TWM632477U

TWM632477U - 全磁浮高速率發電機組

Info

Publication number: TWM632477U
Application number: TW111206993U
Authority: TW
Inventors: 王明正
Original assignee: 王明正
Priority date: 2022-07-01
Filing date: 2022-07-01
Publication date: 2022-09-21

Abstract

一種全磁浮高速率發電機組，具有設置在殼體內的主軸，該主軸的上、下端均以磁浮支座懸浮地被支撐，並且主軸的側向以磁浮軸承被支撐，該主軸還設置至少一個轉盤作為發電機的轉子，該轉盤上具有沿著圓周配置的複數個感應磁鐵，複數個線圈沿著主軸的周圍固定地設置於殼體以作為定子並且連接電力傳輸線，主軸的上端則設置傳動機構，該傳動機構連接風扇單元或馬達以作為動力源，該風扇單元或馬達將動力驅動主軸旋轉，進而帶動轉盤旋轉以使感應磁鐵相對於線圈旋轉而產生感應電流，本創作藉由全磁浮方式支撐主軸，使主軸的旋轉具有最低阻抗而獲得高功率電力輸出。

Description

全磁浮高速率發電機組

本創作涉及一種發電機組，特別是用以驅動發電機的主軸在旋轉時具有最低阻抗，從而可以提升風力發電效率的發電機組。

由於國際能源價格變化無常並且蘊藏量有限，再加上核能發電潛藏著不可測的風險與後續廢料處理的高額費用，因而目前各國政府正大力鼓勵發展綠色能源。綠色能源的領域包含太陽能、風力、潮汐、磁力、...等不需耗用地球額外資源的發電方式，其中，習知的風力發電方式係在具有足夠風力的場域設置風車，風車扇葉的主軸經由齒輪機構連接到發電機，當扇葉受到風力吹動旋轉時經由該齒輪機構驅動發電機旋轉以發電。

雖然風力發電對於風力充足的國家而言是十分乾淨且取之不盡用之不竭的綠色能源，但由於將風力轉換成機械力，再將機械力轉換成電力的過程中，一定程度的機械能會被齒輪機構及其他元件之間的摩擦力損耗掉，因而降低了風力發電的效率；尤其是風力不十分穩定的地區更無法獲得預期足夠的綠色電力。

TW M561728號專利權提供了一種風力單點磁浮穩定最低阻抗發電機，係在一殼體穿設一轉軸，該殼體的內空間內徑壁面設有複數定子以及一板體，該定子係以複數個第二磁鐵排列成圓環；該轉軸的上端設置一第三磁鐵，下端形成一尖端，上、下端之間設有一風扇、一發電機與複數轉子，該尖端接觸於殼體的板體，該等轉子為磁性與第二磁鐵相同或相反的第一磁鐵並且設置在對應第二磁鐵所排列的圓環位置，藉由該等第一磁鐵與該等第二磁鐵的相斥力或相吸力使該轉軸保持在垂直狀態；並且將一第四磁鐵設於該轉軸的上端上方，該第四磁鐵與該第三磁鐵的彼此相對面的磁性相反，使該第四磁鐵對該第三磁鐵產生吸力，以減輕轉軸的重量，使轉軸的旋轉具有最低阻抗。

本創作的目的在於提供一種可以進一步大幅減少發電機組在運轉過程中產生的摩擦阻抗，從而大幅提高風力發電效率的發電機組，該發電機組適於風力發電或小功率馬達輸入動力之發電。

本創作提供之全磁浮高速率發電機組的一實施例，包括：殼體，具有內空間；下磁浮支座，設於該內空間的底面；上磁浮支座，設於該內空間的頂面；複數個磁浮軸承，在該內空間中沿著垂直方向設置在對應該磁浮支座的上方的不同高度位置；主軸，垂直地配置在該內空間中的該等磁浮軸承，並且該主軸的上、下端分別連接該上磁浮支座與該下磁浮支座，該主軸的上端延伸出該殼體的外部；發電機，具有作為定子的複數個線圈以及作為轉子的至少一個轉盤，該等線圈沿著該主軸的周圍固定地設置於該殼體並且連接電力傳輸線，該至少一個轉盤固定於該主軸，該轉盤上配置有沿著圓周配置的複數個感應磁鐵，該等感應磁鐵相對於該等線圈旋轉時產生感應電流並由該電力傳輸線輸出該電流；以及風扇單元，連接至該主軸，該風扇單元運轉時驅動該主軸旋轉，進而帶動該發電機的該轉盤旋轉而產生電力。藉由所述之發電機組，該主軸藉由磁浮支座與磁浮軸承支撐以維持豎立狀態，使得主軸旋轉時的摩擦阻抗相較於先前技術更為降低，從而提高了發電效率。

