TWI631279B - 過轉保護裝置及應用其之風機 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種過轉保護裝置及應用其之風機，過轉保護裝置包含一中空桿件、一滑動件以及一阻尼件，中空桿件的表面設有貫通內部之一滑槽軌道；滑動件係滑設於中空桿件並且連接一葉片，滑動件具有一定位滑銷，其藉由離心力滑設於滑槽軌道並帶動滑動件與葉片旋轉，阻尼件設於中空桿件內並抵頂滑動件；藉此，葉片在旋轉時透過減小迎風面積而降低風機轉速，從而避免風機轉速過高而損壞之問題。

Description

過轉保護裝置及應用其之風機

本發明係關於一種過轉保護裝置，尤其指一種應用於風機而防止其轉速過高的過轉保護裝置。

自進入二十一世紀以來，國際社會對於能源的需求量呈現爆炸性增長，各種非再生能源的價格亦隨之攀升；另一方面，石化燃料應用於發電或交通載具所造成的環境污染，每年亦奪走數以千萬計的生命。為此，世界各國無不尋求低汙染並且具備永續之可行性的替代能源方案。

風力發電為一種真正零污染的再生能源方式，不僅沒有太陽能光電板的劇毒廢料問題，也適用於缺乏水力、地熱等自然條件之地區，且風力為取之不竭的能源，只要有風即可源源不斷地產生電力，係投資報酬率相當高的再生能源。

風力發電所使用的風機為一種精密的儀器，由於自然風力的大小並不固定，因此部分較大型的風機會配置有對應的變速箱，藉以因應不同風力而產生的轉速差異。風機可承受的轉速有其極限，當轉速過高時，變速箱或 其他的硬體結構將承受過高負載而有發生損壞之風險。然而，針對發電機過轉的問題，現有做法僅係被動地提高發電機的發電量上限，藉以換取更高的轉速容許值，但其並未解決相關部件容易損壞之問題，造成風機之維修成本過高。

另一種習用做法係在風機的電能轉換控制器外接負載電阻，當風機過轉而超出電能轉換控制器的負荷時，可利用負載電阻將多餘的電能消耗，但此方式依然僅考慮電路結構之保護，同樣未解決硬體結構因負載過高之損壞疑慮。

因此，為了克服現有技術的不足之處，本發明提出一種過轉保護裝置及應用其之風機，利用相互配合的滑槽軌道與滑動件，使風機在轉速過高時自動縮小其迎風面積，藉此達到過轉自我保護的目的。

根據本發明之一實施方式，提供一種過轉保護裝置，其包含一中空桿件、一滑動件以及一阻尼件；中空桿件的表面設有貫通內部之一滑槽軌道，滑槽軌道之兩端分別為一第一位置以及一第二位置，且第一位置與第二位置在中空桿件上之徑向方向以及長度方向的位置相異；滑動件係滑設於中空桿件內，且滑動件具有一定位滑銷，其滑設於滑槽軌道而於第一位置以及第二位置之間移動；阻尼件設於中空桿件內並抵頂滑動件。

當過轉保護裝置裝設於風機上且受風力帶動旋轉時，中空桿件內的滑動件將受離心力作用而壓縮阻尼件，隨著風力(離心力)增強，滑動件將一邊沿著中空桿件的長度方向繼續移動，一邊受定位滑銷的導引而自體轉動。

當風力到達一定強度後，滑動件外接的元件(例如風機的葉片)也將隨轉動而改變方向，如此一來，隨著受風面積減小，滑動件憑藉離心力而施壓於阻尼件的力量也減小，此時阻尼件將滑動件回推，並於離心力與阻尼件之復位力相等時形成力平衡。

藉此，利用定位滑銷導引滑動件轉向，過轉保護裝置可在不需外接任何電路裝置的情況下達成防止風機轉速過高的功效。此外，由於阻尼件的復位力與壓縮量成正比，故當風力持續變化時，阻尼件將自動適應風力大小而改變其復位力，藉以縮小或增加風機的受風面積，令風機的運轉速度保持基本恆定，有助於延長變速箱或其他元件之使用壽命。

在一實施例中，前述定位滑銷由第一位置移至第二位置時，滑動件之旋轉角度可以小於等於90度。

在一實施例中，前述滑槽軌道於第一位置與第二位置處可分別形成一限位槽。

在一實施例中，前述阻尼件可以為一彈簧、一彈性簧片、一油壓缸或一氣壓缸，但不以上述為限。

在一實施例中，前述中空桿件於第一位置處或第二位置處可以設有一磁鐵，且定位滑銷可為一磁性材料。

藉上述實施例，本發明之過轉保護裝置可在最大受風面積(0度)與最小受風面積(90度)間自由切換；而為了防止定位滑銷因風力影響而過於頻繁地往復於第一位置與第二位置，滑槽軌道上之限位槽可提供緩衝功能，只有當風力夠大或是風力減小至一定程度時，定位滑銷才會脫離限位槽而開始滑 移，藉此減少定位滑銷與滑槽軌道的摩擦機會。另外，中空桿件於第一位置處或第二位置處設置磁鐵以吸引定位滑銷，可增加定位滑銷脫離兩處位置時的阻力(磁吸力)，進一步增加緩衝效能。

