TWI663330B - Active windmill structure - Google Patents

Abstract

一種主動式風車結構，主要是在一可樞轉的傳動座周緣，設置多數個相應角度間隔分佈，可受自體重量比例、或電控旋轉啟閉的葉片組，各葉片組分別具有設於傳動座二旁側的至少一葉片，所述位於傳動座二旁側的葉片是相互垂直延伸且能同步同方向樞轉，當風來自前方，使水平軸向中一組葉片自動水平開啟，則風阻最小化，當風來自後方時，水平軸向相對應之另一組葉片自動垂直關閉，則風阻最大化，該等葉片產生旋轉方向推進力道，使轉動發電机發電，且各葉片組可在各種不同風向下，皆能主動調整葉片連結互為垂直、或水平角度，形成最佳受風狀態，以產生任何時間與風向，傳動座對應兩邊永遠有受力差，藉該受力差促使傳動座不停轉動，達到最有效率的動力轉換及輸出而發電之目的。

Description

主動式風車結構

本發明是有關主動式風車(active winsmill)結構，尤指一種可於公轉的過程中自轉葉片，以使葉片可承接不同風向而皆可產生主動性最佳受風效果的風車結構。

目前一般傳統的風車結構，大多係於一主驅動軸的周側設有向外放射狀排列的葉片，利用各葉片接受風力而可連動所述主驅動軸，並利用所述主驅動軸轉動而可輸出動力或帶動相關的發電機構；然而，上述傳統的風車結構其葉片皆係為固定而無法改變迎風的角度及位置，因此當風力的方向與主驅動軸的軸心方向有歪斜或橫向時，風力作用於各葉片的效果即隨之減低，如此一來，動力輸出或發電的效率亦下降，形成應用上的缺失。

有鑑於習見之風車結構有上述缺點，發明人乃針對該些缺點研究改進之道，終於有本發明的產生。

本發明之主要目的在於提供一種主動式風車結構，是在一傳動座上沿水平軸向設置多組相同間隔角度的葉片組，各葉片組分別於傳動座二側設有相互垂直延伸的相同葉片，且在各葉片圍繞傳動座公轉的過程中，各葉片亦可藉自體重量比例、或電控而產生自轉，藉以達到使水 平軸向對應之葉片承接不同風向受力差，而產生最佳受風效果。

本發明之另一目的在於提供一種主動式風車結構，其中前述葉片組具有多種葉片形狀及組合形態，可因應不同的需求而提供相對合適的選擇，主動或被動式的增廣應用風力發電的效能，且適用各種大小風力的場合而提昇產品競爭力。

為達成上述目的及功效，本發明所採行的技術手段包括：一傳動座，是直立地樞設於一底座上；多個葉片組，是以相同角度的間隔設置於前述傳動座周緣，各葉片組分別在水平軸向，對應設有分佈於傳動座二旁側的至少一葉片，且所述位於傳動座二旁側的葉片是相互垂直延伸且能同步同方向樞轉，利用各葉片受風時能產生自轉，配合各葉片組接續受風，而使葉片組在各種不同風向下皆能形成最佳風力受力差狀態，而連動所述傳動座樞轉發電。

依上述結構，其中前述葉片組具有一橫向貫穿所述傳動座的驅動軸，且所述傳動座二旁側的葉片是對稱且偏心地結合於所述驅動軸的二端部。

依上述結構，其中前述傳動座沿軸向於各驅動軸旁側分別設有一擋桿，利用各擋桿能擋止各葉片保持沿傳動座軸向的垂直狀態。

依上述結構，其中前述傳動座與驅動軸之間設有軸承。

依上述結構，其中前述葉片的形狀是選自方形、長方形、櫓形、或橢圓形等其中之一。

依上述結構，其中前述傳動座沿軸向的一端部另結合一傳動軸，利用所述傳動軸隨傳動座同步樞轉而能輸出動力以旋轉驅動一發 電機。

依上述結構，其中前述葉片組具有多個相互平行且橫向貫穿所述傳動座的驅動軸，所述傳動座二旁側的葉片是對稱且偏心地分別結合於所述各驅動軸的二端部，相鄰二葉片是同步同方向樞轉，且相鄰二葉片的樞轉路徑會使二葉片側邊相互牴觸後停止轉動。

