TWM356801U - Wind power generation apparatus - Google Patents

Description

M356801 五 15 新型說明： 【新型所屬之技術領域】 備 本創作係關於一種風力發電設備，尤指一種可提高 發電效率、降低成本及增加維修方便性之風力發電二 【先前技術】 風力發電是利用風力帶動風車轉子轉動，以 (風能)轉換為旋轉機械能，再帶動發電機發電。 目前用於風力發電之風車大致可分為：依 空古氣特性可分為阻力型（高扭轉力低旋轉數）與升力型 广疋轉數低扭轉力）；依轉軸傳動$式可分為垂直 SC依葉片相對於風向之位置可分為上風式: =阻力型與升力型之風車為例，於料上有二大考 k要素’即旋轉速與扭轉力： 筆Η ^速在周速比的研究中’流人風速顯現在風車 I π、/端運轉速度，根據不同的條件，該速度可達流 二击@ 5倍到Μ倍’而具有同樣周速比的風車，小 4點的旋，會比大型風車為高。故考慮到高轉速此 :Η二目則世界上大部分用於發電的風車都是選擇用 雖然具有螺旋翼。然而’這種風車 扭轉力， 優點，是扭轉力低，所以為了提高 就會辦^相將風車大型化’但只要—大型化，旋轉速 文-’所以大部分這軸型的風料會使用旋轉增 20 M356801 速機。 扭轉力：為了要強化扭轉力，首先必須要盡可能的 接文風力。於習知「葉片的掃掠面積與葉片全投影面積 比」（弦周比，solidity)之研究中可明白得知，葉片投影 5 面積之總和越大，越能形成高扭轉力。因此上述利用三 片如同羽毛般之螺旋槳的螺旋 車，所能接受 :風力實嫌太小’而入力小二片力=，無法期待 面扭轉力。 | 因此’如何製作出同時具有高旋轉數與高扭轉力之 10 財以提升發電效率，實為 【新型内容】 本創作之車父佳貫施利之風力發電設備包含一支 架、一轉軸、一發電機以及一風車。其中，支架係設置 於-地面或適當之建築物上；發電機雜狀支架上並 可在支架上水平轉動；轉軸係水平可轉動地樞設於發電 機内並相距地面一預定高度。 風車包含一輪轂及複數個葉片，輪轂係組設於轉 軸’複數個葉片係以等角度環繞組設於輪轂上並沿轉軸 之徑向向外凸伸，並分別與轉軸之徑向夾設一角度 (pitch angle)，風車並具有—圓形掃掠面積，每一葉片具 有一投影面積’且風車上所有葉片之投影面積之總和與 圓形掃掠面積之比例係介於50%至1 〇〇%之間。 藉由上述葉片與轉軸夾設之角度的變化’例如15 度、20度、25度、30度、45度、60度、75度等，並 藉由葉片之投影面積之總和與圓形掃掠面積之比例變 25 M356801 化，例如 50%、60%、75%、80%、90¾、100¾等，即 可擴大葉片面積而廣納風力，增大升力的發生，並可使 氣流〃IL動順畅，亦即可在不需要將風車大型化的情況 下，同時提高旋轉數與扭轉力，以提高發電效率。再者， 上述之結構設計極為簡單，於製造上極為方便，故可降 低成本及增加維修方便性。

10 20 上述之風力發電設備尚可包含另一風車（第2風 車），其結構可與前述之風車（第丨風車）大致相同或不 同，此另一風車可組設於轉軸上而與第丨風車在轉軸軸 向上相鄰或與第1風車在轉軸軸向上相隔發電機而 。又同夺第2風車之圓形掃掠面積之半徑係可小於第 1風> 車之®形掃掠面積之半徑，以便氣流可從較小尺寸 之第2風車流入後，再通過並帶動較大尺寸之第1風 車，而不會產生氣流受干擾以致不順暢之情形。 輪轂可^ 一立方體形狀，例如正立方體形狀或長立 方體形狀’葉片分別組設於與轉軸之轴向平行之立方體 ^數之四個側面上，且葉片之數量較佳為四個並分別組 °又於四個側面。每—側面可分別包含-溝槽，例如沿側 子角線延伸，葉片之邊緣嵌入溝槽並以適當繫緊件 例如，4來m每—側面可另外設置―蚊片以進一 7定葉片。為求增大葉片面積而廣納風力，每一葉片 邊緣之長度係大於每一側面溝槽之長度。 【實施方式] 請參閱圖i ’其顯示本創作之一較佳實施利之風力 X又備此風力發電設備包含一支架4、一轉轴6、 25 M356801 - 一發電機1以及一風車2。 圖式中之支架4係直立組設於一地面8上，例如一 般平地、海邊、山坡之地面等，若本創作採小型化設計， 則可將支架4組設於一般住宅、環保屋等建築物之屋 5 頂，以供家庭或小地區範圍使用。 發電機1係組設於支架4上並可在支架4上水平轉 動，此發電機1之結構係為該領域之人所熟知之技術， 故不加以資述。 % 轉軸6係水平可轉動地樞設於發電機1内並相距地 10 面8—預定高度，此預定高度可視當地之風力變化而設 計，且轉軸6於樞設時，係以水平方式正對風力來源。 於轉軸6上可組設習知之調向裝置，例如調向尾翼 7 ’以使風車2可依風力來源自動地進行方向調整，以 正對風力來源。 15 請同時參閱圖1至圖4,圖式中之風車2包含一輪 轂21及複數個葉片22。於本實施例中，輪轂21呈一 • 正立方體形狀並包含與轉軸6之軸向分別平行之四個 側面231’每一側面231分別包含一溝槽232沿側面231 2〇 <對角線延伸。輪轂21具有一中心孔24可供轉軸6穿 過，使二者同軸同步轉動。 每一葉片22呈矩形平坦薄片狀，較佳為長方形， 迷具有一邊緣222其長度大於側面231之溝槽232之長 夜。葉片22之邊緣222嵌入溝槽232並以螺絲5鎖固 25 而組設於輪轂21之側面231上’葉片22沿轉轴6之徑 向向外凸伸。葉片22分別與轉軸6之徑向夾設一角度 a ’四個葉片22係以等角度環繞輪轂21。於本實施例 6 M356801 . 中，因輪轂21呈正立方體形狀且溝槽232係沿側面231 之對角線延伸，故角度a為45度。 圖4顯示風車2具有一圓形掃掠面積a，即装設在 輪轂21上之葉片22於旋轉時，葉片22因旋轉而掃掠 5 過之圓形面積，同時，每一葉片22自身有一投影面積

