TWM454038U - 具二電機轉子作半圈式上下往復旋轉之功輸出裝置 - Google Patents

Description

具二電機轉子作半圈式上下往復旋轉之功輸出裝置

本創作係關於一種功輸出裝置，尤指一種具二電機轉子作半圈式上下往復旋轉之功輸出裝置，其係利用二電機轉子分別在通電時動力爬升至高位置及切電時藉重力回落低位置以分別進行半圈式上下往復旋轉，藉以形成一具有穩定旋轉扭力之功輸出裝置。

地球上之自然能源如石油、煤礦等，自工業革命之後已被高度消耗而日漸衰竭，終有耗盡之一天到來，因此續有核能的產生，但核能及其相關之核廢料長久以來一直存在著危險性及環保問題，尤其近幾年多次之核災事變更令人畏懼，因此探討另類能源，如風力、水力、潮汐、太陽能發電等，有其必需性；然至目前為止，另類能源的開發及技術尚無法達到足以完全取代石油之地步。

因此，面對當前能源開發之困境，就相對地突顯節能的重要性；換言之，如果能在節能方面有一分之成效，即相對地可在能源上少一分的耗費，例如目前世界上各車廠都戮力在研究油電共生之汽車即可瞭解節能的重要性。本創作即是針對節能之問題及需要而提供一種具有節能效果且具有穩定旋轉扭力之功輸出裝置，期能在節能功效上能達到進一步成果，藉以滿足目前及未來應用上之功能需求。

本創作之主要目的乃在於提供一種具二電機轉子作半圈式上下往復旋轉之功輸出裝置，其係利用二電機轉子中 之第一電機轉子之外傳動軸在通電後開始轉動，使其藉一變速齒輪機構以驅動一主轉軸進行單向旋轉，且同步驅動該第一電機轉子由一以該主轉軸為圓心且以一可調整長度之支臂為半徑所定義之圓周的最低位置旋轉爬升至最高位置，此時再切掉電源以使該第一電機轉子藉本身重力以由最高位置以相同半圈路徑反向回位至最低位置，藉此使該第一電機轉子能進行半圈式上下往復旋轉；其中當該第一電機轉子開始由最高位置旋轉落至最低位置時，該二電機轉子中另一第二電機轉子得以相同於該第一電機轉子之作動方式而開始由低位置旋轉爬升至高位置以進行半圈式上下往復旋轉；則藉由該第一及第二電機轉子之半圈式上下往復旋轉以驅使該主轉軸持續地進行單向旋轉，該主轉軸再經由一扭力控制器以帶動一功輸出軸旋轉，使該功輸出軸能以穩定之旋轉扭力以輸出功。

請參考圖1至圖4所示，其分別係本創作「具二電機轉子作半圈式上下往復旋轉之功輸出裝置」一實施例之右視角立體示意圖、左視角立體示意圖、右視角分解(爆炸)立體示意圖及左視角分解(爆炸)立體示意圖。本創作「具二電機轉子作半圈式上下往復旋轉之功輸出裝置」1主要包含：一支座10、一主轉軸20、二電機轉子30、二支臂40、二第一變速齒輪機構50、一第二變速齒輪機構60、一扭力控制器70及一功輸出軸80。

該支座10係用以支撐本創作之功輸出裝置1之相關機構，包含如圖所示之一主轉軸20、二電機轉子30、二支臂 40、二第一變速齒輪機構50、一第二變速齒輪機構60、一扭力控制器70及一功輸出軸80等相關機構，並使本創作之功輸出裝置1得方便地移動並固設於所欲之使用場所或位置處，藉以提昇本創作之應用性。該支座10之結構並不限制，其可隨實際使用需要或相關機構及其間的空間型態或相對位置，而改變該支座10之高度、寬度或支撐結構強度等。在本實施例中，該支座10可設置包含一底架11位於底部，一中間板架12垂直支撐設在該底架11上之中間位置，二側板架13垂直支撐設在該底架11上並位於該中間板架12之左右兩側，及一後框架14位於該中間板架12及二側板架13之後方；但本實施例之該支座10的結構型態並非用來限制本創作。又在該後框架14上之左右側適位處，即高位置處，得設一緩衝墊15。

