TWI815142B - 發電機及其轉子結構 - Google Patents

Abstract

本發明關於一種發電機，包括：轉子結構及定子結構。轉子結構包括環形軌道、轉軸結構及磁性件。轉軸結構設置於環形軌道中，用於帶動環形軌道轉動。磁性件設置於環形軌道上。定子結構包含線圈，且定子結構設置於轉子結構外圍或內部。

Description

發電機及其轉子結構

本發明係關於一種發電機及轉子結構，特別是一種具備多個磁性件的發電機及轉子結構。

現今常見的一種發電機(Generator)的構造及原理，通常是由定子、轉子、端蓋及軸承等部件所構成；其中，該定子是由定子鐵芯、磁感線圈、機座以及固定這些部分的其他結構件組成；該轉子是由轉子磁極、磁扼、護環、中心環、滑環、風扇及轉軸等部件組成。由軸承及端蓋將發電機的定子，轉子連接組裝起來，使轉子能在定子中旋轉，做磁場切割(磁力線切割)的運動，從而產生感應電勢，通過接線端子引出，接在迴路中，便產生了一定值的電壓與電流。

然而，在習知的發電機中，當轉子通常為固定的形狀，例如圓形，其上可設置的磁鐵數量亦有限制，因此轉子轉動時能進行的切割次數有其限制，其扭力亦有其上限，並無法進一步提升。而隨著用電需求的增加，習知的發電機的扭力可能不符需求。

因此，需要一種發電機及轉子結構來解決上述問題。

本發明提供一種發電機，包含轉子結構及定子結構。轉子結構包含環形軌道、轉軸結構及複數個磁性件。轉軸結構設置於環形軌道中，用於帶動環形軌道轉動，且磁性件設置於環形軌道上。定子結構包含線圈，且定子結構設置於轉子結構的外圍或內部。藉由環形軌道的設置，轉子結構上可放置更多的磁性件。

在一實施例中，該等磁性件可隨著環形軌道的轉動而產生位移，並與線圈產生磁場切割。藉此，發電機可進行發電。

在一實施例中，為了達成磁場切割，線圈的繞線方向與磁性件的排列方向不同。

在一實施例中，環形軌道的形狀可為非圓形。在一實施例中，環形軌道可具有延伸部分及彎折部分，其中延伸部分的面積可大於彎折部分的面積。因此環形軌道的延伸部分可設置更多磁性件，且當環形軌道轉動時，該等磁性件可與線圈產生更多切割。此外，延伸部分可隨著需求而縮放，因此可使本發明具備可擴充性。

在一實施例中，環形軌道可包含磁性件載台，設置於輸送帶上，且每個磁性件載台用於放置一磁性件。進一步地，磁性件載台的二端可分別包含一軸承。更一步地，進轉子結構可包含設置於環形軌道兩側的二側板，且磁性件載台的一端與側板的內壁鄰近。

在一實施例中，環形軌道包含輸送帶，且輸送帶可為鍊條或皮帶。

本發明另提供一種轉子結構，用於發電機中，其中發電機包含具有線圈的定子結構。轉子結構包含環形軌道、轉軸結構及複數個磁性件。轉軸結構設置於環形軌道中，用於帶動環形軌道轉動，且磁性件設置於環形軌道上。其中定子結構可設置於轉子結構的外圍或內部。

在一實施例中，轉子結構的該等磁性件可隨著環形軌道的轉動而產生位移，並與線圈產生磁場切割。

在一實施例中，轉子結構的磁性件的排列方向與線圈的繞線方向不同。

在一實施例中，轉子結構的環形軌道的形狀可為非圓形。在一實施例中，轉子結構的環形軌道可具有延伸部分及彎折部分，其中延伸部分的面積可大於彎折部分的面積。

在一實施例中，轉子結構的環形軌道可包含磁性件載台，設置於輸送帶上，且每個磁性件載台用於放置一磁性件。進一步地，磁性件載台的二端可分別包含一軸承。更一步地，進轉子結構可包含設置於環形軌道兩側的二側板，且磁性件載台的一端與側板的內壁鄰近。

