TW514699B - Wind turbine apparatus - Google Patents

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514699 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（1 ) 發 明 之 領 域· 本 發 明 係 有 m 於 一 種 可 K 產 生 電 能 之 風 力 宇冊 機 〇 更 特 別 的 9 本 發 m 係 有 m 於 一 種 風 輪 TTtTj 機 9 其 具 有 ___* 轉 子 Μ 及 複 數 個 環 繞 該 轉 放 置 之 固 定 定 子 〇 背 景 習 知 技 術 先 前 已 提 出 多 種 風 車 與 風 輪 機 im « 器 設 計 Μ 供 使 用 將 風 能 轉 換 成 為 電 能 〇 該 種 形 式 之 m 器 9 應 用 複 數 個 繞 著 一 水 平 軸 線 旋 轉 之 外 露. 的 m 片 > 且 亦 已 商 業 性 地 使 用 於 多 種 不 同 之 場 地 中 〇 但 是 因 Μ 該 種 機 器 缺 乏 充 分 之 結 構 完 整 性 故 不 能 在 高 風 速 絛 件 下 安 全 地 操 作 〇 此 外 ， 對 任 何 飛 入 該 旋 轉 葉 片 路 徑 内 之 鳥 痛 而 — , 該 種 機 器 係 致 命 的 〇 先 前 揭 示 之 風 輪 機 典 型 地 使 用 可 繞 著 一 垂 直 軸 線 旋 轉 之 轉 子 〇 該 轉 子 —-" 般 包 含 複 數 個 葉 片 0 複 數 個 固 定 風 轉 向 機 構 或 導 風 葉 片 均 被 置 於 I5S m 繞 i·备 m 轉 子 > Μ 儸 曲 空 氣 朝 1¾ 轉 子 葉 片 〇 典 型 之 風 轉 向 機 構 均 大 致 為 平 面 或 些 微 彎 曲 之 裝 置 苴 均 為 垂 直 地 疋 向 且 均 被 置 於 環 繞 該 轉 子 之 周 邊 〇 一 種 7C 前 r' 知 之 典 型 風 輪 m 裝 置 之 變 化 9 係 說 明 於 美 國 專 利 號 碼 5, 39 1， 9 2 6 中、 >該裝置需要使用被動固定葉片 ， 該 葉 片 具 有 相 對 應 且 對 置 之 雙 曲 面 0 如 示 於 該 專 利 中 之 裝 置 > 亦 使 用 二 倍 於 該 轉 子 葉 片 之 數 量 之 固 定 葉 片 〇 該 固 定 葉 Η 之 雙 曲 面 引 致 不 需 要 之 空 氣 擾 流 9 因 而 先 天 性 地 限 制 該 裝 置 之 效 率 0 迄 今 5 仍 未 提 供 種 具 有 由 本 發 明 所 提 供 之 特 徵 與 優 點 之 風 輪 機 裝 置 0 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 一 4 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項

t 514699 A7 _B7_ 五、發明說明（2 ) 發明之概要說明 依據本發明，提供一種風輪機裝置，其可非常有效地將 風能轉換成為電能。該裝置之較佳具體例中包括了： (a ) —可旋轉中央軸構件； (b )複數個轉子葉片，每一轉子葉片均具有內緣與外緣 ;其中，該內緣係附接至該軸構件； (c〉複數個環繞該轉子葉片之周邊間隔開之翼型，其中 ，每一該翼型具有一凸面橫剖面，且一橫剖面之長寬比係 在大約8 - 1 2 : 1之範圍内； 且其中，轉子葉片之數量與該翼型之數量的比，係至少 為 1 ♦ 2 5 : 1 〇 子葉片之獨特形態與配置，可提供 翼型且向著該轉子葉片表面之平順 係為全方向的，因此，無論該風之 施加至該轉子。該裝置即使在非常 完全地作用。其可非常有效率地將 關於該轉子葉片之定向，係使得當 離開且打擊在一轉子葉片之該空氣 約20至90度之範圍内。 字塔底座，Μ供支撐該風輪機裝置 、控制：系統、蓄電池等。該底座具 表面流向上地朝向該轉子。如此可 的结果。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項

