專利名稱：風力葉片及風力發(fā)電機的制作方法
技術領域：
本實用新型是有關于一種風力葉片，特別是一種使用高分子材料注入模具中，以一體成型地制作一 S型垂直風力葉片。
背景技術：
近年來風能仍是目前最環(huán)保且無污染的能源之一，在WffEA世界風能協(xié)會2009報告中指出，相較于2008年，2009年38，312兆瓦，總產值達159，213兆瓦，增長率達31. 7%, 是自2001年以來最高，幾乎是以3年增長一倍的倍率增長。另外根據GWEC全球風能委員會統(tǒng)計結果，2009年中國大陸、美國的新增風力裝置量皆較2008年分別成長106%及19%， 其新增量達22. 9GW，共占全球60%市場，顯見此兩大經濟體皆越來越重視風能此綠色能源的運用。風力發(fā)電的過程是利用風力發(fā)電機葉片的空氣動力來產生升力，用以帶動轉子旋轉，再通過軸系傳遞來驅動發(fā)電機產生電能。一般，風力發(fā)電用的風力發(fā)電機由外觀來看， 可以區(qū)分為垂直軸式與水平軸式兩種。例如已知的垂直軸式風力發(fā)電機的一為薩窩尼亞斯(Savonius)型，以產生于葉片的抗力來轉動風力發(fā)電機；而在Darius型或Gyromill型等，則是以產生于葉片的揚力來轉動風力發(fā)電機的揚力型。然而，如圖5所示的垂直軸式風力發(fā)電機的葉片2，在垂直于沿著垂直方向延伸的旋轉軸1之上配設4片葉片2，而每一葉片2由兩個支持桿3來連接；其中，葉片2的材質可以是塑料材料或是高分子材料所形成。由于，葉片2與支持桿3間是用固接方式形成，因此在葉片2受風力產生旋轉時，風力所產生的旋轉力量大部份會落在葉片2與支持桿3的接合點上。故往往會在葉片2與支持桿3的接合點處產生結構上的破壞，因此必須隨時檢查葉片2與支持桿3的接合點，同時，也必須不定時的需要更換葉片2，造成成本上的負擔。

實用新型內容為了解決上述問題，本實用新型的一主要目的在于提供一種使用高分子材料注入模具中，以形成一體成型的S型風力葉片，除了可以增加S型風力葉片的使用壽命外，還可簡化制造程序，同時可進一步降低S型葉片的制造成本。本實用新型的另一主要目的在于提供一種一體成型的S型風力葉片，其一體成型的結構可讓葉片輕量化，使發(fā)電效能增加。依據上述目的，本實用新型提供一種風力葉片，包括一具有一第一端及相對于第一端的第二端的S型柱狀體，一貫穿此S型柱狀體的第一端至第二端的中軸且此中軸是位于S型柱狀體的中間，而其中風力葉片的特征在于S型柱狀體是以一高分子材料一體形成，其中S型柱狀體是以中軸為中心由第一端開始逐漸往下至第二端，以順時針或逆時針扭轉成螺旋狀，其角度可為60° -360°度之間。本實用新型還提供一種風力葉片，包括一具有一第一端及相對于該第一端的第二端的S型柱狀體，一貫穿該S型柱狀體的該第一端至該第二端的中軸且該中軸是位于該S型柱狀體的中間，其中該風力葉片的特征在于該S型柱狀體是以一高分子材料并以注模方式一體形成，其中該S型柱狀體是以該中軸為中心由該第一端開始逐漸往下至該第二端，以順時針或逆時針扭轉成螺旋狀。本實用新型又提供一種風力發(fā)電機，是由一旋轉軸、一與該旋轉軸連接的發(fā)電模塊、一與該旋轉軸連接的風力葉片所組成，其特征在于，其中該風力葉片的結構包括一具有一第一端及相對于該第一端的第二端的S型柱狀體，一貫穿該S型柱狀體的該第一端至該第二端的中軸且該中軸是位于該S型柱狀體的中間，其中該S型柱狀體是以一高分子材料一體形成，其中該S型柱狀體是以該中軸為中心由該第一端開始逐漸往下至該第二端， 以順時針或逆時針扭轉成螺旋狀。本實用新型的有益效果是其一體成型的葉片不只可增加其使用壽命，且因其輕量化的設計，可增加發(fā)電效能，更大大提升風力葉片的使用程度，以達到節(jié)能減碳的目的。

