TWI635216B - 風力發電裝置 - Google Patents

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Abstract

一種風力發電裝置，包括轉子組件與安裝於轉子組件外的定子組件。轉子組件包含轉動件、及固定於轉動件的第一磁力模組與第二磁力模組。轉動件具有柱體及相連於柱體的螺旋式葉片。第一與第二磁力模組位於螺旋式葉片外側並沿著柱體徑向彼此相向。轉子組件定義有圍繞於螺旋式葉片外側且位於第一與第二磁力模組之間的環形間隙。定子組件包含框體、相連於框體的定位件、及固定於定位件並設置於環形間隙內的感應模組。螺旋式葉片能被風力驅動，以使轉子組件相對於定子組件轉動，並使第一與第二磁力模組之間的區域掃過感應模組而產生感應電流。

Description

風力發電裝置
本發明涉及一種發電裝置，尤其涉及一種通過螺旋式葉片驅動的風力發電裝置。
現有的風力發電裝置大都是透過風力驅使葉片轉動而後產生能量，舉例來說：現有風力發電裝置通過設置大型葉片，以使接觸風力的面積增加。但即便如此，現有風力發電裝置通過風力轉動葉片所產生的能量也極為有限。有鑑於此，如何利用有限的風力驅動風力發電裝置，藉以產生更大的發電量，此已成為本領域重視的課題之一。
再者，現有風力發電裝置包含有第一磁力模組、固定於第一磁力模組的感應線圈、及第二磁力模組。上述第一磁力模組與感應線圈會同步旋轉，藉以在沿經第二磁力模組時，能使感應線圈產生電流。然而，由於第一磁力模組會與第二磁力模組產生相對移動，所以在移動的過程中，第一磁力模組與第二磁力模組之間的磁吸力則成為轉子轉動的阻力，不利於現有風力發電裝置進行發電作業。
於是，本發明人認為上述缺陷可改善，乃特潛心研究並配合科學原理的運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺陷的本發明。
本發明實施例在於提供一種風力發電裝置，其能改善現有風力發電裝置所產生的缺失。
本發明實施例公開一種風力發電裝置，包括：一轉子組件，包含：一轉動件，具有一柱體、相連於所述柱體的一螺旋式葉片、固定於所述柱體的一第一承載體、及位於所述第一承載體外側的一第二承載體；一第一磁力模組，固定於所述第一承載體並且位於所述螺旋式葉片外側；及一第二磁力模組，固定於所述第二承載體並且位於所述第一磁力模組外側，所述第二磁力模組沿著所述柱體的一徑向方向而與所述第一磁力模組彼此相向；其中，所述轉子組件定義有圍繞於所述螺旋式葉片外側且位於所述第一磁力模組與所述第二磁力模組之間的至少一環形間隙；以及一定子組件，安裝於所述轉子組件外，並且所述定子組件包含：一框體；一定位件，相連於所述框體；及一感應模組，固定於所述定位件並且設置於至少一所述環形間隙內；其中，所述螺旋式葉片能被一風力衝擊驅動，以使所述轉子組件以所述柱體為軸心而相對於所述定子組件轉動，並使所述第一磁力模組與所述第二磁力模組之間的區域掃過所述感應模組，而使所述感應模組產生一感應電流。
綜上所述，本發明實施例所公開的風力發電裝置，能通過螺旋式葉片有效地利用風力，以驅使第一磁力模組與第二磁力模組同步旋轉，進而降低第一磁力模組與第二磁力模組之間磁吸力對轉子組件轉動所造成的阻力，藉以利於風力發電裝置進行發電作業。
為能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，但是此等說明與附圖僅用來說明本發明，而非對本發明的保護範圍作任何的限制。
100‧‧‧風力發電裝置
1‧‧‧轉子組件
11‧‧‧轉動件