該主轉軸20乃視為一儲能用轉軸，其係水平且左右向橫跨架設在該中間板架12及二側板架13之上部。該儲能用主轉軸20為一單向旋轉式轉軸，如利用棘齒機構以設置成一只能單向旋轉之轉軸；由於該儲能用主轉軸20之內部機構能利用各種機構設計來達成單向旋轉之轉軸功能，且所利用之機構設計並非本創作之訴求重點，故在此不再贅述。

該二電機轉子30係分別設在該二側板架13之外方並對稱位於該主轉軸20之左、右兩端如圖1-4所示，各電機轉子30可採用一高功率馬達構成；該電機轉子30可利用內部所設之電機機構以控制一外傳動軸31進行交遞開關式轉動，即該外傳動軸31在通電(開)時可開始旋轉，在 切掉電源(關)時又停止旋轉；在本實施例中如圖1-4所示，各電機轉子30之外傳動軸31可藉由一開關控制機構32以控制成交遞開關式轉動模式，該開關控制機構32可藉由可撓性導線33以與外部電性連接並控制，但上述連接方式及/或控制方式並非用以限制本創作。使用時，當該電機轉子30位於(或抵達)在低位置時如圖1-4所示之右側電機轉子30a或稱為第一電機轉子30a，即能藉由該開關控制機構32以使該電機轉子30(30a)之外傳動軸31切換成通電下之前半週期轉動狀態，而當該電機轉子30位於(或抵達)在高位置時，如圖1-4所示之左側電機轉子30b或稱為第二電機轉子30b，即能藉由該開關控制機構32以使該電機轉子30(30b)之外傳動軸31切換成斷電下之後半週期停止轉動狀態。由於該開關控制機構32之詳細結構可利用習知電機技術來達成，且所利用之電機技術並非本創作之訴求重點，故在此不再贅述。進一步言之，在本實施例中，該電機轉子30係被控制以半週期交遞開關狀態來進行半圈式轉動，也就是在前半週期中，該電機轉子30係被切換成“開啟(通電)”狀態以完成一由低位置旋轉爬升至高位置之半圈式繞轉運動；而在後半週期中，該電機轉子30則被切換成“關閉(斷電)”狀態而停止轉動，使該電機轉子30得藉本身重力由高位置以相同半圈路徑反向落回至低位置以完成另一半圈式繞轉運動復旋轉，關於詳細的作動狀態容後再述。

該二支臂40係分別連結並承載設在各電機轉子30與該主轉軸20之間，以使各電機轉子30能以該主轉軸20 為圓心及以該支臂40為半徑所定義之圓周進行半圈式繞轉運動；在本實施例中，該支臂40係用以支撐該電機轉子30以繞著主轉軸20在圓周之低位置及高位置之間進行半圈式繞轉運動，且各電機轉子30固定在該支臂40上之位置可徑向調整，如圖1-4所示各電機轉子30之外殼上設置支撐架41，並於該支臂40上設置相配合之多個徑向調整用鎖固孔42，使各電機轉子30可利用所設置之支撐架41選擇鎖固在該支臂40上不同之鎖固孔42上以徑向調整各電機轉子30以該主轉軸20為圓心之繞轉運動之半徑，藉以使該支臂40形同一可徑向調整長度之支臂；也就是當各電機轉子30以該主轉軸20為圓心及以該支臂40為半徑所定義之圓周進行半圈式繞轉運動時，其繞轉運動之半徑可隨該支臂40與該支撐架41之間的相對位置而調整不同的繞轉半徑，藉此以有利於增加選用該電機轉子30(如高功率馬達)之選擇性及組裝本創作「功輸出裝置」1之方便性。

