CN202300840U - 一种风力发电装置控制架构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种风力发电装置控制架构，包括：一可接收风能转换产生电能的风力发电装置；一外部侦测装置，设于风力发电装置外部，并藉由有线或无线与风力发电装置电性传输，并感测风能有关资讯传输至风力发电装置。本实用新型能够提升风力发电装置作动稳定性、提升效能及增进装置使用寿命。

Description

一种风力发电装置控制架构

技术领域

本实用新型涉及一种风力发电装置控制架构。

背景技术

风力发电为环保洁净的能源，在地球资源日渐枯竭及温室效应扩大的今天，风力发电更深受各国重视及发展，然而自然界风的风向及风速不定，因而如何有效的撷取风能为风力发电装置的重要设计要素。

习知风力发电装置具有多种不同型式，如图9所示为习知螺旋浆式风力发电装置结构之一，主要由叶片机构1’、机舱2’、发电机构3’及塔架4’组成，该叶片机构1’具轴座11’、数叶片12’及作动轴13’，该作动轴13’与轴座11’接合，并对应风向为水平方向，又各叶片12’对应作动轴13’径向设置于轴座11’不同角度位置，使得叶片12’受风力撞击时可带动轴座11’及作动轴13’旋转；又机舱2’具中空部21’，可容置发电机构3’，并于外侧凸设风标22’，又设置枢接部23’与塔架4’枢接；又发电机构3’包括增速齿轮组31’及发电机32’，并该增速齿轮组31’与作动轴13’接合连动，并增速齿轮组31’输出与发电机32’的转轴321’连动，使得外界风力撞击叶片12’时可带动作动轴13’旋转，并由增速齿轮组31’增速令发电机32’的转轴321’旋转，并藉由发电机32’的磁感应作用产生电能，又该机舱2’外侧的风标22’可对应气流导引，并使机舱2’可配合风向对应塔架4’旋转角度，并使叶片12’可对应风向以提升撷取风能功效。

然而，一并参阅图9及图10所示，因自然界风向不定且瞬息万变，常于短时间内反复改变风向，造成该风标22’将受不同风向气流导引而令机舱2’及叶片机构1’短时间内反复偏移作动，因而易造成震动及各组件损坏情形。

又该自然界的风速不一，当风速过强时易造成叶片机构1’快速旋转及发电机32’的转轴321’对应快速旋转，并易造成发电机32’不堪负荷而损坏，又当风速忽大忽小时亦因发电机32’的转轴321’对应不断改变转速，造成发电机32’易因转速不稳定而损坏。

鉴于现有技术中风力发电装置的诸多缺陷，本发明人研发出一种克服上述缺点的风力发电装置控制架构，本案由此产生。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可提升作动稳定性、提升效能及增进使用寿命的风力发电装置控制架构。

为达成上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种风力发电装置控制架构，包括：

一可接收风能转换产生电能的风力发电装置；

一外部侦测装置，设于风力发电装置外部，并藉由有线或无线与风力发电装置电性传输，并感测风能有关资讯传输至风力发电装置。

进一步，外部侦测装置与风力发电装置连结或不连结，外部侦测装置包括风向侦测单元、风速侦测单元及发射单元，并该发射单元将风向侦测单元及风速侦测单元的侦测资讯由无线发射；又风力发电装置包括接收控制单元，并该接收控制单元接收所述发射单元的讯号，控制风力发电装置动作。

进一步，还包括电脑可上网设备及云端基地，又外部侦测装置还包括接收单元，并该接收单元传输讯号至电脑可上网设备或云端基地，并使用者可远距藉由云端基地作地图定位或运算或记录相关资讯，并由使用者监控接收，并由控制人员经由计算机可上网设备或云端基地发射讯号，并可控制风力发电装置动作。

进一步，数风力发电装置采数组式排列时由同一外部侦测装置传输侦测讯号提供给数风力发电装置。

进一步，风力发电装置包括叶片机构、机舱及发电机构，该叶片机构具轴座、数叶片及作动轴，该作动轴与轴座接合，对应风向为水平方向，各叶片对应作动轴径向设置于轴座不同角度位置，叶片受撞击时可带动轴座及作动轴旋转；机舱具中空部以容置发电机构，该发电机构主要具发电机，发电机转轴与作动轴连动，叶片机构受风力撞击旋转可带动发电机转轴动作以产生电力。

