TW201207233A - A continuous wind power system with auxiliary blades - Google Patents

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201207233 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於-種連續式風力發電系統，尤指一種且 有辅助葉片之連續式風力發電㈣及錢作方法。 【先前技術】 能源已成為21世紀最多討論的議題之…隨著技術的 不斷進步和人們對X具依賴性的提高，自然資源（如石油， 天然氣和煤炭）®臨耗盡。隨著時間的推移，這一現象（使 用需求的増加而有限的能源來源）將導致消費者成本增加 和>可染日益嚴重。解決這些問題的可能方案當中，綠色能 源及永續能源成為最熱門的話題。因此，越來越多的個人、 組織及政府都開始投資開發綠色永續能源，如風力發電場。 抱著對巨大回報的期待，世界各地政府不惜從納稅人 的錢中撥出數十億美元支持個人及公司研發龐大的百萬瓦 (MW)的風力機(wind turbines)。一旦建成，全世界的投 資者將再投下幾十億美元把這些巨大的風力機引進不同的 國家。 例如’ 30個全新的2.5MW GE風力機的投資成本約 150多萬美元，不包括安裝費用。然而，我們可以看到這些 風力機甚至尚未被拆裝，即被轉至二手風力機市場上了。 投資者決定放棄如此巨大昂貴的再生能源計劃的原因到底 是什麼？ 首先，世界各地的氣候變化變得難以預測，極端的氣 4 201207233 候與天氣的波動限制了風力機的正常運行。當設叫_者及^ 造商為某一特定地點設計與開發風力機時，他們必然要考 慮到各國當地的氣候。然而，根據歷史數據對於未來天氣 情況的預測已無法像以前一樣準確地，因而導致在一特定 地點對風力發電場之輸出的估計不正確。此外，許多已安 裝的風力機表現不如預期，即使當風速終於達到風力機的 切入速度(cut-in speed) ’其仍無法正常運作。 其次’風力機係為昂貴。例如’ 10KW的無刷發電機 用一千美元就能買到，可是要購買相同容量的風力機就要 花一萬至五萬美元。因此，設立一個風力發電場的成本遠 遠超出α立一個傳統的發電站。這就是為什麼風力發電場 業主及投負者迫切地需要政府實施的優惠政策，以確保風 力發電能夠佔有一定的市場。如果沒有這樣的政策，初始 投資成本回收的週期會顯著地加長，甚至完全無法回收。 從而導致現有風力發電投資的撤出及在潔淨、永續風能領 域的新投資者減少。 最後’即便是有利於風力發電場的政府政策到位了， 風力發電場的平均投資成本回收週期仍可長達1(Μ5年。 ::的投資成本回收遇期大部分歸咎於風力機的 如果-天運作時間増知=運作的時間只有四個小時。 可被縮短為五至七年丰個小時，投資成本回收的時間 加，投資成本回㈣_如果風力制運作時間還可以增 想的解決方案係使風=應地進-步縮短。因此 機更便宜及更容易安裝，並增加其 201207233 每一天的運作時間至24小時。 【發明内容】 本發仪目的在於提供—種具有輔助葉4 力發電祕’其可提供價格絲且簡單时式來取^= 善運作中的現錢力機，以使風力發電種率可達最大化。 、為了達成上述目的，本發明之-種具有辅助葉片之速 續式風力發電系統’包含—發電機、—固定裝置、一傳動 裝置、-或複數_助葉片以及—或複數個馬達。 上述之具有輔助葉片之連續式風力發電系統，其中該 固定裝置係包含一軸以及一或複數個連接組件，該連接= 件係固定於該軸或該發電機軸的延伸轴上，並由該軸向外 延伸，用以提供一足夠大小的剛性區域來安裝該輔助葉片 以及該馬達。 