TWI571563B - 流體發電裝置 - Google Patents

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TWI571563B
TWI571563B TW102148561A TW102148561A TWI571563B TW I571563 B TWI571563 B TW I571563B TW 102148561 A TW102148561 A TW 102148561A TW 102148561 A TW102148561 A TW 102148561A TW I571563 B TWI571563 B TW I571563B
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賴柔安
黃祉穎
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賴心玟
詹惠宇
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魏志鴻
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Description

流體發電裝置
本發明係有關於一種流體發電裝置，尤指一種利用風力或水力等流體來進行發電的流體發電裝置。
近年來，對於環境問題及石化燃料的日漸耗竭而逐漸受到關注，解決對策的方式之一則是如何運用風能、水能或太陽能等天然資源，此等天然資源具有取之不盡用之不竭的諸多優點，已逐漸受到學術界和產業界所重視。其中風力發電裝置是以葉輪來承受風力，並利用葉輪所產生的機械能透過發電機的運作轉換為電力輸出。水力發電裝置是以水力來代替風力，且與風力發電裝置同樣地具備發電機。
習知風力發電裝置，主要包括一發電機及一葉輪；發電機具有一轉軸、一轉子及一定子，轉子對應於定子配設，葉輪固定在轉軸；當葉輪受到風力的吹動時，葉輪將帶動轉軸和轉子一起轉動，利用定子與轉子的激磁作用而產生電流，進而達到發電的效果。
然而，習知的發電裝置在實際的使用過程中，仍存在有以下的缺點，由於其電力的產生僅靠轉子受葉輪帶動旋轉而 得，其所能生成的電力相當有限。另當葉輪的規格被擴增到某一特定尺寸後，用以致動葉輪轉動的風速必須跟隨增加，因此常常因為風速不足而令發電機待機的窘況，前述的原因皆將造成發電裝置的發電效能不彰。
本發明之一目的，在於提供一種流體發電裝置，其係利用第一驅動輪帶動第一從動輪轉動，第二驅動輪帶動第二從動輪轉動，以達成提昇發電機組的發電量。
為了達成上述之目的，本發明係提供一種流體發電裝置，包括一承載座、一動力產生機構、一傳動機構及一發電機組；該動力產生機構架設在該承載座上，該動力產生機構包含一主軸、一第一驅動輪、一第二驅動輪及一葉輪，該葉輪、該第一驅動輪和該第二驅動輪分別套接該主軸且彼此同步轉動；該傳動機構架設在該承載座並對應於該動力產生機構配設，該傳動機構包含一第一傳動組件及一第二傳動組件，該第一傳動組件包含一從動軸及固接該從動軸的一第一從動輪，該第一從動輪受該第一驅動輪驅動而旋轉，該第二傳動組件包含套接該從動軸的一中空筒體及固接該中空筒體的一第二從動輪，該第二從動輪受該第二驅動輪驅動而旋轉，且該從動軸的旋轉方向和該中空筒體的旋轉方向相反；該發電機組包括一主轉子及對應該主轉子配設的一副轉子，該主轉子固接在該從動軸且跟隨轉動，該副轉子固接在該中空筒體且跟隨轉動。