在一實施例中，轉子結構的環形軌道包含輸送帶，且輸送帶可為鍊條或皮帶。

從下列的詳細描述並結合附圖，本發明的其他的新穎特徵將變得更為清楚。

1:發電機

2:轉子結構

20:環形軌道

20a:延伸部分

20b:彎折部分

201:輸送帶

202:磁性件載台

202b:軸承

21:轉軸結構

210:轉動軸

211:轉輪

212:內凹處

22:磁性件

22a~22d:小型磁性件

23:支撐件

231:中空部

24:側板

241:孔洞

3:定子結構

31:線圈

D1:排列方向

D2:繞線方向

θ1:角度

20a:延伸部分

20b:彎折部分

圖1(A)是本發明一實施例的發電機的示意圖。

圖1(B)是本發明一實施例的發電機的分解圖。

圖2(A)是本發明一實施例的轉子結構的分解圖。

圖2(B)是本發明一實施例的環形軌道及轉軸結構的分解圖

圖3是本發明另一實施例的輸送帶及轉軸結構的示意圖。

圖4是本發明另一實施例的磁性件載台的示意圖。

圖5是本發明另一實施例的轉子結構的示意圖。

圖6是本發明另一實施例的磁性件的示意圖。

圖7是本發明另一實施例的發電機的示意圖。

當結合附圖閱讀時，下列實施例用於清楚地展示本發明的上述及其他技術內容、特徵及/或效果。透過具體實施方式的闡述，人們將進一步瞭解本發明所採用的技術手段及效果，以達到上述的目的。此外，由於本發明所揭示的內容應易於理解且可為本領域技術人員所實施，因此，所有不脫離本發明的概念的相等置換或修改應包含在權利要求中。

應注意的是，在本文中，除了特別指明者之外，「一」元件不限於單一的該元件，還可指一或更多的該元件。

此外，說明書及權利要求中例如「第一」或「第二」等序數僅為描述所請求的元件，而不代表或不表示所請求的元件具有任何順序的序數，且不是所請求的元件及另一所請求的元件之間或製造方法的步驟之間的順序。這些序數的使用僅是為了將具有特定名稱的一個請求元件與具有相同名稱的另一請求元件區分開來。

此外，說明書及權利要求中例如「相鄰」一詞是用於描述相互鄰近，不必然表示相互接觸。

此外，本發明中關於“當...”或“...時”等描述表示”當下、之前或之後”等態樣，而不限定為同時發生之情形，在此先行敘明。本發明中關於“設置於...上”等類似描述係表示兩元件的對應位置關係，並不限定兩元件之間是否有所接觸，除非特別有限定，在此先行敘明。再者，本發明記載多個功效時，若 在功效之間使用“或”一詞，係表示功效可獨立存在，但不排除多個功效可同時存在。

此外，說明書及權利要求中例如「連接」或「耦接」一詞不僅指與另一元件直接連接，也可指與另一元件間接連接或電性連接。另外，電性連接包含直接連接、間接連接或二元件間以無線電信號交流的態樣。

此外，說明書及權利要求中，「約」、「大約」、「實質上」、「大致上」之用語通常表示在一值與一給定值的差距在該給定值的10%內，或5%內，、或3%之內、，或2%之內、，或1%之內、，或0.5%之內的範圍。在此給定的數量為大約的數量，亦即在沒有特定說明「約」、「大約」、「實質上」、「大致上」的情況下，仍可隱含「約」、「大約」、「實質上」、「大致上」之含義。此外，用語「範圍為第一數值至第二數值」、「範圍介於第一數值至第二數值之間」表示所述範圍包含第一數值、第二數值以及它們之間的其它數值。

