TWM657521U - 複合式風力發電機及其系統 - Google Patents

Abstract

一種複合式風力發電機，包含一第一發電裝置以及一第二發電裝置與一主軸同一軸心的轉動，其中該第二發電裝置的兩端分別包含可相對該主軸滑動的二個滑套元件，至少二個第二葉片的兩端分別連接於兩個該滑套元件，至少二個該第二葉片的一弧度依據二個滑套元件的一相對距離而改變。

Description

複合式風力發電機及其系統

一種發電設備，特別是一種複合式風力發電機及其系統。

隨著綠色能源興起，水力、風力、太陽能等發電方式逐漸成為世界能源轉型的趨勢。其中，風力發電的原理是利用空氣的氣動力帶動發電機的葉片旋轉，風力發電機的葉片一側較為凸起、一側較為平緩，空氣流過時凸起側的壓力低於平緩側產生一推動力，進而擷取風的動能轉化成可以使用的電能。

目前使用的風力發電機可以分為兩種：第一種阻力型，減少面向風吹方向葉片的阻力，利用阻力差使風車轉動，扭力大但功率係數不佳；第二種升力型，利用葉片上產生的升力使風車旋轉，但升力型風車啟動較為遲緩，受風力影響較大，在風力變化較不固定的都市區無法完整發揮效果。上述兩種風力發電機雖然都能夠利用自然風力進行發電，但還是造成部分可使用的能源的損失；有鑒於此，結合上述兩種風力發電機的優勢製作一種能最大化運用風力能源的裝置是相關領域中急欲發展的目標。

為了達到能最大化運用風力能源的目的，本新型提供一種複合式風力發電設備，包含一主軸，該主軸包含至少一第一發電裝置以及至少一第二發電裝置，至少一個該第一發電裝置以及至少一個該第二發電裝置與該主軸同一軸心的轉動，其中：各該第一發電裝置為一阻力型發電裝置；以及各該第二發電裝置沿該軸心方向的兩端分別包含二個滑套元件，二個該滑套元件可滑動的設置於該主軸上，二個該滑套元件之間構成一相對距離，至少二個第二葉片的兩端分別連接於兩個該滑套元件，至少二個該第二葉片的一弧度依據該相對距離而改變。

其中，該第二葉片包含一充氣結構。

其中，其中一個該第一發電裝置與其中一個該第二發電裝置沿該軸心的相鄰設置。

其中，其中一個該第一發電裝置位置於二個該滑套元件之間。

進一步地，該第二發電裝置與該第一發電裝置之間相鄰的該滑套元件以及該底板可相互結合或一體成形設置。

進一步地，該第一發電裝置包含複數個第一葉片，複數個該第一葉片相互間隔且環繞該主軸的放射狀設置，複數個第一葉片朝向同一方向凹曲呈流線型，各該第一葉片的兩側面分別包含一凹面以及一凸面。

其中，該第一葉片以及該第二葉片由一強化纖維複合材料所製成。

其中，該第一葉片、第二葉片所使用之材料包含一強化纖維複合材料。

進一步地，該第二葉片內部為中空以構成該充氣結構，該第二葉片包含一骨架，以及一片材環繞包覆該骨架以成形。

進一步地，該主軸穿設於一發電元件上，該主軸沿一軸心轉動時，該發電元件將一動能轉換成一電能，且該發電元件為一盤式發電機。

本新型還提供一種複合式風力發電系統，其進一步包含一控制系統包含一感測裝置用以偵測一迎風條件，並將該迎風條件傳遞至一控制中心，該控制中心依據該迎風條件以及其中所儲存之一發電邏輯以提供一發電指令至一執行單元，該執行單元接收該發電指令後調整該滑套元件相對該主軸的位置以及該相對距離，其中，該迎風條件包含一迎風方向以及/或一風速。

其中，控制中心的該發電邏輯透過設定一閾值評估該迎風條件。

其中，該感測裝置設置於該主軸任一區域或是其中一個該滑套元件之表面。

其中，該執行單元包含一驅動馬達連接該滑套元件以驅動該滑套元件相對該主軸位移或鎖定。

其中，該第二葉片包含一充氣結構，該執行單元包含一充氣閥設置於該第二葉片，該執行單元依據該發電指令調整該充氣閥開啟或關閉，以調整該第二葉片該充氣結構內一氣體的輸入或排出。

