專利名稱：磁浮磁動無扇軸風車發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬風力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種永磁懸浮風車、磁 動機傳遞風車扭矩、無轉(zhuǎn)扇軸風車發(fā)電裝置一體融合的發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
目前，大量使用的風力發(fā)電機是三葉式水平軸風力發(fā)電機。它由細長 的桿件葉片和塔架以及水平軸構(gòu)成風力機，該風力機將風能轉(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、 一臺風力機與一臺發(fā)電機對應(yīng)，風速低了不能發(fā)電，風速高了必 須采用"扭頭"、"仰頭"、"轉(zhuǎn)動機艙迎風角度"、"變槳距"等方式 來減少風力對風車葉片的作用，實質(zhì)上是浪費了風能；
2、 發(fā)電能力低，世界領(lǐng)先水平為3MW，研發(fā)當中的為7MW。 3MW 風力機的風輪直徑已達130米，塔架高近80米，安裝難度大，維檢難度 大；
3、 風葉對地表湍流風適應(yīng)能力差，只有高架風力機才能有效工作；
4、 軸的轉(zhuǎn)速低，而"尖速比"過大(即風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無扇軸風車發(fā)電裝置，以實現(xiàn)發(fā) 電功率大、機械功率損耗低、發(fā)電效率高、使用壽命長的效果。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的磁浮磁動無扇軸風車發(fā)電裝置，主要 包括
一轉(zhuǎn)扇體，其中央(軸心)處設(shè)有一轉(zhuǎn)扇核，轉(zhuǎn)扇體的外環(huán)設(shè)有一轉(zhuǎn) 扇圈，轉(zhuǎn)扇核與轉(zhuǎn)扇圈之間等間距地排列有轉(zhuǎn)扇體，該轉(zhuǎn)扇體也為連結(jié)轉(zhuǎn) 扇核與轉(zhuǎn)扇圈的受力結(jié)構(gòu)件；轉(zhuǎn)扇圈的兩側(cè)圈面分別各設(shè)有環(huán)形直線定子 靴和環(huán)形永磁懸浮機構(gòu)，環(huán)形直線定子靴和環(huán)形永磁懸浮機構(gòu)為同心圓； 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，導(dǎo)磁板固定在轉(zhuǎn)扇圈的側(cè)面上；該 轉(zhuǎn)扇體的輪緣為導(dǎo)向軌。
轉(zhuǎn)扇體的轉(zhuǎn)扇圈容納在外結(jié)構(gòu)環(huán)內(nèi)，外結(jié)構(gòu)環(huán)的環(huán)壁內(nèi)的兩側(cè)分別各 設(shè)有環(huán)形的永磁懸浮機構(gòu)，與轉(zhuǎn)扇圈兩側(cè)圈面的環(huán)形永磁懸浮機構(gòu)的圓心 相同、半徑相等、且同性磁極相對，其斥懸浮力使轉(zhuǎn)扇圈與外結(jié)構(gòu)環(huán)兩者 處于懸浮狀態(tài)；環(huán)形永磁懸浮機構(gòu)是由導(dǎo)磁槽與槽口內(nèi)固定的兩環(huán)永磁體 構(gòu)成， 一環(huán)永磁體為N極向槽口，另一環(huán)永磁體為S極向槽口，兩個環(huán)形 永磁體之間設(shè)有非鐵磁性嵌體，永磁體與相鄰的槽壁之間設(shè)有非鐵磁性嵌 體。
外結(jié)構(gòu)環(huán)的環(huán)壁一周對應(yīng)轉(zhuǎn)扇圈的環(huán)形直線定子靴處設(shè)置有若干履 帶式磁動機，其履帶繞設(shè)在磁動機的兩個履帶輪上，履帶上異極相間地等 間距地鑲嵌有永磁體材料的永磁轉(zhuǎn)子；且直線定子靴的間距與永磁轉(zhuǎn)子 的間距相同，直線定子靴與永磁轉(zhuǎn)子為異極相對，磁動機的履帶輪通過輪 軸連接發(fā)電機；
外結(jié)構(gòu)環(huán)的環(huán)底一周對應(yīng)轉(zhuǎn)扇體的導(dǎo)向軌設(shè)置有導(dǎo)向懸浮輪； 該外結(jié)構(gòu)環(huán)固定在底盤上，該底盤下方中心可轉(zhuǎn)動地設(shè)置有一固定于 圓臺上的轉(zhuǎn)軸；
底盤下方設(shè)置有環(huán)形的上永磁懸浮機構(gòu)，圓臺上方相對應(yīng)的也設(shè)置有 環(huán)形的下永磁懸浮機構(gòu)，上永磁懸浮機構(gòu)和下永磁懸浮機構(gòu)軸心相同，半 徑相等，且永磁體為同極性相對，斥懸浮力使底盤懸浮；
