(57)【要約】      （修正有）【課題】ベーン本体の空気抵抗を減らし、ベーン本体で風を効果的に遮るベーン構造を提供する。【解決手段】垂直軸式風力発電機のベーンは、後面凹部１２を画定し、貫通孔１１６が設けられた前板部１１１を有するベーン本体１と、ベーン本体に接続された第２の端部２２と、貫通孔に設けられた第１の端部２１とを有し、凹部１２の中に設けられた第１の弧状ガイドバー２と、貫通孔に嵌合し、第１の弧状ガイドバーの第１の端部に接続された中空スクリーン３と、第１の弧状ガイドバーの周りに摺動可能に嵌合され、ベーン本体に回動可能に枢支連結され、中空スクリーンを開閉自在に覆う第１の可動バッフルユニット４とを備える。後面凹部が向かい風を受けると、第１の可動バッフルユニットにより、後面凹部の中空スクリーンを覆い、風を効果的に遮る。後面凹部が追い風を受けると、第１の可動バッフルユニットが自然に開き、ベーンに対する空気抵抗を減らす。【選択図】図３
2010133411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電機のメインシャフトに沿って間隔をあけて周設した複数のベーンを含み、前記ベーンのそれぞれは、
後面凹部を画定し、貫通孔が上に形成された前板部を含む本体部を有するベーン本体と、
前記貫通孔の中央部に設けられた第１の端部と、前記本体部に固着された第２の端部と、を有し、前記後面凹部の中に設けられた第１の弧状ガイドバーと、
前記貫通孔に嵌合し、前記第１の弧状ガイドバーの前記第１の端部に接続された中空スクリーンと、
前記後面凹部の中に位置し、前記第１の弧状ガイドバーの周りに摺動可能に嵌合され、バッフル支持バーを介し、前板部に回動可能に枢支連結され、前記後面凹部に隣接した一側から前記中空スクリーンを開閉自在に覆うことが可能な第１の可動バッフルユニットと、を備える、垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【請求項２】
前記本体部は、前記ベーン本体の正面と背面との間に、平行かつ連続的に複数の山折り及び谷部が外周面に設けられた、請求項１に記載の垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【請求項３】
前記前板部は、外向き湾曲正面を有し、
前記貫通孔を囲む前記外向き湾曲正面の領域が、釣鐘状の凹み部に形成された、請求項１に記載の垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【請求項４】
前記中空スクリーンは、スリーブ部と、前記スリーブ部の周りに接続されて位置するスクリーン本体と、を有し、
前記スリーブ部は、前記第１の弧状ガイドバーの前記第１の端部の周りに嵌合し、前記スクリーン本体は、前記貫通孔の内周壁に外周が固着され、
前記スクリーン本体は、その上に設けられた複数の開口を有する、請求項３に記載の垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【請求項５】
前記第１の可動バッフルユニットは、第１のスリーブと、前記第１のスリーブに周設された第１の可動バッフルと、を有し、
前記第１のスリーブは、前記第１の弧状ガイドバーの周りに摺動可能に嵌合し、
前記第１の可動バッフルは、後面凹部に隣接した一側から前記中空スクリーンを覆う、請求項４に記載の垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【請求項６】
前記中空スクリーン及び前記第１の可動バッフルユニットは、それらの間に提供された第１の緩衝ばねを有し、
同じ極性を有する第１の磁性体リング及び第２の磁性体リングは、第１の緩衝ばね及び前記第１の可動バッフルユニット上のそれぞれの接触面に配置される、請求項５に記載の垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【請求項７】
前記ベーンは、
前記第１の弧状ガイドバーの前記第２の端部近くに固着されたストップリングと、
前記第１の弧状ガイドバーの前記第１の端部に対向する前記ストップリングの一側に、前記第１の弧状ガイドバー上に配置されたストップスプリングと、を有するストップユニットをさらに含む、請求項６に記載の垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【請求項８】
前記ストップユニットは、前記ストップリングの一側面に回動可能に枢支連結する保持装置をさらに含み、
前記保持装置は、操作レバーと、前記操作レバーに接続されたフックと、を含み、
前記第１の可動バッフルユニットは、操作レバー及びフックに対応した位置に押し棒及び止めリングを有し、
前記保持装置は、外部に向かって突出した解除レバーをさらに含む、請求項７に記載の垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【請求項９】
風力発電機のメインシャフトに沿って間隔をあけて周設した複数のベーンを含み、前記ベーンのそれぞれは、
後面凹部を画定し、貫通孔が上に形成された前板部を含む本体部を有するベーン本体と、
前記貫通孔の中央部に設けられた第１の端部と、前記本体部に固着された第２の端部と、を有し、前記後面凹部の中に設けられた第１の弧状ガイドバーと、
前記貫通孔に嵌合し、前記第１の弧状ガイドバーの前記第１の端部に接続された中空スクリーンと、
開口が上に設けられ、前記中空スクリーンの後ろの前記ベーン本体の前記後面凹部の中に設けられ、前記第１の弧状ガイドバーの周りにスリーブの形で摺動可能に嵌合された第２の弧状ガイドバーを含み、バッフル支持バー上のピボット点を介し、前記ベーン本体の前記前板部に接続されているため、前記ピボット点で回動し、前記後面凹部に隣接した一面から前記中空スクリーンを開閉自在に覆い、前記第２の弧状ガイドバーは、基端側と、先端側と、前記先端側の周りに形成された半径方向外向に向かって延びるフランジと、を有する第１の可動バッフルユニットと、
前記第１の可動バッフルユニットの後ろの前記ベーン本体の前記後面凹部の中に配置され、前記第２の弧状ガイドバーの周りに摺動可能に嵌合され、前記後面凹部に隣接した一側から前記第１の可動バッフルユニットを開閉自在に覆うことが可能な第２の可動バッフルユニットと、を備える、垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【請求項１０】
前記本体部は、前記ベーン本体の正面と背面との間に、平行かつ連続的に複数の山折り及び谷部が外周面に設けられた、請求項９に記載の垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【請求項１１】
前記前板部は、外向き湾曲正面を有し、
前記貫通孔を囲む前記外向き湾曲正面の領域は、釣鐘状の凹み部に形成される、請求項９に記載の垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【請求項１２】
前記中空スクリーンは、スリーブ部と、前記スリーブ部に周設されたスクリーン本体と、を有し、
前記スリーブ部は、前記第１の弧状ガイドバーの前記第１の端部の周りに嵌合し、前記スクリーン本体は、前記貫通孔の内周壁に外周が固着され、
前記スクリーン本体は、その上に設けられた複数の開口を有する、請求項１１に記載の垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【請求項１３】
前記第１の可動バッフルユニットは、第１のスリーブと、前記第１のスリーブの周りに位置して接続された第１の可動バッフルと、を有し、
前記第１のスリーブは、前記第２の弧状ガイドバーの基端側の周りに摺動可能に嵌合し、
前記第１の可動バッフルは、その上に設けられた複数の開口を有する、請求項１２に記載の垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【請求項１４】
前記第２の可動バッフルユニットは、第２のスリーブと、前記第２のスリーブに周設された第２の可動バッフルと、を含み、
前記第２のスリーブは、前記第２の弧状ガイドバーの周りに摺動可能に嵌合し、
前記第２の可動バッフルは、前記後面凹部に隣接した一面から前記第１の可動バッフル上の開口を覆う、請求項１３に記載の垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【請求項１５】
前記中空スクリーン及び前記第１の可動バッフルユニットは、それらの間に提供された第１の緩衝ばねを有し、
同じ極性を有する第１の磁性体リング及び第２の磁性体リングは、前記第１の緩衝ばね及び前記第１の可動バッフルユニット上のそれぞれの接触面に配置される、請求項１４に記載の垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【請求項１６】
前記第１の可動バッフルユニット及び前記第２の可動バッフルユニットは、それらの間に第２の緩衝ばねを有する、請求項１５に記載の垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【請求項１７】
前記ベーンは、
前記第１の弧状ガイドバーの前記第２の端部近くに固着されたストップリングと、
前記第１の弧状ガイドバーの前記第１の端部に対向する前記ストップリングの一側に、前記第１の弧状ガイドバー上に配置された前記ストップスプリングと、を有するストップユニットをさらに含む、請求項１６に記載の垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【請求項１８】
前記ストップユニットは、前記ストップリングの一側面に回動可能に枢支連結する保持装置をさらに含み、
前記保持装置は、操作レバーと、前記操作レバーに接続されたフックと、を含み、
前記第２の弧状ガイドバーは、操作レバー及びフックに対応したフランジ上の位置に押し棒及び止めリングを有し、
前記保持装置は、外部に向かって突出した解除レバーをさらに含む、請求項１７に記載の垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直軸式風力発電機のベーン構造に関し、特に、ベーン上に設けた孔を開閉することにより、それぞれ風を遮るか、あるいは空気抵抗を有効に減らす可動バッフルユニットを含む垂直軸式風力発電機のベーン構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
垂直軸式風力発電機は、メインシャフトの周面に沿って間隔をおいて複数のベーンが取り付けられた垂直式メインシャフトを有する。各ベーンは、一般に、互いに対応した２つの外向き湾曲面及び内向き湾曲面である正面及び背面を有する。ベーンの内向き湾曲面は、向い風を受け、気流のフローを遮るため、ベーンが風で押されてメインシャフトを回転させる。続いて、メインシャフトの回転力を複数の発電機セットに伝達し、発電を行う。
【０００３】
垂直軸式風力発電機のベーンは、周方向に間隔をあけてメインシャフトに周設され、先行するベーンの内向き湾曲背面が、後続のベーンの外向き湾曲正面に対向する。ベーンの内向き湾曲背面に対して風が吹き付けられると、他の反対側のベーンの外向き湾曲面に対しても吹き付けられる。つまり、ベーンの内向き湾曲背面に対して吹き付けられる風だけがメインシャフトを効果的に回転させるのに役立ち、ベーンの外向き湾曲正面に吹き付けられる風は、メインシャフトの回転に対する抵抗力として作用する。
【０００４】
