TW201923219A - 風力單點磁浮穩定最低阻抗發電機 - Google Patents

Abstract

一種風力單點磁浮穩定最低阻抗發電機，係在一殼體穿設一轉軸，該殼體的內空間內徑壁面設有複數定子以及一板體，該定子係以複數個第二磁鐵排列成圓環；該轉軸的上端設置一第三磁鐵，下端形成一尖端，上、下端之間設有一風扇、一發電機與複數轉子，該尖端接觸於殼體的板體，該等轉子為磁性與第二磁鐵相同或相反的第一磁鐵並且設置在對應第二磁鐵所排列的圓環位置，藉由該等第一磁鐵與該等第二磁鐵的相斥力或相吸力使該轉軸保持在垂直狀態；並且將一第四磁鐵設於該轉軸的上端上方，該第四磁鐵與該第三磁鐵的彼此相對面的磁性相反，使該第四磁鐵對該第三磁鐵產生吸力，以減輕轉軸的重量，使轉軸的旋轉具有最低阻抗。

Description

風力單點磁浮穩定最低阻抗發電機

本發明涉及一種風力發電機，特別是用以旋轉驅動發電機的轉軸在旋轉時具有最低阻抗，從而可以提升風力發電效率的發電機。

由於國際能源價格變化無常並且蘊藏量有限，再加上核能發電潛藏著不可測的風險與後續廢料處理的高額費用，因而目前各國政府正大力鼓勵發展綠色能源。綠色能源的領域包含太陽能、風力、潮汐、磁力、…等不需耗用地球額外資源的發電方式，其中，習知的風力發電方式係在具有足夠風力的場域設置風車，風車扇葉的轉軸經由齒輪機構連接到發電機，當扇葉受到風力吹動旋轉時經由該齒輪機構驅動發電機旋轉以發電。

雖然風力發電對於風力充足的國家而言是十分乾淨且取之不盡用之不竭的綠色能源，但由於將風力轉換成機械力，再將機械力轉換成電力的過程中，一定程度的機械能會被齒輪機構及其他元件之間的摩擦力損耗掉，因而降低了風力發電的效率；尤其是風力不十分穩定的地區更無法獲得預期足夠的綠色電力。

本發明的目的在於提供一種可以大幅減少風力發電機在運轉過程中產生的摩擦阻抗，從而大幅提高風力發電效率的風力發電機。

本發明之特徵，係在風力發電設備的一殼體穿設一轉軸，該殼體的內空間內徑壁面設有複數定子以及一板體，該定子係以複數個第二磁鐵排列成圓環；該轉軸的上端設置一第三磁鐵，下端形成一尖端，上、下端之間設有一風扇、一發電機與複數轉子，該尖端接觸於殼體的板體，該等轉子為磁性與第二磁鐵相同或相反的第一磁鐵並且設置在對應第二磁鐵所排列的圓環位置，藉由該等第一磁鐵與該等第二磁鐵的相斥力或相吸力使該轉軸保持在垂直狀態；並且將一第四磁鐵設於該轉軸的上端上方，該第四磁鐵與該第三磁鐵的彼此相對面的磁性相反，使該第四磁鐵對該第三磁鐵產生吸力，以減輕轉軸的重量，使轉軸的旋轉具有最低阻抗。

再者，本發明的另一特徵，係利用風力驅動轉軸旋轉，並且除了利用磁力取代習知軸承而最小化摩擦阻力外，更因為不需要使軸承而無懼灰塵、海邊風力帶來的塩分或酸鹼物質對機件的侵蝕，從而延長使用壽命。

本發明的其中一技術手段係提供一種垂直式的發電機，其可以包括：一殼體，具有一中心軸線呈垂直的圓筒形內空間，該內空間的下方具有一板體；複數個定子，係以複數個第二磁鐵沿著該殼體的內空間內徑壁面排列成圓環，並且包括有複數個圓環；一轉軸，垂直地設於該殼體，該轉軸的上端設置一第三磁鐵，該轉軸的下端形成一尖端，該轉軸的上端與下端之間設有一風扇、一發電機與複數轉子，其中，該風扇位於該殼體外；該尖端接觸於該殼體的板體，該等轉子為磁性與該第二磁鐵相同或相反的第一磁鐵並且設置在對應該等第二磁鐵所排列的圓環位置，藉由該等 第一磁鐵與該等第二磁鐵的相斥力或相吸力使該轉軸保持在垂直狀態，該轉軸旋轉時帶動該發電機產生電力；一第四磁鐵，設於該轉軸的上端的上方，該第四磁鐵與該第三磁鐵的彼此相對面的磁性相反，使該第四磁鐵對該第三磁鐵產生吸力，以減輕該轉軸的重量。

