TWM500153U - 風力葉片裝置 - Google Patents

Description

風力葉片裝置

本新型是有關於一種葉片裝置，特別是指一種能受風力驅動轉動，可應用於風力發電設備的風力葉片裝置。

本案申請人先前已提出一種風力發電裝置之創新結構，其專利證書號為M485960，該專利所提供的風力發電裝置主要包含：一轉軸，及數個連接該轉軸且彼此角度間隔的葉片模組。每一葉片模組包括一連接該轉軸的格柵式葉片，以及數個可前後擺動地垂掛於該格柵式葉片上的擺動葉片。該風力發電裝置主要是藉由任一葉片模組中迎風面側旋轉過軸心至背風面側時，透過擺動葉片的迎風面閉合及背風面的開啟而產生軸心兩邊之扭力差異而運轉，藉此能提高裝置整體之旋轉扭力與風力使用效率。但申請人發現，因靠近裝置外側的風力葉片離軸心的距離較遠，當旋轉使用時，裝置之外圍的轉動速率較快、離心力也較大，當任一葉片模組旋轉至迎風面時，該葉片模組之位於外圍的該等擺動葉片下方所設置的配重件，會因外側的離心力較大而使配重件不易及時垂下以使擺動葉片完全閉 合，從而造成當葉片模組再轉動至迎風面側時，擺動葉片的迎風擋風面積較小而導致旋轉扭力效率因此下降。因此，位於該風力發電裝置外側的擺動葉片，較佳地應以其他種葉片結構來取代。

因此，本新型之目的，即在提供一種可提升風力運轉效率的風力葉片裝置。

於是，本新型風力葉片裝置，可受驅動而朝一運轉方向轉動，並包含：一轉軸及數個葉片模組。該等葉片模組連接該轉軸且彼此角度間隔，每一葉片模組包括一連接該轉軸的格柵、數個可前後擺動地垂掛於該格柵上的擺動葉片，以及數個呈陣列式地安裝在該格柵上的葉杯。

該格柵包括數個上下左右排列之葉片空間，該等擺動葉片呈上下左右設置且分別對應該等葉片空間，每一擺動葉片具有一連接該格柵的連接端，以及一相反於該連接端的擺動端，每一擺動葉片可在一覆蓋該葉片空間並使該擺動端貼靠該格柵的關閉位置，以及一使該擺動端遠離該格柵的開啟位置間移動。在該轉軸之一徑向方向上，該等葉杯相對於該等擺動葉片遠離該轉軸，每一葉杯包括一向內凹陷且界定出一個杯空間的內表面，以及一相反於該內表面且朝向該運轉方向的外表面。

本新型之功效：藉由每一葉片模組同時設有該等擺動葉片與葉杯，而且該等葉杯相對於該等擺動葉片鄰近該格柵的外側，用於承受外圍較高的轉速與離心力。本 新型依據裝置不同部位所需的葉片結構特性，採用擺動葉片與葉杯此兩種葉片相配合，進而能提升風力運轉效率。

1‧‧‧轉軸

2‧‧‧葉片模組

21‧‧‧格柵

210‧‧‧葉片空間

211‧‧‧第一柵桿

212‧‧‧第二柵桿

213‧‧‧內側

214‧‧‧外側

22‧‧‧擺動葉片

221‧‧‧連接端

222‧‧‧擺動端

23‧‧‧配重件

24‧‧‧葉杯

240‧‧‧杯空間

241‧‧‧內表面

242‧‧‧外表面

243‧‧‧中央突部

25‧‧‧加強片

26‧‧‧加強桿

27‧‧‧擋風導流片

A‧‧‧軸向方向

T‧‧‧運轉方向

F1‧‧‧迎風風力

本新型之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本新型風力葉片裝置的一第一實施例在運轉時的立體圖，同時顯示該第一實施例的數個擺動葉片中，部分的擺動葉片位於一關閉位置，部分的擺動葉片位於一開啟位置；圖2是該第一較佳實施例在運轉時的側視剖視示意圖；圖3是圖2的局部放大圖；圖4是本新型風力葉片裝置的一第二實施例在運轉時的側視剖視示意圖；圖5是本新型風力葉片裝置的一第三實施例的一葉片模組的俯視示意圖；圖6是本新型風力葉片裝置的一第四實施例的一葉片模組的俯視示意圖；及圖7是本新型風力葉片裝置的一第五實施例的一葉片模組的俯視示意圖。

