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Die Offenbarung bezieht sich auf eine Windturbinenvorrichtung, die auf eine Energieerzeugungsausrüstung angewendet werden kann.
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Bezug nehmend auf
1 beinhaltet eine Windturbinenblattvorrichtung, wie sie in dem
taiwanesischen Patent mit der Nr. M485960 offenbart ist, eine Drehwelle
81 und eine Mehrzahl winkelmäßig voneinander beabstandeter Blattmodule
82. Jedes Blattmodul
82 beinhaltet einen Gitterrahmen
821, der mit der Drehwelle
81 verbunden ist, und eine Mehrzahl von Blättern
822, die bewegbar mit dem Gitterrahmen
821 verbunden sind. Bei Verwendung kann die Drehwelle
81 mit einer drehbaren Aufnahme (nicht gezeigt) einer Windturbine verbunden sein und ein Ruder (nicht gezeigt) kann mit der drehbaren Aufnahme verbunden sein. Wenn der Wind entlang einer Strömungsrichtung bläst, wird das Ruder durch den Wind gedrückt, um eine Drehung der drehbaren Aufnahme anzutreiben, die wiederum die Windturbinenblattvorrichtung antreibt, sich derart zu drehen, dass die Blattmodule
82 quer zu der Strömungsrichtung des Windes sind und dem Wind direkt zugewandt. Da der Wind und die Antriebsdrehung der drehbaren Aufnahme auf die Blattmodule
82 wirken, wird die Windturbinenblattvorrichtung stattdessen angetrieben, sich derart zu drehen, dass die Blattmodule
82 parallel zu der Strömungsrichtung des Windes sind.
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Aus Vorstehendem ist zu erkennen, dass das Ruder und die Blattmodule 82 auf die drehbare Aufnahme einwirken, sich in entgegengesetzte Richtungen zu drehen, so dass das Ruder eine Größe besitzen muss, die derjenigen des Blattmoduls 82 entspricht, um so eine ausreichende Drehkraft bereitzustellen, um die Blattmodule 82 an einer Windposition zu halten. Wenn die Größe jedes Blattmoduls 82 erhöht wird, um so das Drehmoment zu erhöhen, muss auch die Größe des Ruders erhöht werden. Die Materialkosten der Windturbine steigen so.
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Deshalb besteht eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung darin, eine Windturbinenvorrichtung mit reduzierten Materialkosten bereitzustellen.
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Entsprechend beinhaltet eine Windturbinenvorrichtung dieser Offenbarung eine drehbare Aufnahme, die um eine vertikale Achse drehbar ist, und eine Blattanordnung, die an der drehbaren Aufnahme befestigt und zusammen mit derselben drehbar ist. Die Blattanordnung beinhaltet eine Drehwelle und zumindest zwei Blatteinheiten. Die Drehwelle erstreckt sich entlang einer horizontalen Achse quer zu der vertikalen Achse und besitzt einen Drehpunktabschnitt in der Mitte derselben, der drehbar mit der drehbaren Aufnahme verbunden ist, sowie zwei Befestigungsabschnitte, die sich entgegengesetzt und jeweils von zwei gegenüberliegenden Enden des Drehpunktabschnitts entlang der horizontalen Achse erstrecken. Die zumindest zwei Blatteinheiten sind jeweils mit den Befestigungsabschnitten der Drehwelle verbunden. Jede Blatteinheit beinhaltet eine Mehrzahl winkelmäßig voneinander beabstandeter Blattmodule, die die horizontale Achse umgeben. Jedes Blattmodul beinhaltet einen Gitterrahmen, der mit einem entsprechenden der Befestigungsabschnitte verbunden ist, und eine Mehrzahl von Blättern, die mit dem Gitterrahmen verbunden sind. Der Gitterrahmen beinhaltet zumindest zwei tragflächenförmige erste Stäbe, die sich entlang einer axialen Richtung der Drehwelle erstrecken und voneinander entlang einer radialen Richtung der Drehwelle beabstandet sind.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Offenbarung werden in der folgenden detaillierten Beschreibung des Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich werden, in denen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer Windturbinenvorrichtung ist, die in dem
taiwanesischen Patent mit der Nr. M485960 offenbart ist;