進一步地，該控制中心透過雲端連接一終端裝置，該終端裝置提供或調整該發電邏輯。

進一步地，該控制中心連接該發電元件以監控該發電元件的一發電效率，並且依據該發電效率結合該發電邏輯調整該發電指令。

進一步地，該控制中心連接一儲電裝置或是一用電裝置，以監控該儲電裝置的一儲電條件或是該用電裝置的一用電要求以結合該發電邏輯並調整該發電指令。

本新型所提供之複合式風力發電機為一垂直軸風力發電機，該垂直軸風力發電機沒有方向限制，可以對應至不同風向的一來風(incoming wind)，達到較佳的發電效能。透過結合該第一發電裝置以及該第二發電裝置，使得該複合式風力發電機可以同時具備阻力發電容易啟動且扭力大，以及升力發電可提高轉速且發電效率高的優勢，以相互彌補阻力發電以及升力發電的缺陷。

該第一發電裝置以及該第二發電裝置結合結構簡單易於製作，透過該兩個滑套元件間相對位置的改變，以及該充氣結構調整該第二葉片的曲率及體積，使的該複合式風力發電機可以結合傳統升力發電機及阻力發電機的優點，再加上該控制系統的調控，使得複合式風力發電機可以快速有效率的順應該迎風條件進行調整，使得本新型所提供之複合式風力發電機即使在風速較不穩定的區域也能加以應用，達到最大化利用風力的目的。

10:主軸

11:軸心

12:位移剖溝

13:限制穿孔

20:第一發電裝置

21:第一葉片

211:凹面

212:凸面

22:底板

23:發電元件

30:第二發電裝置

31:第二葉片

32:滑套元件

321:突出部

40:控制系統

41:感測裝置

42:執行單元

43:控制中心

H:相對距離

θ:夾角

圖1為本新型較佳實施例第一狀態立體示意圖

圖2為本新型較佳實施例第二狀態立體示意圖

圖3為本新型較佳第一實施例組合示意圖

圖4為本新型較佳第二實施例組合示意圖

圖5A為本新型較佳實施例鎖定結構第一狀態放大圖

圖5B為本新型較佳實施例鎖定結構第二狀態放大圖

圖6為本新型較佳實施例系統方塊圖

請參考圖1，其為本創作提供之一種複合式風力發電機較佳實施例，本創作所提供之複合式風力發電機包含一主軸10、至少一個發電元件23、至少一第一發電裝置20、至少一第二發電裝置30及一控制系統40。該主軸10穿設於至少一個發電元件23上，透過該主軸10沿一軸心11轉動使得至少一個該發電元件23將一動能轉換成一電能發電。進一步的，該發電元件23還可以連接一儲電裝置儲存該電能亦或是連接一用電裝置直接使用。

較佳的，該發電元件23可選為一盤式發電機，內部包含一定子以及一轉子，該定子以圓盤狀呈現且有複數個勵磁線圈環繞該主軸10設置；該轉子包含複數個電樞線圈；該主軸10轉動時帶動其內部的該轉子相對該定子轉動，使的該發電元件23內產生一感應電流，進而將該動能轉換為該電能。

至少一個該第一發電裝置20以及至少一個該第二發電裝置30設置於該主軸10上，並且與該主軸10同該軸心11轉動，其中，該第一發電裝置20以及該第二發電裝置30分別透過阻力發電以及升力發電之二種不同形式達到風力發電的需求。本新型所提供之複合式風力發電機透過結合該第一發電裝置20以及該第二發電裝置30，使得該複合式風力發電機可以同時具備阻力發電容易啟動且扭力大，以及升力發電可提高轉速且發電效率高的優勢，以相互彌補阻力發電以及升力發電的缺陷。

值得注意的是，本新型所提供之複合式風力發電機為一垂直軸風力發電機，該垂直軸風力發電機沒有方向限制，可以對應至不同風向的一來風(incoming wind)，達到較佳的發電效能。

本實施例中，該第一發電裝置20為一阻力型發電裝置，所述該阻力型發電裝置意旨該第一發電裝置20的其中第一葉片21因迎風時承受該來風所提供的一阻力。該第二發電裝置30為一升力型發電裝置，所述該阻力型發電裝置意旨該第二發電裝置30的其中一第二葉片31於迎風時因改變該來風的氣流後而承受該來風所提供的一升力。

