专利名称：风力发电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用风力进行发电的风力发电装置，更具体地说，是一种采用立式叶轮、与风向无关、而且能提高输出系数的风力发电装置。
以前的风力发电装置中，采用立式叶轮场合下的典型结构是萨伏纽斯型风车、达流吾斯式风车、以及陀螺磨机式风车或罐式风车。这些都只用一个转子构成。自然气流的能量密度较小而且分布密度也不均匀。为此，在风力发电场合下，要制作成实用的发电规模的装置，就要装备大型的获取能量的风车。在立式风车装置的场合下，由于支承大型风车机构在结构上比螺旋桨型还复杂，因而除了特殊目的外，在现实中使用的例子较少、大型装置大多是螺旋桨型。
但是，由于这种螺旋桨型装置是非常大型的，这种螺旋桨型装置，一般当风向逆转时，有不能使用或者效率显著降低等问题。其结果使设置条件非常受限制。此外，即使规模缩小后加以实施，也大部分受设置条件的限制，需要设置在有强风时常从一个方向吹来的场所。而且还有对较弱的风发电效率显著降低的问题。
为此，本发明人进行了种种研究，结果发现，通过满足下列条件，能解决上述螺旋桨型发电装置的问题。
第1．希望做成能与风向无关地使风车旋转的立式风车结构。
第2．为了提高发电效率，在支承旋转部分的结构方面必需采用尽可能减轻摩擦阻力的机构。为此，希望采用那种利用磁力相互排斥的结构。
第3．为了更有效地提高发电效率，必需使发电机有效地动作。
因此，本发明的第1个目的是提供一种能与风向无关的、能将发电效率尽可能提高的风力发电装置。
本发明的第2个目的是提供一种能与风向无关的、即使用很小的风力也能有效地使风车旋转的、能将发电效率尽可能提高的风力发电装置。
为了达到上述目的而作出的权利要求1所记载的本发明的风力发电装置，在沿铅直方向直立设置的旋转轴、和与这旋转轴同心地外嵌合的旋转筒轴上、分别沿放射方向地设置多张叶片，使叶片的受风面相互顺着一定方向；在上述旋转轴和旋转筒轴的相互面对着的部位上、在一方设置绕组、在另一方设置激磁磁铁，由此形成发电机。
根据权利要求2所记载的本发明风力发电装置，在沿铅直方向直立设置的旋转轴、和与这旋转轴同心地外嵌合的旋转筒轴上、分别沿放射方向地设置多张叶片，使叶片的受风面相互顺着一定方向；在上述旋转轴和旋转筒轴的相互面对着的部位上、在一方设置绕组、在另一方设置激磁磁铁，由此形成发电机，同时、上述旋转轴的上端和下端、以及旋转筒轴的下端都用磁铁的排斥力使它们时常浮起，并且借助沿放射方向形成的非接触结构的轴承、借助至少旋转筒轴的上端沿放射方向形成的非接触结构的轴承、将上述部分分别地加以支承。
具有上述结构的权利要求1记载的本发明风力发电装置，通过使用使受风面相互顺着一个方向的叶片，无论风从什么方向吹来，旋转轴和旋转筒轴能时常朝着相互相反方向旋转。其结果使绕组和激磁磁铁相互朝相反方向旋转地起作用。
根据权利要求2记载的本发明风力发电装置，通过使用使受风面相互顺着一个方向的叶片，无论风从什么方向吹来，旋转轴和旋转筒轴能时常朝着相互相反方向旋转。其结果使绕组和激磁磁铁相互朝相反方向旋转。由于用磁铁的排斥力使上述旋转轴的上端和下端以及旋转筒轴的下端都能时常浮起。并且在放射方向也借助非接触结构的轴承分别地加以支承。此外，至少旋转筒轴的上端在放射方向借助非接触结构的轴承加以支承。因而能用磁力的排斥作用，将旋转轴或旋转筒轴，在轴向或放射方向都以非接触方式支承在固定的机架部分上。
这样，权利要求1记载的本发明风力发电装置的基本结构采用了能获得大的起动力矩的立式风车。而且使旋转轴和旋转筒轴相互朝相反方向旋转，从而使绕组和激磁磁铁相互朝相反方向旋转。因此，与以前的螺旋桨型不同，风无论从什么方向吹来，都能使旋转轴和旋转筒轴时常很好地旋转，能大大地提高发电效率。