該第一變速齒輪機構50係連結設於該電機轉子30之外傳動軸31與該主轉軸20之間，其係利用多個大小不同且相互連結之齒輪或齒輪組所構成而用以具有變速功能；在本實施例中如圖1-4所示，該第一變速齒輪機構50進一步包含：一始端傳動齒輪51及一終端傳動齒輪52，其中該始端傳動齒輪51係用以與該電機轉子30之外傳動軸31連結傳動；該終端傳動齒輪52係用以與該主轉軸20連結傳動，以驅使該主轉軸20能同步地單向轉動；運作時，該始端傳動齒輪51被該電機轉子30之外傳動軸31高速驅 動，再藉由該第一變速齒輪機構50之變速功能而轉換至該終端傳動齒輪52較慢速的轉動，再藉由該終端傳動齒輪52以驅動該主轉軸20進行較低速之單向轉動。又當該電機轉子30之外傳動軸31正在進行高速轉動且同時該主轉軸20正進行低速單向轉動時，藉由該第一變速齒輪機構50中各齒輪之連結關係，使該電機轉子30同步地在一以該主轉軸20為圓心及以該支臂40為半徑所定義之圓周上進行半圈式旋轉，也就是由該支臂40為半徑所定義之圓周之低位置(如圖1-4所示之右側電機轉子30a的所在位置)繞行該主轉軸20而向上繞轉爬升至一高位置(如圖1-4所示之左側電機轉子30b的所在位置)並得觸抵設在該後框架14上高位置處所設之緩衝墊15，如此完成一由低位置至高位置之前半圈式繞轉運動。當該電機轉子30經一前半圈式繞轉運動而移至高位置之後(如圖1-4所示之左側電機轉子30b的所在位置)，該電機轉子30之外傳動軸31就藉該開關控制機構32之控制而切換成停止轉動，此時該電機轉子30可藉由本身重力而由高位置(如圖1-4所示之左側電機轉子30b的所在位置)循著前半圈式繞轉運動路徑而反向落回至原來之低位置(如圖1-4所示之右側電機轉子30a的所在位置)，此時由於該儲能用主轉軸20為一單向旋轉式轉軸，故該電機轉子30在反向落回的過程中相對於該主轉軸20是轉換成空轉狀態而不會影響該主轉軸20之單向轉動狀態；或者，若經選用之該電機轉子30的本體具有相當之重量時，則該電機轉子30在反向回位的過程中，該電機轉子30之本身重力亦可藉由該第一變速齒輪 機構50中各齒輪之間的連結關係以帶動該主轉軸20以原設定之單向旋轉方向進行轉動。在本實施例中，各電機轉子30之外傳動軸31(或起始端傳動齒輪51)的轉速與該主轉軸20(或該終端傳動齒輪52)之轉速的變速比係設定約為12：1，例如該電機轉子30之外傳動軸31(或始端傳動齒輪51)之轉速為每分鐘1500轉(1500轉/min)時，該主轉軸20(或該終端傳動齒輪52)之轉速則變速為每分鐘125轉(125轉/min)，但上述變速比12：1並非用以限制本創作。

該第二變速齒輪機構60係連結設於該主轉軸20與該功輸出軸80之間，其係利用多個大小不同且相互連結之齒輪或齒輪組所構成而用以具有一預定的變速功能；當該主轉軸20(或該終端傳動齒輪52)以一轉速如每分鐘125轉(125轉/min)轉動時，藉由該第二變速齒輪機構60之變速功能，即可使該輸出用功輸出軸80得以一預設之轉速進行轉動，藉以向外輸出功，如在功輸出軸80另連結及帶動一負載以進行運動。以本實施例而言，該輸出用功輸出軸80上可同軸連結一皮帶輪81或架設一葉片輪(圖未示)等做做當作一功輸出軸80所欲驅動之負載但不限制。

