TW202100409A - 馬格努斯轉子 - Google Patents

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Abstract

本案係揭露一種馬格努斯轉子，位於流動的流體中，以自身的旋轉造成馬格努斯效應而產生升力。馬格努斯轉子包含馬格努斯轉子本體及第一葉片組。馬格努斯轉子本體包含圓柱側壁、第一端及第二端。第一端係設置於圓柱側壁之一側。第二端係設置於圓柱側壁之另一側，且與第一端相對設置，第二端之中點及第一端之中點之間的連線係構成軸向，馬格努斯轉子以軸向為軸心而旋轉。第一葉片組包含以環繞方式設置的複數個第一葉片，且與第一端相鄰設，每一第一葉片朝一方向傾斜，當馬格努斯轉子旋轉時，傾斜的葉片推動流體以加強馬格努斯效應使升力增大。

Description

馬格努斯轉子
本案係揭露一種轉子，尤指一種馬格努斯轉子。
於一些利用流體動能而獲得推力的系統，例如船舶的風力推進系統及風力發電裝置等等，通常使用馬格努斯轉子，以利用馬格努斯效應(Magnus effect)而使馬格努斯轉子在轉動的過程中產生推力，進而推動船舶或風力發電裝置。
第1圖係為習知馬格努斯轉子之俯視結構示意圖。如圖所示，習知馬格努斯轉子r為一圓柱構造，且可自轉，例如為第1圖所示以順時針方向自轉，且角速度為V1，而流體W之速度為V2，因此轉子r依據馬格努斯效應產生升力F，而升力F的大小與馬格努斯轉子r之角速度V1及流體速度V2成正比，且方向垂直於流體W的速度V2之方向，當馬格努斯轉子r的自轉方向改為逆時針方向，所產生的升力F的方向也會相反。然而，為了增加馬格努斯效應的升力，習知的馬格努斯轉子係在圓柱體的兩端加上直徑大於圓柱的圓形薄板(稱為端板或端蓋)，可增加升力，但效果仍嫌不足，其後常見的改進方法多著重在圓柱側壁上添加一些幾何形狀(例如凸塊、凸條…等)，對增加升力效果有限，卻提高了阻力，使整體的升阻比(即升力對阻力的比值，為衡量馬格努斯轉子效能的重要指標)下降，而造成實用性不良。
因此，如何發展一種克服上述缺點的馬格努斯轉子，能提高升力，也能減少阻力，以維持良好的升阻比，才能滿足實際的應用，為本發明的目的。
本案之目的在於提供一種馬格努斯轉子，俾以提升馬格努斯轉子的性能，進而可被廣泛的應用。
為達上述目的，本案之一較廣實施態樣為提供一種馬格努斯轉子，應用於流動之流體中，例如風或水流，以動力源驅動馬格努斯轉子進行旋轉。馬格努斯轉子包含馬格努斯轉子本體及第一葉片組。馬格努斯轉子本體包含圓柱側壁、第一端及第二端。第一端係設置於圓柱側壁之一側。第二端係設置於圓柱側壁之另一側，且與第一端相對設置，第二端之中點及第一端之中點之間的連線係構成軸向，馬格努斯轉子以軸向為軸心而旋轉。第一葉片組包含以環繞方式設置的複數個第一葉片，且與第一端相鄰設，每一第一葉片朝一方向傾斜，以與相鄰之第一葉片之間形成間隙，而每一間隙係形成流道而提供流體通過。
體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上當作說明之用，而非架構於限制本案。
請參閱第2圖至第5圖，第2圖係為本案第一實施例之馬格努斯轉子之葉片之前緣側朝向一方向傾斜之立體結構示意圖，第3圖係為第2圖所示之馬格努斯轉子之側面結構示意圖，第4圖係為本案第一實施例之馬格努斯轉子之葉片之前緣側朝向另一方向傾斜之立體結構示意圖，第5圖係為第4圖所示之馬格努斯轉子之側面結構示意圖。如圖所示，本案之馬格努斯轉子1可以一旋轉方向自轉，於一些實施例中，本案之馬格努斯轉子可與一動力源(未圖示)，例如馬達或引擎連接，以藉由動力源之驅動而自轉，此外，馬格努斯轉子1位於流動的流體W中，藉由自身的旋轉以產生馬格努斯效應的升力，且馬格努斯轉子1包含馬格努斯轉子本體11及第一葉片組12。馬格努斯轉子本體11包含圓柱側壁113、第一端111及第二端112。第一端111係設置於圓柱側壁113之一側，且具有一中點111a。第二端112係設置於圓柱側壁113之另一側，並與第一端111相對設置，且具有一中點112a，第二端112之中點112a及第一端111之中點111a之間的連線係構成軸向Z，馬格努斯轉子1則以軸向Z為軸心而旋轉，此外，圓柱側壁113與第一端111及第二端112係構成圓柱狀結構。
