TWI623683B - 水輪裝置及其控制機構 - Google Patents

Abstract

一種用於一水輪裝置的控制機構，其中該水輪裝置包括一水輪軸、複數葉片架徑向分佈於該水輪軸上、複數葉片分別裝設於該複數葉片架上、以及一樞轉軸，裝設於一相應葉片架上，以許該複數葉片之一相對於該一相應葉片架樞設，其中該控制機構包括：一止擋部，設於樞設於該樞轉軸上之該一葉片；以及一控制滑塊，其於第一狀況下，與該止擋部相抵接，而拘束該一葉片之樞轉；而於第二狀況下，解除與該止擋部的抵接，而使該一葉片相對於該一相應葉片架樞轉。

Description

水輪裝置及其控制機構

本案係關於水輪，尤指一種控制水輪操作的控制系統。

現有的水輪裝置若遇到水流量過大、流速過快的情形時，多是透過控制水閘門的開啟的大小來控制，但其缺點是一旦將閘門開啟的幅度改變，而同時受改變的是水流的流速與流量，這反而會影響到水輪裝置下游的用水需求，再者，當水流的流速與流量同時減少時，會使得水道內的淤積更為嚴重，因此以閘門控制並不是一個很好的辦法。另外，亦有的習用技術的葉片控制是透過電動的方式進行控制，其優點是在於可以精確的葉片的開啟或關閉，以及介於兩者之間時開口的大小，然而弔詭的是在於若發生缺電的情形則習用的電控葉片即無法動作。再者，由於是水輪裝置，因此都是設置於水道上，相關設施也位於水道附近，故而周圍的水氣十分充沛，而眾所週知的是水氣對於機電設備而言是相當容易使之受侵蝕的環境，如此一來機電設備也就容易損壞，增加了維修成本。再者， 水輪裝置的設置場所也通常是偏遠地區，交通條件較差，因而更增加了維修的交通成本，因此在水輪機的領域中急需一種不依靠電力就可以操作的葉片控制系統。

爰是之故，申請人有鑑於習知技術之缺失，發明出本案「水輪裝置及其控制機構」，用以改善上述習用手段之缺失。

本發明之目的是為了降低水輪設備對電力的依賴。利用機械構造的接觸與推動使得水輪葉片的控制機構解除抵接狀態而使葉片能自由擺動，或是使得控制機構恢復抵接狀態而限制了葉片的擺動範圍。

為了達到上述之目的，本發明提供一種水輪裝置，包括：一水輪軸，具一第一軸；複數葉片架徑向分佈於該水輪軸上；複數水輪葉片分別裝設於該複數葉片架上；以及一樞轉軸，裝設於一相應葉片架上、具一第二軸、且許該複數水輪葉片之一相對於該一相應葉片架樞設，其中該第一軸與第二軸平行。

為了達到上述之目的，本發明又提供一種用於一水輪裝置的控制機構，其中該水輪裝置包括一水輪軸、複數葉片架徑向分佈於該水輪軸上、複數水輪葉片分別裝設於該複數葉片架上、以及一樞轉軸，裝設於一相應葉片架上，以許該複數水輪葉片之一相對於該一相應葉片架樞 設，其中該控制機構包括：一止擋部，設於樞設於該樞轉軸上之該一水輪葉片；以及一控制滑塊，其於第一狀況下，與該止擋部相抵接，而拘束該一水輪葉片之樞轉；而於第二狀況下，解除與該止擋部的抵接，而使該一水輪葉片相對於該一相應葉片架樞轉。

為了達到上述之目的，本發明亦提供一種用於一水輪裝置的控制機構，其中該水輪裝置包括一水輪軸，沿該水輪軸的一圓周方向之一特定位置上在該水輪軸上軸向設置複數個相鄰葉片架，該每個葉片架上設置一個葉片，該每個葉片具有一樞接側與一相對抵接側，該樞接側即樞設於一相關該葉片架之一第一位置上，而該控制機構則設置於該一相關葉片架鄰近於該抵接側的一第二位置上，其中，該控置機構更包括：一抵接滑塊，該抵接滑塊在一抵接位置與一釋放位置之間移動，於該抵接位置時，抵接滑塊與抵接側相抵接，而於釋放位置時，該抵接滑塊則不與該抵接側相抵接。

為了達到上述之目的，本發明再提供一種用於一水輪裝置的控制機構，其中該水輪裝置包括一水輪軸，該水輪軸的兩端分別設置於一水道的岸邊，且以該水輪軸的圓周方向在該水輪軸上設置複數個葉片架，每個葉片架上設置了一葉片，該葉片的一側是一樞接端，而該樞接端的對側則是一自由端，葉片的樞接端即樞設於葉片架上， 而該控制機構包括：一滑塊機構，可活動的設置於臨近於該自由端的葉片架上，並可於一止擋位置與一釋放位置之間移動，當滑塊機構位於該止擋位置時，滑塊機構與自由端相抵接，而使該葉片無法相對於該葉片架樞轉；以及當滑塊機構位於該釋放位置時，該自由端不受該滑塊機構的止擋而許該葉片相對於該葉片架樞轉。

1‧‧‧水輪

10‧‧‧水輪轉軸

12‧‧‧葉片架

12a‧‧‧徑向臂

12b‧‧‧橫桿

2‧‧‧葉片

20‧‧‧葉片樞軸

20a‧‧‧葉片軸向

20’‧‧‧樞接部

21‧‧‧連接臂

22‧‧‧止擋部

3‧‧‧止擋機構

30‧‧‧缺口

30a‧‧‧滑動部

30aL‧‧‧左滑動部

30aR‧‧‧右滑動部

30b‧‧‧靜止部

30c‧‧‧傳遞滑塊

31‧‧‧受推斜面

32‧‧‧容置部

4‧‧‧水道

41‧‧‧岸邊

51‧‧‧止擋解除滾輪

52‧‧‧止擋啟動滾輪

P1‧‧‧觸發前位置

P2‧‧‧觸發後位置

WF‧‧‧水流

圖1，為本發明以單一葉片為例的實施例示意圖；圖2，為本發明葉片與止擋機構的實施例示意圖；圖3，為本發明的葉片與止擋機構的俯視圖；圖4，為圖3的A-A剖面的示意圖；圖5，為本發明的葉片與止擋機構的俯視圖；圖6，為圖5的B-B剖面的示意圖

