CN201246272Y - 一种垂直轴风车的弧状勾型叶片结构 - Google Patents

Abstract

一种垂直轴风车的弧状勾型叶片结构，是由塔架、旋转架、风叶组、发电装置、电控装置等构成一个组成；本实用新型利用大自然风能，藉由驱动上述结构，提供机械能输出，再使用发电装置进行发电，得以供应大型风电厂供电，一般家庭用电、路灯用电、公共用电，其结构简单，建造容易，能高效率利用风能。

Description

一种垂直轴风车的弧状勾型叶片结构

技术领域

本实用新型是关于一种垂直轴风车的弧状勾型叶片结构特别指一种高效能垂直轴风车，其独特风车叶片能有效利用大自然风能，不论风从四面八方任何方向吹来，或风向瞬间之改变，本实用新型均能全数有效应用。

背景技术

近年来，各欧美先进国家或短缺石油资源国家，莫不大力发展替代能源，各种天然资源也先后开发出相对应的发电方式，替代能源标榜着无污染、无消耗的特点，目前较受注目的相关发展已有风力发电以及太阳能发电等；提供用电之需求，且易于推广。

人类自从发现电能以来，在物质文明上有了突飞猛进的成长，也大幅地改善了人类的生活。然而，随着生活的进步，人类对于电能的需求愈来愈高，对于电能的使用有着莫大的依赖，电力的使用已在生活层面广泛的应用，例如：家庭用电、营业用电、工业用电、公路之路灯、公共区域照明以及需要电力驱动运转的各式公共设施，皆需大量电能的消耗；即便夜间回到家中，打开电灯、空调或使用计算机、各式家用电器皆需使用电力，不仅实质须支付的电力费用相对可观外，也造成燃料发电厂极大的负担，进而对环境的污染影响甚巨；而在消耗这些能源的过程中，也不断提高资源的耗损，更甚严重的，即在于对环境的破坏，诸如：温室效应、异常气候、圣婴现象、酸雨等环境、天候异常的产生。

目前人类所熟知的发电技术中，最普遍的方法是燃烧石油，唯此法受限于燃烧原理，不仅消耗燃油迅速，且制造大量的废气、废热，严重影响生活环境。再者，石油仅限于少数国家所拥有，且容量有限，总有一天会使用殆尽，绝非长久之法。

为此，各国均在积极寻求替代能源的方案，不仅要求这些替代能源能取代石油，且更重要者，乃在于寻求一种无污染的新能源。而就目前所熟知的洁净能源中，大致包括有风力、太阳能等。太阳能是地球一切能量的来源，其产量惊人，但受限于现有技术，目前的太阳能应用效率极低，必须铺设大面积的太阳能板，方能取代少部份的传统发电，故对于面积有限、日照不足的国家并不适用。

因此，在洁净能源的替代方案中，风力发电是目前相当成熟的技术，值得推广。风力发电的历史相当悠久，早在数个世纪前，欧洲即应用风车于面粉厂中的小麦磨粉工作，或是低洼地区的抽水工作。而风力来源存在于地球各处，各国皆可视其地形气候的现况，实行不同的配置。因此，目前使用风力发电的地区相当多，虽然无法取代火力发电，但仍有其一定的价值。

要充份应用风力进行发电，良好的风车结构乃为必须的产品，但就目前的垂直轴风力发电机技术中，其产生的效能却相当低落，造成无谓的损失，但垂直轴风力发电机有其一定的优势，如结构简单，放于高架上平衡良好，噪音低，如有良好设计即能接收四面八方的风能，但事实上垂直轴风力发电机风叶其受风旋转风叶有一半面积顺风一半面积逆风，设计上并不容易处理，因此目前市面上使用率不高，皆因为无法有效解决风叶一半顺风一半逆风所造成抵消风能的问题，目前的垂直轴风车之应用，例如：碗型的类似风速计，其优点是启动扭力大，缺点是逆风旋转回来碗型阻力很大，所以效能很差；叶片型(达流斯型)的垂直轴风车由于叶片细小，受风斜面角度又小所以启动风速要求较高，无法微风启动，风能利用也低，后来有人将两者结合使用，但其两者的缺点仍在，只是改善了微风启动，但整体使用效能仍不是很好。

由此可知，前述的技术仍有缺失有待改进，本案创作人即鉴于前述缺失，乃着手加以创新，并经模型不断的测试，终能研发完成本件，一种垂直轴风车的弧状勾型叶片结构，应用于大型风力发电厂，也提供广泛小型用电户及独立公路路灯用电，亦可应用于风力抽水、打气。

