CN101514678B - 风力驱动涡轮装置 - Google Patents

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Abstract

本发明一种风力驱动涡轮装置，包括一涡轮风扇和多片延伸翼。涡轮风扇包括有一涡轮框架和结合于该涡轮框架的多片叶片。各片延伸翼分别具有一结合轴并分别经由其结合轴设置于该涡轮风扇的涡轮框架的周缘，每一片延伸翼的位置分别对应于一片该涡轮风扇的叶片，各片延伸翼分别用以增加受风的面积和方向并分别将所受的风导引至该涡轮风扇的各片叶片，且各片延伸翼受风时会以分别以其结合轴为中心而旋转摆动通过此调节风力驱动涡轮装置的旋转速度。

Description

风力驱动涡轮装置
技术领域
本发明涉及一种涡轮装置的设计，特别是关于一种风力驱动涡轮装置。
背景技术
一般的涡轮风扇，由于是受风力吹动而旋转，而使用风力作为动能的一缺点在于风无法以相同的速度一直地吹拂，尤其当风力小时，涡轮风扇的转速即变慢甚至停止，使得其运作效能不彰。
为改善此一缺点，例如在中国台湾专利第338509号专利案中，其揭露出一种涡轮风扇的加速叶片，其是一种固设于涡轮风扇，加大其受风面积，以提高涡轮风扇转速的加速叶片，加速叶片为扁平型，直立于涡轮风扇的上，由涡轮风扇的轴向往外延伸，加速叶片可不限于一片。
发明内容
本发明所欲解决的技术问题：
然而，涡轮风扇大多应用于风力涡轮机以作为风力发电用，上述专利案通过由将加速叶片设置于涡轮风扇的顶部，虽可增加涡轮风扇的受风面积及转速并增强风力涡轮机的运作效能，但当风力强大时会使得涡轮风扇的转速过快，造成其所连结的发电机无法负荷超载的能量而损坏。故，若能提供一种风力小时可增加受风面积和方向且风力大时可调节受风面积的涡轮风扇结构实为目前所需。
并且，一般的涡轮风扇均在其中心转轴设置有一轴承结构(或称培林，Bearing)，以使涡轮风扇的转动更为稳定顺畅，然而涡轮风扇本身的重力会造成轴承结构(培林)的磨损，随着使用年日的增加会使得涡轮风扇的转动不平稳。
缘此，本发明的主要目的即是提供一种风力驱动涡轮装置，以同时增加其本身的受风面积和方向并避免其超速旋转。
本发明的另一目的是提供一种具有轴承组的风力驱动涡轮装置，以减少涡轮装置的重力对轴承所造成的磨损。
本发明解决问题的技术手段：
本发明为解决现有技术的问题所采用的技术手段是提供一种风力驱动涡轮装置，其包括一涡轮风扇、多片延伸翼、多个弹性结合件和多个止挡部。涡轮风扇包括有一涡轮框架和结合于涡轮框架的多片叶片。各片延伸翼是分别具有一结合轴，各片延伸翼是分别经由其结合轴和一结合机构而设置于涡轮风扇的涡轮框架的周缘，每一片延伸翼的位置是分别对应于一片涡轮风扇的叶片，各片延伸翼是分别用以增加受风的面积和方向并分别将所受的风导引至涡轮风扇的各片叶片，各片延伸翼受风时会以分别以其结合轴为中心而旋转摆动。各个弹性结合件是分别具有一第一结合端和一第二结合端，各个弹性结合件的第一结合端是分别结合于各片延伸翼的结合轴，各个弹性结合件的第二结合端是分别结合于一可调节机构，各个可调节机构是分别设置于各个结合机构的选定位置，各个弹性结合件是分别用以提供一弹性回复力予各片延伸翼，各个可调节机构是分别用以供使用者调节各个弹性结合件所提供的弹性回复力的大小。各个止挡部是分别由各个结合机构向外凸伸出且分别用以限制各片延伸翼旋转摆动的角度。
于本发明的较佳实施例中，涡轮风扇更可包括一中心轴柱，设置于涡轮风扇的涡轮框架的中央位置，中心轴柱是包括有一内轴和一外轴，内轴的外环面和外轴的内环面之间具有一预留空间，内轴是固定不转动，外轴是与涡轮框架的一上盖和涡轮框架的底部的多片导风片结合并随着涡轮风扇的旋转而转动。且本发明更包括一第一轴向轴承机构和两个第二轴向轴承机构，中心轴柱的外轴是向下凸伸出于涡轮框架的底部而形成一突出结构，内轴是向下凸伸出于突出结构而形成一凸伸部，内轴的凸伸部底端的外环面是结合有一固定底座，第一轴向轴承机构是设置于固定底座、外轴的突出结构和内轴的凸伸部的外环面之间，其中一个第二轴向轴承机构是设置于内轴的凸伸部的外环面和外轴的突出结构的内环面之间且位于第一轴向轴承机构上方邻近位置，另一个第二轴向轴承机构是设置于该内轴的顶部的外环面和该外轴的顶部的内环面之间，该第一轴向轴承机构和两个第二轴向轴承机构即构成本发明中的轴承组。