根据权利要求2记载的本发明风力发电装置，采用立式风车，而且使旋转轴和旋转筒轴相互朝相反方向旋转，从而使绕组和激磁磁铁相互朝相反方向旋转。因此，与以前的螺旋桨型不同，无论风从什么方向吹来，都能使旋转轴和旋转筒轴很好地旋转，能大大地提高发电效率。此外，借助利用磁力间排斥作用的轴承将旋转轴和旋转筒轴非接触地支承在机架部分。其结果是消除了这些旋转轴和旋转筒轴相对机架部分的摩擦阻力，即使用小的风也能确实使风车旋转，能尽可能提高发电效率。
在上述的发明中，最好将永久磁铁用于旋转轴和旋转筒轴的轴承上将旋转轴的上下两端和旋转筒轴的下端、根据需要，还将其上端、无论在轴向或放射方向都以非接触方式加以支承(权利要求3、4、5)。
这样，能用简单的结构廉价地制造装置。而且，旋转轴和旋转筒轴的支承机构与伴有推力轴承等的摩擦的机械轴承相比，能解决因摩擦阻力而消耗风车接受的大部分风能的无效损耗的问题。其结果是能使两轴的旋转特别滑溜，能迅速地提高发电效率。
最好，旋转轴的中间部分也在轴向、以非接触方式加以支承(权利要求6)。
这样，能进一步确实地支承起受到较大重量负荷的旋转轴，而且能使其旋转更加滑溜，并且能平滑地使发电效率进一步提高。
最好，将电磁铁用到旋转轴和旋转筒轴的各自放射方向上的非接触式结构的轴承上(权利要求7)。
这样，由于能获得优良的旋转特性，因而能完全消除轴承的摩擦，而且能大大地节省旋转能量，能进一步提高发电效率。
最好，将旋转轴和旋转筒轴的各个轴承中所采用的永久磁铁替换成超导磁体(权利要求8)。
这样，能使旋转轴和旋转筒轴的用磁力排斥作用的轴向和放射方向的非接触式支承效果进一步提高，能进一步提高发电效果。
最好，将用于沿放射方向支承旋转轴和旋转筒轴而设置在机架上的磁铁替换成超导线圈(权利要求9)。
这样，由于能强制地使旋转轴和旋转筒轴旋转地使发电机动作，因而即使在无风状态下也能发电。这种场合下，使用的电力只限于起动时所需要的，能经济地发电。
最好，采用这样的结构，即、将具有与上下各叶片对应的楔形头部、而且借助磁悬浮轴承、非接触地进行旋转的风向板支承在旋转轴的上端，这风向板的上方设有利用磁的排斥力而保持与支柱的相对间隔的姿势维持机构(权利要求10)。
用具有楔形头部的风向板，能将自然气流的风力能量集中地供到叶片的旋转方向前半部的受风面上。使构成旋转阻力的旋转方向后半部上不受负荷作用其结果能大大地改善叶片的旋转效率，能形成效率好的发电装置。而且风向板利用磁的排斥力、能保持正规的旋转姿势。其结果使风向板的旋转变得相当滑溜，能使其敏感地追随着风向，使风力能量不浪费地与叶片相碰，从而能进一步提高叶片的旋转效率。
图1是表示本发明风力发电装置的第1实施例的外观图。
图2是包含发电和蓄电系统的第1实施例的局部剖切的整体结构示意图。
图3是沿图1中的A-A线取得的剖面图。
图4是沿图1中的B-B线取得的剖面图。
图5是放大地表示旋转轴的上方轴承的剖面图。
图6是放大地表示旋转轴的下方轴承和旋转筒轴上端的轴承的剖面图。
图7是放大地表示本发明风力发电装置的第2实施例主要部分的剖面图。
图8是放大地表示本发明风力发电装置的第3实施例主要部分的局部剖切的剖面图。
图9是表示本发明风力发电装置的第5实施例的示意图。
图10是图9所说第5实施例的作用图。
图11是表示本发明风力发电装置的第6实施例的整体平面图。
图12是图11的正视图。
图13是风向板的整体斜视图。
图14是表示作用的沿图12中的A-A线取得的剖面图。
图15是表示作用的沿图12中的B-B线取得的剖面图。
