CN115977869A - 垂直轴风力发电机的扇叶结构 - Google Patents

Abstract

一种垂直轴风力发电机的扇叶结构，包含以复合材料制成且围绕界定出螺旋延伸的内部空间的叶片主体，及以复合材料制成且与所述叶片主体一体成型的至少一个补强梁。所述叶片主体具有位于所述内部空间中且面向彼此的两个内表面。所述至少一个补强梁位于所述内部空间中，并包括分别一体连接所述内表面的两个连接部，及连接所述连接部的支承部。所述叶片主体为一体成型而不具有接缝，可避免长久使用下由接合处逐渐产生崩裂或破坏。而所述至少一个补强梁可增加支撑力而强化所述叶片主体的结构强度，改善传统扇叶结构强度不足的问题，并能获得更高的刚性，能有效耐受风场中的强劲气流及恶劣环境。

Description

垂直轴风力发电机的扇叶结构

技术领域

本发明涉及一种风力发电机的部件，特别是涉及一种垂直风力发电机的扇叶结构。

背景技术

参阅图1，垂直轴风力发电机1是风力发电机中的一种，其特征在于其转轴11与风的来向垂直，且扇叶12环绕转轴间隔排列。垂直轴风力发电机1的优点在于不需对准风向即可运作，因此可免除许多复杂的机械调整装置来使扇叶对准风向，且在乱流或阵风等风向或风速变化较大的环境中，能有稳定且可靠的发电效率。然而一般垂直轴风力发电机1的每一片扇叶12通常是以两片壳体焊接或黏接而成，且内部呈空心状以减轻重量及用料。这种扇叶结构在长期使用下，往往会由接合处的接缝产生崩裂或破坏，空心的扇叶也有强度不足的问题，因此传统垂直轴风力发电机1的扇叶结构仍有待改善的空间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种一体成型且结构强度佳的垂直轴风力发电机的扇叶结构。

本发明垂直轴风力发电机的扇叶结构，所述扇叶结构包含以复合材料制成且围绕界定出螺旋延伸的内部空间的叶片主体，及以复合材料制成且与所述叶片主体一体成型的至少一个补强梁，所述叶片主体具有位于所述内部空间中且面向彼此的两个内表面，所述至少一个补强梁位于所述内部空间中，并包括分别一体连接所述内表面的两个连接部，及连接所述连接部的支承部。

较佳地，前述垂直轴风力发电机的扇叶结构，其中所述扇叶结构包含数个补强梁，所述补强梁沿所述内表面的延伸方向间隔排列。

较佳地，前述垂直轴风力发电机的扇叶结构，其中所述叶片主体及所述至少一个补强梁是以碳纤维强化聚合物制成。

本发明的有益的效果在于：所述叶片主体为一体成型而不具有接缝，可避免长久使用下由接合处逐渐产生崩裂或破坏，且能减少模具需求及减少后处理工序，达到降低成本的功效。而所述至少一个补强梁可增加支撑力而强化所述叶片主体的结构强度，改善传统扇叶结构强度不足的问题，并具有更高的刚性。

附图说明

图1是立体图，说明现有的垂直轴风力发电机；

图2是立体图，说明本发明扇叶结构所应用的垂直轴风力发电机；

图3是仰视图，说明所述垂直轴风力发电机的仰视态样；

图4是部分剖视的立体图，说明本发明扇叶结构的实施例；

图5是剖视图，说明所述实施例的俯视剖面态样；

图6是部分剖视的立体图，说明所述实施例的另一种态样；

图7是流程图，说明所述实施例的制造方法；

图8至图10皆为示意图，辅助说明图7所述制造方法的流程；及

图11是示意图，说明在图7所述之制造方法中，仅使用单一个气袋的配置方式。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

参阅图2、图3，及图4，为本发明垂直轴风力发电机的扇叶结构2的实施例，本实施例通常是应用于垂直轴风力发电机上，所述垂直轴风力发电机包含一个连接其他电机组件的转轴3、环绕所述转轴3而环状间隔排列的多片扇叶结构2，及连接所述扇叶结构2与所述转轴3的数个连接件4。

