TWM603915U

TWM603915U - 槽式風帆葉片風力發電機

Info

Publication number: TWM603915U
Application number: TW109207614U
Authority: TW
Inventors: 陳旺瑞
Original assignee: 陳旺瑞
Priority date: 2019-03-07
Filing date: 2019-03-07
Publication date: 2020-11-11

Abstract

一種槽式風帆葉片風力發電機，具有配設數個直立軸承及ㄧ底層圓盤軸承座、及一外輪圈，該外輪圈的底部設有一齒輪，且該直立軸承內部嵌接一中心支柱，該中心支柱連結地面；複數個樞接件，彼此間隔地沿著該外輪圈鎖固，該複數個樞接件的周緣各設有連結部，該連結部能配合一槽式風帆葉片的側面鎖固呈一體，該槽式風帆葉片更設有一閥門防護架、及數個閥門，另有變速齒輪箱連結一發電機，當槽式風帆葉片受風力吹動時，該閥門會呈閉合狀態且頂抵該閥門防護架形成一受風面，該受風面將會承接風力，使該外輪圈的齒輪為旋轉中心配合變速齒輪箱進行轉動，而當該風力吹動的風向與該受風面呈大於180度時，使該閥門逐漸開啓形成一出風口，藉以減少風阻，提升外輪圈轉動效率，促使發電機的發電量增加。

Description

槽式風帆葉片風力發電機

本新型係關於一種風力發電機，尤其是一種能增加收集關於風力動能、及減少阻力，並提高整體發電效率的槽式風帆葉片風力發電機。

運用風能來發電的技術稱為風力發電，其現有風力發電機之結構其通常係由渦輪主體、葉片、發電機、塔架、以及控制裝置連結組成，其前述之葉片主要功能係將流動空氣具有的動能，加以轉變為葉片旋轉的機械能，故而對於風力發電機的發電效率的重要影響；

而風力發電機按其設計的方式與結構，大致上能區分成垂直軸風力發電機(Vertical Axis Wind Tubine，VAWT)、以及水平軸風力發電機(Horizontal Axis Wind Turbine，HAWT)兩種；而水平軸風力發電機中的轉動軸與風向平行，且依葉片受力而區分成升力或阻力型，若依葉片數量則區分成單葉、雙葉、三葉或多葉型，若依風向則區分成逆風和順風型，而一般應用較常見到的為逆風型，其葉片會需要隨風向變化而不斷調整位置，因此較易受到地形、地物之影響；

而垂直軸向風力發電之轉動軸與風向呈垂直，此類型的優點為不必隨風向改變而一直進行方向的調整，故其適用區域較無限制，其類型則分成打蛋形轉子(Darrieus)和桶形轉子(Savonius)，然而其轉速相對較慢，且設計較為複雜，且製造及維護成本較高；

有鑑於此，習用的風力發電機之發電效率仍有許多亟待改善之處。

因此，本新型目的係在於能將風力之動能，經由槽式風帆葉片轉化為機械能的過程中，透過設置於該槽式風帆葉片內的閥門，能隨風力吹入的方向進行啓閉，利用槽式風帆葉片配合設置能啓閉的閥門設計，以及後續轉為電能之效率得以提升。

本新型的槽式風帆葉片風力發電機，包括：ㄧ底層圓盤軸承座，配設有數個直立軸承、及一外輪圈，該外輪圈的底部設有ㄧ齒輪，且該直立軸承內部嵌接有一中心支柱，該中心支柱連結地面；複數個樞接件，彼此間隔地沿著該外輪圈鎖固，該複數個樞接件的周緣各設有連結部，該連結部能配合ㄧ槽式風帆葉片的側面鎖固呈一體，該槽式風帆葉片更設有一閥門防護架、及數個閥門；ㄧ發電機，配合ㄧ變速齒輪箱連結該齒輪；

據此，本新型主要目的在於透過槽式風帆葉片受風力吹動時，其數個閥門會呈現閉合狀態且頂抵該閥門防護架形成ㄧ受風面，該受風面將會承接風力，使該外輪圈為旋轉中心進行轉動；而當該風力吹動的風向與該受風面呈大於180度時，能使該閥門逐漸開啓形成一出風口，藉以減少風阻，提升該外輪圈轉動效率，促使該發電機的發電量增加。

