TWI462437B - High performance power generation - Google Patents

Description

高效能發電裝置

本發明係有關一種發電裝置，尤指一種定子與轉子可相對進行旋轉之發電裝置。

人類自從發現電能以來，電能即大大地改善了人類的生活，在物質文明的層面上，造就了驚人的進步。由於對電能的極度依賴與大量的需求，人類不斷地從事各種能源的開發，以求獲取轉換為電能，而目前最常見的發電方式就是透過發電機來進行發電。

發電機主要的構成元件為一定子和一轉子，並於該定子及該轉子上設置相對應的線圈及磁鐵，當該轉子相對於該定子轉動，根據英國物理學家法拉第所發現的電感效應，該定子及該轉子提供磁力線的切割，才能產生電流。

請見中華民國專利證書第M326582號，其揭示一種直接驅動外轉式發電機，其包含一主軸、一轉子外殼、複數永久磁石、一定子支撐殼體、一定子線圈及一轉子背鐵環，藉由該主軸帶動該轉子轉動，而該磁石相對該線圈轉動，該線圈繞組感應即可產生交流電。

前項技術為傳統的發電機結構，亦即定子固定而藉由轉子的轉動使線圈及磁石因磁力線的切割而產生電流，此種結構的缺失在於電量的大小完全取決於轉子輸入的轉速大小，若要輸出更大的電力時，則需要以更大的功率來帶動該轉子產生更快的轉速；有鑑於此，相關業界便研發出一種可在有限的轉子輸入速度下仍能維持相當的輸出電量， 也就是將定子設計為可相對轉子旋轉運動。

請參考中華民國公開專利第200409438號，其揭示一種高效率發電機，該發電機具有一轉子及一定子，該轉子位於該定子內，轉子和定子都在各自的動力驅動機構驅動下圍繞同一軸芯獨立地作反方向的旋轉運動。

請再參中華民國專利公開第201027884號，其揭示一種發電機，該發電機具有一線圈部及一磁極部，且該線圈部及該磁極部可以相反方向轉動。

前述兩項技術皆將轉子及定子(亦即線圈部及磁極部)設計為可獨立轉動，進而提升相對轉速及發電量，但其以葉片作為驅動機構則使發電機的體積過於龐大。

請參見中華民國公開專利第201025796號，其揭示一種提高發電效率的發電機裝置，其具有一動力輸出裝置及一發電機組，該發電機組包括有一差速齒輪組、一磁場旋轉子及一電樞旋轉子，而該磁場旋轉子表面設置有磁鐵，該電樞旋轉子相對該磁鐵設有電樞，藉由該差速齒輪組而使該磁場旋轉子及該電樞旋轉子進行相反方向的轉動。

前項技術利用設置一差速齒輪組而使該電樞旋轉子及該磁場旋轉子產生相反方向的旋轉，以獲取較多的電流，但是此種以傘齒輪為驅動機構的作動方式相當佔用空間，且零件較多造成結構複雜及維修困難等缺失。

本發明之主要目的，在於解決前述技術之旋轉速度不足所造成發電量隨之不足、以及體積過大之缺失，或是為達到更高轉速而提高相關零組件的質量要求、因而造成成本相對提高。.

為達上述目的，本發明提供一種高效能發電裝置，其具有一第一轉動件及一第二轉動件，該第一轉動件具有一可轉動的轉軸及一 固設於該轉軸的轉子，且該轉軸與該轉子分別設有一第一齒輪與一第一電磁部，令該轉軸可連動該轉子與該第一齒輪產生一第一旋轉行程；而該第二轉動件具有一第一容置空間以設置該第一轉動件，且該第二轉動件設有一內齒圈以及一對應該第一電磁部的第二電磁部。

其中，該第一轉動件與該第二轉動件之間設有至少一傳動齒輪，該傳動齒輪係嚙合於該第一齒輪與該內齒圈，且於該轉軸的第一旋轉行程中受該第一齒輪帶動，並連動該內齒圈，使該內齒圈帶動該第二轉動件產生一與該第一旋轉行程方向相反的第二旋轉行程，藉此，使該第一旋轉件的第一電磁部與該第二旋轉件的第二電磁部可產生方向相反的旋轉，以增加相對旋轉的速度，而提升轉換電力的輸出。