进一步，叶片机构一端与轴座枢接，对应轴座枢转，该叶片一端穿插于轴座内，并设置被动体，该轴座内设置往复作动机构，并该往复作动机构具作动块及距离感知器，并该作动块直线位移连动被动体，并距离感知器感知作动块位移距离得知精确叶片角度，并距离感知器电性连接接收控制单元。

进一步，作动块具与叶片被动体连动的作动部，并由液压或气压或马达动力源带动位移，并使作动块往复位移带动被动体旋转以令叶片对应偏移角度，并该液压或气压或马达动力源由接收控制单元控制动作，又该距离感知器具感应器及感应座，并感应器与作动块连动，又该感应器设于对应作动块位移平行方向，并对应感应器位移位置作感测，又该距离感知器为磁感应或光感应或拉线式机械感应器，并感应器为磁感应时该感应座可具不同排列磁极，又感应器为光感应时感应座可具数排列光孔，并针对光线投射光孔；又接收控制单元输入外部侦测装置及发电机转速及距离感知器讯息，并输出控制作动块的马达动力源令作动块动作。

进一步，还包括塔架，并机舱设置转向控制机构与塔架枢接，机舱对应塔架旋转，又该转向控制机构与接收控制单元电性传输，并由接收控制单元控制动作。

进一步，转向控制机构具固定部、旋转部及感测机构，并该固定部固定于塔架上固定角度方位，又旋转部由油压或气压或马达带动对应固定部旋转，并与机舱固接，又感测机构可感测机舱实际方位角度，又该感测机构具感应器及感应环，并该感应器与旋转部连动，并对应感应环旋转，又感应环设于塔架上，并于不同角度位置分别设置对应的磁极，且各磁极与感应器感应，并输出电性传输接收控制单元。

进一步，外部侦测装置的风向侦测单元具固定部、旋转部、风标及侦测角度装置，又转向控制机构具固定部及旋转部及感测机构，并该固定部、旋转部及感测机构分别类同风向侦测单元的固定部、旋转部及侦测角度装置，且转向控制机构的旋转部与机舱接合，固定部与塔架接合，并旋转部由油压或气压或马达带动对应固定部旋转。

采用上述方案后，与现有技术相比具有以下优点：

一、接收控制单元输入外部侦测装置及发电机转速及距离感知器讯息，并输出控制作动块的液压或气压或马达动力源令作动块动作，并使接收控制单元可针对发电机转速及外部侦测装置、距离感知器资讯判断，并使作动块对应直向位移至适当距离以使叶片可旋转至适当受风角度，并当风速愈大时叶片的受风面可减小，并风速小时叶片受风面可增加以使发电机可定速或于设定转速范围内作动，又本实用新型可令距离感知器的感应器与感应座可作+-1mm距离感测，并该直线移动距离对应叶片角度，例如感应器位移1mm对应叶片偏移1^。，因而可使作动块作精确位移以令叶片旋转至精确受风角度，又本实用新型可接收外部侦测装置讯息，因而可检出外部风速与发电机转速是否为正比关系，可避免误动作以提升本实用新型稳定性；

二、接收控制单元可接收由外部侦测装置输入的风向资讯，并控制转向控制机构动作，并使感应器可旋转至感应环对应角度的磁极位置，因而可使叶片机构对应风向角度以具较佳撷取风能功效，又本实用新型的感应环可于360^。的角度皆设置磁极，因而可具精确方位(东南西北功效)，又本实用新型的感测机构亦可为陀螺仪或其它转向定位组件，又本实用新型的转向控制机构亦可为类同外部风向侦测单元的设计设于塔架及机舱间，并使转向控制机构与外部风向侦测单元可确实同步动作以提升转向精准度；

三、本实用新型的接收控制单元可设定于接收外部侦测装置感测风向短时间反复改变及错差角度范围，例如+-5^。时不输出至转向控制机构改变机舱对应风向角度，因而可具缓冲功能，并防止机舱、叶片机构及发电机构短时间内反复偏移造成大幅震动，可提升作动稳定性及使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型的侦测架构示意图；