其中，該槽式風帆葉片的數量能為至少兩片以上；

其中，每一片槽式風帆葉片的該閥門為至少一個以上；

其中，該閥門更包含有ㄧ阻尼器，設於該受風面配合連結該閥門，使該閥門得以進行緩衝啓閉。

其中，ㄧ固定支架，套設於該底層圓盤軸承座的一底層圓盤軸承平台，且該固定支架能插入地面下固定，藉以穩固支撐該中心支柱，及整組槽型風帆葉片。

其中另一實施例，包括有：ㄧ底層圓盤軸承座，配設有數個直立軸承、及一外輪圈，該外輪圈的底部設有ㄧ齒輪，且該直立軸承內部嵌接有一中心支柱，該中心支柱連結地面；複數個樞接件，彼此間隔地沿著該外輪圈鎖固，該複數個樞接件的周緣各設有連結部，該連結部能配合ㄧ槽式風帆葉片的側面相互鎖固，而該槽式風帆葉片具有ㄧ受風面；ㄧ發電機，配合ㄧ變速齒輪箱連結該齒輪，當該槽式風帆葉片受ㄧ風力驅動時，該受風面將會承接風力，使該外輪圈為旋轉中心進行轉動。

其中，該槽式風帆葉片的數量為至少兩片以上。

通常根據本新型，該最佳之可行之實施例，並配合圖式第1圖詳細說明後，俾增加對本新型之瞭解；

本新型槽式風帆葉片風力發電機，其包含有：ㄧ底層圓盤軸承座(10)，配設有數個直立軸承(11)、及ㄧ外輪圈(13)，該外輪圈(13)的底部設有ㄧ齒輪(131)，此外輪圈(13)下方所設齒輪(131)為外部傳動設置，有助於機件健全、簡化裝設、運轉過程不易故障、且保養容易，且該底層圓盤軸承座(10)底部設有接連底層圓盤軸承平台(101)一中心支柱(34)連結地面；複數個樞接件(12)，彼此間隔地沿著該外輪圈(13)鎖固，該複數個樞接件(12)的周緣各設有連結部(121)，該連結部(121)能配合一槽式風帆葉片(20)的側面鎖固呈一體，此處鎖固係利用螺絲與螺孔配合所完成，亦能以其它相同功用的結構來替換，故不限定於此種結構設計，且該槽式風帆葉片(20)更設有一閥門防護架(32)、及數個閥門(30)；

ㄧ發電機(40)，配合ㄧ變速齒輪箱(41)連結該齒輪(131)，該變速齒輪箱(41)內具有複數種不同類型及尺寸的齒輪設計，其主要功能為用以增速用，其中大多類型為固定平行軸齒輪和行星齒輪，此為該發電機領域常見之技術結構，故不贅述。

當槽式風帆葉片(20)受ㄧ風力(50)吹動時，該閥門(30)會呈閉合狀態且頂抵該閥門防護網(32)形成一受風面(201)，該受風面(201)將會承接風力(50)，使該外輪圈(13)為旋轉中心進行轉動；而當該風力(50)吹動的風向與該受風面(201)呈大於180度時，使該閥門(30)逐漸開啓成形成一出風口(202)，藉以減少風阻，提升該外輪圈(13)轉動效率，促使該發電機(40)的發電量提高。

前述槽式風帆葉片(20)與樞接件(12)的位置，大約設置位在該中心支柱(34)的五分之三、或三分之二以上處，能確保不會因外部風力(50)過於強勁而造成中心支柱(34)重心偏移、或支撐性不足斷裂的情況發生；

而該底層圓盤軸承平台(101)的下方，能額外套設一固定支架(33)，該固定支架(33)具有數根設計，主要能用以插入地面下連結物件進行固定，該底層圓盤軸承平台(101)係以連接鎖焊於該中心支柱(34)，而相關地基設置約略要10米深左右，藉以支撐整體結構。

