TWI316585B - Power-generating device with self-contained electric apparatus - Google Patents

Description

1316585 九、發明說明· 【發明所屬之技術領域】

本發明係有關於一種具有自供電系 自供電系統包含輔助發電機’則葉輪^發電裝置’其 助發電機之線圈設置於葉輪，而轉特性’該辅 置於可與該葉輪相對運動之構件上，卷二電機之磁極則設 該線圈與磁極產生相對運動並慶生5二，輪轉動時，可使 輪作動所需電源，藉此達到提高發電 以從仏邊業 減少備用電源供應裝置數量、簡化系‘置獨立運轉能力、 故障等目的，適於風力機、水力機等鸶、降低成本、減少 製造相關領域。 、葉輪發電裝置應用及 【先前技術】 基於環保與經濟需求，再生（天妙、 近年來積極研發之重要項目，例如—忐源發電系統成j 太陽能發電等等，針對風力發電、水力發電 電機而言，其係利用葉片調節輪出系::;==， 要有三種：被動失速（Passive Stall)、杨紐（Ac= Stal 1)、以及旋角調節Reguiated) ’其中以旋角言 _才合配變速發電機之可控性為最佳，目前已普及應用於j 型變速風力發電機中。 調郎葉片旋角之機制即為旋角傳動系統（Pi tc Drive) ’依動力源之不同，可將其驅分為油壓式及電氣y 1316585 兩種，而隨著風力機產品輸出功率曰 彈性功率調節效果，大型風力機採用電氣u掌握更有 之比例已超過油壓式。 电孔式知角傳動系統 請參閱圖一所示習知風力機之結構， 一塔架11上©定設# —機艙12，於該機艙^力機10係於 设有一葉輪13，該葉輪13係於—輪穀13 t水平側 複數葉片132，於該騎12内設有變速發電外f緣設有 力轉換器、風力機控制器（圖中未示 、以及電 電機17係與輪穀131以直接或間接方式U件而該變速發 制器則透過電力轉換器來改變與調節變 作模式及旋轉狀態；前述該葉輪13之2 =冑17之操 動，該旋角傳動系統133係凸 :(二二般係由㈣^ 角，以1敕;主要功能係用以調整該葉片132之旋 -主站L 所能擷取之職；該輪穀131透過 葉於η 2接一設置於該機舱12内之齒輪組15，由於該 ^有可疑轉性，故設置於該輪轂131内之裝置（如 傳動系統133)無法以固定之導線與該機艙12做直 ^ 因此必須由該輪轂131連接至該機艙12之該主軸 上女裝一組滑環（Slip_ring)16，該滑環16係由一可旋 轉f頭161及一本體162構成，藉由該滑環1 β與設置於該 12内之變速發電機Π以及電力轉換器、風力機控制 為^構件連接，並將電源及電控信號透過傳輸線163通過 該齒輪組15及主軸14含有共軸之中空部位，再連接至該 才疋角傳動系統133，由於該可旋轉接頭161具有旋轉性， Ϊ316585 可隨該輪轂131同動旋轉，因此不致妨礙傳輪線M3 =此外’為使風力機系統於電網故障時，仍能 ^ /二制系統133之正常操作能力，因此於該輪轂、μ疋 頊備置足夠之備用電源供應裝置134。 内必 夕帝f上述祝明可知’大型風力機本身雖有能力產出心 二’但仍相當仰賴現有之電網統及備 ;來提供及維持其自身運轉所需之電力，換言：原供應裳 統即::個:Γ:統、，但，，賴外部的另-二 率及性能要求逐滑=統供電，隨著风力機輪出功 提高，在供電方：二，系統所需之電能亦因而 問題，因、T生車乂夕雜訊干擾及保養維護之工f 之系統⑼統之規格亦須隨之調㈠滿足風= 因此，4η Αμ 本身之能使風力機、水力機等該類葉輪機可心 提高發電“太ΐ制來獲得旋角傳動系統所f之電源，= 電源供麵置運轉能力，並辑 内心備用 係為相關領域業界急需解決之課題。 【發明内容】 有餘於習4 4士 —種具有自供雷ΐ:!之缺失，本發明之主要目的在於提出 性，驅動葉化s之發電裝置，其係利用葉輪可旋轉特 作動所％電—设置之一套輔助發電機，以提供該葉輪 少備用電场、供應提高發電裝置獨立運轉能力、減 "置數量、簡化系統、降低成本、減少故 .1316585 障等目的。為達到上述目的，本發明提出一種具 . 系統之發電裝置，其包含有： 、 ’、電 . 一機艙，，其内部包括變速發電機、電力轉換哭 力機控制器，該變速發電機係與輪穀麵合，而風力^二 .器、則透過電力轉換器來改變與調節變速發電機旱= •及旋轉狀態； 呆作模式 、一葉輪，其係由一輪轂及至少一葉片所構 鲁可被驅動旋轉並與該機艙產生相對運動；以及 两 辅助發電機，係設置於該葉輪側與機 以供應該葉輪作動所需電源，其更包含有：| ，用 一線圈，係設置於該葉輪側；及 偶數磁極，係設置於該機艙側 線圈設置處； 耵應於垓茱輪側之 你兮ΐ此’當該葉輪轉動而與該機驗產生相對運動8士 ，線圈與磁極相對運動而產生 =1可 發電機發電。 