上述之具有輔助葉片之連續式風力發電系統，其中各 組辅助葉片包含一或複數個葉片，該葉片固定於一袖上； 當該軸轉動時，該輔助葉片產生一平行於該轴的力。， 上述之具有辅助葉片之連續式風力發電系統，其中該 輔助葉片設置於該固定裝置的剛性區域，使該辅助葉片所 產生的力對於該固定裝置之軸形成—扭矩。 上述之具有輔助葉片之連續式風力發電系統，其中該 傳動裝置將該固定裝置之軸的扭矩傳送到發電機之轴上厂 上述之具有輔助葉片之連續式風力發電系統，其中該 馬達係設置於該固定裝置，以使該輔助葉片被該馬達推動。 6 201207233 上述之具有辅助葉片之連續式風力發電系統，其中該 馬達可利用電池、太陽能板或該發電機所產生之電力的一 部份來驅動。 本發明另提供一種操作如上述之具有輔助葉片之連續 式風力發電系統的方法，包含：（A)不斷地檢查該發電機的 輸出位準；（B)比較該發電機之當前輸出位準與該發電機之 額定容量；（C)當該發電機的當前輸出位準小於該發電機的 額定容量時，提高該馬達的轉速(RPM) ; (D)當該發電機的 當前輸出位準大於該發電機的額定容量時，降低該馬達的 轉速。 本發明的主要優點如下：本發明之具有辅助葉片之連 續式風力發電系統係可提供一種價格低廉且簡單的方式來 更取代或改善現有風力機之運作，以使其風力發電量可達 最大化。該連續式風力發電系統可使風力機持續地工作， 而不受天氣狀況及自然風之可利用性的影響，可在不增加 成本的情況下提高能量輸出，進而縮短了風力發電的投資 成本回收期。同時，本發明係提供了利用同等效能的風力 機之成本中的一小部份來建構一價格低廉且小型化的風力 機之替代方案的可能性。利用上述風力機之替代方案而建 構的風力發電場將使潔淨永續風力能源更易於使用，並可 滿足日漸增加的能源需求，且能保護環境不受目前一般能 源之副產品的危害。以下將參照所附圖式及詳細說明來進 一步說明本發明及其優點。 201207233 【實施方式】 <第一實施例> 以下係參照於第1A圖至第ic圖。 第1A圖顯示一第一實施例，包括三個主要组件：產生 動能的組件、發電組件及用以將動能傳至發電組件的傳動 組件。在第-實施财，產生動㈣組件係包括六個輔助 葉片組120和六個發電機130 ;發電組件係為發電機15〇 ; 固定裝置110係作為傳動組件。第1B圖係單獨顯示固定裝 置的構造。第ic圖係顯示一辅助葉片組12〇以及一馬達之 放大圖，其中該馬達係固定在固定裝置n〇的一延伸臂 110B 上。 如第1B圖所示，固定裝置11〇具有一些連接及支撐( 結構，其係固定於軸Π0Α並由軸110A向外延伸。首先 有六個延伸臂110B從軸110A的低端由中心徑向垂直地【 外延伸，每個延伸臂之間呈6〇。角。每個延伸臂11(^提^ 一個足夠大小的剛性區域用於固定一辅助葉片組12〇及_ ，達130。為了增加支撐性，懸架纜u〇c從軸上4 高的點延伸，並連接到每個延伸臂11〇B，使懸架纜 與延伸臂110B的夾角為45度。懸架、镜11〇c與延伸臂削 之間的每-個接點係相鄰地連接於連接環 1—10D對每個延伸臂聰提供了均衡的支稽，從 ^ 疋裝置110的整體結構更加穩定。 第1C圖係顯示-辅助葉片組12G及 圖’馬達130被設置在固定裝置u㈣六個延伸臂 8 201207233 中之一上。在此實施例中，輔助葉片組120具有固定於一 轴的三個葉片，而該軸係被固定至馬達130之軸。馬遠130 係直接設置在延伸臂110B的末端，其可利用如膠水之固定 劑、繩索、纜線、金屬或其他固體之模製方式。輔助葉片 組120及馬達13〇正交地設置在延伸臂110B的最遠端’使 辅助葉片組120葉片所掃過的平面平行於轴110A及所設置 之延伸臂110B。 第1A圖顯示固定裝置110、發電機150及辅助葉片組 U0與馬達130連接的方式。