在本新型被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1、2、3，本新型風力葉片裝置之一第一實施例，可受到風力驅動而朝一運轉方向T轉動，並包含：一轉軸1，以及數個葉片模組2。

本實施例之轉軸1為一左右向軸向延伸之長形中空桿體，並可藉由圖未示的一架設裝置架高。由於該轉軸1為橫向延伸，使本實施例之風力葉片裝置為橫臥式裝置。

該等葉片模組2連接該轉軸1且彼此角度間隔。每一葉片模組2包括一連接該轉軸1的格柵21、數個可前後擺動地垂掛於該格柵21上的擺動葉片22、數個分別設置於該等擺動葉片22的一端的配重件23、數個呈陣列式地安裝在該格柵21上的葉杯24、數個分別與該等葉杯24結合的加強片25、數個連接該等葉杯24的加強桿26，以及一設置於該格柵21之一側的擋風導流片27。

本實施例的葉片模組2的數量為三個，該等葉片模組2的格柵21彼此間呈120度角度間隔。每一格柵21包括數個沿該轉軸1之一徑向方向間隔排列且皆沿該轉軸1之一軸向方向A延伸的第一柵桿211，以及數個沿該軸向方向A間隔排列且皆沿該徑向方向延伸的第二柵桿212。該等第二柵桿212與該等第一柵桿211共同界定數個上下左右排列之葉片空間210。

在本實施例中，該等第一柵桿211皆平行該轉軸1而呈左右向水平延伸。另外，以該格柵21整體來看，該格柵21包括一連接該轉軸1且沿該軸向方向A延伸的內 側213，以及一相反於該內側213且於該徑向方向上遠離該轉軸1的外側214。

本實施例的每一葉片模組2的該等擺動葉片22為3×7之陣列式排列。該等擺動葉片22是可前後擺動地垂掛於該格柵21上。該等擺動葉片22呈上下左右設置且分別對應該等葉片空間210，並且皆具有一連接該格柵21的連接端221，以及一相反於該連接端221且相對於該連接端221遠離該轉軸1的擺動端222。每一擺動葉片22的連接端221與該等第一柵桿211中的其中一個樞接，該擺動端222位於與該連接端221樞接的該第一柵桿211相鄰的另一第一柵桿211之一側。擺動葉片22可藉由二突設於該第一柵桿211的突耳(圖未示)與一樞軸(圖未示)來與該第一柵桿211樞接；當然，也可以使用其他元件與結構來樞接，在此不再說明。

本實施例之擺動葉片22可以為硬式薄片或軟式薄片，硬式薄片例如金屬、玻璃纖維、硬質塑膠或其他硬質之高分子材料等硬質材質製成。軟式薄片例如布類、帆布類、尼龍布類、橡膠、軟質塑膠或其他軟質高分子材料等軟質材質製成。實際上，該等擺動葉片22之材質不須限制，只要能被風吹動掀起即可。

每一葉片模組2的該等配重件23分別設置於該等擺動葉片22的擺動端222。該等配重件23可用於增加該等擺動葉片22的重量，以使擺動葉片22可垂掛設置，並具有足夠重量可擺動。

