专利名称：一种风力发电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风力发电装置，特别是涉及一种适用于各种风向与风速的风力发 电装置。
背景技术：
现代社会中的食衣住行样样皆离不开电能，而发电的方式也有许多种选择，例如 火力、水力、风力、太阳能、以及核能等等发电方式。但是，火力发电会对环境产生污染，且煤炭、石油以及天然气等燃料的存量有限， 水力发电的发电量通常不够稳定，太阳能发电的成本普遍过高，而核能发电又有辐射安全 上的隐忧。因此，利用风力与风力发电装置来进行发电，以得到洁净的绿色能源的发电方式 越来越受到重视。目前大多数的风力发电装置是分为水平轴式与垂直轴式。水平轴式的风力发电装 置是由多片扇叶与发电塔所组成，通过自然风来带动扇叶旋转进而产生电能，然而，水平轴 式的发电装置存在有以下缺陷。首先，以水平轴式的概念来设计的风力发电装置，发电塔 的塔高一般至少需要60公尺，而为了提高发电塔的稳定性，发电塔的塔身结构必须非常粗 壮，且发电塔的底座亦需设置于高强度的混凝土地基上，而设置于发电塔顶端的多片扇叶 也必须具备有庞大体积以营造出足够的受风面积，因此，不但需要耗费巨额的土地成本、组 装成本，且因扇叶过于庞大的体积而造成重量的增加与阻力的提升，如此一来使得自然风 的使用效率大打折扣。此外，自然风的风向与风速并不固定，而一般水平轴式的发电装置无 法随着不同的风向与风速进行最适当的调整，例如当风速不够大时，易发生扇叶无法转动 的情形，而为了避免在风速过快时造成装置损毁，也必须使得扇叶空转，进而造成了风力资 源的浪费。再者，现有技术中的垂直轴式风力发电装置的设计，其概念为将多片单层的帆叶 垂直设置于中心柱上，使得帆叶可绕着中心柱旋转，且多以中、小功率的发电量为目标所设 计，是以无法提供稳定且足够的电能。此外，一般的垂直轴式风力发电装置，大都是采用机 械轴承来提供旋转的机制，但是由于机械轴承容易损坏，容易造成风力发电装置的故障，因 此提高了维护的成本。因此，如何提供一种风力发电装置，不但可节省组装成本与维护成本，并可弹性地 随着不同风速来进行适当地调整，且适用于具有各种风向的使用环境中，以提高风力资源 的使用效率，遂成为各界急待解决的问题。
发明内容
为解决前述的问题，本发明的目的是提供一种风力发电装置，不但组装方便且维 护容易，并可弹性地随着不同风速来进行适当地调整，也适用于具有各种风向的使用环境 中，进而提高风力资源的使用效率。本发明提供的风力发电装置，其包括形成为环形轨状的第一承载件、形成为环形轨状并与该第一承载件保持间隔地对应设置的第二承载件、以沿该第一承载件移动自如的 方式设置于该第一承载件上的第一活动层、以沿该第二承载件移动自如的方式设置于该第 二承载件上的第二活动层、至少一受风件，以及至少一发电单元。该受风件连接于该第一活 动层及该第二活动层，用以承受风力来带动该第一活动层及该第二活动层分别在该第一承 载件及第二承载件上移动。而该发电单元的驱动轴具有通过活动层的移动而旋转的被驱动 轮，且该被驱动轮与该第一活动层或该第二活动层彼此相接触。因此，在该受风件带动该第 一活动层及第二活动层分别于该第一承载件及第二承载件上移动时，该第一活动层及/或 该第二活动层可同步驱动该发电单元的被驱动轮转动以产生电能。在一较佳实施例中，本发明的风力发电装置还包括至少一支撑件，该支撑件分别 与该第一活动层及该第二活动层彼此连接，且该支撑件为具有伸缩性及/或弹性的结构。 此外，本发明的风力发电装置也可包括由多个集风件所予以制成的集风设备(未图示)，该 集风设备设于该风力发电装置的受风件外周侧，用以引导、集中、分流或阻挡风力。较佳地， 该集风设备可以三角形、四角形、五角形或五以上的奇数角形的形状环绕该受风件的周围。在另一较佳实施例中，该发电单元的被驱动轮为齿轮，该第一活动层及/或该第 二活动层上与该发电单元的齿轮相接触的表面形成与该齿轮啮合的齿条。此外，该齿条可 设计为非单一水平高度的形式，因此，可通过该齿条与该齿轮彼此啮合的紧密程度来提供 该发电单元的齿轮不同的扭力大小，进而驱使该发电单元的齿轮以不同的速度转动。在又一较佳实施例中，该第一承载件及该第二承载件为多个承载单元彼此串接锁 合而成，该承载单元的材料可为塑料或塑料聚合物。