[发明专利]风力发电机扇叶倾角自动调整机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电机扇叶倾角自动调整机构，尤指一种依风速而机械式自动调整风力发电的扇叶角度，进而降低启动风速、提升风力发电的效率，以及防止风力发电机转速过高而受损者。

背景技术

近年来地球暖化现象渐趋严重，世界各国为重视此议题，纷纷提倡节能减碳等环保策略，进而研发替代能源及再生能源的应用，故利用再生能源的发电设备，日前较倾以风力发电为首选；然而，风速难以控制，过大或过小的风速都无法使风力发电机正常发电，且风力发电机于相异的风速下，其转速及发电的效率也不尽相同，故如何能有效利用风能发电，为日前各界广为研讨的议题。

风力发电机扇叶的倾角、长度及导流面积，都影响扇叶的转速，于相同风速下，扇叶倾角越大，力矩及空气阻力也将增加，反之，扇叶倾角越小，力矩及空气阻力会越小；故以相异的风速而言，欲使扇叶以较佳转速达致良好的发电效率，需考虑各风速而改变扇叶的倾角、长度及导流面积，其中，以改变扇叶的倾角为较容易达致者；因此，现有的风力发电机，如图1所示，该风力发电机凭借一外部的风速感应装置，以感测外界风速，该风力发电机具有一基座10其连结一壳体20，其设有复数扇叶201，该壳体20内设有对应所述风速感应装置的接收控制器30，以运算各相异风速下，对应于风力发电机的扇叶201而言较佳的倾角，该接收控制器30电性连结一马达301，使马达301通过传动单元302予以调整该扇叶201倾角，该壳体20通过一传动轴202依序连结一增速齿组40及一发电机50，进而达致提升风力发电效率的功效；然而，该风速感应装置及马达301需时常监测风速以调整扇叶的角度，其将消耗额外的电能。

再者，当风速过大时，扇叶201产生的扭矩也随之增加，使其转速大幅度提升，进而导致离心力增加，此时的扇叶201将极为容易断裂，且发电机50也会过热而烧毁，故转速需予以限制，现有的风力发电机于基座10及壳体20间设置一对应该扇叶201的电驱动减速机构60，当所述的风速感应装置感应风速过大时，该电驱动减速机构60减缓扇叶201的转速；然而，风速的速度较高时，该电驱动减速机构60为维持扇叶201的定速旋转而需持续对扇叶201减速，此将相当耗费电力，且该电驱动减速机构持续减速将容易导致过热而损毁；于风速过强时，该电驱动减速机构60仍无法有效停止扇叶旋转，且该电驱动减速机构60容易损坏失效，而致扇叶201无法减速而断裂。

现有另提供一种风力发电机，请参阅图2与图3所示，其于一风力发电机70装设尾翼机构701作减速，当因风速过大以至于转速过高时，尾翼701将会摆动角度，使风力发电机70改变迎风方向，致使风力发电机70受力减少而降低转速；然而，此设计将产生整组风力发电机70随时在摆动，产生不稳定及疲劳现象。

续就固定式的风机扇叶而言，请参阅图4所示，假设风速为V_wind，而风速V_wind对风机扇叶80的攻角为α，风机扇叶80的长度为R，风机扇叶80的转速为N；由于该风机扇叶80的外侧末端倾角的角度β几近90°，故当转速N＝0时，风速V_wind对风机扇叶80的攻角α与风机扇叶80倾角β都近乎垂直，故对风机扇叶80不会产生推力；而当转速N很大时，攻角α也保持为正值，因风机扇叶80为固定式，故倾角β的角度仍呈近90°，如图5所示，风速V_wind相对风机扇叶80的速度为V，而风速V_wind对该风机扇叶80产生的切线速度Vt的关系式为且风速V_wind将对风机扇叶80会产生一升力系数C_L，升力系数C_L与攻角α的关系图请参阅图6所示，故当风速V_wind对风机扇叶80的攻角α大于一定值时，升力系数C_L将急遽降低而造成风机扇叶80的转速N失速。

综上所述，现有风力发电机的风速感应装置、马达及电驱动减速机构，其制造成本高昂，维修保养不易，且无法于风速过强时停止扇叶转动，也无法使扇叶于风速较强时持续定速旋转，导致电驱动减速机构及扇叶损毁而需更换，需负担额外的维修及保样费用，此外，利用尾翼摆动而减速的机构，将使整组风力发电机随时摆动，造成不稳定及疲劳的现象，故现有的风力发电机仍有不适用的顾虑。

有鉴于此，吾等发明人乃潜心进一步研究风力发电机，并着手进行研发及改良，期以一较佳设作以解决上述问题，且在经过不断试验及修改后而有本发明的问世。

发明内容