CN1721691A - 轨迹风帆动力产生方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨迹风帆动力产生方法及其装置；其中装置主要包含挡风风叶、连结杆件、惯性离心飞轮座、风向舵、轨迹控制导槽。风向舵利用尾端两叶式导流尾板导流效果使其对风力定向，并恒指向截风面。而其上转盘的轨迹控制导槽在侧风处设计成下引后回复的型式，使连结杆件基座滑动至该处时，先牵引下拉挡风叶片，并因挡风叶片截风面与背风面压力差，而带动惯性离心飞轮座有一转动能量，当连结杆件滑动至回复位置，则牵引原挡风叶片回复至起始状况，新的挡风叶片则再被牵引下拉。如此反复，使得惯性离心飞轮座稳定释放转动能量，转动转轴输出动力。

Description

轨迹风帆动力产生方法及其装置

技术领域

本发明涉及风力发电的方法及其装置，特别是涉及一种利用挡风叶片截风面与背风面压力差，而带动惯性离心飞轮座转动，并由惯性离心飞轮座稳定释放转动能量的轨迹风帆动力产生方法及其装置。

背景技术

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，再通过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。

习用传统运用风力能源的装置，一般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，以撷取风的动能，进而转换成有用的机械能或电能。此型风车叶片则有如下缺点：

1、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。

2、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。

3、叶片或飞球切割风面时，除输出转动扭矩，亦同时有一无效的阻力，对整个结构产生一倾覆力矩；受风过大时，容易倾覆。

4、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。

发明创造内容

本发明的主要目的是提供一种将截风面风力转换成机械能高转换效率的运用风力能源技术的方法及其装置。

本发明的次要目的是提供一种使用安全、安装方便、低工程成本的轨迹风帆动力产生方法及其装置。

本发明的另一目的是提供一种全角度，无需时时追踪风向的轨迹风帆动力产生方法及其装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种轨迹风帆动力产生装置，它包括：一惯性离心飞轮座，垂直固定在转轴上，其通过延伸杆件连接惯性离心飞轮，所述延伸杆件上设置有连结挡风叶片的卡扣；一挡风风叶，由若干个挡风叶片组成；一风向舵，通过一转盘自由旋转于转轴上，其后端设有使其恒指向迎风面的二叶式导流尾板；一轨迹控制导槽，设于风向舵的转盘中，且在侧风处设计成下引后回复的弧度型式；一连结杆件，其基部通过滚轮设置在轨迹控制导槽内滑动，头部则与挡风叶片连接。

上述的轨迹风帆动力产生装置中，所述挡风叶片表面可涂装用以增加空气黏滞力的微细颗粒。

上述的轨迹风帆动力产生装置中，所述惯性离心飞轮外观采用梭体设计，且其内填充重量较大物质。

上述的轨迹风帆动力产生装置中，所述惯性离心飞轮采用圆形外观或者为彼此相连成圆环的。

本发明还提供了一种应用所述轨迹风帆动力产生装置轨的迹风帆动力产生方法，其包括：风向舵指向截风面，而其上转盘的轨迹控制导槽在侧风处设计成下引后回复的型式，使连结杆件基座滑动至该处时，先牵引下拉挡风叶片，并因挡风叶片截风面与背风面压力差，而对惯性离心飞轮座输出转动力矩，当连结杆件滑动至回复位置，则上提原挡风叶片回复至起始状况，新的挡风叶片则再被牵引下拉，如此反复，使得挡风叶片连续对惯性离心飞轮座输出转动力矩；又由于惯性离心飞轮座因其末端具有较重的惯性离心飞轮的离心力作用和飞轮效应，从而以一较稳定速率转动转轴输出动力。

本发明由于采取以上设计，其具有以下优点：

1、本发明改进转轴设置方向，使转轴设置与地面成垂直，可大幅节省工程成本。而风叶由传统的切割风面造成扭矩，改进成一种类风帆的挡风模式。因所运用的气动原理并不相同，除了免除传统风叶切割风面产生推力，必同时相随的阻力；更可大幅提升理论上转换的极限效率。

