CN104564516B - 悬浮式风力涡轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种悬浮式风力涡轮，其包括一圆筒状的转体，其环壁设有多个通气孔，通气孔从外环面连通到内环面；一转轴，其设置于转体的中央，作为转体的旋转轴心；多个涡流叶片，其结合在转体的外环面，分别对应于各通气孔，使涡流叶片受风压推动而带动转体旋转；多个导流叶片，其分别嵌入通气孔中，受到涡流叶片内的风压而可以闭合通气孔；及至少一轴流风扇，其结合在转体的上端，与转体一起旋转以产生向下的气流，推动悬浮式风力涡轮上升。借此，本发明悬浮式风力涡轮能够应用在风力发电塔被风推动而旋转，并在旋转浮升以降低摩擦力。

Description

悬浮式风力涡轮

技术领域

本发明涉及一种悬浮式风力涡轮，尤指能够应用在风力发电塔的悬浮式风力涡轮设计。

背景技术

风能为地球自然生成的能量，所以风力发电厂没有燃料成本，也不会产生废弃物及其处理成本，而且其建置及维护成本低于太阳能发电，因此风力发电在许多国家及地区大兴其道。现今的风力发电装置主要是由塔架、风扇及发电机三大部分构成，除此之外，有些风力发电装置还具备自动迎风转向、叶片旋角控制及监控保护等功能；如此通过风力推动风扇（风能转为机械能），再由轴流风扇带动发电机运转（机械能转为电能），使发电机产生电能。

以风力发电装置的风扇运转方式而言，较早期的为大型的水平轴的轴流式风扇，相对而言比较适合应用在空旷的场地，例如中国台湾专利公告第I405900号风力发电机，及第I394889 号风力发电装置。而若要应用在大楼上方，则比较合适采用垂直轴的径流式风扇，例如中国台湾专利公告第M460934号具缓冲装置的风力发电机、第M458460号风力发电机的叶片结构、第M458461号浮动导流式垂直轴风力发电机、第M455770号风力发电机的结构改良、第M455070号风力发电机垂直轴复合式叶片伸缩结构等。

然而习知风力发电装置的垂直轴径流式风扇，其转轴上下两端必须设计径向轴承及轴向轴承，利用轴向轴承承受风扇的重量，减少轴向的摩擦力，使风扇能够被风推动。但是，实际上设置轴向轴承并不能减轻风扇向下的重量，因此运转时还是会受到摩擦力的影响（重量越重摩擦力越大），如此将减损风扇转动的效率，并造成发电效率降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种悬浮式风力涡轮，通过悬浮式风力涡轮的结构设计，使其被风力推动而旋转时，能够产生向上的浮力，借此减少重量所造成的摩擦作用，进而达到提升旋转及发电效率的目的。

为了达到上述目的，本发明提供一种悬浮式风力涡轮，其中包括：

一筒状的转体，其环壁开设有多个环列在周围的通气孔，该通气孔从该转体的外环面连通到内环面；

一转轴，其垂直地设置于该转体的中央，作为该转体的旋转轴心；

多个涡流叶片，其环列的结合在该转体的外环面，并分别对应于各该通气孔，使该涡流叶片受风压推动而带动该转体一起旋转；

多个导流叶片，其分别活动地嵌入该转体的通气孔中，受到该涡流叶片内的风压而可以闭合该通气孔；及

至少一轴流风扇，其结合在该转体的上端，与该转体一起旋转以产生向下的气流，推动悬浮式风力涡轮上升。

该涡流叶片为四分之一圆形的中空壳体，其一端结合于该转体的外环面，其另一端为受风口。

该导流叶片为对应该通气孔形状的片体，该导流叶片的两侧分别形成一挡片，该挡片分别卡合于该通气孔两边的内侧面，使该导流叶片不能脱离该通气孔。

该轴流风扇具有一桨毂及结合在桨毂周围的叶片，该叶片的外端部连接在该转体的内环面。

各该叶片的末端枢接一尾叶，该尾叶能转动地抵靠在另一个叶片表面。

该转轴的轴身穿设于该轴流风扇的桨毂。

更包括一导风罩，其具有一覆盖于该悬浮式风力涡轮上方的上罩，一设置于该悬浮式风力涡轮下方的底座，一或一个以上绕过该悬浮式风力涡轮侧面并连接在该上罩与该底座的连接部，及一枢接于该连接部的导风板；及该转轴的上端活动地结合于该上罩，该转轴的下端活动地结合于该底座。

该上罩的中央设有一第一轴承，该转轴的上端活动地穿置于该第一轴承。

该导风罩更包括一风量控置构造，其具有一轴套及一或一个以上的连杆，该轴套结合于该转轴的轴身，该连杆一端枢接于该轴套，另一端枢接于该导风板。

该轴套内设有一第三轴承，该转轴的下端活动地穿置于该第三轴承。

采用上述方案后，本发明悬浮式风力涡轮能够安装应用在风力发电装置的发电塔顶端，通过自然的风力推动涡流叶片，使整个悬浮式风力涡轮转动，同时带动轴流风扇产生向下的风压，因此能使悬浮式风力涡轮浮升，降低其重量所发生的摩擦力，超过浮升所需要的风压还可以释放出来辅助推动涡轮转动，使得悬浮式风力涡轮更有效率地转动及发电。

