专利名称：物理能量动力转换转子、其转动方法及发电机组的制作方法
技术领域：
本发明为一种物理能量动力转换转子，是指一种运用超距力而产生动力的转子。
背景技术：
由于人类文明生活的需求，能源的消耗与日俱增，目前产生动力的方法仍然以化 学能转换为电能或动能为主，其中以火力及核能为主要来源，但火力是经由燃烧物质而获 取能源，过程中产生大量的废气，不但造成空气污染，更为温室效应的主因之一，核能则因 其放射性可能对环境造成影响，而逐渐被各国减少使用或停用，其它如水力、风力或太阳能 等方式，虽然目前被认为是无污染 的能源，然而该等方式的能量转换率较低，故以目前的技 术而言尚无法成为主要的动力来源。因此，如何以无污染的方式获取大量的动力，为重要的研究课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种物理能量动力转换转子、其转动方法及发电机组，利 用磁力与地心引力的配合，来产生动力，并可搭配风力或水力动力源，来达到增加其动力输 出及运转持续性的功能。本发明的主要技术手段，是利用密度较高的流体或固体作为负重物与转子本体相 接，由负重物于内外环轨道间的移动而维持转子本体的持续转动，其中负重物可设于转子 本体的中，亦可延伸出转子本体外围设置以增加转动惯量，靠负重物本身受地心引力的影 响可维持在内外圆轨道间的往复运动，并可提供旋转的动力，当转子本体半径越大或负重 物密度越大时转动惯量越大，其维持转子本体的转动时间越能持久，而有蓄能的效果。进一步而言，本发明可利用磁铁或导磁材料作为负重物，当离心力与负重物所产 生的重力相等时，负重物停止运动，而为磁铁或导磁材料的负重物可利用磁力牵引使负重 物再度产生位移及往复运动，进而增加转子本体的转速。本发明的物理能量动力转换转子，可单独运转产生能量，亦可组合多个转子后提 供较大能量的运转，或可连接至风力、水力等发电机以增加其发电效果及运转持续性，为完 全无污染的能源设施。
图1为圆周运动原理示意图；图2为本发明的垂直式转子示意图；图3为本发明的平行式转子示意图；图4A为本发明的垂直式转子原理示意图；图4B为本发明的平行式转子原理示意图；图5A为本发明的垂直式重力转子结构示意图；图5B为本发明的平行式重力转子结构示意图6为本发明的磁浮式转子结构示意图；图7A为本发明的分离平行式大型转子示意图；图7B为本发明的分离垂直式大型转子示意图；图8A至图8C为本发明的重力式转子与磁力式转子结合后的发电机组示意图；图8D为本发明的大型转子的发电机组示意图；图9为本发明的外挂重力式转子结构示意图；图10为本发明的外挂磁浮式转子结构示意图；图11为本发明的重磁力转子结构示意图；图12为本发明的磁吸式附加配重转子结构示意图；图13为本发明的磁吸式转子的发电机组示意图。附图中主要组件符号说明10、10A、10C、10D、10E、10F、10G、IOH 转子本体11、11E、11G 转轴12:串接固定孔13D:支撑杆14G:内环止棒15H 弹性施力环20、20A、20C、20D、20E、20F、20G 柱体200E:固定柱201E:滑动柱21 容置空间22、22E、22F 缓冲垫23C 定位导磁防震板24D 转动导磁防震板25E、25F:弹簧26G 外环止杆30,30A,30C,30D,30E,30F,30G,30H 负重物31G、31H:内环磁铁32H 配重块40:马达固定座41、41A、41C、41E 位移磁铁42 调整螺钉43 微调马达50D:固定磁铁60F、60G、60H 磁环61F、61G:推进磁铁6IlF:磁力线62F、62G:调整螺钉63H 制动块70 重力式转子71 磁力式转子72 大型转子73 磁吸式转子80:发电机90:变速齿轮组91 控速马达92:蓄电池