第一葉片組12係與第一端111相鄰設，且包含以環繞方式設置的複數個第一葉片121，於本實施例中，複數個第一葉片121係均勻地環繞於圓柱側壁113。每一第一葉片121係包含前緣側122及尾流側123，其中前緣側122係依馬格努斯轉子1之旋轉方向而位於對應之第一葉片121之前端，尾流側123係依馬格努斯轉子1之旋轉方向而位於對應之第一葉片121之尾端，換言之，當馬格努斯轉子1的旋轉方向相反時，每一第一葉片121的前緣側122與尾流側123的位置將會互換。如第2圖及第3圖所示，第一葉片121之前緣側122朝向第二端112之方向傾斜，使得每一第一葉片121與相鄰之第一葉片121之間具有間隙14，亦即每一第一葉片121之前緣側122與相鄰之第一葉片121之尾流側123之間具有間隙14。或是如第4圖及第5圖所示，第一葉片121之前緣側122朝向遠離第二端112之方向傾斜，使得每一第一葉片121與相鄰之第一葉片121之間具有間隙14，亦即每一第一葉片121之尾流側123與相鄰之第一葉片121之前緣側122之間具有間隙14。於一些實施例中，每一第一葉片121的面積可小於如第2圖所示的面積大小，因此即使每一第一葉片121之前緣側122與尾流側123之間接近水平狀態，意即每一第一葉片121的傾斜角很小，每一第一葉片121的前緣側122與相鄰的第一葉片121的尾流側123之間亦具有足夠的間隙14，形成流道以供流體W通過，可參考第6B圖所示。
於一些實施例中，馬格努斯轉子1更包含以環繞方式設置的第二葉片組13，第二葉片組13係與第二端112相鄰設，且包含複數個第二葉片131，於本實施例中，複數個第二葉片131係均勻地環繞於圓柱側壁113。每一第二葉片131係包含前緣側132及尾流側133，其中前緣側132係依馬格努斯轉子1之旋轉方向而位於對應之第二葉片131之前端，尾流側133係依馬格努斯轉子1之旋轉方向而位於對應之第二葉片131之尾端，換言之，當馬格努斯轉子1的旋轉方向相反時，每一第二葉片131的前緣側132與尾流側133的位置將會互換。如第2圖及第3圖所示，第二葉片131之前緣側132朝向第一端111之方向傾斜，使得每一第二葉片131與相鄰之第二葉片131之間具有間隙14，亦即每一第二葉片131之前緣側132與相鄰之第二葉片131之尾流側133之間具有間隙14。或是如第4圖及第5圖所示，第二葉片131之前緣側132朝向遠離第一端111之方向傾斜，使得每一第二葉片131與相鄰之第二葉片131之間具有間隙14，亦即每一第二葉片131之尾流側133與相鄰之第二葉片131之前緣側132之間具有間隙14。於一些實施例中，每一第二葉片131的面積可小於如第4圖所示的面積大小，因此即使每一第二葉片131之前緣側132與尾流側133之間接近水平狀態，意即每一第二葉片131的傾斜角很小，每一第二葉片131的前緣側132與相鄰的第二葉片131的尾流側133之間亦具有足夠的間隙14，形成流道以供流體W通過。
請繼續參閱第2圖及第3圖，當馬格努斯轉子1以軸向Z為軸心而以一旋轉方向自轉，例如以順時針方向進行旋轉，此時，每一第一葉片121之前緣側122可朝向第二端112之方向傾斜，而每一第一葉片121之尾流側123可朝向遠離第二端112之方向傾斜，每一第二葉片131之前緣側132朝向第一端111之方向傾斜，而每一第二葉片131之尾流側133朝向遠離第一端111之方向傾斜，由於此時馬格努斯轉子1的旋轉方向搭配第一葉片121及第二葉片131的傾斜角度，將使一部分鄰近圓柱側壁113的表面空間S的流體W係從第一葉片121及第二葉片131的間隙14分別朝向遠離馬格努斯轉子1的第一端111與第二端112的方向排出，如第3圖之流體W1的流線所示，使得圓柱側壁113的表面空間S相較於馬格努斯轉子1的周圍環境形成一低壓區域，因而導致吸引更多的流體W流入鄰近馬格努斯轉子1之圓柱側壁113的表面空間S，使得馬格努斯效應增強而產生更大的升力，並且鄰近馬格努斯轉子1之圓柱側壁113的表面空間S形成的低壓區域也可使馬格努斯轉子1在流體W中的阻力減小，使得馬格努斯轉子1的升阻比提升，以提升實用性。
請繼續參閱第4圖及第5圖，當馬格努斯轉子1以軸向Z為軸心而以一旋轉方向自轉，例如以順時針方向進行旋轉為例，此時，每一第一葉片121之前緣側122可朝向遠離第二端112之方向傾斜，而每一第一葉片121之尾流側123可朝向第二端112之方向傾斜，每一第二葉片131之前緣側132朝向遠離第一端111之方向傾斜，而每一第二葉片131之尾流側133朝向第一端111之方向傾斜，由於此時馬格努斯轉子1的旋轉方向搭配第一葉片121及第二葉片131的傾斜角度，將使馬格努斯轉子1的第一端111與第二端112外側的流體W1分別從第一葉片121及第二葉片131的間隙14朝向鄰近圓柱側壁113的表面空間S流入，如第5圖之流體W1的流線所示，而從第一葉片121及第二葉片131的間隙14流入的流體W1會與側方流入圓柱側壁113的流體W發生衝撞而產生亂流，因而抑制環流產生，導致馬格努斯效應的升力減弱。
