TWM592031U - 風力發電裝置 - Google Patents

Abstract

一種風力發電裝置，主要是在風力發電機的塔架內設置有一支撐軸，位在該塔架內的所述支撐軸上至少樞接有上、下排列的上垂直軸葉片與下垂直軸葉片，該塔架的周壁對應二該上、下垂直軸葉片處，係開設有迎風口，側向風可由該迎風口進入該塔架內，推動該上、下垂直軸葉片轉動，該上、下垂直軸葉片的轉動方向經配置成反向旋轉，以使該上、下垂直軸葉片的轉動扭力相互平衡，而且該上、下垂直軸葉片通過轉動而輸出動力能與發電機單元連接而發電。

Description

風力發電裝置

本創作是一種風力發電裝置，尤指可增益風力發電之輸出功率及成本效益(CP值)者。

按，風力發電機依旋轉軸的方向區分，大致分成垂直軸風力發電機5(如圖1)及水平軸風力發電機6(如圖2)兩種。該風力發電機的結構，主要包含有塔架、葉片、發電機等三大部分所構成。其中塔架的空間與結構功能只用以支撐一種葉片及發電機，未發揮其他用途，殊為可惜。

本創作人認為塔架所佔據的空間、結構與配置存有發揮其他功能足以增益發電輸出功率之餘地，乃加以改良，遂有本創作之產生。

爰是，本創作之主要創作目的，係在改變塔架之結構設計、空間及其氣動功能之利用，以及葉片與發電裝置的設計，配置與系統組合，以提升風力發電機之發電輸出功率及成本效益。

本創作的主要特徵，是在風力發電機的塔架內設置有一支撐軸，位在該塔架內的所述支撐軸上至少樞接有上、下排列的上垂直軸葉片與下垂直軸葉片，該塔架的周壁對應二該上、下垂直軸葉片處，係開設有迎風口，側向風可由該迎風口進入該塔架內，推動該上、下垂直軸葉片轉動；該上、下垂直軸葉片的轉動方向經配置成反向旋轉，以使該上、下垂直軸葉片的轉動扭力相互平衡，而且該上、下垂直軸葉片通過轉動輸出動力能與發電機單元連接而發電。藉此設置，除了先前技術所述塔架原來支撐的一具風力葉片與發電機之外，尚能加裝多具葉片與發電機置，並利用塔架內空氣動力設計，增益整體發電效果。

有關本創作為達成上述目的、功效所採用的技術手段及結構，茲舉以下實施例並配合圖示，說明如下。

請參閱圖3〜8所示，是本創作實施例應用於垂直軸風力發電機1的結構圖。該垂直軸風力發電機1包含一塔架2，為中空狀；一被支撐在該塔架2的頂端上方的上、下兩組旋轉葉片10a、10b，二該旋轉葉片10a、10b可藉自然風力驅動旋轉，並且連接一發電機(為習知，未視於圖)而發電。

本創作主要改良是在： 該塔架2，為中空柱狀，內部具有一裸空空間20。該塔架2的外周側是圍繞有複數支立柱21，該立柱21的側壁與該塔架2的周壁22連接，藉此增強該塔架2的結構強度，而且藉此降低構成塔架2之周壁22的板材材質之要求，以降低成本。該裸空空間20的內部設置有不動的一支撐軸23，該支撐軸23的頂端伸出該塔架2的頂端口而樞接前述旋轉葉片10a、10b。位於該塔架2底端的周壁22係配置有複數個可封閉或打開的下風口220，以增加塔架2內部的氣動能量，而且所述塔架2的底端周壁22為具透光性，以便對塔架2內的空氣加溫，藉此位在塔架2下方的熱空氣能藉由熱氣往上原理，經由該下風口220進入塔架2內，使熱空氣以煙囪效應往上移動；或者經選配使塔架2內的空氣經動力驅動往下，經由該下風口220傳送給另一支塔架2應用。

位在該塔架2的內部頂端之支撐軸23上，是至少樞接有二上、下排列的上垂直軸葉片24a及下垂直軸葉片24b(如圖3、4)，該上、下垂直軸葉片24a、24b的內部皆配置有一與所對應的垂直軸葉片24a、24b同體連動的半桶型輔助葉片25a、25b，該半桶型輔助葉片25a、25b可承攬較多的側向風而輔助啟動上、下垂直軸葉片24a、24b的轉動及引導氣流。所述上、下垂直軸葉片24a、24b的轉動方向經配置成轉向相反，使二者的轉動扭力平衡，而且該上、下垂直軸葉片24a、24b的旋轉動能，可分別以齒輪機構連接一發電機而個別發電。為增加該上、下垂直軸葉片24a、24b的轉動速度，該上、下垂直軸葉片24a、24b的葉片形狀，在設計上，亦可具有被來自塔架2內以煙囪效應往上移動的風力推動而旋轉的效果。