图16是磁悬浮轴承的放大剖面图。
图17是下方姿势保持机构的放大外观图。
下面，更详细地说明本发明。
图1是表示本发明的风力发电装置的整体结构的外观图，图2是表示包含发电和蓄电系统的局部剖切的整体示意图。
第1实施例在上述这些图中，1是使轴线沿铅直方向配置的旋转轴。在这旋转轴的上半部呈放射状地安装着多张叶片2(在图例中设有4张)。这个旋转轴1、其下半部贯通过中空筒状的旋转筒轴3内。在这旋转筒轴3的外周面上还设置着多张叶片4(在图例中设有4张)，使它们的受风面4A与设置在上述旋转轴1上的叶片2的受风面2A朝相反方向(参见图3、图4)。通过采用这些立式风车和受风面2A、4A相反的叶片2、4，无论风朝什么方向、旋转轴1和旋转筒轴3总能时常朝相互相反方向旋转。
上述旋转轴1的下端伸到比旋转筒轴3下端更下方，在其下端部成一体地设置着发电机5的绕组6。在上述旋转筒轴3的下端成一体相连地设置着筒状构架7，在构架7的内表面上设置着由永久磁铁构成的激磁磁铁(磁体)8。而且，借助这绕组6和激磁磁铁8相互朝相反方向旋转，就能使其发电。
这样，在本发明中，在旋转轴1和旋转筒轴3上设有受风面相互相反的叶片2、4，使旋转轴1和旋转筒轴3反向旋转，其结果是能使绕组6和激磁磁铁8相互朝相反反向旋转，能迅速地提高这发电机5的发电效率。
而且，用发电机5得到的电能，如图2所示地、借助稳定器9输送到变电器10进行变压。再输送到蓄电装置11进行蓄电，然后被输送到有适当需要的目的地供使用。但在难用发电机5发电时，需要者可借助变换器12转换到通常的市电而使用电能。
又如图5～6所示，本发明的特点还在于上述旋转轴1和旋转筒轴3是用磁力的斥力、在上下方向(轴向)和放射方向、由非接触那样的轴承支承在固定的机架部分上。
旋转轴1的上端由设置在四方的支柱13支承。从这支柱13的上端向中心、成一体地设有支臂14，在它们共同的端部上成一体地设置着轴承框架15。如图5所示、在这轴承框架15上设有嵌合在旋转轴1的上端的凹孔16。而且在这凹孔16的周围的轴承框架15部分上、以围绕着旋转轴1上端的方式配置着永久磁铁17。在离旋转轴1上端稍稍偏下方的部位上、沿上下方向稍微空开一些间隔地、将永久磁铁18相对于上述永久磁铁17而固定着。轴承框架15部分的永久磁铁17和旋转轴1上端部分的永久磁铁18设置成使它们的极性相互在排斥的方向上。即、将永久磁铁17和18配置成磁力相互排斥地作用、分别配置成轴芯侧是S极、外周侧是N极。其结果是旋转轴1在上下方向、与上述轴承框架15不接触地支承在其上。
在与旋转轴1上端部分的永久磁铁18的外周部分面对着的凹孔16内表面上配置着永久磁铁19，使该磁铁的上方、即与永久磁铁18的外周部分面对着的部位为N极。也就是说，将其配置成上方侧是N极、下方侧是S极。这样，上述永久磁铁18的外周侧的N极和沿其纵向配设的永久磁铁19的上方侧的N极相互面对，磁力相互排斥。其结果使旋转轴1在放射方向也是与轴承框架15不接触地支承的。
而且，这个旋转轴1的下端也和上端相同，由永久磁铁形成的非接触的轴承结构支承。具体地说、如图6所示，在基础20上所设置的下方轴承框架21上也设有用于嵌入旋转轴1下端的凹孔22。而且在这凹孔周围的轴承框架21部分上、围着旋转轴1下端地配置着永久磁铁23。在旋转轴1的离下端稍稍偏上方的部位、相对于上述轴承框架21侧的永久磁铁23、在上下方向空开稍微一点间隔地固定着永久磁铁24。将轴承框架21部分的永久磁铁23和旋转轴1的下端部分的永久磁铁24设置成使它们的极性在相互排斥方向上。即、使两个永久磁铁23、24配置成磁力是相互起排斥作用的、各自的轴芯侧是S极、外周侧是N极。结果使旋转轴1在上下方向也是与轴承框架21不接触地被支承。