圖7，為止擋機構由止擋狀態變為開放狀態的示意圖；圖8，為止擋機構由開放狀態變為止擋狀態的示意圖；圖9，為本發明的水輪裝置的整體示意圖；圖10，為本發明解除止擋後葉片在水流內的狀 態示意圖；圖11，為本發明多葉片的水輪裝置的整體示意圖；圖12，為本發明多葉片的水輪裝置的止擋機構的俯視圖；以及圖13，為圖12的C-C剖面示意圖。

以下針對本案之「水輪的控制系統」的各實施例進行描述，請參考附圖，但實際之配置及所採行的方法並不必須完全符合所描述的內容，熟習本技藝者當能在不脫離本案之實際精神及範圍的情況下，做出種種變化及修改。

請參閱圖1，為本發明以單一葉片為例的實施例示意圖。為了更清楚的呈現控制系統與水輪之間的關係，圖1中僅揭露單一個葉片架12，而一個葉片架12則配有但不限於一個的葉片2。葉片架12則固定於一水輪轉軸10上，水輪轉軸10即一水輪機的主軸，而實際上水輪則由多個葉片架12以水輪轉軸10為圓心沿其圓周方向設置。葉片架12更細分成一徑向臂12a與一橫桿12b，樞接部20’即樞設於橫桿12b上，而葉片2即透過樞接部20’以可轉動的方式設置在葉片架12上，在葉片2上位於樞接部20’的對側處則有一止擋部22，而鄰接止擋部22的葉片架20上則設有一止擋機構3，作為控制葉片2是否被卡固、 固定的一控制機構。為了便利於止擋部22及樞接部20’兩者與葉片2之間的安排、設置，通常利用一連接臂21的兩端來應用，其中一端作為樞接部20’、而另一端即作為止擋部22，而葉片2就固定在連接臂21上。此外，樞接部20’形成了一葉片軸向20a，是平行於水輪轉軸10。止擋機構3上具有一缺口30以供止擋部22通過，圖1中缺口30與止擋部22錯開，使得止擋機構3止擋了止擋部22，故而阻止葉片2向上轉動。透過止擋機構3的位置的改變來決定葉片2可以自由擺動或是被止擋，可見止擋機構3亦是一葉片控制滑塊，而葉片2亦是一活動葉片而非永遠固定的葉片，當止擋機構3移動而使缺口30對準止擋部22，則止擋部22就可以通過缺口30，亦即葉片2可以轉動。止擋機構3的兩端則各設有一受推斜面31，當其中一端的受推斜面31被推動時，則促使止擋機構3向另一端移動，以圖1而言，若左端的受推斜面31被推動，則即如前所述會使缺口30會對準止擋部22。至於圖1所揭示之缺口30錯開止擋部22的狀態則可說是右端受推斜面31被推動後的結果。且葉片架12上的葉片2、樞接部20’、葉片控制滑塊3與葉片架12共同構成一輪葉組，此輪葉組以水輪轉軸10為圓心環狀排列並設置於水輪轉軸10上(請參考圖9)。

請參閱圖2，為本發明葉片與止擋機構的實施例示意圖。其中揭露葉片2的背面，也就是背對水流方向的面，葉片2是設置於葉片架12上，其中葉片架12更可 分為徑向臂12a與橫桿12b。徑向臂12a即自水輪轉軸10配合圖1)以其徑向延伸而出，而橫桿12b即連接兩個徑向臂12a。葉片2即透過樞接部20’連接至橫桿12b上，樞接部20’內具有葉片樞軸20。為了葉片2設置的便利，令葉片2透過一連接臂21與橫桿12b樞接。葉片樞軸20的轉動軸向(請配合圖1的葉片軸向20a)與水輪轉軸10(請配合圖1)平行，而連接臂21的另一端則凸出於葉片2的邊緣，以作為一止擋部22去與止擋機構3產生止擋的效果，由此可見，連接臂21上的止擋部22算是連接臂21的自由端，而另一端則是樞接端，樞接端即位於樞接部20’處。作為一總體而言，葉片2與連接臂21兩者合為一葉片總成，故止擋部22算是葉片2的自由端、而樞接部20’是葉片2的樞接端。止擋機構3則具有一缺口30，與止擋部22相對應。以圖2的缺口30的位置而言，此一位置剛好與止擋部22對應，亦即可以讓止擋部22通過缺口30而不被止擋機構3所阻擋。因此，若想像水流是自下方來的，則由於止擋部22不會被止擋機構3所阻擋，也就是會通過缺口30，因此葉片2會向上擺動。而止擋機構3更包含一滑動部30a與一靜止部30b，靜止部30b是固定於葉片架12的徑向臂12a(請配合圖4、6)上，而滑動部30a即在靜止部30b上滑動，因此靜止部30b即可強化止擋機構3的結構強度。且所述缺口30係設於滑動部30a上。此外，在滑動部30a的兩端各設有一受推斜面31，用以接受一觸發部(圖中未揭示)的推動，即可使滑動部30a滑動。本發明的滑動部30a與 靜止部30b之間係採取簡易的示意圖式，對於機械領域中具有普通知識的人而言可以輕易的基於滑塊機構而構思出本發明的滑動部30a與靜止部30b之間的詳細構造。

請參閱圖3與圖5，此二圖均為本發明的葉片與止擋機構的俯視圖。圖3的止擋機構3的滑動部30a係位於開放位置、而圖5的止擋機構3的滑動部30a則位於止擋位置，且在滑動部30a的兩端各設有一受推斜面31。請繼續參閱圖3與圖5，其中葉片架12(請參考圖1、圖2)更可分為徑向臂12a與橫桿12b。徑向臂12a即自水輪轉軸10以徑向延伸而出，而橫桿12b即連接兩個徑向臂12a。葉片2即透過樞接部20’連接至橫桿12b上，樞接部20’內具有葉片樞軸20(請配合圖2)並藉以形成一與水輪轉軸10軸向平行的葉片軸向20a。

