TWI766696B

TWI766696B - 磁能裝置換極控制機構

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Publication number: TWI766696B
Application number: TW110118716A
Authority: TW
Inventors: 張力
Original assignee: 張力
Priority date: 2021-05-24
Filing date: 2021-05-24
Publication date: 2022-06-01
Also published as: TW202246644A

Abstract

本發明係指一種磁能裝置換極控制機構，其其包括有一基座、一磁力致動單元、一磁力被動單元及一磁極切換控制單元，利用磁力致動單元可對該磁力被動單元生成磁斥力與磁吸力之磁作用力，再經由磁極切換控制單元同步進行磁作用力的切換，使該磁力被動單元能往復運動而生成一旋轉或線性之動能輸出，且該磁極切換控制單元於磁力致動單元上設有一蓄能元件，藉此，可產生抗拒該磁力致動單元與該磁力被動單元之磁場變化的作用力，以達到省力之目的，且使其磁極切換動作更順暢，同時能讓磁力致動單元磁極之切換更為靈敏。

Description

磁能裝置換極控制機構

本發明係隸屬一種控制磁能切換之技術領域，具體而言係指一種具有蓄能作用之磁能裝置換極控制機構，藉以能有效操控磁斥力與磁吸力之反應效率，且具有省力之效。

按，為了解決現有能源消耗及動力輸出效能的問題，業界開發有多種磁能傳動裝置來輔助或取代動力設備〔如內燃機或電動機〕，如我國專利公告第I325923號、第M502288號、第M560542號及第I640149號等。前述磁能傳動裝置主要係將至少兩可相對產生磁性作用力〔即磁斥力及磁吸力〕之磁盤分別定義為一磁力致動單元及一磁力被動單元，而透過磁力致動單元與磁力被動單元之間磁作用力的切換，即透過磁力致動件的磁極切換，使兩者間產生磁斥力與磁吸力的反覆交錯作用，而令該磁力被動單元能相對磁力致動單元產生往復運動，進而生成一動能並輸出至一動力輸出單元〔如發電系統、齒輪箱等〕，以供利用；

由於在磁作用力範圍內，控制最近距離時的磁斥力比控制最遠距離時的磁吸力反應速率更高，因此如何有效控制磁斥力成為主要課題。而根據楞次定律，一磁場改變產生感應電流，此感應電流造成的磁場會形成一股抗拒磁場變化的力。因此對於前述磁能傳動裝置之磁力致動件在進行磁極切換時，無形間就會產生抗矩，因此必需施以較大的作用力來完成〔尤其是在磁吸力轉換成磁斥力時〕，不僅操作上費力，也影響到控制換極之速度，由於此時。

換言之，如何在磁極切換時，能不增加作用力、甚至減少施力，不僅能有效控制磁極的切換，使得磁性作用力的切換更為精準，且可以讓磁斥力與磁吸力之作用力差的比值增大，即能提高其能源轉換效率，係業界及使用者所期待者，亦係本發明所欲探討者。

有鑑於此，本發明人遂針對上述現有者所面臨的問題，潛心研究並配合學理的運用，秉持多年該相關行業之設計開發及實作經驗，針對現有結構之缺失予以改良，終於成功開發出一種磁能裝置換極控制機構，藉以克服現有因換極控制費力所衍生的困擾與不便。

因此，本發明之主要目的係在提供一種磁能裝置換極控制機構，藉以能有效控制磁極切換，而利用磁吸力與磁斥力交替往復作用所產生的拉力及推力轉換成可供輸出的動力，因而提高其動力輸出的效能，並能提高其能源轉換效率。