底盤下方設(shè)置有履帶式磁動機，其履帶繞設(shè)在磁動機的履帶輪上，永 磁極異極相間地等間距地通過轉(zhuǎn)子基固定在履帶上形成履帶轉(zhuǎn)子，履帶式 磁動機的輪軸連接電機的轉(zhuǎn)動軸；圓臺上方對應(yīng)履帶式磁動機的永磁極設(shè) 置由鐵磁性材料等間距排列的直線定子靴；
一風向儀，固定在外結(jié)構(gòu)環(huán)的頂部(受風處)，該風向儀與電機均連
接一微機。
本發(fā)明的效果是
轉(zhuǎn)扇體的轉(zhuǎn)扇圈容納在外結(jié)構(gòu)環(huán)內(nèi)，轉(zhuǎn)扇體與外結(jié)構(gòu)環(huán)兩者構(gòu)成了扇 -機一體化發(fā)電風車裝置。轉(zhuǎn)扇體與外結(jié)構(gòu)環(huán)之間由于導(dǎo)向懸浮輪和永磁懸 浮機構(gòu)的協(xié)同工作而脫離接觸，始終處于懸浮狀態(tài)，減少了轉(zhuǎn)扇體轉(zhuǎn)動過 程的功率損耗；外喇叭口整流罩與內(nèi)饅頭形整流罩協(xié)同工作既增大了進風 面積，又收縮了轉(zhuǎn)扇口段的面積，提高了轉(zhuǎn)扇工作風速，使發(fā)電風能倍增； 設(shè)置在外結(jié)構(gòu)環(huán)上的履帶式磁動機與設(shè)置在轉(zhuǎn)扇體上的直線定子靴相對 應(yīng)，實現(xiàn)非接觸傳遞扭矩，減小了摩擦阻力，提高了發(fā)電機的發(fā)電效率； 由于采用多臺發(fā)電機與轉(zhuǎn)扇體對應(yīng)，且按當?shù)刈罡唢L速匹配發(fā)電機臺數(shù)， 并由微機控制接入(退出)發(fā)電機的工作數(shù)量，通過逆變器變成交流電并 入電網(wǎng)。隨著風速的變化，將隨時增加或減少工作發(fā)電機的數(shù)量，使之與 轉(zhuǎn)扇體的功率時時達到動態(tài)平衡。實現(xiàn)全風速發(fā)電。當風向發(fā)生變化時， 微機依據(jù)風向儀測出的變化角度，控制轉(zhuǎn)向磁動機轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度，使喇 叭口時時迎風，有效工作。


圖1為磁浮磁動無扇軸風車發(fā)電裝置正立面示意圖。
圖2為轉(zhuǎn)扇體正面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為圖2轉(zhuǎn)扇體A-A剖面示意圖。
圖4為外結(jié)構(gòu)環(huán)正面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為圖4外結(jié)構(gòu)環(huán)B-B剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為轉(zhuǎn)扇體與外結(jié)構(gòu)環(huán)結(jié)構(gòu)關(guān)系與工作狀況示意圖。
圖7為永磁懸浮機構(gòu)工作狀況(局部放大)示意圖。
圖8為圖7F-F剖面示意圖。
圖9為圖6G-G剖面示意圖。
圖10為圖6H-H剖面示意圖。
圖11為圖IOK-K剖面示意圖。
圖12為圖IOJ-J剖面示意圖。
圖13為磁浮磁動無扇軸風車發(fā)電裝置俯視示意圖。圖14為圖13C-C剖面示意圖。 圖15為內(nèi)整流罩側(cè)面示意圖。 圖16為圖15B向示意圖。 圖17為外整流罩側(cè)面示意圖。 圖18為圖17C向示意圖。 圖19為圖14D-D剖面示意圖。 圖20為圖14E-E剖面示意圖。
圖21為底盤轉(zhuǎn)向履帶式磁動機橫向工作狀況放大示意圖。 圖22為底盤轉(zhuǎn)向履帶式磁動機縱向即環(huán)向(C向)工作狀況放大示 意圖。
具體實施例
本發(fā)明由轉(zhuǎn)扇體、外結(jié)構(gòu)環(huán)、轉(zhuǎn)向基座、轉(zhuǎn)扇體永磁懸浮、履帶磁動 機與發(fā)電機、轉(zhuǎn)向基座永磁懸浮、轉(zhuǎn)向磁動機、整流罩七部分構(gòu)成，其中
轉(zhuǎn)扇體部分由轉(zhuǎn)扇核、轉(zhuǎn)扇圈、轉(zhuǎn)扇三部分組成。轉(zhuǎn)扇核設(shè)置在轉(zhuǎn) 扇體的中央，由金屬比如但不限于鋁合金制造，是連結(jié)轉(zhuǎn)扇的結(jié)構(gòu)件。轉(zhuǎn) 扇圈設(shè)置在轉(zhuǎn)扇體的外環(huán)，由金屬比如但不限于鋁合金制造，其內(nèi)緣與轉(zhuǎn) 扇連結(jié)，其外緣兼做導(dǎo)向懸浮輪的圓環(huán)導(dǎo)向軌，在轉(zhuǎn)扇圈兩側(cè)圈面分別設(shè) 有環(huán)形直線定子靴和環(huán)形永磁懸浮機構(gòu)，兩者轉(zhuǎn)動圓心相同。轉(zhuǎn)扇等間距 地排列在轉(zhuǎn)扇核與轉(zhuǎn)扇圈之間，既是連結(jié)轉(zhuǎn)扇核與轉(zhuǎn)扇圈的受力結(jié)構(gòu)件， 又是按流體力學原理設(shè)計的將風能轉(zhuǎn)換成動能的功能件。由金屬(比如但 不限于鋁合金)制造。