此外，该第一活动层及该第二活动层也 可为多个活动单元彼此串接锁合而成，而该活动单元的材料可为金属或金属化合物。值得注意的是，因该第一承载件、该第二承载件、该第一活动层与该第二活动层可 以环形轨状结构的形式予以呈现，且该受风件可间隔一特定距离依序连接于该第一活动层 与该第二活动层上，因此，该受风件也可形成为环形轨状排列的形式。相比于现有技术，本发明的风力发电装置经由第一承载件、第一活动层、第二承载 件、第二活动层、至少一受风件，以及至少一发电单元的组合运用，适用于具有各种风向的 使用环境中，不但不需要巨额的组装成本及维护成本，也可因应不同风速弹性地进行最适 当地调整，进而以高效率地使用方式来使用风力资源进而产生电能。
图1为本发明的风力发电装置的一架构示意图；图IA为本发明的风力发电装置的局部分解示意图；图IB为本发明的风力发电装置的局部剖面示意图；图2为本发明的风力发电装置的另一架构示意图；图3为本发明的风力发电装置的一俯视架构图；图3A为本发明的风力发电装置的局部侧面示意图。主要元件符号说明1、2、3 风力发电装置11,21 第一承载件110、130 承载单元
12,22第一活动层
120,140活动单元
121,141齿条
122,222,242 限位件
13,23第二承载件
14,24第二活动层
15,25,35受风件
151第一桅杆
152第二桅杆
153风帆
16,26发电单元
161被驱动轮
27支撑件
4集风设备
41集风件
411挡风板
412支架
具体实施例方式以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明 书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明也可通过其他不同的具体实 施例加以施行或应用。请参阅图1，为绘示本发明的风力发电装置的架构图。如图所示，该风力发电装置 1包括第一承载件11、第一活动层12、第二承载件13、第二活动层14、受风件15以及发电 单元16。并请同时参阅图1A，该图IA为绘示本发明的第一承载件11、第一活动层12、第二 承载件13，以及第二活动层14的分解示意图。该第一承载件11及该第二承载件13设计为环形轨状结构(例如圆形、椭圆形、 方形等)，且该第一承载件11及该第二承载件13可由多个承载单元110(130)彼此串接、 锁合而成。而该承载单元110(130)的材料可为塑料(例如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等) 或塑料聚合物，并具有良好的硬度。举例而言，该承载单元110(130)可以高分子量的合成 树脂为主要成分并加入适当的添加剂(增塑剂、稳定剂、阻燃剂、润滑剂、着色剂等)，而在 经过适当地加工过程后即可形成的具有相当塑性、柔韧性与刚性的材料结构。在本实施例中，该第一承载件11及该第二承载件13为彼此保持间隔地对应设置。该第一活动层12与该第二活动层14可设计为对应该第一承载件11与该第二承 载件13的环形轨状结构(例如圆形、椭圆形、方形等)，且分别以可沿该第一承载件11及 第二承载件13移动自如的方式设置于该第一承载件11及该第二承载件13上。此外，该第 一活动层12及/或该第二活动层14可由多个活动单元120 (140)彼此串接锁合而成，且该 活动单元120 (140)可为金属(例如铁、铜、铝)、金属化合物或合金(例如钢)所予以构 成。
在此需提出说明的是，上述多个该承载单元110(130)与多个该活动单元 120(140)之间，可通过相关的衔接装置(例如螺栓、链条、扣环等)予以串接及/或锁合。 但是，这些串接及/或锁合的技术手段为本领域技术人员所皆知，故于此不在予以赘述。此 外，该第一承载件11与该第一活动层12彼此相接触的表面，以及该第二承载件13与该第 二活动层14彼此相接触的表面，为摩擦力极低的光滑面。以该第一活动层12与该第二活 动层14为金属材料，而该第一承载件11及该第二承载件13为塑料材料为例，由于金属与 塑料接面的摩擦力较低，故该第一活动层12及该第二活动层14可分别顺利地在该第一承 载件11及该第二承载件13上活动(转动)，进而避免发生如现有技术中所使用的机械轴承 易产生故障或损毁的情形。