B’所有葉片22之投影面積B之總和與圓形掃掠面積A 之比例係介於50%至100%之間，於本實施例中，係大 約為70%。 • 上述之風力發電設備於操作時，風車2正對風力來 10 源方向（如圖1箭號所示），當氣流流經葉片22時，葉片 22旋轉，進而帶動輪轂21與轉軸6轉動，轉軸6再帶 動發電機1進行發電。 於實際應用上，可於輪轂21前方加裝一鼻錐9， 其具有流線形狀而可使氣流流動更為順暢。 15 圖5顯示一改進的實施例中，其主要結構與上述實 施例相同，唯一差別在於立方體形狀之輪轂21之每一 側面231額外固設沿溝槽232平行之L字型固定片 233，因此，葉片22 (參閱圖1)除了嵌入於溝槽232外， 可再附著於此固定片233增加穩固性。固定片233之附 20 著方式例如可以螺絲（圖未示）鎖固。當然，亦可僅使用 固定片233而不使用溝槽232，且固定片233可視葉片 22狀況改變其大小。 圖6顯示於一修改的實施例中，輪轂設計為長 立方體形狀，因此當側面241之溝槽242沿著對角線延 '5 伸時，葉片與轉軸之徑向間之夾設角度al隨即改變， 例如圖式中之al為30度。亦即若溝槽242沿輪轂對角 7 、M356801 線延伸時，變化輪轂24之長寬高尺寸’即可改變該失 設角度（即每一葉片與轉軸之徑向所夾設之角度係隨每 一側面以對角線延伸之溝槽變化）。 圖7與圖8顯示葉片之另一實施例，其顯示葉片 25經設計為有一弧形邊緣，故風車上之4個葉片乃之 投影面積C之總和可完全填滿圓形掃掠面積D，如此可 更增加葉片25廣納風力之面積。

20 請參閱圖9至圖11所示之本創作之另一實施例， 於轉軸6上再組設有另一風車3 (或稱第2風車），其以 發電機1隔開上述風車2(或稱第1風車）。風車3與風 車2之結構基本上相同但尺寸不同，即同樣包含一輪穀 31及複數個以等角度環繞組設於輪轂31上並沿轉軸6 之徑向向外凸伸之葉片32，葉片32與轉軸6之徑向夾 設一角度b，較佳為45度。 風車3於轉動時亦會形成一圓形掃掠面積E，每一 葉片32具有一投影面積F，且所有葉片32之投影面積 F之總和與圓形掃掠面積E之比例介於50%至1〇〇%之 間，於本實施例中，約為70%。 圖中顯示，風車3的葉片尺寸小於風車2的葉片尺 寸，因此，如圖11所不，風車3之圓形掃掠面積E之 半徑r2小於風車2之圓形掃掠面積A之半徑rl ’如此 當風力由較小之風車3流入時，其氣流可順暢地流到後 方並再帶動風車2。在同一轉轴6組設複數個風車(風車 2與風車3)之情況下，可提高扭轉力而不需要將葉片大 变化。 於風岸· 2與另一風車3皆組設於同一轉軸6之情況 25 .M356801 下，因紙皁2與風車 ㈣開始啟動旋轉時也故風車2與風 力流入時，會先造点目而之風力大小也不相同。當風 時’因風車2與風車3同軸，風車3開始= 扭轉力可作為風力繼❹χ /賴產生之 輔助。 簡、’4人而再帶減車2旋轉時之 田然’對於熱習此項技術者而言’風車2與風車3

