TWI475156B - Wind turbine construction of wind turbines - Google Patents

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Description

風力發電機之風車構造
本發明與風力發電設備有關，進一步而言，尤指一種風力發電機之風車構造，該風車係為水平軸式風車。
風力發電設備主要由一風車及一發電機組成，風車與發電機軸接，風車用於捕捉風的動能，將風能轉換為機械能驅動發電機運轉發電。
前述受風致動進而驅動發電機運轉的風車主要由數片葉片輻射狀設於一輪轂的外周所構成，該輪轂與發電機的轉子主軸軸接，各該葉片一端形成葉柄與該輪轂相接，另一端延伸形成葉尾。
該葉片具有重量輕、強度高的特性，重量輕有助於提高功率/能量轉換的效率，強度高則可在該葉片與氣流形成相對作用力時，避免該葉片發生變形過大或斷裂的問題，為滿足所述重量輕、強度高的特性需求，如第一圖所示，該葉片(1)主要包含一內核(102)、一龍骨(104)及一蒙皮(106)，其中，該內核(102)是由質輕的材料(例如：保麗龍)製成，該龍骨(104)設於該內核(102)軸心，用於提高該葉片(1)的抗風強度，該蒙皮(106)成型於該內核(102)外部，該蒙皮(106)可選擇以纖維複合材料成型而得。
當風車受風運轉時，該葉片(1)受風力作用而循著該風車的輪轂為軸心迴旋運動，該葉片(1)的迎風面承受來自於風的作用力之外，該葉片(1)亦承受由該葉柄指向葉尖的離 心力作用，而該葉片(1)容易受到飛鳥或空氣中夾帶的礫石等異物的襲擊，當飛鳥或礫石撞擊該葉片(1)，致使該葉片(1)斷裂時，離心力作用將導致該葉片(1)斷裂處至葉尾的部份向外飛散，造成安全上的危害。
為避免風力發電機由於風車葉片斷裂飛散所可能導致的安全危害，發明人遂積極進行研究創作，經多方試驗後終得創新且可供產業利用之本發明。
本發明主要目的在於提供一種風力發電機之風車構造，藉由索體的構成，使得葉片斷裂時不致向外飛散，提高安全性。
為滿足前述預期目的，本發明係一種風力發電機之風車構造，包含一輪轂、至少三片葉片及至少三個減速器，其中，該輪轂係為圓盤體，用於軸接發電機的轉子主軸，各該葉片輻射狀設於該輪轂的外周，據使各該葉片受風致動該輪轂旋轉，令各該葉片的一端為葉柄端與該輪轂相接，各該葉片的另一端延伸形成葉尾端，各該減速器分別樞設於該輪轂並與該輪轂的外周相鄰，該輪轂凹陷至少三道導槽，該導槽的一端指向該輪轂軸心，另一端延伸於該輪轂的外周緣，該減速器主要包含一基座及一磨擦塊，該基座與該磨擦塊相接，該基座樞嵌於該導槽，據使該減速器沿該導槽滑移；該葉片主要包含一內核、一龍骨、一蒙皮及一索體，其中，該龍骨設於該內核軸心，且該龍骨的長軸方向與該內核的長軸方向相同，用於提高該葉片的抗風強度，該蒙 皮包覆該內核外部，該索體設於該葉片內部，該索體的一端與該龍骨鄰近該葉尾端處相接，該索體的另一端樞穿該葉柄端延伸於外部，且各該葉片的索體分別與各該減速器相接，據使各該葉片的索體分別拉引各該減速器滑移。
如前所述之風力發電機之風車構造，其中，該龍骨沿長軸方向設有複數個扣環，該索體依序樞穿各該扣環，該龍骨與該索體藉各該扣環形成多點連結。
如前所述之風力發電機之風車構造，其中，該索體設有複數個擋塊，該擋塊的外徑大於該扣環的內徑，各該擋塊分別與鄰向葉柄端方向側的各該扣環相鄰。