外結(jié)構(gòu)環(huán)部分由凹形環(huán)狀體、導(dǎo)向懸浮輪、環(huán)形永磁懸浮機構(gòu)、履
帶式磁動機一發(fā)電機四部分構(gòu)成。凹形環(huán)狀體是容納轉(zhuǎn)扇體和安裝各類功 能件的主要受力結(jié)構(gòu)體，由金屬(比如但不限于碳鋼)制造。導(dǎo)向懸浮輪 (市售)設(shè)置在凹形環(huán)狀體的環(huán)底一周。環(huán)形永磁懸浮機構(gòu)設(shè)置在凹形環(huán) 狀體的環(huán)壁內(nèi)側(cè)一周，履帶式磁動機設(shè)置在凹形環(huán)狀體的環(huán)壁一周，發(fā)電 機與履帶式磁動機的轉(zhuǎn)動軸相連結(jié)。
轉(zhuǎn)向基座部分由臺基、底盤、永磁懸浮機構(gòu)、磁動機驅(qū)動機構(gòu)四部 分構(gòu)成。臺基由圓臺、轉(zhuǎn)軸、臥梁三部分組成。圓臺可由鋼筋混凝土制造、 石塊砌筑，也可直接由山頭做臺基。轉(zhuǎn)軸設(shè)置在圓臺的中心，與底部的巖 基或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)連結(jié)牢固，由金屬比如但不限于碳鋼制造。其作用既 是上部底盤的轉(zhuǎn)動中心，又是安裝在底盤上的風車之傾覆拉力錨固導(dǎo)力裝 置。臥梁以轉(zhuǎn)軸為中心，呈放射狀排列在臺面上，由金屬(比如但不限于 碳鋼)制造。底盤是懸浮在圓臺之上的轉(zhuǎn)向平臺，其中央設(shè)有轉(zhuǎn)向軸承(市 售)，與設(shè)置在圓臺中心的轉(zhuǎn)軸連結(jié)固定。既起轉(zhuǎn)向作用，又起將風車傾 覆拉力傳遞給轉(zhuǎn)軸的作用。底盤由金屬(比如但不限于碳鋼)制造。永磁 懸浮機構(gòu)由相同的上下兩部分構(gòu)成，上永磁懸浮機構(gòu)固定在底盤的下面， 下永磁懸浮機構(gòu)固定在臥梁上。磁動機由直線定子靴和履帶轉(zhuǎn)子兩部分構(gòu) 成。直線定子靴固定在臥梁上，履帶轉(zhuǎn)子固定在底盤下面。
轉(zhuǎn)扇體永磁懸浮部分由導(dǎo)向懸浮輪、環(huán)形懸浮機構(gòu)兩部分構(gòu)成。轉(zhuǎn) 扇體的轉(zhuǎn)扇圈容納在外結(jié)構(gòu)環(huán)內(nèi)，兩者之間不發(fā)生直接接觸，呈永磁懸浮 狀態(tài)。轉(zhuǎn)扇圈的外輪緣與設(shè)置在外結(jié)構(gòu)環(huán)底部一周的導(dǎo)向懸浮輪接觸(限 位)，使轉(zhuǎn)扇體只能轉(zhuǎn)動，不能徑向移動；轉(zhuǎn)扇圈兩側(cè)面設(shè)置的環(huán)形永磁 懸浮機構(gòu)與設(shè)置在外結(jié)構(gòu)環(huán)的環(huán)壁內(nèi)側(cè)一周的環(huán)形永磁懸浮機構(gòu)的轉(zhuǎn)動 圓心相同，轉(zhuǎn)動半徑相等，同性磁極相對應(yīng)，使轉(zhuǎn)扇體只能轉(zhuǎn)動，不能軸 向移動。由此可見，上述導(dǎo)向懸浮輪與永磁懸浮機構(gòu)協(xié)同工作的結(jié)果是使 轉(zhuǎn)扇體處于空間懸浮狀態(tài)，使其將風能轉(zhuǎn)化成動能過程中，機械磨損極小、 功率損耗極低，有效地延長了使用壽命。永磁懸浮機構(gòu)的永磁體由硬磁材 料比如但不限于釹鐵硼制造。
履帶式磁動機與發(fā)電機部分由直線定子靴、履帶式磁動機、發(fā)電機、 微機、逆變器五部分組成。直線定子靴布置在轉(zhuǎn)扇圈等半徑圓周上，呈環(huán) 狀，同一排定子靴由永磁塊體N極與S極相間隔等間距排列而成，不同排 定子靴的對應(yīng)磁塊的磁極其極性相反。履帶式磁動機固定在凹形環(huán)狀體 上，其履帶轉(zhuǎn)子與直線定子靴嚴格對應(yīng)。履帶轉(zhuǎn)子的永磁極間距與直線定 子靴的間距相等，兩者磁性異極相對，永磁塊體的排列方式相同。當直線 定子靴隨轉(zhuǎn)扇體轉(zhuǎn)動時，履帶轉(zhuǎn)子的永磁極與直線定子靴的永磁極之間發(fā) 生錯開，產(chǎn)生吸力，該吸力牽引履帶轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，由此實現(xiàn)了非接觸傳遞扭 矩。發(fā)電機轉(zhuǎn)軸與履帶式磁動機的履帶輪之輪軸連結(jié)，在后者的帶動下發(fā) >電。發(fā)電機的數(shù)量要與轉(zhuǎn)扇體的做功能力相匹配，其關(guān)系式為
發(fā)電機臺數(shù)=g^^員力^帛
單臺發(fā)電機額定輸出功率
