TWI616590B - Wind blade device - Google Patents

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Abstract

一種風力葉片裝置，可受驅動而朝一運轉方向轉動，並包含：一轉軸及數個葉片模組。每一葉片模組包括一連接該轉軸的格柵式葉片，以及數個可前後擺動地垂掛於該格柵式葉片上的擺動葉片。該格柵式葉片包括數個葉片空間。該等擺動葉片分別對應該等葉片空間，並且皆具有上下設置的一連接端與一擺動端。每一擺動葉片可在一覆蓋該葉片空間並使該擺動端貼靠該格柵式葉片的關閉位置，以及一使該擺動端遠離該格柵式葉片的開啟位置間移動。藉由格柵式葉片與擺動葉片之配合，可減小逆向風阻，達到增大轉動扭力、提升風力利用效率之功效。

Description

風力葉片裝置
本發明是有關於一種葉片裝置，特別是指一種能受風力驅動轉動，可應用於風力發電設備的風力葉片裝置。
風力發電是一種運用自然界之風力驅動機械構件轉動，並將轉動動能轉換成電能的設備。此種發電方式相對於石油、煤碳、火力等發電方式較為環保、低污染，因此各國陸續投入經費與資源來研究開發風力發電設備。而影響風力發電效能的因素之一，在於葉片結構之設計，例如葉片形狀、延伸形態、葉片數量等等，都會影響其運轉順暢度，而已知的一種垂直式風力發電設備的葉片，是採長板片狀且具有完整表面之無孔洞結構，雖然葉片可受某一方向的風力推動而轉動，然而當其運轉時會受到另一方向之逆向風力流場所產生的風阻，會導致其遭受逆向風阻時無法有效降低該阻力，如此會影響葉片轉動扭力。
參閱圖1，另外我們一般普遍採用的水平式風機，其結構主要包括一直立的固定支柱31、一安裝於該固定支柱31頂部的發電裝置32，以及三片安裝在該發電裝置 32上的葉片33，該等葉片33繞一圖未示的水平軸線呈等角度間隔設置，且該等葉片33受到風力推動時，會繞該水平軸線運轉。此種風機主要受到如圖中箭頭X所示方向的風力推動運轉，該風力作用於該等葉片33會形成方向如箭頭Y之「風切」現象，噪音會較大。而為了減少此風切現象與噪音，該等葉片33結構在設計上，越往末端會作得越細，因此呈現末端細長之結構，但該等葉片33長向延伸原本是為了提高運轉效能，但其末端細長設計反而使運轉效能無法有效率地提升。因此，以往風機之葉片結構有待改良。
因此，本發明之目的，即在提供一種能減少逆向風力流場之阻力、增大扭力的風力葉片裝置。
於是，本發明風力葉片裝置，可受驅動而朝一運轉方向轉動，並包含：一轉軸及數個葉片模組。
該等葉片模組連接該轉軸且彼此角度間隔，每一葉片模組包括一連接該轉軸的格柵式葉片，以及數個可前後擺動地垂掛於該格柵式葉片上的擺動葉片，該格柵式葉片包括數個上下左右排列之葉片空間。該等擺動葉片呈上下左右設置且分別對應該等葉片空間，並且皆具有一位於頂部並連接該格柵式葉片的連接端，以及一位於底部的擺動端。每一擺動葉片可在一覆蓋該葉片空間並使該擺動端貼靠該格柵式葉片的關閉位置，以及一使該擺動端遠離該格柵式葉片的開啟位置間移動。
本發明之功效：藉由格柵式葉片具有該等葉片空間，再配合該等擺動葉片可前後擺動地設置在該格柵式葉片上，從而可以使該等葉片模組能受到順向風力與逆向風力所產生的風壓差帶動而運轉，本發明上述可受逆向風作用而透風之設計，有助於減小逆向風阻，達到增加旋轉扭力之功效。
1‧‧‧轉軸
2‧‧‧葉片模組
