(57)【要約】【課題】気動力式自動風向き追跡の風車の提供。【解決手段】気動力式自動風向き追跡の風車は、発電機、発電機上の回転軸、ファンブレード、からなる。ファンブレードは回転軸に枢接されるファンブレード棒を有し、且つ、回転軸二側のファンブレード棒上にブレードを有し、ファンブレード棒軸心の一側のブレード面積は軸心のもう一つのブレード面積より大きい。ブレードは所定箇所に補助翼片を有し、ファンブレード上にブレード回転時の停止部を有する。ブレードは受風、背風時、気動力により自動的に最適な受圧状態と最小の抵抗状態を形成し、不定向の風を受け、これにより、最小風速下で、回転軸を帯動して発電機を発電させ、最適な発電効果を達成し、且つ、ブレードは別途に複雑な回転構造を必要としないので、製造コストが抑制できる。【選択図】    図１
2009002214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気動力式自動風向き追跡の風車であって、
発電機と、
前記発電機上の回転軸と、
前記回転軸上に設置されるファンブレードと、
からなり、その特徴は、前記ファンブレードは前記回転軸に枢接されるファンブレード棒を有し、且つ、前記回転軸二側のファンブレード棒上にブレードを有し、前記ファンブレード棒軸心の一側のブレードトルク部は、軸心のもう一側のブレードトルク部より大きく、前記ブレードは所定箇所に所定挟角を有する補助翼片を有し、前記ファンブレード、或いは、前記回転軸上にブレード回転時の停止部を有し、前記ブレードは受風、背風時、気動力により自動的にそれぞれ最適な受圧状態と最小の抵抗状態を形成し、不定向の風を受け、これにより、最小風速下で、回転軸を帯動して発電機を発電させ、最適な発電効果を達成することを特徴とする気動力式自動風向き追跡の風車。
【請求項２】
前記ファンブレード棒軸心は前記ブレードの幅の約三分の二の箇所にあることを特徴とする請求項１に記載の気動力式自動風向き追跡の風車。
【請求項３】
前記ブレードは外側に近いところに風圧を収集するもう一つの補助翼片を設置することを特徴とする請求項１に記載の気動力式自動風向き追跡の風車。
【請求項４】
もう一つの前記補助翼片は翼形が符合する升力翼形部を設置することを特徴とする請求項３に記載の気動力式自動風向き追跡の風車。
【請求項５】
前記ブレードは重心を前記ファンブレード棒軸心で平衡にして、前記ブレードが微風下の極小の風圧でも簡単に前記ブレードを回転させることができることを特徴とする請求項１に記載の気動力式自動風向き追跡の風車。
【請求項６】
前記ファンブレードは交錯状であることを特徴とする請求項１に記載の気動力式自動風向き追跡の風車。
【請求項７】
前記ブレード表面上に複数のリブを設置して構造強度を増加し、効果的に風圧を収集することを特徴とする請求項１に記載の気動力式自動風向き追跡の風車。
【請求項８】
支承フレームにより前記回転軸を支承し、複数の水平、垂直の支柱により多層状の架体構造を構成することを特徴とする請求項１に記載の気動力式自動風向き追跡の風車。
【請求項９】
前記回転軸上は複数のファンブレード棒を枢接し、且つ、前記ファンブレード棒上のブレードが垂直状に近くなる時、ブレード下側はもう一つのブレード上側と相互に係止することを特徴とする請求項１に記載の気動力式自動風向き追跡の風車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は気動力式自動風向き追跡の風車に関し、特に、空気動力によりブレード回転角度を制御すると共に、自動的に風向きに面し、不定向きの風を受け、最小風速下（約１−２ｍ／S）で、回転軸を帯動して発電機を発電させ、最適な発電効果を達成し、且つ、ブレードは別途に複雑な回転構造を必要せず、製造コストが抑制できる気動力式自動風向き追跡の風車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
人類は石化燃料を不断に消耗し、石油存量は日増しに減少している。燃焼することにより排出される二酸化炭素は地球温暖化の原因となっていて、各国は積極的に地球温暖化に対する取り組みを進めている。世界各国は再生エネルギー技術を重視して積極的に推進しており、風力発電は再生エネルギー方案中でも最適な方法である。風力発電は二酸化炭素発生に問題が全くないし、核エネルギー廃棄物の汚染問題もない。
【０００３】
電気エネルギーの運用は非常に幅広く、現代の人類文明の基礎である故、生活には不可欠である。