111‧‧‧柱體
112‧‧‧螺旋式葉片
113‧‧‧第一承載體
1131‧‧‧內圓筒
1132‧‧‧連接桿
114‧‧‧第二承載體
1141‧‧‧外圓筒
1142‧‧‧軸承
1143‧‧‧定位片
115‧‧‧連接件
1151‧‧‧齒輪
116‧‧‧導流件
12‧‧‧第一磁力模組
121‧‧‧第一磁石
13‧‧‧第二磁力模組
131‧‧‧第二磁石
2‧‧‧定子組件
21‧‧‧框體
211‧‧‧框條
22‧‧‧定位件
221‧‧‧L形支架
222‧‧‧支撐桿
23‧‧‧感應模組
231‧‧‧感應線圈
3‧‧‧控制模組
G‧‧‧環形間隙
R‧‧‧徑向方向
圖1為本發明風力發電裝置實施例一的剖視示意圖。
圖2為圖1沿剖線Ⅱ-Ⅱ的剖視示意圖。
圖3為本發明風力發電裝置實施例二的剖視示意圖。
圖4為本發明風力發電裝置實施例三的剖視示意圖。
圖5為本發明風力發電裝置實施例四的剖視示意圖。
圖6為圖5沿剖線VI-VI的剖視示意圖。
圖7為本發明風力發電裝置實施例四的功能方塊示意圖。
圖8為圖5的作動示意圖。
圖9為本發明風力發電裝置實施例五的剖視示意圖。
請參閱圖1至圖9，為本發明的實施例，需先說明的是，本實施例對應附圖所提及的相關數量與外型，僅用來具體地說明本發明的實施方式，以便於了解本發明的內容，而非用來侷限本發明的保護範圍。
[實施例一]
如圖1和圖2所示，本實施例公開一種風力發電裝置100，包括一轉子組件1及安裝於上述轉子組件1外的一定子組件2。其中，所述轉子組件1包含一轉動件、設置於上述轉動件11的一第一磁力模組12、及設置於上述轉動件11並位於第一磁力模組12外側的一第二磁力模組13。
所述轉動件11具有一柱體111、相連於上述柱體111外緣的一螺旋式葉片112、固定於上述柱體111的一第一承載體113、位於上述第一承載體113外側的一第二承載體114、連接上述第一承載體113與第二承載體114的一連接件115、及分別固定於上述柱體111的相反兩端的兩個導流件116。
其中，所述螺旋式葉片112對應於柱體111中心線的長度大於0.5螺距(優選為0.8螺距至3.0螺距)，例如：1螺距、1.1螺距、1.2螺距、1.5螺距、2.0螺距、或2.5螺距，但不以上述為限。再者，所述螺旋式葉片112是以介於21度至55度的一螺旋角(helix angle)設置在柱體111外緣。換個角度來說，所述螺旋式葉片112對應於柱體111中心線的長度是由螺旋角及螺旋式葉片112外邊緣至柱體111中心線的距離所決定，並且上述螺旋式葉片112的長度不受限於本實施例的圖式。須說明的是，本實施例的螺旋式葉片112是排除構造類似於電風扇扇葉的任何葉片。
此外，圖1所示的轉動件11是以柱體111上形成有單個螺旋式葉片112為例，但本實施例也可依需求加以調整變化。舉例來說，在未繪示的實施例中，所述轉動件11也可在其柱體111上形成有兩個以上且大致等長的螺旋式葉片112。
所述第一承載體113包含有一內圓筒1131及連接上述內圓筒1131與柱體111的多個連接桿1132，所述螺旋式葉片112位於上述內圓筒1131之內，而所述多個連接桿1132較佳是位於上述螺旋式葉片112的相反兩側，並且上述多個連接桿1132的構造適於使風能流入與流出內圓筒1131。所述第二承載體114包含有一外圓筒1141及至少兩個軸承1142，並且上述內圓筒1131較佳是位於外圓筒1141之內，而所述兩個軸承1142則是分別固定於所述外圓筒1141的兩端。