如前所述之風力發電機之風車構造，其中，各該擋塊與鄰向葉尾端方向側的各該扣環之間的距離等於該減速器的滑動位移距離。
如前所述之風力發電機之風車構造，其中，該龍骨沿短軸方向貫穿複數個穿孔，該索體依序樞穿各該穿孔，據使該龍骨與該索體形成多點連結。
如前所述之風力發電機之風車構造，其中，該索體纏繞形成複數個結頭，該結頭的外徑大於該穿孔的孔徑，各該結頭分別與鄰向葉柄端方向側的各該穿孔相鄰。
如前所述之風力發電機之風車構造，其中，各該結頭分別與鄰向葉尾端方向側的各該穿孔之間的距離等於該減速器的滑動位移距離。
如前所述之風力發電機之風車構造，其中，各該減速器分別與各該葉片於該輪轂通過軸心的直徑方向上形成相對。
如前所述之風力發電機之風車構造，其中，該輪轂於該導槽的槽口兩側相對凸伸二限止部，該基座兩側分別凸伸二凸條，該限止部分別對該凸條形成限止，據使該減速器沿該導槽滑移。
如前所述之風力發電機之風車構造，其中，令該輪轂的一盤面為迎風面，相對於該迎風面的另一盤面為背風面，各該減速器分別樞設於該背風面。
為使有關本發明之技術手段及其所達成目的、功效，得以更進一步地清楚顯現，茲舉較佳可行的具體實施例並配合圖式詳述於后。
第二圖係本發明實施例一的後視圖。
第三圖係第二圖的3-3剖面圖，顯示減速器與輪轂的樞接狀態。
第四圖係本發明實施例一的葉片的斷面圖，顯示葉片沿短軸方向的斷面。
第五圖係第四圖的5-5剖面的局部視圖，顯示葉片沿長軸方向的部份斷面。
第六圖係本發明實施例一的使用狀態示意圖(一)，顯示實施例一安裝於發電機的使用狀態。
第七圖係本發明實施例一的使用狀態示意圖(二)，顯示實施例一於葉片斷裂時的作動狀態。
第八圖係本發明實施例二的葉片的斷面圖，顯示葉片沿長軸方向的部份斷面。
第九圖係本發明實施例三的葉片的斷面圖，顯示葉片沿長 軸方向的部份斷面。
第十圖係本發明實施例三的葉片斷裂狀態的斷面圖，顯示葉片斷裂時索體及擋塊滑動，且擋塊受葉尾端方向之扣環抵掣的狀態。
第十一圖係本發明實施例四的葉片的斷面圖，顯示葉片沿長軸方向的部份斷面。
第十二圖係本發明實施例五的葉片的斷面圖，顯示葉片沿長軸方向的部份斷面。
如第二圖所示，本發明風力發電機之風車構造的實施例一，包含一輪轂(10)、至少三片葉片(20)及至少三個減速器(30)，其中，該輪轂(10)係為圓盤體，用於軸接發電機的轉子主軸，據使該輪轂(10)驅動發電機運轉，各該葉片(20)輻射狀設於該輪轂(10)的外周，據使各該葉片(20)受風致動該輪轂(10)旋轉，令各該葉片(20)的一端為葉柄端(21)與該輪轂(10)相接，各該葉片(20)的另一端延伸形成葉尾端(22)，該減速器(30)的數量與該葉片(20)配合，各該減速器(30)分別樞設於該輪轂(10)並與該輪轂(10)的外周相鄰，且各該減速器(30)分別與各該葉片(20)於該輪轂(10)通過軸心的直徑方向上形成相對，該輪轂(10)沿徑向凹陷至少三道導槽(13)，該導槽(13)的數量係與該減速器(30)配合，該導槽(13)的一端指向該輪轂(10)軸心，另一端延伸於該輪轂(10)的外周緣，如第三圖所示，該輪轂(10)於該導槽(13)的槽口兩側相對凸伸二限止部(14)，該減速器(30)主要包含一基座(32)及一磨擦塊(34)，該基座(32)後緣與該磨擦塊(34)相接，該基座(32)前緣的兩側分 別凸伸二凸條(322)，該基座(32)樞嵌於該導槽(13)，且該限止部(14)分別對該凸條(322)形成限止，據使該減速器(30)沿該導槽(13)滑移。
