專利名稱：凸輪式自動追蹤風向的風車的制作方法
技術領域：
本發明有關于一種風力發電裝置，尤其是指一種凸輪式自動追蹤 風向的風車，可以接受不定向的風能，在較低風速下，帶動轉軸使發 電才幾發電。
背景技術：
由于人類不斷消耗石化燃料，而石油存量日益減少，其燃燒所排
放的C02嚴重導致地球溫室(暖化)效應的發生，因此聯合國積極規范 對抗全球暖化的各項措施；現今世界各國高度重視并積極推動潔凈的 再生能源技術，而風力發電為目前是人類可取得再生能源眾多方案中 最佳的一種，因風力發電完全沒有燃料產生C02問題，更不會有核能 廢料輻射污染問題。
而電能是所謂的「高級」能源，電能的運用非常廣泛，是現代人 類文明的基礎，故現代的人類生活不可缺電。
現有的水平軸式風力發電機組其塔架往往高達50公尺以上，重 要的發電機組及扇葉位在塔架頂端，不僅體積龐大不易維護，造價驚 人，構造上并不理想。
有關風力發電專利技術請參閱US專利第4496283號、第384232 號、第440266號、第505736號、第685774號、第830917號、第 1076713號、第4534703號、第4679985號、第4818180號、第5256034 號、第4220870號、第7118344號、第6749399號、第963359號、 第5269647號、第6000907號、第6537018號、第5083902號、第 6749393號、第863715號、第4509899號、第4421458號、第6726439 號、第5195871號、第4245958號，上述專利至少包含j以下的缺失
1、 構造復雜，組裝不易，增加制造成本；
2、 葉片翻轉面對風向的動作并不是完全應用氣動力，其須要另
外設置復雜的翻轉結構，如利用風標及傳動機構來連動葉片；
3、 結構上無妥善的設計，導致要使葉片翻轉來面對風向，其翻 轉的起始驅動力量要很大，在低風速下是無法讓葉片翻轉，故發電的 效率很低。
請參閱US專利第3995170號、第6688842號、第6749394號， 并不是完全有效應用到氣動力，該些專利至少包含有以下的缺失 1、每一個葉片為獨立垂直設置狀，并無相互連動來幫助翻轉(第
3995170號案雖有連動，但須要傳動機構來連動葉片)，故葉片翻轉 的起始驅動力量要很大；
2、 要使葉片翻轉(如翻轉180度)來面對風向，其翻轉的起始驅 動力量要很大，在低風速下是無法讓葉片翻轉，故發電的效率4艮低；
3、 每一個葉片結構上并無妥善的設計，如設置輔助翼片來幫助 葉片翻轉，故葉片翻轉的起始驅動力量要很大。
請參閱US專利第4383801號，應用大風標帶動凸輪來使葉片轉 向，該專利至少包含有以下的缺失
1、 構造復雜，組裝不易，增加制造成本；
2、 每一個葉片利用機械結構的傳動來幫助翻轉，故葉片翻轉的 起始驅動力量要;[艮大，在低風速下是無法讓葉片翻轉，故發電的效率 很低
再請參閱中國專利第96120092.8號，其葉片翻動統4吏用風標標 定風向，經由電子訊號控制伺服馬達來翻轉葉片；葉片需要伺服馬達 全程帶動，不僅消耗電能，而且電子零件在氣候溫濕度影響之下容易 故障，另外該馬達置于轉動件上，需透過轉動接點(rotary join)來 進行電力傳輸，極容易造成故障。
又請參閱中國專利第02232245. 0號，至少包含有以下的缺失
1、 要使葉片翻轉來面對風向，其翻轉的起始驅動力量要很大， 在低風速下是無法讓葉片翻轉，故發電的效率很低；
2、 每一個葉片結構上并無妥善的設計，如設置輔助翼片來幫助 葉片翻轉，故葉片翻轉的起始驅動力量要很大。
