TWI710707B

TWI710707B - 動力驅動用葉輪

Info

Publication number: TWI710707B
Application number: TW108103823A
Authority: TW
Inventors: 翁振國
Original assignee: 翁振國
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2019-01-31
Publication date: 2020-11-21
Also published as: TW202030418A

Abstract

本發明有關一種動力驅動用葉輪，其包含一輪轂、複數固定臂及複數葉片。該輪轂用來結合一利用風力、水流或潮流為驅動能源之機械的轉軸。該複數固定臂係沿著該輪轂的周圍方向分隔地設置在該輪轂上，各固定臂沿著一徑向延伸，該徑向與該轉軸的軸向概呈垂直。各葉片係彈性地固定在其中一固定臂上，使得該複數葉片在受外力作用時可相對該複數固定臂彈性活動且當外力卸除時能回復原狀。

Description

動力驅動用葉輪

本發明關於一種動力驅動用葉輪，尤指一種可工作於利用風力、水流或潮流等流體為驅動能源之機械或設備的葉輪。

可利用風力、水流或潮流為驅動能源的發電機通常由葉輪(ROTOR)、傳動系統、發電系統及塔架等部件組成。葉輪安裝在一輪軸上且具有可受流體(氣體或液體)作用的葉片。當葉片受氣流作用後，葉輪會繞著一轉軸旋轉使得風能轉換為機械能，接著透過傳動系統來增速，再將動力傳給發電系統，進而轉換成有用的電能。再者，有一種風車係藉由葉輪繞著一轉軸旋轉且搭配傳動系統驅動引水灌溉設備或碾磨穀物設備運轉。

一種習用葉輪係包含結合於轉軸的一輪轂、呈幅射狀結合於輪轂的複數骨架、及結合於各骨架上的至少一活動葉片及至少一阻擋件。該活動葉片可相對該骨架轉動，而該阻擋件用來限制該活動葉片的轉動角度。當該活動葉片受風力作用轉動一預設角度後會碰觸該阻擋件，則該活動葉片將對氣流產生阻力，使得該葉輪會繞著轉軸旋轉。然而，受風力會相對骨架轉動的活動葉片在使用一段時間之後容易磨損而常需要修護，使用壽命不高；此外，習用葉輪的元件多，結構較複雜，組裝上費時，且成本相對提高。

緣此，本發明之主要目的在提供一種動力驅動用葉輪，該葉輪具有固定式的彈性葉片，使得該葉輪的結構簡化且使用壽命提高。

本發明之葉輪包含一輪轂、複數第一固定臂及複數內葉片。該輪轂用來結合一利用風力、水流或潮流為驅動能源之機械的轉軸。該複數第一固定臂係沿著該輪轂的周圍方向分隔地設置在該輪轂上，各第一固定臂沿著一徑向延伸，該徑向與該轉軸的軸向概呈垂直。該複數第一固定臂可在垂直於該轉軸的一固定平面轉動而帶動該轉軸。各內葉片係彈性地固定在一對應的第一固定臂上且從對應的第一固定臂外表面沿著與該固定平面平行的方向向外延伸，使得該複數內葉片在受外力作用時可相對該複數第一固定臂具有一第一彎曲方向或一與該第一彎曲方向相反之第二彎曲方向的彈性活動且當外力卸除時能回復原狀，該第一、第二彎曲方向分別與該固定平面垂直。

在一實施例中，該內葉片由彈性材料製成且該內葉片的一側結合在該對應的第一固定臂上，使得該複數內葉片分別彈性地固定在該複數第一固定臂上且在受外力作用時不會相對該複數第一固定臂轉動但可產生彎曲。

在一實施例中，該內葉片由剛性材料製成，在該內葉片與該第一固定臂之間設有一彈性連接片，該彈性連接片具有一內端及一外端，該內端結合於該第一固定臂且該外端結合於該內葉片。在另一實施例中，在該內葉片與該第一固定臂之間設有二彈簧，各彈簧具有第一與第二端部，該二彈簧的第一端部分別抵於該第一固定臂，該二彈簧的第二端部分別抵於該內葉片的相對二側面，使得該複數內葉片分別彈性地固定在該複數第一固定臂上，且該二彈簧分別提供該內葉片相對該第一固定臂具有該第一彎曲方向與該第二彎曲方向的彈性回復。

