TWI546449B - 波浪發電系統及其運動控制模組 - Google Patents

Description

波浪發電系統及其運動控制模組

一種波浪發電系統及其運動控制模組，特指一種能夠改變共振週期，以提升發電效率之運動控制模組與使用該運動控制模組之波浪發電系統。

現有的波浪發電系統包含有一浮體、一運動模組、一延伸管與一穩波板。穩波板的頂端連接有延伸管。延伸管的頂端連接有運動模組。運動模組的頂端係穿設於浮體中，並且該頂端係連接該浮體，該浮體中具有一發電機組。前述之浮體與運動模組可視為一上浮體。該延伸管與該穩波板係能夠被視為一下浮體。

穩波板係利用多根纜繩，纜繩可為鋼索、人造纖維、鐵鍊等材料，以使穩波板拘束於海面以下，部分的浮體係浮於海面以上。當波浪通過波浪發電機時，上浮體屬於一相對運動端，下浮體屬於一相對穩定端，利用上、下浮體的相對運動帶動發電機轉動產生電能。

波浪發電機屬於一振動系統，其發電效率隨波浪週期變化，當系統自然週期與波浪週期相同時，即發生共振現象，此時發電效率最高，然而當波浪週期在遠離共振區域時發電效率將會大幅度的下降，因此若能讓高發電效率的週期範圍增加，則能擷取更多的波能，將是突破的關鍵重點。

本發明之技術手段在於提供一種波浪發電系統，其包含有： 一穩波板；一延伸管，其係設於該穩波板的頂端；一運動模組，其係設於該延伸管的頂端；一浮體，其係設於該運動模組的頂端，該運動模組的頂端係穿設於該浮體中，並且該頂端係連接該浮體；以及一運動控制模組，其包含有：一座體，其係設於該穩波板；一驅動單元，其係設於該座體；以及多個葉片，其係耦接該驅動單元。

本發明復提供一種運動控制模組，其係應用於一波浪發電系統，該運動控制模組具有：一座體；一驅動單元，其係設於該座體；以及多個葉片，其係耦接該驅動單元。

10‧‧‧穩波板

11‧‧‧聯結管

12‧‧‧延伸管

13‧‧‧運動模組

14‧‧‧浮體

140‧‧‧發電機組

2‧‧‧運動控制模組

20‧‧‧座體

200‧‧‧透孔

201‧‧‧容槽

21‧‧‧驅動單元

210‧‧‧驅動件

211‧‧‧齒輪組

2110‧‧‧主齒輪

2111‧‧‧副齒輪

22‧‧‧驅動桿

23‧‧‧葉片

230‧‧‧拉動件

24‧‧‧控制單元

A、B、C、D、E、F、G‧‧‧曲線

第1圖為本發明之一種波浪發電系統之立體示意圖。

第2圖為一穩波板之立體示意圖。

第3圖為一運動控制模組之立體示意圖。

第4圖為運動控制模組之座體於葉片閉合透孔之立體示意圖。

第5圖為運動控制模組之座體於葉片開啟透孔之立體示意圖。

第6圖為驅動單元、葉片與驅動桿之局部動作示意圖。

第7圖為附加質量與波浪週期之對應圖。

第8圖為發電效率與波浪週期之對應圖。

以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，所屬技術領域中具有通常知識者可由本說明書所揭示之內容，輕易地瞭解本發明之其他優點與功效。

請配合參考第1圖所示，本發明之一種波浪發電系統，其具 有一穩波板10、多個聯結管11、一延伸管12、一運動模組13、浮體14與一運動控制模組2。前述之穩波板10、聯結管11與延伸管12係能夠被視為一下浮體，該下浮體以纜繩拘束於海面以下。

請配合參考第2圖所示，該些聯結管11的一端係連接於穩波板10的頂端。

延伸管12的一端係連接該些聯結管11的另端。

運動模組13的一端係連接延伸管12的另端，運動模組13的另端係穿設於浮體14中，並且該另端係與浮體14連接。

浮體14具有一發電機組140，發電機組140係設於浮體14的內部。

請配合參考第3圖、第4圖、第5圖所示，運動控制模組2具有一座體20、一驅動單元21、複數個驅動桿22、複數個葉片23與一控制單元24。

座體20係設於穩波板10，座體20具有一透孔200，於透孔200的內緣處具有多個容槽201，透孔200與該些容槽201為同圓心，透孔200可為圓形或多邊形。

驅動單元21係設於座體20，於本實施例中，驅動單元係設於透孔200，其係便於論述本發明，而非限制本發明。請配合參考第6圖所示，驅動單元21具有一驅動件210與一齒輪組211。

