專利名稱：馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過由各旋轉(zhuǎn)圓柱的旋轉(zhuǎn)與風(fēng)力的相互作用生成的馬格納斯升力，使上述水平旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，來驅(qū)動發(fā)電機(jī)構(gòu)部的馬格納斯型(Magnus type)風(fēng)力發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
作為效率型風(fēng)力發(fā)電裝置，利用薩伏紐斯風(fēng)車的裝置已得到實際應(yīng)用，但由于薩伏紐斯風(fēng)車的葉片不能超過風(fēng)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，發(fā)電能力小，所以不適用大電力發(fā)電。另一方面，作為發(fā)電能力較高且實用的風(fēng)力發(fā)電裝置，具有利用螺旋槳型風(fēng)車的裝置，但存在風(fēng)車效率在低風(fēng)速區(qū)不能得到提高的問題。
除了這些方法以外，一種馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置也已眾所周知(例參考專利文獻(xiàn)1，2)，其相對于水平旋轉(zhuǎn)軸，將所需數(shù)量的旋轉(zhuǎn)圓柱配置成放射狀，以使之產(chǎn)生馬格納斯升力，使水平旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，來進(jìn)行發(fā)電。
專利文獻(xiàn)1美國專利第4366386號說明書。
專利文獻(xiàn)2俄羅斯聯(lián)邦專利第2189494C2號說明書。
發(fā)明欲解決的問題專利文獻(xiàn)1所示的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置，由于是通過使旋轉(zhuǎn)圓柱旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生馬格納斯升力，使水平旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，來進(jìn)行發(fā)電，所以若要提高發(fā)電量就必須提高旋轉(zhuǎn)圓柱的轉(zhuǎn)速來增大馬格納斯升力。但為使旋轉(zhuǎn)圓柱高速旋轉(zhuǎn)，就會消耗較多的能量，導(dǎo)致發(fā)電效率降低。
專利文獻(xiàn)2中記載的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置，由于利用了隨風(fēng)轉(zhuǎn)動的薩伏紐斯轉(zhuǎn)子使旋轉(zhuǎn)圓柱旋轉(zhuǎn)，故可省略旋轉(zhuǎn)圓柱的傳動機(jī)構(gòu)，且沒有必要設(shè)置使旋轉(zhuǎn)圓柱旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動馬達(dá)等。但由于薩伏紐斯轉(zhuǎn)子不會超過風(fēng)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，不能提高旋轉(zhuǎn)圓柱的旋轉(zhuǎn)速度，所以不能產(chǎn)生大的馬格納斯升力，不適用于高效率發(fā)電。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一舉解決了這些問題，提供從低風(fēng)速區(qū)到高風(fēng)速區(qū)均能夠高效率發(fā)電的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置。
為解決上述課題，本發(fā)明的第一方面所述的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置具有向發(fā)電機(jī)構(gòu)部傳遞旋轉(zhuǎn)力矩的水平旋轉(zhuǎn)軸；從該水平旋轉(zhuǎn)軸呈放射狀地配置的所需數(shù)量的旋轉(zhuǎn)圓柱，以及使該各旋轉(zhuǎn)圓柱圍繞這些旋轉(zhuǎn)圓柱的軸轉(zhuǎn)動的驅(qū)動馬達(dá)，通過由上述各旋轉(zhuǎn)圓柱的旋轉(zhuǎn)和風(fēng)力的相互作用產(chǎn)生的馬格納斯升力，使上述水平旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，來驅(qū)動發(fā)電機(jī)構(gòu)部，其特征在于在上述旋轉(zhuǎn)圓柱的外表面的預(yù)定位置上，設(shè)置有產(chǎn)生氣流來增大馬格納斯升力的空氣流動單元。
除了自然風(fēng)和隨旋轉(zhuǎn)圓柱的旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)圓柱的表面的空氣流動外，通過在旋轉(zhuǎn)圓柱的外周表面上產(chǎn)生氣流，而使由各旋轉(zhuǎn)圓柱的旋轉(zhuǎn)和風(fēng)力的相互作用而產(chǎn)生馬格納斯升力增大，本發(fā)明正是基于發(fā)明者發(fā)現(xiàn)的這一新的原理，使驅(qū)動發(fā)電機(jī)構(gòu)部的水平旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)力矩增大，成功地使風(fēng)力發(fā)電裝置的發(fā)電效率從低速區(qū)到較高風(fēng)速區(qū)都大大得到提高。
本發(fā)明第二方面所述的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置，在第一方面記載的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置的基礎(chǔ)上，其特征在于，上述空氣流動單元，在上述旋轉(zhuǎn)圓柱的外周表面上產(chǎn)生至少和該旋轉(zhuǎn)圓柱的軸平行的空氣的分流。
根據(jù)該特征，相對于由自然風(fēng)和隨旋轉(zhuǎn)圓柱旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)圓柱的表面的空氣流動而產(chǎn)生馬格納斯升力，又有和旋轉(zhuǎn)圓柱軸平行的空氣分流，由此形成三維氣流，如試驗確認(rèn)的那樣，使馬格納斯升力即加在旋轉(zhuǎn)圓柱上的力增大，在這里由空氣流動單元所賦予的氣流不必全部都和旋轉(zhuǎn)圓柱平行，至少有和旋轉(zhuǎn)圓柱平行的矢量成分就會有充分的效果。
本發(fā)明第三方面所述的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置在第一或第二方面所述的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置基礎(chǔ)上，其特征在于，上述空氣流動單元在上述旋轉(zhuǎn)圓柱的外周表面上產(chǎn)生和該旋轉(zhuǎn)圓柱的軸平行且朝向遠(yuǎn)離上述水平旋轉(zhuǎn)軸的方向的空氣分流。
根據(jù)該特征，通過空氣流動單元，在旋轉(zhuǎn)圓柱的外周表面上產(chǎn)生遠(yuǎn)離水平旋轉(zhuǎn)軸的氣流，因此使在旋轉(zhuǎn)圓柱上產(chǎn)生的馬格納斯升力增大。
