專利名稱：磁浮磁動機翼扇風(fēng)車及發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及由永磁吸懸浮懸起機翼扇風(fēng) 車，由機翼扇風(fēng)車將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成動能，由磁動機將機翼扇風(fēng)車的動能分散 傳遞給若干發(fā)電機，由發(fā)電機將動能轉(zhuǎn)化成電能的技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前，大量使用的風(fēng)力發(fā)電機是"三葉式水平軸風(fēng)力發(fā)電機"。它由 細長的葉片和塔架以及水平軸構(gòu)成風(fēng)力機，該機將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成動能，在水 平軸的尾端與發(fā)電機相連結(jié)進行發(fā)電。這一技術(shù)的缺點是
1) 一臺風(fēng)力機與一臺發(fā)電機對應(yīng)，風(fēng)速低了不能發(fā)電，風(fēng)速高了必 須采用"扭頭"、"仰頭"、"轉(zhuǎn)動機艙迎風(fēng)角度"、"變槳距"等方式 來減少風(fēng)力對風(fēng)車葉片的作用，實質(zhì)上是浪費了風(fēng)能；
2) 發(fā)電能力低，世界領(lǐng)先水平為3MW，研發(fā)當(dāng)中的為5MW。 3MW 風(fēng)力機的風(fēng)輪直徑己達130米，塔架高近80米，安裝難度大，維檢難度 大；
3) 風(fēng)葉對地表湍流風(fēng)適應(yīng)能力差，只有高架風(fēng)力機才能有效工作；
4) 軸的轉(zhuǎn)速低，而"尖速比"過大(即風(fēng)輪葉片的尖部線速度過大)， 既產(chǎn)生了很大的噪聲，又降低了經(jīng)濟壽命；
5) 造價高0.8萬人民幣/kW。
發(fā)表以上技術(shù)的論文和專著很多如《風(fēng)能技術(shù)》[美Tony Burton等著， 武鑫等譯](2007年9月第一版)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種磁浮磁動機翼扇風(fēng)車及發(fā)電裝置。 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的以磁浮磁動機翼扇風(fēng)車為動力的發(fā)電
裝置，其包括該磁浮磁動機翼扇風(fēng)車由風(fēng)車體和機翼扇組成，該風(fēng)車體軸設(shè)于主軸 上，該風(fēng)車體是以該主軸為中心，對稱地自上部至下部設(shè)有若干個輪圓， 每一上部輪圓和對應(yīng)的下部輪圓之間垂直地設(shè)有兩環(huán)結(jié)構(gòu)柱，該兩環(huán)結(jié)構(gòu) 柱自主軸端起依序為內(nèi)結(jié)構(gòu)柱和外結(jié)構(gòu)柱，同時內(nèi)結(jié)構(gòu)柱兼作阻扇塊；外 結(jié)構(gòu)柱上各套設(shè)一機翼扇，該機翼扇的扇葉長度小于與相鄰的外結(jié)構(gòu)柱之
間的距離； 風(fēng)車體底部的輪圓對應(yīng)一與主軸同心的圓臺，在風(fēng)車體底部的輪圓朝 向圓臺的一面設(shè)置有同圓心的呈環(huán)形的上永磁懸浮機構(gòu)，圓臺對應(yīng)風(fēng)車體 底部輪圓的一面設(shè)有同圓心的呈環(huán)形的下永磁懸浮機構(gòu)；上永磁懸浮機構(gòu) 為鐵磁性材料的凹形體結(jié)構(gòu)，開口向下，在凹形體開口的兩側(cè)設(shè)有磁力塊； 下永磁懸浮機構(gòu)為非磁性材料的倒T形結(jié)構(gòu)，在倒T形體的"腿"部鑲嵌 有永磁體；下永磁懸浮機構(gòu)的倒T形體的永磁體插設(shè)在上永磁懸浮機構(gòu)凹 形體的開口內(nèi)，永磁體與兩側(cè)的磁力塊異極相對應(yīng)，設(shè)有l(wèi)-20mm的工作 間隙，兩者的斷面高度相同；上永磁懸浮機構(gòu)和下永磁懸浮機構(gòu)之間的懸 浮力將風(fēng)車體浮起；
風(fēng)車體底部的輪圓上設(shè)有直線定子靴，該直線定子靴是將塊狀永磁體 按異極相間地等間距地鑲嵌在導(dǎo)磁板上，每個塊狀永磁體之間用非鐵磁性 體隔開，塊狀永磁體朝向下方地固定于風(fēng)車體底部的輪圓上；在圓臺上，
對應(yīng)風(fēng)車體底部的直線定子靴設(shè)有若干對誘導(dǎo)輪，每對誘導(dǎo)輪由兩個誘導(dǎo) 輪組成，每兩個誘導(dǎo)輪上環(huán)設(shè)一安有導(dǎo)磁極的履帶，該履帶上的導(dǎo)磁極朝 向外方，與風(fēng)車體底部的輪圓上的直線定子靴的塊狀永磁體相對應(yīng)，誘導(dǎo) 輪的至少一個輪軸連接至少一個發(fā)電機。