本發明的其中一技術手段係提供一種水平式的發電機，可以包括：一殼體，具有一中心軸線呈水平的一圓筒形的內空間，該內空間的軸向一端具有一板體；複數個定子，係以複數個第二磁鐵沿著該殼體的內空間內徑壁面排列成圓環，並且包括有複數個圓環；一轉軸，水平地設於該殼體，該轉軸的一端設置一第三磁鐵，該轉軸的另一端形成一尖端，該轉軸的兩端之間設有一風扇、一發電機與複數轉子，其中，該風扇位於該殼體外；該尖端接觸於該殼體的板體，該等轉子為磁性與該第二磁鐵相同或相反的第一磁鐵並且設置在對應該等第二磁鐵所排列的圓環位置，藉由該等第一磁鐵與該等第二磁鐵的相斥力或相吸力使該轉軸保持在水平狀態，該轉軸旋轉時帶動該發電機產生電力；一第四磁鐵，設於該第三磁鐵的上方，該第四磁鐵與該第三磁鐵的彼此相對面的磁性相反，使該第四磁鐵對該第三磁鐵產生吸力而非接觸地拉起該轉軸的一端，以減輕該轉軸的重量。

在前述水平式發電機的另一實施例中，可以將所述第四磁鐵改變為設於該第三磁鐵的下方，並且第四磁鐵與第三磁鐵的彼此相對面的磁性相同，使該第四磁鐵對該第三磁鐵產生相斥力而非接觸地支撐該轉軸的一端，以減輕該轉軸的重量。

在前述垂直式發電機或水平式發電機的實施例中，較佳的可以在所述板體的表面設置一點狀凹孔，並且將該轉軸的尖端置入該點狀凹孔 內，使轉軸以該點狀凹孔為圓心旋轉。

藉由本發明提供的風力單點磁浮穩定最低阻抗發電機，由於轉軸係藉由在對稱的位置提供相斥或相吸的磁力以支撐轉軸，並且轉軸僅以一尖端被實際支撐而旋轉，因此轉軸受到風力驅動旋轉時所受到的摩擦阻抗極小，使得轉軸的轉速得以更快，持續時間更長，從而提高了風力發電的效率。

1‧‧‧殼體

12‧‧‧板體

2‧‧‧轉軸

21‧‧‧尖端

3‧‧‧風扇

4‧‧‧發電機

40‧‧‧電力傳輸線

41‧‧‧固定盤

411‧‧‧線圈

42‧‧‧旋轉盤

421‧‧‧感應磁鐵

5A‧‧‧第一磁鐵(轉子)

5B‧‧‧第二磁鐵(定子)

6A‧‧‧第三磁鐵

6B‧‧‧第四磁鐵

7‧‧‧固定件

第一圖為顯示本發明垂直式風力發電機之整體結構的第一實施例平面剖視示意圖；第二圖為顯示本發明垂直式風力發電機之整體結構的第二實施例平面剖視示意圖；第三圖為顯示本發明水平式風力發電機之整體結構的第一實施例平面剖視示意圖；第四圖為顯示本發明水平式風力發電機之整體結構的第二實施例平面剖視示意圖；以及第五圖為顯示本發明水平式風力發電機之整體結構的第三實施例平面剖視示意圖。

以下配合圖式及元件符號對本發明之實施方式做更詳細的說 明，俾使熟習該項技藝者在閱讀本說明書後能據以實施。

本發明提供的風力單點磁浮穩定最低阻抗發電機，可以適用於垂直式風力發電機，也可以適用於水平式風力發電機。

如第一圖所示，所述的垂直式發電機包括有一殼體1，該殼體1具有中心軸線呈垂直的一圓筒形內空間，該內空間的下方具有一板體11，較佳地可以進一步在該板體11的上表面形成一點狀凹孔(圖中未顯示)；該殼體1係做為發電機的本體，其內空間可以容納一轉軸2、複數定子5B、一發電機4以及其他發電設備所需要的零組件，所述複數個定子5B係以複數個第二磁鐵5B沿著殼體1的內空間內徑壁面圓周排列成圓環而構成，並且包括有複數個圓環形定子5B；該等第二磁鐵5B所排列成的圓環數量可以依整個殼體1的體積大小而定，也就是說殼體1的體積愈大，所需要的圓環形定子數量愈多，反之則愈少。

