CN103122826A - 风力发电系统 - Google Patents

Abstract

一种风力发电系统，包含一基座、一枢设于该基座上的转动装置、一用于监控该转动装置的转速的控制装置，及一由该转动装置驱动的发电装置。该发电装置包括一由该转动装置驱动的主发电单元，及多个由该转动装置驱动的次发电单元，该控制装置能够依据该转动装置的转速控制次发电单元的驱动数量。通过上述设计，该转动装置只要能克服该主发电单元的启动扭矩即可启动该主发电单元，并能视该转动装置的转速增减次发电单元的启动数量，除了能使该转动装置的转速维持稳定，更能使输出的电压与电流容易控制。

Description

风力发电系统

技术领域

本发明涉及一种发电系统，特别是涉及一种风力发电系统。

背景技术

现有风力发电机的型态，若依中央转轴的结构可分为如中国台湾公告第M362305号专利案所示的水平轴式，以及如中国台湾公告第M362305号专利案所示的垂直轴式两种态样，然而不论为那一种型态，皆有以下缺点存在：

(1)低风速时不易启动：一般的风力发电机为了能产生较多电力，通常会设置较大的扇叶，以使扇叶转动时能克服发电机的启动扭距，但扇叶越大，受风吹拂时所产生的阻力也越大而越不易启动。

(2)电量输出不稳定：由于风力大小并非恒定，因此若只使用单电机，风力大时能相对产生较多的电量，风力小时输出的电量便减少，导致电量输出不稳定。

(3)高风速时易产生噪音与振动：承上所述，当风力大时会带动扇叶高速转动，当转动速度太高时容易产生噪音与振动，长期使用下易缩短使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种易启动且电量输出较为稳定的风力发电系统。

本发明风力发电系统，包含一基座、一枢设于该基座上的转动装置、一用于监控该转动装置的转速的控制装置，及一由该转动装置驱动的发电装置。

该基座包括一基板，及一固设于该基板上的中心轴，该转动装置包括一枢设于该中心轴上的轴管，及多个间隔设置而安装固定于该轴管的叶片。

该控制装置是用于监控该转动装置的轴管的转速，该发电装置包括一由该转动装置驱动的主发电单元，及多个由该转动装置驱动的次发电单元，该控制装置能够依据该转动装置的轴管的转速控制次发电单元的驱动数量。

较佳地，本发明风力发电系统，该转动装置的每一叶片是弯折成截面成V字形的态样并形成有一空间。

较佳地，本发明风力发电系统，该转动装置还包括一固设于该轴管外的上轴套、一枢设于该中心轴上并位于该轴管内且间隔地位于该上轴套下方的下轴套、一固设于该下轴套上的底盘，及多个连接件，所述叶片是通过所述连接件而与该上轴套、下轴套，及底盘固接，以使所述叶片带动该上轴套、下轴套、底盘与轴管一起转动。

较佳地，本发明风力发电系统，该转动装置还包括一间隔固设于该底盘下方且随该底盘转动的支撑盘，及多个纵向且间隔固设于该底盘与支撑盘间并由该底盘带动移动的杆体，该主发电单元包括一具有一第一转轴的主发电机，及一固设于该第一转轴上的链轮，而每一个次发电单元包括一具有一第二转轴的次发电机、一固设于该第二转轴上的链轮，及一设置于该第二转轴上用于控制次发电机的启闭的离合器，所述链轮与杆体啮合而由所述杆体带动转动，该主发电机持续由所述杆体驱动，该控制装置依据该轴管的转速并通过所述离合器而分别控制所述次发电机的启闭。

