TWM500152U - 用於風力發電機之葉片結構 - Google Patents

Description

用於風力發電機之葉片結構 【0001】

本創作係有關於一種葉片結構，尤指用於水平軸風力發電機之葉片結構。

【0002】

風力發電機是人類利用自然風能將氣流的動能轉為機械能，並連接和帶動發電機運轉用來發電的一種發電設備。小型風力發電機通常廣泛的運用在多風的海島和偏僻的鄉村使用，它所獲得的電力成本比小型內燃機的發電成本低得多。人類最早利用風力來發電的嘗試起源於丹麥設計的垂直軸風力發電機，水平軸風力發電機最早也出現在歐洲。

【0003】

關於水平軸風力發電機之技術，其可分為升力型和阻力型兩類。升力型風力發電機旋轉速度快，阻力型旋轉速度慢。對於風力發電，多採用升力型水平軸風力發電機。大多數水平軸風力發電機具有對風裝置，能隨風向改變而轉動。對於小型風力發電機，這種對風裝置設置於尾舵，而對於大型的風力發電機則是利用風向感測元件以及伺服電機組成的傳動機構。風力機的風輪安裝在輪轂上，風力機運行時輪轂正對風向稱為上風向風力機，背對風向則稱為下風向風機。水平軸風力發電機的式樣很多，有的具有反轉葉片的風輪，有的再一個塔架上安裝多個風輪，以便在輸出功率一定的條件下減少塔架的成本，還有的水平軸風力發電機在風輪周圍產生漩渦，集中氣流，增加氣流速度。

【0004】

然，習知風力發電之葉片設計大多數為機翼型，此種葉片具有厚度且重量較重，而需要較高的啟動風速，於發電前會先消耗掉一部分的風力驅動風力發電機之葉片開始轉動後，才能開始進行發電，且製作此種具有厚度之葉片需要利用到開模製程，於葉片的製作成本上較高，另外，習知風力發電之葉片結構也無法有效運用到大多數的風力來進行發電。

【0005】

本創作之目的，在於提供一種用於風力發電機之葉片結構，其具有複數個葉片，每個葉片具有雙導流面，使空氣氣流具有順暢的流線，以降低該葉片結構產生渦流之狀況，同時也增加該葉片結構之轉動速度，進而提升使用該葉片結構之一風力發電機的扭矩，並提高使用該葉片結構之該風力發電機的能源轉換效率。

【0006】

本創作之目的，在於提供一種用於風力發電機之葉片結構，其葉片為薄片型，降低其製造成本，同時減少其重量，能夠降低初始啟動該葉片結構轉動所需之風速。

【0007】

為達上述所指稱之目的及功效，本創作為一種用於風力發電機之葉片結構，其包含一旋轉主體與複數個葉片，該些個葉片環設於該旋轉主體，每一該葉片具有一葉片本體，而該葉片本體具有一第一側邊與相對該第一側邊之一第二側邊，該第一側邊設置一第一導流面，該第二側邊設置一第二導流面，該第一導流面與該第二導流面均往遠離該葉片本體之方向延伸，該第一導流面之延伸方向與該第二導流面之延伸方向相反。

1‧‧‧葉片結構
10‧‧‧旋轉主體
100‧‧‧空氣氣流
20‧‧‧葉片
201‧‧‧第一表面
202‧‧‧第二表面
210‧‧‧葉片本體
2101‧‧‧第一表面
2102‧‧‧第二表面
2110‧‧‧第一側邊
2120‧‧‧第二側邊
220‧‧‧第一導流面
2201‧‧‧凹面
2202‧‧‧凸面
230‧‧‧第二導流面
2301‧‧‧凸面
2302‧‧‧凹面
A1、A2‧‧‧夾角
31‧‧‧第一轉換折線
32‧‧‧第二轉換折線

【0008】

第一圖：其為本創作之第一實施例之葉片結構之示意圖；
第二圖：其為本創作之第一實施例之葉片結構之使用狀態圖；
第三圖：其為本創作之第二圖之A區域之放大圖；
第四圖：其為本創作之第一實施例之葉片之剖面圖；
第五圖：其為本創作之第一實施例之風力發電機之能量轉換效率之關係圖；
第六圖：其為本創作之第二實施例之葉片結構之示意圖；以及
第七圖：其為本創作之第三實施例之葉片結構之示意圖。

