TWI778613B - 塔式風力發電模組及具有該塔式風力發電模組之發電系統 - Google Patents

Abstract

本案提出一種主要是利用於風力發電領域的塔式風力發電模組、具有該塔式風力發電模組的發電系統、輔助該發電模組進行發電之方法及輔助該具有該塔式風力發電模組之發電系統進行發電之方法。塔式發電模組主要是藉由層狀地、間隔地排列的線盤與磁盤作平行地相對轉動，使磁場被線圈組切割，磁場通過線圈組的磁通量產生變化，進而使發電模組產生電流及電能。發電系統除了前述發電模組之外，還包含馬達及電能儲存單元。在風力微弱時，利用電能儲存單元中的電能及馬達使前述發電模組克服最大靜摩擦力而運作，進而提升發電效率。特別地，電能儲存單元中的部分電能是來自於太陽能，藉此完成完全地使用可再生能源的發電設備。

Description

塔式風力發電模組及具有該塔式風力發電模組之發電系 統

本案是有關一種發電模組、發電系統、輔助該發電模組進行發電之方法，特別有關一種塔式風力發電模組、具有該塔式風力發電模組之發電系統、利用太陽能輔助風力或水力發電的輔助發電系統及關於前述發電模組、輔助該發電模組進行發電的方法。

傳統的風力發電模組通常是通過將絕緣的導線在繞線支架(bobbin)或鐵芯(core)上繞製為多匝線圈(coil)而製成電感元件(inductor)。電感元件被作為轉子運用，通常是將轉子定位於具有磁性件的定子之間。當電感元件在磁場中旋轉時，轉子的線圈會以圓形的軌跡或弧形的軌跡切割磁場的磁力線。然而，因為電感元件的鐵芯與定子之間具有磁性吸引力，這股磁性吸引力會成為風力發電模組於發電過程中的阻力而降低轉子的轉速，甚至衍生風力不足以克服磁性吸引力而無法推動扇葉機構的情況，因此降低風力發電模組的發電效率。

另外，由於扇葉機構、轉子、扇葉機構與轉子之間的傳動軸、齒輪等皆具有重量，這股重量同樣會成為風力發電模組於發電過程中的阻力而降 低轉子的轉速，甚至衍生風力不足以克服重量產生的摩擦力而無法推動扇葉機構的情況，因此降低了風力發電模組的發電效率。

此外，傳統的滾筒式發電模組係在軸桿柱狀表面的兩側設置有線圈，利用風力或水力等使軸桿轉動，進而使線圈旋轉並以圓形的軌跡或弧形的軌跡切割磁力線，產生感應電流。然而傳統的滾筒式發電模組其線圈同樣會產生電荷集膚效應(又稱「趨膚效應」或「表皮效應」，英文：Skin Effect)，較多的電子會聚集在線圈靠近磁鐵的一側。在發電的過程中，因為電流熱效應的緣故，所產生的熱能會集中於線圈靠近磁鐵的一側，造成線圈壽命縮短。

因此，如何提出一種發電機能夠避免電感元件的鐵芯與定子之間具有磁性吸引力、解決扇葉機構、轉子、扇葉機構與轉子之間的傳動軸、齒輪等的重量產生的摩擦力衍生降低風力發電模組的發電效率，並減緩因為電荷集膚效應所衍生線圈壽命縮短問題，實屬重要的課題。

為了解決上述問題，本案提出一種塔式發電模組，其主要是利用磁盤與線盤二者作平行的相對旋轉以切割磁力線，產生感應電動勢、感應電流，完成發電。由於本案的線圈組是層狀地、間隔地排列，使得這種塔式發電模組更有利於三相電的迴路系統，進而有利於滿足工業對於大功率電流的需求。除此之外，在一些實施例中線盤的兩側皆有磁盤，能夠減緩傳統發電機有電荷集膚效應所衍生的線圈組兩側溫度不均的問題，進而延長線圈組的壽命。除了以上發電模組之外，本案的一些實施例同時提出可以應用於此塔式發電模組或其他平行軸、垂直軸等發電模組的發電系統，藉由主動地消耗電能克服最大靜摩擦力，以帶來 發電機更優秀的發電效率，而被消耗的電能主要是源自於太陽能，因此本案的一些實施例主要是藉由將太陽能發電及風力發電二者結合，並產生大於兩者單獨運作的功效。