従来の垂直軸式風力発電機のベーンの全ては、その上に開口が全く形成されていない完全なプレートである。ベーンの外向き湾曲正面に風が吹き付けられると、外向き湾曲正面により風がベーンの外側に案内され、空気抵抗を減らすことができる。それにも関わらず、ベーンの比較的大きな領域により、風が依然としてブロックされるため、他のベーンの内向き湾曲背面に対して吹き付けられる風により生成される押す力は低減される。メインシャフトを回転させる風力が減るため、不都合なことに、風力発電機の効果が低下する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の主な目的は、ベーン本体の空気抵抗を減らすとともに、ベーン本体で風を効果的に遮ることにより、メインシャフトを回転させる垂直軸式風力発電機のベーン構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した目的及び他の目的を達成するために、本発明の好適な実施例に係る垂直軸式風力発電機のベーン構造は、風力発電機のメインシャフトに沿って間隔をあけて周設した複数のベーンを含む。各ベーンは、ベーン本体、第１の弧状ガイドバー、中空スクリーン及び第１の可動バッフルユニットを含む。ベーン本体は、後面凹部を画定し、貫通孔が上に形成された前板部を含む本体部を有する。第１の弧状ガイドバーは、後面凹部の中に設けられ、第１の端部及び第２の端部を有する。第２の端部は、本体部に固着され、第１の端部は、貫通孔の中央部に設けられている。中空スクリーンは、貫通孔に嵌合し、第１の弧状ガイドバーの第１の端部に接続されている。第１の可動バッフルユニットは、後面凹部の中に位置し、第１の弧状ガイドバーの周りに摺動可能に嵌合され、バッフル支持バーを介し、前板部へ回動可能に枢支連結されているため、第１の可動バッフルユニットは、後面凹部に隣接した一側から中空スクリーンを開閉自在に覆う。ベーンの後面凹部が向い風を受けると、第１の可動バッフルユニットに風が吹き付けられて中空スクリーンを覆い、ベーン本体の後面凹部の前板部上の貫通孔を閉じて風を効果的に遮る。一方、ベーンの後面凹部が追い風を受けると、第１の可動バッフルユニットが前板部上の貫通孔を自然に開き、ベーンの回転の空気抵抗を減らす。つまり、向い風を受ける後面凹部を有する本発明のベーンは、同時に追い風を受ける後面凹部を有する反対側のベーンによる悪影響を受けずに、風力を効果的に利用することができる。そのため、風力発電機のメインシャフトは、ベーンにより容易に回転することができる。
【０００７】
好ましくは、ベーン本体の本体部は、前板部と、前板部の上縁及び下縁から延伸した上板部及び下板部と、前板部の右縁及び左縁から延伸した左板部及び右板部と、を含むため、上板部、下板部、左板部、右板部及び前板部により、後面凹部が画定される。
【０００８】
好ましくは、上板部、下板部及び右板部は、平行かつ連続的に複数の山折り及び谷部を各外面上に有し、ベーン本体の正面と背面との間から延伸している。これらの山折り及び谷部により、ベーン本体が風力により回転されるときに騒音が発生することを防ぐことができる。
【０００９】
好ましくは、第１の弧状ガイドバーの第２の端部が本体部の上板部に固着されるため、第１の弧状ガイドバーの位置を固定することができる。
【００１０】
好ましくは、前板部は、外向き湾曲正面を有し、貫通孔を囲む外向き湾曲正面の領域が釣鐘状の凹み部に形成されている。外向き湾曲正面は、ベーン本体の外側へ気流を案内し、凹み部は、貫通孔を通ってベーン本体の外側へ気流の一部を都合よく案内することができる。
【００１１】
好ましくは、中空スクリーンは、スリーブ部と、スリーブ部に周設されたスクリーン本体と、を有する。スリーブ部は、第１の弧状ガイドバーの第１の端部の周りに嵌められ、スクリーン本体は、その外周で貫通孔の内周壁に固着される。そのため、中空スクリーンが貫通孔に嵌められ、第１の弧状ガイドバーにより支持される。
【００１２】
好ましくは、第１の可動バッフルユニットは、第１のスリーブと、第１のスリーブの端部に周設された第１の可動バッフルと、を含む。第１のスリーブは、第１の弧状ガイドバーの周りに摺動可能に嵌合され、第１の可動バッフルは、通常、後面凹部に隣接した一面から中空スクリーンを覆っている。そのため、第１の可動バッフルユニットは、中空スクリーンを開閉自在に覆い、第１の弧状ガイドバーにより支持されて案内され、開位置と閉位置との間を移動し、中空スクリーンの開閉を行う。
【００１３】
好ましくは、中空スクリーンと第１の可動バッフルユニットとの間に提供された第１の緩衝ばねにより、中空スクリーンに対する第１の弧状ガイドバーの衝撃を緩衝し、衝撃により騒音が発生することを防ぐ。
【００１４】
好ましくは、同じ極性を有する第１の磁性体リング及び第２の磁性体リングが、第１の緩衝ばね及び第１の可動バッフルユニット上の接触面にそれぞれ設けられるため、２つの磁性体リング間の磁気反発により、第１の可動バッフルユニットと中空スクリーンとの間の衝撃を緩衝することができる。
【００１５】
好ましくは、ベーンは、第２の端部近くで第１の弧状ガイドバーに固着されたストップリングと、第１の弧状ガイドバー上で、第１の端部に対向したストップリングの一側へ配置されたストップスプリングと、を含むストップユニットをさらに含む。ストップリングの機能は最大角度を制限し、これにより第１の可動バッフルユニットを枢着式に開くことができる。そのため、非常に強い風により開角度が大きくなりすぎ、第１の可動バッフルユニットが損傷することを防ぐことができる。ストップスプリングは、第１の可動バッフルユニットとストップリングとの間の衝撃を緩衝することができる。
【００１６】
好ましくは、ストップユニットは、ストップリングの一側面に回動可能に枢支連結した保持装置をさらに含む。保持装置は、操作レバーと、操作レバーに接続されたフックと、を含む。そして、第１の可動バッフルユニットは、操作レバー及びフックに対応した位置に設けられた押し棒及び止めリングを有する。第１の可動バッフルユニットが強い風で開けられ、さらに回転することがないようにストップリングにより停める場合、押し棒は、保持装置の操作レバーを同時に押圧して操作レバーを上向きに回動させ、フックを下向きに回動し、止めリングと係合する。これにより、第１の可動バッフルユニットを完全に開いた位置に保持し、ベーン本体を低速で回転させることにより、強力な風により望ましくない高速回転が発生し、ベーンが損傷することを防ぐことができる。
【００１７】
好ましくは、保持装置は、止めリングからフックを解除する、外部に向かって突出した解除レバーをさらに含む。
【００１８】
上述した目的及び他の目的を達成するために、本発明の他の好適な実施例に係る垂直軸式風力発電機のベーン構造は、風力発電機のメインシャフトに沿って間隔をあけて周設した複数のベーンを含む。各ベーンは、ベーン本体、第１の弧状ガイドバー、中空スクリーン、第１の可動バッフルユニット及び第２の可動バッフルユニットを含む。ベーン本体は、後面凹部を画定し、貫通孔が上に形成された前板部を含む本体部を有する。第１の弧状ガイドバーは、後面凹部の中に設けられ、第１の端部及び第２の端部を有する。第２の端部は、本体部に固着され、第１の端部は、貫通孔の中央部に設けられている。中空スクリーンは、貫通孔に嵌合し、第１の弧状ガイドバーの第１の端部に接続されている。第１の可動バッフルユニットは、開口が上に設けられ、中空スクリーンの後ろのベーン本体の後面凹部の中に設けられている。第１の可動バッフルユニットは、第１の弧状ガイドバーの周りにスリーブの形で摺動可能に嵌合された第２の弧状ガイドバーを含み、バッフル支持バー上のピボット点を介し、ベーン本体の前板部に接続されているため、第１の可動バッフルユニットは、ピボット点で回動し、後面凹部に隣接した一面から中空スクリーンを開閉自在に覆う。第２の弧状ガイドバーは、基端側と、先端側と、先端側の周りに形成された半径方向外向に向かって延びるフランジと、を有する。第２の可動バッフルユニットは、第１の可動バッフルユニットの後ろのベーン本体の後面凹部の中に配置され、第２の弧状ガイドバーの周りに摺動可能に嵌合され、後面凹部に隣接した一側から第１の可動バッフルユニットを開閉自在に覆うことが可能である。ベーン本体の後面凹部が向い風を受けるとき、ベーン本体の第１及び第２の可動バッフルユニットが、閉位置に位置し、中空スクリーン及び貫通孔を覆い、後面凹部により風力を効果的に遮る。ベーン本体の後面凹部が追い風を受けるとき、第１及び第２の可動バッフルユニットが自然に開き、回転しているベーン本体の空気抵抗を増大させずに、ベーン本体の外側の貫通孔を風が素早く通過させることができる。つまり、向い風を受ける後面凹部を有するベーンは、同時に追い風を受ける後面凹部を有する反対側のベーンによる悪影響を受けずに、風力を効果的に利用することができる。そのため、風力発電機のメインシャフトは、ベーンにより容易に回転させることができる。
【００１９】
好ましくは、第１の可動バッフルユニットと第２の可動バッフルユニットとの間に提供された第２の緩衝ばねにより、部品が損傷したり衝撃により騒音が生じたりすることを防ぐことができる。
【００２０】
上述した目的及び他の目的を達成するために、本発明が採用する構造及び技術手段は、以下の好適な実施例の詳細な説明及び添付した図面を参照すると良く理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る風力発電機のメインシャフトに沿って間隔をあけて周設した複数のベーンを示す斜視図である。
【図２】図１の囲み領域Ａの部分拡大図である。
【図３】本発明の第１実施例に係る垂直軸式風力発電機のベーン構造を示す断面図であり、第１の可動バッフルが閉位置にある状態を示す。
【図４】第１の可動バッフルが部分的に開位置にある図３と略同じ側面図である。
【図５】第１の可動バッフルが全開位置に移動し、保持装置により引っ掛けられた状態を示す部分拡大図である。
【図６】本発明の第２実施例に係る垂直軸式風力発電機のベーン構造の断面図であり、第１の可動バッフル及び第２の可動バッフルが閉位置にある状態を示す。
【図７】第１の可動バッフル及び第２の可動バッフルが部分的に開位置にある状態を示す図６と略同じ側面図である。
【図８】第１の可動バッフル及び第２の可動バッフルが全開位置に移動して保持装置により引っ掛けられた図７と略同じ部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の２つの好適な実施例を説明する。理解し易いように、２つの好適な実施例で用いられる共通要素には、同じ参照符号が用いられている。
【００２３】
図１を参照する。図１は、風力発電機のメインシャフト７に沿って間隔をあけて周設した本発明に係る複数のベーンを示す斜視図であり、図２は、図１の囲み領域Ａの部分拡大図であり、図３〜図５は、本発明の第１実施例に係るベーンを示す断面図である。
【００２４】
図示するように、本発明の第１実施例に係る垂直軸式風力発電機のベーン構造は、ベーン本体１、第１の弧状ガイドバー２、中空スクリーン（ｏｐｅｎｗｏｒｋ  ｓｃｒｅｅｎ）３及び第１の可動バッフルユニット４をそれぞれ含む複数のベーンを含む。
【００２５】
ベーン本体１は、後面凹部１２を画定する本体部１１を含む。実際には、本体部１１は、前板部１１１と、前板部１１１の上縁及び下縁から延伸した上板部１１２及び下板部１１３と、前板部１１１の左縁及び右縁から延伸した左板部１１４及び右板部１１５と、を含む。後面凹部１２は、気流を効果的に遮るために、前板部１１１、上板部１１２、下板部１１３、左板部１１４、右板部１１５の間に設けられている。
【００２６】
前板部１１１には、貫通孔１１６が設けられ、貫通孔１１６を囲み、略釣鐘状の凹み部１１８に形成された領域を有する外向き湾曲正面１１７を有する。つまり、貫通孔１１６は、凹み部１１８の底部の前板部１１１上に設けられている。
【００２７】