具体实施例方式原理请参阅图1所示，当物体作圆周运动时，其具有一切线速度(V)，并具有大小相同 方向相反的向心力(F)及离心力(F')，其中维持圆周运动的向心力(F)的大小与物体的 质量(m)、切线速度(V)、圆半径(R)成正比，但与周期(T)成反比，各点角速度(νω)相同， 但不同半径的切线速度不同，故不同半径的向心力如下公式所示F1=iiiXR1XVco2
F2 = HiXR2X Vco2F2-F1 = m X (R2-R1) X V ω2或F1 = mX2X π XV1AF2 = mX2X π XV2/TF2-F1 = mX2X π X (V2-V1)/T本发明的物理能量动力转换转子，是将转子本体分为内圆轨道及外圆轨道两部 分，介于内外圆轨道之间设置数个圆形或方形的封闭中空柱体，柱体中设有负重物，当转子 转动时，负重物因重力的影响而于柱体中呈直线往复运动，请参阅图2所示，柱体与转子半 径成垂直设置，R为内圆半径，R'为外圆半径，r为圆心至柱体底部的距离，Θ为设置柱体 的角度，h为柱体的高度或直径，d为柱体至内圆轨道的外缘的距离，d'为柱体由内圆轨道 的外缘至外圆轨道的内缘的距离，L为柱体内的总长度，w为柱体的宽度，N为转子中所设置 柱体的数量，由相关公式得知r = Rcos θd = Rsin θh = R-rθ = 360/Νd' = h = wr = R' XLcos θ =R' sin θ = d+d'由于柱体为方形或圆形管状，故其宽度与高度相同，由柱体开设的数量可设计出 转子的结构及负重物的体积，进而决定负重物的质量m。又如图3所示，柱体与转子半径成平行设置，故本发明中柱体与转子的半径夹角 可固定在0度或90度、或在0至90度之间而可移动。柱体中的负重物为圆形或圆柱状重物或液状物体，负重物仅作上下及左右移动， 请参阅图4A及图4B所示，X为内侧轨道、Y为中间轨道、Z为外侧轨道、M为转子的中心转 轴，垂直方向设置的柱体内的负重物呈Y — Z — Y — Z的方向往复运动，而平行方向设置的 柱体内的负重物呈X — Z — X — Z的方向往复运动，Z环轨道可大于X环轨道以适度增加转 子的转动半径，X、Y、Z环轨道可与中心转轴M成一体、或X、Y、Z环轨道可与中心转轴M采 分离式中间部分则由金属架构支撑，即形成延伸半径类似于飞轮的结构。实施例
本发明的物理能量转换动力转子及其转动方法应用于各实施例时，其结构上主要 不同之处在于重力转子、重/磁力转子等可独立运转或相互组合而成不同容量及用途的动 力机组。请参阅图5A所示的垂直式重力转子，转子本体10呈一圆盘体，其中央设有一转轴 11，转子本体10上贯穿成型有复数个串接固定孔12，复数个柱体20沿转子本体10周缘设 于转子本体10的中，每一柱体20的长轴与转子本体10的半径呈相互垂直，每一柱体20呈 中空而具有容置空间21，每一柱体20内部两端分别设置有缓冲垫22，每一柱体20内设有 一负重物30，负重物30具有特定重量且可为金属或磁铁，柱体20中的缓冲垫22作为缓冲 材用以保护负重物30不与柱体20内壁面撞击而毁损，亦可填入液体作为缓冲材，一马达固定座40设置于转子本体10外，一调整螺钉42贯穿马达固定座40，调整螺钉42两端分别与 一位移磁铁41及一微调马达43相连接，位移磁铁41相邻于转子本体10外缘，可设置有一 个以上的位移磁铁41 ；如图5A中所示，当转子本体10作圆周运动时，负重物30受重力影响而于柱体20 中进行直线往复运动，转子本体10朝顺时针方向旋转，越过0度的柱体20中的负重物30 受重力影响而由内圆轨道进入外圆轨道，以施力于转子本体10而使转子本体10持续沿顺 时针方向旋转，当柱体20旋转至介于180度至270度之间时，恰好相对于位移磁铁41的位 置，位移磁铁41作用而使得该柱体20中的负重物30抵抗重力，而被吸引由内圆轨道移动 至外圆轨道，有利于离心力的作用，故使得转子本体10可持续朝顺时针方向移动，反之则 为逆时针方向移动的设计，在此不加以赘述。