再者，因该第一承载件11及该第二承载件13可由多个承载单元110(130)彼此串 接及/或锁合而成，因此，在长时间使用后若该第一承载件11及该第二承载件13发生了正 常地损耗或磨损，亦可简单、方便地进行更换及组装。当然，因该第一活动层12与该第二活 动层14可设计由多个活动单元120(140)彼此串接锁合而成，在长时间使用后若该第一活 动层12与该第二活动层14发生了正常地损耗或磨损，亦可简单、方便地更换及组装该第一 活动层12与该第二活动层14。该受风件15，连接于该第一活动层12及该第二活动层14上，用以承受风力并利用 风力来驱使该第一活动层12及该第二活动层14分别在该第一承载件11及第二承载件13 上移动(转动)。此外，多个该受风件15可间隔一特定的距离以环状排列的形式依序连接 于该第一活动层12与该第二活动层14上。再者，该受风件15可设计为片状、桨状或翼状，例如该受风件15可设计为具有用 以连接该第一活动层12的第一桅杆151、用以连接该第二活动层14的第二桅杆152、以及 连接于该第一桅杆151与该第二桅杆152的风帆153。当然，该受风件15的形状、大小、数 量也可随着使用者的需求而改变。发电单元16，其驱动轴具有通过第一活动层12及/或第二活动层14的移动而旋 转的被驱动轮161，以在该受风件15带动该第一活动层12及第二活动层14分别于该第一 承载件11及第二承载件13上移动时，通过该被驱动轮161接触该第一活动层12或该第二 活动层14，从而通过该第一活动层12或第二活动层14驱动该被驱动轮161转动以产生电 能。此外，该发电单元16的形状、数量或配置位置，也可弹性地随着本发明的风力发电装置 1所处的环境中的风速及/或风量而改变。举例而言，若设置本发明的风力发电装置1的环 境的风力较强，即可同时配置多台发电单元16以达到较佳的风力发电效率，避免造成风力 资源的浪费。在本实施例中，该被驱动轮161可为齿轮，该第一活动层12及/或该第二活动层 14与该发电单元16的被驱动轮161相接触的表面，可设计有多个齿条121 (141)，该齿条 121(141)用以啮合该被驱动轮161，且该齿条121(141)与该第一活动层12及/或该第二 活动层14可设计为一体成型或分离设置。当然，该齿条121 (141)的形状也可随使用者需 求而设计，例如可设计为直条状或放射状。请同时参阅图1B，为绘示出本发明的第一承载件11、第一活动层12与该齿条121， 以及本发明的第二承载件13、第二活动层14与该齿条141的一侧视剖面示意图。如图所示， 该齿条121 (141)可设计为非单一水平高度。因此，本发明的风力发电装置，可随着所处环境的风力、风速的改变，或者是所配置的发电单元16的数量，适当地调整该发电单元16的 被驱动轮161与该齿条121 (141)的配置位置，以提供该发电单元16不同的扭力大小。当 然，该齿条121(141)的形状、数量及/或间隔距离，也可随使用者的需求而设计。在一较佳实施例中，该第一桅杆151可设计为通过制动器(例如油压杆等)连接 于该第一活动层12上，且该第一活动层12上还可设计为具有至少一限位件122。该制动器 是用以调整该第一桅杆151的活动范围，以改变连接该第一桅杆151与该第二桅杆152的 风帆153的受风角度。而该限位件122是用以限制该第一桅杆151相对于该第一活动层12 上的活动范围。具体实施时，可将多个该风力发电装置1上下层叠设置，并通过该限位件122以及 该制动器的相互搭配，使得分别位于上下层的该风力发电装置1设计为以不同的旋转方向 (顺时针、逆时针)旋转来利用风力资源以进行发电。因此，位于该风力发电装置1的受风 侧(施力侧)的该风帆153，即可通过该限位件122与该制动器的交互搭配，调整该第一桅 杆151进而调整该风帆153的受风角度，使得该风帆153具有最佳的受风面积(最大的受 力面积)。反之，位于该风力发电装置1的非受风侧的该风帆153，即可通过该限位件122 与该制动器的交互搭配，调整该第一桅杆151进而调整该风帆153的受风角度，使得位于非 受风侧的该风帆153可将风予以卸除。当然，也可将风传导至上层或下层的该风力发电装 置1，以对风力资源进行最佳的运用。在本发明的另一较佳实施例中，该受风件15可通过制动器与旋转接头同时活动 连接于该第一活动层12以及该第二活动层14上。