第１の弧状ガイドバー２は、後面凹部１２に配置され、第１の端部２１及び第２の端部２２を有する。第２の端部２２は、本体部１１上の所定位置（例えば、上板部１１２）に固着されている。第１の端部２１は、ベーン本体１上の貫通孔１１６の中心部に設けられている。
【００２８】
中空スクリーン３は、ベーン本体１上の貫通孔１１６に取り付けられ、第１の弧状ガイドバー２の第１の端部２１と接続されている。実際には、中空スクリーン３は、スリーブ部３１と、スリーブ部３１に周設されたスクリーン本体３２と、を含む。スリーブ部３１は、第１の弧状ガイドバー２の第１の端部２１の周りに嵌められ、スクリーン本体３２は、その外周が貫通孔１１６の内周壁に固着される。スクリーン本体３２上には、複数の開口３２１が設けられている。上述した構成により、貫通孔１１６に中空スクリーン３が嵌められている。
【００２９】
第１の可動バッフルユニット４は、中空スクリーン３の後ろの後面凹部１２の中に設けられ、第１の弧状ガイドバー２の周りに摺動可能に嵌合されている。第１の可動バッフルユニット４は、バッフル支持バー４１上のピボット点４１１を介し、ベーン本体１の前板部１１１に接続されているため、第１の可動バッフルユニット４は、ピボット点４１１で回動可能に後面凹部１２に入ったり、中空スクリーン３に向かって貫通孔１１６を開閉自在に閉塞する。実際には、第１の可動バッフルユニット４は、第１のスリーブ４２と、第１のスリーブ４２の端部周辺で、第１のスリーブ４２に接続した第１の可動バッフル４３と、を含む。第１のスリーブ４２は、第１の弧状ガイドバー２の周りに摺動可能に嵌合され、第１の可動バッフル４３は、一般に後面凹部１２に隣接した一側から中空スクリーン３を覆う。つまり、第１の弧状ガイドバー２は、中空スクリーン３を支持するために、中空スクリーン３に接続されている上のみならず、第１の可動バッフルユニット４を開位置又は閉位置へ案内する機能を有する一方、その上に第１の可動バッフルユニット４を強固に支える機能を有する。
【００３０】
図３に示すように、後面凹部１２の側部からベーン本体１に対して風が吹くと、中空スクリーン３上の開口３２１が第１の可動バッフルユニット４により閉まり、ベーン本体１の後面凹部１２により風を効果的に遮り、メインシャフト７を回転させる。
【００３１】
図４に示すように、上述のベーン本体１の後面凹部１２に対して風が吹くと、ベーン本体１の反対側の前板部１１１の外向き湾曲正面１１７に対しても風が吹く。この時点で、風の気流の一部は、外向き湾曲正面１１７により対向したベーン本体１の外側へ向かって案内され、前板部１１１に作用する風の気流の残りは、凹み部１１８の中に案内され、中空スクリーン３上の開口３２１を通って第１の可動バッフルユニット４に吹き、バッフル支持バー４１のピボット点４１１で第１の可動バッフルユニット４を回転させる一方、第１の弧状ガイドバー２により案内されて中空スクリーン３から離れて貫通孔１１６を開ける。この時点で、対向したベーン本体１上に設けられた貫通孔１１６は、開状態であり、ベーン本体１により風がブロックされずに、中空スクリーン３上の開口３２１を通過し、ベーン本体１の外側へ案内される。その結果、対向したベーン本体１における空気抵抗が低減される。
【００３２】
そのため、本発明のベーン構造は、垂直軸式風力発電機のメインシャフト７上のベーン本体２の１つの後面凹部１２に風力が作用するとき、同時にベーン本体１の反対側の空気抵抗を迅速に除去することができるため、対向するベーン本体１による風力に対する大きな障害が無くなり、ベーン本体１に大きな押力を発生させ、風力発電機のメインシャフト７を回転させる。
【００３３】
第１の緩衝ばね４４は、中空スクリーン３と第１の可動バッフルユニット４との間に設けられる。第１の可動バッフルユニット４を中空スクリーン３に向けて回転して閉めると、中空スクリーン３に対して与える第１の可動バッフルユニット４の衝撃を緩衝する機能を第１の緩衝ばね４４が有し、衝撃により部品が損傷したり騒音が発生したりすることを防ぐことができる。さらに、同じ極性を有する第１の磁性体リング４８及び第２の磁性体リング４９が、接触面に第１の緩衝ばね４４及び第１の可動バッフルユニット４上にそれぞれ設けられ、第１の磁性体リング４８と第２の磁性体リング４９との間の磁気反発により、第１の可動バッフルユニット４と中空スクリーン３との間の衝撃を緩衝することができる。
【００３４】
上板部１１２、下板部１１３及び右板部１１５は、平行かつ連続的に複数の山折り及び谷部１１９を各外面上に有し、ベーン本体１の正面と背面との間から延伸している。これらの山折り及び谷部１１９により、ベーン本体１が風力により回転されるときに騒音が発生することを防ぐことができる。つまり、これらの山折り及び谷部１１９は、消音効果を提供する。
【００３５】
図３〜図５を参照し、特に図５を参照する。本発明のベーン構造は、ストップリング５１及びストップスプリング５２を含むストップユニット５をさらに含む。ストップリング５１は、第２の端部２２近くで第１の弧状ガイドバー２に固着され、ストップスプリング５２は、第１の弧状ガイドバー２上で、第１の端部２１に対向したストップリング５１の一方側へ配置される。ストップリング５１の機能により最大角度を制限し、これにより第１の可動バッフルユニット４を枢着式に開くことができる。そのため、台風などの非常に強い風により開角度が大きくなりすぎて、第１の可動バッフルユニット４に損傷が発生することを防ぐことができる。第１の可動バッフルユニット４とストップリング５１との間に発生する衝撃は、ストップスプリング５２により緩衝することができる。
【００３６】
ストップユニット５は、ストップリング５１の一側面に回動可能に枢支連結した保持装置５３をさらに含む。保持装置５３は、操作レバー５３１と、操作レバー５３１に接続されたフック５３２と、を含む。また、第１の可動バッフルユニット４は、操作レバー５３１及びフック５３２に対応した位置に、押し棒４５及び止めリング４６を有する。第１の可動バッフルユニット４が強い風で吹かれ、さらなる回転を止めるようストップリング５１により止められる際、押し棒４５により保持装置５３の操作レバー５３１を押圧し、操作レバー５３１を上向きに回動させると、フック５３２が下向きに回動し、止めリング４６と係合する。これにより、第１の可動バッフルユニット４を完全に開いた位置に保持し、ベーン本体１を低速で回転させることにより、強力な風による望ましくない高速回転によりベーンが損傷することを防ぐことができる。
【００３７】
保持装置５３は、外部に向かって突出した解除レバー５３３を含む。強い風が無くなると、解除レバー５３３が引かれ、止めリング４６からフック５３２が解除される。この場合、第１の可動バッフルユニット４は、ストップユニット５に固定されずに、全開位置と全閉位置との間で自在に回動し、風向きに反応して中空スクリーン３を閉じたり開いたりする。
【００３８】
図１に示すように、ベーンの安定した回転を確保するために、ベーン本体１、メインシャフト７、２つの隣接したベーン本体１のそれぞれの上板部１１２の間から鋼索８が延伸されている。
【００３９】
図６〜図８は、本発明の第２実施例に係る垂直軸式風力発電機のベーン構造を示す断面図である。第２実施例は、第２の可動バッフルユニット６が第１の可動バッフルユニット４を開閉自在に覆うことができる他は、第１実施例と構造的に略同じである。つまり、本発明の第２実施例に係るベーン構造は、ベーンの外向き湾曲正面が向い風を受けるとき、空気抵抗をできるだけ早く減らすことができる、２つのオーバーラップ移動可能バッフルユニットを含む。
【００４０】
以下、第１実施例と異なる第２実施例の部分を詳細に説明する。第２実施例において、第１の可動バッフルユニット４は、その上に形成された開口を有し、中空スクリーン３の後ろのベーン本体１の後面凹部１２の中に位置する。第１の可動バッフルユニット４は、第１の弧状ガイドバー２の周りに摺動可能に嵌合された、スリーブの態様に形成された第２の弧状ガイドバー４７を含む。第１実施例において、第１の可動バッフルユニット４は、バッフル支持バー４１上のピボット点４１１を介し、ベーン本体１の前板部１１１に接続されているため、第１の可動バッフルユニット４は、ピボット点４１１で後面凹部１２の中へ回動し、中空スクリーン３に向かって貫通孔１１６を開閉自在に閉塞する。図６に示すように、第２の弧状ガイドバー４７は、基端側４７１及び先端側４７２を有し、半径方向外向に向かって延びるフランジ４７３が先端側４７２の周りに形成されている。
【００４１】
実際には、第１の可動バッフルユニット４は、第２の弧状ガイドバー４７の基端側４７１の周りに設けられた第１のスリーブ４２と、第１のスリーブ４２の端部の周りに接続された第１の可動バッフル４３と、を含む。第１の可動バッフル４３は、一般に後面凹部１２の隣接側から中空スクリーン３を覆い、複数の開口４３１が設けられている。
【００４２】
第２の可動バッフルユニット６は、ベーン本体１の後面凹部１２に位置し、第２の弧状ガイドバー４７の周りに摺動可能に嵌合する。第２の可動バッフルユニット６は、一般に後面凹部１２の隣接側から第１の可動バッフルユニット４を開閉自在に覆う。実際には、第２の可動バッフルユニット６は、第２のスリーブ６１と、第２のスリーブ６１に周設する第２の可動バッフル６２と、を含む。第２のスリーブ６１は、第２の弧状ガイドバー４７の周りに摺動可能に嵌合し、第２の可動バッフル６２は、一般に後面凹部１２の隣接側から第１の可動バッフルユニット４上の開口４３１を閉塞する。
【００４３】
図６に示すように、ベーン本体１上の後面凹部１２が向い風を受けるとき、第２の可動バッフルユニット６が風に吹かれ、第１の可動バッフルユニット４に向かって開口４３１を閉め、第１の可動バッフルユニット４が風に吹かれ、中空スクリーン３に向かって開口３２１を閉め、ベーン本体１全体を開口がない完全な板にする。このとき後面凹部１２は、風を効果的に遮り、メインシャフト７を回転させる。
【００４４】
図７を参照する。上述のベーン本体１の後面凹部１２に対して風が吹くと、風は上述のベーン本体１の反対側に位置する対向するベーン本体１の前板部１１１の外向き湾曲正面１１７に対しても吹く。この時点で、外向き湾曲正面１１７により風の気流の一部が対向したベーン本体１の外側に向かって導かれ、前板部１１１上に作用する風の気流の残りの部分が凹み部１１８の中に案内され、中空スクリーン３上の開口３２１を通り、第１の可動バッフルユニット４に対して吹き、バッフル支持バー４１のピボット点４１１で第１の可動バッフルユニット４が回転し、第１の弧状ガイドバー２により案内されて中空スクリーン３から開位置に移動する。同時に、第１の可動バッフルユニット４上の開口４３１を通過する風が第２の可動バッフルユニット６に作用し、第１の可動バッフルユニット４から第２の可動バッフルユニット６を離す一方、第２の弧状ガイドバー４７に沿って摺動する。このとき対向するベーン本体１上の貫通孔１１６と、第１の可動バッフルユニット４及び第２の可動バッフルユニット６とが開状態となり、対向したベーン本体１により風がブロックされずに、中空スクリーン３上の開口３２１と、第１の可動バッフルユニット４上の開口４３１とを通り、対向したベーン本体１の外側へ案内される。その結果、対向したベーン本体１の空気抵抗が減る。
【００４５】
第２の緩衝ばね６３は、第１の可動バッフルユニット４と第２の可動バッフルユニット６との間に設けられる。第２の可動バッフルユニット６が第１の可動バッフルユニット４に向かって移動し、第１の可動バッフルユニット４を閉めると、第２の緩衝ばね６３により、第１の可動バッフルユニット４に対する第２の可動バッフルユニット６の衝撃を緩衝する。そのため、衝撃により部品に損傷が発生したり騒音が発生したりすることを防ぐことができる。
【００４６】