【0009】

為對本新型之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以實施例及配合詳細之說明，說明如後：

【0010】

請參閱第一圖，其為本創作之第一實施例之葉片結構之示意圖；如圖所示，本實施例有關於一種用於風力發電機之葉片結構1，其包含一旋轉主體10與複數個葉片20，該些個葉片20環設於該旋轉主體10，每一該葉片20具有一葉片本體210，而該葉片本體210具有一第一側邊2110與一第二側邊2120，該第一側邊2110相對於該第二側邊2220，該第一側邊2110設置一第一導流面220，而該第二側邊2120設置一第二導流面230，該第一導流面220之延伸方向與該第二導流面230之延伸方向相反。

【0011】

本實施例之葉片結構1主要應用於一風力發電機(圖未示)上，尤其是用於一水平軸風力發電機，當本實施例之葉片結構1設置於該風力發電機時，透過空氣氣流(風力)帶動葉片結構旋轉，將風能轉換為機械能，該葉片結構帶動該風力發電機，該風力發電機將機械能轉換為電能而進行發電。

【0012】

本實施例之葉片結構1的該些個葉片20為薄片型，每一該葉片20由一金屬片彎折而成，而本實施例之該些個葉片20以等距分布於該旋轉主體10之周緣，並與該旋轉本體10為一體成型，如此該葉片結構1之重量較輕，因此啟動該葉片結構1轉動之風速較小，然該葉片結構1之製造方式簡單，所以其製造成本較低。

【0013】

當該葉片結構1設置於該水平軸風力發電機時，該葉片20之一第一表面201為一迎風面，其相對於該第一表面201之一第二表面202為一背風面，於本實施例中，該葉片20之該第一表面201包含該第一導流面220之一凹面2201、該葉片本體210之一第一表面2101及該第二導流面230之一凸面2301，即該第一導流面220向逆風方向彎曲延伸；該葉片20之該第二表面202包含該第一導流面220之一凸面2202、該葉片本體210之一第二表面2102及該第二導流面230之一凹面2302，即該第二導流面230往順風方向彎曲延伸，如此該第一導流面220之延伸方向與該第二導流面230之延伸方向相反，該第一導流面220及該第二導流面230的曲率介於42到52之間，於本實施例中，該第一導流面220及該第二導流面230的曲率為47。然每一該葉片20之該葉片本體210之兩側邊分別設有為曲面之該第一導流面220與該第二導流面230，該第一導流面220之凹面2201與該第二導流面230之凹面2302分別與該葉片本體210間具有大於90度之一夾角，分別為該葉片20之攻角。於本實施例中，該第一導流面220之凹面2201與該葉片本體210間之夾角A1及該第二導流面230之凹面2302與該葉片本體210間之夾角A2相同。

【0014】

請一併參閱第二圖、第三圖及第四圖，其為本創作之第一實施例之葉片結構之使用狀態圖、第二圖之A區域之放大圖及葉片之剖面圖；如圖所示，當本實施例之該葉片結構1設置於水平軸風力發電機時，空氣氣流100(風力)往該些個葉片20之該些個第一表面201流動，即空氣氣流100之流動方向分別垂直於該葉片20之該葉片本體210，該空氣氣流100受到每一該葉片20之該葉片本體210阻擋，而部分的受阻擋之該空氣氣流100則往該第一導流面220之該凹面2201流動，該空氣氣流100推動該第一導流面220，以帶動每一該葉片220往逆時針方向轉動，進而帶動該葉片結構1往逆時針轉動。另一部分的受阻擋之該空氣氣流100沿著該第二導流面230之該凸面2301流動，如此使該空氣氣流100具有平滑之流線，有效減少該葉片結構1產生渦流，同時該空氣氣流100推動該第二導流面230，以加速每一該葉片20之轉動速度，進而增加該葉片結構1之轉動速度。

【0015】

再一併參閱第五圖，其為本創作之第一實施例之風力發電機之能量轉換效率之關係圖；如圖所示，於此提供使用本實施例之該葉片結構1的該風力發電機之能量轉換效率之關係圖，本實施例之該葉片結構1為雙導流面，於此提供另一僅具有單一導流面之葉片結構進行比較。於第四圖中，具有一第一轉換折線31及一第二轉換折線32，該第一轉換折線31表示使用單一導流面之該葉片結構的該風力發電機的能源轉換效率，該第二轉換折線32表示使用雙導流面之該葉片結構1的該風力發電機的能源轉換效率。其中圖中之水平軸表示葉片結構之尖端速度比(λ)，而垂直軸表示總轉換效率(ηtotal)。於第四圖中可看出在葉片結構之尖端速度比越大時，使用單導流面之該葉片結構的該風力發電機的總轉換效率遠低於使用雙導流面之該葉片結構1的該風力發電機，於此可證明，雙導流面之該葉片結構1有效地提升該風力發電機之能源轉換效率。

