(57)【要約】      （修正有）【課題】発電効率を高めることができる多磁石盤垂直軸小型風力発電機を提供する。【解決手段】多磁石盤垂直軸小型風力発電機はファン部材、複数の電磁誘導モジュール２を有し、ファン部材は軸棒１１、軸棒１１上に設置されるファンを有し、複数の電磁誘導モジュール２は軸棒１１上に嵌めて設置され、各電磁誘導モジュール２はそれぞれ１個のコイル組２１、磁石組２２を有し、隣り合う２個の電磁誘導モジュール２の間は間隔距離Ｄを有し、間隔距離Ｄにより隣り合う２個の電磁誘導モジュール２の磁石組２２の磁性は互いに引き合うことはなく、複数組の電磁誘導モジュール２を使用することで、単一組の電磁誘導モジュール２に置換し、ファン部材の駆動が容易で、発電効率を高めることができる。【選択図】図２
0003230907.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
多磁石盤垂直軸小型風力発電機であって、ファン部材、及び複数の電磁誘導モジュールを有し、
前記ファン部材は、軸棒、及び前記軸棒上に設置されるファンを有し、
前記複数の電磁誘導モジュールは、前記軸棒上にそれぞれ嵌めて設置され、各電磁誘導モジュールは、それぞれ１個のコイル組及び磁石組を有し、隣り合う２個の電磁誘導モジュールの間は、間隔距離を有し、前記間隔距離により、隣り合う２個の電磁誘導モジュールの磁石組の磁性は、互いに引き合うことはない
ことを特徴とする、
多磁石盤垂直軸小型風力発電機。
【請求項２】
前記ファンは、３個の風筒を有し、各風筒は、３個のブレードを有し、前記軸棒の軸方向上において、隣り合う２個のブレードの夾角は４０度である
ことを特徴とする、
請求項１に記載の多磁石盤垂直軸小型風力発電機。
【請求項３】
前記電磁誘導モジュールは、ベアリングを有し、前記ベアリングと前記軸棒の間には、間隙を有し、前記間隙の幅は、０．０１ｍｍ〜０．０３ｍｍの間である
ことを特徴とする、
請求項１に記載の多磁石盤垂直軸小型風力発電機。
【請求項４】
前記多磁石盤垂直軸小型風力発電機は、２個の電磁誘導モジュールを設置する
ことを特徴とする、
請求項３に記載の多磁石盤垂直軸小型風力発電機。
【請求項５】
前記多磁石盤垂直軸小型風力発電機は、上ハウジング、及び対応して組み合わされる下ハウジングをさらに有し、
その内１個の電磁誘導モジュールは、前記上ハウジング中に設置され、もう１個の電磁誘導モジュールは、前記下ハウジングに設置され、しかも前記下ハウジングは、環状停止部を上方へと延伸し、これにより前記上ハウジングは、前記下ハウジングの環状停止部に対応して接続され、前記環状停止部は前記間隔距離を形成する
ことを特徴とする、
請求項４に記載の多磁石盤垂直軸小型風力発電機。
【請求項６】
前記上ハウジングは、上凹入部を上方へと延伸し、前記下ハウジングは、下凹入部を下方へと延伸し、前記２個の電磁誘導モジュールのベアリングは、それぞれ前記上凹入部及び下凹入部に設置される
ことを特徴とする、
請求項５に記載の多磁石盤垂直軸小型風力発電機。
【請求項７】
前記各磁石組上には、間隔をあけて排列する複数の磁石を有し、隣り合う２個の電磁誘導モジュールの磁石排列には、位相差を有し、前記位相差は、５度以内である
ことを特徴とする、
請求項１に記載の多磁石盤垂直軸小型風力発電機。
【請求項８】
前記軸棒は、回転数が１００回転から１０５回転の間で共振を生じないよう制御される
ことを特徴とする、
請求項１に記載の多磁石盤垂直軸小型風力発電機。
【請求項９】
