一種垂直軸風車的弧狀勾型葉片結構的製作方法

2023-06-08 19:22:51

專利名稱：一種垂直軸風車的弧狀勾型葉片結構的製作方法
技術領域：
本實用新型是關於一種垂直軸風車的弧狀勾型葉片結構特別指一種高效能 垂直軸風車，其獨特風車葉片能有效利用大自然風能，不論風從四面八方任何方 向吹來，或風向瞬間之改變，本實用新型均能全數有效應用。
背景技術：
近年來，各歐美先進國家或短缺石油資源國家，莫不大力發展替代能源，各 種天然資源也先後開發出相對應的發電方式，替代能源標榜著無汙染、無消耗的 特點，目前較受注目的相關發展已有風力發電以及太陽能發電等；提供用電之需 求，且易於推廣。
人類自從發現電能以來，在物質文明上有了突飛猛進的成長，也大幅地改善 了人類的生活。然而，隨著生活的進步，人類對於電能的需求愈來愈高，對於電 能的使用有著莫大的依賴，電力的使用已在生活層面廣泛的應用，例如家庭用
電、營業用電、工業用電、公路之路燈、公共區域照明以及需要電力驅動運轉的
各式公共設施，皆需大量電能的消耗；即便夜間回到家中，打開電燈、空調或使 用計算機、各式家用電器皆需使用電力，不僅實質須支付的電力費用相對可觀外， 也造成燃料發電廠極大的負擔，進而對環境的汙染影響甚巨；而在消耗這些能源 的過程中，也不斷提高資源的耗損，更甚嚴重的，即在於對環境的破壞，諸如 溫室效應、異常氣候、聖嬰現象、酸雨等環境、天候異常的產生。
目前人類所熟知的發電技術中，最普遍的方法是燃燒石油，唯此法受限於燃 燒原理，不僅消耗燃油迅速，且製造大量的廢氣、廢熱，嚴重影響生活環境。再 者，石油僅限於少數國家所擁有，且容量有限，總有一天會使用殆盡，絕非長久 之法。
為此，各國均在積極尋求替代能源的方案，不僅要求這些替代能源能取代石 油，且更重要者，乃在於尋求一種無汙染的新能源。而就目前所熟知的潔淨能源 中，大致包括有風力、太陽能等。太陽能是地球一切能量的來源，其產量驚人，但受限於現有技術，目前的太陽能應用效率極低，必須鋪設大面積的太陽能板， 方能取代少部份的傳統發電，'故對於面積有限、日照不足的國家並不適用。
因此，在潔淨能源的替代方案中，風力發電是目前相當成熟的技術，值得推 廣。風力發電的歷史相當悠久，早在數個世紀前，歐洲即應用風車於麵粉廠中的 小麥磨粉工作，或是低洼地區的抽水工作。而風力來源存在於地球各處，各國皆 可視其地形氣候的現況，實行不同的配置。因此，目前使用風力發電的地區相當 多，雖然無法取代火力發電，但仍有其一定的價值。
要充份應用風力進行發電，良好的風車結構乃為必須的產品，但就目前的垂 直軸風力發電機技術中，其產生的效能卻相當低落，造成無謂的損失，但垂直軸 風力發電機有其一定的優勢，如結構簡單，放於高架上平衡良好，噪音低，如有 良好設計即能接收四面八方的風能，但事實上垂直軸風力發電機風葉其受風旋轉 風葉有一半面積順風一半面積逆風，設計上並不容易處理，因此目前市面上使用 率不高，皆因為無法有效解決風葉一半順風一半逆風所造成抵消風能的問題，目 前的垂直軸風車之應用，例如碗型的類似風速計，其優點是啟動扭力大，缺點 是逆風旋轉回來碗型阻力很大，所以效能很差；葉片型(達流斯型)的垂直軸風 車由於葉片細小，受風斜面角度又小所以啟動風速要求較高，無法微風啟動，風 能利用也低，後來有人將兩者結合使用，但其兩者的缺點仍在，只是改善了微風 啟動，但整體使用效能仍不是很好。
