專利名稱：物理能量動力轉換轉子、其轉動方法及發電機組的制作方法
技術領域：
本發明為一種物理能量動力轉換轉子，是指一種運用超距力而產生動力的轉子。
背景技術：
由于人類文明生活的需求，能源的消耗與日俱增，目前產生動力的方法仍然以化 學能轉換為電能或動能為主，其中以火力及核能為主要來源，但火力是經由燃燒物質而獲 取能源，過程中產生大量的廢氣，不但造成空氣污染，更為溫室效應的主因之一，核能則因 其放射性可能對環境造成影響，而逐漸被各國減少使用或停用，其它如水力、風力或太陽能 等方式，雖然目前被認為是無污染 的能源，然而該等方式的能量轉換率較低，故以目前的技 術而言尚無法成為主要的動力來源。因此，如何以無污染的方式獲取大量的動力，為重要的研究課題。
發明內容
本發明的目的在于提供一種物理能量動力轉換轉子、其轉動方法及發電機組，利 用磁力與地心引力的配合，來產生動力，并可搭配風力或水力動力源，來達到增加其動力輸 出及運轉持續性的功能。本發明的主要技術手段，是利用密度較高的流體或固體作為負重物與轉子本體相 接，由負重物于內外環軌道間的移動而維持轉子本體的持續轉動，其中負重物可設于轉子 本體的中，亦可延伸出轉子本體外圍設置以增加轉動慣量，靠負重物本身受地心引力的影 響可維持在內外圓軌道間的往復運動，并可提供旋轉的動力，當轉子本體半徑越大或負重 物密度越大時轉動慣量越大，其維持轉子本體的轉動時間越能持久，而有蓄能的效果。進一步而言，本發明可利用磁鐵或導磁材料作為負重物，當離心力與負重物所產 生的重力相等時，負重物停止運動，而為磁鐵或導磁材料的負重物可利用磁力牽引使負重 物再度產生位移及往復運動，進而增加轉子本體的轉速。本發明的物理能量動力轉換轉子，可單獨運轉產生能量，亦可組合多個轉子后提 供較大能量的運轉，或可連接至風力、水力等發電機以增加其發電效果及運轉持續性，為完 全無污染的能源設施。
圖1為圓周運動原理示意圖；圖2為本發明的垂直式轉子示意圖；圖3為本發明的平行式轉子示意圖；圖4A為本發明的垂直式轉子原理示意圖；圖4B為本發明的平行式轉子原理示意圖；圖5A為本發明的垂直式重力轉子結構示意圖；圖5B為本發明的平行式重力轉子結構示意圖6為本發明的磁浮式轉子結構示意圖；圖7A為本發明的分離平行式大型轉子示意圖；圖7B為本發明的分離垂直式大型轉子示意圖；圖8A至圖8C為本發明的重力式轉子與磁力式轉子結合后的發電機組示意圖；圖8D為本發明的大型轉子的發電機組示意圖；圖9為本發明的外掛重力式轉子結構示意圖；圖10為本發明的外掛磁浮式轉子結構示意圖；圖11為本發明的重磁力轉子結構示意圖；圖12為本發明的磁吸式附加配重轉子結構示意圖；圖13為本發明的磁吸式轉子的發電機組示意圖。附圖中主要組件符號說明10、10A、10C、10D、10E、10F、10G、IOH 轉子本體11、11E、11G 轉軸12:串接固定孔13D:支撐桿14G:內環止棒15H 彈性施力環20、20A、20C、20D、20E、20F、20G 柱體200E:固定柱201E:滑動柱21 容置空間22、22E、22F 緩沖墊23C 定位導磁防震板24D 轉動導磁防震板25E、25F:彈簧26G 外環止桿30,30A,30C,30D,30E,30F,30G,30H 負重物31G、31H:內環磁鐵32H 配重塊40:馬達固定座41、41A、41C、41E 位移磁鐵42 調整螺釘43 微調馬達50D:固定磁鐵60F、60G、60H 磁環61F、61G:推進磁鐵6IlF:磁力線62F、62G:調整螺釘63H 制動塊70 重力式轉子71 磁力式轉子72 大型轉子73 磁吸式轉子80:發電機90:變速齒輪組91 控速馬達92:蓄電池
