專利名稱：垂直式多層級風(fēng)輪的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)，更詳而言之，系一種具有垂直式多層級風(fēng)輪之風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電之原理簡單地說是透過風(fēng)能轉(zhuǎn)動葉片，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，并利用發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，再利用蓄電池將能量儲存。所以風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要包括風(fēng)輪以及發(fā)電機(jī)兩大部分。風(fēng)輪依照其主軸與水平面的相對位置可分為水平式與垂直式。許多的實(shí)驗(yàn)以及研究顯示，在風(fēng)輪受風(fēng)面積相等的條件下，水平式風(fēng)輪的風(fēng)能利用率約為23%19%左右，而垂直式的可以達(dá)到40%以上。在起動風(fēng)速方面，水平式風(fēng)輪的起動性能好已經(jīng)是目前的共識，而垂直軸的起動性能相對而言是較差的，但是若改良設(shè)計(jì)，只要翼型和安裝角選擇合適，則可以改善這個問題。在結(jié)構(gòu)特點(diǎn)方面，水平式風(fēng)輪的葉片在旋轉(zhuǎn)一周的過程中，受慣性力和重力的綜合作用，慣性力的方向是隨時(shí)變化的，而重力的方向則始終不變，這樣葉片所受的就是一個交變載荷，這對葉片的疲勞強(qiáng)度是非常不利的。水平式風(fēng)輪的發(fā)電機(jī)應(yīng)用于風(fēng)力強(qiáng)，風(fēng)速快的場域，因此都置于幾十米的高空，這使發(fā)電機(jī)的安裝及維修非常不便。垂直軸風(fēng)輪的葉片在旋轉(zhuǎn)的過程中受力情況要比水平軸好得多，由于慣性力與重力的方向始終不變，所受的是一恒定載荷，因此疲勞壽命要比水平式長，同時(shí)， 垂直軸的發(fā)電機(jī)可以放在風(fēng)輪的下部或是地面，便于安裝維護(hù)。雖然風(fēng)力發(fā)電機(jī)號稱是清潔能源，能起很好的環(huán)保作用，但是隨著越來越多大型風(fēng)電場的建立，一些由風(fēng)力發(fā)電機(jī)引發(fā)的環(huán)保問題也凸顯出來，一是噪音問題，二是對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的影響。水平軸葉片的尖速比一般在5 7左右，在這樣的高速下葉片切割氣流將產(chǎn)生很大的氣動噪音，鳥類在這樣的高速葉片下也很難幸免。垂直式的尖速比則比水平軸小得多，約在1.5 2之間，這樣的低轉(zhuǎn)速基本上不產(chǎn)生氣動噪音，幾乎達(dá)到了靜音的效果。 而低尖速比對于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的整體性能也是非常有利的。從空氣動力學(xué)分析，物體速度愈快，外形對流場的影響愈大。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在戶外運(yùn)行時(shí)，葉片上不可避免的受到污染，這種污染實(shí)際上改變了葉片的外形。對于水平式風(fēng)輪而言，這樣微小的外形變化也會大大降低風(fēng)能利用率。而垂直式因轉(zhuǎn)速低，對于外形的改變則沒有那么敏感，風(fēng)輪的氣動性沒有影響。基于以上的分析，垂直式風(fēng)輪的優(yōu)點(diǎn)多于水平式，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域亦較為廣闊?；谝延屑夹g(shù)中對于水平式和垂直式風(fēng)輪的比較論述，在垂直式風(fēng)輪的利基條件較多的情況下，申請人著手研發(fā)垂直式風(fēng)輪的改良，特別是風(fēng)能利用率以及起動性能這兩個部分。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型之目的是提供一種垂直式多層級風(fēng)輪之風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其具有以多層級風(fēng)輪增加受風(fēng)面積并增加風(fēng)能利用率之效能。本實(shí)用新型之目的是提供一種垂直式多層級風(fēng)輪之風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其具有以多層級風(fēng)輪增加起動性能之功效，而能在低風(fēng)力環(huán)境中運(yùn)轉(zhuǎn)。本實(shí)用新型之目的是提供一種垂直式多層級風(fēng)輪之風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其雖以多層級風(fēng)輪增加受風(fēng)面積，但氣流切割作用并沒有隨著受風(fēng)面積增大而增加，而是均等的分布在每一層級的葉片上，基于此，切割氣流而產(chǎn)生的噪音不會因此而增加。本實(shí)用新型之目的是提供一種垂直式多層級風(fēng)輪之風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其以多層級風(fēng)輪構(gòu)成高質(zhì)量中心，具有穩(wěn)定重心的作用，使風(fēng)輪能穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的它主要是在一驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機(jī)之發(fā)電馬達(dá)轉(zhuǎn)子的垂直轉(zhuǎn)軸上，設(shè)至少兩個層級的風(fēng)輪。