在本發明的一實施態樣中，該第一電磁部及第二電磁部可選擇性更換為相互對應的感應線圈及磁鐵。該第二轉動件設置於一外殼內，且該第二轉動件設有複數軸承以支撐於該外殼進行旋轉，而該外殼的二端分別接設有一蓋體。其中一蓋體固設至少一用以固定該傳動齒輪的固定軸，另一蓋體則可設置引電裝置；此外，該第二旋轉件表面設有導流溝槽，而該外殼相對設有複數流體通孔，因此，該第二轉動件於該第二旋轉行程中，可由該流體通孔導引冷卻流體於該導流溝槽內形成散熱冷卻流動，達到良好的散熱對流。

透過上述的技術特徵，本發明除了可在不增加轉子轉速的情況下，達到提升電力輸出的效果，相較於既有技術，更可以減少組裝構件、以縮小發電裝置的體積並節省成本。

10‧‧‧第一轉動件

11‧‧‧轉軸

111‧‧‧第一齒輪

12‧‧‧轉子

121‧‧‧第一電磁部

20‧‧‧第二轉動件

21‧‧‧第一容置空間

22‧‧‧內齒圈

23‧‧‧第二電磁部

24‧‧‧軸承

25‧‧‧導流溝槽

26‧‧‧第一容置槽

30‧‧‧傳動齒輪

40‧‧‧外殼

41‧‧‧第二容置空間

42‧‧‧流體進口

43‧‧‧流體出口

44‧‧‧第二容置槽

45‧‧‧氣密環

50‧‧‧蓋體

501‧‧‧固定軸

圖1，係本發明之分解示意圖。

圖2，係本發明結構剖面示意圖。

圖3，係本發明另一方向之結構剖面示意圖。

有關本發明之詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：請參見「圖1」，本發明為一高效能發電裝置，其具有一第一轉動件10、一第二轉動件20以及一外殼40，該第二轉動件20內部具有一第一容置空間21以裝設該第一轉動件10，且該外殼40內部具有一第二容置空間41以設置該第二轉動件20，並於該外殼40兩端分別設有一蓋合該外殼40的蓋體50，該蓋體50固設至少一固定軸501，藉該二蓋體50使該第一轉動件10與該第二轉動件20可一併收納於該外殼40中；該第二轉動件20及該外殼40設有相對應的第一容置槽26及第二容置槽44以裝設一氣密環45，且該第二轉動件20周圍更設有複數軸承24，使該第二轉動件20得以旋轉支撐於該外殼40中。

本發明所述的第一轉動件10係包含一轉軸11及一固設於該轉軸11之轉子12，該轉軸11上固設有一第一齒輪111，且該轉子12具有一第一電磁部121；而該第二轉動件20設有一內齒圈22，以及一對應於該第一電磁部121的第二電磁部23；於本實施例中該第一電磁部121為感應線圈，該第二電磁23部為磁鐵，但兩者可選擇性因應設計者需求而相互更換，不以此實施態樣為限制；該第一齒輪111及該內齒圈22之間更設有至少一傳動齒輪30，該傳動齒輪30旋轉裝設於該固定軸501上，且該傳動齒輪30嚙合於該第一齒輪111及該內齒圈22。於本實施例中該傳動齒輪30有三個並以等角度120°做平均分佈，該傳動齒輪30的數量以及角度配置，僅為可能實施態樣，不受前述所限制。如是構成本發明的主要架構。

另請參見「圖2」，本發明係利用該第一轉動件10及該第二轉動件20之相對旋轉所造成磁場變化而產生電力，如圖所示，該轉軸11可受一內燃機(如柴油引擎、汽油引擎)、蒸汽機、風力或水力等方 式來驅動，使該轉軸11連動該轉子12與該第一齒輪111產生一第一旋轉行程(如圖中所示的順時針方向旋轉)；而在該轉軸11的第一旋轉行程中，該第一齒輪111將帶動該傳動齒輪30反向旋轉(如圖中所示的逆時針方向旋轉)，並透過該傳動齒輪30帶動該第二轉動件20的內齒圈22，使該第二轉動件20產生一與該第一旋轉行程方向相反的第二旋轉行程(如圖中所示的逆時針方向旋轉)，令該第一轉動件10的第一電磁部121及該第二轉動件20的第二電磁部23因相互運動而產生電磁效應，該第一電磁部121於該第二電磁部23之磁場內相對運動而產生電流，在該第一轉動件10旋轉速度不變情況下，本發明因該第二轉動件20可相對於該第一轉動件10旋轉而得到更多的電能輸出，其中，該第一齒輪111齒數越接近該內齒圈22齒數則可得到越快的相對轉速，相對的輸出功率也越高。

