TWI756120B - 盤式發電機之改良結構 - Google Patents

Abstract

一種盤式發電機之改良結構，包括：複數個線圈繞體，係呈內、外環圈的形態環設於轉動軸之周緣，其中，外環圈的線圈繞體數量為內環圈的倍數，且內環圈的每一線圈繞體與其鄰近的外環圈線圈繞體形成一導體群組；二轉子載盤，環設有複數個磁鐵塊，其個別具有NS磁極，係組設於該線圈繞體兩側之轉動軸上旋轉，其磁鐵塊與內環圈的線圈繞體的數量差1，且其兩兩相鄰及兩兩相對者的磁極相異；藉此，轉動軸帶動該轉子載盤旋轉，則其磁鐵塊將相對於該繞線群組內的線圈繞體產生位移，使其造成磁場變化而產生感應電流；由於內、外環圈的線圈繞體與磁鐵塊之間形成三重錯位的配置，將驅使轉子轉動更為順暢，進而增大感應電流的大小與發電的效益。

Description

盤式發電機之改良結構

本發明係有關一種發電機，尤指應用內、外環圈的線圈繞體與磁鐵塊之間形成三重錯位的配置，使轉子轉動更為順暢之一種盤式發電機之改良結構。

按，發電機的功能在將動能轉換成電能，其動能係經由動力軸輸入至發電機內部，並利用轉子上的永久磁鐵與對應設置之定子組的線圈相互作用後，產生電能並經由導線輸出給應用端。次按，由動能驅動使轉子帶動轉子上的磁鐵同步旋轉，再由磁鐵的磁力線對定子上的線圈產生磁力切割，使定子上的線圈發生磁場變化，進而產生感應電流發電，係為盤式發電機之發電原理。

再按，盤式發電機的線圈必須符合下列特性：(1) 線圈的厚度一定要一致，線圈與磁鐵的距離才能有效降低，則磁力切割線圈才會平均，磁力才能提升，且發電機才不會產生抖動的現象；(2)線圈的匝數必須一致，內阻才能有效降低，其電力輸出才能順暢；(3)線圈纏繞的方向必須相同，其所感應的電流方向才會相同，如果電流方向不相同，則兩個反向電流將相互抵消，其產電效益將不增反減。

圖1所示，為專利編號TW M599054盤式發電機結構，包括一定子載盤910、一轉軸部920、二轉子載盤930、複數環設於轉子載盤930上之磁性元件931、複數環設於定子載盤910上之線圈繞體940、至少一連續纏繞於該線圈繞體940上之線圈部960，且各線圈繞體940上之線圈匝數與繞線方向皆相同，並利用磁性元件931與線圈繞體940在數量上規律的配置，以有效提升各線圈部960的電流值，並疊加各線圈繞體940的發電量。

經查，該線圈繞體940其鄰近軸心處的截面積遠小於其鄰近外周緣者，如圖2所示，由於鄰近軸心處的線圈過擠，且因繞線的線徑有一定大小，所以鄰近軸心處的磁通量密度將遠大於外周緣處，由於磁通量密度的差異將使轉子載盤930與轉軸部920的運轉產生不順暢的現象，將進一步減少感應電流的輸出，同時降低了發電的效益。

有鑒於習知盤式發電機其線圈繞體的截面積大幅差異而影響了發電的效益，因此如何減少線圈繞體中其磁通量密度的變化，便成為本發明人積極思考所欲突破的課題。

緣是，本發明之主要目的，係在提供一種可減少線圈繞體中其磁通量密度的變化，同時使線圈繞體與磁鐵塊之間形成多重錯位，以驅使轉子轉動更為順暢，進而增大感應電流輸出之盤式發電機之改良結構。