前記軸棒には、厚さが７０〜８０ミクロンの間の溶融亜鉛抗腐蝕層をめっきし、一部の高度位置の溶融亜鉛めっき抗腐蝕層を削ぎ取ることで、前記軸棒を、回転数を１００回転から１２０回転の間に制御することで共振を生じないようコントロールする
ことを特徴とする、
請求項７に記載の多磁石盤垂直軸小型風力発電機。
【請求項１０】
前記コイル組は無鉄心コイルである
ことを特徴とする、
請求項１に記載の多磁石盤垂直軸小型風力発電機。
【請求項１１】
前記間隔距離は、３０ｍｍ〜４０ｍｍの間である
ことを特徴とする、
請求項１に記載の多磁石盤垂直軸小型風力発電機。
【請求項１２】
前記電磁誘導モジュールのコイル組及び磁石組が隔てる距離は１．５ｍｍ〜２．５ｍｍの間である
ことを特徴とする、
請求項１に記載の多磁石盤垂直軸小型風力発電機。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は多磁石盤垂直軸小型風力発電機に関し、特に複数の電磁誘導モジュールを設置することで、同一磁力の単一組の電磁誘導モジュールに置換し、これにより小型風力発電機の駆動を容易にし、発電効率を高めることができる多磁石盤垂直軸小型風力発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電は大型風力発電と中、小型風力発電に分けられる。
大型風力発電機は、発電容量は大きいが体積も非常に大きく、しかもファンの回転が発する低周波騒音も大きいため、通常は郊外の広い空き地などに設置されるか、最近では海面上に、洋上風力発電機として設置されている。
一方、小型風力発電機はファンの回転が発する騒音は小さいが、発電量も小さいため、普及には至っていない。
【０００３】
しかし、電力に対する必要がそれほど大きくない個人、或いは地域における電力使用に関して、小型風力発電機は、その優位を発揮できるはずである。
例えば、小型風力発電機を住宅の屋根に取り付け、ソーラーパネルと組み合わせ、分散型のエネルギー供給を形成することもできる。
【０００４】
風力発電機はさらに垂直軸式ファンと水平軸式ファンに分類される。
垂直軸式の風力発電機は、地形の影響を受けにくく、低風速下でも発電可能であるため小型風力発電機に使用され、垂直軸小型風力発電機が開発されている。
【０００５】
垂直軸小型風力発電機の構造は、特許文献１「立式複合型風力発電機の改良構造」に開示するように、電磁モジュール、及びブレードを有する２個の風筒を垂直軸上に組み付ける。
【０００６】
台湾では、小型風力発電機の表示容量は３ｋＷである。
しかし、従来の垂直軸小型風力発電機の５ｍ／秒の風速下での発電量は約４００ｗから５００ｗに過ぎず、小型風力発電機の表示容量とは非常に大きな差があり、発電効率が低い。
【０００７】
けれども、発電効率を高めるために、単磁石盤の電磁モジュール上に設置する磁石及びコイルの数量を増やせば、ファンの回転には非常に大きなトルクが必要である。
そのため、低風速下でファンを駆動し発電することは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】中華民国特許第Ｍ３４８１５６号明細書
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００９】
前記先行技術による垂直軸小型風力発電機の発電効率は低く、発電効率を高めるため単磁石盤の電磁モジュール上に設置する磁石及びコイルの数量を増やせば、ファンの回転に大きなトルクが必要となり、低風速下でファンを駆動し発電することは難しいという欠点がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本考案は垂直軸小型風力発電機の発電効率を高めることができる多磁石盤垂直軸小型風力発電機に関する。