所述的發(fā)電裝置，其中，所述的主軸與風(fēng)車體的輪圓接觸處固定有導(dǎo) 向環(huán)軌，對應(yīng)的輪圓處固定有導(dǎo)向輪，該導(dǎo)向輪鑲嵌在導(dǎo)向環(huán)軌內(nèi)繞導(dǎo)向 軌轉(zhuǎn)動。
所述的發(fā)電裝置，其中，所述的風(fēng)車體為碳鋼、合金鋼或鋁合金材質(zhì)。 所述的發(fā)電裝置，其中，所述的主軸為鋼筋混凝土或炭鋼材料。 所述的發(fā)電裝置，其中，所述的機翼扇為碳鋼或鋁合金制成的格架， 表面采用鐵板、鋁板或玻璃鋼做蒙皮。
所述的發(fā)電裝置，其中，永磁體與兩側(cè)的磁力塊設(shè)有5mm的工作間
5隙。
所述的發(fā)電裝置，其中，永磁體通過臥梁固定在圓臺上方。 所述的發(fā)電裝置，其中，磁力塊和永磁體為釹鐵硼材料。 所述的發(fā)電裝置，其中，非磁性材料為鋁合金材料。
本發(fā)明采用集小扇為巨扇的集風(fēng)能技術(shù)；將風(fēng)車巨大的動能分散傳遞 給若干發(fā)電機的分散發(fā)電技術(shù)；風(fēng)車軸轉(zhuǎn)速低，直線定子線速度適中的低 速風(fēng)車技術(shù)等，成功地解決了現(xiàn)有技術(shù)缺點。同時應(yīng)用磁懸浮、磁動機等
高新技術(shù)，降低了摩擦阻力，提高了風(fēng)力機的使用壽命，降低了制造成本。


圖1為本發(fā)明磁浮磁動機翼扇風(fēng)車及發(fā)電機總體結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
圖2為圖1中A-A處俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為圖1中B-B處剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為圖1中C-C處剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為圖1中D-D處剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為履帶式磁動機縱向工作狀況示意圖。
圖7為履帶式磁動機橫向工作狀況示意圖。
圖8為圖4環(huán)形布置的直線定子靴結(jié)構(gòu)放大示意圖。
圖9為圖8中F-F剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖10為圖8中G-G剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖11為永磁懸浮機構(gòu)放大示意圖。
圖12為圖2中H-H處剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明是由永磁吸懸浮托起風(fēng)車，該風(fēng)車的機翼扇在工作側(cè)因轉(zhuǎn)動被 限制而增大對風(fēng)的阻力，推動風(fēng)車轉(zhuǎn)動。在非工作側(cè)機翼扇轉(zhuǎn)動打開與風(fēng) 向保持平行，把風(fēng)阻力減到最小。
在工作側(cè)與非工作側(cè)之間至少有1組機翼能產(chǎn)生升力，該力也是推動 風(fēng)車轉(zhuǎn)動的力。該風(fēng)車的扭矩通過若干磁動機傳遞給對應(yīng)發(fā)電機，由微機 (市售商品)控制發(fā)電機接入(退出)的工作臺數(shù)(也控制了風(fēng)車的轉(zhuǎn)速)，以實現(xiàn)發(fā)電機的發(fā)電總功率與風(fēng)車動能的時時動態(tài)平衡。磁浮磁動機翼扇 風(fēng)車及發(fā)電技術(shù)實現(xiàn)了大轉(zhuǎn)矩、微阻力地將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成動能的技術(shù)效果， 及全風(fēng)速(1-12級風(fēng))發(fā)電的技術(shù)能力。本發(fā)明由機翼扇風(fēng)車、永磁吸懸 浮機構(gòu)、磁動機-發(fā)電機三部分構(gòu)成，其中
機翼扇風(fēng)車部分由風(fēng)車體、機翼扇、主軸構(gòu)成。風(fēng)車體中央為軸承 套。風(fēng)車體的上部、下部設(shè)有輪圓(也可設(shè)置多層輪圓)，在上輪圓與下 輪圓的中央均設(shè)有圓孔，上軸承套鑲嵌固定在上輪圓的中央圓孔內(nèi)，下軸 承套鑲嵌固定在下輪圓的中央圓孔內(nèi)。風(fēng)車體上下輪圓之間為外結(jié)構(gòu)柱和 內(nèi)結(jié)構(gòu)柱，其中的外結(jié)構(gòu)柱兼做扇軸，內(nèi)結(jié)構(gòu)柱兼做阻扇塊。該外、內(nèi)結(jié) 構(gòu)柱的上端與上輪圓通過螺栓連結(jié)固定，其下端與下輪圓通過螺栓連結(jié)固 定。外結(jié)構(gòu)柱與風(fēng)車轉(zhuǎn)動中心的連線，成放射狀排列，各連線之間的夾角 相同。機翼扇通過軸承與外結(jié)構(gòu)柱連結(jié)。機翼扇可繞外結(jié)構(gòu)柱自由轉(zhuǎn)動， 但因受上下輪圓上的內(nèi)結(jié)構(gòu)柱(阻扇塊)阻擋和風(fēng)力的作用，其轉(zhuǎn)動角度 380度。受內(nèi)結(jié)構(gòu)柱阻擋后，扇體中心線與主軸和外結(jié)構(gòu)柱連線之間的夾