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20 發電機進行發電，此^帶同或相同的 如 _电此為習知技術，故不另贅述。 圖12顯示本創作之另一實施例，其與圖9至圖η 之實施例之差別僅在於風車2與風車3相鄰排列方式。 f述風車之輪&與葉片之材質並秘制，且風車可 依照設立地點及風速來決定葉片之尺寸大小、彤狀 葉片可以撓性材質或非撓性材質製造，若為撓性材質: 葉片可隨風力大小以及風車旋轉速度而會產生些微之 撓，曲度變化。另外，葉片亦可視需要而以二或^多片 重疊製造，此時，可在二個葉片之間設置加強肋以 葉片強度。 曰 上述風車之旋轉方向並不限定’順時針或逆時針旋 轉皆可，即上述各實施例之風車_式表示為逆時針旋 轉’但採順時針旋轉之設計亦可。 本創作亦可以其他的特定形式來實施，而不脫離本 創作之精神和重要特性。因此上文所列之實施例在各方 面都應認為是例示性而非限制性，所有之改變只要人乎 申請專利範圍之意義和範圍或其等效者，均應/包含^本 創作所欲主張的範疇内。 9 25 M356801 【圖式簡單說明】 係本創作第一較佳實施例 圖2係本創作第—較佳實施例之俯視圖； 圖3係本創作第—較佳實施例之輪穀之立體圖； 圖4係本創作第—較 早乂仏貝鉍例之圓形掃掠面積盥葦 片面積關係之示意圖； …、某 圖5係本創作第二較佳實施狀輪轂之立體圖； 圖6係本創作第三較佳實_之輪轂之立體圖； 10

圖7係本創作第時佳實施例之葉片之正視圖； 圖8係本創作第吨佳實關之圓形 片投影面積關係之示意圖； 檟，、莱 圖9係本創作第五較佳實施例之立體圖； 圖係本創作第五較佳實施例之俯視圖； 圖11係本創作第五較佳實施例之圓形㈣面積與 片投影面積關係之示意圖；以及 、 圖12係本創作第六較佳實施例之俯視圖。 【主要元件符號說明】 1 發電機 2 風車 21 ’ 24 輪轂 22’25 葉片 、M356801

222 邊緣 23卜 241 側面 232 ， 242 溝槽 233 固定片 24 中心孔 3 另一風車 31 輪轂 32 葉片 4 支架 5 螺絲 6 轉轴 7 調向尾翼 8 地面 9 鼻錐 a ， al ， b 角度 A，D，E 圓形掃掠面積 B，C，F 投影面積 rl j r2 半徑 11

Claims (1)

1. M356801 - 六、申請專利範圍： 1. 一種風力發電設備，包含： 一支架，係設置於一地面或建築物上； 一發電機，係組設於該支架上並可在該支架上水平 5 轉動； 一轉軸，係水平可轉動地樞設於該發電機内並相距 該地面一預定高度；以及 一風車，包含一輪轂及複數個葉片，該輪轂係組設 φ 於該轉軸，該複數個葉片係以等角度環繞組設於該輪轂 10 上並沿該轉軸之徑向向外凸伸，並分別與該轉轴之徑向 夾設一角度，該風車並具有一圓形掃掠面積，每一葉片 具有一投影面積，且所有葉片之投影面積之總和與該圓 形掃掠面積之比例係介於50%至100%之間。 15 2.如申請專利範圍第1項所述之風力發電設備，其中，該 輪轂係呈一立方體形狀並包含與該轉軸之軸向分別平行 之四個側面，該複數個葉片個別組設於該四個侧面。 馨 3. 如申請專利範圍第2項所述之風力發電設備，其中，該 20 輪轂之每一側面分別包含一溝槽，且每一葉片分別包含 一邊緣，其係對應嵌入該溝槽。 4. 如申請專利範圍第3項所述之風力發電設備，其中，每 一葉片之該邊緣之長度係大於每一侧面之該溝槽之長 25 度。 12 M356801 • 5.如申請專利範圍第3項所述之風力發電設備，其中，每 一側面之該溝槽係沿該輪轂之對角線延伸。 6.如申請專利範圍第5項所述之風力發電設備，其中，每 5 一葉片與該轉軸之徑向所夾設之該角度係隨每一側面以 對角線延伸之該溝槽變化。 — 7.如申請專利範圍第2項所述之風力發電設備，其中，每 I 一側面並分別設置一固定片以固定該等葉片。 10 8. 如申請專利範圍第1項所述之風力發電設備，其中，該 複數個葉片係呈平坦薄片狀。 9. 如申請專利範圍第1項所述之風力發電設備，其中，更 15 包含一另一風車，其包含一輪轂及複數個葉片，該輪轂 係組設於該轉轴上，該複數個葉片係以等角度環繞組設 於該輪轂上並沿該轉軸之徑向向外凸伸，並分別與該轉 ® 軸之徑向夾設一角度，該另一風車並包含一圓形掃掠面 積，每一葉片具有一投影面積，且所有葉片之投影面積 20 之總和與該圓形掃掠面積之比例係介於50%至100%之 間。 10.如申請專利範圍第9項所述之風力發電設備，其中，該 另一風車之圓形掃掠面積之半徑係小於該風車之圓形掃 25 掠面積之半徑。 13