TWM511544U

TWM511544U - 流體發電裝置及轉子組件

Info

Publication number: TWM511544U
Application number: TW104209129U
Authority: TW
Inventors: Kunihiro Miyake; Nariie Omori
Original assignee: Kunihiro Miyake; Nariie Omori; Mitsushin Llc
Priority date: 2015-06-08
Filing date: 2015-06-08
Publication date: 2015-11-01

Description

流體發電裝置及轉子組件

本創作是有關一種發電裝置，且特別是有關於一種流體發電裝置及轉子組件。

習用的流體發電裝置大都是透過流體驅使葉片轉動而後產生能量，舉例來說：習用風力發電裝置透過設置大型葉片，以使接觸風力的面積增加。但即便如此，習用風力發電裝置透過風力轉動葉片所產生的能量也極為有限。有鑑於此，如何利用有限的流體力量驅動流體發電裝置，藉以利用產生更大的發電量，此已成為本領域重視的課題之一。

於是，本創作人有感上述缺失之可改善，乃特潛心研究並配合學理之運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺失之本創作。

本創作實施例在於提供一種流體發電裝置及轉子組件，其能有效地改善習用流體發電裝置所可能產生之缺失。

本創作實施例提供一種流體發電裝置，包括：一定子組件，包含有：一殼體，其包圍界定有一流動通道，並且該殼體定義有通過該流動通道的一軸線；及一第一導磁模組，其具有設置於該殼體的至少一第一導磁單元；以及一轉子組件，其可轉動地設置於該殼體的流動通道內，且該轉子組件包含有：一轉動件，其包含有一柱體及相連於該柱體外緣的一螺旋式葉片，並且該柱體能以該軸線為軸心而轉動；及一第一磁力模組，其安裝於該轉動件的螺旋式葉片上，該第一磁力模組具有分別位於相反側的兩磁極端，並且該第一磁力模組能經由該兩磁極端分別發出磁性相異之磁力；其中，當該轉子組件以該軸線為軸心而轉動至一預定位置時，該第一磁力模組的兩磁極端沿垂直該軸線的一徑向方向分別面向該第一導磁單元的兩端，以使經由該兩磁極端所發出的磁力能沿經該第一磁力模組與該第一導磁單元而構成一磁力迴圈。

本創作實施例另提供一種轉子組件，其可轉動地設置於一定子組件內，且該轉子組件包括：一轉動件，其包含有一柱體及相連於該柱體外緣的一螺旋式葉片，並且該柱體能以一軸線為軸心而轉動；及一第一磁力模組，其安裝於該轉動件的螺旋式葉片上，該第一磁力模組包含有兩磁石及一磁導體，該兩磁石遠離該柱體的一端分別定義為兩磁極端，並且該第一磁力模組能經由該兩磁極端分別發出磁性相異之磁力，該兩磁石的其中一磁石所產生的磁力能經由該磁導體而傳遞至其中另一磁石。

綜上所述，本創作實施例所提供的流體發電裝置，其能在轉子組件相對於定子組件旋轉時，透過第一磁力模組與第一導磁單元所構成的磁力迴圈，來達到提升發電量之效果。

為使能更進一步瞭解本創作之特徵及技術內容，請參閱以下有關本創作之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本創作，而非對本創作的權利範圍作任何的限制。

