CN110770435B

CN110770435B - 帆装置

Info

Publication number: CN110770435B
Application number: CN201780092252.3A
Authority: CN
Inventors: 张亘德
Original assignee: Aidona Co ltd
Current assignee: Aidona Co ltd
Priority date: 2017-06-22
Filing date: 2017-06-22
Publication date: 2021-06-08
Anticipated expiration: 2037-06-22
Also published as: EP3643913A1; US20220003205A1; JPWO2018235220A1; EP3643913A4; KR20200047805A; EP3643913B1; US11473557B2; KR102142243B1; WO2018235220A1; JP6312284B1; CN110770435A; KR20200003931A; DK3643913T3; KR102126226B1

Abstract

本发明的目的在于用相对简单且不易损坏的构造实现让帆能够在公转的同时进行自转。本发明的帆装置1具有支撑体2、帆部4、由凹部5a，5b构成的导轨、以及卡合部8a，8b。构成支撑体2的一部分的旋转体2c被输出或输入旋转能量。帆部4自转自如地安装于支撑体2上，并绕支撑体2的轴向公转。帆部4基于与流体接触的帆部4的运动，将流体能量转换为旋转能量，或者将旋转能量转换为流体能量。导轨通过凹部5a，5b这两者连续而形成环形的导轨，并规定帆部4的公转过程中的自转角度。卡合部8a，8b对帆部4与导轨进行卡合，并使帆部4沿着导轨位移。

Description

帆装置

技术分类

本发明是有关帆在公转的同时进行自转的帆装置的发明。

技术背景

通常，人们所熟悉的是通过叶轮受到流体冲击后发生旋转来获取原动力的动力机，主要有升力型动力机和阻力型动力机。所谓升力型动力机，主要是指利用升力(即，作用在翼面的作用力当中，与流体流动方向垂直的部分)获得旋转力的动力机。在风力发电机(翼型动力机)等方面，不仅国内，在国外也得到了广泛的应用。但是，这种类型的动力机通常长大厚重，重心偏高，且风车(翼)的转速会超过风速(最大约11倍)，所以极易损坏。由于其构造复杂，所以难以维修及保养。另外，风车在高速旋转时发生的振动也是造成故障的原因之一，为了抑制由此导致的故障，吊舱内安装了刹车，以便能够将风车的转速控制在规定的上限以内。但是，此时作为上限的转速将会成为额定输出(界限)，导致无法利用更多的风能，能量转换效率谈不上好。另外，帆在转动时发生的风声等环境问题也不容轻视。由此，为了解决诸多的问题，近年，阻力型动力机受到了极大的瞩目。所谓阻力型动力机，就是主要是利用阻力(就是作用在帆上的作用力中，与流体的流动方向平行的部分)获得旋转力的动力机。这种类型与升力型不同，风车(帆)将自行将旋转速度控制在风速以下。

比如，专利文献1中，展示了如图18所示的阻力型动力机(能量转换系统)。此动力机有安装在转轴上的十字状的转子40和安装在此转子40的4个前端上的4个帆70。这些帆70安装在转子40上，可以自由自转，并围绕着转子40公转。固定每个帆70的转轴，通过齿轮机构，与转子40上沿径向延伸的风轮支架58一对一连接，通过风轮支架58提供的动力，相应地调整帆70的自转角度。具体的地说，就是当帆70的旋转位置在0度时，帆的受风面积最大(100％)，帆70的旋转位置为180度时，帆受风面积最小(几乎为0％)。另外，从0度到180度之间，帆的面积将从最大逐步变为最小，同时，从180度到360度之间，帆面积将从最小逐渐变为最大。每个帆70将根据其公转位置调整其自转角度，由此，帆70所受到的风力将会产生不平衡量，使转子40旋转。

另外，在专利文献2中展示了图19所示的阻力型动力机(百叶帆动力机)。这种动力机，由安装在旋转轴A上的多个框架B为主体构成，这些框架B绕着旋转轴A整体旋转。框架B上按照一定的间隔设置了多个沿水平方向延伸的水平叶片，同时每个水平叶片都设有随时对其向关闭方施力的弹簧，叶片C可以朝着弹簧施力的方向自由开闭。上下的叶片C互相重叠，顺着风向H可以开启，逆向则无法开启。由此，如图中左侧的框架B，叶片将抗拒弹簧的施力打开，风将从叶片C之间通过。而右侧的框架B则全部关闭，而叶片C将全面受风。这样，左右的叶片C所受的风力就会产生不平衡量，使框架B整体发生旋转。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:国际公开第2007/113401号

