TWI661122B - 風力發電機葉片及包含此風力發電機葉片的垂直軸風力發電機 - Google Patents

風力發電機葉片及包含此風力發電機葉片的垂直軸風力發電機 Download PDF

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Abstract

一種風力發電機葉片，其可包含轉子、上支撐臂、下支撐臂、升力型葉片、阻力型葉片、驅動部及連桿。升力型葉片可透過上支撐臂及下支撐臂與轉子連接。阻力型葉片可轉動地設置於上支撐臂及下支撐臂之間。驅動部可設置於上支撐臂上。連桿可設置於上支撐臂上，阻力型葉片透過連桿與驅動部連接。其中，當驅動部啟動時，驅動部可以透過連桿去帶動阻力型葉片轉動。

Description

風力發電機葉片及包含此風力發電機葉片的垂直軸風力發電機
本揭露係有關於一種應用於風力發電機葉片，特別是一種應用於垂直軸風力發電機的風力發電機葉片。
近年來，由於能源逐漸耗竭及環保意識日漸高漲，再生能源已經成為未來的趨勢；其中風力發電在再生能源扮演著非常重要的角色。
目前，風力發電機按其設計的方式與結構可分為垂直軸風力發電機(Vertical Axis Wind Turbine，VAWT)及水平軸風力發電機(Horizontal Axis Wind Turbine，HAWT)兩種。風力發電機主要是先將風能轉換為機械能，再將機械能轉換為電能，最後利用蓄電池將電能儲存；其中，大型的風力發電機並不適合設置在都會區，故都會區通常以中小型的風力發電機為主。
此外，由於都會區之風速大多偏低，而升力型垂直軸風力發電機雖然效率較高，但是啟動扭矩低，不易在低風速下啟動，故也不適用於都會區中。
為了讓升力型垂直軸風力發電機易於在低風速下起動，一種在轉子結合了阻力型風力發電機的升阻混和型垂直軸風力發電機被發展出來；使混和型垂直軸風力發電機之結構設計雖然容易在低風速下啟動，但也會同時降低混和型垂直軸風力發電機在高風速下的發電效率。
因此，如何有效改善習知技藝之風力發電機的各種缺點已成為一個刻不容緩的問題。
有鑑於上述習知技藝之問題，本揭露之其中一目的就是在提供一種風力發電機葉片及包含此風力發電機葉片的垂直軸風力發電機，以解決習知技藝之垂直軸風力發電機的各種問題。
根據本揭露之其中一目的，提出一種風力發電機葉片，其可包含轉子及複數個葉片臂，各個葉片臂可包含上支撐臂、下支撐臂、升力型葉片、阻力型葉片、驅動部及連桿。升力型葉片可透過上支撐臂及下支撐臂與轉子連接。阻力型葉片可轉動地設置於上支撐臂及下支撐臂之間。驅動部可設置於上支撐臂上。連桿可設置於上支撐臂上，阻力型葉片透過連桿與驅動部連接。其中，當驅動部啟動時，驅動部可以透過連桿去帶動阻力型葉片轉動。
根據本揭露之其中一目的，再提出一種垂直軸風力發電機，其可包含風力發電機葉片及支撐柱，風力發電機葉片可設置於支撐柱上。風力發電機葉片可包含轉子及複數個葉片臂，各個葉片臂可包含上支撐臂、下支撐臂、升力型葉片、阻力型葉片、驅動部及連桿。升力型葉片可透過上支撐臂及下支撐臂與轉子連接。阻力型葉片可轉動地設置於上支撐臂及下支撐臂之間。驅動部可設置於上支撐臂上。連桿可設置於上支撐臂上，阻力型葉片透過連桿與驅動部連接。其中，當驅動部啟動時，驅動部可以透過連桿去帶動阻力型葉片轉動。
在一實施例中，驅動部可包含擋塊、滑軌、配重滑塊、彈簧及彈簧座。
在一實施例中，滑軌貫通該配重滑塊及該彈簧，該滑軌之一端與該擋塊連接，該滑軌之另一端與該彈簧座連接。
在一實施例中，彈簧之一端可與配重滑塊連接，彈簧之另一端可與彈簧座連接。
在一實施例中，驅動部未啟動時，彈簧可推抵配重滑塊，使配重滑塊可抵靠擋塊。
在一實施例中，驅動部啟動時，配重滑塊可壓縮彈簧並可沿著滑軌朝著遠離擋塊的方向移動，以帶動阻力型葉片轉動。
在一實施例中，連桿可包含U型本體及連接桿，U型本體之一端可穿過上支撐臂與阻力型葉片之轉軸連接。
在一實施例中，上支撐臂可包含溝槽，U型本體之另一端可穿過溝槽，並可沿著溝槽滑動，而U型本體可透過連接桿與驅動部連接。
在一實施例中，驅動部未啟動時，升力型葉片之朝向可與阻力型葉片之朝向垂直。
