1289176 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種風力發電裝置，尤其是一種裝 置在運載工具之外表面，且不需要經過曲柄連桿傳動機 構之運動轉換，進而能獲得發電效益。 【先前技術】
近來由於石油資源愈來愈稀少，其價格變得非常昂 貴，且因長期使用石油燃料而造成的溫室效應及其它污 染問題也日益嚴重。基於以上原因，運載工具如汽車等 均朝向電動化方向發展，如電動車、混合動力車等，以 降低對石油燃料的使用。 若與使用於内燃機運載工具的石化燃料比較，目前 一般電動運載工具所使用的電池之電能儲存容量相對很 小，一次充電僅能行駛一段短的距離，且電池充電非常 ~ 緩慢，需時甚久，這些電池技術問題為電動運載工具目 • 前無法被推廣使用的主因。為使電動運載工具的一次充 電行驶距離能增長，在其上加裝其它能源發電裝置有其 必要性，而且也要選擇不會產生污染的能源，例如風力 發電、太陽能發電和煞車能源回收等，其中又以風力發 電能在行進時產生較大的電力。 風力發電其原理係於運載工具行駛移動產生相對風 速時，利用風力葉輪捕捉風的能量，將風的阻力一部分 轉變成電力，供運載工具上的電池充電或其它電器設備 5 1289176 直接使用，以增加運載工具一次充電的行駛距離。 事實上，内燃機運載工具上也應安裝風力發電裝置 。由於電子科技的進步，内燃機運載工具有電子化的趨 勢，其上配備電子導航設備、影音娛樂設備、電腦化控 制系統等各種電子裝置，樣樣都要消耗電能 ，勢必需要 加大内燃機所帶動的發電機之功率，以便能產出更多電 力滿足其需求。内燃機的負荷也因此被加重，造成燃油 - 更夕的消耗。若内燃機運載工具上能加裝風力發電裝置 … 以分擔部份電能產出，則可採用較小功率的内燃機帶動 發電機，其結果便可減少内燃機的負荷、降低燃油的消 耗以及廢氣的產生。 首先，請參閱第1圖所示，係一種風力發電裝置之 立體外觀圖，係將線性發電機（4)配置於運載工具之風 力發電裝置（1)的機殼（i i )中，且對應機殼（i工） 之入風口（ 1 3)處设置一流線板（1 2)以減小其風力 φ 發電裝置（1)之迎風面之風阻，使其有利於安裝在運載 工具之外表面（14)上。 請參閱第2圖所示，係第1圖中A — A剖線之剖視圖， 其中，由於線性發電機（4)設在機殼（1 1 )内，可將 線性發電機（4 )連接軸（4 1 )之一端固定在連桿（3 〇 ) 上’當傳動機構（3)運轉操作時，藉由連接軸（4 1 ) 來進行線性往復運動以使磁通量變化而發電。 此種線性發電機（4)之連接軸（4 1)於線性發電機 (4)内之一端固定有線圈或磁鐵（圖中未繪出）視設計 6 1289176 的發電量大小，所固定的線圈或磁鐵而有一定大小的質 量m之考量。 當風力葉輪2轉動時，會有轉動扭力傳至傳動機 構（3 )之連桿（3 0)、連接轴（4 1 )、以及質量m， 使這些傳動件加減速以進行線性往復運動。 然，由於線性發電機（4 )之體積大小有限，即線性 往復運動之行程有一定之距離，因此當這些傳動件被加 '广 速到一高速度，使線性發電機（4 )較有發電效率時，隨 Ψ 即被減速以能使連接軸（4 1 )等傳動件在行程兩終端時 之速度為零。 需注意的是，這些使連接軸（4 1 )等傳動件減速的 風力葉輪之轉動扭力並不能被轉變為有用之電力，致使 風力葉輪所吸收之部分風能被無效地耗損掉，因此使風 力發電裝置之發電效率大為降低。 另外，各傳動件在進行線性往復運動時，也容易造 成風力發電裝置（1)在線性往復運動方向之振動。 0 此外，由（第2圖）可看出，容置部（1 5)之空間 由於曲軸連桿傳動機構（3)之配置，線性發電機（4)只 能佔據容置部（1 5)之一小部份空間，因此往復運動之 行程相當有限。 