為達上述目的，本發明包括：一機殼，為一中空框體，其內緣形成一容室，一定子環圈，係固設於該容室內；一轉動軸，為一桿體，係穿設該機殼之軸座，且承接一外部傳動件之帶動而在該軸座中樞轉；複數個線圈繞體 ，係呈內、外環圈的形態配置，其中，該外環圈的線圈繞體係嵌設於該定子環圈內，該內環圈的線圈繞體則樞設於該轉動軸之周緣，複數個線圈繞體中，其個別之線圈匝數與繞線方向均相同，且該外環圈其線圈繞體的數量為該內環圈者的倍數，而內環圈的每一線圈繞體與其鄰近的外環圈線圈繞體形成一導體群組；再令該複數個線圈繞體區分為至少二組之繞線群組，且各別之繞線群組係由一導線頭尾連結若干個線圈繞體而成；二轉子載盤，係有間隙地組設於該複數個線圈繞體兩側之轉動軸上並與其同步旋轉，複數片磁鐵塊，其個別具有NS磁極，令其數量與該內環圈之線圈繞體的數量相差一個，且係環設於該轉子載盤並臨近於該線圈繞體之面側，又令其兩兩相鄰之磁鐵塊其磁極相異，且該二轉子載盤上之磁鐵塊其兩兩相對之磁極相異；至少二組之輸出部，其數量對應於該繞線群組，該輸出部係個別穿設於該機殼之殼壁，而每一組之繞線群個別並聯一輸出線，且分別自該輸出部穿出該機殼外緣。

藉此，該轉動軸藉由外部傳動件之驅轉而帶動該轉子載盤旋轉，則該轉子載盤上的磁鐵塊將相對於該繞線群組內的線圈繞體產生位移，使線圈繞體感應到磁鐵塊所造成的磁場變化而產生感應電流；由於內、外環圈的線圈繞體與磁鐵塊之間形成三重錯位的配置，將驅使轉子轉動更為順暢，進而增大感應電流的大小與發電的效益。

依據前揭特徵，本發明中每一導體群組係以一導線連結其線圈繞體，使該導體群組之線圈繞體形成一繞線群組。

依據前揭特徵，本發明中該內環圈的線圈繞體係以一導線連結據以形成一繞線群組，而該外環圈的線圈繞體則以另二導線採間隔方式連結，據以形成另二繞線群組。

依據前揭特徵，本發明中該轉子載盤其磁鐵相對側之轉動軸上，更組設一與該轉動軸同步旋轉之風扇，該風扇具有若干葉片，用以降低該複數個線圈繞體內其感應電流所產生的熱量。

藉助前揭特徵，本發明「盤式發電機之改良結構」具有之效益為： (1)本發明中其內環圈的每一線圈繞體與其鄰近的外環圈之線圈繞體形成一導體群組，由於同一導體群組內之線圈繞體其截面積相似，則其繞線的匝數相近，其感應之電流量也大致相同；且個別線圈繞體內其上緣處與下緣處的寬窄變化不大，故其個別磁通量的作用面積無什差異，個別線圈繞體其上、下緣磁通量密度亦相近，因此將驅使轉子運轉過程形成較小的阻力，同時產生更大的感應電流量。 (2) 本發明中其轉子載盤被轉動軸帶動旋轉，磁鐵塊與線圈繞體之間將產生感應電流與反電動勢，而反電動勢將與二轉子載盤之磁鐵塊形成吸力與斥力；由於磁鐵塊與內環圈線圈繞體的數量差1，則磁鐵塊與線圈繞體將產生錯位；加上同一導體群組內包含有內、外環圈共3個線圈繞體，故而磁鐵塊將與同一導體群組之間形成三重錯位的現象，而該錯位的過程中將使其吸力與斥力的相互作用趨於平緩，因此本發明的轉子轉動將更為順暢，進而增大感應電流的大小與發電的效益。

