垂直轴风力发电设备的制作方法

本发明涉及一种风力发电设备，特别是涉及一种垂直轴风力发电设备。

背景技术：

地球上的可用资源日渐减少，在环保意识日渐高涨的今日，由于再生能源洁净、低温室气体排放的特性，使得再生能源的利用与发展日渐受到各国的重视。其中，又以太阳能发电与风力发电最受重视。

参阅图1，为一个现有的风力发电装置1，包含一个围绕出一个容置空间100的台座11、一个设置于该容置空间100中的发电机12、一个连接于该发电机12的旋转机构13，及多数连接于该旋转机构13，并能与该旋转机构13一同旋转的扇翼14。所述扇翼14在受到风力带动该旋转机构13一起转动时，能带动该发电机12运作而产生电力。

然而，如图1所示的风力发电装置1实际运作时，无法将朝向所述扇翼14吹拂的风力完全转换为旋转动能，因此，有部分的风力会形成影响该台座11与该旋转机构13的应力。况且，该旋转机构13具有转轴、轴承、轴套等零部件，而每一个零部件在制造时难免会产生公差，且也有可能因气候关系产生热胀冷缩，因而无法完美发挥原先设计的传递能量，或者分散应力的功效。所以图1所示的风力发电装置1长期迎受强大风力的情况下，该台座11及该旋转机构13会频繁地承受强大的应力，长时间承受强大应力的情况下，各个零部件皆有可能产生变形甚至毁损的现象，故无法发挥原本该有的传动效能以及转换效率，因此无法维持正常的发电效率，产生需要时常维修、保养的缺点。

续参阅图2，本案申请人为建造更大型的风力发电装置2，以充分利用风能、提升更高的发电效益，而研发并申请取得中国台湾第I354733号发明专利权。该风力发电装置2包含一个基座21、一个设置于该基座21中的发电单元22，及一个设置于该基座21上并用于汇集风力的集风单元23。其中，该发电单元22包括一个枢设于该基座 21的转轴221、多个沿该转轴221的轴线方向间隔设置于该转轴221周缘的扇叶组222，及一个能被该转轴221所驱动的发电机223。而该集风单元23则包括多数枢设于该基座21上且呈放射状相互间隔地环绕所述扇叶组222的集风板231。如图2所示的风力发电装置2，由于所述扇叶组222是形成上、中、下三个区段的大型组合式设置形态，运转时的所述扇叶组222可共同构成更大面积与更为广泛的迎风面，使位于不同高度的风力皆能有效地吹袭设置于各个高度的扇叶组222，并使所述扇叶组222转动。

然而，为使如此大型风力发电装置可确保如上所述的效能，同时避免每一个零部件在制造时产生公差，并适应各种气候关系所产生的热胀冷缩，进而完全发挥传递能量或分散应力的功效。如何在位于不同高度的扇叶组222各自转动产生强大应力的情况下，不至于使该基座21因所述的应力而产生零部件变形甚至毁损，以延长该风力发电装置2的使用寿命，是本案发明人极欲提升精进的研发课题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能有效减少应力影响并提升承受风力时的耐受性的垂直轴风力发电设备。

本发明垂直轴风力发电设备，包含一个支架单元、一个设置于该支架单元中并能相对于该支架单元旋转的旋转单元、一个连动于该旋转单元的发电单元，及一个设置于该支架单元及该旋转单元中的连接单元。

该支架单元包括多个沿纵向彼此间隔的分层支架，及多个纵向延伸且环绕设置于每两分层支架间的导风板。当风力朝向该支架单元吹拂，所述导风板能引导风力的吹拂方向，使风力能集中朝向该旋转单元吹拂，以确实利用风力。

该旋转单元包括多个分别配合所述分层支架安装的基座、多个分别连接于每两基座间的扇叶轴、一个枢设于所述基座及所述扇叶轴的旋转架，及多个设置于该旋转架的外侧缘的受风板。每一个基座具有一个定位于对应的分层支架的轴承机构，及一个穿设于该轴承机构的连轴机构。其中，每一个轴承机构能相对于对应的分层支架横向移动，并具有一个围绕出一个穿设孔的基板，及一个一体连 接于该基板并位于该穿设孔上的轴承；而每一个连轴机构具有一个穿设于该轴承及该基板的穿设孔的轴件，及一个连接于该轴件底端的底板。