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2 eine perspektivische Ansicht einer Windturbinenvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist;
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3 eine vergrößerte unvollständige Teilschnittansicht eines Blattmoduls des Ausführungsbeispiels ist, das sich an einer Oberseite einer Drehwelle aus 1 befindet;
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4 eine schematische Teilschnittseitenansicht einer Blatteinheit des Ausführungsbeispiels ist, die darstellt, wie Blätter von Blattmodulen der Blatteinheit positioniert sind, wenn sie durch den Wind, der entlang einer Strömungsrichtung strömt, gedrückt werden;
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5 eine vergrößerte unvollständige schematische Ansicht von 4 ist;
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6 eine unvollständige perspektivische Ansicht des Ausführungsbeispiels ist, bei der das Blattmodul, das sich an der oberen Seite der Drehwelle befindet, aus Gründen der Klarheit entfernt ist;
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7 eine schematische Draufsicht ist, die das Ausführungsbeispiel zeigt, das der Strömungsrichtung des Windes zugewandt ist; und
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8 eine schematische Draufsicht ist, die eine Blattanordnung des Ausführungsbeispiels darstellt, die durch eine andere Strömungsrichtung des Windes in der Richtung eines Pfeils (A) aus einer Position mit imaginärer Linie in eine Position mit durchgezogener Linie gedreht wird.
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Bezug nehmend auf die 1 bis 8 ist eine Windturbinenvorrichtung 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung so gezeigt, dass diese eine drehbare Aufnahme 1, eine Ruderanordnung 2 und eine Blattanordnung 3 aufweist.
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Die drehbare Aufnahme 1 wird auf einer Befestigungsvorrichtung 9 getragen, die am Boden fixiert ist. Die drehbare Aufnahme 1 ist zu der Befestigungsvorrichtung 9 derart geschwenkt, dass diese sich relativ zu der Befestigungsvorrichtung 9 um eine vertikale Achse (V) drehen kann, die senkrecht zu dem Boden ist.
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Die Ruderanordnung 2 beinhaltet einen Ruderträgerarm 21, der an der drehbaren Aufnahme 1 fixiert ist und sich von derselben nach außen und horizontal erstreckt, und ein Ruder 22, das an einem Ende des Ruderträgerarms 21 angeordnet ist, das distal von der drehbaren Aufnahme 1 ist. Das Ruder 22 ist ausgebildet, um durch den Wind gedrückt zu werden, um eine Drehkraft (R) zu erzeugen, die eine Drehung der drehbaren Aufnahme 1 um die vertikale Achse (V) antreibt.
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Die Blattanordnung 3 ist an der drehbaren Aufnahme 1 befestigt und zusammen mit derselben drehbar und ist ausgebildet, um durch den Wind angetrieben zu werden, sich in einer Drehrichtung (T) zu drehen. Die Blattanordnung 3 beinhaltet eine Drehwelle 31, die sich entlang einer horizontalen Achse (H) quer zu der vertikalen Achse (V) erstreckt, und zwei Blatteinheiten 32, die mit der Drehwelle 31 verbunden sind.
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Die Drehwelle 31 dieses Ausführungsbeispiels ist ein länglicher hohler Stab und weist einen Drehpunktabschnitt 311 in der Mitte derselben, der drehbar mit der drehbaren Aufnahme 1 verbunden ist, sowie zwei Befestigungsabschnitte 312 auf, die sich entgegengesetzt/gegenüber und jeweils von zwei gegenüberliegenden Seiten des Drehpunktabschnitts 311 entlang der horizontalen Achse (H) erstrecken. Die Befestigungsabschnitte 312 sind elastisch relativ zu dem Drehpunktabschnitt 311 biegbar. Da dieses Ausführungsbeispiel auf mittlere und große Energieerzeugungsausrüstung anwendbar ist, ist die Länge der Drehwelle 31 relativ lang, bis zu einigen zehn bis einigen hundert Metern. Im Allgemeinen kann die Drehwelle 31 aus einem Metallmaterial hergestellt sein, ist jedoch nicht darauf eingeschränkt.