每一葉片模組2的該等葉杯24為陣列式且彼此間隔地排列。在該轉軸1之徑向方向上，該等葉杯24相對於該等擺動葉片22遠離該轉軸1。亦即，該等葉杯24鄰近該格柵21的外側214而設置，該等擺動葉片22相對於該等葉杯24鄰近該格柵21的內側213而設置。每一葉杯24穿設固定在其中一第一柵桿211與其中一第二柵桿212上。具體來說，在該格柵21的靠近該外側214處，任一第一柵桿211與任一第二柵桿212的相交處，即設有一個葉杯24。該等葉杯24固定於第一柵桿211及第二柵桿212的方式，例如可以利用緊配合穿套固定，並進一步地可藉由繩帶穿綁固定、黏膠黏固，或者也可以是其他固定方式。每一葉杯24包括一向內凹陷且界定出一個杯空間240的內表面241，以及一相反於該內表面241且朝向該運轉方向T的外表面242。每一葉杯24的外表面242具有一中央突部243，該中央突部243相當於該葉杯24最突出的部位。本實施例之部分葉杯24約呈半球殼形，部分葉杯24約呈四分之一球殼形，部分葉杯24約呈八分之一球殼形。

本新型之葉杯24可以為硬式材料製成的葉杯24，也可以為軟式材料製成的葉杯24。硬式材料例如金屬、玻璃纖維、硬質塑膠、天然硬質材料或其他硬質之高分子材料等硬質材質製成。軟式材料例如布類、帆布類、尼龍布類、橡膠、軟質塑膠或其他軟質高分子材料等軟性材質製成。在本實施例中，是以軟式葉杯24為例，當葉杯24受到風吹動與填充後，可呈現飽滿之未完整的球殼狀，當 葉杯24處於非迎風位置時，則呈現皺摺狀。但實際上，該等葉杯24之材質不須限制，只要能承受風力即可。

該等加強片25分別設置於該等葉杯24的內表面241且對應該中央突部243的位置。該等加強片25的材質例如布類、帆布類、尼龍布類、橡膠、金屬、玻璃纖維等等，其功能用於加強葉杯24之中央突部243部位的結構強度。

每一葉片模組2的該等加強桿26沿該徑向方向間隔排列，並且皆沿該軸向方向A延伸，該等加強桿26的位置分別與其中幾個第一柵桿211間隔相對。每一加強桿26同時連接該等葉杯24的其中幾個的中央突部243。具體而言，本實施例的每一葉片模組2的加強桿26數量為兩個，每一加強桿26連接其中數個位於同一第一柵桿211上的葉杯24的中央突部243。由於本實施例的葉杯24為軟式材料製成，當葉杯24未處於迎風位置時，尤其是位於逆風位置並受到逆向風吹動時(此處指風由葉杯24的外表面242方向吹送而來)，葉杯24有可能會被吹動而反向凹陷，亦即，此時該外表面242變成向內凹陷，該內表面241則變成朝外突出。而為了避免此問題，因此較佳地，可以如本實施例藉由該等加強桿26連接葉杯24的中央突部243，以將該等中央突部243拉撐住，避免葉杯24受到逆向風吹動時反向凹陷。

每一葉片模組2的擋風導流片27略呈弧形長板片狀，並連接在該格柵21之外側214，且沿該運轉方向T 反向延伸。

本新型使用時，每一擺動葉片22可在一關閉位置與一開啟位置間移動(圖1即顯示部分的擺動葉片22關閉，部分的擺動葉片22開啟)。在該關閉位置時，每一擺動葉片22的擺動端222貼靠該格柵21，且該擺動葉片22覆蓋與其對應的該葉片空間210。在該開啟位置時，每一擺動葉片22的擺動端222遠離該格柵21，而且此時該擺動葉片22不再覆蓋與其對應的該葉片空間210，從而使逆向風力流場可通過葉片空間210而吹送。