同様に、ストップユニット５は、第２の端部２２近くの第１の弧状ガイドバー２上に設けられる。ストップユニット５は、第１実施例と同じ機能を提供するストップリング５１及びストップスプリング５２を含む。また、ストップユニット５は、ストップリング５１の一側面に回動可能に枢支連結された保持装置５３をさらに含む。保持装置５３は、操作レバー５３１及びフック５３２を含む。しかし、第２実施例において、操作レバー５３１及びフック５３２に対応した押し棒４５及び止めリング４６は、第１の可動バッフルユニット４の第２の弧状ガイドバー４７のフランジ４７３上にそれぞれ提供される。第１の可動バッフルユニット４及び第２の可動バッフルユニット６に強力な風が吹いても、第１実施例と同様に、保持装置５３のフック５３２が止めリング４６に係合され、ストップユニット５を保持することができる。
【００４７】
同様に、保持装置５３は、止めリング４６からフック５３２を引いて解除するために用いる、外部に向かって突出した解除レバー５３３をさらに含む。
【００４８】
本発明のベーン構造は、ベーン本体１の後面凹部１２が向い風を受けると、ベーン本体１上の可動バッフルユニット又はユニット４，６が、中空スクリーン３及び貫通孔１１６近くの閉位置に位置し、後面凹部１２により風力を効果的に遮る。ベーン本体１の後面凹部１２が追い風を受けるとき、可動バッフルユニット又はユニット４，６が開位置へ自然に移動し、回転するベーン本体１に対する空気抵抗を増やさずに、ベーン本体１上の貫通孔１１６を通ってベーン本体１の外側へ迅速に風が通る。さらに、可動バッフルユニット４，６が支持され、弧状ガイドバー２，４７により案内されるため、閉位置又は開位置で風が吹いても、可動バッフルユニット４，６により、強固な構造及び安定した動作を維持することができる。さらに、ストップユニット５において、ベーン本体１は、強力な風により回転角度が大きくなりすぎて部品の損傷が発生することを防ぎ、全体のベーン構造及び風力発電機を保護することができる。
【００４９】
当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本発明の好適な実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と範囲を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００５０】
１  ベーン本体
２  第１の弧状ガイドバー
３  中空スクリーン
４  第１の可動バッフルユニット
５  ストップユニット
６  第２の可動バッフルユニット
７  メインシャフト
８  鋼索
１１  本体部
１２  後面凹部
２１  第１の端部
２２  第２の端部
３１  スリーブ部
３２  スクリーン本体
４１  バッフル支持バー
４２  第１のスリーブ
４３  第１の可動バッフル
４４  第１の緩衝ばね
４５  押し棒
４６  止めリング
４７  第２の弧状ガイドバー
４８  第１の磁性体リング
４９  第２の磁性体リング
５１  ストップリング
５２  ストップスプリング
５３  保持装置
６１  第２のスリーブ
６２  第２の可動バッフル
６３  第２の緩衝ばね
１１１  前板部
１１２  上板部
１１３  下板部
１１４  左板部
１１５  右板部
１１６  貫通孔
１１７  外向き湾曲正面
１１８  凹み部
１１９  山折り及び谷部
３２１  開口
４１１  ピボット点
４３１  開口
４７１  基端側
４７２  先端側
４７３  半径方向外向に向かって延びるフランジ
５３１  操作レバー
５３２  フック
５３３  解除レバー
【図１】
2010133411.tif 000003
【図２】
2010133411.tif 000004
【図３】
2010133411.tif 000005
【図４】
2010133411.tif 000006
【図５】
2010133411.tif 000007
【図６】
2010133411.tif 000008
【図７】
2010133411.tif 000009
【図８】
2010133411.tif 000010
【外国語明細書】
VANE STRUCTURE FOR VERTICAL AXIS WIND POWER GENERATOR
FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a vane structure for a vertical axis wind power generator, and more particularly to a vane for vertical axis wind power generator that includes a movable baffle unit to close or open a through hole on the vane to thereby effectively intercept the wind or reduce the air resistance to the vane, respectively.
BACKGROUND OF THE INVENTION
A vertical axis wind power generator has a vertical main shaft, on which a plurality of vanes are mounted to space from one another along a circumferential surface of the main shaft.  Each of the vanes has a front side and a rear side that are generally two corresponding outward curved face and inward curved face, respectively.  The inward curved face of the vane is located against the wind to intercept the flow of air currents, so that the vane is push by the wind to thereby drive the main shaft to rotate.  Then, the rotating force of the main shaft is transmitted to a plurality of power generator sets for generating electric power.
Since the vanes of the vertical axis wind power generator are sequentially circumferentially spaced around the main shaft, the inward curved rear face of a preceding vane is oriented toward the outward curved front face of a following vane.  When the wind blows against the inward curved rear face of one vane, it also blows against the outward curved front face of another diametrically opposite vane.  That is, only the wind blowing to the inward curved rear face of the vane is useful to effectively rotate the main shaft, while the wind blowing to the outward curved front face of the vane simply forms a resistance to the rotation of the main shaft.
It is noted the vanes for the conventional vertical axis wind power generator all are a complete plate without any opening formed thereon.  When the wind blows to the outward curved front face of the vane, the outward curved front face functions to guide the wind to outer sides of the vane to thereby reduce the air resistance thereto.  Nevertheless, the relatively large area of the vane would still block the wind to thereby reduce the overall push produced by the wind against the inward curved rear faces of other vanes.  Since the wind force capable of driving the main shaft to rotate is reduced, the effect of wind power generation is disadvantageously reduced accordingly.
SUMMARY OF THE INVENTION
A primary object of the present invention is to provide a vane structure for vertical axis wind power generator, which, on the one hand, reduces air resistance to a vane body and, on the other hand, allows the vane body to effectively intercept the wind for driving the main shaft to rotate.
