507 特許特許研究室垂直軸風力タービン


特集|垂直軸風力タービン




特開2010-133416 ロータ−ステータ配列の発電タービン

要約

水平軸風力タービンに用いられるロータ羽根107が開示される。ロータ羽ロータ羽根100が、該ロータ羽根100を水平軸風力タービンのロータ110の回転軸105に固定するための固定区分107と、根元端部108を有する幾何学的に調整された区分101とを有している。ロータ羽根100は、固定区分107から根元端部108にまで延びており、幾何学的に調整された区分101の根元端部108の区分と、水平軸風力タービンのステータ120の案内板102の、根元端部108に最も近い区分とが、実質的に同一平面上にある構造の適切で効率的な風力タービンを提供する。

図1

【符号の説明】

背景技術

風力タービンによる発電の分野では、電力を発生するための効率を改善させる必要がある。従来の風力タービンでは、現在に至るまで、このような発電タービンのための一般的な設計は、露出ロータ型設計(bare rotor type design)であり、水平方向の軸線を中心として風力により回転可能なロータの回転を特徴としている。
このような露出ロータ型発電タービンの従来の形は、水平軸風力タービン(HAWT)および垂直軸風力タービン(VAWT)である。水平軸風力タービンは水平方向の回転軸線を提供し、該水平方向の回転軸線を中心として風力タービンの羽根が回転する。垂直軸風力タービンでは、羽根の回転軸線は垂直方向で提供されている。垂直軸風力タービンのための1例は、たとえばいわゆるダリウス形風力タービンである。
さらに、風力タービンの分野では、ロータ装置を通る流量の増大を生ぜしめるパワー増強装置(power augmenting device)を使用することが知られている。このようなパワー増強装置は、たとえばシュラウドまたはディフューザである。タービンのパワー増強装置は、効率(回転面積毎のエネルギ生成量)を約2〜4倍だけ増加することができる。
ディフューザと組み合わされた風力タービン、特に水平軸風力タービンは、ディフューザ増強形風力タービン(DAWT)と呼ぶことができる。このようなディフューザ増強形風力タービンは、ダクトを形成するディフューザを有している。ダクト内には、特に水平軸風力タービンのタービンロータが配置されている。ディフューザダクトは、タービンへ流れる風を案内し、それによって速度を増させ、圧力を減少させる。流れの境界はディフューザダクトにより規定され、流線の拡散はダクトのジオメトリ(幾何学的形状)により制限される。
ディフューザの使用によって、流体は風力タービンを通って案内され、タービンロータの前後における利用可能な圧力降下の増大が提供される。ロータの後流における乱流は、流れの加速により減じられる。


課題

本発明の課題は、適切で効率的な風力タービンを提供することである。

手段

この課題は、独立請求項に記載の要旨、特に、水平軸風力タービンに用いられるロータ羽根と、水平軸風力タービンと、水平軸風力タービンを用いて電気を発生するための方法とにより解決される。

実施例

本発明の第1の実施形態によれば、水平軸風力タービンに用いられるロータ羽根が提供される。このロータ羽根は、水平軸風力タービンのロータの回転軸に、当該ロータ羽根を固定するための固定区分を有している。さらに、ロータ羽根は、根元端部(root end)を有する、幾何学的に調整された区分を有している。幾何学的に調整された区分の根元端部の区分と、水平軸風力タービンのステータ(stator)の案内板の、前記根元端部に最も近い区分とは、実質的に同一平面上にある。
本発明の別の実施形態により、水平軸風力タービンが提供される。水平軸風力タービンは、上記のロータ羽根と、案内板を有するステータと、回転軸とを有している。ロータ羽根の固定区分は、回転軸の回転軸線を中心として回転可能であるために、回転軸に取り付けられている。ロータ羽根の幾何学的に調整された区分は、根元端部を有しており、この場合、根元端部は回転軸から半径方向の距離を置いている。案内板の、根元端部に最も近い区分は、回転軸から同じ半径方向の距離を置いている。幾何学的に調整された区分の根元端部の区分と、案内板の、根元端部に最も近い区分とは、実質的に同一平面上にある。