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Jede Blatteinheit 32 ist mit einem jeweiligen der Befestigungsabschnitte 312 verbunden und beinhaltet eine Mehrzahl winkelmäßig voneinander beabstandeter Blattmodule 33, die die horizontale Achse (H) umgeben. Jedes Blattmodul 33 erstreckt sich im Wesentlichen in einer radialen Richtung der Drehwelle 31 und beinhaltet einen Gitterrahmen 34, der mit einem entsprechenden der Befestigungsabschnitte 312 verbunden ist, und eine Mehrzahl von Blättern 35, die mit dem Gitterrahmen 34 verbunden sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Anzahl der Blattmodule drei und die Gitterrahmen 34 der Blattmodule 33 sind voneinander um einen Winkel von 120 Grad beabstandet. In der Praxis jedoch könnte die Anzahl der Blattmodule 33 zwei, vier oder mehr als fünf betragen. Ferner könnte die Anzahl der Blatteinheiten 32 vier, sechs oder andere gerade Zahlen betragen und diese sind symmetrisch an den Befestigungsabschnitten 312 angeordnet. Die Anzahl der Blatteinheiten 32 ist nicht auf die vorstehende Offenbarung eingeschränkt.
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Jeder Gitterrahmen 34 beinhaltet eine Mehrzahl tragflächenförmiger erster Stäbe 36, die sich entlang einer Axialrichtung der Drehwelle 31 erstrecken und voneinander entlang der radialen Richtung der Drehwelle 31 beabstandet sind, und eine Mehrzahl zweiter Stäbe 27, die sich entlang der radialen Richtung der Drehwelle 31 erstrecken und voneinander entlang der axialen Richtung der Drehwelle 31 beabstandet sind. Die ersten und die zweiten Stäbe 36, 37 schneiden einander und wirken miteinander zusammen, um eine Mehrzahl von Räumen 38 zu definieren, die in einer Matrix angeordnet sind.
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Jeder tragflächenförmige erste Stab 36 weist einen Querschnitt auf, der ein inneres Ende 362 und ein äußeres Ende 363 beinhaltet, die voneinander entlang der radialen Richtung der Drehwelle 31 beabstandet sind, sowie eine gerade Seite 364, die sich von dem inneren Ende 362 in einer geraden Linie zu dem äußeren Ende 363 erstreckt, und eine gekrümmte Seite 365, die sich von dem inneren Ende 362 in einer gekrümmten Linie zu dem äußeren Ende 363 erstreckt und in Richtung der Drehrichtung (T) vorsteht. Die gekrümmte Seite 365 weist einen äußeren gekrümmten Abschnitt 366, der sich allmählich und gekrümmt von dem äußeren Ende 363 zu einem Wendepunkt 367 erstreckt, und einen inneren gekrümmten Abschnitt 368 auf, der sich allmählich und gekrümmt von dem Wendepunkt 367 zu dem inneren Ende 362 erstreckt. Der Wendepunkt 367 ist distal von der geraden Seite 364. Der innere gekrümmte Abschnitt 368 besitzt eine Länge (L1), die sich entlang der radialen Richtung erstreckt, die länger ist als die Länge (L2) des äußeren gekrümmten Abschnitts 366.
