TWM619736U - 液壓發電系統 - Google Patents

Abstract

一種液壓發電系統包含液壓馬達、連接於液壓馬達之雙向發電機、液壓缸、第一及第二油管、具有活塞、第一及第二連桿之活塞構件及動力驅動裝置。活塞將液壓缸分隔為第一及第二腔室，第一及第二連桿分別連接於活塞之兩端且分別穿設於第一及第二腔室中。第一油管連通於第一腔室及液壓馬達之間。第二油管連通於第二腔室及液壓馬達之間。動力驅動裝置連接於第一連桿。當動力驅動裝置驅動活塞往第一腔室運動時，液壓油被泵送至液壓馬達以驅動雙向發電機旋轉發電。當動力驅動裝置驅動活塞往第二腔室運動時，液壓馬達驅動雙向發電機反向旋轉發電。

Description

液壓發電系統

本創作關於一種液壓發電系統，尤指一種使用液壓馬達驅動雙向發電機雙向往復或雙向旋轉發電之液壓發電系統。

波浪能發電顧名思義是將波浪能轉換成電能，波浪能雖不穩定且無規律，但其近乎取之不盡、用之不竭的特性，使得波浪能發電成為海洋能發電中最有潛力的一種發電方式。

一般而言，利用波浪能發電的液壓發電系統通常包含動力驅動裝置、液壓驅動組件，以及發電機組件，動力驅動裝置設置於液壓驅動組件上以及放置於海水中，且液壓驅動組件連通發電機組件，藉此，動力驅動裝置隨著海浪波動而上下位移，進而帶動液壓驅動組件運作來驅使發電機組件發電。為了確保發電機組件穩定地往同一方向旋轉發電，往往必須在液壓驅動組件與發電機組件之間外加換向閥、調速閥、蓄能器、溢流閥等各類液壓閥元件，從而導致液壓發電系統具有液壓油路設計過於複雜以及上述各種外加的液壓閥元件容易損壞的問題。

因此，本創作之目的在於提供一種使用液壓馬達驅動雙向發電機雙向往復或雙向旋轉發電之液壓發電系統，以解決上述問題。

為達成上述目的，本創作揭露一種液壓發電系統，該液壓發電系統包含一液壓馬達、一雙向發電機、一液壓缸、一活塞構件、一第一油管、一第二油管，以及一動力驅動裝置。該雙向發電機連接於該液壓馬達，用來經由該液壓馬達之驅動而往一第一方向或一第二方向旋轉或擺動發電。該液壓缸容置有液壓油。該活塞構件具有一活塞、一第一連桿，以及一第二連桿，該活塞可活動地設置於該液壓缸內以將該液壓缸分隔為一第一腔室以及一第二腔室，該第一連桿以及該第二連桿分別連接於該活塞之兩端且分別穿設於該第一腔室以及該第二腔室中。該第一油管連通於該第一腔室以及該液壓馬達。該第二油管連通於該第二腔室以及該液壓馬達。該動力驅動裝置連接於該第一連桿以及該第二連桿之其中之一，用來經由該第一連桿以及該第二連桿之該其中之一驅動該活塞在該液壓缸內往復運動。當該動力驅動裝置驅動該活塞往該第一腔室運動時，該液壓缸將液壓油經由該第一油管泵送至該液壓馬達，以經由該液壓馬達驅動該雙向發電機往該第一方向旋轉或擺動發電。當該動力驅動裝置驅動該活塞往該第二腔室運動時，該液壓缸將液壓油經由該第二油管泵送至該液壓馬達，以經由該液壓馬達驅動該雙向發電機往該第二方向旋轉或擺動發電。

根據本創作其中之一實施例，該動力驅動裝置可為浮筒、筏體、擺動板或擺動機構。

根據本創作其中之一實施例，當該活塞在該液壓缸內置中時，該第一連桿以及該第二連桿在該液壓缸內所佔之體積相同，且該第一腔室以及該第二腔室具有相同容積。

根據本創作其中之一實施例，該液壓發電系統可另包含一補充油箱、一第三油管、一第四油管，以及一泵浦。該補充油箱容置有補充液壓油。該第三油管連通於該液壓馬達以及該補充油箱，用來將從該液壓馬達漏出的內漏油輸送至該補充油箱。該第四油管連通於該第一油管以及該第二油管。該泵浦連通於該補充油箱以及該第四油管，該泵浦提供一固定壓力，用來將補充液壓油以及內漏油經由該第四油管泵送回該第一油管以及該第二油管。

