多層葉片式風力發電裝置的製作方法

2023-05-15 04:13:01

本發明涉及一種發電裝置，特別是涉及一種利用風力、潮汐、洋流等推力來推動葉片旋轉以產生電力的多層葉片式風力發電裝置。

背景技術：

目前市面上已有相當多種利用風力、潮汐、洋流等推力來產生電力的流力發電裝置。參閱圖1，一般普遍採用的水平軸式的風力發電裝置，包含一個基座90、一支能轉動地水平穿伸入基座90的轉軸91，及一個安裝在該轉軸91前端的葉片模塊92。該葉片模塊92包括三個彼此角度間隔地連接該轉軸91的葉片921，當所述葉片921受到風力驅動而連動該轉軸91繞其自身軸心旋轉時，該風力發電裝置就能進行發電。

目前全世界的水平軸式風力發電裝置均朝向大型化發展，主要是期望能提供更充足的電力，為了滿足此要求，所述葉片921的葉片長度必須高達50～75公尺，才能使所述葉片921有足夠的受風面積，來提供足夠的旋轉扭力，以帶動該轉軸91達到所需的轉速，也由於所述葉片921的長度較長，使得該風力發電裝置在運轉時，所述葉片921上下橫跨的高度相當大，使得所述葉片921的最高處與最低處的高度差能高達100公尺以上，然而在低空流場下，風的流速在不同高度下是呈現不均勻的分布，且高度差越大流速的差異也越大，若位於高處的葉片921與位於低處的葉片921所受到風力差異大，會導致該葉片模塊92傾斜偏擺，運轉不順暢，而容易損壞。

此外，所述葉片921的葉片長度較長，也使得所述葉片921所承受的風力與力矩較大，往往會導致所述葉片921與該轉軸91的連接處，在長期運轉下容易損壞變形，因此現有的風力發電裝置仍有待改善。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種能提高運轉順暢度且不易損壞變形的多層葉片式風力發電裝置。

本發明的多層葉片式風力發電裝置，能受沿一個流動方向流動的風所驅動，包含一個基座，及一個沿該流動方向軸向延伸且能繞自身軸心轉動地安裝於該基座的第一轉軸。該多層葉片式風力發電裝置還包含數個連接該第一轉軸且沿該第一轉軸的軸向方向間隔排列的第一葉片模塊。每一個第一葉片模塊具有數個由該第一轉軸的徑向方向向外延伸且彼此角度間隔的第一葉片，所述第一葉片模塊的第一葉片能分別受風力驅動而連動該第一轉軸往一個第一轉動方向旋轉。

本發明所述的多層葉片式風力發電裝置，該第一轉軸包括一個朝向該流動方向的迎風端，及一個背向該流動方向的背風端，所述第一葉片模塊的第一葉片的葉片長度由該迎風端往該背風端逐漸增加。

本發明所述的多層葉片式風力發電裝置，所述第一葉片模塊的第一葉片彼此錯開。

本發明所述的多層葉片式風力發電裝置，在葉片長度最短的兩相鄰第一葉片所夾角度間，所述第一葉片模塊的第一葉片反向沿著該第一轉動方向依序由葉面長度最短的第一葉片排列到葉片長度最長的第一葉片。

本發明所述的多層葉片式風力發電裝置，還包含一個第二轉軸，及一個第二葉片模塊，該第二轉軸沿該流動方向軸向延伸，且能繞自身軸心轉動地與該第一轉軸間隔樞設，該第二葉片模塊具有數個由該第二轉軸的徑向方向向外延伸且彼此角度間隔的第二葉片，所述第二葉片能受風力驅動而連動該第二轉軸往一個相反於該第一轉動方向的第二轉動方向旋轉。

本發明所述的多層葉片式風力發電裝置，還包含至少一個第一雙轉發電模塊，該第一雙轉發電模塊包括一個安裝在該第一轉軸並能被該第一轉軸帶動而往該第一轉動方向旋轉的第一轉子，及一個安裝在該第二轉軸並能被該第二轉軸帶動而往該第二轉動方向旋轉的第二轉子，當該第一轉子與該第二轉子相對旋轉通過時，該第一雙轉發電模塊會產生感應電流輸出。

本發明的有益效果在於：通過所述第一葉片模塊的設計，能增加所述第一葉片的數量，並縮短每一個第一葉片的葉片長度。以避免所述第一葉片上下橫跨的高度過大而出現上下受力不均的問題，進而讓所述第一葉片能平均受力地帶動該第一轉軸順暢的運轉。且所述第一葉片所承受的風力與力矩較小，也能使所述第一葉片與該第一轉軸的連接處不易損壞變形。

