TW201215765A - Micro turbine - Google Patents

Description

201215765 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種微型渦輪機，尤指—種具有微型尺 寸且高轉速之氣動式渦輪機，可用以作為渦輪發電系統之 動力源。 【先前技術】 -般對於可攜帶式之電子產品來說，#電力通常由電 池提供。傳統的一次性電池在電力耗盡之後，由於無法對 其進行充電，因此必須丟棄或回收，此種方式不僅不環保， 對於消費者來說也是非常浪費錢的。因此，目前使用於 攜帶式之電子產品中的電池係以充電電池為主流，當充電 電池之電力耗盡時，只要利用市電或是直流電發電機即可 對其充電。 然而，若是充電電池在一個無法進行充電的地方或是 情況緊急的時候耗盡電力，便無法及時提供可攜帶式電子 產品足夠之電力，因此充電電池也有其使用上之限制。有 鑒於此，若能提供一種可攜帶式之發電裝置，不僅可隨時 對於充電電池進行電力之補充，更可直接將發電產生之電 力提供給可攜帶式電子產品使用，對於消費者來說必定能 產生相當大的便利。 對於前述之需求來說’微型渦輪發電系統係一種非常 適合的解決方案。近年來世界各國於找尋各項能源替代方 4 201215765 案上，微型渦輪發電系統始終佔有一席之地。一般的微型 渦輪發電機其尺寸僅數厘米，而發電量可達2〇w〜15〇w， 此發電量以足夠供給可攜帶式電子產品所需之電力。由於 微型渦輪發電機之體積小，具有可攜帶性，因此適合發展 成為可攜帶式電子產品之供電源。 習知之微型渦輪發電系統必須具備有一燃燒室，燃料 與空氣在該燃燒室混合燃燒之後，氣體之體積產生膨脹， • 藉此產生動力以推動渦輪葉片，而渦輪葉片轉動所產生之 動能才得以用來發電。 然而，此種燃料燃燒式之微型渦輪發電系統並不適合 應用於可攜帶式電子產品中，因為燃料在燃燒後會產生高 溫，而高溫對於可攜帶式電子產品來說是容易造成損害 的。另外，燃料在燃燒後所產生之氣體以及高溫，是不符 合環保以及節能減碳之要求的。 鲁 有鑑於此，必須提供一種創新的微型渦輪機，其可利 用潔淨能源來產生動能，進而驅動發電機發電，不僅達到 可攜式發電的效果，更可符合環保概念。 【發明内容】 故’有鑑於前述之問題與缺失，發明人以多年之經驗 累積，並發揮想像力與創造力，在不斷試作與修改之後， 始有本發明之一種微型渦輪機。 本發明之主要目的係提供一種微型渦輪機，其具有體 201215765 以作為可攜帶式發電裝置之動力來 本發明之另-目的係提供一種微型渦輪機，其係利用 潔淨能源來產生動能，$而驅動發電機發電，以符合環保 以及節能減碳之需求。

為達上述目的本發明係揭露__種微型滿輪機，係至 少包含：―第一外罩殼，其包含一氣體入口、一第一容置 空間及-第-連接部’肖第一連接部係設置於該第一容置 空間之-開口側；-第二外罩殼，其包含一第二容置空間、 ’該第二連接部係設置於該第二 一外罩殼係藉由第二連接部與第 ^; 一靜子’係設置於第一容置

積小、重量輕之優點 源。 一第二連接部及一轴承座 谷置空間之一開口側，第 一外罩殼之第一連接部結 空間中並與第—外罩殼連接；及-轉子，係設置於第二容 置空間中，其包含—轉子本體及-旋轉轴，該旋轉轴係轴 向穿設並固^於該轉子本體之中Λ，旋轉軸之—端係柩設 於"亥靜子巾央，另-端則樞^：於第二外罩殼之該軸承座中 央並且往第二外罩殼之外側延伸。 【實施方式】 為達前述之目的與功效，發明人將習知之微型渦輪機 進仃改良’以高壓氣體做為動力來源，在不斷的修正與調 整之下，始得到本發明之—種微型渦輪機。兹分別以本發 明之第一較佳實施例及一第二較佳實施例之一種微型渦 201215765 輪機’對本發明之系統結構以及技術精神做詳細 、<介紹。 首先請參照如第一圖及第二圖所示，第一圖 哗1糸本發明 該第一較佳實施例之微型渦輪機之立體外觀透视 圖係本發明第一較佳實施例之微型渦輪機之立體外觀八解 圖示。該微型渴輪機1係包含一第一外罩殼 、一第二 外罩殼110、一靜子12〇、一轉子130及一轴承蓋14〇。