該扭力控制器70係設置於該第二變速齒輪機構60與該功輸出軸80之間，其主要的作用功能在於：當該主轉軸20經由該第二變速齒輪機構60以驅動該功輸出軸80旋轉輸出功時，可藉由該扭力控制器70以使該功輸出軸80能保持一穩定之旋轉扭力以輸出功。該扭力控制器70可利用一具適當强度之扭力彈簧構成，並使其連結於該第二變速 齒輪機構60中一齒輪61之轉軸上如圖3-4所示，以使該第二變速齒輪機構60之齒輪61得以一穩定之旋轉扭力以帶動該功輸出軸80持續且穩定地轉動。

當本創作之功輸出裝置1開始進行循環式之週期運動時，各電機轉子30之運動週期可分成前半週期及後半週期，玆針對該二電機轉子30，包含一第一電機轉子30a(如圖1-4所示之右側電機轉子30a)及一第二電機轉子30b(如圖1-4所示之左側電機轉子30b)，在前、後半週期中相互之間的運動及配合情形說明如下：

<1>當第一電機轉子30a開始進入前半週期之半圈式繞轉運動時，第二電機轉子30b即開始進入後半週期之半圈式繞轉運動：當第一電機轉子30a開始進入前半週期之繞轉運動時，第一電機轉子30a(如圖1-4所示之右側電機轉子30a)即切換成開啟(通電)狀態以使其外傳動軸31開始旋轉，並藉由第一變速齒輪機構50之變速功能，第一電機轉子30a可藉其外傳動軸31之驅動力及第一變速齒輪機構50之變速功能而驅動主轉軸20(亦即該終端傳動齒輪52)以較低速單向旋轉，此時藉由第一變速齒輪機構50之齒輪連結關係，第一電機轉子30a亦同步由一低位置(如圖1-2中右側電機轉子30a之所在位置)開始繞著該主轉軸20而向上繞轉爬升至一高位置(如圖1-2中左側電機轉子30b之所在位置)，而完成一半圈式(或前半週期)繞轉運動；當第一電機轉子30a繞轉至高位置時，其可觸抵設在該後框架14上之緩衝墊15以減少撞擊力，之後即進入後半週 期。

而此時，第二電機轉子30b開始進入後半週期之之半圈式繞轉運動，第二電機轉子30b(如圖1-4所示之左側電機轉子30a)藉該開關控制機構32以切換成關閉(斷電)狀態，以使第二電機轉子30b之外傳動軸31停止轉動；由於第二電機轉子30b之外傳動軸31已停止轉動，故藉由第二電機轉子30b之本身重力可驅動該主轉軸20(亦即該終端傳動齒輪52)仍同步且以原設定之旋轉方向進行單向旋轉，此時第二電機轉子30b藉由本身重力及該第一變速齒輪機構50之齒輪連結關係，該電機轉子30即由高位置(如圖1-2中左側電機轉子30b之所在位置)反向逐漸降下以回位至低位置(如圖1-2中右側電機轉子30a之所在位置)，而完成一半圈式(或後半週期)繞轉運動；之後即又進入下一循環之前半週期。

<2>當第一電機轉子30a開始進入後半週期之半圈式繞轉運動時，第二電機轉子30b即開始進入前半週期之半圈式繞轉運動：此時，第一電機轉子30a開始進行之後半週期之半圈式繞轉運動，即相同於前述<1>項中第二電機轉子30b所進行之後半週期之半圈式反向繞轉運動；而第二電機轉子30b開始進行之前半週期之半圈式繞轉運動，即相同於前述<1>項中第一電機轉子30a所進行之前半週期之半圈式正向繞轉運動