100‧‧‧流體發電裝置

1‧‧‧定子組件

11‧‧‧殼體

111‧‧‧流通管

112‧‧‧支撐部

113‧‧‧流動通道

12‧‧‧第一導磁模組

121‧‧‧第一導磁單元

1211‧‧‧芯部

1212‧‧‧線圈

1213‧‧‧導通件

13‧‧‧第二導磁模組

131‧‧‧第二導磁單元

2‧‧‧轉子組件

21‧‧‧轉動件

211‧‧‧柱體

212‧‧‧螺旋式葉片

2121‧‧‧容置槽

22‧‧‧第一磁力模組

221‧‧‧磁石

2211‧‧‧磁極端

222‧‧‧磁導體

223‧‧‧位置調整單元

2231‧‧‧彈簧

2232‧‧‧固定框架

2232a‧‧‧管狀部

2232b‧‧‧側翼部

2233‧‧‧活動框架

2233a‧‧‧管狀部

2233b‧‧‧側翼部

23‧‧‧第二磁力模組

X‧‧‧軸線

C‧‧‧中心線

G‧‧‧空隙

F‧‧‧磁力迴圈

200‧‧‧汽車

圖1為本創作流體發電裝置的立體示意圖。

圖2為圖1的俯視示意圖。

圖3為圖1的局部剖視示意圖(僅殼體部位進行剖面)。

圖4為本創作流體發電裝置的局部剖視示意圖(僅殼體部位進行剖面)。

圖5為本創作流體發電裝置的另一轉子組件立體示意圖。

圖6為圖2沿X1-X1剖線的局部剖視示意圖。

圖7為圖6的作動示意圖。

圖8為圖2沿X1-X1剖線的另一實施態樣之局部剖視示意圖。

圖9為圖8的作動示意圖。

圖10為本創作流體發電裝置應用於汽車的示意圖。

圖11為圖10的仰視示意圖。

圖12為本創作流體發電裝置第二實施例的局部剖視示意圖。

圖13為圖12的作動示意圖。

圖14為本創作流體發電裝置第二實施例的另一實施態樣之局部剖視示意圖。

圖15為本創作流體發電裝置第三實施例的局部剖視示意圖。

[第一實施例]

請參閱圖1至圖11，其為本創作的第一實施例，需先說明的是，本實施例對應圖式所提及之相關數量與外型，僅用以具體地說明本創作的實施方式，以便於了解其內容，而非用以侷限本創作的權利範圍。

如圖1至圖3所示，本實施例為一種流體發電裝置100，尤指一種風力發電裝置，但不以此為限。也就是說，本實施例之流體發電裝置100並不排除以風力以外之方式(如：水力)驅動。再者，所述流體發電裝置100於本實施例中是以應用於汽車200為例(如圖10和圖11)，但本創作的流體發電裝置100應用範圍並不局限於此。其中，所述流體發電裝置100包括有一定子組件1以及安裝於上述定子組件1內的一轉子組件2，並且轉子組件2能相對於定子組件1轉動，藉以使流體發電裝置100產生電力。以下將先分別就定子組件1與轉子組件2的構造作一說明，而後再介紹定子組件1與轉子組件2之間的對應關係。

請參閱圖2和圖3所示，所述定子組件1包含有一殼體11及設置於殼體11上的一第一導磁模組12。上述殼體11包含有長條狀的一流通管111以及兩支撐部112。其中，所述流通管111於本實施例為內徑一致之圓管，並且流通管111包圍界定有一流動通道113。再者，所述流通管111定義有通過流動通道113的一軸線X，並且上述軸線X於本實施例中即相當於流通管111之中心線，但不以此為限。所述兩支撐部112分別安裝於流通管111的相反兩側部位內(如圖1中的流通管111左側與右側)，並且每個支撐部112的構造適於使流體(如：風)流入與流出該流動通道113。

所述第一導磁模組12包含有數個第一導磁單元121，該些第一導磁單元121分布於殼體11的流通管111上，而有關第一導磁單元121分布於殼體11之數量與密度可依據設計者之需求而加以調整，在此不加以限制。其中，每個第一導磁單元121安裝於流通管111的位置可以是在埋置於流通管111內(如圖3)或是固定在流通管111的內表面(如圖4，即相當於部分第一導磁單元121位於流動通道113中)。

進一步地說，每個第一導磁單元121包含有兩金屬之芯部1211、分別纏繞於上述兩芯部1211的兩線圈1212、及連接該兩芯部1211的一導通件1213(如：金屬材料)。其中，上述兩芯部1211與導通件1213之間可以是一體連接或是可分離地連接，並且每個第一導磁單元121可透過其芯部1211固定於殼體11的流通管111，而上述每個芯部1211定義有大致垂直於軸線X的一中心線C(如圖6)。進一步地說，如圖3所示之構造，芯部1211是位於流通管111內部，而線圈1212纏繞於上述芯部1211並埋置於流通管111內部；或者，如圖4所示之構造，芯部1211則是固定於流通管111，線圈1212纏繞於上述芯部1211並位於流動通道113中。

