TWI431193B - 風力發電機之葉片結合結構及其成型方法 - Google Patents

Description

風力發電機之葉片結合結構及其成型方法

本發明係有關於風力發電機，特別是指一種垂直風力發電機用之葉片成型方法及其結合結構。

由於地表空氣受熱後之空氣流動後所形成之風向、風力並不穩定，因此在風力發電機組之技術發展上，遂有諸多之習用技術被公開揭露，而其中，轉軸與風力風向呈垂直狀態之垂直軸式風力發電機，由於並不需隨著風向之改變而變更風力發電機之迎風方向，是以，垂直軸式風力發電機即無庸如水平軸式風力發電機般，將用以追風之轉向構件列為必要技術，而可使整體機組之構成較為精簡；惟，無論係水平軸式或垂直軸式風力發電機，為獲得較大之風力發電效能，使葉片之設計朝向重量輕量化之方向發展。

為了降低葉片之重量，習用技術即以高分子複合材料為原料，透過模製一體成型出巨型之葉片，進一步來說，複合材料通常係以如環氧樹脂等高分子物為基材，將以如碳纖維、玻璃纖維等強化材予以包覆後成型，據以透過強化材提供強度及剛性，並藉由基材將負荷分散傳遞至強化材，形成對強化材之側向支撐，以及阻隔強化材與外界間之接觸，達到保護強化材之效果以及輕量化葉片重量之目的。

如第1圖所示，前述葉片11與風力發電機10轉軸12的接合結構，主要是透過適當數量的桿狀連接件13，一端131與該轉軸12鎖固，另端132彎折貼合於該葉片11壁面，以一螺鎖件14穿設該連接件13而鎖固於該葉片11壁面；藉此，當葉片11受氣流帶動而旋動時，該轉軸12即為該連接件13連動樞轉產生電力；然而，前述葉片11為符合流體力學以及結構輕之目的而呈中空片狀結構，加上該風力發電機10轉動同時即施予各該葉片11一離心力，造成該葉片11與該連接件13鎖固之壁面由於厚度薄，於抵抗該離心力時明顯結構強度不足，極容易於葉片11與連接件13鎖固接合處產生破碎斷裂之情事，故有改良的必要。

有鑑於上述習用之使用問題，本案發明人認為有必要加以設計能有效負荷離心力，同時具有結構輕量化之葉片結合結構及其成型方法。

本發明之主要目的在於提供一種風力發電機之葉片結合結構，係一風力發電機具有一垂直設置的轉軸以及複數片安裝在該轉軸圓周方向的垂直葉片，各該葉片與該轉軸之間具有二連接件固接，其中，該葉片結合結構包括：該轉軸，於鄰近端部處設有一結合部；各該連接件，具有兩端，一端成形有一組接部與該結合部固接，另端成形有一接合部；各該葉片，係呈中空翼片結構，各該葉片內部設有一肋部；令該葉片鄰近垂直兩端處與二連接件之該接合部接合；至少一接合件，各該接合件具有一垂直段及一水平段；令各該接合件設於該葉片與該連接件之接合處，該垂直段靠設於該葉片，該水平段靠設於該連接件；一固接單元，係繞設包覆於該接合件垂直段與該葉片以及該接合件水平段與該連接件，令該葉片與該連接件固接結合。

本發明之另一目的在於提供一種風力發電機之葉片成型方法，該方法步驟包括：

(a)材料置入步驟，係於一上模及一下模之模穴底部置入多層預浸複合材料層；

(b)塑型件置入步驟，係於該上、下模之間置入數個外部預先設有一預浸材料層之塑型件；

(c)合模步驟，係將該塑型件容置於該上、下模之間進行合模，該上、下模之模底預浸複合材料層與該塑型件之預浸材料層接觸貼合，令該多層預浸複合材料層與該預浸材料層為該上模、該下模及該塑型件擠壓成型一葉片半成品；

(d)固化成型步驟，係對該上模及該下模加熱，令該葉片半成品於模穴內受熱固化後，取出該塑型件即成型一葉片成品。

藉使，透過該接合件與該固接單元，無須破壞葉片整體結構，即得於該葉片與該連接件接合處形成具有高結構強度之葉片結合結構，此外，該葉片成型方方中，透過於上、下模間置入塑型件形成具有一體成型肋部之中空翼片結構，令該葉片具有輕量化之優點，同時具有肋部增加該葉片整體的結構強度，達到有效避免風力發電機運轉時的離心力造成葉片自該連接件脫離而損毀之情況。