具體實施例方式原理請參閱圖1所示，當物體作圓周運動時，其具有一切線速度(V)，并具有大小相同 方向相反的向心力(F)及離心力(F')，其中維持圓周運動的向心力(F)的大小與物體的 質量(m)、切線速度(V)、圓半徑(R)成正比，但與周期(T)成反比，各點角速度(νω)相同， 但不同半徑的切線速度不同，故不同半徑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本發明的物理能量動力轉換轉子，是將轉子本體分為內圓軌道及外圓軌道兩部 分，介于內外圓軌道之間設置數個圓形或方形的封閉中空柱體，柱體中設有負重物，當轉子 轉動時，負重物因重力的影響而于柱體中呈直線往復運動，請參閱圖2所示，柱體與轉子半 徑成垂直設置，R為內圓半徑，R'為外圓半徑，r為圓心至柱體底部的距離，Θ為設置柱體 的角度，h為柱體的高度或直徑，d為柱體至內圓軌道的外緣的距離，d'為柱體由內圓軌道 的外緣至外圓軌道的內緣的距離，L為柱體內的總長度，w為柱體的寬度，N為轉子中所設置 柱體的數量，由相關公式得知r = Rcos θd = Rsin θh = R-rθ = 360/Νd' = h = wr = R' XLcos θ =R' sin θ = d+d'由于柱體為方形或圓形管狀，故其寬度與高度相同，由柱體開設的數量可設計出 轉子的結構及負重物的體積，進而決定負重物的質量m。又如圖3所示，柱體與轉子半徑成平行設置，故本發明中柱體與轉子的半徑夾角 可固定在0度或90度、或在0至90度之間而可移動。柱體中的負重物為圓形或圓柱狀重物或液狀物體，負重物僅作上下及左右移動， 請參閱圖4A及圖4B所示，X為內側軌道、Y為中間軌道、Z為外側軌道、M為轉子的中心轉 軸，垂直方向設置的柱體內的負重物呈Y — Z — Y — Z的方向往復運動，而平行方向設置的 柱體內的負重物呈X — Z — X — Z的方向往復運動，Z環軌道可大于X環軌道以適度增加轉 子的轉動半徑，X、Y、Z環軌道可與中心轉軸M成一體、或X、Y、Z環軌道可與中心轉軸M采 分離式中間部分則由金屬架構支撐，即形成延伸半徑類似于飛輪的結構。實施例
本發明的物理能量轉換動力轉子及其轉動方法應用于各實施例時，其結構上主要 不同之處在于重力轉子、重/磁力轉子等可獨立運轉或相互組合而成不同容量及用途的動 力機組。請參閱圖5A所示的垂直式重力轉子，轉子本體10呈一圓盤體，其中央設有一轉軸 11，轉子本體10上貫穿成型有復數個串接固定孔12，復數個柱體20沿轉子本體10周緣設 于轉子本體10的中，每一柱體20的長軸與轉子本體10的半徑呈相互垂直，每一柱體20呈 中空而具有容置空間21，每一柱體20內部兩端分別設置有緩沖墊22，每一柱體20內設有 一負重物30，負重物30具有特定重量且可為金屬或磁鐵，柱體20中的緩沖墊22作為緩沖 材用以保護負重物30不與柱體20內壁面撞擊而毀損，亦可填入液體作為緩沖材，一馬達固定座40設置于轉子本體10外，一調整螺釘42貫穿馬達固定座40，調整螺釘42兩端分別與 一位移磁鐵41及一微調馬達43相連接，位移磁鐵41相鄰于轉子本體10外緣，可設置有一 個以上的位移磁鐵41 ；如圖5A中所示，當轉子本體10作圓周運動時，負重物30受重力影響而于柱體20 中進行直線往復運動，轉子本體10朝順時針方向旋轉，越過0度的柱體20中的負重物30 受重力影響而由內圓軌道進入外圓軌道，以施力于轉子本體10而使轉子本體10持續沿順 時針方向旋轉，當柱體20旋轉至介于180度至270度之間時，恰好相對于位移磁鐵41的位 置，位移磁鐵41作用而使得該柱體20中的負重物30抵抗重力，而被吸引由內圓軌道移動 至外圓軌道，有利于離心力的作用，故使得轉子本體10可持續朝順時針方向移動，反之則 為逆時針方向移動的設計，在此不加以贅述。