承上所述，依本揭露之風力發電機葉片及包含此風力發電機葉片的垂直軸風力發電機，其可具有一或多個下述優點：
(1)本揭露之一實施例中，垂直軸風力發電機之風力發電機葉片整合了升力型葉片以及阻力型葉片，故即使在低風速的情況下，垂直軸風力發電機也能夠快速地啟動。
(2)本揭露之一實施例中，垂直軸風力發電機整合了升力型葉片以及阻力型葉片，且具備特殊的結構設計可動態地調整阻力型葉片的受風面積，因此垂直軸風力發電機不但在低風速下容易啟動，在高風速下也能有較高的發電效率。
(3)本揭露之一實施例中，垂直軸風力發電機之風力發電機葉片結構簡單，因此可在不大幅提高成本的前提下達到所欲達到的功效，故極具商業價值。
1‧‧‧垂直軸風力發電機
11‧‧‧風力發電機葉片
110‧‧‧葉片臂
111‧‧‧轉子
112‧‧‧上支撐臂
113‧‧‧下支撐臂
114‧‧‧升力型葉片
115‧‧‧阻力型葉片
116‧‧‧驅動部
116a‧‧‧擋塊
116b‧‧‧滑軌
116c‧‧‧配重滑塊
116d‧‧‧彈簧
116e‧‧‧彈簧座
117‧‧‧連桿
117a‧‧‧U型本體
117b‧‧‧連接桿
12‧‧‧支撐柱
G‧‧‧溝槽
第1圖 係為本揭露之一實施例之風力發電機葉片之立體圖。
第2圖 係為本揭露之一實施例之風力發電機葉片在驅動部未啟動時之局部放大圖。
第3圖 係為本揭露之一實施例之風力發電機葉片在驅動部啟動時之局部放大圖。
第4圖 係為本揭露之一實施例之垂直軸風力發電機之示意圖。
以下將參照相關圖式，說明依本揭露之風力發電機葉片及包含此風力發電機葉片的垂直軸風力發電機之實施例，為了清楚與方便圖式說明之故，圖式中的各部件在尺寸與比例上可能會被誇大或縮小地呈現。在以下描述及/或申請專利範圍中，當提及元件「連接」或「耦合」至另一元件時，其可直接連接或耦合至該另一元件或可存在介入元件；而當提及元件「直接連接」或「直接耦合」至另一元件時，不存在介入元件，用於描述元件或層之間之關係之其他字詞應以相同方式解釋。為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。
請參閱第1圖，其係為本揭露之一實施例之風力發電機葉片之立體圖。本實施例之風力發電機葉片11可應用於垂直軸風力發電機；如圖所示，風力發電機葉片11可包含轉子111及複數個葉片臂110；各個葉片臂110可包含複數個上支撐臂112、複數個下支撐臂113、複數個升力型葉片114、複數個阻力型葉片115、複數個驅動部116及複數個連桿117。
升力型葉片114可透過一個上支撐臂112及一個下支撐臂113與轉子111連接。
上支撐臂112及下支撐臂113之間設置有複數個阻力型葉片115，且該 些阻力型葉片115可轉動。
驅動部116可設置於上支撐臂112上。
複數個連桿117可設置於上支撐臂112上，該些連桿117可分別與該些阻力型葉片115連接；而各個阻力型葉片115可透過對應的連桿117直接或間接地與驅動部116連接。
當驅動部116啟動時，驅動部116可以透過連桿117去帶動該些阻力型葉片115轉動，以改變該些阻力型葉片115的受風面積。
請參閱第2圖，其係為本揭露之一實施例之風力發電機葉片在驅動部未啟動時之局部放大圖。如圖所示，驅動部116包含擋塊116a、滑軌116b、配重滑塊116c、彈簧116d及彈簧座116e。
滑軌116b可貫通配重滑塊116c及彈簧116d；而滑軌116b之一端可與擋塊116a連接，滑軌116b之另一端可與彈簧座116e連接；彈簧116d之一端可與配重滑塊116c連接，彈簧116d之另一端可與彈簧座116e連接。
各個連桿117包含U型本體117a及連接桿117b；而U型本體117a之一端可穿過上支撐臂112與對應的阻力型葉片115之轉軸連接。
上支撐臂112包含複數個具有一定弧度的長條狀溝槽G，該些溝槽G分別對應於該些阻力型葉片115；而各個U型本體117a之另一端可穿過溝槽G，並可沿著溝槽G滑動，而U型本體117a可透過連接桿117b與鄰接的連桿117或驅動部116之配重滑塊116c連接。
