TWI593880B - 噴氣扇輪及具有該噴氣扇輪之發電裝置 - Google Patents

Description

噴氣扇輪及具有該噴氣扇輪之發電裝置

本發明係關於一種扇輪，尤其是一種具有輔助轉動功能之扇輪。

物體皆須克服最大靜摩擦力方能移動或轉動，且最大靜摩擦力通常遠大於動摩擦力，因此相較於使移動或轉動中的物體持續運動(即以外力克服動摩擦力)，須施以更大之外力才能使靜止的物體開始移動或轉動(其係以外力克服最大靜摩擦力)。上述最大靜摩擦力及動摩擦力之間的差異量，顯然會對在自然環境中運轉的扇輪產生影響。

詳言之，由於扇輪必須要克服遠大於動摩擦力的最大靜摩擦力才能開始轉動，所以無論是藉由自然風對扇輪提供推力以產生電能的風力發電機，或是以電能驅動扇輪進行旋轉的螺旋槳馬達，適時地為扇輪提供少量動能以降低因最大靜摩擦所導致的額外能量消耗，係為達到高效產能(對發電機而言)或節能(對馬達而言)的一種可行途徑。尤其對風力發電機而言，由於自然風會隨時間改變而致強弱不一，若自然風的風力過小而致風力發電機的扇輪靜止旋轉，便需要遠大於維持扇輪克服動摩擦力的能量才足以再次驅動扇輪開始旋轉。因此，如何在必要時(例如自然風之風量過小時)維持扇輪以低速持續運轉，亦已成為發電相關領域的一個重要課題。

習知的具有輔助轉動功能之扇輪係以電力輔助該扇輪轉動，例如若使用於風力發電機，即係藉由控制發電機組至電池模組之間的電流方向，進而在自然風力過小時反向將發電機結構做為一馬達使用，以維持其扇輪以低速運轉。惟，由於一般係藉由電子式開關進行上述電流方向的控制，因此長期的切換易導致相關電子開關的耗損而造成修繕成本；此外，反覆的將能量在電能及機械能兩種形式之間作改變，也易於導致能量在形式改變的過程中發生耗損。

有鑑於此，確實有必要提供一種新的具有輔助轉動功能之扇輪，以降低零件折損及修繕之成本，甚至提高風力發電機的蓄電效率。

本發明提供一種噴氣扇輪及具有該噴氣扇輪之發電裝置，藉以解決扇輪起始轉動不易，及使用電力輔助轉動後因長期的切換造成該傳導組件之折損的問題。

一種噴氣扇輪，包含：一本體，包含一轉軸、一輪轂及數個葉片，該輪轂結合於該轉軸的一端，各該葉片與該輪轂結合，且各該葉片沿該轉軸的徑向由該輪轂向外延伸，其中各該葉片均具有一迎風側緣；及一導流管組，包含一主流道及數個支流道，該主流道設置於該轉軸內，且該主流道遠離該輪轂之一端係供連通至一高壓氣體源；該數個支流道設置於該輪轂及該數個葉片內，其中該數個支流道之一端與該主流道連通，該數個支流道分別伸入並沿該數個葉片延伸，且各該支流道之另一端背向該迎風側緣形成一噴氣孔，具有使該噴氣扇輪易於轉動之功效，且以噴氣推力取代電力，避免相關電子開關的長期切換，具有降低該傳導組件損耗之功效。

其中各該葉片均另具有一連接端、一外端及一背風側緣，該連接端連接該輪轂，且該連接端及該外端構成該葉片在該轉軸之徑向上的 二端，該迎風側緣及背風側緣均由該連接端延伸至該外端，且各該支流道之噴氣孔設置鄰近於該外端而遠離該連接端，具有使該噴氣扇輪更易於轉動之功效。