实用新型内容

本实用新型之主要目的，在于提供一种垂直轴风车的弧状勾型叶片结构，其内容是叶片在逆风区成弧状以小角度在逆风前进，采用10组以上弧状勾型叶片组，使叶片外端像鱼鳞层层相迭使逆风无法吹到风叶轮内部，化去大部份逆风阻力，在靠近0度逆风区部分将风能折射转向，吹到相邻弧状勾型叶片处产生旋转力，及具有2片以上叶片在顺风区用勾型叶面接收风能产生强大旋转力；此风车能接收户外四面八方吹来的风能，不需方向舵、尾翼来确定迎风面，能获得高迎风面积、低阻力，来撷取风能，以利使用风能发电，提供风能最佳使用效率。

本实用新型的另一个目的，在于提供一种垂直轴风车的弧状勾型叶片结构，其内容系为结构简单、造价便宜、加工容易、高空运转稳定等特点以应用风能，其外观之型体易于艺术化，可美化市容景观，作为供应大众用电、路灯用电以及农、渔、牧业抽水、打气用。

可达成上述目的之一种垂直轴风车的弧状勾型叶片结构，其内容包括：一塔架，该塔架用以支撑本实用新型之组成荷重及安装位置，该塔架中设有圆圈型轨道供旋转架之轨道车轮行走，其塔架下设有一发电机室，该发电机室其内部安装有一发电装置以及一电控装置；一旋转架，该旋转架由骨架构成，并用以承载风叶组重量，其下方装有轨道车轮，该轨道车轮行走在该塔架上的圆圈型轨道上；该轨道车轮承载整体旋转架、风叶轮之重量，而该旋转架上层亦设置类似轨道车轮之机构来增加该旋转架稳定旋转，以防止强风吹偏旋转架；当风叶接收风能产生推力时，该旋转架便绕着该塔架上的圆圈型轨道旋转，旋转架上设有风叶片固定架，用以螺接风叶片，其最下方外圆骨架上螺接一大增速装置；一风叶组，系包含复数个风叶轮并层迭排列，该风叶轮由复数弧状勾型叶片组成、该弧状勾型叶片由两块板做上下座，中间夹着弧状勾型叶片，一层的风叶轮由10组以上弧状勾型叶片组组成，外径越大片数会采用较多片方式，每个叶片需紧邻安装，才能产生高效率，以圆心为准，规划出等角度平均布设排列，安装在旋转架上，如此排列使重量能平均分配，亦使风叶组运转更加平稳，而每片风叶采取2种接受风力设计，以及减少风阻设计，外层叶面约与风叶轮外缘成约20度斜角，有效化去逆风区阻力，不需挡风板也有很好的旋转效果，在迎风面340~0~45度区域，得到风吹在叶面外侧，风力折射转向吹入相邻叶片勾型区促使风叶组旋转，在迎风面46~100度区域时，叶片接受风能正向吹入效率最高，此设计能让风叶受风面积达到迎风面积的66％左右，这种结构微风启动效率非常高，且能产生较大扭力，并能产生高效率风能；该风叶组从迎风面270~359度区域之间，风叶受到逆风阻力，只要能降低阻力就能保持旋转动能，因此设计叶面弧弦与迎风面成夹角约37度(本实用新型系以夹角37度为例；而叶片长度越长则叶面与迎风面夹角将越小)，以及设计叶面为圆弧型并与风叶轮外缘成夹角约20度配置，并设计叶片外端像鱼鳞层层相迭使逆风无法进入风叶轮内部，可以让小角度弧状叶面抹过风时，将风折射吹向外方，让风叶前进时接近完全消除了逆风阻力，来保持转动力，勾型区将风能接收并将风能转向横吹，产生推力旋转风叶组得到最高转速，高效率带动发电装置，此风叶组由复数个风叶轮层迭组成，又，本实用新型系由3层风叶组组成，当这3层风叶轮的圆径，在大小做变化，便能组合成各种不同造型；一发电装置，系设置于塔架下发电机室内，该发电装置并设有一小增速装置，藉由该旋转架旋转之机械能传递给其下方之一大增速装置，该大增速装置并带动该小增速装置，进而使发电装置进行发电；一电控装置，该电控装置设置于塔架下方发电机室内，并整合控制发电装置所产生的电能，并控制电力安全，输出电能。