請參閱如第2圖所示，其係為一種兩片式槽式風帆葉片(20)配合發電機(40)設備所組裝構成的實際應用，可見尚未開始運轉時的狀態，由此圖中間直向的虛線來區分為左、右兩側部分、而橫向虛線則區分為上、下兩側部分，一風力(50)由下向上流，並通過左、右兩側，當中右側的風力(50)流至右側的槽式風帆葉片(20)內的受風面(201)，而左側的風力(50)則因碰觸未開啓的閥門(30)而沿槽式風帆葉片(20)外部結構曲面橫向流動，而流至受風面(201)內的風力(50)，將會開始帶動整體結構開始運作，詳細而言，係以逆時鐘方向開始運作，產生運轉機械動力。

再請參閱如第3圖所示，其先以單一個槽式風帆葉片(20)運作開始解說，理解其基本運作後，則能輕鬆理解當槽式風帆葉片(20)數量增置構成較為複雜的設計時的運作方式，例如：二〜七片槽式風帆葉片(20)，但並不限制於此，且第3圖中間直向的虛線來區分為左、右兩側部分、而橫向虛線則區分為上、下兩側部分。

其中，以實線繪製右側的槽式風帆葉片(20)為起始狀態，且其風力(50)流向相交於該槽式風帆葉片(20)的受風面(201)呈90度，如下方右側的圓形示意為代表；

當槽式風帆葉片(20)受風力(50)流入至受風面(201)內後，將開始帶動槽式風帆葉片(20)向中間上方的位置，可見該處風力(50)流向相交於該槽式風帆葉片(20)的受風面(201)為180度；

而當角度超過180度時，則風力(50)將會因槽式風帆葉片(20)轉動產生的慣性位移，進而帶動該閥門(30)產生開啓的動作；故當該槽式風帆葉片(20)持續位移至左側時，可見該閥門(30)呈完全開啓的狀態，此時的角度約略為270度，此時的風力(50)能夠完全透過開啓後的閥門(30)通過，藉以降低風阻；

當該槽式風帆葉片(20)持續位移至中間下方的位置時，能見該閥門(30)從完全開啓的狀態開始閉合，此時的角度約略為360度；

再請參閱如第4圖，最終回到一開始的起始狀態完成該閥門(30)的完全閉合，而前述由第2〜4圖，係為該槽式風帆葉片(20)的閥門(30)完整開啓與閉合的運作過程，所標示的角度，僅供閱覽者理解，並非一定是以所述角度才能進行相關開啓及閉合的動作。

而槽式風帆葉片(20)所設的閥門(30)各別設置有阻尼器(31)，能夠有效緩衝閥門(30)因槽式風帆葉片(20)轉動產生的慣性作用力，使閥門(30)的開啓及閉合能夠維持一定的速度及力道，藉以保護各構件能不受風力強弱而縮短其使用年限。且該槽式風帆葉片(20)所設置的閥門(30)數量，可依槽式風帆葉片(20)的製造尺寸進行調整，且該槽式風帆葉片(20)也能設計為多種形狀，並非一定為本新型圖式內所揭露2個為主。

若前述阻尼器(31)常暴露於較為嚴苛的自然環境中，其故障率也會相對提高，故而可將該阻尼器(31)移除，而在該閥門防護架(32)邊框處，改以設置數個以上的小彈簧、或是墊橡膠軟片，使閥門(30)閉合時不容易磨損。

再請參閱如第5圖所示，係為本新型的另一實施例沒有閥門的類型，此種槽式風帆葉片風力發電機，包括有：ㄧ底層圓盤軸承座(10)，其配設有ㄧ數個直立軸承(11)、以及一外輪圈(13)，該外輪圈(13)的底部設有一齒輪(131)，且該直立軸承內部嵌接一中心支柱(34)，該中心支柱(34)連結地面埋入地下8～10公尺左右；而複數個樞接件(12)，彼此間隔地沿著該外輪圈(13)鎖固，該複數個樞接件(12)的周緣各設有連結部(121)，該連結部(121)能配合一槽式風帆葉片(20)的側面相互鎖固，而該槽式風帆葉片(20)具有一受風面(201)，另有一發電機(40)，配合ㄧ變速齒輪箱(41)連結該齒輪(131)，當該槽式風帆葉片(20)受ㄧ風力(50)驅動時，該受風面(201)將會承接風力(50)，使該外輪圈(13)為旋轉中心進行轉動。

