TWI798045B

TWI798045B - 風力發電機的風葉力臂長度自動調變機構

Info

Publication number: TWI798045B
Application number: TW111113345A
Authority: TW
Inventors: 金大仁
Original assignee: 金大仁
Priority date: 2022-04-07
Filing date: 2022-04-07
Publication date: 2023-04-01
Also published as: TW202340605A

Abstract

一種風力發電機的風葉力臂長度自動調變機構，包括數個風葉，每一風葉通過一調變模組連接至一同步帶變模組。所述調變模組可依風速自動調變風葉的延伸長度，而同步帶變模組則控制數個調變模組同步作動，使數個風葉的長度調變為同步。當風力發電機在運轉中遭遇風速變化時，通過該調變模組與該同步帶變模組可控制風葉的延伸長度依據風速做無級伸縮調變，將風能最大化利用，達到在各種風力等級下仍穩定發電的目的。

Description

風力發電機的風葉力臂長度自動調變機構

本發明屬風力發電機技術領域，更詳而言之，尤指可因應風速自動調變風葉延伸長度的風力發電機。

為了維護風力發電機正常運作，需設定常規風速範圍。低於常規風速，風力發電機的葉片不轉動，而高於常規風速時，啟動煞車系統，定止風葉使其不旋轉。而風力發電機運轉時，為保持穩定的工作狀態，按照風速大小自動調變風葉為一種有效方案。現有的方式主要是依據風力大小改變葉片的角度，使受風面積改變。另一種方式則是改變葉片的長度，風速低，將扇葉伸展，增加葉片的輸入力臂長度，輸入轉矩增加；當風速高時，將葉片縮短，減小葉片的輸入力臂長度，減小輸入轉矩。

本發明的目的是在提供一種風力發電機的風葉力臂長度自動調變機構。

本發明技術特徵及功效：

為了維護風力發電機正常運作，設定風力發電機適用的常規風速範圍是必需的。低於常規風速範圍，風力發電機的葉片不轉動，而高於常規風速範圍(極限風速)，啟動煞車系統，定止風葉使其不旋轉。而本發明可以擴大常規風速的設定範圍，啟動風速可以更小，極限風速可以更大。

10:輪轂

20:風葉

21:葉根

30:調變模組

31:配重塊

311:凹凸結構

32:移動件

321:鎖緊螺栓

322:凹凸結構

33:滑輪鋼索總成

331:鋼索

332:滑輪

34:外殼體

35:壓縮彈簧

40:同步帶變模組

41:拉伸彈簧

42:延伸連接件

43:中心軸

F:輻射方向

〔圖1〕本發明風力發電機的風葉伸展示意圖。

〔圖2〕本發明風力發電機的風葉縮短示意圖。

〔圖3〕本發明風力發電機的調變模組及動作示意圖之一。

〔圖4〕本發明風力發電機的調變模組及動作示意圖之二。

〔圖5〕本發明風力發電機的調變模組及動作示意圖之三。

〔圖6〕圖3中VI-VI截面剖視圖。

〔圖7〕圖3中VII-VII截面剖視圖。

〔圖8〕本發明風力發電機的同步帶變模組及動作示意圖之一。

〔圖9〕本發明風力發電機的同步帶變模組及動作示意圖之二。

為便於說明本發明於上述發明內容一欄中所表示的中心思想，茲以具體實施例表達。實施例中各種不同物件係按適於說明之比例、尺寸、變形量或位移量而描繪，而非按實際元件的比例予以繪製，合先敘明。且以下的說明中，相同和對稱配置的元件是以相同的編號來表示。

如圖1及圖2，本發明風力發電機的風葉20力臂長度自動調變機構，包括數個風葉20，每一風葉20通過一調變模組30連接至一同步帶變模組40。所述調變模組30可依風速自動調變風葉20的延伸長度，而同步帶變模組40則控制數個調變模組30同步作動，使數個風葉20的長度調變為同步。

如圖3至圖5，所述調變模組30，以等角距的輻射方向設於一輪轂10的圓周。該調變模組30包括一配重塊31以及一移動件32；該配重塊31和該移動件32可沿著該輻射方向(如箭頭F)於一外殼體34中往復線性位移；該風葉20的葉根21以鎖緊螺栓321固定於該移動件32。該配重塊31和該移動件32之間以一滑輪鋼索總成33連接。該滑輪鋼索總成33的一鋼索331的兩端分別固定於該配重塊31和該移動件32。該滑輪鋼索總成33的數個滑輪332固定於該輪轂10，該鋼索331繞過該數個滑輪332，以保持該鋼索331的張力。該風葉20的重量及該移動件32的重量相加構成一總合重量，該配重塊31的重量大於該總合重量。依據該滑輪鋼索總成33之配置，該配重塊31的線性位移方向與該移動件32的線性位移方向相反。該調變模組30還包括一壓縮彈簧35，該壓縮彈簧35的一端固定於該移動件32，另一端固定於輪轂10(或外殼體34)。該壓縮彈簧35常態提供該移動件32(及該風葉20)沿著該輻射方向(如箭頭F)離心的推力。

