專利名稱：垂直軸風(fēng)力車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種垂直軸風(fēng)力車，其葉片安裝在可圍繞與風(fēng)向成直角的旋轉(zhuǎn)軸自由旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子臂上，各葉片均能以最大垂直受風(fēng)角受風(fēng)及以最小水平排風(fēng)角排風(fēng)，該風(fēng)力車還裝有葉片平衡裝置及轉(zhuǎn)子升降控制裝置。
風(fēng)力車的問世已有數(shù)百年以上歷史，其中最為人們所熟知的，莫過于荷蘭式水平軸螺旋風(fēng)力車、該種風(fēng)力車迄今仍被譽為荷蘭的標(biāo)志與象征，曾陸續(xù)被其他各國廣為利用，甚至居科技領(lǐng)先地位的美國，迄今尚有許多沿海及偏遠地區(qū)，仍設(shè)有該種風(fēng)力車陣，局部供應(yīng)農(nóng)牧業(yè)用水電設(shè)施。此外，尚有更多國家正在不斷改進昔有裝置，以謀求高效風(fēng)力車，然而迄今尚無更有效之技術(shù)手段克服已有風(fēng)力車存在的先天性缺點。就上述具有代表性的水平軸螺旋漿風(fēng)力車為例，既有漿臂愈長愈易被風(fēng)吹拆以及轉(zhuǎn)速愈慢之缺點，加上其受風(fēng)面有限又全靠其高懸空中的樞軸輸出扭力，更不便于增速，無法兼顧大扭力與快速之需求，逐漸喪失其實用性。
垂直軸風(fēng)力車克服了水平軸螺旋漿風(fēng)力車上述缺點，其優(yōu)點包括不受風(fēng)向限制，不必另架高塔、受風(fēng)面擴充性大、增速方便等，該種風(fēng)力車已有多種結(jié)構(gòu)，如杯式風(fēng)速儀型及Puddle、Darrieus、Sabonius等型風(fēng)力車，但其中并無任何構(gòu)造曾有效地克服了該垂直軸風(fēng)力車所共有之先天性缺點，即其車體以其垂直軸為界，順風(fēng)面與逆風(fēng)面各占半圓，在順逆兩面受力均衡情況下，尚無法有效地排除其逆風(fēng)面所受阻力也就無從發(fā)揮順風(fēng)面受風(fēng)應(yīng)有的功效。
本創(chuàng)作克服了上述垂直軸風(fēng)力車之共同缺點，其目的在于提供一種符合社會多元化需求的，各葉片均能以其內(nèi)外兩側(cè)辨別順逆風(fēng)力并在其平衡裝置作用下及時擺轉(zhuǎn)的垂直軸風(fēng)力車。
茲將本創(chuàng)作的結(jié)構(gòu)特點，配合附圖分述如下本創(chuàng)作系由垂直車軸(1)、各層1橫葉片(2、2)、葉片平衡碼棒(3或4)及葉片置放及升降裝置所構(gòu)成。
A、其中垂直軸(1)系以多邊形或具有軸向滑軌(5)的管柱為材料，在其頂端設(shè)置定滑輪(6)，在其下人手可及之處套接葉片托架(7)，在托架(7)下嵌裝有定滑輪(6)和繞線架(8)。上述技術(shù)特征為串掛在車軸(1)上的多層橫掛葉片，提供了便捷的升降控制與放置設(shè)施。
B、其中多層橫掛葉片之組合，包括支持葉軸(9、9′)的軸樞(10)、葉片轉(zhuǎn)軸(9、9′)、平衡碼棒(3或4)、橫掛葉片(2、2)及連接各層車軸套管(11)的鏈桿(14、14′)其中，(a)軸樞(10)是由三支套管相互呈90度角錯交作旁接或注塑而成，三套管中的垂直管為車軸套管(11)，該套管的特點是與車軸(1)同形，且有與車軸滑軌(5)吻合的槽溝(12)，并可沿車軸向上下滑移，但不得作切向扭轉(zhuǎn)；另二套管為葉軸套管(17、17′)，兩者位于不同平面，互呈90