該第一外罩殼1〇〇係包含一氣體入口（圖令未示） 第一容置空間102及一第一連接部1〇3，該第一連接部 係設置於該第一容置空間1〇2之一開口側。其中，第—外 罩殼100之外徑為25mm，内徑為20mm。 該第二外罩殼11〇係包含一第二容置空間丨1卜一 一 3f7 丨· 連接部112及一軸承座113,該第二連接部112係設置於該 第二容置空間111之一開口側，第二外罩殼11〇係藉由第 二連接部112與第一外罩殼1〇〇之第一連接部1〇3結人。 其中，第二外罩殼11〇之外徑為25mm ’内徑為2〇mm。 該靜子120係設置於第一容置空間1〇2中並與第一外 罩殼100連接。靜子120之側面係設有複數個靜子葉片 121 ’並且靜子120之整體直徑為2〇mm。 該轉子130係設置於第二容置空間U1中，其包含一 轉子本體131及一旋轉軸132,該旋轉軸132係軸向穿設 並固定於該轉子本體131之中央，旋轉軸132之一端係樞 設於該靜子120中央，另一端則樞設於第二外罩殼ιι〇之 201215765 ι軸承座11 3中央並且往第二外罩殼丨丨〇之外側延伸。轉 子本體131之側面係設有複數個轉子葉片〗33，該複數個 轉子葉片133之葉形為三維葉形，並且轉子本體131之整 體直徑為20mm。 該軸承蓋140係結合於第二外罩殼11〇之該軸承座ιΐ3 之外側，並可供轉子130之旋轉軸132穿設於其中央，此 軸承蓋140可用以保護軸承座113,並可加強支撐轉子13〇 φ 旋轉軸丨32之旋轉。 本發明第一較佳實施例之微型渦輪機丨之各元件的材 質可由不銹鋼材料、鋁材料以及鋁合金材料中擇一使用。 接著分別針對前述各個元件作詳細之介紹。首先請同 時參照如第二A圖至第三D圖所示，第三a圖係第一外罩 殼之前視圖，第三B圖係第一外罩殼之後視圖，第三c圖 係第一外罩殼之側視圖，第三D圖係第一外罩殼之立體外 _觀圖示。如圖中所示，第一外罩殼100係含有氣體入口 101、第一容置空間102及第一連接部103,其中第一連接 部103係設置於第一容置空間102之開口側。第一外罩殼 100之主要功能包括引導高壓氣體之進入、與靜子丨20之 間做裝配以及具有整流之功能，其中，第一外罩殼1〇〇係 藉由氣體入口 101與一外接之導氣元件（如一導氣塑膠管） 連接而引導高壓氣體由氣體入口 101進入微型渦輪機i内 部，進而驅動轉子130之旋轉。 201215765 接著請同時參照如第四A圖至第四〇圖所示，第四A 圖係第二外罩殻 之則視圖，第四B圖係第二外罩殼之後視 圖，第四C圖係笛一从 、一 罩忒之側視圖，第四d圖係第二外 罩殼之立體外觀圖示。- 如圖中所不’第二外罩殼110係包 含第二容置空間n 第一連接部112及軸承座113，其中 第二連接部i^ _ 奶 係5又置於第二容置空間111之開口側。第 之功此係利用第二連接部丨丨2與第一外罩殼 1 〇〇之第一連接部1 而纟人 而組S在一起，並且可容置轉子 ^使轉子130在第二容置空間⑴中能穩定轉動，並且 將軋机整机後排出以減少氣流對整體運轉之影響。 /接著請同時參照如第五A圖至第五D圖所示，第五a 圖係靜子之前視圖，第五B圖係靜子之後視圖，第五C圖 係靜子之側視圖’第五D圖係靜子之立體外觀圖示。如圖 中所不’靜子120之側面係設有複數個靜子葉片i2i。