参阅图3、图4，及图5，所述扇叶结构2包含一个叶片主体21，及设置于所述叶片主体21内的一个补强梁22。所述叶片主体21及所述补强梁22是以复合材料一体成型而成，在本实施例中，所述叶片主体21及所述补强梁22为高分子复合材料，可以是以环氧树脂为基材，碳纤维或纤维玻璃为补强材的碳纤维强化聚合物(Carbon Fiber ReinforcedPolymer，CFRP)制成，但不以此为限。所述叶片主体21扭转延伸(请参考图2)，且围绕界定出与所述叶片主体21的扭转方向同向螺旋延伸的一个内部空间211。所述叶片主体21具有位于所述内部空间211中且面向彼此的两个内表面212，依所述叶片主体21的形状不同，所述内表面212可以相互间隔而不接触，也可以在两侧端(或一侧端)相连接。所述补强梁22位于所述内部空间211中且横截面概呈H字形，所述补强梁22包括分别一体连接所述内表面212的两个连接部221，及连接所述连接部221的一个支承部222。所述叶片主体21及所述补强梁22一体成型的设计，可以避免现有叶片因接合处的接缝迸裂而使破损情形急速蔓延的情况，所述叶片主体21以复合材料制成，配合空心设计能使所述扇叶结构2保持轻量化，并通过所述补强梁22增加抗弯曲及抗剪切的刚性，提升整体的结构强度。参阅图6，本实施例也可以如图6所示地包含数个补强梁22，所述补强梁22沿所述内表面212的延伸方向间隔排列，可提供强度更高的支承力道，并提供另一种实施态样供选择。

参阅图7至图10，以下说明本实施例的制造方法，包含叠层步骤41、放置步骤42，及成型步骤43。在所述叠层步骤41中，先准备多个成型的硅橡胶心模，再将多片含浸树脂的碳纤维预浸布(或单一方向纤维)贴触所述硅橡胶心模，接着将其他碳纤维预浸布层层堆叠至所需的厚度及强度，从而形成多个碳纤维预浸材料叠层5，所述碳纤维预浸材料叠层5会相互交错，以具备较佳力量传递特性。在此说明一下所述碳纤维预浸材料叠层5的堆叠结构，大部分的碳纤维预浸材料叠层5于外环围绕出所述内部空间211，少部分碳纤维预浸材料叠层5横置于所述内部空间211的中央处，从而将所述内部空间211区分出两个区域213，所述硅橡胶心模分别位于所述区域213中，在达到足够的强度及厚度后，将所述硅橡胶心模由所述碳纤维预浸材料叠层5中抽出，使所述区域213空出。在所述放置步骤42中，将两个未充气的气袋7分别穿入所述区域213中，并将所述碳纤维预浸材料叠层5连同所述气袋7置于模具6的模穴中(此时所述模具6尚未合模，前述构件是置于上模或下模其中之一内)，所述气袋7分别连接穿出所述模具6的吹嘴。所述气袋7以尼龙、硅橡胶或其他能耐受摄氏130度以上高温的材质制成。在所述成型步骤43中，将所述模具6合模并送入热压机中以摄氏130度至150度加热约30分钟，同时将空气经由吹嘴灌入所述气袋7中，使所述气袋7向外鼓胀而挤压所述碳纤维预浸材料叠层5(气袋7的压力约为1～10kg/cm²，较佳为7kg/cm²)，所述碳纤维预浸材料叠层5在所述气袋7的挤压及高温下会被热压成型，待成型完开模后，便可制得如图10所示的扇叶结构2。

当要制造具有多个补强梁22的扇叶结构2时，可在所述叠层步骤41中间隔置入多个硅橡胶心模，以将所述内部空间211分隔出两个以上的区域213，在所述放置步骤42时，将多个气袋7分别置入所述区域213中，从而在所述成型步骤43中成型出具有多个补强梁22的扇叶结构2。在所述放置步骤42中，也可仅如图11所示地仅使用一个呈弯折状的气袋7，所述气袋7可如图11所示地弯折成两段并分别穿入两个区域213中，如此便可以一个气袋7完成前述的制程，当然，以前述气袋7制成的扇叶结构2，其补强梁22的支承部222的延伸长度会稍微短一些。

综上所述，本发明可在维持整体轻量化的同时具备足够的结构强度，从而获得更高的刚性，而有效地耐受风场中的强劲气流及恶劣环境，且所述叶片主体21及所述补强梁22一体成型的设计不仅能避免由接合处的接缝开始迸裂，也使所述补强梁22能配合所述叶片主体21扭转螺旋延伸的外型，避免采组合式设计而造成装配上的困难、减少模具的数量、并减少后处理加工上的工序，达到降低人力及成本的功效，故确实能达成本发明的目的。

Claims (3)

1.一种垂直轴风力发电机的扇叶结构，其特征在于：所述扇叶结构包含以复合材料制成且围绕界定出螺旋延伸的内部空间的叶片主体，及以复合材料制成且与所述叶片主体一体成型的至少一个补强梁，所述叶片主体具有位于所述内部空间中且面向彼此的两个内表面，所述至少一个补强梁位于所述内部空间中，并包括分别一体连接所述内表面的两个连接部，及连接所述连接部的支承部。

2.根据权利要求1所述垂直轴风力发电机的扇叶结构，其特征在于：所述扇叶结构包含数个补强梁，所述补强梁沿所述内表面的延伸方向间隔排列。

3.根据权利要求1所述垂直轴风力发电机的扇叶结构，其特征在于：所述叶片主体及所述至少一个补强梁是以碳纤维强化聚合物制成。

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