首先，請參閱圖3～5所示，為本發明盤式發電機之改良結構100，包括：一機殼(圖未示)，為一中空框體，其內緣形成一容室；一轉動軸10，為一桿體，係穿設該機殼之軸座，且承接一外部傳動件(圖未示)之帶動而在該軸座中樞轉；一定子環圈20，其為一環狀體，係組設於該機殼之容室內(圖未示)，二只滾珠軸承27對應該定子環圈20之內緣而樞設於該轉動軸10上，複數個線圈繞體22，係呈內、外環圈20A/20B的形態環設於該容室內，且該外環圈20B的線圈繞體22係嵌設在該定子環圈20內，而該內環圈20A的線圈繞體22則環設於該滾珠軸承27外；次者，該外環圈20B其線圈繞體22數量為該內環圈20A者的倍數，且內環圈20A的每一線圈繞體22與其鄰近的外環圈20B之線圈繞體22形成一導體群組20C；再者，複數個線圈繞體22中，其個別之線圈匝數與繞線方向均相同，且該複數個線圈繞體22區分為至少二組之繞線群組(圖未示)，而各別之繞線群組係由一導線23頭尾連結若干個線圈繞體而成。

承上，二只轉子載盤，包含第一轉子載盤30A與第二轉子載盤30B，其係有間隙地組設於該複數個線圈繞體22的兩側，且透過螺絲33將其軸座32鎖固於該轉動軸10，使該第一轉子載盤30A及第二轉子載盤30B與轉動軸10同步旋轉，複數片磁鐵塊，包含第一磁鐵塊31a與第二磁鐵塊31b，其磁鐵塊個別具有NS極，係環設於該第一轉子載盤30A與第二轉子載盤30B且臨近於該線圈繞體22之面側，並令其兩兩相鄰者之磁極相異，以及兩兩相對者之磁極相異，亦即該第一磁鐵塊31a與第二磁鐵塊31b，個別相鄰之磁極係以NS.NS…的方式來配置，而個別相對之磁極係以 NS ＜-＞ SN、NS ＜-＞ SN…的方式來配置，請參閱圖3B所示；二組以上之輸出部28，其數量對應於該繞線群組的組數，本實施例中，輸出部28的數量與該繞線群組的組數同為3，又，該輸出部28係個別穿設於該定子環圈20之殼壁，而每一繞線群組個別並聯一輸出線29，且分別自該輸出部28穿出該殼壁外緣。二組風扇40，分別組設於該第一轉子載盤30A與第二轉子載盤30B的外側，該風扇40具有若干葉片41，且其中心設有一軸孔42，套入轉子載盤的軸座32外緣並以螺絲43鎖固，可使該風扇40與轉動軸10同步旋轉，進而降低該複數個線圈繞體22內其感應電流所產生的熱量。

圖6A～6B所示，為本發明中第一轉子載盤30A與第二轉子載盤30B上，其第一磁鐵塊31a及第二磁鐵塊31b與該複數個線圈繞體22的配置狀態；以第一轉子載盤30A為例，惟第二轉子載盤30B的結構亦相同；其主要特徵為，該第一磁鐵塊31a的數量與內環圈20A之線圈繞體22的數量相差一個，且外環圈20B之線圈繞體22的數量為內環圈20A者的倍數，而本實施例中，該第一磁鐵塊31a的數量為6(a1、a2…a6)，外環圈20B之線圈繞體22的數量為10(b1、b2…b10)，內環圈20A之線圈繞體22的數量為5(c1、c2…c5)；所以，第一磁鐵塊31a與內環圈20A之線圈繞體22的數量相差一個，且外環圈20B之線圈繞體22的數量為內環圈20A者的2倍；再者，內環圈20A的每一線圈繞體22與其鄰近的外環圈20B之線圈繞體22形成一導體群組20C，則如圖6C所示，內環圈20A的c1號線圈繞體22與外環圈20B之b1、b2線圈繞體22形成同一組之導體群組20C，由於b1、b2、c1三者的截面積相似，且個別之上緣處與下緣處的寬窄變化不大，故其個別磁通量的作用面積無什差異，個別之線圈繞體22其上、下緣的磁通量密度相近，因此將使第一轉子載盤30A的運轉過程形成較小的阻力同時產生更大的感應電流量。