靜 子120之功能是當其速度為零時可使理想氣體在一穩定 且絕熱流動過程中處於靜溫與停滞溫度之情％。複數個靜 子葉片121之葉形前端12u的角度（Leading Edge)為配 合空氣進氣方向’因此設計成與空氣流向平行之角度；而 葉形後端mb的角度（Trailing_Edge)設計成與轉子葉片 33之刖端角度相互配合，使c〇effuent沴值為2 2。 接著請同時參照如第六A圖至第六D圖所示，第六A 圖係轉子之前視圖，第六B圖係轉子之後視圖，第六C圖 9 201215765 •係轉子之侧視圖，第六D圖係轉子之立體外觀圖示。如圖 中所示，轉子uo包含一轉子本體131、一旋轉軸132及 複數個轉子葉片133，旋轉輪132係軸向穿設並固定於該 轉子本體131之中央，複數個轉子葉片133係設置於轉子 本體131之側面。經由反覆之規劃與設計，並考慮到氣體 在轉子130運轉時之運動路徑，因此複數個轉子葉片133 之葉形設計為三維葉形。轉子13〇之主要功能為壓縮流體 _ 之流動。 接著請參閱如第七圖所示，係本發明該第二較佳實施 例之發電系統之架構示意圖，第二較佳實施例係將微型渴 輪機200運用於一發電系統2中，該發電系統2除了包含 微型渴輪機200之外，更包含一高壓氣體源21〇及一發電 裝置220。 首先，微型渴輪機200藉由一外接之導氣元件211(如 # 一導氣塑膠管）而與該高壓氣體源210 (如一小型氣體鋼 瓶）連接，高壓氣體源210内部之高壓空氣便可經由導氣 元件211進入微型渦輪機200中，進而驅動轉子2〇ι轉動。 接著，微型渦輪機200係藉由轉子2〇1之往外延伸之 旋轉軸202而與該發電裝置220連接，當轉子2〇1旋轉時， 便可藉由旋轉軸2〇2帶動發電裝置22〇之運轉，進而產生 電力。本發明之微型渦輪機200為一種厘米級渦輪，厘来 級渦輪之定義係葉片直徑為10-3〜10-4公尺，轉速為1〇萬 201215765 50萬RPM ’其發電功率為1〇w〜⑽w之間。 發電裝置220所產生之電力 ，可直接提供給一可攜帶 式電子產品230 ’使其運作。該可攜帶式電子產品23〇包 括筆記型電腦、手機以及3(：電子產品等。除了可攜帶式電 子產230以外，此發電系統2更可應用於照明、備用電 源、電動+(腳踏車及機車）以及動力系統輔具等領域之 電源供應。 鲁 經由上述内容對於本發明進行詳細說明後，可得知本 發明具有以下之優點： (1 )本發明所提供之微型渦輪機具有體積小、重量輕之 優點’因此非常適合作為可攜帶式發電裝置之動力 來源。 (2 )本發明所提供之微型渦輪機，其係利用潔淨能源來 產生動能’進而驅動發電機發電’以符合環保以及 Φ 節能減碳之需求。 (3 )本發明之微型渦輪機由於其構造簡單以及組裝零件 少’因此不僅成本低廉’更可減少組裝工時，提昇 製造效率。 (4 )本發明之微型渦輪機係利用高壓氣體作為驅動源， 因此其具有轉速快、充電速度快之優點。 以上所述之實施例僅係說明本發明之技術思想與特 點’其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之内 11 201215765 容並據以實施’當不能以之限定本發明之專利範圍，若依 本發明所揭露之精神作均等變化或㈣，仍應涵蓋在本發 明之專利範圍内。