發電機150之軸垂直於水平基 座140。固定裝置110係直接放置於發電機15〇頂部，使固 定裝置110之軸110A固定至發電機150之轴150A。 在本實施例中，固定裝置110之軸110A係固定至發電 機150之軸150A。所以軸Π0Α不僅作為固定裝置no之 轉動軸心，也作為一傳動裝置，用以傳送輔助葉片組12〇 起動所產生之扭矩造成的轉動動作。 可充電電池、太陽能電池板或發電機15〇所產生之電 的10卩伤可被用作為供電並驅動馬達130之來源。當馬達 :3〇被啟動之後，其將電轉化成讓辅助葉片組12〇轉動的動 能。辅助葉片組120轉動產生一力，用以推動設置辅助葉 片組120的延伸臂hob。 在本實施例中，當六個馬達13〇全部藉由輸入電力而 被啟動時’六組辅助葉片組即開始轉動並產生推力來推動 延伸臂110Β。此推力造成固定裝置11〇繞著㈣〇α轉動， 而提供一扭矩至發電機缝之軸。如此’發電機15〇被驅 201207233 動而發電。 <以一般發電機之另一實施例> 以下係參照於第1D-1G圖及第2A-2E圖。 第1D-1G圖係顯示第一實施例的變化態樣，其係具有 相同的產生動能的組件及發電組件，而顯示更為詳細之傳 動裝置’其係由多個齒輪及一鏈體所組成。第圖係為一 透視圖’第1E圖係為傳動裝置之部分放大圖；第ip圖及 第1G圖分別為本實施例之俯視圖及側視圖。 在此使用獨立的傳動裝置有兩個理由，第—個理由為 一般性。通常’為了達到發電組件之額定輸出，其需要相 對高的轉速(RPM)。然而’產生動能的組件所提供的轉速通 常不夠高’所以在產生動能的組件與發電組件之間需要一 個傳動裝置做為一加速器。第二個理由係特定為此及類似 的實施方式。當製造一大型固定裝置用以裝載更多的輔助 葉片及驅動葉片的馬達，其必須配置複數個發電機用以使 用一個固定裝置時來提高複合電能輸出。 在第1D圖及第1(3圖所示的另一實施例中，固定事置 110、辅助葉片120、馬達130及發電機150的一般安裝係 與第一實施例相同。然而，固定裝置110係獨立於發電機 150地設置。如此，使用一獨立的傳動裝置以將扭矩由固定 裝置110傳遞至發電機150。 第1D圖係為一透視圖，第1F圖係為一俯視圖，由圖 中可見齒輪160A係一大型驅動齒輪，其係直接固定至固定 裝置110之轴110A上。所以，當軸110A轉動時，其會驅 201207233 動齒輪160A以相同於軸110A之轉速轉動，並且因此驅動 鏈體170轉動。鏈體170提供一種簡單的方式來將轉動運 動由一個齒輪傳遞到另一個任一距離的齒輪。齒輪16〇B是 一較小型的齒輪，直接固定至發電機15〇之軸l5〇A上，並 被鏈體170驅動而轉動。齒輪160B相應地驅動發電機15〇 之轴150A轉動。 上述齒輪系統的一個重要特徵係齒輪16〇A具有比齒 輪160B大的半徑。所以發電機15〇之軸15〇A可具有比軸 110A兩的轉速來轉動，而有效地將固定裝置11()的轉速加 速以滿足發電機150的額定轉速要求。齒輪16〇A及齒輪 160B的尺寸直接決定於固定裝置11〇的轉速與發電機15〇 額疋轉速之間的比率。例如，如果固定裝置11〇以1〇〇〇RpM 之轉速轉動，而發電機15〇要求的額定轉速為5〇〇〇RpM， 則齒輪160B的半徑係為齒輪16〇A之半徑的五分之一。 第1G圖係一側視圖，其顯示在本實施例中具有兩個外 加的45角直齒斜齒輪16()c也被固定在發電機 150之軸 150A上其係以使齒輪16犯被夹層於該等齒輪 160C的兩 個較廣的表面之間。所以，當轴i5〇a轉動時，齒輪⑽c 同時被驅動而轉動。#安1在軸15GA較低位置的齒輪16〇(： 轉動時，其會驅動絲於傳動軸腿上的另—齒輪靴 _ m傳動轴152八之轉動。 