1.一種動能擷取機構，係包括：一固定軸，係直立設置；一中空的旋轉殼體，其係裝設於該固定軸上，且能以該固定軸為軸心旋轉；一動能輸入元件，其包括一轉軸與一旋轉輪，該轉軸樞設於該旋轉殼體中，且該轉軸之軸向與該固定軸之軸向相交，該轉軸能隨同該旋轉殼體以該固定軸為旋轉中心旋轉，該旋轉輪位於該旋轉殼體內且固接該轉軸的端部；以及一定軸傳動組件，其係裝設於該旋轉殼體內，該定軸傳動組件包括一第一傳動元件、一第二傳動元件、一第三傳動元件、一第一單向軸承以及一第二單向軸承，該第一單向軸承與該第二單向軸承係互為反向旋轉驅動功能之單向軸承，該第一傳動元件、該第二傳動元件與該三傳動元件三者中之任一個連接該動能輸入元件，以傳遞運動，其中：該第一傳動元件結合該第一單向軸承裝設於該旋轉殼體中，該第一傳動元件包括一第一傳動輪，該第一傳動輪位於該旋轉殼體中，該固定軸通過該第一傳動元件的第一傳動輪中，該旋轉殼體僅能通過該第一單向軸承單一方向旋轉驅動該第一傳動元件；該第二傳動元件結合該第二單向軸承裝設於該旋轉殼體中，該第二傳動元件與第一傳動元件係同軸間隔相對，該固定軸通過該第二傳動元件中，該旋轉殼體僅能相反於驅動第一傳動元件旋轉方向通過該第二單向軸承驅動第二傳動元件旋轉，該第二傳動元件包括一第二傳動輪，該第二傳動輪位於該旋轉殼體內，該第一傳動輪與該第二傳動輪上下相對，該固定軸通過該第二傳動輪，該第二傳動輪具有一第一輪部與一第二輪部，該第二輪部位於該第一輪部之內側且共軸連接，該第一輪部連接該動能輸入元件之旋轉輪；該第三傳動元件裝設於該旋轉殼體內，該第三傳動元件連接該第一傳動元件與該第二傳動元件，該第三傳動元件包括一內軸與一第三傳動輪，該內軸組設於該固定軸上，且該內軸之軸向與該固定軸之軸向相交，該第三傳動輪組設於該內軸一端而位於該固定軸外側，該第三傳動輪連接該第一傳動輪與該第二傳動輪之第二輪部，以傳遞運動。

2.如請求項1所述之動能擷取機構，其中，該固定軸連接於一底座上，該第二傳動元件結合一輪系傳動組件連接一發電機組。

3.如請求項1所述之動能擷取機構，其中，該固定軸連接於一底座上，該第一傳動元件伸出該旋轉殼體的頂部外，並結合一輪系傳動組件連接一發電機組。

4.如請求項1所述之動能擷取機構，其中，該固定軸連接於一底座上，該第三傳動元件之內軸中形成軸向貫穿的一內軸孔，該固定軸中設有一穿線孔，該穿線孔連通該內軸孔，且該穿線孔延伸至該固定軸的外周面，該第三傳動元件中裝設一發電機組，該發電機組包括一定子與一轉子，該定子組接該內軸，該轉子組接該第三傳動輪，該發電機組外接之電線能通過該固定軸之穿線孔伸出。

5.如請求項1至4中任一項所述之動能擷取機構，其中，該旋轉殼體包括一殼體周壁、一殼體頂板、及一殼體底板，於該殼體周壁內形成一容置空間，該殼體頂板、與該殼體底板分別設置於該殼體周壁之上端與下端，該殼體周壁中設置一側組設孔，該側組設孔連通該容置空間，該殼體底板中央設有一下組設孔，該下組設孔連通該容置空間，該殼體頂板中央設有一上組設孔，該上組設孔連通該容置空間；該固定軸通過該殼體底板的下組設孔並伸入該容置空間中；該轉軸係樞設於該殼體周壁的側組設孔中；該第一傳動元件結合該第一單向軸承組設於該殼體頂板的上組設孔中；該第二傳動元件結合該第二單向軸承組設於該殼體底板的下組設孔中。

6.如請求項5所述之動能擷取機構，其中，該第一傳動元件還包括一第一傳動軸管，該第一傳動軸管結合該第一單向軸承組設於該殼體頂板的上組設孔中，該第一傳動輪固接於該第一傳動軸管的端部，該固定軸通過該第一傳動軸管與該第一傳動輪；該第二傳動元件還包括一第二傳動軸管，該第二傳動軸管結合該第二單向軸承組設於該殼體底板的下組設孔中，該第二傳動輪固接於該第二傳動軸管的端部，該固定軸通過該第二傳動軸管與該第二傳動輪。