本案之一實施例提供一種塔式發電模組，包含：定子與轉子。定子包含一第一線盤及一第二線盤；轉子包含一第一磁盤及一第二磁盤。第一磁盤、第一線盤、第二磁盤及第二線盤是依序地、層狀地、間隔地排列。第一磁盤及第二磁盤皆具有至少一磁性部件，而第一線盤及第二線盤皆具有至少一線圈組。所述第一磁盤與所述第二磁盤僅其中一者與一傳動結構連接而另一者不與所述傳動結構連接；通過所述第一磁盤的一磁性部件與所述第二磁盤的一磁性部件之間的磁性吸引力，所述第一磁盤在轉動時得連動所述第二磁盤轉動。其中，當傳動結構完成旋轉至少一周，磁性部件產生的一磁場必然通過線圈組的一線圈面，且磁場被線圈組切割，隨著傳動結構的轉動，磁場通過線圈組的磁通量產生變化，進而使線圈組產生電流及電能。其中，磁場具有一磁場向量，磁場向量係指磁力線的方向，也是一磁鐵N極朝向另一磁鐵S極之方向，換句話說，即磁鐵內部S端往磁鐵N端的方向。線圈面具有一線圈面之法向量，磁場向量與線圈面之法向量的夾角恆介於0度至60度之間。

在一些實施例中，轉子更包含具有至少一磁性部件的一第三磁盤。第二線盤定位於第二磁盤與第三磁盤之間。第一磁盤的磁性部件包含至少二個第一磁性元件，第二磁盤的磁性部件包含至少二個第二磁性元件，第三磁盤的磁性部件包含至少二個第三磁性元件，其中，至少一個第一磁性元件的磁場向量與至少一個第二磁性元件的磁場向量夾角介於0度至45度之間，且至少一個第二 磁性元件的磁場向量與至少一個第三磁性元件的磁場向量夾角介於0度至45度之間。

在一些實施例中，第一線盤及第二線盤至少一者具有一固定結構，並且至少一線圈組是被設置於一線圈盒，使用者可以藉由非破壞性的方式將線圈盒安裝於或拆卸自固定結構。

在一些實施例中，第一磁盤、第一線盤、第二磁盤及第二線盤皆具有至少二個缺口部。

在一些實施例中，轉子的第一磁盤與傳動結構連接，且轉子的第二磁盤及第三磁盤至少一者不與傳動結構連接；其中。在二磁盤與第三磁盤皆不與傳動結構連接的情況中，塔式發電模組是通過第一磁盤的磁性部件與第二磁盤的磁性部件之間的磁性吸引力，及通過第二磁盤的磁性部件與第三磁盤的磁性部件之間的磁性吸引力，達到使第一磁盤連動第二磁盤及第三磁盤轉動的功效。在第二磁盤與傳動結構連接但第三磁盤與傳動結構不連接的情況中，塔式發電模組是通過第二磁盤的磁性部件與第三磁盤的磁性部件之間的磁性吸引力，達到使第二磁盤連動第三磁盤轉動的功效。

在一些實施例中，更包含：一扇葉機構，其與傳動結構相連接。

在一些實施例中，更包含：一變速裝置，其連接於傳動結構及扇葉機構，其具有傳動帶與傳動輪，其中變速裝置是利用扇葉機構所產生的慣性力(俗稱「離心力」)調整傳動帶與傳動輪之間的相對位置關係(以下簡稱為「檔位」)，進而達到塔式發電模組可根據扇葉機構轉速自動調整變速裝置的檔位。

本案之再一實施例提供一種發電系統，其包含如前任一實施例中所描述的發電模組、一馬達及一電能儲存單元。馬達，係用以使傳動結構轉動。電能儲存單元，係用以儲存電能及將電能供應予馬達。

在一些實施例中，發電系統更包含：一太陽能發電模組，其與電能儲存單元電性連接，係用以接收光能、將光能轉換為電能。電能儲存單元儲存來自於太陽能發電模組的電能及來自塔式發電模組產生的電能至少一者。

本案再一實施例提供一種電控式變速發電系統，其包含如前任一實施例中所描述的發電模組、一馬達及一電能儲存單元、太陽能發電模組、一感測控制處理單元。感測控制處理單元包含一感測器、一處理器及一控制器。馬達，係用以使傳動結構轉動。電能儲存單元，係用以儲存電能及將電能供應予馬達。感測器，係用以量測風速、風壓、傳動軸的轉速、變速裝置的齒輪轉速及可直接或間接計算得出扇葉機構轉速的物理參數至少一者，並得到一測量值。處理器，係用以根據測量值計算得出一控制訊號。控制器，係用以根據控制訊號切換變速裝置的檔位。