減應Γ 辣於絲16GB之上的斜齒輪咖 被轴麗所_㈣動，钱於傳動軸測上的斜㈣ 16〇C被驅動而轉動，而驅動傳動轴152B之轉動。 201207233 第1E圖中顯示轴152B將扭矩傳至固定於軸i52B上 的正齒輪16GD，該正齒輪16GD將該作動傳至與其相鄰且 安裝於傳動軸152C上的正齒輪16〇d，以使其轉動。 統的複合電能輸出 因此，傳動m52A、152M152C可進一步連接外加 的發電機（圖未示）。因此’如此的齒輪系統藉由將最初的^ 能傳給多於-個之發錢，可用來提高連續式風能發電系 第2A圖及第2B圖係顯示第1A圖及第^圖之第 施例的變化態樣，其使用不同的固定裝置11〇，， ： 辅助葉片組120及馬達13〇。第2A圖係單獨顯示固定裝置 110,之結構。於本實施例中，六個延伸臂聰從轴2 以輻射狀地向外延伸，六個延伸臂咖被岐於不同 度而且每個延伸臂係藉由-懸架纜⑽穩固，: 係由主軸11GA上較高的位置延伸而出。輔助葉= 120及馬達130設置於每一個延伸臂聰的外端。固定梦 置mm直接放置於發電機15G頂部，以使發電= 被固定至肢裝置m，q觀上。馬達ι = 助葉片no之啟動使得轴15Ga_uga—起轉動，= 第1A圖所示。 u 第2C-2E圖顯示第2A圖及第犯圖所示的實施例 化態樣，其係使用包含多個齒輪及—鏈體之傳動裝置。= 傳動裝置的結構及運作係與第1IMg时所示之第= 例相同。用於辅助葉片120及馬遠 ^ .130的固定裝置係與第 2A圖中所示相同。第2C、2DhE圖係分別為透視圖第 201207233 俯視圖及側視圖° 到目前為土 ’上述之實施例可作為建構風力機的替代 方案。參照於第1A-1G圖、第2A-2E圖之實施例中，〆明 顯的優點係為風力機不一定是發電的必要組件。此等實施 例可為傳統的風力發電場提供一種更便宜且更快的替代方 案。可以了解的是’以同樣的輸出功率而言，一個風力機 的價格通常是一般發電機的十倍。如果能夠用一般發電機 來建造發電站’其造價可下降到十分之一。而且，如果能 夠使用隨時可用的一般發電機’而非需要等待風力機的製 造，則可節省時間。 <替代實施例〉 以下係參照於第3圖、第4A-4C圖、第5圖、第6A-6F 圖及第7圖。 如第一實施例所述之三個主要組件，即產生動能的組 件、發電組件及用以將動能傳給發電組件的傳動組件，係 為建構任何風力發電系統的必要組件。傳統的風力機係封 裝有許多這樣的組件，例如以葉片作為產生動能的單元， 以發電機作為發電單元，以短艙裡的變速箱作為傳動/加速 單兀。 所以現有之風力機係為建構連續式風力發電系統提供 -個很好的選擇。藉由將現有之風力機改t為連續式風力 發電系統將可顯著提高傳統風力發電機的效率。 第3圖顯卜傳統的水平軸式風力機 horizontal axis，HAWT)，其係包括一塔架 18〇a、一鼻錐 13 201207233 180B、一短艙180C以及三個葉片18〇D。當自然風可達到 这個風力發電機的切入速度時，三個葉片18〇D就開始繞著 鼻錐180B轉動，以此產生動能供封裝在短艙18〇(：内的發 電機發電。 第4A-4C圖顯示利用水平軸式風力機18()的實施例。 然而，並非水平軸式風力機的所有部件都被使用於本實施 例中。水平軸式風力機180的短艙i8〇c係直接垂直地設置 於一水平機座140上，而非水平軸式風力機18〇之安裝塔 180A的頂部。 於第4A圖中係使用全部三個葉片18〇D。每一個葉片 180D係改裝為具有一輔助葉片組12〇及一馬達13〇。輔助 葉片組120及馬達13〇係設置於每一個葉片18〇D上，使得 當馬達130被啟動時，輔助葉片組12〇開始轉動，並產生 用以推動葉片180D使其繞著鼻錐18〇B轉動的力量。接 著，容置於短艙180C中的發電機將動能轉化成為電能。