CN104204512B - 发电装置 - Google Patents

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Abstract

一种发电装置(1)，其包括一轴柱(11)及至少二叶片单元(12‑17)，所述叶片单元(12‑17)套设于所述轴柱(11)，且能绕所述轴柱(11)转动，相邻叶片单元转动的方向相反，每一叶片单元(12‑17)具有多个臂部(121‑171)及多个活动叶片(122‑172)，所述臂部(121‑171)自所述轴柱(11)朝外辐射延伸，每一活动叶片连接于相应臂部的一侧，每一活动叶片通过所述轴柱(11)的一第一径向中心线(19)后逐渐展开，且展开后不干涉相邻叶片单元，所述第一径向中心线(19)平行一流体流向，每一活动叶片旋转一旋转角度后逐渐闭合。该发电装置(1)可将流体能量的利用最大化，以提升发电效能。

Description

发电装置
技术领域
本发明是关于一种发电装置，特别是一种旋转式发电装置。
背景技术
由于地表空气受热后的空气流动后会形成风，而风力发电装机即将风力转换成电力的装置。在现有风力发电机组的技术中，有水平轴式及垂直轴式风力发电机二种。
然而，无论是水平轴式或垂直轴式风力发电机，为获得较大的风力发电效能，通常是以增加叶片受风面积为一重要的手段，如此将使得叶片尺寸巨型化。为了降低巨型化的叶片重量，现有技术即以高分子复合材料为原料，透过模制一体成型出巨型的叶片。而为了确保叶片的强度，现有技术必须以大型且笨重的模具来进行巨型叶片的模制程序，以获得一体成型的完整单一叶片。
另外，现有垂直风力发电装机具有一极大的缺点，即是，现有风力发电装机仅可在一侧的叶片上受风力，亦即，现有风力发电装机的叶片的受风区域利用程度相当低，无法有效地利用风能，因此发电效能较低。
因此，有必要提供一创新且具进步性的发电装置，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种发电装置，可大幅增加受流体区域，以将流体能量的利用最大化，提升发电效能。
为此，本发明提供一种发电装置，包括一轴柱及至少二叶片单元。各该叶片单元套设于该轴柱，且能绕该轴柱转动，相邻叶片单元转动的方向相反，每一叶片单元具有多个臂部及多个活动叶片，各该臂部自该轴柱朝外辐射延伸，每一活动叶片连接于相应臂部的一侧，每一活动叶片于通过该轴柱的一第一径向中心线后逐渐展开，且展开后不干涉相邻叶片单元，该第一径向中心线平行一流体流向，每一活动叶片旋转一旋转角度后逐渐闭合。
通过绕该轴柱反向转动的相邻叶片单元展开后的活动叶片，在该轴柱的二侧形成有几乎连续的受流体区域，如此可大幅增加受流体区域，以将流体能量的利用最大化，相较于现有发电装置(如风力发电装置)仅一侧具有受流体区域，本发明的发电装置可提升数倍于现有发电装置的发电效能。
附图说明
图1显示本发明一实施例的发电装置的示意图；
图2a至2d显示本发明一实施例的发电装置的叶片单元运作过程的俯视图；
图3至图5显示本发明具有不同组数臂部及活动叶片的叶片单元，其活动叶片完全闭合的时点的示意图；
图6及图7显示本发明一实施例中设置有驱动单元的叶片单元的示意图；
图8及图9显示本发明设置有驱动单元的叶片单元的另一实施例示意图；
图10显示本发明另一实施例的发电装置的示意图。
主要组件符号说明：
1 发电装置
11 轴柱
12～17 叶片单元
18 基座
19 第一径向中心线
20 第二径向中心线
21 磁性件
22 传感单元
23 驱动单元
24 太阳能板
121～171 臂部
122～172 活动叶片
122' 活动叶片
231 转动装置
2311 马达
2312 齿轮
232 转动杆
1221 滑槽
M 磁性轴套
W 流体流向
具体实施方式
参考图1，其显示本发明一实施例的发电装置的示意图。本发明的发电装置包括一轴柱及至少二叶片单元。在图1所示的实施例中，其用于发电的流体为气体(如风)，可理解的是，在其他应用中，用于发电的流体可为液体，但不以此为限。