附圖說明

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：

圖1是一個立體圖，說明現有的風力發電裝置；

圖2是一個立體圖，說明本發明多層葉片式風力發電裝置的第一實施例；

圖3是一個剖視側視示意圖，說明該第一實施例的內部結構；

圖4是一個前視圖，說明該第一實施例的運轉過程；

圖5是一個立體圖，說明本發明多層葉片式風力發電裝置的第二實施例；

圖6是一個剖視側視示意圖，說明該第二實施例的內部結構；

圖7是一個前視圖，說明該第二實施例的運轉過程；

圖8是一個剖視側視示意圖，說明本發明多層葉片式風力發電裝置的另一實施態樣。

具體實施方式

在本發明被詳細描述前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖2、圖3與圖4，本發明多層葉片式風力發電裝置的第一實施例，本發明為水平軸式的風力發電裝置，並能受沿一個流動方向F流動的風所驅動。該風力發電裝置包含一個基座1、一個第一轉軸2、三個第一葉片模塊3，及數個單轉發電模塊4。

該基座1用於支撐該第一轉軸2，在本實施例中，該基座1包括一個支撐柱11，及一個設置於該支撐柱11頂端並能供該第一轉軸2穿設的座體12，該座體12界定出一個第一發電空間13。實施上該基座1能設計成能相對於地面水平轉動，並利用一個導流板來帶動該基座1轉動，使本發明能轉動至正面受風的位置，實施上，該基座1的設計，不以本實施例為限。

該第一轉軸2沿該流動方向F軸向延伸，且能繞自身軸心轉動地穿設於該座體12，並沿著該流動方向F長向延伸。該第一轉軸2包括一個朝向該流動方向F的迎風端21，及一個背向該流動方向F的背風端22。補充說明的是，在本實施例中該座體12是利用數個軸承，以供該第一轉軸2能轉動地穿設，但實施上不以本實施例為限。

所述第一葉片模塊3，連接該第一轉軸2且沿該第一轉軸2的軸向方向間隔排列。在本實施例中，所述第一葉片模塊3的數量為三，但實施上，所述第一葉片模塊3的數量也能為二、四或五以上，不以本實施例為限。每一個第一葉片模塊3具有數個由該第一轉軸2的徑向方向向外延伸且彼此角度間隔的第一葉片31。每一個第一葉片31呈長條板狀，當所述第一葉片31受到沿該流動方向F的風力驅動時，會連動該第一轉軸2往一個第一轉動方向C1旋轉，且該第一轉動方向C1與該流動方向F相互垂直，而成為水平軸式的風力發電裝置。

所述第一葉片31能沿著與該流動方向F垂直的第一轉動方向C1轉動的原因在於：每一個第一葉片31具有一個與該流動方向F呈一傾斜角度的風切面311，當風沿該流動方向F流動而與所述第一葉片31的風切面311接觸後，會被所述風切面311引導而改變流動方向F，此時，風對所述風切面311所產生的作用力，就能驅動所述第一葉片31轉動，而將動能傳遞至所述第一葉片31。

每一個第一葉片31的葉片長度L1為該第一葉片31從該第一轉軸2徑向向外延伸的長度，而所述第一葉片模塊3的第一葉片31的葉片長度L1，由該第一轉軸2的該迎風端21往該背風端22逐漸增加，也就是說，越靠近該流動方向F的下遊處的第一葉片31其葉片長度L1越長，相反地越靠近該流動方向F的上遊處的第一葉片31其葉片長度L1越短，如此一來，就能避免相對位於上遊處的第一葉片31完全遮擋到相對位於下遊處的第一葉片31，以增加位於下遊處的第一葉片31與風的接觸面積。

此外，所述第一葉片模塊3的第一葉片31彼此錯開，在本實例中，所述第一葉片模塊3的數量為三，且每一個第一葉片模塊3的第一葉片31的數量為三，因此在設計上，是讓每一個第一葉片模塊3的第一葉片31彼此呈360/3＝120度角度間隔，而每兩相鄰第一葉片模塊3的第一葉片31彼此錯開360/(3×3)＝40度，也就是說，從圖4的視角來看，所述第一葉片模塊3的第一葉片31會呈放射狀的分布，且從葉片長度L1最短的兩相鄰第一葉片31所夾角度間反向沿著該第一轉動方向C1，例如從三點鐘方向沿著逆時針方向到十一點鐘方向，依序由葉片長度L1最短的第一葉片31排列到葉片長度L1最長的第一葉片31。通過所述第一葉片模塊3的第一葉片31彼此錯開的設計，使風能依序穿過鄰近該迎風端21的第一葉片模塊3後，來依序驅動遠離該迎風端21的第一葉片模塊3。