驅動件210為一馬達、一油壓缸或一氣壓缸。齒輪組211具有一主齒輪2110與多個副齒輪2111。主齒輪2110係耦接驅動件210，主齒輪2110為一斜齒輪或一傘齒輪。副齒輪2111係嚙合主齒輪2110，副齒輪2111為一傘齒輪。

驅動桿22係設於座體20，驅動桿22的一端係朝向驅動單元21方向延伸，並且該端係耦接副齒輪2111。驅動桿22為一螺桿。

葉片23係設於透孔200與容槽201之間，葉片23面對驅動桿22的一面具有一拉動件230，拉動件230係連動驅動桿22，若拉動件230為一齒條，齒條係嚙合為螺桿的驅動桿22。

控制單元24係信號連接驅動件210，若驅動件210為馬達，控制單元24係電性連接驅動件210。假若驅動件210為油壓缸， 則控制單元24係以管路連接驅動件210，以輸出一油壓給驅動件210或回收來自驅動件210之油壓。控制單元24係設於浮體14。而若驅動件210為氣壓缸，則控制單元24係以管路連接驅動件210，以輸出一氣壓給驅動件210或回收來自驅動件210之氣壓。如前所述，該驅動件210係為電力或壓力所啟動。

如第3至6圖所示，控制單元24係用於控制驅動單元21，以控制葉片23對於透孔200之開合。舉例而言，當控制單元24啟動驅動件210時，相互嚙合的主齒輪2110與副齒輪2111就會開始轉動，進而使得驅動桿22開始轉動，因拉動件230與驅動桿22相互嚙合，故葉片23會相對於透孔200移動，進而產生開啟透孔200或閉合透孔200的效果。

穩波板10係利用多根纜繩，以使穩波板10拘束於海面以下，部分的浮體14係浮於海面以上。當波浪作用於浮體14時，浮體14係相對於運動模組13上下移動，而浮體14於上下移動的過程中，以使浮體14的發電機組140產生有電能。

然而波浪發電系統所設置的海域於不同的月份或季節會具有較長的週期波浪或較短的週期波浪，本發明係於穩波板10裝設有一運動控制模組2，運動控制模組2係控制位於穩波板10之透孔200的開孔之孔徑，進而改變系統的共振週期，使之與不同的月份或季節的波浪週期能夠相同或趨於一致，藉此達到共振現象以獲取較高的發電效能，其係詳述如下。

請配合參考第7圖所示，透孔200的開度係會影響下浮體的附加質量。舉例而言，如曲線A所示，當透孔200承閉合狀態時，下浮體的附加質量最高。

曲線B為部份的葉片23縮入容槽201中，而使透孔200的開孔直徑約為3公尺，如曲線B所示，因透孔200已被開啟至一第一設定範圍，所以曲線B的附加質量係小於曲線A的附加質量。

曲線C為透孔的開孔直徑約為5公尺，如曲線C所示，透孔200又被開啟至一第二設定範圍，第二設定範圍係大於第一設定範圍，所以曲線C的附加質量係小於曲線B的附加質量。

如上所述，透孔200的開度係在於改變下浮體的附加質量，進而改變系統的自然週期。

請配合參考第8圖所示，曲線D為透孔200承閉合狀，共振週期為5.75秒，對應之發電效率為28.64%，發電效率大於25%之波浪週期波浪為介於5.2~6秒。

曲線E為透孔的的開孔直徑約為3公尺，曲線E係能夠對應第7圖之曲線B，曲線E的共振週期為5.25秒，對應之發電效率為27.29%，發電效率大於25%之波浪週期為4.6~5.5秒。

曲線F為透孔的的開孔直徑約為4公尺，共振週期為4.75秒，對應之發電效率為26.91%，發電效率大於25%之波浪週期為4.4~5.4秒。

曲線G為透孔的開孔直徑約為5公尺，曲線G係能夠對應第7圖之曲線C，曲線G的共振週期為4.75秒，對應之發電效率為27.26%，發電效率大於25%之波浪週期為4.4~5.2秒。

如上所述，本發明係可依據不同月份或季節的波浪週期特性，透過控制透孔直徑的大小改變系統自然週期，藉以與波浪達到共振提升發電效率，使得發電效率大於25%之波浪週期範圍可擴大為4.4s~6s，增加高發電效率的週期寬度(頻寬)，進而提升發電機組的裝置容量因子或總發電量。

