風力旋轉裝置的製作方法

2023-10-17 23:24:59 2

專利名稱：風力旋轉裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種風力旋轉裝置，至少包括一固定外塔與一旋轉內塔，以外塔周側設置可調角度的導流片來導引特定大小的風力，推動旋轉內塔的扇葉，達成內塔旋轉輸出扭矩功，其中，並靠由在導流片、與扇葉上開設的V紋溝槽及利用磁浮原理減少摩擦力的方式，使本實用新型的旋轉效果能有效提升。本實用新型也可運用動力驅使內塔旋轉，對外產生無方向性切線風力。
提起風力應用，最容易讓人聯想到荷蘭風車利用風力抽水的情景。事實上，該種風車的型式因受限於橫軸式補捉多變風向不易，而無法將所有受風都有效應用，且結構的扇葉片大小與旋轉功效成直接正比的關係，而呈現效率不明顯，使得應用範圍不廣；進而有了立式旋風塔的衍進，兼具多方向承受風力與效率較高的優點，其帶動的旋轉扭矩功，將被普遍應用於發電機上。
發明人基於本身對於風力應用方面的興趣，自身投入研究後，曾提出「旋轉發電塔」的新發明而獲得美國專利證書號為4935639號，其結構請見


圖1所示，可提供審查員作為相關前案參考；經發明人幾年來不斷測驗與改進後，進而發展出本用新型，主要針對前案的缺點加以改進，分析如下一、常用發電塔因必須有底部加裝加熱器(H)以及運用太陽(S)熱能作為輔助動力，因此其受熱面必須足夠大以增加吸收熱源的範圍，所以只適應用於大型體積的發電，故適用性不高。
二、常用發電塔由於內塔葉片(F)形狀過於複雜，且與汽門(C)相鄰過近，因此理論上由吸熱片(T)所導入的熱氣流或風力，在實際上並無法有效地進入內塔內部形成人造旋風，因內塔旋轉將產生向外的離心力，與導入的熱氣流或風力方向矛盾，未預留適當空間供其切入旋轉，因而實際效果不高。
三、常用發電塔的外塔吸熱片(T)為一固定傾角，無法隨風向或風力大小做調整，當遇到風力過強(如颱風天氣)時，可能對其整體結構或是旋轉內塔的葉片造成傷害。
四、常用發電塔的內塔葉片(F)過多且其形狀複雜，卻未得實際旋轉功效，徒然增加造價與重量。
在本實用新型發展之初如前所述是由相關應用風力被動發電的前案的改進，待本實用新型發展成熟之際，發明人由反向推演的方式來引申本實用新型的適用範圍，發現本實用新型也可利用動力主動旋轉，來產生製造風力的作用。
本實用新型的目的在於提供一種風力旋轉裝置，利用導入風向氣流的導流片，驅動旋轉內塔旋轉而對外輸出扭矩功，同時能克服上述缺點。
本裝置也可運用動力來驅使內塔旋轉，進而對外產生無方向性的切線風力。
為完成本實用新型的目的，本實用新型提供一種風力旋轉裝置，包括有一中空的外塔與一可被活固在外塔中間的旋轉內塔，使外塔其周側圍分布有多個導流片，以將風向氣流導入，驅動中間旋轉內塔的旋轉，達成對外輸出扭矩功；其中，外塔底部與旋轉內塔下方相鄰界面設有支承裝置，以支承旋轉內塔進行旋轉；旋轉內塔包括一支持軸及至少有二片扇葉。
當用作送風裝置時，還包括動力裝置，導流片可導引氣流的方向；動力裝置驅動內塔旋轉能產生切線氣流排出；外塔的導流片布設一周，且為可視需要而調轉其角度，使內塔旋轉產生的切線氣流可為360度的全周方向出風或局部出風。
以下，為令審查員能夠進一步了解本實用新型的構成，特提供一較佳實施例及圖示，詳細說明如下，謹請參閱。
圖1是常用發電塔的結構圖2是本實用新型的一較佳實施例立體分解圖；圖3是本實用新型實施例的平面圖；圖4(A)(B)是圖3的A－A剖面中，顯示將導流片調整為不同角度，而產生兩種受風導進氣流的示意圖；圖5(A)是顯示平(曲)面受風時所產生風力四散的情形；圖5(B)是顯示由V紋溝槽受風時所產生風力導引及增壓的狀況；圖6是本實用新型應用於發電機的一實施例；圖7是本實用新型應用於風扇的另一實施例。