請參閱圖2和圖3所示，所述轉子組件2可轉動地設置於殼體11的流動通道113內，且轉子組件2包含有能以上述軸線X為軸心而轉動的一轉動件21及裝設於轉動件21的一第一磁力模組22。其中，所述轉動件21包含有一柱體211及相連於柱體211外緣的一螺旋式葉片212，上述柱體211的兩端分別樞設於殼體11的兩支撐部112中心，並且柱體211的中心線於本實施例中與上述軸線X重疊。所述螺旋式葉片212對應於軸線X上的長度具有數個螺距，並且螺旋式葉片212的邊緣沿垂直軸線X的一徑向方向凹設形成有至少一容置槽2121(上述徑向方向平行於所述中心線C)。進一步地說，本實施例的螺旋式葉片212是在其對應軸線X的半個螺距範圍內凹設形成兩個容置槽2121(如圖6)，但不以此為限。

此外，圖3和圖4所示的轉動件21是以柱體211上形成有單個螺旋式葉片212為例，但本實施例亦可依需求加以調整變化。舉例來說，如圖5所示，本實施例的轉動件21可在其柱體211上形成有多個螺旋式葉片212，並且每個螺旋式葉片212可視設計者要求而能於特定位置上形成有容置槽2121。

請參閱圖6所示，所述第一磁力模組22位於螺旋式葉片212對應半個螺距之範圍內，並且所述第一磁力模組22包含有兩永久性之磁石221(如：磁鐵)、一長條狀的磁導體222(如：金屬材料、矽鋼片、或鐵塊)、及兩位置調整單元223。其中，所述兩位置調整單元223分別裝設於上述兩容置槽2121內，並且該兩磁石221分別位於兩容置槽2121內且分別裝設於所述兩位置調整單元223。所述磁導體222則埋設於螺旋式葉片212，並且上述兩磁石221分別抵接於磁導體222的相反兩端部。再者，所述磁導體222的相反兩端緣較佳為分別切齊於該兩磁石221彼此遠離的側緣，以使磁力能夠完整地被傳遞，但並不以此為限。

須說明的是，所述兩磁石221遠離柱體211的一端分別定義為兩磁極端2211，並且第一磁力模組22能經由上述兩磁極端2211分別發出磁性相異之磁力(例如：圖6中的左邊磁石221頂端為N極，右邊磁石221頂端為S極)，而所述其中一磁石221所產生的磁力能經由上述磁導體222而傳遞至其中另一磁石221。

其中，所述每個位置調整單元223於本實施例中包含有一彈簧2231、一固定框架2232、及一活動框架2233，但不排除以其他的構件替代。再者，所述彈簧2231可以是壓縮彈簧或拉伸彈簧、又或者以其他具有回復性的構件取代。

更詳細地說，由其中一磁石221及其所對應的位置調整單元223來看(如圖6和圖7)，上述固定框架2232與活動框架2233各具有一管狀部2232a、2233a及自上述管狀部2232a、2233a端緣向外垂直地延伸的一側翼部2232b、2233b。所述固定框架2232是以其側翼部2232b固定(如：螺鎖)在容置槽2121頂部，並且其管狀部2232a外表面與容置槽2121側壁之間相隔有一空隙G。所述活動框架2233的管狀部2233a內側安裝有上述磁石221，並且活動框架2233的管狀部2233a可移動地穿設於固定框架2232的管狀部2232a內，而活動框架2233的側翼部2233b則鄰設於容置槽2121槽底。藉此，透過上述之設置，使得活動框架2233對應於固定框架2232僅具有一個自由度。

再者，所述彈簧2231設置於固定框架2232管狀部2232a外表面與容置槽2121側壁之間所形成的空隙G，並且彈簧2231的相反兩端(如圖6中的彈簧2231頂端與底端)分別抵接於固定框架2232的側翼部2232b與活動框架2233的側翼部2233b，以使彈簧2231能在磁石221受力(如下述承受離心力)位移時產生形變。而產生形變的彈簧2231傾向使磁石221(或活動框架2233)回到位移前的位置，藉以令活動框架2233能透過離心力與彈簧2231之作用力，而相對於固定框架2232(或磁導體222)往復地移動。

