JP6528033B2 - 風力発電装置及び回転子モジュール - Google Patents
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Description
本発明は、発電装置に関し、特に風力発電装置と回転子モジュールに関する。
従来の流体発電装置は、大部分が流体で羽根を回転させて、しかる後エネルギーが発生するように駆動されるので、例えば従来の風力発電装置は設置の大型の羽根を通して、此れにより、風力の接触面積を増加する。しかし、たとえこのように構成しても、従来の風力発電装置が風力を通して羽根を回転させて発生したエネルギーはごく限られる。この点を考えて、どのように有限な流体の力を利用して流体発電装置を駆動して、それによって、もっと大きい発電量を発生させるかが、本領域の重視する課題の中の一つになった。
そこで、本発明者は上記した欠点を改善する余地があると考えて、特に専念して研究し、そして学術的な原理を運用して、ついに合理的にしかも効果的に上記の欠点を改善する事が出来る本発明を創作した。
本発明は、風力発電装置と回転子モジュールを提供するものであって、それは有効に従来の風力発電装置が有する欠点を改善することができる。
本発明は、一種の風力発電装置を提供するのにあって、それはステータモジュール、および回転子モジュールを具備し、前記ステータモジュールは、ケーシングおよび第一磁気ガイドモジュールを有し、前記ケーシング内に流動通路を形成し、かつ前記ケーシングに前記流動通路を通過する軸線があると定義し、さらに前記第一磁気ガイドモジュールは前記ケーシングに少なくとも一つの第一磁気ガイドユニットを設置して構成され、一方前記回転子モジュールは、回転可能に前記ケーシングの流動通路内に配置し、かつ、前記回転子モジュールは、ローテーチングパーツ、および第一磁力モジュールを有し、前記ローテーチングパーツは柱体と、この柱体の外縁に繋がっている螺旋式羽根を含み、そして前記柱体は前記軸線を軸心として回転し、一方前記ローテーチングパーツのへりにはへこんだ貯蓄タンクを形成し、及び、前記第一磁力モジュールは、その貯蓄タンク内に一対の磁石、磁気導体、及び位置調整ユニットを有しており、前記両磁石はそれぞれ前記磁気導体の相反する両端に当接しており、前記両磁石の前記柱体から遠く離れている一端をそれぞれ両磁極端とし、かつ前記第一磁力モジュールは前記両磁極端を通じて、それぞれ磁性の違う磁力を発生し、前記両磁石の中の一つの磁石が発生した磁力は前記磁気導体を通じて、もう一つの磁石までに伝え、その中、前記両磁石と前記磁気導体は前記ローテーチングパーツの回転により発生した遠心力により、前記貯蓄タンクに対して、第一位置から前記軸線を離れる方向に沿って第二位置に向かって移動し、そして前記位置調整ユニットに前記両磁石と前記磁気導体が前記第一位置に回復する回復力を蓄え、その中、前記回転子モジュールは、前記軸線を軸心として回転してある予定の位置までに達した時、前記第一磁力モジュールの両磁極端は、それぞれ前記第一磁気ガイドユニットの両端に向かい合い、これにより、前記両磁極端から発生した磁力が前記第一磁力モジュールと前記第一磁気ガイドユニットに沿って通過して一つの磁気ループを構成する事ができる。
本発明のもう一つは、一種の回転子モジュールを提供するのにあって、それは回転可能にステータモジュール内に設置されており、前記回転子モジュールは、ローテーチングパーツおよび第一磁力モジュールを具備し、前記ローテーチングパーツは柱体、および前記柱体の外縁に繋がっている螺旋式羽根を有し、そして前記柱体は一つの軸線を軸心として回転する事ができ、一方前記ローテーチングパーツのへりにはへこんだ貯蓄タンクを形成し、及び、前記第一磁力モジュールは、前記ローテーチングパーツの上に取り付けられており、前記第一磁力モジュールは、その貯蓄タンク内に一対の磁石、位置調整ユニット、及び磁気導体を有しており、前記両磁石はそれぞれ前記磁気導体の相反する両端に当接しており、前記両磁石が前記柱体から遠く離れている一端をそれぞれ両磁極端とし、かつ、前記第一磁力モジュールは、前記両磁極端を通じてそれぞれ磁性の違う磁力を出すことができて、前記両磁石のその中の一つの磁石の発生した磁力は、前記磁気導体を通じてその中のもう一つの磁石までに伝えることができ、その中、前記両磁石と前記磁気導体は前記ローテーチングパーツの回転により発生した遠心力により、前記貯蓄タンクに対して、第一位置から前記軸線を離れる方向に沿って第二位置に向かって移動し、そして前記位置調整ユニットに前記両磁石と前記磁気導体が前記第一位置に回復する回復力を蓄える事を特徴としている。
上記したように、本発明が提供した風力発電装置は、回転子モジュールがステータモジュールに対して相対的に回転している時、第一磁力モジュールと第一磁気ガイドユニットで構成した磁気ループによって、発電量の引き上げ効果を達することが出来る。
本発明の特徴と技術の内容を更に理解するため、下記の本発明の詳しい説明と図面を参照していただきたい。しかし、これらの説明と図面はただ本発明を説明するのに用いるだけで、本発明の権利の範囲に対していかなる制限を行うものではない。