所述連接件115的兩端分別一體連接於上述內圓筒1131與外圓筒1141，並且連接件115於本實施例中可以是單個環形構造或是多個柱體，本發明不加以限制。因此，所述內圓筒1131與外圓筒1141通過上述連接件115而形成同步作動的單件式構造。
每個導流件116大致呈中空狀，藉以利於風穿過而進入內圓筒1131之內，並且所述螺旋式葉片112與上述兩個導流件116能夠被一風力衝擊驅動，而共同使轉子組件1以所述柱體111為軸心朝相同方向轉動。舉例來說，所述導流件116包含有一圓環部(圖中未標示)及連接於上述圓環部外緣且呈間隔排列的多個導流葉片(圖中未標示)，並且所述導流件116能通過風力衝擊多個導流葉片而被驅動。
須說明的是，所述轉子組件1定義有圍繞於上述螺旋式葉片112外側且位於所述第一磁力模組12與第二磁力模組13之間的至少一環形間隙G。其中，本實施例的環形間隙G為兩個，上述兩個環形間隙G位於內圓筒1131與外圓筒1141之間並且分別位於連接件115的相反兩側，所述兩個環形間隙G包含第一磁力模組12與第二磁力模組13之間的區域。
所述第一磁力模組12固定於轉動件11的第一承載體113並且位於所述螺旋式葉片112的外側。其中，本實施例的第一磁力模組12包含有多個第一磁石121，並且上述多個第一磁石121安裝(如：埋置)於內圓筒1131且自所述內圓筒1131的外表面裸露於外，但不受限於此。
更詳細地說，上述多個第一磁石121在內圓筒1131上的排列方式可依據設計者的需求而加以調整。舉例來說，在垂直上述柱體111的內圓筒1131任一個截面上(如圖2)，所述內圓筒1131可以設置有多個第一磁石121，並且所述環形間隙G位在上述多個第一磁石121之外。
所述第二磁力模組13固定於轉動件11的第二承載體114，並且所述第二磁力模組13沿著柱體111的一徑向方向R而與上述第一磁力模組12彼此相向。其中，所述第二磁力模組13包含有多個第二磁石131，並且上述多個第二磁石131安裝於外圓筒1141且自所述外圓筒1141的內表面裸露於外。再者，上述多個第一磁石121分別沿著所述徑向方向R而與多個第二磁石131彼此相向，並且任兩個相向且相鄰的第一磁石121表面與第二磁石131表面是分別具有相反的磁性。
更詳細地說，上述多個第二磁石131在外圓筒1141上的排列方式與數量較佳是對應於第一磁石121在內圓筒1131上的排列方式與數量，但本發明不受限於此。例如：所述第二磁力模組13的第二磁石131數量也可以是不同於第一磁力模組12的第一磁石 121數量。
所述定子組件2包含一框體21、相連於上述框體21的一定位件22、及固定於所述定位件22並且設置於上述至少一環形間隙G內的一感應模組23。其中，所述框體21於本實施例中呈圓筒狀，並且上述轉子組件1僅有兩個導流件116及其所固定的柱體111部位是位於框體21外，其餘轉子組件1部位皆設置於框體21內。
所述定位件22包含有至少兩個L形支架221，上述兩個L形支架221的一端連接於框體21並位於外圓筒1141的相反兩外側，而兩個L形支架221的另一端為分別伸入上述兩個環形間隙G的自由端、並位於連接件115的相反兩外側。上述第二承載體114的兩個軸承1142則是分別安裝於所述框體21與定位件22之間，也就是說，每個L形支架221的內角落設置有一個軸承1142。
所述感應模組23包含有多個感應線圈231，並且上述多個感應線圈231分別固定於定位件22的L形支架221。所述多個感應線圈231是分別與上述多個第一磁石121(或第二磁石131)位於相同的截面上。進一步地說，本實施例風力發電裝置100在垂直上述柱體111的截面上(如圖2)，包含有多個第一磁石121、面向上述多個第一磁石121的多個第二磁石131、及多個感應線圈231。