较佳地，本发明风力发电系统，该主发电单元及所述次发电单元是间隔固设于该基座的基板上而呈周边分布的形态。

较佳地，本发明风力发电系统，还包含一风向导引装置，该风向导引装置包括一枢设于该中心轴上的风向侦测器、一能感测该风向侦测器的驱动单元，及一枢设于该中心轴上并间隔位于部分叶片外侧的遮挡件，该遮挡件由该驱动单元驱动而于该基座的基板上滑移，该遮挡件具有一本体部，及一由该本体部一端向外弯折延伸的导引部，所述叶片依风向定义为顺向旋转及逆向旋转，该遮挡件受该驱动单元驱动而使得该本体部是遮蔽逆向旋转的叶片，该遮挡件的导引部则是将风向导引吹向顺向旋转的叶片。

较佳地，本发明风力发电系统，该风向导引装置的驱动单元具有一个能感测该风向侦测器的传感器，及一个由该传感器启闭且能驱动该遮挡件的马达。

较佳地，本发明风力发电系统，该基座还包括一环设于该基板上的导轨，该风向导引装置还包括一固设于该遮挡件下侧且对应该导轨的滑轮组，该遮挡件是通过该滑轮组于该导轨上移动，并以该中心轴为中心而环绕所述叶片摆动。

较佳地，本发明风力发电系统，该发电装置的主发电单元及次发电单元设置于该基座的基板下方而呈星形分布的设置。

较佳地，本发明风力发电系统，该发电装置的主发电单元及次发电单元设置于该基座的基板下方而呈串联方式的设置。

本发明的有益效果在于：通过该控制装置能控制次发电单元的驱动数量，因此该转动装置转动时只要能克服该主发电单元的启动扭矩即可启动该主发电单元，并能视该转动装置的转速增减次发电单元的启动数量，除了能使该转动装置的转速维持稳定，更能使输出的电压与电流容易控制。

附图说明

图1是一立体分解图，说明本发明风力发电系统的第一较佳实施例；

图2是一立体图，辅助说明图1；

图3是一俯视图，辅助说明图1；

图4是一剖视示意图，说明沿图3的IV-IV割面线的剖面的态样；

图5是一剖视示意图，说明主发电单元与次发电单元的设置位置；

图6是一剖视示意图，为图5中假想线框示处的放大图，辅助说明链轮与杆体的啮合状态；

图7是一示意图，说明转动单元的转速被控制于一稳定范围内；

图8是一立体分解图，说明本发明风力发电系统的第二较佳实施例；

图9是一立体图，辅助说明图8；

图10是一俯视图，辅助说明图8；

图11是一仰视图，说明主发电单元与次发电单元的另一种设置态样。

具体实施方式

下面结合附图及两个较佳实施例对本发明进行详细说明。

在本发明被详细描述前，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的组件是以相同的编号来表示。

参阅图1与图2，为本发明风力发电系统的第一较佳实施例，包含一基座2、一枢设于该基座2上的转动装置3、一用于监控该转动装置3的转速的控制装置4，及一由该转动装置3驱动的发电装置5。

参阅图3与图4并配合图1，该基座2包括一基板21，及一固设于该基板21上的中心轴22，该转动装置3包括一枢设于该中心轴22上的轴管31、一固设于该轴管31外的上轴套32、一枢设于该中心轴22上并位于该轴管31内且间隔地位于该上轴套32下方的下轴套33、多个彼此间隔设置而安装固定于该轴管31的叶片34、多个连接件35、一固设于该下轴套33上的底盘36、一间隔固设于该底盘36下方且随该底盘36转动的支撑盘37，及多个纵向且间隔固设于该底盘36与支撑盘37间并由该底盘36带动移动的杆体38，所述叶片34是通过所述连接件35而与该上轴套32、下轴套33，及底盘36固接，以使所述叶片34可带动该上轴套32、下轴套33、底盘36与轴管31一起转动，而每一叶片34是弯折成截面成V字形的态样并形成有一空间341。在实际实施时，所述叶片34也可直接固定于轴管31而带动轴管31转动，并不以上述实施例为限。