由此可知，前述的技術仍有缺失有待改進，本案創作人即鑑於前述缺失，乃 著手加以創新，並經模型不斷的測試，終能研發完成本件， 一種垂直軸風車的弧 狀勾型葉片結構，應用於大型風力發電廠，也提供廣泛小型用電戶及獨立公路路 燈用電，亦可應用於風力抽水、打氣。

實用新型內容
本實用新型之主要目的，在於提供一種垂直軸風車的弧狀勾型葉片結構，其 內容是葉片在逆風區成弧狀以小角度在逆風前進，採用IO組以上弧狀勾型葉片 組，使葉片外端像魚鱗層層相迭使逆風無法吹到風葉輪內部，化去大部份逆風阻 力，在靠近O度逆風區部分將風能折射轉向，吹到相鄰弧狀勾型葉片處產生旋轉 力，及具，2片以上葉片在順風區用勾型葉面接收風能產生強木旋轉力；此風車 能接收戶外四面八方吹來的風能，不需方向舵、尾翼來確定迎風面，能獲得高迎
5風面積、低阻力，來擷取風能，以利使用風能發電，提供風能最佳使用效率。
本實用新型的另一個目的'，在於提供一種垂直軸風車的弧狀勾型葉片結構， 其內容係為結構簡單、造價便宜、加工容易、高空運轉穩定等特點以應用風能， 其外觀之型體易於藝術化，可美化市容景觀，作為供應大眾用電、路燈用電以及 農、漁、牧業抽水、打氣用。
可達成上述目的之一種垂直軸風車的弧狀勾型葉片結構，其內容包括 一塔 架，該塔架用以支撐本實用新型之組成荷重及安裝位置，該塔架中設有圓圈型軌 道供旋轉架之軌道車輪行走，其塔架下設有一發電機室，該發電機室其內部安裝 有一發電裝置以及一電控裝置； 一旋轉架，該旋轉架由骨架構成，並用以承載風 葉組重量，其下方裝有軌道車輪，該軌道車輪行走在該塔架上的圓圈型軌道上； 該軌道車輪承載整體旋轉架、風葉輪之重量，而該旋轉架上層亦設置類似軌道車 輪之機構來增加該旋轉架穩定旋轉，以防止強風吹偏旋轉架；當風葉接收風能產 生推力時，該旋轉架便繞著該塔架上的圓圈型軌道旋轉，旋轉架上設有風葉片固 定架，用以螺接風葉片，其最下方外圓骨架上螺接一大增速裝置； 一風葉組，系 包含複數個風葉輪並層迭排列，該風葉輪由複數弧狀勾型葉片組成、該弧狀勾型 葉片由兩塊板做上下座，中間夾著弧狀勾型葉片，一層的風葉輪由IO組以上弧 狀勾型葉片組組成，外徑越大片數會採用較多片方式，每個葉片需緊鄰安裝，才 能產生高效率，以圓心為準，規劃出等角度平均布設排列，安裝在旋轉架上，如 此排列使重量能平均分配，亦使風葉組運轉更加平穩，而每片風葉採取2種接受 風力設計，以及減少風阻設計，外層葉面約與風葉輪外緣成約20度斜角，有效 化去逆風區阻力，不需擋風板也有很好的旋轉效果，在迎風面340~0 45度區域， 得到風吹在葉面外側，風力折射轉向吹入相鄰葉片勾型區促使風葉組旋轉，在迎 風面46~100度區域時，葉片接受風能正向吹入效率最高，此設計能讓風葉受風 面積達到迎風面積的66%左右，這種結構微風啟動效率非常高，且能產生較大扭 力，並能產生高效率風能；該風葉組從迎風面27(T359度區域之間，風葉受到逆 風阻力，只要能降低阻力就能保持旋轉動能，因此設計葉面弧弦與迎風面成夾角 約37度(本實用新型系以夾角37度為例；而葉片長度越長則葉面與迎風面夾角 將越小)，以及設計葉面為圓弧型並與風葉輪外緣成夾角約20度配置，並設計葉 