁电机
CN105556811A (zh) * 2014-05-30 2016-05-04 铃木株式会社 摩托车用发电机
US20170324304A1 (en) * 2014-11-03 2017-11-09 Denso Corporation Electric motor, control device, and motor control system
US20190356195A1 (en) * 2018-05-18 2019-11-21 Levitronix Gmbh Electromagnetic rotary drive and rotational device

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