本發(fā)明第四方面所述的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置是在第一或第二方面所述的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置的基礎(chǔ)上，其特征在于，上述空氣流動單元在上述旋轉(zhuǎn)圓柱的外周表面產(chǎn)生和該旋轉(zhuǎn)圓柱的軸平行且指向上述水平旋轉(zhuǎn)軸方向的空氣分流。
根據(jù)該特征，通過空氣流動單元，在旋轉(zhuǎn)圓柱的外周表面上產(chǎn)生指向水平旋轉(zhuǎn)軸的氣流，因此使在旋轉(zhuǎn)圓柱上產(chǎn)生的馬格納斯升力增大。
本發(fā)明第五方面所述的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置，是在第一至第四方面所述的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置的基礎(chǔ)上，其特征在于，上述空氣流動單元在上述旋轉(zhuǎn)圓柱的外周表面上設(shè)置有翅片(fin)部件。
根據(jù)該特征，在旋轉(zhuǎn)圓柱旋轉(zhuǎn)時，使旋轉(zhuǎn)圓柱周圍的空氣在翅片部件上流動，可以增大在旋轉(zhuǎn)圓柱上產(chǎn)生的馬格納斯升力。
本發(fā)明第六方面所述的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置是在第五方面所述的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置的基礎(chǔ)上，其特征在于，作為上述空氣流動單元的翅片部件是，在上述旋轉(zhuǎn)圓柱的外周表面上設(shè)置的螺旋狀的突條。
根據(jù)該特征，在旋轉(zhuǎn)圓柱旋轉(zhuǎn)時，通過螺旋狀突條使空氣均一，穩(wěn)定地在旋轉(zhuǎn)圓柱的寬廣表面上流動，可以增大馬格納斯升力，并且也可降低風(fēng)聲(風(fēng)切り音)。
本發(fā)明第七方面所述的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置，在第一至第七方面的任何一項所述的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置的基礎(chǔ)上，其特征是，在上述旋轉(zhuǎn)圓柱的頂端設(shè)置有比該旋轉(zhuǎn)圓柱直徑大的端蓋。
根據(jù)該特征，實驗證明在產(chǎn)生上述氣流時，安裝端蓋可提高馬格納斯效果。另外根據(jù)實驗可以看出，在設(shè)有端蓋的情況下，使氣流流向水平旋轉(zhuǎn)軸的此方式，比與此相反地使氣流呈放射狀流動的方式更能增大馬格納斯效果。
本發(fā)明第八方面所述的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置，是在第六或第七方面所述的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置的基礎(chǔ)上，其特征在于，上述突條由多條螺旋狀突條組成。
根據(jù)該特征，通過設(shè)置多條螺旋狀突條，即使不加大螺旋狀突條的直徑也可使更多的空氣平滑在旋轉(zhuǎn)圓柱的表面上流動，從而提高馬格納斯效果。
本發(fā)明第九方面所述的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置，是在第一至第八方面所述的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置的基礎(chǔ)上，其特征在于，在上述旋轉(zhuǎn)圓柱的外周表面上，形成多個凹凸部(デンプル)。
根據(jù)該特征，在旋轉(zhuǎn)圓柱繞軸旋轉(zhuǎn)時，大量的凹凸部可擾亂該圓柱表面的氣流(邊界層)，可抑制剝離，增加循環(huán)，追加地增大旋轉(zhuǎn)圓柱上所產(chǎn)生的馬格納斯升力。此處凹凸部只要是能擾亂表面氣流的凹凸，無論什么形狀均可。
本發(fā)明第十方面所述的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置，是在第六方面所述的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置的基礎(chǔ)上，其特征是在上述突條的頂端外表面上，設(shè)置有凹凸部或突起。
根據(jù)該特征，凹凸部或突起可擾亂突條的頂端外表面的表面氣流(邊界層)，可抑制剝離，增加循環(huán)，追加地增大馬格納斯升力。
本發(fā)明第十一方面所述的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置，在第一至第十方面的任何一項所述的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置的基礎(chǔ)上，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)圓柱被支撐為，相對于上述水平旋轉(zhuǎn)軸在直徑方向上自由伸縮。
根據(jù)該特征，通過使旋轉(zhuǎn)圓柱能自由伸縮，可對應(yīng)自然風(fēng)的風(fēng)向或風(fēng)速使旋轉(zhuǎn)圓柱伸縮來進(jìn)行發(fā)電，通常的情況下，使旋轉(zhuǎn)圓柱伸長，使受風(fēng)面積最大，從而可增大旋轉(zhuǎn)圓柱的升力，且在強(qiáng)風(fēng)時，通過使旋轉(zhuǎn)圓柱縮短，可使受風(fēng)面積變小，從而能防止支柱的倒塌或旋轉(zhuǎn)圓柱的破損。
本發(fā)明第十二方面所述的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置，是在第一至第十一方面的任何一項所述的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置基礎(chǔ)上，其特征在于，利用比上述旋轉(zhuǎn)圓柱的所需數(shù)量要少的上述驅(qū)動馬達(dá)，可同時驅(qū)動該各旋轉(zhuǎn)圓柱旋轉(zhuǎn)。
根據(jù)該特征，可節(jié)省用于對驅(qū)動馬達(dá)進(jìn)行驅(qū)動的電力，可提高風(fēng)力發(fā)電裝置的發(fā)電效率。


圖1是表示本發(fā)明實施例1中馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置的主視圖。
圖2是馬格納斯升力的說明圖。
圖3是圖1中的旋轉(zhuǎn)圓柱的A-A剖面圖。
圖4是表示設(shè)置了突條的旋轉(zhuǎn)圓柱的主視圖。
圖5是表示實施例2中設(shè)置了復(fù)合體的旋轉(zhuǎn)圓柱的主視圖。
圖6是表示實施例3中在復(fù)合體的突條上設(shè)置了凹凸部的旋轉(zhuǎn)圓柱的主視圖。
圖7是表示實施例4中設(shè)置了凹條的旋轉(zhuǎn)圓柱的主視圖。
圖8是表示實施例5中設(shè)置了2條突條的旋轉(zhuǎn)圓柱的主視圖。
圖9是表示設(shè)置了2條突條的立體圖。
圖10是表示實施例6中旋轉(zhuǎn)圓柱的主視圖。
圖11是表示實施例7中端蓋的立體圖。
圖12是表示實施例8中馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置的主視圖。