请参阅图5B所示的平行式重力转子，其结构与垂直式结构近似，但柱体20A的长 轴与转子本体IOA的半径呈平行，且负重物30A为磁铁，负重物30A相对于转子本体IOA外 缘端的磁性与位移磁铁41A相对于转子本体10端的磁性相同，故当转子本体IOA沿顺时针 方向作圆周运动时，负重物30A受重力影响而于柱体20A中进行直线往复运动，转子本体 IOA朝顺时针方向旋转，越过90度的柱体20A中的负重物30A受重力影响而由内圆轨道进 入外圆轨道，以施力于转子本体IOA而使转子本体IOA持续沿顺时针方向旋转，当柱体20A 旋转至介于180度至270度之间时，恰好相对于位移磁铁41A的位置，位移磁铁41A作用而 使得该柱体20A中的负重物30抵抗重力，而被斥力推动由外圆轨道移动至内圆轨道，故使 得转子本体IOA受负重物30的重力影响而可持续朝顺时针方向移动，反的则为逆时针方向 移动的设计，在此不加以赘述。为提高转子本体10的转动惯量，转子本体10的材料其平均密度必须小于负重物 30的密度，即转子本体10可采用中空式设计，同理，转子本体10最外环轨道的材料重量必 须大于内环轨道的材料重量，如载重车辆或火车在不施力的状态下由行驶至静止的距离或 时间相较于未载重的车辆而言较长，亦即是转动惯量有不同大小的差别，负重物30在柱体 20的中直线运动如同弹簧的简谐运动或钟摆的单摆原理一样为了得到最省力的效果，位移 磁铁41为外力作用，由微调马达43及调整螺钉42的作动来调整位移磁铁41与转子本体 10之间距，进而控制磁力的牵引大小，以得到稳定的转速。前述本发明的重力转子，因受限于地心引力的影响，当负重物的重力与离心力相 等时，负重物30即停止位移运动，而无论垂直式或平行式重力转子，其转速随转子本体10 的半径大小而改变，重力转子转速约在50至500rpm之间，外力作用如磁能、化学能等皆可 增加其转速，当负重物30停止位移运动时，转子本体10因惯性而继续转动则为怠速状态， 重力转子可与风力及水力加以组合来避免在无风或无水时所产生的不连续供电现象。请参阅图6所示为本发明的磁浮式转子，柱体20C的长轴与转子本体IOC的半径 相互平行，每一柱体20C外端固设有一定位导磁防震板23C，磁铁如钐钴或钕铁硼系列的推 力为其自身重量的200至300倍，负重物30C为磁铁且其与定位导磁防震板23C因感应而 产生磁吸作用，因此负重物30C受磁力牵引而吸附于定位导磁防震板23C上，一组以上的马 达固定座40C及位移磁铁41C设置于相对180度至270度及270度至0度的位置之间，且 位移磁铁41C相对于转子本体IOC的端的磁性与负重物30C的相对端的磁性相同，转子本 体IOC朝顺时针方向进行圆周运动，当柱体20C移动至相对于位移磁铁41C时，利用磁铁同极相斥的原理而使得负重物30C由外圆轨道被推向内圆轨道，则产生不平衡而有利于转子本体IOC持续朝顺时针方向旋转；磁浮式转子为离心力与磁斥力的对抗关系，其所产生的转速较重力式转子为快， 磁浮式转子的转速因转子本体IOC外围所设置的位移磁铁41C数量而有所不同即磁浮轨 道的外环长度，可应用在IOOOrpm以上的场合或结合重力式转子以提升重力式转子的低转 速。