JP7015583B1

JP7015583B1 - アウターロータ構造を有する発電機

Info

Publication number: JP7015583B1
Application number: JP2020170834A
Authority: JP
Inventors: 陳合豊; 李宜▲彦▼
Original assignee: 利愛電氣股▲分▼有限公司
Priority date: 2020-09-02
Filing date: 2020-10-09
Publication date: 2022-02-03
Anticipated expiration: 2040-10-09
Also published as: TW202211592A; JP2022042456A; TWI761937B

Abstract

【課題】アウターロータ構造を有する発電機を提供する。【解決手段】本発明は、主に筒形ロータと、複数個の磁石と、ステータと、巻線リングと、軸受け組とを備えるアウターロータ構造を有する発電機が開示されている。その内、前記ステータは、盤体と、中空連結軸とを含む。なおかつ、前記筒形ロータは、第１開口と、収容空間とを有する。本発明の設計によれば、前記ステータは前記筒形ロータの前記収容空間内に設置され、かつ前記巻線リングは前記中空連結軸に外嵌されて前記収容空間内に設置される。前記筒形ロータの設計を通じて、本発明のアウターロータ構造を有する発電機には、高放熱性及び高安定性を持たせる利点を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、風力発電システムの技術分野に係り、特に、垂直軸風力発電システムに適用されるアウターロータ構造を有する発電機（Ｇｅｎｅｒａｔｏｒｈａｖｉｎｇｏｕｔｅｒ－ｒｏｔｏｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）に関するものである。

電気エネルギーは、人々の日常生活において既に極めて重要な一部となってきた。しかしながら、現在、グローバルな電気エネルギーは、火力発電により発生するものが大半である。その内、火力発電は、主に、石油、石炭や天然ガスなどの化石燃料を燃焼させることにより発電されている。周知のように、火力発電からの生産物が大気層中のオゾン濃度に影響を与えるので、温室効果をさらに深刻化させている。このため、再生可能エネルギーの効率と構造を改善して向上させることで、伝統的な火力発電の発電方法に取り替えることは、既に全世界における関連業者が発展と解決すべき方向となっていた。

再生可能エネルギーを利用した発電は、例えば、風力発電、太陽エネルギー発電、地熱発電、潮汐発電などを含む。風力発電とは、電磁誘導原理を用いて機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電方法をいい、それは主にロータと、ステータとを備え、前記ロータとステータ上にコイル又は永久磁石が設置される。前記ロータを回動させるとき、前記ロータ又はステータのコイルを通じて磁束変化が生じることにより、コイルに誘導電流を発生させて発電する目的を達成する。

上記の説明から分かるように、現有の風力発電機は、まだ不十分なものであるので、依然として改善の余地がある。
以上に鑑みて、本願の発明者は、極力研究考案した結果、遂に本発明の垂直軸風力発電に適用されるアウターロータ構造を有する発電機を研究開発して完成させた。

本発明の主要な目的は、次のようなアウターロータ構造を有する発電機を提供することである。
本発明の発電機は、筒形ロータと、複数個の磁石と、ステータと、巻線リングと、軸受け組とを備える。その内、前記ステータは、盤体と、中空連結軸とを含む。なおかつ、前記筒形ロータは、第１開口と、収容空間とを有する。

上記した本発明の主要な目的を達成するために、本願の発明者は、前記アウターロータ構造を有する発電機の一実施例を提供する。
かかるアウターロータ構造を有する発電機は、第１開口と、収容空間とを有する筒形ロータと、前記筒形ロータの内表面に沿って放射状に間隔をあけて配列設置される複数個の磁石と、前記収容空間内に設置され、かつ中心に穿孔を有する盤体と、前記穿孔の外縁に沿って前記盤体に連結される中空連結軸とを含むステータと、前記ステータに外嵌される巻線リングと、前記ステータと前記筒形ロータとの間に位置する軸受け組とを備え、かつ前記巻線リングの外表面に沿って間隔をあけて複数本の巻回線を巻き付けるための複数個の巻線部材が形成され、その内、外部の風力が低風速や無風速になるとき、前記アウターロータ構造を有する発電機をモータ状態にして低回転速度で運転させ、その内、外部の風力の風速が特定値に達するとき、前記アウターロータ構造を有する発電機を発電状態にして外部の風力により複数個の羽根及び前記筒形ロータを連動して回動させることで、発電させる。