w稭以使該輔助 源二該輔助發電機包括-電源供應電路，节電 統，該 傳動系統作動所需電源。 w原供應電路供應該 餘的是，該傳動系統包括： w輪組’其具有一輸出軸與該葉片耦合; 10 .1316585 一電動機，係用以驅動該齒輪組；以及 一驅動器，係用以驅動該輔助電動機，繼而驅動該歯 輪組。 較佳的是，該齒輪组係為一減速齒輪組。 ' 較佳的是，該電源供應電路係連接於一備用電源供應 • 裝置，該備用電源供應裝置係可用以儲存電源。 較佳的是，該備用電源供應裝置係為電池或超級電容 器其中之一或其組合。 較佳的是，該機艙内係設有： 一控制器，係用以控制該自供電系統之作動； 一齒輪組，係與該葉輪連接，用以轉換該葉輪之轉速； 以及 一滑環，係供設置傳輸線，用以將該控制器之電控信 號傳輸至該葉輪。 較佳的是，該滑環係由相互耦合之可旋轉接頭及本體 Φ 構成。 較佳的是，該齒輪組係為一增速齒輪組。 較佳的是，該齒輪組係與該輪轂所具有之一主軸轉 合，由該主軸驅動該齒輪組。 較佳的是，該線圈係設置於該輪轂朝向該機艙之軸向 側。 較佳的是，該辅助發電機係為軸向氣隙型永磁發電機。 較佳的是，該葉輪係可被風力或水力驅動。 .1316585 較佳的是，該機艙内部之變速發電機係可與該輪轂以 直接或間接方式耦合。 為使貴審查委員對於本發明之結構目的和功效有更 進一步之了解與認同，茲配合圖示詳細說明如后。 【實施方式】 以下將參照隨附之圖式來描述本發明為達成目的所使 用的技術手段與功效，而以下圖式所列舉之實施例僅為輔 助說明，以利貴審查委員瞭解，但本案之技術手段並不限 於所列舉圖式。 請參閱圖二所示本發明所提供之具有自供電系統之發 電裝置之較佳實施例，該發電裝置20呈現一風力機態樣， 必須說明的是，本發明適用於風力機、水力機等葉輪發電 裝置，圖示僅作為說明本發明之一具體實施例；如圖所示， 該發電裝置20係於一塔架21上固定設有一機艙22，於該 機艙22之一水平側設有一葉輪23，該葉輪23係由一輪轂 231以及設置於該輪轂231外週緣之複數葉片232所構成， 該葉輪23可由風力W驅動轉動，每一葉片232均連接一旋 角傳動系統233,該旋角傳動系統233係凸伸於該輪轂231 内，其一般係由減速齒輪組、電動機、驅動器所組成（圖中 未示出），主要功能係用以調整該葉片232之旋角，以調整 該葉片232所能擷取之風力W ;其次，於該輪轂231朝向 該機搶22之面上設有一主軸24，當該葉輪23轉動時，可 帶動該主軸24轉動。 1316585 再者°亥機艙22内設有一增速齒輪組25、一滑環26、 一變速發電機，以及電力轉換ϋ及風力機控制器（圖中 未不出）等構件，該變速發電機27係與輪轂231以直接或 間接方式耦合’而風力機控制器則透過電力轉換器來改 與調節變速發電機27之操作模式及旋轉狀態，本實 中，該齒輪組25係透過該主軸24與該葉輪㈡之輪 耦合’當該葉輪23轉動之同時，可帶動該齒輪組2 由於談葉輪23 ι右听旌艟槌从外勒’ W有轉m於該輪穀231内之F 置—角傳動系統233)無法以 I衣 做直接連接，因此必須於該輪穀231連接至 22 主轴24上設置讀滑環26，該滑環26係由—22之該 及一本體262構成，该滑了》疋轉接碩261 之除可接收該變速發f搪竹 之^原之外，亚可將該風力機控制器之 一料27 線263通過該齒輪組25 二、旎經由傳輪 再連接至該旋角傳動系統二==空部位， 調整該葉片232之旋角。 疋角傳動系統233 …本發明之特點在於，該變速發電機 =示=電源，供應該機艙心=部電網 亥變速發電機27㈣ q源係由— 十# 邊'月裱26僅需負眚僅以 电糸統 、、他構件所產生之電控信號，並不需要^控制器找 關於供應該葉輪外 、員輪逆带、店 傳動系統_作=13/設置於其㈣^件 於該葉鈐23 #丨甘而之電源之自供電系统3::旋角 ^ ”包括—辅助發電機31以刀，’、係設置 久〜電振供應 1316585 電路32，該輔助發電機31具有一線圈311、 312，該線圈311係設置於該輪轂231朝向該姓辦數磁極 向側’該磁極312係設置於該機艙22側相斟終=22之軸 側之該線圈311設置處’該電源供應電路32則^^葉輪23 轂231内部，且與設置於該輪轂231内之該复於該輪 233、該備用電源供應裝置234電性連接，該傷傳動系統 裝置234可採用電池或超級電容器其中之一吊電源供應 以儲存電源。 、知_合，用