【００１１】
本考案による多磁石盤垂直軸小型風力発電機は、ファン部材、及び複数の電磁誘導モジュールを有する。
該ファン部材は、軸棒、及び該軸棒上に設置されるファンを有する。
該電磁誘導モジュールは、該軸棒上にそれぞれ嵌めて設置され、各電磁誘導モジュールは、それぞれ１個のコイル組及び磁石組を有する。
隣り合う２個の電磁誘導モジュールの間は、間隔距離を有し、該間隔距離により、隣り合う２個の電磁誘導モジュールの磁石組の磁性は、互いに引き合うことはなく、該間隔距離は、３０ｍｍ〜４０ｍｍの間で、該磁石組の磁石が２４個で、しかも各磁石の磁力が４１００ガウスである時、該間隔距離は３５ｍｍ或いは３６ｍｍである。
この時、該電磁誘導モジュールのコイル組及び磁石組が隔てる距離は１．５ｍｍ〜２．５ｍｍの間で、好ましくは、２ｍｍで、これにより該コイル組及び該磁石組の摩擦を避けることができる。
該コイル組及び該磁石組が隔てる距離が２．５ｍｍを超えるなら、磁力線カット効率は低下し、発電効率も低下する。
【００１２】
さらに、該ファンは、３個の風筒を有し、各風筒は、３個のブレードを有する。
該軸棒の軸方向上において、隣り合う２個のブレードの夾角は４０度である。
【００１３】
さらに、該電磁誘導モジュールは、ベアリングを有する。
該ベアリングと該軸棒の間には、間隙を有し、該間隙の幅は、０．０１ｍｍ〜０．０３ｍｍの間である。
【００１４】
さらに、２個の電磁誘導モジュールを設置し、しかも本考案は、上ハウジング、及び対応して組み合わされる下ハウジングをさらに有する。
その内１個の電磁誘導モジュールは、該上ハウジング中に設置され、もう１個の電磁誘導モジュールは、該下ハウジングに設置され、しかも該下ハウジングは、環状停止部を上方へと延伸し、これにより該上ハウジングは、該下ハウジングの環状停止部に対応して接続され、該環状停止部は該間隔距離を形成する。
該上ハウジングは、上凹入部を上方へと延伸し、該下ハウジングは、下凹入部を下方へと延伸し、該２個の電磁誘導モジュールのベアリングは、それぞれ該上凹入部及び下凹入部に設置される。
【００１５】
さらに、各磁石組上には、間隔をあけて排列する複数の磁石を有し、隣り合う２個の電磁誘導モジュールの磁石排列には、位相差を有し、該位相差は、５度以内である。
【００１６】
さらに、該軸棒は、回転数が１００回転から１２０回転の間で共振を生じないようコントロールされる。
該軸棒の共振方式修正には、該軸棒に、厚さが７０〜８０ミクロンの間の溶融亜鉛抗腐蝕層をめっきし、一部の高度位置の溶融亜鉛めっき抗腐蝕層を削ぎ取ることで、該軸棒を、回転数を１００回転から１２０回転の間に制御することで共振を生じないようコントロールする。
【００１７】
さらに、該コイル組は無鉄心コイルで、該磁石組の磁石はレアアース磁石である。
【００１８】
上記した技術特徴により、以下の効果が達成される。
１．本考案は垂直軸小型風力発電機に複数の電磁誘導モジュールを取り付けることで、垂直軸小型風力発電機の発電効率を高め、隣り合う２個の電磁誘導モジュールの磁石排列は５度内の位相差を備え、磁力線カットの効率を高めることができる。
２．同一の磁性条件下で、複数の電磁誘導モジュールを使用することで、単一の電磁誘導モジュールに置換し、比較的低いトルク下でも該ファン部材の回転を始められるため、風速が低くても、該電磁誘導モジュールは発電を開始でき、これにより発電効率を高めることができる。
３．該ファン部材は３個の風筒を使用し、各風筒は、３個のブレードを有し、隣り合う２個のブレードの夾角は４０度で、２個の風筒を使用する場合より多くのブレードが風を受け、４個の風筒を使用する場合より軽いため、ファン部材が３個の風筒を使用することで、最大の発電効率を備えることができる。
