TWI451370B

TWI451370B - A light display device using wind power generation and a method thereof

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Publication number: TWI451370B
Application number: TW097123354A
Authority: TW
Original assignee: Univ Nat Changhua Education
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2014-09-01
Also published as: TW201001361A

Description

利用風力發電之光炫畫面顯示裝置及其方法

本發明係有關一種利用風力發電之光炫畫面顯示裝置及其方法，尤指一種包括一風力發電模組、至少一組發光燈組及一控制手段，俾使控制手段控制該發光燈組之該發光元件做明與滅的切換，以產生光炫畫面顯示效果者。

近年來隨著電子科技的突飛猛進，使得利用轉動而產生光炫效果的商品不斷地推陳出新。按照目前所知，市面上流行一種附有LED可以顯示圖樣或字元的風扇，或是手搖LED棒，該風扇或手搖LED棒於轉動時，可以顯示出預定的圖案或字元。

該習用結構主要係運用葉片於高速旋轉時產生的人眼視覺暫留來得到一種螢幕顯示的效果。再者，葉片於轉動過程中，由於轉動中的LED會形成一個由葉片軌跡所形成的平面，再由微處理器(MCU)內建之運算程式將該平面分成複數(256)角度區域，每一角度區域360/256約為1.4度，再利用微處理器(MCU)即時對每一LED進入每一角度區域時作出明、滅顯示的更新控制，如此便可得到光炫畫面的顯示效果。

該習用結構雖然具有光炫畫面的顯示效果，惟，其係依靠消耗性的電池，或是一般市電(AC110V)來提供所需的電力。當電池電能耗盡時則需更換電池，不僅造成使用上之不便，如果任意丟棄電池則會造成環境上嚴重的污染；此外，使用一般市電(AC110V)所提供的電能，不僅有插座電線長度限制所造成使用上的不便，而且更會增加對於石油或其他消耗性能源的過度依賴；況且，該習用結構並無多種顏色變化顯示的機制，因此，其所顯示的畫面無法達到自然與逼真的感受，因而降低商業價值與競爭力。

另一方面，隨著國際油價不斷地屢創新高，使得油價居高不下，連帶物價亦跟隨飛漲，因而使得許多石油消費國家包括台灣陷入經濟困境與石油能源危機。因此，如何尋找及開發替代能源，實已成為世界各國首先必須克服的挑戰與難題。

有鑑於此，本發明係採用自然風力發電做為電源供應機制，因為自然風力發電、太陽能發電以及水力發電皆屬無污染之綠色環保替代能源。台灣地處亞熱帶地區，加上屬於海島型氣候，所以蘊藏著無可限量的自然風力可供利用。

本發明之第一目的在於提供一種利用自然風力發電之光炫畫面顯示裝置及其方法，不僅可以利用自然風力所產生的電力來供應發光元件所需的電源，並且可以減少對於石油或其他消耗性能源的依賴，因而具有廣告看板、節能減碳、環保以及省電的特點。

為達上述功效，本發明所採用的技術手段包括一風力發電模組、至少一組發光燈組及一控制手段，該風力發電模組包含一定子、一可與該定子相對旋轉的轉子、一在該轉子相對該定子旋轉時可產生電力的電力產生手段及一風扇，該風扇包括一與該轉子連動的轉軸及複數個葉片，當該複數個葉片承受風力而連動使該轉子旋轉時，該電力產生手段便可產生所需的電力，每一組該發光燈組具有至少一發光元件，一組發光燈組之該發光二元件設置在一對應的該葉片上，該發光燈組由該電力產生手段所產生之電力供應，該控制手段用以控制該發光燈組之該發光元件做明與滅的切換者。

本發明之第二目的在於可以顯示多種顏色七彩變化的光炫顯示畫面，使所顯示的畫面更為自然與逼真，而可予人一種絢爛繽紛奪目的視覺感受。

為達上述功效，本發明所採用的技術手段係於每一發光燈組包含複數個陣列佈設在該葉片上的發光二極體，且該發光二極體係為可發出RGB三色光源的RGB發光二極體。

壹．本發明基本技術特徵 1.1裝置的基本技術特徵

請參看第一至三圖所示，本發明不僅可以利用自然風力所產生的電力來供應發光元件(21)所需的電源，以減少對於石油或其他消耗性能源的依賴，並可達到光炫圖樣或字元的顯示效果，為此目的，其包括：一風力發電模組(10)，其包含一定子(圖中未示)、一可與該定子相對旋轉的轉子(圖中未示)、一在該轉子相對該定子旋轉時可產生電力的電力產生手段(11)及一風扇(12)，該風扇(12)包括一與該轉子連動的轉軸(120)及複數個葉片(121)，當該複數個葉片(121)承受風力而連動使該轉子旋轉時，該電力產生手段(11)便可產生所需的電力；至少一組發光燈組(20)，每一組該發光燈組(20)具有至少一發光元件(21)，一組發光燈組(20)之該發光元件(21)設置在一對應的該葉片(121)上，該發光燈組(20)由該電力產生手段(11)所產生之電力供應；一控制手段(30)，其用以控制該發光燈組(20)之該發光元件(21)做明與滅的切換。