7.如請求項6所述之動能擷取機構，其中，該動能輸入元件之旋轉輪、該第一傳動輪、該第二傳動輪之第一輪部、該第二傳動輪之第二輪部以及第三傳動輪皆為傘齒輪或皆為摩擦輪；該固定軸與該第一傳動軸管、該第一傳動輪之間設有至少一個軸承，該固定軸與該第二傳動軸管、該第二傳動輪之間設有至少一個軸承，該第三傳動輪與該內軸之間裝設至少一個軸承，該殼體周壁之側組設孔孔壁與該轉軸之間設有至少一個軸承。

8.如請求項1至4中任一項所述之動能擷取機構，其中，該動能輸入元件之轉軸連接一葉輪。

9.如請求項1至4中任一項所述之動能擷取機構，其中，該動能輸入元件之轉軸連接一葉輪，該旋轉殼體相對於該轉軸之另一側連接一尾翼。

10.如請求項1至4中任一項所述之動能擷取機構，其中，該旋轉殼體外側固接一外套殼，該動能輸入元件之轉軸伸出該外套殼外側且連接一葉輪。

11.如請求項1至4中任一項所述之動能擷取機構，其中，該旋轉殼體外側固接一外套殼，該動能輸入元件之轉軸伸出該外套殼外側且連接一葉輪，該外套殼相對於該轉軸之另一側連接一尾翼。

【技術領域】

本發明係關於一種動能擷取機構，尤指一種適用於擷取不穩定動能的雙軸式動能擷取機構。

【先前技術】

台灣位於亞洲陸地與太平洋的交界處，且為南北狹長之海島地形，每年皆有有明顯的季風交替變化，台灣沿海、高山以及離島地區的年平均風速每秒超過4公尺，風能潛力相當優越，因此，政府單位在許多風能充足的地方架設風力發電設備，並將離岸風力發電列為國家未來重要發展科技，以期提高綠能發電比例。

在眾多的發電設備，小型風能發電設備具有體積小，裝置地點彈性大等優勢。目前有多數的研究團隊投入小型風能發電設備的研發。惟小型風能發電設備易受地形、風向與亂流之影響，因此，有些小型風能發電設備之風機進一步配置有追風結構，使風機的葉輪能持續保持正向迎風，以期擷取最大風能。

依據中央氣象局公佈的資料所製作的風能密度統計數據，其概包括風速所產生的風能密度與風向改變所產生的風能密度。然而，習知小型水平軸式風能裝置僅能擷取由風速所產生的風能密度，並無法擷取風機追風轉向時的動能，使得風機的轉向動能浪費掉，而風向的改變造成習知小型水平軸式風機效能不佳的重要因素之一。而習知小型垂直軸式風能裝置，雖不受風向改變之影響，但其效率低於小型水平軸式風能裝置。

再者，習知小型風能裝置因其裝設位置較接近地表，難以穩定運轉而有效率的擷取風能。其中，小型水平軸式風力發電為適應風場方向的變化，通常配置有主動式與被動式的追風裝置。主動式追風裝置需消耗額外能量，而被動式追風裝置除了較無法即時追風之外，也浪費了風向改變的風能，仍有極大的改善空間。被動式追風裝置雖能利用風能自動調整風渦輪面對風向，擺動風渦輪的運動也具有可利用之動能，而現有小型風力發電裝置及被動式追風裝置皆無輔助性動能利用機構，使得風機的轉向動能浪費掉。

此外，目前小型水平軸式風力發電裝置，發電機組會隨著追風裝置擺動，因此，需透過電刷或旋轉連接器等裝置，將電力傳遞至位於固定軸內的導線。發電機組擺動使慣量增加，而無法靈敏的追風；且由於電刷或旋轉連接器皆會增加設備的成本、減少使用壽命以及降低電能傳輸效率。

【發明內容】

本發明之主要目的在於提供一種動能擷取機構，用以解決現有風能裝置等易因動能來源方向不穩定，而難以有效擷取動能之問題。

為了達成前揭目的，本發明所提出之動能擷取機構係包括：一固定軸，係直立設置；一中空的旋轉殼體，其係裝設於該固定軸上，且能以該固定軸為軸心旋轉；一動能輸入元件，其係樞設於該旋轉殼體中，且與該固定軸之軸向相交；以及一定軸傳動組件，其係裝設於該旋轉殼體內，該定軸傳動組件包括一第一傳動元件、一第二傳動元件、一第三傳動元件、一第一單向軸承、以及一第二單向軸承，該第一單向軸承與該第二單向軸承係互為反向旋轉驅動功能之單向軸承，其中：該第一傳動元件結合該第一單向軸承裝設於該旋轉殼體中，該固定軸通過該第一傳動元件中，該旋轉殼體僅能通過該第一單向軸承單一方向旋轉驅動該第一傳動元件；該第二傳動元件結合該第二單向軸承裝設於該旋轉殼體中，該第二傳動元件與第一傳動元件係同軸間隔相對，該固定軸通過該第二傳動元件中，該旋轉殼體僅能相反於驅動第一傳動元件旋轉方向通過該第二單向軸承驅動第二傳動元件旋轉；該第三傳動元件裝設於該旋轉殼體內，該第三傳動元件連接該第一傳動元件與該第二傳動元件；該第一傳動元件、該第二傳動元件、與該第三傳動元件三者中之一連接該動能輸入元件，以傳遞運動。