圖13是表示實施例9中馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置旋轉(zhuǎn)體的縱剖側(cè)視圖。
圖14是表示圖13中旋轉(zhuǎn)體的B-B縱剖后視圖。
A 馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置1 支柱2 發(fā)電機(jī)構(gòu)部3 水平旋轉(zhuǎn)軸4 旋轉(zhuǎn)體5、5b、5c 旋轉(zhuǎn)圓柱5d、5e旋轉(zhuǎn)圓柱5f、5g旋轉(zhuǎn)圓柱6、6b、6c 突條(空氣流動單元，翅片部件)
6e、6f突條(空氣流動單元，翅片部件)6g翅片(空氣流動單元)7b、7c凹凸部8b、8c覆蓋材料9b、9c復(fù)合體10c 頂面(頂端外表面)15驅(qū)動馬達(dá)16、16d 端蓋16e、16f 端蓋16g 端蓋17d 凹條(空氣流動單元)19內(nèi)筒20外筒21支柱23水平旋轉(zhuǎn)軸24旋轉(zhuǎn)體25旋轉(zhuǎn)圓柱26突條(空氣流通單元，翅片)35驅(qū)動馬達(dá)39內(nèi)筒40外筒41旋轉(zhuǎn)體42水平旋轉(zhuǎn)軸43旋轉(zhuǎn)圓柱44驅(qū)動馬達(dá)45、46錐齒輪具體實施方式
以下是本發(fā)明實施例的說明。
實施例1根據(jù)附圖對本發(fā)明的實施例涉及的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置進(jìn)行說明，首先圖1所示是表示本發(fā)明實施例1中的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置的主視圖，圖2是馬格納斯升力的說明圖，圖3所示為圖1中旋轉(zhuǎn)圓柱的A-A剖面圖，圖4是設(shè)置了突條的旋轉(zhuǎn)圓柱的主視圖。
如果對一般的馬格納斯升力產(chǎn)生原理進(jìn)行說明，則如圖2所示碰到旋轉(zhuǎn)圓柱C端面的氣流，朝向圖2那樣的旋轉(zhuǎn)圓柱C的旋轉(zhuǎn)方向的氣流的指向，隨旋轉(zhuǎn)圓柱C的旋轉(zhuǎn)流向上方，此時流過旋轉(zhuǎn)圓柱C上方側(cè)的空氣的流速比流過旋轉(zhuǎn)圓柱C下方側(cè)的空氣流速大，所以通過旋轉(zhuǎn)圓柱C上方側(cè)的負(fù)壓和下方側(cè)的正壓使空氣壓產(chǎn)生壓力差的馬格納斯效果，在旋轉(zhuǎn)圓柱C上，在與氣流垂直的方向上產(chǎn)生馬格納斯升力Y0。
圖1的符號A是適用于本發(fā)明的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置，該馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置A在直立設(shè)置于地面的支柱的上部，設(shè)置了以鉛垂馬達(dá)(未圖示)為中心沿水平方向能自由旋轉(zhuǎn)地被樞轉(zhuǎn)支撐的發(fā)電機(jī)構(gòu)部2，該發(fā)電機(jī)構(gòu)部2具有在垂直方向被樞轉(zhuǎn)支撐成自由旋轉(zhuǎn)的水平旋轉(zhuǎn)軸3，該水平旋轉(zhuǎn)軸3的一端和設(shè)置在發(fā)電機(jī)構(gòu)部2的內(nèi)部的發(fā)電機(jī)(未圖示)聯(lián)接，同時，水平旋轉(zhuǎn)軸3的另一端固定在旋轉(zhuǎn)體4上。
如圖1所示，在旋轉(zhuǎn)體4的內(nèi)部設(shè)置了6個驅(qū)動馬達(dá)15，并且，在旋轉(zhuǎn)體4的外周呈放射狀地設(shè)置了6根旋轉(zhuǎn)圓柱5，各旋轉(zhuǎn)圓柱5的基部被連接在設(shè)置于旋轉(zhuǎn)體4的內(nèi)部的驅(qū)動馬達(dá)15上。各旋轉(zhuǎn)圓柱5被樞轉(zhuǎn)支撐為通過各驅(qū)動馬達(dá)15的驅(qū)動而可以旋轉(zhuǎn)。另外，在旋轉(zhuǎn)圓柱5的頂端面上設(shè)安裝了具有比旋轉(zhuǎn)圓柱5直徑大的圓盤狀端蓋16。
旋轉(zhuǎn)圓柱5的軸外周面上，一體地纏繞設(shè)有作為本實施例的空氣流動單元的翅片部件即螺旋狀的突條6。該突條6可用合成樹脂等材料或耐氣候性輕型合金材料制成。對該突條6進(jìn)行說明，如圖4所示，具有所需要寬度、所需要高度的一條突條6被固定成，從旋轉(zhuǎn)圓柱5的頂端面看時形成右螺紋狀的右螺旋狀。
如圖1所示在使用馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置A發(fā)電時，首先由風(fēng)向儀(圖示略)檢查出風(fēng)向，控制電路(圖示略)驅(qū)動鉛垂馬達(dá)(圖示略)，配合風(fēng)向使發(fā)電機(jī)構(gòu)部2旋轉(zhuǎn)，以使風(fēng)碰到旋轉(zhuǎn)體4的正面?zhèn)?，然后通過使旋轉(zhuǎn)體4內(nèi)部的各驅(qū)動馬達(dá)15驅(qū)動，而使各旋轉(zhuǎn)圓柱5旋轉(zhuǎn)。
以下對旋轉(zhuǎn)圓柱5的旋轉(zhuǎn)方向和突條6纏繞方式進(jìn)行詳細(xì)描述，如圖1及圖3所示，從旋轉(zhuǎn)圓柱5的頂端部方向看時，在旋轉(zhuǎn)圓柱5的螺旋狀突條6的纏繞方式呈右螺紋狀的右螺旋狀的情況下，旋轉(zhuǎn)圓柱5的旋轉(zhuǎn)方向為左旋。由于突條6的螺旋纏繞方向和旋轉(zhuǎn)圓柱5的旋轉(zhuǎn)方向相反，所以可以使流過旋轉(zhuǎn)圓柱5外周表面的空氣流向水平旋轉(zhuǎn)軸3一側(cè)，另外，在突條6的螺旋纏繞方向和旋轉(zhuǎn)圓柱5的旋轉(zhuǎn)方向相同時，可以使流過圓柱5外周表面的空氣向遠(yuǎn)離水平旋轉(zhuǎn)軸3的方向(放射方向)流動。
如圖4所示，在旋轉(zhuǎn)圓柱5上設(shè)置螺旋狀突條6，由此，在旋轉(zhuǎn)圓柱5旋轉(zhuǎn)時，通過螺旋狀突條6產(chǎn)生氣流F。此時在旋轉(zhuǎn)圓柱5的外周表面，除了自然風(fēng)和隨旋轉(zhuǎn)圓柱5旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)圓柱5表面的空氣流動，另外可以產(chǎn)生和旋轉(zhuǎn)圓柱5的軸平行的空氣的分流V。
如圖3和4所示，旋轉(zhuǎn)圓柱5外周的空氣流，即在旋轉(zhuǎn)圓柱5外周表面上產(chǎn)生的氣流V，和自然風(fēng)及隨旋轉(zhuǎn)圓柱5旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)圓柱5的表面的空氣的流動形成三維的氣流。
如后述的實驗中被確認(rèn)那樣，由各旋轉(zhuǎn)圓柱5的旋轉(zhuǎn)和風(fēng)力的相互作用而產(chǎn)生的馬格納斯升力Y被增大(參照圖3)，這里所說的由空氣流動單元所產(chǎn)生的氣流F，不必全部和旋轉(zhuǎn)圓柱5平行，只要至少具有和旋轉(zhuǎn)圓柱5平行的矢量分流V就會有充分的效果。雖是考察，但作為提高馬格納斯升力Y的原因，可以考慮提高加在旋轉(zhuǎn)圓柱5上的負(fù)壓和正壓的壓力差的現(xiàn)象，或者擴(kuò)大升力產(chǎn)生面積現(xiàn)象等。
