CN201407131Y

CN201407131Y - 风力发电机

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Publication number: CN201407131Y
Application number: CN2009201506335U
Authority: CN
Inventors: 李佳原
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-05-05
Filing date: 2009-05-05
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2019-05-05

Abstract

本实用新型是一种风力发电机，是在机壳内设有发电机组，且发电机组一端连接设有一叶轮，所述机壳活动设于一支杆上；其中，所述机壳的机身设有一环弧槽，且环弧槽前端为收缩段，后端为扩散段；另所述叶轮中心的轮毂辐射向外设有多个叶片，且叶片的末端设有一下洗(Down Wash)；利用机身的曲线设计改善气流吹出后的上扬角度，以及利用下洗减少翼尖涡流(TipVortex)的产生，而大幅提升风力发电时的风能使用效率。

Description

风力发电机

技术领域

本实用新型涉及一种风力发电技术，尤指增加机身曲线设计，以及利用下洗减少翼尖涡流产生的风力发电机构造。

背景技术

近年来，科学家致力研究替代能源与新兴能源使用，常见的替代能原有：太阳能、风能、潮汐能甚至是生质能等，希望能将自然界循环不息的能量，转换成各种可以使用的能量。其中，风能的应用较为简单且永不枯竭，其成因是因为大气不均匀受热所引起的一种对流运动，一般风力发电机是利用风力的气流转动叶轮，将风能转换成电能，除风力发电机的设置地点外，而风力发电机本身结构上的设计，例如：叶片形状或数量等设计，也会影响风能的使用效率。

风力发电机依据受风方向，可分为逆风式(Up Wind)及顺风式(Down Wind)等二大类。一般常见的风力发电机多为逆风式(Up Wind)风力发电机，使用时，风力带动气流直接撞击叶轮正面的叶片而转动，以将风能转换为电能，而叶轮的迎风面必须正确面对风的来向，才能使叶轮发挥最大的效能，故风力发电机上大多设有自动寻风结构，其利用侦测装置侦测风向后，复由动力装置带动叶轮转向以获得自动寻风的效果，所以这类风力发电机的结构复杂且造价不斐。另外，顺风式(Down Wind)风力发电机的叶轮则设于机壳后方，且机壳偏心设置于支杆，利用转动中心与支点不共点，当叶轮受风力吹动时，气流自机壳的机鼻部吹入，叶轮至机壳支点间的距离可形成力臂，而产生带动叶轮转动的扭力，以产生自动寻风的效果。

不论是逆风式风力发电机或是顺风式风力发电机，请参阅图1，风力发电机10活动设置于一支杆20上，所述风力发电机10设有一机壳11、一发电机组12及一叶轮13，所述机壳11是近似弹头造形的流线外观，且机壳11表面是呈圆弧状，前端是呈渐扩经机壳11中段后则呈渐缩，因此，气流(图中的箭头表示)由机壳11前端吹入后会先呈现外散的状态，部分气流则经过机壳11中段而呈现内缩，其外散气流与内缩气流都会与叶轮13撞风，且会产生乱流。再者，其叶轮13周缘所设的多个叶片131，会通过风压的推动而产生正向力，推动叶轮13转动，以将风能转换为电能。但气流流经叶片131末端时，则会产生翼尖涡流及风切声，而叶片131末端为叶轮13转动时，为产生最大力矩的位置，翼尖涡流则会产生对叶轮13的反向推动力，抵销叶轮13正向转动的力量，因此，不论是机壳的设计或叶片的设计，都会影响到风力发电机的风能使用效率，甚至影响发电效率。

发明内容

本实用新型的一目的，旨在提供一种风力发电机的机壳结构，可减少乱流所产生的阻力，并提高风压而提升风能的使用效率。

本实用新型的次一目的，旨在提供一种风力发电机的机壳结构，有自动寻风的效果。

本实用新型的再一目的，旨在提供一种风力发电机，减少翼尖涡流的产生及叶轮转动时的风切声，而提升风能的使用效率。

本实用新型主要包括一机壳、一发电机组及一叶轮。其中，该机壳设有一机鼻及一机身，该机身上设有环弧槽，该环弧槽前端是收缩段，而后端是扩散段，收缩段与扩散段间设有一谷部，在环弧槽的内部至少设有一鳍片，使鳍片与机身轴线方向平行；另该叶轮中心的轮毂辐射向外设有多个叶片，叶片的末端设有一下洗(Down Wash)，该下洗的弯折方向是与叶片迎风面相反，且下洗与叶片间的夹角等于/大于90度。

