(57)【要約】【課題】凸輪式自動風向き追跡の風車の提供。【解決手段】凸輪式自動風向き追跡の風車は、発電機と、発電機と連動する回転軸と、回転軸に設けられたファンブレードユニットと、からなる。回転軸中に凸輪素子を設置し、凸輪素子は、所定の形状の導引部を有し、ファンブレードユニットのブレードはクランクにより導引部と接触する。ブレードが受風、背風の時、導引部の帯動により、自動的に好ましい受圧状態と最小風抵抗状態を形成し、不定向の風エネルギーを受けて、低風速下で、回転軸を帯動して発電機に発電させ、最適な発電効果を達成する。【選択図】    図１
2009019568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凸輪式自動風向き追跡の風車であって、
発電機と、
前記発電機と連動する回転軸と、
前記回転軸に設けられたファンブレードユニットと、
からなり、
その特徴は、前記回転軸中に凸輪軸を設置し、前記凸輪軸は凸輪部を有し、前記凸輪部は、所定の形状の導引部を有し、前記ファンブレードユニットは少なくとも一つのファンブレード棒を有してブレードを枢設し、前記ファンブレード棒はクランクを有し、前記クランクにより導引部と接触し、前記ブレードが受風、背風の時、前記導引部の帯動により、自動的に好ましい受圧状態と最小風抵抗状態を形成し、不定向の風エネルギーを受けて、低風速下で、回転軸を帯動して発電機に発電させ、最適な発電効果を達成することを特徴とする凸輪式自動風向き追跡の風車。
【請求項２】
前記凸輪部は第一凸輪部と第二凸輪部とからなり、前記第一、第二凸輪部は、対応面間に導槽を有してクランクを導入することを特徴とする請求項１に記載の凸輪式自動風向き追跡の風車。
【請求項３】
前記凸輪軸と前記凸輪部間にスリーブを有し、前記第一、第二凸輪部は、それぞれ、固定素子により前記凸輪軸、前記スリーブと連接し、前記スリーブの前記固定素子に穿設する箇所にスロットを有し、前記凸輪軸が上下に移動して、前記第一凸輪部を帯動して上下に移動させることを特徴とする請求項２に記載の凸輪式自動風向き追跡の風車。
【請求項４】
前記凸輪部は傾斜部を有することを特徴とする請求項１に記載の凸輪式自動風向き追跡の風車。
【請求項５】
前記ブレードは所定箇所に所定挟角の補助翼片を有することを特徴とする請求項１に記載の凸輪式自動風向き追跡の風車。
【請求項６】
前記ファンブレードユニットはフレームを有し、前記フレーム一側に翼型部を有することを特徴とする請求項１に記載の凸輪式自動風向き追跡の風車。
【請求項７】
前記凸輪軸は凸輪駆動装置により帯動され、前記凸輪駆動装置は、螺紋部を有する凸輪軸と、前記螺紋部に螺入される承座と、前記凸輪軸と噛合するモーターと、からなることを特徴とする請求項３に記載の凸輪式自動風向き追跡の風車。
【請求項８】
前記凸輪軸は、前記凸輪駆動装置により帯動され、前記凸輪駆動装置は、前記回転軸内に設置され、且つ、上方の風向計が前記回転軸を穿出する風向計アセンブリと、前記風向計アセンブリに設置された風向センサーと、前記凸輪軸と噛合し、前記風向センサーにより起動される第二モーターと、からなることを特徴とする請求項１に記載の凸輪式自動風向き追跡の風車。
【請求項９】
支承フレームにより前記回転軸を支承し、数個の支柱により架体構造を構成することを特徴とする請求項１に記載の凸輪式自動風向き追跡の風車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は凸輪式自動風向き追跡の風車に関し、詳細には、凸輪、クランクの導引構造と空気動力によりブレードの回転角度を制御すると共に、自動的に風向きに対面させ、不定向の風エネルギーを受けることができ、低風速下で、回転軸を帯動させて発電機を発電させる風車に関する。
【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、回転する開始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開始駆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、回転の開始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、回転する開始駆動力が大きくないといけない。
【０００７】
米国特許第483801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、ブレード回転の開始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。
【０００９】
また、中国特許第０２２３２２４５．０号には、少なくとも以下のような欠点がある。
１．  
ブレードの回転を風向きにするのに、回転の開始駆動力が大きくなければならないので、低風速下でブレードが回転できず、発電の効率が低い。
２．  
各ブレードは構造上、補助ブレードによりブレードの回転を補助するので、ブレード回転の開始駆動力が大きくなければならない。
【００１０】