利用端蓋16可提高馬格納斯效果的觀點在實驗中得到了證明。即通過在旋轉(zhuǎn)圓柱5頂端面設(shè)置端蓋16，可以發(fā)現(xiàn)該端蓋16給氣流F帶來正面的影響，提高了馬格納斯升力Y，還有如后所述，根據(jù)實驗可以了解到，在設(shè)置端蓋16時，使空氣向水平旋轉(zhuǎn)軸方向流動的此方式比與此相反地使空氣向放射方向流動的方式更能增大馬格納斯效果。
如圖1所示，通過各旋轉(zhuǎn)圓柱5產(chǎn)生的馬格納斯升力Y，使旋轉(zhuǎn)圓柱5和旋轉(zhuǎn)體4以水平旋轉(zhuǎn)軸3為中心旋轉(zhuǎn)，可以驅(qū)動連接在水平旋轉(zhuǎn)軸3一端的發(fā)電機(jī)(圖示略)進(jìn)行發(fā)電，并且通過在水平旋轉(zhuǎn)軸3上設(shè)置螺旋狀突條6，使驅(qū)動發(fā)電機(jī)(圖示略)的水平旋轉(zhuǎn)軸3的力矩值(旋轉(zhuǎn)力矩)增大，可以提高馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置A的發(fā)電效率。由發(fā)電機(jī)開始發(fā)電時，可以將該發(fā)電的電力的一部分供給用于使旋轉(zhuǎn)圓柱5旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動馬達(dá)15，用作輔助電力。
在風(fēng)洞試驗室中對本實施例中所用的旋轉(zhuǎn)圓柱5進(jìn)行驗證試驗。有關(guān)本實施例中馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置A的旋轉(zhuǎn)圓柱5和其他發(fā)明中旋轉(zhuǎn)圓柱與理想流體的周速比θ和升力系數(shù)Cy之間的關(guān)系用表1進(jìn)行說明，表1是表示周速比θ和升力系數(shù)Cy的關(guān)系的曲線圖，如果將旋轉(zhuǎn)圓柱的直徑(m)設(shè)為d，將旋轉(zhuǎn)圓柱每秒的轉(zhuǎn)數(shù)(r/s)設(shè)為n，將風(fēng)速(m/s)設(shè)為u，則旋轉(zhuǎn)圓柱的周速比θ用θ＝πdn/u來表示，升力系數(shù)Cy是升力Y除以單位體積的風(fēng)的動能(1/2)ρu2和旋轉(zhuǎn)圓柱的投影面積dl(l為旋轉(zhuǎn)圓柱的長度)的積的值。如果是理想流體則用Cy＝2πθ來表示。周速比θ是使試驗結(jié)果盡量不隨直徑d、轉(zhuǎn)速n、風(fēng)速u的不同而變化的值。升力系數(shù)Cy也是用于使實驗結(jié)果盡量不隨風(fēng)速u、旋轉(zhuǎn)圓柱的尺寸d、l、以及流體密度ρ而變化的值。
表1 如表1所示，曲線(I)表示本發(fā)明馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置A的旋轉(zhuǎn)圓柱5的周速比θ和升力系數(shù)Cy的關(guān)系，曲線(RO)表示ITAM(俄羅斯)馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置的旋轉(zhuǎn)圓柱的周速比θ和升力系數(shù)Cy的關(guān)系，曲線(HA)表示在螺旋槳型風(fēng)力發(fā)電裝置上采用較多的NACA4415的葉片(沖角(attack angle)12度的螺旋槳葉片)的周速比θ(對應(yīng)旋轉(zhuǎn)圓柱的周速比θ的換算值)和升力系數(shù)Cy的關(guān)系。
在將本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)圓柱5的曲線(I)與ITAM旋轉(zhuǎn)圓柱的曲線(RO)及NACA4415的葉片的曲線(HA)相比較時，本發(fā)明旋轉(zhuǎn)圓柱5的曲線(I)更接近理想流體(不必考慮摩擦和剝離的、理想地流動的無損失的流體)的曲線。
特別地，如果將本發(fā)明旋轉(zhuǎn)圓柱5的曲線(I)和ITAM旋轉(zhuǎn)圓柱的曲線(RO)相比較，則在周速比較低的狀態(tài)(θ≈1.5以下)下，本發(fā)明旋轉(zhuǎn)圓柱5的曲線(I)的升力系數(shù)Cy，比ITAM旋轉(zhuǎn)圓柱的曲線(RO)的升力系數(shù)Cy高。
這表明旋轉(zhuǎn)圓柱的轉(zhuǎn)速n在比較低的狀態(tài)下，本發(fā)明的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置A的旋轉(zhuǎn)圓柱5，更能有效的生成馬格納斯升力Y。即使旋轉(zhuǎn)圓柱5的轉(zhuǎn)速是低轉(zhuǎn)速n，本發(fā)明的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置A也能夠以較高的馬格納斯升力Y使水平旋轉(zhuǎn)軸3旋轉(zhuǎn)，所以可節(jié)省驅(qū)動馬達(dá)15用于驅(qū)動旋轉(zhuǎn)圓柱5旋轉(zhuǎn)所消耗的電力，能夠高效率發(fā)電。
本實施例中馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置A的端蓋16，和發(fā)電機(jī)構(gòu)部2的水平旋轉(zhuǎn)軸3的力矩值N(旋轉(zhuǎn)力矩)，以及周速比θ的關(guān)系用表2和3進(jìn)行說明，以下，在本實施例中將使流過該旋轉(zhuǎn)圓柱5的外周表面的空氣朝向水平旋轉(zhuǎn)軸3流動的旋轉(zhuǎn)圓柱5的旋轉(zhuǎn)方向稱為正轉(zhuǎn)，將使流過旋轉(zhuǎn)圓柱5的外周表面的空氣向遠(yuǎn)離水平旋轉(zhuǎn)軸3方向流動的旋轉(zhuǎn)圓柱5的旋轉(zhuǎn)方向稱為反轉(zhuǎn)。
表2表示使直徑為φ70的旋轉(zhuǎn)圓柱5正轉(zhuǎn)時的周速比θ和力矩值N的關(guān)系的曲線圖，曲線a表示沒有設(shè)置螺旋狀突條6和端蓋16等的旋轉(zhuǎn)圓柱5的周速比θ和力矩值N的關(guān)系，曲線(b)表示設(shè)置了螺旋狀突條6的旋轉(zhuǎn)圓柱5的周速比θ和力矩值N的關(guān)系，曲線(c)表示在設(shè)置了螺旋狀突條6的旋轉(zhuǎn)圓柱5上安裝有直徑為φ140的端蓋16時的周速比θ和力矩值N的關(guān)系，曲線(d)表示在設(shè)置了螺旋狀突條6的旋轉(zhuǎn)圓柱5上安裝有直徑為φ200的端蓋16時的周速比θ和力矩值N的關(guān)系。
沒有設(shè)置螺旋狀突條6的旋轉(zhuǎn)圓柱5的曲線(a)和設(shè)置了螺旋狀突條6的旋轉(zhuǎn)圓柱5的正轉(zhuǎn)曲線(b)相比較，由于通過突條6可增大在旋轉(zhuǎn)圓柱5上產(chǎn)生的馬格納斯升力Y，所以設(shè)置了螺旋狀突條6的旋轉(zhuǎn)圓柱5的曲線(b)的力矩值N，比沒設(shè)置突條6的旋轉(zhuǎn)圓柱5的曲線(a)的力矩值N要高。
在設(shè)置了突條6的旋轉(zhuǎn)圓柱5的正轉(zhuǎn)曲線(b)和曲線(c)中，沒有設(shè)置端蓋16的旋轉(zhuǎn)圓柱5的曲線(b)和在旋轉(zhuǎn)圓柱5上安裝有直徑為φ140的端蓋16時的曲線(c)相比較，可以看出，通過在旋轉(zhuǎn)圓柱5上的端蓋16附近所產(chǎn)生的馬格納斯效果而使力矩值N提高，通過設(shè)置端蓋16，而在旋轉(zhuǎn)圓柱5的頂端面附近產(chǎn)生較大的馬格納斯升力Y，即設(shè)置了端蓋16的旋轉(zhuǎn)圓柱5的曲線(c)的力矩值N，比沒有設(shè)置端蓋16的旋轉(zhuǎn)圓柱5的曲線(b)的力矩值N要大。