To achieve the above and other objects, the vane structure for vertical axis wind power generator according to a preferred embodiment of the present invention includes a plurality of vanes mounted around and spaced along a main shaft of the wind power generator.  Each of the vanes includes a vane body, a first arcuate guide bar, an openwork screen, and a first movable baffle unit.  The vane body has a body portion that defines a rearward recess, and includes a front plate portion, on which a through hole is formed.  The first arcuate guide bar is located in the rearward recess, and having a first end and an opposing second end; the second end is fixedly connected to the body portion and the first end is located at a center of the through hole.  The openwork screen is fitted in the through hole and connected to the first end of the first arcuate guide bar.  The first movable baffle unit is located in the rearward recess and slidably fitted around the first arcuate guide bar, and is pivotally turnably connected to the front plate portion via a baffle support bar, such that the first movable baffle unit openably covers the openwork screen from one side adjacent to the rearward recess.  When the rearward recess of the vane is located against the wind, the first movable baffle unit is blown by the wind to cover the openwork screen and accordingly closes the through hole on the front plate portion for the rearward recess of the vane body to effectively intercept the wind.  On the other hand, when the rearward recess of the vane is located before the wind, the first movable baffle unit naturally opens the through hole on the front plate portion to reduce the air resistance to the rotation of the vane.  That is, the vane of the present invention with the rearward recess located against the wind can effectively utilize the wind force without being adversely affected by an opposing vane that has a rearward recess located before the wind at the same time.  Thus, the main shaft of the wind power generator can be more easily driven by the vanes to rotate.
Preferably, the body portion of the vane body includes a front plate portion, an upper plate portion and an opposing lower plate portion extended from an upper and a lower edge of the front plate portion, and a left plate portion and an opposing right plate portion extended from a left and a right edge of the front plate portion, such that the upper, the lower, the left, the right, and the front plate portion together define the rearward recess.
Preferably, the upper plate portion, the lower plate portion and the right plate portion are provided on respective outer surface with a plurality of parallelly and continuously arranged ridges and valleys, which are extended between a front and a rear side of the vane body.  With these ridges and valleys, it is able to avoid noise that is produced when the vane body is driven by the wind to rotate.
Preferably, the second end of the first arcuate guide bar is fixedly connected to the upper plate portion of the body portion, so as to locate the first arcuate guide bar in place.
Preferably, the front plate portion has an outward curved front surface, and an area of the outward curved front surface surrounding the through hole is formed into a bell-shaped sunken portion.  The outward curved front surface can advantageously guide air currents to outer sides of the vane body, and the sunken portion can advantageously guide part of the air currents through the through hole to outer sides of the vane body.
Preferably, the openwork screen has a sleeve portion and a screen body connected to and located around the sleeve portion.  The sleeve portion is fitted around the first end of the first arcuate guide bar, and the screen body is fixedly connected at an outer periphery thereof to an inner peripheral wall of the through hole.  Therefore, the openwork screen is fitted in the through hole and supported by the first arcuate guide bar.
Preferably, the first movable baffle unit includes a first sleeve and a first movable baffle connected to and located around an end of the first sleeve.  The first sleeve is slidably fitted around the first arcuate guide bar, and the first movable baffle normally covers the openwork screen from one side adjacent to the rearward recess.  Thus, the first movable baffle unit openably covers the openwork screen and is supported and guided by the first arcuate guide bar to move between an opened position and a closed position to open and cover the openwork screen, respectively.
Preferably, a first buffer spring is provided between the openwork screen and the first movable baffle unit to buffer the impact of the first arcuate guide bar against the openwork screen and accordingly, avoid damaged parts and noise caused by such impact.
Preferably, a first and a second magnetic ring having the same polarity are provided on the first buffer spring and the first movable baffle unit at contact faces thereof, so that a magnetic repulsion between the two magnetic rings can further buffer the impact between the first movable baffle unit and the openwork screen.
Preferably, the vane further includes a stop unit, which includes a stop ring fixedly mounted to the first arcuate guide bar near the second end thereof, and a stop spring arranged on the first arcuate guide bar to one side of the stop ring facing toward the first end.  The stop ring functions to limit a maximum angle by which the first movable baffle unit can be pivotally turned open.  Therefore, the first movable baffle unit is protected against damage due to an exceeded open angle caused by an extremely strong wind.  The stop spring can buffer the impact between the first movable baffle unit and the stop ring.