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Die Blätter 35 entsprechen jeweils den Räumen 38. Jedes Blatt 35 weist ein Verbindungsende 351, das mit einem entsprechenden der ersten Stäbe 36 verbunden ist, das distal von der Drehwelle 31 ist, und ein freies Ende 352 gegenüber von dem Verbindungsende 351 auf, das der Drehwelle 31 nah ist. Jedes Blatt 35 ist relativ zu dem Gitterrahmen 34 zwischen einer geschlossenen Position, in der das Blatt 35 den jeweiligen Raum 38 bedeckt und das freie Ende 352 desselben an einen benachbarten ersten Stab 36 angrenzt, der nahe an der Drehwelle 31 ist, und einer offenen Position bewegbar, in der das freie Ende 352 des Blatts 35 von dem benachbarten ersten Stab 36 wegbewegt ist und dabei den jeweiligen Raum 38 freilegt.
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Da die Strukturen der beiden Blatteinheiten 32, die mit den jeweiligen Befestigungsabschnitten 312 der Drehwelle 31 verbunden sind, identisch sind, wird im Folgenden nur eine der Blatteinheiten 32 beschrieben. Bezug nehmend auf die 2, 4 und 5 sind bei Verwendung die beiden Blattmodule 33, die sich auf einer unteren Seite der Drehwelle 31 befinden, an einer Seite gegen den Wind der Windturbinenvorrichtung 100 positioniert, während das Blattmodul 33, das sich auf einer oberen Seite der Drehwelle 31 befindet, auf einer Seite mit dem Wind der Windturbinenvorrichtung 100 positioniert ist. Wenn das obere Blattmodul 33 durch den Wind, der entlang einer Strömungsrichtung (F1) strömt, gedrückt wird, werden die Blätter 35 desselben so geblasen, dass sie an den Gitterrahmen 34 angrenzen, um so die Blätter 35 in der geschlossenen Position zu platzieren, die die jeweiligen Räume 38 bedecken. Die Blätter 35 des oberen Blattmoduls 33 definieren zusammenwirkend eine Seite gegen den Wind des oberen Blattmoduls 33. Wenn die freien Enden 352 der Blätter 35 der beiden unteren Blattmodule 33 durch den Wind gedrückt werden, werden diese von den entsprechenden benachbarten ersten Stäben 36 wegbewegt, die nahe an der Drehwelle 31 sind, um die Blätter 35 der unteren Blattmodule 33 in der offenen Position zu platzieren und die jeweiligen Räume 38 freizulegen, so dass der Wind durch die Räume 38 der unteren Blattmodule 33 strömen kann. Durch die Zusammenwirkung der offenen und geschlossenen Position der Blätter 35 der Blattmodule 33 kann ein hohes Drehmoment erzeugt werden, so dass die Blattmodule 33 der Blatteinheiten 32 zusammen mit der Drehwelle 31 in der Drehrichtung (T) gedreht werden können.
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Es wird darauf hingewiesen, dass, wenn der Wind sich an den tragflächenförmigen ersten Stäben 36 des Blattmoduls 33, das an einer spezifischen Position angeordnet ist, vorbeibewegt, die tragflächenförmigen ersten Stäbe 36 Ablenkkräfte (P) erzeugen können, die einen entsprechenden der Befestigungsabschnitte 312 der Drehwelle 31 ablenken, sich in einer Richtung entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung (F1) zu bewegen. Bezug nehmend auf die 4 und 5 kann, wenn die Blätter 35 des Blattmoduls 33, das sich an einer unteren linken Position befindet, durch den Wind geblasen werden, sich in die offene Position zu bewegen, durch den Strukturentwurf der tragflächenförmigen ersten Stäbe 36 der Wind, der sich an den gekrümmten Seiten 365 der tragflächenförmigen ersten Stäbe 36 vorbei bewegt, schneller strömen und der Wind, der sich an der geraden Seite 364 des tragflächenförmigen ersten Stabs 36 vorbei bewegt, kann langsamer strömen. Gemäß dem Prinzip von Bernoulli sinkt mit steigender Windgeschwindigkeit der Druck desselben. So können die tragflächenförmigen ersten Stäbe 36 Ablenkkräfte (P) entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung (F1) erzeugen.
