专利名称：凸轮式自动追踪风向的风车的制作方法
技术领域：
本发明有关于一种风力发电装置，尤其是指一种凸轮式自动追踪 风向的风车，可以接受不定向的风能，在较低风速下，带动转轴使发 电才几发电。
背景技术：
由于人类不断消耗石化燃料，而石油存量日益减少，其燃烧所排
放的C02严重导致地球温室(暖化)效应的发生，因此联合国积极规范 对抗全球暖化的各项措施；现今世界各国高度重视并积极推动洁净的 再生能源技术，而风力发电为目前是人类可取得再生能源众多方案中 最佳的一种，因风力发电完全没有燃料产生C02问题，更不会有核能 废料辐射污染问题。
而电能是所谓的「高级」能源，电能的运用非常广泛，是现代人 类文明的基础，故现代的人类生活不可缺电。
现有的水平轴式风力发电机组其塔架往往高达50公尺以上，重 要的发电机组及扇叶位在塔架顶端，不仅体积庞大不易维护，造价惊 人，构造上并不理想。
有关风力发电专利技术请参阅US专利第4496283号、第384232 号、第440266号、第505736号、第685774号、第830917号、第 1076713号、第4534703号、第4679985号、第4818180号、第5256034 号、第4220870号、第7118344号、第6749399号、第963359号、 第5269647号、第6000907号、第6537018号、第5083902号、第 6749393号、第863715号、第4509899号、第4421458号、第6726439 号、第5195871号、第4245958号，上述专利至少包含j以下的缺失
1、 构造复杂，组装不易，增加制造成本；
2、 叶片翻转面对风向的动作并不是完全应用气动力，其须要另
外设置复杂的翻转结构，如利用风标及传动机构来连动叶片；
3、 结构上无妥善的设计，导致要使叶片翻转来面对风向，其翻 转的起始驱动力量要很大，在低风速下是无法让叶片翻转，故发电的 效率很低。
请参阅US专利第3995170号、第6688842号、第6749394号， 并不是完全有效应用到气动力，该些专利至少包含有以下的缺失 1、每一个叶片为独立垂直设置状，并无相互连动来帮助翻转(第
3995170号案虽有连动，但须要传动机构来连动叶片)，故叶片翻转 的起始驱动力量要很大；
2、 要使叶片翻转(如翻转180度)来面对风向，其翻转的起始驱 动力量要很大，在低风速下是无法让叶片翻转，故发电的效率4艮低；
3、 每一个叶片结构上并无妥善的设计，如设置辅助翼片来帮助 叶片翻转，故叶片翻转的起始驱动力量要很大。
请参阅US专利第4383801号，应用大风标带动凸轮来使叶片转 向，该专利至少包含有以下的缺失
1、 构造复杂，组装不易，增加制造成本；
2、 每一个叶片利用机械结构的传动来帮助翻转，故叶片翻转的 起始驱动力量要;[艮大，在低风速下是无法让叶片翻转，故发电的效率 很低
再请参阅中国专利第96120092.8号，其叶片翻动统4吏用风标标 定风向，经由电子讯号控制伺服马达来翻转叶片；叶片需要伺服马达 全程带动，不仅消耗电能，而且电子零件在气候温湿度影响之下容易 故障，另外该马达置于转动件上，需透过转动接点(rotary join)来 进行电力传输，极容易造成故障。
又请参阅中国专利第02232245. 0号，至少包含有以下的缺失
1、 要使叶片翻转来面对风向，其翻转的起始驱动力量要很大， 在低风速下是无法让叶片翻转，故发电的效率很低；
2、 每一个叶片结构上并无妥善的设计，如设置辅助翼片来帮助 叶片翻转，故叶片翻转的起始驱动力量要很大。
