TWI458888B - A power generation system that can supply electricity to a rotating member - Google Patents

Description

可於轉動件供應電力之發電系統

本發明係有關一種可於轉動件供應電力之發電系統，尤指一種包括一機座、一轉軸、一第一發電機組及一第二發電機組，俾能兼具發電以及達到光炫警示或是偵測轉動狀態等多重目的者。

按，一般自行車、電動輪椅、助行車等動力機具或是風力發電機組，倘若欲由轉動之輪子或葉片組設發光元件或各種偵測元件時，首先必須克服的問題是如何將電源輸往轉動的物件上(如輪子或是葉片組或轉軸)。依據目前所知的發電機組、電動輪椅或是助行車訊號、電源傳送的方式，大多僅能於固定物件之間做傳輸而已；當必須將訊號、電源由固定物件通過相對旋轉的物件時，則會因電源或是訊號線路的扭轉而造成脫落、扯斷，因而造成發電機組、自行車或是助行車線路故障的情事發生。

為克服上述缺失，一般業者係以一種利用電刷原理所製成的電樞轉器於轉動物件來樞接傳輸電源或是訊號，其主要包含固定軸及一環繞樞接固定軸的轉動體，並於固定軸設二組集電環，再於轉動體設置二組與集電環接觸導通的電刷，當轉動體相對固定軸旋轉時，則可藉由集電環與電刷的樞轉接觸而導通，而可將電源或是訊號由固定物件傳遞至轉動物件上。

該習用結構雖然具備於轉動物件傳遞電源或是訊號的功能，惟，其係採用接觸導電設置，難免會因長時間使用而使電刷及集電環磨擦損壞，導致集電與環電刷間的接觸不良，因而影響電源或是訊號的傳遞效率。

另有一種習用結構，如本國發明專利第I289524號『動力機具之輔助驅動方法及裝置』，係將裝設在該動力機具之固定件以及轉動件之轉軸上的磁感式電源供應裝置，以磁感方式傳輸一電源供給至一裝設在該轉動件上的偵測單元，以該偵測單元來感應轉動需求訊號，並透過一回傳裝置將該訊號輸出至一控制單元，該控制單元將該訊號予以程式運算處理，並使該控制單元產生一與該訊號相應之控制訊號，並以該控制訊號來驅動一與該轉動件連動的馬達。

該習用結構雖然具備以磁感方式傳遞電源或是訊號於轉動物件上的功能，惟，其係以磁感式電源供應裝置來達成電源之傳遞，其中磁感式電源供應裝置係由一電源供應單元將電源輸往一第一線圈繞組，再由對應環繞之第二線圈繞組以磁、電轉換方式接收電源。由於該習用結構無法自行發電而必須仰賴外部之電源供應方能將電源予以傳遞，加上必須將電源大幅升壓之緣故，所以不僅需要耗費相當之電能，而且容易於電源轉換或是傳輸的過程中造成電能無謂的損耗。此外，該習用結構僅能應用於動力機具之訊號、電源等傳遞用途上，無法直接應用或間接轉用在風力發電機組之電力傳輸的領域上。

本發明之目的在於提供一種可於轉動件供應電力之發電系統，不僅可將產生之電力供應至位於固定件上之外部負載，並可將所產生之另一電力供應至位於轉動件上的負載，使轉動件可以發出光源以達夜間警示或產生環炫光跡畫面的視覺效果，進而避免飛機、鳥類因視線不良所致的誤觸撞擊，以提升飛航、飛行之安全性，或是針對轉動件之轉動狀態進行偵測，進而作為葉片組設計修正的依據。

為達成上述之功效，本發明採用之技術手段係於轉軸一端與機座樞接而可受一動力源驅動而旋轉，且第一發電機組包含一連結於該轉軸的第一轉子，及一設於機座而對應環繞第一轉子的第一定子，使第一轉子相對第一定子旋轉，而可於第一定子產生一可供輸出的電流，以供應外部負載所需的電源，另第二發電機組包含一連結於轉軸的第二轉子，及一設該機座而對應環該第二轉子的第二定子，該第二轉子相該第二定子旋轉而產生另一可供輸出的電流，以供應與轉軸連動之負載所需的電源者。