藉由前揭動能擷取機構之創作，其主要係利用固定軸、旋轉殼體、動能輸入元件、以及定軸傳動組件之第一傳動元件、第二傳動元件、及第三傳動元件等六個部件的組合傳動構造，其中，以軸向相交之動能輸入元件與旋轉殼體等二個部件分別為動能輸入的部件，動能輸入元件連接第一傳動元件、第二傳動元件、以及第三傳動元件三者中之任一，以傳遞運動，第三傳動元件於第一傳動元件與第二傳動元件之間傳遞運動，並以第一傳動元件、第二傳動元件、及第三傳動元件三者中之任一部件作為動能輸出的部件，第一傳動元件結合第一單向軸承組設於旋轉殼體，第二傳動元件結合第二單向軸承組設於旋轉殼體，第一單向軸承與第二單向軸承互為反向傳動之單向傳動功能，不會對動能擷取機構之運轉產生干涉等問題。藉此，使動能擷取機構具備5組旋轉對、3組傳動輪對，而為具有2個自由度之雙軸式動能擷取機構，並藉其特殊組合構造以串聯方式整合雙軸輸入的動能，使其對於不穩定動能具備優異的擷取性能。

依據前揭動能擷取機構之發明，當其作為風能擷取機構時，其至少具備以下優點：

1、除了以動能輸入元件之旋轉軸連接的扇輪用於擷取風能，並通過動能輸入元件與定軸傳動組件傳遞動能輸出之外，該動能擷取機構還利用旋轉殼體能受風推動轉向或旋轉，使其具有追風轉向的功能；且於追風轉向時，該旋轉殼體順時針或逆時針的轉向或旋轉的動能也能通過定軸傳動組件傳遞至輸出軸。

2、本發明動能擷取機構能夠同時擷取旋轉軸旋轉之動能與旋轉殼體追風擺動之動能，以其具有2個自由度機構兼具垂直與水平雙軸向輸入之機械能，並整合輸出至連續旋轉的單一軸向，以提高風能總擷取量，而為一項創新且具產業利用價值的風能擷取機構。

3、本發明動能擷取機構藉由旋轉殼體與其內部的定軸傳動組件組合構造，使旋轉殼體為了擷取雙向追風擺動之動能，本發明動能擷取機構利用該定軸傳動組件中之第一傳動元件結合該第一單向軸承裝設於該旋轉殼體中，該第二傳動元件結合該第二單向軸承裝設於該旋轉殼體中，該第二傳動元件與第一傳動元件係同軸間隔相對，該第三傳動元件連接該第一傳動元件與該第二傳動元件以傳遞運動，該第一單向軸承與該第二單向軸承係互為反向旋轉驅動功能之單向軸承，藉此，避免動能擷取機構之運轉時之干涉，且還能利用第一傳動元件、第二傳動元件與第三傳動元件的轉速比設計，降低功迴流的影響。

4、本發明動能擷取機構中，動能輸入元件與旋轉殼體之動能輸入，藉由傳動機構傳遞至樞設於固定軸之輸出元件輸出連續旋轉之動能，因此，本發明動能擷取機構作為風能發電機構時，發電機組可裝設於固定軸上，除了減少旋轉追風時的轉動慣量，也不需使用電刷或旋轉連接器，降低成本、增加使用壽命以及維持電能傳遞效率。

5、本發明動能擷取機構作為小型風能發電裝置時，其能夠擷取此追風轉向擺動之動能，加上動能輸入元件能夠長時間受風力驅動而運轉，兼具同時擷取風能驅動旋轉軸之動能與旋轉殼體追風擺動動能，故能從中擷取可觀之總能量。而且，本發明動能擷取機構作為小型風能發電裝置，能將發電機組裝設於固定軸，對於裝設位置接近地表、都市、以及風場紊亂…等應用，本發明動能擷取機構確能額外擷取不少的動能。

