TWI467143B - Wind power generation vertical, horizontal axis blade dual measurement device - Google Patents

Description

風力發電之垂直、水平軸葉片兩用測量裝置

本發明係涉及一種可供於發電現場進行垂直、水平軸葉片之轉速與扭力的實地測量，使發電機選配能與葉片形成最佳機電整合，達到最佳效率運轉及較佳設備安全維護的風力發電之垂直、水平軸葉片兩用測量裝置創新發明。

按，近年來隨著地球暖化以及能源危機日漸嚴重，各國均極力研發再生能源科技，風能是最具大規模開發利用的可再生能源之一，根據全球氣象組織統計，地球表層的風能總量約為13000億仟瓦/年，在眾多綠色能源裡碳足跡為最少的一項科技，且風能是一種取之不盡、用之不竭的能源，也沒有二氧化碳產生或輻射等公害，風力發電是目前風能利用的主要型式，受到世界各國極大的重視與發展。有鑑於此，風力發電技術將是未來替代能源的一大選擇。

目前市面上常見的風力發電機可分為第一圖的水平軸與第二圖的垂直軸兩種類型，如第二圖所示，垂直軸式風力機10包含於一結合有發電機12的垂直軸11以下端一支撐座13固定於地面，而在發電機上側軸體套結一垂直軸葉片14，組合成由垂直軸葉片14受風能轉動時可帶動發電機12軸心形成發電運轉者。

藉由國外小型風力發電機資料調查，目前風力發電量大小可分為微型(<1KW)、小型(1~10KW)、中型(10~100KW)、大型(100KW>)等四種[1]，其中微型與小型大多獨立運轉，可直接供給家庭用電；中、大型大多以陣列式運轉可用以取代傳統發電廠 。

發電機在產生電流時會在轉軸上產生一反向的磁抗扭力，因此，不同規格發電機的選配使用上要與其使用的葉片軸心所產生之扭力值相對應，才能達到較佳的機電整合。否則若選用發電機太大，會使葉片軸心無法有效驅動，達不到應有的效率而造成設備與能量的浪費；反之，若選用發電機太小，則可能因為過載而燒掉，造成設備上的損失。

目前葉片軸心的扭力值大都以公式推算出一預估值，來做為選用發電機規格大小的參考，但預估值都會有很大落差；尤其是不同風場有不同的風量，係由先天地理環境自然形成，若不經過現場實際測量，而選用規格落差太大的發電機，輕則發生使用效能不彰的能量與設備浪費情形，重者造成設備上的損失，是為目前風力發電發展在發電機選配使用上的困境與最大的缺點者。

所以，如何針對風力發電機使用上無法達到較佳機電整合，造成設備上浪費與損失等缺點進行發明者，是為本案所欲行解決的困難點所在。

本發明之主要目的在提供一種風力發電之垂直、水平軸葉片兩用測量裝置，可於發電機使用現場以實地測量出較精確扭力值來進行發電機選配，而組成最佳機電整合的風力發電結構，達到最佳效率運轉之使用進步性者。

本發明之次一目的在提供一種風力發電之垂直、水平軸葉片兩用測量裝置，有效避免發電機與葉片規格落差造成設備上浪費與損失，達到較佳設備維護與安全使用之多重進步性者。

為達上述目的，本發明包含於一機台上安裝一結合垂直軸 葉片的測量裝置、一結合水平軸葉片的測量裝置、一控制箱以及一個操作單元組成；測量裝置包含一扭力計在其軸心上下端分別與上側一轉速計的軸心下端、下側一電磁剎車的軸心上端結合，共同於一座板上組成同一軸線的上、中、下排列結合，而轉速計軸心上端提供與垂直、水平軸葉片的軸心結合；該控制箱內設有互相電性連結的一資料拮取器及一電源供應器，資料拮取器內建有可對連續動態性資料進行整理拮取記錄及檔案輸出的處理軟體，而與該測量裝置的轉速計、扭力計電性連結，電源供應器設有一供電的調節鈕，而與電磁剎車電性連結；該操作單元，藉由與控制箱的資料拮取器電性連結，組合而成可進行垂直、水平軸葉片的轉速測量與扭力測量之操作使用者。