本案再一實施例提供一種發電方法，包含利用一馬達耗損一第一電能克服為促使一扇葉機構轉動及為促使一傳動軸轉動的最大靜摩擦力用以使傳動結構及扇葉機構轉動。並且利用風力或水力促使傳動結構及扇葉機構轉動，進而使前述任一實施例所述之塔式發電模組產生一第二電能，並將第二電能儲存於一電能儲存單元。

在一些實施例中，發電方法包含利用一變速裝置，通過扇葉機構所產生的慣性力(俗稱「離心力」)調整傳動帶與傳動輪之間的相對位置關係(以 下簡稱為「檔位」)，進而達到塔式發電模組可根據扇葉機構轉速自動調整變速裝置的檔位。

在一些實施例中，發電方法，更包含：利用一感測器量測風速、風壓、傳動軸的轉速、變速裝置的齒輪轉速及可直接或間接計算得出扇葉機構轉速的物理參數至少一者，並得到一測量值。接著，利用一處理器根據測量值計算得出一控制訊號。再接著，利用一控制器根據控制訊號切換變速裝置的檔位。

綜上所述，本案提出一種塔式風力發電模組、具有該塔式風力發電模組之發電系統、輔助該發電模組進行發電之方法及輔助該具有該塔式風力發電模組之發電系統進行發電之方法。

前述塔式發電模組、具有塔式發電模組的發電系統、輔助該發電模組進行發電之方法及輔助該具有該塔式風力發電模組之發電系統進行發電之方法特別是應用於風力發電。又塔式發電模組主要是藉由層狀地、間隔地排列的線盤與磁盤作平行地相對轉動，使磁場被線圈組切割，磁場通過線圈組的磁通量產生變化，進而使發電模組產生電流及電能。

相較於前述發電模組，前述具有塔式發電模組的發電系統主要包含前述塔式發電模組、馬達及電能儲存單元。在風力微弱時，利用電能儲存單元中的電能及馬達使前述塔式發電模組克服最大靜摩擦力而運作，進而提升發電效率。特別地，一些發電系統更包含太陽能發電模組，利用太陽能產生的電能滿足前述使前述塔式發電模組克服最大靜摩擦力的電能需求，以達到完全地使用可再生能源發電設備。

另外，前述發電方法，主要是用電能儲存單元中的電能及馬達使前述塔式發電模組克服最大靜摩擦力而運作，進而提升發電效率。特別地，一些 發電方法更利用太陽能產生的電能滿足使前述塔式發電模組克服最大靜摩擦力的電能需求，以達到完全地使用可再生能源發電設備。

100:塔式發電模組

101:發電系統

11:定子

111:第一線盤

112:第二線盤

113:固定結構

116:缺口部

12:轉子

121:第一磁盤

122:第二磁盤

123:第三磁盤

126:缺口部

2:傳動結構

3:扇葉機構

4:變速裝置

5:馬達

6:電能儲存單元

7:太陽能發電模組

8:感測控制處理單元

B1:軸承

C:線圈組

Cb:線圈盒

Cp:線圈面

Cv:線圈面之法向量

M:磁性部件

M1:第一磁性元件

M2:第二磁性元件

M3:第三磁性元件

R:軸桿

Rc1:傳動軸心

Rc2:旋轉軸心

圖1為本案一實施例塔式發電模組的立體示意圖。

圖2為圖1塔式發電模組的分解示意圖。

圖3為圖1塔式發電模組的俯視示意圖。

圖3A為圖1塔式發電模組沿圖3的A-A剖面線的剖面示意圖。

圖3B為圖1塔式發電模組沿圖3的B-B剖面線的剖面示意圖。

圖4為本案一實施例定子的立體示意圖(未開蓋)。

圖5為本案一實施例定子的立體示意圖(開蓋)。

圖6為本案一實施例轉子的立體示意圖。

圖7為本案一實施例線圈盒的立體示意圖。

圖8為本案一實施例線圈盒的立體示意圖(開蓋)。

圖9為本案一實施例太陽能輔助塔式發電系統的示意圖。

圖10為本案一實施例太陽能輔助塔式發電系統的立體示意圖。

以下是藉由各具體實施例來說明本案所揭露有關「塔式風力發電模組、具有該塔式風力發電模組之發電系統及輔助該發電模組進行發電之方法 及輔助該具有該塔式風力發電模組之發電系統進行發電之方法」的實施方式，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

需要說明的是，本案各具體實施例中所有方向性用語(例如：上、下、左、右、前、後等)僅是被用於解釋某一特定狀態(如所附的各圖式所示)中各部件之間的相對位置關係、運動情況或姿態等，如果所述特定狀態發生改變時，則方向性用語也會隨之改變。