該第一發電裝置20包含複數個第一葉片21，複數個第一葉片21相互間隔且環繞該主軸10的放射狀設置，複數個第一葉片21朝向同一方向凹曲呈流線型，使得各該第一葉片21的兩側面分別包含一凹面211以及一凸面212。該第一發電裝置20可以透過該凹面211以及該凸面212所承受該來風的該阻力不同而產生旋轉。

進一步地，該第一發電裝置20沿該軸心11方向的兩端分別包含兩個底板22。兩個該底板22相互對應的內側面分別連接複數個該第一葉片21之兩端，以強化該第一發電裝置20的整體結構。其中，兩個該底板22並不限定其實際型態，本實施例中，兩個該底板22為一圓形板狀。

進一步地，各該第一葉片21呈長片狀，且各該第一葉片21朝向同一方向凹曲的位置以及弧度皆相同，也就是說各該第一葉片21結構一致。

請參考圖1以及圖2，該第二發電裝置30沿該軸心11方向的兩端分別包含二個滑套元件32，二個該滑套元件32可滑動的套設於該主軸10環周圍上，至少二個該第二葉片31呈可撓性長片狀，且其兩端分別連接於兩個該滑套 元件32，至少二個該第二葉片31透過調整兩個該滑套元件32間的一相對距離H以產生不同弧度。

請配合參考圖5A以及圖5B，該滑套元件32可選的相對該主軸10滑動位移或鎖定，該滑套元件32於該主軸10上位移或鎖定的方式並不限定，可以透過軌道設計或是結構鎖定等方式完成。本實施例中，該主軸10之表面包含一位移剖溝12以及至少一限制穿孔13，該位移剖溝12沿該軸心11方向穿設於該主軸10表面，該限制穿孔13則於該位移剖溝12任一區域延伸，並且與該位移剖溝12之間構成一夾角θ。該滑套元件32對應該主軸10之表面突出一突出部321，該突出部321可以伸入該位移剖溝12以及至少一該限制穿孔13內，如此該滑套元件32便可以透過該突出部321沿該位移剖溝12往該軸心11延伸方向位移，並且可選的固定於其中一個該限制穿孔13內。該第二葉片31調整兩個該滑套元件32的方式將進一步於後續段落詳述。

請配合參考圖3以及圖4，該第一發電裝置20以及該第二發電裝置30的相對位置並不限制。本新型於圖1所提供的第一實施例中，該第一發電裝置20設置於該第二發電裝置30的二個該滑套元件32之間，使得該複合式風力發電機的達到節省空間的之效果。此外還可以依據第一實施例，設置複數個該第一發電裝置20以及該第二發電裝置30於該主軸10上，在有效利用空間下達到增加發電效能。

本新型於圖4所提供的第二實施例中，該第一發電裝置20與該第二發電裝置30沿該軸心11的依序設置，該第二發電裝置30二個該滑套元件32之間的該相對距離H可以無需受到該第一發電裝置20的限制，使得該複合式風力發電機相對該第一實施例可以依據需求較具彈性的調整各該第二葉片31的弧 度。進一步地，該複合式風力發電機的該主軸10上亦可以同時呈現該第一實施例以及該第二實施例，達到最具經濟性的發電效能。

其中，該第二發電裝置30靠近該第一發電裝置20的該滑套元件32可固定於該第一發電裝置20上，如此，該第二發電裝置30便可以僅透過調整其中一個該滑套元件32，達到節省成本之需求。

進一步地，該第二發電裝置30與該第一發電裝置20相鄰的該滑套元件32以及該底板22可相互結合或一體成形設置。

進一步地，該第一葉片21以及該第二葉片31較佳的由一強化纖維複合材料所製成，該強化纖維複合材料包含一樹脂及一纖維，透過該纖維與該樹脂混合熱壓後冷卻成型，形成具結構強度的強化纖維複合材料。其中，該纖維可以是碳纖維、方綸纖維、尼龍(Nylon)纖維、聚酯纖維(Polyester)、金屬纖維或是玻璃纖維。該樹脂可以是一熱固性樹脂或是一熱塑性樹脂。更佳的，該樹脂可選用聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)或是尼龍6(NY6)。

進一步地，該第二葉片31可以包含一充氣結構，使得一氣體可以輸入於該充氣結構內以改變該第二葉片31的體積。當該第二葉片31體積改變調整該來風的氣流變化，便可以調整該升力呈現，又因該充氣結構充入該氣體後，該第二葉片31可以產生體積增加且重量改變度低的特點，使得該第二葉片31容易被風推動，進而促進該第二發電裝置30的啟動。