再者，本發明之次一主要目的係在提供一種磁能裝置換極控制機構，其在控制切換磁作用力時減少施力，並使磁斥力與磁吸力之作用力差的比值增大。

又，本發明之再一主要目的係在提供一種磁能裝置換極控制機構，其不僅可達到省力之效，同時能讓第一、二磁力致動單元磁極之切換更為靈敏，以增進其運轉的順暢性。

基於此，本發明主要係透過下列的技術手段，來實現前述之目的及其功效，其包括有：

一基座；

一磁力致動單元，其係於該基座上利用一轉軸樞設有一磁盤，又磁盤具有等角、且間隔分布之至少一第一磁作用部及至少一異極之第二磁作用部；

至少一磁力被動單元，其可受該磁力致動單作用而相對線性滑動，該磁力被動單元具有一滑座，而該滑座對應該磁盤表面具有等角間隔分布之至少一第一磁被動部及至少一異極之第二磁被動部，且該滑座之第一、二磁被動部與該磁盤之第一、二磁作用部呈等面積，使得該滑座可於一第一行程位置及一第二行程位置之間往復滑動，其中該第一行程位置係位於滑座行程中磁作用力最強之非接觸最近位置、而該第二行程位置係位於滑座行程中磁作用力最弱之非接觸最遠位置；

一磁極切換控制單元，其係於基座上設有一可與前述磁盤同步轉動之作動件，而該作動件可以被一具一驅動件之連動件往復帶動，再者該磁極切換控制單元於基座上設有一供作動件制動並產生回復預力之蓄能元件，且該蓄能元件之蓄能回復行程位於該磁力致動單元與該磁力被動單元切換磁作用力時產生抗拒磁場變化的範圍，又該磁極切換控制單元於對應該滑座之第一、二行程位置分設有一第一止點檢知元件及一第二止點檢知元件，供檢知該滑座位置後控制該驅動件透過連動件、作動件改變磁力致動單元之磁盤磁極方向。

藉此，透過上述技術手段的具體實現，使得本發明之磁能裝置換極控制機構能利用基座設有可滑動之磁力被動單元，且透過該磁力致動單元能被該磁極切換控制單元同步作動，使該磁力致動單元能對該磁力被動單元反覆生成磁斥作用力與磁吸作用力，以供生成一旋轉或線性之動能輸出，且進一步配合磁極切換控制單元之蓄能元件，以產生抗拒該磁力致動單元與該磁力被動單元之磁場變化的作用力，不僅可達到省力之效，且使其磁極切換動作更順暢，同時能讓磁力致動單元磁極之切換更為靈敏，進一步可加大磁力被動單元之作用行程，進而提升其能源轉換效率，從而增加產品的附加價值，並提升其經濟效益。

為使貴審查委員能進一步了解本發明的構成、特徵及其他目的，以下乃舉本發明之若干較佳實施例，並配合圖式詳細說明如後，同時讓熟悉該項技術領域者能夠具體實施。

10:基座

11:第一立面

12:第二立面

110:第一側立面

120:第二側立面

20:磁力致動單元

21:磁盤

211:第一磁作用部

212:第二磁作用部

22:轉軸

40:磁力被動單元

41:滑座

421:導軌

422:導槽

441:第一磁被動部

442:第二磁被動部

45:曲柄組

450:擺臂

46:輸出軸

47:偏心件

470:樞軸

471:配重件

50:磁極切換控制單元

51:作動件

52:連動件

53:齒條

54:驅動件

55:第一蓄能元件

56:制動件

80:動力輸出單元

第1圖：係本發明磁能裝置換極控制機構第一較佳實施例之外觀示意圖。

第2圖：係本發明磁能裝置換極控制機構第一較佳實施例之立體分解示意圖，供說明各構件之態樣及相對關係。

第3圖：係本發明磁能裝置換極控制機構第一較佳實施例之側視平面示意圖。

第4圖：係本發明磁能裝置換極控制機構第一較佳實施例之立體動作示意圖，供說明其第一運動狀態。

第5圖：係本發明磁能裝置換極控制機構第一較佳實施例之另一立體動作示意圖。

第6圖：係本發明磁能裝置換極控制機構第一較佳實施例之又一立體動作示意圖，供說明其反向回程之第二運動狀態。

第7圖：係本發明磁能裝置換極控制機構第二較佳實施例之側視平面示意圖。

第8圖：係本發明磁能裝置換極控制機構第三較佳實施例之立體外觀示意圖，供說明其組成橫向矩陣排列之態樣。

第9圖：係本發明磁能裝置換極控制機構第四較佳實施例之立體外觀示意圖。

本發明係一種磁能裝置換極控制機構，隨附圖例示之本發明的具體實施例及其構件中，所有關於前與後、左與右、頂部與底部、上部與下部、以及水平與垂直的參考，僅用於方便進行描述，並非限制本發明，亦非將其構件限制於任何位置或空間方向。圖式與說明書中所指定的尺寸，當可在不離開本發明之申請專利範圍內，根據本發明之設計與需求而進行變化。