附帶說明一點，本實施例的第一磁力模組22主要是提供：透過位置調整單元223而能使磁石221相對於容置槽2121往復移動之設計。並且本實施例是以上述彈簧2231、固定框架2232、及活動框架2233之配合而達成，但不排除以其他手段實施。因此，在能夠達到透過位置調整單元223而使磁石221相對於容置槽2121往復移動之目的為前提下，上述彈簧2231、固定框架2232、與活動框架2233能夠變更其構造或是將其省略。除此之外，本創作的第一磁力模組22也不排除直接裝設於未形成有容置槽2121的轉動件21上。

以上即為本實施例之定子組件1與轉子組件2的構造說明，以下接著介紹定子組件1與轉子組件2之間的運作流程及彼此間的對應關係。

請參閱圖6所示，當所述轉動件21呈靜止時，磁石221及活動框架2233皆位於容置槽2121之槽底上，此時磁石221相對於轉動件21(或其容置槽2121)的位置定義為一第一位置(如圖6所示)。

當所述流體發電裝置100外部的流體(如：風力)進入殼體11的流動通道113，以施予轉動件21之螺旋式葉片212一驅動力時，轉動件21將以軸線X為軸心旋轉，並且所述兩磁石221受到轉動件21轉動所產生的一離心力之驅動，而相對於轉動件21自上述第一位置沿遠離軸線X之方向朝一第二位置(如圖7所示)移動，並使每個位置調整單元223的彈簧2231儲有一回復力，以分別傾向驅使該兩磁石221回復至第一位置。其中，所述各個磁石221所在的第二位置是指遠離容置槽2121之槽底但未突伸出轉動件21邊緣(即容置槽2121之槽口)的位置。並且，本實施例之磁石221在移動時，透過固定框架2232之管狀部2232a導引活動框架2233之管狀部2233a，藉以使得在活動框架2233管狀部2233a中的磁石221，能夠相對於容置槽2121呈直線運動。

因此，當所述轉動件21持續在旋轉時，所述兩磁石221及其活動框架2233皆保持於第二位置，亦即，兩磁石221與殼體11之流通管111內緣兩者保持在彼此最接近的距離，藉以使轉子組件2轉動至一預定位置時，第一磁力模組22的兩磁極端2211沿徑向方向分別面向其中一個第一導磁單元121的兩芯部1211(如圖7所示，於預定位置時，所述兩芯部1211之中心線C分別通過上述兩磁石2213)，進而使該兩磁石221自其磁極端2211所發出的磁力能分別沿經上述兩芯部1211，以令纏繞於所述兩芯部1211上的線圈1212產生感應電流，達到發電之效果。

也就是說，對應於第一磁力模組22的磁石221移動路徑的殼體11位置可設有N個第一導磁單元121，藉以使每個磁石221隨著轉動件21旋轉一圈的過程中，能夠分別與上述N個第一導磁單元121產生感應電流，進而可透過調整N之數值大小，以達到控制發電量之目的。更具體地說，當本實施例的流體發電裝置100在轉動件21上設有M個第一磁力模組22，並且對應於第一磁力模組22的磁石221移動路徑的殼體11位置可設有N個第一導磁單元121；則所述轉動件21旋轉一圈時，能夠使第一導磁單元121進行N x M次發電作業，此相較於習知的流體發電裝置而言，發電單位有顯著的提升。

再者，當轉子組件2以軸線X為軸心而轉動至預定位置時，由於第一磁力模組22的兩磁極端2211沿徑向方向分別面向其中一個第一導磁單元121的兩芯部1211，以使兩磁石221自磁極端2211所發出的磁力能沿經第一磁力模組22(即兩磁石221與磁導體222)與第一導磁單元121(即兩芯部1211與導通件1213)而構成一磁力迴圈F。進一步地說，由於所述第一導磁模組12所具有的第一導磁單元121為數個，所以當轉子組件2以軸線X為軸心而轉動時，第一磁力模組22能依序面向該些第一導磁單元121，使經由兩磁極端2211所發出的磁力沿經第一磁力模組22及其所面向的第一導磁單元12而構成磁力迴圈F。

