发电机及其转子结构的制作方法

1.本发明涉及一种发电机及转子结构，特别是一种具备多个磁性件的发电机及转子结构。


背景技术：

2.现今常见的一种发电机(generator)的构造及原理，通常是由定子、转子、端盖及轴承等部件所构成；其中，该定子是由定子铁芯、磁感线圈、机座以及固定这些部分的其他结构件组成；该转子是由转子磁极、磁扼、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成。由轴承及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做磁场切割(磁力线切割)的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了一定值的电压与电流。
3.然而，在现有的发电机中，当转子通常为固定的形状，例如圆形，其上可设置的磁铁数量亦有限制，因此转子转动时能进行的切割次数有其限制，其扭力亦有其上限，并无法进一步提升。而随着用电需求的增加，现有的发电机的扭力可能不符需求。
4.因此，需要一种发电机及转子结构来解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明提供一种发电机，包含转子结构及定子结构。转子结构包含环形轨道、转轴结构及复数个磁性件。转轴结构设置于环形轨道中，用于带动环形轨道转动，且磁性件设置于环形轨道上。定子结构包含线圈，且定子结构设置于转子结构的外围或内部。藉由环形轨道的设置，转子结构上可放置更多的磁性件。
6.在一实施例中，该等磁性件可随着环形轨道的转动而产生位移，并与线圈产生磁场切割。藉此，发电机可进行发电。
7.在一实施例中，为了达成磁场切割，线圈的绕线方向与磁性件的排列方向不同。
8.在一实施例中，环形轨道的形状可为非圆形。在一实施例中，环形轨道可具有延伸部分及弯折部分，其中延伸部分的面积可大于弯折部分的面积。因此环形轨道的延伸部分可设置更多磁性件，且当环形轨道转动时，该等磁性件可与线圈产生更多切割。此外，延伸部分可随着需求而缩放，因此可使本发明具备可扩充性。
9.在一实施例中，环形轨道可包含磁性件载台，设置于输送带上，且每个磁性件载台用于放置一磁性件。进一步地，磁性件载台的二端可分别包含一轴承。更一步地，进转子结构可包含设置于环形轨道两侧的二侧板，且磁性件载台的一端与侧板的内壁邻近。
10.在一实施例中，环形轨道包含输送带，且输送带可为链条或皮带。
11.本发明另提供一种转子结构，用于发电机中，其中发电机包含具有线圈的定子结构。转子结构包含环形轨道、转轴结构及复数个磁性件。转轴结构设置于环形轨道中，用于带动环形轨道转动，且磁性件设置于环形轨道上。其中定子结构可设置于转子结构的外围或内部。
12.在一实施例中，转子结构的该等磁性件可随着环形轨道的转动而产生位移，并与线圈产生磁场切割。
13.在一实施例中，转子结构的磁性件的排列方向与线圈的绕线方向不同。
14.在一实施例中，转子结构的环形轨道的形状可为非圆形。在一实施例中，转子结构的环形轨道可具有延伸部分及弯折部分，其中延伸部分的面积可大于弯折部分的面积。
15.在一实施例中，转子结构的环形轨道可包含磁性件载台，设置于输送带上，且每个磁性件载台用于放置一磁性件。进一步地，磁性件载台的二端可分别包含一轴承。更一步地，进转子结构可包含设置于环形轨道两侧的二侧板，且磁性件载台的一端与侧板的内壁邻近。
16.在一实施例中，转子结构的环形轨道包含输送带，且输送带可为链条或皮带。从下列的详细描述并结合附图，本发明的其他的新颖特征将变得更为清楚。
附图说明
17.图1(a)是本发明一实施例的发电机的示意图。
18.图1(b)是本发明一实施例的发电机的分解图。
19.图2(a)是本发明一实施例的转子结构的分解图。
20.图2(b)是本发明一实施例的环形轨道及转轴结构的分解图
21.图3是本发明另一实施例的输送带及转轴结构的示意图。
22.图4是本发明另一实施例的磁性件载台的示意图。
23.图5是本发明另一实施例的转子结构的示意图。
24.图6是本发明另一实施例的磁性件的示意图。
25.图7是本发明另一实施例的发电机的示意图。
26.符号说明：
27.发电机1
28.转子结构2
29.环形轨道20
30.延伸部分20a
31.弯折部分20b
32.输送带201
33.磁性件载台202
34.轴承202b
35.转轴结构21
36.转动轴210
37.转轮211
38.内凹处212
39.磁性件22
40.小型磁性件22a～22d
41.支撑件23
42.中空部231
43.侧板24
