CN111102127B - 动能撷取机构 - Google Patents

Abstract

一种动能撷取机构，包括固定轴、旋转壳体、动能输入组件与定轴传动组件，旋转壳体能枢设于固定轴上，动能输入组件枢设于旋转壳体中且与固定轴相交，定轴传动组件装设于旋转壳体内，定轴传动组件的第一传动组件结合第一单向轴承组设于旋转壳体中，第二传动组件结合第二单向轴承组设于旋转壳体中，第一单向轴承与第二单向轴承互为反向旋转驱动功能，第三传动组件连接第一传动组件与第二传动组件以传递运动，第一传动组件、第二传动组件与第三传动组件三者中的一个连接动能输入组件以传递运动，借由两轴串联的组合结构，整合为输出至连续旋转的单一轴向，为适用于不稳定动能的具有2个自由度的双轴式动能撷取机构。

Description

动能撷取机构

技术领域

本发明关于一种动能撷取机构，尤指一种适用于撷取不稳定动能的双轴式动能撷取机构。

背景技术

台湾省位于亚洲陆地与太平洋的交界处，且为南北狭长的海岛地形，每年皆有有明显的季风交替变化，台湾沿海、高山以及离岛地区的年平均风速每秒超过4公尺，风能潜力相当优越，因此，政府单位在许多风能充足的地方架设风力发电设备，并将离岸风力发电列为未来重要发展科技，以期提高绿能发电比例。

在众多的发电设备，小型风能发电设备具有体积小，装置地点弹性大等优势。目前有多数的研究团队投入小型风能发电设备的研发。只是小型风能发电设备易受地形、风向与乱流的影响，因此，有些小型风能发电设备的风机进一步配置有追风结构，使风机的叶轮能持续保持正向迎风，以期撷取最大风能。

依据气象局公布的资料所制作的风能密度统计数据，其概包括风速所产生的风能密度与风向改变所产生的风能密度。然而，已知小型水平轴式风能装置仅能撷取由风速所产生的风能密度，并无法撷取风机追风转向时的动能，使得风机的转向动能浪费掉，而风向的改变造成已知小型水平轴式风机效能不佳的重要因素之一。而已知小型垂直轴式风能装置，虽不受风向改变的影响，但其效率低于小型水平轴式风能装置。

再者，已知小型风能装置因其装设位置较接近地表，难以稳定运转而有效率的撷取风能。其中，小型水平轴式风力发电为适应风场方向的变化，通常配置有主动式与被动式的追风装置。主动式追风装置需消耗额外能量，而被动式追风装置除了较无法实时追风之外，也浪费了风向改变的风能，仍有极大的改善空间。被动式追风装置虽能利用风能自动调整风涡轮面对风向，摆动风涡轮的运动也具有可利用的动能，而现有小型风力发电装置及被动式追风装置皆无辅助性动能利用机构，使得风机的转向动能浪费掉。

此外，目前小型水平轴式风力发电装置，发电机组会随着追风装置摆动，因此，需透过电刷或旋转连接器等装置，将电力传递至位于固定轴内的导线。发电机组摆动使惯量增加，而无法灵敏的追风；且由于电刷或旋转连接器皆会增加设备的成本、减少使用寿命以及降低电能传输效率。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种动能撷取机构，用以解决现有风能装置等易因动能来源方向不稳定，而难以有效撷取动能的问题。

为了达成前述目的，本发明所提出的动能撷取机构包括：

一固定轴，直立设置；

一中空的旋转壳体，其装设于该固定轴上，且能以该固定轴为轴心旋转；

一动能输入组件，其枢设于该旋转壳体中，且与该固定轴的轴向相交；以及

一定轴传动组件，其装设于该旋转壳体内，该定轴传动组件包括一第一传动组件、一第二传动组件、一第三传动组件、一第一单向轴承以及一第二单向轴承，该第一单向轴承与该第二单向轴承是互为反向旋转驱动功能的单向轴承，其中：

该第一传动组件结合该第一单向轴承装设于该旋转壳体中，该固定轴通过该第一传动组件中，该旋转壳体仅能通过该第一单向轴承单一方向旋转驱动该第一传动组件；

该第二传动组件结合该第二单向轴承装设于该旋转壳体中，该第二传动组件与第一传动组件同轴间隔相对，该固定轴通过该第二传动组件中，该旋转壳体仅能相反于驱动第一传动组件旋转方向通过该第二单向轴承驱动第二传动组件旋转；