【圖式簡單說明】

圖1係本發明動能擷取機構之第一實施例的側視剖面示意圖。

圖2係圖1所示動能擷取機構第一實施例中之固定軸、定軸傳動組件與動能輸入元件的側視平面示意圖。

圖3係本發明動能擷取機構之第二實施例的側視剖面示意圖。

圖4係本發明動能擷取機構之第三實施例的側視剖面示意圖。

圖5係本發明動能擷取機構為下風式風能發電機構之第一實施例的立體示意圖。

圖6係本發明動能擷取機構為下風式風能發電機構之第二實施例的立體示意圖。

圖7係本發明動能擷取機構為上風式風能發電機構之第一實施例的立體示意圖。

圖8係圖7所示本發明動能擷取機構為上風式風能發電機構第一實施例的局部側視剖面示意圖。

圖9係本發明動能擷取機構為上風式風能發電機構之第二實施例的立體示意圖。

圖10係圖9所示本發明動能擷取機構為上風式風能發電機構第二實施例的局部側視剖面示意圖。

圖11係圖4所示本發明動能擷取機構為上風式風能發電機構第三實施例的局部側視剖面示意圖。

圖12係圖8及圖9所示上風式風能發電機構實施例的動作狀態1的參考圖。

圖13係圖8及圖9所示上風式風能發電機構實施例的動作狀態2的俯視參考圖。

圖14係圖8及圖9所示上風式風能發電機構實施例的動作狀態2的參考圖。

圖15係圖8及圖9所示上風式風能發電機構實施例的動作狀態3的俯視參考圖。

圖16係圖8及圖9所示上風式風能發電機構實施例的動作狀態3的參考圖。

圖17係圖8及圖9所示上風式風能發電機構實施例的動作狀態4的參考圖。

圖18係圖8及圖9所示上風式風能發電機構實施例的動作狀態5的參考圖。

【實施方式】

如圖1至圖4所示，係揭示本發明動能擷取機構之數種實施例，由該些圖式中可以見及，所述動能擷取機構包括一固定軸10、一旋轉殼體20A、20B、一動能輸入元件30以及一定軸傳動組件40。

如圖1至圖4所示，該固定軸10係能直立(即垂直軸向)設置而被固定，而提供該動能擷取機構必要的支撐力量。

如圖1至圖4所示，該旋轉殼體20A、20B係裝設於該固定軸10上，該旋轉殼體20A、20B能以該固定軸10為軸心順時針方向(俯視視角)或逆時針方向水平旋轉，該旋轉殼體20A、20B中具有一容置空間200。

如圖1至圖3及圖4所示，於本實施例中，該旋轉殼體20A、20B包括一殼體周壁21、一殼體頂板22A、22B及一殼體底板23，該容置空間200位於該殼體周壁21內，該殼體頂板22A、22B與該殼體底板23分別設置於該殼體周壁21之上端與下端。

如圖1至圖4所示，該殼體底板23中央設有一下組設孔231，該下組設孔231連通該容置空間200，該固定軸10通過該殼體底板23的下組設孔231並伸入該容置空間200中，該殼體周壁21中設置一側組設孔211，該側組設孔211連通該容置空間200。如圖1及圖2所示的實施例，所述旋轉殼體20A、20B中，於該殼體頂板22A、22B中央設有一上組設孔221，該上組設孔221連通該容置空間200，該上組設孔221可位於殼體頂板22A底部，且未延伸至殼體頂板22A頂面，或者，如圖3所示的實施例，該上組設孔221也可以是貫穿殼體頂板22B的貫組設孔，使該固定軸10上段能夠通過該殼體頂板22A、22B的上組設孔221並伸出該旋轉殼體20A、20B頂面。

如圖1至圖4所示，該動能輸入元件30係組設於該旋轉殼體20A、20B上，該動能輸入元件30包括一轉軸31與一旋轉輪32，該轉軸31係樞設於該旋轉殼體20A、20B中，使該轉軸31之軸向與該固定軸10之軸向相交。其中，於本較佳實施例，該轉軸31係水平或接近水平地樞設於該旋轉殼體20A、20B中，使該轉軸31之軸向(水平軸向)與該固定軸10之軸向(垂直軸向)相交。於本實施例中，該轉軸31係樞設於該旋轉殼體20A、20B之殼體周壁21的側組設孔211中，該殼體周壁21之側組設孔211孔壁與該轉軸31之間設有一個或複數個軸承，使該轉軸31能於該旋轉殼體20A、20B中旋轉，且該轉軸31能隨同該旋轉殼體20A、20B以該固定軸10為軸心旋轉，該旋轉輪32位於該旋轉殼體20A、20B之容置空間200內且固接該轉軸31的端部，並以該轉軸31伸出旋轉殼體20A、20B外之端部連接外部旋轉機構。

如圖1至圖4所示，該定軸傳動組件40係裝設於該固定軸10上且位於該旋轉殼體20A、20B內部，且連接該動能輸入元件30，該定軸傳動組件40包括一第一傳動元件41、一第二傳動元件42、一第三傳動元件43、43C、第一單向軸承44、以及一第二單向軸承45。該第一單向軸承44與第二單向軸承45係互為反向旋轉驅動功能之單向軸承，亦即當第一單向軸承44為具有逆時針方向旋轉驅動功能之單向軸承，第二單向軸承45則為具有順時針方向旋轉驅動功能之單向軸承。