據此，所述螺旋式葉片112(及導流件116)能被風力衝擊驅動，以使所述轉子組件1以所述柱體111為軸心而相對於定子組件2轉動，並使所述第一磁力模組12與第二磁力模組13之間的區域掃過上述感應模組23，而使所述感應模組23產生一感應電流。也就是說，相向的第一磁石121與第二磁石131之間的區域掃過位在相同截面上的感應線圈231，使上述感應線圈231產生感應電流。
須說明的是，本實施例的風力發電裝置100是限定在以螺旋式葉片112驅動，也就是說，不是通過螺旋式葉片112驅動的任 何風力發電裝置則並非是本實施例中所指的風力發電裝置100。
依上所述，本實施例所公開的風力發電裝置100，能通過螺旋式葉片112(及導流件116)有效地利用風力，以驅使第一磁力模組12與第二磁力模組13同步旋轉，進而降低第一磁力模組12與第二磁力模組13之間磁吸力對轉子組件1轉動所造成的阻力，藉以利於風力發電裝置100進行發電作業。
[實施例二]
如圖3所示，其為本發明的實施例二，本實施例與上述實施例一類似，相同處則不再加以贅述，而兩個實施例的主要差異在於轉動件11。
具體來說，本實施例轉動件11的連接件115是包含相互嚙合的兩個齒輪1151，並且上述兩個齒輪1151分別固定於所述內圓筒1131與外圓筒1141。當所述螺旋式葉片112驅使第一承載體113轉動時，所述第一承載體113是通過上述兩個齒輪1151的配合，來帶動外圓筒1141同步轉動。
[實施例三]
如圖4所示，其為本發明的實施例三，本實施例與上述實施例一類似，相同處則不再加以贅述，而兩個實施例的主要差異在於轉動件11。
具體來說，本實施例的轉動件11未包含有連接件115，所述內圓筒1131與外圓筒1141呈彼此分離設置，並且當所述螺旋式葉片112驅使第一承載體113轉動時，所述第一承載體113僅通過第一磁力模組12磁吸第二磁力模組13，來帶動外圓筒1141同步轉動。
[實施例四]
如圖5至圖8所示，其為本發明的實施例四，本實施例與上述實施例一類似，相同處則不再加以贅述。本實施例公開一種風力發電裝置100，包括一轉子組件1、安裝於上述轉子組件1外的一定子組件2、及電性連接於上述轉子組件1與定子組件2的一控制模組3。其中，所述轉子組件1包含一轉動件、設置於上述轉動件11的一第一磁力模組12、及設置於上述轉動件11並位於第一磁力模組12外側的一第二磁力模組13。
所述轉動件11具有一柱體111、相連於上述柱體111外緣的一螺旋式葉片112、固定於上述柱體111的一第一承載體113、位於上述第一承載體113外側的一第二承載體114、及連接上述第一承載體113與第二承載體114的多個連接件115、及分別固定於上述柱體111的相反兩端的兩個導流件116。其中，本實施例的柱體111、螺旋式葉片112、第一承載體113、兩個導流件116、及第一磁力模組12的各自構造與連接關係即如同上述實施例一，因而在此不加以贅述。
所述第二承載體114包含有多個定位片1143，並且上述多個連接件115的一端可分離地組裝(如：螺鎖或嵌合)在所述內圓筒1131，上述多個連接件115的另一端分別固定於多個定位片1143。其中，每個連接件115與相連接的定位片1143能與所述第一承載體113的內圓筒1131包圍形成有一缺口，並且上述多個缺口皆朝向同側。
所述第二磁力模組13包含有多個第二磁石131，並且上述多個第二磁石131分別安裝於上述多個定位片1143，而多個第一磁石121分別沿著所述徑向方向R而與多個第二磁石131彼此相向。所述轉子組件1定義有圍繞於螺旋式葉片112外側且位於上述第一磁力模組12與第二磁力模組13之間的多個環形間隙G。
