CN102678444B - 全方向风力来源以提高风能转换的风力动能产生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全方向风力来源以提高风能转换的风力动能产生装置，其包括有固定设置的风力导引平台，以及设置在该风力导引平台内侧，通过风力驱动，以带动输出轴传输动能的风力旋转机构；该风力导引平台由外朝内设置有复数的叶片导引通道，使该风力导引平台外界各方向皆有对应的叶片导引通道，以将各方向的风力来源导引至该风力导引平台内，该风力旋转机构设置有复数的旋转叶片，使该旋转叶片得接收来自该叶片导引通道的风力，以推动该风力旋转机构旋转。

Description

全方向风力来源以提高风能转换的风力动能产生装置

技术领域

本发明关于风力动能产生领域，具体地说，本发明涉及一种全方向风力来源以提高风能转换的风力动能产生装置。

背景技术

现有风力动能产生装置因受到叶片截风面的影响，以及风力来源不稳定等因素，其有效作功成动能的效率极低，再经机电转换的耗损，其输出能量更是所剩无几。在此情形下，要利用风力产生巨大的能量，就必须设置更大的风力动能产生装置，所耗工程成本惊人，更增加安装及拆解维修时的困难。

为此，发明人即有改良方案，如图7、图8所示，为申请人先前申请的台湾地区第099100758号的「以塔式多层次利用风洞效应，用阻风叶片与直立式升力叶片复合式旋转机构的垂直轴风力动能产生装置」专利申请案。其包括有一现有风力动能产生装置5，旨在提供一种控制风能稳定产生的机构，其将自然环境中的各种风力流向有效控制，使其集中产生稳定的风能。

该现有风力动能产生装置5包括有与风向保持90°垂直面的阻风叶片51，使风向永远指向该阻风叶片51截风面，以稳定风力动能输出。且该阻风叶片51上设计有斜孔52，能将负载风能引导至阻风叶片51负面，改善传统阻风叶片51所产生的风阻效应。并在该阻风叶片51外侧设有升力叶片53，受风时该升力叶片53会产生偏压，同样形成转动推力。另外该现有风力动能产生装置5因增加风力效能，故可在同等体积中取得最大的风能转换，更采用塔式架构，即设置有塔台54，以在有限土地面积上设置更多层的风力动能产生装置。

唯该现有风力动能产生装置5在实际应用时，因为其结构相当复杂，除了传统该阻风叶片51以及控制该阻风叶片51迎风摆动的机构外，尚有协助旋转的该升力叶片53以及飞轮55等设置，造成制作与维修的困难，以及成本的提升，故仍有改善空间。而且，该现有风力动能产生装置5虽能采用塔式架构，但因考虑风力来源的不稳定，必须在该塔台54上装置墙板56以控制风力来源方向，造成塔台的复杂与成本提高。

另外，为解决风能转换效率过低问题，将风力有效集中，乃为改善效率的不二法门。而无论是该参考案或现有风力动能产生装置，其解决方法，都是让该阻风叶片配合风向进行摆动，该截风面积保持最大，以得到更多的风力来源。但是，让该阻风叶片配合风向转动，即大幅增加产品的复杂性与成本，也增加故障与损坏的机率，必须增加更多的安全防护设计，且该阻风叶片的转动也会损耗部份能量，导致风力发电的成本始终居高不下，无法有效推展。

发明内容

本发明的主要目的，在于提供一种可接收各方向风力来源，以提高风能转换效率的风力动能产生装置。

本发明的另一目的，在于该可接收各方向风力来源的风力动能产生装置，是采用导引风向的叶片固定形式，即除了旋转输出轴驱动发电机外，该导引风向的叶片无需配合风向调整方向，故增加设置的简易性以及产品的耐用度，不仅成本较低，也不易受风力冲击损坏。

本发明的再一目的，在于该风力动能产生装置能有效利用每一分风力，包括各方向风力来源、乱流、侧向风力...等，都能转换为有效风力，除了平时风力顺畅时的转动外，即使在风力不足甚至暂时停顿的情形下，仍然可由先前已接收的集中风力持续运转，增加工作的效率。

本发明的再一目的，在于该风力动能产生装置不受限于地形，可采用塔式多层次架构，以同时乘载多部该风力动能产生装置运转，其塔台只提供迎风的运转空间，并无复杂的设计，故制作上较为简易。

本发明所称接收各方向风力来源以提高风能转换效率并能在风力暂时停顿时持续运转的风力动能产生装置，其包括固定设置的风力导引平台，用来导引风力来源，以及作为风能转换的风力旋转机构，该风力旋转机构用来带动输出轴输出动能。该风力导引平台呈环状绕设于该风力旋转机构的外围，其由外朝内设置有复数的叶片导引信道，该叶片导引信道由外而内朝向该风力旋转机构的旋转方向倾斜，使该风力导引平台外界各方向皆有对应的叶片导引通道，以将各方向的风力来源导引至该风力导引平台内；该风力旋转机构设置有复数的旋转叶片，该旋转叶片朝向该风力旋转机构的旋转方向形成弯弧状，并在该旋转叶片上排列设置有复数的阻风叶片，以将风力集中在该旋转叶片与阻风叶片之间产生风压来推动该风力旋转机构旋转，产生较强集中风力且持久的推力，以在风力暂时停顿或灭弱时，能持续推动该旋转叶片进行稳定转动。

