CN106704090A - 多层叶片式风力发电装置 - Google Patents

Abstract

一种多层叶片式风力发电装置，能受沿一个流动方向流动的风所驱动，包含一个基座、一个第一转轴，及数个第一叶片模块。所述第一叶片模块连接第一转轴且沿第一转轴的轴向方向间隔排列，每一个第一叶片模块具有数个由第一转轴的径向方向向外延伸的第一叶片，所述第一叶片模块能分别受风力驱动而连动第一转轴往第一转动方向旋转。通过第一叶片模块的设计，能增加第一叶片的数量，并缩短第一叶片的叶片长度。以避免因为第一叶片上下横跨的高度过大，导致上下气流风速不一而出现受力不均的问题，让第一叶片能平均受力地带动第一转轴顺畅地运转。

Description

多层叶片式风力发电装置

技术领域

本发明涉及一种发电装置，特别是涉及一种利用风力、潮汐、洋流等推力来推动叶片旋转以产生电力的多层叶片式风力发电装置。

背景技术

目前市面上已有相当多种利用风力、潮汐、洋流等推力来产生电力的流力发电装置。参阅图1，一般普遍采用的水平轴式的风力发电装置，包含一个基座90、一支能转动地水平穿伸入基座90的转轴91，及一个安装在该转轴91前端的叶片模块92。该叶片模块92包括三个彼此角度间隔地连接该转轴91的叶片921，当所述叶片921受到风力驱动而连动该转轴91绕其自身轴心旋转时，该风力发电装置就能进行发电。

目前全世界的水平轴式风力发电装置均朝向大型化发展，主要是期望能提供更充足的电力，为了满足此要求，所述叶片921的叶片长度必须高达50～75公尺，才能使所述叶片921有足够的受风面积，来提供足够的旋转扭力，以带动该转轴91达到所需的转速，也由于所述叶片921的长度较长，使得该风力发电装置在运转时，所述叶片921上下横跨的高度相当大，使得所述叶片921的最高处与最低处的高度差能高达100公尺以上，然而在低空流场下，风的流速在不同高度下是呈现不均匀的分布，且高度差越大流速的差异也越大，若位于高处的叶片921与位于低处的叶片921所受到风力差异大，会导致该叶片模块92倾斜偏摆，运转不顺畅，而容易损坏。

此外，所述叶片921的叶片长度较长，也使得所述叶片921所承受的风力与力矩较大，往往会导致所述叶片921与该转轴91的连接处，在长期运转下容易损坏变形，因此现有的风力发电装置仍有待改善。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能提高运转顺畅度且不易损坏变形的多层叶片式风力发电装置。

本发明的多层叶片式风力发电装置，能受沿一个流动方向流动的风所驱动，包含一个基座，及一个沿该流动方向轴向延伸且能绕自身轴心转动地安装于该基座的第一转轴。该多层叶片式风力发电装置还包含数个连接该第一转轴且沿该第一转轴的轴向方向间隔排列的第一叶片模块。每一个第一叶片模块具有数个由该第一转轴的径向方向向外延伸且彼此角度间隔的第一叶片，所述第一叶片模块的第一叶片能分别受风力驱动而连动该第一转轴往一个第一转动方向旋转。

本发明所述的多层叶片式风力发电装置，该第一转轴包括一个朝向该流动方向的迎风端，及一个背向该流动方向的背风端，所述第一叶片模块的第一叶片的叶片长度由该迎风端往该背风端逐渐增加。

本发明所述的多层叶片式风力发电装置，所述第一叶片模块的第一叶片彼此错开。

本发明所述的多层叶片式风力发电装置，在叶片长度最短的两相邻第一叶片所夹角度间，所述第一叶片模块的第一叶片反向沿着该第一转动方向依序由叶面长度最短的第一叶片排列到叶片长度最长的第一叶片。

本发明所述的多层叶片式风力发电装置，还包含一个第二转轴，及一个第二叶片模块，该第二转轴沿该流动方向轴向延伸，且能绕自身轴心转动地与该第一转轴间隔枢设，该第二叶片模块具有数个由该第二转轴的径向方向向外延伸且彼此角度间隔的第二叶片，所述第二叶片能受风力驱动而连动该第二转轴往一个相反于该第一转动方向的第二转动方向旋转。

