TWM312834U - Generator for wind energy windmill - Google Patents

Description

M312834 • 八、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 本創作係關於一種同軸心安裝的垂直内、外軸複合式 發電用風車，尤指一種具有直接驅動、改良的外轉式發電 3 機的風車。 【先前技術】 風力發電裝置使用直接驅動、外轉式發電機可帶來許 * 多優點，例如轉速低、可省除增速用的齒輪箱、可安裝較 ίο 多的磁極於外轉子上，相較於相同功率之内轉式發電機而 言可作成較小體積。 中華民國新型專利證書號M280595揭露一種可應用於 風力發電裝置之直接驅動、外轉式發電機，其係以線圈纏 繞於南導磁薄片材料做成定子鐵心，外轉子鐵心内側固定 15 附著永久磁鐵且圍繞在定子鐵心的徑向外側而轉動。此種 發電機其磁鐵置放面係與轉子旋轉軸線成平行，而磁力線 ⑩ 係與轉子旋轉軸線成垂直。當轉子旋轉時，其磁場切割定 子上之線圈產生發電功能。但是，當定子鐵心是以高導磁 薄片材料或者碎鋼片做成時’此等材料會與轉子上的磁鐵 20 相互感應產生磁性吸力，將此種發電機使用於風力發電 時，不利於風車轉子於低風速時的啟動。 【新型内容】 本創作提出一種解決上述習知石夕鋼片鐵芯與磁鐵感 M312834 • 應之問題的發電機，以增進風車轉子在低風速啟動之效 本創作提供一種適於風力發電風車用之發電機，該風 • 車包括一固定軸，一旋轉軸同軸裝設於該固定軸，風車轉 5 子女裝於$》疋轉轴上而可被風力帶動。該發電機包含： ^ 兩個發電機轉子部份，其可被該旋轉軸帶動而繞旋轉 軸之軸線一起旋轉，並沿旋轉軸線方向平行排列且隔開一 參 預定間隙，該兩個發電機轉子部份之相向表面裝設多數個 極性交錯排列的永久磁鐵，致使該二相向表面上的永久磁 10 鐵間產生會通過該間隙的磁力線；及 一定子，其包含實質上非磁性的固定部與設置在實質 上非磁性基質内的多數絕緣導線所形成的線圈繞組，該1 子以忒固疋部安裝於该風車之固定軸，介於該間隙内並與 該兩個發電機轉子部份沿該旋轉軸線方向平行，以使該磁 15 力線通過該定子之線圈繞組。因此，當風力帶動風車^子 時，該線圈繞組感應產生交流電壓。 籲 依據本創作之發電機，定子之非磁性基質可為環氧樹 脂。又，兩個發電機轉子部份藉由一殼壁而結合在—起'， 其中一個發電機轉子部份可與旋轉軸形成一體為較佳。 20 【實施方式】 以下參照圖式所示的較佳實施例更進一步說明本創 作的發電機及使用本發電機之垂直軸複合式風車的結構 及優點。 6 M312834 • 參照圖1，垂直軸複合式風車16包含被固定於安裝座 17而無法轉動之中空固定軸18。外轉軸20同心套設於固 定軸18外周且可相對於固定軸18自由旋轉。為使外轉轴 20旋轉順暢，在固定軸18與外轉軸20間設置多個軸承 5 32。 ' 3支達利氏（DARRIEUS)風車葉片22沿圓周等距的方 式，在其上、下端部（22a，22b)分別以螺栓、螺帽組30 ^ 固定安裝於上、下固定板（26a，26b)上，藉此而固定於外 轉軸20。上、下固定板本身具有一中心孔以便套入外轉轴 10 20，且沿圓周等距分叉成三片以連接葉片的上、下端部 (22a，22b)。上固定板26a藉由固定環28固定於外轉軸 20上端。 沙伏尼氏（SAVONIUS)風車葉片36則透過上、下固定 環38固定安裝於外轉軸20的外周上。 15 依據本創作之發電機50裝在達利氏風車葉片22下方 並與下方固定板26b連結，如下述更詳細說明。 ® 圖2與3顯示發電機50包含上蓋60、下蓋70、殼壁 80、定子90 ’及永久磁鐵62。 上蓋60呈圓盤狀並與外轉軸20底部一體形成，且具 20 有較大直徑的凹部24以容納軸承32。上蓋60在其較内侧 沿圓周等距設有3個貫穿孔68,可供螺栓穿過以固定下固 定板26b。上蓋60在其較外侧沿圓周等距設有多個貫穿孔 66。熟悉此藝者當可了解上蓋與外轉軸亦可為分離的構件 並經繫緊件如螺栓予以緊固一起。 7 M312834 • 下蓋70呈圓盤狀具有較大直徑的凹部72以容納軸承 32。下蓋70在其較外侧沿圓周等距設有多個貫穿孔74， 對應上蓋60的貫穿孔66。 殼壁80呈環狀，具有内壁82並在沿圓周等距設有多 5 個貫穿孔84，對應上，下蓋（60，70)的貫穿孔（66，74)。 ' 藉此，上蓋60、下蓋70與殼壁80可以螺栓（未繪出）穿過 這些貫穿孔而組合一起，形成一内部空間。 煞車鼓100可選擇性地裝在下蓋70底面，煞車鼓100 具有傳統圓筒形壁106，在其一端上之凸緣具有孔102以 10 供固定軸18穿過，以及多個貫穿孔104以供螺栓穿過此 孔及下蓋70的貫穿孔76而固定到下蓋70上。另有煞車 皮（未繪出）安裝在不轉動的固定軸18上並有控制裝置（如 控制索）從安裝座17裡延伸出來，以便煞車皮可選擇性地 與圓筒形壁106内部接觸，以便在需要時使發電機上、下 15 蓋（6 0，7 0 )及連接於此的外轉軸2 0停止轉動。 16個永久磁鐵62沿圓周等距分別以黏劑黏著到上蓋 ® 60與下蓋70之相向的表面上所形成的凹槽（69，79)。永 久磁鐵62可為鈥鐵硼磁鐵或其它永久性磁鐵。若在上蓋 60、下蓋70、及永久磁鐵62上設螺絲孔，另以螺絲加強 20 固定永久磁鐵62亦可。當上蓋60與下蓋70為鐵製時， 永久磁鐵62與各蓋體間更增磁吸力。上蓋60與下蓋70 上之永久磁鐵62彼此隔開一預定距離且呈極性相反地交 錯配置，如圖4A與4B所示。依據本創作，磁鐵置放面係 與外轉軸20軸線方向成垂直，故上蓋60與下蓋70間磁 8 M312834 力線係與外轉軸2〇軸線方向平行。 定子90介於上蓋60與下蓋70上之永久磁鐵62之間 且隔開預定間隙。定子90大致呈圓盤狀並具有貫穿孔 (或第一孔）92以供固定軸18穿過。定子上有電線繞組， 以下有更詳細說明。為了將定子90固定安裝於固定軸18 ，有一法蘭19與固定軸18 —體成形且沿圓周等距設有 多個貫穿孔19a。而定子90設有加大直徑的凹部94以容