21‧‧‧格柵式葉片
210‧‧‧葉片空間
211‧‧‧第一柵桿
212‧‧‧第二柵桿
213‧‧‧內側
214‧‧‧外側
215‧‧‧迎風側
216‧‧‧逆風側
22‧‧‧擺動葉片
221‧‧‧連接端
222‧‧‧擺動端
23‧‧‧配重件
24‧‧‧擋風片
A‧‧‧軸向方向
T‧‧‧運轉方向
F1‧‧‧迎風風力
F2‧‧‧逆風風力
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一種已知水平式風機的立體示意圖；圖2是本發明風力葉片裝置的一第一較佳實施例的立體圖，同時顯示該第一較佳實施例未旋轉時，數個擺動葉片位於一關閉位置；圖3是該第一較佳實施例運轉時的立體示意圖，同時顯示其中數個擺動葉片位於一開啟位置；圖4是圖3的局部放大圖；圖5是本發明風力葉片裝置的一第二較佳實施例的立體圖，同時顯示數個擺動葉片位於一關閉位置；及圖6是該第二較佳實施例運轉時的立體示意圖，同時顯示其中數個擺動葉片位於一開啟位置。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖2、3、4，本發明風力葉片裝置之一第一較佳實施例，可受到風力驅動而朝一運轉方向T轉動，並包含：一轉軸1，以及數個葉片模組2。
本實施例之轉軸1為一左右向軸向延伸之長形中空桿體，並可藉由圖未示的一架設裝置架高。由於該轉軸1為橫向延伸，使本實施例之風力葉片裝置為橫臥式裝置。
該等葉片模組2連接該轉軸1且彼此角度間隔，每一葉片模組2大致朝該轉軸1之一徑向方向延伸，並包括一連接該轉軸1的格柵式葉片21、數個設置於該格柵式葉片21上的擺動葉片22、數個分別設置於該等擺動葉片22底部的配重件23，以及一設置於該格柵式葉片21之一側的擋風片24。
本實施例的葉片模組2的數量為三個，該等葉片模組2的格柵式葉片21彼此間呈120度角度間隔。每一格柵式葉片21包括數個沿該轉軸1之徑向方向間隔排列且皆沿該轉軸1之一軸向方向A延伸的第一柵桿211，以及數個沿該軸向方向A間隔排列且皆沿該徑向方向延伸的第二柵桿212。該等第二柵桿212與該等第一柵桿211共同界定數個上下左右排列之葉片空間210。在本實施例中，該等第一柵桿211皆平行該轉軸1而呈左右向延伸。另外，以該格柵式葉片21整體來看，該格柵式葉片21包括一連接該轉軸1且沿該軸向方向A延伸的內側213、一相反於該內側213且遠離該轉軸1的外側214，以及相反的一迎風側 215與一逆風側216。
每一葉片模組2的該等擺動葉片22是可前後擺動地垂掛於該格柵式葉片21之迎風側215。該等擺動葉片22呈上下左右設置且分別對應該等葉片空間210，並且皆具有一位於頂部並連接該格柵式葉片21的連接端221，以及一位於底部的擺動端222。每一擺動葉片22的連接端221與該等第一柵桿211中的其中一個樞接，該擺動端222位於與該連接端221樞接的該第一柵桿211下方的該第一柵桿211之一側(朝向一迎風風力F1的一側上)。擺動葉片22可藉由二突設於該第一柵桿211的突耳(圖未示)與一樞軸(圖未示)來與該第一柵桿211樞接；當然，也可以使用其他元件與結構來樞接，在此不再說明。
本實施例之擺動葉片22可以為硬式薄片或軟式薄片，硬式薄片例如金屬、玻璃纖維、硬質塑膠或其他硬質之高分子材料等硬質材質製成。軟式薄片例如布類、橡膠、軟質塑膠或其他軟質高分子材料等軟質材質製成。實際上，該等擺動葉片22之材質不須限制，只要能被風吹動掀起即可。