藉此，所述流體發電裝置100能透過轉子組件2相對於定子組件1旋轉時，第一磁力模組22與第一導磁單元121所構成的磁力迴圈F，來達到提升發電量之效果。並且第一導磁單元121的數量能夠視需求增加，以進一步提高發電量。

若當所述流體發電裝置100外部的流體(如：風力)不再進入殼體11的流動通道113時，所述轉動件21將逐漸減緩其旋轉速度直至靜止，此時，離心力小於回復力，而所述彈簧2231將同步逐漸釋放其回復力，以推抵固定框架2232的側翼部2232b與活動框架2233的側翼部2233b，進而驅使固定於活動框架2233的磁石221自第二位置移動至第一位置。

需特別說明的是，欲驅使靜止之轉動件21旋轉所需的驅動力，其較大於轉動中的轉動件21所需之驅動力，因而如何降低靜止之轉動件21所需的驅動力，此即為本實施例經由位置調整單元223使磁石221能受離心力驅使而移動之設計目的，其相關說明大致如下所述：當所述磁石221位於第一位置時(如圖6)，轉子組件2與定子組件1之間產生阻礙轉子組件2轉動的一第一阻力；當所述磁石221位於第二位置時(如圖7)，轉子組件2與定子組件1之間產生阻礙轉子組件2轉動的一第二阻力。由於磁石221與定子組件1之距離愈近時，所產生阻礙轉子組件2轉動的阻力愈大；其中，所述磁石221相對於定子組件1之距離於其第二位置時較近，而磁石221相對於定子組件1之距離於其第一位置時較遠，所以上述第二阻力會大於第一阻力。

進一步地說，當轉動件21呈現靜止狀態時，不會有發電之情況，所以磁石221不需要接近第一導磁單元121。因此，透過磁石221位於遠離定子組件1之第一位置，藉以降低磁石221與定子組件1之間的阻力，進而有效地降低驅使靜止之轉動件21旋轉所需的驅動力，以利於本實施例之流體發電裝置100應用在流速(如：風速)較低的場所或情況。

再者，當轉動件21呈現旋轉狀態時，需要處在利於發電之條件，所以磁石221需要接近第一導磁單元121。因此，透過磁石221位於鄰近定子組件1之第二位置，以使第一磁力模組22及相對應之第一導磁單元121能夠構成磁力迴圈F、並且透過磁石221使線圈1212產生感應電流。

此外，本創作中所指的轉子組件2雖是以應用於流體發電裝置100為例，但並不侷限於流體發電裝置100。也就是說，上述轉子組件2也可單獨地應用在合適的場所或裝置上，在此不加以限制。

再者，如圖2至圖5所示，本實施例的定子組件1亦可於殼體11設有一第二導磁模組13，並且第二導磁模組13包含有數個第二導磁單元131，而本實施例的轉子組件2可於轉動件21的螺旋式葉片212上設有一第二磁力模組23。其中，由於第二導磁模組13與第二磁力模組23的構造與設置原理大置如同上述第一導磁模組12與第一磁力模組22，因而在此不再針對第二導磁模組13與第二磁力模組23加以贅述。

另，所述位置調整單元223中的彈簧2231位置亦可依設計者需求而加以調整，舉例來說：如圖8和圖9所示，所述兩磁石221分離於該導磁體222並位在導磁體222之上方，並且所述容置槽2121之底部能夠顯露出磁石221下方之局部磁導體222，以供彈簧2231設置於磁石221與磁導體222之間。進一步地說，所述兩彈簧2231的一端分別抵接於兩磁石221，而所述兩彈簧2231的另一端則抵接於磁導體222。

[第二實施例]

請參閱圖12至圖14所示，其為本創作的第二實施例，本實施例大致與第一實施例類似，相同處則不再贅述，而兩者的差異主要在於：第一實施例中的磁石221能夠相對於磁導體222移動，但本實施例中的磁石221與磁導體222是共同移動。