圖1為本實(shí)用新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)多層級葉片第一實(shí)施例之立體外觀圖；圖2為本實(shí)用新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)多層級葉片第一實(shí)施例之正視圖；圖3為本實(shí)用新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)多層級葉片第二實(shí)施例之立體外觀圖；圖4為本實(shí)用新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)多層級葉片第二實(shí)施例之正視圖。附圖中主要組件標(biāo)號說明10-轉(zhuǎn)軸；20-風(fēng)輪；21-葉片；22-迎風(fēng)面；23-背風(fēng)面；24-輔助運(yùn)轉(zhuǎn)裝置；241-支桿；242-重量塊；25-緩沖對象；31-葉片；32-葉板；33-葉板；34-活動樞連構(gòu)造；35-迎風(fēng)面；36-背風(fēng)面；D-受風(fēng)距離。
具體實(shí)施方式
為便于說明本實(shí)用新型在上文中所表示的中心思想，茲以具體實(shí)施例來進(jìn)行詳述。實(shí)施例中各種不同對象系按適于說明之比例、尺寸、變形量或位移量而描繪，而非按實(shí)際組件的比例予以繪制，特在此預(yù)作聲明。且以下的說明中，類似的組件是以相同的編號來表不。如圖1至圖4，本實(shí)用新型垂直式多層級風(fēng)輪之風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其系在驅(qū)動發(fā)電馬達(dá)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸10上，設(shè)置至少兩層的風(fēng)輪20。每一層風(fēng)輪20包括復(fù)數(shù)片(3 5片)的葉片 21，每一葉片21具有一切風(fēng)角度θ。在本實(shí)用新型中，風(fēng)輪20系為四個層級，每個層級的風(fēng)輪之間具有一個使葉片彼此不互相干擾的受風(fēng)距離D。如圖1和圖2，所述的葉片21系為單片板葉型，具有平板式的迎風(fēng)面22和背風(fēng)面 23。在每一葉片21的底部，設(shè)有一輔助運(yùn)轉(zhuǎn)裝置Μ。該轉(zhuǎn)助運(yùn)轉(zhuǎn)裝置M系以增加離心力為手段，以增加該葉片21的旋轉(zhuǎn)慣性，從而使葉片21的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動更為順暢，且在風(fēng)力達(dá)到一定速率時(shí)，就可使該葉片21穩(wěn)定而持續(xù)的運(yùn)轉(zhuǎn)。在本實(shí)用新型實(shí)施例中，該輔助運(yùn)轉(zhuǎn)裝置M包括一與該葉片21的延伸長度相當(dāng)?shù)闹UMl以及可滑動的設(shè)于該支桿241上的重量塊Μ2。該支桿Ml的一端固定于該轉(zhuǎn)軸10，另一端固定于該葉片21。該支桿Ml的兩端另各設(shè)有一緩沖對象25。當(dāng)葉片21受風(fēng)開始旋轉(zhuǎn)時(shí)，該重量塊241即因離心作用而從該葉片21的內(nèi)側(cè)漸向葉片21的外側(cè)滑移，增加該葉片21的運(yùn)轉(zhuǎn)離心力。如圖3和圖4，所述的葉片31為張合活動型，是由兩片葉板32，33于側(cè)緣以活動樞連構(gòu)造34相連接；每一個葉板32，33亦具有迎風(fēng)面35和背風(fēng)面36。在迎風(fēng)面35受風(fēng)時(shí)，兩片葉板32，33張開至一最大張開角度；在背風(fēng)面36受風(fēng)時(shí)，兩片葉板32，33相對閉合至一最小閉合角度。所述的最大張開角度系大于90度小于180度，最佳值為15(Γ160度。所述的最小閉合角度系大于20度小于90度，最佳值為45度。在此一實(shí)施例中，同一層級的葉片31因受風(fēng)與背風(fēng)之作用，而產(chǎn)生連續(xù)性的開合作用。本實(shí)用新型圖例中描述了多層級風(fēng)輪具有相同的葉片形狀，但本實(shí)用新型并不排除復(fù)數(shù)層級的風(fēng)輪采用不同葉片形狀的可能性。