2、本发明中的风向舵设计，其通过转盘自由旋转设于转轴上，其后端设二叶式导流尾板，使其恒指向迎风面，自动时时追踪风向。位于转盘内的轨迹控制导槽，则在侧风面设计成下引后回复的弧度型式。而连结杆件则连接挡风叶片与轨迹控制导槽，其基部以滚轮设置在轨迹控制导槽内滑动，头部则与挡风叶片连结。当连结杆件基座在轨迹控制导槽处滑动时，挡风叶片成与迎风面平行，以降低风阻。连结杆件基座逐渐滑动至轨迹控制导槽的弧度下引处时，则牵引下拉挡风叶片，使其在截风面截面积逐渐加大，挡风叶片的截风面与背风面压差也渐渐加大。而当挡风叶片完全下拉展开时，正处于与风向成垂直，此时效益也最大。

3、本发明中的惯性离心飞轮座的设计，则是对飞轮效应的实际运用。惯性离心飞轮座末端的惯性离心飞轮，其外观采梭体(或圆形)设计，以符合流线，降低风阻；其内含重量物质，以增加惯性。当风力瞬间变强或变弱时，挡风叶片对惯性离心飞轮座输出的转动力矩，也随之瞬间变强或变弱；惯性离心飞轮座则因其末端具有较重的惯性离心飞轮的离心力作用，使其整体有一飞轮的惯性效应。无形中，转动力矩瞬间变强时，惯性离心飞轮座则储存部分能量；转动力矩瞬间变弱，惯性离心飞轮座则释放部分能量。如此，即可稳定释放转动能量，风力瞬间变强或变弱时，转动速率不致有太大变化。

附图说明

图1为本发明的外观侧视图；

图2为本发明的挡风叶片连接示意图；

图3为本发明的轨迹控制导槽牵制说明图；

图4为本发明的风叶动作俯视示意图。

具体实施方式

为了更好的对本发明的构造、使用及其特征进行说明，兹举一较佳实施例，配合附图详细说明如下：

首先请参阅图1所示，为本发明的外观示意图。转轴5与地面垂直，可下接发电机，受固定于其上的惯性离心飞轮座1转动而同步带动输出。惯性离心飞轮座1每个延伸杆件末端有惯性离心飞轮11，而惯性离心飞轮11则采梭体设计，以降低风阻，其内填充重量较大物质，使其具有较大惯性。当然，惯性离心飞轮也可以设计为其他形状，比如采用圆形外观或者为彼此相连成圆环的

惯性离心飞轮11每个延伸杆件上有卡扣12，挡风叶片21，22，23，24则利用卡扣12和惯性离心飞轮11上的凹孔与惯性离心飞轮座1连结。(如图2所示)

风向舵4以转盘42自由旋转于转轴5上，其后端有二叶式导流尾板41。二叶式导流尾板41的对称二叶尾板可导引分流流经其表面的风力，通过二叶式导流尾板41的导流效应，使风向舵4恒指向截风面，即可时时自动追踪风向。

风向舵转盘42上挖设轨迹控制导槽43，轨迹控制导槽43在侧风处设计成下引后回复的弧度型式。而连结杆件31则连接挡风叶片21与轨迹控制导槽43，其基部以滚轮设置在轨迹控制导槽43内滑动，头部则与挡风叶片21连结。图1中，非工作状态的挡风叶片22，23，24，挡风叶片22，23，24叶面与风吹方向平行，以降低风阻。而连结杆件31基座逐渐滑动至轨迹控制导槽43的弧度下引处时，则牵引下拉相连的挡风叶片21，使其在截风面时截面积逐渐加大，挡风叶片21的截风面与背风面压差也渐渐加大。而当挡风叶片21完全下拉展开时，正处于与风向成垂直，效益也最大。(如图3所示)

当挡风叶片21完全下拉展开时，正处于与风吹方向成垂直，挡风叶片21截风面表面处空气分子速率约等于风速，空气分子流经挡风叶片21截风面表面再流至背风面表面，流动速率逐渐迟缓，造成两面的速率差；也因，挡风叶片21背风面形成紊流的黏滞力，皆造成挡风叶片21对惯性离心飞轮座1有一顺时针的转动力矩。当然，挡风叶片表面可涂装微细颗粒，其可以用以增加空气黏滞力。