葉 片180D所掃過的平面係為水平，而辅助葉片組12〇所掃過 的平面係為垂直。辅助葉片組12〇所產生的力係為水平， 且垂直於其所在葉片180D ’推動180D繞著鼻錐180B轉 動。因此’於本實施例中，自然風係非必需。相反地，所 需的風可藉由辅助葉片組120來產生。 第4B圖係為第4A圖之實施例的變化態樣，其中，只 有一個葉片被改裝為具有辅助葉片組12〇及馬達130。 第4C圖係為第4A圖之實施例的另一變化態樣。每— 個葉片180D的外端被夾層於兩組輔助葉片no,其係由單 201207233 一馬達130所供電。 第4A-4C圖所示之上述所有實施例可用來建構風力 機’以作為利用現有之水平軸式風力機的替代方案。此實 施例係有節省安裝費用及節省空間兩個顯著的優點。不再 需要把短擒及葉片升起至一相當高度並設置在一塔架上。 利用此種安裝，可建構具有多層樓建築之一替代的風力發 電場’每一層樓容置有一或複數個風力機。 從現在起’將說明利用現有之風力機的替代實施例。 以下之實施例可用於改裝正使用中的風力機，以提高其效 能0 第5圖係顯示利用垂直轴式風力機(vertiCal axis wind turbine，VAWT)190的實施例。一辅助葉片組120及一馬達 130被設置在垂直轴式風力機19〇的三個葉片其中之一個 葉片的中間點上。 第6A圖所示的實施方式係具有一水平轴式風力機 180,其中每一個葉片180D的外端設置有辅助葉片組120 及馬達130。水平軸式風力機18〇被安裝在其塔架i8〇a 上。本實施例可用來改裝及改進正在使用的現有之水平軸 式風力機。 第6B圖係為一放大圖，其顯示辅助葉片組12〇及馬達 130係以與第1C圖同樣的方式被設置在葉片i8〇d的端 部。辅助葉片組120所掃過的平面與其所設置的葉片18〇d 相平行，以使當辅助葉片120被馬達130推動時，其係產 生一力量以推動葉片180D繞著鼻錐180B轉動。 201207233 第6C-6F圖係為第6八圖中利用水平軸式風力機的實施 例之不同變化態樣。 第6C圖顯示的實施方式中，三個葉片18〇D中每一者 的外端係被兩組辅助葉片組120所夾合，並由單一馬達13〇 來供電。 第6D圖顯示第6C圖所示之實施方式的變化態樣，其 中三個葉片180D中每一者被兩組輔助葉片組12〇夹合於葉 片l8〇D之中點，而非其外端’且係由單一馬達130來供電。 第6E圖所示之實施例為三個葉片180D中只有一個葉 片的中點與遠端均安裝了配設有-馬達130的-輔助葉片 組 120 〇 第6F圖係為第6E圖的變化實施例，其中，三個葉片 180D之每一者的中點與遠端分別均安裝了配設有一馬達 130的一辅助葉片組120。 第7圖顯示利用水平軸式風力機來執行的實施例，其 具有三個延伸臂110]8被直接設置於水平軸式風力機180的 鼻錐180B上’以做為用於辅助葉片組12〇及馬達13〇固定 裝置水平軸式風力機180的三個葉片180D及三個延伸臂 U〇B互相交替地安排並且其固定間距係相等。輔助葉片組 12〇及馬達130被設置在延伸臂110B的外端，而非水平軸 式風力機180的葉片180D上。 在上述所有實施例中，儘管馬達13〇有許多種選擇， 然較佳選擇係為低壓直流馬達，其電壓範圍可由12伏特至 48伏特’其轉速範圍可由1750 RPM至5500 RPM;其馬力 201207233 之範圍可由四分之一至兩馬力。 在氣候條件不好的情況下，比如暴風雨或是颶風，此 一低壓直流馬達比其他的馬達更安全。即使當周圍的氣流 給其所推動的輔助葉片帶來阻力時，其性能更加穩定。就 其短的加速期間而言，一直流馬達係為有力。 例如，具有1800 RPM、兩馬力、48伏的直流馬達， 其重量可能只有44磅。根據本實施例，此種馬達係足以用 在容量超過1MW的風力機上。 