故習知風力發電技術未臻至于理想，爰是，本發明人乃積極潛心 研發思考，經過無數次的設計實驗，致有本發明的產生。
發明內容
本發明的目的在于提供一種凸輪式自動追蹤風向的風車，可控制 葉片翻動角度并自動輕易地面對風向，接受不定向的風能，在較低風 速下，帶動轉軸使發電機發電。
為達上述目的，本發明采用如下結構 一種凸輪式自動追蹤風向 的風車，包含有一發電機；及一轉軸，設于發電機上；及至少一扇 葉組件，設于轉軸上；轉軸中設置一凸輪軸，該凸輪軸設有凸輪部件， 該凸輪部件設有成預定形狀的導引部，而扇葉組件至少設一扇葉桿以 樞設一葉片，該扇葉桿設有一曲柄，該曲柄與導引部接觸。
上述凸輪部件包含有第一凸輪部件、第二凸輪部件，第一凸輪部 件、第二凸輪部件于對應面間形成一供曲柄導入的導槽。
上述凸輪軸與凸輪部件間設有套體，該第一凸輪部件、第二凸輪
部件分別藉由固定件與凸輪軸、套體連接，套體于固定件穿設處設有 開槽，使凸輪軸上下移動可以帶動第一凸輪部件上下移動。 上述凸輪部件設有傾斜部。
上述葉片于預定處設有具有預定夾角的輔助翼片。 上述扇葉組件包含一框架，該框架一側設有翼型部。 上述凸輪軸可被一凸輪驅動裝置所帶動，該凸輪驅動裝置包含
有 一凸輪軸，設有一螺紋部；及一承座，供該螺紋部螺入；及第一 馬達，與凸輪軸嚙接。
上述凸輪軸可被一凸輪驅動裝置所帶動，該凸輪驅動裝置包含 有 一風標部件，設于轉軸內且上方風標透出轉軸外；及一風向感應 器，設于風標部件；及第二馬達，與凸輪軸嚙接，可^皮風向感應器所 激活。
以一支撐框架來支撐轉軸，其由數個支柱構成架體結構。 采用上述結構，本發明利用凸輪、曲柄的導引機構及空氣動力來 控制葉片翻動角度并自動輕易地面對風向，主要是轉軸中設置一凸輪 軸，該凸輪軸設有凸輪部件，凸輪部件設有成預定形狀的導引部，其 第 一 凸輪部件、第二凸輪部件于對應面間形成一供曲柄導入的導槽。 而扇葉組件的葉片以曲柄與該導引部接觸；當葉片于受風、背風時， 其藉由導引部的帶動，而自動形成最佳受壓狀態以及最小風阻狀態， 以接收不定向風能，藉此能在較低風速下，帶動轉軸轉動使發電機發 電。
以下僅藉由具體實施例，且佐以附圖做詳細的說明。
圖l為本發明立體圖2為本發明扇葉組件葉片的立體分解圖3、圖4為本發明局部剖切的立體圖5為本發明凸輪軸局部剖切的立體圖6為本發明凸輪驅動裝置局部剖切的立體圖7為本發明的動作示意圖8為本發明A-A處的剖面圖9a、 b、 c為本發明B-B處水平狀葉片向上翻轉成垂直狀的動 作示意圖10a、 b、 c為本發明C-C處垂直狀葉片翻轉成水平狀的動作示 意圖11為本發明的動作示意圖12為本發明轉軸轉動使發電機發電的示意圖13、圖14為本發明凸輪驅動裝置使第一凸輪部件下移的示意 圖15為本發明第一凸輪部件下移以調整葉片翻轉角度的示意
主要元件符號說明
IO發電機 21凸輪軸 221開槽
311、 321導引部 40扇葉組件 42扇葉桿 45輔助翼片 52風向感應器 541、 542齒輪 60支撐框架
11、 12齒輪 211螺紋部 31第一凸輪部件 312、 322傾殺+部 41框架 43葉片
50凸輪驅動裝置 53承座 55第二馬達 61支柱
20轉軸 22套體
32第二凸輪部件
33導槽
411翼型部
44曲柄
51風標部件
54第一馬達
551、 552齒輪
具體實施例方式
請參閱圖1至圖6所示，本發明包括有發電機IO、轉軸20、第 一凸輪部件31、第二凸輪部件32、數扇葉組件40、凸輪驅動裝置50 及支撐框架60;其中扇葉組件40的葉片43以曲柄44與第一凸輪部 件31、第二凸輪部件32的導引部311、 321接觸；當葉片于受風、 背風時，藉由導引部311、 321的帶動自動輕易地分別形成最佳受壓 狀態以及最小風阻狀態，以接收不定向風能，達到最佳的發電效能。