Preferably, the stop unit further includes a holding device, which is pivotally turnably connected to one lateral side of the stop ring.  The holding device includes a control lever and a hook connected to the control lever.  And, the first movable baffle unit is provided at positions corresponding to the control lever and the hook with a push bar and a retaining ring, respectively.  When the first movable baffle unit is blown open by a strong wind and stopped by the stop ring from turning any further, the push bar will strike against the control lever of the holding device at the same time, bringing the control lever to pivotally turn upward and accordingly, bringing the hook to pivotally turn downward to engage with the retaining ring.  Thus, the first movable baffle unit is held to the fully opened position, allowing the vane body to rotate at a reduced speed to avoid damaged parts of the vane due to undesirable quick rotation of the vane under extremely strong wind.
Preferably, the holding device further includes an outward projected release lever for disengaging the hook from the retaining ring.
To achieve the above and other objects, the vane structure for vertical axis wind power generator according to another preferred embodiment of the present invention includes a plurality of vanes mounted around and spaced along a main shaft of the wind power generator.  Each of the vanes includes a vane body, a first arcuate guide bar, an openwork screen, a first movable baffle unit, and a second movable baffle unit.  The vane body has a body portion that defines a rearward recess and includes a front plate portion, on which a through hole is formed.  The first arcuate guide bar is located in the rearward recess, and has a first end and an opposing second end.  The second end is fixedly connected to the body portion and the first end is located at a center of the through hole.  The openwork screen is fitted in the through hole and connected to the first end of the first arcuate guide bar.  The first movable baffle unit has openings formed thereon and is located in the rearward recess of the vane body behind the openwork screen.  The first movable baffle unit includes a second arcuate guide bar in the form of a sleeve slidably fitted around the first arcuate guide bar, and is connected to the front plate portion of the vane body via a pivot point on a baffle support bar, so that the first movable baffle unit is turnable about the pivot point to openably cover the openwork screen from one side adjacent to the rearward recess.  The second arcuate guide bar has a proximal end and a distal end, and a radially outward extended flange formed around the distal end.  The second movable baffle unit is located in the rearward recess of the vane body behind the first movable baffle unit, and is slidably fitted around the second arcuate guide bar to openably cover the first movable baffle unit from one side adjacent to the rearward recess.  When the rearward recess of the vane body is located against the wind, the first and the second movable baffle unit on the vane body are located at a closed position to cover the openwork screen and the through hole, allowing the rearward recess to effectively intercept the wind force; and when the rearward recess of the vane body is located before the wind, the first and the second movable baffle unit are naturally opened, allowing the wind to quickly move through the through hole to outer sides of the vane body without producing an increased air resistance to the rotating vane body.  That is, the vane with the rearward recess located against the wind can effectively utilize the wind force without being adversely affected by an opposing vane that has the rearward recess located before the wind at the same time.  Thus, the main shaft of the wind power generator can be more easily driven by the vanes to rotate.
Preferably, a second buffer spring is provided between the first and the second movable baffle unit to buffer the impact therebetween, so as to avoid damaged parts and noise caused by such impact.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
The structure and the technical means adopted by the present invention to achieve the above and other objects can be best understood by referring to the following detailed description of the preferred embodiments and the accompanying drawings, wherein
Fig. 1 is a fragmentary perspective view showing a plurality of vanes according to the present invention is mounted around and spaced along a main shaft of a wind power generator;
Fig. 2 is an enlarged partially sectioned perspective view of the circled area A of Fig. 1;
Fig. 3 is a sectioned side view of a vane structure for vertical axis wind power generator according to a first embodiment of the present invention, showing a first movable baffle thereof at a closed position;
Fig. 4 is a sectioned side view similar to Fig. 3 with the first movable baffle at a partially opened position;
Fig. 5 is a sectioned side view similar to Fig. 4 with the first movable baffle moved to a fully opened position and hooked thereto by a holding device, which is shown in a partially enlarged view;
Fig. 6 is a sectioned side view of a vane structure for vertical axis wind power generator according to a second embodiment of the present invention, showing a first and a second movable baffle thereof at a closed position;
Fig. 7 is a sectioned side view similar to Fig. 6 with the first and the second movable baffle at a partially opened position; and
Fig. 8 is a sectioned side view similar to Fig. 7 with the first and the second movable baffle moved to a fully opened position and hooked thereto by a holding device.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
The present invention will now be described with two preferred embodiments thereof. For the purpose of easy to understand, elements that are the same in the two preferred embodiments are denoted by the same reference numerals.
Please refer to Fig. 1 that is a fragmentary perspective view showing a plurality of vanes according to the present invention is mounted around and spaced along a main shaft 7 of a wind power generator, and to Fig. 2 that is an enlarged and partially sectioned perspective view of the circled area A of Fig. 1, and to Figs. 3 to 5 that are sectioned side views of one vane according to a first embodiment of the present invention.
As shown, the vane structure for vertical axis wind power generator according to the first embodiment of the present invention includes a plurality of vanes, each of which includes a vane body 1, a first arcuate guide bar 2, an openwork screen 3, and a first movable baffle unit 4.
The vane body 1 includes a body portion 11 that defines a rearward recess 12.  In practical implementation, the body portion 11 includes a front plate portion 111, an upper plate portion 112 and an opposing lower plate portion 113 extended from an upper and a lower edge of the front plate portion 111, and a left plate portion 114 and an opposing right plate portion 115 extended from a left and a right edge of the front portion 111.  The rearward recess 12 is formed between the front, the upper, the lower, the left and the right plate portion 111, 112, 113, 114, 115 to effectively intercept the flow of air currents.
The front plate portion 111 is provided with a through hole 116, and has an outward curved front surface 117 with an area surrounding the through hole 116 formed into a substantially bell-shaped sunken portion 118.  That is, the through hole 116 is located on the front plate portion 111 at a bottom of the sunken portion 118.
The first arcuate guide bar 2 is located in the rearward recess 12, and has a first end 21 and an opposing second end 22.  The second end 22 is fixedly connected to a predetermined position on the body portion 11, such as the upper plate portion 112.  The first end 21 is located at a center of the through hole 116 on the vane body 1.
The openwork screen 3 is mounted in the through hole 116 on the vane body 1 and connected to the first end 21 of the first arcuate guide bar 2.  In practical implementation, the openwork screen 3 includes a sleeve portion 31 and a screen body 32 connected to and located around the sleeve portion 31.  The sleeve portion 31 is fitted around the first end 21 of the first arcuate guide bar 2, and the screen body 32 is fixedly connected at an outer periphery thereof to an inner peripheral wall of the through hole 116.  On the screen body 32, there is provided a plurality of openings 321.  With the above arrangements, the openwork screen 3 is fitted in the through hole 116.
The first movable baffle unit 4 is located in the rearward recess 12 behind the openwork screen 3 and slidably fitted around the arcuate guide bar 2.  The first movable baffle unit 4 is connected to the front plate portion 111 of the vane body 1 via a pivot point 411 on a baffle support bar 41, so that the first movable baffle unit 4 is turnable about the pivot point 411 into the rearward recess 12 or toward the openwork screen 3 to openably close the through hole 116 and accordingly, the openwork screen 3.  In practical implementation, the first movable baffle unit 4 includes a first sleeve 42 and a first movable baffle 43 connected to and located around an end of the first sleeve 42.  The first sleeve 42 is slidably fitted around the first arcuate guide bar 2, and the first movable baffle 43 normally covers the openwork screen 3 from one side adjacent to the rearward recess 12.  That is, the first arcuate guide bar 2 is not only connected to the openwork screen 3 for supporting the same, but also functions to guide the first movable baffle unit 4 to an opened position or a closed position while firmly supporting the first movable baffle unit 4 thereon.
As can be seen from Fig. 3, when the wind blows against the vane body 1 from the side with the rearward recess 12, the first movable baffle unit 4 is blown toward the openwork screen 3 to thereby close the openings 321 on the openwork screen 3, allowing the rearward recess 12 of the vane body 1 to effectively intercept the wind for driving the main shaft 7 to rotate.
While the wind blows against the rearward recess 12 of the above-mentioned vane body 1, it also blows against the outward curved front surface 117 of the front plate portion 111 of a diametrically opposing vane body 1, as shown in Fig. 4.  At this point, while some part of the air currents of the wind is guided by the outward curved front surface 117 toward outer sides of the opposing vane body 1, other part of the air currents of the wind acting on the front plate portion 111 is guided into the sunken portion 118 to pass through the openings 321 on the openwork screen 3 and blow against the first movable baffle unit 4, bringing the first movable baffle unit 4 to turn about the pivot point 411 of the baffle support bar 41 while being guided by the first arcuate guide bar 2 to move away from the openwork screen 3 to open the through hole 116.  At this point, with the through hole 116 on the opposing vane body 1 in an opened state, the wind is no longer blocked by the opposing vane body 1 but can pass through the openings 321 on the openwork screen 3 and be guided to outer sides of the opposing vane body 1.  As a result, the air resistance at the opposing vane body 1 is reduced.