此外，该第一活动层12以及该第二活动 层14上皆设计有相关的限位件，用以限制该受风件15在该一活动层12与该第二活动层14 上的活动范围。在本发明的又一较佳实施例中，该受风件15固定连接于该第一活动层12上，且活 动连接于该第二活动层14上，而该第二活动层14上设计有相关的限位件，用以限制该受风 件15在该第二活动层14上的活动范围。请参阅图2，为绘示本发明的风力发电装置2的架构图。该风力发电装置2包括 第一承载件21、第一活动层22、第二承载件23、第二活动层M、受风件25以及发电单元沈。 然而，与前述风力发电装置1的最大差别在于，该风力发电装置2还包括至少一支撑件27， 而该受风件25可设计为具有一定硬度的片状体、桨状体或翼状体，且该受风件25同时活动 连接于该第一活动层22及该第二活动层M上。该支撑件27可设计为具有伸缩性及/或弹性的结构，且分别连接该第一活动层22 及该第二活动层对，用以提供该第一活动层22及该第二活动层M支撑力。此外，因风通 常是非平均施力于该受风件25上，因此该支撑件27可进一步同时带动该第一活动层22及 该第二活动层M分别在该第一承载件21及该第二承载件23上活动，且可避免因该第一活 动层22及该第二活动层M活动速度相差过大而造成该受风件25发生损坏的情形。当然， 该支撑件27的长度、宽度、数量也可随环境的需求而改变。再者，因该受风件25是同时活 动连接于该第一活动层22及该第二活动层M上，因此，该第一活动层22及该第二活动层 24分别设置有限位件222与限位件M2，以提供该受风件25 —定的支撑力，且限制该受风 件25的活动范围，进而可适用于具有各种风向的使用环境中。请参阅图3，为绘示本发明的风力发电装置3的俯视架构示意图。该风力发电装置3的元件、架构、配置方式与于前述风力发电装置1(2)大致相同，其最大差别在于该风力发 电装置3还包括至少一集风设备4。该集风设备4，设于该风力发电装置3的受风件外周侧，用以引导、集中、分流或阻 挡风力。且该集风设备4可设计为三角形、四角形、五角形或五以上的奇数角形的形状，以 取得较佳的入风角度。再者，该集风设备4可环绕于受风件35的周围。如图3所示，四角 形的集风设备4环绕于该受风件35的周围，以将外部的风力导入内部的风力发电装置3。值得一提的是，该集风设备4可由多个集风件41所予以制成，且该集风件41可由 多个挡风板411与支架412所予以构成(如图3A所示)。该挡风板411可通过相关的控 制装置(未图示)在该支架412上前后摆动与上下活动。当然，该集风件41所具有的挡风 板411及支架412的形状、数量皆可随使用者需求而调整。此外，该集风设备4可以三角 形、四角形、五角形或五以上的奇数角形的形状环绕该风力发电装置3周围，进而引导风以 最佳的方向吹向该受风件35。在具体实施时，也可依据不同的风向、风速、设置环境、发电设 备高度、建物高度及使用者需求，将多个集风设备4彼此上下堆叠、层层套接，从而通过最 便利且最有效率的方式来安装该集风设备以取得风力资源。综上所述，本发明的风力发电装置包括有第一承载件、第一活动层、第二承载件、 第二活动层、至少一受风件，以及至少一发电单元。该第一活动层及该第二活动层分别设置 于该第一承载件上及该第二承载件上，该受风件是用以带动该第一活动层及该第二活动层 活动，而该第一活动层及第二活动层进而驱动该发电单元以产生电能。相比于现有技术， 本发明的风力发电装置可适用于各种使用环境，不但可轻易地进行组装及维护，也可因应 不同的风向与风速弹性地进行调整，进而以高效率地使用方式来使用风力资源进而产生电 能。但是，上述实施例仅为例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。 任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与变 化。
权利要求
1.一种风力发电装置，其特征在于，包括第一承载件，形成为环形轨状；第一活动层，以沿该第一承载件移动自如的方式设置于该第一承载件上；第二承载件，形成为环形轨状，并与该第一承载件保持间隔地对应设置；第二活动层，以沿该第二承载件移动自如的方式设置于该第二承载件上；至少一受风件，连接于该第一活动层及该第二活动层，用以承受风力而带动该第一活 动层及该第二活动层分别在该第一承载件及第二承载件上移动；以及至少一发电单元，其驱动轴具有通过活动层的移动而旋转的被驱动轮，以在该受风件 带动该第一活动层及第二活动层分别于该第一承载件及第二承载件上移动时，通过该被驱 动轮接触该第一活动层或该第二活动层，而通过该第一活动层或第二活动层驱动该被驱动 轮转动以产生电能。
