TW201914179A - 自給發電系統 - Google Patents
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Abstract
一種自給發電系統,包括串聯式轉子發電機、啟動馬達、蓄電池、負載電路、迴電電路及控制器。啟動馬達經由傳動機構連結至串聯式轉子發電機。蓄電池經由一導電線路電性連接於啟動馬達,負載電路電連接於串聯式轉子發電機與蓄電池之間,負載電路上並包括有負載。迴電電路電性連接於串聯式轉子發電機與啟動馬達之間。控制器包括一開關,並可控制開關切換於啟動模式或運轉模式,啟動模式是指開關導通導電線路、並斷開迴電電路,使蓄電池供電以啟動啟動馬達運轉,運轉模式是指開關斷開導電線路、並導通迴電電路,使串聯式轉子發電機所發電力持續供電給啟動馬達保持運轉。
Description
本發明係關於一種發電系統,特別是指一種自給發電系統。
發電機是把動能或其它形式的能量轉化成電能的裝置,然後配電網絡輸送至各種用電場所或設備。目前發電機系統一般是利用石化燃料、火力、水力、風力或太陽能等作為動力來源,然而,石化燃料或火力發電易造成空氣上的污染,且能量轉換損失高而導致發電效率不佳。水力、風力或太陽能發電不僅設置成本高、供電不穩定、且必須要有適合的環境及空間。
有鑑於此,於一實施例中,提供一種自給發電系統,包括串聯式轉子發電機、啟動馬達、蓄電池、負載電路、迴電電路及控制器。串聯式轉子發電機包括入力軸。啟動馬達包括出力軸,出力軸經由一傳動機構連結至入力軸。蓄電池經由一導電線路電性連接於啟動馬達,負載電路電性連接於串聯式轉子發電機與蓄電池之間,負載電路上並包括有至少一負載。迴電電路並聯於負載電路且電性連接於串聯式轉子發電機與啟動馬達之間。控制器包括一開關,開關耦接至導電線路與迴電電路,控制器控制開關可選擇性地切換於啟動模式或運轉模式,啟動模式是指開關導通導電線路、並斷開迴電電路,使蓄電池供電以啟動啟動馬達運轉,運轉模式是指開關斷開導電線路、並導通迴電電路,使串聯式轉子發電機所發電力持續供電給啟動馬達保持運轉。
綜上,根據本發明實施例之自給發電系統,在運作時,控制器可控制開關導通導電線路,使蓄電池供電以啟動啟動馬達運轉,啟動馬達即可經由傳動機構帶動串聯式轉子發電機運轉以產生電力。接著,控制器可控制開關斷開導電線路、並導通迴電電路,使串聯式轉子發電機運轉所產生的電力能經由迴電電路供電於啟動馬達保持運轉,以持續帶動串聯式轉子發電機運轉而產生電力,且串聯式轉子發電機運轉所產生的電力能同時經由負載電路供電於負載、並且回充蓄電池以作為啟動馬達的備援電力。藉此,透過電力驅動啟動馬達運轉以帶動串聯式轉子發電機產生電力的方式可達到成本低、減少汙染產生且不受環境限制等優點,此外,串聯式轉子發電機發出的電力除了供電負載之外,更提供啟動馬達持續運轉及回充蓄電池,達到提高發電效率與利用率並大幅減少電力損失。再者,透過串聯式轉子發電機與啟動馬達之串聯方式,使串聯式轉子發電機可符合高轉速與大電流之發電機效能。
在一實施例中,控制器可更電性連接有一偵測器,偵測器偵測並輸出偵測值,控制器於運轉模式下更比對偵測值小於閥值時,便控制開關導通導電線路,使蓄電池補償供電給啟動馬達保持運轉,以維持整個發電系統的運作。在一些實施例中,偵測值可指串聯式轉子發電機之電壓輸出值、或電流輸出值、或電機轉速值,或啟動馬達之馬達轉速值,或其組合。在一實施例中,控制器更可比對偵測值大於等於閥值時,便控制開關切換至運轉模式,使串聯式轉子發電機所發電力持續供電給啟動馬達保持運轉。
在一實施例中,迴電電路上更串接有一變壓器,控制器更電性連接有偵測器,偵測器偵測並輸出偵測值,控制器於運轉模式下更比對偵測值小於閥值時,便控制變壓器升壓,使串聯式轉子發電機所發電力升壓以持續供電給啟動馬達保持運轉。在一實施例中,控制器更比對偵測值大於等於閥值時,便控制停止變壓器運作,使串聯式轉子發電機以原始所發電力供電給啟動馬達持續保持運轉。