该发电装置1包括一轴柱11及六个叶片单元12～17。该轴柱11固设于一基座18。该等叶片单元12～17套设于该轴柱11，且该等叶片单元12～17能绕该轴柱11转动，在本实施例中，相邻叶片单元转动之方向相反，例如：相邻叶片单元12、13绕该轴柱11转动之方向相反，相邻叶片单元13、14绕该轴柱11转动之方向相反…，相邻叶片单元16、17绕该轴柱11转动之方向相反。在本实施例中，该等叶片单元12～17分别具有一磁性轴套M，各该磁性轴套M间隔套设于该轴柱11，该等叶片单元12～17系分别透过各该磁性轴套M绕该轴柱11转动，但不以此方式为限。
在本实施例中，该等叶片单元12～17之结构相同，仅以该叶片单元12为例进行说明，其他叶片单元13～17在此不再加以叙述。
图2a至2d显示本发明一实施例的发电装置的叶片单元运作过程的俯视图。配合参考图1及图2a至2d，该叶片单元12具有多个臂部121及多个活动叶片122，该等臂部121自该轴柱11朝外辐射延伸，且各该臂部121的一端固设于该磁性轴套M，每一活动叶片122连接于相应臂部121的一侧。
每一活动叶片122于通过该轴柱11的一第一径向中心线19后沿一展开方向(在图2a至2d中为垂直纸面的方向)逐渐展开，该展开方向实质上垂直该第一径向中心线19，该第一径向中心线19平行一流体流向W。然而，展开后的活动叶片122不干涉相邻叶片单元13。相对于该第一径向中心线19，每一活动叶片122旋转一旋转角度后逐渐闭合。
请再参阅图1，为防止该等叶片单元12～17因自身重力影响而堆叠在一起，以致转动时发生相互摩擦，在本实施例中，该发电装置1另包括多个磁性件21，各该磁性件21设置于各该磁性轴套M之间，且各该磁性件21的磁性与各该磁性轴套M的磁性相同，以利用同性相斥原理所产生的磁浮效果，让各该磁性轴套M彼此分离，进而可防止该等叶片单元12～17堆叠及相互摩擦。
要注意的是，本发明的发电装置的每一叶片单元可具有二组、三组、四组、五组或更多组的臂部及活动叶片。在本实施例中，该发电装置1的该叶片单元12具有四组的臂部121及活动叶片122及122'(如图2a至2d所示)。
当一活动叶片122通过该第一径向中心线19后，该活动叶片122开始逐渐展开(如图2a所示)，以增加受流体面积。较佳地，该活动叶片122在该旋转角度θ为45度之前完全展开(如图2b所示)，使得后续的受流体面积持续为最大。当该旋转角度θ接近135度时〔该活动叶片122与相邻活动叶片122'(下一个通过该第一径向中心线19的活动叶片)对称于该轴柱11的一第二径向中心线20〕，该活动叶片122开始逐渐闭合(如图2c及图2d所示)，因为此时下一个活动叶片122'已经挡住了该活动叶片122的受流体路径，该活动叶片122几乎无法受到流体动力，且若此时该活动叶片122维持展开状态，反而会产生阻力而降低能量产生效率。
因此，较佳地，当该活动叶片122与相邻活动叶片122'所在的臂部对称于该轴柱11的该第二径向中心线20时，该活动叶片122进行闭合。
在以下图3至图5中，是以如上述的叶片单元12及其元件符号为例，说明具有不同组数臂部及活动叶片的叶片单元，其活动叶片闭合的时点。
参考图3，其显示本发明发电装置的每一叶片单元12具有二组臂部121及活动叶片122的示意图，较佳地，当旋转角度θ为180度时，该活动叶片122完全闭合。参考图4，其显示本发明发电装置的每一叶片单元12具有三组臂部121及活动叶片122的示意图，较佳地，当旋转角度θ为150度时(亦即，该第一径向中心线19与该第二径向中心线20的夹角角度90°+该活动叶片122与相邻活动叶片122'所在的臂部的二分之一夹角角度60°)，该活动叶片122开始闭合，并且在旋转角度θ至180度之前完全闭合。参考图5，其显示本发明发电装置的每一叶片单元12具有五组臂部121及活动叶片122的示意图，较佳地，当旋转角度θ为126度时(亦即，该第一径向中心线19与该第二径向中心线20的夹角角度90°+该活动叶片122与相邻活动叶片122'所在的臂部的二分之一夹角角度36°)，该活动叶片122开始闭合，并且在旋转角度θ至180度之前完全闭合。其他具有不同组数臂部及活动叶片的叶片单元，其活动叶片闭合的时点以此类推。