度角水平錯交，在套管(17、17′)內(nèi)各穿插有轉(zhuǎn)軸(9、9′)該轉(zhuǎn)軸(9、9′)分別貫穿于套管(17、17′)中；在上述套管(17、17′)兩端，各有寬略大于90弧度的窗口(19、19′)，在窗口(19、19′)內(nèi)的轉(zhuǎn)軸(9、9)上，插接有制轉(zhuǎn)卡銷(20、20′)，用以限制轉(zhuǎn)軸(9、9′)的轉(zhuǎn)幅不超過90度范圍，且不允許轉(zhuǎn)軸向任一端滑動；在轉(zhuǎn)軸(9、9′)各端均有銜嘴(21、21′)和貫穿孔(22、22′、…)，以便銜接葉軸懸臂(18、18′)的鼻錐(23、23′)，在該銜接處外圍，加套護管(24、24′)并共用貫穿孔讓插銷(25、25′…)插入予以銜接并套固??；將護管(24、24′)滑離銜接處，以插銷(25、25′…)充當(dāng)定軸，讓葉軸懸臂(18、18′)向下垂拆，以便裝卸。
(b)、系在葉軸懸臂(18、18′)的橫掛葉片分別鑲接葉片(2、2′)，該二葉片在車軸(1)兩側(cè)之共軸(9、9′)上錯交互呈90度夾角，并接受制轉(zhuǎn)銷(20、20′)所設(shè)定的90度擺幅限制，即讓二葉片僅能互在其所設(shè)定的俯擺或仰擺象限內(nèi)，使一邊的葉片在最佳垂直位置受風(fēng)時、另一邊的葉片可在最佳水平位置排風(fēng)，由于二葉片同軸，且均作同切向同步擺動，故均會授受助力，更增加葉片擺動的靈活性；該二葉片的另一特點是互向其90度夾角的內(nèi)側(cè)略呈弧形彎曲，讓其在平伸排風(fēng)位置的葉片，在進入逆順風(fēng)面交界前緣瞬間，可借其略呈內(nèi)高外低的弧形凸面，感受來自外側(cè)上風(fēng)的壓力而下垂變?yōu)槁韵蝽橈L(fēng)面彎曲受風(fēng)，使之產(chǎn)生向其凹面之扭力另讓其對側(cè)在下垂受風(fēng)位置的葉片，在進入順逆風(fēng)面交界前緣瞬間，也可借其微向送風(fēng)面呈弧形彎曲的凹面，感受來自內(nèi)側(cè)上風(fēng)的托力而上翹排風(fēng)；同時，由于二葉片的葉根轉(zhuǎn)軸部分也與葉片同向其夾角之內(nèi)側(cè)彎曲，故均能產(chǎn)生曲柄效應(yīng)，更增強葉片對轉(zhuǎn)軸的扭轉(zhuǎn)力；各葉片的又一特征是利用葉片的厚度，從葉根至葉尾由厚逐漸變薄，其內(nèi)外側(cè)之葉緣也呈楔形，這樣既可利用原有厚度增加葉片的抗剪力與道流性，又不會另增厚度而增加葉片的厚度進而增加葉片的排風(fēng)阻力或另加重葉片在擺動時的額外負(fù)荷，利用本技術(shù)制作玩具時，為適應(yīng)其多變性需要。亦可將各葉片分別塑制成各式翅翼造型，與肢須化平衡碼棒相搭配，以增加其趣味性、活潑性、益智性、啟發(fā)性與藝術(shù)性。
c、平衡碼棒系在各葉片對側(cè)之轉(zhuǎn)軸上，或在二葉片錯交夾角對側(cè)的葉軸上，反向嵌接具有適當(dāng)平衡重力的單杠桿碼棒或改接(＋＋)型(3)碼棒，借以調(diào)整其橫向副碼棒(28)與轉(zhuǎn)軸間的距離，提供足夠的平衡重力，這樣，不但可節(jié)省必須為單杠式碼棒擺動所保留的空間，更可利用此造型充當(dāng)葉片提把；為配合為玩具所設(shè)計的鳥類頭頸及蝶類觸須，可將原單杠式碼棒衍化為各式頭頸及觸須造型，另外為增加(＋＋)碼棒(3)對葉片回擺提供更大的靈活性，可將(＋＋)形碼棒改用雙(Y)形(4)，借助雙(Y)形在同側(cè)支桿間的橫向副碼棒(28、28′)所提供的對稱平衡重力，讓二副碼棒(28、28′)分別在葉軸垂面兩側(cè)近處作往復(fù)跨越時，會比單杠桿及(＋＋)形碼棒產(chǎn)生更大的正負(fù)力矩差，從而節(jié)省平衡碼棒所占空間和增加葉片回擺的靈活性。