本发明所述的多层叶片式风力发电装置，还包含至少一个第一双转发电模块，该第一双转发电模块包括一个安装在该第一转轴并能被该第一转轴带动而往该第一转动方向旋转的第一转子，及一个安装在该第二转轴并能被该第二转轴带动而往该第二转动方向旋转的第二转子，当该第一转子与该第二转子相对旋转通过时，该第一双转发电模块会产生感应电流输出。

本发明的有益效果在于：通过所述第一叶片模块的设计，能增加所述第一叶片的数量，并缩短每一个第一叶片的叶片长度。以避免所述第一叶片上下横跨的高度过大而出现上下受力不均的问题，进而让所述第一叶片能平均受力地带动该第一转轴顺畅的运转。且所述第一叶片所承受的风力与力矩较小，也能使所述第一叶片与该第一转轴的连接处不易损坏变形。

附图说明

本发明的其他的特征及功效，将于参照图式的实施方式中清楚地呈现，其中：

图1是一个立体图，说明现有的风力发电装置；

图2是一个立体图，说明本发明多层叶片式风力发电装置的第一实施例；

图3是一个剖视侧视示意图，说明该第一实施例的内部结构；

图4是一个前视图，说明该第一实施例的运转过程；

图5是一个立体图，说明本发明多层叶片式风力发电装置的第二实施例；

图6是一个剖视侧视示意图，说明该第二实施例的内部结构；

图7是一个前视图，说明该第二实施例的运转过程；

图8是一个剖视侧视示意图，说明本发明多层叶片式风力发电装置的另一实施态样。

具体实施方式

在本发明被详细描述前，应当注意在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。

参阅图2、图3与图4，本发明多层叶片式风力发电装置的第一实施例，本发明为水平轴式的风力发电装置，并能受沿一个流动方向F流动的风所驱动。该风力发电装置包含一个基座1、一个第一转轴2、三个第一叶片模块3，及数个单转发电模块4。

该基座1用于支撑该第一转轴2，在本实施例中，该基座1包括一个支撑柱11，及一个设置于该支撑柱11顶端并能供该第一转轴2穿设的座体12，该座体12界定出一个第一发电空间13。实施上该基座1能设计成能相对于地面水平转动，并利用一个导流板来带动该基座1转动，使本发明能转动至正面受风的位置，实施上，该基座1的设计，不以本实施例为限。

该第一转轴2沿该流动方向F轴向延伸，且能绕自身轴心转动地穿设于该座体12，并沿着该流动方向F长向延伸。该第一转轴2包括一个朝向该流动方向F的迎风端21，及一个背向该流动方向F的背风端22。补充说明的是，在本实施例中该座体12是利用数个轴承，以供该第一转轴2能转动地穿设，但实施上不以本实施例为限。

所述第一叶片模块3，连接该第一转轴2且沿该第一转轴2的轴向方向间隔排列。在本实施例中，所述第一叶片模块3的数量为三，但实施上，所述第一叶片模块3的数量也能为二、四或五以上，不以本实施例为限。每一个第一叶片模块3具有数个由该第一转轴2的径向方向向外延伸且彼此角度间隔的第一叶片31。每一个第一叶片31呈长条板状，当所述第一叶片31受到沿该流动方向F的风力驱动时，会连动该第一转轴2往一个第一转动方向C1旋转，且该第一转动方向C1与该流动方向F相互垂直，而成为水平轴式的风力发电装置。

所述第一叶片31能沿着与该流动方向F垂直的第一转动方向C1转动的原因在于：每一个第一叶片31具有一个与该流动方向F呈一倾斜角度的风切面311，当风沿该流动方向F流动而与所述第一叶片31的风切面311接触后，会被所述风切面311引导而改变流动方向F，此时，风对所述风切面311所产生的作用力，就能驱动所述第一叶片31转动，而将动能传递至所述第一叶片31。

每一个第一叶片31的叶片长度L1为该第一叶片31从该第一转轴2径向向外延伸的长度，而所述第一叶片模块3的第一叶片31的叶片长度L1，由该第一转轴2的该迎风端21往该背风端22逐渐增加，也就是说，越靠近该流动方向F的下游处的第一叶片31其叶片长度L1越长，相反地越靠近该流动方向F的上游处的第一叶片31其叶片长度L1越短，如此一来，就能避免相对位于上游处的第一叶片31完全遮挡到相对位于下游处的第一叶片31，以增加位于下游处的第一叶片31与风的接触面积。

