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風力發電的學習教具
Learning aids for wind power generationTB001516446
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書目
公告號 M590760
公告日 2020/02/11
公報卷期 47-05
證書號 M590760
申請號 108215370 E
申請日 2019/11/20
公報IPC G09B 19/00(2006.01)
當前IPC G09B 19/00(2006.01)
申請人 國立臺北教育大學 臺北市大安區和平東路二段134號 (中華民國);
NATIONAL TAIPEI UNIVERSITY OF EDUCATION NO.134, SEC. 2, HEPING E. RD.,DA'AN DIST., TAIPEI CITY 10671,TAIWAN (R.O.C.) (TW)
當前專利權人 國立臺北教育大學; NATIONAL TAIPEI UNIVERSITY OF EDUCATION
發明人 盧玉玲 (中華民國); LU, YU-LING (TW);
羅文岑 (中華民國); LUO, WEN-TSEN (TW);
李宥霖 (中華民國); LI, YUNG-LIN (TW);
李倩如 (中華民國); LI, CHIEN-JU (TW)
代理人 高玉駿; 楊祺雄
摘要 一種風力發電的學習教具包含一支架單元、一風扇單元及一發電單元。該風扇單元包括一穿設於該支架單元的轉軸,及一固定於該轉軸且可受風力帶動的葉輪。該發電單元包括一設置於該支架單元的定子組,及一設置於該支架單元靠近該定子組的內側且連接該轉軸的轉子組,該轉子組能受該風扇單元驅動而相對於該定子組轉動,使該定子組產生電流。
專利範圍   0:936 原始格式
專利範圍 1.一種風力發電的學習教具,包含: 一支架單元; 一風扇單元,包括一穿設於該支架單元的轉軸,及一固定於該轉軸且可受風力帶動的葉輪;及 一發電單元,包括一設置於該支架單元的定子組,及一設置於該支架單元靠近該定子組的內側且連接該轉軸的轉子組,該轉子組能受該風扇單元驅動而相對於該定子組轉動,使該定子組產生電流。

2.如請求項1所述風力發電的學習教具,其中,該葉輪具有多個以該轉軸為中心呈放射狀設置的扇葉,每一扇葉界定一垂直該轉軸的中心線,且每一扇葉能相對於該轉軸繞著該中心線偏轉。

3.如請求項2所述風力發電的學習教具,其中,每一扇葉具有一葉片及一連接該葉片的一端部的樞接桿,該樞接桿具有一呈圓球狀的限位部,以及一個呈圓柱狀且兩相反端分別連接該限位部與該葉片的該端部的桿部,該等限位部的直徑分別大於該等桿部的直徑;該葉輪還具有一設置於該轉軸的固定件,該固定件界定出多個環繞該轉軸間隔排列且沿一徑向延伸的樞接孔,每一樞接孔具有一呈半圓形且容置對應的該限位部的第一孔部,及一個呈半圓柱狀且容置對應的該桿部的第二孔部。

4.如請求項1所述風力發電的學習教具,其中,該轉子組具有一第一齒輪、一設置於該支架單元且與該定子組相鄰的軸桿、一第二齒輪,及一設置於該軸桿且靠近該定子組的內側的磁鐵,該第一齒輪設置於該轉軸相反於該葉輪的一端,該第二齒輪設置於該軸桿且與該第一齒輪相嚙合,該轉子組的該磁鐵能受該風扇單元驅動而相對於該定子組轉動,使該定子組產生電流。

5.如請求項1所述風力發電的學習教具,其中,該轉子組具有多個齒數彼此相異的第一齒輪、一設置於該支架單元且與該定子組相鄰的軸桿、多個齒數彼此相異的第二齒輪,及一設置於該軸桿且靠近該定子組的內側的磁鐵,每一第一齒輪可拆卸地設置於該轉軸相反於該葉輪的一端,且該等第一齒輪的其中一者能夠被選擇而組裝於該轉軸,每一第二齒輪可拆卸地設置於該軸桿且與對應的該第一齒輪相嚙合,且該等第二齒輪的其中一者能夠被選擇而組裝於該軸桿,該轉子組的該磁鐵能受該風扇單元驅動而相對於該定子組轉動,使該定子組產生電流。