角在10度 50度之間，以30度為佳。機翼扇斷面的一側(cè)為直線，另一側(cè)
為弧線組合，造成氣流在兩側(cè)的速度不同，由此產(chǎn)生升力(此為公知技術(shù)， 故不詳述)。主軸的一端，或者兩端固定在受力結(jié)構(gòu)體上，風(fēng)車體繞主軸 旋轉(zhuǎn)，主軸承受風(fēng)車體對其施加的扭矩、彎曲。風(fēng)車體、主軸可采用碳鋼、 合金鋼、鋁合金等材質(zhì)制造，主軸還可采用鋼筋混凝土建造。機翼扇采用 碳鋼、鋁合金等制成機翼格架，表面采用鐵板、鋁板、玻璃鋼等材料做蒙 皮，均采用成熟的機械制造工藝進行制造安裝。
永磁吸懸浮機構(gòu)部分在風(fēng)車體的底面，設(shè)置與風(fēng)車同轉(zhuǎn)動圓心的呈 環(huán)形的上永磁懸浮機構(gòu)，對應(yīng)上永磁懸浮機構(gòu)設(shè)置有呈環(huán)形的下永磁懸浮 機構(gòu)。上、下永磁懸浮機構(gòu)圓心相同、半徑相等、上下對正，將風(fēng)車通過 永磁吸力浮起，以消除兩者之間的轉(zhuǎn)動摩擦阻力。下永磁懸浮機構(gòu)固定在 臥梁上，臥梁呈放射狀排列，每根臥梁的延長線都交匯于主軸心。臥梁的 材質(zhì)與風(fēng)車之輪圓的材質(zhì)相同，以保證兩者隨溫度變化同步伸縮，使上下 永磁懸浮機構(gòu)對正狀態(tài)不受破壞。風(fēng)車轉(zhuǎn)動時會產(chǎn)生離心變形，這一變形 量的計算方法是公知的，通過提高輪圓的抗離心剛度的技術(shù)方法也是公知 的，在此不展開說明。上永磁懸浮機構(gòu)為凹形體結(jié)構(gòu)，由鐵磁性材料制成。下永磁懸浮機構(gòu)為倒T形體結(jié)構(gòu)，由永磁體鑲嵌在非鐵磁性倒T形體內(nèi)制 成。上永磁懸浮機構(gòu)開口向下，設(shè)置在風(fēng)車體底面，下永磁懸浮機構(gòu)設(shè)置
在臥梁上，其倒T形體的"腿"含(插設(shè))在上永磁懸浮機構(gòu)開口內(nèi)。兩
者組成完整的永磁吸懸浮機構(gòu)。下永磁懸浮機構(gòu)的永磁體與上永磁懸浮機 構(gòu)磁力塊相對應(yīng)，當(dāng)兩者在垂直方向上產(chǎn)生錯開時，就產(chǎn)生了浮力(吸力)，
錯開值越大，浮力越大，錯開值達到永磁體斷面尺寸的69-80%時出現(xiàn)懸 浮力最大值。以后隨著錯開的增大，浮力逐漸減小。該吸懸浮力將風(fēng)車浮 起。
磁動機-發(fā)電機部分，可采用履帶式磁動機，也可采用輪式磁動機，兩 者原理相同，但履帶式磁動機傳遞轉(zhuǎn)矩的能力更強，在此只詳述該機。履 帶式磁動機-發(fā)電機由直線定子靴、履帶式轉(zhuǎn)子、誘導(dǎo)輪-發(fā)電機構(gòu)成。直 線定子靴固定在風(fēng)車體同一轉(zhuǎn)動半徑圓周位置上，由硬磁材料或鐵磁性材 料制成。設(shè)有導(dǎo)磁極的履帶，設(shè)置在兩個誘導(dǎo)輪上，兩個誘導(dǎo)輪通過輪軸 固定在受力結(jié)構(gòu)體上。履帶上的導(dǎo)磁極與風(fēng)車體上的直線定子靴相對應(yīng)， 兩者在轉(zhuǎn)動方向上的排列間距相等，其中一者為硬磁材料制造，另一者則 為鐵磁性材料制造，以產(chǎn)生永磁吸力的方式傳遞扭矩，即當(dāng)直線定子靴隨 風(fēng)車體做圓周轉(zhuǎn)動時，與履帶上的導(dǎo)磁極之間產(chǎn)生吸力，帶動履帶及誘導(dǎo) 輪轉(zhuǎn)動，由此傳遞扭矩。發(fā)電機與誘導(dǎo)輪的輪軸連結(jié)，隨誘導(dǎo)輪一起轉(zhuǎn)動 發(fā)電。
機翼扇風(fēng)車工作的原理是主軸豎向固定在受力結(jié)構(gòu)體上，風(fēng)車體通 過軸承套與主軸相連結(jié)。機翼扇在風(fēng)車體的工作側(cè)繞外結(jié)構(gòu)柱的轉(zhuǎn)動受設(shè)
置在上下輪圓的內(nèi)結(jié)構(gòu)柱(阻扇塊)的阻擋，扇面在風(fēng)力的作用下推著風(fēng)
車體轉(zhuǎn)動，與風(fēng)力的夾角從O度連續(xù)變化到180度。夾角為0度時以升力
產(chǎn)生的推力為主，而后，扇面(直線面)對風(fēng)的阻力也由零連續(xù)增大，到
