专利名称：对转式发电机的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种发电机，特别是有关于一种具有双扇叶组对转以达到高效率发电的对转式发电机。
背景技术：
电力是现代生活不可或缺的重要能源，无论食衣住行无不需要倚赖电力运行。绝大多数的现有发电方式，如火力、核能、水力、潮汐、风力发电等，最终都是通过流体推动扇叶组，此扇叶组可为风扇组或涡轮组，以驱动第一感应单元(可为感应线圈组，通常又称为 “转子”，或磁场，通常又称为“定子”)与第二感应单元(相对第一感应单元为磁场，通常又称“定子”，或感应线圈组，通常又称“转子”)相互作用产生电流，达到发电的效果。上述传统发电技术的第一感应单元与第二感应单元采用“一固定一旋转”的设计， 在此设计中，旋转的第一或第二感应单元的转速越高则发电量越高，故在扇叶流体效率相同的条件下若要增加发电量，则通常必须透过加大扇叶尺寸(特别是直径)来达成。但是， 加大扇叶尺寸或转速却又会同时增加扇叶旋转时的应力负荷，此外，增加转速还会增加轴承的摩擦损耗，因此扇叶的尺寸或转速愈大，其制造的技术要求愈高，造价也愈高，在诸多考虑下，扇叶有其无法进一步改变的瓶颈。
发明内容
有鉴于上述现有技术的问题，本发明所要解决的技术问题在于提供一种对转式发电机，以提升现有风力或涡轮发电的发电量并纾缓在提升发电量时遭遇的加工技术瓶颈。根据本发明所要解决的技术问题，提出一种对转式发电机，其包含一轴体、一第一扇叶组、一第一感应单元、一第二扇叶组及一第二感应单元。第一扇叶组设置于轴体的一端，并以轴体为轴心以一第一速度转动。第一感应单元设置于轴体内并与第一扇叶组连接， 且第一扇叶组带动第一感应单元转动。第二扇叶组设置于轴体的另一端，且与第一扇叶组平行设置，此第二扇叶组相较于第一扇叶组具有较高的能量提取率，且第二扇叶组以轴体为轴心以一第二速度朝向与第一扇叶组转动的相反方向转动。第二感应单元设置于轴体内相对第一感应单元，并与第二扇叶组连接，且第二扇叶组带动第二感应单元相对第一感应单元反方向转动。其中，轴体是与来流方向水平，且第一扇叶组设置于轴体迎接来流的一端。此第一扇叶组由多个第一扇叶所组成，各第一扇叶的一端以等间隔设置于轴体一端。第二扇叶组相较于第一扇叶组具有较高的能量提取率，且此第二扇叶组由多个第二扇叶所组成，各第二扇叶的一端以等间隔设置于轴体另一端。第一扇叶的攻角或尺寸与第二扇叶不同，且第一扇叶与第二扇叶为同轴配置，以使第一扇叶组与第二扇叶组在同一道来流作用下，分别以第一速度及第二速度朝相反方向转动，并带动第二感应单元与第一感应单元相对转动。其中，第一感应单元具有多个感应磁铁，且第二感应单元具有多个感应线圈；或第一感应单元具有多个感应线圈，第二感应单元具有多个磁铁，且感应磁铁与感应线圈对应配置。其中，轴体内或可进一步设有一第三感应单元介于第一感应单元及第二感应单元之间，且第三感应单元具有多个感应线圈，第一感应单元及第二感应单元具有多个磁铁，且各磁铁与各感应线圈对应配置。此外，根据本发明所要解决的技术问题，又提出一种对转式发电机，其包含一轴体、一第一扇叶组、一第一感应单元、一第二扇叶组及一第二单元。第一扇叶组设置于轴体的一端，并以此轴体为轴心以第一速度转动。第一感应单元设置于轴体内，并与第一扇叶组连接，此第一扇叶组带动第一感应单元转动。第二扇叶组设置于轴体的另一端，且与第一扇叶组平行。此第二扇叶组以轴体为轴心以第二速度朝向与第一扇叶组转动的相反方向转动。第二感应单元设置于轴体内并相对于第一感应单元，此第二感应单元与第二扇叶组连接，且第二扇叶组带动第二感应单元相对第一感应单元转动。