其次，請參閱第3、4圖所示，係另一種風力發電 裝置之剖視圖，係將一般傳統之旋轉式發電機（4)配置 於運載工具之風力發電裝置（1 )的機殼（1 1 )，且 機殼（1 1)對應機殼（1 1)之入風口（ 1 3 )處設 1289176 置一流線板（1 2 )以降低其風力發電裝置（丄）之迎 風面面積之風阻，使其有利於安裝在運載工具之外表面上。 其中，係將風力葉輪（2)之一侧板（2 1 )作為 傳動機構（3)之一部分，並將旋轉式發電機（4)安裝 於流線板（1 2)下方的空間。 如此之設計可進一步減小風力發電裝置（丄）的迎 風面面積以降低風力發電裝置（i )之風阻並可減少零 件之數量，此外也可避免諸如利用線性發電機時進行往 復運動之能量無效地損失。 在此將該入風口（ 1 3)所在之一面定義為該風力 發電裝置之迎風面，該迎風面係由機殼（1 1 )之入風 口（ 1 3)所形成之入風部份（a)及流線板（1 2) 所形成之流線部份（B)所組成，而該傳動機構（3) 之側輪（4 1 )因係與該葉輪（2)之一側板（2工） 配合傳動，所以可與該旋轉式發電機（4)被疊置於入 風部份（A)或流線部份（b)之中。 相對於以往風力發電裝置結構設計，傳動機構（3 ) 必須在入風部份（A)及流線部份（B)以外的地方另見 一相當的空間供其放置而形成一定大小的迎風面和產生一 額外的風阻，所以此一風力發電裝置能降低更多的風阻。 然此風力發電裝置（1 )將旋轉式發電機（4 )、傳動 機構（3)等零組件安置於人風σ ( i 3 )附近，較不易 一進入裝置之污染物隔離而防止這些零組件被侵襲，立 此風力發電裝置（1)主要為安裝於運載工具之外表面y 8 1289176 雨水、灰塵等之入侵在所難免，沒有良好之隔離將使這 些零組件很容易遭到污染而損壞。 此外，根據法拉第定律（Faraday，s Law)，發電機 所產生的電壓E=-d〇)B/dt，其中t為時間，φΒ為磁通量。 假設發電機内的發電線圈之大小和圈數固定，且磁鐵磁 場強度一定，則根據此定律，當線圈和磁場相切之速度 越快時，發電機所產生的電壓就越高。因此，一般發電 機需在高轉速運轉下，才會有效率。 Χ 有鑑於此，本案發明人經過不斷地研究思考，使風 力發電裝置在不需要運動轉換之曲軸連桿傳動機構，可 設計為直徑較大之發電機而充分利用傳動機構容置部之 空間之技術來解決前述諸多問題，進而達到增進 益之效果。 1效 【發明内容】 本發明之主要目的係在於解決前述問題，而提供 種運载工具之風力發電裝置，其主要是將藉由旋轉 固定平板對應配置設計為一發電機構，利用運载工 駛移動時產生之風力推動葉輪旋轉並使帶動發電機ς仃 旋轉輪，以使旋轉輪上之磁場磁鐵與發電機構之固〜= 板上之發電線圈進行相切運動，使發電線圈之礤通 化而產生電力。 里變 為達前述目的，本發明之風力發電裝置具有一 ，安裝於運載工具之外表面上，且機殼具有一 、斌 、風D與 1289176 -出風口’該機殼對應該人風口設有—流線板以降低迎 風面之風阻並可將風導至人風口，而該—葉輪係為垂直 軸塑風力葉輪’具有—轴及數葉片，葉輪兩端具有軸部 及侧板’該軸部分卿定在侧板上，且絲於機殼内之 入風口與出風π之間，而該至少—旋轉輪，呈現 且具厚度之形狀’中央具有對應葉輪軸部之貫孔，提 固定於葉輪之軸部’且旋轉輪湖有數個磁場磁鐵，ς 個磁場磁鐵至心之距離均相等，而駐少―固定平 蕾^扁平且具厚度之形狀，其固定平板排列有數個發 1圈’各個發電線圈至軸心之距離均相等，以及 平板中央具有對應葉輪軸部之貫孔，提供樞接 輪成對配置’平板之周緣延續有—腳座提“ 裝固定於機殼中。 