TWI688198B - 多元動能發電設備 - Google Patents

Abstract

一種多元動能發電設備，包含一用以輸入施力媒介的導入單元、一位於該導入單元下方的轉動單元、一設置於該轉動單元下游且用以回收施力媒介的回收單元，及一輔助單元。該轉動單元包括一用以承接施力媒介而以一橫向延伸之轉軸旋轉的飛輪、一連動於該飛輪的變速傳動機構，及一連接於該變速傳動機構，用以隨著該飛輪旋轉而運轉發電的發電機。該輔助單元包括一連接於該飛輪且用以提供啟動運轉之動力的動力引擎，及一資訊連接於該發電機，且用以控制該動力引擎啟動與否，並依據該發電機之轉速提供補償機制而確保穩定運轉的控制器。

Description

多元動能發電設備

本發明是有關於一種發電設備，特別是指一種多元動能發電設備。

利用地球的重力場自然將位能轉換為可推動發電機運作的動能，為目前常用的發電機制。然而，因應不同的使用環境，若以提高發電設備之泛用性的角度而言，仍須考量到各種不同之使用環境下適合的外力傳遞媒介，並且提供相當的補償機制，才能確實驅動發電機穩定運作而發電。因此，如何妥善設計發電設備，以因應不同的使用場合，甚至提供一定的補償機制而確保發電機順利運作，則成為相關領域從事者亟欲突破的課題之一。

因此，本發明之目的，即在提供一種泛用性高且能提供補償機制的多元動能發電設備。

於是，本發明多元動能發電設備，包含一導入單元、一位於該導入單元相對下方的轉動單元、一設置於該轉動單元下游 的回收單元，及一連接於該轉動單元的輔助單元。

該導入單元多個彼此並聯的導球管、多個由該等導球管導引的球體、一連通於該等導球管的進氣管，及一連通於該等導球管及該進氣管且用以輸出施力媒介的輸出管。

該轉動單元包括一用以承接該輸出管所輸出之施力媒介而以一橫向延伸之轉軸旋轉的飛輪、一連動於該飛輪的變速傳動機構，及一連接於該變速傳動機構，用以隨著該飛輪旋轉而運轉發電的發電機。

該回收單元包括一用以收集該輸出管所輸出之導引媒介的匯集管，及一設置於該匯集管下游，並用以承接該等球體並重新引入該等導球管的循環機構。

該輔助單元包括一連接於該飛輪且用以提供啟動該飛輪旋轉之動力的動力引擎，及一資訊連接於該循環機構、該發電機、該變速傳動機構，及該動力引擎的控制器，該控制器用以依據該發電機之運轉，控制該循環機構的運作、該變速傳動機構的轉速檔位，及該動力引擎啟動與否。

本發明之功效在於：以該等球體為施力媒介，不會受到環境的限制，能在各種地點運作，驅動該發電機運轉而發電，泛用性高。而配合該控制器依據該發電機的轉速對該旋轉單元之該飛輪的轉動提供之補償機制，能使得該飛輪穩定旋轉而帶動該發電機 穩定運轉，且適時關閉部分的補償機制，以減少不必要的耗能。

1:導入單元

11:導球管

12:球體

121:金屬部

122:膠體部

13:進氣管

14:輸出管

15:進水管

16:抽水機

17:輔助管

2:轉動單元

21:飛輪

211:本體

212:承接件

2120:承接室

2121:外罩部

2122:彈簧部

2123:膠套部

213:擋板

219:間隔空間

22:變速傳動機構

221:變速模組

222:離合模組

23:發電機

3:回收單元

31:匯集管

310:導引空間

311:管壁部

312:導桿部

317:導球區

318:導水區

32:循環機構

321:輸送部

322:收集槽

323:導回部

33:引流迴路

4:輔助單元

41:動力引擎

42:電動馬達

49:控制器

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1 是一前視圖，說明本發明多元動能發電設備的一第一實施例；圖2 是一剖視圖，說明該第一實施例的元件，以及該第一實施例的運作；圖3 是一剖視圖，說明該第一實施例之一導入單元的一球體；圖4 是一側視圖，說明該第一實施例之一回收單元的一循環機構；圖5 是一後視圖，說明該第一實施例的一輔助單元；圖6 是一方塊流程圖，說明該第一實施例之一輔助單元對運作所產生的補償機制；圖7 是一前視圖，說明本發明多元動能發電設備的一第二實施例；圖8 是一剖視圖，說明該第二實施例的運作；圖9 是一剖視圖，說明該第二實施例之該回收單元的一匯集管；及 圖10 是一方塊流程圖，說明該第二實施例之該輔助單元對運作所產生的補償機制。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1與圖2，本發明多元動能發電設備之一第一實施例，包含一導入單元1、一位於該導入單元1相對下方的轉動單元2、一設置於該轉動單元2下游的回收單元3，及一連接於該轉動單元2的輔助單元4(繪示於圖5)。

