CN101487443B - 轨迹风帆动力产生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨迹风帆动力产生装置，包括有输出轴、固定单元、外旋转固定单元与轨迹引导单元。该固定单元内贯穿设置有滚动轴承，而滚动轴承内孔供输出轴凸伸穿设；该外旋转固定单元内孔顶端设置有滚动轴承，而底端则固设于输出轴，且其外管壁开设有复数个开口与凸设有上衔接部与下衔接部；该轨迹引导单元以转动固定于输出轴顶端。而该轨迹引导单元更包括有转盘与导流尾板，该转盘配合容置于该外旋转固定单元内部，其转盘的外管壁凹设有轨迹控制导槽，该轨迹控制导槽弯延形成引导部，导流尾板，提供迎向流体，而通过流体转动转盘。

Description

轨迹风帆动力产生装置

技术领域

[0001] 本发明涉及到一种轨迹风帆动力产生装置。 背景技术

[0002] 人类已有数千年使用风力的历史。而风力发电的原理，是利用风力带动风 车 叶片或飞球转动，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。

[0003] 现有技术运用风力能源的装置，是使用四叶或三叶水平轴式风车叶片或飞球来转 动发电机机轴。叶片或飞球受风吹而转动，是源于气动力的作用（包括升力及阻力），对叶 片或飞球产生转动扭矩，以获取风的动能，进而转换成有用的机械能或电能。此型风车叶片 具有如下缺点：

[0004](一）叶片或飞球多不能有效的利用风能，大部分的叶片或飞球有效转换效 率约在20%〜30%之间。以实际上风向随时改变的情况下，约只剩下原效率的七成，再经由 机电转换之后，输出效率更所剩无多。

[0005] (二）需使用很高的塔来支撑整个风叶或飞球，除安装及拆解维修时相当困难，更 增添许多工程成本。

[0006](三）叶片或飞球切割风面时，除输出转动扭矩，亦同时有无效的阻力，对整个结 构产生倾覆力矩；受风过大时，容易倾覆。

[0007](四)风叶工作环境需面对截风面，故需时时追踪风向；也使叶片或飞球有效面积 大打折扣。

发明内容

[0008] 本发明的主要目的，在于提供一种将截风面风力转换成机械能的高转换效率的运 用风力能源技术的装置。

[0009] 本发明的次要目的，在与提供一种安全、安装方便、低工程成本的轨迹风帆动力产 生装置。

[0010] 本发明的另一目的，在于提供一种全角度，无需时时追踪风向的轨迹风帆动力产

生装置。

[0011] 为达到以上目的，本发明采用了以下的技术方案：轨迹风帆动力产生装置，其包括 有：

[0012] 输出轴；

[0013] 固定单元，其内贯穿设置有滚动轴承，而滚动轴承内孔供输出轴凸伸穿设；

[0014] 外旋转固定单元，其内孔顶端设置滚动轴承，而底端则固设于输出轴，且其外管壁 开设有复数个开口与凸设有上衔接部与下衔接部；

[0015] 轨迹引导单元，其以转动固定于输出轴顶端，包括有：该转盘，是配合容置于该外 旋转固定单元内部，其转盘的外管壁凹设有轨迹控制导槽，该轨迹控制导槽弯延形成引导 部；导流尾板，提供迎向流体，而通过流体转动转盘；[0016] 复数个旋翼单元，包括有：连杆支架，是以一侧固接于外旋转固定单元的上衔接部 与下衔接部；上旋翼，衔接在上侧连杆支架后缘；下旋翼，衔接在下侧连杆支架后缘；连动 元件，其设置有转轴、定位部、连动部与滚动部，该连动元件以定位部定位于连杆支架底部， 而得以固定于上旋翼与下旋翼，该滚动部则设置于转轴一端，其转轴再穿设于定位部与连 动部，并能于定位部中转动，而以紧固方式与连动部连接。