在与这个旋转轴1下端部分的永久磁铁24的外周部分面对着的凹孔22内表面上还配置着永久磁铁25，使下方、即与永久磁铁24的外周部分面对着的部分为N极。结果使永久磁铁24的外周侧的N极和沿其纵向配设的永久磁铁25下方侧的N极相互面对着，磁力相互排斥。这样，旋转轴1在放射方向上也是与轴承框架21不接触地支承着。
下面，说明旋转筒轴3的轴承机构。这个旋转筒轴3的结构也是利用磁力的排斥力、与固定机架不接触地支承的。具体地说、如图5所示、在它的上端、沿全周成一体地设有永久磁铁26。将这永久磁铁26配置成它的上方极性为N极、下方极性为S极。另一方面、在放射方向、稍微空开间隙地与上述永久磁铁26的外周面对着地配置着固定侧永久磁铁27。这个固定侧永久磁铁27配置在从上述支柱13的中间部分向中心配置的支持臂架28的端部上成一体设置的轴承框架29上，配置成极性沿上下方向，即N极在上，S极在下地配置(也可相反地配置成S极在上，N极在下)。其结果、使旋转筒轴3上端的永久磁铁26和它的固定侧的永久磁铁27的磁力相互排斥地作用，旋转筒轴3的上端在放射方向与轴承框架29不接触地支承。
而且，这个旋转筒轴3的下端也如上所述地支承着。
如图6所示，先形成一个把旋转筒轴3的下端嵌入到轴承框架21里的大直径凹孔30。使这个凹孔30与上述下方的轴承框架21的将旋转轴1下端嵌入的凹孔22上方侧相连地设置。在这凹孔30的底面31上、沿全周设置永久磁铁32。另一方面、沿着旋转筒轴3下端的全周、在上下方向与上述固定的永久磁铁32稍空开间隔地固紧永久磁铁33。将轴承框架21部分的永久磁铁32和旋转筒轴3下端部分的永久磁铁33设置成它们的极性沿相互排斥的方向。即两个永久磁铁32、33配置成磁力相互排斥地作用、使各自的轴芯侧是S极、外周侧是N极。其结果将旋转筒轴3在上下方向与轴承框架21不接触地支承。
而且、在与旋转筒轴3下端部分的永久磁铁33外周部分面对着的凹孔30内表面上配置着永久磁铁34，使下方、即与旋转筒轴3下端部分的永久磁铁33的外周部分面对着的部位是N极。也就是说、配置成下方侧是N极、上方侧是S极。其结果使旋转筒轴3下端部分的永久磁铁33的外周侧的N极和配置在它的纵向的轴承框架21侧的永久磁铁34下方侧的N极相互面对着。这样，磁力相互排斥作用，将旋转筒轴3在放射方向上也与轴承框架21不接触地支承。
第2实施例图7所示的结构表示下方轴承框架21的另一种机构。
图6所示的第1实施例的结构中，旋转轴1的下方只用永久磁铁的排斥力支承。但在第2实施例中有这样的特点，即旋转轴1的一部分重量由下方轴承框架支承，因此能更可靠地支承这个旋转轴1。
下面，说明具体的结构。
将上述旋转轴1弄尖了的下端部1A游动地嵌合在下方轴承框架21的凹孔22的断面呈倒人字形凹处35内，这轴承框架21以点状方式支承起加在旋转轴1上的部分重量。这样，因为用轴承框架21部分地支承旋转轴1，所以能较好地减轻两者间的摩擦阻力，同时能实现旋转轴1的可靠的支承。
从上面详细说明可知，本发明采用的结构是使发电机5的绕组6旋转的旋转轴1、和使激磁磁铁8旋转的旋转筒轴3一起，基本上都是利用永久磁铁的磁排斥力、无论在上下方向还是在放射方向，都是非接触地支承在轴承框架上。其结果能消除两轴的旋转摩擦阻力。这样，即使是很小的风力也能有效地使这些旋转轴1和旋转筒轴3旋转，能大大提高发电效率。
如上所述，支承上述旋转轴1和旋转筒轴3的机构最好是利用永久磁铁的磁排斥力的非接触的支承结构。但也可根据需要，也可替代上述利用磁的排斥力的结构，在旋转轴1的上下两端和旋转筒轴3的上下两端、与各自的轴承框架15、21、29之间配设图中没表示的推力轴承的结构。还可在各轴1、3的放射方向的支承上采用空气轴承。这时，当然也可以采用静压轴承、动压轴承。