如第四圖及第五圖所示，該葉片(20)主要包含一內核(23)、一龍骨(24)、一蒙皮(25)及一索體(26)，其中，該內核(23)是由質輕的材料(例如：保麗龍)製成，該龍骨(24)設於該內核(23)軸心，且該龍骨(24)的長軸方向與該內核(23)的長軸方向相同，用於提高該葉片(20)的抗風強度，該蒙皮(25)包覆該內核(23)外部，該蒙皮(25)可選擇以纖維複合材料成型而得，據此提高該葉片(20)強度，該索體(26)設於該葉片(20)內部，該索體(26)的一端與該龍骨(24)鄰近該葉尾端(22)處相接，該索體(26)的另一端樞穿該葉柄端(21)延伸於外部，且各該葉片(20)的索體(26)分別與各該減速器(30)相接，據使各該葉片(20)的索體(26)分別拉引各該減速器(30)向該輪轂(10)軸心方向滑移。
如第六圖所示，本發明實施例一藉由該輪轂(10)與發電機(90)的轉子主軸(圖中未示)軸接，當風吹向本發明實施例一時，各該葉片(20)受風力作用而致動該輪轂(10)旋轉，進而驅動該發電機(90)運轉發電。
如第二圖及第七圖所示，當該葉片(20)由於飛鳥或空氣中夾帶的礫石等異物的襲擊或其他因素而斷裂，且該龍骨(24)隨之斷裂時，離心力作用使得該葉片(20)自斷裂處至葉尾的部份脫離，此時，藉由該索體(26)的連結，使得葉尾部份得以被繫留，不致任意飛散造成安全上的危害，提高運轉的安全性；再者，當該葉片(20)斷裂時，斷裂部 份對該索體(26)形成拉引作用力，拉引作用力通過該索體(26)促使該減速器(30)沿著該導槽(13)向該輪轂(10)的軸心方向滑動位移，該減速器(30)的滑動位移，使得該磨擦塊(34)與該發電機(90)的外殼(92)接觸磨擦，藉此使風車及該發電機(90)能夠在該葉片(20)斷裂時，及時地停止運轉。
本發明實施例二係依據前述實施例一變化而得，相同部份恕不重複敘述；如第八圖所示，實施例二之葉片(20)主要包含一內核(23)、一龍骨(24)、一蒙皮(25)及一索體(26)，其中，該龍骨(24)側緣沿該龍骨(24)的長軸方向設有複數個扣環(27)，該索體(26)依序樞穿各該扣環(27)，該龍骨(24)與該索體(26)藉各該扣環(27)形成多點連結。
由於該龍骨(24)與該索體(26)藉由各該扣環(27)形成多點連結，當該葉片(20)斷裂為數段時，除了葉尾部份能夠被該索體(26)繫留而不飛散外，其餘各段均能由於該龍骨(24)與該索體(26)藉由各該扣環(27)所形成的多點連結，而被該索體(26)繫留不飛散。
本發明實施例三係依據前述實施例二變化而得，相同部份恕不重複敘述；如第九圖所示，實施例三之葉片(20)主要包含一內核(23)、一龍骨(24)、一蒙皮(25)及一索體(26)，其中，該龍骨(24)側緣沿該龍骨(24)的長軸方向設有複數個扣環(27)，該索體(26)依序樞穿各該扣環(27)；該索體(26)設有複數個擋塊(28)，該擋塊(28)的外徑大於該扣環(27)的內徑，各該擋塊(28)分別與鄰向葉柄端(圖中未示)方向側的各該扣環(27)相鄰，且各該擋塊(28)與鄰向 葉尾端(22)方向側的各該扣環(27)之間的距離等於減速器(圖中未示)的滑動位移距離。據此，如第十圖所示，當該葉片(20)斷裂時，該葉片(20)斷裂處至葉尾的部份由於離心力所形成作用於該索體(26)的拉力，使該索體(26)與該龍骨(24)連接葉柄端(圖中未示)的部份相對滑移，此時，各該擋塊(28)與鄰向該葉尾端(22)方向側的各該扣環(27)相對抵掣，對於作用在該索體(26)的拉力形成緩衝作用，避免該索體(26)由於瞬間的高拉力作用而斷裂。