圖1為本發明自給發電系統一實施例之系統方塊圖。如圖1所示,本實施例之自給發電系統1包括有串聯式轉子發電機10、啟動馬達20、蓄電池30、負載電路40、迴電電路45及控制器50。在一些實施例中,自給發電系統1可為車用(例如電動車)的發電系統、空調用發電系統、或其它用電裝置之發電系統。
串聯式轉子發電機10與啟動馬達20可彼此連接並可同步連動,例如圖1所示,串聯式轉子發電機10可包括有一入力軸11,啟動馬達20可包括一出力軸21,出力軸21經由一傳動機構22連結至入力軸11,使啟動馬達20的出力軸21運轉時,可經由傳動機構22同步帶動串聯式轉子發電機10的入力軸11旋轉,其中,傳動機構22可為皮帶傳動機構、齒輪傳動機構、蝸輪蝸桿傳動機構、鏈條鏈輪傳動機構或其組合,本實施例並不限制。
在一實施例中,啟動馬達20可為一電動馬達而包括定子與轉子等部件,出力軸21可為轉子的轉軸,當啟動馬達20導通電流時,轉子可透過磁場效應而相對於定子旋轉,以將電能轉換為機械能。在一實施例中,串聯式轉子發電機10亦可包括有定子與轉子等部件,入力軸11可為轉子的轉軸,當啟動馬達20的出力軸21運轉而帶動入力軸11旋轉時,轉子可相對於定子轉動而形成感應電動勢,以將機械能轉換為電能從而產生感應電流。
蓄電池30具體上可為鉛蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池或鋰離子聚合物電池等可充電電池。且蓄電池30經由一導電線路31電性連接於啟動馬達20,以提供啟動馬達20運轉所需電力。
負載電路40電性連接於串聯式轉子發電機10與蓄電池30之間,負載電路40上並包括有至少一個負載41(在此是串接兩個負載41),使串聯式轉子發電機10所產生的電能可經由負載電路40傳輸至負載41與蓄電池30。在一實施例中,假設自給發電系統1為車用的發電系統,負載41可為汽車音響、車用儀錶、車用導航裝置、車燈或其組合或其它車輛電氣裝置。假設自給發電系統1為空調用發電系統,負載41可為冷氣壓縮機、送風機、循環泵、電動閥或其組合。
迴電電路45電性連接於串聯式轉子發電機10與啟動馬達20之間,使串聯式轉子發電機10所產生的電能可經由迴電電路45傳輸至啟動馬達20。在一實施例中,迴電電路45可與負載電路40彼此並聯。
控制器50可包括一開關51,開關51耦接至導電線路31與迴電電路45,控制器50具體上可為微處理器、微控制器、場編程閘陣列或邏輯電路等。控制器50可控制開關51選擇性地切換於一啟動模式或一運轉模式,其中啟動模式是指開關51導通導電線路31、並斷開迴電電路45(如圖1所示),而運轉模式是指開關51斷開導電線路31、並導通迴電電路45(如圖2所示)。
藉此,請參閱圖1所示,在一實施例中,自給發電系統1於運作時,控制器50可先控制開關51切換至啟動模式以導通導電線路31,使蓄電池30能電性連接並輸出電流於啟動馬達20,以啟動啟動馬達20運轉,並使啟動馬達20經由傳動機構22帶動串聯式轉子發電機10運轉而產生電力,串聯式轉子發電機10所發電力可傳輸至負載電路40以供電於負載41運作以及對蓄電池30進行充電。
如圖2所示,當串聯式轉子發電機10產生電力或者達到預定轉速時,控制器50即可控制開關51切換於至運轉模式以斷開導電線路31、並導通迴電電路45,使蓄電池30不續供電於啟動馬達20,此時,串聯式轉子發電機10所發電力可傳輸至迴電電路45以接替蓄電池30供電於啟動馬達20,使串聯式轉子發電機10所發電力能持續供電給啟動馬達20保持運轉,從而能持續帶動串聯式轉子發電機10產生電力。藉此,透過蓄電池30提供電力驅動啟動馬達20運轉以帶動串聯式轉子發電機10產生電力的方式可達到成本低且減少汙染產生之優點,此外,串聯式轉子發電機10發出的電力除了供電於負載41之外,更供電於啟動馬達20持續運轉使串聯式轉子發電機10能繼續產生電力、以及對蓄電池30進行充電以作為啟動馬達20的備援電力或者供電於其他用電裝置,達到提高發電效率與利用率並減少電力損失。