[0017] 其中该轨迹引导单元的导流尾板能自动迎向气体移动方向，而转盘其轨迹控制导 槽的引导部，其与导流尾板以垂直角度设置，故当导流尾板自动迎向气体移动方向时，旋翼 单元则能以滚动部沿该轨迹控制导槽移动至该引导部，则滚动部同时旋转带动转轴，而该 转轴则互相关联上旋翼与下旋翼，以带动上旋翼与下旋翼向下转动，进而增加上旋翼与下 旋翼的截风面积，故当上旋翼与下旋翼完全下拉时，正好与风向垂直，此时截风效益也最 大，进而同时增快输出轴转速，而滚动部未移动至引导部的其他旋翼单元则与气体移动方 向平行，以降低风阻效应。

[0018] 本发明所提供的轨迹风帆动力产生装置，与现有技术相比，具有下列的优点：

[0019] (1)本发明的旋翼单元采用复数个旋翼，以增加旋翼的截风面积，并提供将风力转 换成机械能的环保能源技术。

[0020] (2)本发明是提供全角度的风力能源，无需时时追踪风向的轨迹，就能提供最佳动 力的环保能源产生装置。

附图说明

[0021] 图1为本发明轨迹风帆动力产生装置的右上侧立体示意图；

[0022] 图2为该轨迹风帆动力产生装置其左下侧的立体示意图；

[0023] 图3为图2之A区域的外旋转固定单元与旋翼单元的局部放大示意图；

[0024] 图4为该旋翼单元其滚动部与轨迹引导单元的组合示意图；

[0025] 图5为图4之B区域的转盘与滚动部的局部放大示意图；

[0026] 图6为该输出轴、外旋转固定单元以及旋翼单元的组合示意图；

[0027] 图7为图6之C区域的旋翼单元其连动元件的示意图；

[0028] 图8为该轨迹引导单元的示意图；

[0029] 图9为该转盘的放大示意图；

[0030] 图10为该轨迹风帆动力产生装置的滚动轴承设置例部份剖视图；

[0031] 图11为该转盘结构变化例部份剖视图；

[0032] 附图标记说明：1、输出轴，2、固定单元，3、外旋转固定单元，31、开口，32、上衔接 部，33、下衔接部，4、轨迹引导单元，41、转盘，411、轨迹控制导槽，412、引导部，42、导流尾 板，43、44、45、滚动轴承，5、旋翼单元，51、连杆支架，52、上旋翼，53、下旋翼，54、连动元件， 55、转轴，56、定位部，57、连动部，58、滚动部。

具体实施方式

[0033] 请参阅图1至图10，本发明所提供的轨迹风帆动力产生装置，主要包括有：输出轴 1、固定单元2、外旋转固定单元3、轨迹引导单元4以及复数个旋翼单元5所组成。

[0034] 该固定单元2，其贯穿的内孔设置有滚动轴承44，而该滚动轴承44内孔则再提供输出轴1凸伸后穿设固定于其中。

[0035] 如图3所示，该外旋转固定单元3，其内孔顶端设置有滚动轴承43、45，而底端则固 设于输出轴1，且该外旋转固定单元3其外管壁开设有复数个开口 31与凸设有上衔接部32 与下衔接部33，该开口可供旋翼单元5的转轴55穿置，而该上衔接部32与该下衔接部33 则提供旋翼单元5的上旋翼52与下旋翼53固定，以供旋翼单元5的滚动部58于转盘41 的轨迹控制导槽411移动时，该输出轴1、外旋转固定单元3能与旋翼单元5同步转动。

[0036] 如图8与图9所示，该轨迹引导单元4，其底端以滚动轴承43固定于输出轴1顶 端，使其能于输出轴1顶端转动，而该轨迹弓I导单元4下方具有转盘41，该转盘41是配合容 置于该外旋转固定单元3内部，该转盘41的外管壁凹设有轨迹控制导槽411，该轨迹控制导 槽411弯延形成引导部412，在该轨迹引导单元4的后方有导流尾板42，提供迎向流体，而 通过流体转动转盘41。

[0037] 如图4、图5所示，该旋翼单元5其提供改变旋翼单元5角度，进而改变旋翼单元5 截风面的面积，以瞬间提供有效的截风面积，其包括有：连杆支架51、上旋翼52、下旋翼53 以及连动元件54。

