TWM595162U - 多磁盤垂直軸小型風力發電機 - Google Patents

Abstract

本創作係關於一種多磁盤垂直軸小型風力發電機，包括一風扇件及複數電磁感應模組。該風扇件有一軸桿及一風扇設置在該軸桿上，該複數電磁感應模組套設在該軸桿上，每一電磁感應模組有一線圈組及一磁鐵組，二相鄰電磁感應模組之間有一間距，該間距使二相鄰電磁感應模組之磁鐵組的磁性不會產生對吸。透過複數組電磁感應模組的串接及結構尺寸配置，取代相同磁力的單組電磁感應模組，具有該風扇件易於驅動，而能提高發電效率的優點。

Description

多磁盤垂直軸小型風力發電機

本創作係有關於一種多磁盤垂直軸小型風力發電機，特別是指透過設置複數電磁感應模組取代相同磁力的單組電磁感應模組，使小型風力發電機易於驅動，以提高發電效率的創作。

風力發電可分為大型風力發電與中、小型風力發電。其中大型風力發電機的發電容量大，但是相對其體積也非常龐大，且風扇運轉的低頻噪音大，因此大型風力發電機通常設置在偏僻的空曠地，或是後來發展設置在海面上的離岸型風力發電機。而小型風力發電機雖然風扇運轉的噪音較小，但其發電量小，因而仍不普及。

但是對於電力需求較少的個人化或區域型的電力使用，則小型風力發電機有其優勢。例如小型風力發電機可安裝於住家屋頂，配合太陽光電板，作為分散式的能源供應。

另外，風力發電機還分為垂直軸式風機與水平軸式風機，垂直軸式的風力發電機較不易受地形影響，在低風速下即可發電，因而使用於小型風力發電機，而發展為垂直軸小型風力發電機。

垂直軸小型風力發電機的結構例如中華民國專利第M348156號「立式複合型風力發電機之改良結構」，係將電磁模組及具有扇葉的二個風筒組裝在垂直軸上。

在台灣，小型風力發電機的額定容量為3kW，但是習知的垂直軸小型風力發電機在5米/秒的風速下，發電量約只有400瓦至500瓦的功率輸出，與小型風力發電機的額定容量相差頗大，發電效率低。

但是若為了提升發電效率而在單磁盤的電磁模組上增加磁鐵及線圈的數量，則風機的旋轉需要很大的扭矩，因而在低風速下並不易驅動風機發電。

有別於前案，為了提升垂直軸小型風力發電機的發電效率，本創作提出一種多磁盤垂直軸小型風力發電機，包括有一風扇件及複數電磁感應模組，其中： 該風扇件包括一軸桿及一風扇設置在該軸桿上。上述電磁感應模組分別套設在該軸桿上，每一電磁感應模組有一線圈組及一磁鐵組，二相鄰電磁感應模組之間有一間距，該間距係使二相鄰電磁感應模組之磁鐵組的磁性不會產生對吸，該間距介於30mm至40mm之間，當該磁鐵組的磁鐵有24顆，且每一顆磁鐵的磁力為4100高斯時，該間距為35mm或36mm，此時，該電磁感應模組的線圈組及磁鐵組相距1.5mm至2.5mm之間，較佳是2mm，避免該線圈組及該磁鐵組產生摩擦，而若該線圈組及該磁鐵組相距超過2.5mm，則發現磁力線切割效率變差，而降低發電效率。

進一步，該風扇包括三個風筒，每一個風筒有三個扇葉，在該軸桿的軸向上，相鄰二個扇葉的夾角為40度。

進一步，上述電磁感應模組有一軸承，該軸承與該軸桿之間有一間隙，該間隙之寬度介於0.01mm至0.03mm之間。

進一步，係設置有二個電磁感應模組。並且，本創作還有一上殼件及一下殼件對接組合，其中一電磁感應模組設置在該上殼件，另一電磁感應模組設置在該下殼件，且該下殼件向上延伸一環形擋部，使該上殼件對接在該下殼件的環形擋部，而由該環形擋部形成該間距。該上殼件向上延伸一上凹入部，該下殼件向下延伸一下凹入部，該二電磁感應模組的軸承分別設置在該上凹入部及下凹入部。

進一步，每一個磁鐵組上有間隔排列的複數磁鐵，二相鄰電磁感應模組的磁鐵排列有一相位差，該相位差在5度內。

進一步，該軸桿係在控制在轉速介於100轉至120轉之間不產生共振。其中，修正該軸桿的共振方式是在該軸桿係鍍上厚度為70至80微米之間的一熱浸鍍鋅抗腐蝕層，並透過刮除部分高度位置的熱浸鍍鋅抗腐蝕層，以控制該軸桿係在控制在轉速介於100轉至120轉之間不產生共振。

進一步，該線圈組為無鐵心線圈，該磁鐵組的磁鐵為稀土磁鐵。

根據上述技術特徵可達成以下功效：

1.本創作透過在垂直軸小型風力發電機組裝複數電磁感應模組，以提升垂直軸小型風力發電機的發電效率。而二相鄰電磁感應模組的磁鐵排列有介於5度內的相位差，提高磁力線切割的效率。