本発明に係るアウターロータ構造を有する発電機の実施例において、前記筒形ロータの第２開口内に係合される固定リングをさらに備え、かつ前記中空連結軸の末端が前記固定リング内に係合される。

本発明に係るアウターロータ構造を有する発電機の実施例において、その内、前記筒形ロータは、前記第２開口の外縁箇所から環状体が内向きに延伸形成され、かつ前記環状体の頂端口に係止環を有する。

本発明に係るアウターロータ構造を有する発電機の実施例において、その内、前記軸受け組は、前記中空連結軸に外嵌され、かつ前記係止環の下方に位置する第１軸受けと、前記中空連結軸に外嵌され、かつ前記第１軸受けの下方に位置する第２軸受けと、前記中空連結軸に外嵌され、かつ前記第１軸受けと前記第２軸受けとの間に位置する第１軸スリーブと、前記中空連結軸の嵌環部上に外嵌され、かつ前記嵌環部と前記固定リングとの間に位置する第３軸受けと、前記中空連結軸に外嵌されて前記第３軸受けに一部外嵌され、かつ前記第２軸受けと前記固定リングとの間に位置する第２軸スリーブとを含む。

本発明の設計によれば、前記ステータは前記筒形ロータの前記収容空間内に設置され、かつ前記巻線リングは前記中空連結軸に外嵌されて前記収容空間内に設置される。このように設置することで、外部の風力が低風速や無風速になるとき、前記アウターロータ構造を有する発電機をモータ状態にして低回転速度で運転させる。一方、前記風力の風速が特定値に達するとき、前記アウターロータ構造を有する発電機を発電状態にして外部の風力により発電させる。また、本発明のアウターロータの設計により、本発明に適用されるアウターロータ構造を有する発電機には、比較的大きい回動慣性及び高い安定性を持たせる利点を有する。

本発明に係るアウターロータ構造を有する発電機を示す斜視図である。本発明のアウターロータ構造を有する発電機を示す斜視概略図である。本発明のアウターロータ構造を有する発電機を別の視角から見た斜視概略図である。巻線リングを示す斜視図である。本発明のアウターロータ構造を有する発電機を示す断面斜視概略図である。本発明のアウターロータ構造を有する発電機を示す断面図である。

本発明が提出したアウターロータ構造を有する発電機をより明瞭に説明するために、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施例を以下に詳述する。

本発明に係るアウターロータ構造を有する発電機を示す斜視図と斜視概略図である図１と図２を参照しながら説明する。また、本発明のアウターロータ構造を有する発電機を別の視角から見た斜視概略図と巻線リングの斜視図である図３と図４を同時に参照しながら説明する。
図１～図４に示すように、本発明のアウターロータ構造を有する発電機１は、筒形ロータ１１と、複数個の磁石１２と、ステータ１３と、巻線リング１４と、軸受け組１５とを備える。その内、前記筒形ロータ１１は、第１開口１１１と、収容空間１１０とを有する。また、前記複数個の磁石１２は、前記筒形ロータ１１の内表面に沿って放射状に間隔をあけて前記筒形ロータ１１上に配列設置される。本発明において、前記ステータ１３は、前記収容空間１１０内に設置され、かつ盤体１３１と、中空連結軸１３２とを含む。さらに詳細に説明すると、前記盤体１３１の中心に穿孔１３１０を有し、かつ前記中空連結軸１３２は、前記穿孔１３１０の外縁に沿って前記盤体１３１に連結される。