發明人經過不斷的構想與修改，最終得到本發明之設 叶，並且擁有 上述之諸多優點，實為優良之發明， 清發明專利之要件，特提出申請，❾f審查委員能早 曰賜與發明專利’以保障發明人之權益。 【圖式簡單說 明】 第一圖 係本發明一第一較佳實施例之微型渦輪機之 立體外觀透視圖； 第二圖 係本發明該第一較佳實施例之微型渦輪機之 立體外觀分解圖示； 第三A圖 係第一外罩殼之前視圖； 第三B圖 係第一外罩殼之後視圖； 第三C圖 係第一外罩殼之側視圖； 第三D圖 係第一外罩殼之立體外觀圖示； 第四A圖 係第二外罩殼之前視圖； 第四B圖 係第二外罩殼之後視圓； 第四C圖 係第二外罩殼之側視圖； 第四D圖 係第二外罩殼之立體外觀圖示； 第五A圖 係靜子之前視圖； 第五B圖 係靜子之後視圖； 12 201215765

第五C圖 係靜子之側視圖； 第五D圖 係靜子之立體外觀圖示； 第六A圖 係轉子之前視圖； 第六B圖 係轉子之後視圖； 第六C圖 係轉子之側視圖； 第六D圖 係轉子之立體外觀圖示；及 第七圖 係本發明一第二較佳實施例之發電系統之架 構示意圖。 【主要元件符號說明】 1 > 200 微型渦輪機 100 第一外罩殼 101 氣體入口 102 第一容置空間 103 第一連接部 110 第二外罩殼 111 第二容置空間 112 第二連接部 113 軸承座 120 靜子 121 靜子葉片 121a 葉形前端 121b 葉形後端 13 201215765

130 、 201 轉子 131 轉子本體 132 ' 202 旋轉軸 133 轉子葉片 140 軸承蓋 2 發電系統 210 高壓氣體源 211 導氣元件 220 發電裝置 230 可攜帶式電子產品

Claims (1)

1. 201215765 七、申請專利範圍： 1 · 一種微型渦輪機，係至少包含： -第一外罩殼’其包含一氣體入口、一第一容置空 間及一第—連接部，該第-連接部係設置於該第Γ 谷置空間之一開口側； -第二外罩殼，其包含一第二容置空間、一第二連 接部及-轴承座，該第二連接部係設置於該第二容 置空間之一開口側，第二外罩殼係藉由第二連接部 與第一外罩殼之第一連接部結合； -靜子，係設置於第一容置空間中並與第一外罩殼 連接；及 -轉子，係設置於第二容置空間中，其包含一轉子 本體及一旋轉軸，該旋轉軸係軸向穿設並固定於該 轉子本體之中央，旋轉轴之一端係樞設於該靜子中 央’另—端則柩設於第二外罩殼之該軸承座中央並 且往第二外罩殼之外側延伸。 2’ Μ β I利範圍第1項所述之-種微型渴輪機，其中， 該微型4輪機之各元件的材質可由以下組合中選擇使 用.不銹鋼材料、鋁材料以及鋁合金材料。 3 ·如申叫專利範圍第1項所述之一種微型渦輪機’其中， k靜子之側面係設有複數個靜子葉片。 4·如申清專利範圍第1項所述之一種微型渦輪機’其中， 201215765 該靜子之直徑為20mm。 • 5· #申請專利範圍帛1項所述之一種微型滿㈣，其中， 該轉子本體之側面係設有複數個轉子葉片。 6.如申4專利範圍第5項所述之_種微型渦輪機，其中， 該複數個轉子葉片之葉形為三維葉形。 申。用專利範圍帛1項所述之-種微型滿輪^；，其中， 該轉子本體之直徑為2〇mm。 _ 如中請專利範圍第1項所述之-種微型满輪機，其中， § 外罩喊之外徑為25mm，内徑為20mm。 9. 如申請專利範图 固第1項所述之一種微型渦輪機，其中， S 卜罩Λ又之外徑為25mm，内徑為20mm。 · 10. 如申請專利範 第1項所述之一種微型渦輪機，其中， 更包含一細备：从 承盍，係結合於該第二外罩殼之該軸承座之 外側’並可供兮 ^轉子之該旋轉轴穿設於其中央，該轴承 零 蓋可用以保螬缸2 籩軸承座，並可加強支撐轉子旋轉轴之旋 16