TWM542291U - 機械換相式磁阻發電機 - Google Patents

Description

機械換相式磁阻發電機

本新型是有關於一種發電機，特別是指一種機械換相式磁阻發電機。

習知開關磁阻發電機(SR發電機)是一種將機械能轉換為電能的設備，該設備藉由一開關電路控制繞組與儲能裝置的導接方式，以控制電能在電機與儲能裝置之間的流動方向。當作為發電機運轉時，該設備透過開關電路與儲能裝置導接，以由儲能裝置提供電流流過繞組，隨後開關電路改變電流的路徑，使該設備從繞組回收電能並以電流源形式對儲能裝置充電。故，此種開關磁阻發電機必須配合一開關電路才能運作。

因此，本新型之目的，即在提供一種不需開關電路的機械換相式磁阻發電機。

於是，本新型機械換相式磁阻發電機包含：一靜子，呈圓環形狀並具有等距間隔且朝中心凸出的四個凸極，其中兩個相對的凸極的末端形成複數個第一齒槽，另外兩個相對的凸極的末端 形成複數個第二齒槽，且該靜子是由一矽鋼片組及一非晶質鐵芯組成的複合鐵芯；一第一激磁線圈，繞設在該靜子上的兩個凸極之間；一第二激磁線圈，繞設在該靜子上的兩個凸極之間並與該第一激磁線圈相對；一第一輸出線圈，繞設在該靜子上的兩個凸極之間並位於該第一激磁線圈與該第二激磁線圈之間；一第二輸出線圈，繞設在該靜子上的兩個凸極之間並與該第一輸出線圈相對；及一轉子，設於該靜子內，且其周邊朝該靜子方向形成複數個第三齒槽，且該轉子相對該靜子旋轉時，該等第一齒槽及該等第二齒槽會輪流與該等第三齒槽對齊或錯開。

在本新型的一實施例中，該第一激磁線圈接受一直流電源供電而於其兩端形成一第一磁場，該第二激磁線圈其接受該直流電源供電而於其兩端形成一與該第一磁場互斥的第二磁場；且該等第三齒槽與該等第一齒槽對齊時，該等第三齒槽會與該等第二齒槽錯開，此時該靜子與該轉子之間經由該等對齊的第三齒槽與第一齒槽形成一通過該第一輸出線圈的第一磁路以及一通過該第二輸出線圈的第二磁路，而該等第三齒槽與該等第二齒槽對齊時，該等第三齒槽會與該等第一齒槽錯開，此時該靜子與該轉子之間經由該等對齊的第三齒槽與第二齒槽形成一通過該第一輸出線圈且與該第一磁路反向的第三磁路，使得該靜子因磁換相而產生渦電流並耦合至該第一輸出線圈，且該靜子與該轉子之間經由該等對齊的第三 齒槽與第二齒槽形成一通過該第二輸出線圈且與該第二磁路反向的第四磁路，使得該靜子因磁換相而產生渦電流並耦合至該第二輸出線圈。

在本新型的一實施例中，該機械換相式磁阻發電機還包含一阻尼儲能電路，其與該第一輸出線圈及該第二輸出線圈電耦接，以吸收耦合至該第一輸出線圈及該第二輸出線圈的渦電流，並將渦電流轉換成直流電能後儲存。

在本新型的一實施例中，上述該阻尼儲能電路包括並聯的一第一飛輪二極體組、一第二飛輪二極體組、一第一直流支撐電容及一二次電池，以及兩個第二直流支撐電容，該第一飛輪二極體組具有串接於一第一接點的一第一飛輪二極體及一第二飛輪二極體，該第二飛輪二極體組具有串接於一第二接點的一第三飛輪二極體及一第四飛輪二極體，且該兩個第二直流支撐電容的一端串接於一第三接點，另一端與該第一直流支撐電容並聯，而該第一輸出線圈及該第二輸出線圈的一端各別與該第一接點及該第二接點對應電耦接，且該第一輸出線圈及該第二輸出線圈的另一端與該第三接點電耦接，藉此，耦合至該第一輸出線圈的渦電流會經由該第一飛輪二極體或該第二飛輪二極體對各該第二支撐電容充電，且耦合至該第二輸出線圈的渦電流會經由該第三飛輪二極體或該第四飛輪二極體對各該第二支撐電容充電，再由各該第二支撐電容對該二 次電池釋放電能。

本新型之功效在於：藉由在靜子的兩個相對凸極末端形成複數第一齒槽，另兩個相對凸極末端形成複數第二齒槽，並於兩兩凸極之間繞設相對的第一激磁線圈和第二激磁線圈，以及在第一激磁線圈和第二激磁線圈之間繞設在兩兩凸極之間且相對的第一輸出線圈和第二輸出線圈，並藉由在轉子的周邊形成複數個朝向靜子的第三齒槽，且轉子相對靜子旋轉時，該等第一齒槽及該等第二齒槽會輪流與該等第三齒槽對齊或錯開，使得轉子旋轉時，靜子將因持續反覆地磁場換相而不斷地產生渦電流並耦合至第一輸出線圈及第二輸出線圈，確實達成本新型不需使用開關電路即能將機械能轉換成電能的功效與目的。

