专利名称：气动力式自动追踪风向的风车的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发电用风车，尤指一种气动力式自动追踪风向的 风车。
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co2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，而风力发电为目前人类可取得再生能源众多方案中
最佳的一种，系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于塔架顶端，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，上述专利至少包含有以下缺失
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 转的启始驱动力量要很大，在低风速下是无法让叶片翻转的，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，此些专利至少包含有以下缺失
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)，故叶片翻转的启始驱动力量要很大。
2. 要使叶片翻转(如翻转180度)来面对风向，其翻转的启始 驱动力量要很大，在低风速下是无法让叶片翻转的，故发电的效率很低。
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，故叶片翻转的启始驱动力量要很大。
请参阅US专利第4383801号，其系应用大风标带动凸轮来使叶 片转向的，该专利至少包含有以下缺失
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 启始驱动力量要很大，在低风速下是无法让叶片翻转的，故发电的效 率很低。
再请参阅中国发明专利第96120092.8号，其叶片翻动系统系使 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。
又请参阅中国实用新型专利第02232245.0号，其至少包含有以 下缺失
1. 要使叶片翻转来面对风向，其翻转的启始驱动力量要很大， 在低风速下是无法让叶片翻转的，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，故叶片翻转的启始驱动力量要很大。
故现有风力发电技术未臻至于理想，实有待改善。
发明内容
本发明的目的在于提供一种气动力式自动追踪风向的风车，其利 用空气动力来控制叶片翻动角度并自动轻易地面对风向，可以接受不 定向的风能，在最小风速下(约l-2m/s),带动转轴使发电机发电， 达到最佳发电效能，且叶片不须另外复杂的翻转结构，可降低制造成 本。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是
一种气动力式自动追踪风向的风车，其包含一发电机；及一转轴， 该转轴设于发电机上；及至少一设于转轴上的扇叶组件；所述扇叶组 件至少包含一枢接于转轴的扇叶杆，且转轴二侧的扇叶杆上设有叶 片，扇叶杆轴心一侧的叶片力矩部大于轴心另一侧叶片力矩部，该叶 片于预定处设有具有预定夹角的辅助翼片，于扇叶组件或转轴上设有可供叶片翻转时的止挡部。
所述扇叶杆轴心设在叶片宽度2/3处。
所述叶片于近外侧处设有可聚集风压的第二辅助翼片。
所述第二辅助翼片设有符合机翼的升力翼型部。
所述叶片上设有用以平衡叶片的重心于扇叶杆轴心的配重。
所述扇叶组件成交错叠置状。
所述叶片表面上设置有数肋体。
所述转轴以一支撑框架来支撑，该支撑框架由数个水平、垂直的 支柱构成多层状的架体结构。
所述转轴上枢接数扇叶杆，当扇叶杆上叶片在成近垂直状时，其 中 一叶片下侧会与另 一叶片上侧相互卡抵。
采用上述方案后，由于本发明令扇叶组件的扇叶杆轴心上方的叶 片力矩部大于轴心下方的叶片力矩部，且于该叶片预定处设有辅助翼 片，扇叶组件上还设有可供叶片翻转时的止挡部。这样，当叶片于受 风、背风时，利用气动力可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，借此能在最小风速下，带动转轴使 发电机发电，达到最佳的发电效能，且叶片不须另外设置复杂的翻转 结构，可降低制造成本。