专利文献2:美国专利第7780416号说明书

发明内容

发明要解决的问题

可是，上述传统技术为了实现让帆能够在公转的同时进行自转，采取了复杂且易损的构造，难以应用。也就是说，专利文献1的阻力型动力机由于使用了齿轮机构，构造复杂。而齿轮机构本身会发生能量损失(动力传导效率，发热，噪音等)，不仅降低了能量转换的效率，还会由于应力集中到各齿轮上，而容易损坏。另外，专利文献2中的阻力型动力机，由于帆的受风面积是通过弹簧的弹力进行调整，如果风速不够大，此机构就无法工作。所以，无论哪种阻力型动力机都难以应用。

因此，本发明的目的，就在于用相对简单且不易损坏的构造，实现让帆能够在公转的同时进行自转。

解决问题的手段

为解决此项问题，本发明提供具备支撑体、帆部、导轨和卡合部的帆装置。帆部能够自转自如地安装在支撑体上，并绕支撑体的轴向公转。导轨为环形的导轨，其规定帆部在公转过程中的自转角度。卡合部对帆部与导轨进行卡合，并使帆部沿着导轨位移。

在此，在本发明中，在帆部的公转半径为r_T、帆部的自转半径为r_P、以X轴的正方向为基准的帆部的公转角度为θ时，上述导轨可以满足下述算式：

x_T ²+y_T ²＝r_T ²

上半部分的范围(y≥0，θ＝0～180度)

x＝r_T cosθ±r_P cosθ

y＝r_T sinθ±r_P sinθ

下半部分的范围(y＜0，θ＝180～360度)

x＝r_T cosθ±r_P

y＝r_T sinθ。

另外，本发明中，在帆部的公转半径为r_T、帆部的自转半径为r_S，以Y轴的负方向为基准的帆部的公转角度为θ时，上述导轨可以满足下述算式：

x_T ²+y_T ²＝r_T ²

在本发明中，优选地上述帆部隔开间隔地设置多个。最好给每个帆部都安装上述的卡合部。另外，第一发明中的上述卡合部也可以通过可动式接头，安装在帆部的端部。

本发明中的上述导轨有第一导轨和第二导轨，同时，上述卡合部也可以有第一卡合部和第二卡合部。第一导轨设置在帆部的一端侧。第二导轨设置在帆部的另一端侧，并且在与第一导轨呈对置的状态下具有与第一导轨相同或相似的轨迹图案。第一卡合部对帆部的一端与第一导轨进行卡合。第二卡合部对帆部的另一端与第二导轨进行卡合。

在本发明中，上述第一卡合部可以具有设置成绕着帆部一端的自转轴并与第一导轨卡合的多个卡合部。上述第二卡合部可以具有设置成绕着帆部的另一端的自转轴并与第二导轨卡合的多个卡合部。

在本发明中，可以具有相对于支撑轴自由摆动的安装板、第一帆装置和第二帆装置。第一帆装置安装在安装板上并配置在支撑轴的右侧。第二帆装置安装在安装板上并配置在支撑轴的左侧。在此，第一帆装置及第二帆装置为上述帆装置，第一帆装置的导轨与第二帆装置的导轨对称。

本发明中也可以进一步设置将流体收集后供应给帆部的机构。

发明的效果

就本发明来说，通过利用导轨调整帆部在公转过程中的自转角度。用较简单的构造就可以对帆部的自转角度进行调整。另外，不需要通过齿轮机构来规定帆部的自转角度，不容易损坏，耐久性好。

特别是本发明可以根据与流体接触的帆动作，将流体能量转换为旋转能量，或将旋转能量转换为流体能量，若将其用于能量转换机构，就可以用以简单的构造获取较高的能量转换效率，实现高性能能量转换机构的应用。另外，若将第一及第二帆装置安装在导轨对称的位置，这些帆装置将会受到均衡的外力，可以自动调整帆装置，使其正对风向。进一步地，还可以通过增设流体收集机构，加大向帆装置供应的流量，增加转换的能量。

附图说明

图1是与第一实施例相关的帆装置外观斜视图。

图2是帆装置主要部分的展开图。

图3是支撑体的上部图。

图4是图3的A－A断面图。

图5是帆部的正面图示例。

图6是帆部正面、侧面及底面图的其他示例。

图7是卡合部周围的重要部分断面图。

图8是导轨与卡合部的卡合状态示意图。

图9是安装了帆部的支撑体上部图。

图10是与第一例相关的帆部动作说明图。

图11是与第一例相关的导轨说明图。

图12是与第二例相关的帆部动作说明图。

图13是与第二例相关的导轨说明图。

图14是与第三例相关的公转圆与导轨的关系示意图。

图15是与第二实施例相关的帆装置的上部图。

图16是与第三实施例相关的帆装置的外观斜视图。

图17是与第四实施例相关的帆装置的外观斜视图。

图18是传统阻力型动力机的说明图。

图19是传统阻力型动力机的说明图。

具体实施方式

(第一实施例)