下文將以較佳實施例作詳細的說明
發電機10可將轉動的機械能轉換為電能。
轉軸20以齒輪11、 12與發電機10嚙接，其轉動可帶動發電機IO 發電；內部設有凸輪軸21及一套設于凸輪軸21外的套體22。
第一凸輪部件31、第二凸輪部件32上下對應套設于套體22，第一 凸輪部件31、第二凸輪部件32分別藉由固定件與凸輪軸21、套體22 連接，其中套體22于固定件穿設處設有開槽221，以使凸輪軸21可以 帶動第一凸輪部件31下移適當距離；第一凸輪部件31、第二凸輪部件 32于對應面間恰好形成一導槽33,且對應面設有成預定形狀的導引部 311、 321,該導引部更設有傾斜部312、 322。
扇葉組件40以上下二層(一層亦可)為基本模塊設于轉軸20，且每 層成對應狀設于轉軸20二側，可配合地形及風場，再向上疊加以增加 發電功率，且其成交錯疊置狀，其設有框架41，該框架41一側設有翼 型部411,以可降低風阻，該框架41設有數個樞接狀扇葉桿42,該扇 葉桿42上設有葉片43,且一端設有一曲柄44，該曲柄44端部伸入于導 槽33,且與導引部311、 321接觸；葉片43于內側設有一輔助翼片45,
可聚集切入的風壓。
凸輪驅動裝置5 0包含有 一設于轉軸20內且上方風標透出轉軸20 外的風標部件51;及設于風標部件51下方的風向感應器52;及一供凸 輪軸21下方螺紋部211螺入的承座53;及第一馬達54、第二馬達55， 其中第一馬達54藉齒輪541、 542帶動具有螺紋部211的凸輪軸21產生 軸向運動，第二馬達55藉齒輪551、 552以帶動套體22及凸輪軸21配合 風標方向轉動，而第二馬達55當風標部件51受風轉動至一方向角度 時，可被風向感應器52所激活。
支撐框架60其由數個支柱61構成多層狀的架體結構，用以支撐轉 軸20,。
請參閱圖7、圖8所示，本發明于受風(箭頭代表風向)時，先藉由 風標部件51指示的方向帶動第一凸輪部件31、第二凸輪部件32位于預 定位置，以使葉片43能對準風向翻動，圖中上層扇葉組件40—側的葉 片43因第一凸輪部件31、第二凸輪部件32導引及氣動力作用自動翻轉 成垂直狀，該垂直狀葉片43得有最大風壓，另一側的葉片43因第一凸 輪部件31的導引部311導引而提供起始翻動角度，并因風壓作用于葉 片43上而自動翻轉成水平狀成為最小風阻狀態，使扇葉組件40朝逆時 針方向旋轉以推動轉軸20;此時下層扇葉組件40與風向成平行，其失 去風壓(失去動力)，其一側的葉片43成水平狀，準備接受氣動力翻轉 成垂直狀。
請參閱圖9所示，接續圖7，上層、下層的扇葉組件40繼續朝 逆時針方向旋轉時，此時下層扇葉組件40受風的水平狀葉片43 (扇 葉組件40另 一側葉片43成垂直狀)其曲柄44隨之移動到第二凸輪部 件32傾斜部322處，受到第二凸輪部件32傾斜部322的導引推動的 作用，而產生起始角度的變化，在角度變化后，因葉片43承受風壓 進而自動輕易地向上翻轉，當數葉片43翻轉成近垂直狀時會卡抵在 第一凸輪部件31的導引部311而自動停止翻轉，此時數葉片43形成 的垂直面可成一最佳受風面，以推動轉軸20。
請參閱圖10所示，接續圖7，當受風的下層扇葉組件40—側水 平狀葉片43翻轉成垂直面時，扇葉組件40另一側原先成垂直狀的葉 片43開始成背風狀態，其曲柄44移動到第一凸輪部件31傾斜部312 處，受到第一凸輪部件31傾斜部312的導引推動，而產生角度的變 化，進而使得垂直狀葉片43自動輕易地翻轉成水平狀，成為最小風 阻狀態。