图2中的36是设置在旋转轴1上的整流子，37是与这整流子36的外周缘相接触的电刷，其与稳定器相连接。
第3实施例图8所示的结构是表示主要用于大型风力发电装置的轴承结构。具体地说，适用于叶片2下端的支承和旋转轴1及旋转筒轴3下端的轴承。
在叶片2的下端成一体地设置着由平板构成的圆板38。在其中央部分沿周向配置多个永久磁铁39，使S极位于中心侧，使N极位于外侧。在这永久磁铁39的下方、在用于支承与其面对着的上述旋转筒轴3上端的轴承框架29的上表面形成凹孔40。而且在这凹孔40里沿周向配置多个永久磁铁41、使S极位于中心侧、使N极位于外侧。用这种结构、因大型化而重量增大的叶片2及其旋转轴1和发电机5的绕组6一起都由这两个永久磁铁39、41的排斥力、沿轴向非接触地支承。即、旋转轴1的上下两端及其中间部都可借助叶片2直接地由非接触的轴承支承，能大大提高支承精度和强度。
在离旋转轴1下端稍稍偏上方部位还成一体地设有大直径、厚壁的轮毂42。在这轮毂42的下面设有上述永久磁铁24。而且在旋转轴1侧的永久磁铁24的下方、与其面对着地配置的轴承框架21侧的永久磁铁23埋设在上述凹孔22的底上所设置的嵌入孔43内。与上述永久磁铁24的外周部分面对着地配置的永久磁铁25也埋设在上述凹孔22内表面上开设的嵌入孔44内。由此结构，能更进一步提高旋转轴1侧和旋转筒轴3侧所设置的各个永久磁铁的保持强度，能大大提高各轴的支承精度和强度。
在上述各个实施例中都在磁悬浮轴承里采用所谓被动型的永久磁铁。能廉价地构成，这点是有利的。但最好根据需要，采用主动型、即采用电磁铁，并采用对其磁力进行自动控制的机构。这是因为这种磁铁显示了出色的旋转特性，能节约旋转能量。
第4实施例可把上述各个实施例中、设置在上、下各个轴承框架15、21、29里的永久磁铁17、19、23、25、27、32、34都替换成超导磁铁。具体地说，是替换成超导磁体(线圈)。能进一步有效地实现由旋转轴1和旋转筒轴3的磁排斥力形成的轴向以及放射方向上的非接触支承，其结果能更好地提高发电效果。
第5实施例图9、图10所示的结构表示旋转轴1和旋转筒轴3的支承机构采用超导技术来替换上述实施例的永久磁铁的例子。采用超导技术的有利点是在没有风时能强制地使旋转轴1和旋转筒轴3旋转，能有效地发电。
基本的结构与图1～7所示的相同。不同点如下所述。以旋转轴1所采用的下方轴承为例。如图9所示，使设置在旋转轴1下端的永久磁铁45沿周向、S极和N极交替存在地配置适当个数(在图例中是配置8个)。而且、在与这些永久磁铁45面对着的轴承框架21的凹孔22的内周面上配设超导磁体46。超导磁体46的配置个数与设置在旋转轴1上的上述永久磁铁45的个数相同。
如图9、图10所示，根据这种结构，在超导磁体46里流过交流电流，由此使超导磁体46的极性依次变化。结果与设置在旋转轴1上的磁铁合拍地、即使在无风的情况下也强制地使旋转轴1旋转。这时，由于采用超导磁体46，因而只在起动时需要使用电能，同样能经济地发电。
这样，通过采用超导技术，即使在无风状态下，也能强制地使发动机旋转，发电。
在进行强制旋转的使用状态下，由于叶片2、4对发动机5的发电作用而言起旋转阻力的作用，因而最好没有这阻力。为了消除这阻力，最好将各个叶片2、4作成可动式。即、是那种在强制旋转时，能使它的受风面2A、4A尽可能替换成沿着旋转轴1和旋转筒轴3的旋转方向的结构。
若在旋转轴1和旋转筒轴3的下端轴承上采用超导磁体的强制机构是很有利的。但是也可以根据需要，用于各自的上端轴承上，对各轴1、3上下两端都施加强制旋转力。