為了不浪費風能，采用大冗余量配置發(fā)電機，由微機(市售)控制接 入(退出)發(fā)電機數(shù)量，通過逆變器(市售)變成交流電并入電網(wǎng)。隨著 風速的變化將隨時增加或減少發(fā)電機的工作數(shù)量，使之與轉(zhuǎn)扇體的功率時 時達到動態(tài)平衡。其控制的全過程采用已有公知成熟技術(shù)，故不詳述。
轉(zhuǎn)向座永磁懸浮部分其分為上環(huán)形懸浮機構(gòu)和下環(huán)形懸浮機構(gòu)兩部 分。上環(huán)形懸浮結(jié)構(gòu)固定在底盤的下面，下環(huán)形懸浮結(jié)構(gòu)固定在臥梁的上 面，上環(huán)形懸浮機構(gòu)與下環(huán)形懸浮機構(gòu)半徑相等，圓心相同，上下對正， 同性磁極相對應(yīng)，由永磁體之間產(chǎn)生的斥懸浮力將底盤懸起。底盤的制造 材料與臥梁制造材料的溫度模量相同，以便隨氣溫高低變化時同步收縮， 保證上、下環(huán)形永磁懸浮機構(gòu)上下對正，即確保懸浮力不被破壞。
轉(zhuǎn)向磁動機部分由環(huán)形直線定子靴、履帶磁動機、驅(qū)動電機三部分 組成。環(huán)形鐵磁性直線定子靴固定在臥梁上，其轉(zhuǎn)動軸心與永磁懸浮機構(gòu) 的轉(zhuǎn)動軸心相同，由鐵磁性材料(比如但不限于碳鋼)制造。履帶式磁動 機固定在底盤下面。履帶式磁動機由支座、履帶輪、履帶(鏈條)、永磁 極構(gòu)成。履帶輪通過輪軸與支座連結(jié)固定，履帶環(huán)繞在履帶輪的外圍，永 磁極固定在履帶上，形成履帶轉(zhuǎn)子。履帶轉(zhuǎn)子與其下部環(huán)形直線定子靴上 下對正，兩者的轉(zhuǎn)動半徑相等，轉(zhuǎn)動軸心相同。履帶轉(zhuǎn)子由永磁材料制成 的永磁轉(zhuǎn)子等間距地固定在履帶上形成。永磁轉(zhuǎn)子的間距與直線定子靴的 間距相等。電機(市售)與履帶輪的輪軸相連，當電機轉(zhuǎn)動時驅(qū)動履帶轉(zhuǎn) 子轉(zhuǎn)動，此時將發(fā)生永磁極與直線定子靴在轉(zhuǎn)動方向上的錯開，在錯開發(fā) 生的同時就產(chǎn)生了驅(qū)動底盤轉(zhuǎn)動的扭力(吸力)，隨著錯開值的增大，扭 力(吸力)隨之增大，當錯開值達到永磁體斷面的70%左右時，將出現(xiàn)扭 力的最大值，之后隨著錯開的增加扭力逐漸減小。永磁極由硬磁材料(比 如但不限于釹鐵硼)制造。履帶采用市售標準產(chǎn)品，也可按照國家有關(guān)標 準向?qū)I(yè)廠家定購。履帶輪和支座由金屬材料(比如但不限于碳鋼)制造。
整流罩部分由內(nèi)整流罩、外整流罩兩部分構(gòu)成。內(nèi)整流罩對稱地固 定在轉(zhuǎn)扇核的兩側(cè)，為饅頭狀殼體，隨轉(zhuǎn)扇核一起轉(zhuǎn)動，其作用是將轉(zhuǎn)扇 核處的風導(dǎo)流至轉(zhuǎn)扇上，同時也提高了風速。內(nèi)整流罩由金屬制成格架，
由薄金屬板或玻璃鋼做蒙皮，外表平整光滑連續(xù)過渡。外整流罩對稱地固 定在外結(jié)構(gòu)環(huán)的兩側(cè)，為喇叭狀殼體。其作用是擴大進風口面積，將風導(dǎo) 流至轉(zhuǎn)扇上，提高風速。外整流罩由金屬制成格架，由薄金屬板或玻璃鋼 做蒙皮，外表平整光滑連續(xù)過渡。金屬格架和金屬蒙皮由但不限于鋁合金 制造。
轉(zhuǎn)扇體與外結(jié)構(gòu)環(huán)之間由于導(dǎo)向懸浮輪和永磁懸浮機構(gòu)的協(xié)同工作
而脫離接觸，始終處于懸浮狀態(tài)，減少了轉(zhuǎn)扇體轉(zhuǎn)動過程的功率損耗；外 喇叭口整流罩與內(nèi)饅頭形整流罩協(xié)同工作既增大了進風面積，又收縮了轉(zhuǎn) 扇口段的面積，提高了轉(zhuǎn)扇工作風速，使發(fā)電風能倍增；設(shè)置在外結(jié)構(gòu)環(huán) 上的履帶式磁動機與設(shè)置在轉(zhuǎn)扇體上的直線定子靴相對應(yīng)，實現(xiàn)非接觸傳 遞扭矩，減小了摩擦阻力，提高了發(fā)電機的發(fā)電效率；由于采用多臺發(fā)電 機與轉(zhuǎn)扇體對應(yīng)，且按當?shù)刈罡唢L速匹配發(fā)電機臺數(shù)，并由微機控制接入 (退出)發(fā)電機的工作數(shù)量，通過逆變器變成交流電并入電網(wǎng)。隨著風速 的變化，將隨時增加或減少工作發(fā)電機的數(shù)量，使之與轉(zhuǎn)扇體的功率時時 達到動態(tài)平衡。實現(xiàn)全風速發(fā)電。當風向發(fā)生變化時，微機依據(jù)風向儀測 出的變化角度，控制轉(zhuǎn)向磁動機轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度，使喇叭口時時迎風，有 效工作。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做較詳細的說明，而不應(yīng)被理解為是對本發(fā)明 的限定。