請繼續參閱圖3與圖5，其顯示的是葉片2的背面，也就是背水側，因此以此二圖的圖面方向而言葉片2是以脫離紙面的方向移動，因為葉片2的面水側即受水流推動所致。以圖3而言，滑動部30a位於開放位置，滑動部30a的缺口30則對準止擋部22，止擋部22是自連接臂21的其中一端延伸而出。因此當葉片2受水流推動時，止擋部22可以通過缺口30而不受到滑動部30a的止擋，於此，請同時配合圖4，為圖3的A-A剖面的示意圖，其中可見止擋機構3的靜止部30b是設於葉片架12(請參考圖1、圖2)的徑向臂12a上，而滑動部30a則位於靜止部30b上，兩端各設有一受推斜面31，並當左邊的受推斜面31 被推動時則可向右滑動。靜止部30b更具有一容置部32用以容納止擋部22，由圖4清楚可見缺口30正對著止擋部22，故當水流由下往上推動葉片2(請配合圖3)時，止擋部22即會通過缺口30。以圖5而言，滑動部30a位於止擋位置，滑動部30a的缺口30則偏離止擋部22，也就是不對準止擋部22，因此當葉片2受水流推動時，止擋部22會被滑動部30a止擋而無法通過缺口30，也就是說，在止擋部22與滑動部30a相抵接的情形下，水流推動葉片2，止擋部22施力於滑動部30a，進而透過靜止部30b而間接的推動葉片架12使水輪機旋轉。於此，請同時配合圖6，為圖5的B-B剖面的示意圖，其中可見止擋機構3的靜止部30b是設於葉片架12的徑向臂12a上，而滑動部30a則位於靜止部30b上，兩端各設有一受推斜面31，並當右邊的受推斜面31被推動時則可向左滑動。靜止部30b更具有一容置部32用以容納止擋部22，由圖6清楚可見缺口30並未對著止擋部22，亦即兩者是錯開的，故當水流由下往上推動葉片2(請配合圖5)時，止擋部22即會被滑動部30a止擋而無法通過缺口30。

請參閱圖7，為止擋機構由止擋狀態變為開放狀態的示意圖。圖7是依照圖4的A-A剖面方向、以及圖6的B-B剖面方向而繪製。止擋機構3的靜止部30b固定於葉片架12(請參考圖1、圖2)的徑向臂12a上。首先請看圖7的下方，此時止擋機構3處於止擋狀態(亦即抵接、卡固、固定狀態)，止擋部22位於靜止部30b的容置部32內， 而滑動部30a位於止擋位置(亦即抵接、卡固、固定位置)，亦即，缺口30並未對著止擋部22，亦即兩者是錯開的，故當水流由下往上推動葉片2(請配合圖3)時，止擋部22與滑動部30a相抵接，亦即止擋部22即會被滑動部30a所止擋而無法通過缺口30，然而本發明在流道(請配合圖9)的左右兩側，通常是河岸的左右兩岸，各設置一止擋解除裝置51與一止擋啟動裝置52，以圖7為例，由圖7的下方至上方為一完整的止擋解除動作。先由圖7下方開始，止擋解除裝置51位於觸發位置，而止擋啟動裝置52位於初始位置(待機位置)，當水輪持續被水流推動而使圖7的止擋裝置3上升時，左邊的受推斜面31，即第一受推斜面，就會接觸到止擋解除裝置51。雖然止擋裝置3是向上移動，因此受到止擋解除裝置51是一向下的作用力，但是由於受推斜面31具有斜面，此斜面是面對止擋解除裝置51，因此會產生水平方向的分力，進而將止擋裝置3的滑動部30a向右推動，亦即如圖7的上方所示。受推斜面31的斜面更佳的選擇則是一略呈外凸的弧面，而左側的受推斜面31面向該止擋解除裝置51、右側的則面向止擋啟動裝置52。故而自圖7下方向圖7上方閱覽並理解可知，左邊的受推斜面31接觸到止擋解除裝置51使滑動部31a被向右推動而滑動到開放位置(釋放位置)，進而使缺口30對準止擋部22，此時止擋裝置3處於開放狀態(釋放狀態)。當此葉片架12繼續轉動直到再度接觸水流時，由於缺口30對準了止擋部22而令滑動部31a無法阻擋葉片2的擺動，因 此葉片2會因為水流的推動而以葉片樞軸20為轉動中心而傾斜(請配合圖10)。此外，由於止擋啟動裝置52位於初始位置，故而不會與止擋機構3的右側的受推斜面31接觸，故而不會有干涉現象產生。此外，為了讓止擋解除裝置51能平滑的與受推斜面31接觸，止擋解除裝置51設計為一滾輪，當與受推斜面31接觸時，滾輪即可平順的滾過受推斜面31而不會有過多的摩擦。