依上述結構，其中前述葉片組具有至少二設置於所述傳動座旁側且反向凸伸的支架，所述傳動座二旁側的葉片是對稱地分別結合於所述支架外端部，且各葉片是分別由多個平行延伸的次葉片所組成，各相鄰二次葉片是同步同方向樞轉，且相鄰二次葉片的樞轉路徑會使二葉片側邊相互牴觸後停止轉動。

為使本發明的上述目的、功效及特徵可獲得更具體的瞭解，依各附圖說明如下：

1、4、7‧‧‧傳動座

10‧‧‧底座

11‧‧‧傳動軸

111‧‧‧軸承

12‧‧‧發電機

13、14‧‧‧軸承

2、3、5、6、8‧‧‧葉片組

21、31、51、54、61、64‧‧‧驅動軸

22、23、32、33、52、53、55、56、62、63、65、66‧‧‧葉片

231‧‧‧第一邊側

232‧‧‧第二邊側

24、34‧‧‧擋桿

60‧‧‧連動件

611、641‧‧‧被連動件

70‧‧‧動力源

701‧‧‧連動桿

71‧‧‧支架

81‧‧‧次葉片

82‧‧‧連結件

a‧‧‧葉片一邊側至驅動軸的軸心距離

b‧‧‧葉片另一邊側至驅動軸的軸心距離

A‧‧‧風力方向

B‧‧‧傳動座轉動方向

C、D、E、F‧‧‧葉片轉動方向

第1圖係本發明第一實施例的組合示意圖。

第2圖係本發明第一實施例的分解結構圖。

第3圖係本發明第一實施例各葉片的樞轉動作圖(一)。

第4圖係本發明第一實施例各葉片的樞轉動作圖(二)。

第5圖係本發明第一實施例各葉片的樞轉動作圖(三)。

第6圖係本發明第一實施例各葉片的樞轉動作圖(四)。

第7圖係本發明第一實施例各葉片的樞轉動作圖(五)。

第8圖係本發明第二實施例的組合示意圖。

第9圖係本發明第二實施例的局部分解結構圖。

第10圖係本發明第三實施例的局部結構示意圖。

請參第1、2圖所示，可知本發明第一實施例的結構包括：傳動座1、葉片組2、3等部份，其中所述傳動座1可直立地樞設於一底座10上；在一個可行的實施例中，所述傳動座1可結合一傳動軸11，傳動軸11可伸入底座10內另連結一發電機12，且在前述傳動座1與傳動軸11之間設有可降低摩擦力的軸承111。

葉片組2、3具有相同的結構，且是以相同角度的間隔設置於前述傳動座1周緣；在本實施例中，所述葉片組2、3分別具有一橫向貫穿所述傳動座1的驅動軸21、31，且所述驅動軸21、31是相互垂直排列，在所述驅動軸21二端部各設有一相同形狀且相互垂直延伸的葉片22、23，所述葉片22、23是偏心地結合於所述驅動軸21二端部，在所述驅動軸31二端部各設有一相同形狀且相互垂直延伸的葉片32、33，所述葉片32、33是偏心地結合於所述驅動軸31二端部，且在前述傳動座1與驅動軸21、31之間分別設有可降低摩擦力的軸承13、14。

在一個可行的實施例中，所述的葉片32(或葉片33)是朝向所述葉片22、23之間(以45度歪斜為最佳)延伸；且所述傳動座1沿軸向於各驅動軸21、31旁側分別設有一擋桿24、34，利用各擋桿24、34能擋止各葉片22、23、32、33保持於沿傳動座1軸向的狀態；而所述葉片22、23、32、33的形狀可為方形、 長方形、櫓形、或橢圓形等，以因應不同的設計需求。

在一個可行的實施例中，若以前述驅動軸31的軸心為中心，且所述中心至葉片33的一邊側具有較長距離a，所述中心至葉片33的另一相對邊側具有較短距離b，則以a：b=4：1~3：1為偏心設計較佳，令葉面33較長距離a產生一水平軸向之自重比(即：自體重量比例)，有助於葉片33在受風時的水平軸向旋角因重量關係，更快速向地面垂直方向更輕易、快速轉動，發揮更佳化的風阻受力差；同理，葉片22、23及32亦有相同的結構特徵。