具體來說，以一通過該轉軸1之軸線來作分界，該轉軸1下方靠右側的該葉片模組2處於接受迎風面風壓之順向風壓側，在此同時，該轉軸1中心上方的葉片模組2及下方靠左側的葉片模組2則位於背風面之逆向風壓側。下方右側的該葉片模組2受到一迎風風力F1吹動時，由於該葉片模組2的該等擺動葉片22位於格柵21之迎風側，會被吹動而貼靠在該格柵21上，且位於該關閉位置並覆蓋葉片空間210，該等擺動葉片22進而與該格柵21搭配，於該迎風側共同構成一完整的迎風表面，可提升扭力旋轉效率，使本新型可受到風力推動而連同該轉軸1一起朝該運轉方向T轉動。

而此時該轉軸1上方及靠左側的此兩葉片模組2因為旋轉至背風面，受到逆向風力流場所產生的一逆風風力之阻力，此兩葉片模組2的該等擺動葉片22進而被此逆風風力吹動而呈現開啟之透風狀態，此時該等擺動葉片22 位於該開啟位置，每一葉片空間210至少有局部部位不被擺動葉片22覆蓋而可透風，使逆向風可經由葉片空間210流入迎風側，從而能減少逆風阻力與逆向扭力，因此該兩葉片模組2呈較小之扭力。如此一來，本新型該三個葉片模組2整體所受到的扭力，可受到迎風面之順向風壓與逆風面之逆向風壓，此兩種通過軸心之風力壓差配合產生一用於推動本新型朝該運轉方向T轉動之風力。

總結來說，本新型任一葉片模組2運轉至迎風面側時，其擺動葉片22受到迎風風力F1吹動而閉合，產生較大的順向扭力，而運轉至背風面側時，其擺動葉片22則可被逆向風力吹起掀開，以產生較小的逆向扭力。因此，順向風壓扣除逆向風壓後，使本新型整體之旋轉扭力較大而能提升風力之使用效率。

更進一步地，本新型於外圍處設有該等葉杯24，當其中一葉片模組2的該等葉杯24之凹陷的內表面241位於迎風面時，該葉片模組2受到該迎風風力F1吹動，使該葉片模組2的每一葉杯24呈現飽滿狀態，而流過該等外表面242之風的流動路徑大於流過該等內表面241的流動路徑。根據白努力定律，該等外表面242側的風壓較小，進而使該等葉杯24可被風力推動而朝該運轉方向T轉動，本新型整體因而以該轉軸1為旋轉中心軸而運轉。而且在運轉時，可能會產生一些逆向風力阻力，但由於本新型的該等葉杯24彼此之間為間隔設置，即，相鄰葉杯24之間存有空隙，因此逆向風可經相鄰葉杯24間的間隙流過，從 而能減少逆風阻力與逆向扭力。

而當任一葉片模組2轉動到非迎風面的位置時，其葉杯24則因為未直接受到迎風風力F1吹動，因而可能略微皺摺，直到葉片模組2又轉動到迎風位置時，其葉杯24即可再度被風吹動而呈現飽滿狀態。

值得一提的是，每一葉片模組2的擋風導流片27，能用於限制迎風面之風力流場的流動方向，可用於侷限風力流場以保留風力於該葉杯24的迎風側，使葉片模組2受到迎風風力F1推動而使運轉時能額外增加部分旋轉扭力。

補充說明的是，通常在該轉軸1之徑向方向上，離該轉軸1越遠處受到的扭力與風力越大。所以在設計上，每一葉片模組2的該等擺動葉片22中，越遠離該轉軸1的該擺動葉片22的尺寸可以設計得越小。每一葉片模組2的該等葉杯24中，越遠離該轉軸1的該葉杯24的尺寸可以設計得越小。此外，本新型也可以視需求額外增加導流板，以求隨時導引風向。

綜上所述，藉由每一葉片模組2同時設有該等擺動葉片22與葉杯24，而且該等葉杯24相對於該等擺動葉片22鄰近格柵21的外側214。由於越靠近裝置之徑向外圍的轉動速率較快、離心力也較大，故本新型的外圍處適合設置該等葉杯24來取代擺動葉片22，可承受較高轉速與較大離心力，從而避免【先前技術】所述之外圍處的擺動葉片較難以完全閉合的問題。透過該等擺動葉片22與葉杯 24之配合，進而提升風力運轉效率與扭力。本新型考慮實際使用時會面臨到的問題，並依據裝置不同部位所需的葉片結構特性，採用擺動葉片22與葉杯24此兩種不同的葉片結構，為一種創新、實用且效能佳之設計。