壹.本發明整體技術特徵 1.1第一種應用之技術特徵

請參看第二圖所示，本發明主要應用於一般發電機組或是動力機具等技術領域上，藉由產生之雙重電力分別輸往固定件及轉動件上，使轉動件可以發出光源以達夜間警示或產生環炫光跡畫面的視覺效果，為達上述功效，本發明第一種應用技術特徵係包括一機座(10)、一轉軸(20)、一第一發電機組(30)及一第二發電機組(40)。

請參看第二、八圖所示，本發明係以轉軸(20)一端與機座(10)樞接而可受一動力源驅動而旋轉，且第一發電機組(30)包含一連結於轉軸(20)的第一轉子(32)，及一設於機座(10)而對應環繞第一轉子(32)的第一定子(31)，使第一轉子(32)相對第一定子(31)旋轉，而可於第一定子(31)產生一可供輸出的電流，以供應外部負載所需的電源。

請參看第二圖所示，本發明第二發電機組(40)包含一連結於轉軸(20)的第二轉子(42)，及一設該機座(10)而對應環該第二轉子(42)的第二定子(41)，該第二轉子(42)相該第二定子(41)旋轉而產生另一可供輸出的電流，以供應與轉軸(20)連動之負載所需的電源。

1.2第二種應用之技術特徵

請參看第一圖及三至五圖所示，本發明主要應用於一般風力發電機組或是薄式風力發電機組的技術領域上，並可藉由產生之雙重電力分別輸往固定件及轉動件上，使轉動件可以發出光源以達夜間警示或產生環炫光跡畫面的視覺效果，為達上述功效，本發明第二種應用技術特徵係包括一機座(10)、一轉軸(20)、一第一發電機組(30)、一風輪組(50)及一第二發電機組(40)。

請參看第一圖及三至五圖所示，本發明係以轉軸(20)一端與機座(10)樞接而可受一動力源驅動而旋轉，並於轉軸(20)另端組設一風輪組(50)，風輪組(50)包含複數組可承受風力以帶動該轉軸(20)旋轉的葉片(51)，且於葉片(51)設置至少一負載(60)。

請參看第一圖及三至五圖所示，本發明第一發電機組(30)包含一連結於轉軸(20)的第一轉子(32)，及一設於機座(10)而對應環繞第一轉子(32)的第一定子(31)，使第一轉子(32)相對第一定子(31)旋轉，而可於第一定子(31)產生一可供輸出的電流，以供應外部負載所需的電源。

請參看第一圖及三至五圖所示，本發明第二發電機組(40)包含一連結於轉軸(20)的第二轉子(42)，及一設機座(10)而對應環第二轉子(42)的第二定子(41)，第二轉子(42)相對第二定子(41)旋轉而產生另一可供輸出的電流，以供應設置在葉片(51)上之負載(60)所需的電源。

貳.本發明具體實施 2.1機座

請參看第三至七圖所示，本發明機座(10)主要係供第一定子(31)與第二定子(41)支撐、固定以及包罩第一發電機組(30)與第二發電機組(40)之用，本發明機座(10)具有一供第一發電機組(30)及第二發電機組(40)容置其內的容納空間(11)。

請參看第一圖所示，為避免第一發電機組(30)與第二發電機組(40)產生電磁干擾，係於機座(10)之容納空間(11)設有一用以隔離第一發電機組(30)與第二發電機組(40)的隔離片(13)。此外，為達到風力發電之目的，再於機座(10)設於一桿柱(12)上，此桿柱(12)末端可供固定於一平面上。

2.2發電機組 2.2.1第一種具體實施例

請參看第一、二圖所示，本發明包含第一發電機組(30)與第二發電機組(40)，於本實施例中，第一發電機組(30)之第一轉子(32)位於轉軸(20)的一端上，第二發電機組(40)之第二轉子(42)位於鄰近動力源之轉軸(20)的另端上。