本発明のさらに別の実施形態によれば、上記の水平軸風力タービンを用いて電力を発生するための方法が提供される。
「水平軸風力タービン(HAWT)」という用語により、実質的に水平方向に整合させられた回転軸を提供する風力タービンが示される。この回転軸にロータ羽根が取り付けられ、ロータ羽根は延在方向に沿って根元端部にまで延びている。発電装置は、回転軸に取り付けられ、この場合、この発電装置は、回転軸の回転エネルギを電力に変換する。
風力タービンのロータ(rotor)は、タービンの可動部分であり、ステータ(stator)は、流体の流れのための案内エレメントとして働く、タービンの不動部分である。ステータは、たとえばディフューザまたはダクトであり、このディフューザまたはダクトの内側には、たとえばロータが取り付けられる。ステータは、案内板を提供する。この案内板に沿って、流体(風)は、たとえば層流の状態で流れる。ステータと、該ステータのエレメントとは、特にロータエレメントとは対照的に不動である。
「ロータ羽根」という用語により、ロータの風上側(流体(風)が来る側)にある圧力面と、ロータの風下側(流体が正圧側からロータを通過した後に流れる側)にある負圧面(圧力面におけるよりも流体の圧力が低い)とを有する流れプロフィールを備える羽根が示される。羽根断面形状は、エアフォイルのウィング断面形状のように形成される。ロータ羽根に対して流れる流体(風)は、機械的なエネルギをロータ羽根に伝える。機械的なエネルギは揚力を発生させる。風力タービンのロータ羽根は、リペラ(repeller)として働き、すなわち、羽根エレメントは流体の風力を機械的な動きに変換する。
ロータ羽根は、固定区分を有している。固定区分は羽根の補強された部分であり、この固定区分を用いて、ロータ羽根がロータの回転軸に固定される。
「幾何学的に調整された区分」とは、その製造プロセス中に調整可能であるか、またはこの幾何学的に調整された区分に作用する風の(流体の)力によって調整可能である区分である。幾何学的に調整された区分は、ロータ羽根の長手方向軸線に沿って延びている、すなわち、この幾何学的に調整された区分は、ロータ羽根の固定区分から根元端部への方向として規定される1つの延在方向に沿って延びている。根元端部の区分は、前記延在方向に対して平行な1つの平面を規定する幾何学的に調整された区分の一部分である。案内板は、回転軸に対して実質的に平行である別の1つの延在方向を規定している。案内板の、根元端部に最も近い区分は、案内板の延在方向に対して平行な1つの平面を規定する。根元端部の区分は、ステータの案内板の平面に合わせて調整されているので、根元端部の区分の平面は、流れまたは束縛渦の幾何学的に連続した移行部を形成するために、案内板の区分の平面に対して実質的に平行であり同一平面上にある。
したがって、幾何学的に調整された区分は、湾曲させられて、たとえば、その延在方向に沿って湾曲された形を提供する。すなわち、幾何学的に調整された区分は、以下のように湾曲される、すなわち、羽根が、幾何学的に調整された区分の第1の端部において、たとえば垂直方向に延びていて、幾何学的に調整された区分の根元端部の区分において、案内板の平面、たとえば水平方向の平面に対して(その延在方向に沿って)整合されている。
露出ロータ型タービンでは、流体は、ロータの上流側の位置(風上側)から、ロータの下流側の位置(風下側)に流れ方向に沿って流れる。ロータ−ステータ配列タービンでは、流体の流れはロータを通ってステータにより収縮され、ステータを出た後に膨張する。風(流体)から得ることのできるエネルギは、流線が収縮されていない状態で開始する上流側の面積(ロータの風上側)に比例する。従来の露出ロータ型タービンでは、流体の流れの上流側の面積は、ロータにおける流れの膨張に基づき、ロータの面積よりも小さい。ロータ−ステータタービンでは、ロータの上流側を流れる流体の上流側の面積は、ディフューザ(ステータ)により生ぜしめられた流れの収縮に基づき、ロータにおけるロータの面積よりも大きい。ステータがロータの上流側の位置と下流側の位置との間で差圧を維持し、かつステータが、ステータの延在方向に沿った差圧を維持するので、流れの収縮が生ぜしめられる。このことは、流れを加速させかつ収縮させる吸引力を生ぜしめる。より下流の位置のステータの端部における流れの最終的な膨張は避けることができないが、より下流側へと遅延させられる。
ディフューザにより拡散される従来の風力タービンでは、ディフューザ(ステータ)もしくはシュラウドは、該ディフューザまたはシュラウドがロータの風上側からロータの風下側に流体を案内するようにロータ全体を覆っていた。したがって、ステータもしくはディフューザは、流入する流体を、既にロータの風上側にある流体の上流側で、ロータの風下側へ案内する。これにより、ロータ羽根がステータ内に組み付けられている領域内で、ロータからの影響なく、最も高い速度と最も高い圧力が提供される。言い換えると、ロータを通る流速の加速は、まずディフューザの内側に流入する流体に関連する。さらに、従来のディフューザは既に、ロータの風上側(上流側)の手前で流体の案内を開始するので、このようなディフューザの機能はロータの存在から独立しており、ひいてはロータを通る流速の加速は、たとえばタービンのカットアウト風速を上回る風力において、たとえば高い構造負荷に基づき加速することが不都合な場合にも、常に行われる。
本発明では、ロータ羽根は、幾何学的な連続部、特にステータの板への幾何学的に連続した移行部を提供するために形成されている。すなわち、ロータ羽根の、幾何学的に調整された区分は、幾何学的に連続した移行部が提供されるように、すなわち流体の流れがロータ羽根から案内板までの延在方向に沿って一定に流れるように形成されている。すなわち、案内板がロータの風下側に設置されている場合、ステータはタービンの機能の一体的な部分となり、従来のディフューザのように、ロータから独立した流体の案内を生ぜしめる別個の装置にはならない。言い換えると、ステータとロータとによる流量の増大は、第1には、完全に制御可能なロータの回転速度に依存する。したがって、構造負荷制御は、ロータ羽根の回転を制御することによって流量の増大を制御した時に提供される。
本発明の別の実施例によれば、幾何学的に調整された区分は、水平軸風力タービンのステータの案内板への幾何学的に連続した移行部を形成するために、幾何学的に調整可能なので、ロータ羽根の回転により生ぜしめられる束縛渦は、案内板に沿って移動可能である。
「幾何学的に連続した移行部」という用語は、ロータ羽根の根元端部から案内板への流体の流れ、特に束縛渦の連続した移行を規定する。言い換えると、流体はロータ羽根の根元端部からさらに案内板に流れ、流体の流れにおける乱流は、幾何学的に調整された区分が幾何学的に連続した移行部を形成している場合に阻止される。すなわち、乱れた流れが生ぜしめられて、流体の一部が上流、つまりロータ羽根の風上側に流れるように、流体がロータ羽根から案内板に流れると、非連続的な移行が生ぜしめられ、このことは効率の損失を生ぜしめる。
幾何学的に連続した移行部は、根元端部の区分の平面と、案内板の平面との間の角度を90°以外にすることにより得られる。連続角は、幾何学的に調整された区分の根元端部における平面と、案内板の根元端部に最も近い区分における案内板の平面との間の角度により規定される。言い換えると、根元端部の区分の平面が案内板に対して平行かつ同一平面上にある場合、連続角は、特に0°(度)である。さらに、幾何学的な連続は、根元端部と、根元端部に最も近い案内板の縁部との回転軸からの距離が等しい場合に特に改善される。従来の風力タービンと比較してみると、ロータ羽根の根元端部は、ディフューザの内側の表面との90度の幾何学的な連続角を提供している。それというのは、ロータ羽根の延在方向に沿った平面が、ディフューザの延在方向に沿った平面に対して垂直であるからである。
特に、前記角度は、幾何学的に連続した移行部を形成するために、0°〜±10°または±10〜±20°(度)の範囲である。
さらに別の実施形態によれば、ロータ羽根はさらに、固定区分と幾何学的に調整された区分との間に位置した羽根区分を有しており、羽根区分の平面は、案内板の平面に対して垂直である。幾何学的に調整された区分は、ロータ羽根の羽根区分に取り付けられており、ロータ羽根の根元端部に向かって延びている。幾何学的に調整された区分は、ウィングレット(翼端板)がエアフォイルのウィングに取り付けられているように、ロータ羽根の羽根区分に取り付けられている。
さらに別の実施形態によれば、羽根区分と幾何学的に調整された区分とは、互いに異なる弾性材料から成る。したがって、ロータ羽根が風にさらされると、羽根区分か、幾何学的に調整された区分のどちらかが、規定された形で湾曲可能であるので、幾何学的に連続した移行部が提供される。
さらに別の実施形態によれば、幾何学的に調整された区分は弾性である。したがって、幾何学的に連続した移行部および/または角度が、規定された風(流体)の力に応じて調整される。すなわち、所定の特定の風力がロータ羽根に作用した場合に、幾何学的に調整された区分の所定の変形が提供される。
さらに別の実施形態によれば、ロータ羽根の幅は、固定区分から根元端部に向かって増大している。したがって、羽根の表面は、固定区分の領域で、幾何学的な移行領域の領域、つまり根元端部の領域、したがって幾何学的に調整された区分よりも小さく形成されている。
本発明のさらに別の実施形態によれば、水平軸風力タービンが記載されている。水平軸風力タービンは、上記のロータ羽根と、案内板を有するステータと、回転軸とを有している。ロータ羽根は、回転軸の回転軸線を中心として回転可能なように、回転軸に取り付けられている。ロータ羽根の幾何学的に調整された区分は、根元端部を有している。この根元端部は、回転軸から半径方向に距離を置いている。案内板は、回転軸から同じ半径方向の距離を置いている。幾何学的に調整された区分の根元端部の区分と、案内板の、該根元端部に最も近い区分とは実質的に同一平面上にある。
水平軸風力タービンの別の実施形態によれば、案内板は回転軸線に対して平行な延在方向を有している。
さらに別の実施形態によれば、案内板は、延在方向を有しており、該延在方向に沿って案内板から回転軸線までの半径方向の距離が増大している。
案内板の延在方向とは、たとえばロータ羽根の根元端部から水平方向に沿って向けられた方向であると理解される。延在方向に沿った回転軸線に対する案内板の半径方向の距離の変化により、ステータ内の流体の圧力が調整されて、たとえばステータの吸気作用が調整される。
水平軸風力タービンのさらに別の実施例によれば、案内板は、延在方向に沿ってロータ羽根に関して最も離れて位置する端部区分を有している。この端部区分は、先細りにされた形状を提供する。つまり、ステータの外側への流体の排出が制御されて、それによりロータ羽根の回転に不都合な影響を与え得る流体の乱れが生じる。案内板の先細りにされた端部区分により、流体の、制御された一定の排出が提供される。
水平軸風力タービンのさらに別の実施形態では、固定区分は、軸に沿って上流側の方向でステータの外側において回転軸に固定されている。したがって、ステータではなく、まずロータ羽根の回転が流体の流れに影響を与えることが保証されている。したがって、ロータ羽根の回転は、ディフューザの外側の上流側で固定された位置に基づいて、ディフューザに流入する流体の流れを制御する。したがって、流体の流量増大はロータの回転により制御可能であるので、ディフューザによる制御されていない流量の増大が阻止される。
さらに別の実施形態によれば、水平軸風力タービンは、さらに組付け構造体を有している。回転軸とステータとは、組付け構造体に取り付けられている。組付け構造体は、回転軸とステータとを保持しているので、回転軸とステータとは、垂直方向の回転軸線を中心として回動可能である。したがって、ステータとロータとを有する水平軸風力タービンは、効率を増加させるために特定の風向きに調整される。
本発明の各実施例が種々の要旨に即して記載されていることに留意されたい。特に、いくつかの実施例は装置発明の請求項に関するのに対し、いくつかの実施例は方法発明の請求項に関して記述されている。しかしながら当分野の技術者であれば、上記および下記の説明から、特にことわりのない限り、1つの要旨に属する特徴の組合せに加えて、異なる要旨に関する特徴の組合せ、特に装置発明に属する特徴と方法発明に属する特徴の組合せが本出願に開示されているものとして考慮されていることが判るであろう。
本発明の上記の実施形態および別の実施形態は以下の実施例から明らかにされ、実施例に関連して説明される。以下に本発明を実施例につき詳しく説明するが、実施例は本発明を制限するものではない。