該塔架2的周壁22於對應該上、下垂直軸葉片24a、24b處，係開設有迎風口26(如圖7，至少一個迎風口，本實施例為複數個迎風口)，在塔架2外自然流動的風可經由該等迎風口26進入塔架2內，推動該上、下垂直軸葉片24a、24b及二輔助葉片25a、25b轉動。為增加攬風量，該周壁22對應所述迎風口26的兩側是配置有往該塔架2外側斜伸的攬風板221，如圖7所示。

上述上、下相鄰的上、下垂直軸葉片24a、24b之間，於塔架2內係固定有水平設置的一感應定子磁場27，該感應定子磁場27包含有柵孔狀的金屬板270及繞設在該金屬板270上的激磁線圈271所組成(如圖4)。該金屬板270的外圓是被該塔架2的內壁所支撐而定位。該上、下垂直軸葉片24a、24b面對該感應定子磁場27的端面，是分別配置有隨該上、下垂直軸葉片24a、24b轉動的軸流葉片28a、28b(即軸流葉片28a、28b旋轉時，能帶動塔架2的裸空空間20內之風流動方向為軸向流動)，該二軸流葉片28a、28b隨所依附的垂直軸葉片24a、24b旋轉。二軸流葉片28a、28b的旋轉方向雖然相反，但葉片角度的設計，可使推動風力的方向一致(例如風向一致往上)。二該軸流葉片28a、28b係經磁化處理以構成一轉子磁場29a、29b，該感應定子磁場27與二該轉子磁場29a、29b相對之間，通過該轉子磁場29a、29b的旋轉而與感應定子磁場27相互感應、磁力切割進而發電，該發電功能再經二轉子磁場29a、29b的轉動方向相反，而增加發電功率。再者，該上垂直軸葉片24a的頂端配置有一與該上垂直軸葉片24a同體連動的上軸流葉片28c；該下垂直軸葉片24b的底端配置有一與該下垂直軸葉片24b同體連動的下軸流葉片28d，該上軸流葉片28c、下軸流葉片28d的設置，以增加塔架2內軸流風的推送。

位於所述裸空空間20內的該支撐軸12下方，係樞接有上、下分開排列的二輔助軸流葉片28e、28f(如圖3、5)，該二輔助軸流葉片28e、28f如同前述二軸流葉片28a、28b般，二輔助軸流葉片28e、28f的葉片角度經設計而接受軸流風時轉向相反，使二者的轉動扭力平衡，風向同向，且葉片經磁化處理以構成一轉子磁場29c、29d；於該二輔助軸流葉片28e、28f之間配置有一感應定子磁場27a，該感應定子磁場27a與上述感應定子磁場27一樣，由一柵孔狀的金屬板270a及繞設在該金屬板270a上的激磁線圈271a所組成，通過該轉子磁場29c、29d的旋轉而與感應定子磁場27a相互感應、磁力切割進而發電；而且通過該轉子磁場29c、29d的旋轉方向相反，可增加與感應定子磁場27a相互感應的發電功率。而且通過該二輔助軸流葉片28e、28f的旋轉，可協助由下風口220進入塔架2內軸向流動的風之流動速度，有如小型龍捲風效應。該二輔助軸流葉片28e、28f的轉向如上述設計相反，可增益轉子磁場29c、29d與感應定子磁場27a間的相互感應、磁力切割量，進而增加發電效果。又，該二輔助軸流葉片28e、28f的轉向雖相反，如前述，可經葉片形狀的設計，而達到所推送的風向一致之功用，而且其推送的風向經限制與上述軸流葉片28a、28b所推送的風向同向，使軸流葉片28a、28b與二輔助軸流葉片28e、28f具有接力推送塔架2內的軸向風流動速度之效果。其次，二輔助軸流葉片28e、28f之間亦可免設置感應定子磁場27a，該二輔助軸流葉片28e、28f的旋轉動能，可分別透過齒輪機構驅動一發電機作用發電，而增益發電效果。

上述本創作實施例應用於垂直軸風力發電機1時，如圖3、5圖所示。除外露於塔架2上方的旋轉葉片10a、10b，因自然風力推送旋轉，該旋轉動力連接發電機而發電外，配置於塔架2之裸空空間20內的上、下垂直軸葉片24a、24b旋轉動力與個別連接的發電機連結亦能發電；二軸流葉片28a、28b經磁化處理構成一轉子磁場29a、29b與感應定子磁場27相互感應、磁力切割也能發電；二輔助軸流葉片28e、28f經磁化處理構成轉子磁場29c、29d與感應定子磁場27a間的相互感應、磁力切割亦能發電，因此，本創作具有增益發電量的效果。再者，本創作於塔架2的底端周壁22配置有複數個下風口220，以便塔架2下方的熱空氣能經由該下風口220進入塔架2內，通過煙囪效應原理，及塔架2內的軸流風經輔助軸流葉片28e、28f、下軸流葉片28d、二軸流葉片28a、28b、上軸流葉片28c的由下往上接力推送，儼如小型龍捲風效應，軸向風力極大，可提升塔架2內的軸流風速，使發電效果更佳。