請參看第一圖所示，本具體實施例中之第一種可行實施例的發電機組係建構在永磁式發電機上，為達此目的，第一定子(31)與第二轉子(42)皆為線圈繞組，第二定子(41)與第一轉子(32)皆為磁性組件。

本具體實施例中之第二種可行實施例的發電機組係建構在感應式發電機上，為達此目的，第一定子(31)、第一轉子(32)、第二定子(41)以及第二轉子(42)皆為線圈繞組。

本具體實施例中之第三種可行實施例的第一發電機組(30)係為永磁式發電機，第二發電機組(40)係為感應式發電機，其中，第一定子(31)、第二定子(41)以及第二轉子(42)皆為線圈繞組，第一轉子(32)為磁性組件。

請參看第二圖所示，本具體實施例中之第四種可行實施例的第一發電機組(30)係為感應式發電機，第二發電機組(40)係為永磁式發電機，其中，第一定子(31)、第一轉子(32)以及第二轉子(42)皆為線圈繞組，第二定子(41)為磁性組件。

2.2.2第二種具體實施例

請參看第三至五圖所示，於本實施例中，轉軸(20)一端係與動力源連動，其另端連接一轉體(21)，並於轉體(21)外圍環面設置第一發電機組(30)之第一轉子(32)，再於轉體(21)內圍環面設置第二發電機組(40)之第二轉子(42)。

請參看第三圖所示，本具體實施例中之第一種可行實施例的發電機組係建構在永磁式發電機上，為達此目的，第一定子(31)與第二轉子(42)皆為線圈繞組，第二定子(41)與第一轉子(32)皆為磁性組件。

請參看第四圖所示，本具體實施例中之第二種可行實施例的發電機組係建構在感應式發電機上，為達此目的，第一定子(31)、第一轉子(32)、第二定子(41)以及第二轉子(42)皆為線圈繞組。

請參看第五圖所示，本具體實施例中之第三種可行實施例的第一發電機組(30)係為永磁式發電機，第二發電機組(40)係為感應式發電機，其中，第一定子(31)、第二定子(41)以及第二轉子(42)皆為線圈繞組，第一轉子(32)為磁性組件。

本具體實施例中之第四種可行實施例的第一發電機組(30)係為感應式發電機，第二發電機組(40)係為永磁式發電機，其中，第一定子(31)、第一轉子(32)以及第二轉子(42)皆為線圈繞組，第二定子(41)為磁性組件。

2.3負載

請參看第七、八圖所示，本發明負載(60)主要係由第二轉子(42)提供負載(60)所需之電源，於一種負載(60)之具體實施例中係包含一加速度計(60a)及一無線發射模組(61)，加速度計(60a)用以感測葉片(51)旋轉扭力以產生一扭力訊號，無線發射模組(61)用以將扭力訊號以無線的方式傳輸出去，使位於地面上之無線接收模組(72)得以接收無線發射模組(61)所傳輸的扭力訊號，並可透過一可程式運算模組(71)進行解讀及運算，以計算出葉片(51)承受風力之實際扭力。

請參看第六、八圖所示，本發明負載(60)主要係由第二轉子(42)提供負載(60)所需之電源，於另一種負載(60)之具體實施例中係為一發光元件(60b)，該發光元件(60b)係以一導線組與該第二轉子(42)電連接，且該發光元件(60b)與該第二轉子(42)電連接的迴路串設一光偵測模組(62)，當外界光源低於預設值時，則使該發光元件(60b)與該第二轉子(42)導通以發出光源。

2.4電能轉換器

請參看第一至五圖所示，為將第二發電機組(40)所產生之電力轉換負載(60)所需之電源，於一種具體實施例中，第二轉子(42)係電連接一電能轉換器(70)，以將第二轉子(42)輸出的電流轉換為負載(60)所需的電源。