特表2013-527361 風力タービンシステム

要約

モジュール式風力タービンシステムは、風力タービンを支持する導電構造レールを有するモジュールを備える。風量タービンが、レールに接続された発電機を駆動する。個々のモジュールは、隣接するモジュールと電気的且つ機械的にリンクして、同時に全体構造を補強するとともに、発電機により生成された電気を、電気を消費する必要がある1つ又は複数の場所、貯蔵庫、又はその先の送電に送る手段を有する。

図6

技術背景

従来の風力発電地帯は、大規模な水平軸タービンの設置からなり、いくつかの大きな経済的及び環境的な欠点を有する:各タービンが、それ自体の非常に高く重い鋼の塔を必要とし、広範囲の電気ケーブル敷設がタービンハブから各塔の土台に延び、そこからその先への送電のために変電所に延びる。従来の風力発電地帯が設置される場合、非常に重い塔の基礎、重いリフト機器を運ぶことが可能な新しい連絡道路、及び追加の土地排水も必要なことが多い。この追加の基盤の経済的コスト、エネルギーコスト、及び環境コストの他に、タービンそれ自体が、景色の視覚的支配性、視覚的な「フリッカー(ちらつき)」の発生、及び低周波騒音により地域社会から反対されることが多く、これらは、地表からのタービンの高さにより、設置場所からかなり離れた場所であっても不快なものとして受け止められる。タービン機器及びクレーンの環境的な問題及び物理的なアクセスは、大規模な海上風力タービン機器を展開し得る場所の範囲に厳しい制約を課す。沖合風力タービンは視覚的な問題および騒音問題を克服するが、広大な設置およびケーブル敷設/接続コストがかかるという問題がある。

異なる手法は、例えば、(特許文献3)及び(特許文献4)に記載のように、より小型のタービンを建物に単独又はアレイで取り付けるという手法であった。しかし、多くの研究により、大半の建物の近傍では風速があまりに低減するとともに、乱流があまりに増大し、そのようなアレイのエネルギー出力が大半の場合で最小である可能性が高いことが示された。
近傍の建物、高い木、又は他の障害物から離れて配置された個々のポール上のより小型の風力タービンは、建物に取り付けられる同等のタービンよりもはるかに大きな出力を生成する。最適な効率のために回転軸を風向と位置合わせする必要がある水平軸型を含むとともに、タービンの軸に垂直な平面において任意の方向から来る風から中程度の効率でエネルギーを抽出可能であるという点で全方向性と記述されることもある「垂直軸」機械も含め、様々なそのような機械が現在、市販されている。したがって、特定の風向の場合、「垂直軸」機械は、軸が垂直以外の場合であってもエネルギーを抽出する。個々の水平又は垂直軸式機械の従来の設置はなお、個々の支持ポール又は支持塔の両方の相当な追加エネルギー、設置コスト、及び経済的コストを必要とし、支持ポール又は支持塔は、任意の方向からの突風の力に耐えるのに十分に強い建造のものであり、且つ個々の各タービンの出力をハブの高さから地表まで、そこから消費ポイント又はその先の送電ポイントまで送るために、追加の電気ケーブル敷設又は機械的リンクを必要とするものでなければならない。定格10kW以下の小型風力タービンで一般に使用される低電圧系統では、発電機から大きな電力出力がある場合、比較的高い電流が必然的に生じる。したがって、設置者又は使用者が直面する選択は、発電機から使用ポイント又はその先の送電ポイントまでの断面が大きく、したがって高価な接続ケーブルに投資するか、或いは直径の小さな接続ケーブルが使用される場合、ケーブルの抵抗加熱による大きなエネルギー損失を受け入れるかのいずれかである。
 したがって、構築に最小の材料を必要とし、追加のアクセス基盤及び電気接続基盤を最小に抑えるか、又はなくし、環境への影響が最小である軽量低コストの風力発電地帯システムが必要とされている。