[0038] 该连杆支架51，是以一侧固接于外旋转固定单元3的上衔接部32与下衔接部33， 以同步与外旋转固定单元3转动；

[0039] 该上旋翼52，是以转动方式衔接在上侧连杆支架51后缘；

[0040] 该下旋翼53，是以转动方式衔接在下侧连杆支架51后缘；

[0041] 该连动元件54，其设置有转轴55、定位部56、连动部57与滚动部58，该连动元件 54以定位部56定位于连杆支架51底部，而得以固定于上旋翼52与下旋翼53，该滚动部58 则设置于转轴55 —端，其转轴55再穿设于定位部56与连动部57，并能于定位部56中转 动，而以紧固方式与连动部57连接。

[0042] 因此，本发明的动力由上旋翼52与下旋翼53直接经由传外旋转固定单元3递到 输出轴1上，使其稳定性极高，效能当然提高，且不易受风力撞击损坏。又，该上旋翼52、下 旋翼53，是以一边为转轴55进行摆动，根据杠杆原理，其所接收的大部份风能，皆能有效经 由上衔接部32与下衔接部33而传递到输出轴进行输出，提高其工作效率。

[0043] 另外，该轨迹弓丨导单元4的导流尾板42具有锥度，能自动迎向气体移动方向，而转 盘41其轨迹控制导槽411的引导部412，其与导流尾板42以垂直角度设置，故当气体风力 瞬间变强或变弱时，旋翼单元5对外旋转固定单元3输出的转动力矩，亦随之瞬间变强或变 弱。

[0044] 该导流尾板42自动迎向气体移动方向时，可导引气体分流流经其表面，经由导流 尾板42的导流效应，使导流尾板42恒指向截风面，即可时时自动追踪风向，而使旋翼单元 5则能以滚动部58同步旋转带动转轴55，而该转轴55则以定位部56定位于连杆支架51， 以固定于上旋翼52与下旋翼53，故当转轴55互相关联上旋翼52与下旋翼53时，则能同步 带动上旋翼52与下旋翼53向下转动，进而增加上旋翼52与下旋翼53的截风面积。

[0045] 故当旋翼单元5的上旋翼52与下旋翼53完全下拉时，正好与风向垂直，此时截风 效益也最大，因旋翼单元5的上旋翼52与下旋翼53其截风面表面处气体分子速率约等于 风速，当气体分子流经上旋翼52与下旋翼53截风面表面处，再流至上旋翼52与下旋翼53 的背风面表面时，流动速速率逐渐迟缓，造成两面的速率差；也因上旋翼52与下旋翼53背风面形成紊流的粘滞力，皆造成上旋翼52与下旋翼53对外旋转固定单元3有顺时针的转 动力矩，进而同时增快输出轴1转速。

[0046] 其后当旋翼单元5的滚动部58逐渐脱离轨迹引导单元4的引导部412后，该滚动 部58则连动转轴55，逐渐将旋翼单元5的上旋翼52与下旋翼53倾斜角度上仰，而使其逐 渐相连牵引拉正上旋翼52与下旋翼53，使其上旋翼52与下旋翼53在截风面面积逐渐减 少，以降低风阻。

[0047] 如此，达到气体风力若持续吹动，则旋翼单元5的上旋翼52与下旋翼53将持续对 外旋转固定单元3输出转动力矩，提高整个装置利用风能转换机械能的有效效率。

[0048] 请参图10所示，如前所述，本发明的轨迹引导单元4底端连接转盘41，该转盘41 以滚动轴承43套置于输出轴1的顶端。而该输出轴1外是与外旋转固定单元3固定在一 起，该外旋转固定单元3内孔顶部则具有滚动轴承45，该外旋转固定单元3上下端凸设有上 衔接部32与下衔接部33，该上衔接部32与下衔接部33用来固定旋翼单元5的上旋翼52 与下旋翼53。又该固定单元2内孔设置有轴承44，该轴承44用来提供输出轴1的凸伸与 固定。因此，本发明将输出轴1、外旋转固定单元3、旋翼单元5固定为一组，用来产生旋转 动力；而轨迹引导单元4与转盘41为第二组，用来取得风向；该固定单元2则为第三组，用 来固定整体结构。