请参阅图7A及图7B所示，为本发明的分离式大型转子，转子本体IOD向外延伸 出复数个支撑杆13D，转子本体IOD可为一圆形支架，柱体20D固设于支撑杆13D末端，柱 体20D的长轴可与支撑杆13D的长轴相互平行或相互垂直，柱体20D外端固设有一转动导 磁防震板24D，相邻于支撑杆13D的旋转轨道外环设有一固定磁铁50D，其中转动导磁防震 板24D与固定磁铁50D的相对端磁性相同，因此，当转子本体IOD进行圆周运动时，固定磁 铁24D推动接近的柱体20D以使其持续旋转，而负重物30D亦吸附于转动导磁防震板24D 上而形成如前所述的重力转子的效果，由于支撑杆13D的设置，而使得转子整体的半径增 加且增加了外环部分的重量，故转子的转动惯量随之增加，支撑杆13D、柱体20D与负重物 30D形成杠杆作用而得到力臂X力矩的最大转动推力，亦即是只要施以最小的起始外力就 可使转子长时间持续旋转，固定磁铁50D可设置在转子本体IOD外围的任何位置以0至45 度的夹角与转动导磁防震板24D相对应以控制转子本体IOD的转速，该分离式大型转子的 转速仍然为低速运转的设计，转速范围约在50至500rpm之间，在进行发电时必须利用变速 齿轮组以获得较大的发电量。请参阅图8所示为本发明用于发电时的组合示意图，图8A所示为结合一重力式转 子70及一磁力式转子71共同推动一发电机80，由于重力式转子70如前所述具较低转速， 而磁力式转子71如前所述具较高转速，故图8B所示为组合多个重力式转子70与单一个磁 力式转子71来提供低转速大扭力的发电组合，图8C所示为组合多个磁力式转子71与单一 个重力式转子70来提供高转速的发电组合，重力式转子70在此提供怠速的作用，图8D所 示为大型转子72的组合方式，由于大型转子72如前所述由转子本体与加大半径的外环机 制连结而成，故具有很大的转动惯量，因转速较慢故需经由变速齿轮组90将速度提升至发 电机的正常工作范围，又大型转子72因重量的关系，启动时可连接一启动马达给予适当的 初速后即可迅速进入正常操作状态。请参阅图9所示为本发明的外挂重力式转子，其中每一柱体20E具有相互连接的 固定柱200E及滑动柱201E，固定柱200E与转轴IlE相互固定，滑动柱201E与转子本体IOE 的半径相互垂直，缓冲垫22E套设固定于滑动柱201E上相邻于固定柱200E的一端，一弹簧 25E套设固定于滑动柱201E上远离于固定柱200E的一端，负重物30E套设于滑动柱201E 夕卜，当转子进行圆周运动时，由负重物30E受重力影响于滑动柱201E上滑动，并配合位移磁 铁41E的作用，使转动至特定位置的负重物30E能顺利地由内圆轨道移动至外圆轨道，而使 得转子本体IOE持续转动，位移磁铁41E设置在180至270度之间。请参阅图10所示为本发明的外挂磁浮式转子，每一柱体20F由转子本体IOF向外 延伸，柱体20F的长轴与转子本体IOF的半径相互平行，弹簧25F套设固定于柱体20F相邻 于转子本体IOF的一端，缓冲垫22F套设固定于柱体20F远离于转子本体IOF的一端，负重 物30F套设于柱体20F外，一磁环60F架设于柱体20F外围并相对于转子本体IOF的部分圆周处，如图所示约相对于转子本体IOF的180至360度处，磁环60F中埋设有复数个推进 磁铁61F，每一推进磁铁61F的磁力线611F如图所示，由推进磁铁61F所形成的磁环状幕正 面推动，而使得通过磁环60F的负重物30F朝向转子本体IOF移动，则产生不平衡的力而使 得转子本体IOF得以持续转动，磁环60F与柱体20F间的距离影响转速的大小，由调整螺钉 62F来改变磁环60F与柱体20F之间距。