請參看第八圖所示，為將第一發電機組(30)所產生之電力轉換外部負載(60)所需的電源所需之電源，上述第一定子(31)係電連接另一電能轉換器(70)，以將第一定子(31)輸出的電流轉換為一供應外部負載(60)所需的電源。

參 .本發明之運作實施

請參看第三至七圖所示，當風力來臨時，位於風輪組(50)上之複數葉片(51)因承受風力而旋轉，進而帶動轉軸(20)旋轉，由於第一發電機組(30)之第一轉子(32)與第二發電機組(40)之第二轉子(42)係固設於轉軸(20)上，加上第一定子(31)對應環繞第一轉子(32)的緣故，使得第一轉子(32)相對第一定子(31)相對旋轉時得以對磁力線產生切割作用，進而於第一定子(31)之線圈繞組產生一可供輸出的電流，以供應外部負載所需的電源(如對一般住宅或工廠供電)，再以一電能轉換器(70)，以將第一定子(31)輸出的電流轉換為一供應外部負載(60)所需的電源。

請參看第三至七圖所示，另一方面，在轉軸(20)另端上的第二轉子(42)亦跟隨旋轉，使得第二轉子(42)對應環繞第二定子(41)旋轉時，得以對磁力線產生切割作用，進而於第二轉子(42)之線圈繞組產生另一可供輸出的電流(如對設在葉片或轉軸上的負載供電)，再以另一電能轉換器(70)，將第二轉子(42)輸出的電流轉換為負載(60)所需的電源。

請參看第八圖所示，當位於轉軸(20)上的光偵測模組(62)偵測到外界光源低於預設值時，則觸發使設置於葉片(51)上的發光元件(60b)與另一電能轉換器(70)導通，使發光元件(60b)獲得電力供應，如此即可使發光元件(60b)於夜間發出警示光源，以避免飛機、鳥類因視線不良所致的誤觸撞擊，進而提升飛航、飛行的安全性。

請參看第六、七圖所示，於夜間或光線不佳時，由於本發明之複數葉片(51)上設有複數發光元件(60b)的緣故，因此，當風輪組(50)上之複數葉片(51)因承受風力而旋轉時，則會於複數葉片(51)之旋轉面產生新奇視覺感受的環炫光跡畫面。

倘若欲於環炫光跡畫面產生預定之圖樣或文字時，僅需於轉軸(20)或是當葉片(51)設置一組微控制器(圖中未示)及一定位檢測單元(圖中未示)，當葉片(51)轉動一圈時，定位檢測單元則發出一定位訊號至微控制器中，由於葉片(51)載有陣列佈設之發光元件(60b)的緣故，所以葉片(51)於高速旋轉時，會形成一個由葉片(51)旋轉軌跡所形成的平面，加上人眼視覺暫留效果，便可於環炫光跡畫面得到一種預定圖樣或文字的螢幕顯示效果。

肆.結論

因此，藉由上述之結構設置，本發明不僅可將產生之電力供應至位於固定件上之外部負載，並可將所產生之另一電力供應至位於轉動件上的負載，使轉動件可以發出光源以達夜間警示或產生環炫光跡畫面的視覺效果，進而避免飛機、鳥類因視線不良所致的誤觸撞擊，以提升飛航、飛行之安全性，或是針對轉動件之轉動狀態進行偵測，進而作為葉片設計修正的依據。

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，凡舉依據下列請求項所述之內容、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。本發明所具體界定於請求項之結構特徵，未見於同類物品，且具實用性與進步性，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)．．．機座