此外，本發明所揭示的不同實施例的技術特徵可結合形成另一實施例。

圖1(A)是本發明一實施例的發電機1的示意圖。圖1(B)是本發明一實施例的發電機1的分解圖。如圖1(A)及1(B)所示，發電機1包含一轉子結構2及一定子結構3，其中定子結構3設置於轉子結構2外圍，例如定子結構3可包圍大部分的轉子結構2，且不限於此。

轉子結構2可包含至少一轉軸結構21及複數個磁性件22。在一實施例中，該等磁性件22間隔設置，並排列成環狀。在一實施例中，轉軸結構21可帶動該等磁性件22移動。定子結構3可包含至少一線圈31。當轉軸結構21帶動該等磁性件22移動時，轉子結構2的該等磁性件22的磁場可與定子結構3的線圈31產生切割，進而產生電場。藉此，發電機1可進行發電。

又在一實施例中，為了使該等磁性件22的磁場與線圈31可產生切割，該等磁性件22與線圈31之間具備特定配置。該等磁性件22可例如設置於轉子結構2內部的一環形軌道20(標示於圖2)上，其中該等磁性件22於環形軌道20(顯示於圖2)上是沿著一方向(以下稱之為排列方向D1)進行排列。此外，線圈31可沿著另一方向(以下稱之為繞線方向D2)進行繞線。在一實施例中，該等磁性件22於環形軌道20上的排列方向D1不同於線圈31的繞線方向D2，亦即排列方向D1與繞線方向D2不平行。在一實施例中，排列方向D1與繞線方向D2之間具有一角度，其中該角度θ1可介於0度至180度之間，並且大於0度，且小於180度(亦即0°<θ1<180°)，且不限於此。在一實施例中，角度θ1可介於70度至110度之間(亦即70°<θ1<110°)，且不限於此。在一實施例中，角度θ1可為90度(亦即排列方向D1正交於繞線方向D2)，且不限於此。藉此，當磁性件22被轉軸結構21帶動而移動時，該等磁性件22的磁場與線圈31可產生切割。

在一實施例中，線圈31的材料可為銀、銅、鋁、其合金、或組合，但本發明並不局限於此。

接著說明轉子結構2的細節。圖2(A)是本發明一實施例的轉子結構2的分解圖，並請同時參考圖1(A)及1(B)。如圖2(A)所示，轉子結構2可包含一環形軌道20、二轉軸結構21、複數個磁性件22、一支撐件23及二側板24。

二轉軸結構21及支撐件23可設置於環形軌道20的內部。轉軸結構用於帶動環形軌道20轉動。支撐件23用於支撐環形軌道20，例如二轉軸結構21可分別設置於環形軌道20內部的二端，而支撐件23可設置於環形軌道20內部的中間部分，以支撐環形軌道20，但不限於此。磁性件22設置於環形軌道20上，並沿著環形軌道排列。二側板24分別設置於環形軌道20的二側。

在一實施例中，環形軌道20可以是各種形狀，本發明並無限制。在一實施例中，環形軌道20可以是圓形以外的形狀，例如橢圓形、矩形、長方 形等，且不限於此。在一實施例中，環形軌道20可包含二延伸部分20a及二彎折部分20b，其中延伸部分20a的面積大於彎折部分20b的面積，因此延伸部分20a上的磁性件22數量可多於彎折部分20b的數量，且不限於此。

在一實施例中(例如圖2(A)之範例)，轉軸結構21的數量為2個，但需注意的是，在其它實施例中，只要能帶動環形軌道20進行轉動，轉軸結構21的數量亦可以改變，例如可以是1個或多於2個。在一實施例中，轉軸結構21可與外部動力輸入機構(例如馬達等)連接，並受外部動力輸入機構控制而轉動，且不限於此。