４．該電磁誘導モジュールのベアリングと該軸棒の間には、０．０１ｍｍ〜０．０３ｍｍの間の間隙を有し、これによりファン部材の回転過程における震動を抑えられ、また摩擦抵抗力を低下させ、発電効率を高める目的を達成できる。
５．該軸棒は絶対的な垂直を達成できないため、厚さが７０〜８０ミクロンの間の溶融亜鉛抗腐蝕層をめっきし、一部の高度位置の溶融亜鉛めっき抗腐蝕層を削ぎ取ることで、該軸棒は、回転数が１００回転から１２０回転の間で共振を生じないようコントロールされ、垂直軸小型風力発電機の共振による損壊を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本考案の実施形態による垂直軸小型風力発電機の立体外観図である。
【図２】本考案の実施形態による電磁誘導モジュールの断面図である。
【図３】本考案の実施形態による電磁誘導モジュールのベアリングとファン部材の軸棒の間に間隙を設置する模式図である。
【図４】本考案の実施形態によるファン部材の風筒のブレードが隣り合って排列する様子を示す模式図である。
【図５】本考案の実施形態による２組の電磁誘導モジュールの磁石排列が５度の位相差を有する様子を示す模式図である。
【図６】垂直軸小型風力発電機が単一の電磁誘導モジュールを使用する際の発電効率曲線図である。
【図７】本考案の実施形態において２組の電磁誘導モジュールを使用する際の発電効率曲線図である。
【考案を実施するための形態】
【００２０】
（一実施形態）
図１に示す通り、本実施形態の多磁石盤垂直軸小型風力発電機は、ファン部材１、及び複数の電磁誘導モジュール２を有する。
ファン部材１は、軸棒１１、及び軸棒１１上に設置されるファンを有する。
ファンは、３個の風筒１２を有し、各風筒１２は、３個のブレード１２１を有する。
電磁誘導モジュール２は、軸棒１１上にそれぞれ嵌めて設置される。
本実施形態では、２個の風筒１２の使用に比べ、より多くのブレード１２１が風を受け、４個の風筒１２の使用に比べ、重量が軽い。
そのため、３個の風筒１２を使用するというファン部材１の特徴は、最大の発電効率を備えることができる。
また、共振破壊を回避するため、軸棒１１を回転数が１００回転から１２０回転の間に設置すれば共振を生じない。
軸棒１１の共振方式の修正には、軸棒１１上に、厚さが７０〜８０ミクロンの溶融亜鉛抗腐蝕層をめっきする（溶融亜鉛抗腐蝕層は金属物件の抗腐蝕で一般的に常用される手法であるため、図示しない）。
一部の高度位置の溶融亜鉛めっき抗腐蝕層を削ぎ取ることで、軸棒１１を、回転数を１００回転から１２０回転の間に制御することで共振を生じないようコントロールする。
この回転数の範囲は垂直軸小型風力発電機通常の回転数範囲で、よってこの範囲内で共振を生じないようにする。
【００２１】
図２に示す通り、本実施形態は、２個の電磁誘導モジュール２を設置する。
各電磁誘導モジュール２は、それぞれ１個のコイル組２１及び磁石組２２を有する。
コイル組２１は、無鉄心コイルを使用し、しかも隣り合う２個の電磁誘導モジュール２の間は、間隔距離Ｄを有する。
間隔距離Ｄにより、隣り合う２個の電磁誘導モジュール２の磁石組２２の磁性が、互いに引き合い発電効率に影響を及ぼすことを回避できる。
本実施形態では、上ハウジング３、及び軸棒１１上で対応して組み合わされる下ハウジング４をさらに有する。
その内１個の電磁誘導モジュール２は、上ハウジング３中に設置され、もう１個の電磁誘導モジュール２は、下ハウジング４中に設置される。