图1为与第一实施例相关的帆装置外观斜视图。此帆装置1由一对支撑体2、多个连接棒3及多个帆部4为主体构成。一对支撑体2，向着旋转轴A(帆部4的公转轴)的方向分开，对面配置。此支撑体2通过设置在四个角上的多个连接棒3连接，成为一个整体的框体。多个帆部4被一对支撑体2上下夹持，绕着旋转轴A整体旋转。

在本实施例中，设想的是通过流体流动(比如风)推动帆部4后使帆部4旋转，将流体能量转换为旋转能量的机构，比如说应用在阻力型动力机上时的情况。流体能量包括，气体、液体、等离子等，可以利用任何流体的流动，不局限于风力发电，包括水力发电、潮力发电等也可以使用帆装置1。另外，转换的能量也不限于电能，可以用于包括动能、势能、热能等在内的任何能量。比如，可以设想运用在在发电机之外的泵(油、水)，压气机(空气)，压臂(压缩，压榨)等机构上。

另外，与第一实施例相关的帆装置1，是通过帆部4的旋转使流体流动，将旋转能量转换为流体能量的机构，可以用于像船舶等发生推进力的推进装置上。并且，帆装置1既可以如同图所示纵向使用，也可以横向使用。另外，还可以将多个帆装置1并列或者重叠使用。

因此，虽然帆部4的数量从原理上讲至少有1片即可，但是从提升能量转换效率的角度来看，数量多一些会比较理想。但是，由于每个帆部4需要一边绕着旋转轴A公转，一边进行自转，所以需要设置一定的间隔，避免相互干涉，详细会在后续说明。在此所说的相互干涉，不仅仅是指帆部4之间在物理上的接触，还指应该竭力避免相互妨碍流道。

帆装置1的尺寸，根据用途及设置的位置而定。比如，构筑发电站(发电机群)时，既可以采取设置少量的大型帆装置1的方式，也可以采取设置多数的小型帆装置1的方式。另外，设置在楼房等建物上时，比如沿着楼墙纵向或者横向设置帆装置1等情况，设置多数的小型帆装置1的方就比较有效。

图2为帆装置1主要部分的展开图。同图中仅展示了图1所示上下支撑体2中的下侧，上侧支撑体2的构造也基本相同。此支撑体2由外导板2a、内导板2b、略为圆盘形的旋转体2c、底板2d构成。由3个板2a，2b，2d夹持旋转体2c形成。

四方形的外导板2a的四角上设有插连接棒3的圆孔，同时其中央附近设有一圆形开口。另外，此开口外侧的外导板2a的表面，设有曲线延长的凹部5a。内导板2b是比外导板2a的开口径稍小的圆形零件，其表面设有曲线延长的凹部5b。另外，在内导板2b的中央有圆形开口。旋转体2c为两同心圆的里外径向连接的形状，外圆的圆周上设有让帆部4能够自由旋转的安装孔6，按照帆部4的数量在圆周上等距设置。四方形底板2d的四角，设有插入连接棒3的圆孔，同时其中央附近开有圆孔。

图3为将零件2a～2d组装成总成后的支撑体2的上部图，图4为支撑体2的A－A断面图。支撑体2以总成的状态，外导板2a及底板2d通过4根连接棒固定。内导板2b向接近中央略下方的部位突出的圆筒部位将插入底板2d的开口，由此，内导板2b就被固定在底板2d的上面。此状态下，内导板2b的上面将与外导板2a的上面吻合。

如图3所示，这些导板2a，2b上的平面，由导轨5和上下贯通的圆形间隙7构成。导轨5由外导板2a的凹部5a和内导板2b的凹部5b构成，呈曲线状环形的连续。此导轨5规定了帆部4在公转过程中的自转角度。一方面，圆形间隙7是由于外导板2a的开口径与内导板2b的外径之间的差形成，它具有与两者之间的差相等的宽度，且向表面扩展为圆形。此圆形间隙7，有回避公转时与帆部4发生干涉的作用(调整间隙)，由此，就能够允许帆部4绕着旋转轴A旋转(公转)。

如图4所示，旋转体2c被插入了内导板2b的圆筒部位，其上下被导板2a，2b与底板2d夹持。由此，旋转体2c处于被上述圆筒部定位的状态，被收容在支撑体2的内部，能够自由的旋转。

