風力發電屬於現階段再生能源中技術最成熟的一種熟,而有最近發展出一種用螺旋紋路的圓柱取代扇葉外觀看似特殊的馬格納斯型風力發電機。此種發電機除了運用基本扇葉旋轉的方式外,還利用馬格納斯效應(Magnus effect)的原理來發電。而馬格納斯效應是1852年德國物理學家馬格納斯發現當球體或圓柱體在於流體的介質中運動時,若球體或圓柱體受到作用力出現自旋的狀況時,球體或圓柱體上端或下端的空氣流動方向將與球體或圓柱體的自旋風向出現同向或反向的情況。由於物體旋轉可以帶動周圍流體旋轉,使得物體一側的流體速度增加,另一側流體速度減小。
根據白努力定律(Bernoulli’s Principle),流體速度增加將導致壓強減小,流體速度減小將導致壓強增加,這樣就導致旋轉物體在橫向的壓力差,並形成橫向力。同時由於橫向力與物體運動方向相垂直,因此這個力主要改變運行速度方向,即形成物體運動中的向心力,因而導致物體運行方向的改變。馬格納斯效應可以用來解釋桌球中的弧線球、足球中的香蕉球以及棒球中王建民的伸卡球等現象。
另一種是馬格納斯型高空風力發電系統,將裝有氦氣的大型氣球與馬格納斯效應結合的高空旋轉式風力發電機。
而此方面的運用具代表性的公司,我們利用Patbase的統計分析功能對申請人做出前10名所佔的百分比及擁有的專利數,可以看出來申請人MURAKAMI NOBUHIRO(村上信弘)為此類專利案中所佔比例最高的,而村上信弘正是MECARO的CEO。
MECARO成立於1998年,原本是一家製造生產用設備的公司,事業進展順利的同時,關於環境問題,特別是風力發電方面也思考了許多,由於日本沿海環境適合風力發電,但風易受地形影響造成風向不固定的現象,所以MECARO致力研發出新一代的馬格納斯型風力發電機。
而MECARO的“MAGNUS TYPE WIND DRIVEN ELECTRIC POWER GENERATOR”專利可以算是馬格納斯型風力發電機目前代表性的專利,我們從此專利的引證資料來看可以看出來從1981年就有馬格納斯型風力發電機的專利存在。
但是為什麼從1981年至今都沒有實際運用,是因為了讓表面光滑的旋轉圓柱出現自旋現象,所耗掉的風能,比馬格納斯效應所多增加的發電量還要大,導致無法成功的有效運轉。而我們可以從Patbase的Non Latin Text功能更詳細的從原文的文件中了解,或是利用Patbase的Non Latin Text中的翻譯功能轉換成中文來了解MECARO所作的構造與之前的專利不同之處。
MECARO所做的改良是在旋轉圓柱表面安裝具有螺旋結構的突條,可以順利的以具有經濟效益的結果,來驅動具有螺旋狀突條結構設計的旋轉圓柱自旋,同時產生馬格納斯效應驅使風力發電機產生更好的發電效應。
並由於馬格納斯型風機扭力大,可以使風機葉片旋轉速度慢,有防止風速過大導致發電機轉速過快而燒毀及低噪音的優點。
Tony Chou