参阅图4与图5，该发电装置5包括一由该转动装置3驱动的主发电单元51，及多个由该转动装置3驱动的次发电单元52，该主发电单元51及所述次发电单元52是间隔固设于该基座2的基板21上而呈周边分布的形态。如图4所示，该主发电单元51包括一具有一第一转轴511的主发电机512，及一固设于该第一转轴511上的链轮513，而每一个次发电单元52包括一具有一第二转轴521的次发电机522、一固设于该第二转轴521上的链轮523，及一设置于该第二转轴521上用于控制次发电机522的启闭的离合器524，也就是说，该主发电单元51是没有离合器的设置。

参阅图5、6并配合图4，所述链轮513、523是与杆体38啮合而由所述杆体38带动转动，要特别说明的是，所述链轮513、523虽然皆与所述杆体38啮合，但该主发电机512是没有离合器的设置，因此能持续由所述杆体38驱动，所述次发电机522的启闭则需视所述离合器524的离合状态，该控制装置4与所述离合器524讯号连接，且会依据该轴管31的转速并通过控制所述离合器524而分别控制所述链轮523能否带动所述次发电机522运转。

参阅图3、4并配合图5，当风力吹拂于所述叶片34，且风速大于最低启动风速(例如2.5-3m/s)而带动所述叶片34转动时，该轴管31、该上轴套32、下轴套33、底盘36、杆体38，及支撑盘37会同步转动，此时所述杆体38也会带动所述链轮513、523转动，由于该主发电单元51是没有离合器的设置，因此当该主发电单元51的链轮513转动时，该第一转轴511即能带动该主发电机512运作而输出电力。该控制装置4会持续监控该轴管31的转速，当该轴管31的转速大于一设定值时，该控制装置4会控制所述离合器524作动而使该轴管31能带动所述次发电机522运转，以下以一模拟数值进行说明：

(1)状态1：设定最低启动风速为2.5-3m/s(此为本实施例的举例数值，应以设置地区的实际环境为考虑，不以此为限)，当风速大于最低启动风速时，所述叶片34开始旋转并带动该轴管31转动，进而通过所述杆体38持续带动该主发电机512处于运转状态而能输出电力。

(2)状态2：为了避免所述叶片34及该轴管31因高速转动而产生振动，设定该轴管31的转速大于50rpm时，该控制装置4会通过控制所述离合器524而控制所述次发电机522的启动，而当该轴管31的转速小于40rpm时，该控制装置4则通过控制所述离合器524而使所述次发电机522停止运作。因此当该控制装置4侦测到该轴管31的转速大于50rpm时，该控制装置4首先会对所述次发电机522启动的数量进行检测，当检测到只有该主发电机512在运转时，该控制装置4会传递讯号而使第一个离合器524作动并使该轴管31能通过对应的链轮523而带动第一个次发电机522运转，使整个系统的负载增加，让该轴管31的转速是介于40rpm～50rpm间，当风速降低导致该轴管31的转速小于40rpm时，则该控制装置4会传递讯号而使第一个离合器524不作动，第一个次发电机522即停止运转，而使整个系统的负载降低，避免该轴管31的转速持续降低而影响该主发电机512的运作。

(3)状态3：若该主发电机512及一个次发电机522同时运转时该轴管31的转速仍然大于50rpm，该控制装置4会再次对次发电机522启动的数量进行检测，当测到该主发电机512及一个次发电机522都在运转时，该控制装置4会传递讯号而使第二个离合器524’也作动而使该轴管31能通过对应的链轮523’带动第二个次发电机522’开始运转，整个系统的负载再次增加，若一个主发电机512加上两个次发电机522、522’的运转状态下，该轴管31的转速仍大于50rpm时，则该控制装置4会依前述控制方式使第三个次发电机522”开始运转。然而，若一个或一个以上的次发电机522开始运转而使该轴管31的转速小于40rpm时，则该控制装置4会使得对应的离合器524不作动，而使一个或一个以上的次发电机522停止运转。