由上可知，在馬格努斯轉子1旋轉的方向不變的情況下，改變第一葉片121及第二葉片131傾斜的方向，對於馬格努斯效應產生的升力，可造成增強或減弱的不同效果，同理，當第一葉片121與第二葉片131的傾斜角度不變，而改變馬格努斯轉子1的旋轉方向，也會造成增加升力或減弱升力的不同效果。總之，當第一葉片121及第二葉片131的傾斜角度設置為將流體W排出鄰近圓柱側壁113的表面空間S時，其效果為增強升力，反之，當第一葉片121及第二葉片131的傾斜角度設置為將流體W吸入鄰近圓柱側壁113的表面空間S時，其效果為減弱升力。
在應用時，若馬格努斯轉子1的旋轉方向為單一方向旋轉時，則第一葉片121及第二葉片131的傾斜角度可為固定，設置成增強升力。反之，若馬格努斯轉子1的旋轉方向需要改變時，可利用動態調整第一葉片121及第二葉片131的傾斜角度，使得不論馬格努斯轉子1的旋轉方向為順時針方向或逆時針方向時，都可將第一葉片121及第二葉片131的傾斜角度調整為將圓柱側壁113的表面空間S的流體向外排出，使得馬格努斯轉子1的升力皆為增加。而於一些實施例，例如風力發電的應用中，亦可利用調整第一葉片121及第二葉片131的傾斜角度而達成減弱升力，以避免風力過強時造成風車的轉速超過限制而造成危險。
請參閱第6A圖至第6C圖，其中第6A圖係為本案第二實施例之馬格努斯轉子之結構示意圖，第6B圖係為第6A圖所示之馬格努斯轉子之葉片及葉片本體之結構示意圖，第6C圖係為第6A圖所示之馬格努斯轉子之整流罩之結構示意圖。如圖所示，本實施例之馬格努斯轉子2係包含馬格努斯轉子本體21、第一葉片組22及第二葉片組23，其中馬格努斯轉子2之馬格努斯轉子本體21、第一葉片組22及第二葉片組23分別與第2圖所示之馬格努斯轉子1之馬格努斯轉子本體11、第一葉片組12及第二葉片組13相似，且相似之元件標號代表相似之元件結構、作動與功能，故於此不再贅述。而相較於第2圖之實施例，本實施例之馬格努斯轉子本體21的兩端分別具有各自的設置部25，且第一葉片組22及第二葉片組23更分別包含一整流罩26，而每一葉片可具有曲面或流線形構造以增加效率。
複數個第一葉片221係均勻地環繞設置於相鄰的設置部25。第一葉片組22之整流罩26設置於馬格努斯轉子本體21之第一端，且環繞複數個第一葉片221，用以減少第一葉片組22旋轉的阻力，亦可降低馬格努斯轉子2面對流體W時的阻力，而整流罩26的外表面可設計為具有斜面，可讓流體W的阻力更為降低，且整流罩26不必為一完整之圓周構造，例如可為1/2個圓周的構造，用於環繞逆流處的葉片而不需環繞順流處的葉片。且每一整流罩26更包含一開口261及複數個支撐部262。開口261用以作為複數個第一葉片221及相鄰的設置部25環繞軸向Z旋轉時，推動流體W通過的通道。複數個支撐部262的中心以軸承(未圖示)固定於相鄰之設置部25的軸向Z，用以支撐整流罩26。相似的，複數個第二葉片係均勻地環繞設置於相鄰的設置部。第二葉片組23之整流罩亦可包含一開口及複數個支撐部，其用途係與第一葉片組22之開口261及複數個支撐部262相似，故於此不再贅述。
請參閱第7A圖及第7B圖，其中第7A圖係為本案第三實施例之馬格努斯轉子之結構示意圖，第7B圖係為第7A圖所示之馬格努斯轉子之設置部之第一實施例之結構示意圖。如圖所示，本實施例之馬格努斯轉子3係包含馬格努斯轉子本體31、第一葉片組32及第二葉片組33，其中馬格努斯轉子3之馬格努斯轉子本體31、第一葉片組32及第二葉片組33分別與第2圖所示之馬格努斯轉子1之馬格努斯轉子本體11、第一葉片組12及第二葉片組13相似，且相似之元件標號代表相似之元件結構、作動與功能，故於此不再贅述。而相較於第2圖之實施例，本實施例之馬格努斯轉子本體31的兩端分別具有各自的設置部35及各自的固定部36，且本實施例之第一葉片組32及第二葉片組33分別包含複數個連接部37。於一些實施例中，馬格努斯轉子本體31表面可包含錐狀的斜面以減少阻力。