請參閱圖5B所示的平行式重力轉子，其結構與垂直式結構近似，但柱體20A的長 軸與轉子本體IOA的半徑呈平行，且負重物30A為磁鐵，負重物30A相對于轉子本體IOA外 緣端的磁性與位移磁鐵41A相對于轉子本體10端的磁性相同，故當轉子本體IOA沿順時針 方向作圓周運動時，負重物30A受重力影響而于柱體20A中進行直線往復運動，轉子本體 IOA朝順時針方向旋轉，越過90度的柱體20A中的負重物30A受重力影響而由內圓軌道進 入外圓軌道，以施力于轉子本體IOA而使轉子本體IOA持續沿順時針方向旋轉，當柱體20A 旋轉至介于180度至270度之間時，恰好相對于位移磁鐵41A的位置，位移磁鐵41A作用而 使得該柱體20A中的負重物30抵抗重力，而被斥力推動由外圓軌道移動至內圓軌道，故使 得轉子本體IOA受負重物30的重力影響而可持續朝順時針方向移動，反的則為逆時針方向 移動的設計，在此不加以贅述。為提高轉子本體10的轉動慣量，轉子本體10的材料其平均密度必須小于負重物 30的密度，即轉子本體10可采用中空式設計，同理，轉子本體10最外環軌道的材料重量必 須大于內環軌道的材料重量，如載重車輛或火車在不施力的狀態下由行駛至靜止的距離或 時間相較于未載重的車輛而言較長，亦即是轉動慣量有不同大小的差別，負重物30在柱體 20的中直線運動如同彈簧的簡諧運動或鐘擺的單擺原理一樣為了得到最省力的效果，位移 磁鐵41為外力作用，由微調馬達43及調整螺釘42的作動來調整位移磁鐵41與轉子本體 10之間距，進而控制磁力的牽引大小，以得到穩定的轉速。前述本發明的重力轉子，因受限于地心引力的影響，當負重物的重力與離心力相 等時，負重物30即停止位移運動，而無論垂直式或平行式重力轉子，其轉速隨轉子本體10 的半徑大小而改變，重力轉子轉速約在50至500rpm之間，外力作用如磁能、化學能等皆可 增加其轉速，當負重物30停止位移運動時，轉子本體10因慣性而繼續轉動則為怠速狀態， 重力轉子可與風力及水力加以組合來避免在無風或無水時所產生的不連續供電現象。請參閱圖6所示為本發明的磁浮式轉子，柱體20C的長軸與轉子本體IOC的半徑 相互平行，每一柱體20C外端固設有一定位導磁防震板23C，磁鐵如釤鈷或釹鐵硼系列的推 力為其自身重量的200至300倍，負重物30C為磁鐵且其與定位導磁防震板23C因感應而 產生磁吸作用，因此負重物30C受磁力牽引而吸附于定位導磁防震板23C上，一組以上的馬 達固定座40C及位移磁鐵41C設置于相對180度至270度及270度至0度的位置之間，且 位移磁鐵41C相對于轉子本體IOC的端的磁性與負重物30C的相對端的磁性相同，轉子本 體IOC朝順時針方向進行圓周運動，當柱體20C移動至相對于位移磁鐵41C時，利用磁鐵同極相斥的原理而使得負重物30C由外圓軌道被推向內圓軌道，則產生不平衡而有利于轉子本體IOC持續朝順時針方向旋轉；磁浮式轉子為離心力與磁斥力的對抗關系，其所產生的轉速較重力式轉子為快， 磁浮式轉子的轉速因轉子本體IOC外圍所設置的位移磁鐵41C數量而有所不同即磁浮軌 道的外環長度，可應用在IOOOrpm以上的場合或結合重力式轉子以提升重力式轉子的低轉 速。