Thus, according to the vane structure of the present invention, when the wind force acts on the rearward recess 12 of one of the vane bodies 2 on the main shaft 7 of the vertical axis wind power generator, a diametrically opposing vane body 1 thereof can quickly remove the air resistance at the same time to thereby eliminate any significant obstruction to the wind force by the opposing vane body 1, allowing the vane bodies 1 to produce increased push for driving the main shaft 7 of the wind power generator to rotate.
A first buffer spring 44 is provided between the openwork screen 3 and the first movable baffle unit 4.  When the first movable baffle unit 4 is turned toward the openwork screen 3 to close the same, the first buffer spring 44 functions to buffer the impact of the first movable baffle unit 4 against the openwork screen 3 and accordingly, avoid damaged parts and noise caused by such impact.  Further, a first magnetic ring 48 and a second magnetic ring 49 that have the same polarity are respectively provided on the first buffer spring 44 and the first movable baffle unit 4 at contact faces thereof, so that magnetic repulsion between the first and the second magnetic ring 48, 49 further buffers the impact between the first movable baffle unit 4 and the openwork screen 3.
The upper plate portion 112, the lower plate portion 113 and the right plate portion 115 are provided on respective outer surface with a plurality of parallelly and continuously arranged ridges and valleys 119, which are extended between a front and a rear side of the vane body 1.  With these ridges and valleys 119, it is able to avoid noise that is produced when the vane body 1 is driven by the wind force to rotate.  That is, these ridges and valleys 119 provide a muffling effect.
Please refer to Figs. 3 to 5, particularly Fig. 5.  The vane structure of the present invention further includes a stop unit 5, which includes a stop ring 51 and a stop spring 52.  The stop ring 51 is fixedly mounted to the first arcuate guide bar 2 near the second end 22, and the stop spring 52 is arranged on the first arcuate guide bar 2 to one side of the stop ring 51 facing toward the first end 21.  The stop ring 51 functions to limit a maximum angle by which the first movable baffle unit 4 can be pivotally turned open.  Therefore, the first movable baffle unit 4 is protected against damage due to an exceeded open angle caused by an extremely strong wind, such as typhoon.  The stop spring 52 can buffer the impact between the first movable baffle unit 4 and the stop ring 51.
The stop unit 5 further includes a holding device 53, which is pivotally turnably connected to one lateral side of the stop ring 51.  The holding device 53 includes a control lever 531 and a hook 532 connected to the control lever 531.  And, the first movable baffle unit 4 is provided at positions corresponding to the control lever 531 and the hook 532 with a push bar 45 and a retaining ring 46, respectively.  When the first movable baffle unit 4 is blown open by a strong wind and stopped by the stop ring 51 from turning any further, the push bar 45 will strike against the control lever 531 of the holding device 53 at the same time, bringing the control lever 531 to pivotally turn upward and accordingly, bringing the hook 532 to pivotally turn downward to engage with the retaining ring 46.  Thus, the first movable baffle unit 4 is held to the fully opened position, allowing the vane body 1 to rotate at a reduced speed and avoid damaged parts of the vane due to undesirable quick rotation under extremely strong wind.
The holding device 53 also includes an outward projected release lever 533.  When the strong wind is no longer a problem, the release lever 533 can be pulled to disengage the hook 532 from the retaining ring 46.  At this point, the first movable baffle unit 4 is not bound to the stop unit 5 but can freely pivotally turn between the fully opened position and the fully closed position in response to different wind directions to open or close the openwork screen 3.
To ensure stable rotation of the vanes, a steel cable 8 is extended between and connected to the upper plate portion 112 of each of the vane bodies 1 and the main shaft 7, and any two adjacent vane bodies 1, as can be seen in Fig. 1.
Figs. 6, 7 and 8 are sectioned side views of a vane structure for vertical axis wind power generator according to a second embodiment of the present invention.  The second embodiment is generally structurally similar to the first embodiment, except for a second movable baffle unit 6 for openably covering the first movable baffle unit 4.  That is, the vane structure according to the second embodiment of the present invention includes two overlapping movable baffle units to reduce the air resistance as quick as possible when the outward curved front surface of the vane faces against the wind.
The portions of second embodiment that are different from the first embodiment will now be described in more details.  In the second embodiment, the first movable baffle unit 4 has openings formed thereon, and is located in the rearward recess 12 of the vane body 1 behind the openwork screen 3.  The first movable baffle unit 4 includes a second arcuate guide bar 47, which is in the form of a sleeve slidably fitted around the first arcuate guide bar 2.  As in the first embodiment, the first movable baffle unit 4 is connected to the front plate portion 111 of the vane body 1 via a pivot point 411 on a baffle support bar 41, so that the first movable baffle unit 4 is turnable about the pivot point 411 into the rearward recess 12 or toward the openwork screen 3 to openably close the through hole 116.  As can be seen in Fig. 6, the second arcuate guide bar 47 has a proximal end 471 and a distal end 472, and a radially outward extended flange 473 is formed around the distal end 472.
In practical implementation, the first movable baffle unit 4 includes a first sleeve 42 located around the proximal end 471 of the second arcuate guide bar 47, and a first movable baffle 43 connected to and located around an end of the first sleeve 42.  The first movable baffle 43 normally covers the openwork screen 3 from one side adjacent to the rearward recess 12, and is provided with a plurality of openings 431.
The second movable baffle unit 6 is located in the rearward recess 12 of the vane body 1 and slidably fitted around the second arcuate guide bar 47.  The second movable baffle unit 6 normally openably covers the first movable baffle unit 4 from one side adjacent to the rearward recess 12.  In practical implementation, the second movable baffle unit 6 includes a second sleeve 61 and a second movable baffle 62 connected to and located around the second sleeve 61.  The second sleeve 61 is slidably fitted around the second arcuate guide bar 47, and the second movable baffle 62 normally closes the openings 431 on the first movable baffle unit 4 from one side adjacent to the rearward recess 12.
As shown in Fig. 6, when the rearward recess 12 on the vane body 1 is located against the wind, the second movable baffle unit 6 is blown by the wind toward the first movable baffle unit 4 to close the openings 431, and the first movable baffle unit 4 is also blown by the wind toward the openwork screen 3 to close the openings 321, making the whole vane body 1 a complete plate without any opening.  At this point, the rearward recess 12 can effectively intercept the wind to thereby drive the main shaft 7 to rotate.
Please refer to Fig. 7.  While the wind blows against the rearward recess 12 of the above-mentioned vane body 1, it also blows against the outward curved front surface 117 of the front plate portion 111 of an opposing vane body 1 that is located diametrically opposite to the above-mentioned vane body 1.  At this point, while some part of the air currents of the wind is guided by the outward curved front surface 117 toward outer sides of the opposing vane body 1, other part of the air currents of the wind acting on the front plate portion 111 is guided into the sunken portion 118 to pass through the openings 321 on the openwork screen 3 and blow against the first movable baffle unit 4, bringing the first movable baffle unit 4 to turn about the pivot point 411 of the baffle support bar 41 while being guided by the first arcuate guide bar 2 to move away from the openwork screen 3 to an opened position.  Meanwhile, the wind passes through the openings 431 on the first movable baffle unit 4 to act on the second movable baffle unit 6, bringing the second movable baffle unit 6 to move away from the first movable baffle unit 4 while sliding along the second arcuate guide bar 47.  At this point, with the through hole 116 and the first and the second movable baffle unit 4, 6 on the opposing vane body 1 in an opened state, the wind is no longer blocked by the opposing vane body 1 but can pass through the openings 321 on the openwork screen 3 and the openings 431 on the first movable baffle unit 4 to be guided to outer sides of the opposing vane body 1.  As a result, the air resistance at the opposing vane body 1 is reduced.
A second buffer spring 63 is provided between the first movable baffle unit 4 and the second movable baffle unit 6.  When the second movable baffle unit 6 is moved toward the first movable baffle unit 4 to close the same, the second buffer spring 63 functions to buffer the impact of the second movable baffle unit 6 against the first movable baffle unit 4.  Therefore, damaged parts and noise caused by such impact can be avoided.
Similarly, a stop unit 5 is provided on the first arcuate guide bar 2 near the second end 22 thereof.  The stop unit 5 includes a stop ring 51 and a stop spring 52, which provide the same functions as in the first embodiment.  And, the stop unit 5 further includes a holding device 53, which is pivotally turnably connected to one lateral side of the stop ring 51.  The holding device 53 includes a control lever 531 and a hook 532.  However, in the second embodiment, the push bar 45 and the retaining ring 46 corresponding to the control lever 531 and the hook 532, respectively, are provided on the flange 473 of the second arcuate guide bar 47 of the first movable baffle unit 4.  When the first movable baffle unit 4 and the second movable baffle unit 6 are blown open by a strong wind, they can still be held to the stop unit 5 through engagement of the hook 532 of the holding device 53 with the retaining ring 46, just the same as in the first embodiment.