本新型另一實施例與前述主要實施例之不同處，在於另一實施例的整體結構沒有閥門(30)之設置，使其製造成本能夠大幅降低，且同樣具有承接較多風力(50)的槽式風帆葉片(20)設計；而這種沒有閥門的類型，能概略推測其運轉發電量約略比有閥門設置少百分之十左右，不過還是需要視實際運作區分，如何改善達到最理想的目的或兩種有閥門與沒有閥門都可以同時運作相差應不會很大。兩種類型都各有所長，而設有閥門類型的阻尼器(31)能設計到不易產生故障的優良品質，方能使運轉更加完美。

其運作方式請參閱如第6圖所示，中間直向的虛線來區分為左、右兩側部分、而橫向虛線則區分為上、下兩側部分，其槽式風帆葉片(20)的受風面(201)方向設計成與前述主要實施例相異，僅供理解其方向設計為兩種係為相通，可依實際製作需求進行調整，並不加以限定；一風力(50)由上向下流，並通過左、右兩側，當中左側的風力(50)流至左側的槽式風帆葉片(20)內的受風面(201)，而右側的風力(50)則沿槽式風帆葉片(20)外部結構曲面橫向流動，而流至受風面(201)內的風力(50)，將會開始帶動整體結構開始運作，詳細而言，係以逆時鐘方向開始運作。

再請參閱如第7〜12圖所示，其槽式風帆葉片(20)的數量依序分別為二、三、四、五、六、七片，能由其中進行觀察最優選的設置來配合設置於風力較強勁的地區使用，故不再贅述其運作過程，且前述風帆葉片(20)數量亦能增設超過7片以上，並不加以限制於此。

綜上所述，本新型槽式風帆葉片風力發電機，其槽式風帆葉片(20)設計能夠承接較多風力(50)進入所設計的受風面(201)，使其轉速能夠有所提升，而槽式風帆葉片(20)的閥門(30)設計，則更能有效降低風阻，提升外輪圈(13)轉動效率，促使該發電機(40)的發電量增加。

(10):底層圓盤軸承座 (101):底層圓盤軸承平台 (11):直立軸承 (12):樞接件 (121):連結部 (13):外輪圈 (131):齒輪 (20):槽式風帆葉片 (201):受風面 (202):出風口 (30):閥門 (31):阻尼器 (32):閥門防護架 (33):固定支架 (34):中心支柱 (40):發電機 (41):變速齒輪箱 (42):防護殼 (50):風力 (60):旋轉方向

[第1圖]係為本新型的立體圖。 [第2圖]係為本新型於槽式風帆葉片的俯視圖。 [第3圖]係為本新型於槽式風帆葉片轉動及閥門啓閉之動作示意圖。 [第4圖]係為本新型於風力通過閥門的示意圖。 [第5圖]係為本新型另一實施例無閥門槽式風帆葉片的立體圖。 [第6圖]係為本新型另一實施例無閥門槽式風帆葉片的俯視圖。 [第7圖]係為本新型另一實施例無閥門槽式風帆葉片於槽式風帆葉片兩片的示意圖。 [第8圖]係為本新型另一實施例無閥門槽式風帆葉片於槽式風帆葉片三片的示意圖。 [第9圖]係為本新型另一實施例無閥門槽式風帆葉片於槽式風帆葉片四片的示意圖。 [第10圖]係為本新型另一實施例無閥門槽式風帆葉片於槽式風帆葉片五片的示意圖。 [第11圖]係為本新型另一實施例無閥門槽式風帆葉片於槽式風帆葉片六片的示意圖。 [第12圖]係為本新型另一實施例無閥門槽式風帆葉片於槽式風帆葉片七片的示意圖。