附图说明

请参阅以下有关本实用新型一较佳实施例的详细说明及其附图，将可进一步了解本实用新型的技术内容及其目的功效；有关该实施例的附图为：

图1为本实用新型的立体图各部分细部示意图；

图2为本实用新型的各部分示意图；

图3为本实用新型的俯视图；

图4为本实用新型的风叶轮俯视图；

图5A、图5B为本实用新型的弧状勾型叶片立体示意图；

图6为本实用新型的小型风力发电机正视图；

图7为本实用新型的小型风力发电机俯视图；

图8为本实用新型的小型风力发电机风叶轮俯视图；

图9为本实用新型的路灯风力发电机正视图；

图10为本实用新型的路灯风叶轮半径变化及装设发光二极管彩色灯美化示意图；

图11为本实用新型的轨道车轮示意图；

[主要组件符号说明]

1     塔架

11    圆圈型轨道

12    发电机室

13    立柱组

14    横梁

15    小型塔架

16    旋转座

17    铁管架

2     旋转架

21    轨道车轮

22    风叶固定架

23    大增速装置

24    小增速装置

27    方型旋转轴

28    中空旋转轴

3     风叶组

31    风叶轮

31a   下层风叶组

31b   二层风叶组

31c   三层风叶组

32    弧状勾型叶片组

33a   风叶面体

34b   风叶面体

35c   风叶面体

36    叶片型板

37    弧状勾型叶片

38    微小电源供应器

39    发光二极管彩色灯泡

4     发电装置

5     电控装置

6     蓄电

本实用新型的最较佳实施方式

请参阅图1至图11，本实用新型是提供一种垂直轴风车的弧状勾型叶片结构，特别指一种接受四面八方吹来的风能，带动发电装置产生能量，其主要包括：一塔架1，一旋转架2，一风叶组3，一发电装置4，一电控装置5；该塔架1，系由复数个立柱组13组成，该立柱组13系由两立柱组成且该立柱组13并围成一圆圈；该相邻之立柱组13中间并以一横梁14连接，藉由增加立柱组可加大风机外径，并更改塔架之圆圈型轨道弧度以及增大传动装置之节数即可增大整体风机；该塔架1系提供整体结构的重量支撑及安装，且其下方螺接有一圆圈型轨道11，该圆圈型轨道11用以支撑旋转架2及风叶组3重量，另其中塔架1内设有发电机室12，该发电机室12并设有一发电装置4及一电控装置5；该旋转架2下方外圆处直接螺接大增速装置23，再由大增速装置23传动给小增速装置24，小增速装置24带动发电装置4进行发电；增速装置可为齿轮组、炼条配合链轮之传动装置、或其它具有相同功能传动装置；旋转架2内安装风叶组3，该风叶组3，系由复数个风叶轮31组成，本实用新型系以三层风叶轮31组成做代表，使用10组以上弧状勾型叶片组32组成，三层风叶轮以31a、31b、31c表示，组装在旋转架2内(如图6所示)。

请参阅图2、图3以及图4，安置弧状勾型叶片时，由风叶面体33a、风叶面体34b、风叶面体35c布设位置可知，安装风叶面体34b时叶面弧弦与迎风面成夹角约37度左右，风叶面体34b与风叶面体35c成约66度夹角，让风在迎风面46~100度区域，风吹风叶面体34b，35c时在叶面上产生最大推力，使风叶组3强力旋转；风叶面体33a为了减少迎风面270~339度的逆风阻力，与风叶轮31外缘约成20度夹角，化解大部分逆风阻力，可以让前进时风阻降至最低；风叶轮31的每片弧状勾型叶片32，从迎风面0度、转到90度、转到180度、转到270度、转回迎风面359度，这时在迎风面弧状勾型叶片32的内侧风叶面体34b、35c成勾型设计两面夹角约66度(该角度值是以本案而定)，而在迎风面340~0~100度区域受风能吹入产生推力旋转风叶组3；在迎风面当弧状勾型叶片组32转到迎风面270~339度逆风区时叶面体33a与风叶轮31边缘成一相对斜角约20度抹过迎风面逆风，且以10组以上弧状勾型叶片组32层层相迭，让逆风无法进入风叶轮内部，消去大部分旋转阻力，在迎风面340~45度区域风能吹在叶面体33a时，产生风向折射转向吹入风叶轮内部，经此折射使风能转向并吹向通过轴心顺风区的隔邻叶片勾型区之风叶面体34b、35c处，勾型区将风能接收并将风能转向横吹产生推力旋转风叶组3；在46~100度区域风能吹在叶面体34b、35c时风能压缩进入风叶轮风叶轮内部产生最大推力旋转风叶组3；因为10组以上弧状勾型叶片组32，最少会有2个以上正对着风，接受风能而启动旋转；当天气产生瞬间侧风或背风等乱流时这四面八方来的不规则风能，均能被视为迎风面，风能被风叶面体34b、35c接收产生推力让风叶轮3旋转，弧状勾型叶片32能在受风区域内约120度大范围内受风能作用，接受各方风能，故本实用新型是任何方向的风能都能吸收而旋转，若弧状风叶面增长，则受风面积增加，并具有大角度之受风区故受风面积亦增加；藉此得以高效能带动发电装置4。