图5为帆部4的正面图。帆部4以受风的帆4a为主体构成。帆4a使用了比较典型的轻量且高强度的金属及强化纤维塑料等板材(长方形)，从广义上讲，也可以使用树脂型材料，纤维型材料，强化木材，陶瓷等广范围的材料。另外，也可以使用如图6所示的，由金属或强化纤维塑料的框架，另外再在格子状的框4c上安装覆膜4d后，作为帆4a使用。覆膜4d可以使用布、薄板、胶片、箔、塑料薄膜、苫布等轻量材料，最好材料能够在轻量的基础上具备不易吸水(淋雨后也不会变重)、不易硬化(太阳照射后也不硬化)、不易反射(不反射阳光)，防冻(冬季下雨不会冻结)的功能。另外，覆膜4d如果使用透明或者半透明的材料，就可以使帆装置1融入周围的风景。针对最近对维持景观方面的要求，帆4a的颜色及设计方面都成为设置时的重要因素。帆4a表面的形状可以为平面状、曲面状、流线状、正弦(波)状、矩形(波)状、三角(波)状、以及锯齿(波)状等任意形状。另外，在帆4a两端的中央，各设有向旋转轴A的方向突出的自转轴4b。上侧的自转轴4b将插入上侧支撑体2(旋转体2c)上的安装孔6，下侧的自转轴4b将插入下侧支撑体2(旋转体2c)上的安装孔6。由此，多个帆部4将通过旋转体2c被连接，绕着旋转轴A整体旋转(公转)。

在帆部4的左右两端设置有一对向旋转轴A的方向突出的卡合部8a，8b。上侧的卡合部8a，8b与上侧支撑体2上的导轨5和帆部4的上端卡合，下侧的卡合部8a，8b与下侧支撑体2上的导轨5和帆部4的下端卡合。由此，帆部4的上下，包括自转轴4b在内就各自都有3点稳定的支撑。但是，如果帆部4的纵向较短，或者，不是很需要要确保帆4a的受风面积等情况时，也可以减少支撑点，比如，上端只有卡合部8a，下端只有卡合部8b。最极端的例子甚至帆部4的上端只有自转轴4b的1点支撑，其下端利用卡合部8a，8b的任意一端，仅靠2点支撑(这种情况则不需要上侧的导轨5)。相反，如果帆部4非常长时或帆4a的面积大等情况，为了提升帆部4支撑的稳定性，根据需要最好增加支撑点或者轨道的数量。

如本实施例，如果导轨5呈凹状，则卡合部8a，8b基本可以呈凸形。相反，导轨5如果向轨道那样凸起，卡合部8a，8b就基本可以为凹状。但是，单靠凹凸卡合，两者之间容易由于摩擦(滑动阻力)产生能量损失(发热或噪音)，造成能量转换效率降低。在此，本实施例中使用了从构造上降低导轨5与卡合部8a，8b之间摩擦的结构。

图7为卡合部8a(或者8b)周围的重要部分断面图，图8为导轨5与卡合部的卡合状态示意图。卡合部8a由旋转轴承构成，此旋转轴承通过可动接头9(如，球形接头)安装在帆部4上。帆部4如果长就容易发生变形，会给与导轨5卡合的8a等部分施加过度的负荷，之所以设置此接头9，就是要起到吸收变形的作用。另外，卡合部8a，8b只要能够起到将帆部4与导轨5卡合的功能，使用怎样的结构都可以，不局限于固定的材料，也可以使用可动式连杆机构。图7所示的旋转轴承及可动式接头也可以将其视为是一种连杆机构。

图9为安装了多个帆部4的支撑体2(单侧)的上部图。针对四方形的帆部4两端分别设置了导轨5，这种构成中使一对导轨5处于相对的状态(帆装置1的组装状态)时，具有同样的轨迹图案(线形图案)。并且，帆部4的两端中，从自转轴4b到卡合部8a，8b为止的距离如果相同，则两端的导轨5的大小相同，但是，从自转轴4b到卡合部8a，8b为止的距离也可以不同，若不同，两端的导轨5将呈相似的形状。具体来说，就是另一端从自转轴4b到卡合部8a，8b之间的距离如果比一端那边大，另一端的导轨5就会变大，若相反，另一端的导轨5将会变小。

多个帆部4隔开間隔地配置。每个帆部4的自转轴4b都在由圆形间隙7描绘的圆周上移动，由此，每个帆部4都会绕着旋转轴A进行公转。如上所述，由于多个帆部4都通过旋转体2c相互连接，所以就算这些帆部4公转，也能在圆周上保持一定的間隔。另外，针对每个帆部4设置的卡合部8a，8b将在由导轨5描绘的环形的曲线上移动。导轨5规定了帆部4在公转过程中的自转角度。所以，通过卡合部8a，8b在导轨5上移动，帆部4就能够一边公转，一边自转。另外，虽然帆部4的间隔不一定必须相等，但是从有效的开始旋转変动，控制旋转效率变动的幅度使其稳定的观点，以及追求美感设计的观点来看，最好能够使间隔相等。但是，由于帆部4的动作看起来像纸戏，所以有时在设计时会故意通过不同的间隔来演绎时间的变化。另外，如后文所述，也可以考虑在帆部4的板面及覆膜面上印刷广告或自然风景等，亦可做成透明版本。