以下，為達上述的目的，就本實用新型的結構內容及其特征，并配合附圖詳細說明如后，相信能就本實用新型的內容及其產生的功效，作更進一步的了解，其中圖1是為本實用新型的S型葉片示意圖；圖2A是為本實用新型的第一纖維示意圖；圖2B是為本實用新型的第二纖維示意圖；圖2C是為本實用新型的第三纖維示意圖；圖2D是為本實用新型的第四纖維示意圖；圖3是為本實用新型制作葉片結構的示意圖；圖4是為本實用新型S型葉片的連接結構示意圖；圖5是現(xiàn)有技術的垂直軸式風力發(fā)電機的葉片示意圖。
具體實施方式
由于本實用新型是揭露一種風力葉片，特別是有關于一種使用高分子材料注入模具中，以形成一體成型的S型風力葉片；其中所利用到的一些關于配置于風力葉片中的纖維及發(fā)泡材料等，是利用現(xiàn)有技術來達成；此外，本實用新型的風力發(fā)電機所使用的發(fā)電機模塊，是與已知技術相同，故在下述說明中，并不作完整描述。此外，于下述內文中的附圖， 亦并未依據實際的相關尺寸完整繪制，其作用僅在表達與本實用新型特征有關的示意圖。請參閱圖1，是為本實用新型的S型風力葉片示意圖。如圖1所示，一種風力葉片，其包括一 S型柱狀體10，并具有一第一端101及相對于第一端101的一第二端103 ； 一中軸20，是貫穿S型柱狀體10的第一端101至第二端103，且中軸20是位于S型柱狀體10的中間；其中，S型柱狀體10的特征在于S型柱狀體10以中軸20為中心由第一端 101往下延伸至第二端103并以順時針或逆時針扭轉S型柱狀體10成螺旋狀；在本實用新型的一實施例中，扭轉S型柱狀體10成螺旋狀的扭轉角度為90° ；然而，其扭轉角度可是60° -360°，本實用新型并不加以限定。另外，S型柱狀體10的材質為高分子材料；而中軸20其材質為中空的金屬管，如鋼、鋁等，本實用新型均不加以限定其金屬材質。接著，請參閱圖2A-圖2D，是為配置于風力葉片中所使用的多種纖維材料的纖維編織角度的示意圖。如圖2A-圖2D所示，S型葉片的S型柱狀體10是由一種高分子材料來包覆多層不同編織角度的纖維材料以及一個配置在覆多層纖維材料中的發(fā)泡層(Foam)所形成。而其纖維編織角度如圖2A-圖2D所示，其中如圖2A的第一纖維30為一種士45度的編織角度的纖維材料；如圖2B的第二纖維32為一種45度的編織角度的纖維材料；如圖 2C的第三纖維34為一種0度(或稱為纖維束)的編織角度的纖維材料；及如圖2D的第四纖維36為一種0度與90度的編織角度的纖維材料。很明顯地，圖2A-圖2D所示的各種編織角度的纖維材料各具有不同的強度。本實用新型即是利用這些不同的強度的纖維材料來做為S型柱狀體10的構成材料。接著，請參閱圖3，是為本實用新型的風力葉片結構示意圖。如圖3所示，將要使用的復數種不同編織角度的纖維材料，裁切成葉片外形，例如將第一纖維30、第二纖維32及第三纖維34的纖維材料裁切成S型柱狀體10的外形。接著，進行第一層纖維材料的鋪設， 例如將具有士45度的編織角度的第一纖維30鋪設在模具的上模50上，以做為第一層的纖維材料；或是選擇使用具有45度的編織角度的第二纖維32鋪設在上模50之上；然后，進行第二層纖維材料的鋪設，例如將具有0-90度的編織角度的第三纖維34鋪設在第一層的纖維材料之上，以做為第二層的纖維材料；再接著，進行第三層纖維材料的鋪設，例如將具有0度的第四纖維36的纖維束材料鋪設在第二層的纖維材料之上，以做為第三層的纖維材料。在本實用新型的較佳實施例中，0度的纖維束材料可以將其裁切成長條形，故在鋪設于第二層的纖維材料之上時，形成局部鋪設于第二層的纖維材料之上。當多種不同編織角度的纖維材料已鋪設于下模50中，接著要將一個高分子材料所形成的發(fā)泡材料40鋪設在前述的不同編織角度的纖維材料之上，以做為葉片結構中的主要骨干。