其中各該葉片均另具有一連接端、一外端及一背風側緣，該連接端連接該輪轂，且該連接端及該外端構成該葉片在該轉軸之徑向上的二端，該迎風側緣及背風側緣均由該連接端延伸至該外端，且各該支流道之噴氣孔位於該背風側緣，具有使該噴氣扇輪更易於轉動之功效。

一種具有噴氣扇輪的發電裝置，包含：如前述之噴氣扇輪；一固定組件，包含一扣接件及一導氣管，該扣接件可樞轉地扣合該轉軸遠離該輪轂的一端，該導氣管固接該扣接件且係供連接於該主流道及該高壓氣體源之間；及一發電組件，包含至少一磁鐵及至少一感應線圈，該磁鐵係直接或間接連接該本體，該感應線圈以一感磁面朝向該磁鐵，具有能將該噴氣扇輪轉動之能量轉換成電能之功效。

其中另包含一傳動組件連接於該轉軸及該磁鐵之間，能將發電裝置獨立於該噴氣扇輪，具有便於依蓄電需求改變發電組件結構之功效。

其中該傳動組件包含一第一齒輪、一第二齒輪及一輪軸，該第一齒輪套設於該轉軸之外周面，該第二齒輪與該第一齒輪嚙合，該輪軸穿設於該第二齒輪之中心，且該磁鐵結合於該輪軸之側表面，具有可穩固連接該噴氣扇輪及發電組件之功效。

其中該磁鐵設置於該本體之輪轂內，具有節省空間及避免能量因多次轉換而致損耗之功效。

其中該感應線圈結合於該固定組件之扣接件，並環繞該轉軸或該導氣管設置，具有節省設置空間之功效。

其中該導氣管朝向該主流道的一端係扺接該轉軸，且該轉軸可相對該導氣管樞轉，具有可確實防止高壓氣體洩漏之功效。

〔本發明〕

1‧‧‧本體

11‧‧‧轉軸

12‧‧‧輪轂

13‧‧‧葉片

131‧‧‧連接端

132‧‧‧外端

133‧‧‧迎風側緣

134‧‧‧背風側緣

2‧‧‧導流管組

21‧‧‧主流道

22‧‧‧支流道

221‧‧‧噴氣孔

3‧‧‧固定組件

31‧‧‧扣接件

32‧‧‧導氣管

4‧‧‧傳動組件

41‧‧‧第一齒輪

42‧‧‧第二齒輪

43‧‧‧輪軸

5‧‧‧發電組件

51‧‧‧磁鐵

52‧‧‧感應線圈

6‧‧‧發電組件

61‧‧‧磁鐵

62‧‧‧感應線圈

第1圖：一種噴氣扇輪的立體結構示意圖。

第2圖：具有本發明之噴氣扇輪的風力發電裝置之一種實施方式的側剖結構示意圖。

第3圖：具有本發明之噴氣扇輪的風力發電裝置之另一種實施方式的側剖結構示意圖。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

請參照第1圖，其係本發明較佳實施例之一種噴氣扇輪的立體結構示意圖，該具噴氣輔助之扇輪包含一本體1及一導流管組2，導流管組2係設置於該本體1中。該本體1包含一轉軸11、一輪轂12及數個葉片13，其中該輪轂12結合於該轉軸11的一端，以供該扇輪以該轉軸1為軸心旋轉時一併帶動該輪轂12轉動，各該葉片13與該輪轂12結合，且各該葉片13係沿該轉軸11的徑向由該輪轂12向外延伸。詳言之，各該葉片13均具有一連接端131、一外端132、一迎風側緣133及一背風側緣134。該連接端131連接該輪轂12，且該連接端131及該外端132係構成該葉片13在該轉軸11之徑向上的二端，該迎風側緣133及背風側緣134均由該連接端131延伸至該外端132。