而本發明磁能裝置換極控制機構之主要構成，係如第1、9圖所示，其包含有一基座(10)、一磁力致動單元(20)、一磁力被動單元(40)及一磁極切換控制單元(50)所以組成，該磁力致動單元(20)與該磁力被動單元(40)係以相對方式設於基座(10)兩端，再者該磁極切換控制單元(50)可驅動該磁力致動單元(20)切換對應相鄰磁力被動單元(40)之磁極，使得該磁力致動單元(20)可相對該磁力被動單元(40)交錯生成一磁吸力與一磁斥力，令該磁力被動單元(40)可相對該磁力致動單元(20)產生一往復線性移動之動能，並輸出至一動力輸出單元(80)〔如發電系統、齒輪箱等〕，以供利用；

而本發明第一較佳實施例之詳細構成，係如第1、2及3圖所揭示者，該基座(10)可以是一體式結構或組合式結構，且該基座(10)具有相對之一第一立面(11)及一第二立面(12)，供前述之磁極切換控制單元(50)、磁力致動單元(20)及磁力被動單元(40)線性排列設置；

而前述之磁力致動單元(20)係於該基座(10)上樞設有一磁盤(21)，又磁盤(21)具有等角、且間隔分布之至少一第一磁作用部(211)〔可以是N極磁極或S極磁極〕及至少一異極之第二磁作用部(212)〔即為S極磁極或N極磁極〕，另該磁盤(21)可利用一轉軸(22)樞設於該基座(10)之第一立面(11)上；

又所述之磁力被動單元(40)具有一滑設於基座(10)、且可相對磁力致動單元(20)往復連動之滑座(41)，該滑座(41)可以滑設於兩平行設於基座(10)第一、二立面(11、12)間之導軌(421)間〔如第2~8圖所示〕或滑設於兩平行形成於基座(10)兩側表面之兩導槽(422)間〔如第9圖所示〕，又該滑座(41)對應磁力致動單元(20)之磁盤(21)表面具有等角、且間隔分布之至少一第一磁被動部(441)〔可以是N極磁極或S極磁極〕及至少一異極之第二磁被動部(442)〔即為N極磁極或S極磁極〕，使得該磁力被動單元(40)之滑座(41)可利用第一、二磁被動部(441、442)相對磁力致動單元(20)磁盤(21)的第一、二磁作用部(211、212)同時產生磁斥力或磁吸力之磁作用力，使得該滑座(41)可於基座(10)之一第一行程位置及一第二行程位置之間往復滑動，其中該第一行程位置係位於滑座(41)行程中磁作用力最強之非接觸最近位置〔即吸力終點、亦即斥力起點〕，而該第二行程位置係位於滑座(41)行程中磁作用力最弱之非接觸最遠位置〔即吸力起點、亦即斥力終點〕，又該磁力被動單元(40)之滑座(41)可透過一樞設於基座(10)一樞軸座(16)之曲柄組(45)將線性運動轉換成旋轉運動，而該曲柄組(45)具有一樞設於滑座(41)之擺臂(450)，且又該曲柄組(45)於基座(10)樞軸座(16)上樞設有一輸出軸(46)，而該輸出軸(46)上設有一相對之偏心件(47)，而該偏心件(47)另端係以一樞軸(470) 樞設於擺臂(450)之端，使得磁力被動單元(40)之滑座(41、42)移動時可透過擺臂(450)、偏心件(47)以曲柄作動方式驅動該等輸出軸(46)旋轉，將前述線性運動轉換成一旋轉動能，並輸出至一動力輸出單元(80)〔如第1圖所示〕以供利用，又各該輸出軸(46)異於偏心件(47)一側進一步可以具有一配重件(471)，令該擺臂(450)驅動輸出軸(46)之旋轉運動不致產生旋轉死點，使運轉可以更為順暢。且根據某些實施例，該磁力被動單元(40)之滑座(41)可以不連結前述之曲柄組(45)、而係直接設一輸出部，供生成一線性動能並輸出以供利用；