2.在相同的磁性條件下，使用複數電磁感應模組取代單一電磁感應模組，可在較低扭矩下使該風扇件開始轉動，因而可在較低風速下使該電磁感應模組開始發電，藉以提升發電效率。

3.該風扇件使用三個風筒，每一個風筒有三個扇葉，使相鄰二個扇葉的夾角為40度。相比於二個風筒，有更多扇葉受風；相比於四個風筒，重量較輕。因而該風扇件使用三個風筒的特徵，能夠具有最大的發電效率。

4.該電磁感應模組的軸承與該軸桿之間有介於0.01mm至0.03mm之間的間隙，不會造成該風扇件轉動過程的震動，也降低摩擦阻力，達到進一步提高發電效率的目的。

5.由於該軸桿無法達到絕對的垂直度，因而透過鍍上厚度為70至80微米之間的熱浸鍍鋅抗腐蝕層，再透過刮除部分高度位置的熱浸鍍鋅抗腐蝕層，控制該軸桿係在控制在轉速介於100轉至120轉之間不產生共振，避免垂直軸小型風力發電機因共振造成損壞。

1:風扇件

11:軸桿

12:風筒

121:扇葉

2:電磁感應模組

21:線圈組

22:磁鐵組

221:磁鐵

23:軸承

3:上殼件

31:上凹入部

4:下殼件

41:環形擋部

42:下凹入部

D:間距

d:間隙

[第一圖]係為本創作實施例中，垂直軸小型風力發電機的立體外觀圖。

[第二圖]係為本創作實施例中，電磁感應模組的剖視圖。

[第三圖]係為本創作實施例中，電磁感應模組的軸承與風扇件的軸桿之間設置間隙的示意圖。

[第四圖]係為本創作實施例中，風扇件之風筒的扇葉相鄰排列的示意圖。

[第五圖]係為本創作實施例中，二組電磁感應模組的磁鐵排列具有5度相位差的示意圖。

[第六圖]係為垂直軸小型風力發電機使用單一電磁感應模組的發電效率曲線圖。

[第七圖]係為本創作實施例中，使用二組電磁感應模組的發電效率曲線圖。

綜合上述技術特徵，本創作多磁盤垂直軸小型風力發電機的主要功效將可於下述實施例清楚呈現。

參閱第一圖所示，本實施例之多磁盤垂直軸小型風力發電機包括有一風扇件(1)及複數電磁感應模組(2)，其中：該風扇件(1)包括一軸桿(11)及一風扇設置在該軸桿(11)上，該風扇包括三個風筒(12)，每一個風筒(12)有三個扇葉(121)，上述電磁感應模組(2)分別套設在該軸桿(11)上，本實施例相比於使用二個風筒(12)，有更多扇葉(121)受風，相比於四個風筒(12)，重量較輕，因而該風扇件(1)使用三個風筒(12)的特徵，能夠具有最大的發電效率。另外，為了避免共振破壞，係將該軸桿(11)設置在轉速介於100轉至120轉之間不產生共振，而修正該軸桿(11)的共振方式是在該軸桿(11)上鍍上厚度為70至80微米之間的一熱浸鍍鋅抗腐蝕層[該熱浸鍍鋅抗腐蝕層為一般金屬物件抗腐蝕常用手法，在此未繪出]，並透過刮除部分高度位置的熱浸鍍鋅抗腐蝕層，以控制該軸桿(11)係在控制在轉速介於100轉至120轉之間不產生共振，而此轉速範圍為垂直軸小型風力發電機通常的轉速範圍，因此希望在此範圍內不會產生共振。

參閱第二圖所示，本實施例係設置有二個電磁感應模組(2)，每一電磁感應模組(2)有一線圈組(21)及一磁鐵組(22)，該線圈組(21)使用無鐵心線圈，且二相鄰電磁感應模組(2)之間有一間距(D)，該間距(D)係使二相鄰電磁感應模組(2)之磁鐵組(22)的磁性不會產生對吸，避免影響發電效率。本實施例還有一上殼件(3)及一下殼件(4)對接組合在該軸桿(11)上，其中一電磁感應模組(2) 設置在該上殼件(3)中，另一感應模組(2)的軸承(23)分別電磁感應模組(2)設置在該下殼件(4)中，且該下殼件(4)向上延伸一環形擋部(41)，該上殼件(3)對接在該下殼件(4)的環形擋部(41)，藉以由該環形擋部(41)形成該間距(D)。

參閱第二圖及第三圖所示，上述電磁感應模組(2)有一軸承(23)，該軸承(23)與該軸桿(11)之間有一間隙(d)，該間隙(d)之寬度介於0.01mm至0.03mm之間。本實施例中，該上殼件(3)向上延伸一上凹入部(31)，該下殼件(4)向下延伸一下凹入部(42)，該二電磁設置在該上凹入部(31)及下凹入部(42)。該間隙(d)不會造成該風扇件(1)轉動過程的震動，也降低摩擦阻力，達到進一步提高發電效率的目的。