90度時出現(xiàn)最大，此后逐漸連續(xù)減少到O。當(dāng)超過180度時，機翼扇的迎 風(fēng)面變成了背風(fēng)面，在風(fēng)力的作用下機翼扇轉(zhuǎn)動180度，使扇面通過外結(jié) 構(gòu)柱自轉(zhuǎn)，時時與風(fēng)力方向保持平行，由此達到了機翼扇風(fēng)車在工作側(cè)對 風(fēng)的阻力最大，在非工作側(cè)對風(fēng)的阻力最小。在工作側(cè)與非工作側(cè)之間， 至少有一組機翼扇能產(chǎn)生升力，該力也是推動風(fēng)車轉(zhuǎn)動的力。當(dāng)風(fēng)車體持 續(xù)轉(zhuǎn)動180度時，機翼扇又回到了工作側(cè)，在風(fēng)力的作用下重新開始工作，
8將周而復(fù)始地重復(fù)上述過程。由上述原理可知，機翼扇風(fēng)車能對360度方 向的來風(fēng)進行工作。為了減少風(fēng)車體轉(zhuǎn)動時的摩擦阻力，增加其穩(wěn)定性， 在風(fēng)車體底面與臥梁之間至少設(shè)置一環(huán)永磁吸懸浮機構(gòu)。磁動機的直線定 子靴，固定在風(fēng)車體的同一轉(zhuǎn)動半徑的圓周位置上(也可視需要設(shè)置多環(huán) 與多組磁動機-發(fā)電機對應(yīng))，磁動機的導(dǎo)磁極與直線定子靴對應(yīng)，并在其 帶動下轉(zhuǎn)動，發(fā)電機與磁動機的轉(zhuǎn)動軸連結(jié)發(fā)電。發(fā)電機的數(shù)量要與機翼 扇風(fēng)車的做功能力相匹配，其關(guān)系為
電機數(shù)量=機翼扇風(fēng)車s大功率(， 單臺發(fā)電機額定輸出功率(wf/臺)
從l級風(fēng)(0.5米/秒)開始發(fā)電，至12級風(fēng)(37米/秒)為最大發(fā)電功率 (實際工程中應(yīng)視當(dāng)?shù)鼐唧w風(fēng)力情況實施設(shè)計)。不同風(fēng)速作用于機翼扇 風(fēng)車上產(chǎn)生的動能不同，應(yīng)對應(yīng)不同數(shù)量的發(fā)電機進行工作，由微機(市 售商品)控制發(fā)電機接入(退出)數(shù)量(也控制了風(fēng)車的轉(zhuǎn)速)，以保持 機翼扇風(fēng)車的動能與發(fā)電機發(fā)出電能之間的最佳動態(tài)平衡。通過逆變器 (市售商品)變成交流電并入電網(wǎng)。當(dāng)機翼扇風(fēng)車較小時，也可將風(fēng)車體 與主軸一體制造，將發(fā)電機直接與主軸相連結(jié)。此為傳統(tǒng)制造工藝，在此 不展開說明。
以下結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明做詳細說明，但不應(yīng)被理解為對本發(fā) 明的限定。
請參見圖1，是本發(fā)明的磁浮磁動機翼扇風(fēng)車及發(fā)電裝置剖面結(jié)構(gòu)示 意圖。從圖1可以看出，主軸1位于機翼扇風(fēng)車2和圓臺3的中央，圓臺 3是基座，機翼扇風(fēng)車2在圓臺3之上。主軸1由鋼筋混凝土現(xiàn)場澆筑而 成，其底部為主軸基l'(即受力結(jié)構(gòu)體)。主軸1在高出圓臺3之上的部 分設(shè)有3個導(dǎo)向環(huán)軌4。機翼扇風(fēng)車2由風(fēng)車體5、機翼扇6構(gòu)成。風(fēng)車 體5由上、中、下3層輪圓5'和外結(jié)構(gòu)柱5"、內(nèi)結(jié)構(gòu)柱5"，構(gòu)成，外結(jié)構(gòu) 柱5"兼做機翼扇軸，內(nèi)結(jié)構(gòu)柱5"'兼做阻扇塊。每個輪圓和結(jié)構(gòu)柱的結(jié)構(gòu) 都是按公知的結(jié)構(gòu)力學(xué)與工程力學(xué)原理設(shè)計的結(jié)構(gòu)，由鋼材或鋁合金制 造，外表蒙皮平整光滑，由鐵板、鋁板、玻璃鋼制造。外結(jié)構(gòu)柱5"和內(nèi)結(jié) 構(gòu)柱5"，由普通鋼材制造，上下端通過螺栓與輪圓5'連結(jié)固定，形成風(fēng)車 體5。在風(fēng)車體5的底部與圓臺3之間設(shè)有兩環(huán)永磁吸懸浮機構(gòu)7和履帶式磁動機8，以及與履帶式磁動機8連結(jié)的發(fā)電機28 (市售產(chǎn)品)。