在一實施例中，磁性件22可例如是電磁鐵或永久磁鐵，但不限於此。在一實施例中，當磁性件22為永久磁鐵，其材料可選自鐵、鎳、鋁、銅、鈷、鈦、鉻、矽、鋇、鍶、釹、硼、或其合金、或組合、或其他具有磁性的材料所組成的群組，但本不限於此。在一實施例中，每個磁性件22的形狀並無特別限制，例如可為圓形、橢圓形、矩形、三角形、五角形等，或其他不規則形狀。此外，每個磁性件22可由相同或不相同的材料所製成；每個磁性件22的形狀可彼此相同或不相同。在一實施例中，相鄰的磁性件22面對線圈31的磁極性可彼此相同，但亦可不同，只要可與線圈31產生磁場切割即可。在一實施例中，磁性件22的數量並沒有限制，但較佳為偶數個。在一實施例中，磁性件22間隔排列於環形軌道20上，且每個間隔可相同或不同，例如磁性件22可佈滿環形軌道20，且每個磁性件22之間亦可具有間隔。本發明不限於此。

在一實施例中，支撐件23可為各種形狀，本發明並無限制。在一實施例中，支撐件23可包含至少一中空部231，例如支撐件23可呈現H形，但不限於此。

在一實施例中，側板24上可包含對應轉軸結構21數量的孔洞241，因此轉軸結構21可穿過孔洞241而延伸於轉子結構2之外，但不限於此。

接著說明環形軌道20的細節。圖2(B)是本發明一實施例的環形軌道20及轉軸結構21的分解圖，並請同時參考圖1(A)至2(A)。如圖2(B)所示，環形軌道20可包含至少一輸送帶201，設置於轉軸結構21上。

在一實施例中，輸送帶201可以是皮帶或鍊條，且不限於此。

在一實施例中，環形軌道20可更包含複數個磁性件載台202，設置於輸送帶201上，因此當輸送帶201受轉軸結構21帶動而轉動時，該等磁性件載台202可跟著輸送帶201的轉動而移動。在一實施例中，每個磁性件載台202可包含一放置部，以供磁性件22放置，並且兩者間可採用各種可行的方式固設在一起，例如鎖固、樞接、焊接、卡合等，且不限於此。另外，在一實施例中，磁性件載台202的二端更分別設置有一軸承202b，其中每個軸承202b可鄰近其中一側板24的內壁。在一實施例中，軸承202b可與側板24的內壁接觸，但不限於此。

此外，每個轉軸結構21可包含一轉動軸210及至少一轉輪211，其中轉動軸210穿過轉輪211的中間處。在一實施例中，轉輪211與轉動軸210固設在一起，因此轉動軸210可帶動轉輪211進行轉動，但不限於此。在一實施例中，轉輪211可具有一內凹處212，以供輸送帶201放置，因此轉輪211可為一皮帶輪，例如時規皮帶輪，但不限於此。在一實施例中，內凹處212的大小可與輸送帶201的寬度相對應。此外，在一實施例中，轉輪211的內凹處212上可設置有複數個齒槽，而輸送帶201與內凹處212的接觸面上亦可具有相對應的齒槽，但並非限定。

在一實施例中，每個轉軸結構21可具備相同數量的轉輪211，但並非限定。在一實施例中，轉輪211的數量與輸送帶201的數量可一致，但並非限定。此外，需注意的是，雖然於圖2(B)中，每個轉軸結構21具有3個轉輪211， 並且環形軌道20具有3個輸送帶201，但實際上轉輪211及輸送帶201的數量並沒有限制，亦即可根據實際需求而調整轉輪211及輸送帶201的數量。

本發明的輸送帶201及轉軸結構21可具備不同的實施方式。圖3是本發明另一實施例的輸送帶201及轉軸結構21的示意圖，並請同時參考圖1(A)至圖2(B)。

如圖3所示，本實施例的每個轉軸結構21可具備單一轉輪211，但轉輪211的寬度遠大於圖2(B)實施例中的轉輪211的寬度，舉例來說，圖2(B)實施例的每個轉輪211的寬度小於轉動軸210的半個長度，而圖3實施例的單一轉輪211的寬度大於轉動軸210的半個長度。此外，圖3實施例的輸送帶201亦隨著轉輪211的數量而調整為1個，且輸送帶201的寬度亦可隨著轉輪211的寬度變化而增加。本發明不限於此。