D、串套在車軸(1)上各軸樞(10)間的連接，靠位于各軸樞(10)上下端的鏈銷(13、13′)與可作切向?qū)φ鄣逆湕U(14、14′)；在底層的軸樞則靠其下的系扣(26)及系索(27)與托架(7)系接，用以調(diào)整底層葉片高度與上限；在頂層軸樞的上端，也有系扣(26)用以系接控索(15)，再將控索的另一端經(jīng)車軸頂端的定滑輪(6)、車軸(11)管壁的內(nèi)側(cè)或外側(cè)、葉片托架(16)下的定滑輪(6)至繞線架(8)完成銜接，即可借搖轉(zhuǎn)及鎖定繞線架(8)來控制各軸樞的升降，達到便于調(diào)整風(fēng)車受風(fēng)能量及便于收用操作之目的。
茲再配合附圖就本創(chuàng)作單組同軸葉片受風(fēng)與排風(fēng)的實施例說明如下(圖中箭頭表示風(fēng)向、葉片系設(shè)定在俯擺象限內(nèi)并作順時針方向旋轉(zhuǎn))當(dāng)同軸兩端的葉片，分別位于0度及180度與風(fēng)向平行的順逆風(fēng)面交界線時，在無風(fēng)的狀況下，系互呈45度俯角穩(wěn)定平衡在待風(fēng)位置上，此時分別在上下風(fēng)的葉片，因均有略向下垂呈內(nèi)高外低螺旋狀，故均具有以其側(cè)翼感受來自上風(fēng)風(fēng)力的作用，即一旦有風(fēng)時，位于上風(fēng)的葉片能以其微向順風(fēng)面彎曲的凸面感受來自外側(cè)上風(fēng)的壓力而下垂改為略向順風(fēng)面彎曲受風(fēng)，同時，也會迫使位于下風(fēng)的葉片上翹排風(fēng)；而位于下風(fēng)的葉片，也能獨自以其微向逆風(fēng)面彎曲的凹面感受來自內(nèi)側(cè)上風(fēng)之托力而由下垂位置上翹至平伸略向下彎曲的位置排風(fēng)，同時也接受來自上風(fēng)葉片的助力向上翹擺排風(fēng)，互授受助力。由在順風(fēng)面的葉片產(chǎn)生正弦波中近完整正值波形，偏向順時針方向之扭力，而在逆風(fēng)面的葉片則產(chǎn)生正弦波中近零負(fù)值波形之阻力；待上下風(fēng)的葉片各通過其順風(fēng)面的瞬間，剛通過順風(fēng)面的葉片，因受來自逆風(fēng)面相對風(fēng)速之托力會立即上翹至排風(fēng)位置排風(fēng)，同時也會迫使剛自逆風(fēng)面進入順風(fēng)面的葉片下垂受風(fēng)，如此相互交替受風(fēng)排風(fēng)，即可獲得持續(xù)之動力。尤其由于各葉片均因獲得平衡碼棒所提供的寬幅隨遇平衡區(qū)與邊幅適當(dāng)反彈區(qū)，更增加了葉片回擺的靈活性，且因其平衡碼棒系屬剛體短擺徑結(jié)構(gòu)，也有助于葉片回擺的靈活性，達到更適用于大、中、小各型高、低轉(zhuǎn)速風(fēng)力車裝置的目的。
上述實施例雖將葉片設(shè)定為俯擺作順時針方向旋轉(zhuǎn)，但亦可同理將之改為設(shè)定為仰擺作逆時方向旋轉(zhuǎn)。且僅需將控制葉軸轉(zhuǎn)幅的制轉(zhuǎn)卡銷(20、20′)改自葉軸原點之背側(cè)插接即可。同理，若將位于同軸的二葉片在其原平面，僅作上下風(fēng)位置對調(diào)，也可將之設(shè)定為俯擺逆時針方向旋轉(zhuǎn)，或仰擺順時針方向旋轉(zhuǎn)。其結(jié)構(gòu)變化多樣，有益于啟發(fā)兒童創(chuàng)造心理。