請參閱圖8，為止擋機構由開放狀態變為止擋狀態的示意圖。圖8是依照圖4的A-A剖面方向、以及圖6的B-B剖面方向而繪製。止擋機構3的靜止部30b固定於葉片架12(請參考圖1、圖2)的徑向臂12a上。首先請看圖8下方，此時止擋機構3處於開放狀態，止擋部22位於靜止部30b的容置部32內，而滑動部30a位於開放位置，亦即，缺口30對著止擋部22，故當水流由下往上推動葉片2(請配合圖3)時，止擋部22不會被滑動部30a止擋而會傾斜，然而本發明在流道的左右兩側，通常是河岸的左右兩岸(請配合圖9的水道4與岸邊41)，各設置一止擋解除裝置51與一止擋啟動裝置52，以圖8為例，由圖8的下方至上方為一完整的止擋啟動的動作。先由圖8下方開始，止擋解除裝置51位於初始位置(待機位置)，而止擋啟動裝置52位於觸發位置，當水輪持續被水流推動而使圖8的止擋裝置3上升時，右邊的受推斜面31，即第二受推斜面，就會接觸到止擋啟動裝置52。雖然止擋裝置3是向上移動，因此在接觸到止擋啟動裝置52時是受到一向下的作 用力，但是由於受推斜面31具有斜面，因此會產生水平方向的分力，進而將止擋裝置3的滑動部30a向左推動，亦即如圖8上方所示。故而自圖8下方向圖8上方閱讀並理解可知，右邊的受推斜面31接觸到止擋啟動裝置52使滑動部31a被向左推動而滑動到止擋位置(抵接、卡固、固定位置)，進而使缺口30不再對準止擋部22，亦即兩者呈錯開狀態。當此葉片架12繼續轉動直到再度接觸水流時，由於缺口30並未對準止擋部22而令滑動部31a阻擋葉片2的擺動，因此當葉片2被水流推動時，由於滑動部31a止擋了止擋部22使得葉片2不會依葉片樞軸20(請配合圖2)而轉動。此外，由於止擋解除裝置51位於初始位置(待機位置)，故而不會與止擋機構3的左側的受推斜面31接觸，故而不會有干涉現象產生。由圖7與圖8可知，止擋解除裝置51與止擋啟動裝置52共同具有觸發的功效，亦即均屬於一種觸發滾輪，只不過止擋解除裝置51的觸發功效是用以觸發左側的受推斜面31使之平移，而止擋啟動裝置52則是用以觸發右側的受推斜面31使之平移。此外，為了讓止擋啟動裝置52能平滑的與受推斜面31接觸，止擋啟動裝置52設計為一滾輪，當與受推斜面31接觸時，滾輪即可平順的滾過受推斜面31而不會有過多的摩擦。

圖9，為本發明的水輪裝置的整體示意圖。其中水輪1(亦可稱為水車)作為一整體，因此具有多個葉片架12，各葉片架12則以水輪轉軸10為軸心而環繞設置，水輪1則透過水輪轉軸10設置於水道4上，亦即水道4的岸 邊41。水流WF則大致上由圖面左上方流到右下方，因此如以水輪1的左方觀之，則水輪1是以逆時針的方向轉動，因此在約三點鐘的位置是葉片2的離水位置，也就是水道4的下游處、而在九點鐘的位置則是葉片2的入水位置，也就是水道4的上游處。而止擋解除裝置51與止擋啟動裝置52則均設置於葉片2的離水位置附近的岸邊41，當然亦可以設置在入水位置，但為了便於說明起見，本發明僅就設置於離水位置的止擋解除裝置51與止擋啟動裝置52作說明，對於本技術領域中具有通常知識的人經由本案的提示或教導即可理解此二裝置亦可設置於葉片2的入水位置。在圖9中可見在止擋解除裝置51與止擋啟動裝置52兩者的上方臨近處與下方臨近處各有一葉片2及其止擋裝置3，因此配合圖3至圖8就可以理解本發明水輪的控制系統是如何運作的了。圖9的止擋裝置3與葉片2採取的是簡易的畫法，詳細的結構請配合圖1、圖2、圖3、與圖5。

請繼續參閱圖9，其中，在離水位置的止擋解除裝置51與止擋啟動裝置52的下方的葉片2是處於觸發前位置P1，而在其上方的葉片2則是處於觸發後位置P2，因此，配合圖7與圖8可知，觸發前位置P1就是此二圖式的下方的部份，而觸發後位置P2就是此二圖式的上方的部份，故而再分別配合圖7與圖8及其相關說明，以圖9配合圖7而言，在觸發前位置P1的止擋裝置3即位於止擋位置，也就是圖7下方的部份，當水輪1繼續逆時針轉動、 以圖7言就是止擋裝置3由下而上移動、而讓止擋裝置3左邊的受推斜面31受到止擋解除裝置51的觸發時，止擋裝置3的滑動部30a就會向右滑動而呈現圖7上方部份的狀態，此時止擋裝置3的位置以圖9而言就是觸發後位置P2。同理，以圖9配合圖8而言，在觸發前位置P1的止擋裝置3即位於開放位置，也就是圖8下方的部份，當水輪1繼續逆時針轉動、以圖8言就是止擋裝置3由下而上移動、而讓止擋裝置3右邊的受推斜面31受到止擋啟動裝置52的觸發時，止擋裝置3的滑動部30a就會向左滑動而呈現圖8上方部份的狀態，此時止擋裝置3的位置以圖9而言就是觸發後位置P2。其餘的說明請參閱圖7與圖8及其相關文字說明，於此不再贅述。

請參閱圖10，為本發明解除止擋後葉片在水流內的狀態示意圖。其中，為了圖式的簡單扼要起見，僅將水輪1的其中之一的葉片架12繪出，葉片架12自水輪轉軸10延伸而出，並依水輪轉軸10的徑向設置了三個葉片2，各葉片2透過一樞接部20’的葉片樞軸20而樞接在葉片架12上，並圍繞著水輪轉軸10轉動，以圖10而言是逆時針轉動，而水流WF在水道4內是自左向右的流動。由於圖10最下方的葉片2的止擋機構3已經解除了止擋狀態，也就是說止擋機構3的缺口30(請配合圖3、圖4)對準著止擋部22因而無法阻擋止擋部22，因此受到水流WF的推力，葉片2會以葉片樞軸20為軸心擺動，也就是說下方這個已被解除止擋的葉片2所受到水流WF的推力是比較小 的，因為一部分的力量已經轉換為將葉片2向上推動的力量，也就是說水流WF的力量被轉換為使葉片2本身轉動的力量，因此對葉片架12而言，僅剩下兩個用來迎接水流WF的葉片2，故也就減少了使水輪1(請配合圖9)轉動的力量。至於圖10的上方與中間的葉片2各自的止擋機構3則都位於止擋位置也就是說止擋機構3的缺口30與止擋部22錯開(請配合圖5、圖6)，故而止擋機構3與止擋部22相抵接，亦即止擋機構3阻擋了止擋部22，因此受到水流WF的推力，葉片2不會以葉片樞軸20為軸心擺動，也就是說上方及中間這兩個已被啟動止擋的葉片2所受到水流WF的推力是比較大的，因為沒有任何部分的力量被分散為使此二葉片2自身樞轉的力量，也就是說水流WF的力量無法使此二葉片2本身轉動，因此對葉片架12而言，僅剩下上方及中間這兩個葉片2來迎接水流WF，故使水輪1(請配合圖9)轉動的力量也就減少了。