馬達130之供電可利用充電電池、纟陽能板或風力機 180產生之電能的一部份來作為電能的來源❶並且，當風力 機180的規模增加時，輔助葉片組12〇的尺寸並不需要相 應地增加。對於任何功率大於1MW的風力機而言，一辅助 葉片適合的長度係70釐米。 馬達130被連接職於短艙18QC當中之風力機18〇 的控制相及刹車系統。因此，當可利用的自然風速低於水 平軸式風力機的切入速度時，馬達13〇就可以從控制箱被 啟動。而且，當氣候條嚴峻時，例如暴風雨和驅風，可利 用的自然風之風速可能達到水平軸式風力機運作的截止風 速(cut-off speed)，此時，剎車系統會被啟動，馬達13〇相 應地自動關閉。 <第一實施例之操作> /參照第8 ® ’其料操作第—實關之連續式風力發 電系統的抓程圖’該連續式風力發電系統係具有使用一般 發電機的輔助葉片。 17 201207233 步驟8A中，發電機i5〇首先被致能並啟動。步驟 中系統啟動並使馬達13〇的轉速增加以使辅助葉片組 120轉動。步驟8C中，辅助葉片組12〇的轉動運動產生一 力量推動延伸臂110B而使其作動。步驟8D中藉由輔助 葉片組U0所產生的推力使得固定裝置11〇之軸110A轉 動，且固定裝置110係固定於發電機150之軸 150A。步驟 8E中，固定裝置11〇之軸u〇A之轉動運動使得轉動運動 傳遞至發電機150之軸15〇a。步驟8F中，發電機15〇製 造電力。步驟8G中，所產生之電力的一部分返回而供電至 馬達130，用以維持輔助葉片組12〇連續的運作。 當輔助葉片組120於運動時，其促使各延伸臂u〇B向 其所產生的力之相反方向運動。使一個靜止的物體運動起 來所需克服之靜摩擦力的量值係大於使運動中物體維持運 動所需克服之動摩擦力的量值D同理，相較於不時的要從 靜止狀態啟動’ 一旦固定裝置110或110’於作動中，其僅 需要較少的能量來將其保持在最佳化轉速。 <其他實施例之操作> 請參照第9圖，其係為操作上述替代實施例中連續式 風力發電系統的方法之流程圖，其中，連續式風力發電系 統係使用風力機並具有辅助葉片之。該等替代實施例係如 第5圖、第6A-6B圖及第7圖中所示。 步驟9A中，風力機180首先被致能而啟動。步驟9B 中，風力機180的輸出位準係被連續地監控。如果風力機 180的輸出位準等於其額定容量時，該系統將繼續運行。步 201207233

9C w二了果風力機18G的輪出位準低於轉定容量時， 该系統將破供電而使馬達傾U疋合直 組m產生加添的力量推的轉速增加，以使輔助葉片 力機⑽的輸⑽準超以=18GD而使其移動。如果風 ⑽的轉速以使藉由辅助量時，該祕降低= 麵的力量減弱。…片組120所產生來推動葉片 出位準歧保持在其額、定容方量法；"目的係使風力機180的輸 生力::::片組120於作動中時’輔助葉片、组120係產 11〇B向其所產生的力之相反方向運 動验使運動中物體維持運動所需克服之動摩擦力會比克服 :靜止物體之靜摩擦力容易报多，作射的風力機獲取自 然風實質上更為靈敏，而因此更具有高效率。 如果利用連續式風力發電系統之實施例來改裝現有之 風力機，為了安全考量’辅助葉片系統必須相容於運作中 之風力機的:d車系統。如此，當自然風的速度大於風力機 180的截止速度時，風力機⑽的控制系統會將風力機⑽ 自動關閉。由於馬達13G係連接於風力機⑽的控制系統， 所以當風力機180的刹車系統被啟動時，馬達削也會停