承上述，該扭力計在軸心兩端與上側一轉速計的軸心下端、下側一電磁剎車的軸心上端間，分別各以一連軸器結合銜接，該轉速計上端軸心設一可與垂直、水平軸葉片軸心快速拆裝結合的軸接件者。

承上述，該測量裝置之座板設一可夾持扭力計的夾座，及設一可供電磁剎車結合固定座者。

承上述，該資料拮取器內建有可對連續動態性資料進行記錄及檔案輸出的記憶卡。

承上述，該扭力測量的操作係由連結電磁剎車的電源供應器的調節鈕調節對電磁剎車的供電，使電磁剎車對扭力計軸心形成一反向的磁抗扭力，藉以由扭力計輸出數值與電源供應器的供電量計算出相對的垂直軸葉片之動態扭力值。

承上述，該操作單元可為一電腦筆電。

為進一步瞭解本發明之構造、運用之技術手段即所預期達成之功效，茲舉數個較佳實施例並配合圖示詳細說明如下，相信本發明目的、特徵及其他特點，當可由此而得深入且具體之瞭解。

敬請參閱第三、四圖所示為本發明結構立體分解圖，本發明包含於一機台20上一結合垂直軸葉片30呈縱向安裝的測量裝置50、一結合水平軸葉片40呈橫向安裝的另一測量裝置50、一控制箱60以及一個操作單元70組成；其中：

測量裝置50，配合參閱第四圖所示，包含一扭力計52在其軸心上下端各設一連軸器521，分別與上側一轉速計51的軸心下端、下側一電磁剎車53的軸心上端結合，共同於一座板54上組成同一軸線的上、中、下排列結合，而轉速計51軸心上端設一可與垂直、水平軸葉片30、40軸心快速拆裝結合的軸接件511，座板54設一可夾持扭力計的夾座541，及設一可供電磁剎車53結合固定座542者。

控制箱60，箱內設有互相電性連結的一資料拮取器61及一電源供應器62，資料拮取器61內建有可對連續動態性資料進行整理拮取記錄及檔案輸出的處理軟體與記憶卡，其能以excel檔進行輸出與記錄，而與該測量裝置50的轉速計51、扭力計52電性連結，電源供應器62設有一供電的調節鈕621，而與電磁剎車53電性連結。

操作單元70，可為一電腦或筆電，可與控制箱60的資料拮取器61電性連結，組合而成可進行垂直、水平軸葉片的轉速測試與扭力測試之操作使用者。

上述結構之組合，該測量裝置50以其座板54可於機台2 0上以縱向(或橫向)結合安裝後，能由其轉速計51軸心上端的軸接件511提供垂直、水平軸葉片30、40軸心端結合，而組成如第五圖所示測量狀態之立體組合結構。

如第六圖所示為本發明進行測量操作之平面示意圖，即當垂直軸葉片30受風力驅動運轉時同時透過軸接件511帶動轉速計51與扭力計52迴轉，而在電源供應器62未供電給電磁剎車53形成磁抗扭力時，扭力計52只是空轉，資料拮取器61只能由電性連結的轉速計51取得動態的轉速之數據。

在第六圖中，如調節鈕之箭頭所示，當由電源供應器62調節鈕621旋轉而對電磁剎車53進行供電之調節時，使電磁剎車53對扭力計52軸心形成一與垂直軸葉片30反向的磁抗扭力，藉以由扭力計52輸出數值與電源供應器62的供電量計算出相對的垂直軸葉片30之動態扭力值，而由資料拮取器61處理軟體與記憶卡對連續動態性資料進行整理拮取記錄，並可將檔案輸出給操作單元70以進行其他延伸性的操作；且資料拮取器61的處理軟體與記憶卡能以excel檔進行輸出與記錄，讓輸出檔案資料可供進行統計與圖表之進一步分析與研究使用者。