手段

本発明は、導電レール、梁、又は他の構造形態のシステム上に取り付けられた風力タービンの軽量の相互接続されたモジュールアレイの使用により、上記必要性を満たし、それにより、導電構造部材が、タービンの重量を支える機能と、風力負荷による力を支える機能と、必要なときはいつでもタービンにより生成される電力を運ぶ完全な電気回路を提供する機能とを組み合わせ、それにより、従来のケーブル敷設の必要を低減するか、又はなくす。
本発明の一態様は、複数のモジュールを備えた、風からエネルギーを捕捉するシステムであって、上記モジュールのそれぞれは、1つ又は複数の導電構造レールと、 上記導電構造レールにより支持された少なくとも1つの風力タービンと、 上記少なくとも1つの風力タービンにより駆動される少なくとも1つの発電機であって、上記少なくとも1つの発電機は、上記導電構造レールのうちの少なくとも1つの第1のレールに電気的に接続される少なくとも1つの第1の電気端子と、上記第1の導電構造レールから電気的に絶縁された別個の導電体に電気的に接続された少なくとも1つの第2の電気端子とを備え、 上記モジュールは、上記第1の導電構造レールのそれぞれが、少なくとも1つの隣接するモジュールの電気的に同等の導電構造レールに電気的に接続され、それにより、モジュールのリンクされたアレイは、連結された導電構造レールの少なくとも1つのラインを含むように互いに電気的にリンクされ、上記連結された導電構造レールのラインは、上記導電体と共に、風力タービン発電機からの電気エネルギーを電気エネルギーの1つ又は複数の選ばれた消費、貯蔵、又はその先の送電のための選ばれた1つ又は複数の場所に運ぶことが可能である、システムを提供する。
本発明のいくつかの実施形態では、上記別個の導電体は1つ又は複数の電気的に絶縁されたケーブルを含むが、好ましい実施形態では、上記別個の導電体は、上記導電構造レールのうちの少なくとも1つの第2のレールを含む。
本発明のいくつかの好ましい実施形態では、上記導電構造レールは、使用に際して、モジュールアレイが配置される地面又は他の表面に略水平に又は略平行に配置される。しかし、上記導電構造レールが、使用に際して、直立、又は略垂直、又はモジュールアレイが配置された地面若しくは他の表面に対して略垂直に配置されることも可能であり得る。したがって、アレイが取り付けられた地面又は他の表面に沿うのではなく、上方に延びるアレイを意図し得る。タービンは、非垂直又はさらには略水平の軸を中心として回転するように構成し得るが、風向から略独立するには、略垂直なタービン軸が一般に好ましい。
さらに、モジュールの相対的な位置及び向きは、好ましくは、アレイの機械的強度が、高い風力負荷を受ける方向において最大であるようなものである。本発明の好ましい実施形態は、高さ15m未満のポールに上げられ、したがって、タービンが100mをはるかに超える高さに達し得る従来の風力発電地帯と比較して、視覚的に目障りではないように構成される。本発明の好ましい実施形態によるモジュールのアレイは一般に、小さなチームの作業者により、好ましくはクレーンを使用せずに地表から立てることができ、小さな連絡道路があり、若しくは連絡道路がまったくない場所に、及びそのような場所内で運ぶことができる。システムのモジュール性により、個々のモジュールの場所変更及びモジュールの追加、除去、又は交換も比較的容易に行うことができる。