该第三传动组件装设于该旋转壳体内，该第三传动组件连接该第一传动组件与该第二传动组件；

该第一传动组件、该第二传动组件与该第三传动组件三者中的一个连接该动能输入组件，以传递运动。

借由前述动能撷取机构的发明，其主要利用固定轴、旋转壳体、动能输入组件、以及定轴传动组件的第一传动组件、第二传动组件及第三传动组件等六个部件的组合传动结构，其中，以轴向相交的动能输入组件与旋转壳体等二个部件分别为动能输入的部件，动能输入组件连接第一传动组件、第二传动组件、以及第三传动组件三者中的任意一个，以传递运动，第三传动组件在第一传动组件与第二传动组件之间传递运动，并以第一传动组件、第二传动组件及第三传动组件三者中的任意一部件作为动能输出的部件，第一传动组件结合第一单向轴承组设于旋转壳体，第二传动组件结合第二单向轴承组设于旋转壳体，第一单向轴承与第二单向轴承互为反向传动的单向传动功能，不会对动能撷取机构的运转产生干涉等问题。借此，使动能撷取机构具备5组旋转对、3组传动轮对，而为具有2个自由度的双轴式动能撷取机构，并借其特殊组合结构以串联方式整合双轴输入的动能，使其对于不稳定动能具备优异的撷取性能。

依据前述动能撷取机构的发明，当其作为风能撷取机构时，其至少具备以下优点：

1、除了以动能输入组件的旋转轴连接的扇轮用于撷取风能，并通过动能输入组件与定轴传动组件传递动能输出之外，该动能撷取机构还利用旋转壳体能受风推动转向或旋转，使其具有追风转向的功能；且在追风转向时，该旋转壳体顺时针或逆时针的转向或旋转的动能也能通过定轴传动组件传递至输出轴。

2、本发明动能撷取机构能够同时撷取旋转轴旋转的动能与旋转壳体追风摆动的动能，以其具有2个自由度机构兼具垂直与水平双轴向输入的机械能，并整合输出至连续旋转的单一轴向，以提高风能总撷取量，而为一项创新且具产业利用价值的风能撷取机构。

3、本发明动能撷取机构借由旋转壳体与其内部的定轴传动组件组合结构，使旋转壳体为了撷取双向追风摆动的动能，本发明动能撷取机构利用该定轴传动组件中的第一传动组件结合该第一单向轴承装设于该旋转壳体中，该第二传动组件结合该第二单向轴承装设于该旋转壳体中，该第二传动组件与第一传动组件同轴间隔相对，该第三传动组件连接该第一传动组件与该第二传动组件以传递运动，该第一单向轴承与该第二单向轴承是互为反向旋转驱动功能的单向轴承，借此，避免动能撷取机构的运转时的干涉，且还能利用第一传动组件、第二传动组件与第三传动组件的转速比设计，降低功回流的影响。

4、本发明动能撷取机构中，动能输入组件与旋转壳体的动能输入，借由传动机构传递至枢设于固定轴的输出组件输出连续旋转的动能，因此，本发明动能撷取机构作为风能发电机构时，发电机组可装设于固定轴上，除了减少旋转追风时的转动惯量，也不需使用电刷或旋转连接器，降低成本、增加使用寿命以及维持电能传递效率。

5、本发明动能撷取机构作为小型风能发电装置时，其能够撷取此追风转向摆动的动能，加上动能输入组件能够长时间受风力驱动而运转，兼具同时撷取风能驱动旋转轴的动能与旋转壳体追风摆动动能，故能从中撷取可观的总能量。而且，本发明动能撷取机构作为小型风能发电装置，能将发电机组装设于固定轴，对于装设位置接近地表、都市以及风场紊乱等应用，本发明动能撷取机构确能额外撷取不少的动能。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明动能撷取机构的第一实施例的侧视剖面示意图。