兩個固定部36分別位於馬格努斯轉子本體31的第一端311及第二端312，如第7A圖所示，且每一固定部36為中空結構，更包含內部空間361及複數個圓形穿孔362。內部空間361用以容納相鄰的設置部35及複數個連接部37。第一葉片組32之每一連接部37係為圓柱狀結構，以穿設於對應之圓形穿孔362，故每一連接部37得以沿著對應之圓形穿孔362的中心軸進行旋轉，其中每一連接部37之一端係連接相鄰的設置部35，每一連接部37之另一端係連接對應之第一葉片321。該設置部35藉由控制每一連接部37的旋轉角度，進而改變每一相連接的第一葉片321的傾斜角度，由於第一葉片組32是經由對應的固定部36固定於馬格努斯轉子本體31上，所以第一葉片組32以軸向Z旋轉的旋轉方向與馬格努斯轉子本體31的旋轉方向相同，因此利用前述改變第一葉片321傾斜角度的方法可在任意的第一葉片321旋轉方向下，均可使第一葉片組32達成增強或減少馬格努斯升力的目的。相似的，第二葉片組33亦可包含複數個連接部，其功能與結構係分別與第一葉片組32之複數個連接部37相似，故於此不再贅述。
於一些實施例中，設置部可由齒輪、齒盤、馬達、彈簧、連桿、滑動盤、軸承所組成。
第一葉片組32之設置部35的第二實施例包含複數個從動齒輪50、齒盤51、主動齒輪52及驅動裝置54，如第7C圖所示，且為了使設置部35清楚表示故不圖示出固定部36。複數個從動齒輪50係分別環繞設置於齒盤51上(於第7C圖中僅標示部分的從動齒輪50，然可清楚知道複數個從動齒輪50應可完整環繞齒盤51)，且每一從動齒輪50係連接於對應的連接部37及齒盤51之間。齒盤51係用以旋轉以驅動從動齒輪50及連接部37對應旋轉，其中由於連接部37為圓柱形狀且穿過固定部36的圓形穿孔362，當連接部37沿著圓形穿孔362的中心軸而旋轉，就可以改變與其相連之第一葉片321的傾斜角度。主動齒輪52係與齒盤51相嚙合，以於旋轉時帶動齒盤51旋轉。驅動裝置54可為但不限為馬達，且與主動齒輪52相連接，當第一葉片321的角度需要調整時，驅動裝置54驅動主動齒輪52旋轉。於本實施例中，主動齒輪52、齒盤51、從動齒輪50的轉動方向可為但不限為如第7C圖中虛線所示。於一些實施例中，驅動裝置54更可包含傳動裝置或減速機構。而第二葉片組33之設置部亦可包含複數個從動齒輪、齒盤、主動齒輪及驅動裝置，其用途係與第一葉片組32之設置部35之複數個從動齒輪50、齒盤51、主動齒輪52及驅動裝置54相似，故於此不再贅述。
第一葉片組32之設置部35的第三實施例包含複數個連結裝置，而每一連結裝置包含第一彈簧70、第二彈簧71及連桿72，如第7D及7E圖所示，為了清楚標示出連結裝置，於第7D圖中僅繪製出一組連結裝置，但可清楚知道第一葉片組32之設置部35應可包含複數個連結裝置，且為了使設置部35清楚表示故僅圖示出部分的固定部36。如圖所示，第一葉片321與連接部37相連以形成一個剛體結構，連桿72之一端係與對應之連接部37相連接，連桿72之另一端係與第一彈簧70之第一側701及第二彈簧71之第一側711相連接。第一彈簧70之第二側702及第二彈簧71之第二側712係固設於固定部36上。於本實施例中，當流體W未流動而使得第一彈簧70與第二彈簧71之間處於力平衡時，每一第一葉片321之弦線79的方向為平行於軸向Z的方向，此外，當第一葉片321受到流體W的阻力而以圖中虛線方向偏轉時，將帶動連接部37旋轉，而連接部37進而帶動連桿72旋轉，並使得第一彈簧70與第二彈簧71發生形變而產生恢復力，當第一彈簧70及第二彈簧71的恢復力增加直到與流體W的阻力達到力平衡時，第一葉片321的偏轉角度將不再變化。此外，為了避免第一葉片321的偏轉角度太大，第一彈簧70與第二彈簧71可採用形變變化量較小的彈簧，或固定部36上可設置擋塊(未圖示)以限制第一葉片321的偏轉角度。而第二葉片組33之設置部亦可包含複數個連結裝置，其用途係與第一葉片組32之設置部35之複數個連結裝置相似，故於此不再贅述。