本发明对照先前技术的功效
经由本发明所采用的技术手段，当风量大时，延伸翼可屏蔽涡轮风扇的叶片的入风空间，故可限制风力驱动涡轮装置的旋转速度，且当延伸翼旋转至风力所及较弱的位置时，延伸翼会通过由弹性结合件所提供的弹性回复力而回复至受止挡部所挡制的位置，此时其具有阻风板的效用，如此当风量大时延伸翼对本发明的旋转速度可具有双重的限制效果，可防止超速旋转而损及本发明，或当本发明连结有一发电机时可避免发电机无法负荷超载的能量而损坏。且延伸翼的设置使得本发明风力驱动涡轮装置的受风面积和受风方向较以往的涡轮装置为大且广，即是使得本发明不仅可利用水平风向的风力，更可吸收利用上下风向或龙卷乱流风向的风力，大可不受风力方向的限制，所以当风力较小时可增加本发明风力驱动涡轮装置的旋转速度并提升其应用效能。
并且，通过由本发明中的第一轴向轴承机构，可减少涡轮装置的重力对轴承(即第二轴向轴承机构)所造成的磨损。
本发明所采用的具体实施例，将通过由以下的实施例及附呈图式作进一步的说明。
附图说明
图1是本发明风力驱动涡轮装置较佳实施例的立体图；
图2是本发明中的延伸翼与涡轮风扇的分解示意图；
图3是本发明中的结合机构结合于涡轮风扇的涡轮框架的断面图；
图4是图2中4-4断面的剖视图；
图5是本发明中的结合机构经由一可调节机构和一弹性结合件结合延伸翼的结合轴于的顶视图；
图6是图5中6-6断面的断面图；
图7是本发明风力驱动涡轮装置较佳实施例的底视图；
图8是本发明风力驱动涡轮装置较佳实施例的顶视图；
图9是本发明中的中心轴柱的底端结合有轴承组的断面图。
【主要组件符号说明】
100    风力驱动涡轮装置
1      涡轮风扇
11     涡轮框架
111    上盖
112    下框架
113    导风片
12     叶片
2      延伸翼
21     结合轴
22     凹入部
221    补强部
3      结合机构
31     上结合件
311    锁固组件
312    螺帽
313    止檔部
314    贯穿孔
32     下结合件
321    锁固组件
322        止檔部
323        贯穿孔
4          弹性结合件
41         第一结合端
42         第二结合端
5          可调节机构
51         螺杆
511        螺杆本体
512、513   插置部
514        操作件
52a、52b   定位板
53         滑动片
54         定位螺帽
6          中心轴柱
61         内轴
611        凸伸部
62         外轴
621        突出结构
71         第一轴向轴承机构
711        滚珠
72a、72b   第二轴向轴承机构
721a、721b 滚珠
8          固定底座
R          旋转方向
I          第一轴向
II         第二轴向
具体实施方式
参阅图1和图2所示，其是显示本发明风力驱动涡轮装置的较佳实施例。本发明风力驱动涡轮装置100是包括一涡轮风扇1和多片延伸翼2。涡轮风扇1是包括有一涡轮框架11和结合于涡轮框架11的多片叶片12。各片延伸翼2是分别具有一结合轴21，各片延伸翼2是分别经由其结合轴21和一结合机构3而设置于涡轮风扇1的涡轮框架11的周缘，每一片延伸翼2的位置是分别对应于一片涡轮风扇1的叶片12。