如圖1至圖4所示，該第一傳動元件41係結合第一單向軸承44裝設於該旋轉殼體20A、20B中，該固定軸10通過該第一傳動元件41中，該旋轉殼體20A、20B僅能通過該第一單向軸承44單方向(順時針方向)驅動該第一傳動元件41；該第二傳動元件42係結合第二單向軸承45裝設於該旋轉殼體20A、20B中，該第二傳動元件42與第一傳動元件41係同軸間隔相對，該固定軸10通過該第二傳動元件42中，該旋轉殼體20A、20B僅能相反於驅動第一傳動元件41旋轉方向(逆時針方向)通過該第二單向軸承45驅動第二傳動元件42旋轉；該第三傳動元件43係裝設於該旋轉殼體20A、20B的容置空間200內，該第三傳動元件43分別連接第一傳動元件41與第二傳動元件42，以傳遞運動。另以該第一傳動元件41與第二傳動元件42兩者中之一連接該動能輸入元件30之旋轉輪32，以傳遞運動。於圖式揭示的實施例中，當動能輸入元件30設定逆時針方向旋轉為傳遞運動之旋轉方向時，其係以第二傳動元件42連接該動能輸入元件30之旋轉輪32傳遞運動，惟不以此為限。

如圖1至圖4所示，對該定軸傳動組件40進一步提出說明：例如：當旋轉殼體20A、20B順時針方向旋轉時，該旋轉殼體20A、20B能通過該第一單向軸承44驅動該第一傳動元件41旋轉，但該旋轉殼體20A、20B不能通過該第二單向軸承45驅動該第二傳動元件42旋轉；當旋轉殼體20A、20B逆時針方向旋轉時，該旋轉殼體20A、20B係不能通過該第一單向軸承44驅動該第一傳動元件41旋轉，但能通過該第二單向軸承45驅動該第二傳動元件42旋轉，避免前述定軸傳動組件40的運動干涉，第一傳動元件41與第二傳動元件42係通過第三傳動元件43、43C連動，該第一傳動元件41、第二傳動元件42、與第三傳動元件43、43C三者中之一與該動能輸入元件30以傳遞運動。藉此，使動能輸入元件30能驅動該定軸傳動組件40，同時該旋轉殼體20A、20B順向或逆向之雙向旋轉也皆能驅動該定軸傳動組件40，進而整合兩個軸向輸入之機械能。

有關該定軸傳動組件40之具體構造，如圖1至圖4所示之實施例，該第一傳動元件41包括一第一傳動輪412，或進一步包括一第一傳動軸管411，該第一傳動輪412固接於該第一傳動軸管411的端部，該第一傳動軸管411結合該第一單向軸承44組設於該旋轉殼體20A、20B之殼體頂板22A、22B的上組設孔221中，該第一傳動輪412位於該旋轉殼體20A、20B的容置空間200中，該固定軸10通過該第一傳動軸管411與該第一傳動輪412，該固定軸10與該第一傳動軸管411、該第一傳動輪412之間還可增設一個或複數個軸承，減少彼此間的摩擦阻力。

前述第一傳動元件41中，第一傳動軸管411與第一傳動輪412除了可分別為獨立成形的部件再予固接組合，使該第一傳動元件41為一組合式元件之外，第一傳動軸管411與第一傳動輪412亦可為一體成形，使該第一傳動元件41為單一元件。

如圖1至圖4所示之實施例，該第二傳動元件42包括一第二傳動輪422，或進一步包括一第二傳動軸管421，該第二傳動輪422固接於該第二傳動軸管421的端部，該第二傳動軸管421結合該第二單向軸承45組設於該旋轉殼體20A、20B之殼體底板23的下組設孔231中，該第二傳動輪422位於該旋轉殼體20A、20B的容置空間200中，該第一傳動輪412與該第二傳動輪422上下相對，該固定軸10通過該第二傳動軸管421與該第二傳動輪422，該固定軸10與該第二傳動軸管421、該第二傳動輪422之間還可增設一個或複數個軸承，減少彼此間的摩擦阻力，該第二傳動輪422具有一第一輪部4221與一第二輪部4222，第二輪部4222位於第一輪部4221內側且共軸連接，該第一輪部4221連接該動能輸入元件30之旋轉輪32。

前述第二傳動元件42中，該第二傳動軸管421與該第二傳動輪422除了可分別為獨立成形的部件再予固接組合，使該第二傳動元件42為一組合式元件之外，第二傳動軸管421與第二傳動輪422亦可為一體成形，使該第二傳動元件41為單一元件。