為了達成上述之目的，本發明係提供另一種流體發電裝置，包括一承載座、一動力產生機構、一傳動機構及一發電機組；該動力產生機構架設在該承載座上，該動力產生機構包含一主軸、一第一驅動輪、一第二驅動輪、一副軸、一葉輪及一副葉輪，該葉輪和該第一驅動輪分別套接該主軸且彼此同步轉動，該副葉輪和該第二驅動輪分別套接該副軸且彼此同步轉動；該傳動機構架設在該承載座並對應於該動力產生機構配設，該傳動機構包括一第一傳動組件及一第二傳動組件，該第一傳動組件包含一從動軸及固接該從動軸的一第一從動輪，該第一從動輪受該第一驅動輪驅動而旋轉，該第二傳動組件包含套接該從動軸的一中空筒體及固接該中空筒體的一第二從動輪，該第二從動輪受該第二驅動輪驅動而旋轉，且該從動軸的旋轉方向和該中空筒體的旋轉方向相反；該發電機組包括一主轉子及對應該主轉子配設的一副轉子，該主轉子固接在該從動軸且跟隨轉動，該副轉子固接在該中空筒體且跟隨轉動。
本發明還具有以下功效，第一點，藉由磁斥結構的設計得以讓啟動時的旋轉扭力變小；第二點，利用第一驅動輪和第二驅動輪的妥適配置，可在主軸開始轉動時及轉動過程中的摩擦力獲得降低；第三點，利用第一從動輪和第二從動輪的同軸設置，可使從動軸在轉動時可達到較為平衡的轉動效果，以降低發生各轉子不平衡的狀況，進而延長流體發電裝置的壽命。
1‧‧‧流體發電裝置
10‧‧‧承載座
11‧‧‧第一支撐架
12‧‧‧第二支撐架
20‧‧‧傳動機構
201‧‧‧第一傳動組件
202‧‧‧第二傳動組件
21‧‧‧從動軸
211‧‧‧連接段
212‧‧‧圓盤
22‧‧‧中空筒體
23‧‧‧第一從動輪
24‧‧‧第二從動輪
30‧‧‧動力產生機構
31‧‧‧主軸
32‧‧‧第一驅動輪
321‧‧‧穿孔
33‧‧‧第二驅動輪
331‧‧‧孔洞
34‧‧‧副軸
35‧‧‧葉輪
351‧‧‧主葉片
36‧‧‧副葉輪
40‧‧‧發電機組
41‧‧‧主轉子
411‧‧‧線圈
42‧‧‧副轉子
421‧‧‧永久磁鐵
60‧‧‧磁斥結構
61‧‧‧第一環框
611‧‧‧嵌固孔
62‧‧‧第二環框
621‧‧‧固定孔
63‧‧‧第一磁性組件
631‧‧‧主磁性單元
632‧‧‧副磁性單元
64‧‧‧第二磁性組件
641‧‧‧主磁性單元
624‧‧‧副磁性單元
70‧‧‧集風罩
71‧‧‧直管段
711‧‧‧通孔
72‧‧‧入風段
W‧‧‧風作用力
R‧‧‧第一方向
L‧‧‧第二方向
第一圖 係本發明第一實施例之示意圖。
第二圖 係本發明第一實施例之立體圖。
第三圖 係本發明第一實施例之分解圖。
第四圖 係本發明第一實施例之使用狀態圖(一)。
第五圖 係本發明第一實施例之使用狀態圖(二)。
第六圖 係本發明第二實施例之使用狀態圖。
第七圖 係本發明第三實施例之使用狀態圖。
第八圖 係本發明第四實施例之使用狀態圖。
第九圖 係本發明第五實施例之使用狀態圖。
第十圖 係本發明第六實施例之使用狀態圖。
有關本發明之詳細說明及技術內容，配合圖式說明如下，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
請參照第一圖所示，係為本發明第一實施例之示意圖，本發明係提供一種流體發電裝置1，其是利用風力、水力或洋流等流體來產生電力，此流體發電裝置1主要包括有一承載座10、一傳動機構20、一動力產生機構30及一發電機組40。
請參照第二及三圖所示，係分別為本發明第一實施例之立體圖及分解圖，承載座10包含一第一支撐架11及一第二支撐架12。
傳動機構20架設在承載座10並對應於動力產生機構30 配設，傳動機構20包含一第一傳動組件201及一第二傳動組件202，第一傳動組件201包含一從動軸21(如圖四)及第一從動輪23；第二傳動組件202包含一中空筒體22及一第二從動輪24；中空筒體22套設在從動軸21外部，從動軸21的一端向外延伸穿出中空筒體22並形成一連接段211；第一從動輪23固定在連接段211上，第二從動輪24固定在中空筒體22的外部，第一從動輪23和第二從動輪24係為一斜齒輪。