請參看圖1，該圖1為本發(fā)明正立面示意圖，從圖1中可知，轉(zhuǎn)扇體 1以永磁懸浮的方式將周邊的轉(zhuǎn)扇圈容納在外結(jié)構(gòu)環(huán)2內(nèi)，構(gòu)成扇-機一體 化風車發(fā)電裝置13。外結(jié)構(gòu)環(huán)2通過受力結(jié)構(gòu)體3固定在底盤4上，底盤 4懸浮在圓臺5上。轉(zhuǎn)扇體1的轉(zhuǎn)扇核la的前后面均設(shè)有饅頭形內(nèi)整流罩 6。外結(jié)構(gòu)環(huán)2的前后面均設(shè)有喇叭口形外整流罩7。
請參見圖2，該圖2為轉(zhuǎn)扇體1正面結(jié)構(gòu)示意圖。從圖2可知，轉(zhuǎn)扇 體1由轉(zhuǎn)扇核la、轉(zhuǎn)扇lb、轉(zhuǎn)扇圈lc三部分構(gòu)成。轉(zhuǎn)扇核la為無軸轉(zhuǎn)扇 體1的核心。轉(zhuǎn)扇圈lc為轉(zhuǎn)扇體1的外環(huán)，其上設(shè)有環(huán)形布置的直線定 子靴8，環(huán)形布置的永磁懸浮機構(gòu)9，轉(zhuǎn)扇圈lc的外緣為轉(zhuǎn)扇體l做原地 旋轉(zhuǎn)運動的導(dǎo)向軌lc'。轉(zhuǎn)扇lb設(shè)置在轉(zhuǎn)扇核la與轉(zhuǎn)扇圈lc之間，并與 兩者連結(jié)固定，形成完整的轉(zhuǎn)扇體l。圖3為圖2 A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖，
從圖3中可以清楚地看到轉(zhuǎn)扇核la、轉(zhuǎn)扇lb、轉(zhuǎn)扇圈lc、輪緣導(dǎo)向軌lc'、 直線定子靴8、永磁懸浮機構(gòu)9的空間結(jié)構(gòu)位置。
請參見圖4，該圖4為外結(jié)構(gòu)環(huán)2正面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖4B-B 剖面結(jié)構(gòu)示意圖。從圖4、圖5可以看出，外結(jié)構(gòu)環(huán)2的斷面形狀為凹形 體2a，在凹形體2a的環(huán)底一周，設(shè)置有導(dǎo)向懸浮輪10，在凹形體2a環(huán)壁 的內(nèi)側(cè)設(shè)有永磁懸浮機構(gòu)9，在凹形體2a環(huán)壁上設(shè)有履帶式磁動機11， 該履帶式磁動機11與發(fā)電機12相連接。
請參見圖6，該圖6為轉(zhuǎn)扇體1與外結(jié)構(gòu)環(huán)2之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系與工作 狀況示意圖。從圖6可以看出，轉(zhuǎn)扇體1的轉(zhuǎn)扇圈lc容納在外結(jié)構(gòu)環(huán)2 的凹形體2a內(nèi)，兩者之間不發(fā)生直接接觸，呈永磁懸浮狀態(tài)。轉(zhuǎn)扇體1 的輪緣導(dǎo)向軌lc'與導(dǎo)向懸浮輪10接觸(限位)，使轉(zhuǎn)扇體1只能轉(zhuǎn)動， 不能徑向移動。轉(zhuǎn)扇圈lc兩側(cè)面設(shè)置的永磁懸浮機構(gòu)9與設(shè)置在外結(jié)構(gòu) 環(huán)2環(huán)壁上的永磁懸浮機構(gòu)9相對正，兩者的結(jié)構(gòu)完全相同，轉(zhuǎn)動中心相 同，半徑相等，同性磁極相對應(yīng)，其斥力使轉(zhuǎn)扇體l只能轉(zhuǎn)動，不能軸向 移動。由此可見，上述導(dǎo)向懸浮輪10與永磁懸浮機構(gòu)9的協(xié)同工作結(jié)果 是使轉(zhuǎn)扇體1處于空間懸浮狀態(tài)，使其在風能轉(zhuǎn)化成動能過程中，機械磨 損極小、功率損耗極低、有效地延長了風車的使用壽命。圖7為永磁懸浮 機構(gòu)9工作狀態(tài)放大示意圖，圖8為圖7 F-F剖面結(jié)構(gòu)示意圖。從圖7、 圖8可以看出，永磁懸浮機構(gòu)9由兩個環(huán)形部分構(gòu)成，其中一環(huán)固定在轉(zhuǎn) 扇體1上，另一環(huán)固定在外結(jié)構(gòu)環(huán)2上。兩部分的結(jié)構(gòu)完全相同，均為兩 條環(huán)形永磁體9a鑲嵌在鐵磁性導(dǎo)磁槽9b內(nèi)，其中一環(huán)為S極，另一環(huán)為 N極。該兩環(huán)永磁體9a之間設(shè)有非鐵磁性嵌體9c，在兩環(huán)永磁體9a與導(dǎo) 磁槽9b的槽壁9b，之間也設(shè)有非鐵磁性嵌體9d。非鐵磁性嵌體9c、 9d， 由非鐵磁性金屬比如但不限于鋁合金制造。兩部分的永磁懸浮機構(gòu)9，同 性磁極相對應(yīng)，由此產(chǎn)生的斥力將轉(zhuǎn)扇體1與外結(jié)構(gòu)環(huán)2脫離接觸。