図１から図１１は本発明の第１実施例を示している。先に説明しなければならないのは、本実施例では図面を話題にした関連の数量と外形に対応して、具体的に本発明の実施の方法を説明するだけで、以って、その内容をよく理解し、しかし、それによって、本発明の権利の範囲を限定されるものではない。
図１から図３までに示した通り、本実施例は一種の流体発電装置１００であり、特に一種の風力発電装置を示している。更に、本実施例の中で上記流体発電装置１００を自動車２００に応用するのを例(例えば図１０と図１１)にしたが、しかし、本発明の流体発電装置１００の応用範囲は此れに限られない。その中、上記流体発電装置１００は一つのステータモジュール１、および上記ステータモジュール１内に取り付けている一つの回転子モジュール２を含む。そして回転子モジュール２はステータモジュール１に対して回転することができる。これにより、流体発電装置１００が電力を発生する。以下、先ずそれぞれステータモジュール１と回転子モジュール２の構造について説明し、しかる後ステータモジュール１と回転子モジュール２の間の対応関係を説明する。
図２と図３に示すように、上記ステータモジュール１は、一つのケーシング１１およびケーシング１１の上に設置している一つの第一磁気ガイドモジュール１２を含む。上記ケーシング１１は細長い形状の一つの流通管１１１および両支持部１１２を含む。その中、本実施例において、上記流通管１１１は、内径が一定の円管であって、かつ流通管１１１によって包囲された一つの流動通路１１３がある。更に、上記流通管１１１は流動通路１１３に一つの軸線Ｘが通過すると定義する。かつ上記軸線Ｘは本実施例においては、流通管１１１のセンターラインに相当するが、しかし、本発明は此れには限定されない。上記両支持部１１２はそれぞれ流通管１１１の相反する両側の部位内に設置している(例えば図１の中の流通管１１１の左側と右側)。かつすべての支持部１１２の構造は流体(例えば：風)をその流動通路１１３に流入、流出するのに適する。
上記第一磁気ガイドモジュール１２は数個の第一磁気ガイドユニット１２１を含む。これ等第一磁気ガイドユニット１２１はケーシング１１の流通管１１１の上に分布している。そして、第一磁気ガイドユニット１２１がケーシング１１に分布した数量と密度に関しては、設計者の需要によって調整することができるが、此処では特に制限を加えない。その中、全ての第一磁気ガイドユニット１２１は、流通管１１１内に埋めて置く(例えば図３)、或いは流通管１１１の内表面(例えば図４、即ち、一部分の第一磁気ガイドユニット１２１が流動通路１１３の中に位置する)に固定しておく。
更に一歩進めて言うと、全ての第一磁気ガイドユニット１２１は両金属の芯部１２１１と、それぞれ上記両芯部１２１１に巻き付いている両コイル１２１２、および、上記両芯部１２１１と連結している一つのガイドパーツ１２１３(例えば：金属の材料)を含む。その中、上記両芯部１２１１とガイドパーツ１２１３の間は一体の連結、或いは分離して連結することができる。かつ全ての第一磁気ガイドユニット１２１はその芯部１２１１を通してケーシング１１の流通管１１１に固定することができて、そして上記すべての芯部１２１１の中心軸は大体軸線Ｘに直交する一つのセンターラインＣ(図６の如く)上にあると定義することができる。更に一歩進めて言うと、例えば図３に示した構造のように、芯部１２１１は流通管１１１の内部に位置し、そしてコイル１２１２は上記の芯部１２１１に巻き付き、かつ流通管１１１の内部に埋めて置く；あるいは、図４に示した構造のように、芯部１２１１は流通管１１１に固定し、コイル１２１２は上記の芯部１２１１に巻き付き、かつ流動通路１１３の中に位置している。
図２と図３に示すように、上記回転子モジュール２は回転可能にケーシング１１の流動通路１１３内に設置している。しかも回転子モジュール２は上記軸線Ｘを軸心として回転する一つのローテーチングパーツ２１、およびローテーチングパーツ２１に架設されている一つの第一磁力モジュール２２を含む。その中、上記ローテーチングパーツ２１は、一つの柱体２１１、および柱体２１１の外縁に連結している一つの螺旋式羽根２１２を含む。上記柱体２１１の両端はそれぞれケーシング１１の両支持部１１２の中心に枢設されている。かつ本実施例において柱体２１１のセンターラインは上記の軸線Ｘと重なっている。上記螺旋式羽根２１２が軸線Ｘの上の長さに対応して数個のピッチがあって、かつ螺旋式羽根２１２のへりが垂直の軸線Ｘの一つの径方向に沿って少なくとも一つの貯蓄タンク２１２１(上記の径方向は上記センターラインＣに平行している)をへこんで形成している。更に一歩進めて言うと、本実施例の螺旋式羽根２１２はその対応した軸線Ｘの半分のピッチの範囲内に両貯蓄タンク２１２１(例えば図６)をへこんで形成している。しかし本発明は此れには限定されない。
此の外、図３と図４に示した例は、ローテーチングパーツ２１を柱体２１１の上に二枚の螺旋式羽根２１２を形成したが、しかし本実施例も需要に従って調整変化することができる。例えば、図５に示したように、本実施例のローテーチングパーツ２１は、その柱体２１１の上で複数の螺旋式の羽根２１２を形成することができて、かつすべての螺旋式の羽根２１２は、設計者の要求によって貯蓄タンク２１２１を特定の位置の上に形成することができる。