6.如請求項1所述風力發電的學習教具,還包含一電致動單元,該電致動單元包括一電連接該定子組的電路板,及一電連接該電路板的電子元件,該電子元件受電流驅動而產生一測試訊號。

7.如請求項6所述風力發電的學習教具,其中,該支架單元包括一座體,該座體的一頂面凹陷形成一用於供該電致動單元置放的凹槽。

8.如請求項6所述風力發電的學習教具,其中,該電路板具有一座部及多個連接部,該座部形成有多個間隔排列的槽孔,每一連接部可分離地置放於該槽孔,並具有一開口朝上的固定座結構,及一設置於該固定座結構內且可導電的金屬夾頭結構,該金屬夾頭結構用於固定及電連接該電子元件及該定子組的一部分。
詳細說明
詳細說明 【技術領域】

本新型是有關於一種學習教具,特別是指一種風力發電之學習教具。

【先前技術】

一般風力發電的教學方式,是由講師透過教材講解風力發電的原理及概念,但此種教學方式對於學員而言恐不易理解原理及風力結構設計的重點,因此,如何以其他的方式協助讓學員理解風力發電的中心概念,甚至能進一步調整參數(扇葉的角度、齒輪比的配置)觀察電流輸出功效便是目前所面臨的課題。

【新型內容】

因此,本新型之目的,即在提供一種便於學員理解風力發電原理之學習教具,且是一種能調整單一變因而觀察電力輸出功效的學習教具。

於是,本新型風力發電的學習教具包含一支架單元、一風扇單元及一發電單元。該風扇單元包括一穿設於該支架單元的轉軸,及一固定於該轉軸且可受風力帶動的葉輪。該發電單元包括一設置於該支架單元的定子組,及一設置於該支架單元靠近該定子組的內側且連接該轉軸的轉子組,該轉子組能受該風扇單元驅動而相對於該定子組轉動,使該定子組產生電流。

在一些實施態樣中,該葉輪具有多個以該轉軸為中心呈放射狀設置的扇葉,每一扇葉界定一垂直該轉軸的中心線,且每一扇葉能相對於該轉軸繞著該中心線偏轉。

在一些實施態樣中,每一扇葉具有一葉片及一連接該葉片的一端部的樞接桿,該樞接桿具有一呈圓球狀的限位部,以及一個呈圓柱狀且兩相反端分別連接該限位部與該葉片的該端部的桿部,該等限位部的直徑分別大於該等桿部的直徑;該葉輪還具有一設置於該轉軸的固定件,該固定件界定出多個環繞該轉軸間隔排列且沿一徑向延伸的樞接孔,每一樞接孔具有一呈半圓形且容置對應的該限位部的第一孔部,及一個呈半圓柱狀且容置對應的該桿部的第二孔部。

在一些實施態樣中,該轉子組具有一第一齒輪、一設置於該支架單元且與該定子組相鄰的軸桿、一第二齒輪,及一設置於該軸桿且靠近該定子組的內側的磁鐵,該第一齒輪設置於該轉軸相反於該葉輪的一端,該第二齒輪設置於該軸桿且與該第一齒輪相嚙合,該轉子組的該磁鐵能受該風扇單元驅動而相對於該定子組轉動,使該定子組產生電流。

在一些實施態樣中,該轉子組具有多個齒數彼此相異的第一齒輪、一設置於該支架單元且與該定子組相鄰的軸桿、多個齒數彼此相異的第二齒輪,及一設置於該軸桿且靠近該定子組的內側的磁鐵,每一第一齒輪可拆卸地設置於該轉軸相反於該葉輪的一端,且該等第一齒輪的其中一者能夠被選擇而組裝於該轉軸,每一第二齒輪可拆卸地設置於該軸桿且與對應的該第一齒輪相嚙合,且該等第二齒輪的其中一者能夠被選擇而組裝於該軸桿,該轉子組的該磁鐵能受該風扇單元驅動而相對於該定子組轉動,使該定子組產生電流。

在一些實施態樣中,該風力發電的學習教具還包含一電致動單元,該電致動單元包括一電連接該定子組的電路板,及一電連接該電路板的電子元件,該電子元件受電流驅動而產生一測試訊號。