該導流管組2包含一主流道21及數個支流道22。該主流道21設置於該轉軸11內，且該主流道21遠離該輪轂12之一端係供連通至一高壓氣體源；該數個支流道22設置於該輪轂12及該數個葉片13內，其中該數個支流道22之一端與該主流道21連通，且該數個支流道22分別伸入並沿該數個葉片13由該連接端131朝該外端132延伸。各該支流道22 的另一端形成一噴氣孔221，其中該噴氣孔221係設置鄰近於該外端132而遠離該連接端131，且該噴氣孔221係背向該迎風側緣133，較佳係位於該背風側緣134。該葉片13及該支流道22的數目可以不對等，例如可以有任一葉片13不具有該支流道22，或者有任一葉片13具有數個支流道22，本發明在此不做限定。

請再參照第1圖，當本發明較佳實施例之噴氣扇輪運作時，係可透過該主流道21接收由該高壓氣體源所輸出的高壓氣體，並導引該高壓氣體自該主流道21流到該支流道22的噴氣孔221，再由該噴氣孔221朝遠離該迎風側緣133的方向噴出，藉以利用該高壓氣體噴出該噴氣孔221時所產生的反作用力適時地輔助該本體1之旋轉作動。藉此，若該噴氣扇輪係應用於一風力發電系統，可在自然風力過小而致該噴氣扇輪之轉動趨於停止時噴出該高壓氣體，維持該噴氣扇輪以極低轉速旋轉，直至自然風力增強至足以帶動該噴氣扇輪旋轉。因此，即可防止該噴氣扇輪在自然風力過小時完全停止，進而避免消耗額外能量以克服最大靜摩擦力，且由於該噴氣扇輪未完全停止，故一旦自然風力稍大於動摩擦力(縱使小於最大靜摩擦力)，即可繼續發電。另一方面，若該噴氣扇輪係應用於一螺旋槳動力系統，則可在驅動該噴氣扇輪由靜止狀態啟動的過程中噴出該高壓氣體，以彌補一般馬達在低轉速時常發生之扭力不足的情況，有效提高螺旋槳動力系統的運作效能。

詳言之，請參照第2圖，其係具有本發明之噴氣扇輪的風力發電裝置之一種實施方式的側剖結構示意圖。該風力發電裝置除包含前述之噴氣扇輪，更包含一固定組件3、一傳動組件4及一發電組件5。該固定組件3包含一扣接件31及一導氣管32，該扣接件31係可樞轉地扣合該轉軸11遠離該輪轂12的一端，該導氣管32固接該扣接件31且係供連接於該主流道21及該高壓氣體源之間，且該導氣管32朝向該主流道21的一端 係扺接該轉軸11，且該轉軸11可相對該導氣管32樞轉。該傳動組件4包含一第一齒輪41、一第二齒輪42及一輪軸43，該第一齒輪41套設於該轉軸11之外周面，該第二齒輪42與該第一齒輪41嚙合，該輪軸43穿設於該第二齒輪42之中心，以供該第二齒輪42以該輪軸43為軸心進行旋轉。該發電組件5包含至少一磁鐵51及至少一感應線圈52，該磁鐵51結合於該輪軸43之側表面，該感應線圈52以一感磁面朝向該磁鐵51，以便於該磁鐵51隨該輪軸43轉動時，該感應線圈52能因切割該磁鐵51之磁力線而產生感應電流。上述之設置及產電之原理係所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。

請參照第3圖，其係具有本發明之噴氣扇輪的風力發電裝置之另一種實施方式的側剖結構示意圖。相較於前一風力發電裝置的實施方式，本實施方式係省略設置該傳動組件4，並以另一發電組件6取代該發電組件5，惟仍設有該固定組件3。詳言之，該發電組件6亦具有至少一磁鐵61及至少一感應線圈62，惟該磁鐵61係設置於該輪轂12內，而該感應線圈62則結合於該固定組件3之扣接件31，並環繞該轉軸11或該導氣管32設置。藉此，由於本實施方式之風力發電裝置不需設置該傳動組件4，故具有進一步避免能量因多次轉換而致損耗之功效。