引き続き図１～図４を参照する。前記巻線リング１４は、前記ステータ１３の前記中空連結軸１３２に外嵌され、かつ巻線リング１４の外表面に沿って間隔をあけて複数本の巻回線を巻き付けるための複数個の巻線部材１４１が形成される。図１から分かるように、前記軸受け組１５は、前記ステータ１３と前記筒形ロータ１１との間に位置する。このような設置では、外部の風力が低風速や無風速になるとき、本発明のアウターロータ構造を有する発電機１をモータ状態にして低回転速度で運転させる。一方、外部の風力の風速が特定値に達するとき、本発明のアウターロータ構造を有する発電機１を前記モータ状態から発電状態に変換して外部の風力により前記風力発電システムの複数個の羽根を連動することから、前記複数個の羽根に連結される前記筒形ロータ１１を連動して回動させることになり、電磁誘導原理を用いて発電することが可能となる。補充説明すべき点は、本発明の属する技術分野における当業者が熟知しているように、前記巻回線は、前記アウターロータ構造を有する発電機１から風力を得て連動させることにより発生する電気エネルギーを貯蔵するために用いられる変圧器又は負荷に連結される点である。
本発明の設計を通じて、本発明のアウターロータ構造を有する発電機を使用する風力発電システムには、高放熱性を持たせてエナメル線（巻回線）の使用量を少なくする利点を有する。また、本発明のアウターロータ構造を有する発電機１は、比較的大きい回動慣性モーメントを有するため、強風や風力の低下の場合にも正常かつ平穏に運転することができる。換言すれば、本発明のアウターロータ構造を有する発電機１では、高い安定性を有する。なお、実際に適用される場合、使用者は、前記風力発電システムの羽根を前記筒形ロータ１１上に直接に装着することができる。このようにすると、前記アウターロータ構造を有する発電機１と羽根との間にその他の伝動装置を設置する必要がなくなることから、コストを減少することができ、かつ風エネルギーの使用効率を増加することができる。

引き続き図１～図４を参照すると共に、本発明のアウターロータ構造を有する発電機を示す断面斜視概略図である図５を同時に参照する。さらに具体的に説明すると、前記アウターロータ構造を有する発電機１は、前記筒形ロータ１１の第２開口１１２内に係合される固定リング１６をさらに備える。なおかつ、前記中空連結軸１３２の末端が前記固定リング１６内に嵌合される。続いて、前記アウターロータ構造を有する発電機１は、前記筒形ロータ１１の第１開口１１１の口縁箇所に連結されるブレーキディスク１７をさらに備える。
説明に値するのは、前記筒形ロータ１１は、その第２開口１１２の外縁箇所から環状体１１３が内向きに延伸形成され、かつ前記環状体１１３の頂端口に係止環１１３１を有する点である。補充説明すべき点は、前記第２開口１１２の孔径が前記第１開口１１１の孔径よりも小さく、かつ前記穿孔１３１０の孔径が前記第２開口１１２の孔径よりも小さい点である。さらに詳細に説明すると、前記軸受け組１５は、前記環状体１１３と前記中空連結軸１３２との間に設置され、前記筒形ロータ１１と前記ステータ１３（固定部材）との間の摩擦損失を減少させて伝動効率を増大させるために用いられる。

図５を継続的に参照する。また、本発明のアウターロータ構造を有する発電機を示す断面図である図６を同時に参照する。図５と図６に示すように、前記軸受け組１５は、第１軸受け１５１と、第２軸受け１５２と、第１軸スリーブ１５３と、第３軸受け１５４と、第２軸スリーブ１５５とを含む。その内、前記第１軸受け１５１は、前記中空連結軸１３２に外嵌され、かつ前記係止環１１３１の下方に位置する。また、前記第２軸受け１５２は、前記中空連結軸１３２に外嵌され、かつ前記第１軸受け１５１の下方に位置する。
図６に示すように、前記第１軸スリーブ１５３は、前記中空連結軸１３２に外嵌され、かつ前記第１軸受け１５１と前記第２軸受け１５２との間に位置する。続いて、前記第３軸受け１５４は、前記中空連結軸１３２の嵌環部１３２１上に外嵌され、かつ前記嵌環部１３２１と前記固定リング１６との間に位置する。さらに、前記第２軸スリーブ１５５は、前記中空連結軸１３２に外嵌されて前記第３軸受け１５４に部分的に外嵌される。前記第２軸スリーブ１５５は、前記第２軸受け１５２と前記固定リング１６との間に位置する。