在一較佳實施例中，各第一固定臂包含結合在該輪轂上的第一端及遠離該輪轂的第二端。該葉輪更包含複數第二固定臂及複數外葉片，各第二固定臂結合在其中一第一固定臂的第二端，各外葉片係彈性地固定在一對應的第二固定臂上，使得該複數外葉片在受外力作用時可相對該複數第二固定臂彈性活動且當外力卸除時能回復原狀。

在一實施例中，各第二固定臂沿著一與該徑向概呈垂直的縱向延伸。各外葉片的延伸方向與該徑向可形成一非垂直的角度傾斜配置。

關於本發明之其他目的、優點及特徵，將可由以下較佳實施例的詳細說明並參照所附圖式來了解。

10:葉輪

12:輪轂

14:第一固定臂

16:內葉片

18:第二固定臂

20:外葉片

22:發電機

24:轉軸

26:塔柱

28:第一端

30:第二端

32:溝槽

34:夾部

36:第一側

38:第二側

40:固定件

42:溝槽

44:夾部

46:第一側

48:第二側

50:固定件

52:風

54:凹槽

56:彈性連接片

58:內端

60:外端

61:結合部

62:彈簧

64:凸耳

66:容室

68:軸桿

70、72:端部

圖1係本發明第一實施例之葉輪的立體圖，並顯示該葉輪組裝於一風力發電機的轉軸上。

圖2係圖1之葉輪與發電機的平面圖。

圖3顯示圖1之葉輪之第一固定臂與內葉片的分解示意圖。

圖4顯示圖1之葉輪之部分內葉片受風力作用而使葉輪轉動的示意圖。

圖5顯示圖1之葉輪之部分外葉片受風力作用而使葉輪轉動的示意圖。

圖6係本發明一第二實施例之葉輪的立體圖，並顯示該葉輪組裝於一風力發電機的轉軸上。

圖7係圖6之葉輪與發電機的平面圖。

圖8係與圖1類似的立體圖，顯示本發明第三實施例之葉輪。

圖9係與圖1類似的立體圖，顯示本發明第四實施例之葉輪。

圖10係與圖3類似的立體圖，顯示本發明另一實施例之固定臂與葉片。

圖11係與圖3類似的立體圖，顯示本發明再一實施例之固定臂與葉片。

現將僅為例子但非用以限制的具體實施例，並參照所附圖式就本發明之較佳內容說明如下：圖1至圖3顯示依據本發明一實施例之葉輪10，該葉輪10可工作於例如氣流(風力)、水流、潮流等流體，使得流體的流動能源可驅動該葉輪10轉動，進而驅動一設備(例如引水灌溉設備或碾磨穀物設備)運轉或是將動力傳給一發電系統來發電。

在本實施例中係以發電系統作一實施例來說明。該葉輪10包括在一輪轂12、複數第一固定臂14、結合於各第一固定臂14上的至少一內葉片16、複數第二固定臂18、及結合於各第二固定臂18上的至少一外葉片20。該輪轂12用來結合一發電機22的轉軸24，該發電機22受一塔柱26支撐，使得該葉輪10的迴轉中心有一定高度。該發電機22的結構為習用技術且可用其他動力設備來取代，非屬本案的技術特徵，在此不予詳述。

在本實施例中，該葉輪10包括五支第一固定臂14與五支第二固定臂18。在可行的實施例中，該葉輪10可包括三支、四支或五支以上的第一與第二固定臂14、18。該五支第一固定臂14沿著該輪轂12的周圍方向分隔地設置在該輪轂12上，各第一固定臂14沿著一徑向延伸且包含結合在該輪轂12的一第一端28及遠離該輪轂12的第二端30，該徑向與該轉軸24的軸向呈垂直。各第一固定臂14由例如剛性材料製的一圓桿構成。各第一固定臂14的外表面設有一溝槽32，該溝槽32沿著該第一固定臂14的長度方向(即該徑向)延伸。在本實施例中，各第一固定臂14的外表面還設有二對分隔的夾部34，各對夾部34由該第一固定臂14的外表面向外凸出且由該溝槽32隔開。