Similarly, the holding device 53 further includes an outward projected release lever 533, which can be pulled to release the hook 532 from the retaining ring 46.
With the vane structure of the present invention, when the rearward recess 12 of the vane body 1 is located against the wind, the movable baffle unit or units 4, 6 on the vane body 1 are located at a closed position to close the openwork screen 3 and the through hole 116, allowing the rearward recess 12 to effectively intercept the wind force; and when the rearward recess 12 of the vane body 1 is located before the wind, the movable baffle unit or units 4, 6 are naturally moved to an opened position, allowing the wind to quickly move through the through hole 116 on the vane body 1 to outer sides of the vane body 1 without producing an increased air resistance to the rotating vane body 1.  Further, since the movable baffle units 4, 6 are supported and guided by the arcuate guide bars 2, 47 while they are blown to the closed position or the opened position, the movable baffle units 4, 6 can maintain firm structure and stable operation.  Moreover, with the stop unit 5, the vane body 1 can be protected against exceeded turning angle under strong wind, and accordingly, the whole vane structure and the wind power generator are protected against damage possibly caused by the excessively turned vane body 1.
The present invention has been described with some preferred embodiments thereof and it is understood that many changes and modifications in the described embodiments can be carried out without departing from the scope and the spirit of the invention that is intended to be limited only by the appended claims.
What is claimed is:
1. A vane structure for vertical axis wind power generator, comprising a plurality of vanes mounted around and spaced along a main shaft of the wind power generator, each of the vanes comprising:
a vane body having a body portion that defines a rearward recess; the body portion including a front plate portion, on which a through hole is formed;
a first arcuate guide bar being located in the rearward recess, and having a first end and an opposing second end; the second end being fixedly connected to the body portion and the first end being located at a center of the through hole;
an openwork screen being fitted in the through hole and connected to the first end of the first arcuate guide bar; and
a first movable baffle unit being located in the rearward recess and slidably fitted around the first arcuate guide bar; the first movable baffle unit being pivotally turnably connected to the front plate portion via a baffle support bar, such that the first movable baffle unit is able to openably cover the openwork screen from one side adjacent to the rearward recess.
2. The vane structure for vertical axis wind power generator as claimed in claim 1, wherein the body portion is provided on outer peripheral surfaces thereof with a plurality of parallelly and continuously arranged ridges and valleys, which are extended between a front and a rear side of the vane body.
3. The vane structure for vertical axis wind power generator as claimed in claim 1, wherein the front plate portion has an outward curved front surface, and an area of the outward curved front surface surrounding the through hole is formed into a bell-shaped sunken portion.
4. The vane structure for vertical axis wind power generator as claimed in claim 3, wherein the openwork screen includes a sleeve portion and a screen body connected to and located around the sleeve portion; the sleeve portion being fitted around the first end of the first arcuate guide bar, and the screen body being fixedly connected at an outer periphery thereof to an inner peripheral wall of the through hole; and the screen body having a plurality of openings formed thereon.
5. The vane structure for vertical axis wind power generator as claimed in claim 4, wherein the first movable baffle unit includes a first sleeve and a first movable baffle connected to and located around the first sleeve; the first sleeve being slidably fitted around the first arcuate guide bar, and the first movable baffle normally covering the openwork screen from one side adjacent to the rearward recess.
6. The vane structure for vertical axis wind power generator as claimed in claim 5, wherein the openwork screen and the first movable baffle unit have a first buffer spring provided therebetween, and a first and a second magnetic ring having the same polarity are respectively provided on the first buffer spring and the first movable baffle unit at contact faces thereof.
7. The vane structure for vertical axis wind power generator as claimed in claim 6, wherein the vane further includes a stop unit, which includes a stop ring fixedly connected to the first arcuate guide bar near the second end thereof and a stop spring arranged on the first arcuate guide bar to one side of the stop ring facing toward the first end of the first arcuate guide bar.
8. The vane structure for vertical axis wind power generator as claimed in claim 7, wherein the stop unit further includes a holding device being pivotally turnably connected to a lateral side of the stop ring, and the holding device including a control lever and a hook connected to the control lever; and wherein the first movable baffle unit is provided at positions corresponding to the control lever and the hook with a push bar and a retaining ring, respectively; and the holding device further including an outward projected release lever.
9. A vane structure for vertical axis wind power generator, comprising a plurality of vanes mounted around and spaced along a main shaft of the wind power generator, each of the vanes comprising:
a vane body having a body portion that defines a rearward recess; and the body portion including a front plate portion, on which a through hole is formed;
a first arcuate guide bar being located in the rearward recess, and having a first end and an opposing second end; the second end being fixedly connected to the body portion and the first end being located at a center of the through hole;
an openwork screen being fitted in the through hole and connected to the first end of the first arcuate guide bar;
a first movable baffle unit having openings formed thereon and being located in the rearward recess of the vane body behind the openwork screen; the first movable baffle unit including a second arcuate guide bar in the form of a sleeve slidably fitted around the first arcuate guide bar, and being connected to the front plate portion of the vane body via a pivot point on a baffle support bar, so that the first movable baffle unit is turnable about the pivot point to openably cover the openwork screen from one side adjacent to the rearward recess; and the second arcuate guide bar having a proximal end and a distal end, and a radially outward extended flange formed around the distal end; and
a second movable baffle unit being located in the rearward recess of the vane body behind the first movable baffle unit; the second movable baffle unit being slidably fitted around the second arcuate guide bar to openably cover the first movable baffle unit from one side adjacent to the rearward recess.
10. The vane structure for vertical axis wind power generator as claimed in claim 9, wherein the body portion is provided on outer peripheral surfaces thereof with a plurality of parallelly and continuously arranged ridges and valleys, which are extended between a front and a rear side of the vane body.
11. The vane structure for vertical axis wind power generator as claimed in claim 9, wherein the front plate portion has an outward curved front surface, and an area of the outward curved front surface surrounding the through hole is formed into a bell-shaped sunken portion.
12. The vane structure for vertical axis wind power generator as claimed in claim 11, wherein the openwork screen includes a sleeve portion and a screen body connected to and located around the sleeve portion; the sleeve portion being fitted around the first end of the first arcuate guide bar, and the screen body being fixedly connected at an outer periphery thereof to an inner peripheral wall of the through hole; and the screen body having a plurality of openings formed thereon.
13. The vane structure for vertical axis wind power generator as claimed in claim 12, wherein the first movable baffle unit includes a first sleeve and a first movable baffle connected to and located around the first sleeve; the first sleeve being fitted around the proximal end of the second arcuate guide bar, and the first movable baffle having a plurality of openings formed thereon.
14. The vane structure for vertical axis wind power generator as claimed in claim 13, wherein the second movable baffle unit includes a second sleeve and a second movable baffle connected to and located around the second sleeve; the second sleeve being slidably fitted around the second arcuate guide bar, and the second movable baffle normally covering the openings on the first movable baffle from one side adjacent to the rearward recess.
15. The vane structure for vertical axis wind power generator as claimed in claim 14, wherein the openwork screen and the first movable baffle unit have a first buffer spring provided therebetween, and a first and a second magnetic ring having the same polarity are respectively provided on the first buffer spring and the first movable baffle unit at contact faces thereof.
16. The vane structure for vertical axis wind power generator as claimed in claim 15, wherein the first movable baffle unit and the second movable baffle unit have a second buffer spring provided therebetween.
17. The vane structure for vertical axis wind power generator as claimed in claim 16, wherein the vane further includes a stop unit, which includes a stop ring fixedly connected to the first arcuate guide bar near the second end thereof and a stop spring arranged on the first arcuate guide bar to one side of the stop ring facing toward the first end of the first arcuate guide bar.
18. The vane structure for vertical axis wind power generator as claimed in claim 17, wherein the stop unit further includes a holding device being pivotally turnably connected to a lateral side of the stop ring and including a control lever and a hook connected to the control lever; and wherein the second arcuate guide bar is provided on the flange at positions corresponding to the control lever and the hook with a push bar and a retaining ring, respectively; and the holding device further including an outward projected release lever.
ABSTRACT OF THE DISCLOSURE
A vane for vertical axis wind power generator includes a vane body defining a rearward recess and having a front plate portion with a through hole; a first arcuate guide bar located in the recess with a second end connected to the vane body and a first end located in the through hole; an openwork screen fitted in the through hole and connected to the first end of the first arcuate guide bar; and a first movable baffle unit slidably fitted around the first arcuate guide bar and pivotally connected to the vane body to openably cover the openwork screen.  When the rearward recess is against the wind, the first movable baffle unit covers the openwork screen for the rearward recess to effectively intercept the wind.  When the rearward recess is before the wind, the first movable baffle unit naturally opens to reduce the air resistance to the vane.
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