更详细地说，于本实施例中，涡轮框架11是具有一上盖111和一下框架112，每一个结合机构3是分别包括有一上结合件31和一下结合件32，上结合件31是经由锁固组件311结合于上盖111的顶面，下结合件32是经由锁固组件321结合于下框架112的底面。例如图3所示，锁固组件311将上结合件31结合于上盖111之后，再以一螺帽312套合于锁固组件311以使上结合件31紧密结合于上盖111并避免锁固组件311松脱。
各个上结合件31的底面是可分别设置有一止挡部313，各个下结合件32的顶面是可分别设置有一止挡部322，各个止挡部313和各个止挡部322是分别由各个上结合件31和各个下结合件32向外凸伸出。并且各个上结合件31是分别开设有一贯穿孔314，各个下结合件32是分别开设有一贯穿孔323，各片延伸翼2的结合轴21的两端是分别穿设于各个贯穿孔314和各个贯穿孔323中且分别凸伸出于各个贯穿孔314和各个贯穿孔323一预定距离。较佳地，延伸翼2的结合轴21的一端的外环面与贯穿孔314的内环面之间是可设置有一培林(Bearing)(图中未示)，且延伸翼2的结合轴21的另一端的外环面与贯穿孔贯穿孔323的内环面之间亦可设置有一培林(图中未示)。
请同时参阅图4所示，各片延伸翼2是分别包括一凹入部22，各个凹入部22的周缘是分别形成有一补强部221，补强部221是可增加延伸翼2的立体强度结构，各个止挡部313的位置高度和各个止挡部322的位置高度是恰分别对应于各个凹入部22的上周缘和下周缘的位置高度，故各个止挡部313和各个止挡部322是可挡制各片延伸翼2。各片延伸翼2是分别用以受风并分别将所受的风导引至涡轮风扇1的各片叶片12，通过由延伸翼2的设置使得本发明风力驱动涡轮装置100的受风面积和受风方向较以往的涡轮装置为大且广，亦即因延伸翼2没有受到上盖111和下框架112的遮蔽，不仅可吸收利用水平风向的风力，亦可吸收利用上下风向或龙卷乱流风向的风力，所以当风力较小时亦可使本发明维持一定的转速。
参阅图5所示，本发明风力驱动涡轮装置100是可包括多个弹性结合件4和多个可调节机构5(本图是以一个弹性结合件4和一个可调节机构5结合于一上结合件31为例说明)。各个弹性结合件4是分别具有一第一结合端41和一第二结合端42，各个弹性结合件4的第一结合端41是可分别结合于各片延伸翼2的结合轴21(本实施例中弹性结合件4的第一结合端41是插置于延伸翼2的结合轴21中)，各个弹性结合件4的第二结合端42是分别结合于各个可调节机构5，各个弹性结合件4是分别用以提供一弹性回复力予各片延伸翼2，各个可调节机构5是分别用以供使用者调节各个弹性结合件4所提供的弹性回复力的大小。
请同时参阅图6所示，可调节机构5是可设置于上结合件31上和下结合件32(本图仅以可调节机构5设置于上结合件31上为例说明)。可调节机构5是包括有一螺杆51、一对定位板52a和52b、一滑动片53以及一定位螺帽54。
螺杆51是包括一螺杆本体511、由螺杆本体511的两端凸伸出的插置部512和513以及一结合于插置部512的操作件514。螺杆51的插置部512是插置于定位板52a中，螺杆51的插置部513是插置于定位板52b中，使用者是可通过由旋转操作件514而使螺杆本体511随的转动。滑动片53是设置于螺杆本体511的外环面，且滑动片53的底缘是平贴于上结合件31的顶面，而弹性结合件4的第二结合端42是结合于滑动片53。定位螺帽54是设置于螺杆本体511的外环面的选定位置。
当使用者旋转操作件514而使螺杆本体511转动时，滑动片53是沿着螺杆本体511的方向滑动，且使用者是可通过由控制操作件514的旋转方向而控制滑动片53朝向定位板52a或是朝向定位板52b的方向滑动。当滑动片53朝向定位板52a的方向滑动时，弹性结合件4所提供的弹性回复力较小，当滑动片53朝向定位板52b的方向滑动时，弹性结合件4所提供的弹性回复力较大。当滑动片53移动置选定的适当位置时，是可通过由定位螺帽54加以定位保险。