各具體實施例的說明伴隨併入且組成說明書之一部分的圖式，說明本揭露之實施例，然而本揭露並不受限於該實施例。以下的實施例可以被適當地修飾或整合而完成另一實施例。

以下針對每一個「一實施例」、「一具體實施例」、「較佳實施例」、「其他實施例」、「另一實施例」等或任何與「實施例」或「實施方式」相關的說明，皆僅係用於描述所述實施例可包含之技術特徵、結構或是特性，然而並非其它實施例皆必須包含該特定特徵、結構或是特性。重複使用「在本實施例中」或「在一些實施例中」等近似用語並非必須指相同實施例，也可以是指不同的實施例。

請參考圖1及圖2。圖1為本案一實施例塔式發電模組100的立體示意圖。圖2為圖1塔式發電模組100的分解示意圖。在本實施例中，塔式發電模組100包含定子11與轉子12，定子11與轉子12層狀地、間隔地排列。塔式發電模組100具有發電功能，並且其可例如但不限於連接於電池或其他電能儲存設備。

請參考圖1、圖3、圖3A及圖3B。圖3為圖1塔式發電模組100的俯視示意圖。圖3A為圖1塔式發電模組100沿圖3中A-A剖面線的剖面示意圖。如圖3A所示，在本實施例中「層狀地」排列是指在空間中塔式發電模組100所包含的所 有定子11的其中兩個定子11被塔式發電模組100所包含的所有轉子12的其中一個轉子12所分隔，但本案不以此為限，在其他實施例中，塔式發電模組100所包含的所有轉子12的其中兩個轉子12被塔式發電模組100所包含的所有定子11的其中一個定子11所分隔。另外，在本實施例中，「間隔地」排列指的是等間隔地排列，在其他實施例中，非等間隔地排列，而所謂的「間隔」包含定子11之間的間隔(即定子11與最相鄰的定子11之間的距離)及轉子12間的間隔(即轉子12與最相鄰的轉子12之間的距離)。

另外，定子11與轉子12其中一者具有一磁性部件M，而另一者具有一線圈組C。具體而言，本實施例中的塔式發電模組100包含二個定子11及三個轉子12，定子11具有線圈組C而轉子12具有磁性部件M，但不以此為限。在其他實施例中可以採用定子11具有線圈組C而轉子12具有磁性部件M，亦或者是定子11及轉子12皆具有線圈組C及磁性部件M。

另一方面，轉子12包含具有磁性部件M的一第一磁盤121、一第二磁盤122及一第三磁盤123(以下合稱為「第一、第二及第三磁盤121、122、123」)，第一、第二及第三磁盤121、122、123依序地且間隔地排列。定子11包含：一第一線盤111及一第二線盤112(以下合稱為「第一、第二線盤111、112」)，第一、第二線盤111、112皆具有線圈組C。第一線盤111定位於第一磁盤121與第二磁盤122之間，第二線盤112定位於第二磁盤122與第三磁盤123之間。也就是說，在本實施例中，由上至下依序是第一磁盤121、第一線盤111、第二磁盤122、第二線盤112及第三磁盤123，第一、第二及第三磁盤121、122、123與第二及第三磁盤123在垂直方向上被固定而不至於上下滑動。

在本實施例中，傳動結構2有一傳動軸心Rc1，其傳動結構2的傳動軸心Rc1的軸向向量定義為傳動軸向。第一、第二及第三磁盤121、122、123與軸桿R之間具有軸承B1，第一、第二及第三磁盤121、122、123被定義具有一旋轉軸心Rc2，旋轉軸心Rc2之軸向定義為轉子軸向。當傳動結構2轉動時，第一、第二及第三磁盤121、122、123以旋轉軸心Rc2為中心進行旋轉。傳動結構2完成旋轉至少一周，是指傳動結構2以其傳動軸的傳動軸心Rc1為旋轉軸心，順帶一提，雖然本實施例中傳動軸向與轉子軸向互相平行，但在一些實施例中，傳動軸向與轉子軸向並非互相平行，甚至可能是垂直。換句話說，本案可以被應用在傳統的垂直軸發電機、水平軸的發電機，或者是其他類型的發電機。