44.孔洞241
45.定子结构3
46.线圈31
47.排列方向d1
48.绕线方向d2
49.角度θ1具体实施方式
50.当结合附图阅读时，下列实施例用于清楚地展示本发明的上述及其他技术内容、特征及/或效果。透过具体实施方式的阐述，人们将进一步了解本发明所采用的技术手段及效果，以达到上述的目的。此外，由于本发明所揭示的内容应易于理解且可为本领域技术人员所实施，因此，所有不脱离本发明的概念的相等置换或修改应包含在权利要求中。
51.应注意的是，在本文中，除了特别指明者之外，“一”元件不限于单一的该元件，还可指一或更多的该元件。
52.此外，说明书及权利要求中例如“第一”或“第二”等序数仅为描述所请求的元件，而不代表或不表示所请求的元件具有任何顺序的序数，且不是所请求的元件及另一所请求的元件之间或制造方法的步骤之间的顺序。这些序数的使用仅是为了将具有特定名称的一个请求元件与具有相同名称的另一请求元件区分开来。
53.此外，说明书及权利要求中例如“相邻”一词是用于描述相互邻近，不必然表示相互接触。
54.此外，本发明中关于“当
…”
或
“…
时”等描述表示”当下、之前或之后”等态样，而不限定为同时发生的情形，在此先行叙明。本发明中关于“设置于
…
上”等类似描述是表示两元件的对应位置关系，并不限定两元件之间是否有所接触，除非特别有限定，在此先行叙明。再者，本发明记载多个功效时，若在功效之间使用“或”一词，系表示功效可独立存在，但不排除多个功效可同时存在。
55.此外，说明书及权利要求中例如“连接”或“耦接”一词不仅指与另一元件直接连接，也可指与另一元件间接连接或电性连接。另外，电性连接包含直接连接、间接连接或二元件间以无线电信号交流的态样。
56.此外，说明书及权利要求中，“约”、“大约”、“实质上”、“大致上”的用语通常表示在一值与一给定值的差距在该给定值的10％内，或5％内，、或3％之内、，或2％之内、，或1％之内、，或0.5％之内的范围。在此给定的数量为大约的数量，亦即在没有特定说明“约”、“大约”、“实质上”、“大致上”的情况下，仍可隐含“约”、“大约”、“实质上”、“大致上”的含义。此外，用语“范围为第一数值至第二数值”、“范围介于第一数值至第二数值之间”表示所述范围包含第一数值、第二数值以及它们之间的其它数值。
57.此外，本发明所揭示的不同实施例的技术特征可结合形成另一实施例。
58.图1(a)是本发明一实施例的发电机1的示意图。图1(b)是本发明一实施例的发电机1的分解图。如图1(a)及1(b)所示，发电机1包含一转子结构2及一定子结构3，其中定子结构3设置于转子结构2外围，例如定子结构3可包围大部分的转子结构2，且不限于此。
59.转子结构2可包含至少一转轴结构21及复数个磁性件22。在一实施例中，该等磁性件22间隔设置，并排列成环状。在一实施例中，转轴结构21可带动该等磁性件22移动。定子结构3可包含至少一线圈31。当转轴结构21带动该等磁性件22移动时，转子结构2的该等磁性件22的磁场可与定子结构3的线圈31产生切割，进而产生电场。藉此，发电机1可进行发电。
60.又在一实施例中，为了使该等磁性件22的磁场与线圈31可产生切割，该等磁性件22与线圈31之间具备特定配置。该等磁性件22可例如设置于转子结构2内部的一环形轨道20(标示于图2)上，其中该等磁性件22于环形轨道20(显示于图2)上是沿着一方向(以下称之为排列方向d1)进行排列。此外，线圈31可沿着另一方向(以下称之为绕线方向d2)进行绕线。在一实施例中，该等磁性件22于环形轨道20上的排列方向d1不同于线圈31的绕线方向d2，亦即排列方向d1与绕线方向d2不平行。在一实施例中，排列方向d1与绕线方向d2之间具有一角度，其中该角度θ1可介于0度至180度之间，并且大于0度，且小于180度(亦即0
°
《θ1《180
°
)，且不限于此。在一实施例中，角度θ1可介于70度至110度之间(亦即70
°
《θ1《110
°
)，且不限于此。在一实施例中，角度θ1可为90度(亦即排列方向d1正交于绕线方向d2)，且不限于此。藉此，当磁性件22被转轴结构21带动而移动时，该等磁性件22的磁场与线圈31可产生切割。
61.在一实施例中，线圈31的材料可为银、铜、铝、其合金、或组合，但本发明并不局限于此。
62.接着说明转子结构2的细节。图2(a)是本发明一实施例的转子结构2的分解图，并请同时参考图1(a)及1(b)。如图2(a)所示，转子结构2可包含一环形轨道20、二转轴结构21、复数个磁性件22、一支撑件23及二侧板24。