(10):底層圓盤軸承座

(101):底層圓盤軸承平台

(11):直立軸承

(12):樞接件

(121):連結部

(13):外輪圈

(131):齒輪

(20):槽式風帆葉片

(201):受風面

(202):出風口

(30):閥門

(31):阻尼器

(32):閥門防護架

(33):固定支架

(34):中心支柱

(40):發電機

(41):變速齒輪箱

(42):防護殼

(50):風力

(60):旋轉方向

Claims

一種槽式風帆葉片風力發電機，包括：ㄧ底層圓盤軸承座(10)，配設有ㄧ直立軸承(11)、及一外輪圈(13)，該外輪圈(13)的底部設有ㄧ齒輪(131)，且該直立軸承(11)內部嵌接有一中心支柱(34)，該中心支柱(34)連結地面；複數個樞接件(12)，彼此間隔地沿著該外輪圈(13)鎖固，該複數個樞接件(12)的周緣各設有連結部(121)，該連結部(121)能配合ㄧ槽式風帆葉片(20)的側面鎖固呈一體，該槽式風帆葉片(20)更設有一閥門防護架(32)、及數個閥門(30)；ㄧ發電機(40)，配合ㄧ變速齒輪箱(41)連結該齒輪(131)，其特徵在於：當槽式風帆葉片(20)受ㄧ風力(50)吹動時，該閥門(30)會呈閉合狀態且頂抵該閥門防護架(32)形成ㄧ受風面(201)，該受風面(201)將會承接風力(50)，使該外輪圈(13)為旋轉中心進行轉動；而當該風力(50)吹動的風向與該受風面(201)呈大於180度時，使該閥門(30)逐漸開啓形成一出風口(202)，藉以減少風阻，提升該外輪圈(13)轉動效率，促使該發電機(40)的發電量增加。
依據請求項1所述槽式風帆葉片風力發電機，其中，該槽式風帆葉片(20)的數量能為至少兩片以上。
依據請求項1所述槽式風帆葉片風力發電機，其中，該閥門(30)為至少一個以上。
依據請求項1所述槽式風帆葉片風力發電機，其中，該閥門(30)更包含有：ㄧ阻尼器(31)，設於該受風面(201)配合連結該閥門(30)，使該閥門(30)得以進行緩衝啓閉。
依據請求項1所述槽式風帆葉片風力發電機，其中，更包含有：ㄧ固定支架(33)，套設於該底層圓盤軸承座(10)的一底層圓盤軸承平台(101)，且該固定支架(33)能插入地面下固定，藉以穩固支撐該中心支柱 (34)及整組該槽型風帆葉片(20)之運轉。
依據請求項4所述槽式風帆葉片風力發電機，其中，該阻尼器(31)能改以設置數個以上的彈簧或橡膠軟片。
一種槽式風帆葉片風力發電機，包括：ㄧ底層圓盤軸承座(10)，配設有複數個直立軸承(11)、及一外輪圈(13)，該外輪圈(13)的底部設有ㄧ齒輪(131)，且該直立軸承(11)內部嵌接有一中心支柱(34)，該中心支柱(34)連結地面；複數個樞接件(12)，彼此間隔地沿著該外輪圈(13)鎖固，該複數個樞接件(12)的周緣各設有連結部(121)，該連結部(121)能配合ㄧ槽式風帆葉片(20)的側面相互鎖固，而該槽式風帆葉片(20)具有ㄧ受風面(201)；ㄧ發電機(40)，配合ㄧ變速齒輪箱(41)連結該齒輪(131)，當該槽式風帆葉片(20)受ㄧ風力(50)驅動時，該受風面(201)將會承接風力(50)，使該外輪圈(13)為旋轉中心進行轉動。
依據請求項7所述槽式風帆葉片風力發電機，其中，該槽式風帆葉片(20)的數量能為至少兩片以上。
依據請求項7所述槽式風帆葉片風力發電機，其中，更包含有：ㄧ固定支架(33)，套設於該底層圓盤軸承座(10)的一底層圓盤軸承平台(101)下方，且該固定支架(33)能插入地面固定，藉以穩固支撐該中心支柱(34)。