実施するための形態

本発明の第1の態様は、電気的にリンクされたモジュール式ユニット(「モジュール」)のアレイであって、各モジュールは、複数の導電性の細長構造要素(「レール」)を備え、レールは、金属レール、管、梁、バー、桁、又は他の既知の構造形態をとることができる、アレイと、レールのうちの1つ又は複数により支持される少なくとも1つの風力タービンとを提供する。好ましくは、レールは、モジュールのアレイが配置された地面又は他の表面に略平水平又は略平行する。レールの少なくとも1つは、各モジュール内の他のレールの少なくとも1つから電気的に絶縁されるが、各通電レールは、例えば、ジャンパーケーブル又は接続レールにより、近傍の1つ又は複数のモジュール上の電気的に同等の1つ又は複数のレールに電気的に接続される。したがって、導電性構造レールは、個々の風力タービンのアレイを物理的に支持する機能と、発電機により生成される電力を運ぶ機能とを合わせて提供し、これらはそれ自体風力タービン、消費に指定された場所、上記電力の貯蔵庫、又はその先の送電に直接又は間接的に結合される。好ましくは、導電構造レールは、アルミニウム又は高い割合のアルミニウムを含む合金から組み立てられる。アルミニウム及びその合金の多くは、高い強度重量比を有し、他の既知の材料と比較して重量及びコストの両方で導電性の非常に高い比率の両方を有するという望ましい特徴を保有し、アルミニウム及びその合金の多くを、強く、軽量であり、低コストであり、且つ高い導電性を有する必要がある本発明の構造等の構造に理想的なものにする。アルミニウム及びその合金は、箱形断面、梁、及び管等の本発明に記載される用途に適した多くの断面形態を有する押し出し長さとして容易に利用可能である。さらに、アルミニウム及びその合金は一般に、非常に良好な耐腐食性を有するため、本発明で考えられるような屋外用途で塗装又は保守を必要としない。 本発明の別の態様は、好ましくは直立した支持ポールに地表から上に少なくとも数mの高さに立てられた近傍モジュールが、好ましくは、接続されたモジュールのアレイの形状が、補強により、支え線又は重い支持ポールの必要をなくす程度まで、モジュールに略垂直の方向から来る風に逆らって構造を効率的に補強するように、互いに対して配置されることである。 さらに、各モジュールは、例えば、モジュールの補強ラインを形成し得、そしてこれらをモジュールの他のラインに接続し得るように、3つ以上の他のモジュールに接続し得る。 任意の数のタービンのアレイを含む任意の数のモジュールを含むライン及びネットワークをこのようにして生成し得、すべてのタービンは、導電レールの共通のセットに電気的にリンクされ、上記レールは、発電機により生成された電気を運び、タービン、ポイントが何であれ、電気の使用、貯蔵、又は、例えば、電気の配電網その先の送電に都合のよい1つ又は複数のポイントに結合することが考えられる。 本発明のさらなる態様は、各モジュールを、モジュールの各端部に1つずつ、一対の支持ポールに固定し得、各支持ポールはそれ自体、他端部が地面取り付けポイントにヒンジで留められることである。各モジュールは、好ましくは、手作業で、又はウィンチ若しくは他の簡易な地面で動作する手段を用いて、しかし好ましくは、クレーン又は他の重いリフト機器の必要なく、小さな作業員群により所定位置に立てられるサイズ及び重量である。 送電と構造的支持機能をこのようにして組み合わせることにより、システムは、電気ケーブル敷設の使用を最小に抑えるか、又はなくす。したがって、送電構成要素の重量、コスト、製造材料、及びエネルギー入力はすべて、最小に抑えられる。同様に、システムの隣接モジュールを、最高の風力負荷を受ける方向、すなわち、モジュールの平面に垂直な方向においてモジュールが集合的に構造を最大程度まで強化する構成で組み合わせることにより、重い支持ポール又は支え線等の外部補強に関連する追加の重量及び設置複雑性をなくし得る。
図1は、本発明の好ましい実施形態によるそのようなモジュールのアレイに組み立てられる個々のモジュールの斜視図である。この好ましい実施形態でのそのような各モジュールは、第1及び第2の導電性の相互に電気的に絶縁された構造レール1a及び1bを有し、上記レールのそれぞれは、略水平の向きか、又はアレイが配置された地面若しくは他の表面に略平行のいずれかで設置され、一対の上記レールは、好ましくは、一方のレールが他方の略上にあり、且つ有利なことに、モジュールの近傍で卓越風に略垂直に向けられるように、略垂直な平面にある。各モジュールの上記レールの間には、垂直軸風力タービン2のアレイが配置され、各タービン2は、シャフト3a及び3bのそれぞれを介してレール1a及び1bに回転可能に結合される。回転可能な結合は軸受を組み込み、上記軸受は明確にするために図面から省かれている。図1及び続く図では、示される風力タービン2の外形は必ずしも、実際に使用される実際のタービン外形を表しているわけではない。個々のタービンの詳細な設計及び実際のブレードの外形は、例えば、様々な既知の設計から選択し得る。タービンは、2ブレード型又は3ブレード型のものが知られているが、好ましくは、各タービンが、最初に駆動モータを回転又は停止させる必要なく、風流のみから回転の最適な動作速度に達する能力を有するという点で、「自己開始(self starting)」設計である。上記垂直軸タービンのブレードに適した外形は、(特許文献9)に記載されており、上記外形は、軽量のシート材料から構築するのに比較的効率的で強く、簡単であり、本発明のブレードの構築に好ましい材料は、アルミニウム又はアルミニウム合金である。軸受は、任意の既知の種類のものでよいが、適した寸法の標準のシール玉軸受組立体が好ましい。個々の各風力タービン2は、好ましくは、個々の発電機4を直接駆動し、上記発電機は、好ましくは、図1に示されるように、導電構造レールのうちの一方に取り付けられるが、複数のタービンが単一の発電機にリンクされる構成又は複数の発電機が単一のタービンにリンクされる構成を含め、タービンがギア又は他の手段を介して間接的に発電機を駆動する他の構成も、本発明の範囲内で可能である。
発電機は交流又は直流を生成し得るが、好ましい実施形態では、各発電機は、空心半径方向又は軸方向磁束永久磁石交流ユニットを備え、発電機の最終的な出力が直流(DC)になるように、全波整流回路が上記ユニットに集積される。本発明の本開示の文脈の中では、用語「発電機」は、整流回路又は整流装置に接続された電気交流機からなり、DC出力を生成するユニットを含むものと理解されたい。次に、そのようなDC発電機の2つの出力端子は、レール1a及び1bのそれぞれに電気的に接続され、各モジュールの上記DC発電機のそれぞれは、各モジュールのDC発電機のアレイ全体が平行に接続されるように、同じ電気的な意味でレール1a及び1bに電気的に接続される。本発明のいくつかの有利な実施形態では、発電機は「低電圧」型のものであり、最大出力電圧は100V未満であり、好ましくは、50V未満である。設置は、例えば、後者の場合、レールが定格動作電圧である間、人がモジュールと作業する必要があるとき、かなり安全である。しかし、例えば、モジュールの非常に長い敷設にわたって導電レールの抵抗加熱損失を最小に抑える必要があるいくつかの用途では、より高い電圧が好ましいことがある。
2つの導電レール1a及び1bを剛性フレームから互いに機械的にリンクするために、図1において5bの構造連結レールを使用し得る。好ましくは、連結レール自体も導電性であり、導電レール1a及び1bと同様の断面形状であり得るとともに、好ましくは、アルミニウム又はアルミニウム合金で作り得る。しかし、レール1a及び1bは相互に電気的に絶縁されなければならないため、連結レールがレール1aをレール1bに電気的に接続しないことが必要とされる。このために、絶縁片6が利用され、好ましい実施形態では、結合レール5bと導電レール1a又は1bのうちの少なくとも一方との間に配置される。

上記の好ましい実施形態では、発電機と導電レール1a及び1bとの電気接続は、図2に概略的に示されるように好都合に達成される。DC発電機の一方の端子は、直接又は短い接続ケーブル7aを介して、発電機が取り付けられた導電レール1aに電気的にリンクする。他方の端子は、付近の導電結合レール5bに電気的に接続された別の短い接続ケーブル7bにより導電レール1bに電気的にリンクし、結合レール5bそれ自体は導電レール1bに電気的に接続されるが、導電レール1aからは電気的に絶縁される。当然ながら、代替の構成も可能であり、例えば、接続ケーブル7bを、結合バー5bを通して、又は結合バー5bに沿って配線し得る。上で参照した接続ケーブルは、運ぶ必要があるのが単一の発電機の電流出力のみであるため、比較的小さな断面であり得、上記電流は通常数アンペアであり、その一方で、潜在的に多数の発電機が接続される導電レール1a及び1bは、ピーク出力時に数百アンペアを運ぶ必要があり得る。発電機を導電レール1aおよび1bに電気的に接続する可能な構成の別の例は、発電機から延びる外部接続ケーブルがなく、その代わり、図3に示されるように、すべての電気接続が発電機/タービン組立体内で行われるものである。この場合、発電機から導電レール1aへの電気リンクは、恐らく、レール1aへの発電機の機械的な取り付けの一環として直接行われ、導電レール1bへのリンクは、タービン2b自体を介して行われ、示される例では、タービン及び関連するシャフトは導電材料から作られる。そのような構成では、発電機とタービン2bとの間並びにタービン2bと導電レール1bとの間に適した回転可能な電気結合が必要である。これらは、適宜設計された導電性軸受を使用して、又はタービンシャフトのスリップリング等の他の手段により達成し得る。図1、図2、図3、及び続く図に示される例では、導電レール1a及び1bへのタービンの回転する機械的な取り付けを提供する手段が、それ自体では、導電レール1aと1bとの間に直接導電路を提供しないことに注意する必要がある。軸受の適した絶縁筐体、絶縁タービンシャフト、又は他の手段がこの目的を達成し得る。
図2及び図3図3に示される例では、発電機の正端子が上部レール1aに接続され、負端子が下部レール1bに接続される。逆の接続極性も許容可能であり、重要な考慮事項は、アレイ内の各発電機を、その他のすべての発電機と同じ極性で導電レール1a及び1bに接続すべきであることできある。2つのレール1a又は1bのうちの一方は、接地にも電気的に接続して、常に接地電位に維持される。例えば、導電レールの残りの一方を接地電位に維持して、落雷の場合にアレイの保護を支援することが有益であり得る。対又は群になった発電機を直列接続する等の他の電気接続構成を考えることもでき、この接続の結果として、各群の出力電圧は高くなり、各群は、導電レールを介して並列接続される。 図4は、リンクされてフェンスを形成するモジュールのアレイの部分を示す概略側面図である。アレイ内の隣接モジュールのレール間の電気リンク8a及び8bが示され、この例では、モジュールは直立支持ポール9に上げられてもいる。各導電レール1aは、導電リンクにより隣接する導電レール1aにリンクされ、導電リンクは、示されるような短い可撓性ジャンパーケーブル8a又は、好ましい実施形態では、短い構造接続レールを含む様々な形態を取り得る。導電レール1aと同様に、導電レール1bも、様々な手段により、例えば、短い可撓性ジャンパーケーブル8bにより、又は好ましい実施形態では、短い構造導電レールにより隣接する導電レール1bに電気的にリンクし得る。電気リンクと同様に、好ましくは、隣接するモジュール間にはいくつかの追加の機械的リンクがあり、これらの機械的リンクについては、続く図を参照して以下により詳細に考察する。