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Bezug nehmend auf die 6 und 7 treiben, wenn die tragflächenförmigen ersten Stäbe 36 der beiden unteren Blattmodule 33 der Blatteinheiten 32 die Ablenkkräfte (P) erzeugen, diese die Befestigungsabschnitte 312 der Drehwelle 31 an, sich relativ zu dem Drehpunktabschnitt 311 in der Richtung entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung (F1) zu biegen, so dass die Drehwelle 31 gekrümmt ist und die Blatteinheiten 32 stabil in einer Windposition gehalten werden.
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Bezug nehmend auf 8 wird, wenn die Richtung des Windes von der Strömungsrichtung (F1) zu der Strömungsrichtung (F2) dreht, das Ruder 22 durch den Wind gedrückt und erzeugt eine Drehkraft (R), die eine Drehung der drehbaren Aufnahme 1 antreibt, die wiederum die Blattanordnung 3 antreibt, sich in die Windposition zu drehen. Die Blattanordnung 3 wird in der Richtung eines Pfeils (A) aus einer Position einer imaginären Linie in eine Position mit durchgezogener Linie gedreht. Nach der Drehung der Blattanordnung 3 weisen die Blattmodule 33 eine erhöhte Kontaktfläche mit dem Wind auf und sind einer Widerstandskraft ausgesetzt, die zu der Drehkraft (R) entgegengesetzt ist. Die tragflächenförmigen ersten Stäbe 36 jedes unteren Blattmoduls 33 weisen außerdem eine erhöhte Kontaktfläche mit dem Wind auf und erzeugen Ablenkkräfte (P) entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung (F2). Die Drehkraft (R) wird durch die Ablenkkräfte (P) unterstützt, um die Widerstandskraft zu überwinden, die durch den Wind bewirkt wird, um so die drehbare Aufnahme 1 zu drehen, die wiederum die Blattanordnung 3 antreibt, sich in die Windposition zu drehen, wie in 8 in durchgezogenen Linien gezeigt ist.
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Zusätzlich beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel die Anzahl der tragflächenförmigen ersten Stäbe 36 des Gitterrahmens 34 jedes Blattmoduls 33 vier. In der Praxis könnte die Anzahl der tragflächenförmigen ersten Stäbe 36 zwei, fünf, usw. betragen und ist nicht auf die vorstehende Offenbarung eingeschränkt.
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Zusammenfassend können durch den Strukturentwurf der tragflächenförmigen ersten Stäbe 36 die ersten Stäbe 36, wenn sich der Wind an den tragflächenförmigen ersten Stäben 36 vorbeibewegt, Ablenkkräfte (P) entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung (F1) erzeugen. Hierdurch kann die Drehkraft (R), die durch das Ruder 22 bereitgestellt wird, reduziert werden. Ferner kann durch die Koordination der Drehkraft (R) und der Ablenkkräfte (P) die Blattanordnung 3 in die Windposition gedreht werden. So kann die Größe des Ruders 22 minimiert werden, um Materialkosten der Windturbinenvorrichtung 100 dieser Offenbarung einzusparen.
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Ferner könnten die Längen der tragflächenförmigen ersten Stäbe 36 gemäß der Größe des Blattmoduls 33 eingestellt werden. So nehmen, wenn die Größe des Blattmoduls 33 erhöht wird, um das Drehmoment zu verbessern, die Längen der tragflächenförmigen ersten Stäbe 36 auch zu, um größere Ablenkkräfte bereitzustellen, um die Drehkraft des Ruders 22 zu unterstützen. So können die Materialkosten, die erforderlich sind, um die Größe des Ruders 22 zu erhöhen, reduziert werden. Die Aufgabe der Windturbinenvorrichtung 100 dieser Offenbarung kann so tatsächlich gelöst werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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