考慮較大半徑風(fēng)力車中，上下風(fēng)的葉片間距離較遠，所感受的風(fēng)力常因不穩(wěn)定風(fēng)向與紋流影響，尤其當(dāng)二葉片同位于順逆風(fēng)面交替瞬間，會出現(xiàn)不同步擺轉(zhuǎn)現(xiàn)象。為避免因這一現(xiàn)象而產(chǎn)生牽制阻力。應(yīng)將轉(zhuǎn)軸(9、9′)的中點分割并在該切割后轉(zhuǎn)軸的各內(nèi)端間，串接彈簧(29、29′)，再在套管(17、17′)的中點插入分隔銷(30、30′)，并將套管兩端的窗口(19、19′)作適當(dāng)延長，讓制轉(zhuǎn)卡銷(20、20′)有足夠的伸縮空間，讓同軸兩端的葉片(2、2′)在做同步擺轉(zhuǎn)時可借彈簧(29、29′)之串接互授受助力。如遇到不同步或略有超前或滯后擺轉(zhuǎn)差時，彈簧(29、29′)可予以緩沖，從而避免互相牽制而影響兩者擺轉(zhuǎn)的靈活性；同時，由于分隔銷(30、30′)具有阻止被分隔彈簧在套管內(nèi)來回串動轉(zhuǎn)軸(9、9′)及防止被分隔的轉(zhuǎn)軸向外滑落等作用，更為轉(zhuǎn)軸提供伸縮自如的彈性空間，所以當(dāng)葉片遭受向心陣風(fēng)沖擊時，彈簧將會緩沖吸收風(fēng)力；當(dāng)葉片遭受離心陣風(fēng)沖擊或當(dāng)風(fēng)力增加影響風(fēng)車轉(zhuǎn)速時，彈簧將陣風(fēng)的風(fēng)力予以緩沖、并隨離心力的強弱而作適當(dāng)伸展。借助伸展所增長的半徑，可以達到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速目的。
綜上所述，本創(chuàng)作所提供的手段與構(gòu)造特點，較已知的風(fēng)力車有多項改進，從而可根據(jù)社會及市場需求，制造各種類型風(fēng)力車，如為社會提供供電系統(tǒng)，則需大型及超大型裝置；如為供應(yīng)鄉(xiāng)村、偏遠地區(qū)、海島家庭等個別用戶使用，則需拆架方便、操作簡易的中、小型裝置；如做兒童玩具，則需兼顧簡單、啟發(fā)、安全、活潑生動而又有美感的迷你型裝置。
以下為本創(chuàng)作標(biāo)記與組件之關(guān)系位置說明


圖1為本創(chuàng)作立體斜視圖。
圖2為本創(chuàng)作實施例示意圖。
圖3A、圖3B為本創(chuàng)作主要結(jié)構(gòu)立體圖。
圖4A為本創(chuàng)作同軸葉片俯擺示意圖。
圖4B為本創(chuàng)作同軸葉片仰擺示意圖。
1車軸、2、2′葉片、3、3′雙(＋)形平衡碼棒、4、4′(Y)形平衡碼棒、5軸向滑軌或楞條、6、6′定滑輪、7葉片托架(為停用葉片提供放置及鎖定的安全設(shè)施)、8繞線架、9、9′葉片轉(zhuǎn)軸、10葉片軸樞、11車軸套管、12車軸套管槽溝、13、13′鏈銷、14、14′鏈桿、15控索、16頂層軸樞系扣、17、17′葉軸套管、18、18′葉軸懸臂、19、19′套管窗口、20、20′葉軸制轉(zhuǎn)卡銷、21、21′葉軸銜嘴、22、22′葉軸銜嘴貫穿插孔、23、23′葉軸懸臂銜接鼻錐、24、24′葉軸懸臂銜接護管、25、25′葉軸懸臂銜接插銷、26底層軸樞系扣、27底層軸樞系索、28橫向副碼棒、29、29′彈簧、30、30彈簧分隔銷。