図5は、支持ポール9で動作高さまで立てられて、続けて一緒にリンクする準備として、ポールが取り付けられた状態の、本発明の上述した好ましい実施形態のいくつかのモジュールが有利に、地面又は他の表面10にいかにレイアウトし得るかを示す。理想的には、モジュールは、立てられたとき、モジュールの大部分の平面が、アレイ接地場所での卓越風の方向11に略垂直であるが、各モジュールがモジュールの平面におおよそ平行する方向を除き、広範囲の風向にわたって有用な量の風力エネルギーを捕捉することが予期されるように向けられる。好ましい実施形態では、各モジュールは、モジュールの各端部に1つずつ、1対の延長ポール9に固定され、上記ポールは、好ましくは、ヒンジ機構により土台12に取り付けられ、上記土台は金属板、短管、又はそれ自体が地中に取り付けられ、駆動され、又は動かないように重りを付けて沈められる他の構造である。各モジュールは、土台に配置されたヒンジポイントを中心として、組立体が方向矢印13a及び13bで示されるように直立位置になるまで、2つのポールに取り付けられたモジュールを備えた組立体を回転させることにより、地面よりも上の動作位置まで上げられる。直立すると、各モジュールは、好ましくは、機械的且つ電気的に隣接するモジュールに接続される。
こうして作られたモジュールアレイ構造の好ましい実施形態の斜視図を図6に示し、図6では、隣接するモジュールは短い構造レール14で接続され、短い構造レール14には、主に機械的に構造を接続および補強するものもあれば、機械的に構造を補強し、同時に、構造レール14に最初に取り付けられていた対応する導電レール1a又は1bのそれぞれを、隣接するモジュールの電気的に同等の導電レールに電気的に接続するものもある。図6において、中央モジュールの右端部にあるタービンは、構造レール及び導電レールをより明確に見られるように、明確にするために図から削除されていることに留意されたい。図6に示される構造は、互いにオフセットされ、接続レール14によりリンクされて、卓越風向11に略平行する平面に集合的に二次元補強フレーム又は格子構造を形成する任意の2つの隣接するモジュールの直立支持ポール9により、卓越風向11に平行する方向で高い強度を達成する。
図7、図6の斜視図に示されるものと同様のオフセットモジュールのアレイの平面図である。図6及び図7に示される例に加えて、上述したようにモジュールを必ずしもオフセットする必要なくモジュールのアレイを強化し得る他の手段もある。
図8は、モジュールのジグザク又は波形構成の平面図であり、このモジュールは、任意の3つの隣接直立支持ポールが、同一平面ではなく三脚を形成するという特徴により、モジュールのラインにおおよそ垂直な方向で高い強度を達成する。同様に、図9の平面図に示されるように、湾曲を辿るモジュールのアレイは、各モジュールが一対のポールに独立して上げられるのではなく、隣接するモジュールがポールを共有する場合であっても、図8に示される構成に関して上述した理由と同様の理由により、オフセットなしのモジュール及びポールの平坦な二次元アレイと比較して増大した強度を有する。図8及び図9の構成では、結果として、あらゆるモジュールが卓越風に対して精密に垂直になるわけではないのにも関わらず、強度増大の利点は、このわずかな効率の低減を正当化するのに十分であり得る。さらに、美観の理由により、且つ支持ポールと共におおよそ水平のより長いアレイを維持するために、丘の中腹周囲の輪郭線の湾曲に従うことが望ましいことがある。平坦構造からのモジュールアレイの巨視的形態の展開は、任意選択的に図7に示され上述した隣接アレイのオフセット技術と組み合わせて、モジュールのアレイの全体強度に対するかなりの恩恵である。
図10は、図8のモジュールのアレイと同様であるが、個々の各モジュールの導電レールが湾曲し、湾曲の方向が隣接モジュールと交互になるモジュールのアレイの平面図である。図10に示される構成は、完全に直線のレールを有するモジュールと比較して強風に耐えるという点でいくらかの恩恵を付与し得る。直線のレールは、比較的剛性が低いものである場合、主にレールに取り付けられたタービンへの風の負荷により、非常に強い風で顕著に湾曲する傾向を有し、したがって、各レールの各端部にある直立支持ポール9を一緒に引いて、おそらくはアレイ全体を歪ませる傾向を有し得る。図10の構成では、接近する風が来る方向から見た場合に凹形の導電レール1a、1bの対は、直立支持ポールを一緒にわずかに引っ込める傾向を有するが、凹形のレール対は、直立支持ポールをわずかに離れるように押す傾向を有するため、直立ポールがアレイのラインにおおよそ平行する方向にわずかに湾曲させるのに十分な可撓性又はヒンジ構成を有する限り、結果として生じる歪みは大方、任意の2つの隣接モジュール間で局所的に相殺することができ、アレイの長さに沿って伝播しない。例えば、傾斜に設置される個々の風力タービンをモジュール内で垂直に維持したい場合、例えば、レールの曲げ又は段差が垂直面にある直線ではなに導電レールの他の構成も考えられ得る。
図11は、いくつかの個々のモジュールを3つ以上の他のモジュールに接続することにより形成し得るモジュールの分岐アレイの平面図である。全体アレイさらなる強化と同様に、この構造は、好都合に電気エネルギーをいくつかのモジュールラインから単一の収集点まで伝える利点を有する。モジュールラインは、例えば、丘陵の一連の台地または離間した平坦地に配置し、これらのモジュールラインから単一の消費者、貯蔵施設、又はその先の送電のための変電所に電気を送ることが望ましい。ケーブルを各モジュールラインの端部から敷設する代わりに、追加の各モジュールラインを電気的に接続するほうがよりコスト効率的であり便利であり、プロセスのモジュールの全体アレイの生成能力も増大する。図11では、卓越風向11に対して比較的好ましくない向き又は位置にあるモジュールが、少数の個々のタービン及び発電機2、4を含むことに留意する。これは、そのような好ましくない向きでモジュール上にタービンを高密度で設置するよりも経済的な解決策であり得、そのような場合では、タービンがより高密度で設置された場合、許容不可能な程度まで他のタービンを卓越風から保護してしまう恐れがある。時折の極端な場合では、導電レールにタービンのない導電レールを含む少数の接続部分を使用することが有利であり得る。
上述した理由、又は他の理由で、例えば、建物へのアレイの部分の保護のためにモジュールを都合よく調整し得るために、モジュール内の個々のタービンの間隔を都合よく調整し得る手段を図12及び図13の斜視図に示される。図12は、導電レール1a及び1b内に穴15a、15bの比較的密に離間された穴のラインがいかに存在し得、タービン及び発電機をある範囲の離散位置に配置できるかを示す。図13は、タービン、発電機、及び軸受が摺動するブロック又はクランプ16a、16bに取り付けられ、導電レール1a及び1bに沿って任意の所望の場所に固定し得る構成を示す。