附图说明

图1为本发明悬浮式风力涡轮的应用状态示意图；

图2为本发明悬浮式风力涡轮的分解立体示意图；

图3为本发明悬浮式风力涡轮的组合立体示意图；

图4为本发明悬浮式风力涡轮的剖面示意图；

图5为本发明涡流叶片及导流叶片的分解立体示意图；

图6为本发明悬浮式风力涡轮的转动动作俯视示意图；

图7为本发明悬浮式风力涡轮的转动动作断面示意图；

图8为本发明轴流风扇尾叶的动作局部示意图；

图9为本发明导风罩及风力涡轮的动作剖面示意图；

图10为本发明导风罩及风力涡轮的动作立体示意图；

图11为本发明导风罩及风力涡轮的动作剖面示意图；

图12为本发明导风罩及风力涡轮的动作立体示意图。

具体实施方式

参阅图1所示，本发明悬浮式风力涡轮10，应用在风力发电塔20的垂直轴风力涡轮，能够被风力推动而旋转，进而将风能转换成机械能，以进一步作用于发电机30，将机械能转变为电能。

如图2、图3及图4所示，本发明悬浮式风力涡轮10较佳的实施例包含：一圆筒状的转体1，可以采用钢板卷成圆筒状并实施焊接而成，在其环壁开设有多个环列在周围的通气孔11，使通气孔11从转体1的外环面连通到内环面。一转轴2，其垂直地设置于转体1的中央，作为转体1的旋转轴心，当风力涡轮转动时，使转轴2能带动发电机30运作(如图1所示)。多个涡流叶片3，如图5所示，其为四分之一圆形或近似形状的中空壳体，可采用钢板或其他合适的材料制造而成，使其环列的结合在转体1的外环面，并分别对应于各通气孔11；其较佳的结合构造使一第一端31采用焊接或锁合等方式结合于转体1的外环面，而其另一第二端32即可以作为受风口，因此使风力能进入第二端32，进而推动迎风的涡流叶片3，使涡流叶片3及转体1一起同步旋转。多个导流叶片4，如图5所示，其分别活动地嵌入转体1的通气孔11中，在迎风面方向受到涡流叶片3内的风压而可以闭合通气孔11，而在非迎风面方向则能够往转体1外张开，使转体1内的风压能够从非迎风面方向流出，并借此推动涡流叶片3。至少一轴流风扇5，其具有一桨毂51及结合在桨毂51周围的叶片52，桨毂51套结在转轴2的轴身，而叶片52的外端部连接在转体1的内环面，借此使轴流风扇5结合在转体1的上端，使轴流风扇5与转体1一起旋转以产生向下的气流，其气流能提升转体1内的压力，进而推动风力涡轮上升，而且其压力可以在非迎风面从上述的通气孔11流出。借上述的结构设计，可以组成本发明悬浮式风力涡轮10的主要结构。

如图4及图5所示，上述该通气孔11较佳的为矩形通孔，而该导流叶片4为对应通气孔11形状的矩形片体，导流叶片4的两侧分别形成有一弯曲90°的三角形片41，三角形片41的端部形成一向外弯曲90°的挡片42，如此使导流叶片4从转体1内侧装入通气孔11，使挡片42分别卡合于通气孔11两边的内侧面，而导流叶片4一端更可枢接于转体1，因此使导流叶片4能够向通气孔11内活动而不能向外脱离通气孔11。

如图3及图4所示，本发明上述该轴流风扇5具有一桨毂51及结合在桨毂51周围的叶片52，使转轴2的轴身穿设于轴流风扇5的桨毂51，而叶片52的外端部连接在转体1的内环面。如此当悬浮式风力涡轮10转动时，轴流风扇5一起旋转以产生向下的气流，其气流能提升转体1内的压力，进而推动风力涡轮上升。如图6及图8所示，再者轴流风扇5的各该叶片52的末端可以枢接一活动的尾叶53，能在转体1内的压力上升时，使尾叶53向上转动地抵靠在另一个叶片52的表面，因此使转体1内的压力只能从通气孔11流出，例如当悬浮式风力涡轮10高速转动时，其轴流风扇5增加了转体1内的压力，而当风力减小时，风力涡轮利用自重下降，因尾叶53抵靠在另一个叶片52表面，使得转体1内的压力只能从通气孔11流出(如图7所示)，如此能推动风力涡轮以延长其转动的动作。

为了更有效利用风力推动悬浮式风力涡轮10，如图2、图9及图10所示，本发明较佳的实施例更包括一导风罩7，导风罩7具有一覆盖于风力涡轮上方的上罩71，一设置于风力涡轮下方的底座72，一或一个以上绕过风力涡轮侧面并连接在上罩71与底座72的连接部73，及一枢接于连接部73的导风板74。其中，该上罩71为碟形盖体，其覆盖在风力涡轮上方；该底座72的上端形成一锥形罩721，周围具有一侧挡环722，使侧挡环722套接在转体1内，以利用锥形罩721及侧挡环722封闭转体1的下方，而侧挡环722的下方的侧壁723设有多个通孔724；该连接部73为半圆形体，上端结合于上罩71，下端结合于底座72；该导风板74为弧形钢板，其一端通过铰炼枢接在连接部73，另一端能闭合到另一个相邻的连接部73，因此可以将风力涡轮封闭。