請參見圖2，是圖1中A-A處俯視示意圖。由圖2可知，導(dǎo)向環(huán)軌4 固定在主軸1的圓周上。圖12是圖2中H-H處剖視示意圖。由圖12可知 導(dǎo)向輪總成9通過螺栓固定在輪圓5'上。其導(dǎo)向輪9'鑲嵌在導(dǎo)向環(huán)軌4內(nèi)， 可繞導(dǎo)向環(huán)軌4自由轉(zhuǎn)動，并小幅上下移動，以對主軸1與風(fēng)車體5在豎 直方向上隨溫度變化造成不同步伸縮進行解耦。導(dǎo)向輪總成9與導(dǎo)向環(huán)軌 4均由鋼材制造(如碳鋼)。由后敘內(nèi)容可知，導(dǎo)向輪9'與導(dǎo)向環(huán)軌4之間 的滾動摩擦，是本發(fā)明唯一的實體接觸而產(chǎn)生摩擦阻力的地方，而其他地 方都是通過永磁場傳遞力，無摩擦阻力，所以0.5米/秒的風(fēng)力就可以推動 風(fēng)車轉(zhuǎn)動。
請參看圖3，是圖1中B-B處剖面示意圖，由圖3可知，12根外結(jié)構(gòu) 柱(即機翼扇軸)5"和12根內(nèi)結(jié)構(gòu)柱(即阻扇塊)5"'在平面上呈30度 角布置，機翼扇6上下兩層共24個，每個扇的結(jié)構(gòu)完全相同。箭頭10為 風(fēng)力方向，弧箭頭11為機翼扇風(fēng)車2的轉(zhuǎn)動方向。機翼扇6的扇軸(即 外結(jié)構(gòu)柱)5"設(shè)置在扇體的迎風(fēng)"頭部"。機翼扇6均可繞各自的外結(jié)構(gòu) 柱自由轉(zhuǎn)動，但受設(shè)在上下輪圓上的內(nèi)結(jié)構(gòu)柱(即阻扇塊)5"，限制和風(fēng) 力的作用只能做<180度的轉(zhuǎn)動。機翼扇受內(nèi)結(jié)構(gòu)柱(即阻扇塊)5'"的限 制后，扇體中心線與主軸和外結(jié)構(gòu)柱連線之間的夾角在10度 50度之間， 以30度為佳。由此使風(fēng)車2的工作側(cè)增加30度。在實際風(fēng)場中的工作情 況是，在機翼扇風(fēng)車2的工作側(cè)，機翼扇6因受內(nèi)結(jié)構(gòu)柱29阻擋而停止 自轉(zhuǎn)，在風(fēng)力的推動下與風(fēng)車體一起"公轉(zhuǎn)"。扇面與風(fēng)力的夾角從O度連 續(xù)變化到180度，迎風(fēng)面積也由零連續(xù)增加，到卯度時出現(xiàn)最大，而后 逐漸減小到零。當(dāng)超過180度時，機翼扇的迎風(fēng)面變成了背風(fēng)面。在風(fēng)力 的作用下機翼扇自轉(zhuǎn)180度，進入非工作側(cè)。在機翼扇風(fēng)車2的非工作側(cè)， 機翼扇6在風(fēng)力的作用下，始終與風(fēng)力方向保持平行。由此達到了機翼扇 風(fēng)車在工作側(cè)風(fēng)阻力最大，非工作側(cè)阻力最小。將周而復(fù)始地重復(fù)上述過 程。機翼扇6通過軸承(市售標準件)與外結(jié)構(gòu)柱5"連結(jié)，機翼扇用金屬 (碳鋼、鋁合金)按照結(jié)構(gòu)力學(xué)與工程力學(xué)原理制成格架，外表用薄鐵板、 薄鋁板或玻璃鋼做蒙皮。做到平整光滑(屬成熟技術(shù)，不另附圖)。機翼 扇風(fēng)車與現(xiàn)有水平軸三葉式風(fēng)車技術(shù)相比有五個突出優(yōu)點 一是扇面積大，比現(xiàn)有技術(shù)高出數(shù)十倍、甚至上百倍，因此增大了發(fā)電功率；二是對 360度方向來風(fēng)均能有效工作，不需做任何機械與人工干預(yù)；三是工作風(fēng) 速廣，1級風(fēng)(0.5米/秒)至12級風(fēng)(37米/秒)均可工作，現(xiàn)有技術(shù)工 作風(fēng)速在2級風(fēng)(3米/秒)至8級風(fēng)(20米/秒)；四是基本不受湍流風(fēng)影 響，而現(xiàn)有技術(shù)受湍流風(fēng)影響嚴重；五是本發(fā)明可采用傳統(tǒng)技術(shù)工藝制造， 簡單、實用、成本低。
請參見圖4，是圖1中C-C剖面示意圖。從該圖可以看出，環(huán)形布置 的直線定子靴12固定在機翼扇風(fēng)車2的底面最外環(huán)位置。圖8是圖4環(huán) 形布置的直線定子靴12放大示意圖。從圖8可以看出，塊狀永磁體13鑲 嵌固定在非鐵磁性體14內(nèi)。既保護了性脆的永磁體13，也使其受力時不 易脫落。圖9是圖8 F-F剖面示意圖。從圖9可以看出同一排直線定子靴 12由N極塊狀永磁體13與S極塊狀永磁體13相間隔排列而成。永磁體 13的底部為導(dǎo)磁板15，相鄰的兩個異極永磁體13在導(dǎo)磁板15中形成磁 軛。因碳鋼等導(dǎo)磁性材料的導(dǎo)磁率趨于無窮大，因此增加了工作面(開放 面)的磁場強度。導(dǎo)磁板15、非導(dǎo)磁性體14用螺栓或粘合劑固定在機翼 扇風(fēng)車2底面。永磁體13由硬磁材料比如但不限于釹鐵硼制成，非鐵磁 性體14由鋁合金、塑料、尼龍等等制成。圖10是圖8G-G剖面示意圖， 從圖10中可以看出，不同排直線定子靴12之間，對應(yīng)的永磁體I3也為 異性磁極相間隔排列，這種排列利于增大直線定子靴12與導(dǎo)磁極16 (見 圖6)之間的吸引力。