在一些實施態樣中,該支架單元包括一座體,該座體的一頂面凹陷形成一用於供該電致動單元置放的凹槽。

在一些實施態樣中,該電路板具有一座部及多個連接部,該座部形成有多個間隔排列的槽孔,每一連接部可分離地置放於該槽孔,並具有一開口朝上的固定座結構,及一設置於該固定座結構內且可導電的金屬夾頭結構,該金屬夾頭結構用於固定及電連接該電子元件及該定子組的一部分。

本新型之功效在於:藉由該風扇單元與該發電單元的配置,讓學員能透過觀測實體的作動進一步理解風力發電的原理。此外,藉由電致動單元讓學員進一步對電流的產生作確認,以及實作其他書本上看過的電路,藉此加深印象。再者,學員還能透過更換不同齒數的齒輪、轉動扇葉來觀察不同變因下相對的電流輸出功率的關係。

【實施方式】

參閱圖1至圖3,本新型風力發電的學習教具之一實施例,包含一支架單元1、一風扇單元2、一發電單元3及一電致動單元4。

該支架單元1包括一座體11及一架體12。在本實施例中,該座體11的一頂面111凹陷形成一靠近後側的凹槽112。該架體12向上延伸且底端設置於該座體11靠近前側的部分,並與該凹槽112相間隔。

參閱圖1至圖4,該風扇單元2包括一穿設於該支架單元1的轉軸21,及一固定於該轉軸21且可受風力帶動的葉輪22。在本實施例中,該轉軸21水平地穿伸於該架體12的頂端部,且該轉軸21具有一朝向前側的前端211,及一朝向後側的後端212。該葉輪22具有一設置於該轉軸21的固定件221,及多個以該轉軸21為中心呈放射狀設置的扇葉222。進一步來說,該固定件221具有一呈圓盤狀且套設於該轉軸21靠近該前端211的後固定部223,以及一形狀與該後固定部223相配合且能鎖固於該前端211的前固定部224,具體來說,該轉軸21穿伸於該後固定部223的中心且該轉軸的該前端211凸出於該後固定部223之外,該前端211形成有螺紋能供該前固定部224鎖固,且該前端211受該前固定部224覆蓋。此外,該後固定部223相鄰於該前固定部224的一表面界定出多個環繞該轉軸21間隔排列且沿一徑向延伸的樞接孔225,且每一樞接孔225具有一呈半圓形的第一孔部226,及一個呈半圓柱狀的第二孔部227。

該等扇葉222受該前固定部224與該後固定部223共同夾持固定,每一扇葉222具有一葉片228及一連接該葉片228的一端部的樞接桿229,其中,每一葉片228呈長方形的板狀,而每一樞接桿229具有一呈圓球狀的限位部232,以及一個呈圓柱狀且兩相反端分別連接該限位部232與該葉片228的該端部的桿部231。每一限位部232置放於對應的該第一孔部226,且每一桿部231置放於對應的該第二孔部227,該前固定部224螺鎖於該轉軸21的該前端211並靠抵於該等限位部232凸出於該等第一孔部226的部分,藉此達到固定該等扇葉222之功效。而且該等限位部232的直徑分別大於該等桿部231的直徑,同時亦大於該前固定部224與該後固定部223之間的縫隙寬度而使得該扇葉222在轉動的同時不會受離心力被甩出。另一方面,藉由每一扇葉222的該樞接桿229與該樞接孔225的形狀搭配進一步達到每一扇葉222能相對於該轉軸21轉動,更清楚地說,每一扇葉222界定一垂直該轉軸21的中心線L1,及一垂直於該轉軸21的軸線L3與該中心線L1的假想線L2,且每一扇葉222能相對於該轉軸21繞著該中心線L1偏轉,而使該假想線L2與該轉軸21的軸線L3夾一角度。