ίο 15

20 納接=法蘭19，及多個螺栓孔96對應於貫穿孔19a以供 螺栓穿過固定。熟悉此藝者當可了解，徑向突出的法蘭19 亦可為分開製作並再以繫緊件如螺絲（未繪出）固定於固 定軸18上。 ' 如圖1與2所示，發電機5〇的上蓋6〇、下蓋7〇、殼 ，!0以:累栓組合形成—體而成為發電機的轉子，當風 二 2’ 36)旋轉日守，外轉軸20及此轉子便因而旋轉。 :::90則固定不旋轉。因此在外部的轉子與在内部的 疋 生相對旋轉，切割磁力線而發電。 5A :二二I顯示定子90的結構與製作方法。如圖 定:"7鱼二0大致呈圓盤狀，包括中間的環形固 磁性的材料以= 部广固定部97可_低磁性或無 等。固定部9;t 了 %外，也也右夕、*/又有别述貝牙孔92，凹部94，螺栓孔 性基質，1形周邊溝槽心。線圈部98以非磁 ⑽上且包括許^ 而固定於環形周邊溝槽 才夕圈一圈的漆包線線圈錯開堆疊在基質 9 5 10 20 M312834 ^亚環繞在周邊溝槽97a外圍，如此 與固定軸18間的磁性。 丨同疋子90 —以下芩照圖6至圖8E說明定子90的製作方法。首 把疋子90分成圖6(輔視圖）所示的兩半區（第丨區， 區）。就單相結構而言，其線圈繞線方式如圖7所示，卞 串線有8個線圈，每圈15阻，每祖2條漆包線，第1母 =二It向為順時針方向…直到第8個線圈開始反 、、::约針方向，從第6、4、2線圈逆時針方向繞回去。 茶照圖8A所示，以第2區為例，將單相線圈第 放置在第2區，第8圈線圈完整包覆對準第2區的 ，鐵（B1)。接著如圖8β所示，放入第二串、線&，偏移約 弟：顆磁鐵（B1)的三分之-。接著如圖8C所示，再放 =第:串線Τι，偏移約第一顆磁鐵（Β1)的三分之二。在 乐1區重複進行與第2區相同的繞線步驟，也形成第一， 二與三亊線R2, S”與I，如圖8D所示。圖8E顯示，第 1與2區排列好之單相線圈結構，從各區的第-串開始， 拉出正負線端，正線接正線並聯，各區的第二串也拉出正 ，:再來各區的第三串也各接出正線並聯，為三相並 ^热怂此藝者當可了解定子線圈的纏繞圈數是依實際所 需的發，量而定，在本實例中是以2〇〇w發電量舉例說明。 接著，如圖9所示，將依上述方式排列堆疊之環圈狀 線圈⑽a置放於下壓模12〇的環圈狀模穴122内，再以與 下壓模I20呈互補形狀之上壓模126壓向下壓模120，將 線圈壓扁。 10 M312834 - 圖10顯示將已壓扁的線圈98a與固定部97結合在一 起以形成定子90之上、下灌模（148, 140 )。灌模的使用方 式是，在下灌模14内表面塗上一層環氧樹脂（未繪出）後， 再把已被壓模壓扁的線圈98a移置下灌模14的線圈置放 5 區144，並在下灌模14的中央放上固定部97，再塗一層 壤乳樹脂，使壞乳樹脂充滿在線圈98a與固定部97之間 隙。將上灌模148與下灌模140閉合，略為壓緊，待環氧 樹脂乾燥，線圈98a與固定部97已經環氧樹脂固定形成 ® 定子9G，如圖5A所示。 10 如圖1所示，當具有上述定子90的發電機50安裝到 圖1的風車後，從定子接出的電線自中空的固定轴18内 部延伸到用來安裝固定軸18之安裝座17及固定安裝座17 之安裝柱15，再從安裝柱15之出線孔15a拉出，再連接 控制箱（未繪出）或其它外部控制。 15 以下說明本創作之發電機的發電方式。當風力帶動風 車外轉軸20上的達利氏（Darrieus )以及沙伏尼氏 ® (Savonius)葉片（22，36)時，外轉軸20即進行旋轉，因 此，發電機50的上、下蓋（60，70)，亦即轉子，跟著轉 動，而位在上、下蓋之間的定子90則不動。