TW201341653A - 風力發電裝置及其垂直軸風車 - Google Patents

Abstract

一種風力發電裝置以及垂直軸風車，其中的垂直軸風車包括葉片組、多個導風板、旋轉軸以及多個延伸板。導風板的一側配置於葉片組的周圍，且另一側往葉片組延伸，導風板用以導引氣流。旋轉軸貫穿葉片組。延伸板連接於導風板未連接葉片組的側邊，並鄰近於葉片組。延伸板與葉片組之間形成導風路徑。氣流自導風路徑流入葉片組，以帶動葉片組轉動。

Description

風力發電裝置及其垂直軸風車

本發明是有關於一種發電裝置，且特別是有關於一種風力發電裝置及其垂直軸風車。

以往，傳統的發電方法有水力發電、火力發電、原子能發電等，但這些有例如因水壩造成之自然破壞、廢氣污染、輻射能等問題。因此，先進國家或短缺石油資源國家，莫不大力發展替代能源，以取代傳統的發電方法。據此，各種天然資源也先後開發出相對應的發電方式，替代能源標榜著無污染、無消耗的特點，舉例來說，風力發電裝置的風車便是透過風力來提供用電之需求。

影響風力發電裝置發電效能的因素非常多，例如風場的穩定與否、機械能轉換過程中的能量損耗等，但其中最主要的因素還是取決於風力發電裝置如何在環境中擷取最多的風能，並將風能有效的轉換成機械能。一般而言，風車之葉片組通常分為水平軸葉片(Horizontal-axis wind turbine,HAWT)及垂直軸葉片(Vertical-axis wind turbine,VAWT)二類，此二者皆可以有效地將風能轉化為機械能，進而將機械能轉換為所需的電能。在二者之中，因水平軸葉片的發展較早，其於市場之佔有率較大，水平軸葉片必需對準迎風面才能擷取到較多的風能。由於季風的風向常隨著季節的轉變而各有不同，並不固定，當風向改變而葉片無法調節改變來對應時，葉片經常受到偏斜風向的推力勉強運轉，容易使葉片因不正常的受力而受傷損壞。相較水平軸葉片，垂直軸風車之葉片因可選擇迎風面之方向，故其具有更為寬廣之應用。然而，垂直軸風車之葉片如有良好設計即能接收四面八方的風能，以提高葉片的轉動速率。但事實上垂直軸風車的葉片有一半順風一半逆風所造成抵消風能的問題，造成不容易擷取到較多的風能，便使得葉片的轉動速率無法提高。因此，垂直軸風車之葉片如何能在環境中擷取最多的風能以提高風力發電的發電效能，是值得研究的課題。

本發明提供一種垂直軸風車，可加速葉片的轉動速率，而提升垂直軸風車的發電效能。

本發明提供一種風力發電裝置，具有良好的發電效能。

本發明提出一種垂直軸風車，包括葉片組、多個導風板、旋轉軸以及多個延伸板。各導風板的一側配置於葉片組的周圍，且另一側配置往葉片組延伸，各導風板用以導引氣流。旋轉軸貫穿葉片組。各延伸板分別連接於各導風板未連接葉片組的側邊，並鄰近於葉片組。各延伸板與葉片組之間形成導風路徑。氣流自導風路徑流入葉片組，以帶動葉片組依據旋轉軸進行轉動。

本發明提出一種風力發電裝置，包括垂直軸風車。垂直軸風車包括葉片組、多個導風板、旋轉軸以及多個延伸板。各導風板的一側配置於葉片組的周圍，且另一側配置往葉片組延伸，各導風板用以導引氣流。旋轉軸貫穿葉片組。各延伸板分別連接於各導風板未連接葉片組的側邊，並鄰近於葉片組。各延伸板與中間中空柱體間，帶動葉片組形成導風路徑。氣流自導風路徑流入葉片組，以帶動葉片組依據旋轉軸進行轉動。

在本發明之一實施例中，上述之延伸板分別自所對應的導風板的未連接葉片組的一側沿葉片組的旋轉方向延伸而成。

在本發明之一實施例中，上述之葉片組包括柱體以及多個葉片。旋轉軸耦接柱體。各葉片配置於柱體的側表面，並突出於柱體的側表面。

在本發明之一實施例中，垂直軸風車更包括第一擋片及第二擋片。第一及第二擋片分別配置於葉片組中相對的第一側以及第二側，且覆蓋葉片組，其中旋轉軸貫穿並與第一及第二擋片相耦接，或透過旋轉軸承相接。