以上のような欠点があり、公知の風力発電技術は完全ではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述の問題を解決するため、本発明は、凸輪式自動風向き追跡の風車を提供し、凸輪、クランクの導引構造と空気動力によりブレードの回転角度を制御し、自動的に風向きに対面させ、不定向の風エネルギーを受けることができ、低風速下で、回転軸を帯動させて発電機を発電させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の凸輪式自動風向き追跡の風車は、発電機と、発電機と連動する回転軸と、回転軸に設けられたファンブレードユニットと、からなる。回転軸中に凸輪素子を設置し、凸輪素子は、所定の形状の導引部を有し、ファンブレードユニットのブレードはクランクにより導引部と接触する。ブレードが受風、背風の時、導引部の帯動により、自動的に好ましい受圧状態と最小風抵抗状態を形成し、不定向の風エネルギーを受けて、低風速下で、回転軸を帯動して発電機に発電させる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の凸輪式自動風向き追跡の風車により、凸輪、クランクの導引構造と空気動力によりブレードの回転角度を制御し、自動的に風向きに対面させ、不定向の風エネルギーを受けることができ、低風速下で、回転軸を帯動させて発電機を発電させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１〜図６で示されるように、本発明は、発電機１０、回転軸２０、第一凸輪部３１、第二凸輪部３２、複数のファンブレードユニット４０、凸輪駆動装置５０、及び、支承フレーム６０、からなる。ファンブレードユニット４０のブレード４３は、クランク４４により、第一凸輪部３１、第二凸輪部３２の導引部３１１、３２１と接触する。受風、背風の時、導引部３１１、３２１の帯動により、自動的に、好ましい受圧状態と最小風抵抗状態を形成し、不定向の風エネルギーを受けて、低風速下で、回転軸を帯動して発電機に発電させる。
【００１５】
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。
【００１６】
回転軸２０はギア１１、１２により発電機１０と噛合され、回転が発電機１０を帯動して発電させる。内部に凸輪軸２１、及び、凸輪軸２１外に設置されるスリーブ２２を有する。
【００１７】
第一凸輪部３１、第二凸輪部３２は上下がスリーブ２２に対応し、第一凸輪部３１、第二凸輪部３２はそれぞれ固定素子により凸輪軸２１、スリーブ２２と連接する。スリーブ２２は固定素子の穿設箇所にスロット２２１を有して、凸輪軸２１は第一凸輪部３１を帯動し、適当な距離に下移させる。第一凸輪部３１、第二凸輪部３２は対応面間に導槽３３を形成し、且つ、対応面に所定形状の導引部３１１、３２１を形成し、導引部は、更に、傾斜部３１２、３２２を有する。
【００１８】
ファンブレードユニット４０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、且つ、各層は、対応して回転軸２０の二側に設置され、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、フレーム４１を有し、フレーム４１一側は、翼形部４１１を有して、風抵抗を減少させる。フレーム４１は、数個の枢接状のファンブレード棒４２を有し、ファンブレード棒４２上にブレード４３を有し、且つ、一端は、クランク４４を有し、クランク４４端部は、導槽３３に伸入し、導引部３１１、３１２と接触する。ブレード４３は内側に補助翼片４５を有し、切入する風圧を収集する。
【００１９】
凸輪駆動装置５０は、回転軸２０内に設置され、且つ、上方の風向計が回転軸２０を穿出する風向計アセンブリ５１と、風向計アセンブリ５１下方に設置された風向センサー５２と、凸輪軸２１下方の螺紋部２１１に螺入する承座５３と、第一モーター５４、及び、第二モーター５５と、からなる。第一モーター５４は、ギア５４１、５４２により、螺紋部２１１を有する凸輪軸２１を帯動して軸向き運動を形成し、第二モーター５５はギア５５１、５５２により、スリーブ２２、及び、凸軸輪２１を帯動して、風向計方向の回転を形成する。第二モーター５５は、風向計アセンブリ５１が受風してある角度まで回転するとき、風向センサー５２により起動される。
【００２０】
支承フレーム６０は数個の支柱６１により多層状の架体を構成し、回転軸２０を支承する。
【００２１】
図７、図８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）、風向計アセンブリ５１の指示方向により、第一凸輪部３１、第二凸輪部３２を所定位置に帯動して、ブレード４３を風向に照準させて回転させ、図中の上層ファンブレードユニット４０一側のブレード４２は第一凸輪部３１、第二凸輪部３２の導引、及び、気動力作用により自動的に回転して垂直状になり、垂直状のブレード４２は最大風圧を有し、もう一側のブレード４３は、第一凸輪部３１１の導引により、開始回転角度を提供すると共に、風圧がブレード４３に作用して、自動的に水平状に回転して最小抵抗状態になり、ファンブレードユニット４０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ユニット４０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４３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。