首先，就本實用新型最初構想於應用風力發電的發展方式來解說本實用新型，請由圖2所示可以看出本實用新型主要包括外塔1及旋轉內塔2兩部分；其中，外塔1又包括周側邊多個繞設的導流片11，該導流片11被樞固在上塔板12、及下塔板13之間，其間必須有數支為固定，以能支撐上塔板12重量，使其他活固的導流片11得以在其間旋轉調整角度，而各個導流片11為求得同步調轉效果，又由其軸方向向下凸出於下塔板13之外，各軸接一鏈輪14後，再以一鏈條15環繞在各鏈輪14的外側，因此，若以一控制輪16與該鏈條15接連傳動，即可憑控制輪16對其他的導流片11做同步調轉角度的動作，當然，此控制輪16用以調轉時的依據，是可經由風向器3與風速器4甚至氣象預報的信息來判斷調轉方向，例如風速器4測得風力強度超過整體結構的安全負載、或是預報有颱風來臨，即可將導流片11的角度做適度調轉，使導引進外塔內部的氣流不至於過強，而造成旋轉內塔2的損壞；至於導流片11角度的調整對引進氣流的實際影響，可見如圖4(A)(B)所示，因導流片11角度的不同其所導入氣流循內部切線方向前進的角度也會不同，此點即對於氣流是否容易驅動旋轉內塔2旋轉影響甚巨，適宜的角度配合呈梭型截面的導流片11導引氣流進入將可使旋轉功效發揮至最大，此點若要由流體力學所造成的氣流態樣(順流、擾流，正、負壓)來分析可能會過於複雜，最簡單的方式當是由旋轉時提供的扭矩功所作出的發電量大小來觀察，若發覺導流片11與風向行進方向成某特定角度時，發電量最大即是最適合的角度；同樣的，在面對超強風速時，導流片11亦可調轉使進入驅動旋轉內塔2的風力不會過大，以維持穩定的轉動。另外，圖中顯示的單方向風向可以為任意方向吹來，而都形成同樣的切線進風效果，也就是說，本實用新型將不會受吹動風向的限制。
請回至圖2中，由上述說明可知旋轉內塔2的作用即在於受風吹動旋轉，產生扭矩功來加以應用，故而必須有一支持軸21來向外輸出扭矩、及數片扇葉22，再同樣利用一上、下夾板23、24將扇葉22、支持軸21固定，並將支持軸21上端套在一支架25的軸承251中，使支架與外塔1固定，而位於支持軸21下方的下夾板24即會落於與外塔1內而與下塔板13鄰接，發明人特在此兩者之間安排有兩相對且同極性的磁環5，使旋轉內塔2得以呈現半浮狀態，如圖3所示，而得較佳無摩擦的旋轉環境，使旋轉更為順暢；而因為旋轉內塔2的扇葉22必須承受由外塔1導入的切線方向氣流，如圖4(A)(B)，因此發明人特將扇葉22設計成包括一可受風平面221與一排風用的曲面222所構成升力型扇葉22，令此扇葉22固定成一適宜的角度，使循外塔1所導引進入的切線氣流可以驅動平面221，進而帶動內塔旋轉產生迴旋氣流，又由於另一側曲面222相對會產生阻力效果，故必須做成受風阻力係數較小的弧形曲面222以減低阻力，此即為升力型扇葉22的優點；同時，在升力型扇葉22與半浮旋轉內塔2的作用下，將可使本實用新型兼具無噪音的特性。
本實用新型的另一特點，即是發明人在導流片11片身、扇葉22平面221身及曲面222局部靠外圍端的葉身，皆做有V紋溝槽7，如圖2中X詳圖所示，此種溝槽在受風時，具有導向與增壓的作用。關於此方面發明人曾以做有溝槽與未做溝槽的兩種葉片試驗，證明此V紋溝槽7確有上述特定功效，其原理可見如圖5所示，圖5(A)為一般平(曲)面葉片在受風力8的吹動時，風力8即是沿著平(曲)面的外形四散紛飛；若此平(曲)面做成如同圖5(B)所示的V紋溝槽7，則風力8在吹進葉片面時，將會被V紋溝槽7的紋路導引，朝特定方向吹送，此外，由於V紋溝槽7為V型截面，愈向下方體積愈為緊縮，故當風力8愈吹進V型底部時，因空間愈來愈窄而被壓縮，使壓力增大，故此種增壓方式將會促使葉片的驅動速度加快，較平(曲)面型的葉片旋轉動作更為利於進行。靠上述V紋溝槽7的導向作用，發明人因此將導流片11與扇葉22上的溝槽做成朝向塔中心方向而向上傾斜一角度，如同圖3所示，藉此使導入塔內的氣流具有朝上的趨勢，以切線方向運動於旋轉內塔2及外塔1之間旋轉，再同時受旋轉內塔2旋攪成為一種上升的旋風形態，以加速轉動進行；其中，由圖中可以看出扇葉22上的V紋溝槽7隻由下向上分布一適宜的高度，並未布滿整個扇葉22的葉身全長，這是因為發明人實驗後發現氣流在塔內旋轉向上而要由外塔1的上塔板12向上排出時已經蓄具了多數上旋的趨勢，為利於其能快速排出，實際已無須要再去限制其氣流導向的必要，故扇葉22上段的部分以平(曲)面的方式，讓旋風自然透散出，效果將會較佳。