请参阅图3，图6、图9以及图11当风叶组3受到四面八方吹来的风，获得风能带动整个风叶组3旋转，风叶组3螺接于旋转架2上，旋转架2的轨道车轮21，行走于塔架1上的圆圈型轨道11上，旋转架2在圆圈型轨道11上行走转圈，受风时就会一直旋转，旋转架2下方外圆螺接大增速装置23，该增速装置可为齿轮组、炼条配合链轮之传动装置等，具相同增速传动功能机构来替代；例如：旋转架2外径下方螺接大增速装置23以链条替代，发电装置4上轴接之小增速装置24以链轮替代，当旋转架2直径15公尺，其下方外圆螺接链条，带动发电装置4所轴接的0.3公尺链轮，(15/0.3＝50)可增速50倍，旋转架2每分钟转速20RPM，则发电装置4就有每分钟转速1000RPM；这样大增速装置23传动小增速装置24，小增速装置24轴接发电装置4，发电装置4被旋转带动而发电，发电装置4将所输入的机械能转为电能，再经过电控装置6，转换为适合条件电能后，输出供应电能；上述发电装置4亦能替换为抽水装置或空压装置，将水由低处抽往高处，得以广泛应用于农、渔、牧业，或以空压装置产出高压空气可应用于工业、渔业使用。

请参阅图2，本实用新型风叶轮31能依造需求不同，做出直径大小不同风叶组3，又可以将多个风叶轮31串接成数倍高的大型风叶组3，让风叶组3受风面积增加，用在场地小但需求电能要高的设备上，大型的大风叶组3适合10kw~10000kw以上风电厂使用，如中型风叶组3可以应用在1kw~10kw一般家庭、农、牧、渔产业使用，如小型风叶组3可以应用在0.3kw~1kw路灯使用。

请参阅图2、图3以及图9，该风力发电机结构是应用在10kw~10000kw以上大型风电厂使用，该塔架1是由骨架方式组合，并由2立柱组合为一立柱组13，而该塔架1由复数立柱组13围成圆型组成，要组成多大外径均可以增加立柱组13方便达成，相邻2立柱组13中间以横梁14连接，组数越多风机外径越大，所以要造多大风机均容易进行，只需更改圆圈型轨道11弧度及大传动装置23节数即可，然后再增大旋转架2；如要原机扩充受风面积，原旋转架2加高，增加弧状勾型叶片组32数量即可，例如增加2层风叶轮3，亦容易加高塔架1来增加强度。

请参阅图6、图7，该风力发电机结构亦可应用在小型10kw以下使用，弧状勾型叶片结构不变，只需改变成小型塔架15，及改成使用中心方型旋转轴27串接风叶组3于旋转座16上，改变增速传动装置的搭配，带动发电装置4进行发电，将电能储存于蓄电池6内，由电控装置5控制输出，就是小型垂直轴风力发电机组，其中小型塔架系由个别管件组合而成，小型塔架可让使用者自行使用简单工具进行组装，风叶轮也是能由使用者自行使用简单工具进行组装，这样方便使用在这样方便使用在家庭、农业、渔业、畜牧业。

请参阅图6、图7、图9以及图10，该风力发电机结构亦可应用在1kw以下路灯使用，弧状勾型叶片结构不变，只需将小型塔架15改变成铁管架17穿过中空旋转轴28，将风机固定在6~i0M高空接受风力旋转发电，将电能储存于蓄电池6内，由电控装置5控制于夜间点亮路灯，提供大众照明使用；当风叶轮31外径改变，或风叶轮31下方加装微小电源供应器38及风叶组外圆加装发光二极管彩色灯泡39，得以增添日夜景致；而本实用新型亦可作为风力热水器供电、或家电之电源供应器等运用。

上列详细说明系针对本实用新型之一可行实施例之具体说明，惟该实施例并非用以限制本实用新型之权利要求，凡未脱离本实用新型技艺精神所为之等效实施或变更，均应包含于本案之权利要求中。