請進一步參閱圖7A〜7B所示，該圖式係以第一轉子載盤30A為例，惟第二轉子載盤30B的結構亦相同；其中，圖7A為本發明中其三重錯位之態樣一，該第一轉子載盤30A之第一磁鐵塊31a的數量為6，內環圈20A之線圈繞體22的數量為5，第一磁鐵塊31a比內環圈20A線圈繞體22的數量多一個；圖7B為本發明中其三重錯位之態樣二，該第一轉子載盤30A之第一磁鐵塊31a的數量為4，內環圈20A之線圈繞體22的數量為5，第一磁鐵塊31a比內環圈20A線圈繞體22的數量少一個；本實施例中其第一轉子載盤30A被轉動軸10帶動旋轉，第一磁鐵塊31a與線圈繞體22之間將產生感應電流與反電動勢，而反電動勢將與第一磁鐵塊31a形成吸力與斥力；由於第一磁鐵塊31a與內環圈20B線圈繞體22的數量相差1個(圖7A多一個，圖7B少一個)，則第一磁鐵塊31a與內環圈20B之線圈繞體22將產生錯位；加上同一導體群組20C內包含有內、外環圈20A/20B共3個線圈繞體22，故而第一磁鐵塊31a將與同一導體群組20C之間形成三重錯位的現象；例如編號a1之第一磁鐵塊31a因旋轉而通過編號d1之導體群組20C，由於其包含有編號b1、b2、c1之線圈繞體22，因此該a1之第一磁鐵塊31a與編號d1之導體群組20C之間形成了三重錯位的現象，而該錯位的過程中將使其吸力與斥力的相互作用趨於平緩，因此本發明中的第一轉子載盤30A與第二轉子載盤30B其轉動將更為順暢，進而增大感應電流的大小與發電的效益。

本發明中該複數個線圈繞體22係區分為若干組之繞線群組，而各別之繞線群組係由一導線23頭尾連結複數個線圈繞體22而成；圖8所示，為繞線群組第一種態樣之配置，其係將編號d1之內全部之線圈繞體22(編號b1、b2、c1)分別以一導線23將其連結，使該編號d1導體群組20C內之b1、b2、c1線圈繞體22形成同一繞線群組；由於本實施例中其內環圈20A之線圈繞體22的數量為5，同時每一導體群組20C係由內環圈20A內的線圈繞體22與其鄰近的外環圈20B之線圈繞體22所形成，因此第一種態樣中有5組導體群組20C，且進而形成5組之繞線群組。圖9所示，為繞線群組第二種態樣之配置，其係將內環圈20A的線圈繞體22(c1、c2、c3、c4、c5)以一導線23連結形成一繞線群組，另將外環圈20B的線圈繞體22以另二導線23採間隔方式連結，即b1、b3、b5、b7、b9一組，b2、b4、b6、b8、b10一組，據以形成另二繞線群組，因此第二種態樣中將有3組之繞線群組。

綜上所述，本發明所揭示之技術手段，確具「新穎性」、「進步性」及「可供產業利用」等發明專利要件，祈請  鈞局惠賜專利，以勵發明，無任德感。

惟，上述所揭露之圖式、說明，僅為本發明之較佳實施例，大凡熟悉此項技藝人士，依本案精神範疇所作之修飾或等效變化，仍應包括在本案申請專利範圍內。

10:轉動軸 20:定子環圈 20A:內環圈 20B:外環圈 20C:導體群組 22:線圈繞體 23:導線 27:滾珠軸承 28:輸出部 29:輸出線 30A:第一轉子載盤 30B:第二轉子載盤 31a:第一磁鐵塊 31b:第二磁鐵塊 32:軸座 33:螺絲 40:風扇 41:葉片 42:軸孔 43:螺絲 100:盤式發電機之改良結構