再請參見「圖3」所示，該第二轉動件20設有導流溝槽25，於本實施例中，該導流溝槽25以螺旋環繞的方式設置於該第二轉動件20的表面。而該外殼40設有至少一流體進口42以及至少一流體出口43，該流體進口42與該流體出口43相連通於該導流溝槽25。該第二轉動件20受該第一轉動件10及該傳動齒輪30帶動而旋轉產生該第二旋轉行程時，該導流溝槽25隨之轉動，此時，外部冷卻流體經由該流體進口42進入該導流溝槽25，並由該流體出口43排出，於該導流溝槽25內產生一散熱流，使該第二轉動件20能夠得到良好的散熱效果。於本發明中所稱冷卻流體，包含冷卻氣體、冷卻油或者其他冷卻液體等，而該流體進口42及流體出口43更可設置濾網裝置以過濾雜質。

綜上所述，本發明利用於該第一轉動件10上設置該第一齒輪111，並在該第二轉動件20設有該內齒圈22，及於該第一齒輪111及該內齒圈22之間設置該傳動齒輪30，使該第二轉動件20可相對於該第一轉動件10進行反向旋轉，進而提高相對旋轉速度並增加發電量，且 由於將該變換旋轉方向的傳動齒輪30設置於該第一轉動件10及該第二轉動件20之間，而能夠有效的節省空間，更能馬上應用於現有的發電機結構上，達到經濟實用的功效。

以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍內。

10‧‧‧第一轉動件

11‧‧‧轉軸

111‧‧‧第一齒輪

12‧‧‧轉子

121‧‧‧第一電磁部

20‧‧‧第二轉動件

21‧‧‧第一容置空間

22‧‧‧內齒圈

23‧‧‧第二電磁部

24‧‧‧軸承

25‧‧‧導流溝槽

26‧‧‧第一容置槽

30‧‧‧傳動齒輪

40‧‧‧外殼

41‧‧‧第二容置空間

42‧‧‧流體進口

43‧‧‧流體出口

44‧‧‧第二容置槽

45‧‧‧氣密環

50‧‧‧蓋體

501‧‧‧固定軸

Claims (7)

1. 一種高效能發電裝置，其包括：一外殼，具有一第二容置空間；一第一轉動件，設置於該第二容置空間內，具有一轉軸、一固設於該轉軸的轉子、一固定於該轉軸的第一齒輪及一固定於該轉子的第一電磁部，該第一轉動件可產生一第一旋轉行程；一第二轉動件，設置於該第二容置空間內，具有一第一容置空間以容置該第一轉動件，並具有一內齒圈、一相對應該第一電磁部的第二電磁部、以及與該外殼內壁接觸使該第二轉動件支撐並旋轉於該外殼內的複數軸承；以及至少一傳動齒輪，該傳動齒輪軸接於相對該外殼上的固定位置並與該第一齒輪及該內齒圈相互嚙合，該傳動齒輪於該第一旋轉行程帶動該第二轉動件產生一與該第一旋轉行程方向相反的第二旋轉行程，使該第一電磁部與該第二電磁部相對運動而產生電能。
2. 如申請專利範圍第1項所述之高效能發電裝置，其中，該第一電磁部為感應線圈，該第二電磁部為磁鐵。
3. 如申請專利範圍第1項所述之高效能發電裝置，其中，該第一電磁部為磁鐵，該第二電磁部為感應線圈。
4. 如申請專利範圍第1項所述之高效能發電裝置，其中，該外殼設有至少一流體進口以及至少一流體出口。
5. 如申請專利範圍第4項所述之高效能發電裝置，其中，該第二轉動件之表面設有導流溝槽，該第二轉動件於第二旋轉行程時冷卻流體可經由該流體進口進入該導流溝槽，並由該流體出口排出以進行散熱。
6. 如申請專利範圍第1項所述之高效能發電裝置，其中，該第二轉動件及該外殼分別具有至少一第一容置槽及第二容置槽，該第 一容置槽及第二容置槽之間設有一氣密環。
7. 如申請專利範圍第1項所述之高效能發電裝置，其中，該外殼接設有二相對之蓋體，該些蓋體分別具有至少一供該傳動齒輪旋轉設置的固定軸。