轉軸2係垂直地穿設於殼體1，使轉軸2的一部分位於殼體1的內空間中，另一部分則穿出殼體1外；穿出殼體1外的轉軸2的上端設置一第三磁鐵6A，轉軸2的下端形成一尖端21，轉軸2的上端與下端之間設有一風扇3、一發電機4與複數轉子5A；其中，風扇3位於殼體1外的轉軸2上方，發電機4設於殼體1的內空間中；尖端21則接觸於該板體11表面上的點狀凹孔以支撐轉軸2及設於轉軸2上的各種元件或裝置的重量。

所述發電機4包括有一固定盤41與一旋轉盤42，固定盤41係固定地設於殼體1的內側，並且在固定盤41的上表面設置複數個呈圓形排列的線圈411；旋轉盤42則結合於轉軸2，旋轉盤42的下表面設置複數個呈圓形排列的感應磁鐵421，該等感應磁鐵421係以正負極間隔排列方式分 佈並且對應於固定盤41上的線圈411位置。

所述轉子5A為磁性與第二磁鐵5B相同或相反的第一磁鐵5A並且設置在對應於各個第二磁鐵5B所排列的圓環形定子5B的位置；更明確地說，該等第一磁鐵5A的數量可以依殼體1的體積大小而定，殼體1的體積愈大，所需要的轉子5A數量愈多，反之則愈少。

第一圖所示的垂直發電機的實施例的第一磁鐵5A與第二磁鐵5B的相對面係具有相同磁性的磁鐵，因此，當轉軸2設於殼體1後，藉由該等第一磁鐵5A與第二磁鐵5B在轉軸2周圍所形成的相斥力可以使轉軸2保持在垂直狀態；換言之，本發明藉由轉子5A與定子5B之間的磁性相斥力產生了對於轉軸2的磁性軸承的作用，讓轉軸2除了尖端21接觸於板體11之外，其他部分均沒有接觸其他元件，因而使得轉軸2在旋轉時可以避免摩擦阻抗，以提高轉軸2的旋轉速度與延長旋轉時間；轉軸2則由風扇3受到風力吹動旋轉時所帶動旋轉，轉軸2旋轉時則帶動發電機4的旋轉盤42旋轉，使得感應磁鐵421與線圈411電磁感應而產生電力，電力則由從固定盤41電性連接延伸出來的電力傳輸線40傳導出去。

此外，為了進一步減輕轉軸2及其他設在轉軸2上的設備作用在轉軸2的重量，本發明還可以進一步在轉軸2上端的上方設置一第四磁鐵6B，並且該第四磁鐵6B與第三磁鐵6A的彼此相對面的磁性相反，使第四磁鐵6B對第三磁鐵6A產生吸力，從而減輕轉軸2其他設在轉軸2上的設備作用在轉軸2的重量，如此一來，可以使轉軸2的旋轉速度進一步提高，以提昇發電效率。

另一方面，第二圖顯示了本發明之垂直式風力發電機的第二實 施例，其基本上具有與前述垂直式風力發電機第一實施例的結構，然而亦可將做為轉子5A的第一磁鐵5A與做為定子5B的第二磁鐵5B的相對面的磁性設為相反，藉由包圍在轉軸2四周的轉子5A與定子5B之間的磁性相吸力產生了對於轉軸2的磁性軸承的作用，讓轉軸2除了尖端21接觸於板體11之外，其他部分均沒有接觸其他元件，因而使得轉軸2在旋轉時可以避免摩擦阻抗。

第三圖顯示本發明亦可以應用於水平式發電機，其包括有一殼體1，該殼體1具有中心軸線呈水平的一圓筒形內空間，該內空間的一側具有一板體11，較佳地可以進一步在該板體11的上表面形成一點狀凹孔(圖中未顯示)；該殼體1係做為發電機的本體，其內空間可以容納一轉軸2、複數定子5B、一發電機4以及其他發電設備所需要的零組件，所述複數個定子5B係以複數個第二磁鐵5B沿著殼體1的內空間內徑壁面圓周排列成圓環而構成，並且包括有複數個圓環形定子5B；該等第二磁鐵5B所排列成的圓環數量可以依整個殼體1的體積大小而定，也就是說殼體1的體積愈大，所需要的圓環形定子數量愈多，反之則愈少。