图10为与第一例相关的帆部4的动作说明图。帆部4在公转角度θ＝0°时受风面积最小，随着公转角度θ增大受风面积也逐渐増大，当公转角度θ＝90°时受风面积达到最大。其后，随着公转角度θ增大，受风面积逐渐減少，公转角度为θ＝180°时受风面积达到最小。其后，直到θ＝360°(0°)为止，受风面积将维持最小状态。由此，虚线所示公转圆上的上半部分与下半部分将由于受风面积不同而产生受风的不平衡量。因此，只有公转圆上的上半部分受风，帆部4将向逆时针方向旋转(公转)。

接下来，将参照图11说明如何得出让第一例所示让帆部4动作的导轨5的具体算式。帆部4的动作将由虚线所示的公转圆T(真圆)，及实线所示的环形的导轨G的两个条件決定。

首先，将所有坐标的原点T₀设为(x，y)＝(0，0)。公转圆T为真圆(True circle)，旋转体2c表示真圆及帆部4的自转中心的轨迹，用(式－1)表示。

x_T ²+y_T ²＝r_T ²------------------------------------------式-1

导轨G表示帆部4支点两端的导轨形状，可以分为上半部分的范围(y≧0)和下半部分的范围(y＜0)来记述。首先考虑上半部分(Upper half)的范围(y≧0，θ＝0～180度)。此时，中心与帆部4的中心点一致，且从中心到帆部的支点为止的半径为r_P，画出虚线所示的小圆S。此范围为θ_U＝θ的关系。小圆S的中心坐标S₀将一直在公转圆T上，小圆S的坐标用(式－2(a))及(式－2(b))表示。

x_S＝r_T cosθ------------------------------------------式-2(a)

y_S＝r_T sinθ------------------------------------------式-2(b)

因此，导轨G的外侧(Outside)的圆P_OS的坐标用(式－3(a))及(式3－(b))表示。

一方面，导轨G的内(Inside)圆P_IS的坐标用(式－3(c))及(式－3(d))表示。

因此，只要给出初期条件r_T和r_P，通过上述一系列的算式(式－3(a))～(式－3(d))就可得出上半部分(Upper half)的范围(y≧0，θ＝0～180度)的导轨G。

接下来考虑下半部分(Lower half)的范围(y＜0，θ＝180～360度)。此时，首先中心与帆部4的中心点一致，且画出中心到帆部4支点为止的半径为r_p的小圆S。另外，为θ_L＝θ－π的关系。小圆S的中心坐标用(式－4(a))及(式－4(b))表示。

x_S＝-r_T cosθ_L------------------------------------------式-4(a)

y_S＝-r_T sinθ_L------------------------------------------式-4(b)

所以，导轨G的外(Outside)圆P_OS的坐标用(式－5(a))及(式－5(b))表示。

导轨G的内(Inside)圆P_Is的坐标用(式-5(c))及(式-5(d))表示。

x_PIS＝x_S+r_P

＝-r_T cos(θ-π)+r_P

＝-r_T(cosθcosπ+sinθsinπ)+r_P

＝r_T cosθ+r_P----------------------------------式-5(c)

y_PIS＝y_S

＝-r_T sin(θ-π)

＝-r_T(sinθcosπ-cosθsinπ)

＝r_T sinθ------------------------------------------式-5(d)

由此，只要给出初期条件r_T和r_P，通过上述一连算式(式-5(a))～(式-5(d))就可得出下半部分(Lower half)范围(y＜0，θ＝180～360度)的导轨G。

如上，只要给出初期条件r_T和r_P，公转圆T就可以通过(式-2(a))～(式-2(b))及(式-4(a))～(式-4(b))(或者(式-1))得出。另外，导轨G的上半部分(Upper half)范围(y≥0，θ＝0～180度)可通过(式-3(a))～(式-3(d))，下半部分(Lower half)的范围(y＜0，θ＝180～360度)可通过(式-5(a))～(式-5(d))得出。

结论就是，在帆部4的公转半径为r_T、帆部4的自转半径为r_P、以X轴的正方向为基准的帆部4的公转角度为θ时，与第一例相关的公转圆T及导轨G的算式如下。

x_T ²+yT²＝r_T ²

上半部分的范围(y≥0，θ＝0～180度)

x＝r_T cosθ±r_P cosθ

y＝r_T sinθ±r_P sinθ

下半部分的范围(y＜0，θ＝180～360度)

x＝r_T cosθ±r_P

y＝r_T sinθ

通过导轨5规定的帆部4的动作，不拘于上述第一例，可以考虑各种各样的变化。图12为与第二例相关的帆部4的动作说明图。帆部4在公转角度为θ＝0°时受风面积最小，随着公转角度θ增大，受风面积也逐渐增大，公转角度达到θ＝180°时受风面积达到最大。其后，随着公转角度θ增大，受风面积将逐渐減少，当公转角度为θ＝360°(＝0°)时受风面积将再次达到最小。由此，由于虚线所示公转圆上的上半部分与下半部分将产生由于受风面积的不同而产生的不平衡量。由此，帆部4将向逆时针方向旋转(公转)。