故习知风力发电技术未臻至于理想，爰是，本发明人乃积极潜心 研发思考，经过无数次的设计实验，致有本发明的产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种凸轮式自动追踪风向的风车，可控制 叶片翻动角度并自动轻易地面对风向，接受不定向的风能，在较低风 速下，带动转轴使发电机发电。
为达上述目的，本发明采用如下结构 一种凸轮式自动追踪风向 的风车，包含有一发电机；及一转轴，设于发电机上；及至少一扇 叶组件，设于转轴上；转轴中设置一凸轮轴，该凸轮轴设有凸轮部件， 该凸轮部件设有成预定形状的导引部，而扇叶组件至少设一扇叶杆以 枢设一叶片，该扇叶杆设有一曲柄，该曲柄与导引部接触。
上述凸轮部件包含有第一凸轮部件、第二凸轮部件，第一凸轮部 件、第二凸轮部件于对应面间形成一供曲柄导入的导槽。
上述凸轮轴与凸轮部件间设有套体，该第一凸轮部件、第二凸轮
部件分别藉由固定件与凸轮轴、套体连接，套体于固定件穿设处设有 开槽，使凸轮轴上下移动可以带动第一凸轮部件上下移动。 上述凸轮部件设有倾斜部。
上述叶片于预定处设有具有预定夹角的辅助翼片。 上述扇叶组件包含一框架，该框架一侧设有翼型部。 上述凸轮轴可被一凸轮驱动装置所带动，该凸轮驱动装置包含
有 一凸轮轴，设有一螺紋部；及一承座，供该螺紋部螺入；及第一 马达，与凸轮轴啮接。
上述凸轮轴可被一凸轮驱动装置所带动，该凸轮驱动装置包含 有 一风标部件，设于转轴内且上方风标透出转轴外；及一风向感应 器，设于风标部件；及第二马达，与凸轮轴啮接，可^皮风向感应器所 激活。
以一支撑框架来支撑转轴，其由数个支柱构成架体结构。 采用上述结构，本发明利用凸轮、曲柄的导引机构及空气动力来 控制叶片翻动角度并自动轻易地面对风向，主要是转轴中设置一凸轮 轴，该凸轮轴设有凸轮部件，凸轮部件设有成预定形状的导引部，其 第 一 凸轮部件、第二凸轮部件于对应面间形成一供曲柄导入的导槽。 而扇叶组件的叶片以曲柄与该导引部接触；当叶片于受风、背风时， 其藉由导引部的带动，而自动形成最佳受压状态以及最小风阻状态， 以接收不定向风能，藉此能在较低风速下，带动转轴转动使发电机发 电。
以下仅藉由具体实施例，且佐以附图做详细的说明。
图l为本发明立体图2为本发明扇叶组件叶片的立体分解图3、图4为本发明局部剖切的立体图5为本发明凸轮轴局部剖切的立体图6为本发明凸轮驱动装置局部剖切的立体图7为本发明的动作示意图8为本发明A-A处的剖面图9a、 b、 c为本发明B-B处水平状叶片向上翻转成垂直状的动 作示意图10a、 b、 c为本发明C-C处垂直状叶片翻转成水平状的动作示 意图11为本发明的动作示意图12为本发明转轴转动使发电机发电的示意图13、图14为本发明凸轮驱动装置使第一凸轮部件下移的示意 图15为本发明第一凸轮部件下移以调整叶片翻转角度的示意
主要元件符号说明
IO发电机 21凸轮轴 221开槽
311、 321导引部 40扇叶组件 42扇叶杆 45辅助翼片 52风向感应器 541、 542齿轮 60支撑框架
11、 12齿轮 211螺紋部 31第一凸轮部件 312、 322倾杀+部 41框架 43叶片
50凸轮驱动装置 53承座 55第二马达 61支柱
20转轴 22套体
32第二凸轮部件
33导槽
411翼型部
44曲柄
51风标部件
54第一马达
551、 552齿轮
具体实施例方式
请参阅图1至图6所示，本发明包括有发电机IO、转轴20、第 一凸轮部件31、第二凸轮部件32、数扇叶组件40、凸轮驱动装置50 及支撑框架60;其中扇叶组件40的叶片43以曲柄44与第一凸轮部 件31、第二凸轮部件32的导引部311、 321接触；当叶片于受风、 背风时，藉由导引部311、 321的带动自动轻易地分别形成最佳受压 状态以及最小风阻状态，以接收不定向风能，达到最佳的发电效能。