片外端,魚鱗層層相迭使逆風無法進入風葉輪內部，可以讓個角度弧狀葉面抹過 風時，將風折射吹向外方，讓風葉前進時接近完全消除了逆風阻力，來保持轉動力，勾型區將風能接收並將風能轉向橫吹，產生推力旋轉風葉組得到最高轉速， 高效率帶動發電裝置，此風葉組由複數個風葉輪層迭組成，又，本實用新型系由 3層風葉組組成，當這3層風葉輪的圓徑，在大小做變化，便能組合成各種不同 造型； 一發電裝置，系設置於塔架下發電機室內，該發電裝置並設有一小增速裝 置，藉由該旋轉架旋轉之機械能傳遞給其下方之一大增速裝置，該大增速裝置並 帶動該小增速裝置，迸而使發電裝置進行發電； 一電控裝置，該電控裝置設置於 塔架下方發電機室內，並整合控制發電裝置所產生的電能，並控制電力安全，輸 出電能。
附閨說明
請參閱以下有關本實用新型一較佳實施例的詳細說明及其附圖，將可進一步 了解本實用新型的技術內容及其目的功效；有關該實施例的附圖為-


圖1為本實用新型的立體圖各部分細部示意圖； 圖2為本實用新型的各部分示意圖； 圖3為本實用新型的俯視圖； 圖4為本實用新型的風葉輪俯視圖； 圖5A、圖5B為本實用新型的弧狀勾型葉片立體示意圖； 圖6為本實用新型的小型風力發電機正視圖7為本實用新型的小型風力發電機俯視圖8為本實用新型的小型風力發電機風葉輪俯視圖9為本實用新型的路燈風力發電機正視
圖10為本實用新型的路燈風葉輪半徑變化及裝設發光二極體彩色燈美化示 意
圖11為本實用新型的軌道車輪示意圖； 1 塔架 11圓圈型軌道
12 發電機室
1 立柱組
14 橫梁15小型塔架
16旋轉座
17鐵管架
2旋轉架
21軌道車輪
22風葉固定架
23大增速裝置
24小增速裝置
27方型旋轉軸
28中空旋轉軸
3風葉組
31風葉輪
31a下層風葉組
31b二層風葉組
31c三層風葉組
32弧狀勾型葉片組
33a風葉面體
34b風葉面體
35c風葉面體
36葉片型板
37弧狀勾型葉片
38微小電源供應器
39發光二極體彩色燈泡
4發電裝置
5電控裝置
6蓄電
本實用新型的最較佳實施方式 .請參閱
圖1至
圖11,本實用新型是提供一種垂直軸.風車的弧狀勾型葉片結
構，特別指一種接受四面八方吹來的風能，帶動發電裝置產生能量，其主要包括:一塔架l， 一旋轉架2， 一風葉組3， 一發電裝置4， 一電控裝置5;該塔架l， 系由複數個立柱組13組成，該立'柱組13系由兩立柱組成且該立柱組13並圍成 一圓圈；該相鄰之立柱組13中間並以一橫梁14連接，藉由增加立柱組可加大風
機外徑，並更改塔架之圓圈型軌道弧度以及增大傳動裝置之節數即可增大整體風
機；該塔架1系提供整體結構的重量支撐及安裝，且其下方螺接有一圓圈型軌道 11，該圓圈型軌道11用以支撐旋轉架2及風葉組3重量，另其中塔架l內設有 發電機室12，該發電機室12並設有一發電裝置4及一電控裝置5;該旋轉架2 下方外圓處直接螺接大增速裝置23，再由大增速裝置23傳動給小增速裝置24， 小增速裝置24帶動發電裝置4進行發電；增速裝置可為齒輪組、煉條配合鏈輪 之傳動裝置、或其它具有相同功能傳動裝置；旋轉架2內安裝風葉組3，該風葉 組3，系由複數個風葉輪31組成，本實用新型系以三層風葉輪31組成做代表， 使用10組以上弧狀勾型葉片組32組成，三層風葉輪以31a、 31b、 31c表示，組 裝在旋轉架2內(如圖6所示)。