綜合上述，本發明之運動控制模組能夠具有至少一座體或多個座體，該至少一座體或該些座體能夠設置於穩波板的任一位置。

座體之透孔的開度係由葉片所控制，而葉片之開啟或閉合係由驅動單元所控制。控制單元係以電力或壓力啟動驅動單元，而使葉片形成一無段開孔機構，故能夠自由控制透孔之開度。

所以當透孔的開度被控制後，故能夠影響本發明之波浪發電系統的發電效率，受到控制的共振週期就能夠迎合短週期波浪與長週期波浪，以提升總年度的發電量。

以上所述之具體實施例，僅係用於例釋本發明之特點及功效，而非用於限定本發明之可實施範疇，於未脫離本發明上揭之 精神與技術範疇下，任何運用本發明之可實施範疇，於未脫離本發明上揭之精神與技術範疇揭露所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。

10‧‧‧穩波板

11‧‧‧聯結管

12‧‧‧延伸管

13‧‧‧運動模組

14‧‧‧浮體

140‧‧‧發電機組

2‧‧‧運動控制模組

22‧‧‧驅動桿

Claims (11)

1. 一種波浪發電系統，其包含有：一穩波板；一延伸管，其係設於該穩波板的頂端；一運動模組，其係設於該延伸管的頂端；一浮體，其係設於該運動模組的頂端，該運動模組的頂端係穿設於該浮體中，並且該頂端係連接該浮體；以及一運動控制模組，其包含有：一座體，其係設於該穩波板，該座體具有一透孔，該透孔的內緣處具有多個容槽，該透孔與該容槽同圓心；一驅動單元，其係設於該座體；以及多個葉片，其係耦接該驅動單元，該葉片係位於該透孔與該容槽之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之波浪發電系統，其中該驅動單元具有一驅動件與一齒輪組，該齒輪組具有一主齒輪與多個副齒輪，該些副齒輪係嚙合該主齒輪，該主齒輪係耦接該驅動件；該運動控制模組更具有多個驅動桿，該驅動桿的一端係朝向該驅動單元方向延伸，並且該端係耦接該副齒輪；該葉片面對該驅動桿的一面具有一拉動件，該拉動件係連動該驅動桿。
3. 如申請專利範圍第2項所述之波浪發電系統，其中該驅動件為一馬達、一油壓缸或一氣壓缸；該主齒輪為一斜齒輪或一傘齒輪；該副齒輪為一傘齒輪；該驅動桿為一螺桿；該拉動件為一齒條。
4. 如申請專利範圍第2項所述之波浪發電系統，其中該運動控制模組更具有一控制單元，該控制單元係信號連接該驅動件。
5. 如申請專利範圍第4項所述之波浪發電系統，其中該控制單元係設於該浮體。
6. 如申請專利範圍第1項所述之波浪發電系統，其中該浮體具有一發電機組。
7. 如申請專利範圍第1項所述之波浪發電系統，其更具有多個聯 結管，該些聯結管係設於該穩波板與該延伸管之間。
8. 一種運動控制模組，其係應用於一波浪發電系統，該運動控制模組包含有：一座體，其具有一透孔，該透孔的內緣處具有多個容槽，該透孔與該容槽同圓心；一驅動單元，其係設於該座體；以及多個葉片，其係耦接該驅動單元，該葉片係位於該透孔與該容槽之間。
9. 如申請專利範圍第8項所述之運動控制模組，其中該驅動單元具有一驅動件與一齒輪組，該齒輪組具有一主齒輪與多個副齒輪，該些副齒輪係嚙合該主齒輪，該主齒輪係耦接該驅動件；該運動控制模組更具有多個驅動桿，該驅動桿的一端係朝向該驅動單元方向延伸，並且該端係耦接該副齒輪；該葉片面對該驅動桿的一面具有一拉動件，該拉動件係連動該驅動桿。
10. 如申請專利範圍第9項所述之運動控制模組，其中該驅動件為一馬達、一油壓缸或一氣壓缸；該主齒輪為一斜齒輪或一傘齒輪；該副齒輪為一傘齒輪；該驅動桿為一螺桿；該拉動件為一齒條。
11. 如申請專利範圍第9項所述之運動控制模組，其中該運動控制模組更具有一控制單元，該控制單元係信號連接該驅動件。