下文将以较佳实施例作详细的说明
发电机10可将转动的机械能转换为电能。
转轴20以齿轮11、 12与发电机10啮接，其转动可带动发电机IO 发电；内部设有凸轮轴21及一套设于凸轮轴21外的套体22。
第一凸轮部件31、第二凸轮部件32上下对应套设于套体22，第一 凸轮部件31、第二凸轮部件32分别藉由固定件与凸轮轴21、套体22 连接，其中套体22于固定件穿设处设有开槽221，以使凸轮轴21可以 带动第一凸轮部件31下移适当距离；第一凸轮部件31、第二凸轮部件 32于对应面间恰好形成一导槽33,且对应面设有成预定形状的导引部 311、 321,该导引部更设有倾斜部312、 322。
扇叶組件40以上下二层(一层亦可)为基本模块设于转轴20，且每 层成对应状设于转轴20二侧，可配合地形及风场，再向上叠加以增加 发电功率，且其成交错叠置状，其设有框架41，该框架41一侧设有翼 型部411,以可降低风阻，该框架41设有数个枢接状扇叶杆42,该扇 叶杆42上设有叶片43,且一端设有一曲柄44，该曲柄44端部伸入于导 槽33,且与导引部311、 321接触；叶片43于内侧设有一辅助翼片45,
可聚集切入的风压。
凸轮驱动装置5 0包含有 一设于转轴20内且上方风标透出转轴20 外的风标部件51;及设于风标部件51下方的风向感应器52;及一供凸 轮轴21下方螺紋部211螺入的承座53;及第一马达54、第二马达55， 其中第一马达54藉齿轮541、 542带动具有螺紋部211的凸轮轴21产生 轴向运动，第二马达55藉齿轮551、 552以带动套体22及凸轮轴21配合 风标方向转动，而第二马达55当风标部件51受风转动至一方向角度 时，可被风向感应器52所激活。
支撑框架60其由数个支柱61构成多层状的架体结构，用以支撑转 轴20,。
请参阅图7、图8所示，本发明于受风(箭头代表风向)时，先藉由 风标部件51指示的方向带动第一凸轮部件31、第二凸轮部件32位于预 定位置，以使叶片43能对准风向翻动，图中上层扇叶组件40—侧的叶 片43因第一凸轮部件31、第二凸轮部件32导引及气动力作用自动翻转 成垂直状，该垂直状叶片43得有最大风压，另一侧的叶片43因第一凸 轮部件31的导引部311导引而提供起始翻动角度，并因风压作用于叶 片43上而自动翻转成水平状成为最小风阻状态，使扇叶組件40朝逆时 针方向旋转以推动转轴20;此时下层扇叶组件40与风向成平行，其失 去风压(失去动力)，其一侧的叶片43成水平状，准备接受气动力翻转 成垂直状。
请参阅图9所示，接续图7，上层、下层的扇叶组件40继续朝 逆时针方向旋转时，此时下层扇叶组件40受风的水平状叶片43 (扇 叶组件40另 一侧叶片43成垂直状)其曲柄44随之移动到第二凸轮部 件32倾斜部322处，受到第二凸轮部件32倾斜部322的导引推动的 作用，而产生起始角度的变化，在角度变化后，因叶片43承受风压 进而自动轻易地向上翻转，当数叶片43翻转成近垂直状时会卡抵在 第一凸轮部件31的导引部311而自动停止翻转，此时数叶片43形成 的垂直面可成一最佳受风面，以推动转轴20。
请参阅图10所示，接续图7，当受风的下层扇叶组件40—侧水 平状叶片43翻转成垂直面时，扇叶组件40另一侧原先成垂直状的叶 片43开始成背风状态，其曲柄44移动到第一凸轮部件31倾斜部312 处，受到第一凸轮部件31倾斜部312的导引推动，而产生角度的变 化，进而使得垂直状叶片43自动轻易地翻转成水平状，成为最小风 阻状态。