權(quán)利要求1.一種垂直軸風(fēng)力車，系由多層裝有適當(dāng)平衡碼棒(3、4)且可在垂直軸(1)上作升降收拆的橫掛葉片之組合所組成，其特征在于設(shè)置有軸向滑軌或楞條(5)的垂直軸(1)上串套與車軸滑軌或楞條(5)相吻合的車軸套管(11)，各車軸套管(11)可沿車軸(1)上下滑動并依靠可對拆的鏈桿(14、14′)予以連接，車軸(1)的頂端及下段分別設(shè)置定滑輪(6、6′)，裝有繞線架(8)的葉片托架(7)套接在車軸(1)下段，系索(27)將底層車軸套管(11)與托架(7)系接，控索(15)一端與頂層車軸套管相連接，其另一端經(jīng)車軸頂端的定滑輪(6)、車軸套管的內(nèi)側(cè)或外側(cè)、車軸下段的定滑輪(6′)至繞線架(8)、用以控制車軸套管升降。
2.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力車、其特征在于車軸套管(11)上旁接二水平呈直角錯交的葉軸套管(17、17′)，各葉軸套管(17、17′)分別穿插兩端各有銜嘴的葉片轉(zhuǎn)軸(9、9′)，用插銷(25、25′)銜接外端鑲掛葉片(2、2′)的懸臂(18、18′)同轉(zhuǎn)軸(9、9′)懸臂外端的葉片在轉(zhuǎn)軸上錯交互呈90度夾角，上述葉軸套管兩端各有略大于90弧度的窗口(19、19′)該窗口內(nèi)轉(zhuǎn)軸(9、9′)上插接葉軸制轉(zhuǎn)卡銷(20、20′)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)力車，其特征在于橫掛葉片位于同軸(9、9′)上的二葉片(2、2′)連同其葉根轉(zhuǎn)軸，均同向其90度夾角的內(nèi)側(cè)略作弧形彎曲，懸臂(18、18′)銜接處裝有可滑離銜接處的護管(24、24′)，插銷(25)可做為定軸使懸臂(18、18′)向下垂拆，葉片(2、2′)依隨其弧形葉面從葉根至葉尾及葉中至兩側(cè)均由厚變薄。
4.如權(quán)利要求2所述的風(fēng)力車，其特征在于葉軸套管(17、17′)內(nèi)的轉(zhuǎn)軸(9、9′)分為兩段，彈簧(29、29′)裝在平分轉(zhuǎn)軸之間串接構(gòu)成同軸，上述套管中間插入分隔銷(30、30′)將轉(zhuǎn)軸間的彈簧分隔定位，彈簧(29、29′)在原位隨轉(zhuǎn)軸在制轉(zhuǎn)卡銷(20、20′)限制下，在其所設(shè)定的90度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。
5.如權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)力車，其特征在于各葉片(2、2′)對側(cè)或錯交夾角對側(cè)的葉軸任意點嵌接(＋＋)形碼棒(4)或雙(Y)形碼棒(3)，(Y)形碼棒同側(cè)支棒間跨接副碼棒(28)。
專利摘要一種垂直軸風(fēng)力車，其特點在各葉片均能以其內(nèi)外兩側(cè)辨別順逆風(fēng)力而以最大垂直受風(fēng)角受風(fēng)及以最小水平排風(fēng)角排風(fēng)及時擺轉(zhuǎn)，平衡裝置所產(chǎn)生的寬幅隨遇平衡作用，使葉片受風(fēng)與排風(fēng)擺動更為靈活，達到產(chǎn)生高效扭力目的；其另一特點在各葉片可借助于所附設(shè)的升降控制裝置，達到便于調(diào)節(jié)受風(fēng)能量、收用自如等目的。本風(fēng)力車包括垂直車軸、橫掛葉片與葉片平衡碼棒及葉片升降卷索具所構(gòu)成，整體結(jié)構(gòu)簡單易于架設(shè)，適合社會多元化需求。
文檔編號F03D3/02GK2040956SQ88220329
公開日1989年7月12日 申請日期1988年11月24日 優(yōu)先權(quán)日1988年11月24日
發(fā)明者劉訓(xùn)法 申請人:劉訓(xùn)法