在本實施例中，各第一固定臂14上設有的分隔的二內葉片16，各內葉片16係彈性地固定在第一固定臂14上，使得內葉片16在受外力作用時不會相對第一固定臂14轉動但可產生彎曲且當外力卸除時能回復原狀。在本實施例中，該內葉片16由彈性材料製成且具有結合在第一固定臂14上的第一側36與遠離該第一固定臂14的第二側38，各內葉片16的第一側36***該第一固定臂14的溝槽32且位在其中一對夾部34內，利用例如螺絲的固定件40穿過該對夾部34及該內葉片16的第一側36，使得該內葉片16係不可轉動地固定在該第一固定臂14上。

在本實施例中，各第二固定臂18結合在其中一第一固定臂14的第二端30且沿著一與該徑向概呈垂直的縱向延伸。各第二固定臂18可由例如剛性材料製的圓桿構成且結構與第一固定臂14類似。各第二固定臂18的外表面設有一溝槽42及二對分隔的夾部44用以提供外葉片20結合。該溝槽42沿著該第二固定臂18的長度方向(即該縱向)延伸，各對夾部44由該第二固定臂18的外表面向外凸出且由該溝槽42隔開。

在本實施例中，各第二固定臂18上設有的分隔的二外葉片20，各外葉片20係彈性地固定在第二固定臂18上，使得外葉片20在受外力作用時不會相對第二固定臂18轉動但可產生彎曲且當外力卸除時能回復原狀。在本實施例中，各外葉片20的結構與內葉片16類似，其由彈性材料製成。各外葉片20沿著該縱向延伸且具有結合在第二固定臂18的第一側46與遠離該第二固定臂18的第二側48。各外葉片20的第一側46***該第二固定臂18的溝槽42且位在其中一對夾部44內，利用例如螺絲的固定件50穿過該對夾部44及該外葉片20的第一側46，使得該外葉片20係不可轉動地固定在該第二固定臂18上。

本發明的葉輪10在實施上係可利用氣流(風力)、水流或潮流等流體作為驅動能源。當以氣流作為驅動能源，該葉輪10安裝在地面上，當以水流或潮流作為驅動能源，該葉輪10安裝在水面下。在本實施例中係以氣流作為驅動能源來說明該葉輪10在實施上的作動。如圖4所示，當風52由沿著與該內葉片16概呈垂直或是形成一角度的方向吹向該葉輪10時，至少有部分的內葉片16將受到風力作用而使內葉片16會相對第一固定臂14產生彎曲以驅動該複數第一固定臂14，使得該葉輪10會做順時針轉動(如圖4中的虛線所示)而帶動轉軸24，進而將風能傳給該發電機22內的發電系統來發電；相對的，當圖4中的風52反向吹向該葉輪10時，該內葉片16也會受到風力作用而使內葉片16相對第一固定臂14產生彎曲，使得該葉輪10亦會做順時針轉動而帶動轉軸24。另一方面，如圖5所示，當風52由沿著與該外葉片20概呈垂直或是形成一角度的方向吹向該葉輪10時，至少有部分的外葉片20將受到風力作用而使外葉片20相對第二固定臂18產生彎曲，使得該葉輪10會做順時針轉動(如圖5中的虛線所示)而帶動轉軸24，進而將風能傳給該發電機22內的發電系統來發電。因而，來自各方向的風52可對至少部分的內葉片16及/或外葉片20產生風力作用，使得該葉輪10轉動，達到有效利用不同風向之風能來驅動發電機22發電。

由於本發明的葉輪10的葉片(內與外葉片16、20)係可彈性彎曲地固定在固定臂(第一與第二固定臂14、18)上，當該葉片16、20受到風力作用時並不會相對該固定臂14、18轉動，且當風力卸除時能回復到原先的固定位置，所以不需要額外設置先前技術的阻擋件來限制該葉片的轉動角度，能簡化葉輪10的結構與組裝，且因為該葉片16、20不會相對該固定臂14、18轉動，所以可改善轉動引起的磨耗問題，能有效提高使用壽命。

圖6與圖7顯示依據本發明第二實施例的葉輪10，其中顯示第二固定臂18的延伸方向與該轉軸24的軸向不是概呈平行，且外葉片20的延伸方向與該徑向形成一非垂直的角度傾斜配置。