藉此，輸送帶201及轉軸結構21的不同實施態樣已可被理解。需注意的是，只要可行，本實施例中的各元件的細節可適用前述實施例中的各種說明，或者可與前述實施例結合。

本發明的磁性件載台202亦可具備不同實施態樣。圖4是本發明另一實施例的磁性件載台202的示意圖，並請同時參考圖1至圖3。

如圖2(B)及圖4所示，在圖2(B)實施例中，每個磁性件載台202上可放置一個磁性件22，但在圖4實施例中，磁性件載台202在排列方向D1上的寬度可增加，因此可放置複數個磁性件22。本發明不限於此。

藉此，磁性件載台202的不同實施態樣已可被理解。需注意的是，只要可行，本實施例中的各元件的細節可適用前述實施例中的各種說明，或者可與前述實施例結合。

本發明的轉子結構2亦可具備不同實施態樣。圖5是本發明另一實施例的轉子結構2的示意圖，並請同時參考圖1至圖4。

在前述實施例中，環形軌道20具有支撐件23，並藉由支撐件23支撐其中間部分，然而在圖5實施例中，環形軌道20亦可不具備支撐件，而原先支撐件的位置則改為由更多個轉軸結構21來代替。因此，該等轉軸結構21可用於支撐環形軌道20，並且由於轉軸結構21的數量增加，亦可使輸送帶201的轉動更加流暢。本發明不限於此。在一實施例中，部分轉軸結構21的不具備轉軸而僅具備轉輪。在一實施例中，定子結構3的可隨著轉軸結構21的增加而改變。

藉此，轉子結構2的不同實施態樣已可被理解。需注意的是，只要可行，本實施例中的各元件的細節可適用前述實施例中的各種說明，或者可與前述實施例結合。

本發明的磁性件22可具備不同的實施態樣。圖6是本發明另一實施例的磁性件22的示意圖，並請同時參考圖1至圖5。

如圖5所示，每個磁性件22可由複數個小型磁性件22a~22d所組成，其中小型磁性件22a的一端與小型磁性件22b的一端連接，小型磁性件22b的另一端與小型磁性件22c的一端連接，小型磁性件22c的另一端與小型磁性件22d的一端連接。在一實施例中，本實施例的磁性件22可以是海爾貝克(Halbach)磁鐵，但不限於此。

在一實施例中，小型磁性件22a~22d可具備不同的磁極性，例如小型磁性件22a面對線圈31的磁極性(例如N極)與小型磁性件22b面對線圈31的磁極性(例如S極)不同，小型磁性件22b面對線圈31的磁極性(例如S極)與小型磁性件22c面對線圈31的磁極性(例如N極)不同，且小型磁性件22c面對線圈31的磁極性(例如N極)與小型磁性件22d面對線圈31的磁極性(例如S極)不同，但在另一實施例中，每個小型磁性件22a~22d面對線圈31的磁極性亦可任意配置，本發明並沒有限制。此外，在一實施例中，每個磁性件22中的小型磁性件22a~22d的磁極 性配置與相鄰磁性件22中的小型磁性件22a~22d的磁極性配置可相同，但亦可不同。

藉此，磁性件22的不同實施態樣已可被理解。

此外，本發明的發電機1亦可具備不同實施態樣。圖7是本發明一實施例的發電機1的示意圖，並請同時參考圖1(A)至圖6。

與前述實施例相比，圖7實施例的線圈31可改為設置於轉子結構21的支撐件23的中空部分231。此外，在一實施例中，前述實施例中圍繞於轉子結構2外部的線圈31可被移除，因此定子結構3可視為設置於轉子結構2的內部。另外，在一實施例中，轉子結構21的內部及外部皆可設置有線圈31，亦即將例如圖1(B)實施例與圖7實施例結合。