再者，該磁極切換控制單元(50)係於磁力致動單元(20)磁盤(21)之轉軸(22)設有一可同步轉動之作動件(51)，又其中該作動件(51)可以選自齒輪〔如第1~9圖所示〕、撥桿或其他可作動轉軸(22)帶動磁盤(21)旋轉的構件，本發明之作動件(51)以齒輪為較佳實施例，而該作動件(51)可以被一連動件(52)往復位移或正逆轉動，本發明之較佳實施例中，該連動件(52)可以是供如齒輪作動件(51)嚙合之齒輪〔如第1~7圖所示〕、齒條(53)〔如第8、9圖所示〕、鏈條〔圖中未示〕或其他構件，供利用一驅動件(54)作動該連動件(52)往復或迴轉運動，該驅動件(54)可以是能正逆轉之伺服馬達、能線性運動之伸縮壓缸或其他可驅動該連動件(52)作動之元件，再者該磁極切換控制單元(50)可於基座(10)上設有分別供作動件(51)制動並產生回復預力之至少一蓄能元件(55)，其中該蓄能元件(55)可以是彈性件如扭力彈簧、彈性壓桿等，本發明之蓄能元件(55)以套設於磁盤(21)轉軸(22)之扭力彈簧為主要實施例，且該蓄能元件(55)之扭力彈簧一端固設於基座(10)上，另端可被與作動件(51)同步運動之一制動件(56)所壓動產生蓄能作用，且該蓄能元件(55)之蓄能回復行程分別位於兩端磁力致動單元(20)於切換磁極時相對該磁力被動單元(40)產生抗拒磁場變化的範圍，使得該驅動件(54)作動該連動件(52)帶動磁力致動單元(20)切換磁極時能產生省力之效，又該磁極切換控制單元(50)於基座(10)內對應該磁力被動單元(40)之滑座(41)分設有一第一止點檢知元件(571)及一第二止點檢知元件(572)，其中該第一止點檢知元件(571)位於滑座(41)行程中磁作用力最強之非接觸最近位置〔即吸力終點、亦即斥力起點〕，而該第二止點檢知元件(572)係位於滑座(41)行程中磁作用力最弱之非接觸最遠位置〔即吸力起點、亦即斥力終點〕，供檢知該滑座(41)位置後，可以控制該驅動件(54)透過連動件(52)、作動件(51)改變磁力致動單元(20)之磁盤(21)磁極方向，前述之第一、二止點檢知元件(571、572)可以選自光電開關、近接開關或微動開關。且根據某些實施例，該蓄能元件(55)之蓄能後回復起點可對應該磁力被動單元(40)滑座(41)之下止點位置，供進一步提升其省力效果；

藉此，能讓該磁極切換控制單元(50)能作動該磁力致動單元(20)之磁盤(21)切換磁極，以相對該磁力被動單元(40)之滑座(41)產生磁斥力與磁吸力，而生成一動能以供利用，從而組構成一具省力作用之磁能裝置換極控制機構者。

至於本發明之實際運作，則係如第3、4圖所示，使用前，該磁極切換控制單元(50)之蓄能元件(55)呈蓄能動作起點之釋能狀態，同時磁力致動單元(20)之磁盤(21)第一、二磁作用部(211、212)與磁力被動單元(40)之滑座(41)第一、二磁被動部(441、442)呈同位同極相對狀〔即第一磁作用部(211)對應同極之第一磁被動部(441)、而第二磁作用部(212)對應同極之第二磁被動部(442)〕，使得該磁力被動單元(40)之滑座(41)位於磁作用力行程中最遠處〔即吸力起點、亦即斥力終點〕之第二行程位置，令該滑座(41)適對應磁極切換控制單元(50)之第二止點檢知元件(572)處；