図６に示すように、上記、第一磁力モジュール２２は二つの永久磁石２２１(例えば：磁石)と、一つの長い條状の磁気導体２２２(例えば：金属材料、ケイ素鋼、あるいは鉄)、および両位置調整ユニット２２３を含む。その中、上記両位置調整ユニット２２３はそれぞれ上記の両貯蓄タンク２１２１内に架設されている。かつ上記両磁石２２１はそれぞれ両貯蓄タンク２１２１内に位置し、そして、それぞれ上記両位置調整ユニット２２３に架設されている。上記磁気導体２２２は螺旋式羽根２１２に埋設されていて、かつ上記両磁石２２１はそれぞれ磁気導体２２２の相反する両端部に当接している。更に、上記磁気導体２２２の相反する両端の縁は、それぞれ上記両磁石２２１の互いに離れる側の縁で揃って切るのが比較的良くて、以って、磁力を完全に伝えることができる。しかし本発明は此れには限定されない。
説明しなければならないのは、柱体２１１の一端を遠く離れた上記両磁石２２１はそれぞれ両磁極端２２１１と定義する。かつ、第一磁力モジュール２２は上記両磁極端２２１１を通じてそれぞれ磁性の違う磁力を出すことができる(例えば：図６の中の左側の磁石２２１のトップ側はＮ極で、右側の磁石２２１のトップ側はＳ極である)。しかも、その中の一磁石２２１が発生した磁力は上記した磁気導体２２２を通じて、その中のもう一つの磁石２２１まで伝えることができる。
その中、本実施例において、上記すべての位置調整ユニット２２３は一つのバネ２２３１、と一つの固定骨組み２２３２、および一つの活動骨組み（移動可能な骨組み）２２３３を含む。しかしその他の部材に取り代わっても排除しない。更に、上記バネ２２３１は圧縮バネ、あるいは引き伸ばしバネ、あるいは、又、その他回復性のある部材に取り代わっても良い。
更に詳しく言うと、その中の一つの磁石２２１及びその対応した位置調整ユニット２２３から見ると(例えば図６と図７)、上記の固定骨組み２２３２、および活動骨組み２２３３はそれぞれ一つの管状部２２３２ａ、２２３３ａ、およびそれぞれ上記の管状部２２３２ａ、２２３３ａ端の縁から外へ垂直に延びる一つの側翼部２２３２ｂ、２２３３ｂを備えている。上記固定骨組み２２３２はその側翼部２２３２ｂで貯蓄タンク２１２１のてっぺんに固定され(例えば：ヘリサートコイルネジ)、かつその管状部２２３２ａの外表面と貯蓄タンク２１２１の側壁の間に隔てる一つの隙間Ｇがある。上記活動骨組み２２３３の管状部２２３３ａの内側には上記の磁石２２１が取り付けている。かつ活動骨組み２２３３の管状部２２３３ａは移動可能に固定骨組み２２３２の管状部２２３２ａ内に設置されている。そして活動骨組み２２３３の側翼部２２３３ｂは貯蓄タンク２１２１のタンクの底に隣設されている。これにより、上記の設置を通じて、活動骨組み２２３３が固定骨組み２２３２に対してただ一つの自由度がある。
更に、上記バネ２２３１は固定骨組み２２３２の管状部２２３２ａの外表面と貯蓄タンク２１２１の側壁の間に形成した隙間Ｇに設置されている。かつバネ２２３１の相反する両端(例えば、図６の中のバネ２２３１の頂端と底端)は、それぞれ固定骨組み２２３２の側翼部２２３２ｂと活動骨組み２２３３の側翼部２２３３ｂに当接している。それによって、磁石２２１が力(例えば、次に述べる遠心力)を受けて移動した時、バネ２２３１が変形を発生することができる。そして変形を発生したバネ２２３１は磁石２２１(あるいは活動骨組み２２３３)を変位の前の位置に戻す傾向がある。これにより活動骨組み２２３３は遠心力とバネ２２３１の作用する力を通じて、固定骨組み２２３２(あるいは磁気導体２２２)に対して往復移動をする。
付け加えて少し説明するが、本実施例の第一磁力モジュール２２は、主に位置調整ユニット２２３を通して、磁石２２１が貯蓄タンク２１２１に対して往復移動をすることができる設計を提供したものである。かつ、本実施例の位置調整ユニット２２３では、上記のバネ２２３１、と固定骨組み２２３２、および活動骨組み２２３３の配合により達成したが、しかし、その他の手段で実施しても排除はしない。そのため、位置調整ユニット２２３を通して、磁石２２１が貯蓄タンク２１２１に対して往復移動の目的を達することができる前提の下で、上記のバネ２２３１、固定骨組み２２３２、と活動骨組み２２３３の構造を変更することができる、或いは、省略をしても良い。その外、本発明の第一磁力モジュール２２も直接貯蓄タンク２１２１を形成していないローテーチングパーツ２１の上に直接架設することも排除しない。
以上は、即ち、本実施例のステータモジュール１と回転子モジュール２の構造のために説明した。以下は引き続いてステータモジュール１と回転子モジュール２の間の作動原理と双方間の相対関係を紹介する。
図６に示すように、上記ローテーチングパーツ２１が静止している時、磁石２２１、および活動骨組み２２３３は全て貯蓄タンク２１２１の溝底の上に位置し、この時、磁石２２１のローテーチングパーツ２１(あるいはその貯蓄タンク２１２１)に対する位置を第一位置(図６に示す如く)と定義する。