第一葉片組32之設置部35的第四實施例包含複數個連結裝置，而每一連結裝置包含第三彈簧73及設置部74，如第7I及7J圖所示，為了清楚標示出連結裝置，於第7I圖中僅繪製出一組連結裝置，但可清楚知道第一葉片組32之設置部35應可包含複數個連結裝置，且為了使設置部35清楚表示故僅圖示出部分的固定部36。如圖所示，第一葉片321與連接部37相連以形成一個剛體結構，第三彈簧73之一端係與對應之連接部37相連接，第三彈簧73之另一端係與設置部74相連接。於本實施例中，當流體W未流動而使得第三彈簧73處於無受力時，每一第一葉片321之弦線79的方向為平行於軸向Z的方向，此外，當第一葉片321受到流體W的阻力而以圖中虛線偏轉時，將帶動連接部37旋轉，而連接部37進而使得第三彈簧73發生形變而產生恢復力，當第三彈簧73的恢復力增加到與流體W的阻力達到平衡時，第一葉片321的偏轉角度將不再變化。此外，為了避免第一葉片321的偏轉角度太大，第三彈簧73可採用形變變化量較小的彈簧，或固定部36上可設置擋塊(未圖示)以限制第一葉片321的偏轉角度。而第二葉片組33之設置部亦可包含複數個連結裝置，其用途係與第一葉片組32之設置部35之複數個連結裝置相似，故於此不再贅述。
為進一步說明第7D、7E、7I及7J圖中馬格努斯轉子3之第一葉片321及第二葉片331之作動方式，請參閱第7F、7G及7H圖，其中第7F圖係為第7D圖與第7I圖所示之馬格努斯轉子靜止時，第一葉片及第二葉片之弦線的方向平行於軸向之部分側面結構示意圖，第7G圖係為第7D圖與第7I圖所示之馬格努斯轉子朝順時針方向旋轉時，第一葉片及第二葉片之弦線的偏轉方向示意圖，第7H圖係為第7D圖與第7I圖所示之馬格努斯轉子朝逆時針方向旋轉時，第一葉片及第二葉片之弦線的偏轉方向示意圖。如第7F圖所示，第一葉片321被連接部37區分為第一部321a及第二部321b，第二葉片331也被連接部37區分為第一部331a及第二部331b，且於本實施例中，第一葉片321之第一部321a的面積大於第一葉片321之第二部321b的面積，第二葉片331之第一部331a的面積大於第二葉片331之第二部331b的面積。根據流體力學可知，第一葉片321及第二葉片331在流體W中的阻力與面積成正比，且與相對於流體W的速度平方也成正比。
如第7F圖所示，當馬格努斯轉子3未轉動且流體W未流動時，第一葉片321與第二葉片331的弦線79方向係平行於軸向Z的方向，且第一葉片321之第一部321a及第二葉片331之第一部331a皆以朝向遠離馬格努斯轉子31的方向安裝。此外，如第7G圖所示，當馬格努斯轉子3以軸向Z為軸心而以順時針方向進行旋轉，第一葉片321受到流體W的阻力推動，且因第一葉片321之第一部321a的面積大於第二部321b的面積，因此第一葉片321之第一部321a所受到的阻力大於第二部321b所受到的阻力，使得第一葉片321以順時針方向偏轉，如圖中虛線所示，導致第一葉片321的前緣側322朝向第二端312的方向傾斜，其尾流側323朝向遠離第二端312的方向傾斜，使得馬格努斯轉子3的升力增大。此外，第二葉片331亦受到流體W的阻力推動，且因第二葉片331之第一部331a的面積大於第二部331b的面積，因此第二葉片331之第一部331a所受到的阻力大於第二部331b所受到的阻力，導致第二葉片331以逆時針方向偏轉，如圖中虛線所示，使得第二葉片331的前緣側332朝向第一端311的方向傾斜，其尾流側333朝向遠離第一端311的方向傾斜，使得馬格努斯轉子3的升力增大。
而如第7H圖所示，當馬格努斯轉子3以軸向Z為軸心而以逆時針方向進行旋轉，第一葉片321受到流體W的阻力推動，且因第一葉片321之第一部321a的面積大於第二部321b的面積，因此第一葉片321之第一部321a所受到的阻力大於第二部321b所受到的阻力，使得第一葉片321以逆時針方向偏轉，如圖中虛線所示，導致第一葉片321的前緣側322朝向第二端312的方向傾斜，其尾流側323朝向遠離第二端312的方向傾斜，使得馬格努斯轉子3的升力增大。此外，第二葉片331亦受到流體W的阻力推動，且因第二葉片331之第一部331a的面積大於第二部331b的面積，因此第二葉片331之第一部331a所受到的阻力大於第二部331b所受到的阻力，使得第二葉片331以順時針方向偏轉，如圖中虛線所示，導致第二葉片331的前緣側332朝向第一端311的方向傾斜，其尾流側333朝向遠離第一端311的方向傾斜，使得馬格努斯轉子3的升力增大。
由第7F、7G及7H圖可知，當馬格努斯轉子3以軸向Z為軸而旋轉時，第一葉片321因第一部321a及第二部321b的阻力不相等而發生偏轉，且第二葉片331也因第一部331a及第二部331b的阻力不相等而發生偏轉，然而，不論馬格努斯轉子3的旋轉方向係為順時針方向或逆時針方向，此設計均可使每一第一葉片321及每一第二葉片331自動朝向增強馬格努斯效應的方向傾斜，且於馬格努斯轉子中更可包含彈性裝置(例如彈簧、橡皮、橡膠…等)，而彈性裝置經由連接部連接到每一第一葉片321及每一第二葉片331，使得每一第一葉片321及每一第二葉片331於未受到流體W阻力時，因彈性裝置的恢復力作用而回到未傾斜的位置。