该发电单元包括至少一个连动于该旋转单元，并能由该旋转单元旋转而带动运转的发电机。当该旋转单元承受风力而旋转时，该发电单元的发电机能随着运转，将旋转的动能转换为电能，以供储存或者后续使用。

该连接单元包括多个用于连接该轴件与该底板的插销，及多个分别穿设并锁固所述插销的锁固件。所述插销及所述锁固件能确保该连轴机构的结合强度。

当该旋转单元承受风力而旋转时，难以将风力完美转换为旋转动能，因此，风力的部分动能会使与该旋转单元连接的该连轴机构与该轴承机构间产生应力，也会使得该轴承机构与该分层支架间产生应力。而由于该轴承机构能相对该分层支架横向移动，故能顺着该轴承机构与该分层支架间产生的应力的方向移动，借此分散因承受风力而产生的应力，也因而能提升该垂直轴风力发电设备承受风力时的耐受性。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

较佳地，前述垂直轴风力发电设备，其中该基板具有多个呈贯穿状并配置有橡皮圈的缓冲孔，每一个缓冲孔用于供一个固定件穿设并固定于该分层支架，使该轴承机构定位于该分层支架。

较佳地，前述垂直轴风力发电设备，其中该轴承机构的基板的所述缓冲孔是以相同方向延伸的长孔，而每一个分层支架具有多个呈贯穿状，且以垂直于所述缓冲孔的延伸方向而延伸的配孔，所述配孔的位置是分别对应所述缓冲孔的位置。

较佳地，前述垂直轴风力发电设备，其中该轴承机构的轴承具有一个套设于该连轴机构的内环部、一个围绕该内环部且朝向该内环部的内壁面是呈一个曲面的外环部，及多个设置于该内环部及该外环部间的转子，该内环部能随着所述转子的自转，相对于该外环部转动而改变旋转的轴心。

较佳地，前述垂直轴风力发电设备，其中该连轴机构的轴件具有一个位于该底板的相反侧的轴盘部，该旋转单元的每一个扇叶轴具有一个转轴部、两个分别连接于该转轴部的上下两端的连接盘部，及多个环设于该转轴部的外环面的叶片部，每一个连轴机构的该轴盘部与其中一个连接盘部可彼此连接，且每一个连轴机构的该底板与其中一个连接盘部可彼此连接，使所述基座与所述扇叶轴彼此纵向连接。

较佳地，前述垂直轴风力发电设备，其中该连轴机构具有多个穿设于该轴盘部及该底板的螺孔，而每一个扇叶轴的连接盘部具有多个呈贯穿状且位置对应所述螺孔的贯孔，该连接单元还包括多个分别穿设于所述螺孔及所述贯孔中的螺接件，及多个配合锁固于所述螺接件的螺母，每一个螺接件用于连接每一个连轴机构的该轴盘部与对应的连接盘部，及每一个连轴机构的该底板与对应的连接盘部。

较佳地，前述垂直轴风力发电设备，其中每一个螺接件具有一个容置于对应的贯孔中的球状部，及两个分别连接于该球状部的相反两侧的螺纹部，其中一个螺纹部用于锁合于对应的螺孔，且每一个螺纹部供对应的螺母螺合。

较佳地，前述垂直轴风力发电设备，其中该旋转单元的每一个轴承机构还具有多个连接于该基板与该轴承间的补强板。

较佳地，前述垂直轴风力发电设备，其中该旋转单元的旋转架具有一个围绕于所述基座与所述扇叶轴的框体，及多个衔接于该框体与所述扇叶轴间的补强杆，所述受风板是彼此间隔而围绕设置于该框体上。

较佳地，前述垂直轴风力发电设备，其中该发电单元还包括一个连接于该旋转单元与该发电机间的齿轮箱，用于使该旋转单元旋转产生的动能带动该发电机运转。

本发明的有益的效果在于：该轴承机构能随着风力的方向而相对该分层支架横向移动，故能通过所述的横向移动而产生缓冲效果，有效减少因承受风力所产生的应力造成的影响，避免所述的应力使得零部件变形甚至损坏，再配合该连接单元确保该连轴机构的结合 强度的功效，因而能提升该垂直轴风力发电设备承受风力时的耐受性。