根據本發明之另一實施方式，提供一種風機，其包含前述實施方式之至少一個過轉保護裝置、一主軸以及至少一連接桿；過轉保護裝置之技術特徵如同前述實施方式所記載，故此處不再詳述；主軸水平連接過轉保護裝置；連接桿穿設於中空桿件，且連接桿之一端連接滑動件，另一端露出中空桿件以供連接一葉片。

藉此，當外部葉片受水平方向之風力時，連接桿對滑動件施加離心力而使其移動，於此同時，定位滑銷依循滑槽軌道而同滑動件一併旋轉，藉此改變受風面積以調節風力大小，令風機保持在勻速運轉狀態。

在一實施例中，前述風機更可包含複數之過轉保護裝置以及數量相同之連接桿，各個連接桿分別連接相異之過轉保護裝置的滑動件；此外，前述的過轉保護裝置可以等距環設於主軸周圍。

在一實施例中，前述定位滑銷由第一位置移至第二位置時，滑動件之旋轉角度可以小於等於90度。

在一實施例中，前述滑槽軌道於第一位置與第二位置處可分別形成一限位槽。

在一實施例中，前述阻尼件可以為一彈簧、一彈性簧片、一油壓缸或一氣壓缸，但不以上述為限。

在一實施例中，前述中空桿件於第一位置處或第二位置處可以設有一磁鐵，且定位滑銷可為一磁性材料。

在一實施例中，前述風機可以為一水平軸風機或一垂直軸風機。

藉上述實施例，過轉保護裝置可以直接發揮作用於風機，而由於每個過轉保護裝置都是獨立運作的，因此即便因設置方位或是風力不均等因素造成所受風力不一致，各組過轉保護裝置也可在此種情況下各自微調受風面積，確保風機正常運作。

100‧‧‧風機

200‧‧‧主軸

300‧‧‧過轉保護裝置

310‧‧‧中空桿件

311‧‧‧滑槽軌道

311A‧‧‧限位槽

320‧‧‧滑動件

321‧‧‧定位滑銷

330‧‧‧阻尼件

340‧‧‧磁鐵

400‧‧‧連接桿

F‧‧‧葉片

P1‧‧‧第一位置

P2‧‧‧第二位置

第1圖為本發明一實施方式之風機的爆炸視圖。

第2A圖為過轉保護裝置的第一位置示意圖。

第2B圖為第2A圖之過轉保護裝置的剖視圖。

第3A圖為過轉保護裝置的第二位置示意圖。

第3B圖為第3A圖之過轉保護裝置的剖視圖。

第4A圖為風機之第一位置狀態示意圖。

第4B圖為風機之第二位置狀態示意圖。

為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後： 請參照第1圖，本發明之風機100包含一主軸200、複數個過轉保護裝置300以及與過轉保護裝置300數量相同之複數連接桿400；過轉保護裝置300水平連接於主軸200的側面，並且等距地環設於主軸周圍，各個過轉保護裝置300包含一中空桿件310、一滑動件320以及一阻尼件330。中空桿件310的表面設有貫通內部之一滑槽軌道311，且滑槽軌道311之兩端分別為一第一位置P1以及一第二位置P2，如第1圖所示，第一位置P1與第二位置P2在中空桿件310之徑向方向以及長度方向的位置皆相異，其中，第一位置P1與第二位置P2在徑向方向的位置差距約小於等於90度。配合參照第2A圖與第2B圖，滑動件320係滑設於中空桿件310內，且滑動件320上設置有形狀配合滑槽軌道311之一定位滑銷321，定位滑銷321滑設於滑槽軌道311而於第一位置P1以及第二位置P2之間移動。阻尼件330同樣設置於中空桿件310內部，並且一端抵頂滑動件320，另一端則抵頂於中空桿件310的內壁。如同第2B圖所示，阻尼件330可以是一彈簧，或可由彈性簧片、油壓缸或是氣壓缸等元件取代，由於具有阻尼功能的元件眾多，此處僅略舉部分例子，故阻尼件330並不限定於上述元件。在本實施方式中，連接桿400係穿設於中空桿件310並且貫穿阻尼件330，同時一端連接滑動件320、另一端則供連接外部之一葉片F。

再配合參照第3A圖與第3B圖，由於滑動件320、連接桿400以及葉片F三者係固定連接，因此當定位滑銷321由第一位置P1滑移至第二位置P2時，基於兩處在徑向方向的方位不同，因此滑動件320將帶動連接桿400與葉片F旋轉成為第3A圖之狀態，從而導致葉片F的受風面積減小。

另外，中空桿件310於第一位置P1處或第二位置P2處可設有一磁鐵340，且定位滑銷321可以選用磁性材料，當定位滑銷321受力而傾向於脫離第一位置P1或第二位置P2時，將受到磁鐵340之磁力吸引，使其較不易脫離第一位置P1或第二位置P2，避免定位滑銷321在滑槽軌道311頻繁滑動而造成過度摩擦。此外，第一位置P1與第二位置P2分別形成有一限位槽311A，藉由阻尼件330、磁鐵340以及限位槽311A之設置，定位滑銷321需要克服阻尼力以及磁吸力，並且在限位槽311A內滑動足夠之距離後，才會脫離第一位置P1或第二位置P2。