轉軸2係水平地穿設於殼體1，使轉軸2的一部分位於殼體1的內空間中，另一部分則穿出殼體1外；穿出殼體1外的轉軸2的自由端設置一第三磁鐵6A，轉軸2的另一端形成一尖端21，轉軸2的兩端之間設有一風扇3、一發電機4與複數轉子5A；其中，風扇3位於殼體1外的轉軸2一端，發電機4設於殼體1的內空間中；尖端21則接觸於該板體11表面上的點狀凹孔以支撐轉軸2的一端。

所述發電機4包括有一固定盤41與一旋轉盤42，固定盤41係 固定地設於殼體1的內側，並且在固定盤41的一側表面設置複數個呈圓形排列的線圈411；旋轉盤42則結合於轉軸2，旋轉盤42的相對於固定盤41的一側面設置複數個呈圓形排列的感應磁鐵421，該等感應磁鐵421係以正負極間隔排列方式分佈並且對應於固定盤41上的線圈411位置。

所述轉子5A為磁性與第二磁鐵5B相同或相反的第一磁鐵5A並且設置在對應於各個第二磁鐵5B所排列的圓環形定子5B的位置；更明確地說，該等第一磁鐵5A的數量可以依殼體1的體積大小而定，殼體1的體積愈大，所需要的轉子5A數量愈多，反之則愈少。

第三圖所示的水平發電機的實施例的第一磁鐵5A與第二磁鐵5B的相對面係具有相同磁性的磁鐵，因此，當轉軸2設於殼體1後，藉由該等第一磁鐵5A與第二磁鐵5B在轉軸2周圍所形成的相斥力可以使轉軸2保持在水平狀態；換言之，本發明藉由轉子5A與定子5B之間的磁性相斥力產生了對於轉軸2的磁性軸承的作用，讓轉軸2除了尖端21接觸於板體11之外，其他部分均沒有接觸其他元件，因而使得轉軸2在旋轉時可以避免摩擦阻抗，以提高轉軸2的旋轉速度與延長旋轉時間；轉軸2則由風扇3受到風力吹動旋轉時所帶動旋轉，轉軸2旋轉時則帶動發電機4的旋轉盤42旋轉，使得感應磁鐵421與線圈411電磁感應而產生電力，電力則由從固定盤41電性連接延伸出來的電力傳輸線40傳導出去。

此外，為了進一步減輕轉軸2及其他設在轉軸2上的設備作用在轉軸2的重量，本發明還可以進一步在轉軸2延伸出殼體1外的一端的上方設置一固定於一固定件7的第四磁鐵6B，並且該第四磁鐵6B與第三磁鐵6A的彼此相對面的磁性相反，使第四磁鐵6B對第三磁鐵6A產生吸 力，從而減輕轉軸2及其他設在轉軸2上的設備作用在轉軸2的重量，如此一來，可以使轉軸2的旋轉速度進一步提高，以提昇發電效率。此外，如第五圖所示，本發明也可以將第四磁鐵6B設於轉軸2延伸出殼體1外的一端的下方並且固定於一固定件7，然而將第四磁鐵6B與第三磁鐵6A改變為彼此相對面的磁性相反，使第四磁鐵6B對第三磁鐵6A產生吸力，從而減輕轉軸2及其他設在轉軸2上的設備作用在轉軸2的重量。

另一方面，第四圖顯示了本發明之水平式風力發電機的第二實施例，其基本上具有與前述水平式風力發電機第一實施例的結構，然而亦可將做為轉子5A的第一磁鐵5A與做為定子5B的第二磁鐵5B的相對面的磁性設為相反，藉由包圍在轉軸2四周的轉子5A與定子5B之間的磁性相吸力產生了對於轉軸2的磁性軸承的作用，讓轉軸2除了尖端21接觸於板體11之外，其他部分均沒有接觸其他元件，因而使得轉軸2在旋轉時可以避免摩擦阻抗。