在本發明之一實施例中，上述之延伸板分別位於第一擋片及第二擋片的周圍，且與第一擋片及第二擋片保持一距離。

在本發明之一實施例中，垂直軸風車更包括第一及第二固定板。第一及第二固定板分別配置於各導風板及各延伸板的上下兩側，並且固定各導風板及各延伸板，其中旋轉軸貫穿並固定第一及第二固定板。

基於上述，本發明藉由對風力發電裝置中垂直軸風車的結構設計來加速流進葉片組的氣流，並提升垂直軸風車的葉片的轉動速率，其中延伸板環繞於葉片組的周圍，且與葉片組之間形成狹小的導風路徑。藉此，導風板與葉片中的逆向氣流能夠更快速地流出葉片組，可減低逆風向時對葉片的阻力，以提升葉片組的葉片的轉動速率，進而使風力發電裝置的發電效能良好。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1為本發明一實施例之風力發電裝置的方塊圖。請參閱圖1，本實施例之風力發電裝置50包括垂直軸風車100以及發電模組200，其中發電模組200電性連接垂直軸風車100，並透過垂直軸風車100依據接收風力所產生的機械能來轉換並產生電能以提供用電的需求。

圖2為圖1之垂直軸風車的立體爆炸示意圖。圖3為圖2之垂直軸風車的俯視圖，其中在圖3中省略圖1的第一及第二固定板160、170，以便於描述垂直軸風車100的構件，以下請參照圖1、圖2以及圖3的說明。垂直軸風車100包括旋轉軸110、葉片組120以及多個導風板130，其中，旋轉軸110貫穿葉片組120，葉片組120具有多個葉片122，各導風板130的一側配置於葉片組120的周圍，且另一側往葉片組120延伸。本實施例之導風板130係沿著葉片組120的圓周呈螺旋狀展開，但本發明不限制導風板130排列的方式。在其他實施例中，各導風板130係由葉片組120的中心向外呈放射狀分布。

在本實施例中，導風板130用以導引氣流W進入葉片組120，以帶動葉片組120的葉片122依據旋轉軸110進行轉動，並使風能轉換成機械能，進而透過發電模組102將機械能轉換為所需的電能。

詳細而言，為了要使導風板130導引的氣流W能夠更快速地流入葉片組120，本實施例之垂直軸風車100的葉片組120的周圍增設了多個延伸板140，可使大面積的入風口進入由延伸板140與葉片組120間形成的狹小之導風路俓150，使氣流W的風速加快。各延伸板140分別連接於各導風板130未連接葉片組120的側邊，並鄰近於葉片組120，以使各延伸板140與葉片組120之間保持一段距離，而形成逆向氣流排出路徑151，供葉片122於逆風向時，迅速將逆向氣流自逆向氣流排出路徑151排出。換言之，此舉可降低葉片組120的逆向阻力，使得氣流W能更快地帶動葉片組120的葉片122以旋轉軸110為轉軸轉動，藉以提升葉片組120的葉片122的轉動速率。

本發明對上述之延伸板140連接導風板130的方式並未加以限制。於本實施例中，各延伸板140分別自所對應的導風板130的未連接葉片組120的一側延伸而成。換言之，各延伸板140與各導風板130一體成型的結構。在另一實施例中，各延伸板140與各導風板130也可以不是一體成型的結構，換言之，各延伸板140可藉由黏膠或膠帶貼附的方式，以分別與所對應的導風板130連接。此外，本發明亦對上述之延伸板140自導風板130延伸的形狀並未加以限制。於本實施例中，各延伸板140是呈彎曲狀，具體而言，各延伸板140分別自所對應的導風板130的未連接葉片組120的一側沿葉片組120的旋轉方向延伸而成，也就是各延伸板140的彎曲弧度會依照葉片組120的旋轉方向設計。當然，各延伸板140的彎曲弧度也並非必要與葉片組120的旋轉方向相符，而是可以依據設計者的需求來改變的，此外，各延伸板140也可以是不具彎曲弧度的平板，以分別與葉片組120之間形成導風路徑150。