請參閱圖2、圖3以及圖4，安置弧狀勾型葉片時，由風葉面體33a、風葉 面體34b、風葉面體35c布設位置可知，安裝風葉面體34b時葉面弧弦與迎風面 成夾角約37度左右，風葉面體34b與風葉面體35c成約66度夾角，讓風在迎風 面46~100度區域，風吹風葉面體34b， 35c時在葉面上產生最大推力，使風葉組 3強力旋轉；風葉面體33a為了減少迎風面27(T339度的逆風阻力，與風葉輪31 外緣約成20度夾角，化解大部分逆風阻力，可以讓前進時風阻降至最低；風葉 輪31的每片弧狀勾型葉片32,從迎風面0度、轉到90度、轉到180度、轉到 270度、轉回迎風面359度,這時在迎風面弧狀勾型葉片32的內側風葉面體34b、 35c成勾型設計兩面夾角約66度(該角度值是以本案而定)，而在迎風面 340~0~100度區域受風能吹入產生推力旋轉風葉組3;在迎風面當弧狀勾型葉片 組32轉到迎風面270~339度逆風區時葉面體33a與風葉輪31邊緣成一相對斜角 約20度抹過迎風面逆風，且以10組以上弧狀勾型葉片組32層層相迭，讓逆風 無法進入風葉輪內部，消去大部分旋轉阻力，在迎風面34CT45度區域風能吹在 葉面體33a時，產生風向折射轉向吹入風葉輪內部，經此折射使風能轉向並吹向 通過軸心順風區的隔鄰葉片勾型區之風葉面體34b、 35c處，勾型區將風能接收 並辨風能轉向橫吹產生推力旋轉風葉組3;在46 100度p:域風能吹在葉面體34b、 35c時風能壓縮進入風葉輪風葉輪內部產生最大推力旋轉風葉組3;因為10組以上弧狀勾型葉片組32，最少會有2個以上正對著風，接受風能而啟動旋轉；當
天氣產生瞬間側風或背風等亂流時'這四面八方來的不規則風能，均能被視為迎風 面，風能被風葉面體34b、 35c接收產生推力讓風葉輪3旋轉，弧狀勾型葉片32
能在受風區域內約120度大範圍內受風能作用，接受各方風能，故本實用新型是 任何方向的風能都能吸收而旋轉，若弧狀風葉面增長，則受風面積增加，並具有 大角度之受風區故受風面積亦增加；藉此得以高效能帶動發電裝置4。
請參閱圖3，圖6、圖9以及
圖11當風葉組3受到四面八方吹來的風，獲得 風能帶動整個風葉組3旋轉，風葉組3螺接於旋轉架2上，旋轉架2的軌道車輪 21，行走於塔架1上的圓圏型軌道11上，旋轉架2在圓圈型軌道11上行走轉圈， 受風時就會一直旋轉，旋轉架2下方外圓螺接大增速裝置23，該增速裝置可為 齒輪組、煉條配合鏈輪之傳動裝置等，具相同增速傳動功能機構來替代；例如 旋轉架2外徑下方螺接大增速裝置23以鏈條替代，發電裝置4上軸接之小增速 裝置24以鏈輪替代，當旋轉架2直徑15公尺，其下方外圓螺接鏈條，帶動發電 裝置4所軸接的0. 3公尺鏈輪，(15/0. 3=50)可增速50倍，旋轉架2每分鐘轉速 20RPM，則發電裝置4就有每分鐘轉速1000RPM ;這樣大增速裝置23傳動小增 速裝置24，小增速裝置24軸接發電裝置4，發電裝置4被旋轉帶動而發電，發 電裝置4將所輸入的機械能轉為電能，再經過電控裝置6，轉換為適合條件電能 後，輸出供應電能；上述發電裝置4亦能替換為抽水裝置或空壓裝置，將水由低 處抽往高處，得以廣泛應用於農、漁、牧業，或以空壓裝置產出高壓空氣可應用 於工業、漁業使用。