第6实施例图11～17所示的实施例是要进一步提高叶片2、4的旋转效率，为了达到这目的，本实施例的特点在于采用了设有楔形头部47、48的风向板49这一点上。通过采用这风向板49，就能将自然风流的风能集中地供到叶片2、4的旋转方向前半部F上。
基本的结构与图1～7所示的相同。在下面这点上有不同。
如图11所示，在一端设有与上叶片2对应的楔形头部47和与下叶片4对应的楔形头部48的风向板49，适应风向地支承在旋转轴1(具体地说、在这旋转轴1的上方轴承15)上。而且由旋转轴1支承在离这风向板49的中心稍偏一侧的位置上，风力无论从什么风向吹来，都能以旋转轴1为中心地回转，楔形头部支承成47、48的前端必定朝上风方向。
这个风向板49基本上由一张平板、由基板51构成，在这基板51上、离中央稍偏一方位置设置只有下方开口的长孔50。左右幅度做成正好比面对着的支柱13的从一方外侧面到另一方外侧面的尺寸稍宽一些。在这基板51的上方、从其左右中心位置稍偏一侧的位置上成一体地设置着下方开口的轴承盖52，而且这轴承盖52嵌到上方轴承框架15上。在这轴承盖52内部和上方轴承框架15之间设有磁悬浮轴承53。整个风向板49借助这磁悬浮轴承53、与上方轴承框架15不接触而且能自由回转地支承着。因此，风无论从什么方向吹来，设有楔形头部47、48的一端必定朝上风方向。
上下两个楔形头部47、48夹着基板51、一方设置在表面、另一方设置在里面。其理由是为了使各自对应的各个叶片2、4的旋转方向前半部F的受风面2A、4A上最大限度、最有效地碰到风力。即、是为了使各个叶片2、4的旋转方向后半部B的上风侧不与自然气流的风力相碰地由这楔形头部47、48覆盖，使作用在叶片2、4上的旋转阻力尽可能减小。
更具体的结构如下所述。
如图13所示，从基板51的一端分别向另一端地设置逐渐远离基板51的屏蔽板47A、48A。如图14、15所示、屏蔽板47A、48A覆盖叶片2、4的旋转方向后半部B的上风侧。而且如图11所示，必要的条件是屏蔽板47A、48A的后端处于这样的位置，即、从其后端朝向下风侧、与基板51平行地引出的假想直线54比叶片2、4旋转轨迹的外周缘还靠外处。又如图12所示上方楔形头部47的下端缘和下方楔形头部48的上端缘分别设定成在低于上方叶片2下端缘的位置，和高于下方叶片4上端缘的位置。即、设定成正好处于与中间的支持臂构架28附近同等高度位置。
如图16所示，磁悬浮轴承53具有下述的结构。
轴承盖52上设有能嵌入轴承框架15上端的凹孔56。而且、在这凹孔56的周围的轴承盖52部分上永久磁铁57配置成围着轴承框架15的上端。在轴承框架15的上端、与上述永久磁铁57相对地、在上下方向空开一些间隔地固定着永久磁铁58。轴承盖52部分的永久磁铁57和轴承框架15的上端部分的永久磁铁58设置成它们的极性在相互排斥的方向上。即、永久磁铁57、58配置成它们的磁力相互起排斥作用、使各自的轴芯侧是S极、外周侧是N极。其结果是轴承盖52在上下方向与轴承框架15不接触地支承在轴承框架上。
在与轴承框架15的上端部分的永久磁铁58外周部分面对着的凹孔56内表面上，使与上方、即与永久磁铁58外周部分面对着的部位成N极地配置着永久磁铁59。也即、使上方侧是N极、下方侧是S极地配置着。其结果使上述永久磁铁58外周侧的N极和沿其纵向配置的永久磁铁59的上方侧N极相互面对着、磁力相互排斥作用。这样，轴承盖52在放射方向也与轴承框架15不接触地支承着。