以上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖據以對本發明作任何形式上之限制，是以，凡有在相同之發明精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。

Claims (6)

1. 一種風力單點磁浮穩定最低阻抗發電機，包括：一殼體，具有一中心軸線呈垂直的圓筒形內空間，該內空間的下方具有一板體；複數個定子，係以複數個第二磁鐵沿著該殼體的內空間內徑壁面排列成圓環，並且包括有複數個圓環；一轉軸，垂直地設於該殼體，該轉軸的上端設置一第三磁鐵，該轉軸的下端形成一尖端，該轉軸的上端與下端之間設有一風扇、一發電機與複數轉子，其中，該風扇位於該殼體外；該尖端接觸於該殼體的板體，該等轉子為磁性與該第二磁鐵相同或相反的第一磁鐵並且設置在對應該等第二磁鐵所排列的圓環位置，藉由該等第一磁鐵與該等第二磁鐵的相斥力或相吸力使該轉軸保持在垂直狀態，該轉軸旋轉時帶動該發電機產生電力；一第四磁鐵，設於該轉軸的上端的上方，該第四磁鐵與該第三磁鐵的彼此相對面的磁性相反，使該第四磁鐵對該第三磁鐵產生吸力，以減輕該轉軸的重量。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之風力單點磁浮穩定最低阻抗發電機，其中，該板體的表面設有一點狀凹孔，該轉軸的尖端置入該點狀凹孔內而以該點狀凹孔為圓心旋轉。
3. 一種風力單點磁浮穩定最低阻抗發電機，包括：一殼體，具有一中心軸線呈水平的一圓筒形的內空間，該內空間的軸向一端具有一板體；複數個定子，係以複數個第二磁鐵沿著該殼體的內空間內徑壁面排列成圓環，並且包括有複數個圓環； 一轉軸，水平地設於該殼體，該轉軸的一端設置一第三磁鐵，該轉軸的另一端形成一尖端，該轉軸的兩端之間設有一風扇、一發電機與複數轉子，其中，該風扇位於該殼體外；該尖端接觸於該殼體的板體，該等轉子為磁性與該第二磁鐵相同或相反的第一磁鐵並且設置在對應該等第二磁鐵所排列的圓環位置，藉由該等第一磁鐵與該等第二磁鐵的相斥力或相吸力使該轉軸保持在水平狀態，該轉軸旋轉時帶動該發電機產生電力；一第四磁鐵，設於該第三磁鐵的上方，該第四磁鐵與該第三磁鐵的彼此相對面的磁性相反，使該第四磁鐵對該第三磁鐵產生吸力而非接觸地拉起該轉軸的一端，以減輕該轉軸的重量。
4. 依據申請專利範圍第3項所述之風力單點磁浮穩定最低阻抗發電機，其中，該板體的表面設有一點狀凹孔，該轉軸的尖端置入該點狀凹孔內而以該點狀凹孔為圓心旋轉。
5. 一種風力單點磁浮穩定最低阻抗發電機，包括：一殼體，具有一中心軸線呈水平的一圓筒形的內空間，該內空間的軸向一端具有一板體；複數個定子，係以複數個第二磁鐵沿著該殼體的內空間內徑壁面排列成圓環，並且包括有複數個圓環；一轉軸，水平地設於該殼體，該轉軸的一端設置一第三磁鐵，該轉軸的另一端形成一尖端，該轉軸的兩端之間設有一風扇、一發電機與複數轉子，其中，該風扇位於該殼體外；該尖端接觸於該殼體的板體，該等轉子為磁性與該第二磁鐵相同或相反的第一磁鐵並且設置在對應該等第二磁鐵所排列的圓環位置，藉由該等第一磁鐵與該等第二磁鐵的相斥力或相吸力使該轉軸保持在水平狀態，該轉軸旋轉時帶動該發電機產生 電力；一第四磁鐵，設於該第三磁鐵的下方，該第四磁鐵與該第三磁鐵的彼此相對面的磁性相同，使該第四磁鐵對該第三磁鐵產生相斥力而非接觸地支撐該轉軸的一端，以減輕該轉軸的重量。
6. 依據申請專利範圍第5項所述之風力單點磁浮穩定最低阻抗發電機，其中，該板體的表面設有一點狀凹孔，該轉軸的尖端置入該點狀凹孔內而以該點狀凹孔為圓心旋轉。