【０００４】
現在の水平軸式風力発電機構は５０メートル以上の塔と組み合わせ、重要な発電機機構とファンブレードを塔の頂端に装着するので、体積が莫大でありメンテナンスが容易でないこととコストも高い。
【０００５】
風力発電に関する特許に、米国特許第4496283号、第384232号、第440266号、第505736号、第685774号、第830917号、第1076713号、第4534703号、第4679985号、第4818180号、第5256034号、第4220870号、第7118344号、第6749399号、第963359号、第5269647号、第6000907号、第6537018号、第5083902号、第6749393号、第863715号、第4509899号、第4421458号、第6726439号、第5195871号、第4245958号があるが、上述の特許は以下のような欠点がある。
１．  
構造が複雑、組み立てが困難、製造コストが増加する。
２．  
ブレード回転の風向きに対する動作が完全に気動力を応用しておらず、別途に複雑な回転構造を設置する必要があり、例えば、風向計と伝動機によりブレードを連動させる。
３．  
構造上、ブレード回転により風向きに面し、回転する起動駆動力が大きくなければならず、低風速下でブレードを回転させることができず、発電効率が低い。
【０００６】
米国特許第3995170号、第6688842号、第6749394号を参照すると、完全に効果的に気動力を応用しておらず、これらの特許は少なくとも以下のような欠点を有する。
１．  
各ブレードが独立した垂直設置であり、相互連動により回転をサポートできず
(第3995170号案は連動しているが、伝動機構によりブレードを連動している)、故にブレード回転の起動起動力量が非常に大きくないといけない。
２．  
ブレードを回転（１８０度）させて風向きに面し、回転の起動駆動力は大きくないといけないので、低風速下でブレードを回転させることができず、発電効率が低い。
３．  
構造上、補助翼片を設置してブレードの回転をサポートするので、回転する起動駆動力が大きくないといけない。
【０００７】
米国特許第4383801号は、風向計により凸輪を帯動してブレードを転向させているが、この特許には以下のような欠点がある。
１．  
構造が複雑、組み立てが困難、製造コストが増加する。
２．  
各ブレードは機械構造の伝動により回転をサポートするので、ブレード回転の起動駆動力が大きくなければならず、低風速下でブレードが回転せず、故に、発電の効率が低い。
【０００８】
更に、中国特許第96120092.8号を参照すると、ブレード翻動システムは、風向計により風向を特定し、電子信号によりサーバモーターを制御してブレードを回転させる。ブレードはサーバモーターにより全工程を帯動されるので、エネルギーを消耗し、また、電子素子の気候温湿度の影響下で容易に故障する。この他、モーター装置は転動素子上で回転継手（rotary  Join）により電力を伝送する必要があるので、故障が生じやすい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、上述の問題を改善する気動力式自動風向き追跡の風車を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の気動力式自動風向き追跡の風車は、発電機、発電機上の回転軸、ファンブレード、からなる。ファンブレードは回転軸に枢接されるファンブレード棒を有し、且つ、回転軸二側のファンブレード棒上にブレードを有し、ファンブレード棒軸心上方のブレードトルク部は、軸心下方のブレードトルク部より大きい。ブレードは所定箇所に補助翼片を有し、ファンブレード上にブレード回転時の停止部を有する。ブレードは受風、背風時、気動力により自動的にそれぞれ最適な受圧状態と最小の抵抗状態を形成し、不定向の風を受け、これにより、最小風速下で、回転軸を帯動し、発電機を発電させ、最適な発電効果を達成し、且つ、ブレードは別途に複雑な回転構造を必要としない。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、最小風速下で、回転軸を帯動して発電機を発電させ、最適な発電効果を達成し、且つ、ブレードは別途に複雑な回転構造を必要としないので、製造コストが減少する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１〜図３で示されるように、本発明は、発電機１０、発電１０上の回転軸２０、複数のファンブレード３０、支承フレーム４０からなる。ファンブレード３０は、二ブレード３２を有するファンブレード棒３１により回転軸２０に枢接され、回転軸２０二側のブレード３２上に補助の回転構造を設置する。ブレードが受風、背風時、気動力により自動的にそれぞれ最適な受圧状態と最小の抵抗状態を形成し、不定向の風を受け、最小風速下で、最適な発電効果を達成する。