由上可知，各電機轉子30，包含第一電機轉子30a及第二電機轉子30b，可藉由通電後外傳動軸31之轉動力及 斷電後本身之重力，以由一低位置先爬升至一高位置之後再以相同的半圈式繞轉路徑反向回位至原來之低位置，使各電機轉子30(30a、30b)各循環地進行半圈式之上下往復旋轉；而且當第二電機轉子30b開始由高位置回轉落至低位置時，第一電機轉子30a則開始由低位置繞轉爬升至高位置，使循環作動之二電機轉子30a、30b分別進行半圈式上下往復旋轉，例如使循環作動之二電機轉子30a、30b之間具有半圈時間差但並不限制；因此藉由第一及第二電機轉子30a、30b之半圈式上下往復旋轉，即能驅使該主轉軸20持續地進行單向旋轉。

以上所示僅為本創作之優選實施例，對本創作而言僅是說明性的，而非限制性的。本技術領域具通常知識人員理解，在本創作權利要求所限定的精神和範圍內可對其進行許多改變、修改、甚至等效變更，但都將落入本創作的權利範圍內。

1‧‧‧功輸出裝置

10‧‧‧支座

11‧‧‧底架

12‧‧‧中間板架

13‧‧‧側板架

14‧‧‧後框架

15‧‧‧緩衝墊

20‧‧‧主轉軸

30‧‧‧電機轉子

30a‧‧‧第一電機轉子

30b‧‧‧第二電機轉子

31‧‧‧外傳動軸

32‧‧‧開關控制機構

33‧‧‧導線

40‧‧‧支臂

41‧‧‧支撐架

42‧‧‧鎖固孔

50‧‧‧第一變速齒輪機構

51‧‧‧始端傳動齒輪

52‧‧‧終端傳動齒輪

60‧‧‧第二變速齒輪機構

61‧‧‧齒輪

70‧‧‧扭力控制器

80‧‧‧功輸出軸

81‧‧‧皮帶輪

圖1係本創作之節能裝置一實施例之一右視角立體示意圖。

圖2係圖1實施例之一左視角立體示意圖。

圖3係圖1實施例之分解(爆炸)立體示意圖。

圖4係圖2實施例之分解(爆炸)立體示意圖。

1‧‧‧功輸出裝置

10‧‧‧支座

11‧‧‧底架

12‧‧‧中間板架

13‧‧‧側板架

14‧‧‧後框架

15‧‧‧緩衝墊

20‧‧‧主轉軸

30‧‧‧電機轉子

30a‧‧‧第一電機轉子

30b‧‧‧第二電機轉子

31‧‧‧外傳動軸

32‧‧‧開關控制機構

33‧‧‧導線

40‧‧‧支臂

41‧‧‧支撐架

50‧‧‧第一變速齒輪機構

51‧‧‧始端傳動齒輪

52‧‧‧終端傳動齒輪

60‧‧‧第二變速齒輪機構

70‧‧‧扭力控制器

80‧‧‧功輸出軸

81‧‧‧皮帶輪

Claims (6)