其中，轴体是与来流方向垂直，且第一扇叶组由多个第一扇叶与多个第一架体所组成，各第一扇叶藉由各第一架体以等间隔环设于轴体一端，使各第一扇叶平行于轴体。第二扇叶组由多个第二扇叶与多个第二架体所组成，且各第二扇叶通过各第二架体以等间隔环设于轴体另一端，使各第二扇叶平行于轴体。第一扇叶组与第二扇叶组安装角度不同，以使第一扇叶与第二扇叶朝不同方向旋转，并带动第二感应单元与第一感应单元相对转动。其中，第一感应单元具有多个感应磁铁，且第二感应单元具有多个感应线圈；或第一感应单元具有多个感应线圈，第二感应单元具有多个磁铁，且感应磁铁与感应线圈对应配置。其中，轴体内或可进一步设有一第三感应单元介于第一感应单元及第二感应单元之间，且第三感应单元具有多个感应线圈，第一感应单元及第二感应单元具有多个磁铁，且各磁铁与各感应线圈对应配置。承上所述，根据本发明的对转式发电机，其可具有一或多个下述优点(1)此对转式发电机，通过轴体水平于来流配置，并通过两扇叶组扇叶的偏转角度或尺寸或其它设计的不同，使两扇叶组的能量提取率不同，在各扇叶组转速较传统设计的单组扇叶转速低的情况下，却能产生两倍以上的发电量，或在与传统设计的单组扇叶转速相同时，拥有四倍左右的发电量，大幅提高风力或涡轮发电的发电量。(2)承上，此轴体水平于来流配置的对转式发电机除提升发电量外，可以同时降低扇叶的转速并降低轴承的磨耗，进而降低扇叶制造的难度，或在使用相同制造工艺下提升寿命，这些因素能有效降低风力或涡轮发电的成本，增加风力或涡轮发电的竞争条件。(3)承上，此轴体水平于来流配置的对转式发电机，不仅可以应用于风力发电，更可进一步应用于各种流体发电机(水力、火力、核能、潮汐发电的涡轮发电机)中，透过流体流经同轴配置且能量提取率不同的对转扇叶组，达到高效率发电的目的。(4)此对转式发电机，通过轴体垂直来流配置，相较于同尺寸(高度、宽度)的采用传统技术的垂直式发电机，采本设计可拥有二至四倍发电量(采用一个前文提及的轴体与二个扇叶组)或数倍发电量(采用多个前文提及的轴体与超过二个扇叶组)。(5)承上，此轴体垂直于来流配置的对转式发电机，也可稍微降低扇叶的转速，以在发电量提高的同时减少磨耗并简化扇叶的制造工艺或提升寿命。
图1为本发明的对转式发电机第一实施例的第一形态示意图；图2为本发明的对转式发电机第一实施例的第二形态示意图；图3为本发明的对转式发电机第二实施例的第一形态示意图；图4为本发明的对转式发电机第二实施例的第一形态俯视图；图5为本发明的对转式发电机第二实施例的第二形态侧视图；图6为本发明的对转式发电机第三实施例示意图；及图7为本发明的对转式发电机第四实施例示意图。主要元件符号说明1 对转式发电机10 轴体11 支撑杆12 平面13:空心管体14 支架20:第一扇叶组21 第一扇叶22 第一架体30:第二扇叶组31 第二扇叶32 第二架体40 第一感应单元50 第二感应单元60:第三感应单元
具体实施例方式以下将参照相关附图，说明依本发明的壳体结构的实施例，为便于理解，下述实施例中的相同组件以相同的符号标示来说明。请参阅图1，其为本发明的对转式发电机第一实施例的第一形态示意图。图中，对转式发电机1包含轴体10、第一扇叶组20及第二扇叶组30，且第一扇叶组20及第二扇叶组30分别设置于轴体10的两端。轴体20是水平于来流方向设置，且第一扇叶组20设置于轴体10迎接来流的一端，第二扇叶组30设置于轴体20的另一端。在本实施例中，为了固定轴体20，更进一步设有支撑杆11，且支撑杆11的一端固设于轴体10两端之间，另一端固设于平面12上，使轴体10垂直于支撑杆11并与平面12 平行，以成为水平式风力发电机的形态，及本实施例的第一形态，但并不以此为限。也可如图2所示的第二形态，在一空心管体13内，将轴体10用多个支架14悬空固定于空心管体 13的轴心，而成为涡轮发电机的形态，即为本实施例的第二形态。