2.根据权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，还包括至少一具有伸缩性及/或 弹性支撑件，分别连接该第一活动层及该第二活动层。
3.根据权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，还包括至少一集风设备，设于该 风力发电装置的受风件外周侧，用以引导、集中、分流或阻挡风力，该集风设备是由多个集 风件予以制成，且该集风设备是以三角形、四角形、五角形或五以上的奇数角形的形状环绕 该受风件。
4.根据权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，该发电单元的被驱动轮为齿轮， 该第一活动层及/或该第二活动层与齿轮相接触的表面形成与该齿轮啮合的齿条。
5.根据权利要求4所述的风力发电装置，其特征在于，该齿条为非单一水平高度。
6.根据权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，该第一承载件及该第二承载件 是由多个承载单元彼此串接锁合而成。
7.根据权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，该第一活动层及/或该第二活动 层是由多个活动单元彼此串接锁合而成。
8.根据权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，该受风件为片状体或桨状体，且 该受风件活动连接于该第一活动层及该第二活动层。
9.根据权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，还包括至少一限位件，设置于该 第一活动层或该第二活动层，用以限制该受风件的活动范围。
10.根据权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，该受风件包含用以连接该第一 活动层的第一桅杆、用以连接该第二活动层的第二桅杆、以及连接于该第一桅杆与该第二 桅杆的风帆。
11.根据权利要求10所述的风力发电装置，其特征在于，该第一桅杆与该第二桅杆分 别活动连接/固定连接于该第一活动层及该第二活动层。
12.根据权利要求11所述的风力发电装置，其特征在于，还包括至少一限位件，设置于 该第一活动层/该第二活动层以在该第一桅杆/该第二桅杆活动连接该第一活动层/该第 二活动层时，限制该第一桅杆/该第二桅杆的活动范围。
13.根据权利要求12所述的风力发电装置，其特征在于，该第一桅杆/该第二桅杆是通 过制动器连接该第一活动层/该第二活动层。
14.根据权利要求13所述的风力发电装置，其特征在于，通过该制动器调整该第一桅杆或该第二桅杆的活动范围，以改变连接该第一桅杆与该第二桅杆的风帆的受风角度。
15.根据权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，该第一承载件、该第二承载件、 该第一活动层与该第二活动层为环状结构。
16.根据权利要求15所述的风力发电装置，其特征在于，多个该受风件是间隔一特定 距离依序连接该第一活动层与该第二活动层以呈现环状排列。
全文摘要
一种风力发电装置，包括第一承载件、第一活动层、第二承载件、第二活动层、至少一受风件，以及至少一发电单元。该第一活动层及该第二活动层分别设置于该第一承载件及该第二承载件上，该受风件连接该第一活动层及该第二活动层，用于承受风力以带动该第一活动层及该第二活动层，使该第一活动层及第二活动层驱动该发电单元以产生电能。相比于现有技术，本发明的风力发电装置具有组装方便及维修容易的特性，且能配合各种风向与风速的使用环境而对应地调整该受风件及该发电单元，从而达到最佳的风力发电效率。
文档编号F03D3/00GK102141005SQ20101010723
公开日2011年8月3日 申请日期2010年2月1日 优先权日2010年2月1日
发明者黄学正 申请人:开斋集团有限公司