圖8與圖9顯示依據本發明第三與第四實施例的葉輪10，其中圖8顯示該葉輪10不具有第二固定臂18與外葉片20，圖9顯示該葉輪10不具有內葉片16。

本發明之固定臂(第一與第二固定臂14、18)與葉片(內與外葉片16、20)可有其它可行的實施例，在圖10與圖11中以兩個實施例來說明。在圖10的實施例中，該內葉片16(或外葉片)由剛性材料製成，且該內葉片16的一端具有凹槽54。再者，在該內葉片16與該第一固定臂14之間設有一彈性連接片56，該彈性連接片56具有一內端58及一外端60，該內端58***該第一固定臂14的溝槽32內且利用例如螺絲的固定件40結合，該外端60***該內葉片16的凹槽54內且利用例如螺絲的固定件40結合，藉由該彈性連接片56的設置，使得該內葉片16係彈性地固定在第一固定臂14上且在受外力作用時不會相對第一固定臂14轉動但可相對第一固定臂14擺動或傾斜一角度(未圖示)。

在圖11的實施例中，該內葉片16(或外葉片)由剛性材料製成且內葉片16的一端具有一結合部61，在該內葉片16與第一固定臂14之間設有二彈簧62。該第一固定臂14(或第二固定臂)的外表面向外凸出有二對凸耳64，各對凸耳64之間具有一容室66用以提供其中一彈簧62容納，且利用一軸桿68穿過該二對凸耳64、該二彈簧62及內葉片16的結合部61，使得該彈簧62的二端部70、72分別抵於該第一固定臂14與內葉片16。據此，該內葉片16(或外葉片)係彈性地固定在第一固定臂14(或第二固定臂)上且在受外力作用時可相對第一固定臂14(或第二固定臂)擺動一角度且當外力卸除時能回復原狀。

上述僅列舉數個較佳實施例作說明，任何已知的技藝在可驅使內葉片16彈性固定於第一固定臂14的實施，或是驅使外葉片20彈性固定於第二固定臂18的實施，應皆屬本案之實施例範疇。在可行的實施例中，除了利用彈簧的實施外，內、外葉片16、20與第一、第二固定臂16、20之間可利用磁性物件來形成彈性固定(定位)的實施，例如在連接於第一、第二固定臂上的內、外葉片設置第一磁性物件，而第一、第二固定臂上設有與該第一磁性物件對應的第二磁性物件，藉由該第一磁性物件與第二磁性物件兩者間的磁性相吸或相斥的實施下，驅使該內、外葉片磁性牽引地定位在相對之第一、第二固定臂上，且該內、外葉片具有磁性牽引的回復性。

以上所述為本發明之較佳實施例之詳細說明與圖式，並非用來限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之專利範圍為準，凡專利範圍之精神與其類似變化之實施例與近似結構，皆應包含於本發明之中。