猎由上述各構件之佈置，當該風力w驅動兮* ，時，該輪穀231可與該機艙22產生相對運^乘輪23 =上該磁極312係設置於該輪請與％:由於 對運動產生反=勢可使該線圈311與該磁槌312艙產^ 傳送至兮i 勢，而該線圈311所產生:產生 為源並由該電源供應電巧勢 應裝置234,亦即二疋角傳動样233以及讀傷用雷‘ 套辅助發電機供應系統233採用镯立： 速發電機27。 電源，無須仰賴設置於該機艙22二： 之間，’由於風力機在切人風迷及切 使在電網故^ 相對於該機搶22進行旋轉運^ 可對該旋角傳‘系：’因此本發明所提出之自供電二 現有變速風力機之& 233提供其所需之全部電源，心 當風力機由停機或J，動系統必須依賴外部供電系* 速甚低或停止旋轉=進人啟動狀態時’若51該葉輪 致使該自供電系統3〇無法發電時 •1316585 該方疋角傳動糸統2 3 3仍可由访* 應裝置234提供其所需之電轂23丨内之該備用電源供 情況下（對於已開發國家及台=者^電網輸電正常之 皆可大於99. 99%)，該控制器5，電網全年平均妥善率 制該辅助發電機31進人“電網提供之電力控 賴並進而使該二模式，以帶動該葉輪 曰1/、电糸統30產生電力，因此， 效降低該輪毅231内之該備用糾虛壯 匕了有 又鑌備用電源供應裝置234之數量。 細上所述，可歸納本發明具有以下之特色及優點. 一、 輪轂内之旋角傳動系統可以利用該自供電系統之輸出 電力運轉’故毋需透過滑環由機賴供電，可提 力機系統之獨立操作性及可靠度； 二、 採用本發明所提出之自供電系統，可使滑環僅單純負 責傳送電控信號，故滑環選用條件可與傳輸功率脫 離，因此即使變速風力機輸出功率大小不同，其滑環 仍可能使用相同規格，毋需變更； < 三、即使於怠速或停機狀態時，只要電網保持正常，本發 明所提出之自供電系統仍可進入電動機操作模式，^ • 輪轂與機艙之相對旋轉運動發電，輪轂内之備用電源 供應裝置數量及其容量可以減少’有助於改善輪穀内 部配置，並提南風力機系統的獨立操作性及可靠度。 另必須說明的是’本發明係利用％輪可旋轉之特性， 將該輔助發電機31之線圈311設置於該葉輪23，將該辅 助發電機31之磁極312設置於可與該葉輪23相對運動之 機艙22上，根據此一設計原則’該線圈311與磁極312之 設置位置可依實際狀況而定，只要可與該葉輪23產生相對 1316585 .運動之構件均可，並不限於該機艙22,而除圖示風力機之 架構外，亦可實施於水力機或其他相關領域。 惟以上所述者，僅為本發明之最佳實施例而已，當不 能以之限定本發明所實施之範圍。即大凡依本發明申請專 利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利涵 蓋之範圍内，謹請貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至 禱。 【圖式簡單說明】 圖一係習知風力機之結構示意圖。 圖二係本發明之較佳實施例之結構示意圖。 【主要元件符號說明】 10 _風力機 11- 塔架 12- 機艙 13- 葉輪 131- 輪轂 132- 葉片 133- 旋角傳動系統 134- 電源供應裝置 14 -主轴 15-齒輪組 16 1316585 16- 滑環 16卜旋轉接頭 162-本體 16 3 -傳輸線 17- 變速發電機 20- 發電裝置 21- 塔架 22- 機艙 23- 葉輪 231- 輪轂 232- 葉片 233- 旋角傳動系統 234- 備用電源供應裝置 2 4 -主抽 25- 增速齒輪組 26- 滑環 261- 可旋轉接頭 262- 本體 2 6 3 -傳輸線 27- 變速發電機 28- 控制器 30_自供電系統 31-輔助發電機 1316585 311- 線圈 312- 磁極 32-電源供應電路 W-風力