1‧‧‧靜子

2‧‧‧第一激磁線圈

3‧‧‧第二激磁線圈

4‧‧‧第一輸出線圈

5‧‧‧第二輸出線圈

6‧‧‧轉子

7‧‧‧阻尼儲能電路

11~14‧‧‧凸極

15‧‧‧第一齒槽

16‧‧‧第二齒槽

17‧‧‧矽鋼片組

18‧‧‧非晶質鐵芯

61‧‧‧第三齒槽

71‧‧‧第一飛輪二極體組

72‧‧‧第二飛輪二極體組

73‧‧‧第一接點

74‧‧‧第二接點

75‧‧‧第三接點

110~140‧‧‧擴大端部

Vdc‧‧‧直流電源

D1‧‧‧第一飛輪二極體

D2‧‧‧第二飛輪二極體

D3‧‧‧第三飛輪二極體

D4‧‧‧第四飛輪二極體

Cs‧‧‧無極性電容

Cp‧‧‧有極性電容

Cb‧‧‧阻尼電池

M1‧‧‧第一磁路

M2‧‧‧第二磁路

M3‧‧‧第三磁路

M4‧‧‧第四磁路

本新型之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1顯示本新型機械換相式磁阻發電機的一實施例的構造示意圖；圖2顯示本實施例的該等第一齒槽與該等第三齒槽對齊時，在靜子與轉子之間形成第一磁路與第二磁路的示意圖；圖3顯示本實施例的該等第二齒槽與該等第三齒槽對齊時，在靜子與轉子之間形成與第一磁路反相的第三磁路以及與第二磁路反 相的第四磁路的示意圖；圖4顯示本實施例的第一輸出線圈和第二輸出線圈與一阻尼儲能電路電耦接；及圖5顯示本實施例的阻尼儲能電路的細部電路圖。

在本新型被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1與圖2，本新型機械換相式磁阻發電機的一實施例主要包含一靜子(或稱換相器)1、一第一激磁線圈2、一第二激磁線圈3、一第一輸出線圈4、一第二輸出線圈5及一轉子6；其中靜子1概呈圓環形狀並具有等距間隔地且朝中心凸出的四個凸極11~14，其中兩個相對的凸極11、13的末端形成複數個第一齒槽15，另外兩個相對的凸極12、14的末端形成複數個第二齒槽16，且較佳地做法是，凸極11、13的末端形成一弧形的擴大端部110、130，且該等第一齒槽15是形成在擴大端部110、130上，同樣地，凸極12、14的末端形成一弧形的擴大端部120、140，且該等第二齒槽16是形成在擴大端部120、140上。而且靜子1是由一矽鋼片組17及一非晶質鐵芯18重疊組成的複合鐵芯，如圖1所示，矽鋼片組17設在靜子1的外圈，而非晶質鐵芯18設在靜子1的內圈。此外，非晶質鐵芯18設在靜子1的外圈，而矽鋼片 組17設在靜子1的內圈也是可以的。

第一激磁線圈2繞設在靜子1上的兩個凸極11、12之間形成的凹槽，第二激磁線圈3繞設在靜子1上的兩個凸極13、14之間形成的凹槽，並與第一激磁線圈2相對；第一輸出線圈4繞設在靜子1上的兩個凸極11、14之間形成的凹槽，而位於第一激磁線圈2與第二激磁線圈3之間，且第二輸出線圈5繞設在靜子1上的兩個凸極12、13之間形成的凹槽而與第一輸出線圈4相對。

轉子6設於靜子1環繞的一中心區域內，且其周邊朝靜子1方向形成複數個等距間隔的第三齒槽61，且轉子6相對靜子1旋轉時，該等第一齒槽15及該等第二齒槽16會輪流與該等第三齒槽61對齊或錯開，亦即當該等第三齒槽61與該等一齒槽15對齊時，該等第三齒槽61會與該等第二齒槽16錯開，而當該等第三齒槽61與該等第二齒槽16對齊時，該等第三齒槽61會與該等第一齒槽15錯開。

