專利名稱：升力型橢圓球式真空磁懸浮風(fēng)力機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力動(dòng)力裝置的風(fēng)力機(jī)，具體說(shuō)是一種升力型橢圓球式真空磁懸浮風(fēng)力機(jī)。
背景技術(shù)：
目前的風(fēng)力機(jī)有很多，例如水平軸風(fēng)力機(jī)、垂直軸風(fēng)力機(jī)；阻力型風(fēng)力機(jī)、升力型風(fēng)力機(jī)；形狀也各異，多翼式、螺旋槳式、薩布紐斯式、達(dá)里厄式等。但這些風(fēng)力機(jī)都各有其較大缺陷，且性能都不大穩(wěn)定，作用單一，效率較低，風(fēng)能利用系數(shù)一般為O. 2-0. 4。特別的，目前技術(shù)比較成熟且大量推廣使用的水平軸風(fēng)力機(jī)，因其結(jié)構(gòu)特性，必須進(jìn)行特殊的抗顫振和抗發(fā)散處理，增加了成本，降低了風(fēng)能利用系數(shù)。目前市場(chǎng)上沒(méi)有橢圓球式的磁懸浮風(fēng)力機(jī)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種升力型橢圓球式真空磁懸浮風(fēng)力機(jī)，不僅可以同時(shí)利用水平方向和垂直方向的風(fēng)力，而且可以減少風(fēng)機(jī)葉片的激振源，較好的解決葉片的經(jīng)典顫振、失速顫 振和發(fā)散等問(wèn)題，提高風(fēng)機(jī)氣動(dòng)彈性的穩(wěn)定性。所述一種升力型橢圓球式真空磁懸浮風(fēng)力機(jī)，包括葉片、風(fēng)機(jī)主軸、磁懸浮軸承、傳動(dòng)軸，其特征是還包括一長(zhǎng)軸與地面垂直設(shè)置的橢圓球體，所述球體以其長(zhǎng)軸為中心軸設(shè)有貫通的球體豎軸圓孔，所述球體在其內(nèi)側(cè)的所述球體豎軸圓孔的孔壁設(shè)有球體內(nèi)膽，在所述球體外側(cè)面的球體外殼上裝有一周所述葉片；所述風(fēng)機(jī)主軸貫穿所述球體豎軸圓孔，在所述球體豎軸圓孔中部設(shè)有一對(duì)軸向磁懸浮軸承，所述磁懸浮軸承的轉(zhuǎn)子推動(dòng)盤的外側(cè)與所述球體內(nèi)膽的中部固定，所述轉(zhuǎn)子推動(dòng)盤的內(nèi)徑與所述風(fēng)機(jī)主軸固定，使葉片帶動(dòng)球體轉(zhuǎn)動(dòng)，球體通過(guò)轉(zhuǎn)子推動(dòng)盤帶動(dòng)風(fēng)機(jī)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)；所述磁懸浮軸承上下兩端的軸向磁懸浮軸承定子分別裝有圓柱形的磁懸浮軸承定子徑向保護(hù)裝置，用于通過(guò)磁懸浮軸承定子徑向保護(hù)裝置與外部結(jié)構(gòu)的固定來(lái)防止磁懸浮軸承的徑向振動(dòng)和偏移。作為優(yōu)化方案，所述球體中空，內(nèi)充有比重輕于空氣的球體內(nèi)氣體，用于減輕轉(zhuǎn)子推動(dòng)盤的重力負(fù)荷。作為優(yōu)化方案，所述球體外殼、球體內(nèi)膽、葉片分別以輕型材料PA66或POM之一制造。作為一種實(shí)施例,所述葉片均嵌布于所述球體外殼,數(shù)量為9 11片。作為優(yōu)化方案，所述葉片橫截面為外側(cè)相對(duì)內(nèi)側(cè)曲率較大的翼型，葉片中上部的翼型葉片負(fù)壓區(qū)在外側(cè)，葉片正壓區(qū)在內(nèi)側(cè)，翼弦與球體外殼垂直或基本垂直。所述葉片為徑向彎曲的弧形，其后緣弧與橢圓球體長(zhǎng)軸中心點(diǎn)的連線與長(zhǎng)軸之間呈12. 5° ±20%的夾角，其前緣弧與橢圓球體長(zhǎng)軸中心點(diǎn)的連線與長(zhǎng)軸之間呈9° ±20%的夾角，以利于向上方的垂直風(fēng)帶動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)并與水平風(fēng)帶動(dòng)的旋轉(zhuǎn)方向一致。所述后緣弧是指葉片上端，所述前緣弧是指葉片的下端。[0011 ] 作為一種實(shí)施例,所述葉片的一側(cè)邊完全嵌裝于所述球體外殼上。作為優(yōu)化方案，所述葉片由中線向下部逐漸外旋出0°到20°的葉片水平迎風(fēng)攻角，葉片下端與球體豎軸平行方向逐漸外旋出14° 19°的葉片垂直迎風(fēng)攻角，使葉片因氣流產(chǎn)生升力和旋轉(zhuǎn)推力。