該發電單元3包括一設置於該支架單元1的定子組31,及一設置於該支架單元1靠近該定子組31的內側且連接該轉軸21的轉子組32,該轉子組32能受該風扇單元2驅動而相對於該定子組31轉動,使該定子組31產生電流。具體而言,該定子組31具有一固定於該架體12與該後端212同側的固定環架311,及一纏繞於該固定環架311的外周緣的線圈312。該固定環架311的中心軸線垂直於該架體12,該線圈312具有二導電端部313。該轉子組32具有一第一齒輪321、一設置於該支架單元1且與該定子組31相鄰的軸桿323、一第二齒輪322,及一設置於該軸桿323且靠近該定子組31的內側的磁鐵324。在本實施例中,該第一齒輪321套設於該轉軸21且鄰近其相反於該葉輪22的一端(即該後端212),該軸桿323呈縱向延伸且靠近該固定環架311朝向後側的一側面。該第二齒輪322套接於該軸桿323的頂端且與該第一齒輪321相嚙合。該磁鐵324舉例為強力磁鐵324,套設於該軸桿323且靠近該固定環架311的中心穿孔,藉此,當該等扇葉222受風力驅動而轉動時,將連動該轉軸21而帶動該第一齒輪321轉動,使該第一齒輪321連動該第二齒輪322而帶動該軸桿323轉動,進而使該軸桿323帶動該磁鐵324相對於該線圈312轉動,將使該線圈312產生電流。透過上述簡單結構的配置,讓學員經由實作以及觀察能加深對於風力發電的中心概念的印象。

該電致動單元4包括一電連接該定子組31的電路板41,及一電連接該電路板41的電子元件42,該電子元件42受電流驅動而產生一測試訊號。在本實施例中,該電路板41置放於該凹槽112,藉此提升攜帶便利性,而且該電路板41舉例是麵包板,用於供該線圈312的該等導電端部313任意插接。該電子元件42舉例為發光二極體,將該電子元件42插接於該電路板41藉以與該等導電端部313形成串聯或並聯迴路,藉此,該電子元件42將受來自該等導電端部313的電流驅動而發光(即該測試訊號),透過該測試訊號讓學員進一步確認該線圈312是否有電流產生,若有電路或結構上的問題亦可即時修正。但是,該電子元件42並不以發光二極體為限,在另一實施態樣中,該電子元件42也可以是蜂鳴器,讓學員以聲音的方式判斷該線圈312是否有電流產生。此外,學員還能依照實際學習需求在該電路板41上實施對應的測試電路,也就是說,學員不僅能實施測試是否有電流產生的電路外,還能使用該電路板41設計其他電路,大幅提升學習彈性。

參閱圖5與圖6,在學習的過程中,在風力固定的狀態下,學員能將每一扇葉222轉動至該假想線L2與該轉軸21的軸線L3的夾角呈直角的一第一狀態,以及將每一扇葉222轉動至該假想線L2與該轉軸21的軸線L3的夾角呈銳角的一第二狀態,進而觀察該等扇葉222在該第一狀態與該第二狀態下所對應電流輸出功率的關係。當然,亦可將風力大小作為變因進一步觀察風力與扇葉222在該第一狀態與該第二狀態的關係。

參閱圖1與圖2,在較佳的實施態樣中,該轉子組32具有多個齒數彼此相異的第一齒輪321、321’、321”,及多個齒數彼此相異的第二齒輪322、322’、322”,其中,每一第一齒輪321可拆卸地設置於該後端212,且該等第一齒輪321、321’、321”的其中一者能夠被選擇而組裝於該轉軸21,更清楚地說,該等第一齒輪321、321’、321” 中的任一者皆能套設於該轉軸21,且該等第一齒輪321、321’、321”中的任一者用於套設於該轉軸21的孔徑與該轉軸21的直徑相等,使得該等第一齒輪321、321’、321” 中的任一者在安裝於該轉軸21後能透過摩擦力固定於該轉軸21上並能隨著該轉軸21轉動,且避免該第一齒輪321相對於該轉軸21轉動,隨著外部施力大於摩擦力時即可將該第一齒輪321自該轉軸21卸下,並安裝另一第一齒輪321’。每一第二齒輪322可拆卸地設置於該軸桿323且與對應的該第一齒輪321相嚙合,且該等第二齒輪322、322’、322”的其中一者能夠被選擇而組裝於該軸桿323,該等第二齒輪322、322’、322”中的任一者用於套設於該軸桿323的孔徑與該軸桿323的直徑相等,使得該等第二齒輪322、322’、322” 中的任一者在安裝於該軸桿323後能透過摩擦力固定於該軸桿323上並能隨著該軸桿323轉動,且避免該第二齒輪322相對於該軸桿323轉動,隨著外部施力大於摩擦力時即可將該第二齒輪322自該軸桿323卸下,並安裝另一第二齒輪322’。透過可拆式的齒輪結構,藉此讓學員能夠親手置換不同齒數的第一齒輪321、321’、321”與第二齒輪322、322’、322”,進而學習不同齒數比與電流輸出功率間的關係。在較佳的實施態樣中,每一第一齒輪321套設於該轉軸21的孔與該轉軸21被該第一齒輪321套設的部分呈「十」字形狀,藉此增加接觸面積提升摩擦力,即使在多次的插拔後仍可穩固地固定,當然,上述結構也可以是例如:圓形、菱形、方形等其他形狀。而該等第二齒輪322、322’、322” 套設於該軸桿323的孔與該軸桿323被該第二齒輪322套設的部份也可以是上述形狀。