依照上述控制模式，在设定的风速条件下能让该轴管31的转速如图7所示地维持在一稳定范围内，使该轴管31的转速不会随着风速过大而高速转动进而产生振动。图7中点划线表示启动后轴管31转速的平均转速。特别说明的是，前述最低启动风速与该轴管31的转速限值等数值，仅是本实施例作为辅助说明，可视实际情形进行调整，不以此为限。

通过上述设置，本发明风力发电系统于实际使用时具有以下所述的优点：

(1)低风速时易启动：该发电装置5虽然具有一个主发电机512及多个次发电机522，但只有该主发电机512是持续由该轴管31带动运转，当风速大于设定值时才会经由该控制装置4的控制而决定所述次发电机522的运转数量，因此该轴管31只需克服该主发电单元51的第一转轴511的启动扭矩，就能使该主发电机512开始运转而输出电力，因此具有在低风速下容易启动的优点。另外，每一叶片34弯折成截面成V字形的态样，也使风力能进入每一叶片34弯折而成的空间341而更易推动叶片34。

(2)维持稳定转速：借本发明的设计，当该转动装置3的转动速度超过设定值时，该控制装置4会通过控制离合器524而增加次发电单元52的运转数量，借此增加系统负载而使该转动装置3的转动速度下降并维持在稳定的转速范围内，有效避免因转速太快产生噪音与振动，进而延长使用寿命。

(3)易于控制输出的电压与电流：由于本发明是使用一个主发电机512及多个次发电机522，并通过该控制装置4视风力大小而增减次发电机522的运转数量，使该发电装置5输出的电压与电流易于控制，因此能避免单一电机直接受风力大小影响而使输出的电压与电流不稳定的情形。

参阅图8、9，为本发明风力发电系统的第二较佳实施例，大致类似前述该第一较佳实施例，不同处在于：该风力发电系统还包含一风向导引装置6，该风向导引装置6包括一枢设于该中心轴22上的风向侦测器61、一能感测该风向侦测器61的驱动单元62、一枢设于该中心轴22上并间隔位于部分叶片34外侧的遮挡件63，及一固设于该遮挡件63下侧的滑轮组64。该驱动单元62具有一个能感测该风向侦测器61的传感器621，及一个由该传感器621启闭且能驱动该遮挡件63的马达622。

该基座2还包括一环设于该基板21上的导轨23，该遮挡件63是由该驱动单元62驱动并通过该滑轮组64于该导轨23上移动，且以该中心轴22为中心而环绕所述叶片34摆动，该遮挡件63具有一本体部631，及一由该本体部631一端向外弯折延伸的导引部632。

如图10所示，所述叶片34依风向定义为顺向旋转及逆向旋转，当该遮挡件63受该驱动单元62驱动而于该导轨23上移动时，该遮挡件63的本体部631是遮蔽逆向旋转的叶片34b，该遮挡件63的导引部632则是将风向导引吹向顺向旋转的叶片34a。当风以图10中的假想线的方向吹送于所述叶片34上时，若是没有设置该遮挡件63，则顺向旋转的叶片34a会以顺时针方向旋转，但逆向旋转的叶片34b会有逆时针方向旋转的趋势而抵消顺时针方向转动的力量，而减弱驱动所述叶片34转动的力量。

参阅图8、10，当该风向侦测器61随着风向转动时，该风向侦测器61的侦测结果会经由该传感器621控制该马达622而驱动该遮挡件63移动，使该遮挡件63的本体部631是遮蔽逆向旋转的叶片34b，该遮挡件63的导引部632则是将风向导引吹向顺向旋转的叶片34a，以使所述叶片34的转动更为顺畅。

通过该风向导引装置6的设计，能避免风力吹拂时对所述叶片34产生相反的两股推动力量，因此能避免驱动所述叶片34转动的力量被抵消减弱，而更能提高该风力发电系统的整体发电效率。