請參閱圖7A及圖7B所示，為本發明的分離式大型轉子，轉子本體IOD向外延伸 出復數個支撐桿13D，轉子本體IOD可為一圓形支架，柱體20D固設于支撐桿13D末端，柱 體20D的長軸可與支撐桿13D的長軸相互平行或相互垂直，柱體20D外端固設有一轉動導 磁防震板24D，相鄰于支撐桿13D的旋轉軌道外環設有一固定磁鐵50D，其中轉動導磁防震 板24D與固定磁鐵50D的相對端磁性相同，因此，當轉子本體IOD進行圓周運動時，固定磁 鐵24D推動接近的柱體20D以使其持續旋轉，而負重物30D亦吸附于轉動導磁防震板24D 上而形成如前所述的重力轉子的效果，由于支撐桿13D的設置，而使得轉子整體的半徑增 加且增加了外環部分的重量，故轉子的轉動慣量隨之增加，支撐桿13D、柱體20D與負重物 30D形成杠桿作用而得到力臂X力矩的最大轉動推力，亦即是只要施以最小的起始外力就 可使轉子長時間持續旋轉，固定磁鐵50D可設置在轉子本體IOD外圍的任何位置以0至45 度的夾角與轉動導磁防震板24D相對應以控制轉子本體IOD的轉速，該分離式大型轉子的 轉速仍然為低速運轉的設計，轉速范圍約在50至500rpm之間，在進行發電時必須利用變速 齒輪組以獲得較大的發電量。請參閱圖8所示為本發明用于發電時的組合示意圖，圖8A所示為結合一重力式轉 子70及一磁力式轉子71共同推動一發電機80，由于重力式轉子70如前所述具較低轉速， 而磁力式轉子71如前所述具較高轉速，故圖8B所示為組合多個重力式轉子70與單一個磁 力式轉子71來提供低轉速大扭力的發電組合，圖8C所示為組合多個磁力式轉子71與單一 個重力式轉子70來提供高轉速的發電組合，重力式轉子70在此提供怠速的作用，圖8D所 示為大型轉子72的組合方式，由于大型轉子72如前所述由轉子本體與加大半徑的外環機 制連結而成，故具有很大的轉動慣量，因轉速較慢故需經由變速齒輪組90將速度提升至發 電機的正常工作范圍，又大型轉子72因重量的關系，啟動時可連接一啟動馬達給予適當的 初速后即可迅速進入正常操作狀態。請參閱圖9所示為本發明的外掛重力式轉子，其中每一柱體20E具有相互連接的 固定柱200E及滑動柱201E，固定柱200E與轉軸IlE相互固定，滑動柱201E與轉子本體IOE 的半徑相互垂直，緩沖墊22E套設固定于滑動柱201E上相鄰于固定柱200E的一端，一彈簧 25E套設固定于滑動柱201E上遠離于固定柱200E的一端，負重物30E套設于滑動柱201E 夕卜，當轉子進行圓周運動時，由負重物30E受重力影響于滑動柱201E上滑動，并配合位移磁 鐵41E的作用，使轉動至特定位置的負重物30E能順利地由內圓軌道移動至外圓軌道，而使 得轉子本體IOE持續轉動，位移磁鐵41E設置在180至270度之間。請參閱圖10所示為本發明的外掛磁浮式轉子，每一柱體20F由轉子本體IOF向外 延伸，柱體20F的長軸與轉子本體IOF的半徑相互平行，彈簧25F套設固定于柱體20F相鄰 于轉子本體IOF的一端，緩沖墊22F套設固定于柱體20F遠離于轉子本體IOF的一端，負重 物30F套設于柱體20F外，一磁環60F架設于柱體20F外圍并相對于轉子本體IOF的部分圓周處，如圖所示約相對于轉子本體IOF的180至360度處，磁環60F中埋設有復數個推進 磁鐵61F，每一推進磁鐵61F的磁力線611F如圖所示，由推進磁鐵61F所形成的磁環狀幕正 面推動，而使得通過磁環60F的負重物30F朝向轉子本體IOF移動，則產生不平衡的力而使 得轉子本體IOF得以持續轉動，磁環60F與柱體20F間的距離影響轉速的大小，由調整螺釘 62F來改變磁環60F與柱體20F之間距。