通过前述接收各方向风力来源以提高风能转换效率并能在风力暂时停顿时持续运转的风力动能产生装置，其更有以下优点：

1.本发明可接收各方向风力来源，以达成最高效率的风能转换应用，提供实用价廉的绿色能源。

2.本发明无需控制叶片面对风向，采用固定式设置，故结构上较为简易，也提高产品的耐用度，不仅成本较低，也不易受风力冲击损坏。

3.本发明能妥善利用有限风力，除了平时风力顺畅时的转动外，即使在风力不足甚至暂时停顿的情形下，仍然可由先前已接收的风力持续运转。

4.本发明可采用塔式多层次架构，因其塔台只提供运转空间，并无复杂的设计，制作上较为简易。

附图说明

图1为本发明接收各方向风力来源以提高风能转换效率并能在风力暂时停顿时持续运转的风力动能产生装置的结构立体图；

图2为该风力动能产生装置的结构正视图；

图3为该风力动能产生装置掀去上方盖板以方便内部观察的结构立体图；

图4A为该风力动能产生装置掀去上方盖板的剖面图；

图4B为该风力动能产生装置的风力导引平台与风力旋转机构相互旋转角度以表现相对空间结构的剖面图；

图5为该风力动能产生装置在受风状态时的工作状态图；

图6为该风力动能产生装置设置于塔台的结构示意图；

图7为现有专利的结构立体图；以及

图8为现有专利的塔式架构应用例图；

附图说明：10、风力动能产生装置；1、风力导引平台；11、叶片导引通道；2、风力旋转机构；21、旋转叶片；22、阻风叶片；23、增加区；24、排风通道；3、输出轴；4、塔台；41、发电机及其它机组维修空间；5、现有风力动能产生装置；51、阻风叶片；52、斜孔；53、升力叶片；54、塔台；55、飞轮；56、墙板；F、主要风力；Fs、外界风力；Fx、多余风力。

具体实施方式

请参阅图1至图4B所示，为本发明所提供的一种接收各方向风力来源以提高风能转换效率并能在风力暂时停顿时持续运转的风力动能产生装置10。其中包括有风力导引平台1、风力旋转机构2以及输出轴3。

该风力导引平台1由外朝内设置有复数的叶片导引通道11，使该风力导引平台1外界各方向皆有对应的叶片导引通道11。如此，无论风力来源的方向为何，该风力导引平台1皆可导引至该风力导引平台1内。该风力旋转机构2设置在该风力导引平台1内侧，该风力旋转机构2设置有复数的旋转叶片21，使该旋转叶片21接收来自该叶片导引通道11的风力，以推动该风力旋转机构2旋转。该旋转叶片21上排列设置有复数的阻风叶片22，以将风力阻挡而集中在该阻风叶片22之间，产生较强且持久的推力，以在风力暂时停顿或灭弱时，能持续推动该旋转叶片21进行稳定转动，待风力恢复时再恢复为正常转动。而该输出轴3设置于该风力旋转机构2的内侧中心，经由该风力旋转机构2旋转带动，使该输出轴3输出动能。

更进一步而言，该风力导引平台1呈环状绕设于该风力旋转机构2的外围，使各方向皆有对应的叶片导引通道11。该叶片导引通道11由外而内朝向该风力旋转机构2的旋转方向倾斜，以将风力导引而直接冲击该旋转叶片21来产生推力。同时，该旋转叶片21朝向该风力旋转机构2的旋转方向形成弯弧状，配合该阻风叶片22的设置，可将风力集中在该旋转叶片21与阻风叶片22之间产生风压，避免风力快速散失，维持较为持久的加强风力效率。

请参阅图5所示为本发明在一般受风状态时的工作状态图，其中，主要风力F受到该叶片导引通道11导引进入该风力旋转机构2内，然后该主要风力F接触该旋转叶片21进行推动，使该风力旋转机构2开始旋转，并带动轴心处的输出轴3转动，经由该输出轴3将动能传递到发电机或其它动力机械(图示示出)产生能量。而在推动该旋转叶片21旋转后，由于外界风力Fs持续进入该风力旋转机构2中，故先前的该主要风力F在推动该旋转叶片21时，必会向该风力旋转机构2的内侧移动，因该阻风叶片22的设置，该主要风力F会集中、产生风压，增加推动该旋转叶片21旋转的力量。并受到该外界风力Fs的持绩进入影响，该主要风力F会朝向该风力旋转机构2的内侧方向依续进入邻接的该阻风叶片22中，再次集中、产生风压，进而使风力的使用更为持久与彻底。

另外，该风力旋转机构2的内侧设置有增压区23，当该外界风力Fs来源较大、持续时，除使每一片旋转叶片21承受的该主要风力F较为饱满而产生推力外，流出该旋转叶片21的该主要风力F会进入该增压区23集中、产生风压，然后经由该增压区23而流向对侧无风位置，持续对无风位置的该旋转叶片21进行推动，故虽然该外界风力Fs只由少数区域进入该风力旋转机构2，但多数的旋转叶片21都能受到该主要风力F的推力作用，增加效能。