图2为图1所示动能撷取机构第一实施例中的固定轴、定轴传动组件与动能输入组件的侧视平面示意图。

图3为本发明动能撷取机构的第二实施例的侧视剖面示意图。

图4为本发明动能撷取机构的第三实施例的侧视剖面示意图。

图5为本发明动能撷取机构为下风式风能发电机构的第一实施例的立体示意图。

图6为本发明动能撷取机构为下风式风能发电机构的第二实施例的立体示意图。

图7为本发明动能撷取机构为上风式风能发电机构的第一实施例的立体示意图。

图8为图7所示本发明动能撷取机构为上风式风能发电机构第一实施例的局部侧视剖面示意图。

图9为本发明动能撷取机构为上风式风能发电机构的第二实施例的立体示意图。

图10为图9所示本发明动能撷取机构为上风式风能发电机构第二实施例的局部侧视剖面示意图。

图11为图4所示本发明动能撷取机构为上风式风能发电机构第三实施例的局部侧视剖面示意图。

图12为图8及图9所示上风式风能发电机构实施例的动作状态1的参考图。

图13为图8及图9所示上风式风能发电机构实施例的动作状态2的俯视参考图。

图14为图8及图9所示上风式风能发电机构实施例的动作状态2的参考图。

图15为图8及图9所示上风式风能发电机构实施例的动作状态3的俯视参考图。

图16为图8及图9所示上风式风能发电机构实施例的动作状态3的参考图。

图17为图8及图9所示上风式风能发电机构实施例的动作状态4的参考图。

图18为图8及图9所示上风式风能发电机构实施例的动作状态5的参考图。

具体实施方式

如图1至图4所示，公开本发明动能撷取机构的数种实施例，由该多个附图中可以见及，所述动能撷取机构包括一固定轴10、一旋转壳体20A、20B、一动能输入组件30以及一定轴传动组件40。

如图1至图4所示，该固定轴10能直立(即垂直轴向)设置而被固定，而提供该动能撷取机构必要的支撑力量。

如图1至图4所示，该旋转壳体20A、20B装设于该固定轴10上，该旋转壳体20A、20B能以该固定轴10为轴心顺时针方向(俯视视角)或逆时针方向水平旋转，该旋转壳体20A、20B中具有一容置空间200。

如图1至图3及图4所示，在本实施例中，该旋转壳体20A、20B包括一壳体周壁21、一壳体顶板22A、22B及一壳体底板23，该容置空间200位于该壳体周壁21内，该壳体顶板22A、22B与该壳体底板23分别设置于该壳体周壁21的上端与下端。

如图1至图4所示，该壳体底板23中央设有一下组设孔231，该下组设孔231连通该容置空间200，该固定轴10通过该壳体底板23的下组设孔231并伸入该容置空间200中，该壳体周壁21中设置一侧组设孔211，该侧组设孔211连通该容置空间200。如图1及图2所示的实施例，所述旋转壳体20A、20B中，在该壳体顶板22A、22B中央设有一上组设孔221，该上组设孔221连通该容置空间200，该上组设孔221可位于壳体顶板22A底部，且未延伸至壳体顶板22A顶面，或者，如图3所示的实施例，该上组设孔221也可以是贯穿壳体顶板22B的贯组设孔，使该固定轴10上段能够通过该壳体顶板22A、22B的上组设孔221并伸出该旋转壳体20A、20B顶面。

如图1至图4所示，该动能输入组件30组设于该旋转壳体20A、20B上，该动能输入组件30包括一转轴31与一旋转轮32，该转轴31枢设于该旋转壳体20A、20B中，使该转轴31的轴向与该固定轴10的轴向相交。其中，在本较佳实施例，该转轴31水平或接近水平地枢设于该旋转壳体20A、20B中，使该转轴31的轴向(水平轴向)与该固定轴10的轴向(垂直轴向)相交。在本实施例中，该转轴31枢设于该旋转壳体20A、20B的壳体周壁21的侧组设孔211中，该壳体周壁21的侧组设孔211孔壁与该转轴31之间设有一个或多个轴承，使该转轴31能在该旋转壳体20A、20B中旋转，且该转轴31能随同该旋转壳体20A、20B以该固定轴10为轴心旋转，该旋转轮32位于该旋转壳体20A、20B的容置空间200内且固接该转轴31的端部，并以该转轴31伸出旋转壳体20A、20B外的端部连接外部旋转机构。

如图1至图4所示，该定轴传动组件40装设于该固定轴10上且位于该旋转壳体20A、20B内部，且连接该动能输入组件30，该定轴传动组件40包括一第一传动组件41、一第二传动组件42、一第三传动组件43、43C、第一单向轴承44、以及一第二单向轴承45。该第一单向轴承44与第二单向轴承45互为反向旋转驱动功能的单向轴承，亦即当第一单向轴承44为具有逆时针方向旋转驱动功能的单向轴承，第二单向轴承45则为具有顺时针方向旋转驱动功能的单向轴承。