圖9為圖6G-G剖面示意圖，圖10為圖6 (或圖9)H-H剖面示意圖， 從圖6、圖9、圖10可知，直線定子靴8設(shè)置在轉(zhuǎn)扇圈lc上，與直線定 子靴8對應(yīng)的履帶式磁動機11設(shè)置在外結(jié)構(gòu)環(huán)2的凹形體2a上。圖11 為圖IOK-K剖面示意圖，圖12為圖IOJ-J剖面示意圖，從圖10、圖ll、 圖12可知，直線定子靴8由大小相同的塊狀永磁體8a縱橫整齊排列構(gòu)成。
其永磁極在縱橫兩個方向上均為N極與S極相間隔排列。永磁體8a鑲嵌 在非鐵磁性物體8b內(nèi)，兩者高度相同，表面平整。在永磁體8a的底部設(shè) 置有導(dǎo)磁板8c，以增強永磁塊體8a的磁場力。永磁塊體8a由硬磁材料(比 如但不限于釹鐵硼)制造，非鐵磁性物體8b由非鐵磁性金屬(比如但不 限于鋁合金)制造或塑料(比如但不限于聚氨酯)制造；導(dǎo)磁板8c由導(dǎo) 磁金屬(比如但不限于碳鋼)制造。履帶式磁動機11由支座lla、履帶輪 llb、履帶llc、轉(zhuǎn)子基lle、永磁轉(zhuǎn)子lld構(gòu)成。履帶輪llb通過輪軸lib' 固定在支座lla上，履帶llc繞在履帶輪llb的外圍，永磁轉(zhuǎn)子lld固定 在轉(zhuǎn)子基lle上，轉(zhuǎn)子基lie固定在履帶llc上。永磁轉(zhuǎn)子lld與直線定 子靴8的永磁體8a嚴格對應(yīng)，即兩者的對應(yīng)永磁體面積相等，各永磁體 的縱向、橫向排列間距相等，且異性磁極相對應(yīng)。當直線定子靴8隨轉(zhuǎn)扇 體1轉(zhuǎn)動時，直線定子靴8內(nèi)的永磁體8a與履帶llc上的永磁轉(zhuǎn)子lld 將發(fā)生錯開，此時永磁轉(zhuǎn)子lld將與對應(yīng)的永磁塊體8a之間產(chǎn)生吸力， 與其后方的永磁塊體8a之間產(chǎn)生斥力，在吸力與斥力的共同作用下，履 帶開始轉(zhuǎn)動。永磁轉(zhuǎn)子lld由硬磁材料(比如但不限于釹鐵硼)制造；轉(zhuǎn) 子基lle、履帶輪llb、支座lla由金屬(比如但不限于碳鋼)制造；履帶 llc采用市售標準產(chǎn)品。永磁體lld、 8a的大小與相互之間的間距可根據(jù) 履帶式磁動機ll對扭矩大小的需求，以及在轉(zhuǎn)動過程中兩者(lld、 8a) 不發(fā)成摩擦的要求，應(yīng)用公知的公式進行計算得出，也可用市售商業(yè)軟件 計算得出，故不詳述。發(fā)電機12固定在履帶式磁動機11的支座lla上， 其軸與履帶式磁動機11的輪軸llb'相連結(jié)，在后者的帶動下發(fā)電。發(fā)電 機12的數(shù)量要與轉(zhuǎn)扇體1的做功能力相匹配，其關(guān)系式為
發(fā)電機臺數(shù)=轉(zhuǎn)^^ft力力率^ 單臺發(fā)電機額定輸出功率
轉(zhuǎn)扇體1的最大功率應(yīng)根據(jù)當?shù)貧v史風力資料確定。為了不浪費風能， 采用冗余量配置發(fā)電機12，由微機(市售)控制接入(退出)發(fā)電機12 的工作臺數(shù)，通過變頻器(市售)變成交流電并入電網(wǎng)。隨著風速釣變化， 微機將隨時增加或減少發(fā)電機12的工作臺數(shù)，使之與轉(zhuǎn)扇體1的功率時 時達到動態(tài)平衡。控制全過程采用公知成熟技術(shù)，故不詳述。
請參見圖13，該圖為磁浮磁動無扇軸風車發(fā)電裝置俯視示意圖。從圖
13中可以看出，風車發(fā)電裝置13設(shè)置在底盤4上，底盤4懸浮在圓臺5 上。圖14為圖13 C-C剖面示意圖，圖15、圖16為饅頭形內(nèi)整流罩示意 圖，圖17、圖18為喇叭形外整流罩示意圖。從圖13、 14、 15、 16、 17、 18可知，內(nèi)整流罩6對稱地設(shè)置在轉(zhuǎn)扇核la的兩側(cè)，為饅頭形殼體，隨 轉(zhuǎn)扇核la—起轉(zhuǎn)動，其作用是將轉(zhuǎn)扇核la處的風導(dǎo)流至轉(zhuǎn)扇lb上，同 時也提高了風速。外整流罩7對稱地固定在外結(jié)構(gòu)環(huán)2的兩側(cè)，為喇叭形 殼體。其作用是擴大進風口面積，將外結(jié)構(gòu)環(huán)2處的風以及以外的風導(dǎo)流 至轉(zhuǎn)扇lb上，同時也提高了風速。從圖14還可以看出，在圓臺5的中央 設(shè)置有轉(zhuǎn)軸14，底盤4的中央設(shè)置有軸承15，兩者上下對正，連結(jié)牢固。 其作用有二， 一是作底盤4的轉(zhuǎn)向軸，二是將風車的傾覆拉力傳遞到轉(zhuǎn)軸 14上，在底盤4和圓臺5之間還設(shè)有永磁懸浮機構(gòu)9'，轉(zhuǎn)向履帶式磁動機 18。