接下来，将参照图13说明如何得出让第二例所示帆部4动作的导轨5的具体算式。帆部4的动作将由虚线所示的公转圆T(真圆)，及实线所示的无极导轨G的两个条件決定。

首先，将所有坐标的原点T₀设为(x，y)＝(0，0)。公转圆T为真圆(True circle)，旋转体2c表示真圆及帆部4的自转中心的轨迹，用(式－6)表示。

x_T ²+y_T ²＝r_T ²------------------------------------------式-6

导轨G表示帆部4支点两端的导轨，可以按照以下的顺序得出。另外，θ_T和θ_P之间的关系将通过(式－7)给出。

另外，帆部4两端的P_OS和P_IS，帆部4的中心S₀，(0，－r_T)的4点定能用直线连接。

首先，中心与帆部4的中心点一致，且从中心到帆部4的支点为止画出半径为r_S的小圆S(真圆)。小圆S的中心坐标S₀一直在公转圆T上，通过(式－6)，用(式－8(a))及(式－8(b))表示。

导轨G的外(Outside)圆P_OS的坐标用(式－9(a))及(式－9(b))表示。

导轨G内侧(Inside)圆P_IS的坐标用(式－9(c))及(式－9(d))表示。

由此，只要给出初期条件r_T和r_S，公转圆T将通过(式－8(a))及(式－8(b))(另外(式－6))得出，导轨G将通过(式－9(a))～(式－9(d))得出。

结论就是，当帆部4的公转半径为r_T、帆部4的自转半径为r_s、以Y轴负方向为基准的帆部4的公转角度为θ时，与第二例相关的导轨G的算式如下。

x_T ²+y_T ²＝r_T ²

图14为与第三例相关的公转圆T与导轨G的关系示意图。公转圆T不需要像第一及第二例那样与导轨G重叠，可以配置在导轨G的外侧。

如此，就本实施例来说，用导轨5规定帆部4在公转过程中的自转角度，调整帆部4的自转角度。帆4a的受风面积在顺风时最大(约100％)，逆风时最小(约0％)。这样就能有效的产生由于受风面积的差异而引起的受风的不平衡量，使帆部4旋转(公转)。最终使流体能量(风力)有效的转换为旋转能量(旋转力)。另外，低于风速的转速也能够得到足够大的扭矩，切入风速小，噪音也极小。并且，将帆装置1用于阻力型动力机时，不需要安装像升力型动力机那样的刹车，风速高时也不需要放弃能量。而且，不需要使用齿轮机构等复杂的构造，通过与导轨5卡合的8a，8b来规定、调整帆部4的自转角度，不但机械能量的损失少，而且也不容易损坏，可以提升动作的稳定性和安全性。最终以相对简单的结构，就能够得到较高的能量转换效率，使帆装置1实现了较好的实用性。

另外，就本实施例来说，在保持一定间隔的情况下设置多个帆部4，并同时针对每个帆部4设置相应的卡合部8a，8b(不一定必须为多个。)，比起设置1片帆部4来说，更能够稳定高效的转换能量。

另外，就本实施例来说，在帆部4的两端分别配置导轨5，通过卡合部8a，8b支撑帆部4两端，能够提高帆部4的支撑强度，能够提升帆装置1动作的稳定性及机械强度。

并且，就本实施例来说，通过在帆部4的一端或两端设置多个卡合部8a，8b，能够通过增加帆部4的支撑点，能够进一步提升帆装置1动作的稳定性及机械强度。

另外，如开头所述，与本实施例相关的帆装置1，不仅能够用于将流体能量转换为旋转能量，应注意到，它还能够用于将旋转能量转换为流体能量。

(第二实施例)

第二实施例将上述第一实施例中的帆装置1进行多个组合。图15为与第二实施例相关的帆装置(一端)的上部图。此帆装置10由安装在安装板11上的多个帆装置1为主体构成。安装板11中央的支撑轴12上下贯通，因此，安装板11被支撑轴12支撑在能够自由摆动的状态。一方面，帆装置1配置在支撑轴12的右侧，同时，其他的帆装置1配置在支撑轴12的左侧。左右的帆装置1的导轨5，针对将安装板11左右一分为二的直线L，呈线对称的轨迹。

就本实施例来说，在达到了与上述第一实施例同样的效果的同时，通过将帆装置1配置在左右，使导轨5成为线对称，就可以将帆装置10的朝向自动调整为正对着风的方向。因为，如果帆装置10对着风向发生了倾斜，虽然左右的帆装置1所受到的风力(外力)就会产生不平衡量，但是通过安装板11绕着支撑轴12回转，能够解消不平衡量。另外，如同图所示，如果在最接近左右帆装置1的部分(直线L附近)配置导轨5，使帆部4的受风面积达到最小，就能够更接近左右的帆装置1，能够使帆装置10的整体构造更加紧凑。