請參閱圖2，本實用新型風葉輪31能依造需求不同，做出直徑大小不同風 葉組3，又可以將多個風葉輪31串接成數倍高的大型風葉組3，讓風葉組3受風 面積增加，用在場地小但需求電能要高的設備上，大型的大風葉組3適合 10kw 10000kw以上風電廠使用，如中型風葉組3可以應用在lkfl0kw —般家庭、 農、牧、漁產業使用，如小型風葉組3可以應用在0.3kw lkw路燈使用。
請參閱圖2、圖3以及圖9，該風力發電機結構是應用在10kw 10000kw以上 大型風電廠使用，該塔架l是由骨架方式組合，並由2立柱組合為一立柱組13， 而該塔架1由複數立柱組13圍成圓型組成，要組成多大外徑均可以增加立柱組 1J3方便達成，相鄰2立柱組13中間以橫粱14連接，.組數越多風機外徑越大， 所以要造多大風機均容易進行，只需更改圓圈型軌道11弧度及大傳動裝置23
10節數即可，然後再增大旋轉架2;如要原機擴充受風面積，原旋轉架2加高，增 加弧狀勾型葉片組32數量即可，例如增加2層風葉輪3，亦容易加高塔架1來 增加強度。
請參閱圖6、圖7，該風力發電機結構亦可應用在小型10kw以下使用，弧狀 勾型葉片結構不變，只需改變成小型塔架15，及改成使用中心方型旋轉軸27串 接風葉組3於旋轉座16上，改變增速傳動裝置的搭配，帶動發電裝置4進行發 電，將電能儲存於蓄電池6內，由電控裝置5控制輸出，就是小型垂直軸風力發 電機組，其中小型塔架系由個別管件組合而成，小型塔架可讓使用者自行使用簡 單工具進行組裝，風葉輪也是能由使用者自行使用簡單工具進行組裝，這樣方便 使用在這樣方便使用在家庭、農業、漁業、畜牧業。
請參閱圖6、圖7、圖9以及
圖10，該風力發電機結構亦可應用在lkw以下 路燈使用，弧狀勾型葉片結構不變，只需將小型塔架15改變成鐵管架17穿過中 空旋轉軸28，將風機固定在6~10M高空接受風力旋轉發電，將電能儲存於蓄電 池6內，由電控裝置5控制於夜間點亮路燈，提供大眾照明使用；當風葉輪31 外徑改變，或風葉輪31下方加裝微小電源供應器38及風葉組外圓加裝發光二極 管彩色燈泡39，得以增添日夜景致；而本實用新型亦可作為風力熱水器供電、 或家電之電源供應器等運用。
上列詳細說明系針對本實用新型之一可行實施例之具體說明，惟該實施例並 非用以限制本實用新型之權利要求，凡未脫離本實用新型技藝精神所為之等效實 施或變更，均應包含於本案之權利要求中。
權利要求1. 一種垂直軸風車的弧狀勾型葉片結構，包括有一塔架，該塔架上設有圓圈型軌道、發電機室等，塔架下發電機室安置有發電裝置、電控裝置，且該塔架圓圈型軌道上，並安裝一具有車輪的旋轉架，該塔架系提供後述結構的承載與連結；一旋轉架，系由圓型骨架組成，該旋轉架其下方裝有圓型排列的軌道車輪，該軌道車輪行走於塔架的圓圈型軌道上，該旋轉架內分數層，每層螺接10組以上之弧狀勾型葉片組，下端螺接一大增速裝置，旋轉架接收風吹動該風葉組而轉動，藉此旋轉架旋轉之機械能傳遞給下方之該大增速裝置；一風葉組，系包含複數個風葉輪層迭排列，該風葉輪安裝於旋轉架上，該風葉輪內設有10組以上之弧狀勾型葉片組，該弧狀勾型葉片有2個風葉面體，以夾角約66度，該弧狀勾型風葉面體外側成弧面，與風葉輪外徑邊緣呈夾角約20度配置；並採用多片葉面使葉片外端像魚鱗層層相迭；一發電裝置，系設置於塔架下發電機室內，該發電裝置軸接一小增速裝置，藉由該旋轉架旋轉之機械能傳遞給下方之該大增速裝置，該大增速裝置並帶動該小增速裝置，使發電裝置進行發電；一電控裝置，放置於塔架下發電機室內，整合控制發電裝置所產生的電能。
