排熱球發電裝置之研究

1. 排熱球發電裝置之研究 指導老師:謝明君 組員:林哲安、龔長彥

2. 一、研究目的 本研究提出一種新型的『行星式軸向磁通交流發電機構』，其原型乃是將一圓形碟盤固定於轉軸之上，永久磁鐵其磁極以極性交錯方式，呈行星式環狀排列於碟盤四周。在磁鐵兩側對應於每一永久磁鐵設置一組感應線圈，感應線圈內部置入矽鋼片。

3. 高功率 HPEG 發電裝置 只要能夠驅動碟盤旋轉，即可直接帶動碟盤四周的永久磁鐵快速通過感應線圈，產生磁通量變化而在感應線圈上產生感應電壓。並在感應線圈外接導線，將感應線圈所產生的電流傳導至其他電氣裝置加以使用。

4. 二、研究方法 本研究是利用天然的能源來驅動『高功率行星式發電機構』 在天然能源動力應用方面，由於其動力來源可能為水力、火力、風力、熱對流等，因此在「發電機構」之設計上將有些許變化，將兩個圓形碟盤中間留一間隙，上下兩層固定於轉軸之上。永久磁鐵其磁極以交錯方式，呈行星式環狀排列碟盤四周，上下兩層為一組的永久磁鐵在間隙內構成一個近乎均勻分佈的磁場。並於此間隙內對應每一組永久磁鐵設置一個與磁場交互作用的感應線圈，感應線圈內部保持中空不置入矽鋼片（如下圖1）。

5. 圖1.『行星式軸向磁通發電機構』側面示意圖

6. 圖2.永久磁鐵固定盤設計圖 我們以直徑200 mm，厚度為5 mm的壓克力圓盤，在邊緣處平均設置18個直徑為20 mm的圓孔，每個圓孔內以磁極極性交錯方式安置直徑20 mm，厚度為15 mm的永久磁鐵，如上圖2。而在感應線圈固定盤部分，我們採用SUS 304不鏽鋼，設置兩組各18個直徑為8 mm的圓孔，以安裝感應線圈與配線(如圖3)。

7. 由於其永久磁鐵直接置於葉片四周，可將葉片所捕獲的自然能源直接由外側的感應線圈產生感應電流，亦即轉子由葉片直接驅動（Direct Drive），取代齒輪箱發電機的間接驅動方式發電，不需經過由傳動軸傳至變速齒輪箱，升速後再推動發電機產生電能的多次轉換過程。因此在運行時不易造成能量損耗、機械磨損與機件過熱的現象。

8. 三、研究結果 • 我們以上下兩層共40顆直徑30mm，厚度10mm的釹鐵硼磁鐵來建構『行星式軸向磁通永磁無鐵芯無刷單相交流發電機構』。將20個感應線圈以相同規格四個串連轉速與輸出電壓之關係如圗十所示，轉速與輸出電流之關係如圗十一所示。 • 由表3可知最大輸出功率可達 410 W，在高轉速下170 rpm時，輸出功率約為300W。在一般轉速110~140 rpm的情形下，輸出功率為125~200W。即使轉速為80 rpm的低轉速情形下，輸出功率亦有70W。證明此『行星式軸向磁通發電機構』確實可應用於低轉速發電的條件下。

9. 圗10轉速與輸出電壓之關係圖圗11轉速與輸出電流之關係圖圗10轉速與輸出電壓之關係圖圗11轉速與輸出電流之關係圖 表3