如图1至图4所示，该第一传动组件41结合第一单向轴承44装设于该旋转壳体20A、20B中，该固定轴10通过该第一传动组件41中，该旋转壳体20A、20B仅能通过该第一单向轴承44单方向(顺时针方向)驱动该第一传动组件41；该第二传动组件42结合第二单向轴承45装设于该旋转壳体20A、20B中，该第二传动组件42与第一传动组件41同轴间隔相对，该固定轴10通过该第二传动组件42中，该旋转壳体20A、20B仅能相反于驱动第一传动组件41旋转方向(逆时针方向)通过该第二单向轴承45驱动第二传动组件42旋转；该第三传动组件43系装设于该旋转壳体20A、20B的容置空间200内，该第三传动组件43分别连接第一传动组件41与第二传动组件42，以传递运动。另以该第一传动组件41与第二传动组件42两者中之一连接该动能输入组件30的旋转轮32，以传递运动。在附图揭示的实施例中，当动能输入组件30设定逆时针方向旋转为传递运动的旋转方向时，其以第二传动组件42连接该动能输入组件30的旋转轮32传递运动，只是不以此为限。

如图1至图4所示，对该定轴传动组件40进一步提出说明：例如：当旋转壳体20A、20B顺时针方向旋转时，该旋转壳体20A、20B能通过该第一单向轴承44驱动该第一传动组件41旋转，但该旋转壳体20A、20B不能通过该第二单向轴承45驱动该第二传动组件42旋转；当旋转壳体20A、20B逆时针方向旋转时，该旋转壳体20A、20B不能通过该第一单向轴承44驱动该第一传动组件41旋转，但能通过该第二单向轴承45驱动该第二传动组件42旋转，避免前述定轴传动组件40的运动干涉，第一传动组件41与第二传动组件42通过第三传动组件43、43C连动，该第一传动组件41、第二传动组件42、与第三传动组件43、43C三者中之一与该动能输入组件30以传递运动。借此，使动能输入组件30能驱动该定轴传动组件40，同时该旋转壳体20A、20B顺向或逆向的双向旋转也皆能驱动该定轴传动组件40，进而整合两个轴向输入的机械能。

有关该定轴传动组件40的具体结构，如图1至图4所示的实施例，该第一传动组件41包括一第一传动轮412，或进一步包括一第一传动轴管411，该第一传动轮412固接于该第一传动轴管411的端部，该第一传动轴管411结合该第一单向轴承44组设于该旋转壳体20A、20B的壳体顶板22A、22B的上组设孔221中，该第一传动轮412位于该旋转壳体20A、20B的容置空间200中，该固定轴10通过该第一传动轴管411与该第一传动轮412，该固定轴10与该第一传动轴管411、该第一传动轮412之间还可增设一个或多个轴承，减少彼此间的摩擦阻力。

前述第一传动组件41中，第一传动轴管411与第一传动轮412除了可分别为独立成形的部件再予固接组合，使该第一传动组件41为一组合式组件之外，第一传动轴管411与第一传动轮412亦可为一体成形，使该第一传动组件41为单一组件。

如图1至图4所示的实施例，该第二传动组件42包括一第二传动轮422，或进一步包括一第二传动轴管421，该第二传动轮422固接于该第二传动轴管421的端部，该第二传动轴管421结合该第二单向轴承45组设于该旋转壳体20A、20B的壳体底板23的下组设孔231中，该第二传动轮422位于该旋转壳体20A、20B的容置空间200中，该第一传动轮412与该第二传动轮422上下相对，该固定轴10通过该第二传动轴管421与该第二传动轮422，该固定轴10与该第二传动轴管421、该第二传动轮422之间还可增设一个或多个轴承，减少彼此间的摩擦阻力，该第二传动轮422具有一第一轮部4221与一第二轮部4222，第二轮部4222位于第一轮部4221内侧且共轴连接，该第一轮部4221连接该动能输入组件30的旋转轮32。

前述第二传动组件42中，该第二传动轴管421与该第二传动轮422除了可分别为独立成形的部件再予固接组合，使该第二传动组件42为一组合式组件之外，第二传动轴管421与第二传动轮422亦可为一体成形，使该第二传动组件41为单一组件。

如图1至图4所示的实施例，该第三传动组件43、43C包括一内轴431、431C与一第三传动轮432、432C，该内轴431、431C水平组设于该固定轴10上，使该内轴431、431C的轴向与该固定轴10的轴向相交。该第三传动轮432、432C组设于该内轴431、431C一端而位于该固定轴10外侧，该第三传动轮432、432C与该内轴431、431C之间还可装设一个或多个轴承，以减少该第三传动轮432、432C在该内轴431、431C上旋转的摩擦阻力，该第三传动轮432、432C连接该第一传动轮412与该第二传动轮422的第二轮部4222，以传递运动。