具體而言，如圖12和圖13所示，本實施例的第一磁力模組22僅包含有一個位置調整單元223，並且所述第一磁力模組22的兩磁石221、磁導體222、及位置調整單元223皆裝設於同一容置槽2121之內，而所述兩磁石221分別抵接於磁導體222的相反兩端。

再者，所述固定框架2232以其側翼部2232b固定(如：螺鎖)在容置槽2121頂部，所述活動框架2233的管狀部2233a內側安裝有上述兩磁石221與磁導體222，並且活動框架2233的管狀部2233a可移動地穿設於固定框架2232的管狀部2232a內，而活動框架2233的側翼部2233b則鄰設於容置槽2121槽底。藉此，透過上述之設置，使得活動框架2233對應於固定框架2232僅具有一個自由度。位於所述磁導體222下方的部分容置槽2121為凹陷狀，以供彈簧2231設置於內，並且所述彈簧2231的兩端分別抵接於容置槽2121之槽底與磁導體222。

藉此，所述兩磁石221與磁導體222能受到轉動件21轉動所產生的離心力之驅動，而相對於容置槽2121自第一位置(如圖12)沿遠離軸線X之方向朝第二位置(如圖13)移動，並使位置調整單元223之彈簧2231蓄有傾向驅使上述兩磁石221與磁導體222回復至第一位置的回復力。

此外，所述位置調整單元223中的彈簧2231位置亦可依設計者需求而加以調整，舉例來說：如圖14所示，所述固定框架2232 的管狀部2232a外表面與容置槽2121側壁之間可相隔有一空隙G。並且彈簧2231設置於上述空隙G中，而彈簧2231的相反兩端(如圖14中的彈簧2231頂端與底端)分別抵接於固定框架2232的側翼部2232b與活動框架2233的側翼部2233b。

[第三實施例]

請參閱圖15所示，其為本創作的第三實施例，本實施例大致與第一實施例類似，相同處則不再贅述，而兩者的差異主要在於：第一實施例中的兩磁石221是能夠分別相對於螺旋式葉片2121移動，但本實施例中的兩磁石221與磁導體222並無法相對於螺旋式葉片2121移動。

具體而言，本實施例的第一磁力模組22未包含有位置調整單元223。其中，所述第一磁力模組22的兩磁石221與磁導體222埋置於螺旋式葉片212，並且兩磁石221分別抵接於磁導體222的相反兩端部，而兩磁石221的磁極端2211則分別自螺旋式葉片212之邊緣而顯露於外，但不以此為限。

[本創作實施例的可能效果]

綜上所述，本創作實施例所提供的流體發電裝置，其能在轉子組件相對於定子組件旋轉時，透過第一磁力模組與第一導磁模組的第一導磁單元所構成的磁力迴圈，來達到提升發電量之效果。並且，第一導磁模組的第一導磁單元數量能夠視需求增加，以進一步提高發電量。

再者，所述轉子組件透過磁石能受離心力驅使而移動之設計，使得在轉動件呈現靜止而不會有發電需求的狀態時，磁石位於遠離定子組件之第一位置，藉以降低磁石與定子組件之間的阻力，進而有效地降低驅使靜止之轉動件旋轉所需的驅動力，以利於本實施例之流體發電裝置應用在流速(如：風速)較低的場所或情況。而在轉動件呈現旋轉狀態時，其需要處在利於發電之條件，故透過磁石位於鄰近定子組件之第二位置，以使第一磁力模組及其所面向之第一導磁單元能夠構成磁力迴圈並且使線圈產生感應電流。

另，相較於習知風力發電裝置採用風扇般之葉片，其風力利用率極低；本實施例的流體發電裝置是採用長型的殼體而具備有能夠善用流體流速之流動通道，並且流體發電裝置於流動通道內裝設有具備螺旋式葉片之轉動件，藉以使第一磁力模組及其相互搭配之第一導磁單元能夠依需求而增加數量，以有效地提升整體的發電量。

又，本創作流體發電裝置的較佳實施方式是透過轉動件形成有容置槽並設有位置調整單元，藉以使磁石能於第一位置與第二位置之間流暢地往復移動。

以上所述僅為本創作之較佳可行實施例，其並非用以侷限本創作之專利範圍，凡依本創作申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本創作之涵蓋範圍。