請繼續參閱圖10，並請同時配合圖1，本發明其中一個重點在於本發明的葉片樞軸20與水輪轉軸10兩者的轉動的軸向是平行的，因此，葉片2的擺動方向與水輪轉動的切線方向相同，亦即，水輪轉軸10的轉動平面與葉片2的轉動平面是平行且重合的，換言之，當葉片2未卡固時，水流對葉片2的衝擊而使葉片2傾斜時，葉片2的傾斜會使水流WF對葉片2的施力產生分力，又因為葉片樞軸20與水輪轉軸10兩者的轉動的軸向是平行的，故而未被固定的葉片2所產生的分力也只位於水輪轉軸10的 轉動平面上，亦即此分力透過葉片架12的傳遞也只會讓水輪轉軸10依自身軸向轉動而已，而不會讓水輪轉軸10依其他軸向轉動，因為若水輪轉軸10受到其他軸向的力量的作用時，即會使水輪轉軸10本身及其軸承受力不平均，進而導致水輪轉軸10的使用壽命下降，因為它並非設計接受多種軸向轉動或施力，而僅依據其自身的軸向轉動，所以葉片樞軸20與水輪轉軸10的平行即可避免葉片2的分力以其他方向施力於水輪轉軸10，故而本發明的設計不會減損水輪轉軸10的壽命。

請參閱圖11，為本發明多葉片的水輪裝置的整體示意圖。其中揭露在水輪轉軸10上以環繞的方式設置了多個葉片架12，而每個葉片架12上各設置了三個葉片2。以圖11而言，水輪轉軸10上同一位置的葉片架12是以並排的方式設置了兩個葉片架12，因此，同一位置的葉片2總共有六個。為了圖式的簡單扼要起見，僅將兩個岸邊41、水輪轉軸10、水道4、各葉片架12、與各葉片2繪出，然而各個單獨一個葉片2與葉片控制滑塊3(止擋機構)之間的細節，請參考圖2至圖6及其相關說明。而葉片控制滑塊3與止擋解除滾輪51及止擋啟動滾輪52的動作關係請參考圖7至圖9及其相關說明，不過，圖9的情形是一個葉片架12依水輪轉軸10的徑向僅有一個葉片2，但在圖11上，一個葉片架12依水輪轉軸10的徑向則有三個葉片2，因此圖11要用到的止擋解除滾輪51(請配合圖9)及止擋啟動滾輪52(請配合圖9)則各有三個，其排列方向亦順應三 個葉片2而會在岸邊呈現依水輪轉軸10的徑向而設置三組止擋解除滾輪51及止擋啟動滾輪52。

請參閱圖12，為本發明多葉片的水輪裝置的止擋機構的俯視圖，也就是圖11的局部結構的俯視圖，但僅繪出一組左右相鄰的葉片2、亦即依平行於水輪轉軸10的方向而設置者。在圖12中，有兩個葉片2呈左右配置，亦可以理解為兩個圖5揭露的葉片2以左右相鄰的方式排列，故而在同一橫向位置，也因此兩個葉片2的被止擋與被釋放是連動的。大致上一如圖5所示，圖12的止擋機構3的滑動部(30aL、30aR、30c)位於止擋位置。但是較為不同的是，圖12的滑動部總共分為三個部分，左方的葉片2所搭配的是左滑動部30aL，而右方的葉片2所搭配的是右滑動部30aR，至於兩個滑動部(30aL、30aR)之間則是一個傳遞滑塊30c，用以將左右兩個滑動部所受到止擋解除滾輪51(請配合圖7)或止擋啟動滾輪52(請配合圖9)的衝擊力，由其中一個滑動部傳遞給另一個滑動部。且左滑動部30aL是與左側葉片2的止擋部22相抵接、而右滑動部30aR是與右側葉片2的止擋部22相抵接。至於其他的結構則與圖5所揭示者幾乎相同，如左滑動部30aL的左端具有一受推斜面31，用以接受來自止擋解除滾輪51(請配合圖7)的衝擊，而右滑動部30aR的右端具有一受推斜面31，用以接受來自止擋啟動滾輪52(請配合圖8)的衝擊。此外葉片架12更可分為徑向臂12a與橫桿12b。徑向臂12a即自水輪轉軸10以徑向延伸而出，而橫桿12b即連接三個徑向臂 12a。葉片2即透過樞接部20’連接至橫桿12b上，樞接部20’內具有葉片樞軸20(請配合圖2)並藉以形成一與水輪轉軸10(請配合圖11)軸向平行的轉動軸向20a。圖12的發明亦具有連接臂21，葉片2設置於連接臂21上。連接臂21的一端是樞接端、另一端是止擋端，樞接端即作為樞接部20’透過葉片樞軸20(請配合圖2)樞接於葉片架12上，至於止擋端即形成一止擋部22凸出於葉片2的邊緣，且由於止擋部22與止擋機構3的缺口30錯開，因此止擋部22與止擋機構3相抵接而產生止擋的效果。