【００１３】
発電機１０は回転する機械エネルギーを電気エネルギーに転換する。
【００１４】
回転軸２０は発電機１０上に設置され、回転が発電機１０を帯動して発電させる。
【００１５】
ファンブレード３０は上下二層（一層でもよい）を基本モジュールとして回転軸２０に設置され、地形と風場に合わせて、更に上向けに畳加して発電効率を増加させ、交錯畳設し、複数の回転軸２０に枢接されたファンブレード棒３１は、枢接箇所にベアリング３１１を有して損壊率を減少させ、回転軸２０二側のファンブレード棒３１上にブレード３２を設置し、ファンブレード棒軸心一側のブレードトルク部は、軸心のもう一方のブレードトルク部より大きく、例えば、ブレード棒３１軸心上方のブレード面積Aは軸心下方のブレード面積aより大きく、即ち、ブレード棒３１軸心は約ブレードの幅三分の二のところにあり、この三分の二の幅のブレード面は風向きに正面で、この部分の面の風圧はもう一つの面の三分の一の幅のブレード面より大きく、複数のブレード３２が回転して垂直状態に近くなる時、上方の一ブレード下側は下方の近隣するブレード３２上側と相互に抵止する。ブレード３２は内側に第一補助翼片３３を設置し、翼片は所定の挟角を有し、切入する風圧を収集し、ブレード３２は回転トルクを有し、ブレード３２外側は第二補助翼片３４を有し、翼片３２は垂直状になり、風圧を収集して、風圧の散失を防止する。また、ブレード３２の回転の軸心が中央になく、故に、ブレード棒３１軸心下方のブレード面積aの加設部分の配重は、ブレード３２の重心がブレード棒３１の軸心で平衡になり、ブレードが水平時に力が平衡になり、微風下の極小の風圧でも簡単にブレード３２を翻動することができるようにする。第二補助翼片３４は翼形が符合する升力翼形部３４１を設置し、ブレード３２が水平になるまで回転した後、余分な升力を提供して回転軸２０の回転を補助する。ファンブレード棒３１の安定性を増加するため、ファンブレード３０はフレーム３５を設置し、ブレード棒３１二端に枢接し、枢接箇所にベアリング３１２を設置し、フレーム３５は上下側にそれぞれ停止部３５１、３５２を設置し（或いは、回転軸２０軸心上に停止部を設置する）、最上方と最下方のブレード３２は垂直状に近くなるまで回転する時、自動的に係止する。
【００１６】
支承フレーム４０は回転軸２０を支承し、数個の水平、垂直な支柱４１により多層状の架体を構成する。各層は交錯状支柱４２を設置し、支柱４２の交錯箇所にベアリング４４を有する孔４３を設置し、回転軸２０を穿設して回転可能にさせる。
【００１７】
図４で示されるように、本発明は受風する時（矢印は風向きを示す）、上層ファンブレード３０一側のブレード３２は気動力作用により回転して垂直状になり、垂直状のブレード３２は最大風圧を有し、もう一側のブレード３２は気動力作用により水平状に回転して最小抵抗状態で、ファンブレード３０は反時計回りで旋転して回転軸２０を推動する。この時、下層ファンブレード３０は風向きと平行になり、風圧（動力）を失い、その一側のブレード３２は水平状になり、気動力を受けて垂直状に回転する準備をする。
【００１８】
図５、図６、図７で示されるように、上層、下層のファンブレード３０は反時計回りに継続して旋転する時、この時下層ブレード３０の受風する水平状ブレード３２（ファンブレード３０のもう一側のブレード３２は垂直状になる）は気動力の作用を受け始め、第一補助翼片３３が切入する風圧を収集し、また、ファンブレード棒３１軸心一側のブレード面積は軸心のもう一側のブレード面積より大きく、更に、ブレード３２配重の作用により、好ましいトルク作用を有するので、水平状ブレード３２は自動的に上向けに回転し、複数のブレード３２が回転して垂直状になる時相互に係止し、同時に、最上方と最下方のブレード３２が停止部３５１、３５２に触接して自動係止を形成し、この時、複数のブレード３２が形成する垂直面は最適な受風面となって、第二補助翼片３４で効果的に風圧を収集し回転軸２０を推動する。
