CN101201042A - 风力发电机的风扇结构 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种风力发电机的风扇结构，其特征在于：所述的风扇是由数片闸门式风扇片构成，且各风扇片是以塔架为旋轴中心而等距架设在塔架的环周围上并辐射状向外延伸；又各风扇片包含一外框架与数片叶片以百叶窗型态横排/直排架设在外框架内部，且再凭借驱动器以定时操控数片叶片同步转动角度以形成平行开通状态或关闭状态；则使用时，可利用风向自动检测功能以使各风扇片的驱动器产生自动控制效果，以定时驱使各风扇片在顺风时切换成关闭状态以凭借风力推动运转，在逆风时又切换成开通状态以避免风力产生逆转推动，以取代现有轴流式风扇结构，并提升风扇的运转效率。

Description

风力发电机的风扇结构
技术领域
本发明涉及一种风力发电机，特别是指其风扇结构。
背景技术
风力发电机的技术已发展相当成熟，其整体装置有如一巨大风车，包括：一管状塔架(塔柱)，其高约约40米至60米，管内部设有楼梯供攀爬；一发电装置如一机舱，其重可达75吨，架设在塔架顶端，其内部包含发电相关设备与相配合的输电设备；一风扇，一般为三片风车型叶片，枢设在机舱的前端，可随风向枢转以迎风而被风力推动旋转；与相关的地面装置如输电装置等以配合机舱的发电装置，其中并包含一专门记录机舱内部状况的计算机控制器，犹如飞机的黑盒子，用以控管风力发电机的运转状态；而风扇的叶片长约20米或更大，叶片中心距离地面约40米至60米，主要是利用风力来推动风扇叶片运转，再借机舱内部增速机与相关的发电装置***的配合而产生发电效果；一般而言，叶片距离地面愈远，风速愈大，发电能力愈好，然由于大气中的风速并不稳定，故风力发电机的设置地点须加以统计评估，一般是架设在平均风速为4.5m/sec(米/秒)以上的地区为较佳。但是，就现有风车型风力发电机而论，相关的发电装置与***的技术都已发展相当成熟，然而其风扇却是延续传统型的轴流式(或风车型)风扇的叶片结构，也就是风速方向与风扇转轴呈平行状态，或风扇转动方向与风速方向呈垂直状态，如此设计容易产生下列缺点：
(1)现有风车型风力发电机的三片大风扇叶片是枢设在机舱一前端位置处，而所述的机舱是横置架设在塔架顶端，因此所述的风扇的重负荷对风扇转轴、机舱、塔架而言，已造成重力不平衡状态(重心偏移一边)，不利于整台风力发电机结构的平衡设计，更增加其静态平衡与动态平衡的设计困扰或麻烦。
(2)现有风车型风力发电机的风扇叶片长约20米或更大，叶片中心距离地面约40米至60米，主要是利用所述的高度处的风速或风力来推动风扇叶片运转，然由于大气中的风速并不稳定，故设置地点与风扇叶片高度须加以统计评估，换言之，当一风力发电机在某地设置后，塔架高度及其风扇叶片或风扇转轴的设置高度即已确定(随统计结果而决定)，使风扇只能利用所述的高度范围内的风速来推动运转，无法利用到非所述的高度范围内的风速，也就是可利用来推动风扇运转的风速的高度范围相对受到限制，因此已相对降低风扇的运转效率，也增加统计评估等前置作业的麻烦与困难度；故申请人乃针对现有风力发电机的风扇的结构缺点而加以创新设计。
发明内容
本发明主要目的在于：提供一种风力发电机的风扇结构，其是利用数片闸门式风扇片构成所述的风扇，而各风扇片是以塔架为旋轴中心而等距架设在塔架的环周围上并辐射状向外延伸，又各风扇片是由数片叶片以百叶窗型态横排/直排构成，且可分别凭借驱动器(actuator)定时操控数片叶片同步转动角度以形成开通状态或关闭状态，以驱使各风扇片在顺风时切换成关闭状态以凭借风力推动运转，在逆风时又切换成开通状态以避免风力产生逆转推动，以取代现有轴流式风扇结构，并提升风扇的运转效率。