63.二转轴结构21及支撑件23可设置于环形轨道20的内部。转轴结构用于带动环形轨道20转动。支撑件23用于支撑环形轨道20，例如二转轴结构21可分别设置于环形轨道20内部的二端，而支撑件23可设置于环形轨道20内部的中间部分，以支撑环形轨道20，但不限于此。磁性件22设置于环形轨道20上，并沿着环形轨道排列。二侧板24分别设置于环形轨道20的二侧。
64.在一实施例中，环形轨道20可以是各种形状，本发明并无限制。在一实施例中，环形轨道20可以是圆形以外的形状，例如椭圆形、矩形、长方形等，且不限于此。在一实施例中，环形轨道20可包含二延伸部分20a及二弯折部分20b，其中延伸部分20a的面积大于弯折部分20b的面积，因此延伸部分20a上的磁性件22数量可多于弯折部分20b的数量，且不限于此。
65.在一实施例中(例如图2(a)的范例)，转轴结构21的数量为2个，但需注意的是，在其它实施例中，只要能带动环形轨道20进行转动，转轴结构21的数量亦可以改变，例如可以是1个或多于2个。在一实施例中，转轴结构21可与外部动力输入机构(例如马达等)连接，并受外部动力输入机构控制而转动，且不限于此。
66.在一实施例中，磁性件22可例如是电磁铁或永久磁铁，但不限于此。在一实施例中，当磁性件22为永久磁铁，其材料可选自铁、镍、铝、铜、钴、钛、铬、硅、钡、锶、钕、硼、或其合金、或组合、或其他具有磁性的材料所组成的群组，但本不限于此。在一实施例中，每个磁性件22的形状并无特别限制，例如可为圆形、椭圆形、矩形、三角形、五角形等，或其他不规
则形状。此外，每个磁性件22可由相同或不相同的材料所制成；每个磁性件22的形状可彼此相同或不相同。在一实施例中，相邻的磁性件22面对线圈31的磁极性可彼此相同，但亦可不同，只要可与线圈31产生磁场切割即可。在一实施例中，磁性件22的数量并没有限制，但较佳为偶数个。在一实施例中，磁性件22间隔排列于环形轨道20上，且每个间隔可相同或不同，例如磁性件22可布满环形轨道20，且每个磁性件22之间亦可具有间隔。本发明不限于此。
67.在一实施例中，支撑件23可为各种形状，本发明并无限制。在一实施例中，支撑件23可包含至少一中空部231，例如支撑件23可呈现h形，但不限于此。
68.在一实施例中，侧板24上可包含对应转轴结构21数量的孔洞241，因此转轴结构21可穿过孔洞241而延伸于转子结构2之外，但不限于此。
69.接着说明环形轨道20的细节。图2(b)是本发明一实施例的环形轨道20及转轴结构21的分解图，并请同时参考图1(a)至2(a)。如图2(b)所示，环形轨道20可包含至少一输送带201，设置于转轴结构21上。
70.在一实施例中，输送带201可以是皮带或链条，且不限于此。
71.在一实施例中，环形轨道20可更包含复数个磁性件载台202，设置于输送带201上，因此当输送带201受转轴结构21带动而转动时，该等磁性件载台202可跟着输送带201的转动而移动。在一实施例中，每个磁性件载台202可包含一放置部，以供磁性件22放置，并且两者间可采用各种可行的方式固设在一起，例如锁固、枢接、焊接、卡合等，且不限于此。另外，在一实施例中，磁性件载台202的二端更分别设置有一轴承202b，其中每个轴承202b可邻近其中一侧板24的内壁。在一实施例中，轴承202b可与侧板24的内壁接触，但不限于此。
72.此外，每个转轴结构21可包含一转动轴210及至少一转轮211，其中转动轴210穿过转轮211的中间处。在一实施例中，转轮211与转动轴210固设在一起，因此转动轴210可带动转轮211进行转动，但不限于此。在一实施例中，转轮211可具有一内凹处212，以供输送带201放置，因此转轮211可为一皮带轮，例如时规皮带轮，但不限于此。在一实施例中，内凹处212的大小可与输送带201的宽度相对应。此外，在一实施例中，转轮211的内凹处212上可设置有复数个齿槽，而输送带201与内凹处212的接触面上亦可具有相对应的齿槽，但并非限定。
73.在一实施例中，每个转轴结构21可具备相同数量的转轮211，但并非限定。在一实施例中，转轮211的数量与输送带201的数量可一致，但并非限定。此外，需注意的是，虽然于图2(b)中，每个转轴结构21具有3个转轮211，并且环形轨道20具有3个输送带201，但实际上转轮211及输送带201的数量并没有限制，亦即可根据实际需求而调整转轮211及输送带201的数量。
74.本发明的输送带201及转轴结构21可具备不同的实施方式。图3是本发明另一实施例的输送带201及转轴结构21的示意图，并请同时参考图1(a)至图2(b)。