在正轉(zhuǎn)時，在旋轉(zhuǎn)圓柱5上安裝有直徑為φ140的端蓋16的曲線(c)和在旋轉(zhuǎn)圓柱5上安裝有直徑為φ200的端蓋16的曲線(d)相比較，安裝有大直徑的端蓋16的旋轉(zhuǎn)圓柱5的曲線(d)的力矩值N比安裝有小直徑的端蓋16的旋轉(zhuǎn)圓柱5的曲線(c)的力矩值N大，如該表2所示，可以看出通過在設(shè)置了突條6的旋轉(zhuǎn)圓柱5上安裝端蓋16，而產(chǎn)生更大的馬格納斯升力Y。
表3是表示旋轉(zhuǎn)圓柱5反轉(zhuǎn)時周速比θ和力矩值N的關(guān)系的曲線圖，曲線(a)表示沒有設(shè)置螺旋狀突條6和端蓋16的旋轉(zhuǎn)圓柱5的周速比θ和力矩值N的關(guān)系，曲線(e)表示設(shè)置了螺旋狀突條6的旋轉(zhuǎn)圓柱5的周速比θ和力矩值N的關(guān)系，曲線(f)表示在設(shè)置了螺旋狀突條6的旋轉(zhuǎn)圓柱5上安裝有直徑為φ140的端蓋16時的周速比θ和力矩值N的關(guān)系，曲線(g)表示在設(shè)置了螺旋狀突條6的旋轉(zhuǎn)圓柱5上安裝有直徑為φ200的端蓋16時的周速比θ和力矩值N的關(guān)系。
沒有設(shè)置螺旋狀突條6的旋轉(zhuǎn)圓柱5的曲線(a)和設(shè)置了螺旋狀突條6的旋轉(zhuǎn)圓柱5的反轉(zhuǎn)曲線(e)相比較，由于通過突條6可增大在旋轉(zhuǎn)圓柱5上產(chǎn)生的馬格納斯升力Y，故設(shè)置了突條6的旋轉(zhuǎn)圓柱5的曲線(e)的力矩值N，比沒有設(shè)置突條6的旋轉(zhuǎn)圓柱5的曲線(a)的力矩值N要大。
在設(shè)置了螺旋狀的突條6的旋轉(zhuǎn)圓柱5的反轉(zhuǎn)曲線(e)和曲線(f)中，沒有設(shè)置端蓋16的旋轉(zhuǎn)圓柱5的曲線(e)和在旋轉(zhuǎn)圓柱5上安裝有直徑為φ140的端蓋16時的曲線(f)相比較，可以看出，通過在旋轉(zhuǎn)圓柱5上的端蓋16附近產(chǎn)生的馬格納斯升力Y而提高力矩值N，通過設(shè)置端蓋16，而在旋轉(zhuǎn)圓柱5的頂端面附近產(chǎn)生較大的馬格納斯升力Y，即設(shè)置了端蓋16的旋轉(zhuǎn)圓柱5的曲線(f)的力矩值N，比沒有設(shè)置端蓋16的旋轉(zhuǎn)圓柱5的曲線(e)的力矩值N要大。
在反轉(zhuǎn)時，在旋轉(zhuǎn)圓柱5上安裝有直徑為φ140的端蓋16的曲線(f)和在旋轉(zhuǎn)圓柱5上安裝有直徑為φ200的端蓋16的曲線(g)相比較，安裝有大直徑的端蓋16的旋轉(zhuǎn)圓柱5的曲線(g)的力矩值N，比安裝有小直徑的端蓋16的旋轉(zhuǎn)圓柱5的曲線(f)的力矩值N大，如表3所示，可以看出，通過在設(shè)置了突條6的旋轉(zhuǎn)圓柱5上安裝端蓋16，可產(chǎn)生更大的馬格納斯升力Y。
如表2及表3所示，可以看出設(shè)置了突條6等空氣流動單元的旋轉(zhuǎn)圓柱5的曲線(b～g)與沒有設(shè)置空氣流動單元的旋轉(zhuǎn)圓柱5的曲線(a)相比力矩值N增大，從該試驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)新的原理，即，除了自然風(fēng)和隨旋轉(zhuǎn)圓柱5的旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)圓柱5的表面的空氣流動，通過在旋轉(zhuǎn)圓柱5的外周表面產(chǎn)生的空氣流動，使由各旋轉(zhuǎn)圓柱5的旋轉(zhuǎn)和風(fēng)力的相互作用所產(chǎn)生的馬格納斯升力Y增大。在本實施例的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置A中，使驅(qū)動發(fā)電機(jī)構(gòu)部2的水平旋轉(zhuǎn)軸3的力矩值N增大，從而從低風(fēng)速區(qū)到較高風(fēng)速區(qū)都能成功地使馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置A的發(fā)電效率大大提高。另外，實驗證明在賦予空氣流時，安裝端蓋16能夠提高馬格納斯效果。
將表2和表3進(jìn)行比較時，將旋轉(zhuǎn)圓柱5的正轉(zhuǎn)曲線(b～d)和旋轉(zhuǎn)圓柱的反轉(zhuǎn)曲線(e～g)相比較，使旋轉(zhuǎn)圓柱5正轉(zhuǎn)，以使流過旋轉(zhuǎn)圓柱5的外周表面的空氣向水平旋轉(zhuǎn)軸3流動時，能增大力矩值N，根據(jù)此實驗結(jié)果可知，在設(shè)置有端蓋16的情況下，使空氣流向水平旋轉(zhuǎn)軸3的方式比與此相反地使空氣向遠(yuǎn)離水平旋轉(zhuǎn)軸3的方向流動的方式更能增大馬格納斯效果。
本實施例中馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置A的突條6和發(fā)電機(jī)構(gòu)部2上的水平旋轉(zhuǎn)軸3的力矩值N(旋轉(zhuǎn)力矩)與風(fēng)速u的關(guān)系用表4來說明，表4是表示使旋轉(zhuǎn)圓柱5以轉(zhuǎn)速1080[min-1]旋轉(zhuǎn)時，風(fēng)速u和轉(zhuǎn)矩N的關(guān)系的曲線圖。曲線(h)為沒有設(shè)置螺旋狀突條6的旋轉(zhuǎn)圓柱5的風(fēng)速u和力矩值N的關(guān)系，曲線(i)為設(shè)置了螺旋狀突條6的旋轉(zhuǎn)圓柱5的風(fēng)速u和力矩值N的關(guān)系。
即，可以看出，沒有沿著旋轉(zhuǎn)圓柱5設(shè)置作為增加空氣流動的單元的突條6的旋轉(zhuǎn)圓柱5的曲線(h)和設(shè)置了突條6的旋轉(zhuǎn)圓柱5的曲線(i)相比較，沒有設(shè)置突條6的旋轉(zhuǎn)圓柱5的曲線(h)的力矩值N和風(fēng)速u無關(guān)，基本保持一定。設(shè)置突條6的旋轉(zhuǎn)圓柱5的曲線(i)的力矩值N隨風(fēng)速u的增大而增大，風(fēng)力能高效率地轉(zhuǎn)換為馬格納斯升力Y。
這顯示了自然風(fēng)的風(fēng)速從平時的低速到高速強(qiáng)風(fēng)時，本發(fā)明的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置A的旋轉(zhuǎn)圓柱5，均能效率更高地產(chǎn)生馬格納斯升力Y，因此，可提高水平旋轉(zhuǎn)軸3的旋轉(zhuǎn)效率，能制成能量損耗少的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置A，同時從低速區(qū)到高速區(qū)的自然風(fēng)均能發(fā)電。
另外如表4所示，在沒有設(shè)置突條6的旋轉(zhuǎn)圓柱5的曲線(h)中，風(fēng)速u達(dá)到20m時，產(chǎn)生逆馬格納斯效果，使力矩值N變?yōu)樨?fù)值，但曲線(i)所示設(shè)置了突條6的旋轉(zhuǎn)圓柱5較難受逆格納斯效果的影響，力矩值N被增大。