本发明再一目的在于：提供一种风力发电机的风扇结构，其中所述的各风扇片是以塔架为旋轴中心而等距辐射状架设，使风扇重力可以塔架为旋轴中心而平衡分配，以克服现有风力发电机因风扇重心偏置一边而造成整体重力不平衡的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种风力发电机的风扇结构，所述的风力发电机主要包含一塔架、一发电装置与一风扇，其中所述的塔架是矗立在地面上，所述的发电装置是包含用以产生发电效果的发电相关设备与相配合的输电设备；其特征在于：所述的风扇是由数片风扇片构成，且各风扇片是以塔架为旋轴中心而等距架设在塔架的上端的环周围上并辐射状向外延伸；又各风扇片主要包含：一外框架；数片叶片，其是以百叶窗型态架设在外框架的内部；以及一驱动器，其用以操控数片叶片同步转动角度以进行开通状态或关闭状态的切换动作；在顺风动程中的风扇片的叶片是切换成关闭状态，而在逆风动程中的风扇片的叶片是切换成开通状态。
较佳的，上述技术方案还可以附加以下技术特征：
所述的各风扇片的数片叶片是以百叶窗型态且横向排列方式架设在外框架的内部。
所述的各风扇片的数片叶片是以百叶窗型态且直向排列方式架设在外框架的内部。
所述的驱动器是利用一步进马达构成。
所述的驱动器是利用计算机控制其进行关闭/开通叶片的切换动作的启闭时间。
所述的驱动器是在风扇片从顺/逆风动程进入逆/顺风动程时进行叶片的关闭/开通的切换动作。
所述的风扇片从呈开通状态的逆风动程进入呈关闭状态的顺风动程时，其叶片是从进人顺风动程时就开始同步转动叶片角度以进行关闭动作，并延迟一段时间后才完成整个关闭动作。
所述的风扇片从呈关闭状态的顺风动程进入呈开通状态的逆风动程时，其叶片是在进入逆风动程之前开始同步转动叶片角度以进行开通动作，并在进入逆风动程时就完成整个开通动作。
与现有技术相比较，本发明具有的有益效果是：
由于本发明风力发电机的风扇是利用数片风扇片等距架设在塔架的上端的环周围上，整体结构呈平衡状态，故可有效避免现有风力发电机因风扇偏置一边致造成重力严重不平衡与设计困难度提高的问题；
又本发明的风扇片的设置高度不限制，可视需要而在高度方向作上/下方向延伸，且整个风扇片形成一完整受风面，可有效提升风扇的运转效率。
附图说明
图1是本发明风力发电机一实施例的立体示意图；
图2是图1中风扇的局部放大示意图；
图3是图1中风扇在旋转作动时叶片启/闭状态的俯视示意图；
图4是本发明风力发电机另一实施例的立体示意图；
图5是图4中风扇的局部放大示意图；
图6是图4中风扇在旋转作动时叶片启/闭状态的俯视示意图。
附图标记说明：A-风向；B-旋转方向；C-顺风动程；D-逆风动程；E-定点位置；F-定点位置；1、2-风力发电机；10-塔架；11-上端；20-发电装置；21-风向检测装置；30-风扇；31-风扇片；32-外框架；33-叶片；34-驱动器。
具体实施方式
为使本发明更加明确详实，兹列举较佳实施例并配合下列图示，将本发明的结构及其技术特征详述如下：