圖6是履帶式磁動機縱向工作狀況示意圖，從圖6 可知，履帶式磁動機的導(dǎo)磁極16與直線定子靴12之間發(fā)生錯開后才產(chǎn)生 牽引力(吸引力)，隨著錯開值的增大，牽引力也隨之增大，當(dāng)錯開值達 到永磁體13斷面的69-80%時將出現(xiàn)牽引力最大值，之后隨著錯開量的增 加牽引力逐漸減小。通過試驗確定兩排直線定子靴12之間的間距是永磁 體13該方向斷面尺寸的1.5 3倍，以2倍為佳。同一排直線定子靴12的 各永磁體13之間的間距是永磁體13該方向斷面尺寸的0.8 1.5倍，以1 倍為佳。履帶式磁動機由支座17、誘導(dǎo)輪18、履帶(鏈條)19、導(dǎo)磁極 16和輪軸20構(gòu)成。誘導(dǎo)輪18通過輪軸20與支座17 (即受力結(jié)構(gòu)體)連 結(jié)固定，履帶19環(huán)繞在誘導(dǎo)輪18的外圍，導(dǎo)磁極16等間距固定在履帶 19上形成履帶式轉(zhuǎn)子，其間距與等間距排列的直線定子靴12的間距---致(導(dǎo)磁極16也可用硬磁材料制造，其磁極的排列方式與直線定子靴12磁 極異極對應(yīng)，以增大傳遞扭矩的能力。)。履帶式磁動機與直線定子靴上下
對應(yīng)，固定在其下方。兩者之間的工作氣隙0.5-10mm，以5mm為佳，以 利于在傳遞扭矩時不產(chǎn)生摩擦阻力。但在實際運行過程中，兩者可以發(fā)生 輕微接觸，而不會損壞彼此。圖7是履帶式磁動機橫向工作狀況示意圖， 從圖7可知，固定在機翼扇風(fēng)車2上的直線定子靴12與固定在履帶19上 的導(dǎo)磁極16之間有很強的抗橫向錯開而不影響工作的能力。機翼扇風(fēng)車2 將隨溫度的升高與降低而伸縮，相對應(yīng)的履帶式磁動機的支座17固定在 圓臺3上，不會隨機翼扇風(fēng)車2而變化，但直線定子靴12的長度大于導(dǎo) 磁極16的長度(反過來亦然)，其大出的長度值2機翼扇風(fēng)車2的伸縮變 形值。從圖6和圖7還可以看出，當(dāng)風(fēng)力推動機翼扇風(fēng)車2轉(zhuǎn)動時，磁動 機8的履帶19帶動誘導(dǎo)輪18跟著轉(zhuǎn)動，誘導(dǎo)輪18的軸與發(fā)電機28的軸 連結(jié)在一起，由此帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)動發(fā)電。
請再參見圖4，在機翼扇風(fēng)車2的底部設(shè)有內(nèi)、外兩環(huán)永磁懸浮機構(gòu) 7。圖11是永磁懸浮機構(gòu)7的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。從圖11中可以看出，上 永磁懸浮機構(gòu)為凹形體30結(jié)構(gòu)，開口向下，由鐵磁性材料比如但不限于 碳鋼制造。通過螺栓固定在風(fēng)車2的底部。在凹形體30開口的兩側(cè)設(shè)有 磁力塊30a，該磁力塊30a由硬磁材料比如但不限于釹鐵硼制造，通過螺 栓或粘接固定在凹形體30內(nèi)。下永磁懸浮機構(gòu)為倒T形體31結(jié)構(gòu)。在倒 T形體31的"腿"部，連續(xù)鑲嵌有永磁體31a。倒T形體31由非磁性材料 比如但不限于鋁合金制造，永磁體31a由硬磁材料比如但不限于釹鐵硼制 造，通過粘接或螺栓固定。倒T形體31通過螺栓固定在臥梁24上。下永 磁懸浮機構(gòu)-倒T形體31的"腿"含在上永磁懸浮機構(gòu)-凹形體30的開口 內(nèi)，永磁體31a與兩側(cè)的磁力塊30a異性磁極相對應(yīng)，兩者的斷面高度相 同，其間隙在l-20mm，以5mm為佳。當(dāng)兩者在垂直方向產(chǎn)生錯開時，就 產(chǎn)生了浮力(吸力)，錯幵值越大，浮力就越大，當(dāng)錯開值達到永磁體斷 面尺寸的69-80%時，出現(xiàn)懸浮力最大值，以后隨著錯開值的加大，懸浮 力逐漸減小。永磁懸浮機構(gòu)裝置7的大小可依據(jù)機翼扇風(fēng)車2需要的懸浮 力用公知的公式或市售商業(yè)軟件進行計算得出，此為公知科技內(nèi)容，故不 詳述。
12請參見圖5，是圖1D-D剖面示意圖。從圖5可以看出，主軸l位于 中心，內(nèi)、外環(huán)永磁懸浮機構(gòu)7與主軸1的軸心相同，永磁懸浮機構(gòu)7固 定在臥梁24上，臥梁24成放射狀排列，鋪設(shè)在圓臺3上，其制造材料的 溫度模量與風(fēng)車體5制造材料的溫度模量必須相同，以保證兩者隨溫度變 化同步伸縮，進而保證懸浮力不被破壞。該永磁懸浮機構(gòu)7上下兩部分的 圓心相同、上下對正。履帶式磁動機8固定在機翼扇風(fēng)車2底面的直線定 子靴12下方，兩者圓心相同、上下對正。發(fā)電機28與履帶式磁動機8的 軸連結(jié)。發(fā)電機28的數(shù)量要與機翼扇風(fēng)車2的最大做功能力(12級風(fēng)時) 相匹配，其關(guān)系式為
發(fā)電機數(shù)量=^，,，=^，，，，^ (采ffl力K^M酉己帝1」^^^ 單臺發(fā)電機額定輸出功率