在第一实施例中，轴体10内设有第一感应单元40及第二感应单元50，且第一感应单元40与第一扇叶组20连接，第二感应单元50与第二扇叶组30连接。第一扇叶组20包含多个第一扇叶21，各第一扇叶21的一端等间距环设于轴体10的一端。第二扇叶组30 包含复多个第二扇叶31，各第二扇叶31的一端以等间距环设于轴体的另一端，且第一扇叶组20的能量提取率低于第二扇叶组30。在本实施例中，第二扇叶31的攻角或尺寸大于第一扇叶21。由于第一扇叶组20 与第二扇叶组30同轴设置于轴体10的两端，当来流(例如风或其它工作流体)流过对转式发电机1时，第一扇叶组20与第二扇叶组30会以轴体10为轴心朝相反方向转动。在本实施例中，第一扇叶组20以逆时针方向转动，而第二扇叶组30以顺时针方向转动，但并不以此为限，也可为顺、逆时针方向对调。其中，第一扇叶组20直接迎接来流，第二扇叶组30 则承接流过第一扇叶组20的工作流体。在风力发电应用中，可以追风装置来确保第一扇叶组20总是能直接迎接来流。前文中所谓的“能量提取率”定义为“扇叶组提取的能量对来流能量的比值”， η EEfan/Efl。w，其中分别为来流所含能量与扇叶组自来流提取的能量。迎接来流的第一扇叶组20的能量提取率为Ii1，第二扇叶组30的能量提取率为n2，其中第二扇叶 31通过攻角或尺寸大于第一扇叶21者或其它设计，使得Il2大于I。在传统发电机的转子与定子的关系多是定子固定不动，转子相对定子转动，其中定子为磁铁组，转子为感应线圈组，并在转子相对定子转动时产生感应电流，以达到发电目的，或是“定子”(磁铁组)相对于“固定的‘转子’(线圈组)”转动以产生感应电流。第一实施例中，第一感应单元40是以感应线圈表示，第二感应单元50是以磁铁盘表示，但并不以此为限，也可相互交换配置。通过第一扇叶组20与第二扇叶组30于轴体10两端同轴设置，使与第一扇叶组20连接的第一感应单元40及与第二扇叶组30连接的第二感应单元50 产生相对转动，在相同来流能量(如风力)下，本实施例的对转式发电机1的发电量至少为单独使用同尺寸的第二扇叶组与传统发电机设计(定子动转子不动或顺序颠倒)时(以下简称“传统设计”)的两倍，同时由于第一与第二扇叶组转速均较单扇叶组传统布局的扇叶组转速为低，故对扇叶与轴承的加工精度要求较低，或在相同工艺下显著提升寿命。除此之夕卜，也可在工艺技术相同于传统设计的情况下，通过放大扇叶组的尺寸以使两扇叶组转速与传统设计相同，此时寿命相同但发电量可提升至四倍左右。请参阅图3及图4，其为本发明的对转式发电机第二实施例的第一形态示意图及本发明的对转式发电机第二实施例的第一形态俯视图。在第二实施例中，轴体20垂直于来流方向设置，第一扇叶组20包含多个第一扇叶21及多个第一架体22，第二扇叶组30包含多个第二扇叶31及多个第二架体32。为固定对转式发电机1，本实施例中还于轴体10的一端设有支撑杆11，且轴体10 垂直于平面12。第一扇叶21通过第一架体22等间隔环设于轴体10的一端，第二扇叶31 通过第二架体32等间隔环设于轴体10的另一端，图中，第二扇叶组30较第一扇叶组10靠近支撑杆11，但并不以此为限。在本实施例中，第一扇叶组与第二扇叶组的设计参数(尺寸等)可同可不同，但通过相异的安装角度以确保旋转方向相反。并请参阅图5，其为本发明的对转式发电机第二实施例的第二形态侧视图，第二形态使用多(N)个扇叶组搭配多(N-I)个轴体的配置，且相邻的扇叶组旋转方向彼此相反。在图5中，第一扇叶组20与第一感应单元40连接，第二扇叶组30与第二感应单元50连接，且第二感应单元50及第二扇叶组30延伸至第二组轴体10，并以此类推。