1.2方法的基本技術特徵

請參看第一至三圖所示，本發明不僅可以利用自然風力所產生的電力來供應發光元件(21)所需的電源，以減少對於石油或其他消耗性能源的依賴，並可達到光炫圖樣或字元的顯示效果，為此目的，其包括：提供一風力發電模組(10)、一複數個發光燈組(20)及一控制手段(30)，該風力發電模組(10)包括一定子、一可與該定子相對旋轉的轉子、一在該轉子相對該定子旋轉時可產生電力的電力產生手段(11)及一風扇(12)，該風扇(12)與轉子連動且具有複數個葉片(121)，該控制手段(30)包含一定位檢測單元(31)、一圖樣資料庫(32)及一微控制器(33)，該圖樣資料庫(32)儲存至少一圖樣或字元的資訊，每一該發光燈組(20)設於對應之一該葉片(121)上；以該風力發電模組(10)之該複數葉片(121)承受風力而產生供應該發光燈組(20)及該控制手段(30)所需的電力；該定位檢測單元(31)感測該葉片(121)轉動一圈時則發出一定位訊號；及當該微控制器(33)讀取該定位訊號時則產生複數個與該圖樣或該字元資訊相應的控制訊號，並依據該控制訊號以控制每一該發光元件(21)進入該葉片(121)旋轉軌跡之各角度區域的明或滅，以顯示出該圖樣或該字元的光炫畫面效果，如第五圖所示。

貳．風力發電模組之具體實施 2.1固定件的具體實施

請參看第三、四圖所示，本發明為使風力發電模組(10)得以固定於地面或與其他物件做一結合，為此目的，該風力發電模組(10)包含一固定件(13)，該固定件(13)一端與該定子連接，另端可供與一平面或一物件連結，在本圖示例中該固定件(13)係為一柱體。

2.2電力供應裝置的具體實施

請參看第二圖所示，本發明為避免因風力不足而影響電力之供應，為此目的，本發明係於風力發電模組(10)之該轉軸(120)的一容部(122)設置一電力供應裝置(40)，及一切換單元(41)，該切換單元(41)用以控制該控制手段(30)於該風力發電模組 (10)與該電力供應裝置(40)之間做切換，當該風力發電模組(10)所產生之電力不足時，則使該電力供應裝置(40)供應該控制手段(30)所需的電力。

上述具體實施例中，該電力供應裝置(40)係選自市電交流電源(110V或220V)、電池以及充電式電池之其中一種，而切換單元(41)可為具開關接點的切換開關，或是繼電器。

參．發光燈組之具體實施

請參看第一至三圖所示，本發明發光燈組(20)的數量與葉片片(121)數量對應，且每一發光燈組(20)包含複數個陣列佈設在該葉片上(121)的發光元件(21)，該發光元件(21)可為發光二極體。再者，為顯示多種顏色七彩變化的光炫顯示畫面之目的，使所顯示的畫面更為自然與逼真，本發明於一種較佳實施例中，該發光元件(21)係為可發出RGB三色光源的RGB發光二極體，其中，該RGB發光二極體可由各別單體組成(如本圖示例中所示)，或是一體整合式的RGB發光二極體。

此外，當風力發電模組(10)採用軸流式風扇(12)設置時，由於葉片(121)延伸之中軸線與風向垂直的緣故，故而可將發光元件(21)陣列佈設在該葉片(121)可供顯示的側緣上。

肆．控制手段之具體實施 4.1具體技術內容

請參看第一、二圖及第五圖所示，本發明控制手段(30)之具體實施例包括：一定位檢測單元(31)，其用以於該葉片(121)轉動一圈時發出一定位訊號；及一圖樣資料庫(32)，其可供儲存至少一圖樣或字元的資訊；及一微控制器(33)，其與每一該發光元件(21)電連接，當該微控制器(33)讀取該定位訊號時則產生複數與該圖樣或該字元資訊相應的控制訊號，用以控制每一該發光元件(21)進入該葉片(121)旋轉軌跡之各角度區域的明或滅，以顯示該圖樣或該字元的光炫畫面效果。

4.2定位檢測單元的具體實施

請參看第一、二圖及第五圖所示，本發明定位檢測單元(31)主要係於葉片(121)轉動一圈時提供定位訊號至控制手段(30)中，以做為每一次輸出控制訊號的起始點，為此目的，該定位檢測單元(31)係選自轉速感測器、位置感測器之以及角度編碼器之其中一種。

當風力不穩(如太強或太弱)時，容易導致控制訊號輸出時機與葉片(121)轉速無法同步，本發明第一種解決方案，係透過角度編碼器(圖中未示)所提供葉片(121)轉動的角度訊號，使控制手段(30)依據葉片(121)實際的角度訊號來修正控制訊號，亦即增加或縮短控制訊號之訊號寬度，藉以修正各該發光元件(21)的明滅切換時間，如此即可克服因風力不穩所造成控制訊號與葉片(121)轉速無法同步的問題產生。