【００２２】
図９と図７で示されるように、上層、下層のファンブレードユニット４０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４０の受風する水平状ブレード４２（ファンブレードユニット４０のもう一側のブレード４３は垂直状になる）のクランク４４は、第二凸輪部３２傾斜部３２２に移動し、第二凸輪部３２傾斜部３２２の導引推動作用を受けて、開始角度の変化を生成し、角度変化後、ブレード４３が風圧を受けて、自動的に上向けに回転し、ブレード４３が垂直状になる時、第一凸輪部３１の導引部３１１相互に係止し、回転を停止させて、この時、複数のブレード４３が形成する垂直面は最適な受風面となって、回転軸２０を推動する。
【００２３】
図１０と図７で示されるように、受風する下層ファンブレードユニット４０一側の水平状のブレード４３が垂直に回転する時、ファンブレードユニット４０のもう一側の先に垂直状になったブレード４３が背風状態になり始め、クランク４４が第一凸輪部３１の傾斜部３１２に移動し、第一凸輪部３１の傾斜部３１２の導引推動を受けて、角度変化を生成し、水平状ブレード４３が自動的に水平状に回転し、最小風抵抗状態になる。
【００２４】
図１１と図１２で示されるように、下層ファンブレードユニット４０一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ユニット４０一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４０と風向きは平行で、風圧（動力）を失い、下層ファンブレード４０は上層のファンブレード４０の旋転動力を承接し、これにより、不定向の風エネルギーを受けて、小さい風速下で、回転軸２０を帯動して、発電機１０を発電させ、最適な発電効果を達成する。
【００２５】
図１３〜図１５を参照すると、本発明は、凸輪駆動装置５０の第一モーター５４により、凸輪軸２１を帯動して回転させ、螺紋部２１１を帯動して承座５３中で上下移動させ、第一凸輪３１を適当な距離に下移させて、導槽３３を小さくし、これにより、ブレード４３の上向きの回転角度が小さくなり、風速が過大の時、ブレード４３の回転角度を調整することにより、風圧の漏れを調整して、風圧が過大であることによる破壊を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の立体図である。
【図２】本発明のファンブレードユニットの立体分解図である。
【図３】本発明の局部立体図である。
【図４】本発明の局部立体図である。
【図５】本発明の凸輪軸の局部立体図である。
【図６】本発明の凸輪駆動装置の局部立体図である。
【図７】本発明の動作図である。
【図８】本発明のA−Aに沿った断面図である。
【図９】本発明のＢ−Ｂに沿った水平状ブレードが上向きに回転して垂直状になる動作図である。
【図１０】本発明のＣ−Ｃに沿った垂直状ブレードが水平状に回転する動作図である。
【図１１】本発明の動作図である。
【図１２】本発明の回転軸が回転し、発電機を発電させる動作図である。
【図１３】本発明の凸輪駆動装置が第一凸部を下移させる作動図である。
【図１４】本発明の凸輪駆動装置が第一凸部を下移させる作動図である。
【図１５】本発明の第一凸輪部下移して、回転角度を調整する動作図である。
【００２７】
１０  発電機
１１、１２  ギア
２０  回転軸
２１  凸輪軸
２１１  螺紋部
２２  スリーブ
２２１  スロット
３１  第一凸輪部
３２  第二凸輪部
３１１、３２１  導引部
３１２、３２２  傾斜部
３３  導槽
４０  ファンブレードユニット
４１  フレーム
４１１  翼形部
４２  ファンブレード棒
４３  ブレード
４４  クランク
４５  補助翼片
５０  凸輪駆動装置
５１  風向計
５２  風向センサー
５３  承座
５４  第一モーター
５４１、５４２  ギア
５５  第二モーター
５５１、５５２  ギア
６０  支承フレーム
６１  支柱
【図１】
2009019568.tif 000003
【図２】
2009019568.tif 000004
【図３】
2009019568.tif 000005
【図４】
2009019568.tif 000006
【図５】
2009019568.tif 000007
【図６】
2009019568.tif 000008
【図７】
2009019568.tif 000009
【図８】
2009019568.tif 000010
【図９】
2009019568.tif 000011
【図１０】
2009019568.tif 000012
【図１１】
2009019568.tif 000013
【図１２】
2009019568.tif 000014
【図１３】
2009019568.tif 000015
【図１４】
2009019568.tif 000016
【図１５】
2009019568.tif 000017