75.如图3所示，本实施例的每个转轴结构21可具备单一转轮211，但转轮211的宽度远大于图2(b)实施例中的转轮211的宽度，举例来说，图2(b)实施例的每个转轮211的宽度小于转动轴210的半个长度，而图3实施例的单一转轮211的宽度大于转动轴210的半个长度。此外，图3实施例的输送带201亦随着转轮211的数量而调整为1个，且输送带201的宽度亦可随着转轮211的宽度变化而增加。本发明不限于此。
76.藉此，输送带201及转轴结构21的不同实施态样已可被理解。需注意的是，只要可行，本实施例中的各元件的细节可适用前述实施例中的各种说明，或者可与前述实施例结合。
77.本发明的磁性件载台202亦可具备不同实施态样。图4是本发明另一实施例的磁性件载台202的示意图，并请同时参考图1至图3。
78.如图2(b)及图4所示，在图2(b)实施例中，每个磁性件载台202上可放置一个磁性件22，但在图4实施例中，磁性件载台202在排列方向d1上的宽度可增加，因此可放置复数个磁性件22。本发明不限于此。
79.藉此，磁性件载台202的不同实施态样已可被理解。需注意的是，只要可行，本实施例中的各元件的细节可适用前述实施例中的各种说明，或者可与前述实施例结合。
80.本发明的转子结构2亦可具备不同实施态样。图5是本发明另一实施例的转子结构2的示意图，并请同时参考图1至图4。
81.在前述实施例中，环形轨道20具有支撑件23，并藉由支撑件23支撑其中间部分，然而在图5实施例中，环形轨道20亦可不具备支撑件，而原先支撑件的位置则改为由更多个转轴结构21来代替。因此，该等转轴结构21可用于支撑环形轨道20，并且由于转轴结构21的数量增加，亦可使输送带201的转动更加流畅。本发明不限于此。在一实施例中，部分转轴结构21的不具备转轴而仅具备转轮。在一实施例中，定子结构3的可随着转轴结构21的增加而改变。
82.藉此，转子结构2的不同实施态样已可被理解。需注意的是，只要可行，本实施例中的各元件的细节可适用前述实施例中的各种说明，或者可与前述实施例结合。
83.本发明的磁性件22可具备不同的实施态样。图6是本发明另一实施例的磁性件22的示意图，并请同时参考图1至图5。
84.如图5所示，每个磁性件22可由复数个小型磁性件22a～22d所组成，其中小型磁性件22a的一端与小型磁性件22b的一端连接，小型磁性件22b的另一端与小型磁性件22c的一端连接，小型磁性件22c的另一端与小型磁性件22d的一端连接。在一实施例中，本实施例的磁性件22可以是海尔贝克(halbach)磁铁，但不限于此。
85.在一实施例中，小型磁性件22a～22d可具备不同的磁极性，例如小型磁性件22a面对线圈31的磁极性(例如n极)与小型磁性件22b面对线圈31的磁极性(例如s极)不同，小型磁性件22b面对线圈31的磁极性(例如s极)与小型磁性件22c面对线圈31的磁极性(例如n极)不同，且小型磁性件22c面对线圈31的磁极性(例如n极)与小型磁性件22d面对线圈31的磁极性(例如s极)不同，但在另一实施例中，每个小型磁性件22a～22d面对线圈31的磁极性亦可任意配置，本发明并没有限制。此外，在一实施例中，每个磁性件22中的小型磁性件22a～22d的磁极性配置与相邻磁性件22中的小型磁性件22a～22d的磁极性配置可相同，但亦可不同。
86.藉此，磁性件22的不同实施态样已可被理解。
87.此外，本发明的发电机1亦可具备不同实施态样。图7是本发明一实施例的发电机1的示意图，并请同时参考图1(a)至图6。
88.与前述实施例相比，图7实施例的线圈31可改为设置于转子结构21的支撑件23的中空部分231。此外，在一实施例中，前述实施例中围绕于转子结构2外部的线圈31可被移
除，因此定子结构3可视为设置于转子结构2的内部。另外，在一实施例中，转子结构21的内部及外部皆可设置有线圈31，亦即将例如图1(b)实施例与图7实施例结合。
89.藉此，发电机1的不同态样已可被理解。
90.根据本发明的实施例可知，本发明的发电机及转子结构具备环形轨道，且磁性件间隔设置于环形轨道上。由于非圆形的环形轨道具备了较长延伸部分，可使得更多磁性件可以设置于其上，因此相较习知技术(例如圆形的转子结构)，本发明的转子结构可与定子结构的线圈进行更多次切割，因此可使得发电机的扭力被大幅提升。此外，由于环形轨道的长度可随着需求调整，因此相较于习知技术，本发明的结构亦具备可扩充的特性。
91.本发明各实施例间的特征只要不违背发明精神或相冲突，均可任意混合搭配使用。
92.上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以权利要求书所述为准，而非仅限于上述实施例。