在本实施例中，采用三组轴体10搭配各二组第一扇叶组20及第二扇叶组 30，但并不以此为限，其轴体10及各扇叶组的数量也可依需求改变。第一实施例与第二实施例的配置方式虽有不同，但发电原理相同，通过第一扇叶组20与第二扇叶组30相对设置于轴体10的两端，且第一扇叶21与第二扇叶31攻角不同， 当来流流过对转式发电机1时，第一扇叶组20与第二扇叶组30会以轴体10为轴心朝向相反方向转动。又由于第一扇叶组20与第二扇叶组30于轴体10两端相对设置，且第二扇叶21 的安装角度与第一扇叶31不同，使与第一扇叶组20连接的第一感应单元40及与第二扇叶组30连接的第二感应单元50产生相对转动。在相同流体能量(如风力)下，扇叶相对转动的对转式发电机1的发电量至少为使用同尺寸的第二扇叶组与传统发电机设计(定子动转子不动或顺序颠倒)时的两倍至四倍。请参阅图6，其为本发明的对转式发电机第三实施例示意图。第三实施例与第一实施例大致相同，其差异仅在于轴体10内更进一步设有第三感应单元60介于第一感应单元 40及第二感应单元50之间。在本实施例中，第三感应单元60是以感应线圈表示，且第一感应单元40及第二感应单元50是以磁铁盘表示，并通过第一扇叶组20带动第一感应单元 40相对第三感应单元60转动，第二扇叶组30带动第二感应单元50相对第三感应单元60 转动，且转动方向与第一感应单元40相反，由此达到相较于传统设计二至四倍的发电量。请参阅图5，其为本发明的对转式发电机第四实施例示意图。第四实施例与第二实施例大致相同，其差异仅在于轴体10内更进一步设有第三感应单元60介于第一感应单元 40及第二感应单元50之间。同于第三实施例，在本实施例中，第三感应单元60是以感应线圈表示，且第一感应单元40及第二感应单元50是以磁铁盘表示，并通过第一扇叶组20带动第一感应单元40相对第三感应单元60转动，第二扇叶组30带动第二感应单元50相对第三感应单元60转动，且转动方向与第一感应单元40相反，由此达到相较于传统发电二倍以上的发电量。通过本发明的对转式发电机的配置，不仅可以应用于风力发电，更可进一步将此结构应用于各种流体，透过流体带动对转的扇叶，达到发电的目的。以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本申请的权利要求保护范围中。
权利要求
1.一种对转式发电机，其包含 一轴体；一第一扇叶组，设置于所述轴体的一端，并以所述轴体为轴心以一第一速度转动； 一第一感应单元，设置于所述轴体内，并与所述第一扇叶组连接，所述第一扇叶组带动所述第一感应单元转动；一第二扇叶组，设置于所述轴体的另一端，所述第二扇叶组相较于所述第一扇叶组具有较高的能量提取率，且与所述第一扇叶组平行，所述第二扇叶组以所述轴体为轴心以一第二速度朝向与所述第一扇叶组转动的相反方向转动；以及一第二感应单元，设置于所述轴体内相对所述第一感应单元，并与所述第二扇叶组连接，所述第二扇叶组带动所述第二感应单元相对所述第一感应单元转动。
2.如权利要求1所述的对转式发电机，其特征在于，所述轴体是与来流方向水平，且所述第一扇叶组设置于所述轴体迎接来流的一端，所述第一扇叶组由多个第一扇叶所组成， 各所述第一扇叶的一端是以等间隔设置于所述轴体的一端。
3.如权利要求2所述的对转式发电机，其特征在于，所述第二扇叶组是由多个第二扇叶所组成，各所述第二扇叶的一端是以等间隔设置于所述轴体的另一端。
4.如权利要求3所述的对转式发电机，其特征在于，所述第一扇叶的攻角或尺寸与所述第二扇叶不同，且所述第一扇叶与所述第二扇叶为同轴配置，以使所述第一扇叶组与所述第二扇叶组在相同来流作用时分别以所述第一速度及所述第二速度朝相反方向转动，并使所述第二感应单元与所述第一感应单元相对转动。