1. 一種具二電機轉子作半圈式上下往復旋轉之功輸出裝置，包含：一支座，其係用以支撐該功輸出裝置；一主轉軸，其係水平橫向跨設在該支座上，其為一單向旋轉式轉軸以在該支座上進行同一方向之單向轉動：二電機轉子，包含第一及第二電機轉子，其係分別對稱設於該主轉軸之左、右兩端處，各電機轉子可利用內部所設之電機機構以控制其上一外傳動軸以半週期交遞開關狀態進行轉動；二支臂，其係分別連結設在該電機轉子與該主轉軸之間，用以承載該電機轉子並使該電機轉子能以該主轉軸為圓心及以該支臂為半徑所定義之圓周之低位置與高位置之間進行半圈式上下往復繞轉運動，又各支臂上設有多個相對於該主轉軸之徑向鎖固孔供該電機轉子得選擇鎖固於不同的鎖固孔上供用以調整該電機轉子與該主轉軸之間的徑向距離；二第一變速齒輪機構，其係分別連結設置於該電機轉子之外傳動軸與該主轉軸之間，各第一變速齒輪機構係利用多個大小不同之齒輪構成，更包含一始端傳動齒輪用以與該電機轉子之外傳動軸連結傳動及一終端傳動齒輪用以與該主轉軸連結傳動，其中藉由該第一變速齒輪機構之變速功能，以使該始端傳動齒輪被該電機轉子之外傳動軸高速驅動時能轉換成由該終端傳動齒輪以驅動該主轉軸低速單向轉動；其中當該電 機轉子之外傳動軸在半週期交遞之開(通電)狀態時，該電機轉子之外傳動軸高速轉動且同時該主轉軸低速單向轉動，該電機轉子藉由該第一變速齒輪機構中各齒輪之連結關係得同步地在一以該主轉軸為圓心及以該支臂為半徑所定義之圓周上進行半圈式旋轉，使該電機轉子能由該支臂為半徑所定義之圓周之低位置繞行該主轉軸而向上繞轉爬升至一高位置而完成一由低位置至高位置之前半圈式繞轉運動；其中當該電機轉子經一前半圈式繞轉運動而移至高位置之後，該電機轉子之外傳動軸即被切換在半週期交遞之關(斷電)狀態而停止轉動，該電機轉子將藉由本身重力而由高位置循著前半圈式繞轉運動路徑反向落回至低位置；一第二變速齒輪機構，其利用多個大小不同之齒輪構成並連結設置於該主轉軸與一功輸出軸之間，用以使該主轉軸之轉動能驅動該功輸出軸持續轉動；及一功輸出軸，其係藉該第二變速齒輪機構以與該主轉軸連結傳動供可輸出功；其中當第一電機轉子開始進入前半週期之半圈式繞轉運動時，第一電機轉子被切換成通電狀態以使其外傳動軸開始旋轉，並藉由其外傳動軸之驅動力及第一變速齒輪機構之齒輪連結關係，第一電機轉子同步由一低位置開始繞著該主轉軸向上繞轉爬升至一高位置而完成一前半週期之正向半圈式繞轉運動，之後再進入後半週期之反向半圈式繞轉運動，藉以完成一週期 之半圈式上下往復繞轉運動；其中當第一電機轉子開始進入前半週期之正向半圈式繞轉運動時，第二電機轉子被切換成斷電狀態以使其外傳動軸停止轉動，並藉由本身重力及該第一變速齒輪機構之齒輪連結關係，第二電機轉子同步由高位置反向落回至低位置而完成一後半週期之反向半圈式繞轉運動，之後再進入前半週期之正向半圈式繞轉運動，藉以完成一週期之半圈式上下往復繞轉運動。
2. 如申請專利範圍第1項所述之功輸出裝置，其中該第一電機轉子與第二電機轉子之間的半圈式上下往復繞轉運動動具有半圈時間差。
3. 如申請專利範圍第1項所述之功輸出裝置，其中該功輸出裝置進一步設一扭力控制器在該第二變速齒輪機構與該功輸出軸之間，該扭力控制器係連結於該第二變速齒輪機構中一齒輪之轉軸上，以使該齒輪得以一穩定之旋轉扭力以驅使該功輸出軸轉動。
4. 如申請專利範圍第1項所述之功輸出裝置，其中該電機轉子之傳動軸與該主轉軸之間的轉速比約12：1。
5. 如申請專利範圍第1項所述之功輸出裝置，其中該支座包含一底架位於底部；一中間板架垂直支撐設在該底架上之中間位置；二側板架垂直支撐設在該底架上並位於該中間板架之左右兩側；及一後框架位於該中間板架及二側板架之後方。
6. 如申請專利範圍第1項所述之功輸出裝置，其中該支座上之適位處設一緩衝墊供該電機轉子在旋轉至高位置 時能觸抵該緩衝墊。