上記流体発電装置１００の外部の流体(例えば：風力)がケーシング１１の流動通路１１３に進入して、ローテーチングパーツ２１の螺旋式羽根に駆動力を与えた時、ローテーチングパーツ２１は軸線Ｘを軸心として回転する。かつ上記両磁石２２１はローテーチングパーツ２１の回転により発生した遠心力の作用により、ローテーチングパーツ２１に対して上記の第一位置から軸線Ｘを離れる方向に沿って第二位置(図７に示す如く)に向って移動する。そして、すべての位置調整ユニット２２３のバネ２２３１に回復力を蓄えて、以って、それぞれ前記両磁石２２１を第一位置に戻る傾向に駆り立てる。その中、上記それぞれの磁石２２１のいる第二位置の場所は貯蓄タンク２１２１の溝底より離れた所で、しかしローテーチングパーツ２１のエッジ(即ち、貯蓄タンク２１２１の溝の入口)の位置より突き出していない。かつ、本実施例の磁石２２１が移動している時、固定骨組み２２３２の管状部２２３２ａを通して活動骨組み２２３３の管状部２２３３ａをガイドし、これにより、活動骨組み２２３３の管状部２２３３ａの中の磁石２２１を貯蓄タンク２１２１に対して直線運動をすることができる。
そのため、ローテーチングパーツ２１が持続的に回転している時、上記両磁石２２１及び其の活動骨組み２２３３は全て第二位置に持ち続ける。つまり、両磁石２２１とケーシング１１の流通管１１１の内縁の両者が最も接近する距離に保つ。これにより、回転子モジュール２が一つの予定位置までに回転して来た時、第一磁力モジュール２２の両磁極端２２１１は径の方向に沿ってそれぞれその中の一つの第一磁気ガイドユニット１２１の両芯部（図７に示す如く、予定位置にいた時、上記両芯部のセンターラインＣはそれぞれ上記の両磁石２２１に通過する)に向かう。更に進んで、上記両磁石２２１はその磁極端２２１１から出した磁力はそれぞれ上記の両芯部１２１１に沿って通過し、以って、両芯部１２１に巻き付いたコイル１２１２で誘導電流が発生して、発電の効果に達する。
つまり、第一磁力モジュール２２の磁石２２１の移動径路のケーシング１１の位置に対応してＮ個の第一磁気ガイドユニット１２１を設置することができて、これにより、すべての磁石２２１はローテーチングパーツ２１が１回転の中で、それぞれ上記のＮ個の第一磁気ガイドユニット１２１と誘導電流を発生することができる、更にＮの数値の大きさを調整することによって、発電量のコントロールの目的を達成することができる。もっと具体的に言うと、本実施例の流体の発電装置１００はローテーチングパーツ２１の上でＭ個の第一磁力モジュール２２が設置されていて、かつ第一磁力モジュール２２の磁石２２１の移動径路のケーシング１１の位置に対応してＮ個の第一磁気ガイドユニット１２１を設置することができる。これにより、上記ローテーチングパーツ２１が１回転の時、第一磁気ガイドユニット１２１にＮ×Ｍ回の発電作業を行うことができる。これを従来の流体発電装置と比較して、発電量は著しく上昇する。
更に、回転子モジュール２が軸線Ｘを軸心としてある予定の位置までに回転した時、第一磁力モジュール２２の両磁極端２２１１は径の方向に沿って、それぞれその中の一つの第一磁気ガイドユニット１２１の両芯部に向かって、両磁石２２１を磁極端２２１１から出した磁力を第一磁力モジュール２２(即ち、両磁石２２１と磁気導体２２２)と第一磁気ガイドユニット１２１(即ち、両芯部１２１１とガイドパーツ１２１３)に沿って通過し、一つの磁気ループＦを構成することができる。更に一歩進めて言うと、上記第一磁気ガイドモジュール１２が複数個の第一磁気ガイドユニット１２１を備えている為、回転子モジュール２が軸線Ｘを軸心として回転している時、第一磁力モジュール２２は順番に上記いくらかの第一磁気ガイドユニット１２１に向かって、両磁極端２２１１を通じて出した磁力は第一磁力モジュール２２及びその向かいあった第一磁気ガイドユニット１２１に沿って通過して磁気ループＦを構成する。
これにより、上記流体発電装置１００は回転子モジュール２を通じて相対的にステータモジュール１に対して回転する時、第一磁力モジュール２２と第一磁気ガイドユニット１２１により構成された磁気ループＦで、発電量の引き上げの効果を達する。かつ第一磁気ガイドユニット１２１の数量は需要に応じて増加することができ、更に発電量を高める事ができる。
もし上記流体発電装置１００外部の流体(例えば：風力)がもうケーシング１１の流動通路１１３に入らない時、上記ローテーチングパーツ２１の回転速度は次第に緩めてその速度が静止するまで回転する。この時、遠心力は回復力より小さくて、上記バネ２２３１は同時に次第にその回復力を釈放し、そして固定骨組み２２３２の側翼部２２３２ｂと活動骨組み２２３３の側翼部の２２３３ｂに到着して、更に一歩進んで活動骨組み２２３３に固定した磁石２２１を第二位置から第一位置まで駆動する。
特に説明しなければならないのは、静止しているローテーチングパーツ２１を回転させる必要な駆動力は、回転中のローテーチングパーツ２１の必要な駆動力より大きい。そこでどのように静止しているローテーチングパーツ２１の必要な駆動力を下げる事、これは、即ち本実施例の位置調整ユニット２２３を通じて磁石２２１に遠心力の駆り立てを受けさせて移動することができる事が設計の目的である。その関連の説明は大体次の通りに述べる。