2. 如申請權利要求第1項所述一種垂直軸風車的弧狀勾型葉片結構，其中， 該弧狀勾型葉片有2個風葉面體，以夾角成勾狀，接受迎風面正吹的風能、及折 射吹入的風能而旋轉，勾型區將風能接收並將風能轉向，產生橫向推力並旋轉風 葉組；該弧狀勾型風葉面體外側成弧面與風葉輪外徑邊緣成一相對斜角約20度 配置；該風葉輪採用10組以上弧狀勾型葉片組組成，該弧狀勾型葉片組外端像 魚鱗般層層相迭。
3. 如申請權利要求第1項所述一種垂直軸風車的弧狀勾型葉片結構，其中， 該弧狀勾型葉片組是由上、下兩葉片型板加上弧狀勾型葉片所組成；且以旋轉架 圓心為基準，於平均角度布設10組以上之弧狀勾型葉片組，並設置一葉片安裝 座，該葉片安裝座並螺接該弧狀勾型葉片組於該旋轉架內部。
4. 如申請權利要求第1項所述一種垂直軸風車的弧狀勾型葉片結構，其中， 該風葉組是由一至複數層風葉輪層疊在旋轉架上。
5. 如申請權利要求第1項所述一種垂直軸風車的弧狀勾型葉片結構，其中， 該旋轉架其外圓系以等角度安裝有4組以上軌道車輪，使該軌道車輪行走於該塔架圓圈型軌道上；該軌道車輪承載整體旋轉架、風葉輪之重量，而該li定轉架上層 亦設置有軌道車輪的機構來增加該旋轉，架穩定旋轉。
6. 如申請權利要求第1項所述一種垂直軸風車的弧狀勾型葉片結構，其中， 該增速裝置是將大旋轉架外徑當成大輪，直接由大旋轉架大輪傳動與發電裝置軸 接的小輪旋轉，進行高倍增速旋轉，旋轉架越大增速之倍速就越高；該大輪以及 小輪之傳動，得使用傘型齒輪組及圈成圓圈的鏈條、鏈輪組。
7. 如申請權利要求第1項所述一種垂直軸風車的弧狀勾型葉片結構，其中， 該塔架系由複數個立柱組圍成一圓圈，該立柱組系由2支立柱組成；該相鄰之立 柱組中間並以一橫梁連接。
8. 如申請權利要求第1項所述一種垂直軸風車的弧狀勾型葉片結構，其中， 所述弧狀勾型葉片結構不變，只需將塔架改使用小型塔架，及改變使用中心方型 旋轉軸串接風葉輪組於旋轉座上，改變增速傳動裝置搭配法，即為設置在10kw 以下小型發電機中的小型垂直軸風車的弧狀勾型葉片結構的風機。
9. 如申請權利要求第1項所述一種垂直軸風車的弧狀勾型葉片結構，其中， 所述弧狀勾型葉片結構不變，只需改變小型塔架成鐵管架，搭配使用中空型旋轉 軸，即為設置在小型lkw以下的路燈或太陽能熱水器上的小型垂直軸風車的弧狀勾型葉片結構的風機，其中，在風葉輪外徑還裝有發光二極體彩色燈泡。
專利摘要一種垂直軸風車的弧狀勾型葉片結構，是由塔架、旋轉架、風葉組、發電裝置、電控裝置等構成一個組成；本實用新型利用大自然風能，藉由驅動上述結構，提供機械能輸出，再使用發電裝置進行發電，得以供應大型風電廠供電，一般家庭用電、路燈用電、公共用電，其結構簡單，建造容易，能高效率利用風能。
文檔編號F03D11/00GK201246272SQ20082011748
公開日2009年5月27日 申請日期2008年6月13日 優先權日2008年6月13日
發明者楊富閎 申請人:楊富閎