此外，本发明还具有下列增进优点
1、 在叶片上可设置配重，从而可以使叶片在微风下的极小风压 亦可轻松翻动叶片；
2、 可在叶片表面上设置数肋体，从而可增加其结构强度，且可 以有效聚集风压。
图1系本发明的立体图2系本发明的立体分解图3系本发明扇叶组件叶片的立体分解图4及图5系本发明的动作示意图6系本发明第一辅助翼片聚集风压使水平叶片向上翻转的立 体示意图7a,b.c系本发明水平状叶片向上翻转成垂直状的动作示意图； 图8系本发明水平状叶片接受相对风可得一向上升力的力学示 意图9本发明的动作示意图lOa.b.c系本发明垂直状叶片翻转成水平状的动作示意图； 图11至图12系本发明的动作示意图；图13系本发明叶片的另一构造实施例图。 主要元件符号说明
10发电机20转轴30扇叶组件
31扇叶杆311轴承312轴承
32叶片321肋体33第一辅助翼片
34第二辅助翼片341升力翼型部35扇叶框架
351止挡部352止挡部40支撑框架
41支柱42交叉支柱43孑匕
44寿由岸义A扇叶杆轴心上方之叶片面积a 扇叶—干轴心下方之叶片面积
具体实施例方式
请参阅图1至图3所示，本发明包括有发电机10、设于发电机 10上的转轴20、 ^:扇叶组件30及支撑框架40;其中扇叶组件30以 设有两叶片32的扇叶杆31枢接于转轴20，位于转轴20二侧的叶片 32上设有辅助的翻转结构；当叶片于受风、背风时，可以利用气动 力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，能在最小风速下，达到最佳的发电效能。下文将以较佳实施 例作详细的i兌明
所述发电机10可将转动的机械能转换为电能。
所述转轴20立设于发电机10上，其转动可带动发电机IO发电。
所述扇叶组件30以上下二层(一层亦可)为基本模组设于转轴 20上，其可配合地形及风场，再向上叠加以增加发电功率，且其成 交错叠置状，其设有数个枢接于转轴20的扇叶杆31，于该枢接处设 有轴承311以降低损坏率，于转轴20二侧的扇叶杆31上各设有一叶 片32，并使扇叶杆31轴心一侧的叶片力矩部大于轴心另一侧叶片力 矩部，如该扇叶杆31轴心上方的叶片面积A大于轴心下方叶片面积 a,即扇叶杆31轴心约在叶片宽度2/3处，而此2/3宽度叶面将正对 风向使得此部份面对风压较另一面1/3宽度叶面来得大，而数叶片32 翻转成近垂直状时，其中上方的一叶片下侧会与下方紧邻的叶片32 上侧相互卡抵；叶片32于内侧设有第一辅助翼片33,该第一辅助翼 片33具有预定的夹角，可聚集切入的风压，使叶片32具有翻转的力 矩，而叶片32外侧设有第二辅助翼片34,该第二辅助翼片34与叶 片32成垂直状，可以聚集风压，防止风压散失，另外因为叶片32转 动的轴心不在中央，故于扇叶杆31轴心下方叶片面积a加设部份配 重，以平衡叶片32的重心于扇叶杆31轴心，以使叶片在水平时呈力衡状态，进而使叶片32在微风下的极小风压亦可轻松翻动叶片32; 该第二辅助翼片34设置符合机翼的升力翼型部341，当叶片32翻转 至水平后可提供额外升力来辅助转轴20回转；为增加扇叶杆31的稳 固性，扇叶组件30设有框架35,供扇叶杆31二端枢接，于该枢接 处亦设有轴承312,而框架35于上侧、下侧分别设有止挡部351、 352 (或者于转轴20轴心上设止挡部)，使最上方及最下方的叶片32于 翻转到近垂直状时能自动卡止定位。
所述支撑框架40用以支撑转轴20，其由数个水平、垂直的支柱 41构成多层状的架体结构，其中每一层设有交叉状支柱42,于支柱 42交叉处设具有轴承44的孔43,以供转轴20穿设且可转动。
请参阅图4所示，本发明于受风(箭头代表风向)时，上层扇叶 组件30—侧的叶片32因气动力作用自动翻转成垂直状，该垂直状叶 片32得到最大风压，另一侧的叶片32因气动力作用自动翻转成水平 状成为最小风阻状态，使扇叶组件30朝逆时针方向旋转以推动转轴 20;此时下层扇叶组件30与风向成平行，其失去风压(即失去动力)， 其一侧的叶片32成水平状，准备接受气动力翻转成垂直状。
请参阅图5、图6、图7所示，当上层、下层的扇叶组件30继续 朝逆时针方向旋转时，此时下层扇叶组件30受风的水平状叶片32(扇 叶组件30另一侧叶片32成垂直状)开始受到气动力的作用，其第一 辅助翼片33聚集切入的风压，又因扇叶杆31轴心一侧的叶片面积大 于轴心另一侧叶片面积，加以叶片32配重的作用，具有较佳的力矩 作用，使得水平状叶片32自动轻易地向上翻转，当数叶片32翻转成 近垂直状时会相互卡抵，同时最上方及最下方的叶片32会触接到止 挡部351、 352形成自动卡止，此时数叶片32形成的垂直面可成一最 佳受风面，加以第二辅助翼片34的有效聚集风压，以推动转轴20。