特別要說明的是，發(fā)泡材料40在相對于纖維材料的一側面上，可以選擇性地先形成一長條的凹槽(未顯示)，以便在將發(fā)泡材料40鋪設在第三層的長條形纖維束材料之上時，該凹槽將長條形纖維束材料包含于其中，可以使得發(fā)泡材料40與纖維材料平整地接觸。故此發(fā)泡材料40上的凹槽可依據纖維束材料的厚度來做調整。而在鋪設發(fā)泡材料40 時，需考慮置于S型柱狀體10中間的中軸20的位置，亦即當中軸20置于在模具中間位置時，發(fā)泡材料40則置于中軸兩側，避免S型柱狀體10中間厚度過厚。接著，進行第四層至第六層纖維材料的鋪設，很明顯地，第四層的纖維材料即為具有0度的第四纖維36的纖維束材料，此第四層的纖維束材料即鋪設在發(fā)泡材料40的另一側面上；同樣地，可以選擇性地將發(fā)泡材料40的另一側面上，也形成一長條的凹槽，以便在將發(fā)泡材料40鋪設在第四層的長條形纖維束材料之上時，該凹槽將長條形纖維束材料包含于其中；但要強調的是，此第四層的0度的纖維束材料的配置的層數可以與第四層的0度的纖維束材料配置的層數不相同，其配置的數量，可以依據葉片的結構特性進行設計。再接著，進行第五層纖維材料的鋪設，例如將具有0-90度的編織角度的第三纖維34鋪設在第四層的纖維材料之上，以做為第五層的纖維材料。然后，進行第六層纖維材料的鋪設，例如將具有士45度的編織角度的第一纖維30鋪設在第五層纖維材料之上，以做為第六層的纖維材料；或是選擇使用具有45度的編織角度的第二纖維32鋪設在第五層纖維材料之上。很明顯地，在上述形成風力葉片的結構中，是以中軸20配合發(fā)泡材料40做為中心的骨干，并于中軸20及發(fā)泡材料40為對稱中心，形成第一層至第三層以及第四層至第六層纖維材料的鋪設，特別的是，第一層與第六層纖維材料是相同的材料，而第二層與第五層纖維材料是相同的材料；第三層與第四層纖維材料也是相同的材料。因此，在各層的纖維材料并未被切斷，故在后續(xù)注模時可以增加纖維材料層之間的穩(wěn)固，同時也可以增加葉片的強度。當多種不同編織角度的纖維材料已依前述方式鋪設于模具的下模50之后，即可將上模52與下模50接合成一氣密狀態(tài)。接著，先進行抽真空的程序，將模塊中的空氣抽離，使得上模52與下模50以及多種不同編織角度的纖維材料之間無空氣存在。此抽真空的目的即避免在注模的過程中，在上模52與下模50以及多種不同編織角度的纖維材料之間產生氣泡而形成空洞，造成結構上的瑕疵。在完成抽真空的程序后，隨即進行注模程序， 將一種樹脂材料注入至上模52與下模50以及多種不同編織角度的纖維材料之中，以形成一體成形的葉片結構。在本實用新型的一較佳實施例中，所使用的高分子材料可以是樹脂材料，如不飽和樹脂(UP)或不飽和樹脂加納米(Nano)粘土，或是飽和樹脂(環(huán)氧樹脂 Epoxy Resin)或是飽和樹脂(環(huán)氧樹脂=Epoxy Resin)加納米(Nano)粘土。另外，在注入樹脂材料的過程中，還必須加上適當的壓力，以使得樹脂材料能夠均勻地充填入上模52與下模50以及多種不同編織角度的纖維材料之間。最后，再施以適當的溫度以進行一烘烤程序，此溫度可以選擇在60°C -150°C之間。代烘烤成形后，即可進行脫模程序，以將上模52與下模50分離，以取得一完整的S型葉片。請參閱圖4，是為本實用新型風力葉片的具有連接結構示意圖。如圖4所示，當S 型葉片因環(huán)境要求，需要加長時，在S型柱狀體10的第一端101及第二端103各設置一圓盤形接合器60，并在圓盤形接合器60上設置多個貫穿孔62。由此圓盤形接合器60連接一 S型葉片的第一端101至另一 S型葉片的第二端103，并以多個螺絲經由多個貫穿孔62將兩個S型葉片連接，就由此連接方式，即可做兩個或多個串聯(lián)。