接著，如第4、5圖所示，當啟動該磁極切換控制單元(50)時，基座(10)上的第二止點檢知元件(572)檢知滑座(41)，而透過驅動件(54)作動該連動件(52)帶動該作動件(51)轉動，使作動件(51)可利用轉軸(22)帶動磁盤(21)轉動，令該磁力致動單元(20)之磁盤(21)第一、二磁作用部(211、212)與磁力被動單元(40)之滑座(41)第一、二磁被動部(441、442)呈錯位異極相對狀〔即第一磁作用部(211)對應異極之第二磁被動部(442)、而第二磁作用部(212)對應異極之第一磁被動部(441)〕，讓該磁力致動單元(20)相對該磁力被動單元(40)之滑座(41)生成一磁吸作用力，使得該磁力被動單元(40)之滑座(41)受該磁吸作用力影響而向行程中之第一行程位置位移，進一步並能帶動曲柄組(45)之輸出軸(46)旋轉輸出，同時該磁極切換控制單元(50)之蓄能元件(55)可被設於該磁力致動單元(20)轉軸(22)上之制動件(56)壓縮生成回復預力之蓄能狀〔如第5圖所示〕，而當滑座(41)移動至基座(10)第一行程位置對應第一止點檢知元件(571)時，前述之蓄能元件(55)適可被壓縮至最大蓄能狀態，以供下一循環產生回復預力；

再者，如第5、6圖所示，當該磁力被動單元(40)之滑座(41)移動至基座(10)第一行程位置時，基座(10)上的第一止點檢知元件(571)可於檢知滑座(41)後，控制驅動件(54)反向作動該連動件(52)帶動該作動件(51)反向轉動，使作動件(51)可利用轉軸(22)帶動磁盤(21)反轉，而令該磁力致動單元(20)之磁盤(21)第一、二磁作用部(211、212)與磁力被動單元(40)之滑座(41)第一、二磁被動部(441、442)再次呈同位同極相對狀〔即第一磁作用部(211)對應同極之第一磁被動部(441)、而第二磁作用部(212)對應同極之第二磁被動部(442)〕，如此可讓該磁力致動單元(20)相對該磁力被動單元(40)之滑座(41)生成一磁斥作用力，使得該磁力被動單元(40)之滑座(41)受該磁斥作用力影響而再次向行程中之第二行程位置位移，進一步並能帶動曲柄組(45)之輸出軸(46)旋轉輸出，同時令該磁極切換控制單元(50)設於該磁力致動單元(20)之蓄能元件(55)如扭力彈簧能逐步釋能，而產生抗拒磁場由磁吸變換為磁斥之磁阻力的作用力，可供減少驅動件(55)之施力，而達到省力之目的；

且如第6圖所示，當該磁力被動單元(40)之滑座(41)再次移動至基座(10)第二行程位置時，基座(10)上的第二止點檢知元件(572)可於檢知滑座(41)後，控制驅動件(54)再次作動該連動件(52)帶動該作動件(51)轉動，且如第4圖所示，令該磁力致動單元(20)之磁盤(21)第一、二磁作用部(211、212)與磁力被動單元(40)之滑座(41)第一、二磁被動部(441、442)再次呈錯位異極相對狀〔即第一磁作用部(211)對應異極之第二磁被動部(442)、而第二磁作用部(212)對應異極之第一磁被動部(441)〕，讓該磁力致動單元(20)相對該磁力被動單元(40)之滑座(41)再次生成一磁吸作用力，可使得該磁力被動單元(40)之滑座(41)因前述第4~6圖之反覆磁吸作用力及磁斥作用力而往復位置，並同步作動曲柄組(43)之輸出軸(46)生成一旋轉動能輸出，以供作動動力輸出單元(80)。

另，如第7圖所示，根據某些實施例，本發明之磁能裝置換極控制機構中供設置該磁力致動單元(20)與該磁力被動單元(40)之基座(10)可以是分段結構，使該磁力致動單元(20)或該磁力被動單元(40)能被完全封閉，而該磁力致動單元(20)與同軸之磁極切換控制單元(50)可共同設置，且該磁力致動單元(20)之磁盤(21)與該磁力被動單元(40)之滑座(41)呈間隔相對狀，如此可讓磁力被動單元(40)產生較佳的防水效果，而能應用於較潮溼的環境中。