Claims (1)

1316585 十、申請專利範圍： 1. 一種具有自供電系統之發電裝置，其包含有： 一機艙，其内部包括變速發電機、電力轉換器及風力機 控制器，該變速發電機係與輪轂耦合，而風力機控制器 則透過電力轉換器來改變與調節變速發電機之操作模式 及旋轉狀態； 、x y葉輪，其係由-輪轂及至少—葉片所構成，該葉輪可 被驅動旋轉並與該機艙產生相對運動；以及 一輔助發電機，係設置於該葉輪側與機艙側之界面，用 以供應該葉輪作動所需電源，其更包含有： 一線圈’係設置於該葉輪側；及 -偶，磁極，係設置於該機艙側相對應於該葉輪側之 藉此，㊂该葉輪轉動而與該機艙產生相對 使該線圈與磁極相對運動而產生反電動勢， 助發電機發電。 野運動時，可 ’藉以使該辅 申請專鄉_丨項所述之具有自供電系今 供電系統之發電裝

其中賴助發電機包括—電源供應電路， 應電路之輪入.碑总m ,、，n . (9 1316585 4·如申請專利範圍第3項所述之具有自供《 :，其中該傳動系統包括： 糸、、先之發電裝 :齒輪組，其具有一輸出輪與該葉片耦合； —電動機，係用以驅動該齒輪組；以及 5:=’係用以驅動該電動機’繼而驅動該齒輪緩。 申明專利靶圍第4項所述之具有自#電 置，其中該齒輪組係為-減速齒輪組f Μ之發電裝 6’ Ϊ申It^圍第2項所述之具有自供電系統之物 置其中该電源供應電路係連接於 士東裝 置’該備用電源供應裝置係可用_存電源:源供應裝 7. =申利範圍第6項所述之具有自供電系統 _之:=:電源供應裝置係為電池或超級電容器ΐ 8. Ϊ申=利範圍第1項所述之具有自供電系統之發電裝 ，、中5亥機艙内係設有： ^ —控制器，係用以控制該自供電系統之作動. 2輪組，係與該葉輪連接，用以轉換該葉輪之轉速； 傳：該:::置傳輪線’用一器之電控信號 所述之具有自供㈣統之發電裝 ”中衣係由相互耦合之可旋轉接頭及本體構成。 電^申^利範圍第8項所述之具有自供電系統之發 X置，/、中该齒輪組係為一增速齒輪組。 20 ^16585 11恭如申請專观㈣8項所述之具有自 ^ &置，其中該齒輪組係與該輪轂所具有”'、先之發 5 5 - ，、负之—主軸耦 12 合，由該主軸驅動該齒輪組 電裝如/I專利範圍第1項所述之具有自供電系統之私 側：、、中該線圈係設置於該輪數朝向該機艙之“ 如申4專利範圍帛丨項所述之具有自供電系絶之 14震置’其中該輔助發電機係為軸向氣隙型永磁發電機。 雷申睛專利範圍第1項所述之具有自供電系統之發 其中δ亥葉輪係可被風力或水力驅動。 q如申睛專利範圍第1項所述之具有自供電系統之發 電扁置，其中該機艙内部之變速發電機係與輪轂以直接 或間接方式輕合。