請參第3至7圖所示，可知本發明上述第一實施例的結構在實際應用時，當風力方向A作用時，葉片22、32、33具有最小受風面積(即最小風力的受力差)，而葉片23受風力作用(配合擋桿24阻擋)而呈現與地面垂直方向的狀態，以產生最佳迎風面積(即最大風阻的受力差)，此時，距離驅動軸21軸心較遠的第一邊側231朝下，而距離驅動軸21軸心較近的第二邊側232朝上(如第3圖所示)。

然後，受風力作用的葉片23驅動傳動座1朝B方向轉動，當葉片23轉至與風力方向A平行位置(最小受風面積之受力差)時，前述葉片22同時與風力方向A平行，此時，藉由葉片22帶動葉片23會使第一、二邊側231、232朝C方向轉動並形成平衡(如第4圖所示)。

當傳動座1的慣性持續轉動後，葉片22受風力方向A作用而與地面方向垂直時，使另一側的葉片23持續朝D方向轉動至水平位置(如第5圖所示)。

然後，葉片22繼續驅動傳動座1轉動，使葉片23轉至與第4圖相反的位置，此時葉片22、23具有最小迎風面積的風阻受力差，葉片23利用自體的重心變化會使第一、二邊側231、232朝E方向轉動並形成平衡(如第6圖所示)。

最後，隨著傳動座1慣性轉動，使葉片23逐漸因為受風面積增加而使第一、二邊側231、232朝F方向轉動(如第7圖所示)，而可回復至原第3圖的初始位置，藉以形成一葉片23的轉動循環。

同理，當葉片22、32、33隨著所述傳動座1轉動一圈時，亦具有前述相同的動作變化；如此一來，無論風力的方向為何，至少皆有一組葉片具有最大的迎風面積的風阻受力差，因此可有效地提昇傳動座1的動力輸出效率，並使發電機12產生最佳發電效率。

請參第8圖所示，本發明第二實施例的結構包括：傳動座4、葉片組5、6等部份，其中所述傳動座4可直立地樞設於一與前述第一實施例相同的底座10上；在實際應用時，所述底座10中可設置一經由傳動軸11與傳動座4連結的發電機12。

多個葉片組5是沿傳動座4的軸向間隔設置，而多個葉片組6具有與葉片組5相同的結構，且各葉片組6是沿傳動座4的軸向間隔設置，且與葉片組5具有相同角度間隔。

在本實施例中，至少一組以上所述櫓形的葉片組5、6分別具有二相互平行且橫向貫穿所述傳動座4的驅動軸51、54、61、64，且所述驅動軸51、54與驅動軸61、64相互垂直延伸，在 所述驅動軸51二端部各設有相同形狀且相互垂直延伸的葉片52、53，所述葉片52、53是偏心地結合於所述驅動軸51二端部，且二葉片52、55的樞轉路徑是相互干涉相鄰，在驅動軸51、54二端部設有相同形狀且相互垂直延伸的葉片55、56，所述葉片55、56呈偏心結合於所述驅動軸51、54另二端部，且二葉片53、56的樞轉路徑是相互干涉；在驅動軸61、64二端部設有相同形狀、且相互垂直延伸的葉片62、63，所述葉片62、63呈偏心結合於所述驅動軸61、64二端部，且二葉片62、63的樞轉路徑也是呈相互干涉；在驅動軸61、64另二端部設有相同形狀且相互垂直延伸的葉片65、66，該葉片65、66呈偏心結合於所述驅動軸61、64另二端部，且二葉片65、66的樞轉路徑是相互干涉；即相鄰葉片65、66側邊相互牴觸後停止轉動。

在一個可行的實施例中，所述驅動軸61、64分別於中段設有一被連動件611、641(可為一齒輪)，並以一驅動件60(可以是一電控馬達)連結各被連動件611、641，可使二驅動軸61、64形成同步樞轉，相同地，驅動軸51、54亦可經由驅動件50以相同機制形成同步樞轉；藉此，使相鄰二葉片52、55可保持同步同方向樞轉，而另端二葉片55、56亦可保持同步同方向樞轉，前述二葉片62、65可保持同步同方向樞轉，而二葉片63、66也可保持同步同方向樞轉。

本發明上述第二實施例實際應用時，各葉片52、53、55、56及葉片62、63、65、66的轉動方式，是與前述第一 實施例的各葉片22、23、32、33可因自重比、或受電控轉動的方式相似，其差異僅在於：第二實施例中是利用葉片52、53及葉片55、56之間轉動時的干涉而產生類似於第一實施例中擋桿24擋止葉片22、23的效果，而葉片62、63及葉片65、66之間轉動時的干涉而產生類似於第一實施例中擋桿34擋止葉片32、33的效果；即相鄰葉片62、63及葉片65、66側邊相互牴觸後停止轉動。