本实用新型的有益效果在于，本实用新型在高风速的气流带动下，利用机身收缩段所产生的真空效应而吸引气流，复利用扩散段后改变吹出的上扬角度，使气流直接撞击叶轮的叶片，可减少乱流产生并提高风压，大幅提升风力发电时的风能使用效率；而设于环弧槽内的鳍片，在气流转向时，会与气流的流动方向产生一偏向角度，产生带动机身偏移转动的正向力，使本实用新型可有自动寻风的效果。再者，叶轮转动时，设置于叶片末端的下洗，可减少翼尖涡流(Tip Vortex)的产生，使气流被阻挡而向后延伸吹出，大幅提升风力发电时的风能使用效率，且可降低风切声。

附图说明

图1为现有风力发电机使用时的示意图。

图2为本实用新型较佳实施例的立体分解图。

图3为本实用新型较佳实施例组装后的立体外观图。

图4为本实用新型较佳实施例机壳受风时的气流示意图。

图5为本实用新型较佳实施例自动寻风功能的示意图。

图6为本实用新型较佳实施例的叶片受风时的气流流动示意图。

附图标记说明：10-风力发电机；11-机壳；12-发电机组；13-叶轮；131-叶片；20-支杆；30-机壳；31-机鼻；311-固定座；312-凹槽；313-安装孔；32-机身；321-容置空间；322-固定孔；323-环弧槽；3231-收缩段；3232-扩散段；3233-谷部；324-鳍片；40-发电机组；41-驱动轴；50-叶轮；51-轮毂；511-轴孔；52-叶片；521-迎风面；522-背风面；523-下洗；53-凹孔；60-支杆。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

请参阅图2、3所示，本实用新型的较佳实施例，主要结构包括：

一机壳30，设有一机鼻31及一机身32，其中的机鼻31是呈尖锥状，且在机鼻31下方设有一固定座311，而机鼻31周缘设有多个凹槽312，凹槽312内各自设有至少一安装孔313；而机身32是呈中空圆筒状，其内部设有一容置空间321，且一端对应机鼻31设有多个固定孔322，以将机鼻31的安装孔313与机身32的固定孔322相互螺接而组成一体；另所述机身32的外壁设有一环弧槽323，所述环弧槽323前端是收缩段3231，且收缩段3231是呈径向渐次收缩的形态，而环弧槽323末端是扩散段3232，且扩散段3232是呈径向渐次扩散的形态，收缩段3231与扩散段3232的相交处设有一谷部3233；应注意的是，收缩段3231的弧径小于/等于扩散段3232的弧径，而收缩段3231的弧长小于/等于扩散段3232的弧长。且在环弧槽323的内部至少设有一鳍片324，使鳍片324与机身32轴线方向平行，且鳍片324是突出于机身32的表面。

一发电机组40，是包覆设于所述机身32内，所述发电机组40其中心又设有一驱动轴41，使驱动轴41凸出于机壳30。

一叶轮50，是在中心设有一轮毂51，且轮毂51周缘辐射设有多个叶片52，轮毂51中心设有一轴孔511，供以组设于所述驱动轴41末端而完成转动连结，每一叶片52又设有迎风面521及背风面522，在叶片52末端设有一下洗523，且下洗523的弯折方向是与叶片52迎风面521相反，且下洗523与叶片52间的夹角等于/大于90度；另在叶片52的迎风面521上设有多个凹孔53，或是在迎风面521与背风面522两面均设有多个凹孔53，由于凹孔53是呈半球状，而形成类似高尔夫球面的形态。

组装时，机鼻31下方的固定座311是安装于一支杆60上，使机壳30可在支杆60上活动转动，使叶轮50受风力吹动转动时，带动发电机组40产生电能。

请参阅图2、4所示，当本实用新型在高风速的气流(如图中所示，箭头是代表气流的方向)吹动下，气流由机鼻31方向吹入后，会在机身32的收缩段3231产生真空效应以吸引气流，使气流流经环弧槽323的谷部3233后而进入扩散段3232，复利用扩散段3232改善气流吹出后的上扬角度。应注意的是，本实用新型环弧槽323的收缩段3231与扩散段3232的弧径及弧长设计，会改变气流的流动速度、延伸的距离，以及气流吹出后的上扬角度，使气流直接撞击叶轮50撞风面积最大处或叶片52最外端，而产生最大的力矩；因此，本实用新型的机壳设计，可减少乱流所产生的阻力，使吹出的气流汇集后吹向叶轮50撞风面积最大处，而提高风压的效果，大幅提升风力发电时的风能使用效率，经实验证实，在同样的风速条件下，确实能够提升风能使用效率，对于风力发电技术而言，可说是相当重要的突破。