在本實施例中，轉子12的第一磁盤121與一傳動結構2連接。需要說明的是，本實施例中只有第一磁盤121與傳動結構2連接，當傳動結構2轉動時，只有第一磁盤121是直接地藉由傳動結構2的機械力被帶動，第二磁盤122是通過第一磁盤121與第二磁盤122之間的磁吸力而被帶動、第三磁盤123是通過第二磁盤122與第三磁盤123之間的磁吸力被帶動，但不以此為限。在其他實施例中，第一磁盤121及第二磁盤122與傳動結構2連接、或第一磁盤121及第三磁盤123與傳動結構2連接、或第一磁盤121、第二磁盤122及第三磁盤123皆與傳動結構2連接。

磁性部件M的分佈位置與線圈組C的分佈位置相關，在本實施例中，磁性部件M可以是分布於線圈組C的正上方。當傳動結構2完成旋轉至少一周，磁性部件M產生的一磁場必然通過線圈組C的一線圈面Cp，且磁場被線圈組C切割，隨著傳動結構2的轉動，磁場通過線圈組C的磁通量產生變化，進而使塔式發電模組100產生感應電動勢、感應電流及電能。

請一併參考圖2、圖3、圖3A及圖3B，圖3A及圖3B分別依序為圖1塔式發電模組100沿圖3中A-A剖面線及B-B剖面線的剖面示意圖。如圖2、圖3、圖3A及圖3B所示，在本實施例中，第一、第二及第三磁盤121、122、123各自包含四個磁性部件M，特別地，第一、第二及第三磁盤121、122、123各自包含四個第一磁性元件M1、四個第二磁性元件M2、及四個第三磁性元件M3。在一些實施例中，第一、第二及第三磁盤121、122、123的磁性部件M可各別地包含至少一個第一磁性元件M1、第二磁性元件M2、第三磁性元件M3(以下合稱為「第一、第二、第三磁性元件M1、M2、M3」)，較佳地是各別地包含至少二個第一、第二、第三磁性元件M1、M2、M3。第一、第二、第三磁性元件M1、M2、M3可例如但不限於是磁鐵、電磁鐵或其他能夠產生磁場的物質或組合。如圖3A及圖3B所示，四個第一磁性元件M1中的其中二個磁性元件是N極朝上、S極朝下；另外兩個磁性元件則是S極朝上、N極朝下。相同的情況也見於第二磁性元件M2及第三磁性元件M3，在一些實施例中，四個第二磁性元件M2中的其中二個磁性元件是N極朝上、S極朝下；另外兩個磁性元件則是S極朝上、N極朝下。另一方面，在一些實施例中，四個第三磁性元件M3中的其中二個磁性元件是N極朝上、S極朝下；另外兩個磁性元件則是S極朝上、N極朝下。

請參閱圖4、圖5、圖7及圖8。圖4及圖5皆為本案一實施例定子11的立體示意圖。圖7及圖8皆為本案一實施例線圈盒Cb的立體示意圖。圖4及圖5的差異在於是否將線圈盒Cb的蓋子掀開，其中圖4是未掀開蓋子的，圖5是掀開蓋子的。同樣地，圖7及圖8的差異在於是否將線圈盒Cb的蓋子掀開，其中圖7是未掀開蓋子的，圖8是掀開蓋子的。

如圖8所示，線圈組C是作為電感元件使用，線圈組C可以是呈現筒狀，較佳地線圈組C是呈現圓筒狀。需要說明的是，線圈組C中間的圓柱狀物僅係用以固定線圈的形態及位置，但不排除其材質為導磁性材質。然而，線圈組C中間的圓柱狀物並不會因為磁場而有轉動或移動，其功能與存在的目的與傳統電感元件中的鐵芯不同。請一併參閱圖3A及圖8，線圈組C的線圈面Cp是指閉合迴路所在的平面，更進一步地，線圈面Cp可分為上端線圈面及下端線圈面(以下簡稱為「線圈面Cp的兩端」)。由於本案線圈組C線圈面Cp的兩端皆會切割磁場、皆有磁通量的變化因此皆會產生相應的電流，在產生相同的電能條件下，相較於傳統的發電模組，本案使得因電流熱效應所產生的熱能更均勻地被散佈於線圈面Cp的兩端，使線圈組C一側的溫度有效地降低，進而減緩因電荷集膚效應所導致線圈組C其中一側溫度過高的問題。