如图4所示的第三实施例，该第三传动组件43C的内轴431C中形成轴向贯穿的一内轴孔433C，另外在该固定轴10中设有一穿线孔101，该穿线孔101连通该内轴孔433C，且该穿线孔101延伸至该固定轴10的外周面，使该第三传动组件43C中能够装设一发电机组4C，该发电机组4C外接的电线能通过固定轴10的穿线孔101伸出。

如图1、图2及图4所示的实施例，该第一传动组件41的第一传动轴管411可以不穿出壳体顶板22A顶面，或者，如图3所示的实施例，该第一传动轴管411也可通过该壳体顶板22B的上组设孔221且伸出壳体顶板22B的顶面外。

该动能输入组件30的旋转轮32可以选用伞齿轮或摩擦轮。如图1至图3所示的实施例，当旋转轮32选用伞齿轮时，该第一传动轮412、该第二传动轮422的第一轮部4221与第二轮部4222以及第三传动轮432等皆选用伞齿轮，使该旋转轮32、该第一传动轮412、该第二传动轮422的第一轮部4221与第二轮部4222以及第三传动轮432能够相互啮合而传递运动。前述的伞齿轮也可以摩擦轮取代，也能达到等效的传动运动性能。

本发明动能撷取机构借由前述组成结构的发明，如图1至图4所示的实施例，其主要利用固定轴10、第一传动轴管411、第二传动轴管421、旋转壳体20A、20B、转轴31及内轴431等6个部件中，动能输入组件30的转轴31与旋转壳体20A、20B等两部件分别为动能输入的部件，第一传动组件41、第二传动组件42及第三传动组件43C三者中之任意一个部件作为动能输出的部件，借以利用两个轴向相交，以及串联方式连接的结构整合输出至连续旋转的单一轴向，且第一传动组件41的第一传动轴管411结合第一单向轴承44组设于旋转壳体20A、20B上段，第二传动组件42的第二传动轴管421结合第二单向轴承45组设于旋转壳体20A、20B下段，第三传动组件43连接于第一传动组件41与第二传动组件42之间，以传递运动，其中，第一单向轴承44与第二单向轴承45互为反向传动的单向传动功能，不会对本发明动能撷取机构的旋转运动产生干涉等问题。

由前述本发明动能撷取机构的组成结构中可以得知，该动能撷取机构具备5组旋转对、3组传动轮对(齿轮对或摩擦轮对)以及6个旋转部件，该6个旋转部件中，2个旋转部件(动能输入组件及旋转壳体)为动能输入部件，一个旋转部件(第一传动组件、第二传动组件或第三传动组件三者中的任意一个)为动能输出部件。故本发明动能撷取机构之自由度F的计算式如下：

F＝3×(6-1)-2×5-1×3＝2

借此，使本发明动能撷取机构具备2个自由度，而为双轴式动能撷取机构，并借其两个轴向互相垂直的特殊组合结构且以串联方式组合，透过2个自由度机构整合输出至连续旋转的单一轴向，使其对于不稳定动能具备优异的撷取性能。

本发明动能撷取机构能应用于各式撷取不稳定动能的机构，当本发明作为风能发电机构时，该动能撷取机构能以外接发电机组或内装发电机组等多种方式予以实现。

如图5、图7及图9所示的实施例，该动能撷取机构以该固定轴10连接于一底座2上，该第二传动组件42的第二传动轴管421的下段伸出旋转壳体20A底部，且第二传动轴管421的下段结合一轮系传动组件3A连接一发电机组4A，发电机组4A位于旋转壳体20A下方且发电机组4A固设于固定轴10上，所述轮系传动组件3A可为齿轮组或是皮带轮组等。

如图6、图9及图10所示的实施例，该动能撷取机构的固定轴10连接于底座2上，以该第一传动组件41的第一传动轴管411伸出旋转壳体20A、20B的顶部，并结合一轮系传动组件3B连接一发电机组4B，发电机组4B位于旋转壳体20A上方且发电机组4B固接固定轴10，所述轮系传动组件3B可为齿轮组或是皮带轮组等。

如图4及图11所示的实施例，该动能撷取机构的固定轴10连接于底座2上，另将一发电机组4C装设于第三传动组件43C中，其中，该发电机组4C包括一具有线圈绕组的定子4C1以及一转子4C2，以该具有线圈绕组的定子4C1装设于该内轴431C的内轴孔433C中，将该转子4C2组接该第三传动轮432C，该转子4C2枢设于该定子4C1中，该定子4C1的线圈绕组连接电线通过该固定轴10的穿线孔101伸出。