请参阅图11所示为本发明的重磁力转子，其柱体20G设于转子本体IOG中且通过 转轴IlG中心，并与转子本体IOG的半径相互平行，两负重物30G为弧形旋臂且一端与转子 本体IOG或柱体20G相互枢接，每一负重物30G末端埋设有至少一个内环磁铁31G，转子本 体IOG上相对于每一负重物30G的内环侧设有内环止棒14G，柱体20G的两端分别延伸成 型有外环止杆26G，以限制负重物30G的摆荡振幅，磁环60G架设于转子本体IOG外围并相 对于转子本体IOG的部分圆周处，由调整螺钉62G来改变磁环60G与转子本体IOG之间距。 如图所示约相对于转子本体IOG的180至360度处，由推进磁铁61G与内环磁铁31G间所 产生斥力，使得负重物30G相对通过磁环60G向内偏摆，则依照杠杆原理使得转子持续转 动，外挂重力式转子、外挂磁浮式转子、及重磁力式转子应用在小型或大型化的结构原理均 相同。请参阅图12所示为本发明的磁吸式附加配重转子，磁环60H、360度环绕设置于转 子本体IOH外，两负重物30H为弧形旋臂且一端与转子本体IOH相互枢接，每一负重物30H 末端埋设有内环磁铁3IH及配重块32H，转子本体IOH上相对于每一负重物30H的外环侧设 有弹性施力环15H，利用内环磁铁31H与磁环60H间的吸引力，增加负重物30H旋转时的离 心力，进一步配合配重块32H的设置以增加离心力，当离心力越大，则对负重物30H施以更 大的力量进而维持转子本体IOH的旋转，负重物30H的枢轴300H可用以转变施力方向，弹 性施力环15H的直径大小与转速相关，磁环60H具有两可拆卸的制动块63H，当制动块63H 拆下后磁环60H上形成断口，而使得导磁离心力无法持续，则转子本体10的旋转速度将下 降并将渐渐停止，需待制动块63H重新插入磁环60H使得磁环60H的吸力及配重块32H的 重力同时产生离心力时，转子本体10才可恢复旋转而持续产生能量。请参阅图13所示为本发明的磁吸式转子73的发电机组，控速马达91由可充电的 蓄电池92供电以高速运转，经变速齿轮组90将转速调整至中或低速，根据省力原理进而带 动磁吸式转子73及发电机80，待磁吸式转子73运作正常时，依照发电需求调整或固定转 速，控速马达兼具机组整体的启动其控速。本发明的物理能量动力转换转子，可配合其余动力机或发电机或提供转动初速所 需的动力组件，及可持续运转，以达到节省能源及减少污染的目的。以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽 然本发明已以较佳实施例描述如上，然而并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离 本发明技术方案的范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化 的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施 例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
一种物理能量动力转换转子，其中包含有一转子本体及复数个负重物，各负重物与转子本体相接并与转子本体同步转动，当转子本体进行圆周运动时，形成内外圆轨道，负重物受超距力于内外圆轨道中往复滑移，而形成不平衡力以使得转子本体持续转动。
2.如权利要求1所述的物理能量动力转换转子，其中，包含有复数个中空柱体设置于 转子本体中，每一负重物设置于相对应的柱体之中，各负重物于相对应的柱体中进行直线 往复运动。
3.如权利要求2所述的物理能量动力转换转子，其中，每一中空柱体内设有缓冲材。
4.如权利要求2所述的物理能量动力转换转子，其中，各中空柱体的长轴与转子本体 的半径呈相互平行。