關於本案磁場與線圈組C之間相對的位置關係，如圖3A所示，磁場具有一磁場向量，磁場向量係指磁力線的方向，也是一磁鐵N極朝向另一磁鐵S極之方向，換句話說，即磁性部件內部S端往磁性部件N端的方向，且線圈面Cp具有一線圈面之法向量Cv，在本實施例中，磁場向量與線圈面之法向量Cv的夾角恆為0度，亦即，在本實施例中第一、第二、第三磁性元件M1、M2、M3磁場向量與線圈面Cp所在的平面互相垂直；在其他實施例中，磁場向量與線圈面之法向量Cv的夾角恆介於0度至60度之間。換句話說，本案第一、第二磁性元件M1、M2的磁場向量與線圈面Cp所在的平面之間的夾角是固定的。

如圖3A所示，至少一個第一磁性元件M1的磁場向量與至少一個第二磁性元件M2的磁場向量夾角介於0度至45度之間，至少一個第二磁性元件M2的磁場向量與至少一個第三磁性元件M3的磁場向量夾角介於0度至45度之間， 在此，磁場向量係指第一、第二、第三磁性元件M1、M2、M3內部S端往N端。在本實施例中，第一、第二、第三磁性元件M1、M2、M3三者的磁場向量的夾角為0度，彼此相互平行。

如圖4、圖5、圖7及圖8所示，在一些實施例中，第一線盤111及第二線盤112至少一者具有一固定結構113。線圈組C是被設置於一線圈盒Cb，使用者可以藉由非破壞性的方式將線圈盒Cb安裝於或拆卸自固定結構113。非破壞性的方式是指，通過這種方式將線圈盒Cb安裝於或拆卸自固定結構113後不會造成線圈盒Cb或固定結構113功能上的喪失或減損。因此，當線圈組C需要做更換時，使用者僅需要通過非破壞性的方式將線圈盒Cb自固定結構113取下、打開線圈盒Cb，接著，即可輕鬆地更換線圈，同時這種做法也有利於線圈組C與線圈盒Cb的大量生產。

如圖4及圖6所示，在一些實施例中，定子11與轉子12皆具有至少二個缺口部，在本實施例中，定子11與轉子12分別地具有至少四個缺口部116及至少四個缺口部126，用以減少定子11與轉子12的體積與重量，進而提升發電效率。

如圖1所示，在一些實施例中塔式發電模組100更包含一扇葉機構3，其與傳動結構2相連接。扇葉機構3係用以接受風力、水力等力量驅使，帶動與其相連接的傳動結構2，並透過傳動結構2更進一步將力量傳動至塔式發電模組100中的轉子12，藉此完成風力發電或水力發電。

如圖1、圖3及圖3A所示，在一些實施例中，更包含一變速裝置4，變速裝置4設置於傳動結構2的內部，且連接於扇葉機構3，其具有傳動帶與傳動輪(未繪示)，其中變速裝置4是利用扇葉機構3所產生的慣性力(俗稱「離心力」) 調整傳動帶與傳動輪之間的相對位置關係(以下簡稱為「檔位」)，進而達到塔式發電模組100可根據扇葉機構3轉速自動調整變速裝置4的檔位。

[第二具體實施例]

請參閱圖9。圖9為本案一實施例發電系統101的示意圖。如圖9所示，本案之再一實施例提供一種發電系統101，特別地，發電系統101是太陽能輔助塔式發電系統，其包含前述任一實施例中所描述的塔式發電模組100、一馬達5及一電能儲存單元6。馬達5，係用以使傳動結構2轉動。電能儲存單元6，係用以儲存電能及將電能供應予馬達5。需要說明的是，本實施例中的馬達5是用以使塔式發電模組100轉動，而不是將電能提供予塔式發電模組100以外的任何元件或裝置所使用。

在本實施例中，發電系統101更包含一太陽能發電模組7，其與電能儲存單元6電性連接，係用以接收光能、將光能轉換為電能。電能儲存單元6儲存來自於太陽能發電模組7的電能及來自塔式發電模組100產生的電能至少一者。特別地，太陽能發電模組7所產生的電能被儲存於電能儲存單元6後，電能儲存單元6更可以將電能提供予馬達5，接著，馬達5使傳動結構2轉動。

[第三具體實施例]

本案再一實施例提供另一種發電系統101，特別地，其是變速發電系統，其除了包含前述任一實施例中所描述的塔式發電模組100之外，還包含一馬達5及一電能儲存單元6、一太陽能發電模組7、一感測控制處理單元8。感測控制處理單元8包含一感測器、一處理器及一控制器。馬達5，係用以使傳動結構2轉動。電能儲存單元6，係用以儲存電能及將電能供應予馬達5。感測器，係用以量測「風速、風壓、傳動軸的轉速、變速裝置4的一齒輪的轉速及『可直接或間 接計算得出扇葉機構3轉速的物理參數』」至少一者，並得到一測量值。處理器，係用以根據測量值計算得出一控制訊號。控制器，係用以根據控制訊號切換變速裝置4的檔位。