為使貴審查委員對本發明之目的、特徵及功效能夠有更進一步之瞭解與認識，以下茲請配合【圖式簡單說明】詳述如后：首先，請以第2圖配合第3至5圖觀之，本發明所提供一種風力發電機之葉片結合結構的較佳實施例，其係一風力發電機具有一轉軸20以及複數片安裝在該轉軸20圓周方向的葉片40，各該葉片40與該轉軸20之間具有二連接件30固接，該葉片結合結構係於該葉片40與各該連接件30相接處設有至少一接合件50及一固接單元60，其中：該轉軸20，係呈垂直設置而於鄰近兩端處，各設有一結合部21；於本實施例中，該結合部21係為該轉軸20穿設固定之圓盤結構，且該轉軸20具有一動力源22驅動其帶動該二結合部21旋轉；各該連接件30，係呈符合流體力學之中空翼片結構，沿其長邊具有兩端，一端成形有一組接部31，另端成形有一接合部32，令該連接件30之該組接部31與該轉軸20之該結合部21固接；於本實施例中，該連接件30之該組接部31成形為矩形塊狀結構，並為複數鎖固件311穿設該組接部31而間隔鎖固於該圓盤狀之結合部21周圍，形成以該結合部21為圓心呈放射狀設置之態樣；另，各該連接件30內部設有一肋部33，於本實施例中，該肋部33係沿其長邊成型成形為二隔肋331；各該葉片40，係呈符合流體力學之中空翼片結構，其內部設有一肋部41；令該葉片40鄰近垂直兩端處與二連接件30之該接合部32接合；於本實施例中，該葉片40肋部41係沿該葉片40長邊成型為二隔肋411，以增加該中空葉片40之結構強度；至少一接合件50，各該接合件50係呈L型板狀結構，具有一垂直段51及一水平段52；令各該接合件50設於該葉片40與該連接件30之接合處，該垂直段51靠設於該葉片40，該水平段52靠設於該連接件30；於本實施例中，該接合件50與該葉片40及該連接件30之接觸面係對應該葉片40及該連接件30表面形狀呈弧面結構；該固接單元60，係為預浸材料固化形成，令該固接單元60繞設包覆於該接合件50垂直段51與該葉片40，以及該接合件50水平段52與該連接件30，令該葉片40與該連接件30固接結合；於本實施例中，該固接單元60係以預浸材料預先繞設包覆於該接合件50與該葉片40或該連接件30疊合部分，該固接單元60固化即形成包覆於該接合件50及該葉片40、該連接件30之層狀結構，供接合固定該葉片40及該連接件30；其中，該固接單元60與該接合件50的設置實施態樣，如第2圖所示，該固接單元60係形成二帶狀結構分別包覆於該接合件50的垂直段51與該葉片40疊合處，以及該水平段52與該連接件30疊合處；如第6圖所示，該葉片40與該連接件30接合處，於該連接件30之上、下側各設有一接合件50，該固接單元60則形成三種包覆結構，其中一包覆結構係呈帶狀結構繞設包覆於該二接合件50水平段52與該連接件30疊合處，另一包覆結構係形成二帶體結構繞設於該葉片40與該接合件50垂直段51疊合處，再一包覆結構則形成一套狀結構，將該接合件50垂直段51完全包覆於內；此外，該固接單元60亦得以完全包覆於該接合件50外部，而形成L型或T型套狀結構(圖未示)，藉以提供該葉片40及該連接件30之間形成良好之結合結構強度。

以上所述即為本發明實施例主要構件及其組態說明，至於本發明風力發電機之葉片成型方法的較佳實施例及其功效，做以下說明。

請配合參閱第8圖所示，顯示本發明之葉片成型方法的步驟流程圖；該方法步驟包括：材料置入步驟a、塑型件置入步驟b、合模步驟c及固化成型步驟d，其中：該材料置入步驟a，係於一上模及一下模之模穴底部置入多層預浸複合材料層；該塑型件置入步驟b，係於該上模及該下模之間置入數個外部預先設有一預浸材料層之塑型件；於本實施例中，該塑型件包括三組鋼模，各該鋼模係沿該模穴長邊置入該上、下模之間，且分別預先包覆設有該預浸材料層；該合模步驟c，係將該塑型件容置於該上模及該下模之間進行合模，該上模及該下模之模底預浸複合材料層與各該塑型件之預浸材料層接觸貼合，令該多層預浸複合材料層與該預浸材料層為該上模、該下模及該塑型件擠壓成型一葉片半成品；該固化成型步驟d，係對該上模及該下模進行加熱，令形成該葉片半成品的模底預浸複合材料層與預浸材料層受熱固化，即成型為一葉片成品；本步驟更包括取出該塑型件，而於該葉片成品內部成形具有肋部之中空翼片結構，如第4圖所示，該葉片成品係如該葉片40之結構，該葉40之外殼主要由該模底預浸複合材料層形成，而各該塑型件之間的預浸材料層固化形成該二隔肋411。