图2是本实用新型的外部侦测装置控制风力发电装置示意图；

图2a是本实用新型另一外部侦测装置设于风力发电装置外侧示意图；

图3是本实用新型的一外部侦测装置控制数组风力发电装置示意图；

图4是本实用新型的数风力发电装置采数组排列示意图；

图5是本实用新型的风力发电装置结构示意图；

图6是本实用新型的控制架构示意图；

图7是本实用新型控制叶片角度示意图；

图7a是图7的局部放大图；

图8是本实用新型控制机舱对应塔柱角度示意图；

图8a是图8的局部放大图；

图9是习知风力发电装置示意图；

图10是习知风力发电装置摇摆震动示意图。

标号说明

1风力发电装置            2外部侦测装置  

21风向侦测单元           211固定部

212旋转部                213风标

22风速侦测单元           220风速侦测单元

23发射单元               24接收单元

25电脑可上网设备          26云端基地

3接收控制单元            4叶片机构

41轴座                   42叶片           43作动轴

44被动体                 45往复作动机构         

451作动块                452距离感知器           

453作动部                454马达动力源    

455感应器                 456感应座                  

5机舱                    51中空部

52转向控制机构           521旋转部       522感测机构

520固定部                523感应器        524感应环

6发电机构                61增速齿轮组     62发电机

621转轴                  7塔架

1’叶片机构               11’轴座       12’叶片

13’作动轴                2’机舱        21’中空部   22’风标                  23’枢接部     3’发电机构  

31’增速齿轮组            32’发电机     321’转轴

4’塔架。

具体实施方式

请参阅图1、图2及图2a，本实用新型揭示的一种风力发电装置控制架构，包括一风力发电装置1及一外部侦测装置2，该风力发电装置1可接收风能转换产生电能；又外部侦测装置2设于风力发电装置1外部，并可藉由有线或无线与风力发电装置1电性传输，并外部侦测装置2可感测风向及风速等风能有关资讯传输至风力发电装置1，并可令风力发电装置1因应处理。

请参阅图2、图2a及图3，本实用新型的外部侦测装置2与风力发电装置1连结或不连结，并可包括风向侦测单元21、风速侦测单元22、发射单元23及接收单元24，并图2所示的外部侦测装置2不与风力发电装置1接合，而风向侦测单元21具固定部211、旋转部212及风标213，并内部具可侦测角度装置(图中未标示)，又图2a的外部侦测装置2系与风力发电装置1连接，并其风向侦测单元21系为风向计，并不直接连动风力发电装置1，而图2a所示为另一样式风速侦测单元220，又该发射单元23可将风向侦测单元21及风速侦测单元22的侦测资讯由无线发射，又该接收单元24可传输讯号至电脑可上网设备25或云端基地26，并使用者可远距藉由云端基地26作地图定位或运算或记录相关资讯，并可由使用者监控接收，并由控制人员经由电脑可上网设备25或云端基地26发射讯号，并可控制风力发电装置1动作；又风力发电装置1包括接收控制单元3，并该接收控制单元3可接收前述发射单元23或电脑可上网设备25或云端基地26的讯号，并可控制风力发电装置1因应动作，又如图3及图4所示，本实用新型当数风力发电装置1采数组式排列时可由同一外部侦测装置2传输侦测讯号提供数风力发电装置1，并使数风力发电装置1可依据同一外部侦测装置2的侦测讯息因应处理，并可节省侦测装置成本。

请参阅图5，本实用新型的风力发电装置1包括叶片机构4、机舱5、发电机构6及塔架7，并该叶片机构4具轴座41、数叶片42及作动轴43，并该作动轴43与轴座41接合，并对应风向为水平方向，又各叶片42对应作动轴43径向设置于轴座41不同角度位置，使得叶片42受撞击时可带动轴座41及作动轴43旋转，又机舱5具中空部51以容置发电机构6，又该发电机构6具增速齿轮组61及发电机62，并增速齿轮组61与作动轴43连动，又发电机62转轴621与增速齿轮组61连动，使得叶片机构4受风力撞击旋转可带动发电机62转轴621旋转，又该叶片机构4叶片42一端与轴座41枢接并可对应轴座41枢转，并该叶片42一端穿插于轴座41内，并设置被动体44，又该轴座41内设置往复作动机构45，并该往复作动机构45具作动块451及距离感知器452，并该作动块451具可与叶片42被动体44连动的作动部453，并由液压或气压或马达动力源454带动位移，并该马达动力源454由接收控制单元3控制动作，又该距离感知器452具感应器455、感应座456，并感应器455与作动块451连动，而该感应器455可为磁感应，又该感应座456设于对应作动块451位移平行方向，并可对应感应器455位移位置作感测，而感应座456可如图7a虚线示意具由不同排列磁极作精密感应，又该感应座456感测讯息输入接收控制单元3。