再请同时参阅图2及图5所示，本实用新型的叶轮50在受风转动时，是以叶片52的迎风面521接受气流(如图中所示，箭头是代表气流的方向)撞击，以推动叶轮50转动而产生电能，由于本实用新型利用叶片52末端的下洗523，将欲翻过叶片52而有可能形成翼尖涡流的气流阻挡后，直接向后延伸吹出，大幅减少翼尖涡流(Tip Vortex)的产生。经实验证实，翼尖涡流会抵销至少1％左右的发电效率，因此，故本实用新型的下洗523设计，则可取回原来被抵销的部分，相对地，也是一种提升风力发电效率的方式。再者，叶片52末端的翼尖涡流，也是风切声的生成因素之一，而本实用新型会减少翼尖涡流产生的特点，自然也会降低风切声。再者，本实用新型的叶片52表面设有类似高尔夫球表面的凹孔53，与高尔夫球飞行时相同的原理，可有效降低空气阻力，使叶片52运转时产生升力增加风流量，故能够有效降低乱流、风切声，并集中风量及流向、降低灰尘，进而延长叶轮50的使用寿命及静音效果。

另外，请参阅图2、6所示，设置于机壳30环弧槽323内的鳍片324是与气流(如图中所示，箭头是代表气流的方向)的方向平行，故气流上扬吹出时也能用来阻挡气流，故设置多片鳍片324可发挥整流的效果；另外，当气流转向时，由于鳍片324会与气流的流动方向产生一偏向角度，利用气流施加于鳍片324的正向力，相对带动机壳30产生偏移转动，使叶轮50经常保持面对气流的来向，也为本实用新型的一特色。

如上所述，如图2～6所示，本实用新型在实施时，将具有下列优点：

1.本实用新型机壳30的凹弧形流线设计，可在高风速的气流吹动下，产生整流而增加风压，并改善气流吹出的上扬角度等优点，以大幅提升风力发电时的风能使用效率。

2.再者，由于本实用新型的叶片52末端是设有下洗523，并可通过下洗523减少翼尖涡流的产生，以大幅提升风力发电的效率。

3.另外，本实用新型的凹弧槽323内设有至少一鳍片324，使叶轮50经常保持面对气流的来向，而有自动寻风的效果。

4.再者，由于本实用新型的叶片52表面设有类似高尔夫球表面的多个凹孔53，可降低空气阻力，并能降低乱流、风切声，并集中风量及流向、降低灰尘，进而延长叶轮50的使用寿命及静音效果。

以上所述者，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用以限定本实用新型实施的范围，其他如：机壳的形状，或是下洗的设定角度、形状及尺寸，或是表面凹孔的形状、间距等转变方式，也皆在本案的范畴之中；故此等熟悉此技艺所作出等效或轻易的变化，在不脱离本实用新型的精神与范围下所作的均等变化与修饰，皆应涵盖于本实用新型的专利范围内。

综上所述，本实用新型的风力发电机，是具有专利的实用新型性，及对产业的利用价值；申请人依专利法的规定，提起新型专利的申请。

Claims

1.一种风力发电机，其特征在于，其至少包括：

一机壳，其设有一机鼻及一机身，所述机身上设有环弧槽，所述环弧槽前端是收缩段，而所述环弧槽后端是扩散段，所述收缩段与所述扩散段间设有一谷部；

一设于所述机壳内的发电机组，其设有一驱动轴，所述驱动轴转动后产生电能；

一连接设于所述驱动轴的叶轮，其设有一轮毂，所述轮毂周缘向外辐射设有多个叶片，所述叶片的末端设有一下洗，所述叶轮是与所述发电机组的驱动轴形成转动连结。

2.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述环弧槽的内部至少设有一鳍片，所述鳍片与所述机身轴线方向平行。

3.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述下洗的弯折方向是与所述叶片迎风面相反，且所述下洗与所述叶片间的夹角等于90度。

4.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述下洗的弯折方向是与所述叶片迎风面相反，且所述下洗与所述叶片间的夹角大于90度。

5.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述叶片迎风面设有多个凹孔，所述凹孔是呈半球状。

6.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述叶片迎风面及背风面均设有多个凹孔，所述凹孔是呈半球状。

7.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述环弧槽前端是收缩段，所述收缩段是呈径向渐次收缩的形态，所述收缩段的末端延伸设有一扩散段，所述扩散段是呈径向渐次扩散的形态；另所述收缩段与所述扩散段的相交处设有一谷部。