其次，在室外進(jìn)行本實施例中的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置A的驗證實驗，用其實驗結(jié)果，并利用表5對本實施例中馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置A和螺旋槳型風(fēng)力發(fā)電裝置的風(fēng)速和所發(fā)電的發(fā)電功率W進(jìn)行說明。表5是表示風(fēng)車直徑為2m的本實施例中馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置A和螺旋槳型風(fēng)力發(fā)電裝置的風(fēng)速和發(fā)電功率W的關(guān)系的曲線圖，曲線(j)是表示現(xiàn)有的螺旋槳型風(fēng)力發(fā)電裝置的風(fēng)速和發(fā)電功率W的關(guān)系的曲線，曲線(k)是表示本實施例的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置A的風(fēng)速和發(fā)電輸出功率W曲的關(guān)系的曲線，線(l)是表示年平均風(fēng)速為6m時的風(fēng)速的瑞利(rayleigh)分布的曲線(觀測地秋田縣)。
在年均風(fēng)速的瑞利分布的曲線(l)中的風(fēng)速相對頻率(％)最高的風(fēng)速5m附近，現(xiàn)有型的螺旋槳型風(fēng)力發(fā)電裝置的曲線(j)的發(fā)電輸出功率W和本實施例的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置A的曲線(k)的發(fā)電輸出功率W相比較，馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置A的曲線(k)的發(fā)電輸出功率W比螺旋槳型風(fēng)力發(fā)電裝置的曲線(j)的發(fā)電輸出功率W高。
這顯示了在一年中發(fā)生最多的風(fēng)速是低速區(qū)(5m以下)的自然風(fēng)這方面，本實施例中的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置A比螺旋槳型的風(fēng)力發(fā)電裝置，能更高效地發(fā)電。若用本實施例中的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置A，則比以前的螺旋槳型的風(fēng)力發(fā)電裝置可確保更多的年發(fā)電量。
實施例2以下，關(guān)于實施例2中的旋轉(zhuǎn)圓柱5b的空氣流動單元，參照圖5進(jìn)行說明。與前述結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)，省略重復(fù)說明。
圖5是表示實施例2的設(shè)置有復(fù)合體9b的旋轉(zhuǎn)圓柱5b的主視圖，在由合成樹脂或耐氣候性輕型合金等制成的覆蓋材料8b的表面，凹凸地設(shè)置大量的凹凸部7b，并通過與該覆蓋材料8b的表面以所需的引導(dǎo)方式纏繞成一體的本實例的作為空氣流動單元的翅片機(jī)構(gòu)、即與螺旋狀突條6b組合而成的復(fù)合體9b，一體地覆蓋在旋轉(zhuǎn)圓柱5b的軸外周面上。
如圖5所示，通過在旋轉(zhuǎn)圓柱5b的表面設(shè)置凹凸部7b，可增大旋轉(zhuǎn)圓柱5b的表面積，并且利用大量凹凸部7b可擾亂表面氣流(邊界層)，并通過螺旋狀的突條6b可以使空氣流平滑地在旋轉(zhuǎn)圓柱5b的表面上流動，在旋轉(zhuǎn)圓柱5b的外表面產(chǎn)生的氣流F的分流V，可抑制剝離，增加循環(huán)，增大在旋轉(zhuǎn)圓柱5b上產(chǎn)生的馬格納斯升力Y。
另外，也可在沒有用覆蓋材料8b的旋轉(zhuǎn)圓柱5b的表面上直接凹凸地設(shè)置大量的凹凸部7b，并在凹凸地設(shè)置有凹凸部7b的旋轉(zhuǎn)圓柱5b的表面上纏繞突條6b。另外在此所說的凹凸部5b，只要是可以擾亂表面氣流的凹凸?fàn)?，無論什么形狀均可。
實施例3關(guān)于實施例3中旋轉(zhuǎn)圓柱5c的空氣流動單元，參照圖6進(jìn)行說明，與前述結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)，省略重復(fù)說明。
圖6是表示在實施例3中，在復(fù)合體9c的突條6c上設(shè)置凹凸部7c的旋轉(zhuǎn)圓柱5c的主視圖。復(fù)合體9c一體地覆蓋在旋轉(zhuǎn)圓柱5c的軸外周面上，該復(fù)合體9c通過凹凸地設(shè)置了大量凹凸部7c的覆蓋材料8c、在此覆蓋材料8c的表面設(shè)置的在本實施例中作為空氣流動單元的翅片部件即螺旋狀的突條6c以及在本實例中在作為螺旋狀突條6c的頂端外表面的頂面10c上凹凸地設(shè)置的大量凹凸部7c組合而形成。
如圖6所示，除了凹凸地設(shè)置在覆蓋材料8c上的大量凹凸部7c以外，在螺旋狀突條6c的頂面10c上也形成多個凹凸部7c，由此，由于通過大量的凹凸部7c可擾亂表面氣流(邊界層)，所以可增大在旋轉(zhuǎn)圓柱5c上生成的馬格納斯升力Y。另外通過突條6c可使空氣平滑地在旋轉(zhuǎn)圓柱5c的表面上流動，能使在旋轉(zhuǎn)圓柱5c的外周表面上所產(chǎn)生的氣流F產(chǎn)生空氣的分流V。
另外，在作為該復(fù)合體9c的突條6c上作為頂端外表面的頂面10c中，除了凹凸部7c之外，也可設(shè)置半球狀的突起，凹凸部7c或突起可擾亂突條6c的頂端外表面的表面氣流，同時可抑制剝離，增加循環(huán)，并追加地增大在旋轉(zhuǎn)圓柱5c上產(chǎn)生的馬格納斯升力Y。
實施例4有關(guān)實施例4中旋轉(zhuǎn)圓柱5d的空氣流動單元，參照圖7進(jìn)行說明。另外，對和前述結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)，省略重復(fù)說明。
圖7是表示實施例4中設(shè)置凹條17d時的旋轉(zhuǎn)圓柱5d的主視圖，在旋轉(zhuǎn)圓柱5d的軸外周面上凹設(shè)有作為本實施例中的空氣流動單元的螺旋狀凹條17d。從旋轉(zhuǎn)圓柱5d的頂端面看時，該凹條17d形成為呈右螺旋狀，同時在旋轉(zhuǎn)圓柱5d的頂端面上安裝有端蓋16d。
另外，在使旋轉(zhuǎn)圓柱5d旋轉(zhuǎn)的情況下，從旋轉(zhuǎn)圓柱5d的頂端方向看時，旋轉(zhuǎn)圓柱5d的凹條17d呈右螺旋狀時，則該圓柱5d的旋轉(zhuǎn)方向為向左旋轉(zhuǎn)，即凹條17d的螺旋纏繞方向與旋轉(zhuǎn)圓柱5d的旋轉(zhuǎn)方向相反。
因此，由于流過旋轉(zhuǎn)圓柱5d外周表面的空氣可以向水平旋轉(zhuǎn)軸側(cè)流動，所以可以在該圓柱5d的外周表面產(chǎn)生氣流F，并產(chǎn)生與旋轉(zhuǎn)圓柱5d的軸平行的分流V，使在旋轉(zhuǎn)圓柱5d上生成的馬格納斯升力Y增大，且通過在旋轉(zhuǎn)圓柱5d的頂端面上設(shè)置的端蓋16d，能影響端蓋16d附近的氣流，從而在旋轉(zhuǎn)圓柱5d的端蓋16d附近產(chǎn)生較大的馬格納斯升力Y。
實施例5對于實施例5的旋轉(zhuǎn)圓柱5e的空氣流動單元，參照圖8和9進(jìn)行說明。另外對與前述結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)，省略重復(fù)說明。
圖8是表示實施例5中的設(shè)置了2條突條6e的旋轉(zhuǎn)圓柱5e的主視圖。圖9是表示設(shè)置了2條突條6e的旋轉(zhuǎn)圓柱5e的立體圖。作為本實施例中的空氣流動單元的翅片部件即2條螺旋狀突條6e被安裝在旋轉(zhuǎn)圓柱5e的軸外周面上。從旋轉(zhuǎn)圓柱5e的外端面看時，該構(gòu)成雙重螺旋的突條6e被固定成，從旋轉(zhuǎn)圓柱5e的頂端面看時，形成右螺紋狀的右螺旋狀，同時，在旋轉(zhuǎn)圓柱5e的頂端面上安裝有端蓋16e。