図２～図５を再度参照する。補充説明すべき点は、前記ブレーキディスク１７及び前記筒形ロータ１１は、それぞれ複数個の開孔穴１０を有する点である。その内、前記巻線リング１４は、複数枚のケイ素鋼板により接合されてなる。一方、前記筒形ロータ１１は、それぞれ対応の当該磁石１２を前記筒形ロータ１１の内表面上に固定するために用いられる複数個の磁石固定片をさらに含む。説明に値するのは、前記風力発電システムが垂直軸式の風力発電システムである点である。図５に示すように、前記筒形ロータ１１は、前記環状体１１３の外表面に沿って間隔をあけて配列され、かつ前記環状体１１３と前記筒形ロータ１１の底部との間に連結される複数個の構造補強部材１１３２をさらに含み、前記筒形ロータ１１全体の構造強度と耐久性を補強するために用いられる。

以上、本発明のアウターロータ構造を有する発電機の技術的特徴と斜視図を既に十分かつ明瞭に説明してきた。上記によって、吾人は、本発明が下記の利点を有することが分かる。

（１）本発明のアウターロータ構造を有する発電機１は、筒形ロータ１１と、複数個の磁石１２と、ステータ１３と、巻線リング１４と、軸受け組１５とを備える。その内、前記ステータ１３は、盤体１３１と、中空連結軸１３２とを含む。なおかつ、前記筒形ロータ１１は、第１開口１１１と、収容空間１１０とを有する。さらに、前記ステータ１３は、前記筒形ロータ１１の前記収容空間１１０内に設置され、かつ前記巻線リング１４は、前記中空連結軸１３２に外嵌されて前記収容空間１１０内に設置される。
本発明の設計によれば、本発明のアウターロータ構造を有する発電機１を使用する風力発電システムが低風速の環境にあるときには、前記アウターロータ構造を有する発電機１をモータ状態にして低回転速度で回動させる。一方、上記の風力の風速が特定値に達するとき、前記風力発電システムの前記複数個の羽根により前記アウターロータ構造を有する発電機１の前記筒形ロータ１１を連動して回動させることにより、前記アウターロータ構造を有する発電機１から発生される電気エネルギーを前記風力発電システムの電池内に貯蔵することができる。説明に値するのは、本発明の筒形ロータ１１の設計を通じて、前記アウターロータ構造を有する発電機１には、エナメル線（巻回線）の使用量を少なくして高安定性、優れた放熱性及び高発電効率を持たせる利点を有する点である。

（２）一方、前記筒形ロータ１１は、その第２開口１１２の外縁箇所から環状体１１３が内向きに延伸形成される。前記軸受け組１５は、前記環状体１１３と前記ステータ１３の前記中空連結軸１３２との間に設置され、前記筒形ロータ１１と前記ステータ１３（固定部材）との間の摩擦損失を減少させて前記アウターロータ構造を有する発電機１全体の伝動効率を増大させるために用いられる。なおかつ、前記筒形ロータ１１は、複数個の構造補強部材１１３２をさらに含む。当該構造補強部材１１３２は、前記環状体１１３と前記筒形ロータ１１の底部との間に設置され、前記筒形ロータ１１全体の構造強度と耐久性を向上させるために用いられる。