請參閱圖11、圖12所示，當下層扇葉組件40—側垂直狀葉片
受到最大風壓時，下層扇葉組件40—側水平狀葉片為背風狀態，可 以形成最小風阻狀態；此時上層扇葉組件40與風向成平行，其失去 風壓(失去動力)，而下層扇葉組件40承接上層扇葉組件40的旋轉動 力，如此即可以接收不定向風能，藉此能在較小風速下，帶動轉軸 20使發電機10發電，達到最佳的發電效能。
請參閱圖13、圖14、圖15所示，本發明可藉凸輪驅動裝置50 的第一馬達54帶動齒輪541、 542轉動，帶動螺紋部211于承座53 中上下移動，使第一凸輪部件31下移適當距離，進而使導槽33變小， 如此就可使葉片43向上翻轉的角度變小，當風速過大時可以藉由調 整葉片43翻轉角度將風壓泄壓調整，以避免過大風壓所造成的破壞。
以上為本案所舉的實施例，僅為便于說明而設，當不能以此限制 本案的意義，即大凡依所列申請專利范圍所為的各種變換設計，均應 包含在本案的專利范圍中。
權利要求
1、一種凸輪式自動追蹤風向的風車，包含有一發電機；及一轉軸，設于發電機上；及至少一扇葉組件，設于轉軸上；其特征在于轉軸中設置一凸輪軸，該凸輪軸設有凸輪部件，該凸輪部件設有成預定形狀的導引部，而扇葉組件至少設一扇葉桿以樞設一葉片，該扇葉桿設有一曲柄，該曲柄與導引部接觸。
2 、如權利要求1所述的凸輪式自動追蹤風向的風車，其特征在于 凸輪部件包含有第一凸輪部件、第二凸輪部件，第一凸輪部件、第二 凸輪部件于對應面間形成一供曲柄導入的導槽。
3、 如權利要求2所述的凸輪式自動追蹤風向的風車，其特征在于 凸輪部件與凸輪軸間設有套體,.該第一凸輪部件、第二凸輪部件分別 藉由固定件與凸輪軸、套體連接，套體于固定件穿設處設有開槽，凸 輪軸上下移動可以帶動第一凸輪部件上下移動。
4、 如權利要求l所述的凸輪式自動追蹤風向的風車，其特征在于 凸輪部件設有傾斜部。
5、 如權利要求l所述的凸輪式自動追蹤風向的風車，其特征在于 葉片于預定處設有具有預定夾角的輔助翼片。
6、 如權利要求1所述的凸輪式自動追蹤風向的風車，其特征在 于扇葉組件包含一框架，該框架一側設有翼型部。
7、 如權利要求l所述的凸輪式自動追蹤風向的風車，其特征在于 凸輪軸可被一凸輪驅動裝置所帶動，該凸輪驅動裝置包含有 一凸輪 軸，設有一螺紋部；及一承座，供該螺紋部螺入；及第一馬達，與凸 輪軸嚙接。
8、 如權利要求l所述的凸輪式自動追蹤風向的風車，其特征在于 凸輪軸可^^一凸輪驅動裝置所帶動，該凸輪驅動裝置包含有 一風標 部件，設于轉軸內且上方風標透出轉軸外；及一風向感應器，設于風 標部件；及第二馬達，與凸輪軸嚙接，可被風向感應器所激活。
9、 如權利要求1所述的凸輪式自動追蹤風向的風車，其特征在 于以一支撐框架來支撐轉軸，其由數個支柱構成架體結構。
全文摘要
一種凸輪式自動追蹤風向的風車，包含有發電機、與發電機連動的轉軸、設于轉軸的扇葉組件，其中轉軸中設置凸輪部件，該凸輪部件設有成預定形狀的導引部，而扇葉組件的葉片以曲柄與該導引部接觸；當葉片于受風、背風時，其藉由導引部的帶動，而自動輕易地分別形成最佳受壓狀態以及最小風阻狀態，以接收不定向風能，藉此能在較低風速下，帶動轉軸使發電機發電，達到最佳的發電效能。
文檔編號F03D7/06GK101349243SQ20071013867
公開日2009年1月21日 申請日期2007年7月16日 優先權日2007年7月16日
發明者胡嘉男, 蕭廷昊, 葛元宏, 趙玉蘭, 郭文中 申請人:七星全球有限公司