此時，由於驅動部116尚未啟動，故彈簧116d可推抵配重滑塊116c，使配重滑塊116c可抵靠擋塊116a；同時，升力型葉片114之朝向可與阻力型葉片115之朝向呈實質上垂直的狀態；此時，該些阻力型葉片115的受風面積較高，使風力發電機葉片11容易在低風速下啟動。
請參閱第3圖，其係為本揭露之一實施例之風力發電機葉片在驅動部 啟動時之局部放大圖。如圖所示，在風力發電機葉片11啟動後，驅動部116也會在離心力的作用下啟動；此時，在離心力的作用下，配重滑塊116c可壓縮彈簧116d並可沿著滑軌116b朝著遠離擋塊116a的方向移動；同時，配重滑塊116c也會帶動該些連桿117，使各個連桿117之U型本體117a之另一端由溝槽G之一端滑動至溝槽G的另一端，並同時使該些阻力型葉片115轉動。
由圖中可看出，該些阻力型葉片115轉動後，升力型葉片114之朝向可與阻力型葉片115之朝向呈實質上平行的狀態；此時，該些阻力型葉片115的受風面積已降到最低，使升力型葉片114可發揮最大的效用，風力發電機葉片11的發電效率可達到最佳化。
由上述可知，風力發電機葉片11具有特殊的結構設計可動態地調整該些阻力型葉片115的受風面積，因此風力發電機葉片11不但在低風速下容易啟動，也可同時兼顧發電效率。
當然，上述僅為舉例，風力發電機葉片11之結構還可以實際需求進行變化，本揭露並不以此為限。
值得一提的是，習知技藝之升力型垂直軸風力發電機雖然效率較高，但是啟動扭矩低，不易在低風速下啟動。相反的，根據本揭露之實施例，垂直軸風力發電機之風力發電機葉片整合了升力型葉片以及阻力型葉片，故即使在低風速的情況下，垂直軸風力發電機也能夠快速地啟動。
又，混和型垂直軸風力發電機之結構設計雖然容易在低風速下啟動，但也會同時降低混和型垂直軸風力發電機在高風速下的發電效率。相反的，根據本揭露之實施例，垂直軸風力發電機整合了升力型葉片以及阻力型葉片，且具備特殊的結構設計可動態地調整阻力型葉片的受風面積，因此垂直軸風力發電機不但在低風速下容易啟動，在高風速下也能有較高的發電 效率。
此外，根據本揭露之實施例，垂直軸風力發電機之風力發電機葉片結構簡單，因此可在不大幅提高成本的前提下達到所欲達到的功效，故極具商業價值。由上述可知，本揭露實具進步性之專利要件。
請參閱第4圖，其係為本揭露之一實施例之垂直軸風力發電機之示意圖。如圖所示，垂直軸風力發電機1可包含風力發電機葉片11及支撐柱12；風力發電機葉片11可設置於支撐柱12上。
如同前述，垂直軸風力發電機1之風力發電機葉片11整合了升力型葉片以及阻力型葉片，故即使在低風速的情況下，垂直軸風力發電機1也能夠快速地啟動，故很適合應用於都會區。
另外，垂直軸風力發電機1整合了升力型葉片以及阻力型葉片，且具備特殊的結構設計可動態地調整阻力型葉片的受風面積，因此垂直軸風力發電機不但在低風速下容易啟動，在高風速下也能有達到較高的發電效率。
當然，上述僅為舉例，垂直軸風力發電機1之結構還可以實際需求進行變化，本揭露並不以此為限。
綜上所述，根據本揭露之實施例，垂直軸風力發電機之風力發電機葉片整合了升力型葉片以及阻力型葉片，故即使在低風速的情況下，垂直軸風力發電機也能夠快速地啟動。
又，根據本揭露之實施例，垂直軸風力發電機整合了升力型葉片以及阻力型葉片，且具備特殊的結構設計可動態地調整阻力型葉片的受風面積，因此垂直軸風力發電機不但在低風速下容易啟動，在高風速下也能有較高的發電效率。
此外，根據本揭露之實施例，垂直軸風力發電機之風力發電機葉片結 構簡單，因此可在不大幅提高成本的前提下達到所欲達到的功效，故極具商業價值。
可見本揭露在突破先前之技術下，確實已達到所欲增進之功效，且也非熟悉該項技藝者所易於思及，其所具之進步性、實用性，顯已符合專利之申請要件，爰依法提出專利申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵創作，至感德便。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。其它任何未脫離本揭露之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應該包含於後附之申請專利範圍中。