參閱圖4，本新型風力葉片裝置之一第二實施例，與該第一實施例之結構大致相同，不同之處在於：本實施例的葉杯24是由硬質材料製成，主要運用於水利、海洋工程上，因此葉杯24無論是否受到風力或水力驅動而轉動時，皆呈現飽滿之半球殼狀。由於硬式材料的結構強度強，因此本實施例可以省略設置該第一實施例中的加強片25(圖3)與加強桿26(圖3)。

本實施例的運作方式、運轉原理及達成功效，皆與該第一實施例相同，故不再說明。

參閱圖1，補充說明的是，本新型也可以為直立式裝置，此時該轉軸1為上下直立延伸，該等第一柵桿211亦為上下直立延伸，該等第二柵桿212則為左右向水平延伸，該等擺動葉片22的連接端221與擺動端222為上下設置，此時每一擺動葉片22的連接端221與該等第二柵桿212中的其中一個樞接，該擺動端222位於與該連接端221樞接的該第二柵桿212下方的該第二柵桿212之一側。

綜合以上說明可知，本新型可運用於橫臥式裝置或直立式裝置，而且無論是橫臥式或直立式，該等葉杯24都可以採用軟式材料或硬式材料製成。

參閱圖5，本新型風力葉片裝置之一第三實施例 ，與該第一實施例的結構大致相同，不同的地方在於：本實施例的每一葉片模組2，靠近該格柵21的內側213的兩排擺動葉片22的尺寸(面積)較大，第三排擺動葉片22的尺寸較小。本實施例於第一排的空間中設置一個擺動葉片22，相同空間大小於第三排則可設置二個擺動葉片22；更進一步地，若再縮小擺動葉片22尺寸時，於每一個相同於第一排的空間大小中，可以設置八個擺動葉片22。該格柵21的第四排與第五排則設置葉杯24，且第五排葉杯24尺寸較小。在第四排的每一空間中設置一個葉杯24，於第五排的相同大小的每一空間中則可設置四個葉杯24。更進一步地，若再縮小葉杯24尺寸時，於每一個相同於第四排的空間中，可以設置十六個葉杯24。由於越靠近本新型該裝置之徑向外圍的轉動速率越大，故本實施例將靠近外圍處的葉杯24或擺動葉片22設計得較小，以求疏風較快，進而達到良好的運轉效率。

補充說明的是，該格柵21的該等第一柵桿211與第二柵桿212即為該格柵21的骨架。沿該轉軸1的軸向方向A延伸的各個第一柵桿211的桿徑可以約略相同，而沿該轉軸1的徑向方向延伸的各個第二柵桿212，依據在該徑向方向上與該轉軸1的距離遠近，可區分為內側之骨幹骨架、中側的支幹骨架及外側的細幹骨架。其中，內側的骨幹骨架對應於第一排與第二排的擺動葉片22，其桿徑需要設計得最粗，必須可撐住由軸心至該等擺動葉片22的最外端。中側的支幹骨架對應於第三排的擺動葉片22與第四 排的葉杯24，其桿徑小於內側的骨幹骨架，只要能使第三排的擺動葉片22與第四排的葉杯24能支撐住即可。外側的細幹骨架對應於第五排的葉杯24，其由中側區域開始細部分散而延伸至格柵21的最外側，必須能支撐住第五排尺寸較小的該等葉杯24。且無論是內側之骨幹骨架、中側的支幹骨架及外側的細幹骨架的桿徑設計，都必須在本新型處於較高速旋轉時，不致於使骨架桿件呈現彎曲現象的最低限度即可。內側之骨幹骨架、中側的支幹骨架及外側的細幹骨架的數量比，可依據所需要設置的葉杯24或擺動葉片22的數量作相應的改變。