t 關於該轉 流通過該 丄士 Η十 HXI °联装罝 可將風能 中，亦可 能0 一翼型相 ，自翼型 係在自大 供一種金 該發電機 Μ供導引 額外效率 型之相 最小擾 之移動 何，均 之絛件 換為電 的，每 旋轉時 角度， 明亦提 Μ圍繞 之壁， 裝置之 該翼 空氣K 且有效 方向為 高風達 風能轉 較佳 中央軸 的衝擊 本發 ，及用 月]頃承斗 造成該 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5 514699 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _B7_五、發明說明（3 ) 於另一相態中，本發明提供獨特形狀之轉子葉片，其中 ，每一葉片之外緣包含了自該轉子之旋轉方向彎曲離開之 --部份。此一特黴可加強該轉子葉片之較良好地固持該風 及將風能轉換成為電能之能力。 於再另一本發明之相態中，可使用多數之水平地角撐板 來加強該轉子及改良其結構整體性（特別是在高風速之條 件下）。 風輪機裝置之尺寸例如其直徑可自大約1 . 5至48英呎的 範圍內變化，且其高度可自大約1 . 5至24英呎之範圍內變 化0 亦可能將本發明之一風輪機裝置堆疊在另一風輪機之頂 部上，Μ使獲致增加之能量轉換。於該種情況中，二堆疊 單位之中央軸係互相地聯結。 為了防止鳥類或入類受傷*該裝置之周邊可以金屬絲網 覆蓋。如此並不會干涉到該裝置之作業或效率。該網亦減 少該裝置遭到破壌之機會。 經由被罩於該裝置之底座內的一發電機，該裝置在將風 能轉換成為電能係具有高效率的。通過該轉子之風的多至 92至94¾能量，被轉換成為糜加至發電器之旋轉杻矩。產 生之電能可饋入一既存之電檷極、或供貯存用之蓄電池、 或直接地進入一專用或封閉電：系統中。 由下列之詳細說明，可更清楚了解本發明之其他特色。 圏式之簡要說明 請 先 閱 讀 背 面~ 之 注 t U 事 項

f 訂 線 本發明於後將參照所附圖式更詳细地說明本發明，其中 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 6 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 514699 A7 _B7_ 五、發明說明（4 ) ，在數涸鼷式中之相同參考字母係代表相同之構成部份， 旦其中： _ 1係局部剖_之前視圖，顯示本發明之風輪機裝置之 -一具體例； _2係一轉子之一具體例之頂視圖，該轉子在本發明之 該裝置中係很有用； 圓2 A係一頂視圖，顯示供使用在本發明中之一較佳轉子 上之葉片之一·； 圖3係沿著線3 - 3所取得之示於圓2中之該轉子之一剖視 _ » 薩4係本發明之一風輪機裝置之一具體例的頂視圆； 圖4 Α係為較佳翼型設計之橫旬面圏； 圖5係在本發明中很有用之轉子的另一具體例之頂視圓； 圖6係在本發明中很有用之一控制：系統之正視圓； 圖7儀一配線圓，該配線圖在控制自本發明之一風輪機 裝置輸出電能係很有用的；及 圖8儀一立體圖$顯示本發明之風輪機裝置之另一具體 例。 發明之詳麵說明 在所附圖式中，顯示本發明之風輪機裝置1 0之一具體例 ，其包括一可轉動轉子1 2，及複數個環繞該轉子1 2之周邊 放置之固定或定位的翼型14。較佳的，一頂板10B係固定 至該翼型之頂端，及一底板10A係固定至翼型之底端Μ改 良结構強度5旦強迫進入該裝置之表面流（w i η d e υ r r e Τ) t) 推向該轉子葉H。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） 一 7 一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

514699 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明< 5 ) 該 轉 子 包 含 複 數 個 e 一 中 央 軸 13向 外 地幅 射之葉片1 1 0 轉 子 葉 Η 均 較 佳 的 全 部 為 相 同 尺 寸 及 形 態， 且均等距地 環 繞 該 中 央 輸 間 隔 開 0 該 葉 片 之 較 佳 形 狀 係如 示於圓2中< ) 沿 著 每 一 葉 片 之 外 緣 之 部 份 11 A， 係自該轉子之旋轉方向 傾 斜 地 離 開 (例如 大約1 5至80度） 〇 該 葉片 在被表面流 作 用 之 側 面 上 均 AJU 凹 面 的 〇 該 傾 斜 外 緣 11 A可協肋Μ較久地 固 持 該 移 動 表 面 流 於 該 葉 片 上 9 因 此 更多 的風能可被 該 葉 片 所 捕 捉 〇 每 一 轉 子 葉 片 之 較 佳 橫 剖 面 形 狀 係 示 於圖 2 Α中。該葉 片 之 曲 率 半 倥 R . C , 係 使 得 空 氣 被 固 持 在 葉 片之 表面上足夠 久 的 時 間 9 Μ 獲 致 取 大 推 力 〇 太 小 之 曲 率 (即為，較平坦葉 片 )不會固持該空氣於葉片之表面上足夠久的時間。太大 之 曲 率 具 有 白 該 表 面 阻 礙 一 部 份 之 氣 流 的傾 向，且因此 降 低 該 率冊 機 之 效 率 〇 較 佳 的 9 每 · 轉 子 葉 片之 曲率係示於 圓 2 A中 所 界 定 的 大 約 65 度 〇 較 佳 的 9 每 一 轉 子 葉 片 之 外 緣 Ϊ 1 A係自該轉子中央軸之 旋 轉 向 彎 曲 或 傾 斜 地 離 開 〇 較 佳 的 由外 緣部份UA所 界 定 之 角 度 C係大約3 0度、 5外緣部份1 1 A 之寬 度係大約在 2 至 6英时之範圍內、 >如果該部份1 Η Λ I A 之 寬 度太 大，增加在 葉 片 上 之 擾 流 且 -ttrr 俱 害 效 率 〇 如 果 該 寬 度 太 小， 減少了所需 要 之 將 氣 流 固 持 在 葉 片 上 之 保 持 效 果 ， 且 減少 了效率。 翼 型 之 較 佳 形 狀 與 配 置 係 示 於 圏 4與4 A中、 >該翼型係雙 凸 面 之 橫 剖 面 且 具 有 一 m 形 內 緣 1 4 A < 3夕卜緣1 4 B係圓的。 較 佳 的 每 — 翼 型 之 對 置 側 邊 5 相 m 於 翼 型之 中線均為對 稱 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 一 8 請 先 閱 讀 背 © 之 注 意 事 項