[第四具體實施例]

針對本案前述任一實施例的發電系統101，以下敘述其運作方法。發電系統101的運作方法包含利用一馬達5耗損一第一電能，用以克服(1)為促使一扇葉機構3轉動的最大靜摩擦力及(2)為促使一傳動軸轉動的最大靜摩擦力，進而使傳動結構2及扇葉機構3轉動。接著，利用風力或水力促使傳動結構2及扇葉機構3轉動，進而使前述任一實施例中所描述的塔式發電模組100或包含有塔式發電模組100的系統產生一第二電能。接著，將第二電能儲存於一電能儲存單元6。

需要說明的是，傳統的風力發電機或水力發電機必須要有足夠大的風力、水力才能夠使風力發電機或水力發電機運作，也就是說，只要風力或水力不夠大，則風力發電機或水力發電機完全無法產生電能，其發電效率為零。然而，本案是利用最大靜摩擦力顯大於動摩擦力的原理，使發電機先行耗損一第一電能用以克服最大靜摩擦力，以啟動發電機，使得發電機能夠順利運作，當發電機順利運作之後，便無需提供第一電能，並且使發電機的發電效率不為零。因此可以解決傳統的風力發電機或水力發電機必須要有足夠大的風力、水力才能夠使風力發電機或水力發電機運作的問題。

在一些實施例中，發電方法包含利用一變速裝置4，通過扇葉機構3所產生的慣性力(俗稱「離心力」)調整傳動帶與傳動輪之間的相對位置關係 (以下簡稱為「檔位」)，進而達到塔式發電模組100可根據扇葉機構3轉速自動調整變速裝置4的檔位，藉此提高發電效率。

在一些實施例中，發電方法更包含利用一感測器量測「風速、風壓、傳動軸的轉速、變速裝置4的一齒輪的轉速及『可直接或間接計算得出扇葉機構3轉速的物理參數』」至少一者，並得到一測量值。接著，利用一處理器根據測量值計算得出一控制訊號。接著，利用一控制器根據控制訊號切換變速裝置4的檔位。換句話說，本實施例是藉由通過電子控制方式自動地切換變速裝置4的檔位，達到更精準的控制，以增進發電效率。

綜上所述，本案提出一種塔式風力發電模組、具有該塔式風力發電模組之發電系統、輔助該發電模組進行發電之方法及輔助該具有該塔式風力發電模組之發電系統進行發電之方法。

所述塔式發電模組、具有塔式發電模組的發電系統、輔助該發電模組進行發電之方法及輔助該具有該塔式風力發電模組之發電系統進行發電之方法。又塔式發電模組主要是藉由層狀地、間隔地排列的線盤與磁盤作平行地相對轉動，使磁場被線圈組切割，磁場通過線圈組的磁通量產生變化，進而使發電模組產生電流及電能。

相較於前述發電模組，前述具有塔式發電模組的發電系統主要包含前述塔式發電模組、馬達及電能儲存單元。在風力微弱時，利用電能儲存單元中的電能及馬達使前述塔式發電模組克服最大靜摩擦力而運作，進而提升發電效率。特別地，一些發電系統更包含太陽能發電模組，利用太陽能產生的電能滿足前述使前述塔式發電模組克服最大靜摩擦力的電能需求，以達到完全地使用可再生能源發電設備。

另外，前述發電方法，主要是用電能儲存單元中的電能及馬達使前述塔式發電模組克服最大靜摩擦力而運作，進而提升發電效率。特別地，一些發電方法更利用太陽能產生的電能滿足使前述塔式發電模組克服最大靜摩擦力的電能需求，以達到完全地使用可再生能源發電設備。

100:塔式發電模組

11:定子

111:第一線盤

112:第二線盤

12:轉子

121:第一磁盤

122:第二磁盤

123:第三磁盤

2:傳動結構

3:扇葉機構

4:變速裝置

C:線圈組

M:磁性部件

Claims (10)