其次，請參閱圖9所示，係本創作實施例應用於水平軸風力發電機3的結構圖，塔架2的結構與該塔架2內部的機件配置與圖3、5相同。

請參閱圖10所示，垂直軸風力發電機1與水平軸風力發電機3的塔架2之間的底端，係可由下風口220處以具透光性的聯通管4連通，而且塔架2內的軸流風向係可經設計，該水平軸風力發電機3的塔架內之軸流風向朝下(如箭頭A所示)，而垂直軸風力發電機1的塔架內之軸流風向朝上(如箭頭B所示)，該水平軸風力發電機3的塔架2內之軸流風經透光性聯通管4的外界溫度加溫後，以伯努利定律（Bernoulli's Law）流向垂直軸風力發電機1的塔架內，使更增益該垂直軸風力發電機1塔架內的風量，並通過煙囪效應，增加塔架2內的垂直軸葉片24a、24b、軸流葉片28a、28b、輔助軸流葉片28e、28f等的受風量及轉速，使發電效果更佳；或者如圖11所示，一台水平軸風力發電機3與複數台垂直軸風力發電機1間的下風口220以聯通管4連通；甚或多台垂直軸風力發電機1與多台水平軸風力發電機3的下風口220以聯通管4連通。藉此，使不同塔架2內的風，經由風向的順向設定，而能導入相鄰塔架2內應用，以增益風力發電效果。

其次，圖5所揭示的二輔助軸流葉片28e、28f及感應定子磁場27a的結構，可如圖12所示。其中二該輔助軸流葉片28e、28f的轉向相反且經磁化具有S、N極，該感應定子磁場27a的結構如圖12所示，於塔架2的內壁相對於二輔助軸流葉片28e、28f的設置位置附著有一圈永久磁鐵271c，該永久磁鐵271c的中間往二該輔助軸流葉片28e、28f之間水平延伸有一組水平向激磁線圈271b，該組水平向激磁線圈271b的上、下方分別由永久磁鐵271c延伸有垂直向激磁線圈271b，二該垂直向激磁線圈271b分別位在二該輔助軸流葉片28e、28f的鄰側。經磁化的二該輔助軸流葉片28e、28f轉動時，與激磁線圈271b產生相對運動，因磁力線被切割而發電，而且二該輔助軸流葉片28e、28f轉動方向相反，可增加發電量。

由上述之說明可知，本創作的結構不僅新穎具產業利用性，於應用上復具增益發電量的功能，以符合新型專利要件，依法提出新型專利申請，懇請惠予審查並核予專利，實感德便。

習知部分 5:垂直軸風力發電機 6:水平軸風力發電機 本創作部分 1:垂直軸風力發電機 2:塔架 10a、10b:旋轉葉片 2:塔架 20:裸空空間 21:立柱 22:周壁 23:支撐軸 220:下風口 24a:上垂直軸葉片 24b:下垂直軸葉片 25a、25b:輔助葉片 26:迎風口 221:攬風板 27、27a:感應定子磁場 270、270a:金屬板 271、271a、271b:激磁線圈 271c:磁鐵 28a、28b:軸流葉片 29a、29b、29c、29d:轉子磁場 28c:上軸流葉片 28d:下軸流葉片 28e、28f:輔助軸流葉片 3:水平軸風力發電機 4:聯通管

圖1所示是習知垂直軸風力發電機的外觀圖。 圖2所示是習知水平軸風力發電機的外觀圖。 圖3所示是本創作實施例應用於垂直軸風力發電機的結構立體圖(塔架部分過長部分延斷)。 圖4所示是圖3之部分放大圖。 圖5所示是本創作實施例應用於垂直軸風力發電機的結構剖視圖。 圖6所示是圖5之部分放大圖。 圖7所示是圖6的7s-7s剖視圖。 圖8所示是圖6的俯視圖。 圖9所示是本創作實施例應用於水平軸風力發電機的結構立體圖。 圖10所示是本創作實施例垂直軸風力發電機與水平軸風力發電機的塔架間以聯通管連接相通結構圖。 圖11所示是本創作實施例一台水平軸風力發電機與多台垂直軸風力發電機的塔架間以聯通管連接相通結構圖。 圖12所示是本創作實施例感應定子磁場的另一結構圖。