且如圖1所示，第一激磁線圈2接受一直流電源Vdc持續供電而於其兩端形成一第一磁場，第二激磁線圈3接受直流電源Vdc持續供電而於其兩端形成一與該第一磁場互斥的第二磁場；藉此，如圖2所示，當轉子6轉動而使該等第三齒槽61與該等第一齒槽15對齊時，該等第三齒槽61與該等第二齒槽16錯開，此時靜子1與轉子6之間經由該等對齊的第三齒槽61與第一齒槽 15形成一通過第一輸出線圈4的第一磁路M1以及一通過第二輸出線圈5的第二磁路M2，而接著下一刻轉子6轉動至使該等第三齒槽61與該等第二齒槽16對齊，且該等第三齒槽61與該等第一齒槽15錯開時，如圖3所示，此時靜子1與轉子6之間經由該等對齊的第三齒槽61與第二齒槽16形成一通過第一輸出線圈4且與該第一磁路M1反相的第三磁路M3，使得靜子1因磁場換相(magnetic shunt)而產生渦電流並耦合至第一輸出線圈4，同時，靜子1與轉子6之間經由該等對齊的第三齒槽61與第二齒槽16形成一通過第二輸出線圈5且與第二磁路M2反相的第四磁路M4，使得靜子1因磁場換相而產生渦電流並耦合至第二輸出線圈5。藉此，當轉子6持續轉動，靜子1將因持續反覆地磁場換相而不斷地產生渦電流並耦合至第一輸出線圈4及第二輸出線圈5。

因此，為了將耦合至第一輸出線圈4及第二輸出線圈5的交流渦電流轉換成直流電能並儲存起來，如圖4所示，本實施例還包含一阻尼儲能電路7，其與第一輸出線圈4及第二輸出線圈5電耦接，以吸收耦合至第一輸出線圈4及第二輸出線圈5的渦電流，並將渦電流轉換成直流電能後儲存。

更確切地說，如圖5所示，本實施例的阻尼儲能電路7包括並聯的一第一飛輪二極體組71、一第二飛輪二極體組72、一有極性電容Cp及一二次電池(可充電電池)，例如阻尼電池Db，以 及兩個無極性電容Cs。其中第一飛輪二極體組71具有串接於一第一接點73的一第一飛輪二極體D1及一第二飛輪二極體D2，第二飛輪二極體組72具有串接於一第二接點74的一第三飛輪二極體3及一第四飛輪二極體D4。

有極性電容Cp可以是例如超級電容、電解電容等，而該兩個無極性電容Cs的一端串接於一第三接點75，另一端與有極性電容Cp並聯，且無極性電容Cs為一高頻電容，因此該兩個無極性電容Cs與有極性電容Cp共同組成一能夠吸取大量電能的阻尼電容器。且有關上述阻尼電容器的特性、功能及細節可以參見台灣第M477033號「在系統電路中用於阻尼功能的電容器」專利。

且如圖4與圖5所示，第一輸出線圈4及第二輸出線圈5的一端a、d各別與第一接點73及第二接點74對應電耦接，且其另一端b、c與第三接點75電耦接。藉此，耦合至第一輸出線圈4的渦電流會經由第一飛輪二極體D1(當渦電流由第一輸出線圈4的端a輸出)或第二飛輪二極體D2(當渦電流由第一輸出線圈4的端b輸出)對各該無極性電容Cs充電，且耦合至第二輸出線圈5的渦電流會經由第三飛輪二極體D3(當渦電流由第二輸出線圈5的端d輸出)或第四飛輪二極體D4(當渦電流由第二輸出線圈5的端c輸出)對各該無極性電容Cs充電。因此，當與該兩個無極性電容Cs並聯的有極性電容Cp兩端的電位(即該兩個無極性電容Cs加總 的電位)高於阻尼電池Db時，有極性電容Cp即向阻尼電池Db釋放電能，而將電能儲存在阻尼電池Db中。

此外，本實施例的阻尼電池Db還與直流電源Vdc並聯，且阻尼電池Db的電位通常高於直流電源Vdc，因此阻尼電池Db能優先提供電力給第一激磁線圈2及第二激磁線圈3，以延長直流電源Vdc的續航力。

值得一提的是，本實施例的轉子6是被一驅動裝置，例如馬達帶動運轉，且較佳地，該驅動裝置使用台灣第104132133號專利申請案揭露的「共振型態飛輪儲能及動力裝置」可以達到最佳的效果。

因此，由上述說明可知，本新型藉由在靜子1的兩個相對凸極11、13末端形成複數第一齒槽15，另兩個相對凸極12、14末端形成複數第二齒槽16，並於兩兩凸極(11、12)、(13、14)之間繞設相對的第一激磁線圈2和第二激磁線圈3，以及在第一激磁線圈2和第二激磁線圈3之間繞設在兩兩凸極(11、14)、(12、13)之間且相對的第一輸出線圈5和第二輸出線圈6，並藉由在轉子6的周邊形成複數個朝向靜子1的第三齒槽61，且轉子6相對靜子1旋轉時，該等第一齒槽15及該等第二齒槽16會輪流與該等第三齒槽61對齊或錯開，藉此，當轉子6旋轉時，靜子1將因持續反覆地磁場換相而不斷地產生渦電流並耦合至第一輸出線圈4及第二輸出線圈 5，再由阻尼儲能電路7吸收耦合至第一輸出線圈4及第二輸出線圈5的渦電流，並將渦電流轉換成直流電能後儲存，確實達成本新型不需使用開關電路之功效與目的。