請參第9、10圖所示，可知本發明第三實施例的結構包括：傳動座7及多個對稱設置於傳動座7周側相同的葉片組8，此葉片組8的各次葉片81是呈偏心、且樞轉路徑也是呈相互干涉的結合於所述支架框80內，其中所述傳動座7於周側設有多個對稱且向外呈放射狀凸伸的支架71，以供固定各葉片組8設具的支架框80組合，並保持與地面垂直樣態。

各設在支架框80內部的葉片組8，分別由多個平行延伸且可因自重比、或電控旋轉樞轉的次葉片81所組成，各相鄰次葉片81的樞轉路徑是相互干涉，即相鄰次葉片81側邊相互牴觸後停止轉動。

在一個可行的實施例中，各支架71可為中空管體，且於內部設有一同軸、且貫通設具的連動桿701，所述連動桿701樞結有齒輪702及軸承703後、其一端結合於設置在傳動座7內預設的動力源70(可為一電控馬達)上，而於各次葉片81的一端部可設置齒輪702經由一連結件82(可為一鏈條、或等效的傳動桿…等各整構件)連結於連動桿701另一端，利用所述動力源70經由連動桿701、齒輪702使與連結件82以驅動各次葉片81，形成同步同方向樞轉。

本發明上述第三實施例實際應用時，是利用動力源70經由連動桿701、連結件82而驅動各次葉片81樞轉，使該葉片組8的整體迎風面積產生改變，藉以達到類似於前述第一、二實施例的風力驅動效果。

綜合以上所述，本發明之主動式風車結構確可達成利用葉片自動的機制而可承接不同風向，並產生最佳受風效果之功效，實為一具新穎性及進步性之發明，爰依法提出申請新型專利；惟上述說明之內容，僅為本發明之較佳實施例說明，舉凡依本發明之技術手段與範疇所延伸之變化、修飾、改變或等效置換者，亦皆應落入本發明之專利申請範圍內。

Claims (5)

1. 一種主動式風車結構，至少包括：一傳動座，是直立地樞設於一底座上；以及，多個葉片組，是以相同角度的間隔設置於前述傳動座周緣，各葉片組具有一橫向貫穿傳動座的驅動軸，傳動座與驅動軸之間設有軸承，驅動軸二端部各設有一相同形狀且相互垂直延伸的葉片，且傳動座二旁側的葉片是對稱且偏心地結合於驅動軸的二端部，且所述位於傳動座二旁側的葉片是相互垂直延伸並能同步同方向樞轉，以及，傳動座沿軸向於各驅動軸旁側分別設有一擋桿，利用各擋桿能擋止各葉片保持沿傳動座軸向的直立狀態，利用各葉片受風時能產生自轉，配合各葉片組接力受風，而使葉片組在各種不同風向下皆能形成最佳受風狀態，藉以連動所述座樞轉，驅動軸的軸心至葉片的一邊側具有較長距離a，所述驅動軸的心至葉片的另一相對邊側具有較短距離b，則a：b=4：1~3：1。
2. 如申請專利範圍第1項所述之主動式風車結構，其中前述葉片的形狀是選自方形、長方形或橢圓形等其中之一。
3. 如申請專利範圍第1項所述之主動式風車結構，其中前述傳動座沿軸向的一端部另結合一傳動軸，利用所述傳動軸隨傳動座同步樞轉而能輸出動力。
4. 如申請專利範圍第1項所述之主動式風車結構，其中前述葉片組具有多個相互平行且橫向貫穿所述傳動座的驅動軸，所述傳動座二旁側的葉片是對稱且偏心地分別結合於所述各驅動軸的二端部，相鄰二葉片是同步同方向樞轉，且相鄰二葉片的樞轉路徑是相互干涉。
5. 如申請專利範圍第1項所述之主動式風車結構，其中前述葉片組具有至少二設置於所述傳動座旁側且反向凸伸的支架，所述傳動座二旁側的葉片是對稱地分別結合於所述支架外端部，且各葉片是分別由多個平行延伸的瓣片所組成，各相鄰二瓣片是同步同方向樞轉，且相鄰二瓣片的樞轉路徑是相互干涉。