【００１９】
図８で示されるように、上層ファンブレード３０一側の複数のブレード３２が背風状態にある時、水平状ブレードが抵抗を減少させる以外に、第二補助翼片３４が下向けの垂直状になり、相対風を受け、気体動力学原理により、第二補助翼片３４が上向きの升力を得て、回転力によりファンブレード３０を回転軸２０の軸心に沿って回転させる。
【００２０】
図９、及び、図１０で示されるように、図７も引き続き参照すると、受風する下層ファンブレード３０一側の水平状ブレード３２が垂直になるまで回転する時、ファンブレード３０のもう一側の先に垂直状になったブレード３２が背風状態になり始め、ブレード棒３１軸心一側のブレード面積がもう一つのブレードの面積より大きいので、好ましいトルク作用を有し、垂直状ブレード３２は自動的に水平状に回転し、最小抵抗の状態になる。
【００２１】
図１１で示されるように、下層ファンブレード３０一側の垂直状ブレードが最大風圧を受ける時、下層ファンブレード３０一側の水平状ブレードは背風状態で、最小抵抗状態を形成する。この時、上層ファンブレード３０と風向きは平行で、風圧（動力）を失い、下層ファンブレード３０は上層のファンブレード３０の旋転動力を承接する。
【００２２】
図１２を参照すると、下層ファンブレード３０が受風し、継続して回転する時、上層ファンブレード３０が受風状態に進入し、その一側の先に水平状になったブレード３２が垂直状に回転し、もう一側の先に垂直状になったブレード３２が背風により水平状に回転し、故に、上層ファンブレード３０は回転動作を継続し、これにより、不定向の風を受けることが出来る。よって、最小風速下で、回転軸２０を帯動して発電機１０を発電させ、好ましい発電功能を有する。
【００２３】
図１３で示されるように、本発明のブレード３２表面上に複数のリブ３２１を設置してもよく、構造強度を増加して、効果的に風圧を収集することができる。
【００２４】
本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができ、従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の立体図である。
【図２】本発明の立体分解図である。
【図３】本発明のファンブレードの立体分解図である。
【図４】本発明の動作図である。
【図５】本発明の動作図である。
【図６】本発明の第一補助翼片が風圧を収集し、水平ブレードを上に回転させることを示す立体図である。
【図７】本発明の水平状ブレードが上に回転して垂直状になる動作図である。
【図８】本発明の水平状ブレードが相対風を受け、上昇力を得る力学を示す図である。
【図９】本発明の動作図である。
【図１０】本発明の垂直状ブレードが水平状になる動作図である。
【図１１】本発明の動作図である。
【図１２】本発明の動作図である。
【図１３】本発明のブレードのもう一つの構造実施例図である。
【符号の説明】
【００２６】
10…発電機       20…回転軸
30…ファンブレード     31…ファンブレード棒
311.312…ベアリング    32…ブレード
321…リブ        33…第一輔助翼片
34…第二輔助翼片
341…升力翼型部
35…フレーム     351…停止部
352…停止部      40…支承フレーム
41….支柱        
42…交錯支柱
43…孔           44…ベアリング
A…ファンブレード棒軸心上方のブレード面積
a…ファンブレード棒軸心下方のブレード面積
【図１】
2009002214.tif 000003
【図２】
2009002214.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2009002214.tif 000007
【図６】
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【図７】
2009002214.tif 000009
【図８】
2009002214.tif 000010
【図９】
2009002214.tif 000011
【図１０】
2009002214.tif 000012
【図１１】
2009002214.tif 000013
【図１２】
2009002214.tif 000014
【図１３】
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