請參閱圖11所示為本發明的重磁力轉子，其柱體20G設于轉子本體IOG中且通過 轉軸IlG中心，并與轉子本體IOG的半徑相互平行，兩負重物30G為弧形旋臂且一端與轉子 本體IOG或柱體20G相互樞接，每一負重物30G末端埋設有至少一個內環磁鐵31G，轉子本 體IOG上相對于每一負重物30G的內環側設有內環止棒14G，柱體20G的兩端分別延伸成 型有外環止桿26G，以限制負重物30G的擺蕩振幅，磁環60G架設于轉子本體IOG外圍并相 對于轉子本體IOG的部分圓周處，由調整螺釘62G來改變磁環60G與轉子本體IOG之間距。 如圖所示約相對于轉子本體IOG的180至360度處，由推進磁鐵61G與內環磁鐵31G間所 產生斥力，使得負重物30G相對通過磁環60G向內偏擺，則依照杠桿原理使得轉子持續轉 動，外掛重力式轉子、外掛磁浮式轉子、及重磁力式轉子應用在小型或大型化的結構原理均 相同。請參閱圖12所示為本發明的磁吸式附加配重轉子，磁環60H、360度環繞設置于轉 子本體IOH外，兩負重物30H為弧形旋臂且一端與轉子本體IOH相互樞接，每一負重物30H 末端埋設有內環磁鐵3IH及配重塊32H，轉子本體IOH上相對于每一負重物30H的外環側設 有彈性施力環15H，利用內環磁鐵31H與磁環60H間的吸引力，增加負重物30H旋轉時的離 心力，進一步配合配重塊32H的設置以增加離心力，當離心力越大，則對負重物30H施以更 大的力量進而維持轉子本體IOH的旋轉，負重物30H的樞軸300H可用以轉變施力方向，彈 性施力環15H的直徑大小與轉速相關，磁環60H具有兩可拆卸的制動塊63H，當制動塊63H 拆下后磁環60H上形成斷口，而使得導磁離心力無法持續，則轉子本體10的旋轉速度將下 降并將漸漸停止，需待制動塊63H重新插入磁環60H使得磁環60H的吸力及配重塊32H的 重力同時產生離心力時，轉子本體10才可恢復旋轉而持續產生能量。請參閱圖13所示為本發明的磁吸式轉子73的發電機組，控速馬達91由可充電的 蓄電池92供電以高速運轉，經變速齒輪組90將轉速調整至中或低速，根據省力原理進而帶 動磁吸式轉子73及發電機80，待磁吸式轉子73運作正常時，依照發電需求調整或固定轉 速，控速馬達兼具機組整體的啟動其控速。本發明的物理能量動力轉換轉子，可配合其余動力機或發電機或提供轉動初速所 需的動力組件，及可持續運轉，以達到節省能源及減少污染的目的。以上所述僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，雖 然本發明已以較佳實施例描述如上，然而并非用以限定本發明，本領域技術人員在不脫離 本發明技術方案的范圍內，當可利用上述提示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化 的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施 例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。
權利要求
一種物理能量動力轉換轉子，其中包含有一轉子本體及復數個負重物，各負重物與轉子本體相接并與轉子本體同步轉動，當轉子本體進行圓周運動時，形成內外圓軌道，負重物受超距力于內外圓軌道中往復滑移，而形成不平衡力以使得轉子本體持續轉動。
2.如權利要求1所述的物理能量動力轉換轉子，其中，包含有復數個中空柱體設置于 轉子本體中，每一負重物設置于相對應的柱體之中，各負重物于相對應的柱體中進行直線 往復運動。
3.如權利要求2所述的物理能量動力轉換轉子，其中，每一中空柱體內設有緩沖材。
4.如權利要求2所述的物理能量動力轉換轉子，其中，各中空柱體的長軸與轉子本體 的半徑呈相互平行。
5.如權利要求2所述的物理能量動力轉換轉子，其中，各中空柱體的長軸與轉子本體 的半徑呈相互垂直。