在一實施例中,控制器50可更電性連接有一偵測器,以偵測並輸出一偵測值,控制器50於運轉模式下可根據偵測值的變化選擇性地切換由蓄電池30輸出補償的電力。例如圖1與圖2所示,在本實施例中,控制器50電性連接一馬達轉速偵測器23,馬達轉速偵測器23用以持續偵測啟動馬達20的馬達轉速值。如圖2所示,在運轉模式下,也就是開關51導通迴電電路45,使串聯式轉子發電機10所發電力供電給啟動馬達20運轉的情況下,控制器50更比對馬達轉速值小於一閥值時,便控制開關51導通導電線路31,使蓄電池30補償供電給啟動馬達20保持運轉。舉例來說,假設啟動馬達20的理想轉速範圍介於5400RPM至6800RPM之間,在此理想轉速範圍下,啟動馬達20帶動串聯式轉子發電機10所產生的電力才足以供電於負載41、蓄電池30以及啟動馬達20維持運轉,因此,閥值可設定為5400RPM,當啟動馬達20的馬達轉速值小於5400RPM時,控制器50即控制開關51導通導電線路31(如圖1所示),使蓄電池30補償供電給啟動馬達20,以提高啟動馬達20的轉速而維持系統運作。當啟動馬達20的轉速大於等於5400RPM時,控制器50即可控制開關51切換回運轉模式(如圖2所示),使串聯式轉子發電機10所發電力持續供電給啟動馬達20保持運轉。
圖3為本發明自給發電系統另一實施例之系統方塊圖,如圖3所示,本實施例與圖1、圖2之實施例的差異在於,控制器50是電性連接一電機轉速偵測器12,電機轉速偵測器12用以持續偵測串聯式轉子發電機10的電機轉速值,當控制器50比對電機轉速值小於一閥值時,便控制開關51導通導電線路31,使蓄電池30補償供電給啟動馬達20保持運轉。舉例來說,假設串聯式轉子發電機10的理想轉速範圍於5400RPM至6800RPM之間,在此理想轉速範圍下,串聯式轉子發電機10所產生的電力才足以供電於負載41、蓄電池30以及啟動馬達20維持運轉,因此,閥值可設定為5400RPM,當串聯式轉子發電機10的電機轉速值小於5400RPM,控制器50即控制開關51導通導電線路31(如圖4所示),使蓄電池30補償供電給啟動馬達20,以提高啟動馬達20的轉速而同步提升串聯式轉子發電機10的轉速。當串聯式轉子發電機10的轉速大於等於5400RPM時,控制器50即可控制開關51切換回運轉模式(如圖3所示),使串聯式轉子發電機10所發電力持續供電給啟動馬達20保持運轉。
再如圖3所示,在一實施例中,控制器50也可電連接於電感測器13,電感測器13可偵測串聯式轉子發電機10所發電力之電壓輸出值或電流輸出值,當電壓輸出值或電流輸出值小於閥值時,例如電壓輸出值小於啟動馬達20的額定電壓時,控制器50即控制開關51導通導電線路31(如圖4所示),使蓄電池30補償供電給啟動馬達20,以提高啟動馬達20的轉速進而提升串聯式轉子發電機10所發電力之電壓輸出值或電流輸出值。當電壓輸出值或電流輸出值大於等於閥值時,例如電壓輸出值大於等於啟動馬達20的額定電壓時,控制器50即可控制開關51切換回運轉模式(如圖3所示),使串聯式轉子發電機10所發電力能夠持續供電給啟動馬達20保持運轉。
圖5為本發明自給發電系統又一實施例之系統方塊圖。如圖5所示,本實施例與上述實施例的差異在於,其中迴電電路45上更串接有一變壓器46,控制器50更電性連接於變壓器46,控制器50於運轉模式下比對偵測值小於一閥值時,是控制變壓器46升壓,使串聯式轉子發電機10所發電力升壓以持續供電給啟動馬達20保持運轉。舉例來說,當電感測器13偵測串聯式轉子發電機10所發電力之電壓輸出值小於啟動馬達20的額定電壓時,控制器50即控制該變壓器46升壓,使串聯式轉子發電機10所發電力升壓以持續供電給啟動馬達20保持運轉,當串聯式轉子發電機10所發電力之電壓輸出值大於等於啟動馬達20的額定電壓時,控制器50即停止變壓器46運作,使串聯式轉子發電機10能夠以原始所發電力供電給啟動馬達20持續保持運轉。在一些實施例中,控制器50也可根據串聯式轉子發電機10的電機轉速值、啟動馬達20的馬達轉速值或串聯式轉子發電機10所發電力之電流輸出值小於閥值時,控制變壓器46升壓,本實施例並不侷限。