參閱第四圖所示，在本實施例中，在該軸桿(11)的軸向上，該三個風筒(12)共有九片扇葉(121)，而相鄰二個扇葉(121)的夾角為40度，以達到最佳的受風狀態。

參閱第五圖所示，本實施例中，每一個磁鐵組(22)上有間隔排列的複數磁鐵(221)，且較佳是使用稀土磁鐵，在二相鄰電磁感應模組(2)的磁鐵(221)排列有一相位差，該相位差在5度內，藉以提高磁力線切割的效率。本實施例每一個磁鐵組(22)有24個磁鐵(221)，該相位差為5度。配合參閱第一圖所示，該間距(D)介於30mm至40mm之間，而當該磁鐵組(22)的磁鐵(221)有24顆，且每一顆磁鐵(221)的磁力為4100高斯時，該間距(D)為35mm或36mm，此時，該電磁感應模組(2)的線圈組(21)及磁鐵組(22)相距1.5mm至2.5mm之間，較佳是2mm，避免該線圈組(21)及該磁鐵組(22)產生摩擦，而若該線圈組(21)及該磁鐵組(22)相距超過2.5mm，則發現磁力線切割效率變差，而降低發電效率。

參閱下表一及表二並配合第六圖及第七圖所示：表一為單一電磁感應模組(2)之垂直軸小型風力發電機在不同轉速的發電效率，第六圖則為表一之發電效率曲線圖；表二為二組電磁感應模組(2)之垂直軸小型風力發電機在不同轉速的發電效率，第七圖則為表二之發電效率曲線圖。

根據上表及相應圖式，本創作之垂直軸小型風力發電機確實具有發電效率的提升。

綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本創作之操作、使用及本創作產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本創作之較佳實施例，當不能以此限定本創作實施之範圍，即依本創作申請專利範圍及創作說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本創作涵蓋之範圍內。

11:軸桿

2:電磁感應模組

21:線圈組

22:磁鐵組

23:軸承

3:上殼件

31:上凹入部

4:下殼件

41:環形擋部

42:下凹入部

D:間距

Claims (12)

1. 一種多磁盤垂直軸小型風力發電機，包括有：一風扇件，包括一軸桿及一風扇設置在該軸桿上；複數電磁感應模組，分別套設在該軸桿上，每一電磁感應模組有一線圈組及一磁鐵組，二相鄰電磁感應模組之間有一間距，該間距係使二相鄰電磁感應模組之磁鐵組的磁性不會產生對吸。
2. 如請求項1所述之多磁盤垂直軸小型風力發電機，其中，該風扇包括三個風筒，每一個風筒有三個扇葉，在該軸桿的軸向上，相鄰二個扇葉的夾角為40度。
3. 如請求項1所述之多磁盤垂直軸小型風力發電機，其中，上述電磁感應模組有一軸承，該軸承與該軸桿之間有一間隙，該間隙之寬度介於0.01mm至0.03mm之間。
4. 如請求項3所述之多磁盤垂直軸小型風力發電機，其中，係設置有二個電磁感應模組。
5. 如請求項4所述之多磁盤垂直軸小型風力發電機，進一步，有一上殼件及一下殼件對接組合，其中一電磁感應模組設置在該上殼件，另一電磁感應模組設置在該下殼件，且該下殼件向上延伸一環形擋部，使該上殼件對接在該下殼件的環形擋部，而由該環形擋部形成該間距。
6. 如請求項5所述之多磁盤垂直軸小型風力發電機，其中，該上殼件向上延伸一上凹入部，該下殼件向下延伸一下凹入部，該二電磁感應模組的軸承分別設置在該上凹入部及下凹入部。
7. 如請求項1所述之多磁盤垂直軸小型風力發電機，其中，每一個磁鐵組上有間隔排列的複數磁鐵，二相鄰電磁感應模組的磁鐵排列有一相位差，該相位差在5度內。
8. 如請求項1所述之多磁盤垂直軸小型風力發電機，其中，該軸桿係在控制在轉速介於100轉至105轉之間不產生共振。
9. 如請求項7所述之多磁盤垂直軸小型風力發電機，其中，該軸桿係鍍上厚度為70至80微米之間的一熱浸鍍鋅抗腐蝕層，並透過刮除部分高度位置的熱浸鍍鋅抗腐蝕層，以控制該軸桿係在控制在轉速介於100轉至120轉之間不產生共振。
10. 如請求項1所述之多磁盤垂直軸小型風力發電機，其中，該線圈組為無鐵心線圈。
11. 如請求項1所述之多磁盤垂直軸小型風力發電機，其中，該間距介於30mm至40mm之間。
12. 如請求項1所述之多磁盤垂直軸小型風力發電機，其中，該電磁感應模組的線圈組及磁鐵組相距1.5mm至2.5mm之間。

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