搭配參照第4A圖與第4B圖，以下以垂直軸式之風機100為例說明，惟應理解的是，垂直軸式風機與水平軸式風機於實施本發明僅為旋轉方向的差異，又由上述過轉保護裝置300之說明可知，其可兼用於垂直軸式風機與水平軸式風機，故下列實施方式雖係以垂直軸式風機為例，但並不排除水平軸式風機之應用範疇。

在第4A圖的預設狀態(即無風)中，定位滑銷321係受到阻尼件330的復位力抵頂而位於第一位置P1；當風力推動葉片F旋轉時，葉片F與連接桿400將因旋轉而產生離心力，又因第二位置P2相對於第一位置P1為離心，故滑動件320將傾向於向外甩出，進一步地，當離心力隨風力增強、轉速增快而大於設定值時，定位滑銷321始克服阻尼力(或額外的磁力)而脫離限位槽311A，並且滑移至第二位置P2。如第4B圖所示，當定位滑銷321移至第二位置P2時，葉片F即向側面旋轉，改以長度較短的一面迎風，如此一來，在迎風面積減小的情況下，主軸200的轉速也跟著減緩，避免風機100持續在高速狀態下運轉，進而使相關部件超出負載而損壞的問題，藉此產生過轉保護功效。

當離心力因為轉速趨緩而減小、不足以抵抗阻尼件330的復位力時，阻尼件330再次將定位滑銷321推移回第一位置P1，葉片F的迎風面積亦再度增大。如此，藉由阻尼力與外界風力的拮抗，過轉保護裝置300可維持動態平衡，並且不斷地自動調節迎風面積。

另外，由於彈簧等部分阻尼件330的復位行為較快，此時磁鐵340的磁吸力可對定位滑銷321發揮緩衝作用，防止其劇烈地在第一位置P1及第二位置P2之間移動，避免連接桿400與葉片F反覆旋轉而疲勞、斷裂的危險。同時，磁鐵340與阻尼件330可延長定位滑銷321在兩處位置間轉換的時間，並在一定程度上保持風機100勻速運轉，藉此保護變速箱及其電路裝置或其他部件。

由上述實施方式可知，本發明可在不需加裝任何電路結構的情況下達成風機之過轉保護功效，不僅降低風機的損壞機率，也不需供給電源即可運作，更重要的是，過轉保護裝置的元件結構穩定且簡易，可大幅提高風機之續航力，同時降低維修成本。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

Claims (12)

1. 一種過轉保護裝置，包含：一中空桿件，其表面設有貫通內部之一滑槽軌道，該滑槽軌道之兩端分別為一第一位置以及一第二位置，且該第一位置與該第二位置於該中空桿件之徑向方向以及長度方向的位置相異，該滑槽軌道於該第一位置與該第二位置分別形成一限位槽，且二該限位槽沿該中空桿件之長度方向平行延伸；一滑動件，滑設於該中空桿件內，該滑動件具有一定位滑銷，其滑設於該滑槽軌道而於該第一位置以及該第二位置之間移動或容置於該等限位槽；以及一阻尼件，設於該中空桿件內並抵頂該滑動件。
2. 如請求項1所述之過轉保護裝置，其中該定位滑銷由該第一位置移至該第二位置時，該滑動件之旋轉角度小於等於90度。
3. 如請求項1所述之過轉保護裝置，其中該阻尼件為一彈簧、一彈性簧片、一油壓缸或一氣壓缸。
4. 如請求項1所述之過轉保護裝置，其中該中空桿件於該第一位置處或該第二位置處設有一磁鐵，且該定位滑銷為一磁性材料。
5. 一種風機，包含： 至少一個如請求項1所述之過轉保護裝置；一主軸，水平連接該過轉保護裝置；以及至少一連接桿，其穿設於該中空桿件，該連接桿之一端連接該滑動件，另一端露出該中空桿件以供連接一葉片。
6. 如請求項5所述之風機，更包含：複數之該過轉保護裝置；以及與該過轉保護裝置數量相同之該連接桿，且各該連接桿分別連接相異之該滑動件。
7. 如請求項6所述之風機，其中該等過轉保護裝置等距環設於該主軸周圍。
8. 如請求項5所述之風機，其中該定位滑銷由該第一位置移至該第二位置時，該滑動件之旋轉角度小於等於90度。
9. 如請求項5所述之風機，其中該滑槽軌道於該第一位置與該第二位置分別形成一限位槽。
10. 如請求項5所述之風機，其中該阻尼件為一彈簧、一彈性簧片、一油壓缸或一氣壓缸。
11. 如請求項5所述之風機，其中該中空桿件於該第一位置處或該第二位置處設有一磁鐵，且該定位滑銷為一磁性材料。
12. 如請求項5所述之風機，其中該風機為一水平軸風機或一垂直軸風機。