較佳地，該下磁浮支座可以包括：下旋轉盤，固定至該主軸的下端，該下旋轉盤的下面中心及圓周配置有複數個第一磁鐵；以及下固定盤，固定至該殼體的該內空間的底面，該下固定盤的上面中心及圓周配置有複數個第二磁鐵。該上磁浮支座包括：上旋轉盤，固定至該主軸，該上旋轉盤的上面中心及圓周配置有複數個該第二磁鐵；以及上固定盤，固定至該殼體的該內空間的頂面，該上固定盤的下面中心及圓周配置有複數個該第一磁鐵，其中，該第一磁鐵與該第二磁鐵具有相同的磁性，使該上旋轉盤與該上固定盤之間以及該下旋轉盤與該下固定盤之間因該第一磁鐵與該第二磁鐵相斥而不接觸。藉此，該磁浮支座用以懸浮地支撐主軸在垂直方向上的重量。

較佳地，該等磁浮軸承可以分別包括：一轉子，為沿著該主軸外圍配置的複數個第四磁鐵；以及一定子，為圓筒形體，沿著其內圓周配置有複數個第三磁鐵，該定子固定於該殼體，使該等第三磁鐵包圍該等第四磁鐵，其中，該第三磁鐵與該第四磁鐵具有相同的磁性，使該主軸與該定子之間因該第三磁鐵與該第四磁鐵相斥而不接觸。藉此，該等磁浮軸承用以懸浮地支撐主軸在側向方向上的偏移。

較佳地，該發電機可以具有二個該轉盤，該二個轉盤固定於該主軸並且對稱地配置在該線圈的相對兩側。藉此，主軸的旋轉同時帶動二個轉盤旋轉以和線圈產生感應電流，具有更高的發電效率。

本創作的一實施例，該風扇單元具有扇葉，該扇葉連接轉軸，該轉軸設有主動傘齒輪，並且該主軸的上端設有被動傘齒輪，該主動傘齒輪與該被動傘齒輪嚙合，當該扇葉旋轉時通過該主動傘齒輪及該被動傘齒輪驅動該主軸旋轉以使該發電機發電。

本創作提供之全磁浮高速率發電機組的另一實施例，可以利用小功率馬達取代所述風扇單元，利用馬達輸出小功率來驅動主軸旋轉以帶動發電機輸出大功率電力。

藉由本創作提供的全磁浮高速率發電機組，由於主軸係藉由設置在下端的磁浮支座以及在主軸側面的對稱位置提供相斥的磁力以支撐主軸，因此主軸受到驅動旋轉時所受到的摩擦阻抗極小，使得主軸的轉速得以更快，持續時間更長，從而提高了發電的效率。

1:殼體

11:支架

2:下磁浮支座

21:下旋轉盤

22:下固定盤

2A、7A:第一磁鐵

2B、7B:第二磁鐵

3:第一磁浮軸承

31:第一定子

3A、6A、8A:第三磁鐵

3B、6B、8B:第四磁鐵

4:發電機

40:電力傳輸線

41:第一轉盤

42:第二轉盤

43:線圈

4A:第一感應磁鐵

4B:第二感應磁鐵

5:主軸

6:第二磁浮軸承

61:第二定子

7:上磁浮支座

71:上固定盤

72:下旋轉盤

8:風扇單元

81:轉軸

82:主動傘齒輪

83:被動傘齒輪

84:扇葉

85:第三磁浮軸承

851:第三定子

9:馬達

91:驅動齒輪

92:惰齒輪

圖1為顯示本創作發電機組之第一實施例之平面剖視示意圖；

圖2為顯示本創作設置在旋轉盤底面之第一磁鐵的配置狀態之仰視圖；

圖3為顯示本創作設置在固定盤上面之第二磁鐵的配置狀態之俯視圖；以及

圖4為顯示本創作發電機組之第二實施例之平面剖視示意圖。

以下配合圖式及元件符號對本創作之實施方式做更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在閱讀本說明書後能據以實施。