如圖1至圖4所示之實施例，該第三傳動元件43、43C包括一內軸431、431C與一第三傳動輪432、432C，該內軸431、431C係水平組設於該固定軸10上，使該內軸431、431C之軸向與該固定軸10之軸向相交。該第三傳動輪432、432C組設於該內軸431、431C一端而位於該固定軸10外側，該第三傳動輪432、432C與該內軸431、431C之間還可裝設一個或複數個軸承，以減少該第三傳動輪432、432C於該內軸431、431C上旋轉的摩擦阻力，該第三傳動輪432、432C連接該第一傳動輪412與該第二傳動輪422之第二輪部4222，以傳遞運動。

如圖4所示之第三實施例，該第三傳動元件43C之內軸431C中形成軸向貫穿的一內軸孔433C，另於該固定軸10中設有一穿線孔101，該穿線孔101連通該內軸孔433C，且該穿線孔101延伸至該固定軸10的外周面，使該第三傳動元件43C中能夠裝設一發電機組4C，該發電機組4C外接之電線能通過固定軸10之穿線孔101伸出。

如圖1、圖2及圖4所示之實施例，該第一傳動元件41的第一傳動軸管411可以不穿出殼體頂板22A頂面，或者，如圖3所示之實施例，該第一傳動軸管411也可通過該殼體頂板22B的上組設孔221且伸出殼體頂板22B之頂面外。

該動能輸入元件30之旋轉輪32可以選用傘齒輪或摩擦輪。如圖1至圖3所示之實施例，當旋轉輪32選用傘齒輪時，該第一傳動輪412、該第二傳動輪422之第一輪部4221與第二輪部4222以及第三傳動輪432等皆選用傘齒輪，使該旋轉輪32、該第一傳動輪412、該第二傳動輪422之第一輪部4221與第二輪部4222以及第三傳動輪432能夠相互嚙合而傳遞運動。前述的傘齒輪也可以摩擦輪取代，亦能達到等效的傳動運動性能。

本發明動能擷取機構藉由前揭組成構造之創作，如圖1至圖4所示之實施例，其主要係利用固定軸10、第一傳動軸管411、第二傳動軸管421、旋轉殼體20A、20B、轉軸31及內軸431等6個部件中，動能輸入元件30之轉軸31與旋轉殼體20A、20B等2部件分別為動能輸入的部件，第一傳動元件41、第二傳動元件42及第三傳動元件43C三者中之任一部件作為動能輸出的部件，藉以利用兩個軸向相交，以及串聯方式連接之構造整合輸出至連續旋轉的單一軸向，且第一傳動元件41之第一傳動軸管411結合第一單向軸承44組設於旋轉殼體20A、20B上段，第二傳動元件42之第二傳動軸管421結合第二單向軸承45組設於旋轉殼體20A、20B下段，第三傳動元件43連接於第一傳動元件41與第二傳動元件42之間，以傳遞運動，其中，第一單向軸承44與第二單向軸承45互為反向傳動之單向傳動功能，不會對本發明動能擷取機構之旋轉運動產生干涉等問題。

由前揭本發明動能擷取機構之組成構造中可以得知，該動能擷取機構具備5組旋轉對、3組傳動輪對(齒輪對或摩擦輪對)以及6個旋轉部件，該6個旋轉部件中，2個旋轉部件(動能輸入元件及旋轉殼體)為動能輸入部件，一個旋轉部件(第一傳動元件、第二傳動元件或第三傳動元件三者中之任一)為動能輸出部件。故本發明動能擷取機構之自由度F的計算式如下：F=3*(6-1)-2*5-1*3=2藉此，使本發明動能擷取機構具備2個自由度，而為雙軸式動能擷取機構，並藉其兩個軸向互相垂直之特殊組合構造且以串聯方式組合，透過2個自由度機構整合輸出至連續旋轉的單一軸向，使其對於不穩定動能具備優異的擷取性能。

本發明動能擷取機構能應用於各式擷取不穩定動能的機構，當本發明作為風能發電機構時，該動能擷取機構能以外接發電機組或內裝發電機組等多種方式予以實現。

如圖5、圖7及圖9所示的實施例，該動能擷取機構以該固定軸10連接於一底座2上，該第二傳動元件42之第二傳動軸管421的下段伸出旋轉殼體20A底部，且第二傳動軸管421的下段結合一輪系傳動組件3A連接一發電機組4A，發電機組4A位於旋轉殼體20A下方且發電機組4A固設於固定軸10上，所述輪系傳動組件3A可為齒輪組或是皮帶輪組等。

如圖6、圖9及圖10所示的實施例，該動能擷取機構之固定軸10連接於底座2上，以該第一傳動元件41之第一傳動軸管411伸出旋轉殼體20A、20B的頂部，並結合一輪系傳動組件3B連接一發電機組4B，發電機組4B位於旋轉殼體20A上方且發電機組4B固接固定軸10，所述輪系傳動組件3B可為齒輪組或是皮帶輪組等。