第一葉片組32之設置部35的第五實施例包含複數個連結裝置、滑動部85、承載部86、複數個第一軸承87及複數個支撐桿88，如第7K及7L圖所示，為了清楚標示出連結裝置，於第7K圖中僅繪製出兩組連結裝置，但可清楚知道第一葉片組32之設置部35應可包含複數個連結裝置，且為了使設置部35清楚表示故僅圖示出部分的固定部36。每一連結裝置包含搖臂81、第二軸承82、連桿83及第三軸承84。搖臂81之一端經由連接部37與一第一葉片321相連接，使得搖臂81、連接部37及第一葉片321形成一個剛體結構，搖臂81之另一端則經由第二軸承82與連桿83之一端相連接，連桿83之另一端則經由第三軸承84與滑動部85相連接。滑動部85與承載部86形成一軸承構造，即滑動部85只能在承載部86的中心軸89上旋轉，承載部86則不旋轉，而承載部86經由複數個第一軸承87與對應的支撐桿88相連接。
當固定部36帶動第一葉片321沿軸向Z旋轉時，滑動部85也隨之一同旋轉，且於此時調整複數個支撐桿88移動於軸向Z方向上的位置，可進而控制滑動部85與承載部86移動於軸向Z方向上的位置，當滑動部85移動於軸向Z方向上的位置改變時，將使連桿83與搖臂81相連處的第二軸承82移動，由於連接部37穿設於圓形穿孔362中，因此使得搖臂81沿著圓形穿孔362的軸心而轉動，進而帶動連接部37旋轉而使得第一葉片321的傾斜角度改變。
於一些實施例中，當複數個支撐桿88的高度皆相同時，滑動部85相對承載部86旋轉的中心軸89將與馬格努斯轉子本體31旋轉的軸向Z重合，並使每一個第一葉片321的傾斜角度都相同。而於另一些實施例中，當每一支撐桿88的高度不同時，將使滑動部85相對承載部86旋轉的中心軸89發生傾斜，與軸向Ｚ不重合，因此，當第一葉片321隨馬格努斯轉子本體31旋轉一周（360度）的過程中，第一葉片321的傾斜角度將會週期性地變化，這將利於控制第一葉片321在迎風面與背風面時有不同的角度，得以讓第一葉片321攻角最佳化，使馬格努斯轉子3的效率獲得更大的提升。
請參閱第8圖，其係為本案第四實施例之馬格努斯轉子之結構示意圖。如圖所示，本實施例之馬格努斯轉子4係包含馬格努斯轉子本體41及第一葉片組42及第二葉片組43，其中馬格努斯轉子4之馬格努斯轉子本體41、第一葉片組42及第二葉片組43分別與第2圖所示之馬格努斯轉子1之馬格努斯轉子本體11、第一葉片組12及第二葉片組13相似，且相似之元件標號代表相似之元件結構、作動與功能，故於此不再贅述。而相較於第2圖之實施例，本實施例之第一端411及第二端412更分別包含設置部45、46，該設置部45係可分離地設置於馬格努斯轉子本體41之第一端411，因此，設置部45可以獨立旋轉，複數個第一葉片421係均勻地環繞連接於該設置部45，相似地，設置部46係可分離地設置於馬格努斯轉子本體41之第二端412，因此，設置部46可以獨立旋轉，複數個第二葉片431係均勻地環繞連接於設置部46。設置部45具有獨立的動力源(未圖示)，例如馬達或引擎，用以驅動設置部45旋轉，並連帶使第一葉片組42環繞軸向Z旋轉，由於設置部45之動力源與推動馬格努斯轉子本體41之動力源不同，因此第一葉片組42的旋轉速度與方向可與馬格努斯轉子本體41的旋轉速度與方向不同。於實際應用中，可根據所需馬格努斯升力的方向決定馬格努斯轉子本體41的旋轉方向，而根據所需增加或減少馬格努斯升力的目的來決定第一葉片組42的旋轉方向。此外，連接於第二葉片組43之設置部46的作動相似於連接於第一葉片組42之設置部45的作動，故於此不再贅述。
綜上所述，本案之馬格努斯轉子具有複數個第一葉片及複數個第二葉片，馬格努斯轉子由本身的動力源驅動而旋轉，使馬格努斯轉子產生馬格努斯升力，且藉由旋轉的複數個葉片將流體由鄰近圓柱側壁的表面空間向外排出，以增強馬格努斯升力，或將流體由外部向鄰近圓柱側壁的表面空間吸入，以減少馬格努斯升力，且易於控制，此外，複數個第一葉片和複數個第二葉片的旋轉速度與方向可與馬格努斯轉子本體不同，且馬格努斯轉子可包含控制葉片傾斜角度的調整機構。因此，本案之馬格努斯轉子可使馬格努斯效應之升力增加，升力大小可以控制，且升阻比良好，因而使整體效能獲得提升，只施作於第一葉片組便能有效果，第二葉片組則可視需要施作。