[0049] 上述的设置方式有其原因，因轨迹引导单元4在受风力旋转时，很容易产生摇摆， 导致其功能失常，故该输出轴1向上延伸贯穿转盘41，以及该外旋转固定单元3自外套住转 盘41，以内外包夹方式使轨迹引导单元4的行动更为稳定。而滚动轴承43、45则分别放置 于转盘41内外侧，以分隔并使转盘41与外旋转固定单元3可分别转动。同样地，该固定单 元2与输出轴1之间亦设置有轴承44，使该输出轴1可在固定单元2内顺利旋转。

[0050] 又如图11所示，由于本发明是属于双叶片的上旋翼52与下旋翼53结构，故实际 应用时，可将转盘41拉长，令其轨迹控制导槽411、滚动部58、转轴55可以采两组方式设 置，使上方的轨迹控制导槽411、滚动部58、转轴55控制上旋翼52，而下方的轨迹控制导槽 411、滚动部58、转轴55控制下旋翼53。如此，不仅操作更为顺利，且该转盘41的长度增加， 更增加操作时的稳定性。

[0051] 上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发 明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

6

Claims (7)

1. 一种轨迹风帆动力产生装置，其特征在于，包括：输出轴；固定单元，其内贯穿设置有滚动轴承，该滚动轴承具有内孔，该内孔提供输出轴凸伸穿设；外旋转固定单元，其具有内孔，该内孔顶端设置有滚动轴承，而内孔底端则固设于输出轴，且该外旋转固定单元两端凸设有上衔接部与下衔接部；轨迹引导单元，其以转动方式固定于输出轴顶端，该轨迹引导单元下方具有转盘，该转盘是配合容置于该外旋转固定单元内部，该转盘的外管壁凹设有轨迹控制导槽，该轨迹控制导槽弯延形成引导部，而该轨迹引导单元后端具有导流尾板，提供迎向流体，而通过流体转动转盘；旋翼单元，绕设于该外旋转固定单元上，其具有上旋翼与下旋翼，分别固定于上衔接部与下衔接部，该上旋翼与下旋翼受该轴盘控制而改变截风角度，该旋翼单元以转轴控制上旋翼与下旋翼改变角度，该转轴末端设置有滚动部，该滚动部容置于轨迹控制导槽内，当该导流尾板自动迎向气体移动方向时，该旋翼单元能以滚动部沿该轨迹控制导槽移动至该引导部，以使滚动部同时旋转带动转轴。
2. 2.如权利要求1所述轨迹风帆动力产生装置，其特征在于：该轨迹引导单元的导流尾 板具有锥度，能自动迎向气体移动方向，使导引气体分流流经其表面，使导流尾板恒指向截 风面。
3. 3.如权利要求1所述轨迹风帆动力产生装置，其特征在于：该转盘上的轨迹控制导槽 的引导部，与该导流尾板以垂直角度设置。
4. 4.如权利要求1所述轨迹风帆动力产生装置，其特征在于：该外旋转固定单元外管壁 开设有复数个开口，该开口可供旋翼单元的转轴穿置。
5. 5.如权利要求1所述轨迹风帆动力产生装置，其特征在于：该轨迹引导单元以滚动轴 承固定于输出轴顶端。
6. 6.如权利要求1所述轨迹风帆动力产生装置，其特征在于：该转盘内外侧各设置有滚 动轴承，该内侧滚动轴承用来间隔转盘与输出轴，该外侧滚动轴承则用来间隔转盘与外旋 转固定单元。
7. 7.如权利要求1所述轨迹风帆动力产生装置，其特征在于：该转盘设置有两组轨迹控 制导槽，该上旋翼与下旋翼各设置有独立的滚动部与转轴，使上方的轨迹控制导槽控制上 旋翼，而下方的轨迹控制导槽用来控制下旋翼。