圖6提供本實用新型一用於發電的實施例，利用鋼索9將本實用新型固定，其塔下方延伸的支持軸21先後與齒輪箱9A、發電機9B連接；以齒輪箱9A將支持軸21的旋轉動作經適當的轉換變速後再傳達給發電機9B進行發電，圖中整個塔臺由下塔板13用支腳13A架高，其目的是為讓下塔板13下方具有足夠的空間進風，一方面能抽取氣流，另一方面可使發電機9B發電產生的熱度適當散發。
圖7則是發明人對本實用新型以反方向思考後引申得到的一實施例，因本實用新型的起初構想是由風力主動來吹動本實用新型的旋轉內塔2旋轉，再將旋轉所輸出的扭矩功轉換為機械能進行發電；若是將之改變成以馬達M來主動驅使旋轉內塔2旋轉，則理論上應會由塔內產生風力而循外塔1的切線方向送出，發明人經此種推想之後即著手進行試驗，發覺果真可以產生如預期的功效，由塔內徐徐吹出的涼風立即使本實用新型產生一類似電風扇的效果，而且，其將具有三百六十度全周方向送風的特性。在圖7的實施例中，發明人將外塔1頂部封隔，下方以支腳13A架高，使氣流由外塔1下方吸入，另在外塔1與旋轉內塔2之間加設有安全網S以保安全；並且可將外塔1的導流片11角度調轉成為後半部分封閉，而前半部分則固定在切線方向，如此，其出風範圍W的大小即可受控制，使本實用新型既有360度全周出風的特性，也可以視場合與需要調整為局部出風，其差別僅在於局部出風時的風力將會較大，此外，用於製作成電風扇時的體積通常會較發電用的風力塔體積小，故其磁環5將可取消而以軸承替代。
最後，特將本實用新型的特性做一綜合歸納1、本實用新型外塔1的導流片11為可調轉式，可依風向、風速做適宜的角度調整，卻不會受風向限制，可產生最大風力效果而不傷及結構強度。
2、本實用新型旋轉內塔2為磁浮式的活固方式，旋轉所產生的摩擦阻力最小，旋轉持續力強。
3、本實用新型的導流片11與扇葉22的截面形狀分別為經過設計的梭型與升力型扇葉；並在其上做有具有導向與增壓功能的V紋溝槽7，可大幅度提高旋轉效率。
4、本實用新型可適用於製作全周無方向性的送風裝置。
權利要求1.一種風力旋轉裝置，其特徵在於包括有一中空的外塔與一可被活固在外塔中間的旋轉內塔，外塔周側圍分布有多個導流片，以將風向氣流導入，驅動中間旋轉內塔的旋轉，達成對外輸出扭矩功；其中，外塔底部與旋轉內塔下方相鄰界面設有支承裝置，以支承旋轉內塔進行旋轉；旋轉內塔包括一支持軸及至少二片扇葉。
2.如權利要求1所述的風力旋轉裝置，其特徵在於所述支承裝置是利用同極相斥的兩相鄰磁性裝置，使旋轉內塔得以磁浮在外塔內部，以減少旋轉阻力。
3.如權利要求1所述的風力旋轉裝置，其特徵在於所述扇葉截面為具一受風的平面及一排風的曲面所組成的升力型葉片，使由外塔導流片導入的切線氣流將驅動其平面而旋轉。
4.如權利要求1所述的風力旋轉裝置，其特徵在於所述外塔的導流片及內塔扇葉的平面上皆刻有V紋溝槽以具導向與增壓功能。
5.如權利要求1到4中任一個所述的風力旋轉裝置，其特徵在於導流片可各與一鏈輪軸接，再靠鏈條繞接在各鏈輪之外，而使導流片成為可以同步調轉角度方式。
6.如權利要求5中所述的風力旋轉裝置，其特徵在於可以一控制輪與鏈條連接傳動，即可靠控制輪控制所有的導流片做同步調轉角度的動作。
7.如權利要求2中所述的風力旋轉裝置，其特徵在於所述磁性裝置以相對兩磁環的方式安裝。
8.如權利要求1所述的風力旋轉裝置，其特徵在於用作送風裝置時，還包括有動力裝置，所述導流片可導引氣流的方向，該動力裝置驅動內塔旋轉能產生切線氣流排出，所述導流片布設一周，且為可視需要而調轉其角度，使內塔旋轉產生的切線氣流可為360度全周方向出風或局部出風。
專利摘要一種利用風力驅動旋轉裝置，至少包括有一外塔與一旋轉內塔；其中，外塔為固定式，旋轉內塔則被活固於外塔中。其特徵在於外塔的導流片為可以同步調轉角度，且導流片與扇葉上做有V紋溝槽，以具有導向與增壓功效，再加上旋轉內塔利用同極相斥的磁力原理半浮活固在外塔內的方式，共同使旋轉動作效率能有效地提升，以增進轉動的功用。
文檔編號F03D3/00GK2186311SQ9324438
公開日1994年12月28日 申請日期1993年11月13日 優先權日1993年11月13日
發明者葉東安 申請人:葉安東