請參閱圖13，為圖12的C-C剖面示意圖。圖13也就是圖11的局部結構的剖面視圖，但僅繪出與左右相鄰的葉片2(請配合圖12)相關的止擋機構3。圖13的滑動部一如圖12所示，其總共分為三個部分，左方的葉片2所搭配的是左滑動部30aL，而右方的葉片2所搭配的是右滑動部30aR，至於兩個滑動部(30aL、30aR)之間則是一個傳遞滑塊30c，用以將左右兩個滑動部所受到止擋解除滾輪51(請配合圖7)或止擋啟動滾輪52(請配合圖9)的衝擊力，由其中一個滑動部傳遞給另一個滑動部，所有的滑動部(30aL、30aR)與傳遞滑塊30c均在靜止部30b上滑動。靜止部30b則固定於三個徑向臂12a上，不但具有導引各滑動部與傳遞滑塊的滑動的功效，亦具有維持三個徑向臂12a之間的距離的功效。且左滑動部30aL是與左側葉片2的止擋部22相抵接、而右滑動部30aR是與右側葉片2的止擋部22相抵接，亦即，各止擋部22均與缺口30錯開。 至於受推斜面31的功效請參考圖4、6、7-8，於此不再贅述。本發明圖12、13的滑動部(30aL、30aR)、傳遞滑塊30c與靜止部30b之間係採取簡易的示意圖式，對於機械領域中具有普通知識的人而言可以輕易的基於滑塊機構而構思出本發明的滑動部(30aL、30aR)、傳遞滑塊30c與靜止部30b之間的詳細構造。

因此，由圖12-13可以類推，當具有三個葉片並排時，每個葉片均配備有一個滑動部，故而每兩個相鄰的滑動部之間則具有一傳遞滑塊，故若以三個葉片並排的實施例而言時，同一橫排的止擋機構就具有兩個傳遞滑塊。因此若有N個葉片並排，則其所使用的止擋機構就具有N減一個的傳遞滑塊。此外，在三個葉片並排的實施例中，用以配合一位於中間位置的葉片的滑動部的兩端則不需要有受推斜面，但是此置中的滑動部的兩端則均各與一傳遞滑塊抵接，亦即與左滑動部相接的是左傳遞滑塊、與右滑動部相接的是右傳遞滑塊，例如當左滑動部的受推斜面被觸發時，其橫向移動的力量就透過左傳遞滑塊傳遞到置中的滑動部，並再由這個置中的滑動部透過右傳遞滑塊傳遞到右滑動部。同理，當有多個葉片並排的實施例時，僅有最左端與最右端的滑動部需要設置受推斜面，其餘的滑動部則不需要設置。

綜上所述，本發明「水輪的控制系統」就是讓葉片在可自行轉動的狀態與不可自行轉動的狀態下互相變換，更進一步而言，葉片自己轉動的軸向與水輪的轉動軸 向平行，因此當葉片自轉而傾斜時，不但可以減少水流施力於水輪上，且水流在葉片所產生的分力不會讓水輪的轉軸有偏轉。而本發明常利用於發電機、磨坊，故使用本發明後，即利用可自行擺動的葉片就可以在水流暴增的情況下，解除止擋裝置對於葉片的阻擋，而讓水流的衝擊力的一部份轉為推動葉片傾斜以分散部份的力量，而另一部分的水流則因為通過了葉片原本的位置，故而進一步的減少了水流對水輪的衝擊，也就是說，當水流的衝擊力被分散後，對於整體水輪的衝擊力就減少了，也大大的降低了水輪被破壞的機率，當然，也減少了發電機或磨坊受到過大的轉動力量而損壞機率，亦可以提高水輪整體的可靠度，至少水輪的維修週期可以拉長，從而降低維修成本。再者，使用本發明則可以不透過水道閘門來控制水的流量與流速，因此不會干擾到下游的用水需求，也不會增加淤積，也不會讓閘門前的水面因為閘門關小而上昇，可見本發明對於水輪技術，具有莫大的貢獻。

實施例

1.一種水輪裝置，包括：一水輪軸，具一第一軸；複數葉片架徑向分佈於該水輪軸上；複數水輪葉片分別裝設於該複數葉片架上；以及一樞轉軸，裝設於一相應葉片架上、具一第二軸、且許該複數水輪葉片之一相對於該一相應葉片架樞設，其中該第一軸與第二軸平行。

2.如實施例1所述的裝置，更包括一葉片控制滑塊，設置於設有該樞轉軸處的葉片架的對側端上，該水 輪葉片鄰接於該葉片控制滑塊處則具有一止擋部，其中該止擋部是自該水輪葉片的邊緣凸出，而該葉片控制滑塊則更具有一缺口部，當該葉片控制滑塊移動而使該缺口對準該止擋部時，該止擋部可以自由通過該葉片控制滑塊而不被阻擋。

3.如實施例2所述的裝置，更包括一止擋解除滾輪，鄰近於該葉片控制滑塊，其中該止擋解除滾輪用以接觸並推動該葉片控制滑塊使該葉片控制滑塊不再與該水輪葉片抵接。

4.如實施例2所述的裝置，更包括一止擋啟動滾輪，鄰近於該葉片控制滑塊，其中該止擋啟動滾輪用以接觸並推動該葉片控制滑塊使該葉片控制滑塊與該水輪葉片抵接。

5.如實施例3與4所述的裝置，其中該水輪軸設於一水道上，而該止擋解除滾輪與該止擋啟動滾輪均設於該水道旁。

6.一種用於一水輪裝置的控制機構，其中該水輪裝置包括一水輪軸、複數葉片架徑向分佈於該水輪軸上、複數水輪葉片分別裝設於該複數葉片架上、以及一樞轉軸，裝設於一相應葉片架上，以許該複數水輪葉片之一相對於該一相應葉片架樞設，其中該控制機構包括：一止擋部，設於樞設於該樞轉軸上之該一水輪葉片；以及一控制滑塊，其於第一狀況下，與該止擋部相抵接，而拘束該一水輪葉片之樞轉；而於第二狀況下，解除與該止擋部的 抵接，而使該一水輪葉片相對於該一相應葉片架樞轉。

7.如實施例6所述的控制機構，其中該止擋部係該一水輪葉片之自由端。

8.如實施例6所述的控制機構，更包括：一第一受推斜面，設於該控制滑塊的一端，當該第一受推斜面被推動時，使該控制滑塊由第一狀況變成第二狀況，從而解除了該控制滑塊與該止擋部的抵接；以及一第二受推斜面，設於該控制滑塊的另一端，並與該第一受推斜面相對，當該第二受推斜面被推動時，使該控制滑塊由第二狀況變成第一狀況，從而恢復了該控制滑塊與該止擋部的抵接進而拘束了該水輪葉片的樞轉。