該導入單元1包括多個彼此並聯的導球管11、多個由該等導球管11導引的球體12、一連通於該等導球管11的進氣管13，及一連通於該等導球管11及該進氣管13且用以輸出施力媒介的輸出管14。參閱圖3，每一球體12具有一金屬部121，及一包覆於該金屬部121外的膠體部122。每一球體12的該金屬部121能確保一定的重量而提供足夠的動能，而該膠體部122則能產生保護效果，有效延長使用壽命。

重新參閱圖1與圖2，要先行說明的是，該等球體12與該等導球管11的數量不一定相同，在配合其他部件運作時，可依據所需的導球頻率、週期等等因素來決定該等球體12的數量。另外， 該進氣管13用以在該等導球管11導入該等球體12時與外界之間導通空氣，藉此平衡內外氣壓，確保該等球體12導入的順暢性。

參閱圖4與圖5並配合圖2，該轉動單元2包括一用以承接該輸出管14所輸出之施力媒介而以一橫向延伸之轉軸旋轉的飛輪21、一連動於該飛輪21的變速傳動機構22，及一連接於該變速傳動機構22，用以隨著該飛輪21旋轉而運轉發電的發電機23。其中，該飛輪21具有一本體211、多個環繞間隔設置於該本體211周緣的承接件212，及二分別設置於該本體211之軸向相反兩側，且間隔界定出一間隔空間219的擋板213。每一個承接件212具有一界定出一承接室2120的外罩部2121、一定位於該承接室2120中的彈簧部2122，及一連接於該彈簧部2122且以軟性材質製成而用以緩衝所述球體12的膠套部2123。當有所述球體12落入該承接室2120時，會先接觸因自身材質而具有緩衝效果的該膠套部2123，並由該彈簧部2122利用彈性恢復力而進一步產生緩衝效果，不但使該球體12的動能得以確實傳遞至該承接件212，也產生緩衝效果而減少撞擊，進一步延長該等球體12的使用壽命。另外，該變速傳動機構22具有一用以變換檔位的變速模組221，及一用以在換檔時產生離合效果的離合模組222。該變速模組221可藉由不同的齒輪組合形成多個檔位，配合該離合模組222，可在每次變更檔位時確保機構之間的順利銜接。

該回收單元3包括一用以收集該輸出管14所輸出之導引媒介的匯集管31，及一連接於該匯集管31下游，並用以承接該等球體12並重新引入至該等導球管11的循環機構32。其中，該匯集管31與該間隔空間219連通，當施力媒介(即該等球體12)衝擊該等承接件212而使該飛輪21旋轉後，即會在該間隔空間219中因地心引力繼續下落，直到由該匯集管31回收引導至該循環機構32，預備重新導入該等導球管11而重覆使用。該循環機構32具有一用以將該等球體12向上輸送的輸送部321、一用以收集該輸送部321所輸送之該等球體12的收集槽322，及一連通於該收集槽322，並用以將該等球體12以適當之時間間隔及順序導入該等導球管11的導回部323。值得特別說明的是，所述導回部323較佳可利用轉盤的結構來達成依序輸送該等球體12的目的，但並不以此為限。要特別說明的是，本第一實施例中所述該循環機構32的設計，僅是其中一種可行的設計，只要可將該等球體12抬昇至一定高度，並且以所需的順序、時間間隔重新輸入該等導球管11，確實使該等球體12構成循環即可，並不以上述方式為限。

該輔助單元4包括一連接於該飛輪21且用以提供啟動該飛輪21旋轉之動力的動力引擎41、二分別連接於該發電機23及該飛輪21而用以補償該發電機23及該飛輪21之轉速的電動馬達42，及一資訊連接於該循環機構32、該發電機23、該變速傳動機 構22、該動力引擎41，及該等電動馬達42的控制器49。該控制器49用以依據該發電機23之運轉，控制該循環機構32的運作、該變速傳動機構22的轉速檔位，及該動力引擎41、該等電動馬達42的啟動與否。由於該動力引擎41為一使用柴油動力故馬力較強的柴油動力機，有利於直接拉動重量較重的該飛輪21而旋轉，但考量到燃燒柴油所需耗費的啟動運轉時間落差，故還設置該等電動馬達42，以藉由採用電能機制的快速啟動優勢，在需要時直接快速地補償該發電機23及該飛輪21之轉速。