此外，如图5至图11所示，该旋转壳体20A、20B外侧还可增设一外套壳7，该旋转壳体20A、20B与该外套壳7借由多个螺丝加以锁固，如图5、图7及图8所示，以该第二传动组件42的第二传动轴管421结合轮系传动组件3A连接发电机组4A，或者，如图6、图9及图10所示，以该第一传动组件41的第一传动轴管411伸出旋转壳体20A、20B与该外套壳7的顶部外侧，并结合轮系传动组件3B连接发电机组4B。

如图5、图6所示，本发明动能撷取机构还能以该动能输入组件30的转轴31伸出外套壳7的端部连接一叶轮5，该叶轮5包括一个或多个扇叶，而为一下风式风能发电机构。或者，如图7至图10所示，本发明动能撷取机构还可在套设于该旋转壳体20A、20B外侧的外套壳7相对于该转轴31的另一侧再连接一尾翼6，而为一上风式风能发电机构。

关于本发明动能撷取机构作为风能发电机构的使用情形，如图5至图11所示，其能利用叶轮5撷取风能旋转而驱动发电机组4A运转发电，该旋转壳体20A、20B还能被风能推动转向或旋转，或者，进一步利用连接该旋转壳体20A、20B的尾翼6辅助，而易于利用风能推动转向或旋转，达到追风的功能。

为了便于本发明动能撷取机构的动作状态说明，以下以图7、图8所示的动能撷取机构第一实施例为基础提出说明，该叶轮5的多个叶片结构是设计成仅能被风能驱动而相对于转轴31的逆时针方向旋转，以下进一步说明其作动状态。

动作状态1—叶轮5旋转，旋转壳体20A未旋转的状态：

如图7、图8及图12所示，当叶轮5正向迎风时，该动能输入组件30被该叶轮5撷取的正向风能驱动旋转(逆时针方向旋转)，该动能输入组件30以其旋转轮32通过连动的第二传动组件42的第二传动轮422的第一轮部4221带动第二传动组件42旋转(逆时针方向旋转)，并通过该第二传动组件42的第二传动轴管421对轮系传动组件3A输出动力，以驱动该发电机组4A运转。

动作状态2—叶轮5不作动，旋转壳体20A朝顺时针方向(俯视方向的观视角度)旋转的状态：

如图7、图8、图13及图14所示，当该旋转壳体20A受到侧向风能推动而往顺时针方向旋转时，该旋转壳体20A经由仅能顺时针方向传动的第一单向轴承44与第一传动组件41的第一传动轴管411，带动第一传动组件41旋转，并通过第一传动组件41的第一传动轮412、第三传动组件43的第三传动轮432以及该第二传动组件42的第二轮部4222，带动第二传动组件42往逆时针方向旋转，该第二传动组件42并通过第二传动轴管421对轮系传动组件3A输出动力，以驱动发电机组4A运转。

动作状态3—叶轮5不作动，旋转壳体20A朝逆时针方向旋转的状态：

如图7、图8、图15及图16所示，当该旋转壳体20A受侧向风能推动而往逆时针方向旋转时，该旋转壳体20A经由仅能逆时针方向旋转传动的第二单向轴承45与该第二传动组件42的第二传动轴管421，带动该第二传动组件42朝逆时针方向旋转；该第二传动组件42逆时针方向旋转时，通过该第二传动轴管421对该轮系传动组件3输出动力，以驱动该发电机组4运转。

动作状态4—叶轮5作动，旋转壳体20A往顺时针方向旋转之状态：

如图7、图8及图17所示，叶轮5接受风能作用而驱动该动能输入组件30的转轴31旋转，即通过该动能输入组件30的旋转轮32传动至该第二传动组件42的第二传动轮422，并带动该第二传动组件42往逆时针方向旋转，进而通过该第二传动组件42的第二传动轴管421带动该轮系传动组件3输出动力，以驱动该发电机组4A运转；另一方面，该旋转壳体20A因风力作用而顺时针方向旋转，即会通过仅能顺时针单向传动的该第一单向轴承44以及该第一传动组件41第一传动轴管411，驱动该第一传动组件41往顺时针方向旋转，并通过第一传动轮412、第三传动组件43的第三传动轮432与第二传动组件42的第二传动轮422的第二轮部4222，带动第二传动组件42逆时针方向旋转，所以，该第二传动组件42同样会经由第二传动轴管421对该轮系传动组件3A输出动力，以驱动该发电机组4A运转。