訂 514699 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _B7_五、發明說明（6 ) 垴形狀。此一形狀可提供比平坦、翬曲面或雙曲面導向葉 Η、或其他之在此領域內所先前建議之定子葉片所能提供 之更平顒且更有效之氣流。翼型之較佳橫剖面形狀係如圖 4 Α所示。依據本發明之測試已顯示，在該翼型之長度及厚 度或寬度與整體之輪機功效係有直接之關係。L對W之較佳 比例係在大約8 -1 2 : 1的範圍内，Μ維持氣流之最大效率 ，且具有最小之負擾流及後緣分離。較低之L : W之比產生 一更多之反梯度（較高程度之後緣分離，及被增加之反擾 流）。 如示於圏4，每一翼型係較佳的被放置Μ使在翼型與鄰 近之轉子葉片之間的角度Β係在大約10至45度之範圍內（較 佳為20至30度）。翼型之設計與配置可防止表面流衝擊該 轉子葉片之背側（其會造成減慢該轉子及減少效率之傾向） 。而且，翼型之配置將氣流自該葉Η之中央向外導引至每 一轉子葉片上，Μ使將風之能量強化至最大。當使用六翼 型時，被界定在鄰近翼型之間的角度係6 0度。 翼型之數量相對於轉子葉片之數量係非常重要。已發琨 轉子葉片之數量與翼型之數量的比，忍須至少為1.25: 1( 且可大至2 : 1)。當該比係少於前逑的時，將風能轉換至 電能之效率係重大地減少。較佳的，在該裝置中應用至少 7轉子葉片及至少5翼型。更佳的，具有8至1 2轉子葉片及6 至8翼型。 當轉子葉片之數量係相等於或少於翼型之數量，轉子葉 片在低風逮中具有遲滯或躲«在翼型之後方的傾向，且該 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 再