藉此，發電機1的不同態樣已可被理解。

根據本發明的實施例可知，本發明的發電機及轉子結構具備環形軌道，且磁性件間隔設置於環形軌道上。由於非圓形的環形軌道具備了較長延伸部分，可使得更多磁性件可以設置於其上，因此相較習知技術(例如圓形的轉子結構)，本發明的轉子結構可與定子結構的線圈進行更多次切割，因此可使得發電機的扭力被大幅提升。此外，由於環形軌道的長度可隨著需求調整，因此相較於習知技術，本發明的結構亦具備可擴充的特性。

本發明各實施例間的特徵只要不違背發明精神或相衝突，均可任意混合搭配使用。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

1:發電機

2:轉子結構

3:定子結構

Claims (16)

1. 一種發電機，包含：一轉子結構，包含：一環形軌道；至少一轉軸結構，設置於該環形軌道中，用於帶動該環形軌道轉動；以及複數個磁性件，設置於該環形軌道上；以及一定子結構，包含至少一線圈，且該定子結構設置於該轉子結構外圍或內部；其中該等磁性件隨著該環形軌道轉動而產生位移，並與該線圈產生磁場切割；其中該線圈的一繞線方向與該等磁性件於該環形軌道上的一排列方向之間具有一角度，其中該角度大於0度且小於180度。
2. 如請求項1所述的發電機，其中該環形軌道的形狀為非圓形。
3. 如請求項1所述的發電機，其中該至少一轉軸結構為複數個轉軸結構，且該環形軌道包含至少一輸送帶，設置於該等轉軸結構上。
4. 如請求項3所述的發電機，其中該環形軌道更包含複數個磁性件載台，設置於該輸送帶上，且每個磁性件載台用於放置一磁性件。
5. 如請求項4所述的發電機，其中該等磁性件載台的二端分別包含一軸承。
6. 如請求項5所述的發電機，其中該轉子結構更包含二側板，設置於該環形軌道的兩側，且該等磁性件載台的其中一端與其中一側板的一內壁鄰近。
7. 如請求項1所述的發電機，其中該環形軌道包含二延伸部分及二彎折部分，其中每個延伸部分的面積大於每個彎折部分的面積。
8. 如請求項1所述的發電機，其中該環形軌道包含一輸送帶，該輸送帶為鍊條或皮帶。
9. 一種轉子結構，用於一發電機中，其中該發電機更包含一定子結構，且該定子結構包含至少一線圈，其中該轉子結構包含：一環形軌道；至少一轉軸結構，設置於該環形軌道中，用於帶動該環形軌道轉動；以及複數個磁性件，設置於該環形軌道上；其中，該定子結構設置於該轉子結構外圍或內部；其中該等磁性件隨著該環形軌道轉動而產生位移，並與該線圈產生磁場切割；其中該線圈的一繞線方向與該等磁性件於該環形軌道上的一排列方向之間具有一角度，其中該角度大於0度且小於180度。
10. 如請求項9所述的轉子結構，其中該環形軌道的形狀為非圓形。
11. 如請求項9所述的轉子結構，其中該至少一轉軸結構為複數個轉軸結構，且該環形軌道包含至少一輸送帶，設置於該等轉軸結構上。
12. 如請求項11所述的轉子結構，其中該環形軌道更包含複數個磁性件載台，設置於該輸送帶上，且每個磁性件載台用於放置一磁性件。
13. 如請求項12所述的轉子結構，其中該等磁性件載台的二端分別包含一軸承。
14. 如請求項13所述的轉子結構，其中更包含二側板，設置於該環形軌道的兩側，且該等磁性件載台的其中一端與其中一側板的一內壁鄰近。
15. 如請求項9所述的轉子結構，其中該環形軌道包含二延伸部分及二彎折部分，其中每個延伸部分的面積大於每個彎折部分的面積。
16. 如請求項9所述的轉子結構，其中該環形軌道包含一輸送帶，該輸送帶為鍊條或皮帶。