上記磁石２２１が第一位置に位置する時(図６の如く)、回転子モジュール２とステータモジュール１の間に回転子モジュール２の回転を阻止しようとする第一抵抗力が発生する。上記磁石２２１が第二位置に位置する時(図７の如く)、回転子モジュール２とステータモジュール１の間に回転子モジュール２の回転を阻止しようとする第二抵抗力が発生する。磁石２２１とステータモジュール１の距離がもっと近い時、発生した回転子モジュール２の回転を阻止しようとする抵抗力ももっと大きい。その中、第二位置において上記磁石２２１がステータモジュール１に対して比較的近く、そして第一位置において磁石２２１がステータモジュール１に対して比較的遠い。だから上記の第二抵抗力は第一抵抗力より大きい。
更に一歩進めて言うと、ローテーチングパーツ２１が静止している時、発電の情況があることはできなくて、だから磁石２２１は第一磁気ガイドユニット１２１より離れている。それによって、磁石２２１とステータモジュール１間の抵抗力が弱くて、更に有効に静止しているローテーチングパーツ２１の回転に必要な駆動力を下げることができる。本実施例の流体発電装置１００が流速(例えば：風速)のわりに低い場所あるいは情況で使用するのに役立つ。
尚、ローテーチングパーツ２１が回転している状態の時、発電する条件に役立たなければならなくて、だから磁石２２１は第一磁気ガイドユニット１２１の近くに導く必要がある。そのため、磁石２２１はステータモジュール１に隣り合っている第二位置位に位置し、以って第一磁力モジュール２２、および対応する第一磁気ガイドユニット１２１が磁気ループＦを構成して、かつ磁石２２１を通じてコイル１２１２に誘導電流を発生することができる。
此の外、本発明の中で示した回転子モジュール２は流体発電装置１００に応用するのを例にしたが、しかし流体発電装置１００に限定はしない。つまり、上記の回転子モジュール２も単独に適切な場所あるいは装置で使用することができて、此処では特に制限を加えない。
更に、図２から図５に示す通り、本実施例のステータモジュール１もケーシング１１で一つの第二磁気ガイドモジュール１３を設置することができて、かつ第二磁気ガイドモジュール１３は複数個の第二磁気ガイドユニット１３１を含むことができる。しかし本実施例の回転子モジュール２ではローテーチングパーツ２１の螺旋式羽根２１２の上で一つの第二磁力モジュール２３を設置することができる。その中、第二磁気ガイドモジュール１３と第二磁力モジュール２３の構造と設置の原理は大体上記の第一磁気ガイドモジュール１２と第一磁力モジュール２２のようで、そこで、ここでは再び第二磁気ガイドモジュール１３と第二磁力モジュール２３について特に詳細には述べない。
外に、上記位置調整ユニット２２３の中のバネ２２３１の位置も設計者の需要に応じて調整することができる。例を挙げると：図８と図９に示すように、上記両磁石２２１は前記磁気導体２２２から分離して、そして磁気導体２２２の上方に位置し、かつ上記貯蓄タンクの底部に磁石２２１下方の磁気導体２２２を局部的に露出し、それによって、バネ２２３１を磁石２２１と磁気導体２２２の間に設けることができる。更に一歩進めて言うと、上記両バネ２２３１の一端はそれぞれ両磁石２２１に当接し、そして両バネ２２３１のもう一端は磁気導体２２２に当接している。
図１２から図１４は本発明の第２実施例を示している。本実施例は大体第１実施例と似ていて、同じ箇所の説明は省略する。両者の相違は主に、第１実施例の磁石は磁気導体２２２に対して移動することができるのに対して、本実施例の中の磁石２２１と磁気導体２２２は共通に移動する点である。
具体的には、図１２と図１３に示したように、本実施例の第一磁力モジュール２２はただ一つの位置調整ユニット２２３を含んでいる。かつ上記第一磁力モジュール２２の両磁石２２１と磁気導体２２２、および位置調整ユニット２２３は全て同一の貯蓄タンク２１２１内に架設している。そして上記両磁石２２１はそれぞれ磁気導体２２２の相反する両端に当接している。
又、上記固定骨組み２２３２はその側翼部２２３２ｂで(例えば：ヘリサートコイルネジ)貯蓄タンク２１２１のてっぺんに固定している。上記活動骨組み２２３３の管状部２２３３ａの内側には上記の磁石２２１と磁気導体２２２を取り付けている。かつ活動骨組み２２３３の管状部２２３３ａは移動可能に固定骨組み２２３２の管状部の２２３３ａ内に設置されている。そして活動骨組み２２３３の側翼部２２３３ｂは貯蓄タンク２１２１のタンクの底に隣設されている。これにより、上記の設置を通じて、活動骨組み２２３３が固定骨組み２２３２に対応してただ一つの自由度がある。磁気導体２２２の下方の位置にいる部分の貯蓄タンク２１２１はくぼんでいる形で、バネ２２３１をその内に設けるように供えて、かつ上記バネ２２３１の両端はそれぞれ貯蓄タンク２１２１の底と磁気導体２２２に当接している。
これにより、上記両磁石２２１と磁気導体２２２はローテーチングパーツ２１の回転により発生した遠心力の駆動により、貯蓄タンク２１２１に対して第一位置（図１２の如く）から軸線Ｘを離れる方向に沿って第二位置に向って移動する。そして位置調整ユニットのバネ２２３１を上記の両磁石２２１と両磁気導体２２２を第一位置に回復する回復力を蓄える傾向があるように駆り立てる。