動力產生機構30包含一主軸31、一第一驅動輪32及一第二驅動輪33及一葉輪35；主軸31的兩端分別和第一支撐架11和第二支撐架12連接，動力產生機構30位在第一支撐架11和第二支撐架12之間；第一驅動輪32、第二驅動輪33及葉輪35分別固定在主軸31，第一驅動輪32和第一從動輪23嚙合，第二驅動輪33和第二從動輪24嚙合；使之主軸31轉動時，能夠使第一驅動輪32帶動第一從動輪23轉動，第二驅動輪33能夠帶動第二從動輪24轉動，且從動軸21的旋轉方向和中空筒體22的旋轉方向相反；另外，第一驅動輪32的外周面開設呈間隔排列的複數穿孔321，第二驅動輪33的外周面亦開設呈間隔排列的複數孔洞331；另外，第一驅動輪32和第二驅動輪33係分別為一斜齒輪。
葉輪35固定在主軸31；葉輪35具複數主葉片351，各主葉片351以主軸31為中心呈等間隔環繞的方式排列，因此葉輪35係為一逆向葉輪。
發電機組40包含包括一主轉子41及對應主轉子41配設的一副轉子42，該主轉子41固接在從動軸21且跟隨轉動，副轉子42固接在中空筒體22且跟隨轉動；主轉子41為環繞固定於從動軸21外部的複數線圈411組成；副轉子42為為固定在中空筒體22外周面的複數永久磁鐵421，該些永久磁鐵421係由極性相反且呈交錯排列的磁鐵所組成。
進一步，本案的流體發電裝置1更包括一磁斥結構60，磁斥結構60設置在第一支撐架11和第二支撐架12之間；磁斥結構60包含一第一環框61、一第二環框62、一第一磁性組件63及一第二磁性組件64；第一環框61環設在第一驅動輪32外部，第一環框61的內周面開設有呈間隔排列的複數嵌固孔611；第二環框62環設在第二驅動輪33外部，第二環框62的內周面開設有呈間隔排列的複數固定孔621；第一磁性組件63安裝在第一驅動輪32和第一環框61之間，第二磁性組件64安裝在第二驅動輪33和第二環框62之間。
第一磁組件63包含有複數主磁性單元631及複數副磁性單元632，每一主磁性單元631固定在第一驅動輪32的每一穿孔321內，每一副磁性單元632固定在第一環框61的每一嵌固孔611內；每一主磁性單元631和每一副磁性單元632呈相對應配設且係為同極性。
第二磁性組件64包含有複數主磁性單元641及複數副磁性單元642，每一主磁性單元641固定在第二驅動輪33的每 一孔洞331內，每一副磁性單元642固定在第二環框62的每一固定孔621內；每一主磁性單元641和每一副磁性單元642呈相對應配設且係為同極性。
請參照第四及五圖所示，係分別為本發明第一實施例之使用狀態圖(一)及使用狀態圖(二)，此流體發電裝置1可用於水力或風力等流體的應用，當用於風力發電時，流體發電裝置1受一風形成的風作用力W驅動時，其葉輪35會帶動主軸31往一第二方向L旋轉，令第一驅動輪32帶動第一從動輪23和從動軸21朝一第一方向R轉動，而第二驅動輪33帶動第二從動輪24和中空筒體22朝第二方向L轉動；第一方向R為一順時針方向，第二方向L為一逆時針。
藉此使主轉子41與副轉子42產生相對運動，使主轉子41的各線圈411內產生電流，以達到發電的效果。
由於第一驅動輪32帶動第一從動輪23往第一方向R轉動，而第二驅動輪33帶動第二從動輪24往第二方向L轉動，進而帶動固定於中空筒體22上的副轉子42和固定在從動軸21的主轉子41互相往相反的方向轉動，以在同一單位時間下，增加主轉子41與副轉子42之間因相對運動所產生的相對距離，而增加主轉子41與副轉子42的相對速率，而提高主轉子41內所產生的電流量，而提升流體發電裝置1的發電效果。
另外，可由於第一磁組件63的每一主磁性單元631和第一磁組件63的每一副磁性單元632係為相同極性，且第二磁 組件64的每一副磁性單元641和第二磁組件64的每一主磁性單元642亦係為相同極性，因此使之第一驅動輪32相對於第一環框61轉動時，可因第一磁組件63的每一主磁性單元631和第一磁組件63的每一副磁性單元632磁力相斥的原理，以降低起動時的旋轉扭力；同理，而第二驅動輪開始轉動時及轉動過程中，也可因可因第二磁組件64的每一主磁性單元641和第二磁組件64的每一副磁性單元642磁力相斥的原理，而降低起動時的旋轉扭力。