《實施例1》

如圖1所示，本創作提供的全磁浮高速率發電機組，可適於作為風力發電機組，其第一實施例包括具有內空間的殼體1，該內空間的頂面及底面分別設置上磁浮支座7及下磁浮支座2，該內空間中沿著垂直方向的不同高度位置分別設置相同結構的第一磁浮軸承3與第二磁浮軸承6，該第一磁浮軸承3與第二磁浮軸承6固定於殼體1並且對應於下磁浮支座2的上方。其中，所述下磁浮支座2由配置有複數個第一磁鐵2A的下旋轉盤21以及配置有複數個第二磁鐵2B的下固定盤22所構成。如圖2所示，該下旋轉盤21為圓形的盤體，其可以在下面的中心及圍繞中心的周圍配置複數個第一磁鐵2A，並且下旋轉盤21的上面中央固定至主軸5的下端。如圖3所示，該下固定盤22亦為圓形的盤體，其可以在上面的中心及圍繞中心的周圍配置複數個第二磁鐵2B，並且該第一磁鐵2A與第二磁鐵2B的磁性相同，該下固定盤22被固定至殼體1的底部以和下旋轉盤21相互面對。所述上磁浮支座7由配置有複數個第一磁鐵7A的上固定盤71以及配置有複數個第二磁鐵7B的上旋轉盤72所構成，同樣地，該上固定盤71為圓形的盤體，其在下面的中心及圍繞中心的周圍配置複數個第一磁鐵7A，該上固定盤71被固定至殼體1內部的頂面；該上旋轉盤72亦為圓形的盤體，其在上面的中心及圍繞中心的周圍配置複數個第二磁鐵7B，並且該第一磁鐵7A與第二磁鐵7B的磁性相同，該上旋轉盤72被固定在主軸5並且在上固定盤71鄰近地相互面對。

所述第一磁浮軸承3由第一定子31及第一轉子所構成並設置在位於下旋轉盤21上方的主軸5，該第一定子31為圓筒形體，沿著其內圓周配置有複數個第三磁鐵3A，該第一定子31用於固定在殼體1，例如在圖1所示的實施例係利用支架11將第一定子31固定；所述第一轉子本身為由複數個第四磁鐵3B所構成，該複數個第四磁鐵3B係沿著主軸5的外圓周配置，並且使該等第三磁鐵3A包圍該等第四磁鐵3B，其中，第三磁鐵3A與第四磁鐵3B的磁性相同，因此設於第一定子31的第三磁鐵3A將設於主軸5的第四磁鐵3B包圍後藉由其彼此的相斥力可以在側方向上支撐主軸5。同樣地，所述第二磁浮軸承6由第二定子61及第二轉子所構成並設置在位於上旋轉盤72下方的主軸5，該第二定子61為圓筒形體，沿著其內圓周配置有複數個第三磁鐵6A，該第二定子61用於固定在殼體1，例如在圖1所示的實施例係將第二定子61以支架固定至殼體1；所述第二轉子本身為由複數個第四磁鐵6B所構成，該複數個第四磁鐵6B係沿著主軸5的外圓周配置，並且使該等第三磁鐵6A包圍該等第四磁鐵6B，其中，第三磁鐵6A與第四磁鐵6B的磁性相同，因此設於第二定子61的第三磁鐵5A將設於主軸5的第四磁鐵6B包圍後藉由其彼此的相斥力可以在側方向上支撐主軸5；亦即，藉由配置在主軸5上、下方的第二磁浮軸承6與第一磁浮軸承3可以讓主軸5保持在豎立狀態。