由微機(市售商品)控制接入(退出)發(fā)電機28 (市售商品)的數(shù)量， 隨著風(fēng)速的變化而增加或減少發(fā)電機的工作臺數(shù)，使之與機翼扇風(fēng)車的動 能時時達到最佳動態(tài)平衡，通過逆變器(市售商品)變成交流電并入電網(wǎng)。 此為成熟技術(shù)，故不詳述。
磁浮磁動機翼扇風(fēng)車及發(fā)電技術(shù)的工作原理是，主軸與軸基由鋼筋混 凝土一體制成，軸基錨固在地下。機翼扇風(fēng)車通過軸承與主軸連結(jié)。機翼 扇風(fēng)車由風(fēng)車體和機翼扇構(gòu)成。在機翼扇風(fēng)車的工作側(cè)，機翼扇繞外結(jié)構(gòu) 柱轉(zhuǎn)動的"自轉(zhuǎn)"因內(nèi)結(jié)構(gòu)柱(即阻扇塊)的阻擋而停止，在風(fēng)力的作用 下，推動風(fēng)車"公轉(zhuǎn)"。扇面與風(fēng)力的夾角從O度連續(xù)變化到180度；風(fēng) 對扇面的推力也從零連續(xù)增加，至90度時達到最大，而后逐漸減少到零。 當(dāng)機翼扇與風(fēng)力的夾角超過180度時，機翼扇的迎風(fēng)面變成背風(fēng)面，不再 受內(nèi)結(jié)構(gòu)柱(即阻扇塊)的阻擋，在風(fēng)力的作用下機翼扇"自轉(zhuǎn)"180度， 進入風(fēng)車的非工作側(cè)。在風(fēng)車的非工作側(cè)，機翼扇在風(fēng)力的作用下，扇面 與風(fēng)力的方向平行。由此達到了風(fēng)車在工作側(cè)對風(fēng)的阻力最大，在非工作 側(cè)對風(fēng)的阻力最小。當(dāng)風(fēng)車體持續(xù)轉(zhuǎn)動180度時，機翼扇又回到工作側(cè)， 在風(fēng)力的作用下內(nèi)結(jié)構(gòu)柱(即阻扇塊)重新開始工作，將周而復(fù)始地重復(fù) 上述過程。應(yīng)該指出的是，機翼扇一進入工作側(cè)首先是以升力的方式對風(fēng) 車產(chǎn)生轉(zhuǎn)動推力，而后逐步過渡到依靠風(fēng)阻面積來增大對風(fēng)車的轉(zhuǎn)動推 力。由于本實施例設(shè)計了 12組機翼扇，其夾角為30度，所以總有不低于5組機翼扇處于有效工作狀態(tài)，再加上風(fēng)車的自重較大，因此風(fēng)車的轉(zhuǎn)動慣量是較為均勻的。為了減少機翼扇風(fēng)車的摩擦阻力，并且增加其轉(zhuǎn)動過程的穩(wěn)定性，在機翼扇風(fēng)車底面與臥梁之間設(shè)置了兩環(huán)永磁懸浮機構(gòu)，為了減少扭矩傳遞過程中的摩擦阻力，本發(fā)明采用了非接觸的履帶式磁動機來傳遞扭矩。將履帶式磁動機的直線定子靴固定在風(fēng)車的底面最外環(huán)位置，履帶式轉(zhuǎn)子與之對應(yīng)地固定在其下方，當(dāng)直線定子靴與機翼扇風(fēng)車一體轉(zhuǎn)動時，也帶動履帶式磁動機轉(zhuǎn)動，發(fā)電機的轉(zhuǎn)動軸與履帶式磁動機的轉(zhuǎn)動軸相連結(jié)，由后者帶動發(fā)電。本發(fā)明采用若干臺小功率發(fā)電機與機翼扇風(fēng)車的最大發(fā)電動能相匹配，由微機(市售商品)控制接入(退出)發(fā)電機(市售商品)的工作臺數(shù)，使之時時與風(fēng)車動能達到最佳動態(tài)平衡，通過逆變器(市售商品)變成交流電并入電網(wǎng)。應(yīng)用本發(fā)明有如下優(yōu)點1、機翼扇風(fēng)車的動能大，單臺可達100MW (IO萬千瓦)以上；2、機翼
扇風(fēng)車對360度方向來風(fēng)均能有效工作，不需要任何機械與人工干預(yù)；3、機翼扇風(fēng)車在工作過程中基本不受湍流風(fēng)影響；《工作風(fēng)速廣l級風(fēng)(0.5米/秒) 12級風(fēng)(37米/秒)均可正常工作；5、制造工藝成熟、簡捷、成本低(比現(xiàn)有技術(shù)低20%) ; 6、維護檢修方便，使用壽命長。
權(quán)利要求