5.如权利要求2所述的物理能量动力转换转子，其中，各中空柱体的长轴与转子本体 的半径呈相互垂直。
6.如权利要求4或5所述的物理能量动力转换转子，其中，包含有一位移磁铁设置于转 子本体外围。
7.如权利要求4所述的物理能量动力转换转子，其中，每一中空柱体外端固设有一定 位导磁防震板，各负重物为磁铁且其与定位导磁防震板因感应而产生磁吸作用，至少一个 位移磁铁设置于转子本体外围，且位移磁铁与负重物因感应而产生磁性相斥作用。
8.如权利要求1所述的物理能量动力转换转子，其中，包含有复数个支撑杆及复数个 中空柱体，每一支撑杆由转轴向转子本体外延伸，每一中空柱体固定于相对应的支撑杆末 端，每一负重物设置于相对应的柱体的中，每一柱体外端固设有一转动导磁防震板，相邻于 支撑杆的旋转轨道外环设有一固定磁铁，每一转动导磁防震板与固定磁铁因感应而产生磁 性相斥作用。
9.如权利要求8所述的物理能量动力转换转子，其中，每一柱体的长轴与支撑杆相互 平行。
10.如权利要求8所述的物理能量动力转换转子，其中，每一柱体的长轴与支撑杆相互垂直。
11.如权利要求1所述的物理能量动力转换转子，其中，包含有复数个与转轴相接的柱 体，各负重物套设于相对应的柱体外并为磁铁，一个以上的位移磁铁设置于转子本体外围。
12.如权利要求11所述的物理能量动力转换转子，其中，每一柱体具有相互连接的固 定柱及滑动柱，每一固定柱与转轴相互固定，各滑动柱与转子本体的半径相互垂直，各负重 物套设于相对应的柱体的滑动柱上。
13.如权利要求11所述的物理能量动力转换转子，其中，包含有一磁环，磁环架设于柱 体外围并相对于转子本体的部分圆周处，磁环中埋设有复数个推进磁铁。
14.如权利要求11至13中任一项所述的物理能量动力转换转子，其中，每一柱体上套 设有一弹簧，每一弹簧与相对应的负重物相推顶。
15.如权利要求1所述的物理能量动力转换转子，其中，每一负重物为一弧形旋臂，每 一负重物末端埋设有至少一内环磁铁，各负重物与转子本体相互枢接，一磁环架设于转子 本体外围。
16.如权利要求15所述的物理能量动力转换转子，其中，磁环相对于转子本体的部分 圆周处。
17.如权利要求15所述的物理能量动力转换转子，其中，磁环360度环绕设置于转子本 体外，磁环上具有两可拆卸的制动块以形成断口，负重物末端设有配重块。
18.一种发电机组，其中包含有一发电机，其串接有至少一如权利要求1至17任一项所 述的物理能量动力转换转子。
19.如权利要求18所述的发电机组，其中，包含有一变速齿轮组与该等物理能量动力 转换转子及发电机相互串接。
20.如权利要求19所述的发电机组，其中，包含有一控速马达，控速马达与该等物理能 量转换转子相互串接以提供起始力。
21.—种物理能量动力转换转子的转动方法，其中包括 提供一转子本体；提供复数个负重物与转子本体相接；提供转子本体起始动力，使转子本体进行圆周运动并形成内外圆轨道； 负重物随转子本体进行圆周运动的同时，负重物受超距力作用而于内外圆轨道间进行 直线往复运动，由此产生不平衡力而迫使转子本体持续进行圆周运动。
全文摘要
本发明为一种物理能量动力转换转子，其中包含一转子本体及复数个负重物，当转子本体进行圆周运动时，形成内外圆轨道且负重物随之转动，负重物于内外圆轨道中进行直线往复运动，由此产生不平衡力而使转子本体得以持续转动，则可独立运转以产生动力，或与其余动力机组结合，例如与水力或风力发电机结合，来增加其发电效能并使其得以持续运转。
文档编号H02N15/00GK101826824SQ20091012616
公开日2010年9月8日 申请日期2009年3月5日 优先权日2009年3月5日
发明者曾广台, 林志哲, 陈国刚 申请人:罗莎国际有限公司