當風力過強時，本發明第二種解決方案，係選用運轉阻力較大的風力發電模組(10)，以求取最佳穩定的葉片(121)轉速，使控制手段(30)所輸出的控制訊號能夠與葉片(121)轉速達到同步。

4.3微控制器的具體實施

請參看第一、二圖及第五圖所示，本發明微控制器(MCU)(33)之第一種具體實施例，其內建有一EPROM或是一FLASH記憶體，以供建立該圖樣資料庫，及寫入一運算程式。

請參看第一、四圖及第五圖所示，本發明微控制器(MCU)(33)之第二種具體實施例，該微控制器電連接一外部記憶體，以供建立該圖樣資料庫，及寫入一運算程式。

上述之運算程式於啟動時，執行包括有下列步驟：步驟一：開始；步驟二：判斷定位訊號是否產生；步驟三：否，回到步驟二；步驟四：是，判斷是否已讀取圖樣或字元資訊；步驟五：否，讀取圖樣或字元資訊；步驟六：是，對每一發光元件(21)輸出與圖樣或字元相應的控制訊號；步驟七：電源是否關閉；步驟八：否，回到步驟二；及步驟九：是，結束。

4.4操作設定單元的具體實施

請參看第一、二圖所示，本發明之控制手段(30)更包括一與該微控制器(33)電連接的操作設定單元(34)，用以提供複數個可供選擇的光炫畫面顯示模式。

伍.本發明具體實施的運作

請參看第一至五圖所示，當風力來驅使風扇(12)旋轉，進而帶動轉子相對定子旋轉，以對磁力線產生切割作用，如此即可使定子之電力產生手段(11)產生電力，再以電力產生手段(11)之一整流慮波電路將電力予以整流及穩壓，以供應電源給發光元件(21)以及控制手段(30)。

當葉片(121)轉動一圈時，定位檢測單元(31)則發出一定位訊號至微控制器(33)中，由於葉片(121)載有陣列佈設之發光元件(21)的緣故，所以葉片(121)於高速旋轉時，會形成一個由葉片(121)軌跡所形成的平面，加上人眼視覺暫留效果，便可得到一種螢幕顯示的效果；另一方面，微控制器(33)內建之運算程式將該平面分成複數約為256個角度區域，每一角度區域360/256約為1.4度。此時，微控制器(33)產生複數與該圖樣或該字元資訊相應的控制訊號(脈波訊號)，用以控制每一該發光燈組中發光元件(21)進入該平面之各角度區域的明或滅；當葉片(121)又轉動一圈時，定位檢測單元(31)則又發出定位訊號至控制手段(30)中，以做為每一次輸出控制訊號的起始點，如此重覆上述步驟即可得到預定光炫畫面的顯示效果。

為使變化圖樣或字元的顯示效果，可以透過操作設定單元(34)輸入指令使微控制器(33)中做出相應的控制，如此即可得到多種模式的顯示效果，例如圖形轉動顯示、圖形逐漸出現以及圖形交替出現等。再者，亦可更新圖樣資料庫(32)中的圖樣或字元資訊，以達到顯示不同圖樣或字元光炫畫面效果。

陸．結論

因此，藉由上述技術特徵的建置，本發明具有下列之特點：1.本發明不僅可以利用自然風力所產生的電力來供應發光元件所需的電源，並且可以減少對於石油或其他消耗性能源的依賴，因而具有廣告看板、節能減碳、環保以及省電效果。

2.本發明可以顯示多種顏色七彩變化的光炫顯示畫面，使所顯示的畫面更為自然與逼真，而可予人一種絢爛繽紛奪目的視覺感受。

以上所述，僅為本發明之一可行實施例，並非用以限定本發明之專利範圍，凡舉依據下列申請專利範圍所述之內容、特徵以及其精神而為之其他變化的等效實施，皆應包含於本發明之專利範圍內。本發明之方法及其機構，除上述優點外，並深具產業之利用性，可有效改善習用所產生之缺失，而且所具體界定於申請專利範圍之特徵，未見於同類物品，故而具實用性與進步性，已符合發明專利要件，爰依法具文提出申請，謹請鈞局依法核予專利，以維護本申請人合法之權益。

(10)‧‧‧風力發電模組

(11)‧‧‧電力產生手段

(12)‧‧‧風扇

(120)‧‧‧轉軸

(121)‧‧‧葉片

(122)‧‧‧容部

(13)‧‧‧固定件

(20)‧‧‧發光燈組

(21)‧‧‧發光元件

(30)‧‧‧控制手段

(31)‧‧‧定位檢測單元

(32)‧‧‧圖樣資料庫

(33)‧‧‧微控制器

(34‧‧‧)操作設定單元

(40)‧‧‧電力供應裝置

(41)‧‧‧切換單元

第一圖係本發明基本控制方塊示意圖。

第二圖係本發明基本控制方塊之另一實施示意圖。

第三圖係本發明基本結構之外觀示意圖。

第四圖係本發明基本結構具體實施之示意圖。

第五圖係本發明光炫畫面顯示之示意圖。