補充說明的是，在本實例中，所述第一葉片模塊3的數量為三，且每一個第一葉片模塊3的第一葉片31的數量為三，因此每兩相鄰第一葉片模塊3的第一葉片31彼此錯開40度，但實施上，每兩相鄰第一葉片模塊3的第一葉片31彼此錯開的角度，會依所述第一葉片模塊3的數量以及每一個第一葉片模塊3的第一葉片31的數量而定。例如所述第一葉片模塊3的數量為四，且每一個第一葉片模塊3的第一葉片31的數量為五，則每兩相鄰第一葉片模塊3的第一葉片31彼此錯開的角度為360/(4×5)＝18度。

所述單轉發電模塊4沿該第一轉軸2間隔設置於該第一發電空間13，每一個單轉發電模塊4包括一個安裝在該座體12的普通定子41，及一個安裝在該第一轉軸2的普通轉子42。當所述第一葉片模塊3受到風力推動時，會帶動該第一轉軸2轉動，而帶動該普通轉子42相對於該普通定子41旋轉以產生感應電流輸出。實施上，本發明也能僅包含一個單轉發電模塊4，不以本實施例為限

本發明多層葉片式風力發電裝置，使用時，當風沿該流動方向F流動而到達最靠近該流動方向F上遊處的第一葉片模塊3時，會驅動最靠近該流動方向F上遊處第一葉片模塊3產生旋轉扭力，而未觸碰到該第一葉片模塊3的風，例如從每兩相鄰的第一葉片31間穿過的風，以及位於以葉片長度L1作為半徑所界定出的圓周區域外的風，會繼續往該流動方向F流動。

由於位於相對下遊處的第一葉片模塊3與位於相對上遊處的第一葉片模塊3彼此錯開，且位於相對下遊處的第一葉片模塊3的葉片長度L1較長，因此繼續往該流動方向F流動的風能順利驅動位於相對下遊處的第一葉片模塊3產生旋轉扭力，而未觸碰到該第一葉片模塊3的風，也就是上述從每兩相鄰的第一葉片31間穿過的風，或者位於以葉片長度L1作為半徑所界定出的圓周區域外的風，會繼續往該流動方向F流動。

依此類推下來，沿該流動方向F的風就能驅動到最下遊的第一葉片模塊3來產生旋轉扭力，最後，所述第一葉片模塊3能相配合帶動該第一轉軸2繞著該第一轉動方向C1轉動。

由於所述第一葉片模塊3都能受到風力驅動，因此在能達到足夠受風面積的情況下，本發明能通過增加所述第一葉片31的數量，來縮短每一個第一葉片31的葉片長度，使得每一個第一葉片模塊3的葉片長度L1相較於現有的葉片長度能縮短許多，而所述第一葉片模塊3相配合能仍然能提供足夠的旋轉扭力。

通過上述設計，能縮短所述第一葉片31上下橫跨的高度，就不會出現現有葉片受力不均的問題，使得所述第一葉片31能平均受力地帶動該第一轉軸2順暢的運轉。而且所述第一葉片31的長度較短也能減少所承受的風力與力矩，使所述第一葉片31與該第一轉軸2的連接處不易損壞變形。

且將所述第一葉片模塊3間隔設置於該第一轉軸2，能將所述第一葉片模塊3對該第一轉軸2的扭力均勻分散於該第一轉軸2上，使該第一轉軸2的平均受力轉動，以降低該第一轉軸2扭轉變形的情況。

綜上所述，本發明多層葉片式風力發電裝置，通過所述第一葉片模塊3的設計，能避免所述第一葉片31因上下受力不均而傾斜偏擺的問題，讓所述第一葉片31能平均受力地帶動該第一轉軸2順暢的運轉，也能使所述第一葉片31與該第一轉軸2的連接處不易損壞變形，所以確實能達成本發明的目的。

參閱圖5、圖6與圖7，本發明多層葉片式風力發電裝置的第二實施例，與該第一實施例不同處在於：本實施例不包含所述單轉發電模塊4，而還包含一個第二轉軸5、一個第二葉片模塊6，及數個第一雙轉發電模塊7。本實施例的所述第一葉片模塊3的數量為二，但實施上，所述第一葉片模塊3的數量也能為三、四或五以上，不以本實施例為限。