綜上所述，本發明實施例之噴氣扇輪及具有此噴氣扇輪之發電裝置，包含該本體1及該導流管組2，其中該導流管組2係由該本體1之轉軸11經輪轂12延伸至各該葉片13鄰近其外端132處，並在背向該迎風側緣133的位置形成該噴氣孔221。藉此，可適時地由該噴氣孔221噴出空氣以產生反作用力，輔助該噴氣扇輪進行轉動，可有效提升設有該噴氣扇輪之風力發電裝置或螺旋獎的運轉效率。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述 實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此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。

1‧‧‧本體

11‧‧‧轉軸

12‧‧‧輪轂

13‧‧‧葉片

131‧‧‧連接端

132‧‧‧外端

133‧‧‧迎風側緣

134‧‧‧背風側緣

2‧‧‧導流管組

21‧‧‧主流道

22‧‧‧支流道

221‧‧‧噴氣孔

Claims (9)

1. 一種噴氣扇輪，包含：一本體，包含一轉軸、一輪轂及數個葉片，該輪轂結合於該轉軸的一端，各該葉片與該輪轂結合，且各該葉片沿該轉軸的徑向由該輪轂向外延伸，其中各該葉片均具有一迎風側緣；及一導流管組，包含一主流道及數個支流道，該主流道設置於該轉軸內，且該主流道遠離該輪轂之一端係供連通至一高壓氣體源；該數個支流道設置於該輪轂及該數個葉片內，其中該數個支流道之一端與該主流道連通，該數個支流道分別伸入並沿該數個葉片延伸，且各該支流道之另一端背向該迎風側緣形成一噴氣孔。
2. 如申請專利範圍第1項所述之噴氣扇輪，其中各該葉片均另具有一連接端、一外端及一背風側緣，該連接端連接該輪轂，且該連接端及該外端構成該葉片在該轉軸之徑向上的二端，該迎風側緣及背風側緣均由該連接端延伸至該外端，且各該支流道之噴氣孔設置鄰近於該外端而遠離該連接端。
3. 如申請專利範圍第1項所述之噴氣扇輪，其中各該葉片均另具有一連接端、一外端及一背風側緣，該連接端連接該輪轂，且該連接端及該外端構成該葉片在該轉軸之徑向上的二端，該迎風側緣及背風側緣均由該連接端延伸至該外端，且各該支流道之噴氣孔位於該背風側緣。
4. 一種具有如申請專利範圍第1項所述之噴氣扇輪的發電裝置，包含：該噴氣扇輪；一固定組件，包含一扣接件及一導氣管，該扣接件可樞轉地扣合該轉軸遠離該輪轂的一端，該導氣管固接該扣接件且係供連接於該主流道及該高壓氣體源之間；及一發電組件，包含至少一磁鐵及至少一感應線圈，該磁鐵係直接或間接 連接該本體，該感應線圈以一感磁面朝向該磁鐵。
5. 如申請專利範圍第4項所述之發電裝置，其中另包含一傳動組件連接於該轉軸及該磁鐵之間。
6. 如申請專利範圍第5項所述之發電裝置，其中該傳動組件包含一第一齒輪、一第二齒輪及一輪軸，該第一齒輪套設於該轉軸之外周面，該第二齒輪與該第一齒輪嚙合，該輪軸穿設於該第二齒輪之中心，且該磁鐵結合於該輪軸之側表面。
7. 如申請專利範圍第4項所述之發電裝置，其中該磁鐵設置於該本體之輪轂內。
8. 如申請專利範圍第7項所述之發電裝置，其中該感應線圈結合於該固定組件之扣接件，並環繞該轉軸或該導氣管設置。
9. 如申請專利範圍第4項所述之發電裝置，其中該導氣管朝向該主流道的一端係扺接該轉軸，且該轉軸可相對該導氣管樞轉。