9.如實施例8所述的控制機構，其中該第一受推斜面與該第二受推斜面呈斜面狀。

10.如實施例8所述的控制機構，其中所述的水輪是設於一水道上，而該控制機構更包括：一止擋解除滾輪，設於該水道上而臨近於該第一受推斜面，該止擋解除滾輪用以與該第一受推斜面接觸並推動該第一受推斜面；以及一止擋啟動滾輪，設於該水道上而臨近於該第二受推斜面，該止擋解除滾輪用以與該第二受推斜面接觸並推動該第二受推斜面。

11.如實施例9所述的控制機構，其中該止擋解除滾輪與該止擋啟動滾輪是滾輪。

12.一種用於一水輪裝置的控制機構，其中該水輪裝置包括一水輪軸，沿該水輪軸的一圓周方向之一特 定位置上在該水輪軸上軸向設置複數個相鄰葉片架，該每個葉片架上設置一個葉片，該每個葉片具有一樞接側與一相對抵接側，該樞接側即樞設於一相關該葉片架之一第一位置上，而該控制機構則設置於該一相關葉片架鄰近於該抵接側的一第二位置上，其中，該控置機構更包括：一抵接滑塊，該抵接滑塊在一抵接位置與一釋放位置之間移動，於該抵接位置時，抵接滑塊與抵接側相抵接，而於釋放位置時，該抵接滑塊則不與該抵接側相抵接。

13.如實施例12所述的控制機構，其中一個葉片配置一個控制機構。

14.如實施例12所述的控制機構，更包括一傳遞滑塊，位於兩個依水輪軸的軸向相鄰葉片的兩相對應抵接滑塊之中，用以將一第一葉片之抵接滑塊的運動傳遞到另一葉片之抵接滑塊。

15.如實施例12所述的控制系統，其中該葉片的該抵接側呈凸出狀，而該抵接滑塊上設有一缺口，當該抵接滑塊位於該釋放位置時，該缺口即對準該凸出狀的抵接側使該凸出狀的抵接側得以通過該缺口而不被該抵接滑塊所阻擋。

16.如實施例12所述的控制機構，更包括一觸發滾輪，該處發滾輪在一初始位置與一觸發位置之間移動，而該觸發滾輪則在所述二個位置之間移動，當該觸發滾輪位於該初始位置時則不與該抵接滑塊接觸，而當該觸發滾輪位於該觸發位置時即接觸該抵接滑塊使該抵接滑塊 自該抵接位置移動到該釋放位置，或自該釋放位置移動到該抵接位置。

17.如實施例16所述的控制系統，其中該觸發滾輪更包括：一第一觸發滾輪用以與該抵接滑塊的一端接觸並推動之，當該第一觸發滾輪移動至該觸發位置時即接觸該抵接滑塊使該抵接滑塊自該抵接位置移動到該釋放位置；以及一第二觸發滾輪用以與該抵接滑塊的另一端接觸並推動之，當該第二觸發滾輪移動至該觸發位置時即接觸該抵接滑塊使該抵接滑塊自該釋放位置移動到該抵接位置。

18.如實施例12所述的控制系統，其中該抵接滑塊更包括：一第一受推斜面，設於該抵接滑塊的一端，當該觸發滾輪位於觸發位置時與該觸發滾輪相接觸；以及一第二受推斜面，設於該抵接滑塊的另一端，當該觸發滾輪位於觸發位置時亦與該觸發滾輪相接觸。

19.一種用於一水輪裝置的控制機構，其中該水輪裝置包括一水輪軸，該水輪軸的兩端分別設置於一水道的岸邊，且以該水輪軸的圓周方向在該水輪軸上設置複數個葉片架，每個葉片架上設置了一葉片，該葉片的一側是一樞接端，而該樞接端的對側則是一自由端，葉片的樞接端即樞設於葉片架上，而該控制機構包括：一滑塊機構，可活動的設置於臨近於該自由端的葉片架上，並可於一止擋位置與一釋放位置之間移動，當滑塊機構位於該止擋位置時，滑塊機構與自由端相抵接，而使該葉片無法相對於 該葉片架樞轉；以及當滑塊機構位於該釋放位置時，該自由端不受該滑塊機構的止擋而許該葉片相對於該葉片架樞轉。

20.如實施例19所述的控制機構，其中該控制機構更包括：一推動滾輪，設置於其中一岸邊，並於一待機位置與一觸發位置之間移動，其中，當該推動滾輪位於該觸發位置時，該推動滾輪與該滑塊機構相接觸並將該滑塊機構自該止擋位置推到該釋放位置，或是將該滑塊機構自該釋放位置推到該止擋位置。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例，雖遭熟悉本技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

Claims (16)