根據本創作其中之一實施例，該液壓發電系統可另包含至少一止逆閥，該至少一止逆閥設置於該第四油管上，用來阻止補充液壓油以及內漏油回流至該第四油管。

根據本創作其中之一實施例，該液壓馬達可為柱塞馬達。

根據本創作其中之一實施例，該液壓發電系統可另包含一增速裝置或一減速裝置，其設置該液壓馬達與該雙向發電機之間。

根據本創作其中之一實施例，該雙向發電機可包含一定子結構以及一轉子結構。該定子結構包含一定子本體以及複數個定子線圈，該定子本體上形成有複數個定子槽，該複數個定子線圈纏繞於該複數個定子槽。該轉子結構包含一轉子本體，該轉子本體係以可擺動或可轉動的方式設置於該定子本體內，該轉子本體上形成有複數個轉子槽

根據本創作其中之一實施例，該轉子結構可另包含有分別設置於該複數個轉子槽內之複數個永久磁鐵，且該複數個永久磁鐵的數量與該複數個轉子槽的數量相同。

綜上所述，由於本創作所提供之液壓發電系統係採用液壓馬達驅動雙向發電機往復雙向擺動或雙向旋轉發電的設計，因此，本創作係可解決先前技術中提到的必須外加各類液壓閥元件（如換向閥、調速閥、蓄能器、溢流閥等）以確保發電機組件單向旋轉發電的問題，進而有效地防止液壓閥元件容易損壞的問題發生以提升液壓發電系統的耐用度，並且可大幅地簡化液壓發電系統之液壓油路設計。

以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本創作。此外，「連接」或「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣或結構連接手段。因此，若文中描述一第一裝置連接/耦接於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣/結構連接於該第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地電氣/結構連接至該第二裝置。

請參閱第1圖，其為根據本創作之一實施例所提出之一液壓發電系統10之簡示圖，液壓發電系統10係可較佳地利用海水之波浪往復運動所產生的波浪能來發電（但不受此限，例如其亦可應用在風力能、水力能、海洋能、沼氣發電、生質能發電等藉由往復運動產生發電之裝置上），液壓發電系統10包含一液壓馬達12、一雙向發電機14、一液壓缸16、一活塞構件18、一第一油管20、一第二油管22，以及一動力驅動裝置24。較佳地，液壓馬達12可為柱塞馬達，具體地，液壓馬達12可為雙斜盤軸向柱塞馬達。在此實施例中，動力驅動裝置24係可較佳地為浮體，但不受此限，動力驅動裝置24亦可為筏體、擺動板或擺動機構（也就是說，只要是可利用動能（如波浪能、風力能、水力能、海洋能、沼氣發電、生質能發電等）往復運動以驅動活塞構件18作動的驅動裝置，其均適用於本創作而可為本創作所採用），其相關動力元件驅動設計係可常見於先前技術中，於此不再贅述。雙向發電機14係為可雙向旋轉或擺動發電之發電機設備且連接於液壓馬達12，藉此，在液壓馬達12將經由活塞構件18壓縮液壓缸16內之液壓油所產生之液壓能轉換成機械能的過程中，雙向發電機14係可經由液壓馬達12之旋轉驅動而將機械能轉換成電能，從而達到液壓發電功效。更詳細地說，活塞構件18具有一活塞26、一第一連桿28，以及一第二連桿30，活塞26係設置於液壓缸16內以將液壓缸16分隔為一第一腔室32以及一第二腔室34，第一連桿28以及第二連桿30分別連接於活塞26之兩端且分別穿設於第一腔室32以及第二腔室34中，其中由第1圖可知，當活塞26在液壓缸16內置中時，第一連桿28以及第二連桿30在液壓缸16內所佔之體積相同，且第一腔室32以及第二腔室34係可較佳地具有相同容積，也就是說，當活塞26在液壓缸16內置中時，第一腔室32以及第二腔室34係可較佳地容置有相同油量的液壓油（但不受此限），藉以提供穩定液壓能至液壓馬達12。