参阅图7所示，涡轮框架11是具有多片导风片113，形成于涡轮框架111的底部，亦即导风片113是结合于涡轮框架11的下框架112，导风片113是用以将涡轮风扇1的叶片12所导入的风导引至涡轮风扇1的下方。
且涡轮风扇1是包括一中心轴柱6，设置于涡轮风扇1的涡轮框架11的中央位置，中心轴柱6是包括有一内轴61和一外轴62，内轴61和外轴62是为中空管状，内轴61是设置于外轴62的内部空间中，内轴61的外环面和外轴62的内环面之间是具有一预留空间，内轴61是固定不转动，外轴62是与涡轮框架11的上盖111和涡轮框架11的底部的多片导风片113结合并随着涡轮风扇1的旋转而绕着内轴61转动。
参阅图8所示，本发明风力驱动涡轮装置100受风吹动时会沿着一旋转方向R旋转，而延伸翼2受风时会以其结合轴21为中心而旋转摆动，例如位于本图中约三点钟方向位置的延伸翼2，当风量大时其除可自体减少受风面外，还可屏蔽涡轮风扇1的叶片12的入风空间，故可限制本发明风力驱动涡轮装置100的旋转速度。并且，当延伸翼2随着本发明沿着旋转方向R旋转至风力所及较弱的位置时，延伸翼2会通过由弹性结合件4所提供的弹性回复力而回复至受止挡部313所挡制的位置(因各个止挡部313和各个止挡部322是可分别用以限制各片延伸翼2旋转摆动的角度)，例如位于本图中约九点至十一点钟方向位置的延伸翼2，此时其具有阻风板的效用，可减缓本发明风力驱动涡轮装置100的旋转速度。如此，当风量大时，本发明中的延伸翼2对本发明风力驱动涡轮装置100的旋转速度有双重的限制效果，可防止超速而损及本发明。而当风量小时，延伸翼2所提供的受风面积较大且受风方向较广，并可将所受的风导引至涡轮风扇1的各片叶片12，以增加本发明风力驱动涡轮装置100的旋转速度并提升其应用效能。
参阅图9所示，中心轴柱6的外轴62是向下凸伸出于涡轮框架11的底部而形成一突出结构621，中心轴柱6的内轴61是向下凸伸出于突出结构621而形成一凸伸部611。涡轮框架11的底部的多片导风片113是结合于中心轴柱6的外轴62的突出结构621上。
且内轴61的凸伸部611底端的外环面是可结合有一固定底座8，固定底座8、外轴62的突出结构621和内轴61的凸伸部611的外环面之间是设置有一第一轴向轴承机构71。且本发明风力驱动涡轮装置100是包括两个第二轴向轴承机构72a、72b。第二轴向轴承机构72a是设置于内轴61的凸伸部611的外环面和外轴62的突出结构621的内环面之间且位于第一轴向轴承机构71上方邻近位置，第二轴向轴承机构72b是设置于内轴61的顶部的外环面和外轴62的顶部的内环面之间。第一轴向轴承机构71和第二轴向轴承机构72a、72b是构成本发明中的轴承组，其可为一般常用的培林(Bearing)，第一轴向轴承机构71是用以缓冲其所结合的物体(本发明风力驱动涡轮装置100)于一第一轴向I所产生的重力，第二轴向轴承机构72a、72b是用以缓冲其所结合的物体(本发明风力驱动涡轮装置100)于一第二轴向II所产生的旋转离心力。
如图所示，由于第一轴向轴承机构71上承载有外轴62的突出结构621，而外轴62是连结于涡轮风扇1的涡轮框架11，故本发明风力驱动涡轮装置100本身的重力是施加于第一轴向轴承机构71，通过由第一轴向轴承机构71中的滚珠711可缓冲本发明风力驱动涡轮装置100本身所产生的重力，进而减少风力驱动涡轮装置100的重力对第二轴向轴承机构72a、72b所造成的向下磨损。由于内轴61是固定不转动，外轴62是随着涡轮风扇1的旋转而转动，故外轴62是绕着内轴61而旋转，第二轴向轴承机构72a、72b中的滚珠721a、721b是可使外轴62的转动更稳定而顺畅。