又，该旋转叶片21与叶片导引通道11之间的空间形成有排风通道24，由于该叶片导引通道11与旋转叶片21之间具有夹角，当该主要风力F较为饱满集中而产生风压时，可能聚集部分风力形成不规则方向的扰流，阻碍该主要风力F推动该旋转叶片21动作，故通过该排风通道24的设计，可导引该主要风力F的风力推压方向，并排除多余风力Fx，该排出的该多余风力Fx并能与前方较为不足的该主要风力F相结合，维持该旋转叶片21较佳的旋转效能。

再者，由于风力由该风力旋转机构2的外侧向内侧逐渐耗弱，为维持良好的旋转质量，该阻风叶片22的长度可设计成由该风力旋转机构2边缘朝内递减，使风力推动外侧的该旋转叶片21而减弱后，仍能顺利朝向该风力旋转机构2内侧方向而进入邻接的该阻风叶片22中，再次集中、产生风压，以持续推动该旋转叶片21。该阻风叶片22同时可设置配重，是通过材料或尺寸的变化来增加其重量，以增加旋转时的惯性力量，使该风力旋转机构2在风力停顿时仍能因惯性而持续旋转，即类似飞轮的设计。

请再参图1至图5各图，该风力导引平台1与该风力旋转机构2可以多组迭加设置，如本实施例采用四组迭加，而相邻的风力导引平台1之间可偏转一个角度，以增加对不同方向风力来源的接收效果。若再配合调整该叶片导引通道11的设置密度，则无论风力来源的方向变化如何细微，该风力导引平台1都有部分叶片导引通道11正对风力来源，故可有效增加对不同方向风力来源的接收效果。

请参阅图6所示，该风力动能产生装置10可设置于塔台4上，该塔台4设计成多楼层，使各楼层均可装置该风力动能产生装置10，实际设计上会在部分楼层设置发电机及其它机组维修空间41，以利人员进入操作。由于该风力动能产生装置10可接收来自各方向的风力来源，故塔台4本身无需设置任何挡风或导风的结构，使其设置更为容易。

上列详细说明是针对本发明的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，凡未脱离本发明的等效实施或变更，均应包含于本发明的专利范围中。

Claims (5)

1.一种全方向风力来源以提高风能转换的风力动能产生装置，其特征在于，包括：

风力导引平台，其由外朝内设置有复数的叶片导引通道，使该风力导引平台外界各方向皆有对应的叶片导引通道，以将各方向的风力来源导引至该风力导引平台内；

风力旋转机构，设置在该风力导引平台内侧，该风力旋转机构设置有复数的旋转叶片，使得该旋转叶片接收来自该叶片导引通道的风力，以推动该风力旋转机构旋转；该旋转叶片上排列设置有复数的阻风叶片，以将风力集中在该阻风叶片之间产生风压，所述阻风叶片的长度由该风力旋转机构边缘朝内递减，使风力推动外侧的该旋转叶片而减弱后，仍能顺利朝向该风力旋转机构内侧方向而进入邻接的该阻风叶片中，再次集中、产生风压，以持续推动该旋转叶片，所述风力旋转机构的内侧设置有增压区，使风力由该旋转叶片末端排出后，进入该增压区集中、产生风压，然后经由该增压区而流向对侧无风位置，持续对无风位置的该旋转叶片进行推动，所述风力导引平台与该风力旋转机构多组迭加设置，相邻的该风力导引平台之间偏转一个角度，以增加对不同方向风力来源的接收效果；以及

输出轴，设置于该风力旋转机构的内侧中心，经由该风力旋转机构旋转带动，使该输出轴输出动能；

所述风力导引平台呈环状绕设于该风力旋转机构的外围，该叶片导引通道由外而内朝向该风力旋转机构的旋转方向倾斜，以将风力导引至该旋转叶片产生推力；

所述旋转叶片朝向该风力旋转机构的旋转方向形成弯弧状，以将风力集中在该旋转叶片中。

2.如权利要求1所述的全方向风力来源以提高风能转换的风力动能产生装置，其特征在于，所述风力导引平台上通过调整该叶片导引通道的设置密度，以增加对不同方向风力来源的接收效果。

3.如权利要求1所述的全方向风力来源以提高风能转换的风力动能产生装置，其特征在于，所述旋转叶片与该叶片导引通道之间设置有排风通道，以避免风力阻挡在该叶片导引通道进入该风力旋转机构位置而降低效率。

4.如权利要求1所述的全方向风力来源以提高风能转换的风力动能产生装置，其特征在于，所述阻风叶片通过材料或尺寸增加其重量，增加旋转时的惯性力量，达到飞轮的效果。

5.如权利要求1所述的全方向风力来源以提高风能转换的风力动能产生装置，其特征在于，所述风力动能产生装置设置于塔台上，该塔台设计成多楼层，使各楼层均装置该风力动能产生装置。