如圖4及圖11所示的實施例，該動能擷取機構之固定軸10連接於底座2上，另將一發電機組4C裝設於第三傳動元件43C中，其中，該發電機組4C包括一具有線圈繞組的定子4C1以及一轉子4C2，以該具有線圈繞組的定子4C1裝設於該內軸431C的內軸孔433C中，將該轉子4C2組接該第三傳動輪432C，該轉子4C2樞設於該定子4C1中，該定子4C1之線圈繞組連接電線通過該固定軸10的穿線孔101伸出。

此外，如圖5至圖11所示，該旋轉殼體20A、20B外側還可增設一外套殼7，該旋轉殼體20A、20B與該外套殼7藉由多個螺絲加以鎖固，如圖5、圖7及圖8所示，以該第二傳動元件42之第二傳動軸管421結合輪系傳動組件3A連接發電機組4A，或者，如圖6、圖9及圖10所示，以該第一傳動元件41之第一傳動軸管411伸出旋轉殼體20A、20B與該外套殼7的頂部外側，並結合輪系傳動組件3B連接發電機組4B。

如圖5、圖6所示，本發明動能擷取機構還能以該動能輸入元件30之轉軸31伸出外套殼7之端部連接一葉輪5，該葉輪5包括一個或多個扇葉，而為一下風式風能發電機構。或者，如圖7至圖10所示，本發明動能擷取機構還可於套設於該旋轉殼體20A、20B外側的外套殼7相對於該轉軸31之另一側再連接一尾翼6，而為一上風式風能發電機構。

關於本發明動能擷取機構作為風能發電機構之使用情形，如圖5至圖11所示，其能係利用葉輪5擷取風能旋轉而驅動發電機組4A運轉發電，該旋轉殼體20A、20B還能被風能推動轉向或旋轉，或者，進一步利用連接該旋轉殼體20A、20B之尾翼6輔助，而易於利用風能推動轉向或旋轉，達到追風的功能。

為了便於本發明動能擷取機構之動作狀態說明，以下係以圖7、圖8所示的動能擷取機構第一實施例為基礎提出說明，該葉輪5的多個葉片結構是設計成僅能被風能驅動而相對於轉軸31之逆時針方向旋轉，以下進一步說明其作動狀態。

動作狀態1一葉輪5旋轉，旋轉殼體20A未旋轉之狀態：如圖7、圖8及圖12所示，當葉輪5正向迎風時，該動能輸入元件30被該葉輪5擷取之正向風能驅動旋轉(逆時針方向旋轉)，該動能輸入元件30以其旋轉輪32通過連動之第二傳動元件42之第二傳動輪422的第一輪部4221帶動第二傳動元件42旋轉(逆時針方向旋轉)，並通過該第二傳動元件42之第二傳動軸管421對輪系傳動組件3A輸出動力，以驅動該發電機組4A運轉。

動作狀態2一葉輪5不作動，旋轉殼體20A朝順時針方向(俯視方向之觀視角度)旋轉之狀態：如圖7、圖8、圖13及圖14所示，當該旋轉殼體20A受到側向風能推動而往順時針方向旋轉時，該旋轉殼體20A經由僅能順時針方向傳動之第一單向軸承44與第一傳動元件41之第一傳動軸管411，帶動第一傳動元件41旋轉，並通過第一傳動元件41的第一傳動輪412、第三傳動元件43的第三傳動輪432以及該第二傳動元件42之第二輪部4222，帶動第二傳動元件42往逆時針方向旋轉，該第二傳動元件42並通過第二傳動軸管421對輪系傳動組件3A輸出動力，以驅動發電機組4A運轉。

動作狀態3一葉輪5不作動，旋轉殼體20A朝逆時針方向旋轉之狀態：如圖7、圖8、圖15及圖16所示，當該旋轉殼體20A受側向風能推動而往逆時針方向旋轉時，該旋轉殼體20A係經由僅能逆時針方向旋轉傳動之第二單向軸承45與該第二傳動元件42的第二傳動軸管421，帶動該第二傳動元件42朝逆時針方向旋轉；該第二傳動元件42逆時針方向旋轉時，通過該第二傳動軸管421對該輪系傳動組件3輸出動力，以驅動該發電機組4運轉。

動作狀態4一葉輪5作動，旋轉殼體20A往順時針方向旋轉之狀態：如圖7、圖8及圖17所示，葉輪5接受風能作用而驅動該動能輸入元件30之轉軸31旋轉，即通過該動能輸入元件30之旋轉輪32傳動至該第二傳動元件42之第二傳動輪422，並帶動該第二傳動元件42往逆時針方向旋轉，進而通過該第二傳動元件42的第二傳動軸管421帶動該輪系傳動組件3輸出動力，以驅動該發電機組4A運轉；另一方面，該旋轉殼體20A因風力作用而順時針方向旋轉，即會通過僅能順時針單向傳動之該第一單向軸承44以及該第一傳動元件41第一傳動軸管411，驅動該第一傳動元件41往順時針方向旋轉，並通過第一傳動輪412、第三傳動元件43的第三傳動輪432與第二傳動元件42的第二傳動輪422的第二輪部4222，帶動第二傳動元件42逆時針方向旋轉，所以，該第二傳動元件42同樣會經由第二傳動軸管421對該輪系傳動組件3A輸出動力，以驅動該發電機組4A運轉。