惟以上所述者，僅為本新型之實施例而已，當不能以此限定本新型實施之範圍，凡是依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧靜子

2‧‧‧第一激磁線圈

3‧‧‧第二激磁線圈

4‧‧‧第一輸出線圈

5‧‧‧第二輸出線圈

6‧‧‧轉子

11~14‧‧‧凸極

15‧‧‧第一齒槽

16‧‧‧第二齒槽

17‧‧‧矽鋼片組

18‧‧‧非晶質鐵芯

61‧‧‧第三齒槽

110~140‧‧‧擴大端部

Vdc‧‧‧直流電源

Claims (6)

1. 一種機械換相式磁阻發電機，包含：一靜子，呈圓環形狀並具有等距間隔且朝中心凸出的四個凸極，其中兩個相對的凸極的末端形成複數個第一齒槽，另外兩個相對的凸極的末端形成複數個第二齒槽，且該靜子是由一矽鋼片組及一非晶質鐵芯組成的複合鐵芯；一第一激磁線圈，繞設在該靜子上的兩個凸極之間；一第二激磁線圈，繞設在該靜子上的兩個凸極之間並與該第一激磁線圈相對；一第一輸出線圈，繞設在該靜子上的兩個凸極之間並位於該第一激磁線圈與該第二激磁線圈之間；一第二輸出線圈，繞設在該靜子上的兩個凸極之間並與該第一輸出線圈相對；及一轉子，設於該靜子內，且其周邊朝該靜子方向形成複數個第三齒槽，且該轉子相對該靜子旋轉時，該等第一齒槽及該等第二齒槽會輪流與該等第三齒槽對齊或錯開。
2. 如請求項1所述的機械換相式磁阻發電機，其中該第一激磁線圈接受一直流電源供電而於其兩端形成一第一磁場，該第二激磁線圈其接受該直流電源供電而於其兩端形成一與該第一磁場互斥的第二磁場；且該等第三齒槽與該等第一齒槽對齊時，該等第三齒槽會與該等第二齒槽錯開，此時該靜子與該轉子之間經由該等對齊的第三齒槽與第一齒槽形成一通過該第一輸出線圈的第一磁路以及一通過該第二輸出線圈的第二磁路，而該等第三齒槽與該等 第二齒槽對齊時，該等第三齒槽會與該等第一齒槽錯開，此時該靜子與該轉子之間經由該等對齊的第三齒槽與第二齒槽形成一通過該第一輸出線圈且與該第一磁路反向的第三磁路，使得該靜子因磁換相而產生渦電流並耦合至該第一輸出線圈，且該靜子與該轉子之間經由該等對齊的第三齒槽與第二齒槽形成一通過該第二輸出線圈且與該第二磁路反向的第四磁路，使得該靜子因磁換相而產生渦電流並耦合至該第二輸出線圈。
3. 如請求項2所述的機械換相式磁阻發電機，還包含一阻尼儲能電路，其與該第一輸出線圈及該第二輸出線圈電耦接，以吸收耦合至該第一輸出線圈及該第二輸出線圈的渦電流，並將渦電流轉換成直流電能後儲存。
4. 如請求項3所述的機械換相式磁阻發電機，其中該阻尼儲能電路包括並聯的一第一飛輪二極體組、一第二飛輪二極體組、一有極性電容及一二次電池，以及兩個無極性電容，該第一飛輪二極體組具有串接於一第一接點的一第一飛輪二極體及一第二飛輪二極體，該第二飛輪二極體組具有串接於一第二接點的一第三飛輪二極體及一第四飛輪二極體，且該兩個無極性電容的一端串接於一第三接點，另一端與該有極性電容並聯，而該第一輸出線圈及該第二輸出線圈的一端各別與該第一接點及該第二接點對應電耦接，且該第一輸出線圈及該第二輸出線圈的另一端與該第三接點電耦接，藉此，耦合至該第一輸出線圈的渦電流會經由該第一飛輪二極體或該第二飛輪二極體對各該無 極性電容充電，且耦合至該第二輸出線圈的渦電流會經由該第三飛輪二極體或該第四飛輪二極體對各該無極性電容充電，再由該有極性電容對該二次電池釋放電能。
5. 如請求項4所述的機械換相式磁阻發電機，其中該二次電池與該直流電源並聯。
6. 如請求項4或5所述的機械換相式磁阻發電機，其中該二次電池是一阻尼電池。