r:馬格努斯轉子 V1:角速度 V2:流體速度 W、W1:流體 F:升力 1、2、3、4:馬格努斯轉子 11、21、31、41:馬格努斯轉子本體 111、311、411:第一端 111a:中點 112、312、412:第二端 112a:中點 113:圓柱側壁 Z:軸向 12、22、32、42:第一葉片組 121、221、321、421:第一葉片 122、322:前緣側 123、323:尾流側 13、23、33、43:第二葉片組 131、331、431:第二葉片 132、332:前緣側 133、333:尾流側 14:間隙 S:表面空間 25、35、45:設置部 26:整流罩 36:固定部 261:開口 262:支撐部 361:內部空間 362:穿孔 37:連接部 45、46:設置部 50:從動齒輪 51:齒盤 52:主動齒輪 54:驅動裝置 70:第一彈簧 71:第二彈簧 72:連桿 321a、331a:第一部 321b、331b:第二部 701、711:第一側 702、712:第二側 73:第三彈簧 74:設置部 79:弦線 81:搖臂 82:第二軸承 83:連桿 84:第三軸承 85:滑動部 86:承載部 87:第一軸承 88:支撐桿 89:中心軸
第1圖係為習知馬格努斯轉子之俯視結構示意圖。 第2圖係為本案第一實施例之馬格努斯轉子之葉片之前緣側朝向一方向傾斜之立體結構示意圖。 第3圖係為第2圖所示之馬格努斯轉子之側面結構示意圖。 第4圖係為本案第一實施例之馬格努斯轉子之葉片之前緣側朝向另一方向傾斜之立體結構示意圖。 第5圖係為第4圖所示之馬格努斯轉子之側面結構示意圖。 第6A圖係為本案第二實施例之馬格努斯轉子之結構示意圖。 第6B圖係為第6A圖所示之馬格努斯轉子之葉片及葉片本體之結構示意圖。 第6C圖係為第6A圖所示之馬格努斯轉子之整流罩之結構示意圖。 第7A圖係為本案第三實施例之馬格努斯轉子之結構示意圖。 第7B圖係為第7A圖所示之馬格努斯轉子之設置部之第一實施例之結構示意圖。 第7C圖係為第7A圖所示之馬格努斯轉子之設置部之第二實施例之結構示意圖。 第7D圖係為第7A圖所示之馬格努斯轉子之設置部之第三實施例之結構示意圖。 第7E圖係為第7D圖所示之第一葉片、連接部及連結裝置之結構示意圖。 第7F圖係為第7D圖與第7I圖所示之馬格努斯轉子於靜止時，第一葉片及第二葉片之弦線的方向平行於軸向之部分側面結構示意圖。 第7G圖係為第7D圖與第7I圖所示之馬格努斯轉子朝順時針方向旋轉時，第一葉片及第二葉片之弦線的偏轉方向示意圖。 第7H圖係為第7D圖與第7I圖所示之馬格努斯轉子朝逆時針方向旋轉時，第一葉片及第二葉片之弦線的偏轉方向示意圖。 第7I圖係為第7A圖所示之馬格努斯轉子之設置部之第四實施例之結構示意圖。 第7J圖係為第7I圖所示之第一葉片、連接部及連結裝置之結構示意圖。 第7K圖係為第7A圖所示之馬格努斯轉子之設置部之第五實施例之結構示意圖。 第7L圖係為第7K圖所示之連結裝置、滑動部、承載部、第一軸承及支撐桿之結構示意圖。 第8圖係為本案第四實施例之馬格努斯轉子之結構示意圖。
1:馬格努斯轉子
11:馬格努斯轉子本體
111:第一端
111a:中點
112:第二端
112a:中點
113:圓柱側壁
Z:軸向
12:第一葉片組
121:第一葉片
122:前緣側
123:尾流側
13:第二葉片組
131:第二葉片
132:前緣側
133:尾流側
14:間隙
S:表面空間

Claims (19)

  1. 一種馬格努斯轉子，應用於流動之一流體中，以一動力源驅動該馬格努斯轉子進行旋轉，且包含： 一馬格努斯轉子本體，包含： 一圓柱側壁； 一第一端，係設置於該圓柱側壁之一側；以及 一第二端，係設置於該圓柱側壁之另一側，且與該第一端相對設置，該第二端之一中點及該第一端之一中點之間的連線係構成一軸向，該馬格努斯轉子以該軸向為軸心而旋轉；以及 一第一葉片組，包含以環繞方式設置的複數個第一葉片，且與該第一端相鄰設，每一該第一葉片朝一方向傾斜，並與相鄰之該第一葉片之間具有一間隙，而每一該間隙係形成一流道而提供該流體流動。
  2. 如請求項1所述之馬格努斯轉子，其中每一該第一葉片係包含一前緣側及一尾流側，該第一葉片之該前緣側係依該馬格努斯轉子之旋轉方向而位於該第一葉片之前端，該第一葉片之該尾流側係依該馬格努斯轉子之旋轉方向而位於該第一葉片之尾端。