進一步地，該充氣結構可以利用高週波、熱壓、超音波熔接等方式將一類袋狀結構形成於該第二葉片31任一區域，並於該充氣結構的表層塗 佈一熱塑性聚胺酯(TPU)，以提升該充氣結構的一物性強度同時達到重量低、體積輕巧易收納的效果。

進一步地，該第二葉片31內部為中空以構成該充氣結構，該第二葉片31可以透過碳纖維棒材/管材作為一骨架，並且以一片材環繞包覆該骨架以成形。

請參考圖6，該複合式風力發電機較與該控制系統40結合後構成一複合式風力發電系統。該控制系統40包含一感測裝置41，一執行單元42以及一控制中心43。該感測裝置41用以偵測一迎風條件，並將該迎風條件傳遞至該控制中心43。其中，該迎風條件較佳地可以包含一迎風方向、一風速等。該控制中心43依據該迎風條件以及其中所儲存之一發電邏輯以提供一發電指令至該執行單元42，該執行單元42接收該發電指令後調整該滑套元件32相對該主軸10的位置以及該相對距離H。

控制中心43的該發電邏輯可以透過設定一閾值的方式來評估該迎風條件。舉例而言，當該感測裝置41所偵測的該風速小於該閾值時，該控制中心43依據該發電邏輯產生對應該小於該閾值的該發電指令至該執行單元42。該執行單元42接收該發電指令後使二個該滑套元件32相互靠近，該相對距離H縮小且各該第二葉片31之曲率增加，藉此透過該第二葉片31的結構改變而調整該來風的氣流變化以及該升力的呈現，以提升該第二發電裝置30的發電效率。

其中，該感測裝置41可設置於該主軸10任一區域或是其中一個該滑套元件32之表面。

其中，該執行單元42可包含一驅動馬達連接該滑套元件32以達到該滑套元件32相對該主軸10的位移以及鎖定。

進一步地，該滑套元件32之外型可以依據感測風力的需求而設計，例如當該滑套元件32為一類長條狀時，該滑套元件32和風接觸的面積比例較大，使的位於該滑套元件上的該感測裝置41能夠更準確的感測風速，進而更精準的調整兩個該滑套元件32的相互位置。其中，該滑套元件還可以是一類球狀或是如同本實施例中所呈現的圓柱狀。

該執行單元42可以依據該發電指令已調整該滑套元件32之結構，舉例而言，該執行單元42可以依據該發電指令以令該滑套元件32與該主軸10解除鎖定關係，並驅動該滑套元件32相對該主軸10位移，當該滑套元件32移動至預期位置時，該執行單元42驅動該滑套元件32與該主軸10相互鎖定。所述該滑套元件32與該主軸10相互鎖定可以是透過改變該滑套元件32結構與該主軸10凹凸設置，或是改變該滑套元件32內徑而緊迫該主軸等方式，在此並不限定。

進一步地，該執行單元42包含一充氣閥設置於該第二葉片31，該該執行單元42可以依據該發電指令以調整該充氣閥開啟或關閉，以調整該第二葉片31該充氣結構內該氣體的輸入或排出。

該控制中心43還可透過雲端連接一終端裝置載入一應用程式或執行一網頁所呈現，以令一使用者可以直接透過一終端裝置提供或調整該發電邏輯。

該控制中心43還可以連接該發電元件23以監控該發電元件23的一發電效率，並且依據該發電效率結合該發電邏輯已調整該發電指令。

進一步地，該控制中心43還可以連接該儲電裝置或是該用電裝置，以監控該儲電裝置的一儲電條件或是該用電裝置的一用電要求以結合該發電邏輯已調整該發電指令。

本新型所提供之複合式風力發電機，結構簡單易於製作。透過該兩個滑套元件32間相對位置的改變，以及該充氣結構調整該第二葉片31的曲率及體積，使的該複合式風力發電機可以結合傳統升力發電機及阻力發電機的優點，再加上該控制系統40的調控，使得複合式風力發電機可以快速有效率的順應該迎風條件進行調整，使得本新型所提供之複合式風力發電機即使在風速較不穩定的區域也能加以應用，達到最大化利用風力的目的。

10:主軸

11:軸心

20:第一發電裝置

21:第一葉片

211:凹面

212:凸面

22:底板

23:發電元件

30:第二發電裝置

32:滑套元件

H:相對距離

Claims (18)