(第三实施例)

第三实施例在上述第二实施例的帆装置10上增加了集风机构。图16为与第三实施例相关的帆装置的外观斜视图。此帆装置20在上述帆装置10之外，增加了设置台13，集风机构14，以此为主体构成。设置台13略显圆形，其中心轴上安装了多个根可以自由旋转的连接棒15。帆装置10的左右安装了构成集风机构14的一对可以自由开闭的导风板14a，14b。帆装置10及导风板14a，14b安装了车轮16，同时安装了多个连接棒15。安装在导风板14a，14b上的连接棒15为了不阻碍导风板14a，14b的开闭，可以自由的伸缩，在没有台风等情况下使用时，连接棒15通常固定在一定的长度。通过以上结构，帆装置10在通过集风机构14供应收集的风的同时，还可以根据风向在设置台13上旋转。

与海洋等风力充足(平均风速7m/s以上)的地方相反，住宅等地方就难以获得足够的风力(平均风速2m/s左右)。由此，本实施例中设置了具备集风功能的集风机构14。也就是说，在帆装置10的两侧设置了如双手张开状的导风板14a，14b用来集风，能够收集更多的风量(流量)。相反，这些导风板14a，14b在台风时也可以通过折叠，或拆除等方式避免其发生破损等。与此同时，在本实施例中，帆装置10为了能够具备自动正向迎风功能，安装了连接棒15及车轮16这样的旋转机构，使其能够自动正向迎风。也就是说，在设置台13的中心轴上，连接棒15能够自动摆动/自动旋转，通过可以360度旋转的车轮16，帆装置10可以平稳的在设置台13上旋转。由此，帆装置10能够自动正向迎风。

就本实施例来说，在获得与上述各实施例同样效果之外，还可以通过集风机构14增大输入的风量。在此基础上，再增加此帆装置10、导风板14a，14b、连接棒15这套机构，就可以增加输入风量，增大转换的能量。另外，也可以通过在最上段的支撑体2(上侧)安装导风板，进一步增大输入的风量。另外，导风板只要能够具备收集流体的功能，可以采取任何构造及形状，比如，平板，曲面板，框架与覆膜的组合等，在功能方面、设计方面可以自由组合。

另外，在上述各实施例中，也可以将集风机构附加到帆装置10的壁面(支撑体2以外的面)上。这时，从前方流入帆装置10的风从后面流出的过程中，可以防止从左面或右面漏风，不会损失能量转换效率。此机构不仅可以由导风板或者挡板构成，也可以用薄膜(根据需要用框架增加强度)等材料构成。另外，也可以让设置帆装置10的外壁、地板、天棚等具备同样功能。另外，为了让前方周围流入的风能够更有效的冲击帆部4，也可以设置改变风向或者压缩风量(高密度化)的构件。此构件既可以是将筒材纵向分割后，使头部、前端变尖的形状，也可以是略带圆弧的形状。通过这些构件，既可以使逆向运动的帆部4不容易受风，又能使顺向运动的帆部受到高密度的风，能够提高能量转换效率。这些构件不仅只用在本实施例上，在第一实施例等中也同样可以在形状上下功夫。

(第四实施例)

上述第一到第三实施例主要是以基于与流体接触的帆部动作，将流体能量转换为旋转能量，或者将旋转能量转换为流体能量的能量转换机构为主。而第四实施例则是以用于广告宣传为例，仅让帆部的外围表面简单的进行公转、自转。图17为与本实施例相关的帆装置外观斜视图。此帆装置30以支撑体31，1片帆部32，导轨33，及卡合部34为主体构成。支撑体31略带圆形，其略靠近中心的部分，安装了与帆部32连接的曲柄35，曲柄35可以自由旋转。通过此曲柄35，帆部32可以在支撑体31上自由的旋转，并且绕着支撑体31的轴进行公转。另外，帆部32的下方安装了多个车轮36。并且帆部32是由印刷了宣传广告等内容的广告板，以及显示广告的平面显示屏构成。另外，导轨33具备环形的轨迹，规定了帆部32在公转过程中的自转角度。比如图17，导轨33为上述算式16中3r_T＝r_s时，也就是说，当自转半径为公转半径的3倍时可以得出。卡合部34由帆部32与导轨33卡合，帆部32沿着导轨33改变位置。另外，通过车轮37，导轨33能够自由的旋转，除了支撑体31之外，帆装置30整体都能够自动调整到最有效的迎风状态。