1、一種以磁浮磁動機翼扇風(fēng)車為動力的發(fā)電裝置，其包括該磁浮磁動機翼扇風(fēng)車由風(fēng)車體和機翼扇組成，該風(fēng)車體軸設(shè)于主軸上，該風(fēng)車體是以該主軸為中心，對稱地自上部至下部設(shè)有若干個輪圓，每一上部輪圓和對應(yīng)的下部輪圓之間垂直地設(shè)有兩環(huán)結(jié)構(gòu)柱，該兩環(huán)結(jié)構(gòu)柱自主軸端起依序為內(nèi)結(jié)構(gòu)柱和外結(jié)構(gòu)柱，同時內(nèi)結(jié)構(gòu)柱兼作阻扇塊；外結(jié)構(gòu)柱上各套設(shè)一機翼扇，該機翼扇的扇葉長度小于相鄰的外結(jié)構(gòu)柱之間的距離；風(fēng)車體底部的輪圓對應(yīng)一與主軸同心的圓臺，在風(fēng)車體底部的輪圓朝向圓臺的一面設(shè)置有同圓心的呈環(huán)形的上永磁懸浮機構(gòu)，圓臺對應(yīng)風(fēng)車體底部輪圓的一面設(shè)有同圓心的呈環(huán)形的下永磁懸浮機構(gòu)；上永磁懸浮機構(gòu)為鐵磁性材料的凹形體結(jié)構(gòu)，開口向下，在凹形體開口的兩側(cè)設(shè)有磁力塊；下永磁懸浮機構(gòu)為非磁性材料的倒T形結(jié)構(gòu)，在倒T形體的“腿”部鑲嵌有永磁體；下永磁懸浮機構(gòu)的倒T形體的永磁體插設(shè)在上永磁懸浮機構(gòu)凹形體的開口內(nèi)，永磁體與兩側(cè)的磁力塊異極相對應(yīng)，設(shè)有1-20mm的工作間隙，兩者的斷面高度相同；上永磁懸浮機構(gòu)和下永磁懸浮機構(gòu)之間的懸浮力將風(fēng)車體浮起；風(fēng)車體底部的輪圓上設(shè)有直線定子靴，該直線定子靴是將塊狀永磁體按異極相間地等間距地鑲嵌在導(dǎo)磁板上，每個塊狀永磁體之間用非鐵磁性體隔開，塊狀永磁體朝向下方地固定于風(fēng)車體底部的輪圓上；在圓臺上，對應(yīng)風(fēng)車體底部的直線定子靴設(shè)有若干對誘導(dǎo)輪，每對誘導(dǎo)輪由兩個誘導(dǎo)輪組成，每兩個誘導(dǎo)輪上環(huán)設(shè)一安有導(dǎo)磁極的履帶，該履帶上的導(dǎo)磁極朝向外方，與風(fēng)車體底部的輪圓上的直線定子靴的塊狀永磁體相對應(yīng)，誘導(dǎo)輪的至少一個輪軸連接至少一個發(fā)電機。
2、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)電裝置，其中，所述的主軸與風(fēng)車體的輪 圓接觸處固定有導(dǎo)向環(huán)軌，對應(yīng)的輪圓處固定有導(dǎo)向輪，該導(dǎo)向輪鑲嵌在 導(dǎo)向環(huán)軌內(nèi)繞導(dǎo)向軌轉(zhuǎn)動。
3、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)電裝置，其中，所述的風(fēng)車體為碳鋼、合 金鋼或鋁合金材質(zhì)。
4、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)電裝置，其中，所述的主軸為鋼筋混凝土 或炭鋼材料。
5、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)電裝置，其中，所述的機翼扇為碳鋼或鋁 合金制成的格架，表面采用鐵板、鋁板或玻璃鋼做蒙皮。
6、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)電裝置，其中，永磁體與兩側(cè)的磁力塊設(shè)有5mm的工作間隙。
7、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)電裝置，其中，永磁體通過臥梁固定在圓臺—1」方。
8、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)電裝置，其中，磁力塊和永磁體為釹鐵硼 材料。
9、 如權(quán)利要求l所述的發(fā)電裝置，其中，非磁性材料為鋁合金材料。
全文摘要
一種以磁浮磁動機翼扇風(fēng)車為動力的發(fā)電裝置，是由永磁吸懸浮托起風(fēng)車，該風(fēng)車的機翼扇在工作側(cè)因轉(zhuǎn)動被限制而增大對風(fēng)的阻力，推動風(fēng)車轉(zhuǎn)動。在非工作側(cè)機翼扇轉(zhuǎn)動打開與風(fēng)向保持平行，把風(fēng)阻力減到最小。在工作側(cè)與非工作側(cè)之間至少有1組機翼能產(chǎn)生升力，該力也是推動風(fēng)車轉(zhuǎn)動的力。該風(fēng)車的扭矩通過若干磁動機傳遞給對應(yīng)發(fā)電機，由微機(市售商品)控制發(fā)電機接入(退出)的工作臺數(shù)(也控制了風(fēng)車的轉(zhuǎn)速)，以實現(xiàn)發(fā)電機的發(fā)電總功率與風(fēng)車動能的時時動態(tài)平衡。磁浮磁動機翼扇風(fēng)車及發(fā)電技術(shù)實現(xiàn)了大轉(zhuǎn)矩、微阻力地將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成動能的技術(shù)效果。
文檔編號F03D9/00GK101655067SQ200810118740
公開日2010年2月24日 申請日期2008年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月20日
發(fā)明者李嶺群 申請人:李嶺群