此の外、上記位置調整ユニット２２３の中のバネ２２３１の位置も設計者の需要に応じて調整することができる。例を挙げると：図１４に示す如く、上記固定骨組み２２３２の管状部２２３２ａの外表面と貯蓄タンク２１２１側壁の間に一つの隙間Ｇを隔てることができる。かつバネ２２３１は上記隙間Ｇの中に設けている。そしてバネ２２３１の相反する両端(例えば図１４の中のバネ２２３１のてっぺんと底端)はそれぞれ固定骨組み２２３２の側翼部２２３２ｂと活動骨組み２２３３の側翼部２２３３ｂに当接している。あるいは、バネ２２３１も大体Ｃ型又はＵ型の板形を表す構造 (図略)にすることも出来、これは板ばね(leaf spring)に似ている。上記板形のバネ２２３１の中央部は貯蓄タンク２１２１のタンクの底に固定され、そして板形のバネ２２３１の両端部は上記両磁石に対応し、以って磁石２２１と磁気導体２２２の相対応する回復力を提供する。
図１５は本発明の第３実施例を示している。本実施例は大体第１実施例と似ていて、同じ箇所の説明は省略する。両者の相違は主に、第１実施例の両磁石はそれぞれ螺旋式羽根２１２１に対して移動することができるのに対して、本実施例の中の両磁石２２１と磁気導体２２２は螺旋式羽根２１２１に対して移動することができない点である。
具体的には、本実施例の第一磁力モジュール２２は位置調整ユニット２２３を含んでいない。その中、上記第一磁力モジュール２２の両磁石２２１と磁気導体２２２は螺旋式羽根２１２に埋めて置く。かつ両磁石２２１はそれぞれ磁気導体２２２の相反する両端部に当接している。そして両磁石２２１の両磁極端２２１１はそれぞれ螺旋式羽根２１２のへりから外へ現れている。しかし本発明はこれに限定されない。
図１６から図１８は本発明の第４実施例を示している。本実施例は大体上記の各実施例と似ていて、同じ箇所の説明は省略する。その主な相違は、第一磁気ガイドモジュール１２とガイドパーツ１２１３である。
具体的には、図１６と図１７の如く、上記第一磁気ガイドモジュール１２は一つのガイドパーツ１２１３を備え、つまり、上記第一磁気ガイドユニット１２１のその中の一つが上記ガイドパーツ１２１３を備えており、その他の第一磁気ガイドユニット１２１はただ芯部１２１１とコイル１２１２を備えている。その中、上記ガイドパーツ１２１３はケーシング１１に設け、そして両円形の磁気ガイドリング１２１３ａ、および上記両磁気ガイドリング１２１３ａの間を連接した少なくとも一つの磁気ガイド接続部１２１３ｂを含む。本実施例において、上記磁気ガイド接続部１２１３ｂの数量は複数個を例にしている。
更に詳しく言うと、上記全ての第一磁気ガイドユニット１２１の両芯部１２１１はそれぞれ上記両磁気ガイドリング１２１３ａの内側に位置し、かつ全ての第一磁気ガイドユニット１２１の両芯部１２１１はそれぞれ上記両磁気ガイドリング１２１３ａに連接し、しかも第一磁力モジュール２２の上の磁石２２１はそれぞれ上記両磁気ガイドリング１２１３ａの包囲した空間以内に位置し、これにより、磁石２２１の出した磁力が全ての第一磁気ガイドユニット１２１のその中の一芯部１２１１、その中の一磁気ガイドリング１２１３ａ、隣り合う磁気ガイド接続部１２１３ｂ、およびその中のもう一つの磁気ガイドリング１２１３ａを順番に沿って通過し、そしてその中のもう一つの芯部１２１１に伝送する。即ち、磁力が第１磁力モジュール２２、全ての第一磁気ガイドユニット１２１の両芯部１２１１、およびガイドパーツ１２１３を順番に沿って通過して一つの磁気ループＦを構成する。
更に、上記ガイドパーツ１２１３の外表面がケーシング１１の外表面より突出していない。そして本実施例においてガイドパーツ１２１３の外表面は凡そケーシング１１の外表面に等しく切っている。しかし本発明は此れには限定されない。例を挙げると、ガイドパーツ１２１３もケーシング１１の中（図略）に埋めて置くことが出来る。此の外、本実施例では第一磁気ガイドモジュール１２のガイドパーツ１２１３を例にして説明したが、しかし、第二磁気ガイドモジュール１３のガイドパーツ(表示していない)も上記第一磁気ガイドモジュール１２のガイドパーツ１２１３の構造に形成することが出来る。
少し付け加えて説明するが、図１８に示す如く、上記如何なる磁気ガイドリング１２１３ａ、及びその連結している上記の芯部１２１１を一体又は分離結合式の構造に成形することができ、かつ軸線Ｘに平行する方向に沿って複数個の金属板１２１４(例えば：ケイ素鋼板、鉄)を積み重ねることによって形成することができる。つまり、上記金属板１２１４の円形のリング状の部位１２１４ａを互いに積み重ねて上記磁気ガイドリング１２１３ａを構成し、また上記金属板１２１４の中、及びリング状の部位１２１４ａと連接しているＴ字形の突出した部位１２１４ｂを積み重ねて上記芯部１２１１を構成した。そして上記磁気ガイド接続部１２１３ｂも一個か複数個の金属板１２１４を積み重ねることによって（図略）形成することができるが、此処では特に制限を加えない。
これにより、本実施例のガイドパーツ１２１３の設計を通じて、ガイドパーツ１２１３を製造する時、更にケーシング１１と容易に結合することができる。それによってステータモジュール１の加工の困難度と組み立ての複雑度を簡略化し、一歩進んで生産製造に役立つ。
上記したように、本発明実施例の提供した流体発電装置は、回転子モジュールがステータモジュールに対して回転することができる時、第一磁力モジュールと第一磁気ガイドモジュールの第一磁気ガイドユニットを通して構成した磁気ループで、発電量の引き上げ効果に達する。かつ、第一磁気ガイドモジュールの第一磁気ガイドユニットの数量は需要応じて増加することができて、更に発電量を高めることが出来る。