(11)．．．容納空間

(12)．．．桿柱

(13)．．．隔離片

(20)．．．轉軸

(21)．．．轉體

(30)．．．第一發電機組

(31)．．．第一定子

(32)．．．第一轉子

(40)．．．第二發電機組

(41)．．．第二定子

(42)．．．第二轉子

(50)．．．風輪組

(51)．．．葉片

(60)．．．負載

(60a)．．．加速度計

(60b)．．．發光元件

(61)．．．無線發射模組

(62)．．．光偵測模組

(70)．．．電能轉換器

(71)．．．運算模組

(72)．．．無線接收模組

第一圖係本發明基本結構的實施示意圖。

第二圖係本發明另一種結構的實施示意圖。

第三圖係本發明應用於永磁式發電機的實施示意圖。

第四圖係本發明應用於感應式發電機的實施意圖。

第五圖係本發明應用於永磁式及感應式發電機的實施示意圖。

第六圖係本發明結合負載之運作實施示意圖。

第七圖係本發明結合另一負載之運作實施示意圖。

第八圖係本發明基本控制方塊示意圖。

(10)．．．機座

(11)．．．容納空間

(12)．．．桿柱

(13)．．．隔離片

(20)．．．轉軸

(30)．．．第一發電機組

(31)．．．第一定子

(32)．．．第一轉子

(40)．．．第二發電機組

(41)．．．第二定子

(42)．．．第二轉子

(50)．．．風輪組

(51)．．．葉片

(60)．．．負載

(60b)．．．發光元件

Claims (9)

1. 一種可於轉動件供應電力之發電系統，其包括：一機座，其內部具有相向的一第一側面及一第二側面；一轉體；一轉軸，其一端連結該轉體，該轉軸可轉動的與該機座樞接；一風輪組，其組設於該轉軸另端，該風輪組包含複數組可承受風力以帶動該轉軸旋轉的葉片；一第一發電機組，其包含一環設於該轉體朝向該第一側面之一環面外圍的第一轉子，及一環設於機座之該第一側面外圍而對應環繞該第一轉子的第一定子，使該第一轉子相對該第一定子旋轉而於該第一定子產生一電流輸出；一第二發電機組，其包含一設環於該轉體之該環面內圍的第二轉子，及一環設於該機座之該第一側面內圍而對應環繞該第二轉子的第二定子，使該第二轉子相對該第二定子旋轉而產生另一電流輸出，該第一定子及該第二轉子皆為線圈繞組，且該第二轉子體積小於該第一定子，該第一定子電連接一電能轉換器，以將該第一定子輸出電流轉換為一供應外部之第一負載所需的電源，該第二轉子電連接另一電能轉換器，以將該第二轉子輸出之較小電流轉換供應至設於該葉片上之至少一第二負載所需的電源。
2. 如請求項第1項所述之可於轉動件供應電力之發電系統，其中，該機座具有一供該第一發電機組及該第二發電機組容置其內的容納空間。
3. 如請求項第2項所述之可於轉動件供應電力之發電系統，其中，該機座之該容納空間設有一用以隔離該第一發電機組與該第二發電機組的隔離片。
4. 如請求項第1或3項所述之可於轉動件供應電力之發電系統，其中，該機座設於一桿柱上，該桿柱末端可供固定於一平面上。
5. 如請求項第1項所述之可於轉動件供應電力之發電系統，其中，該第二負載包含：一加速度計，其用以感測該葉片旋轉扭力以產生一扭力訊號；及一無線發射模組，其用以將該扭力訊號以無線的方式傳輸出去。
6. 如請求項第1項所述之可於轉動件供應電力之發電系統，其中，該第二負載係為一發光元件，該發光元件以一導線組與該另一電能轉換器電連接，該發光元件與該第二轉子電連接的迴路串設一光偵測模組，當外界光源低於預設值時，則使該發光元件與該另一電能轉換器導通以發出光源。
7. 如請求項第1項所述之可於轉動件供應電力之發電系統，其中，該第一發電機組與該第二發電機組係為感應式發電機，該第一轉子及該第二定子皆為線圈繞組。
8. 如請求項第1項所述之可於轉動件供應電力之發電系統，其中，該第一發電機組係為永磁式發電機，該第二發電機組係為感應式發電機，該第二定子以為線圈繞組，該第一轉子為磁性組件。
9. 如請求項第1項所述之可於轉動件供應電力之發電系統，其中，該第一發電機組係為感應式發電機，該第二發電機組係為永磁式 發電機，該第一轉子為線圈繞組，該第二定子為磁性組件。