在本實施例中，垂直軸風車100更包括第一擋片126及第二擋片128。第一擋片126及第二擋片128分別配置於葉片組120中相對的第一側120a以及第二側120b，且覆蓋葉片組120，其中旋轉軸110貫穿各擋片126。藉由在葉片組120的第一側120a以及第二側120b增加第一擋片126及第二擋片128，以避免氣流W從葉片組120的第一側120a以及第二側120b流出，故可確保氣流W自導風路徑150進入葉片組120的葉片122，進而提升氣流W帶動葉片122轉動的可能性。本實施例之旋轉軸110與第一側120a以及第二側120b彼此耦接，故並與第一擋片126及第二擋片128偶接，可增加葉片122的結構強度。另一方面，各延伸板140分別位於第一擋片126及第二擋片128的周圍，且與第一擋片126及/或第二擋片128保持一距離D1。本實施例可隨實際情況與需求而對延伸板140與第一擋片126及第二擋片128的距離D1進行調整。在其他實施例中，第一擋片126及第二擋片128也可以不與各延伸板140有相距的距離D1，而是彼此連接在一起。

此外，垂直軸風車100更包括第一固定板160及第二固定板170。第一及第二固定板160、170分別配置於各導風板130的上下兩側，且覆蓋各導風板130、各延伸板140以及兩擋片126，其中旋轉軸110貫穿第一及第二固定板160、170。藉由在各導風板130的上下兩側增加第一及第二固定板160、170，以避免自導風板130導引的氣流W自其上下兩側流出，故可提升氣流W流進葉片組120的可能性。再者，本實施例之旋轉軸110與第一及第二固定板160、170彼此固定，故第一固定板160及第二固定板170不會與葉片組120一起轉動。同樣地，各導風板130及各延伸板140是固定在第一固定板160及第二固定板170上，故各導風板130及各延伸板140亦可不隨葉片組120一起轉動。

在本實施例中，上述之垂直軸風車100的葉片組120還包括柱體124，其中旋轉軸110耦接柱體124，且柱體124位於旋轉軸110的旋轉軸線R上，在本實施例中，柱體124為空心柱體。於其他實施例中，柱體124亦可透過軸承偶接。各葉片122配置於柱體124的側表面124a，並突出於柱體124的側表面124a。本實施例之葉片122係沿著柱體124的圓周呈螺旋狀展開，但本發明不限制葉片122的排列形式。在其他實施例中，各葉片122係由柱體124的中心向外呈放射狀分布。此外，本實施例之葉片122與導風板130可以設計成相同的排列形式，抑或可以設計成不同的排列形式。

本實施例之葉片122係由柱體124的側表面124a所延伸而成，相較於不是從柱體124的側表面124a所延伸的葉片而言，由柱體124的側表面124a所延伸的葉片122的長度相對較短，也就是葉片122的力臂較短。藉由力臂較短的葉片122，以減少使葉片122繞旋轉軸110產生轉動效果的力矩，使氣流W能夠較輕易地帶動葉片組120的葉片122以旋轉軸110為轉軸轉動，便能提升葉片組120的葉片122的轉動速率，實際作用力的力臂為軸心到葉片122尖端長度。再者，本實施例的葉片組120可隨實際情況與需求而對柱體124的直徑D2進行調整，並搭配葉片122的長度及排列形式。因此，本發明對於葉片組120的結構設計來提升葉片組120的葉片122的轉動速率，以提供較多的風能至風力發電裝置50，而使風力發電裝置50的發電效能良好。

綜上所述，本發明藉由對風力發電裝置中垂直軸風車的結構設計來加速流進葉片組的風力，並提升垂直軸風車的葉片的轉動速率，其中延伸板環繞於葉片組的周圍，且與葉片組之間形成狹小的導風路徑。藉此，導風板與葉片間的逆向氣流能夠更快速地流出葉片組，進而避免降低葉片組的葉片轉動，以提升葉片的轉動速率，進而使風力發電裝置的發電效能良好。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