此外，所述第一叶片模块3的第一叶片31彼此错开，在本实例中，所述第一叶片模块3的数量为三，且每一个第一叶片模块3的第一叶片31的数量为三，因此在设计上，是让每一个第一叶片模块3的第一叶片31彼此呈360/3＝120度角度间隔，而每两相邻第一叶片模块3的第一叶片31彼此错开360/(3×3)＝40度，也就是说，从图4的视角来看，所述第一叶片模块3的第一叶片31会呈放射状的分布，且从叶片长度L1最短的两相邻第一叶片31所夹角度间反向沿着该第一转动方向C1，例如从三点钟方向沿着逆时针方向到十一点钟方向，依序由叶片长度L1最短的第一叶片31排列到叶片长度L1最长的第一叶片31。通过所述第一叶片模块3的第一叶片31彼此错开的设计，使风能依序穿过邻近该迎风端21的第一叶片模块3后，来依序驱动远离该迎风端21的第一叶片模块3。

补充说明的是，在本实例中，所述第一叶片模块3的数量为三，且每一个第一叶片模块3的第一叶片31的数量为三，因此每两相邻第一叶片模块3的第一叶片31彼此错开40度，但实施上，每两相邻第一叶片模块3的第一叶片31彼此错开的角度，会依所述第一叶片模块3的数量以及每一个第一叶片模块3的第一叶片31的数量而定。例如所述第一叶片模块3的数量为四，且每一个第一叶片模块3的第一叶片31的数量为五，则每两相邻第一叶片模块3的第一叶片31彼此错开的角度为360/(4×5)＝18度。

所述单转发电模块4沿该第一转轴2间隔设置于该第一发电空间13，每一个单转发电模块4包括一个安装在该座体12的普通定子41，及一个安装在该第一转轴2的普通转子42。当所述第一叶片模块3受到风力推动时，会带动该第一转轴2转动，而带动该普通转子42相对于该普通定子41旋转以产生感应电流输出。实施上，本发明也能仅包含一个单转发电模块4，不以本实施例为限

本发明多层叶片式风力发电装置，使用时，当风沿该流动方向F流动而到达最靠近该流动方向F上游处的第一叶片模块3时，会驱动最靠近该流动方向F上游处第一叶片模块3产生旋转扭力，而未触碰到该第一叶片模块3的风，例如从每两相邻的第一叶片31间穿过的风，以及位于以叶片长度L1作为半径所界定出的圆周区域外的风，会继续往该流动方向F流动。

由于位于相对下游处的第一叶片模块3与位于相对上游处的第一叶片模块3彼此错开，且位于相对下游处的第一叶片模块3的叶片长度L1较长，因此继续往该流动方向F流动的风能顺利驱动位于相对下游处的第一叶片模块3产生旋转扭力，而未触碰到该第一叶片模块3的风，也就是上述从每两相邻的第一叶片31间穿过的风，或者位于以叶片长度L1作为半径所界定出的圆周区域外的风，会继续往该流动方向F流动。

依此类推下来，沿该流动方向F的风就能驱动到最下游的第一叶片模块3来产生旋转扭力，最后，所述第一叶片模块3能相配合带动该第一转轴2绕着该第一转动方向C1转动。

由于所述第一叶片模块3都能受到风力驱动，因此在能达到足够受风面积的情况下，本发明能通过增加所述第一叶片31的数量，来缩短每一个第一叶片31的叶片长度，使得每一个第一叶片模块3的叶片长度L1相较于现有的叶片长度能缩短许多，而所述第一叶片模块3相配合能仍然能提供足够的旋转扭力。

通过上述设计，能缩短所述第一叶片31上下横跨的高度，就不会出现现有叶片受力不均的问题，使得所述第一叶片31能平均受力地带动该第一转轴2顺畅的运转。而且所述第一叶片31的长度较短也能减少所承受的风力与力矩，使所述第一叶片31与该第一转轴2的连接处不易损坏变形。

且将所述第一叶片模块3间隔设置于该第一转轴2，能将所述第一叶片模块3对该第一转轴2的扭力均匀分散于该第一转轴2上，使该第一转轴2的平均受力转动，以降低该第一转轴2扭转变形的情况。