更に、上記回転子モジュールは磁石が遠心力の駆り立てで移動することができる設計を通じて、ローテーチングパーツが静止で、発電の需要のない状態の時、磁石はステータモジュールを離れている第一位置に位置し、これにより磁石とステータモジュールの間の抵抗力を下げて、更に進んで静止しているローテーチングパーツの回転に必要な駆動力を有効に下げる。以って、本実施例の流体発電設置が流速(例えば：風速)のわりに低い場所あるいは情況で使用するのに役立つ。ローテーチングパーツが回転状態の時、その需要は発電する条件に役立って、だから磁石は固定子モジュールに隣り合っている第二位置に位置し、以って第一磁力モジュール及びその向かい合った第一磁気ガイドユニットが磁気ループを構成することができて、かつコイルに誘導電流が発生する。
ほかに、従来の風力発電装置が扇風機類の羽根を採用しているのに比較して、その風力の利用率はきわめて低い。本実施例の流体発電装置は長型のケーシングを採用して、しかも有効に使うことができる流体流速の流動通路を備えている。かつ流体発電装置が流動通路の内で螺旋式の羽根を備えるローテーチングパーツを架設して、それによって第一磁力モジュール、及びその対応する第一磁気ガイドユニットが需要に従って数量を増加することができて、全体の発電量を有効に高めることができる。
また、本発明の流体発電装置の比較的良い実施方法はローテーチングパーツを通して貯蓄タンクを形成し、かつ位置調整ユニットが設置されていて、これにより磁石が第一位置と第二位置の間でなめらかに往復移動することが出来ることである。
以上述べたことは、本発明の比較的よい実施例で、本発明は前記各実施例に記載した構成と特定使用方式に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成と使用方式を変更することができ、そのような場合、本発明の技術的範囲の解釈に含まれるべきである。
１００ 流体発電装置
１ ステータモジュール
１１ ケーシング
１１１ 流通管
１１２ 支持部
１１３ 流動通路
１２ 第一磁気ガイドモジュール
１２１ 第一磁気ガイドユニット
１２１１ 芯部
１２１２ コイル
１２１３ ガイドパーツ
１２１３ａ 磁気ガイドリング
１２１３ｂ 磁気ガイド接続部
１２１４ 金属板
１２１４ａ リング状の部位
１２１４ｂ 突出しの部位
１３ 第二磁気ガイドモジュール
１３１ 第二磁気ガイドユニット
２ 回転子モジュール
２１ ローテーチングパーツ
２１１ 柱体
２１２ 螺旋式羽根
２１２１ 貯蓄タンク
２２ 第一磁力モジュール
２２１ 磁石
２２１１ 磁極端
２２２ 磁気導体
２２３ 位置調整ユニット
２２３２ 固定骨組み
２２３２ａ 管状部
２２３２ｂ 側翼部
２２３３ 活動骨組み
２２３３ａ 管状部
２２３３ｂ 側翼部
２３ 第二磁力モジュール
Ｘ 軸線
Ｃ 中心線
Ｇ 隙間
Ｆ 磁気ループ
２００ 自動車
１ ステータモジュール
１１ ケーシング
１１１ 流通管
１１２ 支持部
１１３ 流動通路
１２ 第一磁気ガイドモジュール
１２１ 第一磁気ガイドユニット
１２１１ 芯部
１２１２ コイル
１２１３ ガイドパーツ
１２１３ａ 磁気ガイドリング
１２１３ｂ 磁気ガイド接続部
１２１４ 金属板
１２１４ａ リング状の部位
１２１４ｂ 突出しの部位
１３ 第二磁気ガイドモジュール
１３１ 第二磁気ガイドユニット
２ 回転子モジュール
２１ ローテーチングパーツ
２１１ 柱体
２１２ 螺旋式羽根
２１２１ 貯蓄タンク
２２ 第一磁力モジュール
２２１ 磁石
２２１１ 磁極端
２２２ 磁気導体
２２３ 位置調整ユニット
２２３２ 固定骨組み
２２３２ａ 管状部
２２３２ｂ 側翼部
２２３３ 活動骨組み
２２３３ａ 管状部
２２３３ｂ 側翼部
２３ 第二磁力モジュール
Ｘ 軸線
Ｃ 中心線
Ｇ 隙間
Ｆ 磁気ループ
２００ 自動車
Claims (11)
- 一種の風力発電装置であって、
ステータモジュール、および回転子モジュールを具備し、
前記ステータモジュールは、ケーシングおよび第一磁気ガイドモジュールを有し、前記ケーシング内に流動通路を形成し、かつ前記ケーシングに前記流動通路を通過する軸線があると定義し、
さらに前記第一磁気ガイドモジュールは前記ケーシングに少なくとも一つの第一磁気ガイドユニットを設置して構成され、
一方前記回転子モジュールは、回転可能に前記ケーシングの流動通路内に配置し、
かつ、前記回転子モジュールは、
ローテーチングパーツ、および第一磁力モジュールを有し、
前記ローテーチングパーツは柱体と、前記柱体の外縁に繋がっている螺旋式羽根を含み、そして前記柱体は前記軸線を軸心として回転し、一方前記ローテーチングパーツのへりにはへこんだ貯蓄タンクを形成し、
及び、前記第一磁力モジュールは、その貯蓄タンク内に一対の磁石、磁気導体、及び位置調整ユニットを有しており、前記両磁石はそれぞれ前記磁気導体の相反する両端に当接しており、前記両磁石の前記柱体から遠く離れている一端をそれぞれ両磁極端とし、かつ前記第一磁力モジュールは前記両磁極端を通じて、それぞれ磁性の違う磁力を発生し、前記両磁石の中の一つの磁石が発生した磁力は前記磁気導体を通じて、もう一つの磁石までに伝え、その中、前記両磁石と前記磁気導体は前記ローテーチングパーツの回転により発生した遠心力により、前記貯蓄タンクに対して、第一位置から前記軸線を離れる方向に沿って第二位置に向かって移動し、そして前記位置調整ユニットに前記両磁石と前記磁気導体が前記第一位置に回復する回復力を蓄え、