另外，在旋轉(zhuǎn)圓柱5e上螺旋狀設(shè)置的突條6e不限于2條，也可以由3條、4條或4條以上的多條螺旋形構(gòu)成。通過設(shè)置多條突條6e，即使不增大螺旋形的直徑，也可使更多的空氣通過突條6e平滑地在旋轉(zhuǎn)圓柱5e的表面上流動。因此，可以在旋轉(zhuǎn)圓柱5e的外周表面上產(chǎn)生氣流F，并產(chǎn)生與旋轉(zhuǎn)圓柱5e的軸平行的空氣的分流V，從而提高在該圓柱5e上產(chǎn)生的馬格納斯效果，增大馬格納斯升力Y。
實施例6以下對于實施例6的旋轉(zhuǎn)圓柱5f的空氣流動單元，參照圖10進(jìn)行說明。與前述結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)，省略重復(fù)說明。
圖10是表示本實施例6中的旋轉(zhuǎn)圓柱5f的主視圖，在旋轉(zhuǎn)圓柱5f的頂端部安裝有端蓋16f，在旋轉(zhuǎn)圓柱5f的頂端附近的軸外周面上，安裝有作為本實施例中的空氣流動單元的翅片部件，即2條突條6f，通過在旋轉(zhuǎn)圓5f的頂端部設(shè)置端蓋16f，并且將突條6f設(shè)置在旋轉(zhuǎn)圓柱5f的頂端部附近，而可增大在旋轉(zhuǎn)圓柱5f的頂端部附近產(chǎn)生的馬格納斯升力Y。
實施例7以下，對實施例7的旋轉(zhuǎn)圓柱5g的空氣流動單元，參照圖11進(jìn)行說明。另外，與前述結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)，省略重復(fù)說明。
圖11是表示實施例7的端蓋16g的立體圖，在旋轉(zhuǎn)圓柱5g的頂端面上安裝有圓盤狀的端蓋16g，在該端蓋16g朝向旋轉(zhuǎn)圓柱5g的內(nèi)面上，設(shè)置了多個作為本實施例中的空氣流動單元的翅片6g，該翅片6g被安裝成向外方呈放射狀展開，并且，為使旋轉(zhuǎn)圓柱5g附近的空氣流動而形成彎曲。
如果使圖11表示的旋轉(zhuǎn)圓柱5g正轉(zhuǎn)，則由于通過設(shè)置在端蓋16g上的翅片6g，使端蓋16g附近的空氣大量流動，以被引向旋轉(zhuǎn)圓柱5g側(cè)，所以在旋轉(zhuǎn)圓柱5g的表面產(chǎn)生空氣流動，可以使在該圓柱5g上生成的馬格納斯升力Y增大。另外當(dāng)使旋轉(zhuǎn)圓柱5g反轉(zhuǎn)時，由于端蓋16g附近的空氣向外方散發(fā)地流動，所以在旋轉(zhuǎn)圓柱5g的表面產(chǎn)生空氣流動，可以增大在該圓柱5g上生成的馬格納斯升力Y。
實施例8以下，參照圖12對實施例8的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置A進(jìn)行說明。與前述結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)，省略重復(fù)說明。
圖12是表示實施例8的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置A的主視圖，馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置A的旋轉(zhuǎn)圓柱25具有相對于旋轉(zhuǎn)體24固定的內(nèi)筒39；以及自由滑動地安裝在內(nèi)筒39的外周上的外筒40。通過根據(jù)控制回路(圖示略)的控制被驅(qū)動的伸縮馬達(dá)(圖示略)，使外筒40相對于水平旋轉(zhuǎn)軸23沿直徑方向進(jìn)行滑動。
在外筒40的軸外周面上，固定了如圖4所示作為本實施例1的空氣流動單元的翅片部件即突條26。并且，在固定于旋轉(zhuǎn)體24的內(nèi)筒39的外周面上，凹凸地設(shè)置了如圖5所示的實例2中的大量的的凹凸部7b，另外，也可以將圖6到圖11所示的其他的實例3～7中的空氣流動單元設(shè)置在內(nèi)筒19或者外筒20上。
如圖12所示，由于旋轉(zhuǎn)圓柱25能自由伸縮，故可根據(jù)自然風(fēng)向或風(fēng)速來使旋轉(zhuǎn)圓柱25伸縮。當(dāng)風(fēng)速在平常的低速區(qū)時，使旋轉(zhuǎn)圓柱25的外筒40向外方滑動，通過使旋轉(zhuǎn)圓柱25伸長，可以使該圓柱25的受風(fēng)面積變?yōu)樽畲?，可以增大在旋轉(zhuǎn)圓柱25上生成的馬格納斯升力Y，因此馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置A可實現(xiàn)高效率發(fā)電。
并且，在風(fēng)速為高速的強(qiáng)風(fēng)時，通過使旋轉(zhuǎn)圓柱25的外筒40向內(nèi)方滑動，將旋轉(zhuǎn)圓柱25縮短，而可以使旋轉(zhuǎn)圓柱25的受風(fēng)面積減小，可防止支柱21的倒坍或旋轉(zhuǎn)圓柱25的破損。尤其是在強(qiáng)風(fēng)時，通過停止使旋轉(zhuǎn)圓柱25旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動馬達(dá)35的驅(qū)動，而可以使在旋轉(zhuǎn)圓柱25上產(chǎn)生的馬格納斯升力Y消失，從而使旋轉(zhuǎn)體24停止旋轉(zhuǎn)，可防止馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置A的破壞。特別在本實施例中，由于在旋轉(zhuǎn)圓柱25的頂端側(cè)存在具有突條26的外筒40，所以可得到最大限度的力矩。
實施例9以下，關(guān)于本實施例9的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置，參照圖13、14進(jìn)行說明。另外，與前述結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)，省略重復(fù)說明。
圖13是表示實施例9中的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置的旋轉(zhuǎn)體41的縱剖側(cè)視圖。圖14是表示圖13中的旋轉(zhuǎn)體41的B-B縱剖后視圖。如圖13所示，在與發(fā)電機(jī)構(gòu)部相連的水平旋轉(zhuǎn)軸42的正面?zhèn)鹊男D(zhuǎn)體41的外周，設(shè)置了6根旋轉(zhuǎn)圓柱43，在該旋轉(zhuǎn)體41的內(nèi)部配置了一個用于使旋轉(zhuǎn)圓柱43旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動馬達(dá)44。
驅(qū)動馬達(dá)44與大直徑的錐齒輪45連接，如圖14所示，該錐齒輪45配置在旋轉(zhuǎn)體41的中心，并且與6根設(shè)置了旋轉(zhuǎn)圓柱43的小直徑錐齒輪46連接。由于驅(qū)動馬達(dá)44運轉(zhuǎn)時，可以使6根旋轉(zhuǎn)圓柱43旋轉(zhuǎn)，并可用比旋轉(zhuǎn)圓柱43數(shù)量少的驅(qū)動馬達(dá)44來使旋轉(zhuǎn)圓柱43旋轉(zhuǎn)，所以可節(jié)省用于驅(qū)動馬達(dá)44運轉(zhuǎn)時的電力，可以提高馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置的發(fā)電效率。