请参考图1、图2、图3所示，其分别是是本发明风力发电机一实施例的立体图、风扇的局部放大图、与风扇在旋转作动时叶片的启/闭状态示意图，本发明风力发电机1主要包含一塔架10、一发电装置20与一风扇30，其中，所述的塔架10是矗立在地面上；所述的发电装置20是包含用以产生发电效果的发电相关设备与相配合的输电设备，可将风力推动风扇运转而产生的动能转换成电能并输送出去，其中在发电相关设备中并可包含一专门记录发电设备内部状况的计算机控制器，用以控管风力发电机的运转状态；又所述的发电装置20可分开设置在塔架10的上端内部或底部，供平时易于维修或检修；使用时，可凭借风力驱动所述的风扇30旋转，再凭借发电装置20的发电***以产生发电效果，达成风力发电机1风力发电的使用功效；而由于所述的发电装置20所包含用以产生发电效果的发电相关设备与相配合的输电设备等乃是利用现有技术可达成，故在此不再详述其详细结构。
本发明风力发电机1的主要特征在于：所述的风扇30是由数片闸门式风扇片31构成，如图所示的四片风扇片31，且各风扇片31是以塔架10为旋轴中心而等距架设在塔架10的上端11的环周围上并辐射状向外延伸；又各风扇片31主要包含一外框架32与数片叶片33以百叶窗型态且横排(横向)方式架设在外框架32的内部；又在各风扇片31的外框架32上适当处设置一驱动器(actuator)34，以定时操控数片叶片33同步转动角度以形成平行开通状态或关闭状态。
又在塔架10的顶面上可设置一风向检测装置21，所述的风向检测装置21具有风向的自动检测功能，并可将风向检测数据传达至驱动器(actuator)34，以控制驱动器34的作动启/闭时间与叶片的旋转角度。而由于上述所述的驱动器(actuator)34的机械结构、风向检测装置21的设计与二者间的数据传达与自动控制方式等，均是利用现有技术可达成，如：本发明中可利用一步进马达作为驱动器34，再在步进马达与数片叶片33的转轴之间配合设置一连杆式连动装置，使步进马达启动时可同时驱动风扇片31中数片叶片33同步转动角度；又步进马达可配合计算机使用并与风向检测装置21联机，以使一风扇片31中的数片叶片33可定时启/闭作动并同时达成开通状态或关闭状态的自动控制效果，故在此不再详述其结构或设计。
请参考图3所示的使用状态，当风速(风力)以箭头A所示风向A吹向风扇30时，数片(如图示的四片)风扇片31是以箭头B所示旋转方向B转动，此时，利用风向检测装置21的风向检测功能B驱使各风扇片31的驱动器34产生自动控制作用，使在箭头C所示的顺风动程C中，各风扇片31的叶片33能切换成垂直关闭状态，如图2、图3所示在顺风动程C对应位置中的叶片33是呈垂直关闭状态，使风扇片31可全面承受风力而推动运转；而在箭头D所示的逆风动程D中，各风扇片31的叶片33又切换成平行开通状态，如图2、图3所示所述的逆风动程D相对位置的叶片33呈平行开通状态，使风速可穿过风扇片31而避免风力产生逆转推动，以形成一循环作动方式，而达成风力发电的使用功效。
再请参考图4、图5、图6所示，其分别是本发明另一实施例风力发电机2的立体图、风扇的局部放大图、与风扇在旋转作动时叶片的启/闭状态示意图，本实施例风力发电机2的技术手段与功效与前述实施例风力发电机1相同，二者之间不同点只在于本实施例风力发电机2的数片叶片33是以百叶窗型态且直排(直向)方式架设在外框架32的内部，而前实施例风力发电机1的数片叶片33是以百叶窗型态且横排(横向排列)方式架设在外框架32的内部。
再请参考图1、图4所示，本发明风扇30的风扇片31的数目并不限制，但以三片或以上的复数片风扇片31为佳，包括如图示的四片，或五片、六片(图未示)等，但须同时考虑风扇30的总重量；又风扇片31的设置高度不限制，可视需要而在高度方向作上/下方向延伸，如图1、图4中风扇片31可向下延伸(如图中假想线所示)。