本發明實施例四係依據前述實施例一變化而得，相同部份恕不重複敘述；如第十一圖所示，實施例四之葉片(20)主要包含一內核(23)、一龍骨(24)、一蒙皮(25)及一索體(26)，其中，該龍骨(24)沿短軸方向貫穿複數個穿孔(242)，該索體(26)依序樞穿各該穿孔(242)，據使該龍骨(24)與該索體(26)形成多點連結。
本發明實施例五係依據前述實施例四變化而得，相同部份恕不重複敘述；如第十二圖所示，實施例四之葉片(20)主要包含一內核(23)、一龍骨(24)、一蒙皮(25)及一索體(26)，其中，該龍骨(24)沿短軸方向貫穿複數個穿孔(242)，該索體(26)依序樞穿各該穿孔(242)，該索體(26)纏繞形成複數個結頭(29)，該結頭(29)的外徑大於該穿孔(242)的孔徑，各該結頭(29)分別與鄰向葉柄端(圖中未示)方向側的各該穿孔(242)相鄰，且各該結頭(29)分別與鄰向葉尾端(22)方向側的各該穿孔(242)之間的距離等於減速器(圖中未示)的滑動位移距離。據此，當該葉片(20)斷裂時，該葉片(20)斷裂處至葉尾的部份由於離心力所形成作 用於該索體(26)的拉力，使該索體(26)與該龍骨(24)連接葉柄端(圖中未示)的部份相對滑移，此時，各該結頭(29)無法通過鄰向該葉尾端(22)方向側的各該穿孔(242)而與各該穿孔(242)的開口端形成相對抵掣，對於作用在該索體(26)的拉力形成緩衝作用，避免該索體(26)由於瞬間的高拉力作用而斷裂。
綜上所述，本發明利用首創之構成，而得以充份滿足預期目的且功效卓著，申請前又未見有相同、近似者公知在先，誠符合發明專利要件，爰依法提出申請，懇祈早日賜准專利為禱。
(1)‧‧‧葉片
(102)‧‧‧內核
(104)‧‧‧龍骨
(106)‧‧‧蒙皮
(10)‧‧‧輪轂
(13)‧‧‧導槽
(14)‧‧‧限止部
(20)‧‧‧葉片
(21)‧‧‧葉柄端
(22)‧‧‧葉尾端
(23)‧‧‧內核
(24)‧‧‧龍骨
(242)‧‧‧穿孔
(25)‧‧‧蒙皮
(26)‧‧‧索體
(27)‧‧‧扣環
(28)‧‧‧擋塊
(29)‧‧‧結頭
(30)‧‧‧減速器
(32)‧‧‧基座
(322)‧‧‧凸條
(34)‧‧‧磨擦塊
(90)‧‧‧發電機
(92)‧‧‧外殼
第一圖係習知風力發電機之風車的葉片的斷面圖。
第二圖係本發明實施例一的後視圖。
第三圖係第二圖的3-3剖面圖，顯示減速器與輪轂的樞接狀態。
第四圖係本發明實施例一的葉片的斷面圖，顯示葉片沿短軸方向的斷面。
第五圖係第四圖的5-5剖面的局部視圖，顯示葉片沿長軸方向的部份斷面。
第六圖係本發明實施例一的使用狀態示意圖(一)，顯示實施例一安裝於發電機的使用狀態。
第七圖係本發明實施例一的使用狀態示意圖(二)，顯示實施例一於葉片斷裂時的作動狀態。
第八圖係本發明實施例二的葉片的斷面圖，顯示葉片沿長軸方向的部份斷面。
第九圖係本發明實施例三的葉片的斷面圖，顯示葉片沿長軸方向的部份斷面。