強風からモジュールアレイを補強する上述機構に加えて、個々のモジュールが、例えばアレイの組み立て中に発生し得、又は強風が時折、モジュールの平面に平行して吹くことによりある程度、モジュールの平面に平行する剪断力から補強することが望ましいことがある。そのような補強を達成し得るいくつかの方法があるが、追加の構造片を追加せずにそれを達成する都合のよい手段を図14の概略側面図として示す。この例では、結合レール5c及び5dは、主レール1a及び1bに垂直ではなく、結合レール5cが結合レール5dに平行しないように意図的に向けられる。垂直位置の両側のこれらの結合レールの比較的わずかなずれが、モジュールに作用する剪断力17a、17bがレールを大幅に変形させないことを保証するのに十分であるべきである。
本発明の上述したすべての例は、1行のタービン及び1対の導電レールが使用される実施形を示した。しかし、場所及び状況によっては、例えば、限られた地面面積の特定の場所で風力からより大きなエネルギーを抽出するために、同じ支持ポールを共有する複数行のタービンを展開することが望ましいことがある。図15は、上下になった2つのモジュールを特徴とするそのような構成の一実施形態を示す斜視図である。この特定の例は、2対のレール1a及び1bを含み、レールは、例えば、電気的に並列又は直列に接続し得るスペーサ18のセットがモジュールと支持ポールとの間に配置し得、上記スペーサは、2つのモジュールのレール1bを互いに電気的に接続しないことが望ましい場合に説明される例で電気的に絶縁し、スペーサ18は、任意選択的に、2つのモジュールの並列接続が必要な場合には導電性である。中間レールが2行のタービンで共有され、1行のタービンが別の行に真上にあるが、オフセットされる構成を含め、複数行のタービンを含む他の構成も、本発明の範囲内で可能である。
図16は、2行のタービンの使用が特に有利であり得る例を示す斜視図である。この有利な実施形態では、2行は、上部行の各タービンが下部行のタービンの回転方向19bとは逆方向19aに回転するように配置され、それにより、逆回転するタービン対を形成する。そのような各タービン対は、好ましくは、1つの永久磁石発電機4cを共有する。対内の一方のタービンは磁石アレイを直接駆動し、他方半分は導電コイルのアレイを逆の回転方向に駆動する。コイルは、好ましくは、これもまたタービンにより回転される全波整流器回路に接続され、整流器のDC出力端子は、回転する電気結合を介して導電レール1a及び1bに電気的に接続される。図16の例では、発電機の真上及び真下のレールは種類1aのものであり得、言い換えれば、同じ極性のものであり得る。次に、レールは、非常に短い連結レール20を用いて互いに機械的及び電気的に接続することができ、発電機位置合わせを支援し得る、発電機及び軸受の剛性サブフレームを形成する。この場合、一番上及び一番下のレール1bは、図16に示されるように、互いに同じ極性であり得る。
図16の実施形態は、コイルアレイに対する磁石アレイの回転速度が、磁石アレイのみが回転し、電圧生成コイル、固定子コイルが固定された同様の設計の1タービンにより、直接駆動される発電機での実効的に2倍であるという利点を有す、したがって、同じタービン回転速度の場合、上述したようにタービン対に接続された各発電機は、1タービンにより直接駆動される同等の発電機の2倍の電圧、ひいては4倍の電力出力を生成することができる。1タービンの場合と同等の回転速度は、仮に、図16に示される風力タービンが、発電機に対して大型サイズ化された場合のみ実際に達成されるが、これによりそのような発電機の駆動に必要となる追加の負荷により過度に遅くならずに必要な力入力を共有発電機に送ることができる。実際には、上述し、図16に示された構成の利点は、風力タービンブレードの所与の掃引面積により小型又はより少数の発電機を使用し、発電機の材料及び組み立てコストを節減可能なことである。
上記実施形態において説明されたモジュール及びアレイ設計に加えて、導電レール、タービン、及び発電機の多くの他の構成が、本発明の範囲内で可能である。少数のその図7ような可能な代替の構成が図17〜図21に示される。図17では、導電レールは、2つの相互に絶縁された枠を形成し、タービンが、導電レールと枠との間に配置される。この構成では、図1の構成よりも多くの導電レールが必要であるが、図17の各導電レールは、図17に示されるシステムと一致して、図1の各導電レールよりも小さな断面を有することができ、それにも関わらず、必要とされる強度及び導電性を維持する。図17に示される構成の利点は、発電機を伝導レール1a及び1bに容易に直接接続し得ることである。
図18は、導電レール1a及び1bが横に並ぶが、この場合、上又は下にレールがない構成も示す。このような場合、ブレードが下にある1つのみの回転可能なシャフトを用いてそれ自体を所定位置に維持することができるのに十分な剛性のタービンブレード設計が必要であり、強風中に回転可能シャフトに与えられる曲げモーメントのため、回転可能シャフトは導電レール1a及び1bに対して、両端部でレールにより支持されるブレードに必要とされるよりも頑強な取り付け機構を必要とする。そのような制限は、図19に示される設計により軽減し得、図19に示される設計では、ブレードは、共通シャフト上で、導電レール1a及び1bの平面の上下両方で延び、上述した曲げモーメントのバランスをとる。図20に示される代替の設計も、図19の設計とのいくつかの類似性を有するが、図20に示される事例では、レールは上下に配置され、タービンシャフトはレールの間に延び、強風中のシャフトの曲げモーメントの問題をある程度軽減する。
図21は、「垂直軸」風力タービンのいくつか及び関連する発電機が軸を水平にして構成されることを除き、図1に示される設計と同様の設計を示す斜視図である。実際、アレイ内のすべてのタービンをこの構成で配置することが可能であり、場所によっては美観の理由から好ましく、風向がモジュールの平面にまさに垂直である以外ならば、タービンブレードのいくつかの特定の設計に効率の利点を与え得る。同じモジュール又は同じアレイ内の異なるサイズ、傾向、及び向きのブレード、非平行導電レールを有するモジュール、及び他の変更を組み込んださらなる設計もすべて、特定の場所での要件及び状況により、望ましいことがある。上述した実施形態及び例と同様に、さらなる設計及び変更が可能であり、それにも関わらず、さらなる設計及び変更が本発明の範囲及び趣旨内にあることを理解される。