強調すべき点は、上記の詳細な説明は、本発明の実施可能な実施例を具体的に説明したものであり、本発明の特許範囲はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的精神を逸脱しない限り、その等効果実施又は変更は、なお、本発明の特許請求の範囲内に含まれる点である。

１アウターロータ構造を有する発電機
１１筒形ロータ
１１１第１開口
１１２第２開口
１１３環状体
１１３１係止環
１１３２構造補強部材
１１０収容空間
１２磁石
１３ステータ
１３１盤体
１３１０穿孔
１３２１嵌環部
１３２中空連結軸
１４巻線リング
１４１巻線部材
１５軸受け組
１５１第１軸受け
１５２第２軸受け
１５３第１軸スリーブ
１５４第３軸受け
１５５第２軸スリーブ
１６固定リング
１７ブレーキディスク
１Ｏ開孔穴

Claims

風力発電システムに適用されるアウターロータ構造を有する発電機であって、
第１開口と、収容空間とを有する筒形ロータと、
前記筒形ロータの内表面に沿って放射状に間隔をあけて前記筒形ロータ上に配列設置される複数個の磁石と、
前記収容空間内に設置され、かつ中心に穿孔を有する盤体と、前記穿孔の外縁に沿って前記盤体に連結される中空連結軸とを含むステータと、
前記ステータに外嵌される巻線リングと、
前記ステータと前記筒形ロータとの間に位置する軸受け組とを備え、
前記筒形ロータの第２開口内に係合される固定リングをさらに備え、かつ前記中空連結軸の末端が前記固定リング内に係合され、
前記筒形ロータは、前記第２開口の外縁箇所から環状体が内向きに延伸形成され、かつ前記環状体の頂端口に係止環を有し、
かつ前記巻線リングの外表面に沿って間隔をあけて複数本の巻回線を巻き付けるための複数個の巻線部材が形成され、
外部の風力が低風速や無風速になるとき、前記アウターロータ構造を有する発電機をモータ状態にして低回転速度で運転させ、
外部の風力の風速が特定値に達するとき、前記アウターロータ構造を有する発電機を発電状態にして外部の風力により複数個の羽根及び前記筒形ロータを連動して発電させることを特徴とする、
アウターロータ構造を有する発電機。
前記第１開口の口縁箇所に連結されるブレーキディスクをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のアウターロータ構造を有する発電機。
前記巻線リングは、複数枚のケイ素鋼板により接合されてなることを特徴とする、請求項１に記載のアウターロータ構造を有する発電機。
前記筒形ロータは、複数個の磁石固定片をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のアウターロータ構造を有する発電機。
前記風力発電システムは、垂直軸風力発電システムであることを特徴とする、請求項１に記載のアウターロータ構造を有する発電機。
前記第２開口の孔径が前記第１開口の孔径よりも小さく、かつ前記穿孔の孔径が前記第２開口の孔径よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載のアウターロータ構造を有する発電機。
前記ブレーキディスク及び前記筒形ロータは、それぞれ複数個の開孔穴を有することを特徴とする、請求項２に記載のアウターロータ構造を有する発電機。
前記軸受け組は、前記中空連結軸に外嵌され、かつ前記係止環の下方に位置する第１軸受けと、前記中空連結軸に外嵌され、かつ前記第１軸受けの下方に位置する第２軸受けと、前記中空連結軸に外嵌され、かつ前記第１軸受けと前記第２軸受けとの間に位置する第１軸スリーブと、前記中空連結軸の嵌環部上に外嵌され、かつ前記嵌環部と前記固定リングとの間に位置する第３軸受けと、前記中空連結軸に外嵌されて前記第３軸受けに一部外嵌され、かつ前記第２軸受けと前記固定リングとの間に位置する第２軸スリーブとを含むことを特徴とする、請求項１に記載のアウターロータ構造を有する発電機。
前記筒形ロータは、前記環状体と前記筒形ロータの底部との間に連結される複数個の構造補強部材をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のアウターロータ構造を有する発電機。