此帆装置30具备以下特征。第一，以1片帆部32为前提，即使自转半径或者帆部32的尺寸较大，也不会干涉到其他的构件。第二，帆部32的尺寸可以设计的较大，能够获得充分的风力(流体力)，即使帆部32只有1片，也能利用风力(流体力)提供公转、自转所需的能量，同时可以通过自身发电，供应彩灯装饰、照明等需要的电量。第三，由于公转半径比自转半径或者帆部32的尺寸小，可以节省设置所需的空间。第四，在帆部32上安装如画面比率(纵横比)为16:9或4:3的显示屏，就可以展示各种画像、影视，这些内容可以通过网络等传导方式无限供应。第五，由于其公转速度、自转速度慢，更适合用于广告，能够360度的提供视觉效应。并且，帆部32既可以仅靠风力进行公转、自转，也可以利用马达等辅助动力，亦可以将马达作为其主动力。

就本实施例来说，通过用导轨33规定在公转过程中帆部32的自转角度，能够控制帆部32的主页面(广告宣传面)的展现方式，提高广告宣传的效果。

另外，本实施例中，在广告宣传的用途以外，比如在帆部32上面装上镜面等反射板或者复杂的反射覆膜，亦或者根据需要安装照明等，就可以在农业方面用于动物及鸟类的驱除。也可以在遇难或者灾害等特殊情况作为讯号使用。此时，照明可以设置在支撑体31上。

另外，上述各实施例中，如果在帆部4的帆面及支撑体2的外面安装太阳能发电板等，就能够利用多种再生能源。

附图标记说明

1，10，20，30 帆装置

2，31 支撑体

2a 外导板

2b 内导板

2c 旋转体

2d 底板

3 连接棒

4，32 帆部

4a 帆

4b 自转轴

4c 框架

4d 覆膜

5，33 导轨

5a，5b 凹部

6 安装孔

7 圆形间隙

8a，8b，34 卡合部

9 可动式接头

11 安装板

12 支撑轴

13 设置台

14 集风机构

15 连接棒

16，36，37 车轮

35 曲柄

Claims

1.一种帆装置，其特征在于，帆装置中具备：

支撑体；

帆部，其具有由板状体或安装有覆膜的框架构成的帆、和从所述板状体的端部或所述框架的端部突出设置且自转自如地安装在所述支撑体上的自转轴，所述帆部绕所述支撑体的轴向公转；

环形的导轨，其设置于所述支撑体，并规定所述帆部在公转过程中的自转角度；以及

卡合部，其从所述板状体的端部或所述框架的端部向所述自转轴的方向突出设置，并位移自如地安装于在所述支撑体上设置的所述导轨，由此使所述帆部沿着所述导轨位移。

2.根据权利要求1所述的帆装置，其特征在于，

在所述帆部的公转半径为r_T、所述帆部的自转半径为r_P、以X轴的正方向为基准的所述帆部的公转角度为θ时，所述导轨满足下述算式：

x_T ²+y_T ²＝r_T ²

上半部分的范围(y≥0，θ＝0～180度)

x＝r_Tcosθ±r_Pcosθ

y＝r_Tsinθ±r_Psinθ

下半部分的范围(y＜0，θ＝180～360度)

x＝r_Tcosθ±r_P

y＝r_Tsinθ。

3.根据权利要求1所述的帆装置，其特征在于，

在所述帆部的公转半径为r_T、所述帆部的自转半径为r_s、以Y轴的负方向为基准的所述帆部的公转角度为θ时，所述导轨满足下述算式：

x_T ²+y_T ²＝r_T ²

4.根据权利要求1所述的帆装置，其特征在于，

所述帆部隔开间隔地设置有多个，

针对每个所述帆部分别设置有所述卡合部。

5.根据权利要求1所述的帆装置，其特征在于，

所述卡合部通过可动式接头安装在所述帆部的端部。

6.根据权利要求1所述的帆装置，其特征在于，

所述导轨具有：

第一导轨，其配置在所述帆部的一端侧；以及

第二导轨，其配置在所述帆部的另一端侧，并且在与所述第一导轨呈对置的状态下具备与所述第一导轨一样或者相似的轨迹图案，

所述卡合部具有：

第一卡合部，其对所述帆部的一端和所述第一导轨进行卡合；以及

第二卡合部，其对所述帆部的另一端和所述第二导轨进行卡合。

7.根据权利要求6所述的帆装置，其特征在于，

所述第一卡合部具有设置成绕着所述帆部的一端的自转轴并与所述第一导轨卡合的多个卡合部，

所述第二卡合部具有设置成绕着所述帆部的另一端的自转轴并与所述第二导轨卡合的多个卡合部。

8.一种帆装置，其特征在于，所述帆装置具有：

安装板，其相对于支撑轴自由摆动；

第一帆装置，其安装在所述安装板上，并配置在所述支撑轴的右侧；以及

第二帆装置，其安装在所述安装板上，并配置在所述支撑轴的左侧，

所述第一帆装置及所述第二帆装置是根据权利要求1至7中任一项所述的帆装置，且所述第一帆装置的所述导轨及所述第二帆装置的所述导轨对称。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的帆装置，其特征在于，

所述帆装置还具有将流体收集后供应给所述帆部的机构。