请参阅图8所示，所述上层扇叶组件30 —侧的数叶片32位于背 风状态时，其水平状叶片除了可降低风阻之外，因第二辅助翼片34 成一向下垂直状，其接受相对风，依气体动力学原理，该第二辅助翼 片34可得一向上的升力，进而构成回转力以辅助扇叶组件30朝转轴 20轴心转动。
请参阅图9、图10所示，请接续图7,当受风的下层扇叶组件 30 —侧水平状叶片32翻转成垂直面时，扇叶组件30另一侧原先成 垂直状的叶片32开始成背风状态，因扇叶杆31轴心一侧的叶片面积 大于轴心另一侧叶片面积，具有较佳的力矩作用，使得垂直状叶片 32自动轻易地翻转成水平状，成为最小风阻状态。
请参阅图ll所示，当下层扇叶组件30—侧垂直状叶片受到最大 风压时，下层扇叶组件30—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30与风向成平行，其失去风压(失去动力)，而下层扇叶组件30承接上层扇叶组件30的旋转动力。
请参阅图12所示，当下层扇叶组件30受风而继续转动时，上层 扇叶组件30进入受风状态，使其一侧原先成水平状的叶片32翻转成 垂直状，而另一侧原先成垂直状的叶片32因为背风而翻转成水平状， 故可以使上层扇叶组件30继续转动的动作，如此即可以接收不定向 风能，借此能在最小风速下，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所示，本发明的叶片32表面上可以设置数肋体321, 以增加其结构强度，且可以有效聚集风压。
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，即大凡依所列权利要求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、一种气动力式自动追踪风向的风车，其包含一发电机；及一转轴，该转轴设于发电机上；及至少一设于转轴上的扇叶组件；其特征在于所述扇叶组件至少包含一枢接于转轴的扇叶杆，且转轴二侧的扇叶杆上设有叶片，扇叶杆轴心一侧的叶片力矩部大于轴心另一侧叶片力矩部，该叶片于预定处设有具有预定夹角的辅助翼片，于扇叶组件或转轴上设有可供叶片翻转时的止挡部。
2、 如权利要求1所述气动力式自动追踪风向的风车，其特征在 于所述扇叶杆轴心设在叶片宽度2/3处。
3、 如权利要求1所述气动力式自动追踪风向的风车，其特征在 于所述叶片于近外侧处设有可聚集风压的第二辅助翼片。
4、 如权利要求3所述气动力式自动追踪风向的风车，其特征在 于所述第二辅助翼片设有符合机翼的升力翼型部。
5、 如权利要求1所述气动力式自动追踪风向的风车，其特征在 于所述叶片上设有用以平衡叶片的重心于扇叶杆轴心的配重。
6、 如权利要求1所述气动力式自动追踪风向的风车，其特征在 于所述扇叶组件成交错叠置状。
7、 如权利要求1所述气动力式自动追踪风向的风车，其特征在 于所述叶片表面上设置有数肋体。
8、 如权利要求1所述气动力式自动追踪风向的风车，其特征在 于所述转轴以一支撑框架来支撑，该支撑框架由数个水平、垂直的 支柱构成多层状的架体结构。 '
9、 如权利要求1所述气动力式自动追踪风向的风车，其特征在 于所述转轴上枢接数扇叶杆，当扇叶杆上叶片在成近垂直状时，其 中一叶片下侧会与另 一叶片上侧相互卡抵。
全文摘要
本发明公开了一种气动力式自动追踪风向的风车，其包含发电机、设于发电机上的转轴、扇叶组件，其中扇叶组件包含一枢接于转轴的扇叶杆，且转轴二侧的扇叶杆上设有叶片，扇叶杆轴心一侧的叶片力矩部大于轴心另一侧叶片力矩部，该叶片于预定处设有辅助翼片，于扇叶组件上设有可供叶片翻转时的止挡部；当叶片于受风、背风时，利用气动力可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，借此能在最小风速下，带动转轴使发电机发电，达到最佳的发电效能，且叶片不须另外复杂的翻转结构，可降低制造成本。
文档编号F03D3/06GK101319658SQ20071011192
公开日2008年12月10日 申请日期2007年6月6日 优先权日2007年6月6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