1. 一種塔式發電模組，包含：依序地、層狀地、間隔地排列的一第一磁盤、一第一線盤、一第二磁盤及一第二線盤；所述第一磁盤及所述第二磁盤皆具有一磁性部件，所述第一線盤及所述第二線盤皆具有一線圈組；所述第一磁盤與所述第二磁盤僅其中一者與一傳動結構連接而另一者不與所述傳動結構連接；通過所述第一磁盤的一磁性部件與所述第二磁盤的一磁性部件之間的磁性吸引力，所述第一磁盤在轉動時得連動所述第二磁盤轉動；其中，當所述傳動結構完成旋轉至少一周，所述磁性部件產生的磁場必然通過所述線圈組的一線圈面，且所述磁場被所述線圈組切割，隨著所述傳動結構的轉動，所述磁場通過所述線圈組的磁通量產生變化，進而使所述線圈組產生電流及電能。
2. 如請求項1所述之塔式發電模組，更包含：一第三磁盤，所述第二線盤定位於所述第二磁盤與所述第三磁盤之間；及所述第一磁盤的所述磁性部件包含至少二個第一磁性元件，所述第二磁盤的所述磁性部件包含至少二個第二磁性元件，所述第三磁盤的所述磁性部件包含至少二個第三磁性元件，其中，至少一個第一磁性元件的磁場向量與至少一個第二磁性元件的磁場向量夾角介於0度至45度之間，至少一個第二磁性元件的磁場向量與至少一個第三磁性元件的磁場向量夾角介於0度至45度之間，在此，磁場向量係指第一、第二、第三磁性元件內部S端往N端。
3. 如請求項2所述之塔式發電模組，其中所述第一線盤及所述第二線盤至少一者具有一固定結構，並且至少一所述線圈組是被設置於一線圈盒，使用者可以藉由非破壞性的方式將所述線圈盒安裝於或拆卸自所述固定結構。
4. 如請求項1所述之塔式發電模組，其中所述第一磁盤、所述第一線盤、所述第二磁盤及所述第二線盤皆具有至少二個缺口部。
5. 如請求項2所述之塔式發電模組，其中所述第一磁盤與所述傳動結構連接，且所述第二磁盤及所述第三磁盤至少一者不與所述傳動結構連接；其中，在所述二磁盤與所述第三磁盤皆不與所述傳動結構連接的情況中，所述塔式發電模組是通過所述第一磁盤的所述磁性部件與所述第二磁盤的所述磁性部件之間的磁性吸引力，及通過所述第二磁盤的所述磁性部件與所述第三磁盤的所述磁性部件之間的磁性吸引力，達到使所述第一磁盤連動所述第二磁盤及所述第三磁盤轉動的功效；在所述第二磁盤與所述傳動結構連接但所述第三磁盤與所述傳動結構不連接的情況中，所述塔式發電模組是通過所述第二磁盤的所述磁性部件與所述第三磁盤的所述磁性部件之間的磁性吸引力，達到使所述第二磁盤連動所述第三磁盤轉動的功效。
6. 如請求項1所述之塔式發電模組，其更包含：一扇葉機構，其與所述傳動結構相連接。
7. 如請求項6所述之塔式發電模組，其更包含：一變速裝置，其連接於所述扇葉機構，並具有傳動帶與傳動輪，其中所述變速裝置是利用所述扇葉機構所產生的慣性力(俗稱「離心力」)調整傳動帶與傳動輪之間的相對位置關係(以下簡稱為「檔位」)，進而達到所述塔式發電模組可根據扇葉機構轉速自動調整所述變速裝置的檔位。
8. 一種發電系統，包含：如請求項1至7任一項所述之塔式發電模組；及一馬達，係用以使所述傳動結構轉動； 一電能儲存單元，係用以儲存該塔式發電模組所產生之電能及將電能供應予所述馬達。
9. 如請求項8所述之發電系統，更包含：一太陽能發電模組，其與所述電能儲存單元電性連接，係用以接收光能、將光能轉換為電能；所述電能儲存單元儲存來自於所述太陽能發電模組的電能及來自所述塔式發電模組產生的電能至少一者。
10. 一種發電系統，包含：如請求項7所述之塔式發電模組；及一馬達，係用以使所述傳動結構轉動；及一電能儲存單元，係用以儲存該塔式發電模組所產生之電能及將電能供應予所述馬達；及一太陽能發電模組，其與所述電能儲存單元電性連接，係用以接收光能、將光能轉換為電能；所述電能儲存單元儲存來自於所述太陽能發電模組的電能及來自所述塔式發電模組產生的電能至少一者；及一感測控制處理單元，包含：一感測器，係用以量測風速、風壓、傳動軸的轉速、所述變速裝置的一齒輪的轉速及可直接或間接計算得出扇葉機構轉速的物理參數至少一者，並得到一測量值；及一處理器，係用以根據所述測量值計算得出一控制訊號；及一控制器，係用以根據所述控制訊號切換所述變速裝置的檔位。

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