至於在液壓發電系統10之油路設計以及動力驅動裝置連接設計方面，如第1圖所示，第一油管20係連通於第一腔室32以及液壓馬達12，第二油管22係連通於第二腔室34以及液壓馬達12，動力驅動裝置24係可較佳地連接於第一連桿28（但不受此限，其亦可改採用動力驅動裝置24連接於第二連桿30之設計，至於採用何種連接設計，其端視液壓發電系統10之實際應用需求而定），藉此，當動力驅動裝置24隨著海水之波浪上下週期性地浮動時，動力驅動裝置24係可經由第一連桿28驅動活塞26相對應地進行週期性上下運動，進而將容置於第一腔室32以及第二腔室34內的液壓油依序且週期性地泵送至液壓馬達12，以經由液壓馬達12完成將液壓能轉換機械能的動作。需注意的是，本創作所採用之動力驅動裝置驅動設計係可不限於如第1圖所示之液壓缸16直立以使動力驅動裝置24可隨著波浪上下週期性地浮動的設計，本創作亦可採用其他常見應用在波浪能發電上的浮體驅動設計，例如將液壓缸橫向擺置以使動力驅動裝置可隨著波浪前後往復運動的設計等，其相關描述係可參照第1圖類推，於此不再贅述。

透過上述設計，當動力驅動裝置24隨著波浪之向上運動以驅動活塞26往第一腔室32運動時，液壓缸16係可將容置於第一腔室32內的液壓油經由第一油管20泵送至液壓馬達12（此時，第二腔室34接收從第二油管22回流的液壓油），以驅動液壓馬達12旋轉，藉此，雙向發電機14係可經由液壓馬達12之旋轉驅動而往第一方向旋轉發電（如往順時鐘方向旋轉發電，但不以此為限，雙向發電機14亦可採用擺動發電設計，其相關描述常見於先前技術中，於此不再贅述）；反之，當動力驅動裝置24隨著波浪之向下運動以驅動活塞26往第二腔室34運動時，液壓缸16係可將容置於第二腔室34內的液壓油經由第二油管22泵送至液壓馬達12（此時，第一腔室32接收從第一油管20回流的液壓油），以驅動液壓馬達12反向旋轉，藉此，雙向發電機14係可經由液壓馬達12之反向旋轉驅動而往第二方向（如逆時鐘方向，但不受此限）旋轉發電。如此周而復始，液壓馬達12即可持續不斷地驅動雙向發電機14往復雙向旋轉發電，從而達到液壓發電之功效。

綜上所述，由於本創作所提供之液壓發電系統係採用液壓馬達驅動雙向發電機往復雙向擺動或雙向旋轉發電的設計，因此，本創作係可解決先前技術中提到的必須外加各類液壓閥元件（如換向閥、調速閥、蓄能器、溢流閥等）以確保發電機組件單向旋轉發電的問題，進而有效地防止液壓閥元件容易損壞的問題發生以提升液壓發電系統的耐用度，並且可大幅地簡化液壓發電系統之液壓油路設計。

在實際應用中，如第1圖所示，液壓發電系統10可另包含一補充油箱36、一第三油管38、一第四油管40，以及一泵浦42。補充油箱36係容置有補充液壓油，第三油管38係連通於液壓馬達12以及補充油箱36以用來將從液壓馬達12漏出的內漏油輸送至補充油箱36，第四油管40係連通於第一油管20以及第二油管22，泵浦42係連通於補充油箱36以及第四油管40，藉此，當液壓馬達12出現液壓油內漏情況時，泵浦42係可提供固定壓力以用來將補充液壓油以及從第三油管38所回收之內漏油，經由第四油管40泵送回第一油管20以及第二油管22，使得液壓缸16可持續泵送充足的液壓油至液壓馬達12，進而確實地解決因液壓油內漏導致液壓能不足的問題。更進一步地，液壓發電系統10可另包含至少一止逆閥44（於第1圖中顯示二個，但不受此限），止逆閥44係可設置於第四油管40上，藉此，止逆閥44係可阻止補充液壓油以及內漏油回流至第四油管40中，從而確實地避免因液壓油回流而影響到液壓缸16之壓縮泵送效率的情況發生。需說明的是，上述補充油箱以及止逆閥之相關配置係為可省略之配置，藉以達到簡化本創作之油路設計的功效。

除此之外，液壓發電系統10可另包含一增速裝置或一減速裝置（未顯示於圖式中），其係可設置液壓馬達12與雙向發電機14之間，上述增速裝置或減速裝置可為齒輪增速或減速裝置，藉此，液壓缸16可提供液壓能給液壓馬達12，液壓馬達12將液壓能轉換為機械能時是以扭矩與轉速的型態提供給雙向發電機14，雙向發電機14再將機械能轉換為電能，上述增速或減速裝置之配置是為了配合液壓馬達12或雙向發電機14的規格與經濟效益，以使液壓馬達12與雙向發電機14之間的能量轉換順利，但不受此限。