此外，在这轴承盖52的凹孔56的下端缘、沿全周、以中心侧为S极地固定着永久磁铁60。在上方支臂14上、与永久磁铁60相对地上下方向稍稍空开间隔地固定着永久磁铁61。使永久磁铁60、61设置成它们的极性在相互排斥的方向上。即、永久磁铁60、61配置成它们的磁力相互排斥作用、使各自的轴芯侧是S极、外周侧是N极地配置。其结果使轴承盖52在上下方向、也由上方支臂14不接触地支承在其上。支臂14侧的永久磁铁61由安装件62保持，安装件62是从轴承框架15沿放射方向延伸的、固定地支承在4根支臂14上的环状构件。这个安装件62设有上方开口的凹沟63，用于将永久磁铁61嵌入地加以固定，将永久磁铁61嵌入凹沟63里，用公知的适当粘接剂等加以固定。
风向板49的下部设置着先进的下方姿势保持机构64，它是利用永久磁铁的排斥力、与支柱13不接触而能光滑地旋转的。具体的结构如下所述。
即、如图17所示，在风向板49的长孔50下端缘、使上方为S极地、相互面对着地设置着一对永久磁铁65。在与这一对永久磁铁65稍稍空开一点间隔、围绕着4根支柱、呈环状地安装着永久磁铁66。这样，由这两个永久磁铁的排斥力，使风向板49的下端与支柱13不冲突、能平滑地回转。
在风向板49的长孔50的下端缘安装着安装件67，在安装件67上安装着风向板49侧的永久磁铁65。更具体的结构是在这安装件67上形成长孔56侧开口的凹沟68，借助适当的粘接剂等嵌合到这凹沟68里而加以固定。而支柱13侧的永久磁铁66是围绕在4根支柱13周围地安装在环状安装件69上、安装件69是安装在支柱13上的。更具体的结构是在安装件69上、形成横向朝外开口的凹沟70，借助适当的粘接剂等嵌合在这凹沟70内而加以固定。
现在来设想图11上、从上风(左侧)、气流沿着箭号所示地流动的场合、气流被上方楔形头部47和下方楔形头部48分别左右分开。如图14、15所示，其中一方的分流沿风向板49流向下风侧，吹到上方叶片2和下方叶片4的各自旋转方向前半部F。另一方分流由楔形头部47、48的屏蔽板47A、48A导引、从风向板49远离地流向下风侧。而且，最终从屏蔽板47A、48A的下风侧的缘部、通过叶片2、4的旋转轨迹55的外方而向下游流去。因此，风力不与叶片2、4的旋转方向后半部B相碰，叶片2、4上不会受到不必要的阻力。这样，风力就集中地供到受风面2A、4A上，大大地改善了叶片的旋转效率，能形成效率好的发电机。
风向板49的上方借助磁悬浮轴承53支承在上方的轴承框架15上。而下方借助下方姿势保持机构64的永久磁铁65、66的磁排斥力，保持正规的旋转姿势。其结果使风向板49的旋转变得非常滑溜，能敏感地追随着风向、使风力不浪费地吹到叶片上。
图11、图13中所示的符号71是表示支承屏蔽板47A、48A的支承构架。
在上述实施例中所采用的旋转轴1、叶片2、4、旋转筒轴3、卷绕着线圈6的铁心、筒状构架7、风向板49等主要的旋转构件最好都用合成树脂材料做成。这样能减轻重量，使旋转更加平滑，而且能更轻快地进行，能进一步提高发电效率。特别是将合成树脂用于叶片2、4、旋转筒轴3、卷绕着线圈6的铁心、筒状构架7、风向板49上。
推荐使用下面所说的合成树脂材料。即、苯酚树脂、尿素树脂、FRP(纤维增强塑料)、环氧树脂、硅树脂、聚胺树脂、聚缩醛、聚碳酸酯、热可塑性聚酯、改性PPE、氟树脂等。尤其是用聚胺树脂、聚缩醛、聚碳酸酯、热可塑性聚酯、改性PPE、氟树脂等，效果会更好。其第1理由是基本性能方面、无论哪一种都比金属轻。此外，个个都有优良的耐热性，有优良电绝缘性，有高的耐冲击性，能得到优良的强度、难燃性、机械性能及耐气候等性能。
上述各个实施例所说的结构只不过是作为一个例子示意地说明而已。因此，各部的大小或形态都可以根据家庭用或业务用等不同场合进行适当的设定。而且各实施例相互间的结构特点的组合也可以在不超出本发明目的范围的情况下适当地设定。