所述定子組件2包含一框體21、相連於上述框體21的一定位 件22、及固定於所述定位件22並且設置於上述環形間隙G內的一感應模組23。其中，所述框體21於本實施例中包含有多個框條211，上述多個框條211彼此平行地圍繞在轉子組件1外，並且每個框條211平行於柱體111的中心線。
所述定位件22包含有多個支撐桿222，所述感應模組23包含有多個感應線圈231。其中，多個支撐桿222的一端固定於所述框體21的多個框條211(本實施例的每個框條211固定有至少兩個支撐桿222)，並且多個支撐桿222的另一端分別固定多個感應線圈231。藉此，當所述螺旋式葉片112驅使第一承載體113轉動時，每個感應線圈231能穿過多個缺口中的至少兩個缺口。
進一步地說，本實施例風力發電裝置100在垂直上述柱體111的截面上(如圖6)，包含有多個第一磁石121、面向上述多個第一磁石121的多個第二磁石131、位在內圓筒1131外側及多個第二磁石131內側的一個所述環形間隙G、及位於上述環形間隙G內的多個感應線圈231。
據此，所述螺旋式葉片112(及導流件116)能被風力衝擊驅動，以使所述轉子組件1以所述柱體111為軸心而相對於定子組件2轉動，並使所述第一磁力模組12與第二磁力模組13之間的區域掃過上述感應模組23，而使所述感應模組23產生一感應電流。也就是說，相向的第一磁石121與第二磁石131之間的區域掃過位在相同截面上的感應線圈231，使上述感應線圈231產生感應電流。
其中，當所述螺旋式葉片112驅使第一承載體113轉動時，所述控制模組3能使多個框條211中的至少其中一個框條211所固定的感應線圈231離開相對應的環形間隙G(如圖8)，藉以利於風力發電裝置100依據不同風力的強弱程度來進行發電。
[實施例五]
如圖9所示，其為本發明的實施例五，本實施例與上述實施例四類似，相同處則不再加以贅述，而兩個實施例的主要差異在於本實施例的框體21呈圓筒狀且可以不受上述控制模組3的操控而位移。
以上所述僅為本發明的優選可行實施例，並非用來侷限本發明的保護範圍，凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的權利要求書的保護範圍。

Claims (9)

  1. 一種風力發電裝置，包括：一轉子組件，包含：一轉動件，具有一柱體、相連於所述柱體的一螺旋式葉片、固定於所述柱體的一第一承載體、及位於所述第一承載體外側的一第二承載體；一第一磁力模組，固定於所述第一承載體並且位於所述螺旋式葉片外側；及一第二磁力模組，固定於所述第二承載體並且位於所述第一磁力模組外側，所述第二磁力模組沿著所述柱體的一徑向方向而與所述第一磁力模組彼此相向；其中，所述轉子組件定義有圍繞於所述螺旋式葉片外側且位於所述第一磁力模組與所述第二磁力模組之間的至少一環形間隙；以及一定子組件，安裝於所述轉子組件外，並且所述定子組件包含：一框體；一定位件，相連於所述框體；及一感應模組，固定於所述定位件並且設置於至少一所述環形間隙內；其中，所述螺旋式葉片能被一風力衝擊驅動，以使所述轉子組件以所述柱體為軸心而相對於所述定子組件轉動，並使所述第一磁力模組與所述第二磁力模組之間的區域掃過所述感應模組，而使所述感應模組產生一感應電流；其中，所述第一承載體包含有一內圓筒及連接所述內圓筒與所述柱體的多個連接桿，所述螺旋式葉片位於所述內圓筒內，所述第一磁力模組包含有多個第一磁石，並且多個所述第一磁石安裝於所述內圓筒且自所述內圓筒的外表面裸露於外。