參閱圖7,該電路板41並不以麵包板為限,在另一實施態樣中,該電路板41具有一座部411及多個連接部412,其中,該座部411的上表面形成有多個間隔排列且呈十字型狀的槽孔413。而每一連接部412具有一截面呈U型且開口朝上的固定座結構414,及一設置於該固定座結構414內且可導電的金屬夾頭結構415。透過將該等導電端子313分別電連接於該等連接部412的該金屬夾頭結構415,並再將電子元件42的兩端子分別插入該等金屬夾頭結構415,即可形成迴路,特別要說明的是,每一連接部412能依據實際電路設計需求而置放於對應的該槽孔413內,甚至於,在十字孔內的該連接部412還能依需求而調整為沿槽孔413的縱向置放或橫向置放,藉此提升學員的使用彈性而不必遷就於固定電連接端點的限制。

綜上所述,本新型藉由該風扇單元2與該發電單元3的配置,讓學員能透過觀測實體的作動進一步理解風力發電的原理。此外,藉由電致動單元4讓學員進一步對電流的產生作確認,以及實作其他書本上看過的電路,藉此加深印象。再者,學員還能透過更換不同齒數的齒輪、轉動扇葉222來觀察不同變因下相對的電流輸出功率的關係,故確實能達成本新型之目的。

惟以上所述者,僅為本新型之實施例而已,當不能以此限定本新型實施之範圍,凡是依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾,皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。

【圖式簡單說明】

本新型之其他的特徵及功效,將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現,其中: 圖1是本新型風力發電的學習教具的一實施例的一正視示意圖; 圖2是該風力發電的學習教具之一側視示意圖; 圖3是該風力發電的學習教具之一後視示意圖; 圖4是該實施例之一局部分解示意圖,說明該實施例之一扇葉與對應設置的一樞接孔的細部結構; 圖5與圖6是該實施例之一側視示意圖,說明該實施例之該扇葉在一第一狀態與一第二狀態;及 圖7是該實施例之不完整的一立體示意圖,說明另一實施態樣的一電路板。
符號說明
符號說明 1‧‧‧支架單元 11‧‧‧座體 111‧‧‧頂面 112‧‧‧凹槽 12‧‧‧架體 2‧‧‧風扇單元 21‧‧‧轉軸 211‧‧‧前端 212‧‧‧後端 22‧‧‧葉輪 221‧‧‧固定件 222‧‧‧扇葉 223‧‧‧後固定部 224‧‧‧前固定部 225‧‧‧樞接孔 226‧‧‧第一孔部 227‧‧‧第二孔部 228‧‧‧葉片 229‧‧‧樞接桿 231‧‧‧桿部 232‧‧‧限位部 3‧‧‧發電單元 31‧‧‧定子組 311‧‧‧固定環架 312‧‧‧線圈 313‧‧‧導電端部 32‧‧‧轉子組 321、321’、321”‧‧‧第一齒輪 322、322’、322”‧‧‧第二齒輪 323‧‧‧軸桿 324‧‧‧磁鐵 4‧‧‧電致動單元 41‧‧‧電路板 411‧‧‧座部 412‧‧‧連接部 413‧‧‧槽孔 414‧‧‧固定座結構 415‧‧‧金屬夾頭結構 42‧‧‧電子元件 L1‧‧‧中心線 L2‧‧‧假想線 L3‧‧‧軸線