圖19為圖14D-D剖面示意圖，從圖19中可以看出，在圓臺5的臺面 5a上，以轉(zhuǎn)軸14為中心，放射狀地排列有臥梁16，在臥梁16之上設(shè)置 有環(huán)形永磁懸浮機構(gòu)9'和環(huán)形直線定子靴17。圖20為圖14E-E剖面示意 圖，從圖20中可以看出，在底盤4下面設(shè)置有環(huán)形布置的永磁懸浮機構(gòu)9'、 履帶式磁動機18，在中央設(shè)有軸承15。設(shè)置在底盤4下面的上永磁懸浮 機構(gòu)9，與設(shè)置在臥梁16上面的下永磁懸浮機構(gòu)9'轉(zhuǎn)動中心相同，半徑相 等，上下對正，且同性永磁極相對應(yīng)，其永磁斥力將底盤4懸浮起來。所 述的上下永磁懸浮機構(gòu)9'的結(jié)構(gòu)完全相同，所采用的永磁懸浮裝置與前述 轉(zhuǎn)扇體1與外結(jié)構(gòu)環(huán)2之間所采用的永磁懸浮機構(gòu)9的裝置完全相同，因 此，其結(jié)構(gòu)特征不在重復(fù)描述。應(yīng)當說明的是兩者對懸浮力大小的要求是 不同的，應(yīng)依據(jù)底盤4及其上部物體的載荷，應(yīng)用公知的磁場強度計算公 式，或市售商業(yè)軟件計算永磁體的體積大小與相互之間的距離。也可用小 型實驗方法確定。設(shè)置在底盤4下面的履帶式磁動機18與其下方設(shè)置在 臥梁16上面的環(huán)形直線定子靴1 7的轉(zhuǎn)動中心相同，半徑相等，上下對應(yīng)。 圖21為底盤4轉(zhuǎn)向履帶式磁動機18橫向工作狀況放大示意圖，圖22為 底盤4轉(zhuǎn)向履帶式磁動機18縱向即環(huán)向(C向)工作狀況示意圖。從圖 21、圖22中可以看出，直線定子靴17由鐵磁性條鋼等間距排列而成。履 帶式磁動機18由支座18a、履帶輪18b、履帶(鏈條)18c、永磁極18d 構(gòu)成。履帶輪18b通過輪軸186，與支座18a連結(jié)牢固，履帶18c環(huán)繞在
履帶輪18b的外圍，永磁極18d通過轉(zhuǎn)子基18d'(由碳鋼制造)固定在履 帶18c上形成履帶轉(zhuǎn)子，永磁轉(zhuǎn)子18d的間距與直線定子靴17的間距相 等。電機19固定在底盤4的下面，其轉(zhuǎn)動軸19'與履帶式磁動機的輪軸18b' 相連結(jié)。當電機19驅(qū)動履帶式磁動機18轉(zhuǎn)動時，將發(fā)生永磁極18d與直 線定子靴17在轉(zhuǎn)動方向上的錯開，在產(chǎn)生錯開的同時就產(chǎn)生了驅(qū)動底盤4 轉(zhuǎn)動的扭力(吸力)，隨著錯開值的增大，扭力(吸力)隨之增大，當錯 開值達到永磁體18d斷面尺寸的70X左右時，將出現(xiàn)扭力最大值，之后隨 著錯開的增加扭力逐漸減小。轉(zhuǎn)向履帶式磁動機的作用是，當風向發(fā)生變 化時，微機依據(jù)風向儀(公知設(shè)備和公知技術(shù))測出的變化角度，通過控 制電機從而控制履帶式磁動機18轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度，使喇叭口時時迎風， 有效工作。
權(quán)利要求
1、一種磁浮磁動無扇軸風車發(fā)電裝置，包括有一轉(zhuǎn)扇體，其中央處設(shè)有一轉(zhuǎn)扇核，轉(zhuǎn)扇體的外環(huán)設(shè)有一轉(zhuǎn)扇圈，轉(zhuǎn)扇核與轉(zhuǎn)扇圈之間等間距地排列有轉(zhuǎn)扇，為連結(jié)轉(zhuǎn)扇核與轉(zhuǎn)扇圈的受力結(jié)構(gòu)件；轉(zhuǎn)扇圈的兩側(cè)圈面分別各設(shè)有環(huán)形直線定子靴和環(huán)形永磁懸浮機構(gòu)，環(huán)形直線定子靴和環(huán)形永磁懸浮機構(gòu)為同心圓；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，導(dǎo)磁板固定在轉(zhuǎn)扇圈的側(cè)面上；該轉(zhuǎn)扇體的輪緣為導(dǎo)向軌；轉(zhuǎn)扇體的轉(zhuǎn)扇圈容納在外結(jié)構(gòu)環(huán)內(nèi)，外結(jié)構(gòu)環(huán)的環(huán)壁內(nèi)的兩側(cè)分別各設(shè)有環(huán)形永磁懸浮機構(gòu)，與轉(zhuǎn)扇圈兩側(cè)圈面的環(huán)形永磁懸浮機構(gòu)的圓心相同、半徑相等、且同性磁極相對，其斥懸浮力使轉(zhuǎn)扇圈與外結(jié)構(gòu)環(huán)兩者處于懸浮狀態(tài)；外結(jié)構(gòu)環(huán)的環(huán)壁一周對應(yīng)轉(zhuǎn)扇圈的環(huán)形直線定子靴處設(shè)