本創作進一步在第一磁浮軸承3與第二磁浮軸承6之間的主軸5上設置發電機4，該發電機4較佳地具有作為定子的複數個線圈43以及作為轉子二個轉盤，該複數個線圈43沿著主軸5的周圍固定地設置於殼體1並且連接電力傳輸線40；該二個轉盤包含配置在線圈43之相對兩側並且固定於主軸5的第一轉盤41與第二轉盤42，其中第一轉盤41的下表面上配置有沿著圓周配置的複數個第一感應磁鐵4A，第二轉盤42的上表面上配置有沿著圓周配置的複數個第二感應磁鐵4B，當第一轉盤41與第二轉盤42隨著主軸5旋轉而使該等第一感應磁鐵4A與第二感應磁鐵4B相對於該等線圈43旋轉時產生感應電流並由電力傳輸線40輸出該電流。該發電機4在另一實施例中也可以僅設置一個轉盤，以在和線圈43相對旋轉時產生較小的電流。此外，該發電機4可依實際需要配置為多組以產生更多的電流。

主軸5的上端延伸出殼體1的外部並且連接至設置在殼體1外部上方的風扇單元8，該風扇單元8係作為發電機4的動力源。

該風扇單元8具有扇葉84，該扇葉84連接有轉軸81，轉軸81通過第三磁浮軸承85設於殼體1，在轉軸81的端部設置主動傘齒輪82，並且使主動傘齒輪82嚙合設置在主軸83的被動傘齒輪83；所述第三磁浮軸承85的結構與前述第一磁浮軸承3及第二磁浮軸承6相同，亦即第三磁浮軸承85由第三定子851及第三轉子所構成，該第三定子851為圓筒形體，沿著其內圓周配置有複數個第三磁鐵8A，該第三定子851用於固定在殼體，例如在圖1所示的實施例係利用設置在殼體1的側架將第三定子851固定；所述第三轉子本身為由複數個第四磁鐵8B所構成，該複數個第四磁鐵8B係沿著轉軸81的外圓周配置，並且使該等第三磁鐵8A包圍該等第四磁鐵8B，其中，第三磁鐵8A與第四磁鐵8B的磁性相同，因此設於第三定子851的第三磁鐵8A將設於轉軸81的第四磁鐵8B包圍後藉由其彼此的相斥力可以在垂直方向上支撐轉軸81。因此，當扇葉84受到風力驅動旋轉時通過該主動傘齒輪82及被動傘齒輪83驅動主軸5旋轉，進而驅動發電機4運轉以發電。

在前述發電的運轉過程中，由於主軸5的上端及下端分別受到上磁浮支座7及下磁浮支座2懸浮地支撐，並且主軸5的側面方向受到第一磁浮軸承3與第二磁浮軸承6支撐，致使主軸5在旋轉過程中沒有受到機械式摩擦而可以最大程度地降低摩擦阻力，從而提高發電效率。

《實施例2》

如圖4所示，本創作的第二實施例係在前述第一實施例的基礎以馬達9及傳動機構替換前述之風扇單元8，以下詳細說明本創作之第二實施例的結構及其操作方式，但對於該第二實施例與前述第一實施例相同的結構部分則省略說明。在本創作的第二實施例中，可以在殼體1設置一個小功率馬達9，該馬達9的輸出軸連接一驅動齒輪91，所述傳動機構包含同軸設置的惰齒輪92與主動齒輪82，並且使惰齒輪92嚙合驅動齒輪92，而主動傘齒輪82嚙合設置在主軸5上端的被動傘齒輪83；此外，將電力傳輸線40的一部分另外電連接至馬達9。在所述第二實施例中，在實際操作時先輸入小功率電力至馬達9，運轉中的馬達9則經由驅動齒輪91、主動傘齒輪82及被動傘齒輪83使主軸5旋轉，因此，藉由小功率的馬達9驅動主軸5旋轉來帶動發電機4運轉發電，所產生的一部分則回饋至馬達9，達到高速率發電之效果。

以上所述者僅為用以解釋本創作之較佳實施例，並非企圖據以對本創作作任何形式上之限制，是以，凡有在相同之發明精神下所作有關本創作之任何修飾或變更，皆仍應包括在本創作意圖保護之範疇。