综上所述，本发明多层叶片式风力发电装置，通过所述第一叶片模块3的设计，能避免所述第一叶片31因上下受力不均而倾斜偏摆的问题，让所述第一叶片31能平均受力地带动该第一转轴2顺畅的运转，也能使所述第一叶片31与该第一转轴2的连接处不易损坏变形，所以确实能达成本发明的目的。

参阅图5、图6与图7，本发明多层叶片式风力发电装置的第二实施例，与该第一实施例不同处在于：本实施例不包含所述单转发电模块4，而还包含一个第二转轴5、一个第二叶片模块6，及数个第一双转发电模块7。本实施例的所述第一叶片模块3的数量为二，但实施上，所述第一叶片模块3的数量也能为三、四或五以上，不以本实施例为限。

该第二转轴5沿该流动方向F轴向延伸，且能绕自身轴心转动，在本实施例中，该第一转轴2不穿设于该座体12，改由该第二转轴5穿设于该座体12，而该第一转轴2呈中空圆筒状地间隔套设于该第二转轴5外。该第二转轴5的局部区域延伸于外，以供该第二叶片模块6安装。该第二转轴5与该第一转轴2径向内外间隔而相配合界定出一个第二发电空间50。

该第二叶片模块6具有数个由该第二转轴5的径向方向向外延伸且彼此角度间隔的第二叶片61。每一个第二叶片61呈长条板状，当所述第二叶片61受到沿该流动方向F的风力驱动时，会连动该第二转轴5往一个相反于该第一转动方向C1的第二转动方向C2旋转。在本实施例中，由于该第二叶片模块6安装的位置相对于所述第一叶片模块3是位于该流动方向F的下游处，因此所述第二叶片61的叶片长度L2大于所述第一叶片31的叶片长度L1，以避免相对位于上游处的第一叶片31完全遮挡到相对位于下游处的第二叶片61。

所述第一双转发电模块7沿着该第二转轴5的轴向方向排列设置于该第二发电空间50内，每一个第一双转发电模块7包括一个安装在该第一转轴2的第一转子71，及一个安装在该第二转轴5的第二转子72。该第一转子71会被该第一转轴2带动而往第一转动方向C1转动。该第二转子72会被该第二转轴5带动而往第二转动方向C2转动。实施上，本发明也能仅包含一个第一双转发电模块7，不以本实施例为限。

在本实施例中，该第一转子71与该第二转子72皆由铁芯与圈绕于该铁芯的线圈组成，使用时，会先使该第一转子71产生磁场，当风沿该流动方向F吹来时，所述第一叶片模块3会带动该第一转轴2往第一转动方向C1转动；该第二叶片模块6会带动该第二转轴5往第二转动方向C2转动，此时，该第一转子71与该第二转子72会相对旋转通过，而使该第二转子72切割该第一转子71所产生的磁场，并产生感应电流输出，上述感应电流能利用数个滑环(图未示)分别将其接出。但实施上，该第一转子71与该第二转子72也能相反设计，也就是说该第二转子72会产生磁场，该第一转子71会产生感应电流，不以本实施例的形式为限。

由于该第一转子71与该第二转子72皆会转动，且往相反方向转动，使得该第一转子71与该第二转子72间的相对转动速度将较于第一实施例的转子42与定子41间的相对转动速度有较佳的提升，进而提升发电效率。也正因为本实施例的设计能提升发电效率，因此在设计上，本实施例能相对减少所述第一双转发电模块7的数量，或者相对减少每一个第一转子71与每一个第二转子72的线圈数量，来节省材料成本，并提供与该第一实施例相同的发电效率，相当符合经济效益。

如此一来，不仅能改善现有叶片受力不均的问题，也能降低材料成本。当然，实施上，若不减少第一双转发电模块7的数量，并维持每一个第一转子71与每一个第二转子72的线圈数量，则能相对提高本发明的发电效率。

补充说明的是，实施上该第二转轴5与该第一转轴2的枢设结构也能相反设置，也就是说该第二转轴5呈中空圆筒状，而该第一转轴2能转动地间隔枢设于该第二转轴5内，另外，该第二叶片模块6也能位于该流动方向F的上游处，且所述第二叶片61的叶片长度L2小于所述第一叶片31的叶片长度L1，不以本实施例为限。