5.如权利要求1所述的对转式发电机，其特征在于，所述第一感应单元具有多个感应线圈，所述第二感应单元具有多个感应磁铁，且各所述感应磁铁是与各所述感应线圈对应配置。
6.如权利要求1所述的对转式发电机，其特征在于，所述第一感应单元具有多个感应磁铁，所述第二感应单元具有多个感应线圈，且各所述感应磁铁是与各所述感应线圈对应配置。
7.如权利要求1所述的对转式发电机，其特征在于，所述轴体内还设有一第三感应单元介于所述第一感应单元及所述第二感应单元之间，且所述第三感应单元具有多个感应线圈，所述第一感应单元及所述第二感应单元具有多个磁铁，且各所述磁铁与各所述感应线圈对应配置。
8.一种对转式发电机，其包含 一轴体；一第一扇叶组，设置于所述轴体的一端，并以所述轴体为轴心以一第一速度转动； 一第一感应单元，设置于所述轴体内，并与所述第一扇叶组连接，所述第一扇叶组带动所述第一感应单元转动；一第二扇叶组，设置于所述轴体的另一端，且与所述第一扇叶组平行，所述第二扇叶组以所述轴体为轴心以一第二速度朝向与所述第一扇叶组转动的相反方向转动；以及一第二感应单元，设置于所述轴体内相对所述第一感应单元，并与所述第二扇叶组连接，所述第二扇叶组带动所述第二感应单元相对所述第一感应单元转动。
9.如权利要求8所述的对转式发电机，其特征在于，所述轴体是与来流方向垂直，且所述第一扇叶组是由多个第一扇叶与多个第一架体所组成，各所述第一扇叶是通过各所述第一架体以等间隔环设于所述轴体的一端，使各所述第一扇叶平行于所述轴体。
10.如权利要求9所述的对转式发电机，其特征在于，所述第二扇叶组是由多个第二扇叶与多个第二架体所组成，且各所述第二扇叶是通过各所述第二架体以等间隔环设于所述轴体的另一端，使各所述第二扇叶平行于所述轴体。
11.如权利要求10所述的对转式发电机，其特征在于，所述第一扇叶与所述第二扇叶的安装角度不同，以使所述第一扇叶与所述第二扇叶的旋转方向不同，且各所述第一扇叶及各所述第二扇叶为相对应配置，以使所述第一扇叶组与所述第二扇叶组在相同来流作用时分别以所述第一速度及所述第二速度朝反方向转动，并使所述第二感应单元与所述第一感应单元相对转动。
12.如权利要求8所述的对转式发电机，其特征在于，所述第一感应单元具有多个感应线圈，所述第二感应单元具有多个感应磁铁，且各所述感应磁铁是与各所述感应线圈对应配置。
13.如权利要求8所述的对转式发电机，其特征在于，所述第一感应单元具有多个感应磁铁，所述第二感应单元具有多个感应线圈，且各所述感应磁铁是与各所述感应线圈对应配置。
14.如权利要求8所述的对转式发电机，其特征在于，所述轴体内还设有一第三感应单元介于所述第一感应单元及所述第二感应单元之间，且所述第三感应单元具有多个感应线圈，所述第一感应单元及所述第二感应单元具有多个磁铁，且各所述磁铁是与各所述感应线圈对应配置。
全文摘要
本发明揭露一种对转式发电机，其包含一轴体、一第一扇叶组、一第一感应单元、一第二扇叶组及一第二感应单元。第一扇叶组设置于轴体的一端，并以轴体为轴心以第一速度转动。第一感应单元设置于轴体内并与第一扇叶组连接，且第一扇叶组带动第一感应单元转动。第二扇叶组设置于该轴体的另一端，且与第一扇叶组平行，第二扇叶组以轴体为轴心以第二速度朝向与第一扇叶组转动的相反方向转动。第二感应单元设置于轴体内相对第一感应单元并与第二扇叶组连接，且第二扇叶组带动第二感应单元相对于第一感应单元反方向转动。
文档编号F03D9/00GK102465841SQ20101053540
公开日2012年5月23日 申请日期2010年11月8日 优先权日2010年11月8日
发明者杨政卫 申请人:杨政卫