L* A <優點> 由上述詳細說明中，可清楚得知利用上述任一實施例 中具有輔助葉片之連續式風力發電系統係具有許多優點^ (A)風力機越來越巨型化及昂貴。然而，每一個凤力 機每天只運作一天中少部分的時間。具有輔助葉片以使风 201207233 力機保持轉動，即可解決上述的許多問題。藉由大幅度地 提高現有風力機的效率，可在不提高成本的情況下可有更 多可利用的電能，而顯著的縮短投資成本回收週期。 (B)安裝簡單且便宜。風力機係為一發電機連同一組 加速設備及傳動裝置的奇妙組合，再加上葉片從自然風中 獲取動能。相較於相同容量的一般發電機，風力機通常更 加昂貴。利用本發明，一個想開設一個風力發電站之投資 者，其不一定必須投資於昂貴的風力機。相較於完整的風 力機現有的市場價格，發電機具有良好的機能並且便宜， 而辅助葉片組及小蜇馬達亦是如此。對於已具有現有風力 發電站的投資者來說，改裝現有風力機的成本低且所需時 間短，因為辅助葉片及馬達隨處可見，亦可以輕易地安裝 於現有風力機的葉上。利用對其風力機進行輕微的改 裝，投資者將可看到顯著的效率提升及對於其現有風力發 電場運作之獲益。 一些實施例可使風力機不受天氣與地點的限制。 藉由提㊅風力機對於可利用的自然風之f敏度而因此提 高了效率。續式風力發電系統可安裝㈣如沙漠此種 在以往不符要求的地點。 (D)本發明係提供建構風力機之替代方法，其能夠如 現有風力機一樣有力，並更為便宜、小型化，且更不受天 氣與地點的限制。藉由風力機整體結構之體積的減小，其 係可能將具有輔助葉片之連續式風力發電系統容置於室 内。甚至可將一個小型風力發電朗裝在獨立的建築物裏 201207233 以使風力發電廠易於使用而進一步地運用於我們的日常生 活當中。 (E)風能係為潔淨、永續發展的能源。讓風能易於使 用並可負擔得起，人們可足以滿足日益增長的能源要求， 並可保護環境不受石油、煤炭這些普通能源的副產品之危 害。 <結綸、衍生與範圍> 儘管上述包含了許多細節，這些細節不應該被解釋成 為限制該等實施例的範圍，而是僅用來說明各種可能性中 的幾種實施方式。 例如’當連續式風力發電系統利用一個風力機來實施 時，辅助葉片組可被安裝在風力機葉片的各個點上，而不 疋要安裝在末端或中點上’而且可利用各種固定方法， 例如鲰子、膠水之固定劑、纜線、金屬或其他固體之模製 方式。每〜輔助葉片組可具有一、二、三個或是更多的葉 片，且取力機的每一個葉片上可設置有一或複數組輔助葉 片。 當連續式風力發電系統利用一個一般發電機來實施 時，用來建構延伸臂工件的材料可為多樣，並可為一或複 數個延伸臂，而且可用連接臂或梁來替代懸架纜。其係可 能在延伸臂上的不同平面或位置點設置多組的輔助葉片組 或馬達，並且在每個延伸臂上安裝一或複數個辅助葉片組 及馬達。一或複數個齒輪、傳送帶、及鏈體系統可被合併 使用或是單獨使用來做傳動裝置，傳動裝置可由單一動能 21 201207233 來源連接至一或更多的發電機，以使輸出最大化。 *上述二種情況中’馬達之軸可安排成平行或垂直於辅 助葉片與馬達之固定裝置之軸。藉由利用齒輪、傳送帶、 鏈體系統之傳動裝置可使輔助葉片組的位置連接至遠距放 置的驅動馬達。藉由此等馬達供電之輔助葉片組所掃過的 平面係可為水平或垂直。 因此，該等實施例的範圍應由所附之申請專利範圍及 其均等範圍所決定，而非由該等示例所決定。 【圖式簡單說明】 第1A-1C圖係顯示連續式風力發電系統之第一實施 例，其係使用一個一般發電機與六組輔助葉片組。此實施 例係可用作建構風力機的替代方案。 第1D-1G圖係顯示第ία及1B圖中所示之實施例的變 化態樣，其具有額外的傳動裝置，此實施例可為建構風力 機的替代方案。 第2A-2B圖係顯示第ία及1B圖中所示之實施例的變 化態樣，其辅助葉片的排列方式不同。此實施例可為建構 風力機的替代方案。 第2C-2E圖係顯示第2A及2B圖中所示之實施例的變 化態樣’其具有額外的傳動裝置。此實施例可為建構風力 機的替代方案。 第3圖係顯示傳統的水平轴式風力機（HAWT)之結 構。 