当挡风叶片21逐渐往挡风叶片22处转动时，连结杆件31基座也同步往轨迹控制导槽43弧线回复处滑动，逐渐牵引拉相连的挡风叶片21，使其在截风面截面积逐渐减少，以降低风阻。当挡风叶片21转至挡风叶片22处时，将同样使挡风叶片21拉平成与现挡风叶片22叶面相同的同一模式，其与风向平行以降低风阻。同理，挡风叶片24也同步逐渐将叶片下拉至与现挡风叶片21叶面相同的同一模式，其与风向垂直以转换风能。如此，达到风力若持续吹动，则挡风叶片将持续对惯性离心飞轮座1输出转动力矩。(如图4所示)

此时，惯性离心飞轮座1运用飞轮效应。当来自挡风叶片的转动力矩持续输入时，因惯性离心飞轮座1有着较大的转动惯量，无形中，会先将输入的转动能量储存再对转轴5作输出。若当风力瞬间变强或变弱时，挡风风叶对惯性离心飞轮座1输出的转动力矩，也随之瞬间变强或变弱；惯性离心飞轮座1则因其末端具有较重的惯性离心飞轮11的离心力作用和飞轮效应，并未因此同步瞬间变强或变弱，转而以一较稳定的增加速率或减少速率对转轴5作输出。无形中，输入转动力矩瞬间变强时，惯性离心飞轮座1则储存部分能量；输入转动力矩瞬间变弱，惯性离心飞轮座1则释放部分能量。如此，即可稳定释放转动能量，风力瞬间变强或变弱时，转动速率不致有太大变化，也可提高整个装置利用风能转换机械能的有效效率。

本发明还包括应用上述的轨迹风帆动力产生装置产生轨迹风帆动力的方法，其包括：

将风向舵指向截风面，而其上转盘的轨迹控制导槽在侧风处设计成下引后回复的型式，使连结杆件基座滑动至该处时，先牵引下拉挡风叶片，并因挡风叶片截风面与背风面压力差，而对惯性离心飞轮座输出转动力矩，当连结杆件滑动至回复位置，则上提原挡风叶片回复至起始状况，新的挡风叶片则再被牵引下拉，如此反复，使得挡风叶片连续对惯性离心飞轮座输出转动力矩；又由于惯性离心飞轮座因其末端具有较重的惯性离心飞轮的离心力作用和飞轮效应，从而以一较稳定速率转动转轴输出动力。

以上所述，仅为本发明的较佳可行实施例而已，故举凡依据本发明权利要求范围所做的等效变化，理应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1、一种轨迹风帆动力的产生方法，其包括：

将风向舵指向截风面，而其上转盘的轨迹控制导槽在侧风处设计成下引后回复的型式，使连结杆件基座滑动至该处时，先牵引下拉挡风叶片，并因挡风叶片截风面与背风面压力差，而对惯性离心飞轮座输出转动力矩，当连结杆件滑动至回复位置，则上提原挡风叶片回复至起始状况，新的挡风叶片则再被牵引下拉，如此反复，使得挡风叶片连续对惯性离心飞轮座输出转动力矩；又由于惯性离心飞轮座因其末端具有较重的惯性离心飞轮的离心力作用和飞轮效应，从而以一较稳定速率转动转轴输出动力。

2、一种轨迹风帆动力产生装置，其特征在于，它包括：

一惯性离心飞轮座，垂直固定在转轴上，其通过延伸杆件连接惯性离心飞轮，所述延伸杆件上设置有连结挡风叶片的卡扣；

一挡风风叶，由若干个挡风叶片组成；

一风向舵，通过一转盘自由旋转于转轴上，其后端设有使其恒指向迎风面的二叶式导流尾板；

一轨迹控制导槽，设于风向舵的转盘中，且在侧风处设计成下引后回复的弧度型式；

一连结杆件，其基部通过滚轮设置在轨迹控制导槽内滑动，头部则与挡风叶片连接。

3、根据权利要求2所述的轨迹风帆动力产生装置，其特征在于：所述挡风叶片表面可涂装用以增加空气黏滞力的微细颗粒。

4、根据权利要求2所述的轨迹风帆动力产生装置，其特征在于：所述惯性离心飞轮外观采用梭体设计，且其内填充重量较大物质。

5、根据权利要求4所述的轨迹风帆动力产生装置，其特征在于：所述惯性离心飞轮采用圆形外观或者为彼此相连成圆环的。

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