参阅图8，本发明多层叶片式风力发电装置的另一实施态样，与第二实施例不同处在于，该风力发电装置还能包含一个第三转轴80、一个第三叶片模块81，及数个第二双转发电模块82。该第二转轴5不穿设于该座体12，改由该第三转轴80穿设于该座体12，而该第二转轴5呈中空圆筒状地间隔套设于该第三转轴80外。该第三转轴80的局部区域延伸于外，以供该第三叶片模块81安装。

该第三叶片模块81受到沿该流动方向F的风力驱动时，会连动该第三转轴80往一个相反于该第二转动方向的第三转动方向旋转，也就是说，该第三转动方向与该第一转动方向同向，此时该第一双转发电模块7与第二双转发电模块82皆会产生感应电流。

以上所述，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明的范围。

Claims (10)

1.一种多层叶片式风力发电装置，能受沿一个流动方向流动的风所驱动，包含：一个基座，及一个沿该流动方向轴向延伸且能绕自身轴心转动地安装于该基座的第一转轴，其特征在于：多层叶片式风力发电装置还包含数个连接该第一转轴且沿该第一转轴的轴向方向间隔排列的第一叶片模块，每一个第一叶片模块具有数个由该第一转轴的径向方向向外延伸且彼此角度间隔的第一叶片，所述第一叶片模块的第一叶片能分别受风力驱动而连动该第一转轴往一个第一转动方向旋转。

2.如权利要求1所述的多层叶片式风力发电装置，其特征在于：该第一转轴包括一个朝向该流动方向的迎风端，及一个背向该流动方向的背风端，所述第一叶片模块的第一叶片的叶片长度由该迎风端往该背风端逐渐增加。

3.如权利要求2所述的多层叶片式风力发电装置，其特征在于：在叶片长度最短的两相邻第一叶片所夹角度间，所述第一叶片模块的第一叶片反向沿着该第一转动方向依序由叶面长度最短的第一叶片排列到叶片长度最长的第一叶片

4.如权利要求2所述的多层叶片式风力发电装置，其特征在于：所述第一叶片模块的第一叶片彼此错开。

5.如权利要求4所述的多层叶片式风力发电装置，其特征在于：在叶片长度最短的两相邻第一叶片所夹角度间，所述第一叶片模块的第一叶片反向沿着该第一转动方向依序由叶面长度最短的第一叶片排列到叶片长度最长的第一叶片。

6.如权利要求1所述的多层叶片式风力发电装置，其特征在于：所述第一叶片模块的第一叶片彼此错开。

7.如权利要求1所述的多层叶片式风力发电装置，其特征在于：该多层叶片式风力发电装置还包含一个第二转轴，及一个第二叶片模块，该第二转轴沿该流动方向轴向延伸，且能绕自身轴心转动地与该第一转轴间隔枢设，该第二叶片模块具有数个由该第二转轴的径向方向向外延伸且彼此角度间隔的第二叶片，所述第二叶片能受风力驱动而连动该第二转轴往一个相反于该第一转动方向的第二转动方向旋转。

8.如权利要求7所述的多层叶片式风力发电装置，其特征在于：该多层叶片式风力发电装置还包含至少一个第一双转发电模块，该第一双转发电模块包括一个安装在该第一转轴并能被该第一转轴带动而往该第一转动方向旋转的第一转子，及一个安装在该第二转轴并能被该第二转轴带动而往该第二转动方向旋转的第二转子，当该第一转子与该第二转子相对旋转通过时，该第一双转发电模块会产生感应电流输出。

9.如权利要求2所述的多层叶片式风力发电装置，其特征在于：该多层叶片式风力发电装置还包含一个第二转轴，及一个第二叶片模块，该第二转轴沿该流动方向轴向延伸，且能绕自身轴心转动地与该第一转轴间隔枢设，该第二叶片模块具有数个由该第二转轴的径向方向向外延伸且彼此角度间隔的第二叶片，所述第二叶片能受风力驱动而连动该第二转轴往一个相反于该第一转动方向的第二转动方向旋转。

10.如权利要求9所述的多层叶片式风力发电装置，其特征在于：该多层叶片式风力发电装置还包含至少一个第一双转发电模块，该第一双转发电模块包括一个安装在该第一转轴并能被该第一转轴带动而往该第一转动方向旋转的第一转子，及一个安装在该第二转轴并能被该第二转轴带动而往该第二转动方向旋转的第二转子，当该第一转子与该第二转子相对旋转通过时，该第一双转发电模块会产生感应电流输出。