并且，当本发明风力驱动涡轮装置100受风吹动时，风进入涡轮框架11中吹动导风片113会使得风力驱动涡轮装置100向上浮升，此时可减少风力驱动涡轮装置100本身所产生的重力对第二轴向轴承机构72a、72b所造成的向下磨损，且由于外轴62的突出结构621是连结于第一轴向轴承机构71，故外轴62会带动第一轴向轴承机构71向上浮升，但当第一轴向轴承机构71随着外轴62向上浮升时，风力驱动涡轮装置100于第一轴向I所产生的重力和第二轴向轴承机构72a、72b是可挡制第一轴向轴承机构71的向上浮升，以避免风力驱动涡轮装置100向上飞出，且此时风力驱动涡轮装置100本身所产生的重力摩擦力受到向上浮升力所抵消，故可增加风力驱动涡轮装置100的旋转动力。
举凡熟悉此技艺者皆能轻易得知，上述实施例中的叶片12和延伸翼2的形状设计是使得本发明在受风时以顺时钟方向旋转(即旋转方向R)，适合应用于南半球。当然亦可将叶片和延伸翼的凹弧方向设计成与上述实施例中的叶片12和延伸翼2相反，以使本发明在受风时以逆时钟方向旋转好适合应用于北半球。
由以上的实施例可知，本发明所提供的风力驱动涡轮装置确具产业上的利用价值，故本发明业已符合于专利的要件。惟以上的叙述仅为本发明的较佳实施例说明，凡精于此项技艺者当可依据上述的说明而作其它种种的改良，惟这些改变仍属于本发明的发明精神及以下所界定的专利范围中。

Claims (7)

1.一种风力驱动涡轮装置，包括有一涡轮风扇，该涡轮风扇包括有一涡轮框架和结合于该涡轮框架的多片叶片，其特征在于，该风力驱动涡轮装置包括多片延伸翼，各片延伸翼分别具有一结合轴，并分别经由其结合轴和一结合机构设置于该涡轮风扇的涡轮框架的周缘，该延伸翼受风时会以该结合轴为中心而旋转摆动；每一片延伸翼的位置分别对应于一片该涡轮风扇的叶片，各片延伸翼分别用以受风并分别将所受的风导引至该涡轮风扇的各片叶片；
多个弹性结合件，各个弹性结合件分别具有一第一结合端和一第二结合端，各个弹性结合件的第一结合端分别结合于各片延伸翼的结合轴，各个弹性结合件的第二结合端分别结合于各个结合机构的选定位置，各个弹性结合件分别用以提供一弹性回复力予各片延伸翼。
2.如权利要求1所述的风力驱动涡轮装置，其特征在于，各个弹性结合件的第二结合端分别结合于各个结合机构上所设置的一可调节机构，各个可调节机构分别用以供使用者调节各个弹性结合件所提供的弹性回复力的大小。
3.如权利要求1所述的风力驱动涡轮装置，其特征在于，包括多个止挡部，分别由该涡轮风扇的涡轮框架向外凸伸出或分别由各个结合机构向外凸伸出，各个止挡部分别用以限制各片延伸翼旋转摆动的角度。
4.如权利要求1所述的风力驱动涡轮装置，其特征在于，该涡轮风扇的涡轮框架具有多片导风片，形成于该涡轮框架的底部，用以将该涡轮风扇的叶片所导入的风导引至该涡轮风扇的下方。
5.如权利要求1所述的风力驱动涡轮装置，其特征在于，该涡轮风扇包括一中心轴柱，设置于该涡轮风扇的涡轮框架的中央位置，该中心轴柱包括有一内轴和一外轴，该内轴和该外轴为中空管状，该内轴设置于该外轴的内部空间中，该内轴的外环面和该外轴的内环面之间具有一预留空间，该内轴固定不转动，该外轴与该涡轮框架的底部的多片导风片结合并 随着该涡轮风扇的旋转而绕着该内轴转动。
6.如权利要求5所述的风力驱动涡轮装置，其特征在于，包括一轴承组，该轴承组包括一第一轴向轴承机构，且该外轴向下凸伸出于该涡轮框架的底部而形成一突出结构，该内轴向下凸伸出于该突出结构而形成一凸伸部，该内轴的凸伸部底端的外环面结合有一固定底座，该第一轴向轴承机构设置于该固定底座、该外轴的突出结构和该内轴的凸伸部的外环面之间。
7.如权利要求6所述的风力驱动涡轮装置，其特征在于，该轴承组还包括两个第二轴向轴承机构，其中一个第二轴向轴承机构设置于该内轴的凸伸部的外环面和该外轴的突出结构的内环面之间且位于该第一轴向轴承机构上方邻近位置，另一个第二轴向轴承机构设置于该内轴的顶部的外环面和该外轴的内环面之间。 
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