由于本发明风力发电机的风扇30是利用数片风扇片31等距架设在塔架10的上端11的环周围上，整体结构呈平衡状态，故可有效避免现有风力发电机因风扇偏置一边致造成重力严重不平衡与设计困难度提高的问题；又本发明的风扇片31的设置高度不限制，可视需要而在高度方向作上/下方向延伸，且整个风扇片31形成一完整受风面，可有效提升风扇的运转效率。
再请参考图3、图6所示，又当驱动器34定时驱使各风扇片31的叶片33同时转动角度以进行关闭/开通的切换动作时，所述的切换动作的启/闭时间点并不完全限定在顺风动程C与逆风动程D的交界处立刻完成整个切换动作，也就是可增加一段动程时间供进行关闭/开通的切换动作，使关闭/开通的切换动作容许在一段动程时间内逐渐完成；如图3、图6所示，当风扇片31从呈开通的逆风动程D进入呈关闭的顺风动程C时，可容许其叶片33从进人顺风动程C时开始转动叶片角度以进行关闭动作，且最晚在定点位置E处才完成(或终止)整个关闭动作；又当风扇片31从呈关闭的顺风动程C进入呈开通的逆风动程D时，可容许其叶片33在进入逆风动程D之前的定点位置F处即开始转动叶片角度以进行开通动作，且可在进入逆风动程D时即已完成(或终止)整个开通动作。而上述定点位置E与定点位置F的选择与设定，可由计算机配合所选用的驱动器34的结构型态而决定，而且增加一段预备动程时间供进行关闭/开通的切换动作，也有利于针对驱动器34(如步进马达)与数片叶片33之间设计一较佳的连动装置，使驱动器34可确实地驱动数片叶片33同步转动角度以进行确实的关闭/开通切换动作。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的权利要求可限定的范围之内。

Claims (8)

1.一种风力发电机的风扇结构，所述的风力发电机包含一塔架、一发电装置与一风扇，其中所述的塔架是矗立在地面上，所述的发电装置是包含用以产生发电效果的发电相关设备与相配合的输电设备；其特征在于：
所述的风扇是由数片风扇片构成，且各风扇片是以塔架为旋轴中心而等距架设在塔架的上端的环周围上并辐射状向外延伸；
又各风扇片主要包含：
一外框架；
数片叶片，其是以百叶窗型态架设在外框架的内部；以及
一驱动器，其用以操控数片叶片同步转动角度以进行开通状态或关闭状态的切换动作；
在顺风动程中的风扇片的叶片是切换成关闭状态，而在逆风动程中的风扇片的叶片是切换成开通状态。
2.根据权利要求1所述风力发电机的风扇结构，其特征在于：所述的各风扇片的数片叶片是以百叶窗型态且横向排列方式架设在外框架的内部。
3.根据权利要求1所述风力发电机的风扇结构，其特征在于：所述的各风扇片的数片叶片是以百叶窗型态且直向排列方式架设在外框架的内部。
4.根据权利要求1所述风力发电机的风扇结构，其特征在于：所述的驱动器是利用一步进马达构成。
5.根据权利要求1所述风力发电机的风扇结构，其特征在于：所述的驱动器是利用计算机控制其进行关闭/开通叶片的切换动作的启闭时间。
6.根据权利要求1所述风力发电机的风扇结构，其特征在于：所述的驱动器是在风扇片从顺/逆风动程进入逆/顺风动程时进行叶片的关闭/开通的切换动作。
7.根据权利要求1所述风力发电机的风扇结构，其特征在于：所述的风扇片从呈开通状态的逆风动程进入呈关闭状态的顺风动程时，其叶片是从进人顺风动程时就开始同步转动叶片角度以进行关闭动作，并延迟一段时间后才完成整个关闭动作。
8.根据权利要求1所述风力发电机的风扇结构，其特征在于：所述的风扇片从呈关闭状态的顺风动程进入呈开通状态的逆风动程时，其叶片是在进入逆风动程之前开始同步转动叶片角度以进行开通动作，并在进入逆风动程时就完成整个开通动作。
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