当一活动叶片122开始展开至旋转角度θ小于90度时(如图2a及2b所示)，受该活动叶片122阻挡的流体会使得每一活动叶片122可产生较大的转动力矩，借此产生较大的能量。
图6及图7显示本发明一实施例中设置有驱动单元的叶片单元的示意图。配合参考图1、图6及图7，在本实施例中，该发电装置1另包括至少一传感单元22及多个驱动单元23。该传感单元22设置于该轴柱11上，较佳地，该传感单元22设置于该轴柱11的顶部(但不以此为限)，用以测量该流体流向、流体流速及活动叶片122的位置。在本实施例中，每一驱动单元23设置于相应臂部121且连接相应的活动叶片122，并依据该流体流向及相应的活动叶片122位置控制该活动叶片122的展开，或依据该流体流向及相应的活动叶片122的旋转角度控制该活动叶片122的闭合。
此外，在本实施例中，各该驱动单元23包括一转动装置231及二转动杆232，各该转动装置231设置于各该臂部121，该等转动杆232连接各该转动装置231，且该等转动杆232能带动活动叶片，在本实施例中，该等转动杆232连接活动叶片。较佳地，各该驱动单元23的转动装置231包括一马达2311及二齿轮2312，该马达2311能驱动其中的一齿轮2312，该等齿轮2312相互啮合，且各该驱动单元231的转动杆232连接各该齿轮2312。
当该马达2311驱动其中的一齿轮2312时，该等齿轮2312的旋转方向会相反(一顺时针旋转，另一逆时针旋转)，以带动各该转动杆232往各自相应方向旋转，进而能带动活动叶片进行展开或闭合动作。如图6所示，该等活动叶片122的展开角度约为180度。另如图7所示，该等活动叶片122呈现逐渐闭合状态。
图8及图9显示本发明设置有驱动单元的叶片单元的另一实施例示意图。参阅图8及图9，在另一实施例中，每一驱动单元23亦可固定于相应臂部121且位于二活动叶片122之间，如图8及图9所示的实施例，每一活动叶片122具有一滑槽1221，每一驱动单元23包括一转动装置231及一转动杆232。该转动装置231固定于相应臂部121且实质上连接于该转动杆232的中间部分，该转动杆232的二端活动地设置于二活动叶片122的滑槽1221中。
该转动装置231驱动该转动杆232旋转，当该转动杆232开始旋转至90度，该转动杆232的二端沿着该等滑槽1221滑动以向外撑开该等活动叶片122，借此展开该等活动叶片122(如图9所示)；当该转动杆232反向旋转，沿着该等滑槽1221滑动的该转动杆232会向内拉闭该等活动叶片122，借此闭合该等活动叶片122(如图8所示)。
配合参阅图1、图6及图7，该传感单元22另可用以测量一流体流向偏摆角度(即不同时间点测得不同流体流向的角度差)。每一驱动单元23可依据该流体流向、该流体流向偏摆角度及相应的活动叶片122位置控制该活动叶片122的展开，或依据该流体流向、该流体流向偏摆角度及相应的活动叶片122的旋转角度控制该活动叶片122的闭合。
举例说明，该流体流向偏摆角度为5度，可控制该活动叶片122通过该第一径向中心线19后延迟至少5度才展开，较佳地可进一步考虑增加一安全角度，例如该流体流向偏摆角度为5度、安全角度为2度，则可控制该活动叶片122延迟7度之后才展开，如此可避免展开后的活动叶片122与相邻叶片单元(例如：叶片单元13)产生干涉。
再参考图1，绕该轴柱11反向转动的该等叶片单元12～17，其展开后的活动叶片122～172在该轴柱11的二侧形成有几乎连续的受流体区域，如此可大幅增加受流体区域，以将流体能量的利用最大化，相较于现有发电装置(如风力发电装置)仅一侧具有受流体区域，本发明的发电装置1可提升数倍于现有发电装置的发电效能。