該第二轉軸5沿該流動方向F軸向延伸，且能繞自身軸心轉動，在本實施例中，該第一轉軸2不穿設於該座體12，改由該第二轉軸5穿設於該座體12，而該第一轉軸2呈中空圓筒狀地間隔套設於該第二轉軸5外。該第二轉軸5的局部區域延伸於外，以供該第二葉片模塊6安裝。該第二轉軸5與該第一轉軸2徑向內外間隔而相配合界定出一個第二發電空間50。

該第二葉片模塊6具有數個由該第二轉軸5的徑向方向向外延伸且彼此角度間隔的第二葉片61。每一個第二葉片61呈長條板狀，當所述第二葉片61受到沿該流動方向F的風力驅動時，會連動該第二轉軸5往一個相反於該第一轉動方向C1的第二轉動方向C2旋轉。在本實施例中，由於該第二葉片模塊6安裝的位置相對於所述第一葉片模塊3是位於該流動方向F的下遊處，因此所述第二葉片61的葉片長度L2大於所述第一葉片31的葉片長度L1，以避免相對位於上遊處的第一葉片31完全遮擋到相對位於下遊處的第二葉片61。

所述第一雙轉發電模塊7沿著該第二轉軸5的軸向方向排列設置於該第二發電空間50內，每一個第一雙轉發電模塊7包括一個安裝在該第一轉軸2的第一轉子71，及一個安裝在該第二轉軸5的第二轉子72。該第一轉子71會被該第一轉軸2帶動而往第一轉動方向C1轉動。該第二轉子72會被該第二轉軸5帶動而往第二轉動方向C2轉動。實施上，本發明也能僅包含一個第一雙轉發電模塊7，不以本實施例為限。

在本實施例中，該第一轉子71與該第二轉子72皆由鐵芯與圈繞於該鐵芯的線圈組成，使用時，會先使該第一轉子71產生磁場，當風沿該流動方向F吹來時，所述第一葉片模塊3會帶動該第一轉軸2往第一轉動方向C1轉動；該第二葉片模塊6會帶動該第二轉軸5往第二轉動方向C2轉動，此時，該第一轉子71與該第二轉子72會相對旋轉通過，而使該第二轉子72切割該第一轉子71所產生的磁場，並產生感應電流輸出，上述感應電流能利用數個滑環(圖未示)分別將其接出。但實施上，該第一轉子71與該第二轉子72也能相反設計，也就是說該第二轉子72會產生磁場，該第一轉子71會產生感應電流，不以本實施例的形式為限。

由於該第一轉子71與該第二轉子72皆會轉動，且往相反方向轉動，使得該第一轉子71與該第二轉子72間的相對轉動速度將較於第一實施例的轉子42與定子41間的相對轉動速度有較佳的提升，進而提升發電效率。也正因為本實施例的設計能提升發電效率，因此在設計上，本實施例能相對減少所述第一雙轉發電模塊7的數量，或者相對減少每一個第一轉子71與每一個第二轉子72的線圈數量，來節省材料成本，並提供與該第一實施例相同的發電效率，相當符合經濟效益。

如此一來，不僅能改善現有葉片受力不均的問題，也能降低材料成本。當然，實施上，若不減少第一雙轉發電模塊7的數量，並維持每一個第一轉子71與每一個第二轉子72的線圈數量，則能相對提高本發明的發電效率。

補充說明的是，實施上該第二轉軸5與該第一轉軸2的樞設結構也能相反設置，也就是說該第二轉軸5呈中空圓筒狀，而該第一轉軸2能轉動地間隔樞設於該第二轉軸5內，另外，該第二葉片模塊6也能位於該流動方向F的上遊處，且所述第二葉片61的葉片長度L2小於所述第一葉片31的葉片長度L1，不以本實施例為限。

參閱圖8，本發明多層葉片式風力發電裝置的另一實施態樣，與第二實施例不同處在於，該風力發電裝置還能包含一個第三轉軸80、一個第三葉片模塊81，及數個第二雙轉發電模塊82。該第二轉軸5不穿設於該座體12，改由該第三轉軸80穿設於該座體12，而該第二轉軸5呈中空圓筒狀地間隔套設於該第三轉軸80外。該第三轉軸80的局部區域延伸於外，以供該第三葉片模塊81安裝。

該第三葉片模塊81受到沿該流動方向F的風力驅動時，會連動該第三轉軸80往一個相反於該第二轉動方向的第三轉動方向旋轉，也就是說，該第三轉動方向與該第一轉動方向同向，此時該第一雙轉發電模塊7與第二雙轉發電模塊82皆會產生感應電流。

以上所述，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，即凡依本發明權利要求書及說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明的範圍。