參閱圖6並配合圖2，本第一實施例的運作，主要是將該等球體12經由該等導球管11的導引，自該輸出管14對該飛輪21的承接件212提供施力媒介，當所提供的施力媒介對該飛輪21產生一定的作用力，該飛輪21即會以一定的速度轉動，此時藉由該變速傳動機構22，即可以適當的檔位對該發電機23傳輸動能，使該發電機23以預定的轉速旋轉發電。

然而，考量到運轉時可能影響到動能傳輸的各種原因，必須盡可能針對各種原因提供補償機制，而該輔助單元4的該控制器49即為一得以監控整體運作，並且主導適當補償機制之控制的模組化微電腦。由於該發電機23的轉速直接影響到發電的效能和穩定性，故該控制器49主要是監測該發電機23的轉速，藉此控制並啟動適當的補償機制。以下將就各種不同的時機說明本第一實施 例的補償機制：

(1)本第一實施例剛開始運作時：

該飛輪21的重量較重，勢必須要藉由馬力較強的該動力引擎41來帶動，才能使該飛輪21較快達到一定的轉速。而在以柴油為動力的該動力引擎41尚在燃燒而未發揮完整動力的空檔時間，該控制器49會開啟該等電動馬達42，直接對該飛輪21及該發電機23補償轉速，藉此使該飛輪21更快配合所導入的施力媒介而達一定的轉速。

(2)該飛輪21已達一定轉速時：

當該飛輪21已達一定的轉速，則代表已可提供一定程度的動能，只要該控制器49控制該變速傳動機構22的檔位，即可對該發電機23提供足以使其穩定運轉的動能。無論該發電機23的轉速過低或者足夠，皆可調整適當的檔位而因應。此時，也由於該飛輪21已可穩定提供一定的動能，亦可視情況調整該循環機構32的運作，改變導入該等球體12的數量、間隔時間等等條件，藉此減少能量的消耗。

(3)因該等球體12而無法達成一定轉速時：

由於該等球體12是主要提供發電動能的施力媒介，當該飛輪21的轉速不足時，該控制器49自然需要控制導入更多的球體12，或者縮短導入該等球體12的間隔時間，才能提供更 大的動能。

藉由上述的補償機制，可在多種不同的狀況都確保該發電機23得以穩定運轉而發電。值得特別說明的是，上述時機僅是本第一實施例所可提供之補償機制的主要例示，在以該控制器49持續監控該發電機23之轉速，且具有該動力引擎41、該等電動馬達42、該變速傳動機構22、該循環機構32等等眾多補償機制的情況下，亦可採用其他的控制邏輯來設定各種補償機制啟動的時機，只要能確保該發電機23維持在一定轉速即可，理應可因應許多種不同的環境限制，且並不以上述的例示為限。

參閱圖7與圖8，為本發明多元動能發電設備之一第二實施例，本第二實施例與該第一實施例的差別在於：該導入單元1還包括多個彼此並聯且連接於該進氣管13的進水管15、多個適用於分別連接於水源與該等進水管15之間的抽水機16，及一與該輸出管14間隔設置且用於以一與該輸出管14之輸出方向夾一銳角之方向輸出施力媒介的輔助管17。而該回收單元3還包括一連接於該匯集管31下游，並適用於將水流重新導引至該等進水管15的引流迴路33。也就是說，本第二實施例能採用水流為的施力媒介，以適用在較容易取得水源的設置地點，以提高泛用性。

另外，由於該等承接件212是呈等角間隔排列地設置於該本體211上，該輔助管17與該輸出管14的朝向角度，即是分別朝 向二個相鄰的承接件212，在必要時可同時由該輔助管17輸出施力媒介，藉此更快地使該飛輪21達到一定的轉速。

參與圖8與圖9，為了使本第二實施例能同時適用於水流、所述球體12，甚至其他種類的施力媒介，該導入單元1的該匯集管31具有一界定出一導引空間310的管壁部311，及二彼此橫向間隔而設置於該導引空間310中，且間隔距離小於每一球體12之徑寬而可支撐所述球體12的導桿部312。該等導桿部312概構成一軌道，藉此支撐所述球體12，並將該導引空間310分隔為一位於下方之導水區318及一位於上方之導球區317。由於該等導桿部312之間可供水流通過，因此在使用水流為施力媒介時，進入該匯集管31的水流會由該導球區317經該等導桿部312之間流入該導水區318，只要該導水區318連通於如圖7所呈現的該引流迴路33，即可構成以水流為施力媒介的完整循環。另外，當使用該等球體12為施力媒介時，該等球體12因該等導桿部312的支撐而在該導球區317傳輸，並不會進入該導水區318，故只要在該導球區317的下游設置該循環機構32，即可構成以該等球體12為施力媒介的完整循環。當然，若同時使用水流及該等球體12為施力媒介，也可利用該等導桿部312形成的區分機制，分開回收用水及該等球體12。