  2. 如請求項1所述的風力發電裝置，其中，所述第二承載體包含有一外圓筒及兩個軸承，所述內圓筒位於所述外圓筒內，所述第二磁力模組包含有多個第二磁石，並且多個所述第二磁石安裝於所述外圓筒且自所述外圓筒的內表面裸露於外，多個所述第一磁石分別沿著所述徑向方向而與多個所述第二磁石彼此相向，兩個所述軸承分別固定於所述外圓筒的兩端、並安裝於所述框體與所述定位件之間。
  3. 如請求項2所述的風力發電裝置，其中，所述轉動件包含有分別固定於所述內圓筒與所述外圓筒的兩個齒輪，並且兩個所述齒輪相互嚙合。
  4. 如請求項2所述的風力發電裝置，其中，所述內圓筒與所述外圓筒彼此分離設置，並且當所述螺旋式葉片驅使所述第一承載體轉動時，所述第一承載體僅通過所述第一磁力模組磁吸所述第二磁力模組，來帶動所述外圓筒同步轉動。
  5. 如請求項2所述的風力發電裝置，其中，所述轉動件包含有一連接件，並且所述連接件的兩端分別一體連接於所述內圓筒與所述外圓筒。
  6. 如請求項1所述的風力發電裝置，其中，所述第二承載體包含有多個定位片，所述轉動件包含有多個連接件，並且多個所述連接件的一端可分離地組裝在所述內圓筒，多個所述連接件的另一端分別固定於多個所述定位片，每個所述連接件與相連接的所述定位片能與所述內圓筒包圍形成有一缺口，並且多個所述缺口皆朝向同側；所述第二磁力模組包含有多個第二磁石，並且多個所述第二磁石分別安裝於多個所述定位片，多個所述第一磁石分別沿著所述徑向方向而與多個所述第二磁石彼此相向。
  7. 如請求項6所述的風力發電裝置，其中，所述定位件包含有多個支撐桿，所述感應模組包含有多個感應線圈，多個所述支撐桿的一端固定於所述框體，多個所述支撐桿的另一端分別固定多個所述感應線圈，並且當所述螺旋式葉片驅使所述第一承載體轉動時，每個所述感應線圈穿過多個所述缺口中的至少兩個所述缺口。
  8. 如請求項7所述的風力發電裝置，其包含有電性連接於所述定子組件與所述轉子組件的一控制模組；其中，所述框體包含有多個框條，並且每個所述框條固定有多個所述支撐桿中的至少兩個支撐桿；當所述螺旋式葉片驅使所述第一承載體轉動時，所述控制模組能使多個所述框條中的至少其中一個所述框條所固定的所述感應線圈離開至少一所述環形間隙。
  9. 一種風力發電裝置，包括：一轉子組件，包含：一轉動件，具有一柱體、相連於所述柱體的一螺旋式葉片、固定於所述柱體的一第一承載體、及位於所述第一承載體外側的一第二承載體；一第一磁力模組，固定於所述第一承載體並且位於所述螺旋式葉片外側；及一第二磁力模組，固定於所述第二承載體並且位於所述第一磁力模組外側，所述第二磁力模組沿著所述柱體的一徑向方向而與所述第一磁力模組彼此相向；其中，所述轉子組件定義有圍繞於所述螺旋式葉片外側且位於所述第一磁力模組與所述第二磁力模組之間的至少一環形間隙；以及一定子組件，安裝於所述轉子組件外，並且所述定子組件包含：一框體；一定位件，相連於所述框體；及一感應模組，固定於所述定位件並且設置於至少一所述環形間隙內；其中，所述螺旋式葉片能被一風力衝擊驅動，以使所述轉子組件以所述柱體為軸心而相對於所述定子組件轉動，並使所述第一磁力模組與所述第二磁力模組之間的區域掃過所述感應模組，而使所述感應模組產生一感應電流；其中，所述轉動件包含有兩個導流件，並且兩個所述導流件分別固定於所述柱體的相反兩端；所述螺旋式葉片與兩個所述導流件能夠被所述風力衝擊驅動，而共同使所述轉子組件以所述柱體為軸心朝相同方向轉動。
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