請參照第六圖所示，係為本發明第二實施例之使用狀態圖，與前述實施例主要的區別在於，動力產生機構30更包含有至少一副葉輪36及一副軸34。
第一驅動輪32固定在主軸31，第二驅動輪33固定在副軸34，主軸22和副軸23的兩端分別和第一支撐架11和第二支撐架12連接；葉輪35固定在主軸31，副葉輪36固定在副軸34；葉輪35為一順向葉輪，副葉輪36為一逆向葉輪。另外，第一從動輪23、第二從動輪24、第一驅動輪32及第二驅動輪33分別係為一斜齒輪。
使之葉輪35及副葉輪36受風作用力W驅動時，葉輪35會帶動主軸31往第一方向R旋轉，令第一驅動輪32帶動第一從動輪23和從動軸21朝第一方向R轉動，同時間，副葉輪36帶動副軸34往第二方向L轉動，第二驅動輪33帶動第二從動輪24和中空筒體22第二方向L轉動；第一方向R為一順時 針方向，該第二方向L為一逆時針，藉此令固定在從動軸21的主轉子41和固定在中空筒體22的副轉子42能夠往相互相反的方向轉動，亦可達到使流體發電裝置1提高發電量的效果。
請參照第七圖所示，係為本發明第三實施例之使用狀態圖，與前述實施例主要的區別在於，其第一環框61亦可環設在固定在主軸31的第一驅動輪32外部，而第二環框62亦可環設在固定在副軸34的第二驅動輪33外部，而第一磁組件63亦可安裝在第一驅動輪32和第一環框61之間，第二磁性組件64亦可安裝在第二驅動輪33和第二環框62之間，藉此亦可利用第一磁組件63和第二磁性組件64的每一第一磁性單元631、641和每一第二磁性單元632、642的互斥力，以降低起動時的旋轉扭力。
請參照第八圖所示，係為本發明第四實施例之使用狀態圖，與前述各實施例主要的區別在於，從動軸21遠離連接段211的一端連接有一圓盤212，第一環框61亦可環設在圓盤212的外部，第二環框62亦可環設在中空筒體22的外部，第一磁性組件63亦可安裝在圓盤212和第一環框61之間，第二磁性組件64亦可安裝在中空筒體22和第二環框62之間。
第一磁性組件63包含有固定在圓盤212外周面的複數主磁性單元631及固定在第一環框61內周面的複數副磁性單元632，每一主磁性單元631和每一副磁性單元632呈相對應配設且係為同極性。
第二磁性組件64包含有固定在中空筒體22外周面的複數主磁性單元641及固定在第二環框62內周面的複數副磁性單元642，每一主磁性單元641和每一副磁性單元642呈相對應配設且係為同極性。藉此可利用每一主磁性單元641和每一副磁性單元642之間的互斥力，以降低起動時的旋轉扭力。
請參照第九圖所示，係為本發明第五實施例之使用狀態圖，與前述各實施例主要的區別在於，中空筒體22外部亦可環設一第二環框62，而從動軸21的外部並未設置第一環框61，並中空筒體22和第二環框62之間安裝有一第二磁性組件64，並無再從動軸21和第一環框61之間安裝有第一磁性組件63的結構，亦可以降低起動時的旋轉扭力。
請參照第十圖所示，係為本發明第六實施例之使用狀態圖，其與前述各實施例主要的區別在於，更包括一集風罩70，其是設置在葉輪35的前方位置，此集風罩70主要由一圓形直管段71和連接在直管段71端部的一漏斗狀入風段72所構成，在直管段71開設有多數的通孔711，當流體從入風段72進入集風罩70的內部時將先經壓縮增速後再流入直管段71內，如此可使外部的流體從各通孔711進入直管段71內來增加流體的輸出量，進而提高葉輪35的旋轉速度。
綜上所述，當知本發明之流體發電裝置已具有產業利用性、新穎性與進步性，又本發明之構造亦未曾見於同類產品及 公開使用，完全符合發明專利申請要件，爰依專利法提出申請。
1‧‧‧流體發電裝置
10‧‧‧承載座
11‧‧‧第一支撐架
12‧‧‧第二支撐架