【0016】

由上述可知，本實施例之該葉片結構1具有雙導流面，如此減少該葉片結構1產生渦流，增加該葉片結構1之轉動速度，並且提升使用該葉片結構1之該風力發電機的扭矩，進而提升該風力發電機的能源轉換效率，有效減少風力能源的損失。

【0017】

請參閱第六圖與第七圖，其為本創作之第二實施例與第三實施例之葉片結構的示意圖；如圖所示，第二實施例之該葉片結構1與第一實施例之該葉片結構的差異在於，第二實施例之該葉片結構1之該第一導流面220與該第二導流面230分別為一斜面，該第一導流面220與該葉片本體210間之夾角A1與該第二導流面230與該葉片本體210間之夾角A2均相同並大於90度，其功效相同於第一實施例之該葉片結構1，故於此不再贅述。

【0018】

第三實施例之該葉片結構1與該第一實施例之該葉片結構的差異在於，第三實施例之該葉片結構1的該第一導流面220與該葉片本體210間之夾角A1與該第二導流面230與該葉片本體210間之夾角A2不同，均大於90度，其功效也相同於該第一實施例之該葉片結構，故於此不再贅述。

【0019】

綜上所述，本創作係有關於一種用於風力發電機之葉片結構，其主要包含該旋轉主體與該些個葉片，而每一該葉片具有雙導流面，以避免該葉片結構產生渦流，大幅增加該葉片結構之轉動速度，並提升使用該葉片結構之該風力發電機之扭矩，而提高該風力發電機之發電效率，再者，本創作之該葉片為金屬彎折之薄片型葉片，有效減少該葉片結構之重量，能夠降低啟動該葉片結構轉動所需之風速，同時也能除去複雜的開模設計與模具成本，而以較低的成本進行製造。

【0020】

故本新型實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合我國專利法專利申請要件無疑，爰依法提出新型專利申請，祈 鈞局早日賜至准專利，至感為禱。

【0021】

惟以上所述者，僅為本新型一較佳實施例而已，並非用來限定本新型實施之範圍，故舉凡依本新型申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本新型之申請專利範圍內。

1‧‧‧葉片結構

10‧‧‧旋轉主體

20‧‧‧葉片

210‧‧‧葉片本體

2110‧‧‧第一側邊

2120‧‧‧第二側邊

220‧‧‧第一導流面

230‧‧‧第二導流面

Claims (10)

1. 【第1項】

   一種用於風力發電機之葉片結構，其包含：
   一旋轉主體；以及
   複數個葉片，其環設於該旋轉主體，每一該葉片具有一葉片本體，而該葉片本體具有一第一側邊與相對該第一側邊之一第二側邊，該第一側邊設置一第一導流面，該第二側邊設置一第二導流面，該第一導流面與該第二導流面均往遠離該葉片本體之方向延伸，該第一導流面之延伸方向與該第二導流面之延伸方向相反。
2. 【第2項】

   如申請專利範圍第1項所述之用於風力發電機之葉片結構，其中該葉片本體、該第一導流面與該第二導流面為一體成型。
3. 【第3項】

   如申請專利範圍第1項所述之用於風力發電機之葉片結構，其中該第一導流面為曲面或斜面。
4. 【第4項】

   如申請專利範圍第1項所述之用於風力發電機之葉片結構，其中該第二導流面為曲面或斜面。
5. 【第5項】

   如申請專利範圍第1項所述之用於風力發電機之葉片結構，其中該第一導流面與該第二導流面之曲率為42到52之間。
6. 【第6項】

   如申請專利範圍第5項所述之用於風力發電機之葉片結構，其中該第一導流面與該第二導流面之最佳曲率為47。
7. 【第7項】

   如申請專利範圍第1項所述之用於風力發電機之葉片結構，其中該些個葉片以等距分布於該旋轉主體之周緣。
8. 【第8項】

   如申請專利範圍第1項所述之用於風力發電機之葉片結構，其中該些個葉片為薄片型葉片。
9. 【第9項】

   如申請專利範圍第1項所述之用於風力發電機之葉片結構，其中該第一導流面與該葉片本體間之一夾角及該第二導流面與該葉片本體間之一夾角相同。
10. 【第10項】

    如申請專利範圍第1項所述之用於風力發電機之葉片結構，其中該第一導流面與該葉片本體間之一夾角及該第二導流面與該葉片本體間之一夾角不同。