參閱圖6，本新型風力葉片裝置之一第四實施例，與該第三實施例的結構大致相同，不同的地方在於：本實施例之第五排的葉杯24的外形為橢圓形，且該等橢圓形的長軸方向垂直該轉軸1的軸向方向A。在第四排的每一空間中設置一個外形為圓形的葉杯24，於第五排的每一空間中則可設置二個橢圓形的葉杯24。

參閱圖7，本新型風力葉片裝置之一第五實施例，與該第四實施例的結構大致相同，不同的地方在於：本實施例之第五排的葉杯24之橢圓形的長軸方向平行該轉軸1的軸向方向A。

惟以上所述者，僅為本新型之實施例而已，當不能以此限定本新型實施之範圍，即大凡依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧轉軸

2‧‧‧葉片模組

21‧‧‧格柵

213‧‧‧內側

214‧‧‧外側

22‧‧‧擺動葉片

24‧‧‧葉杯

240‧‧‧杯空間

241‧‧‧內表面

242‧‧‧外表面

26‧‧‧加強桿

27‧‧‧擋風導流片

T‧‧‧運轉方向

F1‧‧‧迎風風力

Claims (9)

1. 一種風力葉片裝置，可受驅動而朝一運轉方向轉動，並包含：一轉軸；及數個葉片模組，連接該轉軸且彼此角度間隔，每一葉片模組包括一連接該轉軸的格柵、數個可前後擺動地垂掛於該格柵上的擺動葉片，以及數個呈陣列式地安裝在該格柵上的葉杯；其中，該格柵包括數個上下左右排列之葉片空間，該等擺動葉片呈上下左右設置且分別對應該等葉片空間，每一擺動葉片具有一連接該格柵的連接端，以及一相反於該連接端的擺動端，每一擺動葉片可在一覆蓋該葉片空間並使該擺動端貼靠該格柵的關閉位置，以及一使該擺動端遠離該格柵的開啟位置間移動；在該轉軸之一徑向方向上，該等葉杯相對於該等擺動葉片遠離該轉軸，每一葉杯包括一向內凹陷且界定出一個杯空間的內表面，以及一相反於該內表面且朝向該運轉方向的外表面。
2. 如請求項1所述的風力葉片裝置，其中，每一葉片模組還包括數個分別設置於該等擺動葉片的擺動端的配重件。
3. 如請求項1所述的風力葉片裝置，其中，每一葉片模組的格柵包括數個沿該轉軸的該徑向方向間隔排列且皆沿該轉軸之一軸向方向延伸的第一柵桿，以及數個沿該 軸向方向間隔排列且皆沿該徑向方向延伸的第二柵桿，該等第二柵桿與該等第一柵桿共同界定該等葉片空間。
4. 如請求項3所述的風力葉片裝置，其中，每一葉杯穿設固定在其中一第一柵桿與其中一第二柵桿上。
5. 如請求項4所述的風力葉片裝置，其中，每一葉杯的外表面具有一中央突部，每一葉片模組還包括至少一連接該等葉杯的中央突部的加強桿。
6. 如請求項5所述的風力葉片裝置，其中，每一葉片模組還包括數個分別設置於該等葉杯的內表面且對應該中央突部的位置的加強片。
7. 如請求項1所述的風力葉片裝置，其中，每一格柵包括一連接該轉軸的內側，以及一相反於該內側且遠離該轉軸的外側，每一葉片模組還包括一連接在該格柵的該外側且沿該運轉方向反向延伸的擋風導流片。
8. 如請求項1所述的風力葉片裝置，其中，每一葉片模組的該等擺動葉片中，越遠離該轉軸的該擺動葉片的尺寸越小。
9. 如請求項8所述的風力葉片裝置，其中，每一葉片模組的該等葉杯中，越遠離該轉軸的該葉杯的尺寸越小。