动作状态5—叶轮5作动，旋转壳体20A往逆时针方向旋转的状态：

如图7、图8及图18所示，该叶轮5接受风能作用而驱动该动能输入组件30的转轴31旋转，即传动至该第二传动轮422，并带动该第二传动组件42往逆时针方向旋转，进而通过该第二传动组件42的第二传动轴管421带动该轮系传动组件3A输出动力，以驱动该发电机组4A运转。另一方面，该旋转壳体20A受风能推动而逆时针方向旋转，即会带动通过该第二单向轴承45传动该第二传动组件42的第二传动轴管421往逆时针方向旋转，而带动该轮系传动组件3A输出动力，以驱动该发电机组4A运转。

关于本发明动能撷取机构第二实施例与动能撷取机构第三实施例的动作原理，与前述本发明动能撷取机构第一实施例的动作原理相同，差别在于变更输出动力的组件为第一传动组件41或第三传动组件43C，其动作状态于此不再赘述。

由上可知，本发明动能撷取机构利用固定轴、旋转壳体、动能输入组件、第一传动组件、第二传动组件、与第三传动组件等六个部件中，以动能输入组件与旋转壳体等二个部件分别为动能输入的部件，动能输入组件连接第一传动组件、第二传动组件、与第三传动组件三者中之任意一个，以传递运动，第三传动组件在第一传动组件与第二传动组件之间传递运动，并以第一传动组件、第二传动组件、与第三传动组件三者中之任意一个部件作为动能输出的杆件，第一传动组件结合第一单向轴承组设于旋转壳体，第二传动组件结合第二单向轴承组设于旋转壳体，第一单向轴承与第二单向轴承互为反向传动的单向传动功能，不会对动能撷取机构的运转产生干涉等问题。借此，使动能撷取机构具备5组旋转对、3组传动轮对，而为具有2个自由度的双轴式动能撷取机构，并借其特殊组合结构以串联方式整合双轴输入的动能，使其对于不稳定动能具备优异的撷取性能。

当其作为风能动能撷取机构时，其能够同时撷取旋转轴旋转的动能与旋转壳体追风摆动的动能，以其具有2个自由度机构兼具垂直与水平双轴向输入的机械能，并整合输出至连续旋转的单一轴向，以提高风能总撷取量；在追风转向时，该旋转壳体顺时针或逆时针的转向或旋转的动能也能通过定轴传动组件传递至发电机发电。

本发明动能撷取机构中，其连续旋转的旋转轴与提供支撑力量的固定轴是轴向相交，因此，本发明动能撷取机构作为风能发电机构时，发电机组可装设于固定轴上，不需使用电刷或旋转连接器，降低成本、增加使用寿命以及维持电能传递效率。对于装设位置接近地表、都市、以及风场紊乱等应用，本发明动能撷取机构确能额外撷取不少的动能，而为一项创新且具产业利用价值的风能撷取机构。

针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本发明进行解释，以便于能够更好地理解本发明，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。

Claims (12)

1.一种动能撷取机构，其包括：

一固定轴，直立设置；

一中空的旋转壳体，其装设于该固定轴上，且能以该固定轴为轴心旋转；

一动能输入组件，其枢设于该旋转壳体中，且与该固定轴的轴向相交；以及，

一定轴传动组件，其装设于该旋转壳体内，该定轴传动组件包括一第一传动组件及一第二传动组件，该第一传动组件和该第二传动组件装设于该旋转壳体中，其特征在于，

该定轴传动组件还包括一第三传动组件、一第一单向轴承以及一第二单向轴承，该第一单向轴承与该第二单向轴承是互为反向旋转驱动功能的单向轴承，其中，

该第一传动组件结合该第一单向轴承装设于该旋转壳体中，该固定轴通过该第一传动组件中，该旋转壳体仅能通过该第一单向轴承单一方向旋转驱动该第一传动组件；

该第二传动组件结合该第二单向轴承装设于该旋转壳体中，该第二传动组件与第一传动组件同轴间隔相对，该固定轴通过该第二传动组件中，该旋转壳体仅能相反于驱动第一传动组件旋转方向通过该第二单向轴承驱动第二传动组件旋转；

该第三传动组件装设于该旋转壳体内，该第三传动组件连接该第一传动组件与该第二传动组件；

该第一传动组件、该第二传动组件与该三传动组件三者中的一个连接该动能输入组件，以传递运动。

2.如权利要求1所述的动能撷取机构，其特征在于，该动能输入组件包括一转轴与一旋转轮，该转轴枢设于该旋转壳体中，该转轴的轴向与该固定轴的轴向相交，该转轴能在该旋转壳体中旋转，且该转轴能随同该旋转壳体以该固定轴为旋转中心旋转，该旋转轮位于该旋转壳体内且固接该转轴的端部；