请一并参阅图5、图6、图7及图7a，接收控制单元3输入外部侦测装置2及发电机62转速及距离感知器452讯息，并输出控制液压或气压或马达动力源454令作动块451动作，并使接收控制单元3可针对发电机62转速及外部侦测装置2、距离感知器452资讯判断，并使作动块451对应直向位移至适当距离以使叶片42可旋转至适当对应受风角度，并如图7所示，当风速愈大时叶片42的受风面可减小，并如图5所示，风速小时叶片42受风面可增加以使发电机62可定速或于设定转速范围内作动。

本实用新型可设置距离感知器452的感应器455与感应座456可作+-1mm距离感测，并该直线移动距离对应叶片42角度，例如感应器455直线位移1mm对应叶片42偏移1^。，因而可使作动块451作精确位移以令叶片42旋转至精确受风角度，又本实用新型因可接收外部侦测装置2讯息，因而可检出外部风速与发电机62转速是否为正比关系，可避免误动作以提升本实用新型稳定性。

请参阅图5、图6、图8及图8a，本实用新型的机舱5下方设置转向控制机构52与塔架7枢接，并使机舱5可对应塔架7旋转，又该转向控制机构52与接收控制单元3电性传输，并该转向控制机构52具固定部520、旋转部521及感测机构522，并该固定部520固定于塔架7上固定角度方位(例如正北)，又旋转部521可由油压或气压或马达或其它动力带动(图中未标示)对应固定部520旋转，并与机舱5固接，又感测机构522可为霍尔或磁感应，并具感应器523及感应环524，并该感应器523与马达转轴621连动，并对应感应环524旋转，又感应环524设于塔架7上，并如图8及图8a虚线示意所示，感应环524于不同角度位置分别设置对应的磁极，并各磁极可与感应器523感应，并输出电性传输接收控制单元3，使得感应器523对应感应环524位置可侦测该对应角度的磁极，并可反应此时机舱5对应方位角度，例如90^。为东方，并可将该角度数据输出至接收控制单元3，又该接收控制单元3可接收由外部侦测装置2输入的风向资讯，并控制转向控制机构52动作，并使感应器523对应旋转至感应环524对应角度的磁极位置，因而可使叶片机构4对应风向以具较佳撷取风能功效，又本实用新型的感应环524可于360^。的每一角度皆设置磁极，因而可具精确角度对位功效，又本实用新型的感测机构522亦可为陀螺仪或其它转向定位组件。

此外本实用新型的接收控制单元3可设定于接收外部侦测装置2感测风向短时间反复改变及错差角度范围，例如+-5^。时不输出至转向控制机构52改变机舱5对应风向角度，因而可具缓冲功能，并防止机舱5、叶片机构4及发电机构6短时间内反复偏移造成大幅震动，可提升作动稳定性及使用寿命。

综上所述，本实用新型较习知结构具较佳作动稳定性、提升效能及增进使用寿命功效，而本实用新型增速齿轮组61为非必要性设置，并使发电机62转轴621可直接由作动轴43连动，又本实用新型的转向控制机构52的旋转部521、固定部520及感测机构522可分别类同图2所示外部侦测装置2的固定部211、旋转部212及侦测角度装置，且旋转部521与机舱5接合，固定部520与塔架7接合，并旋转部521可由油压或气压或马达带动对应固定部520旋转，使得转向控制机构52与外部侦测装置2可确实同步动作以提升转向精准度，而前述实施例为本实用新型较佳实施例，并非用以限制本实用新型，凡依据本实用新型精神所为的等效改变亦应属于本实用新型范畴内。

Claims (10)