圖6描述該移動件32在該外殼體34中得以線性位移的結構範例，此範例並非用以限制本發明。該外殼體34的內壁以及該移動件32的外壁設有數個對應結合的凹凸結構322，該凹凸結構322沿著該外殼體34和該移動件32的軸心方向延伸，據此該移動件32於該外殼體34中為旋向限位但可軸向線性位移。

圖7描述該配重塊31在該外殼體34中得以線性位移的結構範例，此範例並非用以限制本發明。該外殼體34的內壁以及該該配重塊31的外壁設有數個對應結合的凹凸結構311，該凹凸結構311沿著該外殼體34和該該配重塊31的軸心方向延伸，據此該配重塊31於該外殼體34中為旋向限位但可軸向線性位移。該配重塊31與該外殼體34之間保留供該鋼索331穿伸的空間。

如圖8和圖9，所述同步帶變模組40設於該輪轂10中心位置。該輪轂10連接該風力發電機的旋轉輪軸(圖未示)，該旋轉輪軸連接於該風力發電機的機艙(圖未示)。

該同步帶變模組40包括數個可反覆蓄能及輸能為基礎的伸縮線性模組，在本發明實施例中，該伸縮線性模組為拉伸彈簧41，該拉伸彈簧41的數量與該調變模組30的數量相同。該數個拉伸彈簧41的第一端固定於該輪轂10的中心，該數個拉伸彈簧41於該輪轂10上呈等角距的輻射佈置，且輻射方向對應在兩個相鄰的該調變模組30之間。兩支延伸連接件42的第一端樞接於該拉伸彈簧41的第二端，二該延伸連接件42的第二端則分別樞接於相鄰的兩個該調變模組30的該配重塊31。據此，當該配重塊31往離開該輪轂10的中心方向位移時(簡稱離心位移)，通過與該配重塊31樞接的兩支該延伸連接件42將拉伸兩個相鄰的該拉伸彈簧41，而被拉伸的兩個該拉伸彈簧41又會再通過與之樞接的該延伸連接件42牽動其他的配重塊31，據此，該同步帶變模組40控制數個該配重塊31同步同距離心位移。反之，該拉伸彈簧41的彈性回復力以及該同步帶變模組40可控制離心位移的該配重塊31產生同步同距向該輪轂10的中心位移(簡稱向心位移)。在實施例中，為保持該拉伸彈簧41線性伸縮不偏擺，可於該拉伸彈簧41的中心穿伸一中心軸43，該中心軸43的兩端固定在輪轂10上。兩支延伸連接件42牽引拉伸彈簧41伸縮動作時，該中心軸43可保持該拉伸彈簧41不左右偏擺。在圖例中是以中心軸43做為拉伸彈簧41線性運動的控制物件，但不限於此，其他可達到引導拉伸彈簧41線性伸縮不偏擺的側壁、軌道或其他物件、結構亦屬可思及的範圍。

復如圖1、圖4、圖8，通過該調變模組30和該同步帶變模組40，可依風速自動調變風葉20的長度。低風速時，該風葉20和該配重塊31因轉動而產生離心力，離心力小於該拉伸彈簧41的彈性回復力時，利用該拉伸彈簧41的彈性回復力及該同步帶變模組40控制該數個配重塊31產生同步同距向心位移，通過該滑輪鋼索總成33以及該壓縮彈簧35的彈性推力之作用，該風葉20得以拉著該移動件32離心位移，從而拉長該風葉20的葉尖至該輪轂10中心的距離，增加該風葉20的力臂長度，轉矩增加。

復如圖2、圖5、和圖9，高風速時，該風葉20和該配重塊31因轉動而產生離心力，因該配重塊31的重量大於該風葉20和該移動件32的總合重量，而配重塊31的離心力大於該拉伸彈簧41的彈性回復力時，該配重塊31的離心位移拉伸該拉伸彈簧41，通過該同步帶變模組40控制數個該配重塊31產生同步同距離心位移，配合該滑輪鋼索總成33之作用，該移動件32帶動該風葉20向心位移，壓縮該壓縮彈簧35，縮短該風葉20的葉尖至該輪轂10中心的距離，縮短該風葉20的力臂長度，轉矩縮小。

以上所述是當風力發電機在運轉中遭遇風速變化時，通過該調變模組30與該同步帶變模組40可控制風葉20的延伸長度依據風速做無級伸縮調變，將風能最大化利用，達到在各種風力等級下仍穩定發電的目的。