動作狀態5一葉輪5作動，旋轉殼體20A往逆時針方向旋轉之狀態：如圖7、圖8及圖18所示，該葉輪5接受風能作用而驅動該動能輸入元件30之轉軸31旋轉，即傳動至該第二傳動輪422，並帶動該第二傳動元件42往逆時針方向旋轉，進而通過該第二傳動元件42的第二傳動軸管421帶動該輪系傳動組件3A輸出動力，以驅動該發電機組4A運轉。另一方面，該旋轉殼體20A受風能推動而逆時針方向旋轉，即會帶動通過該第二單向軸承45傳動該第二傳動元件42之第二傳動軸管421往逆時針方向旋轉，而帶動該輪系傳動組件3A輸出動力，以驅動該發電機組4A運轉。

關於本發明動能擷取機構第二實施例與動能擷取機構第三實施例的動作原理，係與前述本發明動能擷取機構第一實施例的動作原理相同，差別在於變更輸出動力的元件為第一傳動元件41或第三傳動元件43C，其動作狀態於此不再贅述。

由上可知，本發明動能擷取機構利用固定軸、旋轉殼體、動能輸入元件、第一傳動元件、第二傳動元件、與第三傳動元件等六個部件中，以動能輸入元件與旋轉殼體等二個部件分別為動能輸入的部件，動能輸入元件連接第一傳動元件、第二傳動元件、與第三傳動元件三者中之任一，以傳遞運動，第三傳動元件於第一傳動元件與第二傳動元件之間傳遞運動，並以第一傳動元件、第二傳動元件、與第三傳動元件三者中之任一部件作為動能輸出的桿件，第一傳動元件結合第一單向軸承組設於旋轉殼體，第二傳動元件結合第二單向軸承組設於旋轉殼體，第一單向軸承與第二單向軸承互為反向傳動之單向傳動功能，不會對動能擷取機構之運轉產生干涉等問題。藉此，使動能擷取機構具備5組旋轉對、3組傳動輪對，而為具有2個自由度之雙軸式動能擷取機構，並藉其特殊組合構造以串聯方式整合雙軸輸入的動能，使其對於不穩定動能具備優異的擷取性能。

當其作為風能動能擷取機構時，其能夠同時擷取旋轉軸旋轉之動能與旋轉殼體追風擺動之動能，以其具有2個自由度機構兼具垂直與水平雙軸向輸入之機械能，並整合輸出至連續旋轉的單一軸向，以提高風能總擷取量；於追風轉向時，該旋轉殼體順時針或逆時針的轉向或旋轉的動能也能通過定軸傳動組件傳遞至發電機發電。

本發明動能擷取機構中，其連續旋轉的旋轉軸與提供支撐力量的固定軸係軸向相交，因此，本發明動能擷取機構作為風能發電機構時，發電機組可裝設於固定軸上，不需使用電刷或旋轉連接器，降低成本、增加使用壽命以及維持電能傳遞效率。對於裝設位置接近地表、都市、以及風場紊亂…等應用，本發明動能擷取機構確能額外擷取不少的動能，而為一項創新且具產業利用價值的風能擷取機構。

2‧‧‧底座

3A、3B‧‧‧輪系傳動組件

4A、4B、4C‧‧‧發電機組

4C1‧‧‧定子

4C2‧‧‧轉子

4C3‧‧‧電線

5‧‧‧葉輪

6‧‧‧尾翼

7‧‧‧外套殼

10‧‧‧固定軸

101‧‧‧穿線孔

20A、20B‧‧‧旋轉殼體

200‧‧‧容置空間

21‧‧‧殼體周壁

211‧‧‧側組設孔

22A、22B‧‧‧殼體頂板

221‧‧‧上組設孔

23‧‧‧殼體底板

231‧‧‧下組設孔

30‧‧‧動能輸入元件

31‧‧‧轉軸

32‧‧‧旋轉輪

40‧‧‧定軸傳動組件

41‧‧‧第一傳動元件

411‧‧‧第一傳動軸管

412‧‧‧第一傳動輪

42‧‧‧第二傳動元件

421‧‧‧第二傳動軸管

422‧‧‧第二傳動輪

4221‧‧‧第一輪部

4222‧‧‧第二輪部

43、43C‧‧‧第三傳動元件

431、431C‧‧‧內軸

432、432C‧‧‧第三傳動輪

433C‧‧‧內軸孔

44‧‧‧第一單向軸承

45‧‧‧第二單向軸承