附图说明

图1是一侧视图，说明一个现有的风力发电装置；

图2是一立体分解图，说明另一个现有的风力发电装置；

图3是一立体图，说明本发明垂直轴风力发电设备的第一实施例；

图4是一局部立体图，辅助说明该第一实施例的一个支架单元；

图5是一侧视图，说明该第一实施例的一个发电单元；

图6是一侧视分解图，说明该第一实施例的一个基座；

图7是一剖视图，说明该基座的一个轴承机构及一个连轴机构；

图8是一侧视分解图，说明该第一实施例的一个连接单元；

图9是一示意图，说明该连接单元的多个螺接件的锁合情况；

图10是一俯视图，说明该第一实施例的第一实施态样；

图11是一立体分解图，说明该第一实施例的第二实施态样；

图12是一俯视图，辅助说明图11；及

图13是一立体图，说明本发明垂直轴风力发电设备的第二实施例。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

参阅图3，本发明垂直轴风力发电设备的第一实施例包含一个支架单元3、一个设置于该支架单元3中并能相对于该支架单元3旋转的旋转单元4、一个连动于该旋转单元4的发电单元5，及一个设置于该支架单元3及该旋转单元4中的连接单元6(见图6)。

参阅图3与图4，该支架单元3包括多个沿纵向彼此间隔的分层支架31，及多个纵向延伸且环绕设置于每两分层支架31间的导风板32。在所述分层支架31中，位于最下方的分层支架31为该第一实施例的建造基础，为确保该第一实施例在承受风力时不致倾倒，且能安全地运转，所述位于最下方的该分层支架31必须固定于欲安装该第一实施例的特定位置，以达成稳定支撑的功效。当风力朝向该支架单元3吹拂，所述导风板32能引导风力的吹拂方向，使风力能集中朝 向该旋转单元4吹拂，以确实利用风力。

参阅图4与图5，该旋转单元4包括多个分别配合所述分层支架31安装的基座41、多个分别连接于每两基座41间的扇叶轴42、一个枢设于所述基座41及所述扇叶轴42的旋转架43，及多个设置于该旋转架43的外侧缘的受风板44。其中，该旋转架43具有一个围绕于所述基座41与所述扇叶轴42的框体431，及多个衔接于该框体431与所述扇叶轴42间的补强杆432，所述受风板44是彼此间隔而围绕设置于该框体431上。当风力由所述导风板32引导而朝向该旋转单元4吹拂时，所述受风板44能通过较大的接触面积而先行迎受风力，使该旋转架43和所述扇叶轴42一同转动，以先行利用一部分通过所述导风板32所引导而吹向该旋转单元4的风力。接着，未直接吹拂所述受风板44的风力，则会吹拂所述扇叶轴42而使所述扇叶轴42旋转。如图5所示，该发电单元5连动于该旋转单元4，并包括至少一个连动于该旋转单元4的发电机51，及一个连接于该旋转单元4与该发电机51间的齿轮箱52。该齿轮箱52用于传递该旋转单元4旋转产生的动能，使所述动能传递至该发电机51而带动该发电机51运转，以将该旋转单元4承受风力而产生的动能，通过该发电机51转换为电能，达成利用朝向该第一实施例吹拂的风力进行发电的目的。

参阅图6与图7并配合图4，每一个基座41具有一个定位于对应分层支架31的轴承机构411，及一个穿设于该轴承机构411的连轴机构412。其中，每一个轴承机构411能相对于对应分层支架31横向移动，并具有一个围绕出一个穿设孔400的基板413、一个一体连接于该基板413并位于该穿设孔400上的轴承414，及多个连接于该基板413与该轴承414间的补强板415，所述补强板415用于增加该轴承414与该基板413间的力学强度，以确保该轴承机构411承受应力时的整体强度。每一个连轴机构412具有一个穿设于该轴承414及该基板413的穿设孔400的轴件416，及一个连接于该轴件416底端的底板417。该连接单元6包括多个用于连接该轴件416与该底板417的插销61，及多个分别穿设并锁固所述插销61的锁固件62。所述插销61穿设于该连轴机构412的轴件416及该底板417，并通过所述锁固件62再穿设于所述插销61后，又配合螺纹锁设的方式彻底锁固，能 确实将该底板417固定于该轴件416，确保该轴件416与该底板417结合的力学强度，借此确保该第一实施例运转时的稳定性及安全性。