頁I 訂 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 9 一 514699 A7 B7 五、發明說明（7 ) 裝置不會像當轉子*片之數量超過翼型之數量時一樣有效 地操作。經由使用8轉子葉片及6翼型，轉子Γριπ增加20至 251。當轉子葉片之數量超過2: 1之比，對較高風速之新 氣流會造成阻力，因而減少靡加至轉子之能量。 本發明之風輪機裝置可被製成任何所需之尺寸。如果需 要，該裝置可具有自大約1 . 5英呎至48英呎或更大之直徑 。如果需要，該高度亦可例如自大約1英呎至3 0英呎或更 大之間變化。其亦可能將一該種裝置堆疊在另一之頂部上 (例如，如示於画8，該二簞位之中央軸係互相地連接）。 其亦可能將在頂部單位上之翼型自該底部單位之翼型偏移 ，Μ使自該二轉子至中央軸獲致更均一之轉矩應用。 本發明之另一特&，係提供環繞著該翼型組件之全體周 邊之金屬綠網1 8或《網。此亦示於圖8中。該金屬綠網可 防止鳥類與人類故意地或非故意地進入該裝置內，鳥類與 人類在該裝置內會被旋轉之轉子所傷，或該轉子本身會受 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 li 本 頁 訂 內於 置示 裝係 該式 入型 進佳 物較 廢 之 及置 圾裝 垃機 止輪 防 風 可 之 亦能 0 電 絲生 屬產 金能 。 風 壞自 損供 至 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 撐 支 入 進 且 側 水 四 一 有達 具到 6 h 11 - 物向b 繞而 10圍置 座該斜 底。或 該 內斜 過16傾 通鞠地 伸繞內 延圍向 13或板 軸 罩地 央 外 一 中 之 自 之 上係 子 其 壁 轉於側 該 置該 。 裝 ， 中 該壁 動件 蓮條 地與 上 置 向位 之 之 子 備 轉設 該據 向依 朝 , 流度 面角 表 之 助板 協地 可該 壁M 斜 顯 傾 相 該壁 ο 側 板 一 頂每 平 。 範由 之 經 度係 80端 至 末 20低 約較 大之 在軸 係央 而 中 為 佳10 較 ο (¢撓 內 可 度 ο 6 至 至 接 連 器 合 If a 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 514699 A7 B7 五、發明說明（8 ) 齒輪箱22 I、 或維護該裝 一固定位置 來自該齒 機2 0。控制 用Μ貯存電 性能測定Μ 條件下之安 發電機速率 、風速、線 突波。示於 於美國專利 考。 較佳的包含一數式制動器1 5 置之任何時候，供做為減慢 中之目的之用。 輪箱之輸出_係Κ 一可撓耦 單位23控制該輪機至例如為 能之蓄電池：系統之互連。控 供操作者評估之用，且其亦 全_閉ϋ至該控制：系統之輸 、發電機電流、發電機溫度 路諧波、全故障絛件，過量 圏6與7中之控制系統係可商 第 5，079,494與 5 , 2 5 6，949號 ，以使當需要維修 該中央軸且鎖定在 合器聯结至一發電 該公用檷極，或至 制：系統亦提供系統 提供在正常與缺陷 入為：軸之rpm、 、振動、線路電壓 電壓、及公用線路 業獲致的，且均逑 中，於此將配合參 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 ¥ 賣 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明之風輪機裝置在多種工業與應用中係均為有用的 ，例如為發送器位置、建築物（例如，辦公大褸、或休聞 小屋、或住家），遙遶村莊、石油平台、牧場與農莊、航 空器（例如，提供液壓条統及控制表面用之緊急能源）、休 閭車輛、商用卡車、船務、遊艇等。 本發明之裝置係全功能的，即使在非常高之風速情況下 ，亦可用Μ產生電能。此外，該裝置即使在低風速（例如 ，每小時8英哩）下亦可產生電能。 該裝置一般係被提供為一垂直軸線單位，如果需要，該 裝置亦可供使用為一水平軸線單位。例如，在水（水的）及 地下的（s u b - t e r r a n e a η )之應用中，較佳的，被使用為一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -1 514699 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明ί

A7 B7 水平 軸 線 單 位 〇 於 本 發 明 之 另 一 種 變 在鄰 近 轉 子 葉 片 之 間 的 含如 示 於 圖 5之開口 17Α 之傾 斜 壁 向 上 地 導 引 至 昇該 轉 子 〇 角 撐 板 均 直 如 於 此 所 示 之 角 撐 板 保持 該 轉 子 之 結 構 完 整 構上 不 足 Μ 供 使 用 在 每 元件 編 號 之 說 明 10 風 輪 職 裝 置 10A 底 板 10B 頂 板 11 葉 片 11 A 外 緣 12 轉 子 13 中 央 軸 14 翼 型 14A 内 緣 14B 外 緣 15 盤 式 制 動 器 16 外 罩 或 圍 繞 物 17 角 撐 板 17A 開 □ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

本紙張又度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 12 - 修正頁 514699 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 __0Cu>rf 五、發明説明（' 一 18 金屬絲網 20 發電機 22 齒輪箱 23 控制單位 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -13 - 修正頁 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. 514699 A8 B8 C8 D8 修正7項’ **·、*^·^;τ: I 六、申請專利範圍 1. 一種風輪機裝置，包括： (a) —可旋轉中央軸構件； (b) 複數個轉子葉片，每一轉子葉片均具有內緣與外緣 ;其中，該内緣係附接至該軸構件； (c) 複數個環繞該轉子葉片之周邊間隔開之翼型，其中 ，每一該翼型具有一凸面橫剖面，且一橫剖面之長寬比係 在8-12: 1之範圍內； 且其中，轉子葉片之數量與該翼型之數量的比，係至少 為1 , 2 5比1。 如申請專利範圍第1項之風輪機裝置，其中，每一該 翼型包括一內緣及一外緣；其中，該内緣係錐形的；且其 中，該外緣係圓形的。 3. 如申請專利範圍第1項之風輪機裝置，其中，該轉子 之直徑係在12英吋至24英呎之範圍內。 4. 如申請專利範圍第2項之風輪機裝置，其中，該翼型 之該内緣與該外緣之距離係在1至12英呎之範圍內。 5. 如申請專利範圍第1項之風輪機裝置，其中，該轉子 葉片與該翼型之高度係在1至24英呎之範圍內。 6. 如申請專利範圍第1項之風輪機裝置，其中，每一該 轉子葉片之該外緣係自該中央軸構件之旋轉方向傾斜地離 開。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -I 訂---------線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1