  3. 如請求項2所述之馬格努斯轉子，其中每一該第一葉片之該前緣側朝向該第二端之方向傾斜，每一該第一葉片之該尾流側朝向遠離該第二端之方向傾斜，而該馬格努斯轉子所產生之一升力增加。
  4. 如請求項2所述之馬格努斯轉子，其中每一該第一葉片之該前緣側朝向遠離該第二端之方向傾斜，每一該第一葉片之該尾流側朝向該第二端之方向傾斜，而該馬格努斯轉子所產生之一升力減少。
  5. 如請求項1所述之馬格努斯轉子，其中該第一葉片組包含一整流罩，該整流罩係設置於該馬格努斯轉子本體之該第一端，用以減少該第一葉片組的阻力。
  6. 如請求項1所述之馬格努斯轉子，其中該馬格努斯轉子本體的該第一端具有一設置部，該第一葉片組包含複數個連接部，每一該連接部連接該設置部及對應之該第一葉片，該設置部控制每一該連接部，進而改變對應的每一該第一葉片的傾斜角度。
  7. 如請求項6所述之馬格努斯轉子，其中每一該第一葉片被對應的該連接部區分為一第一部及一第二部，該第一部的面積大於對應之該第二部的面積，當該馬格努斯轉子以該軸向為軸心而旋轉時，該第一葉片因該第一部及該第二部受到該流體的阻力不相等而發生偏轉，使每一該第一葉片自動朝向增強馬格努斯效應的方向傾斜，且於該馬格努斯轉子中更包含複數個彈性裝置，而該彈性裝置經由連接部連接到對應的該第一葉片，使得每一該第一葉片於未受到該流體阻力時，因該彈性裝置的恢復力作用而回到未傾斜的位置。
  8. 如請求項1所述之馬格努斯轉子，其中該第一端具有用於連接該第一葉片組之一設置部，該設置部能獨立旋轉，並具有獨立的動力源，以驅動該設置部旋轉，使得該第一葉片組環繞該軸向旋轉的速度與方向係由該設置部之該動力源所控制，得以與該馬格努斯轉子本體的旋轉速度與方向無關。
  9. 如請求項1所述之馬格努斯轉子，其中該馬格努斯轉子包含一第二葉片組，該第二葉片組包含以環繞方式設置的複數個第二葉片，且係與該第二端相鄰設，每一該第二葉片朝一方向傾斜，並與相鄰之該第二葉片之間具有一間隙，而每一該間隙係形成一流道而提供該流體流動。
  10. 如請求項9所述之馬格努斯轉子，其中每一該第二葉片係包含一前緣側及一尾流側，該第二葉片之該前緣側係依該馬格努斯轉子之旋轉方向而位於該第二葉片之前端，該第二葉片之該尾流側係依該馬格努斯轉子之旋轉方向而位於該第二葉片之尾端。
  11. 如請求項10所述之馬格努斯轉子，其中每一該第二葉片之該前緣側朝向該第一端之方向傾斜，每一該第二葉片之該尾流側朝向遠離該第一端之方向傾斜，而該馬格努斯轉子所產生之一升力增加。
  12. 如請求項10所述之馬格努斯轉子，其中每一該第二葉片之該前緣側朝向遠離該第一端之方向傾斜，每一該第二葉片之該尾流側朝向該第一端之方向傾斜，而該馬格努斯轉子所產生之一升力減少。
  13. 如請求項9所述之馬格努斯轉子，其中該第二葉片組包含一整流罩，該整流罩係設置於該馬格努斯轉子本體之該第二端，用以減少該第二葉片組的阻力。
  14. 如請求項5或13所述之馬格努斯轉子，其中該整流罩具有斜面之構造，以減少該流體的阻力。
  15. 如請求項9所述之馬格努斯轉子，其中該馬格努斯轉子本體的該第二端具有一設置部，該第二葉片組包含複數個連接部，每一該連接部連接該設置部及對應之該第二葉片，該設置部控制每一該連接部，進而改變對應的每一該第二葉片的傾斜角度。
  16. 如請求項6或15所述之馬格努斯轉子，其中該設置部由齒輪、齒盤、馬達、彈簧、連桿、滑動盤、軸承所組成。
  17. 如請求項15所述之馬格努斯轉子，其中每一該第二葉片被對應的該連接部區分為一第一部及一第二部，該第一部的面積大於對應之該第二部的面積，當該馬格努斯轉子以該軸向為軸心而旋轉時，該第二葉片因該第一部及該第二部受到該流體的阻力不相等而發生偏轉，使每一該第二葉片自動朝向增強馬格努斯效應的方向傾斜，且於該馬格努斯轉子中更包含複數個彈性裝置，而該彈性裝置經由連接部連接到對應的該第二葉片，使得每一該第二葉片於未受到該流體阻力時，因該彈性裝置的恢復力作用而回到未傾斜的位置。
  18. 如請求項7或17所述之馬格努斯轉子，其中該彈性裝置為彈簧或橡皮或橡膠。
  19. 如請求項9所述之馬格努斯轉子，其中該第二端具有用於連接該第二葉片組之一設置部，該設置部能獨立旋轉，並具有獨立的動力源，以驅動該設置部旋轉，使得該第二葉片組環繞該軸向旋轉的速度與方向係由該設置部之該動力源所控制，得以與該馬格努斯轉子本體的旋轉速度與方向無關。
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