俾本發明能以發電現場實際測量所得之精確數值進行發電機與葉片的選配，而組成最佳機電整合的風力發電機，達到風力發電之最佳效率運轉之使用進步性者。

如上所述本發明「風力發電之垂直、水平軸葉片兩用測量裝置」，能有效避免發電機與葉片規格落差造成設備上浪費與損失，達到較佳設備維護與安全使用之多重進 步性者。

綜上所述，當知本發明具有產業上利用性與進步性，且本發明未見於任何刊物，亦具新穎性，當符合專利法之規定，爰依法提出發明專利申請，懇請 貴審查委員惠准專利為禱。

20‧‧‧機台

30‧‧‧垂直軸葉片

40‧‧‧水平軸葉片

50‧‧‧測量裝置

51‧‧‧轉速計

511‧‧‧軸接件

52‧‧‧扭力計

521‧‧‧連軸器

53‧‧‧電磁剎車

54‧‧‧座板

541‧‧‧夾座

542‧‧‧固定座

60‧‧‧控制箱

61‧‧‧資料拮取器

62‧‧‧電源供應器

621‧‧‧調節鈕

70‧‧‧操作單元

第一圖：係習式水平軸風力發電機立體圖。

第二圖：係習式垂直軸風力發電機立體圖。

第三圖：係為本發明立體分解圖。

第四圖：係本發明測量裝置之立體分解圖。

第五圖：為本發明立體組合圖。

第六圖：為本發明進行測量操作之平面示意圖。

20‧‧‧機台

30‧‧‧垂直軸葉片

40‧‧‧水平軸葉片

50‧‧‧測量裝置

51‧‧‧轉速計

52‧‧‧扭力計

53‧‧‧電磁剎車

54‧‧‧座板

60‧‧‧控制箱

61‧‧‧資料拮取器

62‧‧‧電源供應器

621‧‧‧調節鈕

70‧‧‧操作單元

Claims (5)

1. 一種風力發電之垂直、水平軸葉片兩用測量裝置，包含於一機台上安裝一結合垂直軸葉片的測量裝置、一結合水平軸葉片的測量裝置、一控制箱以及一個操作單元組成；其中：測量裝置，包含一扭力計在其軸心上、下端分別設一連軸器，而分別與上側一轉速計的軸心下端、下側一電磁剎車的軸心上端相對結合銜接，共同於一座板上組成同一軸線的上、中、下排列結合，而轉速計軸心上端設一軸接件，提供與垂直、水平軸葉片的軸心結合；控制箱，箱內設有互相電性連結的一資料拮取器及一電源供應器，資料拮取器內建有可對連續動態性資料進行整理拮取記錄及檔案輸出的處理軟體，而與該測量裝置的轉速計、扭力計電性連結，電源供應器設有一供電的調節鈕，而與電磁剎車電性連結；操作單元，藉由與控制箱的資料拮取器電性連結，組合而成可進行垂直、水平軸葉片的轉速測量與扭力測量之操作使用者。
2. 如申請專利範圍第1項所述之風力發電之垂直、水平軸葉片兩用測量裝置，其中，該測量裝置之座板設一可夾持扭力計的夾座，及設一可供電磁剎車結合固定座者。
3. 如申請專利範圍第1項所述之風力發電之垂直、水平軸葉片兩用測量裝置，其中，該資料拮取器內建有可對連續動態性資料進行記錄及檔案輸出的記憶卡。
4. 如申請專利範圍第1項所述之風力發電之垂直、水平軸葉片兩用測量裝置，其中，該扭力測量的操作係由連結電磁剎車 的電源供應器的調節鈕調節對電磁剎車的供電，使電磁剎車對扭力計軸心形成一反向的磁抗扭力，藉以由扭力計輸出數值與電源供應器的供電量計算出相對的垂直軸葉片之動態扭力值。
5. 如申請專利範圍第1至5項所述之風力發電之垂直、水平軸葉片兩用測量裝置，其中，該操作單元可為一電腦、筆電。