1. 一種複合式風力發電機，其包含一主軸，該主軸包含至少一第一發電裝置以及至少一第二發電裝置，至少一個該第一發電裝置以及至少一個該第二發電裝置與該主軸同一軸心的轉動，其中： 各該第一發電裝置為一阻力型發電裝置；以及 各該第二發電裝置沿該軸心方向的兩端分別包含二個滑套元件，二個該滑套元件可滑動的設置於該主軸上，二個該滑套元件之間構成一相對距離，至少二個第二葉片的兩端分別連接於兩個該滑套元件，至少二個該第二葉片的一弧度依據該相對距離而改變。
2. 如請求項1所述之該複合式風力發電機，該第二葉片包含一充氣結構。
3. 如請求項1或2所述之該複合式風力發電機，其中一個該第一發電裝置與其中一個該第二發電裝置沿該軸心的相鄰設置。
4. 如請求項1或2所述之該複合式風力發電機，其中一個該第一發電裝置位置於二個該滑套元件之間。
5. 如請求項3所述之該複合式風力發電機，該第二發電裝置與該第一發電裝置之間相鄰的該滑套元件以及該底板可相互結合或一體成形設置。
6. 如請求項1或2所述之該複合式風力發電機，該第一發電裝置包含複數個第一葉片，複數個該第一葉片相互間隔且環繞該主軸的放射狀設置，複數個第一葉片朝向同一方向凹曲呈流線型，各該第一葉片的兩側面分別包含一凹面以及一凸面。
7. 如請求項6所述之該複合式風力發電機，該第一葉片以及該第二葉片由一強化纖維複合材料所製成。
8. 如請求項6所述之該複合式風力發電機，該第二葉片內部為中空以構成該充氣結構，該第二葉片包含一骨架，以及一片材環繞包覆該骨架以成形。
9. 如請求項5所述之該複合式風力發電機，該主軸穿設於一發電元件上，該主軸沿一軸心轉動時，該發電元件將一動能轉換成一電能。
10. 如請求項6所述之該複合式風力發電機，該發電元件為一盤式發電機。
11. 一種複合式風力發電系統，其包含 一主軸，該主軸包含至少一第一發電裝置以及至少一第二發電裝置，至少一個該第一發電裝置以及至少一個該第二發電裝置與該主軸同一軸心的轉動，其中： 各該第一發電裝置為一阻力型發電裝置；以及 各該第二發電裝置沿該軸心方向的兩端分別包含二個滑套元件，二個該滑套元件可滑動的設置於該主軸上，二個該滑套元件之間構成一相對距離，至少二個第二葉片的兩端分別連接於兩個該滑套元件，至少二個該第二葉片的一弧度依據該相對距離而改變；以及 一控制系統包含一感測裝置用以偵測一迎風條件，並將該迎風條件傳遞至一控制中心，該控制中心依據該迎風條件以及其中所儲存之一發電邏輯以提供一發電指令至一執行單元，該執行單元接收該發電指令後調整該滑套元件相對該主軸的位置以及該相對距離，其中，該迎風條件包含一迎風方向以及/或一風速。
12. 如請求項11所述之該複合式風力發電系統，控制中心的該發電邏輯透過設定一閾值評估該迎風條件。
13. 如請求項12所述之該複合式風力發電系統，該感測裝置設置於該主軸任一區域或是其中一個該滑套元件之表面。
14. 如請求項12所述之該複合式風力發電系統，該執行單元包含一驅動馬達連接該滑套元件以驅動該滑套元件相對該主軸位移或鎖定。
15. 如請求項12所述之該複合式風力發電系統，該第二葉片包含一充氣結構，該執行單元包含一充氣閥設置於該第二葉片，該執行單元依據該發電指令調整該充氣閥開啟或關閉，以調整該第二葉片該充氣結構內一氣體的輸入或排出。
16. 如請求項11至15任一項所述之該複合式風力發電系統，該控制中心透過雲端連接一終端裝置，該終端裝置提供或調整該發電邏輯。
17. 如請求項11至15任一項所述之該複合式風力發電系統，該控制中心連接該發電元件以監控該發電元件的一發電效率，並且依據該發電效率結合該發電邏輯調整該發電指令。
18. 如請求項11至15任一項所述之該複合式風力發電系統，該控制中心連接一儲電裝置或是一用電裝置，以監控該儲電裝置的一儲電條件或是該用電裝置的一用電要求以結合該發電邏輯並調整該發電指令。

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