1:垂直軸風力發電機

2:塔架

10a、10b:旋轉葉片

20:裸空空間

21:立柱

22:周壁

23:支撐軸

220:下風口

24a:上垂直軸葉片

24b:下垂直軸葉片

25a、25b:輔助葉片

26:迎風口

221:攬風板

27、27a:感應定子磁場

270、270a:金屬板

271、271a:激磁線圈

28a、28c、28d:軸流葉片

29a、29c:轉子磁場

28c:上軸流葉片

28e:輔助軸流葉片

Claims (13)

1. 一種風力發電裝置，包含有一中空塔架及固定在該塔架上方外面的旋轉葉片；其特徵在於： 該塔架內設置有一支撐軸，所述支撐軸上至少樞接有上、下排列的上垂直軸葉片與下垂直軸葉片，該上垂直軸葉片及該下垂直軸葉片的轉動方向經配置成反向旋轉；該塔架的周壁對應所述上垂直軸葉片及該下垂直軸葉片位置處，係開設有迎風口，位在該塔架外的側向風可由該迎風口進入所述塔架內，推動該上垂直軸葉片及該下垂直軸葉片轉動，該上垂直軸葉片及該下垂直軸葉片的動力能與發電機連接而發電。
2. 如請求項1所述之風力發電裝置，其中該上垂直軸葉片及該下垂直軸葉片之間的該塔架內係固定有一感應定子磁場，該上垂直軸葉片及該下垂直軸葉片相鄰的端面，是分別配置有一隨該上垂直軸葉片及該下垂直軸葉片轉動的軸流葉片，該軸流葉片經磁化構成轉子磁場，該感應定子磁場與該轉子磁場通過相互感應、磁力切割而發電。
3. 如請求項1所述之風力發電裝置，其中該上垂直軸葉片的頂端係配置有一與該上垂直軸葉片同體連動的上軸流葉片；該下垂直軸葉片的底端是配置有一與該下垂直軸葉片同體連動的下軸流葉片；該上軸流葉片與該下軸流葉片於塔架內所推動的軸流風方向一致。
4. 如請求項1所述之風力發電裝置，其中該塔架的周壁對應所述迎風口的兩側，是配置有往該塔架外側斜伸的攬風板。
5. 如請求項1至4任一項所述之風力發電裝置，其中該塔架的底端周壁是配置有下風口，該下風口可依需求開啟或關閉。
6. 如請求項5所述之風力發電裝置，其中該塔架內的所述支撐軸係樞接有上、下分開排列的二輔助軸流葉片，該二輔助軸流葉片的轉向相反但推送軸流風的方向一致；二該輔助軸流葉片的旋轉動能，係分別透過齒輪機構驅動一發電機作用發電。
7. 如請求項5所述之風力發電裝置，其中該塔架內的所述支撐軸係樞接有上、下分開排列的二輔助軸流葉片，該二輔助軸流葉片的轉向相反但推送軸流風的方向一致；二該輔助軸流葉片的表面經磁化處理構成一轉子磁場；於該二輔助軸流葉片之間是配置有一感應定子磁場，通過該轉子磁場的旋轉而與所述感應定子磁場相互感應、磁力切割而發電。
8. 如請求項1所述之風力發電裝置，其中該塔架的外周側是圍繞有複數支立柱，該立柱的側壁是與該塔架的周壁連接。
9. 如請求項2所述之風力發電裝置，其中該感應定子磁場是由含有柵孔狀的一金屬板，及纏繞設在該金屬板上的激磁線圈所組成。
10. 如請求項7所述之風力發電裝置，其中該感應定子磁場是由含有柵孔狀的一金屬板，及纏繞設在該金屬板上的激磁線圈所組成。
11. 如請求項7所述之風力發電裝置，其中該感應定子磁場是於所述塔架的內壁相對於二該輔助軸流葉片的設置位置附著有一圈永久磁鐵，該永久磁鐵的中間往二該輔助軸流葉片之間水平延伸有一組水平向激磁線圈，該組水平向激磁線圈的上、下方分別由該永久磁鐵延伸有垂直向激磁線圈，二該垂直向激磁線圈分別位在二該輔助軸流葉片的鄰側。
12. 如請求項1所述之風力發電裝置，其中該上垂直軸葉片與該下垂直軸葉片的內部皆配置有一連動的半桶型輔助葉片，通過該半桶型輔助葉片承攬由該塔架外經該迎風口進入所述塔架內的側向風。
13. 如請求項5所述之風力發電裝置，其中該下風口可依需求通過具透光性的聯通管與另一風力發電機的塔架底端內部聯通。

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