參閱圖10並配合圖8，本第二實施例與該第一實施例之補償機制的控制方式大致相同，唯如圖6所示之控制導入之球體12 的數量、間隔時間，必須改變為開啟或關閉該等抽水機16的操作，且可額外利用該輔助管17提供水流動能，才能確實因應以水流為施力媒介的運作。除此之外，本第二實施例能與該第一實施例達成相同的功效。

綜上所述，本發明多元動能發電設備，能利用多種施力媒介來提供動能，透過該飛輪21及該變速傳動機構22傳遞至該發電機23，並透過該輔助單元4提供多種的補償機制，以因應各種運轉時的不利情況，確保該發電機23能持續以穩定的轉速運轉，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1:導入單元

11:導球管

12:球體

13:進氣管

14:輸出管

2:轉動單元

21:飛輪

211:本體

213:擋板

3:回收單元

31:匯集管

Claims (9)

1. 一種多元動能發電設備，包含：一導入單元，包括多個彼此並聯的導球管、多個由該等導球管導引的球體、一連通於該等導球管的進氣管、一連通於該等導球管及該進氣管且用以輸出施力媒介的輸出管、多個彼此並聯且適用於引入水流的進水管，及多個適用於分別連接於水源與該等進水管之間的抽水機；一轉動單元，位於該導入單元相對下方，並包括一用以承接該輸出管所輸出之施力媒介而以一橫向延伸之轉軸旋轉的飛輪、一連動於該飛輪的變速傳動機構，及一連接於該變速傳動機構，用以隨著該飛輪旋轉而運轉發電的發電機；一回收單元，設置於該轉動單元下游，並包括一用以收集該輸出管所輸出之導引媒介的匯集管、一設置於該匯集管下游，並用以承接該等球體並重新引入該等導球管的循環機構，及一連接於該匯集管下游，並適用於將水流重新導引至該等進水管的引流迴路；及一輔助單元，連接於該轉動單元，並包括一連接於該飛輪且用以提供啟動該飛輪旋轉之動力的動力引擎，及一資訊連接於該循環機構、該發電機、該變速傳動機構、該等抽水機，及該動力引擎的控制器，該控制器用以依據該發電機之運轉，控制該循環機構的運作、該變速傳動機構的轉速檔位，及該動力引擎啟動與否。
2. 如請求項1所述的多元動能發電設備，其中，該轉動單元 的飛輪具有一本體，及多個環繞間隔設置於該本體周緣的承接件。
3. 如請求項2所述的多元動能發電設備，其中，該轉動單元的飛輪還具有二分別設置於該本體之軸向相反兩側，且間隔界定出一與該匯集管連通之間隔空間的擋板。
4. 如請求項2所述的多元動能發電設備，其中，每一個承接件具有一界定出一承接室的外罩部、一定位於該承接室中的彈簧部，及一連接於該彈簧部且以軟性材質製成而用以緩衝所述球體的膠套部。
5. 如請求項1所述的多元動能發電設備，其中，該導入單元還包括一與該輸出管間隔設置且用於以一與該輸出管之輸出方向夾一銳角之方向輸出施力媒介的輔助管。
6. 如請求項1所述的多元動能發電設備，其中，該導入單元的該匯集管具有一界定出一導引空間的管壁部，及二彼此橫向間隔而設置於該導引空間中，且間隔距離小於每一球體之徑寬而可支撐所述球體的導桿部，該等導桿部將該導引空間分隔為一位於下方之導水區及一位於上方之導球區。
7. 如請求項1所述的多元動能發電設備，其中，該導入單元的每一球體具有一金屬部，及一包覆於該金屬部外的膠體部。
8. 如請求項1所述的多元動能發電設備，其中，該輔助單元的該動力引擎是採用柴油機動力。
9. 如請求項1所述的多元動能發電設備，其中，該輔助單元 還包括二分別連接於該發電機及該飛輪，且資訊連接於該控制器而用以補償該發電機及該飛輪之轉速的電動馬達。

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