特表2013-519044 垂直軸盤式発電機用磁気浮上支持構造とそれを用いた垂直軸盤式発電機

要約

磁気浮上支持構造は2つ以上の磁気浮上支持部品(5、6)を備え、そのうち第1磁気浮上支持部品5は環状の第1上下永久磁石体組立部品で構成され、第1上永久磁石体組立部品を回転子の上端カバー3の下に取付け、第1下永久磁石体組立部品を固定子2の上に取付け、上下永久磁石体組立部品は磁化方向が対立して反発し合う推力を生じ、第2磁気浮上支持部品6は第2上下永久磁石体組立部品で構成され、第2上永久磁石体組立部品を回転子の下端カバー4の上に取付け、第2下永久磁石体組立部品を固定子2の下に取付け、第2上下永久磁石体組立部品は磁化方向が対立して反発し合う推力を生じることを特徴とする垂直軸盤式発電機用磁気浮上支持構造とし、垂直軸盤式発電機用磁気浮上支持構造、および、垂直軸盤式発電機用磁気浮上支持構造を利用する垂直軸盤式発電機を提供することを課題とする。

図1

技術背景

盤式発電機の回転子部の重量は、推力軸受(スラスト軸受)によって重力に抗して支えられる必要がある。発電機回転子の重量が大きい時に、推力軸受で支えるのは摩擦力と摩擦ブレーキトルクを大きくし、軸受の耐用年数を下げる場合がある。一方、盤式発電機を平坦化した結果、固定子の厚さが薄くなり、この時、円盤が大きくなる場合は、外側が重力を受けて下へ曲がり、さらに、固定子と回転子の間に比較的大きな機械空隙が形成されて、発電機の効率を降下させる。このことは、盤式発電機の大型化の支障となっている。この問題を解決するために、磁力反発で支えて機械摩擦力を取り除くようにしたものがある。例えば、中国実用新案特許ZL200820126507.1号においては、垂直軸風力タービン用磁気浮上装置が開示されている。当該特許では、発電機回転子の主軸が台座に設けられて、主軸底部には上磁体を設け、台座には、主軸底部に囲まれた空腔内に下磁体を設け、下磁体が上磁体の下部に、かつ上磁体と同一極性として向かい合って設けられる。磁気浮上装置が発電機主軸の底部に設けられるので、上磁体及び上磁体の上部に設けられる発電機主軸が同極性の磁石の反発による上方への磁力を受けて、軸受にかかる圧力を一部相殺させることができる。そして、それによって回転の抵抗モーメントを小さくし、発電効率を向上させ、風輪の起動に必要な風速を降下させるとともに、軸受の耐用年数を延長することもできる。
なお、中国実用新案特許ZL200820024546.0には、磁気浮上の羽根ピッチを自動調節できる垂直軸風力発電機が開示されている。当該垂直軸風力発電機は、磁気浮上風力発電機を含み、磁気浮上風力発電機の発電機軸と羽根の羽根軸とを一体化し、発電機軸が発電機体に通じて、それに発電機軸に発電機回転子を、発電機体に固定子を取付け、また、発電機軸と発電機体に軸方向磁気浮上装置と径方向磁気浮上装置を取付けて磁気浮上に係る位置決めを行う。軸方向磁気浮上装置は、発電機体内部の頂端にある固定盤を有し、固定盤と発電機軸が連接固定され、かつ固定盤に環状の軸方向上磁石と、これに対応して固定盤に環状の軸方向下磁石を設ける。径方向磁気浮上装置は発電機軸に設けられる径方向内磁石を少なくとも1つ設け、発電機体にそれに対応する径方向外磁石を設ける。 本発明にかかる垂直軸盤式発電機用の磁気浮上支持構造は、2つまたは2つ以上の磁気浮上支持部品を備え、そのうち第1磁気浮上支持部品は環状の第1上永久磁石体組立部品と、第1下永久磁石体組立部品で構成され、第1上永久磁石体組立部品を回転子の上端カバーの下に取付け、第1下永久磁石体組立部品を固定子の上に取付け、第1上永久磁石体組立部品と第1下永久磁石体組立部品とは磁化方向が対立して反発し合う推力を生じさせて、第2磁気浮上支持部品は環状の第2上永久磁石体組立部品と第2下永久磁石体組立部品で構成され、第2上永久磁石体組立部品を回転子の下端カバーの上に取付け、第2下永久磁石体組立部品を固定子の下に取付け、第2上永久磁石体組立部品と第2下永久磁石体組立部品とは磁化方向が対立して反発し合う推力を生じさせることを特徴とする。
また、本発明にかかる垂直軸盤式発電機用の磁気浮上支持構造の一態様では、前記上、下永久磁石体組立部品の双方は、軛鉄と永久磁石体を含んで構成され、2つ以上の永久磁石体が環状軛鉄の上部または下部に設けられて径方向において極性が入り組むように配置され、永久磁石体の極性が径方向において入り組んで配列している永久磁石体多層リングになる、ことを特徴としても良い。
また、本発明にかかる垂直軸盤式発電機用の磁気浮上支持構造の一態様では、前記上、下永久磁石体組立部品はそれぞれ固定子、回転子側に設けられ、上、下永久磁石体が上下に正対して並べられて、磁化方向が対立して反発し合う推力を生じさせる、ことを特徴としても良い。
また、本発明にかかる垂直軸盤式発電機用の磁気浮上支持構造の一態様では、前記永久磁石体多層リングの各層永久磁石体リングは、2つ以上の同一極性の永久磁石体が周方向に沿って配列されて環状軛鉄に接続されることを特徴としてもよい。






脚注及び関連項目







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