值得特别说明的是，该轴承机构411的轴承414为一个调心滚子轴承，该轴承414具有一个套设于该连轴机构412的内环部4141、一个围绕该内环部4141且朝向该内环部4141的内壁面是呈一个曲面的外环部4142，及多个设置于该内环部4141及该外环部4142间的转子4143，该内环部4141能随着所述转子4143的自转，相对于该外环部4142转动而改变旋转的轴心。若是该轴承414承受一个特定方向的应力时，该轴承414能顺着所述应力的方向而微幅改变旋转轴心，借此对于所述应力进行缓冲，以分散所述应力，能有效避免该轴承414及该连轴机构412承受所述应力而变形或者损坏。另外，该轴承414微幅改变旋转轴心的功能，亦能修正因元件的加工偏差而产生的轴心偏移现象，对于因加工偏差而产生的应力产生缓冲。对于该第一实施例进行运转时的情况而言，该旋转单元4受风力而转动时，该旋转单元4的所述基座41及所述扇叶轴42是分别处于不同的高度，以确保能迎受在不同高度吹拂的风力而转动，故各种不同高度在承受强力的风势的情况下，会在所述基座41与所述扇叶轴42间产生强大的应力，而所述的应力则会自所述扇叶轴42传递至该基座41的连轴机构412，再从所述连轴机构412传递至该轴承机构411，而该轴承机构411的轴承414顺着应力的合力方向而调整旋转轴心的功能，则有助于分散承受风力而产生的应力。当该轴承414能以调整旋转轴心的方式达成缓冲应力的效果时，该轴承414承受应力的机会则大幅降低，故能有效保护该轴承414，避免该轴承414损坏而影响传动效能，也有效延长该轴承414的使用寿命，更减少因频繁维修或者替换零件所产生的维护成本。

参阅图8，该连轴机构412的轴件416具有一个位于该底板417的相反侧的轴盘部418，该旋转单元4的每一个扇叶轴42具有一个转轴部421、两个分别连接于该转轴部421的上下两端的连接盘部422，及多个环设于该转轴部421的外环面的叶片部423，每一个连轴机构412的该轴盘部418与其中一个连接盘部422可彼此连接，且每一个连轴机构412的该底板417与其中一个连接盘部422可彼此连接，使 所述基座41与所述扇叶轴42彼此纵向连接。其中，该连轴机构412具有多个穿设于该轴盘部418及该底板417的螺孔401，而每一个扇叶轴42的连接盘部422具有多个呈贯穿状且位置对应所述螺孔401的贯孔402，该连接单元6还包括多个分别穿设于所述螺孔401及所述贯孔402中的螺接件63，及多个配合锁固于所述螺接件63的螺母64，每一个螺接件63用于连接每一个连轴机构412的该轴盘部418与对应的连接盘部422，及每一个连轴机构412的该底板417与对应的连接盘部422。

参阅图8与图9，每一个螺接件63具有一个容置于对应贯孔402中的球状部631，及二分别连接于该球状部631的相反两侧的螺纹部632，其中一个螺纹部632用于锁合于对应的螺孔401，且每一个螺纹部632供对应的螺母64螺合。如图9所示即为其中一个螺接件63安装完成的情况，利用所述螺接件63来连接该连轴机构412与该扇叶轴42时，所述螺接件63的球状部631是分别容置于所述连接盘部422的贯孔402中，且每一个球状部631的直径实质上与每一个贯孔402的孔径相符合。当所述扇叶轴42承受风力，并在所述连接盘部422与该轴件416的轴盘部418间产生应力时，所述螺接件63亦会分别承受所述应力。由于所述螺接件63的球状部631位于分别呈柱状的所述贯孔402时，会在每一个贯孔402中留有空隙，所述的空隙则能在所述螺接件63承受应力时，提供每一个球状部631在该贯孔402中因受应力而移动时的缓冲空间，借此分散该连接盘部422与该轴盘部418间的应力。另外，由于产生应力的方向难以准确预料，故不论所述螺接件63承受何种方向的应力，呈球状的每一个球状部631能在该贯孔402中以较多元的方向移动，以利于针对所述应力的方向而进行缓冲。通过上述设计，相较于所述螺接件63完全紧配于所述贯孔402的情况而言，能降低因没有缓冲空间而受力变形的可能性，也留有因气候而产生热胀冷缩的空间，使该第一实施例承受一定程度的风力，甚至设置于气候较为严峻的环境时，确保所述扇叶轴42与该连轴机构412能稳定地彼此连接。