圖1 係習用盤式發電機之分解立體圖。 圖2 係習用繞線載體其截面積差異之結構示意圖。 圖3A係本發明之分解立體圖。 圖3B係本發明中二轉子載盤其磁鐵塊之磁極配置圖。 圖4 係本發明之組合立體圖。 圖5 係本發明之組合剖視圖。 圖6A係本發明實施例中其磁鐵塊之配置圖。 圖6B係本發明實施例中其繞線載體之配置圖。 圖6C係本發明實施例中其導體群組之配置圖。 圖7A係本發明中其三重錯位態樣一之示意圖。 圖7B係本發明中其三重錯位態樣二之示意圖。 圖8 係本發明中其繞線群組態樣一之示意圖。 圖9 係本發明中其繞線群組態樣二之示意圖。

10:轉動軸

20:定子環圈

20A:內環圈

20B:外環圈

22:線圈繞體

27:滾珠軸承

28:輸出部

29:輸出線

30A:第一轉子載盤

30B:第二轉子載盤

31a:第一磁鐵塊

31b:第二磁鐵塊

32:軸座

33:螺絲

40:風扇

41:葉片

42:軸孔

43:螺絲

100:盤式發電機之改良結構

Claims (4)

1. 一種盤式發電機之改良結構，包括： 一機殼，為一中空框體，其內緣形成一容室，一定子環圈，係固設於該容室內； 一轉動軸，為一桿體，係穿設該機殼之軸座，且承接一外部傳動件之帶動而在該軸座中樞轉； 複數個線圈繞體，係呈內、外環圈的形態配置，其中，該外環圈的線圈繞體係嵌設於該定子環圈內，該內環圈的線圈繞體則樞設於該轉動軸之周緣，複數個線圈繞體中，其個別之線圈匝數與繞線方向均相同，且該外環圈其線圈繞體的數量為該內環圈者的倍數，而內環圈的每一線圈繞體與其鄰近的外環圈線圈繞體形成一導體群組；再令該複數個線圈繞體區分為至少二組之繞線群組，且各別之繞線群組係由一導線頭尾連結若干個線圈繞體而成； 二轉子載盤，係有間隙地組設於該複數個線圈繞體兩側之轉動軸上並與其同步旋轉，複數片磁鐵塊，其個別具有NS磁極，令其數量與該內環圈之線圈繞體的數量相差一個，且係環設於該轉子載盤並臨近於該線圈繞體之面側，又令其兩兩相鄰之磁鐵塊其磁極相異，且該二轉子載盤上之磁鐵塊其兩兩相對之磁極相異； 至少二組之輸出部，其數量對應於該繞線群組，該輸出部係個別穿設於該機殼之殼壁，而每一組之繞線群個別並聯一輸出線，且分別自該輸出部穿出該機殼外緣； 藉此，該轉動軸藉由外部傳動件之驅轉而帶動該轉子載盤旋轉，則該轉子載盤上的磁鐵塊將相對於該繞線群組內的線圈繞體產生位移，使線圈繞體感應到磁鐵塊所造成的磁場變化而產生感應電流；由於內、外環圈的線圈繞體與磁鐵塊之間形成三重錯位的配置，將驅使轉子載盤的轉動更為順暢，進而增大感應電流的大小與發電的效益。
2. 如申請專利範圍第1項所述之盤式發電機之改良結構，其中，每一導體群組係以一導線連結其線圈繞體，使該導體群組之線圈繞體形成一繞線群組。
3. 如申請專利範圍第1項所述之盤式發電機之改良結構，其中，該內環圈的線圈繞體以一導線連結據以形成一繞線群組，該外環圈的線圈繞體則以另二導線採間隔方式連結，據以形成另二繞線群組。
4. 如申請專利範圍第1項所述之盤式發電機之改良結構，其中，該轉子載盤其磁鐵塊相對側之轉動軸上，更組設一與該轉動軸同步旋轉之風扇，該風扇具有若干葉片，用以降低該線圈繞體內其感應電流所產生的熱量。

Images