值得一提的是，除了可應用在一般常見的雙向發電機上之外，本創作係可進一步地採用具有低角度轉動發電功能的雙向發電機設計，舉例來說，請參閱第2圖、第3圖、第4圖，以及第5圖，第2圖為第1圖之雙向發電機14的外觀示意圖，第3圖為第2圖之雙向發電機14的部份結構示意圖，第4圖為第2圖之雙向發電機14的部份結構元件爆炸圖，第5圖為第2圖之雙向發電機14的部份結構剖面示意圖。

如第2圖至第5圖所示，雙向發電機14可包含一定子結構46以及一轉子結構48，轉子結構48可相對於定子結構46轉動或擺動，雙向發電機14係利用轉子結構48相對於定子結構46轉動或擺動時的磁場變化來使定子結構46產生電流，從而達到發電之目的。

定子結構46包含一定子本體50、複數個定子線圈52以及一殼體54，定子本體50固定設置於殼體54內，定子本體50上形成有複數個定子槽51，複數個定子線圈52纏繞於複數個定子槽51且用以感應起電，較佳地，定子本體50可為圓柱結構體且係由導磁材料（例如矽鋼）所製成，具體地，定子本體50係可由複數個環形矽鋼片所疊設構成。

轉子結構48包含一轉子本體56以及複數個永久磁鐵58，轉子本體56係以可擺動或可轉動的方式設置於定子本體50內，轉子本體56上形成有複數個轉子槽57，複數個永久磁鐵58分別設置於複數個轉子槽57內，且可於轉子本體56轉動時提供磁通量變化，複數個永久磁鐵58的數量可較佳地與複數個轉子槽57的數量相同，複數個永久磁鐵58的數量亦可少於複數個轉子槽57的數量。較佳地，轉子本體56可為圓柱結構體且係由導磁材料（例如矽鋼）所製成，具體地，轉子本體56係可由複數個環形矽鋼片所疊設構成。

在此實施例中，定子本體50的中心軸與轉子本體56的中心軸重合，複數個定子槽51係沿定子本體50之一周向方向C1排列，且複數個轉子槽57係沿轉子本體56之一周向方向C2排列。較佳地，複數個定子槽51係可沿定子本體50之周向方向C1等間隔排列，且轉子槽57係可沿轉子本體56之周向方向C2等間隔排列。

值得注意的是，在本創作中，由第5圖可知，複數個轉子槽57的數量與複數個定子槽51的數量比例為8：9（但不受此限），較佳地，複數個轉子槽57的數量至少為64個，且複數個定子槽51的數量至少為72個，在此結構設置下，本創作之雙向發電機14不僅可於轉子本體56相對於定子本體50的轉動/擺動之速度/角度較低時發電，且發電效率佳，即本創作之雙向發電機14於轉子本體56相對於定子本體50作低角度、低速度的轉動/擺動時所產生的磁通量變化可使定子結構46產生電流，故本創作有利於波浪能發電。舉例來說，當複數個轉子槽57與複數個定子槽51的數量分別為64與72個時，只要轉子本體56相對於定子本體50轉動/擺動的角度達到約22.5度，定子線圈52便可感應起電，因此即便波浪僅能帶動轉子本體56相對於定子本體50作低角度的來回擺動，而無法帶動轉子本體56相對於定子本體50作高角度的轉動，本創作之雙向發電機14仍可順利發電。此外，可理解地，當複數個轉子槽57與複數個定子槽51的數量分別大於64與72個時，定子線圈52感應起電所需之轉子本體56相對於定子本體50轉動/擺動的角度係可低於22.5度，故而允許雙向發電機14在波浪帶動轉子本體56相對於定子本體50作更低角度的來回擺動時順利發電。

然本創作之雙向發電機結構設計並不侷限於上述實施例，其端視實際需求而定，舉例來說，在另一實施例中，轉子本體與定子本體可分別為由複數個扇形矽鋼片所疊設構成之結構。此外，如第3圖與第4圖所示，轉子結構48可另包含有耦接於轉子本體56之一連接軸60，連接軸60穿過殼體54且連接於液壓馬達12，藉以經由上述液壓馬達12之驅動來回轉動，進而驅使雙向發電機14旋轉發電。