10‧‧‧葉輪

12‧‧‧輪轂

14‧‧‧第一固定臂

16‧‧‧內葉片

18‧‧‧第二固定臂

20‧‧‧外葉片

22‧‧‧發電機

24‧‧‧轉軸

26‧‧‧塔柱

28‧‧‧第一端

30‧‧‧第二端

36‧‧‧第一側

38‧‧‧第二側

42‧‧‧溝槽

44‧‧‧夾部

46‧‧‧第一側

48‧‧‧第二側

50‧‧‧固定件

Claims

一種動力驅動用葉輪，包括：一輪轂，其用來結合一轉軸；複數第一固定臂，其沿著該輪轂的周圍方向分隔地設置在該輪轂上，各第一固定臂沿著一徑向延伸，該徑向與該轉軸的軸向概呈垂直，其中該複數第一固定臂可在垂直於該轉軸的一固定平面轉動而帶動該轉軸；及複數內葉片，各內葉片係彈性地固定在一對應的第一固定臂上且從對應的第一固定臂外表面沿著與該固定平面平行的方向向外延伸，使得該複數內葉片在受外力作用時可相對該複數第一固定臂具有一第一彎曲方向或一與該第一彎曲方向相反之第二彎曲方向的彈性活動以驅動該複數第一固定臂在該固定平面做單一方向轉動，且當外力卸除時能回復原狀，其中該第一、第二彎曲方向分別與該固定平面垂直。
如申請專利範圍第1項所述之動力驅動用葉輪，其中該內葉片由彈性材料製成且該內葉片的一側結合在該對應的第一固定臂上，使得該複數內葉片分別彈性地固定在該複數第一固定臂上且在受外力作用時不會相對該複數第一固定臂轉動但可產生彎曲。
如申請專利範圍第1項所述之動力驅動用葉輪，其中該內葉片由剛性材料製成，在該內葉片與該第一固定臂之間設有一彈性連接片，該彈性連接片具有一內端及一外端，該內端結合於該第一固定臂且該外端結合於該內葉片，使得該複數內葉片分別彈性地固定在該複數第一固定臂上。
如申請專利範圍第1項所述之動力驅動用葉輪，其中該內葉片由剛性材料製成，在該內葉片與所對應的該第一固定臂之間設有二彈簧，各彈簧具有第一與第二端部，該二彈簧的第一端部分別抵於該第一固定臂，該二彈簧的第二端部分別抵於該內葉片的相對二側面，使得該複數內葉片分別彈性地固定在該複數第一固定臂上，且該二彈簧分別提供該內葉片相對該第一固定臂具有該第一彎曲方向與該第二彎曲方向的彈性回復。
如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之動力驅動用葉輪，其中各第一固定臂包含結合在該輪轂上的第一端及遠離該輪轂的第二端；該葉輪更包含：複數第二固定臂，各第二固定臂結合在其中一第一固定臂的第二端；及複數外葉片，各外葉片彈性地固定在一對應的第二固定臂上，使得該複數外葉片在受外力作用時可相對該複數第二固定臂彈性活動且當外力卸除時能回復原狀。
如申請專利範圍第5項所述之動力驅動用葉輪，其中該外葉片由彈性材料製成且該外葉片的一側結合在該對應的第二固定臂上。
如申請專利範圍第5項所述之動力驅動用葉輪，其中該外葉片由剛性材料製成，在該外葉片與該第二固定臂之間設有一彈性連接片，該彈性連接片具有一內端及一外端，該內端結合於該第二固定臂且該外端結合於該外葉片。
如申請專利範圍第5項所述之動力驅動用葉輪，其中各第二固定臂沿著一與該徑向概呈垂直的縱向延伸。
如申請專利範圍第5項所述之動力驅動用葉輪，其中各外葉片的延伸方向與該徑向形成一非垂直的角度傾斜配置。
一種動力驅動用葉輪，包括：一輪轂，其用來結合一轉軸；複數第一固定臂，其沿著該輪轂的周圍方向分隔地設置在該輪轂上，各第一固定臂沿著一徑向延伸且包含結合在該輪轂上的第一端及遠離該輪轂的第二端，該徑向與該轉軸的軸向概呈垂直；複數第二固定臂，各第二固定臂結合在其中一第一固定臂的第二端；及複數外葉片，各外葉片係彈性地固定在一對應的第二固定臂上，使得該複數外葉片在受外力作用時可相對該複數第二固定臂彈性活動且當外力卸除時能回復原狀。
如申請專利範圍第10項所述之動力驅動用葉輪，其中該外葉片由彈性材料製成且該外葉片的一側結合在該對應的第二固定臂上，使得該複數外葉片在受外力作用時不會相對該複數第二固定臂轉動但可產生彎曲。
如申請專利範圍第10項所述之動力驅動用葉輪，其中該外葉片由剛性材料製成，在該外葉片與該第二固定臂之間設有一彈性連接片，該彈性連接片具有一內端及一外端，該內端結合於該第二固定臂且該外端結合於該外葉片。
如申請專利範圍第10項所述之動力驅動用葉輪，其中該外葉片由剛性材料製成，在該外葉片與該第二固定臂之間設有至少一彈簧，該彈簧的二端部分別抵於該第二固定臂與外葉片。
如申請專利範圍第10項所述之動力驅動用葉輪，其中各第二固定臂沿著一與該徑向概呈垂直的縱向延伸。
如申請專利範圍第10項所述之動力驅動用葉輪，其中各外葉片的延伸方向與該徑向形成一非垂直的角度傾斜配置。