1.一种风力发电装置控制架构，其特征在于：包括：

一可接收风能转换产生电能的风力发电装置；

一外部侦测装置，设于风力发电装置外部，并藉由有线或无线与风力发电装置电性传输，并感测风能资讯传输至风力发电装置。

2.如权利要求1所述的一种风力发电装置控制架构，其特征在于：外部侦测装置与风力发电装置连结或分开，外部侦测装置包括风向侦测单元、风速侦测单元及发射单元，并该发射单元将风向侦测单元及风速侦测单元的侦测资讯由无线发射；又风力发电装置包括接收控制单元，并该接收控制单元接收所述发射单元的讯号，控制风力发电装置动作。

3.如权利要求2所述的一种风力发电装置控制架构，其特征在于：还包括电脑可上网设备及云端基地，又外部侦测装置还包括接收单元，并该接收单元传输讯号至电脑可上网设备或云端基地，借助云端基地使用者能远距离作地图定位或运算或记录资讯，并由使用者监控接收，由控制人员经由电脑可上网设备或云端基地发射讯号，控制风力发电装置动作。

4.如权利要求1、2或3所述的一种风力发电装置控制架构，其特征在于：数风力发电装置采数组式排列时由同一外部侦测装置传输侦测讯号提供给数风力发电装置。

5.如权利要求2所述的一种风力发电装置控制架构，其特征在于：风力发电装置包括叶片机构、机舱及发电机构，该叶片机构具轴座、数叶片及作动轴，该作动轴与轴座接合，对应风向为水平方向，各叶片对应作动轴径向设置于轴座不同角度位置上，叶片受撞击时带动轴座及作动轴旋转；机舱具中空部以容置发电机构，该发电机构主要具发电机，发电机转轴与作动轴连动，叶片机构受风力撞击旋转带动发电机转轴动作以产生电力。

6.如权利要求5所述的一种风力发电装置控制架构，其特征在于：叶片机构一端与轴座枢接，对应轴座枢转，该叶片一端穿插于轴座内，并设置被动体，该轴座内设置往复作动机构，并该往复作动机构具作动块及距离感知器，并该作动块直线位移连动被动体，并距离感知器感知作动块位移距离得知精确叶片角度，并距离感知器电性连接接收控制单元。

7.如权利要求6所述的一种风力发电装置控制架构，其特征在于：作动块具与叶片被动体连动的作动部，并由液压或气压或马达动力源带动位移，并使作动块往复位移带动被动体旋转以令叶片对应偏移角度，并该液压或气压或马达动力源由接收控制单元控制动作，又该距离感知器具感应器及感应座，并感应器与作动块连动，又该感应器设于对应作动块位移平行方向，并对应感应器位移位置作感测，又该距离感知器为磁感应或光感应或拉线式机械感应器，并感应器为磁感应时该感应座具不同排列磁极，又感应器为光感应时感应座具数排列光孔，并针对光线投射光孔；又接收控制单元输入外部侦测装置及发电机转速及距离感知器讯息，并输出控制作动块的马达动力源令作动块动作。

8.如权利要求2、3或5所述的一种风力发电装置控制架构，其特征在于：还包括塔架，并机舱设置转向控制机构与塔架枢接，机舱对应塔架旋转，又该转向控制机构与接收控制单元电性传输，并由接收控制单元控制动作。

9.如权利要求8所述的一种风力发电装置控制架构，其特征在于：转向控制机构具固定部、旋转部及感测机构，并该固定部固定于塔架上固定角度方位，又旋转部由油压或气压或马达带动对应固定部旋转，并与机舱固接，又感测机构可感测机舱实际方位角度，又该感测机构具感应器及感应环，并该感应器与旋转部连动，并对应感应环旋转，又感应环设于塔架上，并于不同角度位置分别设置对应的磁极，且各磁极与感应器感应，并输出电性传输接收控制单元。

10.如权利要求8所述的一种风力发电装置控制架构，其特征在于：外部侦测装置的风向侦测单元具固定部、旋转部、风标及侦测角度装置，又转向控制机构具固定部及旋转部及感测机构，并该固定部、旋转部及感测机构分别类同风向侦测单元的固定部、旋转部及侦测角度装置，且转向控制机构的旋转部与机舱接合，固定部与塔架接合，并旋转部由油压或气压或马达带动对应固定部旋转。

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