如图9所示，上述该导风罩7的高度大于风力涡轮，使风力涡轮能在导风罩7内有足够的空间向上浮动。其中，该上罩71的中央设有一第一轴承75，使转轴2的上端活动地穿置于上罩71的第一轴承75；而底座72可设有一第二轴承76，使转轴2的下端活动地穿置于底座72的第二轴承76，因此使风力涡轮能够上升。

再如图2及图9所示，上述该导风罩7更包括一风量控置构造77，风量控置构造77具有一轴套771及一或一个以上的连杆772，该轴套771内设有一第三轴承773，使转轴2的下端活动地穿置于第三轴承773，进而使轴套771结合于转轴2的轴身，而该连杆772一端枢接于轴套771，另一端则枢接于导风板74。

本发明使用时如图9及图10所示，当风力小时风力涡轮因为转动较慢或停转而下降，连带使转轴2及风量控置构造77的轴套771下降，同时连杆772将向外推开导风板74，使导风板74向外展开，因此通过导风板74引导更多的风量近入导风罩7。进入导风罩7的风将被用来推动风力涡轮周围的涡流叶片3，使整个风力涡轮转动，如图7所示，当风力推动涡流叶片3时，其压力将使迎风面的导流叶片4封闭转体1的通气孔11，使风力完全被用来推动涡流叶片3。再如图11及图12所示，当风力较强时，风力涡轮转动较快，使轴流风扇5产生向下汲风的作用，致使转体1内的风压上升，因此能够使风力涡轮上升，借此降低重量所发生的摩擦力，使风力涡轮更轻盈地转动。同时，风力涡轮上升时，转轴2与轴套771上升，带动连杆772及导风板74收缩，以控制悬浮式风力涡轮10适当的转速。

综上所述，本发明悬浮式风力涡轮，已确具实用性与创作性，其技术手段的运用亦出于新颖无疑，且功效与设计目的诚然符合，已称合理进步至明。为此，依法提出发明专利申请。

Claims (10)

1.一种悬浮式风力涡轮，包括：

一筒状的转体，其环壁开设有多个环列在周围的通气孔，该通气孔从该转体的外环面连通到内环面；

一转轴，其垂直地设置于该转体的中央，作为该转体的旋转轴心；

多个涡流叶片，其环列的结合在该转体的外环面，并分别对应于各该通气孔，使该涡流叶片受风压推动而带动该转体一起旋转；

其特征在于，还包括：

多个导流叶片，其分别活动地嵌入该转体的通气孔中，受到该涡流叶片内的风压而可以闭合该通气孔；及

至少一轴流风扇，其结合在该转体的上端，与该转体一起旋转以产生向下的气流，推动悬浮式风力涡轮上升。

2.如权利要求1所述的悬浮式风力涡轮，其特征在于：该涡流叶片为四分之一圆形的中空壳体，其一端结合于该转体的外环面，其另一端为受风口。

3.如权利要求2所述的悬浮式风力涡轮，其特征在于：该导流叶片为对应该通气孔形状的片体，该导流叶片的两侧分别形成一挡片，该挡片分别卡合于该通气孔两边的内侧面，使该导流叶片不能脱离该通气孔。

4.如权利要求１所述的悬浮式风力涡轮，其特征在于：该轴流风扇具有一桨毂及结合在桨毂周围的叶片，该叶片的外端部连接在该转体的内环面。

5.如权利要求4所述的悬浮式风力涡轮，其特征在于：各该叶片的末端枢接一尾叶，该尾叶能转动地抵靠在另一个叶片表面。

6.如权利要求5所述的悬浮式风力涡轮，其特征在于：该转轴的轴身穿设于该轴流风扇的桨毂。

7.如权利要求1所述的悬浮式风力涡轮，其特征在于：更包括一导风罩，其具有一覆盖于该悬浮式风力涡轮上方的上罩，一设置于该悬浮式风力涡轮下方的底座，一或两个以上绕过该悬浮式风力涡轮侧面并连接在该上罩与该底座的连接部，及一枢接于该连接部的导风板；及该转轴的上端活动地结合于该上罩，该转轴的下端活动地结合于该底座。

8.如权利要求7所述的悬浮式风力涡轮，其特征在于：该上罩的中央设有一第一轴承，该转轴的上端活动地穿置于该第一轴承。

9.如权利要求7所述的悬浮式风力涡轮，其特征在于：该导风罩更包括一风量控置构造，其具有一轴套及一或两个以上的连杆，该轴套结合于该转轴的轴身，该连杆一端枢接于该轴套，另一端枢接于该导风板。

10.如权利要求9所述的悬浮式风力涡轮，其特征在于：该轴套内设有一第三轴承，该转轴的下端活动地穿置于该第三轴承。