再者，根據某些實施例，本發明之磁能裝置換極控制機構可以是橫向陣列設置，如第8圖所示，其可以具有二組或二個以上橫向排列之磁能裝置換極控制機構，且相鄰磁能裝置換極控制機構之磁力致動單元(20)的磁盤(21)轉軸(22)呈平行狀，而各該磁能裝置換極控制機構之磁極切換控制單元(50)的連動件(52)可以是同一齒條，供同步嚙合各磁極切換控制單元(50)之作動件(51)，而該驅動件(54)可作動該連動件(52)同步帶動各該作動件(51)正、逆向轉動，供同步帶動橫向排列之磁力致動單元(20)進行磁極切換，而同步驅動磁力被動單元(40)生成一動能供輸出，同時配合該磁極切換控制單元(50)於驅動磁力致動單元(20)切換磁極之作動件(51)上設有蓄能元件(55)，而能產生抗拒磁場變化的作用力達到省力之目的，且當數量越多時，其省力效果越為明顯，使磁極切換控制更為有效。

又本發明另有一實施例，其係如第9圖所示，該基座(10)兩側具有相對之一第一側立面(110)及一第二側立面(120)，供前述之磁極切換控制單元(50)、磁力致動單元(20)及磁力被動單元(40)設置，而其中該磁力致動單元(20)係於該基座(10)上利用一轉軸(22)樞設有一磁柱(210)，又磁盤(21)具有等角、且間隔分布之至少一第一磁作用部(211)〔可以是N極磁極或S極磁極〕及至少一異極之第二磁作用部(212)〔即為S極磁極或N極磁極〕；

而該磁力被動單元(40)之滑座(41)則係滑設於基座(10)之第一、二側立面(110、120)上形成有一相對之導槽(422)間，又該滑座(41)對應磁力致動單元(20)之磁柱(210)一個第一磁被動部(441)〔可以是N極磁極或S極磁極〕，使得該磁力被動單元(40)之滑座(41)可利用第一磁被動部(441)相對磁力致動單元(20)磁盤(21)的第一、二磁作用部(211、212)分別產生磁斥力或磁吸力之磁作用力；

再者，該磁極切換控制單元(50)則係於磁力致動單元(20)磁盤(21)之轉軸(22)一端設有一可同步轉動之作動件(51)，又其中該作動件(51)可以選自齒輪〔如第1~9圖所示〕、撥桿或其他可作動轉軸(22)帶動磁柱(210)旋轉的構件，而該作動件(51)可以被連動件(52)透過一齒條(53)帶動，供驅動件(54)作動該連動件(52)、齒條往復驅動，而蓄能元件(55)係設於該磁柱(210)之轉軸(22)，而其一樣具有前述之作用及功效。

藉由上述之具體實施例說明，本發明之磁能裝置換極控制機構能利用基座(10)設有可滑動之磁力被動單元(40)，且透過該磁力致動單元(20)能被該磁極切換控制單元(50)同步作動，使該磁力致動單元(20)能對該磁力被動單元(40)反覆生成磁斥作用力與磁吸作用力，以供生成一旋轉或線性之動能輸出，且進一步配合磁極切換控制單元(50)之蓄能元件(55)，以產生抗拒該磁力致動單元(20)與該磁力被動單元(40)之磁場變化的作用力，不僅可達到省力之效，且使其磁極切換動作更順暢，同時能讓磁力致動單元(20)磁極之切換更為靈敏，可進一步加大磁力被動單元(40)之作用行程，進而提升其能源轉換效率。

藉此，可以理解到本發明為一創意極佳之創作，除了有效解決習式者所面臨的問題，更大幅增進功效，且在相同的技術領域中未見相同或近似的產品創作或公開使用，同時具有功效的增進，故本發明已符合發明專利有關「新穎性」與「進步性」的要件，乃依法提出申請發明專利。