捉供女 t發明之發電裝置可直接與葉輪連接，或藉由 動機構間接與葉輪連接，該發電機構其原 =發電機沿-旋轉轴心排列，且使各線性;= 至該方疋轉軸心的距離均相等。 成 產生二::該發電裝置之磁場磁鐵(若磁場由線圈通電， 則為磁場線圈）固定於一旋轉輪上，而發 ;一固定平板上（或發電線圈固定於一 疋 磁鐵或磁場線圈固定於一固定平板上)=運 =駛移動產生之風力㈣葉輪旋 /、 旋轉輪旋轉，即可讓㈣〜更1直接讀該 相切，而改變：=! 鐵(或磁場線圈） 而改變通過發電線圈之磁通量以產生電力。 1289176 有關本案發明為達成上述目的、所彳細之技術，手段及其 他功效’兹列舉數個較佳實施例並配合第5、6、7、8、9 10及11、12圖的較佳實施例說明後，相信本案發明之 目的、特徵及其他優點，當可由之得一深人而具體之瞭解。 【實施方式】 請參閱第5圖至第1 〇圖，其係本發明所選用之最 、 佳實施例。首先，本發明之風力發電裝置係供安裝於運 ,載工具之外表面，俾使該運載工具行駛移動時所產生的 風力能用來驅動該風力發電裝置。 如第5圖所示’係本發明風力發電裝置之立體外觀 圖，本發明之風力發電裝置具有一機殼（1 )，安裝於運 載工具之外表面（1 A)上，且機殼（1 )具有一入風口 (11)與一出風口（12)，該機殼（1)對應該入風口 (1 1 )設有一流線板（2)以降低迎風面之風阻並可將 • 風導至 參入風口（ 1 1 )，且該入風口（ 1 1 )與該出風口（ 1 2 ) 分別設有一遮擋網（1 〇 )，以防止異物進入。 請參閱第6圖至第7圖所示，係分別為本發明風力 發電裝置之内部組立圖以及分解圖，其中該一葉輪（3) 係垂直軸蜇風力葉輪，具有一軸及數葉片（3 3 )，於該葉 輪（3 )雨端具有軸（3 1 )及侧板（3 2 )，且使該葉輪 (3)安裝於該機殼（1 )内之該入風口（ 1 1 )與該出 風口（12)之間。 1289176 及HI 發電機構，該發電機構具有旋轉輪（4) 3 & 6 ) H置於葉輪（3 )之-侧邊，特別 ^中二轉輪（4 )’呈現扁平且具厚度之形狀 中央具有對應葉輪轴（3 D之貫 定於，輪⑴之軸（31)，且旋轉輪（4)排列= 磁鐵（5 ) ’各個磁場磁鐵（5 )至轴心之距離均 :、而"亥至乂一固定平板（6)，呈現扁平且具厚度之 形狀’其固定平板（6 )排列有數個發電線圈（7 )，各 個!X電線圈（7 )至軸心之距離均相#，以及固定平板（6) =央具有㈣葉輪軸（3 i )之貫孔（6工）’提供框接於 葉輪（3 )上而與旋轉輪（4 )對應配置，且固定平板（6 ) 之周緣延續有-腳座（6 2)提供安裝固定於機殼（工） 中。 請參閱第8圖所示，係第5圖中A-A剖線之剖視圖 ’本發明之風力發電裝置具有-機殼（1 )，安裝於運載工 ，具之外表面（1A)上，其中，葉輪（3)係安裝於入風 口（1 1)與出風口（12)之間，當運載工具行駛移動 時所產生之風力由入風口（i i)進入機殼（丄）内推動 葉片（33)便能帶動葉輪（3)旋轉然後由出風口（ 1 2)出機殼（1)。 印參閱第9圖所示，係第5圖中B — B剖線之剖視圖 ’本發明之風力發電裝置具有一機殼（1 )，安裝於運載工 具之外表面（1 A)上，其中，在機殼（1 )内之發電機 構可直接與葉輪（3)連接，該發電機構之設計原理為將 12 Ϊ289176 夕個往復式線性發電機沿一旋轉軸心排列，且使各線性發 電機至該旋轉軸心的距離均相等。如此之發電機構設計^ 具有往復式線性發電機和傳統旋轉式發電機之優點，即無 往復加減速的能量損失’又具有扁平之形狀，可減小迎風 面之面積以降低風阻。 此外、本發明還可裝設一電力調節控制裝置（8)與 發電機構電性連結’用來將發電機構所產生^電力先轉變 為適當的電壓和電流，再傳給運載工具作為直接使用或充 電使用。 