权利要求
1．风力发电装置，其特征在于在沿铅直方向直立设置的旋转轴、和与这旋转轴同心地外嵌合的旋转筒轴上、分别沿放射方向设置多张叶片，使叶片的受风面相互顺着一定方向；在上述旋转轴和旋转筒轴的相互面对着的部位上、在一方设置绕组、在另一方设置激磁磁铁，由此形成发电机。
2．风力发电装置，其特征在于在沿铅直方向直立设置的旋转轴、和与这旋转轴同心地外嵌合的旋转筒轴上、分别沿放射方向设置多张叶片，使叶片的受风面相互顺着一定方向；在上述旋转轴和旋转筒轴的相互面对着的部位上、在一方设置绕组、在另一方设置激磁磁铁，由此形成发电机，同时、上述旋转轴的上端和下端、以及旋转筒轴的下端都用磁铁的排斥力使它们时常浮起，并且借助沿放射方向形成的非接触结构的轴承、借助至少旋转筒轴的上端沿放射方向形成非接触结构的轴承、将上述部分分别地加以支承。
3．如权利要求2所述的风力发电装置，其特征在于支承旋转轴的上端和下端的轴承的结构是利用固定在旋转轴的上下两端的永久磁铁、和与这永久磁铁面对着的、配置在机架上的永久磁铁的相互排斥力，使这个旋转轴浮起、非接触地保持着；而且利用设置在这旋转轴上的上述永久磁铁和围绕其周围地配置在机架上的永久磁铁的排斥力，将这旋转轴在放射方向也是非接触地保持着。
4．如权利要求2所述的风力发电装置，其特征在于旋转筒轴的下端轴承的结构是利用分别配置在这旋转筒轴的下端和与其下方面对着的机架上所配设永久磁铁相互间的排斥力，使这个旋转筒轴浮起、非接触地保持着；而且利用设置在这旋转筒轴上的上述永久磁铁和围绕其周围地配置在机架上的永久磁铁的排斥力，将这旋转筒轴在放射方向也是非接触地保持着。
5．如权利要求2或4所述的风力发电装置，其特征在于支承旋转筒轴的上端的轴承是利用设置在这旋转筒轴上的永久磁铁和围绕在其周围地配置在机架上的永久磁铁相互间的排斥力，将这旋转筒轴沿放射方向非接触地支承。
6．如权利要求2、4或5中任何一项所述的风力发电装置，其特征在于利用固定在支承旋转筒轴上端的轴承上面的永久磁铁、和设置在上述轴承的稍稍上方的旋转轴部分上所固定的平板下表面上、与上述轴承上面的永久磁铁面对着的部位所设置的永久磁铁的相互排斥力，使旋转轴的中间部浮起而非接触地保持。
7．如权利要求2所述的风力发电装置，其特征在于旋转轴和旋转筒轴的各自沿放射方向非接触结构的轴承中都采用电磁铁。
8．如权利要求2～4中任意一项所述的风力发电装置，其特征在于用于使旋转轴和旋转筒轴分别在轴向浮起而设置在机架上的磁铁、以及用于将各轴在放射方向以非接触方式支承而设置在机架上的磁铁都采用超导磁体。
9．如权利要求2～6中任意一项所述的风力发电装置，其特征在于用于使旋转轴和旋转筒轴在放射方向以非接触方式支承而设置在机架上的磁铁都采用超导磁体。
10．如权利要求1～3或7～9中任意一项所述的风力发电装置，其特征在于在旋转轴的上端支承着设有与上下叶片分别对应的楔形头部、而且借助磁悬浮轴承非接触地旋转的风向板；在这风向板的下方、设有利用磁排斥力、与支柱保持相对间隔的姿势保持机构。
全文摘要
本发明提供一种能与风向无关、能尽可能提高发电效率的风力发电机。它是在沿铅直方向直立设置的旋转轴、和与之旋转轴同心地外嵌合的旋转筒轴上、分别沿放射方向地设置多张叶片,使叶片的受风面相互顺着一定方向;在上述旋转轴和旋转筒轴的相互面对着的部位上、在一方设置绕组、在另一方设置激磁磁铁,由此形成发动机。
文档编号F03D3/00GK1294261SQ0012024
公开日2001年5月9日 申请日期2000年7月14日 优先权日1999年11月1日
发明者三宅正治 申请人:三宅正治, 三宅一也