1. 一種水輪裝置，包括：一水輪軸，具一第一軸；複數葉片架徑向分佈於該水輪軸上；複數水輪葉片分別裝設於該複數葉片架上；一樞轉軸，裝設於一相應葉片架上、具一第二軸、且許該複數水輪葉片之一相對於該一相應葉片架樞設，其中該第一軸與第二軸平行；以及一葉片控制滑塊，設置於設有該樞轉軸處的葉片架的對側端上，該水輪葉片鄰接於該葉片控制滑塊葉片控制滑塊處則具有一止擋部，其中該止擋部是自該水輪葉片的邊緣凸出，而該葉片控制滑塊則更具有一缺口，當該葉片控制滑塊移動而使該缺口對準該止擋部時，該止擋部可以自由通過該葉片控制滑塊而不被阻擋。
2. 如申請專利範圍第1項所述的水輪裝置，其中該水輪軸設置於一水道上，且該水輪裝置更包括一止擋解除滾輪，設置於該水道的岸邊且鄰近於該葉片控制滑塊，其中該止擋解除滾輪用以接觸並推動該葉片控制滑塊使該葉片控制滑塊的該缺口對準該止擋部時，該止擋部可以自由通過該葉片控制滑塊而不被阻擋。
3. 如申請專利範圍第1項所述的水輪裝置，其中該水輪軸設置於一水道上，且該水輪裝置更包括一止擋啟動滾輪，設置於該水道的岸邊且鄰近於該葉片控制滑塊，其中該止擋啟動滾輪用以接觸並推動該葉片控制滑塊使該葉片控制滑塊與該水輪葉片抵接。
4. 一種用於一水輪裝置的控制機構，其中該水輪裝置包括一水輪軸、複數葉片架徑向分佈於該水輪軸上、複數水輪葉片分別裝設於該複數葉片架上、以及一樞轉軸，裝設於一相應葉片架上，以許該複數水輪葉片之一相對於該一相應葉片架樞設，其中該控制機構包括：一止擋部，設於樞設於該樞轉軸上之該一水輪葉片之自由端；以及一控制滑塊，其於第一狀況下，與該止擋部相抵接，而拘束該一水輪葉片之樞轉；而於第二狀況下，解除與該止擋部的抵接，而使該一水輪葉片相對於該一相應葉片架樞轉。
5. 如申請專利範圍第4項所述的控制機構，更包括：一第一受推斜面，設於該控制滑塊的一端，當該第一受推斜面被推動時，使該控制滑塊由第一狀況變成第二狀況，從而解除了該控制滑塊與該止擋部的抵接；以及一第二受推斜面，設於該控制滑塊的另一端，並與該第一受推斜面相對，當該第二受推斜面被推動時，使該控制滑塊由第二狀況變成第一狀況，從而恢復了該控制滑塊與該止擋部的抵接進而拘束了該水輪葉片的樞轉。
6. 如申請專利範圍第5項所述的控制機構，其中該第一受推斜面與該第二受推斜面呈斜面狀。
7. 如申請專利範圍第5項所述的控制機構，其中所述的水輪裝置是設於一水道上，而該控制機構更包括：一止擋解除滾輪，設於該水道上而臨近於該第一受推斜面，該止擋解除滾輪用以與該第一受推斜面接觸並推動該第一受推斜面；以及一止擋啟動滾輪，設於該水道上而臨近於該第二受推斜面，該止擋啟動滾輪用以與該第二受推斜面接觸並推動該第二受推斜面。
8. 一種用於一水輪裝置的控制機構，其中該水輪裝置包括一水輪軸，沿該水輪軸的一圓周方向之一特定位置上在該水輪軸上軸向設置複數個相鄰葉片架，該每個葉片架上設置一個葉片，該每個葉片具有一樞接側與一相對抵接側，該樞接側即樞設於一相關該葉片架之一第一位置上，而該控制機構則設置於該一相關葉片架鄰近於該抵接側的一第二位置上，其中，該控置機構更包括：一抵接滑塊，該抵接滑塊在一抵接位置與一釋放位置之間移動，於該抵接位置時，抵接滑塊與抵接側相抵接，而於釋放位置時，該抵接滑塊則不與該抵接側相抵接。
9. 如申請專利範圍第8項所述的控制機構，其中一個葉片配置一個控制機構。
10. 如申請專利範圍第8項所述的控制機構，更包括一傳遞滑塊，位於兩個依水輪軸的軸向相鄰葉片的兩相對應抵接滑塊之間，用以將一第一葉片之抵接滑塊的運動傳遞到另一葉片之抵接滑塊。
11. 如申請專利範圍第8項所述的控制機構，其中該葉片的該抵接側呈凸出狀，而該抵接滑塊上設有一缺口，當該抵接滑塊位於該釋放位置時，該缺口即對準呈凸出狀的該抵接側使呈凸出狀的該抵接側得以通過該缺口而不被該抵接滑塊所阻擋。
12. 如申請專利範圍第8項所述的控制機構，更包括一觸發滾輪，該觸發滾輪在一初始位置與一觸發位置之間移動，當該觸發滾輪位於該初始位置時則不與該抵接滑塊接觸，而當該觸發滾輪位於該觸發位置時即接觸該抵接滑塊使該抵接滑塊自該抵接位置移動到該釋放位置，或自該釋放位置移動到該抵接位置。
13. 如申請專利範圍第12項所述的控制機構，其中該觸發滾輪更包括：一第一觸發滾輪用以與該抵接滑塊的一端接觸並推動之，當該第一觸發滾輪移動至該觸發位置時即接觸該抵接滑塊使該抵接滑塊自該抵接位置移動到該釋放位置；以及一第二觸發滾輪用以與該抵接滑塊的另一端接觸並推動之，當該第二觸發滾輪移動至該觸發位置時即接觸該抵接滑塊使該抵接滑塊自該釋放位置移動到該抵接位置。
14. 如申請專利範圍第13項所述的控制機構，其中該抵接滑塊更包括：一第一受推斜面，設於該抵接滑塊的一端，當該第一觸發滾輪位於觸發位置時與該第一觸發滾輪相接觸；以及一第二受推斜面，設於該抵接滑塊的另一端，當該第二觸發滾輪位於觸發位置時與該第二觸發滾輪相接觸。
15. 一種用於一水輪裝置的控制機構，其中該水輪裝置包括一水輪軸，該水輪軸的兩端分別設置於一水道的岸邊，且以該水輪軸的圓周方向在該水輪軸上設置複數個葉片架，每個葉片架上設置了一葉片，該葉片的一側是一樞接端，而該樞接端的對側則是一自由端，葉片的樞接端即樞設於葉片架上，而該控制機構包括：一滑塊機構，可活動的設置於臨近於該自由端的葉片架上，並可於一止擋位置與一釋放位置之間移動，當該滑塊機構位於該止擋位置時，該滑塊機構與自由端相抵接，而使該葉片無法相對於該葉片架樞轉；以及當該滑塊機構位於該釋放位置時，該自由端不受該滑塊機構的止擋而許該葉片相對於該葉片架樞轉。
16. 如申請專利範圍第15項之控制機構，其中該控制機構更包括：一推動滾輪，設置於其中一岸邊，並於一待機位置與一觸發位置之間移動，其中，當該推動滾輪位於該觸發位置時，該推動滾輪與該滑塊機構相接觸並將該滑塊機構自該止擋位置推到該釋放位置，或是將該滑塊機構自該釋放位置推到該止擋位置。