22 201207233 第4A_4C圖係顯示幾種不同的實 具有的水平軸式風力機係安裝在-水^各實施例中所 上。風力機的葉片被用來作為安裝輔f二：：塔架 定裝置。此實施例可為建構風力機的替代方、且達的固 第5圖係顯示利用垂直軸式風力棬 案 璣的實施例，发Φ七 直軸式風力機（VAWT)的一葉片被用 只 、中垂 戈裝一輔助楚 及一馬達的固定裝置。此實施例可用於:徂 的現有垂直滅風力機。 文襄及改善運作中 第6A-6B圖係顯示利用水平轴式風力機的實施例，其 中輔助葉片及馬達被設置於水平軸式風力機之三個葉片的 每一者上，以增進其效能。此實施例可用於改裝及改善運 作中的現有水平軸式風力機。 第6C-6F圖係顯示第6A及6B圖所示之實施例的各種 變化態樣’其中輔助葉片組及馬達的數量、水平軸式風力 機用以做為固定裝置的葉片數量及辅助葉片組之安裝位置 各有不同。此實施例可用於改裝及改善運作中的現有水平 軸式風力機。 第7圖係顯示利用水平軸式風力機的實施例，其具有 三個額外的延伸壁由鼻錐向外延伸，用以作為辅助葉片組 及馬達的固定裝置。風力機的葉片及三個額外的延伸臂彼 此之間距離相等。此實施例可用於改裝及改善運作中的現 有水平軸式風力機。 第8圖係顯示操作以一般發電機執行之第一實施例的 方法。

23 S 201207233 第9圖係顯示操作以風力機執行之其他實施例的方法 主要元件符號說明 110 、 110’ 固定裝置 110A 轴 110B 延伸臂 110C 懸架纜 110D 連接環 120 輔助葉片組 130 馬達 140 水平機座 150 發電機 150A 轴 152A、152B、152C 傳動轴 160A、160B、160C、160D 齒輪 170 鏈體 180 風力機 180A 塔架 180B 鼻錐 180C 短艙 180D 葉片 190 垂直轴式風力機 8A-8G 步驟 9A-9D 步驟 24

Claims (1)

1. 201207233 七、申請專利範圍： 發電系統 ，包含·' 1. 一種具有輔助葉片之連續式風力 一發電機； 一固定裝置； 一傳動裝置； 一或複數組輔助葉片，·以及 一或複數個馬達。 如申請專利範圍“項所述之具有輔㈣片之連續式風力 發電系、统#中該固疋裝置係包含一抽以及一或複數個連 接組件，該連接組件係固定於該轴或該發電機軸的延伸上 並向外延伸’用以提供一足夠大小的剛性區域來安裝該辅 助葉片以及該馬達。 如申明專利$1*固第i項所述之具有辅助葉片之連續式風力 發電系、、先其中各組輔助葉片包含一或複數個葉片，該葉 片固定於一軸上；當該軸轉動時，該輔助葉片產生一平行 於該軸的力。 4.如申請專利範園第3項所述之具有辅助葉片之連續式風力 發電系統，其中該輔助葉片設置於該固定裝置的剛性區 域，使該輔助葉片所產生的力對於該固^置之軸形成一 扭矩。 5·如申請專利範1項所述之具有辅助葉片之連續式風力 其中該傳動裝置將該固定裝置之軸的扭矩傳送 到發電機之軸上。 吁疋 6.如申請專利範固第1項所述之具有辅助葉片之連續式風力 25 201207233 發電系統，其中該馬達係設置於該固定裝置，以使該輔助 葉片被該馬達推動。 7. 如申請專利範圍第6項所述之具有輔助葉片之連續式風力 發電系統，其中該馬達可利用電池、太陽能板或該發電機 所產生之電力的一部份來驅動。 8. —種操作如申請專利範圍第1項所述之具有輔助葉片之連 續式風力發電系統的方法，包含： (A) 不斷地檢查該發電機的一輸出位準； (B) 比較該發電機當前的輸出位準與該發電機之額定 容量； (C) 當該發電機當前的輸出位準小於該發電機的額定 容量時，提高該馬達的轉速(RPM); (D) 當該發電機當前的輸出位準大於該發電機的額定 容量時，降低該馬達的轉速。 26