しかも、下ハウジング４は、環状停止部４１を上方へと延伸し、上ハウジング３は、下ハウジング４の環状停止部４１に対応して接続し、これにより環状停止部４１は間隔距離Ｄを形成する。
【００２２】
図２及び図３に示す通り、電磁誘導モジュール２は、ベアリング２３を有する。
ベアリング２３と軸棒１１の間には、間隙ｄを有する。
間隙ｄの幅は、０．０１ｍｍ〜０．０３ｍｍの間である。
本実施形態において、上ハウジング３は、上凹入部３１を上方へと延伸し、下ハウジング４は、下凹入部４２を下方へと延伸する。
２個の電磁誘導モジュールのベアリングは、上凹入部３１及び下凹入部４２に設置される。
間隙ｄにより、ファン部材１回転過程の震動を抑えられ、また摩擦抵抗力を低下させ、発電効率を高める目的を達成できる。
【００２３】
図４に示す通り、実施形態において、軸棒１１の軸方向上において、３個の風筒１２は、合計９枚のブレード１２１を有する。
隣り合う２個のブレード１２１の夾角は４０度で、これにより最良の受風状態を達成できる。
【００２４】
図５に示す通り、本実施形態において、各磁石組２２上には、間隔をあけて排列する複数の磁石２２１を有する。
しかも好ましくは、レアアース磁石を使用する。
隣り合う２個の電磁誘導モジュール２の磁石２２１排列には、位相差を有し、位相差は５度以内で、これにより磁力線カットの効率を高める。
本実施形態の各磁石組２２は、２４個の磁石２２１を有し、位相差は５度である。
図１に合わせて示す通り、間隔距離Ｄは、３０ｍｍ〜４０ｍｍの間で、磁石組２２の磁石２２１が２４個で、しかも各磁石２２１の磁力が４１００ガウスの時、間隔距離Ｄは３５ｍｍ或いは３６ｍｍである。
この時、電磁誘導モジュール２のコイル組２１及び磁石組２２が隔てる距離は１．５ｍｍ〜２．５ｍｍの間で、好ましくは、２ｍｍで、これによりコイル組２１及び磁石組２２の摩擦を回避する。
コイル組２１及び磁石組２２が隔てる距離が２．５ｍｍを超えるなら、磁力線カット効率は低下し、発電効率も低下する。
【００２５】
表一及び表二を、図６及び図７に合わせて示す。
表一は単一の電磁誘導モジュール２の垂直軸小型風力発電機における異なる回転数での発電効率を示す。
図６は表一の発電効率曲線図である。
表二は２組の電磁誘導モジュール２の垂直軸小型風力発電機における異なる回転数での発電効率を示す。
図７は表二の発電効率曲線図である。
【００２６】
【表１】
0003230907.tif 000003
【００２７】
【表２】
0003230907.tif 000004
【００２８】
上表及び関連する図に示す通り、本考案の垂直軸小型風力発電機は、確実に発電効率を向上させることができる。
【００２９】
前述した本考案の実施形態は本考案を限定するものではなく、よって、本考案により保護される範囲は後述される実用新案登録の範囲を基準とする。
【符号の説明】
【００３０】
１  ファン部材、
１１  軸棒、
１２  風筒、
１２１  ブレード、
２  電磁誘導モジュール、
２１  コイル組、
２２  磁石組、
２２１  磁石、
２３  ベアリング、
３  上ハウジング、
３１  上凹入部、
４  下ハウジング、
４１  環状停止部、
４２  下凹入部、
Ｄ  間隔距離、
ｄ  間隙。
【図１】
0003230907.tif 000005
【図２】
0003230907.tif 000006
【図３】
0003230907.tif 000007
【図４】
0003230907.tif 000008
【図５】
0003230907.tif 000009
【図６】
0003230907.tif 000010
【図７】
0003230907.tif 000011