在一實施例中,由於串聯式轉子發電機10所發電力可持續對蓄電池30進行充電作業,因此,蓄電池30可電性連接於系統其他用電元件(例如上述電機轉速偵測器12、電感測器13、馬達轉速偵測器23、變壓器46、控制器50或開關51等),以提供其他用電元件運作所需電力,而不須另外設置其他供電源而進一步降低成本並充分利用串聯式轉子發電機10所發電力。
雖然本發明的技術內容已經以較佳實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何熟習此技藝者,在不脫離本發明之精神所作些許之更動與潤飾,皆應涵蓋於本發明的範疇內,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧自給發電系統
10‧‧‧串聯式轉子發電機
11‧‧‧入力軸
12‧‧‧電機轉速偵測器
13‧‧‧電感測器
20‧‧‧啟動馬達
21‧‧‧出力軸
22‧‧‧傳動機構
23‧‧‧馬達轉速偵測器
30‧‧‧蓄電池
31‧‧‧導電線路
40‧‧‧負載電路
41‧‧‧負載
45‧‧‧迴電電路
46‧‧‧變壓器
50‧‧‧控制器
51‧‧‧開關
[圖1] 係本發明自給發電系統一實施例之系統方塊圖。 [圖2] 係本發明自給發電系統一實施例之切換示意圖。 [圖3] 係本發明自給發電系統另一實施例之系統方塊圖。 [圖4] 係本發明自給發電系統另一實施例之切換示意圖。 [圖5] 係本發明自給發電系統又一實施例之系統方塊圖。
Claims (10)
- 一種自給發電系統,包括: 一串聯式轉子發電機,包括一入力軸; 一啟動馬達,包括一出力軸,該出力軸經由一傳動機構連結至該入力軸; 一蓄電池,經由一導電線路電性連接於該啟動馬達; 一負載電路,電性連接於該串聯式轉子發電機與該蓄電池之間,該負載電路上並包括有至少一負載; 一迴電電路,電性連接於該串聯式轉子發電機與該啟動馬達之間;以及 一控制器,包括一開關,該開關耦接至該導電線路與該迴電電路,該控制器控制該開關可選擇性地切換於一啟動模式或一運轉模式,該啟動模式是指該開關導通該導電線路、並斷開該迴電電路,使該蓄電池供電以啟動該啟動馬達運轉,該運轉模式是指該開關斷開該導電線路、並導通該迴電電路,使該串聯式轉子發電機所發電力持續供電給該啟動馬達保持運轉。
- 如請求項1所述之自給發電系統,其中該控制器更電性連接有一偵測器,該偵測器偵測並輸出一偵測值,該控制器於該運轉模式下更比對該偵測值小於一閥值時,便控制該開關導通該導電線路,使該蓄電池補償供電給該啟動馬達保持運轉。
- 如請求項2所述之自給發電系統,其中該偵測值係指該串聯式轉子發電機之一電壓輸出值、或一電流輸出值、或一電機轉速值,或該啟動馬達之一馬達轉速值,或其組合。
- 如請求項2所述之自給發電系統,其中該控制器更比對該偵測值大於等於該閥值時,便控制該開關切換至該運轉模式,使該串聯式轉子發電機所發電力持續供電給該啟動馬達保持運轉。
- 如請求項1所述之自給發電系統,其中該迴電電路上更串接有一變壓器,該控制器更電性連接有一偵測器,該偵測器偵測並輸出一偵測值,該控制器於該運轉模式下更比對該偵測值小於一閥值時,便控制該變壓器升壓,使該串聯式轉子發電機所發電力升壓以持續供電給該啟動馬達保持運轉。
- 如請求項5所述之自給發電系統,其中該偵測值係指該串聯式轉子發電機之一電壓輸出值、或一電流輸出值、或一電機轉速值,或該啟動馬達之一馬達轉速值,或其組合。
- 如請求項5所述之自給發電系統,其中該控制器更比對該偵測值大於等於該閥值時,便控制停止該變壓器運作,使該串聯式轉子發電機以原始所發電力供電給該啟動馬達持續保持運轉。
- 如請求項1所述之自給發電系統,其中該傳動機構為一皮帶傳動機構、一齒輪傳動機構、一蝸輪蝸桿傳動機構、一鏈條鏈輪傳動機構或其組合。
- 如請求項1所述之自給發電系統,其中該至少一負載包括一汽車音響、一車用儀錶、一車用導航裝置、一車燈或其組合。
- 如請求項1所述之自給發電系統,其中該至少一負載包括一冷氣壓縮機、一送風機、一循環泵、一電動閥或其組合。
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