Claims (10)

  1. 一種風力發電機葉片，係包含複數個葉片臂，各個該葉片臂包含：一轉子；一上支撐臂；一下支撐臂：一升力型葉片，係透過該上支撐臂及該下支撐臂與該轉子連接；複數個阻力型葉片，係可轉動地設置於該上支撐臂及該下支撐臂之間；一驅動部，係設置於該上支撐臂上，並包含一擋塊、一滑軌、一配重滑塊、一彈簧及一彈簧座；該滑軌貫通該配重滑塊及該彈簧，該滑軌之一端與該擋塊連接，該滑軌之另一端與該彈簧座連接；該彈簧之一端與該配重滑塊連接，該彈簧之另一端與該彈簧座連接；以及一連桿，係設置於該上支撐臂上，該些阻力型葉片透過該連桿與該驅動部連接；該連桿包含對應於該些阻力型葉片的複數個U型本體及對應於該些U型本體的複數個連接桿，各個該U型本體之一端穿過該上支撐臂與對應的該阻力型葉片之一轉軸連接，該上支撐臂包含一溝槽，該U型本體之另一端穿過該溝槽，並能沿著該溝槽滑動，而該U型本體透過對應的該連接桿與該驅動部連接；其中，當該驅動部啟動時，該驅動部透過該連桿帶動該些阻力型葉片轉動。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之風力發電機葉片，其中該驅動部未啟動時，該彈簧推抵該配重滑塊，使該配重滑塊抵靠該擋塊。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之風力發電機葉片，其中該驅動部啟動時，該配重滑塊壓縮該彈簧並沿著該滑軌朝著遠離該擋塊的方向移動，以帶動該阻力型葉片轉動。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之風力發電機葉片，其中該驅動部未啟動時，該升力型葉片之朝向與該阻力型葉片之朝向垂直。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之風力發電機葉片，其中該驅動部啟動時，該升力型葉片之朝向與該阻力型葉片之朝向平行。
  6. 一種垂直軸風力發電機，係包含一風力發電機葉片及一支撐柱，該風力發電機葉片設置於該支撐柱上，該風力發電機葉片包含及複數個葉片臂，各個該葉片臂包含：一轉子；一上支撐臂；一下支撐臂：一升力型葉片，係透過該上支撐臂及該下支撐臂與該轉子連接；複數個阻力型葉片，係可轉動地設置於該上支撐臂及該下支撐臂之間；一驅動部，係設置於該上支撐臂上，並包含一擋塊、一滑軌、一配重滑塊、一彈簧及一彈簧座；該滑軌貫通該配重滑塊及該彈簧，該滑軌之一端與該擋塊連接，該滑軌之另一端與該彈簧座連接；該彈簧之一端與該配重滑塊連接，該彈簧之另一端與該彈簧座連接；以及一連桿，係設置於該上支撐臂上，該些阻力型葉片透過該連桿與該驅動部連接；該連桿包含對應於該些阻力型葉片的複數個U型本體及對應於該些U型本體的複數個連接桿，各個該U型本體之一端穿過該上支撐臂與對應的該阻力型葉片之一轉軸連接，該上支撐臂包含一溝槽，該U型本體之另一端穿過該溝槽，並能沿著該溝槽滑動，而該U型本體透過對應的該連接桿與該驅動部連接；其中，當該驅動部啟動時，該驅動部透過該連桿帶動該些阻力型葉片轉動。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之垂直軸風力發電機，其中該驅動部未啟動時，該彈簧推抵該配重滑塊，使該配重滑塊抵靠該擋塊。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之垂直軸風力發電機，其中該驅動部啟動時，該配重滑塊壓縮該彈簧並沿著該滑軌朝著遠離該擋塊的方向移動，以帶動該阻力型葉片轉動。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之垂直軸風力發電機，其中該驅動部未啟動時，該升力型葉片之朝向與該阻力型葉片之朝向垂直。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之垂直軸風力發電機，其中該驅動部啟動時，該升力型葉片之朝向與該阻力型葉片之朝向平行。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101915218A (zh) * 2010-08-20 2010-12-15 张�杰 一种垂直轴风力发电装置
TWM525997U (zh) * 2016-05-05 2016-07-21 da-jun Gao 垂直軸式風車及其風車葉片組

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