50．．．風力發電裝置

100．．．垂直軸風車

110．．．旋轉軸

120．．．葉片組

120a．．．葉片組的第一側

120b．．．葉片組的第二側

122．．．葉片

124．．．柱體

124a．．．側表面

126．．．第一擋片

128．．．第二擋片

130．．．導風板

140．．．延伸板

150．．．導風路徑

151．．．逆向氣流排出路徑

160．．．第一固定板

170．．．第二固定板

200．．．發電模組

D1．．．距離

D2．．．直徑

R．．．旋轉軸線

W．．．氣流

圖1為本發明一實施例之垂直軸風車的方塊圖。

圖2為圖1之垂直軸風車的立體爆炸示意圖。

圖3為圖2之垂直軸風車的俯視圖。

100．．．垂直軸風車

110．．．旋轉軸

120．．．葉片組

120a．．．葉片組的第一側

120b．．．葉片組的第二側

122．．．葉片

124．．．柱體

124a．．．側表面

126．．．第一擋片

128．．．第二擋片

130．．．導風板

140．．．延伸板

150．．．導風路徑

160．．．第一固定板

170．．．第二固定板

D1．．．距離

R．．．旋轉軸線

Claims (12)

1. 一種垂直軸風車，包括：一葉片組；多個導風板，各該導風板的一側配置於該葉片組的周圍，且另一側往該葉片組延伸，該些導風板用以導引一氣流；一旋轉軸，貫穿該葉片組；以及多個延伸板，分別連接於各該導風板未連接該葉片組的側邊，並鄰近該葉片組，該些延伸板與該葉片組之間形成一導風路徑，其中該氣流自該導風路徑流入該葉片組，以帶動該葉片組依據該旋轉軸進行轉動。
2. 如申請專利範圍第1項所述之垂直軸風車，其中該些延伸板分別自所對應的該些導風板的未連接該葉片組的一側沿該葉片組的一旋轉方向延伸而成。
3. 如申請專利範圍第1項所述之垂直軸風車，其中該葉片組包括：一柱體，該旋轉軸耦接或透過軸承偶接；以及多個葉片，該些葉片配置於該柱體的側表面，並突出於該柱體的側表面。
4. 如申請專利範圍第1項所述之垂直軸風車，更包括一第一擋片及一第二擋片，該第一及第二擋片分別配置於該葉片組中相對的第一側以及第二側，且覆蓋該葉片組，其中該旋轉軸貫穿並與該第一及該第二擋片相耦接或透過軸承偶接。
5. 如申請專利範圍第4項所述之垂直軸風車，其中該些延伸板分別位於該第一擋片及該第二擋片的周圍，且與該第一擋片及該第二擋片保持一距離。
6. 如申請專利範圍第1項所述之垂直軸風車，更包括一第一及一第二固定板，該第一及該第二固定板分別配置於該些導風板的上下兩側，並且固定該些導風板及該些延伸板，其中該旋轉軸貫穿並固定該第一及該第二固定板。
7. 一種風力發電裝置，包括：一垂直軸風車，該垂直軸風車包括：一葉片組；多個導風板，各該導風板的一側配置於該葉片組的周圍，且另一側往該葉片組延伸，該些導風板用以導引一氣流；一旋轉軸，貫穿該葉片組；以及多個延伸板，分別連接於各該導風板未連接該葉片組的側邊，並鄰近該葉片組，該些延伸板與該葉片組之間形成一導風路徑，其中該氣流自該導風路徑流入該葉片組，以帶動該葉片組依據該旋轉軸進行轉動。
8. 如申請專利範圍第7項所述之風力發電裝置，其中該些延伸板分別自所對應的該些導風板的未連接該葉片組的一側沿該葉片組的一旋轉方向延伸而成。
9. 如申請專利範圍第7項所述之風力發電裝置，其中該葉片組包括：一柱體，該旋轉軸耦接或透過軸承偶接；以及多個葉片，該些葉片配置於該柱體的側表面，並突出於該柱體的側表面。
10. 如申請專利範圍第7項所述之風力發電裝置，其中該垂直軸風車更包括一第一擋片及一第二擋片，該第一及第二擋片分別配置於該葉片組中相對的第一側以及第二側，且覆蓋該葉片組，其中該旋轉軸貫穿並與該第一及該第二擋片相耦接或透過軸承偶接。
11. 如申請專利範圍第10項所述之風力發電裝置，其中該些延伸板分別位於該第一擋片及該第二擋片的周圍，且與該第一擋片及該第二擋片保持一距離。
12. 如申請專利範圍第7項所述之風力發電裝置，其中該垂直軸風車更包括一第一及一第二固定板，該第一及該第二固定板分別配置於該些導風板的上下兩側，並且固定該些導風板及該些延伸板，其中該旋轉軸貫穿並固定該第一及該第二固定板。