于本實用新型的風力葉片完成后，即可與一或兩個發(fā)電機模塊一起組合成一風力發(fā)電機；其中發(fā)電機模塊具有一凸出的旋轉軸(未顯示于圖中)，而此旋轉軸則與可以與配于發(fā)電模塊中的電樞(未顯示于圖中)連接，由此旋轉軸與本實用新型的風力葉片上的中軸20連接后，即可組合成一部風力發(fā)電機。當本實用新型的風力發(fā)電機起動后，即可由風力葉片帶動旋轉軸旋轉，進而使得發(fā)電模塊中的電樞也旋轉，故能產生發(fā)電的效果。雖然本實用新型以前述的較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本實用新型， 任何熟習相像技術者，在不脫離本實用新型的精神和范圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本實用新型的專利保護范圍須視本發(fā)明的權利要求范圍所界定的為準。
權利要求1.一種風力葉片，包括一具有一第一端及相對于該第一端的第二端的S型柱狀體，一貫穿該S型柱狀體的該第一端至該第二端的中軸且該中軸是位于該S型柱狀體的中間，其中該風力葉片的特征在于該S型柱狀體是以一高分子材料一體形成，其中該S型柱狀體是以該中軸為中心由該第一端開始逐漸往下至該第二端，以順時針或逆時針扭轉成螺旋狀。
2.如權利要求1所述的風力葉片，其特征在于，其中該S型柱狀體順時針或逆時針扭轉角度為60° -360°。
3.如權利要求1所述的風力葉片，其特征在于，其中該第一端及該第二端，進一步包含至少一個圓盤形接合器。
4.如權利要求1所述的風力葉片，其特征在于，其中該中軸為一中空狀柱體。
5.如權利要求4所述的風力葉片，其特征在于，其中該中空狀柱體為一金屬管。
6.如權利要求1所述的風力葉片，其特征在于，其中于該S型柱狀體中進一步配置有多層纖維材料。
7.如權利要求6所述的風力葉片，其特征在于，其中于該多層纖維材料中配置一發(fā)泡材料。
8.一種風力葉片，包括一具有一第一端及相對于該第一端的第二端的S型柱狀體，一貫穿該S型柱狀體的該第一端至該第二端的中軸且該中軸是位于該S型柱狀體的中間，其中該風力葉片的特征在于該S型柱狀體是以一高分子材料并以注模方式一體形成，其中該S型柱狀體是以該中軸為中心由該第一端開始逐漸往下至該第二端，以順時針或逆時針扭轉成螺旋狀。
9.一種風力發(fā)電機，是由一旋轉軸、一與該旋轉軸連接的發(fā)電模塊、一與該旋轉軸連接的風力葉片所組成，其特征在于，其中該風力葉片的結構包括一具有一第一端及相對于該第一端的第二端的S型柱狀體，一貫穿該S型柱狀體的該第一端至該第二端的中軸且該中軸是位于該S型柱狀體的中間，其中該S型柱狀體是以一高分子材料一體形成，其中該S型柱狀體是以該中軸為中心由該第一端開始逐漸往下至該第二端，以順時針或逆時針扭轉成螺旋狀。
專利摘要一種風力葉片，其是使用高分子材料注入模具中，以形成一體成型的S型風力葉片，包括一具有一第一端及相對于第一端的第二端的S型柱狀體，一貫穿此S型柱狀體的第一端至第二端的中軸且此中軸是位于S型柱狀體的中間，而其中風力葉片的特征在于S型柱狀體是以一高分子材料一體形成，其中S型柱狀體是以中軸為中心由第一端開始逐漸往下至第二端，以順時針或逆時針扭轉成螺旋狀，其角度可為60°-360°之間。經由本實用新型所提供的設計，其一體成型的葉片不只可增加其使用壽命，且因其輕量化的設計，可增加發(fā)電效能，更大大提升風力葉片的使用程度，以達到節(jié)能減碳的目的。
文檔編號F03D9/00GK202031769SQ20112000123
公開日2011年11月9日 申請日期2011年1月5日 優(yōu)先權日2011年1月5日
發(fā)明者王忠成 申請人:金廣發(fā)股份有限公司