请参阅图11、图12所示，当下层扇叶组件40—侧垂直状叶片
受到最大风压时，下层扇叶组件40—侧水平状叶片为背风状态，可 以形成最小风阻状态；此时上层扇叶组件40与风向成平行，其失去 风压(失去动力)，而下层扇叶组件40承接上层扇叶组件40的旋转动 力，如此即可以接收不定向风能，藉此能在较小风速下，带动转轴 20使发电机10发电，达到最佳的发电效能。
请参阅图13、图14、图15所示，本发明可藉凸轮驱动装置50 的第一马达54带动齿轮541、 542转动，带动螺紋部211于承座53 中上下移动，使第一凸轮部件31下移适当距离，进而使导槽33变小， 如此就可使叶片43向上翻转的角度变小，当风速过大时可以藉由调 整叶片43翻转角度将风压泄压调整，以避免过大风压所造成的破坏。
以上为本案所举的实施例，仅为便于说明而设，当不能以此限制 本案的意义，即大凡依所列申请专利范围所为的各种变换设计，均应 包含在本案的专利范围中。
权利要求
1、一种凸轮式自动追踪风向的风车，包含有一发电机；及一转轴，设于发电机上；及至少一扇叶组件，设于转轴上；其特征在于转轴中设置一凸轮轴，该凸轮轴设有凸轮部件，该凸轮部件设有成预定形状的导引部，而扇叶组件至少设一扇叶杆以枢设一叶片，该扇叶杆设有一曲柄，该曲柄与导引部接触。
2 、如权利要求1所述的凸轮式自动追踪风向的风车，其特征在于 凸轮部件包含有第一凸轮部件、第二凸轮部件，第一凸轮部件、第二 凸轮部件于对应面间形成一供曲柄导入的导槽。
3、 如权利要求2所述的凸轮式自动追踪风向的风车，其特征在于 凸轮部件与凸轮轴间设有套体,.该第一凸轮部件、第二凸轮部件分别 藉由固定件与凸轮轴、套体连接，套体于固定件穿设处设有开槽，凸 轮轴上下移动可以带动第一凸轮部件上下移动。
4、 如权利要求l所述的凸轮式自动追踪风向的风车，其特征在于 凸轮部件设有倾斜部。
5、 如权利要求l所述的凸轮式自动追踪风向的风车，其特征在于 叶片于预定处设有具有预定夹角的辅助翼片。
6、 如权利要求1所述的凸轮式自动追踪风向的风车，其特征在 于扇叶组件包含一框架，该框架一侧设有翼型部。
7、 如权利要求l所述的凸轮式自动追踪风向的风车，其特征在于 凸轮轴可被一凸轮驱动装置所带动，该凸轮驱动装置包含有 一凸轮 轴，设有一螺紋部；及一承座，供该螺紋部螺入；及第一马达，与凸 轮轴啮接。
8、 如权利要求l所述的凸轮式自动追踪风向的风车，其特征在于 凸轮轴可^^一凸轮驱动装置所带动，该凸轮驱动装置包含有 一风标 部件，设于转轴内且上方风标透出转轴外；及一风向感应器，设于风 标部件；及第二马达，与凸轮轴啮接，可被风向感应器所激活。
9、 如权利要求1所述的凸轮式自动追踪风向的风车，其特征在 于以一支撑框架来支撑转轴，其由数个支柱构成架体结构。
全文摘要
一种凸轮式自动追踪风向的风车，包含有发电机、与发电机连动的转轴、设于转轴的扇叶组件，其中转轴中设置凸轮部件，该凸轮部件设有成预定形状的导引部，而扇叶组件的叶片以曲柄与该导引部接触；当叶片于受风、背风时，其藉由导引部的带动，而自动轻易地分别形成最佳受压状态以及最小风阻状态，以接收不定向风能，藉此能在较低风速下，带动转轴使发电机发电，达到最佳的发电效能。
文档编号F03D7/06GK101349243SQ20071013867
公开日2009年1月21日 申请日期2007年7月16日 优先权日2007年7月16日
发明者胡嘉男, 萧廷昊, 葛元宏, 赵玉兰, 郭文中 申请人:七星全球有限公司