上、下蓋所 20 舖設的磁鐵6 2形成大致平行於外轉軸2 0軸線方向的磁力 線64(圖2)，依佛萊明右手定則，當磁力線64被定子90 的線圈垂直切過時，便產生交流電流並從定子90的所接 出的電線流到整流裝置，儲電裝置或負載（未繪出）。 本創作的實施例已描述如上，但其並非用以限制本案 11 M312834 • 之申請專利範圍。明顯地，熟悉此項技術之人士在不悖離 本發明創作且依本創作最廣觀點的情況下所作之任何改 變或修改，均應視為仍落於本案申請專利範圍所界定範圍 之中。 5 • 【圖式簡單說明】 圖1係具有本創作較佳實例的直接驅動式發電機的垂 直軸複合型風車的縱剖面圖； ^ 圖2係圖1的直接驅動式發電機的放大縱剖面圖； 10 圖3係圖2的發電機的放大縱剖面分解圖； 圖4A與4B是圖3的發電機的上、下蓋的俯視圖， 以顯示在上、下蓋上的磁鐵配置；及 圖5A與5B分別是圖3的發電機的定子的縱剖面圖與 俯視圖，以顯示其線圈繞組構造；及 15 圖6至8E顯示圖3的發電機的定子的線圈繞組的形 成過程。 ⑩ 圖9是用來壓扁線圈的上、下壓模。 圖10是用來將定子的線圈與固定部結合在一起之 上、下灌模。 20 【主要元件符號說明】 15 安裝柱 15a 出線孔 16 垂直軸複合式風車 17 安裝座 12 M312834 18 固定軸 19 法闌 19a 子L 20 外轉軸 22 達利氏（Darrieus)葉片 22a 上端部 22b 下端部 24 凹部 26a 上固定板 26b 下固定板 28 固定環 30 螺栓、螺帽組 32 軸承 36 沙伏尼氏（Savonius)葉 片 38 固定環 50 發電機 60 上蓋 62 永久磁鐵 64 磁力線 66 貫穿孔 68 貫穿孔 69 凹槽 70 下蓋 13 M312834

72 貫穿孔 74 貫穿孔 76 貫穿孔 79 凹槽 80 殼璧 82 内璧 84 貫穿子L 90 定子 94 凹部 96 螺栓孔 97 固定部 97a 溝槽 98 線圈部 99 環氧樹脂 100 煞車鼓 102 子L 104 子L 106 壁 B2 磁鐵 120 下壓模 128 上壓模 140 下灌模 148 上灌模 14

Claims (1)

1. M312834 九、申請專利範圍： 1· 一種適用於風力發電風車用之發電機，該風車包括一固定 軸，一旋轉軸同軸裝設於該固定軸，風車轉子安裝於該旋 轉轴上而可被風力帶動，該發電機包含： 兩個务電機轉子部份，其可被該旋轉軸帶動而繞旋轉軸 之軸線一起旋轉，並沿旋轉軸線方向平行排列且隔開一預定 =隙’該兩個發電機轉子部份之相向表面裝設多數個極性交 :排幻的永久磁鐵，致使該二相向表面上的永久磁 會通過該間隙的磁力線； 厓 10 性=實質上非磁性的固定部與設置在實質上非磁 =内的夕數絕緣導線.所形成的線圈繞組，該定子以該固定 車之固定軸，介於該間隙内並與該兩個發電機 之線圈繞組，· 疋千 15 流^此’當風力帶動風車轉子時，該線圈繞組感應產生交 項之發電機，其中該定子的固定料 只貝上非磁性基質二者皆是塑料。 ，、 其中该非磁性基質係環 其中該兩個發電機轉子 其中該兩個發電機轉子 3.如中請專利範圍第2項之發電機， 2〇 氧樹脂。 4· 如申請專利範圍第1項之發電機， 藉由一殼壁而結合在一起。 如申請專利範圍第1項之發電機， 邛伤中之一係與該旋轉軸形成一體 15 5·