已知，擷取風(fēng)能之多寡與風(fēng)輪受風(fēng)面積成正比，具多層級風(fēng)輪之風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其受風(fēng)面積較單層級葉片大，可擷取之風(fēng)能多，風(fēng)能利用率增加。本實(shí)用新型多層級風(fēng)輪之間保持不干涉彼此運(yùn)轉(zhuǎn)之受風(fēng)距離D，這個受風(fēng)距離保持良好的氣體流動性，使風(fēng)力大部分作用在葉片的受風(fēng)面上，從空間中穿過而損失未利用的風(fēng)能減少，所以更再增加了風(fēng)能利用性，增加風(fēng)輪的起動性能，可在低風(fēng)速的風(fēng)力環(huán)境中啟動，并有低速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)之功效。此外， 本實(shí)用新型雖以多層級風(fēng)輪增加受風(fēng)面積，但氣流切割作用并沒有隨著受風(fēng)面積增大而增加，而是均等的分布在每一層級的葉片上，基于此，切割氣流而產(chǎn)生的噪音不會因此而增加。本實(shí)用新型風(fēng)輪系采用板片型的葉片，多層級的風(fēng)輪構(gòu)成整個風(fēng)車的質(zhì)量中心，使其具有穩(wěn)定的重心，風(fēng)輪受風(fēng)時(shí)可穩(wěn)定的轉(zhuǎn)動，而減少搖晃的情形。雖然本實(shí)用新型是以兩個最佳實(shí)施例做說明，但精于此技藝者能在不脫離本實(shí)用新型精神與范疇下做各種不同形式的改變。以上所舉實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型而已， 非用以限制本實(shí)用新型之保護(hù)范圍。舉凡不違背本實(shí)用新型精神所從事的種種修改或變化，俱屬本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種垂直式多層級風(fēng)輪之風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)在一驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機(jī)之發(fā)電馬達(dá)轉(zhuǎn)子的垂直轉(zhuǎn)軸上，設(shè)至少兩個層級的風(fēng)輪。
2.如權(quán)利要求1所述垂直式多層級風(fēng)輪之風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述風(fēng)輪為四個層級。
3.如權(quán)利要求1或2所述垂直式多層級風(fēng)輪之風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述復(fù)數(shù)層級的風(fēng)輪之葉片形狀相同。
4.如權(quán)利要求1或2所述垂直式多層級風(fēng)輪之風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中，各別層級的風(fēng)輪具有各別的葉片形狀。
5.如權(quán)利要求1所述垂直式多層級風(fēng)輪之風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中，各層級之風(fēng)輪之間具有一個使各別風(fēng)輪之葉片不互相干擾的受風(fēng)距離。
6.如權(quán)利要求5所述垂直式多層級風(fēng)輪之風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述風(fēng)輪之葉片系為板片型。
7.如權(quán)利要求6所述垂直式多層級風(fēng)輪之風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述風(fēng)輪具有單板片型之葉片。
8.如權(quán)利要求7所述垂直式多層級風(fēng)輪之風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述風(fēng)輪具有可張合活動的葉片。
專利摘要一種垂直式多層級風(fēng)輪之風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其技術(shù)方案是，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)在一驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機(jī)之發(fā)電馬達(dá)轉(zhuǎn)子的垂直轉(zhuǎn)軸上，設(shè)復(fù)數(shù)層級的風(fēng)輪。本實(shí)用新型以多層級風(fēng)輪增加受風(fēng)面積，從而增加風(fēng)能利用率，增進(jìn)風(fēng)輪起動性能，使其能在低風(fēng)力環(huán)境中運(yùn)轉(zhuǎn)。
文檔編號F03D3/02GK202132178SQ20112021303
公開日2012年2月1日 申請日期2011年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月4日
發(fā)明者田壁斌 申請人:田壁斌