第十圖係本發明實施例三的葉片斷裂狀態的斷面圖，顯示葉片斷裂時索體及擋塊滑動，且擋塊受葉尾端方向側之扣環抵掣的狀態。
第十一圖係本發明實施例四的葉片的斷面圖，顯示葉片沿長軸方向的部份斷面。
第十二圖係本發明實施例五的葉片的斷面圖，顯示葉片沿長軸方向的部份斷面。
(10)‧‧‧輪轂
(13)‧‧‧導槽
(20)‧‧‧葉片
(21)‧‧‧葉柄端
(22)‧‧‧葉尾端
(26)‧‧‧索體
(30)‧‧‧減速器

Claims (10)

  1. 一種風力發電機之風車構造，包含一輪轂、至少三片葉片及至少三個減速器，其中，該輪轂係為圓盤體，用於軸接發電機的轉子主軸，各該葉片輻射狀設於該輪轂的外周，據使各該葉片受風致動該輪轂旋轉，令各該葉片的一端為葉柄端與該輪轂相接，各該葉片的另一端延伸形成葉尾端，各該減速器分別樞設於該輪轂並與該輪轂的外周相鄰，該輪轂凹陷至少三道導槽，該導槽的一端指向該輪轂軸心，另一端延伸於該輪轂的外周緣，該減速器主要包含一基座及一磨擦塊，該基座與該磨擦塊相接，該基座樞嵌於該導槽，據使該減速器沿該導槽滑移；該葉片主要包含一內核、一龍骨、一蒙皮及一索體，其中，該龍骨設於該內核軸心，且該龍骨的長軸方向與該內核的長軸方向相同，用於提高該葉片的抗風強度，該蒙皮包覆該內核外部，該索體設於該葉片內部，該索體的一端與該龍骨鄰近該葉尾端處相接，該索體的另一端樞穿該葉柄端延伸於外部，且各該葉片的索體分別與各該減速器相接，據使各該葉片的索體分別拉引各該減速器滑移。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述之風力發電機之風車構造，其中，該龍骨沿長軸方向設有複數個扣環，該索體依序樞穿各該扣環，該龍骨與該索體藉各該扣環形成多點連結。
  3. 依據申請專利範圍第2項所述之風力發電機之風車構造，其中，該索體設有複數個擋塊，該擋塊的外徑大於該扣環的內徑，各該擋塊分別與鄰向葉柄端方向側的各該 扣環相鄰。
  4. 依據申請專利範圍第3項所述之風力發電機之風車構造，其中，各該擋塊與鄰向葉尾端方向側的各該扣環之間的距離等於該減速器的滑動位移距離。
  5. 依據申請專利範圍第1項所述之風力發電機之風車構造，其中，該龍骨沿短軸方向貫穿複數個穿孔，該索體依序樞穿各該穿孔，據使該龍骨與該索體形成多點連結。
  6. 依據申請專利範圍第5項所述之風力發電機之風車構造，其中，該索體纏繞形成複數個結頭，該結頭的外徑大於該穿孔的孔徑，各該結頭分別與鄰向葉柄端方向側的各該穿孔相鄰。
  7. 依據申請專利範圍第6項所述之風力發電機之風車構造，其中，各該結頭分別與鄰向葉尾端方向側的各該穿孔之間的距離等於該減速器的滑動位移距離。
  8. 依據申請專利範圍第1項所述之風力發電機之風車構造，其中，各該減速器分別與各該葉片於該輪轂通過軸心的直徑方向上形成相對。
  9. 依據申請專利範圍第1項所述之風力發電機之風車構造，其中，該輪轂於該導槽的槽口兩側相對凸伸二限止部，該基座兩側分別凸伸二凸條，該限止部分別對該凸條形成限止，據使該減速器沿該導槽滑移。
  10. 依據申請專利範圍第1項所述之風力發電機之風車構造，其中，令該輪轂的一盤面為迎風面，相對於該迎風面的另一盤面為背風面，各該減速器分別樞設於該背風面。
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