该第一传动组件包括一第一传动轮，该第一传动轮位于该旋转壳体中，该固定轴通过该第一传动轮；

该第二传动组件包括一第二传动轮，该第二传动轮位于该旋转壳体内，该第一传动轮与该第二传动轮上下相对，该固定轴通过该第二传动轮，该第二传动轮具有一第一轮部与一第二轮部，该第二轮部位于该第一轮部的内侧且共轴连接，该第一轮部连接该动能输入组件的旋转轮；

该第三传动组件包括一内轴与一第三传动轮，该内轴组设于该固定轴上，且该内轴的轴向与该固定轴的轴向相交，该第三传动轮组设于该内轴一端而位于该固定轴外侧，该第三传动轮连接该第一传动轮与该第二传动轮的第二轮部，以传递运动。

3.如权利要求2所述的动能撷取机构，其特征在于，该固定轴连接于一底座上，该第一传动组件伸出该旋转壳体的顶部外，并结合一轮系传动组件连接一发电机组。

4.如权利要求2所述的动能撷取机构，其特征在于，该固定轴连接于一底座上，该第二传动组件结合一轮系传动组件连接一发电机组。

5.如权利要求2所述的动能撷取机构，其中，该固定轴连接于一底座上，该第三传动组件的内轴中形成轴向贯穿的一内轴孔，该固定轴中设有一穿线孔，该穿线孔连通该内轴孔，且该穿线孔延伸至该固定轴的外周面，该第三传动组件中装设一发电机组，该发电机组包括一定子与一转子，该定子组接该内轴，该转子组接该第三传动轮，该发电机组外接的电线能通过该固定轴的穿线孔伸出。

6.如权利要求2至5中任意一项所述的动能撷取机构，其特征在于，该旋转壳体包括一壳体周壁、一壳体顶板及一壳体底板，该壳体周壁内形成容置空间，该壳体顶板与该壳体底板分别设置于该壳体周壁的上端与下端，该壳体周壁中设置一侧组设孔，该侧组设孔连通该容置空间，该壳体底板中央设有一下组设孔，该下组设孔连通该容置空间，该壳体顶板中央设有一上组设孔，该上组设孔连通该容置空间；

该固定轴通过该壳体底板的下组设孔并伸入该容置空间中；

该转轴枢设于该壳体周壁的侧组设孔中；

该第一传动组件结合该第一单向轴承组设于该壳体顶板的上组设孔中；

该第二传动组件结合该第二单向轴承组设于该壳体底板的下组设孔中。

7.如权利要求6所述的动能撷取机构，其特征在于，该第一传动组件还包括一第一传动轴管，该第一传动轴管结合该第一单向轴承组设于该壳体顶板的上组设孔中，该第一传动轮固接于该第一传动轴管的端部，该固定轴通过该第一传动轴管与该第一传动轮；

该第二传动组件还包括一第二传动轴管，该第二传动轴管结合该第二单向轴承组设于该壳体底板的下组设孔中，该第二传动轮固接于该第二传动轴管的端部，该固定轴通过该第二传动轴管与该第二传动轮。

8.如权利要求7所述的动能撷取机构，其特征在于，该动能输入组件的旋转轮、该第一传动轮、该第二传动轮的第一轮部、该第二传动轮的第二轮部以及该第三传动轮皆为伞齿轮或皆为摩擦轮；

该固定轴与该第一传动轴管、该第一传动轮之间设有至少一个轴承，该固定轴与该第二传动轴管、该第二传动轮之间设有至少一个轴承，该第三传动轮与该内轴之间装设至少一个轴承，该壳体周壁的侧组设孔孔壁与该转轴之间设有至少一个轴承。

9.如权利要求2至5中任意一项所述的动能撷取机构，其特征在于，该动能输入组件的转轴连接一叶轮。

10.如权利要求2至5中任意一项所述的动能撷取机构，其特征在于，该动能输入组件的转轴连接一叶轮，该旋转壳体相对于该转轴的另一侧连接一尾翼。

11.如权利要求2至5中任意一项所述的动能撷取机构，其特征在于，该旋转壳体外侧固接一外套壳，该动能输入组件的转轴伸出该外套壳外侧且连接一叶轮。

12.如权利要求2至5中任意一项所述的动能撷取机构，其特征在于，该旋转壳体外侧固接一外套壳，该动能输入组件的转轴伸出该外套壳外侧且连接一叶轮，该外套壳相对于该转轴的另一侧连接一尾翼。

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