綜上所述，由前述之葉片結合結構及其成型方法，本發明具有以下功效：

1、該葉片40透過該成型方法，於上、下模間置入塑型件形成具有一體成型肋部41之中空翼片結構，使該葉片40於輕量化之同時，仍具有相當之結構強度以抵抗離心力作用。

2、以L型接合件50配合易於圍繞設置之固接單元60，於該葉片40與該連接件30接合處形成無須破壞該葉片40整體結構的結合方式，該固接單元60固化形成高結構強度，提供該葉片40更佳的離心力耐受度，達到大幅增加該葉片40與該連接件30之結合結構強度，避免風力發電機運轉時的離心力造成葉片40自該連接件30脫離而損毀之情況。

《習知》

10．．．風力發電機

11．．．葉片

12．．．轉軸

13．．．連接件

131．．．一端

132．．．另端

14．．．螺鎖件

《本發明》

20．．．轉軸

21．．．結合部

22．．．動力源

30．．．連接件

31．．．組接部

311．．．鎖固件

32．．．接合部

33．．．肋部

331．．．隔肋

40．．．葉片

41．．．肋部

411．．．隔肋

50．．．接合件

51．．．垂直段

52．．．水平段

60．．．固接單元

第1圖　習知風力發電機葉片與轉軸結合結構示意圖。

第2圖　本發明風力電機葉片與轉軸結合結構示意圖。

第3圖　本發明第2圖之結合結構俯視示意圖。

第4圖　本發明第2圖之葉片結合結構橫向剖視示意圖。

第5圖　本發明第2圖之葉片結合結構縱向剖視示意圖。

第6圖　本發明葉片結合結構之另一實施態樣。

第7圖　本發明葉片成型方法之步驟流程圖。

20．．．轉軸

21．．．結合部

22．．．動力源

30．．．連接件

31．．．組接部

32．．．接合部

40．．．葉片

50．．．接合件

60．．．固接單元

Claims (7)

1. 一種風力發電機之葉片結合結構，係一風力發電機具有一垂直設置的轉軸以及複數片安裝在該轉軸圓周方向的垂直葉片，各該葉片與該轉軸之間具有二連接件固接，其中，該葉片結合結構包括：該轉軸，於鄰近端部處設有一結合部；各該連接件，具有兩端，一端成形有一組接部與該結合部固接，另端成形有一接合部；各該葉片，係呈中空翼片結構，各該葉片內部設有一肋部；令該葉片鄰近垂直兩端處與二連接件之該接合部接合；至少一接合件，各該接合件具有一垂直段及一水平段；令各該接合件設於該葉片與該連接件之接合處，該垂直段靠設於該葉片，該水平段靠設於該連接件；一固接單元，係繞設包覆於該接合件垂直段與該葉片以及該接合件水平段與該連接件，令該葉片與該連接件固接結合。
2. 如申請專利範圍第1項所述之風力發電機之葉片結合結構，其中，該轉軸另設有一動力源。
3. 如申請專利範圍第1項所述之風力發電機之葉片結合結構，其中，該連接件之該組接部成形為矩形塊狀結構，且為複數鎖固件穿設該組接部而間隔鎖固於該結合部周圍。
4. 如申請專利範圍第1項所述之風力發電機之葉片結合結構，其中，各該連接件之該肋部係沿該連接件長邊成型成形為二隔肋。
5. 如申請專利範圍第1項所述之風力發電機之葉片結合結構，其中，該葉片之該肋部沿該葉片長邊成型為二隔肋。
6. 如申請專利範圍第1項所述之風力發電機之葉片結合結構，其中，該固接單元係具有二帶狀結構分別包覆於該接合件的垂直段與該葉片疊合處，以及該水平段與該連接件疊合處。
7. 如申請專利範圍第1項所述之風力發電機之葉片結合結構，其中，該葉片與該連接件接合處設有二接合件，該固接單元係具有三帶狀結構，其中一帶狀結構繞設包覆於該二接合件水平段與該連接件疊合處，另二帶狀結構分別繞設於該葉片與該二接合件垂直段疊合處。