每一葉片模組2的該等配重件23分別設置於該等擺動葉片22的擺動端222。該等配重件23可用於增加該等擺動葉片22的重量，以使擺動葉片22可垂掛設置，並具有足夠重量可擺動。
每一葉片模組2的擋風片24略呈弧形長板片狀，並連接在該格柵式葉片21之外側214，且沿該運轉方向 T反向延伸。
本發明使用時，每一擺動葉片22可在一如圖2的關閉位置，以及一如圖3、4的開啟位置間移動(圖3、4顯示部分的擺動葉片22開啟)。在該關閉位置時，每一擺動葉片22的擺動端222貼靠該格柵式葉片21，且該擺動葉片22覆蓋與其對應的該葉片空間210。在該開啟位置時，每一擺動葉片22的擺動端222遠離該格柵式葉片21，而且此時該擺動葉片22不再覆蓋與其對應的該葉片空間210，從而使逆向風力流場可通過葉片空間210而吹送。
具體來說，本發明的轉軸1可安裝在高度位置約為幾公尺處，藉由通過本發明整體軸心之風力壓差來推動運轉。以一通過該轉軸1之軸線來作分界，該轉軸1上方的該葉片模組2處於接受迎風面風壓之順向風壓側，在此同時，該轉軸1中心下方的該兩個葉片模組2則位於背風面之逆向風壓側。上方的該葉片模組2受到該迎風風力F1吹動時，由於該葉片模組2的該等擺動葉片22位於格柵式葉片21之迎風側215，會被吹動而貼靠在該格柵式葉片21上，且位於該關閉位置並覆蓋葉片空間210，該等擺動葉片22進而與該格柵式葉片21搭配，於該迎風側215共同構成一完整的迎風表面，可產生較大之扭力旋轉，使本發明可受到風力推動而連同該轉軸1一起朝該運轉方向T轉動。
而此時該轉軸1下方的該兩葉片模組2因為旋轉至背風面，受到逆向風力流場所產生的一逆風風力F2之 阻力，下方的該兩葉片模組2的該等擺動葉片22進而被此逆風風力F2吹動而呈現開啟之透風狀態，此時該等擺動葉片22位於該開啟位置，每一葉片空間210至少有局部部位不被擺動葉片22覆蓋而可透風，使逆向風可經由葉片空間210流入迎風側215，從而能減少逆風阻力與逆向扭力，且下方的該兩葉片模組2呈較小之扭力。如此一來，本發明該三個葉片模組2整體所受到的扭力，可受到迎風面之順向風壓與逆風面之逆向風壓，此兩種通過軸心之風力壓差配合產生一用於推動本發明朝該運轉方向T轉動之風力，從而使本發明可持續朝該運轉方向T轉動。
總結來說，本發明任一葉片模組2運轉至迎風面側時，其擺動葉片22受到迎風風力吹動而閉合，產生較大的順向扭力，而運轉至背風面側時，其擺動葉片22則可被逆向風力吹起掀開，以產生較小的逆向扭力。因此，順向風壓扣除逆向風壓後，使本發明整體之旋轉扭力較大而能提升風力之使用效率。
值得一提的是，每一葉片模組2的擋風片24，能用於限制迎風面之風力流場的流動方向，可用於侷限風力流場以保留風力於該迎風側215，使葉片模組2受到迎風風力F1推動而使運轉時能增大旋轉扭力。
補充說明的是，通常在該轉軸1之徑向方向上，離該轉軸1越遠處受到的扭力與風力越大。所以在設計上，離該轉軸1越遠處的擺動葉片22可以設計成較小片，離該轉軸1越近處的擺動葉片22可以設計成較大片。此外 ，本發明也可以視需求額外增加導流板，以幫助收集與導引風力。