在本发明的发电装置1的运作过程中，展开的活动叶片122～172阻挡流体后进行转动，而转动的动力可直接或间接传输至一负载装置(未图示)，使得该负载装置转动做功，以完成流体发电过程。可理解的是，该负载装置不仅可作为发电之用，亦可作为机械能或其他任何形式的能量转换之用。
动力传输的方式可以是，将一动力输出装置(例如：传动皮带)连接该等叶片单元12～17的磁性轴套M及该负载装置，由该动力输出装置间接传输动力至该负载装置。可理解的是，动力的传输及电力的传输可为任何适当的方式，并不限定为上述的方式。
可理解的是，本发明的发电装置1可另包括至少一太阳能板24，该太阳能板24可设置于该轴柱11的顶部(如图10所示)。该太阳能板24可实质上平行于地面。可理解的是，该太阳能板24较佳可依据太阳光方向而调整，使得该太阳能板24的受光面可尽量垂直于太阳光方向，以获取最大的太阳光能量，进而产生最大的电能。
如此，本发明的发电装置1不仅可将流体能量的利用最大化，以获得较佳的发电效能，并且可同时利用该太阳能板24将太阳光转换为电能，藉此可增加产生电能的总量。
上述实施例仅为说明本发明的原理及其功效，并非限制本发明，因此习于此技术的人士对上述实施例进行修改及变化仍不脱本发明的精神。本发明的权利范围应如后述的申请专利范围所列。

Claims (8)

1.一种发电装置，其特征在于，该发电装置包括：
一轴柱；
至少二叶片单元，套设于该轴柱，且能绕该轴柱转动，相邻所述叶片单元转动的方向相反，每一所述叶片单元具有多个臂部及多个活动叶片，各该臂部自该轴柱朝外辐射延伸，每一所述活动叶片连接于相应所述臂部的一侧，每一所述活动叶片于通过该轴柱的一第一径向中心线后逐渐展开，且展开后不干涉相邻叶片单元，该第一径向中心线平行一流体流向，每一所述活动叶片旋转一旋转角度后逐渐闭合；及
多个磁性件，各该叶片单元具有一磁性轴套，各该磁性轴套间隔套设于该轴柱，各该叶片单元的臂部的一端固设于各该磁性轴套，且各该磁性件设置于各该磁性轴套之间，各该磁性件的磁性与各该磁性轴套的磁性相同。
2.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，当每一所述叶片单元的一活动叶片所在的臂部旋转至与相邻的下一所述个活动叶片所在的臂部对称于该轴柱的一第二径向中心线，该活动叶片进行闭合，该第二径向中心线垂直该第一径向中心线。
3.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，另包括至少一传感单元，该传感单元设置于该轴柱上，用以测量该流体流向、流体流速及活动叶片位置。
4.如权利要求3所述的发电装置，其特征在于，另包括多个驱动单元，每一所述驱动单元设置于相应所述臂部，且每一所述驱动单元依据该流体流向及所述活动叶片位置控制所述活动叶片的展开，或依据该流体流向及每一所述活动叶片的旋转角度控制所述活动叶片的闭合。
5.如权利要求3所述的发电装置，其特征在于，该传感单元另用以测量一流体流向偏摆角度。
6.如权利要求5所述的发电装置，其特征在于，另包括多个驱动单元，每一所述驱动单元设置于相应所述臂部，且每一所述驱动单元依据该流体流向、该流体流向偏摆角度及所述活动叶片位置控制所述活动叶片的展开，且依据该流体流向、该流体流向偏摆角度及每一所述活动叶片的旋转角度控制所述活动叶片的闭合。
7.如权利要求4或6所述的发电装置，其特征在于，各该驱动单元包括一转动装置及至少一转动杆，各该转动装置设置于各该臂部，各该转动杆连接各该转动装置，且各该转动杆能带动活动叶片。
8.如权利要求7所述的发电装置，其特征在于，各该驱动单元的转动装置包括一马达及二齿轮，该马达能驱动其中的一所述齿轮，各该齿轮相互啮合，各该驱动单元的转动杆连接各该齿轮。
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