6.如權利要求4或5所述的物理能量動力轉換轉子，其中，包含有一位移磁鐵設置于轉 子本體外圍。
7.如權利要求4所述的物理能量動力轉換轉子，其中，每一中空柱體外端固設有一定 位導磁防震板，各負重物為磁鐵且其與定位導磁防震板因感應而產生磁吸作用，至少一個 位移磁鐵設置于轉子本體外圍，且位移磁鐵與負重物因感應而產生磁性相斥作用。
8.如權利要求1所述的物理能量動力轉換轉子，其中，包含有復數個支撐桿及復數個 中空柱體，每一支撐桿由轉軸向轉子本體外延伸，每一中空柱體固定于相對應的支撐桿末 端，每一負重物設置于相對應的柱體的中，每一柱體外端固設有一轉動導磁防震板，相鄰于 支撐桿的旋轉軌道外環設有一固定磁鐵，每一轉動導磁防震板與固定磁鐵因感應而產生磁 性相斥作用。
9.如權利要求8所述的物理能量動力轉換轉子，其中，每一柱體的長軸與支撐桿相互 平行。
10.如權利要求8所述的物理能量動力轉換轉子，其中，每一柱體的長軸與支撐桿相互垂直。
11.如權利要求1所述的物理能量動力轉換轉子，其中，包含有復數個與轉軸相接的柱 體，各負重物套設于相對應的柱體外并為磁鐵，一個以上的位移磁鐵設置于轉子本體外圍。
12.如權利要求11所述的物理能量動力轉換轉子，其中，每一柱體具有相互連接的固 定柱及滑動柱，每一固定柱與轉軸相互固定，各滑動柱與轉子本體的半徑相互垂直，各負重 物套設于相對應的柱體的滑動柱上。
13.如權利要求11所述的物理能量動力轉換轉子，其中，包含有一磁環，磁環架設于柱 體外圍并相對于轉子本體的部分圓周處，磁環中埋設有復數個推進磁鐵。
14.如權利要求11至13中任一項所述的物理能量動力轉換轉子，其中，每一柱體上套 設有一彈簧，每一彈簧與相對應的負重物相推頂。
15.如權利要求1所述的物理能量動力轉換轉子，其中，每一負重物為一弧形旋臂，每 一負重物末端埋設有至少一內環磁鐵，各負重物與轉子本體相互樞接，一磁環架設于轉子 本體外圍。
16.如權利要求15所述的物理能量動力轉換轉子，其中，磁環相對于轉子本體的部分 圓周處。
17.如權利要求15所述的物理能量動力轉換轉子，其中，磁環360度環繞設置于轉子本 體外，磁環上具有兩可拆卸的制動塊以形成斷口，負重物末端設有配重塊。
18.一種發電機組，其中包含有一發電機，其串接有至少一如權利要求1至17任一項所 述的物理能量動力轉換轉子。
19.如權利要求18所述的發電機組，其中，包含有一變速齒輪組與該等物理能量動力 轉換轉子及發電機相互串接。
20.如權利要求19所述的發電機組，其中，包含有一控速馬達，控速馬達與該等物理能 量轉換轉子相互串接以提供起始力。
21.—種物理能量動力轉換轉子的轉動方法，其中包括 提供一轉子本體；提供復數個負重物與轉子本體相接；提供轉子本體起始動力，使轉子本體進行圓周運動并形成內外圓軌道； 負重物隨轉子本體進行圓周運動的同時，負重物受超距力作用而于內外圓軌道間進行 直線往復運動，由此產生不平衡力而迫使轉子本體持續進行圓周運動。
全文摘要
本發明為一種物理能量動力轉換轉子，其中包含一轉子本體及復數個負重物，當轉子本體進行圓周運動時，形成內外圓軌道且負重物隨之轉動，負重物于內外圓軌道中進行直線往復運動，由此產生不平衡力而使轉子本體得以持續轉動，則可獨立運轉以產生動力，或與其余動力機組結合，例如與水力或風力發電機結合，來增加其發電效能并使其得以持續運轉。
文檔編號H02N15/00GK101826824SQ20091012616
公開日2010年9月8日 申請日期2009年3月5日 優先權日2009年3月5日
發明者曾廣臺, 林志哲, 陳國剛 申請人:羅莎國際有限公司