20‧‧‧傳動機構
21‧‧‧從動軸
22‧‧‧中空筒體
23‧‧‧第一從動輪
24‧‧‧第二從動輪
31‧‧‧主軸
32‧‧‧第一驅動輪
33‧‧‧第二驅動輪
35‧‧‧葉輪
351‧‧‧主葉片
60‧‧‧磁斥結構
61‧‧‧第一環框
62‧‧‧第二環框

Claims (9)

  1. 一種流體發電裝置，包括：一承載座，包含呈間隔配設的一對第一支撐架及一對第二支撐架；一動力產生機構，架設在該承載座上，該動力產生機構包含一主軸、一第一驅動輪、一第二驅動輪及一葉輪，該葉輪、該第一驅動輪和該第二驅動輪分別套接該主軸且彼此同步轉動，且該主軸的兩端分別穿接該第一支撐架和該第二支撐架，使該第一驅動輪與該第二驅動輪相對應設置；一傳動機構，架設在該承載座並對應於該動力產生機構配設，該傳動機構包含一第一傳動組件及一第二傳動組件，該第一傳動組件包含一從動軸及固接該從動軸的一第一從動輪，該第一從動輪受該第一驅動輪驅動而旋轉，該第二傳動組件包含套接該從動軸的一中空筒體及固接該中空筒體的一第二從動輪，該第二從動輪受該第二驅動輪驅動而旋轉，且該從動軸的旋轉方向和該中空筒體的旋轉方向相反，其中該第一從動輪、該第二從動輪、該第一驅動輪及該第二驅動輪分別係為一斜齒輪，且該主軸垂直於該從動軸；以及一發電機組，包括一主轉子及對應該主轉子配設的一副轉子，該主轉子固接在該從動軸且跟隨轉動，該副轉子固接在該中空筒體且跟隨轉動。
  2. 如請求項1所述之流體發電裝置，其更包括設置在該第一支撐架和該第二支撐架之間的一磁斥結構，該磁斥結構包含環設在該第一驅動輪外部的一第一環框、環設在該第二驅動輪外部的一第二環框、安裝在該第一驅動輪和該第一環框之間的一第一磁性組件及安裝在該第二驅動輪和該第二環框之間的一第二磁性組件。
  3. 如請求項2所述之流體發電裝置，其中該第一驅動輪的外周面開設呈間隔排列的複數穿孔，該第一環框的內周面開設有呈間隔排列的複數嵌固孔，該第一磁性組件包含有分別固定在該等穿孔內的複數主磁性單元及分別固定在該等嵌固孔內的複數副磁性單元，每一該主磁性單元和每一該副磁性單元呈相對應配設且為相同磁極。
  4. 如請求項2所述之流體發電裝置，其中該第二驅動輪的外周面開設呈間隔排列的複數孔洞，該第二環框的內周面開設有呈間隔排列的 複數固定孔，該第二磁性組件包含有分別固定在該等孔洞內的複數主磁性單元及分別固定在該等固定孔內的複數副磁性單元，每一該主磁性單元和每一該副磁性單元呈相對應配設且為相同磁極。
  5. 如請求項1所述之流體發電裝置，其更包括一磁斥結構，該從動軸連接有一圓盤，該磁斥結構包含環設在該圓盤外部的一第一環框及安裝在該圓盤和該第一環框之間的一第一磁性組件，該第一磁性組件包含有固定在該圓盤外周面的複數主磁性單元及固定在該第一環框內周面的複數副磁性單元，每一該主磁性單元和每一該副磁性單元呈相對應配設且係為同極性。
  6. 如請求項1所述之流體發電裝置，其更包括一磁斥結構，該磁斥結構包含環設在該中空筒體外部的一第二環框及安裝在該中空筒體和該第二環框之間的一第二磁性組件，該第二磁性組件包含有固定在該中空筒體外周面的複數主磁性單元及固定在該第二環框內周面的複數副磁性單元，每一該主磁性單元和每一該副磁性單元呈相對應配設且為相同磁極。
  7. 如請求項1所述之流體發電裝置，其中該主轉子包含複數線圈，各該線圈間隔佈設在該從動軸周圍，該副轉子為固定在該中空筒體外周面的複數永久磁鐵，該些永久磁鐵係由極性相反且呈交錯排列的磁鐵所組成。
  8. 如請求項1所述之流體發電裝置，其更包括一集風罩，該集風罩是設置在該葉輪的前方位置。
  9. 如請求項8所述之流體發電裝置，其中該集風罩包含一圓形直管段和連接在該直管段端部的一漏斗狀入風段。
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