其次’請參閱第1〇圖所示’係本發明風力發電裝 置之如視圖’並搭配第9圖所不’由於本創作之發電機 構並不需要曲轴連桿機構之運動轉換’且發電線圈（7) 組為沿著旋轉軸心排列，故可設計為直徑較大之發電機 構而充分利用原先佔有曲軸連桿機構之空間。當在相同 的葉輪轉速下若發電機構之直徑較大，則發電機構内之 發電線圈（7)與磁場磁鐵（5)可有較快之相切速度， 根據法拉第定律因此可獲得較高之電壓。 當然，本發明仍存在許多例子，其間僅局部之變化 。請參閱第11圖，係本發明另一實施例之前視圖，並 搭配第9圖所示，其中，本發明之發電機構亦可為三層 式’即在二層磁場磁鐵（5)中間夾一層發電線圈（7)， 可增強通過發電線圈（7)之磁場強度。 接著，請參閱第1 2圖，其係第5圖中B — B剖線 之再一實施例之剖視圖，其中，本發明之發電機構可藉 13 ^89176 =^動機構間接與葉輪（3)連接。該傳 一 =具有變速之功能，以增加發電機=轉 使發ί機槿速，提尚其發電效率。該齒輪級（9)可 充二轉軸與葉輪（3)之軸對齊，因此亦可 疋刀利用葉輪（3)侧之空間。 此外，由於齒輪組（9)之厚度不大，因 *、、、曾加傳動機構空間之寬度。再者，其他播二 發電線圈（7)與磁場磁鐵（5)之配置， 固定不旋轉輪(4)上而磁•鐵⑴ 帶二f圈通電而產生所需要的磁場等，傳動機構可為一皮 :、、且或其他之變速機構等之變化，使該葉輪（動 行:ί由=輪組或其他之變速機構帶動該發電機構進 电如此亦可達到與前述實施例相同之功欵。 簡單述各實施例之變化外，亦可再對部份零件作 曲弧狀i i例如錄m彡狀㈣設計成平板狀或 化由 之f效㈣；或者將流線板從平板狀變 ，面之形態；或者將機殼的内壁面設計成配合葉輪 、•’：14些簡單的變化都在本案技術涵蓋的範圍之内。 以^上所述實施例之揭示係用以說明本發明，並非用 =制本發明，故舉凡數值之變化㈣效元件之置換， 仍應隸屬本發明之範疇。 敌本發明之『具有產業之可利用性』應已母庸置疑，除此 之外，在本案實施例所揭露出的特徵技術，於申請之前並未曾 1289176 見於諸刊物，亦未曾被公開使用，具有如上所述功效增進之事 』都已符合專利 審查教早曰賜准 實，是故，本發明的『新穎性』以及『進步性 法規，爰依法提出發明專利之申請，祈請惠予 專利，實感德便。 【圖式簡單說明】 第1圖係一種風力發電裝置之立體外觀圖 第2圖係第1圖中A — A剖線之剖視圖 第3圖係另一種風力發電裝置之剖視圖 第4圖係另一種風力發電裝置之剖視圖 第5圖係本發明風力發電装置之立體外觀圖 第6圖係本發明風力發電裴置之内部組立圖 第7圖係本發明風力發電裝置之内部分解圖 第8圖係第5圖中A — A剖線之剖視圖 第9圖係第5圖中B — B剖線之剖視圖 第1 0圖係本發明風力發電裝置之前視圖 <前視圖 之剖視圖 第1 1圖係本發明風力發電裝置之另一實施例 第12圖係第5圖中B〜B剖線之再一實施例 1289176 【主要元件符號說明】 (先前技術第1、2圖） 風力發電裝置1 機殼1 1 流線板1 2 入風口 1 3 外表面1 4 容置部1 5 傳動機構3 連桿3 0 發電機4 (先前技術第3、4圖） 軸4 1 1 風力發電裝置1 機殼1 1 入風部份A 流線部份B 入風口 1 3 流線板1 2 風力葉輪2 側板2 1 傳動機構3 側輪4 1 (本發明） 旋轉式發電機4 機殼1 遮擋網1 0 入風口 1 1 出風口 1 2 流線板2 葉輪3 軸3 1 側板3 2 葉片3 3 旋轉輪4 貫孔4 1 磁場磁鐵5 固定平板6 貫孔6 1 腳座6 2 發電線圈7 電力調節控制裝置8 齒輪組9 外表面1 A 16