置有若干履帶式磁動機，其履帶繞設(shè)在磁動機的履帶輪上，履帶上異極相間地等間距地鑲嵌有永磁體材料的永磁轉(zhuǎn)子；且直線定子靴的間距與永磁轉(zhuǎn)子的間距相同，直線定子靴與永磁轉(zhuǎn)子為異極相對，磁動機的履帶輪通過輪軸連接發(fā)電機；外結(jié)構(gòu)環(huán)的環(huán)底一周對應(yīng)轉(zhuǎn)扇體的導(dǎo)向軌設(shè)置有導(dǎo)向懸浮輪；該外結(jié)構(gòu)環(huán)固定在底盤上，該底盤下方中心可轉(zhuǎn)動地設(shè)置有一固定于圓臺上的轉(zhuǎn)軸；底盤下方設(shè)置有環(huán)形的上永磁懸浮機構(gòu)，圓臺上方相對應(yīng)地也設(shè)置有環(huán)形的下永磁懸浮機構(gòu)，上永磁懸浮機構(gòu)和下永磁懸浮機構(gòu)軸心相同，半徑相等，且永磁體為同極性相對，斥懸浮力使底盤懸??；底盤下方設(shè)置有履帶式磁動機，其履帶繞設(shè)在磁動機的兩個履帶輪上，永磁極異極相間地等間距地通過轉(zhuǎn)子基固定在履帶上形成履帶轉(zhuǎn)子，履帶式磁動機的輪軸連接電機的轉(zhuǎn)動軸；圓臺上方對應(yīng)履帶式磁動機的永磁極設(shè)置由鐵磁性材料等間距排列的直線定子靴；一風向儀，固定在外結(jié)構(gòu)環(huán)的頂部，該風向儀與電機均連接一微機。
2、 如權(quán)利要求1所述磁浮磁動無扇軸風車發(fā)電裝置，其中，底盤下 方中心是通過一軸承設(shè)置在轉(zhuǎn)軸上。
3、 如權(quán)利要求1所述磁浮磁動無扇軸風車發(fā)電裝置，其中，環(huán)形永磁懸浮機構(gòu)是由導(dǎo)磁槽與槽口內(nèi)固定的兩環(huán)永磁體構(gòu)成， 一環(huán)永磁體為N極向槽口，另一環(huán)永磁體為s極向槽口，兩個環(huán)形永磁體之間設(shè)有非鐵磁性嵌體，永磁體與相鄰的槽壁之間設(shè)有非鐵磁性嵌體。
4、 如權(quán)利要求1或3所述磁浮磁動無扇軸風車發(fā)電裝置，其中，永 磁懸浮機構(gòu)為硬磁材料。
5、 如權(quán)利要求4所述磁浮磁動無扇軸風車發(fā)電裝置，其中，硬磁材 料為釹鐵硼。
6、 如權(quán)利要求1所述磁浮磁動無扇軸風車發(fā)電裝置，其中，圓臺的 上方以轉(zhuǎn)軸為中心，呈放射狀地排列有臥梁，下永磁懸浮機構(gòu)和直線定子 靴固定在臥梁上。
7、 如權(quán)利要求1所述磁浮磁動無扇軸風車發(fā)電裝置，其中，底盤為 碳鋼材料制作。
8、 如權(quán)利要求1所述磁浮磁動無扇軸風車發(fā)電裝置，其中，轉(zhuǎn)扇核 的兩面均設(shè)有呈半圓形的內(nèi)整流罩，并隨轉(zhuǎn)扇核一起轉(zhuǎn)動，以將轉(zhuǎn)扇核處 的風導(dǎo)流至轉(zhuǎn)扇上；外結(jié)構(gòu)環(huán)的兩面均設(shè)有為喇叭狀的外整流罩，以擴大 進風口面積，將風導(dǎo)流至轉(zhuǎn)扇上。
9、 如權(quán)利要求1所述磁浮磁動無扇軸風車發(fā)電裝置，其中，內(nèi)整流 罩和外剌流罩由金屬制成格架，再由薄金屬板或玻璃鋼做蒙皮，外表平整 光滑連續(xù)過渡。
全文摘要
一種磁浮磁動無扇軸風車發(fā)電裝置，轉(zhuǎn)扇體的轉(zhuǎn)扇圈容納在外結(jié)構(gòu)環(huán)內(nèi)，轉(zhuǎn)扇體與外結(jié)構(gòu)環(huán)之間由于導(dǎo)向懸浮輪和永磁懸浮機構(gòu)的協(xié)同工作而處于懸浮狀態(tài)；外喇叭口整流罩與內(nèi)饅頭形整流罩協(xié)同工作既增大了進風面積，又收縮了轉(zhuǎn)扇口段的面積，提高了轉(zhuǎn)扇工作風速；外結(jié)構(gòu)環(huán)上的履帶式磁動機與設(shè)置在轉(zhuǎn)扇體上的直線定子靴相對應(yīng)，實現(xiàn)非接觸傳遞扭矩，減小了摩擦阻力，提高了發(fā)電機的發(fā)電效率；由于采用多臺發(fā)電機與轉(zhuǎn)扇體對應(yīng)，且按當?shù)刈罡唢L速匹配發(fā)電機臺數(shù)，并由微機控制接入(退出)發(fā)電機的工作數(shù)量，通過逆變器變成交流電并入電網(wǎng)。當風向發(fā)生變化時，微機依據(jù)風向儀測出的變化角度，控制轉(zhuǎn)向磁動機轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度，使喇叭口時時迎風。
文檔編號F03D9/00GK101354014SQ20081011898
公開日2009年1月28日 申請日期2008年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月27日
發(fā)明者李嶺群 申請人:李嶺群