以上，根據(jù)附圖對本發(fā)明實施例進(jìn)行說明，但是具體結(jié)構(gòu)并不局限于這些實例，只要在不脫離本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)進(jìn)行改進(jìn)和追加，均屬于本發(fā)明。
例如，在上述實施例中，作為在旋轉(zhuǎn)圓柱上施加的空氣流動單元設(shè)置了螺旋狀突條，但本發(fā)明并不局限于此，只要在旋轉(zhuǎn)圓柱的表面形成使升力產(chǎn)生的面，無論用什么方法使空氣流動均可。
還有在上述實施例中，在旋轉(zhuǎn)圓柱的頂端面設(shè)置了圓盤狀端蓋，但本發(fā)明并不局限于此，只要發(fā)揮維持正壓側(cè)和負(fù)壓側(cè)的壓力差的作用，無論什么形狀均可。
此外，上述實施例中，在旋轉(zhuǎn)體上設(shè)置了6根旋轉(zhuǎn)圓柱，但本發(fā)明并不局限于此，也可以設(shè)置2根、3根或3根以上的所需數(shù)量的旋轉(zhuǎn)圓柱。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性根據(jù)本發(fā)明馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置，可在從大型風(fēng)力發(fā)電到家庭用小型風(fēng)力發(fā)電方面加以活用，對風(fēng)力發(fā)電界有很大的貢獻(xiàn)。還有，本發(fā)明中馬格納斯型的升力產(chǎn)生的原理，若用于渦輪轉(zhuǎn)子船、渦輪轉(zhuǎn)子飛行器等上，則可提高交通工具的運輸效率。
權(quán)利要求
1.一種馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置，具有向發(fā)電機(jī)構(gòu)部傳遞旋轉(zhuǎn)力矩的水平旋轉(zhuǎn)軸；從該水平旋轉(zhuǎn)軸呈放射狀配置的所需數(shù)量的旋轉(zhuǎn)圓柱；以及驅(qū)動該各圓柱繞這些旋轉(zhuǎn)圓柱的軸旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動馬達(dá)，通過由所述各旋轉(zhuǎn)圓柱的旋轉(zhuǎn)和風(fēng)力的相互作用而產(chǎn)生的馬格納斯升力，使所述水平旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，來驅(qū)動發(fā)電機(jī)構(gòu)部，其特征在于，在所述旋轉(zhuǎn)圓柱的外周表面的預(yù)定位置上，設(shè)置有產(chǎn)生空氣流動而使馬格納斯升力增大的空氣流動單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于所述空氣流動單元在所述旋轉(zhuǎn)圓柱的外周表面上，產(chǎn)生至少與該旋轉(zhuǎn)圓柱的軸平行的空氣的分流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于所述空氣流動單元在所述旋轉(zhuǎn)圓柱的外周表面上，產(chǎn)生與該旋轉(zhuǎn)圓柱的軸平行并且朝向遠(yuǎn)離所述水平旋轉(zhuǎn)軸方向的空氣的分流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于所述空氣流動單元在所述旋轉(zhuǎn)圓柱的外周表面上，產(chǎn)生與該旋轉(zhuǎn)圓柱的軸平行并且朝向所述水平旋轉(zhuǎn)軸方向的空氣的分流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4所述的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于所述空氣流動單元在所述旋轉(zhuǎn)圓柱的外周表面上設(shè)置有翅片部件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于作為所述空氣流動單元的翅片部件，是在所述旋轉(zhuǎn)圓柱的外周表面上設(shè)置的螺旋狀突條。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任何一項所述的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于在所述旋轉(zhuǎn)圓柱的頂端，設(shè)置有比該旋轉(zhuǎn)圓柱直徑大的端蓋。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于所述突條由多條螺旋狀構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8所述的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于在所述旋轉(zhuǎn)圓柱的外周表面上，形成有多個的凹凸部。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于在所述突條的頂端外表面上，形成有凹凸部或突起。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任何一項所述的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)圓柱被支撐為，相對于水平旋轉(zhuǎn)軸可在直徑方向自由伸縮。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11的任何一項所述的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于可使用比所述旋轉(zhuǎn)圓柱所需數(shù)量少的所述驅(qū)動馬達(dá)，同時驅(qū)動該各旋轉(zhuǎn)圓柱旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種從低風(fēng)速區(qū)域到高風(fēng)速區(qū)域均可以高效發(fā)電的馬格納斯型風(fēng)力發(fā)電裝置。其具有向發(fā)電機(jī)構(gòu)部(2)傳遞旋轉(zhuǎn)力矩的水平旋轉(zhuǎn)軸(3)；從該水平旋轉(zhuǎn)軸(3)上呈放射狀配設(shè)的旋轉(zhuǎn)圓柱(5)；以及驅(qū)動各旋轉(zhuǎn)圓柱(5)繞著這些旋轉(zhuǎn)圓柱(5)的軸旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動馬達(dá)(15)。通過由各旋轉(zhuǎn)圓柱(5)的旋轉(zhuǎn)與風(fēng)力的相互作用產(chǎn)生的馬格納斯升力使水平旋轉(zhuǎn)軸(3)旋轉(zhuǎn)，以便于驅(qū)動發(fā)電機(jī)構(gòu)部(2)。在旋轉(zhuǎn)圓柱(5)的外周表面上設(shè)置空氣流動單元(6)，用于產(chǎn)生空氣流動，并使馬格納斯升力增大。
文檔編號F03D1/00GK1846056SQ20048002520
公開日2006年10月11日 申請日期2004年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月9日
發(fā)明者村上信博, 伊藤惇 申請人:美卡露秋田株式會社, 村上信博