Claims (9)

1.一种垂直轴风车的弧状勾型叶片结构，包括有：

一塔架，该塔架上设有圆圈型轨道、发电机室等，塔架下发电机室安置有发电装置、电控装置，且该塔架圆圈型轨道上，并安装一具有车轮的旋转架，该塔架系提供后述结构的承载与连结；

一旋转架，系由圆型骨架组成，该旋转架其下方装有圆型排列的轨道车轮，该轨道车轮行走于塔架的圆圈型轨道上，该旋转架内分数层，每层螺接10组以上之弧状勾型叶片组，下端螺接一大增速装置，旋转架接收风吹动该风叶组而转动，藉此旋转架旋转之机械能传递给下方之该大增速装置；

一风叶组，系包含复数个风叶轮层迭排列，该风叶轮安装于旋转架上，该风叶轮内设有10组以上之弧状勾型叶片组，该弧状勾型叶片有2个风叶面体，以夹角约66度，该弧状勾型风叶面体外侧成弧面，与风叶轮外径边缘呈夹角约20度配置；并采用多片叶面使叶片外端像鱼鳞层层相迭；

一发电装置，系设置于塔架下发电机室内，该发电装置轴接一小增速装置，藉由该旋转架旋转之机械能传递给下方之该大增速装置，该大增速装置并带动该小增速装置，使发电装置进行发电；

一电控装置，放置于塔架下发电机室内，整合控制发电装置所产生的电能。

2.如申请权利要求第1项所述一种垂直轴风车的弧状勾型叶片结构，其中，该弧状勾型叶片有2个风叶面体，以夹角成勾状，接受迎风面正吹的风能、及折射吹入的风能而旋转，勾型区将风能接收并将风能转向，产生横向推力并旋转风叶组；该弧状勾型风叶面体外侧成弧面与风叶轮外径边缘成一相对斜角约20度配置；该风叶轮采用10组以上弧状勾型叶片组组成，该弧状勾型叶片组外端像鱼鳞般层层相迭。

3.如申请权利要求第1项所述一种垂直轴风车的弧状勾型叶片结构，其中，该弧状勾型叶片组是由上、下两叶片型板加上弧状勾型叶片所组成；且以旋转架圆心为基准，于平均角度布设10组以上之弧状勾型叶片组，并设置一叶片安装座，该叶片安装座并螺接该弧状勾型叶片组于该旋转架内部。

4.如申请权利要求第1项所述一种垂直轴风车的弧状勾型叶片结构，其中，该风叶组是由一至复数层风叶轮层叠在旋转架上。

5.如申请权利要求第1项所述一种垂直轴风车的弧状勾型叶片结构，其中，该旋转架其外圆系以等角度安装有4组以上轨道车轮，使该轨道车轮行走于该塔架圆圈型轨道上；该轨道车轮承载整体旋转架、风叶轮之重量，而该旋转架上层亦设置有轨道车轮的机构来增加该旋转架稳定旋转。

6.如申请权利要求第1项所述一种垂直轴风车的弧状勾型叶片结构，其中，该增速装置是将大旋转架外径当成大轮，直接由大旋转架大轮传动与发电装置轴接的小轮旋转，进行高倍增速旋转，旋转架越大增速之倍速就越高；该大轮以及小轮之传动，得使用伞型齿轮组及圈成圆圈的链条、链轮组。

7.如申请权利要求第1项所述一种垂直轴风车的弧状勾型叶片结构，其中，该塔架系由复数个立柱组围成一圆圈，该立柱组系由2支立柱组成；该相邻之立柱组中间并以一横梁连接。

8.如申请权利要求第1项所述一种垂直轴风车的弧状勾型叶片结构，其中，所述弧状勾型叶片结构不变，只需将塔架改使用小型塔架，及改变使用中心方型旋转轴串接风叶轮组于旋转座上，改变增速传动装置搭配法，即为设置在10kw以下小型发电机中的小型垂直轴风车的弧状勾型叶片结构的风机。

9.如申请权利要求第1项所述一种垂直轴风车的弧状勾型叶片结构，其中，所述弧状勾型叶片结构不变，只需改变小型塔架成铁管架，搭配使用中空型旋转轴，即为设置在小型1kw以下的路灯或太阳能热水器上的小型垂直轴风车的弧状勾型叶片结构的风机，其中，在风叶轮外径还装有发光二极管彩色灯泡。

Images