その中、前記回転子モジュールは、前記軸線を軸心として回転してある予定の位置までに達した時、前記第一磁力モジュールの両磁極端は、それぞれ前記第一磁気ガイドユニットの両端に向かい合い、これによって、前記両磁極端から発生した磁力が前記第一磁力モジュールと前記第一磁気ガイドユニットに沿って通過して一つの磁気ループを構成する事を特徴とする風力発電装置。 - 前記位置調整ユニットはバネを有しており、かつ前記バネの両端はそれぞれ前記貯蓄タンクの底と前記磁気導体に当接している請求項１に記載の風力発電装置。
- 前記第一磁力モジュールは両位置調整ユニットを含み、また前記ローテーチングパーツのへりにへこんでいて両貯蓄タンクが形成されており、前記両位置調整ユニットはそれぞれ前記両貯蓄タンク内に架設し、かつ前記両磁石はそれぞれ前記両貯蓄タンク内に位置し、かつ別々に前記両位置調整ユニットに架設され、そして前記磁気導体は前記ローテーチングパーツに埋設されている請求項１に記載の風力発電装置。
- 前記全ての位置調整ユニットはバネを有しており、かつ前記両バネの一端はそれぞれ前記両磁石に当接し、又、前記両バネのもう一端は前記磁気導体に当接している請求項３に記載の風力発電装置。
- 前記螺旋式の羽根は前記軸線上の長さに対応して数個のピッチを含んでおり、そして前記第一磁力モジュールは前記螺旋式羽根の半分のピッチの位置の範囲内に対応している請求項１に記載の風力発電装置。
- 前記第一磁気ガイドモジュールが数個の第一磁気ガイドユニットを備え、前記回転子モジュールが軸線を軸心として回転している時、前記第一磁力モジュールは順番に前記いくらかの第一磁気ガイドユニットに向かい合い、これにより、前記両磁極端の出した磁力が前記第一磁力モジュール、およびその向かい合った第一磁気ガイドユニットに沿って一つの磁気ループを構成させる請求項１乃至５のいずれかに記載の風力発電装置。
- 前記第一磁気ガイドユニットは両芯部、両コイル、および一つのガイドパーツを含み、前記両芯部は前記第一磁気ガイドユニットの両端に位置し、前記両コイルはそれぞれ前記の両芯部に巻き付き、前記ガイドパーツは前記両芯部とつながり、前記回転子モジュールが軸線を軸心として予定の位置までに回転した時、前記両磁極端はそれぞれ前記芯部に向かい合い、前記両磁極端の出した磁力がそれぞれ前記両芯部を通り、以って前記両コイルがそれぞれ誘導電流を発生させる請求項１乃至５のいずれかに記載の風力発電装置。
- 一種の回転子モジュールであって、それは回転可能にステータモジュール内に設置されており、
前記回転子モジュールは、ローテーチングパーツおよび第一磁力モジュールを具備し、
前記ローテーチングパーツは柱体、および前記柱体の外縁に繋がっている螺旋式羽根を有し、そして前記柱体は一つの軸線を軸心として回転する事ができ、一方前記ローテーチングパーツのへりにはへこんだ貯蓄タンクを形成し、
及び、前記第一磁力モジュールは、前記ローテーチングパーツの上に取り付けられており、前記第一磁力モジュールは、その貯蓄タンク内に一対の磁石、位置調整ユニット、及び磁気導体を有しており、前記両磁石はそれぞれ前記磁気導体の相反する両端に当接しており、前記両磁石が前記柱体から遠く離れている一端をそれぞれ両磁極端とし、かつ、前記第一磁力モジュールは、前記両磁極端を通じてそれぞれ磁性の違う磁力を出すことができて、前記両磁石のその中の一つの磁石の発生した磁力は、前記磁気導体を通じてその中のもう一つの磁石までに伝えることができ、その中、前記両磁石と前記磁気導体は前記ローテーチングパーツの回転により発生した遠心力により、前記貯蓄タンクに対して、第一位置から前記軸線を離れる方向に沿って第二位置に向かって移動し、そして前記位置調整ユニットに前記両磁石と前記磁気導体が前記第一位置に回復する回復力を蓄える事を特徴とする回転子モジュール。 - 前記第一磁力モジュールは一つの位置調整ユニットを含み、また前記ローテーチングパーツのへりがへこんで一つの貯蓄タンクを形成し、そして前記両磁石と、前記磁気導体、および位置調整ユニットは、前記貯蓄タンク内に取り付けられ、前記両磁石はそれぞれ前記磁気導体の相反する両端に当接している請求項８に記載の回転子モジュール。
- 前記第一磁力モジュールは両位置調整ユニットを含み、また前記ローテーチングパーツのへりがへこんで二つの貯蓄タンクを形成し、そして前記両位置調整ユニットはそれぞれ前記貯蓄タンク内に取り付けられ、そして前記両磁石はそれぞれ前記両貯蓄タンク内に位置し、かつ別々に前記両位置調整ユニットに架設され、そして前記磁気導体は前記ローテーチングパーツに埋設される請求項８に記載の回転子モジュール。
- 前記螺旋式羽根は前記軸線上の長さに対応して数個のピッチを含んでおり、そして前記第一磁力モジュールは前記螺旋式羽根に半分のピッチの位置の範囲内に対応している請求項８乃至１０のいずれかに記載の回転子モジュール。
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