綜上所述，藉由格柵式葉片21之格柵結構而形成該等葉片空間210，再配合該等擺動葉片22可前後擺動地設置在該格柵式葉片21上，從而可以使該等葉片模組2可受到順向風力與逆向風力所產生的風壓差帶動而運轉，本發明上述可受逆向風作用而透風之結構設計，有助於減小逆向風阻，達到提升運轉扭力之功效。而且本發明上述結構設計，架設於離地面數公尺處即可運轉，相較於一般須架設於數十公尺高空之風力葉片機組而言，本發明架設高度不須太高，可節省架設支柱桿長度之材料與成本，並且能降低運轉噪音。
參閱圖5、6，本發明風力葉片裝置之一第二較佳實施例，與該第一較佳實施例之結構大致相同，不同之處在於：本實施例為直立式裝置，該轉軸1為上下直立延伸，該等第一柵桿211亦為上下直立延伸，該等第二柵桿212則為左右水平延伸。本實施例的每一擺動葉片22的連接端221與該等第二柵桿212中的其中一個樞接，該擺動端222位於與該連接端221樞接的該第二柵桿212下方的該第二柵桿212之一側(朝向該迎風風力F1的一側上)。本實施例同樣可藉由一圖未示的架設系統架高於空中，從而能受到風力驅動而運轉。
本實施例運轉時，任一葉片模組2運轉至迎風面側時，其擺動葉片22同樣受到迎風風力吹動而閉合，而 運轉至背風面側時，其擺動葉片22則可被逆向風力吹起掀開。本實施例與該第一較佳實施例相同，同樣能達到提升運轉扭力之功效。
由本實施例與該第一實施例可知，無論是橫臥式裝置或直立式裝置，該等擺動葉片22之連接端221恆位於上方，該擺動端222恆位於下方，而配重件23設置於擺動端222而恆位於擺動葉片22底部。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims (6)

  1. 一種風力葉片裝置，可受驅動而朝一運轉方向轉動，並包含：一轉軸；及數個葉片模組，連接該轉軸且彼此角度間隔，每一葉片模組包括一連接該轉軸的格柵式葉片，以及數個可前後擺動地垂掛於該格柵式葉片上的擺動葉片，該格柵式葉片包括數個上下左右排列之葉片空間，該等擺動葉片呈上下左右設置且分別對應該等葉片空間，並且皆具有一位於頂部並連接該格柵式葉片的連接端，以及一位於底部的擺動端，每一擺動葉片可在一覆蓋該葉片空間並使該擺動端貼靠該格柵式葉片的關閉位置，以及一使該擺動端遠離該格柵式葉片的開啟位置間移動；其中，在該轉軸之徑向方向上，離該轉軸越遠的擺動葉片越小，離該轉軸越近處的擺動葉片越大。
  2. 如請求項1所述的風力葉片裝置，其中，每一葉片模組還包括數個分別設置於該等擺動葉片的擺動端的配重件。
  3. 如請求項1所述的風力葉片裝置，其中，每一格柵式葉片包括一連接該轉軸的內側，以及一相反於該內側且遠離該轉軸的外側，每一葉片模組還包括一連接在該格柵式葉片的外側且沿該運轉方向反向延伸的擋風片。
  4. 如請求項1至3中任一項所述的風力葉片裝置，其中，每一葉片模組的格柵式葉片包括數個沿該轉軸之一徑 向方向間隔排列且皆沿該轉軸之一軸向方向延伸的第一柵桿，以及數個沿該軸向方向間隔排列且皆沿該徑向方向延伸的第二柵桿，該等第二柵桿與該等第一柵桿共同界定該等葉片空間。
  5. 如請求項4所述的風力葉片裝置，其中，該轉軸為左右延伸，每一葉片模組的擺動葉片的連接端與該等第一柵桿中的其中一個樞接，該擺動端位於與該連接端樞接的該第一柵桿下方的該第一柵桿之一側。
  6. 如請求項4所述的風力葉片裝置，其中，該轉軸為上下延伸，每一葉片模組的擺動葉片的連接端與該等第二柵桿中的其中一個樞接，該擺動端位於與該連接端樞接的該第二柵桿下方的該第二柵桿之一側。
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