以上所述僅為本創作之較佳實施例，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。

10:液壓發電系統 12:液壓馬達 14:雙向發電機 16:液壓缸 18:活塞構件 20:第一油管 22:第二油管 24:動力驅動裝置 26:活塞 28:第一連桿 30:第二連桿 32:第一腔室 34:第二腔室 36:補充油箱 38:第三油管 40:第四油管 42:泵浦 44:止逆閥 46:定子結構 48:轉子結構 50:定子本體 51:定子槽 52:定子線圈 54:殼體 56:轉子本體 57:轉子槽 58:永久磁鐵 60:連接軸 C1、C2:周向方向

第1圖為根據本創作之一實施例所提出之液壓發電系統之簡示圖。 第2圖為第1圖之雙向發電機的外觀示意圖。 第3圖為第2圖之雙向發電機的部份結構示意圖。 第4圖為第2圖之雙向發電機的部份結構元件爆炸圖。 第5圖為第2圖之雙向發電機的部份結構剖面示意圖。

10:液壓發電系統

12:液壓馬達

14:雙向發電機

16:液壓缸

18:活塞構件

20:第一油管

22:第二油管

24:動力驅動裝置

26:活塞

28:第一連桿

30:第二連桿

32:第一腔室

34:第二腔室

36:補充油箱

38:第三油管

40:第四油管

42:泵浦

44:止逆閥

Claims (9)

1. 一種液壓發電系統，其包含： 一液壓馬達； 一雙向發電機，其連接於該液壓馬達，用來經由該液壓馬達之驅動而往一第一方向或一第二方向旋轉或擺動發電； 一液壓缸，其容置有液壓油； 一活塞構件，其具有一活塞、一第一連桿，以及一第二連桿，該活塞可活動地設置於該液壓缸內以將該液壓缸分隔為一第一腔室以及一第二腔室，該第一連桿以及該第二連桿分別連接於該活塞之兩端且分別穿設於該第一腔室以及該第二腔室中； 一第一油管，其連通於該第一腔室以及該液壓馬達； 一第二油管，其連通於該第二腔室以及該液壓馬達；以及 一動力驅動裝置，其連接於該第一連桿以及該第二連桿之其中之一，用來經由該第一連桿以及該第二連桿之該其中之一驅動該活塞在該液壓缸內往復運動； 其中當該動力驅動裝置驅動該活塞往該第一腔室運動時，該液壓缸將液壓油經由該第一油管泵送至該液壓馬達，以經由該液壓馬達驅動該雙向發電機往該第一方向旋轉或擺動發電； 當該動力驅動裝置驅動該活塞往該第二腔室運動時，該液壓缸將液壓油經由該第二油管泵送至該液壓馬達，以經由該液壓馬達驅動該雙向發電機往該第二方向旋轉或擺動發電。
2. 如請求項1所述之液壓發電系統，其中該動力驅動裝置為浮筒、筏體、擺動板或擺動機構。
3. 如請求項1所述之液壓發電系統，其中當該活塞在該液壓缸內置中時，該第一連桿以及該第二連桿在該液壓缸內所佔之體積相同，且該第一腔室以及該第二腔室具有相同容積。
4. 如請求項1所述之液壓發電系統，其另包含： 一補充油箱，其容置有補充液壓油； 一第三油管，其連通於該液壓馬達以及該補充油箱，用來將從該液壓馬達漏出的內漏油輸送至該補充油箱； 一第四油管，其連通於該第一油管以及該第二油管；以及 一泵浦，其連通於該補充油箱以及該第四油管，該泵浦提供一固定壓力，用來將補充液壓油以及內漏油經由該第四油管泵送回該第一油管以及該第二油管。
5. 如請求項4所述之液壓發電系統，其另包含： 至少一止逆閥，其設置於該第四油管上，用來阻止補充液壓油以及內漏油回流至該第四油管。
6. 如請求項1所述之液壓發電系統，其中該液壓馬達為柱塞馬達。
7. 如請求項1所述之液壓發電系統，其中該液壓發電系統另包含一增速裝置或一減速裝置，其設置該液壓馬達與該雙向發電機之間。
8. 如請求項1所述之液壓發電系統，其中該雙向發電機包含： 一定子結構，其包含一定子本體以及複數個定子線圈，該定子本體上形成有複數個定子槽，該複數個定子線圈纏繞於該複數個定子槽；以及 一轉子結構，其包含一轉子本體，該轉子本體係以可擺動或可轉動的方式設置於該定子本體內，該轉子本體上形成有複數個轉子槽。
9. 如請求項8所述之液壓發電系統，其中該轉子結構另包含有分別設置於該複數個轉子槽內之複數個永久磁鐵，且該複數個永久磁鐵的數量與該複數個轉子槽的數量相同。

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