参阅图10并配合图8，如图10所示为该第一实施例的第一实施态样，该基板413具有多个呈贯穿状并配置有橡皮圈91的缓冲孔403， 每一个缓冲孔403用于供一个固定件穿设并固定于该分层支架31，使该轴承机构411定位于该分层支架31。其中，所述的固定件较佳为一个螺栓，但并不以螺栓为限。由于该基板413的所述缓冲孔403皆配置有橡皮圈91，而所述橡皮圈91具有弹性，受外力时会产生一个弹性恢复力，故在所述扇叶轴42承受风力而在该轴承机构411与对应的分层支架31间产生应力时，该轴承机构411能因所述的橡皮圈91所具有的弹性，顺着所述应力的方向而相对于该分层支架31横向移动，以分散甚至吸收产生于该轴承机构411与该分层支架31间的应力，以避免所述固定件因受应力而损坏，进而稳定该轴承机构411与该分层支架31间的连接关系。

参阅图11与图12，为该第一实施例的第二实施态样，该第二实施态样与该第一实施态样的差别在于：该轴承机构411的基板413的所述缓冲孔403是以相同方向延伸的长孔，而每一个分层支架31具有多个呈贯穿状，且以垂直于所述缓冲孔403延伸方向而延伸的配孔310，所述配孔310的位置是分别对应所述缓冲孔403的位置。由于在制造该第一实施例的各个元件时，难免会产生些许的元件公差而造成组装上的困扰。而当每一个缓冲孔403与对应的配孔310叠合时，会如图12所示地概呈一个十字形状，对于每一个轴承机构411的基板413以及对应的分层支架31而言，即能在锁固所述固定件锁固时进行微幅调整，以克服制造元件时的公差所产生的组装问题。

依据上述内容，该第一实施例实际运作时，对于减少应力影响的目的而言，确实可达成下列功效：

(1)当所述扇叶轴42承受风力而转动时，能通过所述轴承机构411可分别相对于所述分层支架31横向移动的设计，减少产生于所述轴承机构411与所述分层支架31间应力的影响。

(2)该轴承机构411的轴承414能因所受应力而自主调整旋转轴心，以减少产生于该基座41的连轴机构412与该轴承机构411间应力的影响。

(3)通过该连接单元6的所述螺接件63的设计，又能利用每个一球状部631容置于对应贯孔402而产生的空隙，减少产生于所述连轴机构412与所述扇叶轴42间应力的影响。

因此，该第一实施例能在多个元件彼此连接的位置减少甚至消除应力所造成的影响，使该第一实施例能达成提升承受风力时的耐受性的功效，也使该第一实施例能克服元件因气温而产生热胀冷缩的不良影响，以维持该第一实施例的传动效能而确保发电效率，并有效延长该第一实施例的使用寿命及运作稳定度，故亦不需频繁进行维修和保养的动作，更因而减少了进行维修和保养时需花费的成本。

参阅图13，为本发明垂直轴风力发电设备的第二实施例，该第二实施例与该第一实施例的差别，仅在于每一个分层支架31及该旋转架43的外围形状不同，所以也能达成该第一实施例所能达成的所有功效。由于在各个需要进行风力发电的环境中，风力的来源以及风向改变的频繁程度并不相同。而所述分层支架31的外围形状会影响到设置于所述分层支架31间的所述导风板32的分布，该旋转架43的外围形状也会影响所述受风板的相对方位。因此，该第二实施例在每一个分层支架31及该旋转架43的外围形状进行改变，能配合设置的环境以及风向，达成配合环境而彻底利用各风向的风力的功效。要特别说明的是，除了该第一实施例及该第二实施例外，本发明垂直轴风力发电设备的每一个分层支架31及该旋转架43的外围形状，亦能设计为其它的形状而配合所安装的环境，不以该第一实施例及该第二实施例为限。