参阅图11，要说明的是，于本实施例中，该发电装置5的主发电单元51及次发电单元52也可以是设置于该基座2的基板21下方而呈星形分布的设置，或是使该主发电单元51及次发电单元52是呈串联方式(图未示)的设置。上述两种设置方式，其主发电单元51及次发电单元52的相对应的带动机构会有对应的设计及改变，但仍不脱离本发明的实质技术内容，并且为本领域技术人员容易想到的，不再予以赘述。

综上所述，本发明风力发电系统，通过上述设计除了能达成低风速时易启动、维持转动单元的稳定转速，及易于控制输出的电力外，配合该风向导引装置6更能提高发电效率，故确实能达成本发明的目的。

但以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种风力发电系统，其特征在于：

该风力发电系统包含：

一基座，包括一基板，及一固设于该基板上的中心轴；

一转动装置，包括一枢设于该中心轴上的轴管，及多个间隔设置而安装固定于该轴管的叶片；

一控制装置，用于监控该转动装置的轴管的转速；以及

一发电装置，包括一由该转动装置驱动的主发电单元，及多个由该转动装置驱动的次发电单元，该控制装置能够依据该转动装置的轴管的转速控制次发电单元的驱动数量。

2.根据权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于：该转动装置的每一叶片是弯折成截面成V字形的态样并形成有一空间。

3.根据权利要求2所述的风力发电系统，其特征在于：该转动装置还包括一固设于该轴管外的上轴套、一枢设于该中心轴上并位于该轴管内且间隔地位于该上轴套下方的下轴套、一固设于该下轴套上的底盘，及多个连接件，所述叶片是通过所述连接件而与该上轴套、下轴套，及底盘固接，以使所述叶片带动该上轴套、下轴套、底盘与轴管一起转动。

4.根据权利要求3所述的风力发电系统，其特征在于：该转动装置还包括一间隔固设于该底盘下方且随该底盘转动的支撑盘，及多个纵向且间隔固设于该底盘与支撑盘间并由该底盘带动移动的杆体，该主发电单元包括一具有一第一转轴的主发电机，及一固设于该第一转轴上的链轮，而每一个次发电单元包括一具有一第二转轴的次发电机、一固设于该第二转轴上的链轮，及一设置于该第二转轴上用于控制次发电机的启闭的离合器，所述链轮与杆体啮合而由所述杆体带动转动，该主发电机持续由所述杆体驱动，该控制装置依据该轴管的转速并通过所述离合器而分别控制所述次发电机的启闭。

5.根据权利要求4所述的风力发电系统，其特征在于：该主发电单元及所述次发电单元是间隔固设于该基座的基板上而呈周边分布的形态。

6.根据权利要求5所述的风力发电系统，其特征在于：还包含一风向导引装置，该风向导引装置包括一枢设于该中心轴上的风向侦测器、一能感测该风向侦测器的驱动单元，及一枢设于该中心轴上并间隔位于部分叶片外侧的遮挡件，该遮挡件由该驱动单元驱动而于该基座的基板上滑移，该遮挡件具有一本体部，及一由该本体部一端向外弯折延伸的导引部，所述叶片依风向定义为顺向旋转及逆向旋转，该遮挡件受该驱动单元驱动而使得该本体部是遮蔽逆向旋转的叶片，该遮挡件的导引部则是将风向导引吹向顺向旋转的叶片。

7.根据权利要求6所述的风力发电系统，其特征在于：该风向导引装置的驱动单元具有一个能感测该风向侦测器的传感器，及一个由该传感器启闭且能驱动该遮挡件的马达。

8.根据权利要求7所述的风力发电系统，其特征在于：该基座还包括一环设于该基板上的导轨，该风向导引装置还包括一固设于该遮挡件下侧且对应该导轨的滑轮组，该遮挡件是通过该滑轮组于该导轨上移动，并以该中心轴为中心而环绕所述叶片摆动。

9.根据权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于：该发电装置的主发电单元及次发电单元设置于该基座的基板下方而呈星形分布的设置。

10.根据权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于：该发电装置的主发电单元及次发电单元设置于该基座的基板下方而呈串联方式的设置。

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