所述磁懸浮軸承定子徑向保護(hù)裝置與風(fēng)機(jī)主軸外的主軸外套固定，所述主軸外套兩端裝有徑向保護(hù)軸承，所述徑向保護(hù)軸承由徑向保護(hù)軸承固定裝置與風(fēng)機(jī)外部構(gòu)造物結(jié)合固定，用于增強(qiáng)風(fēng)機(jī)的徑向穩(wěn)定性。作為優(yōu)化方案，所述球體的長(zhǎng)軸與短軸之比為O. 618。升力型橢圓球式真空風(fēng)力機(jī)可以作為自然風(fēng)力動(dòng)力源用于發(fā)電、提水、航行等，更可以作為人工風(fēng)力系統(tǒng)如本人發(fā)明的人工真空風(fēng)道、普通煙囪、抽風(fēng)系統(tǒng)、隧道等的風(fēng)力動(dòng)力使用，也可用于風(fēng)信等，其用途較其他風(fēng)力機(jī)寬泛。本發(fā)明的有益效果是I、氣動(dòng)彈性非常穩(wěn)定，葉片的一條邊嵌裝于球體縱軸方向上，與球體形成整體，風(fēng)從葉片前緣往上向后緣掃掠，葉片的氣動(dòng)彈性非常穩(wěn)定。由于磁懸浮軸承定子徑向保護(hù)裝置限制了磁懸浮軸承的徑向振動(dòng)，也有效的保證了風(fēng)機(jī)的徑向穩(wěn)定性。2、輕盈，啟動(dòng)系數(shù)低，本發(fā)明使用葉片與垂直軸中心對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，內(nèi)充較輕氣體的中空球體，和輕型材料的結(jié)構(gòu)體使整體重量很輕，同時(shí)葉片在風(fēng)力作用下自身產(chǎn)生升力，抵消了部分重力的作用。且風(fēng)機(jī)主軸使用磁懸浮軸承，一方面將結(jié)構(gòu)主要重量落在定子上，并通過(guò)外部支撐結(jié)構(gòu)支撐，轉(zhuǎn)動(dòng)部分較為輕盈，與定子之間無(wú)摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)，使風(fēng)力機(jī)的啟動(dòng)系數(shù)很低，真空橢圓球體內(nèi)的氣體、磁懸浮軸承、葉片迎風(fēng)攻角及其構(gòu)造三者結(jié)合，平均風(fēng)速低于2m/s左右的輕微 風(fēng)即可帶動(dòng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。3、風(fēng)能利用系數(shù)較高，本發(fā)明對(duì)水平和向上的垂直風(fēng)都可以起到有效作用，由于啟動(dòng)系數(shù)低，可以有效提高風(fēng)能的利用系數(shù)。使風(fēng)機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù)接近O. 5。4、用途較寬泛，本發(fā)明的風(fēng)力機(jī)不僅可以用在風(fēng)力發(fā)電上，還可以由輸出軸帶動(dòng)作為船體航行的推進(jìn)裝置或其它裝置，可以作為自然風(fēng)力動(dòng)力源用于發(fā)電、提水、航行等，更可以作為人工風(fēng)力系統(tǒng)如本人發(fā)明的人工真空風(fēng)道、普通煙囪、抽風(fēng)系統(tǒng)、隧道等的風(fēng)力動(dòng)力使用，也可用于風(fēng)信等，其用途較其他風(fēng)力機(jī)寬泛。用于人工風(fēng)場(chǎng)時(shí)，風(fēng)機(jī)可垂直安置，也可水平安置。5、成本較低廉。

圖I是球體及豎軸圓孔示意圖，圖2是風(fēng)機(jī)內(nèi)部構(gòu)造示意圖，圖3是風(fēng)機(jī)葉片形狀示意圖，圖4是風(fēng)機(jī)葉片安裝示意圖，圖5是風(fēng)機(jī)外形構(gòu)造示意圖，圖6是風(fēng)機(jī)安裝運(yùn)行示意圖。圖中I一球體，2—球體外殼，3—球體內(nèi)膽，4一球體豎軸圓孔，5—風(fēng)機(jī)主軸，6—軸向磁懸浮軸承定子，7—轉(zhuǎn)子推動(dòng)盤，8—磁懸浮軸承定子徑向保護(hù)裝置，9一球體內(nèi)氣體，10—葉片垂直迎風(fēng)攻角，11 一葉片前緣，12—葉片水平迎風(fēng)攻角，13 —葉片，14 一葉片負(fù)壓區(qū)，15—葉片后緣，16—葉片正壓區(qū)，17—主軸外套，18—傳動(dòng)軸，19—徑向保護(hù)軸承，20—外套及徑向保護(hù)軸承固定裝置，21—磁懸浮軸承固定裝置，22風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向，23—磁懸浮軸承。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明如圖2、5所示，所述升力型橢圓球式真空磁懸浮風(fēng)力機(jī)，包括葉片13、風(fēng)機(jī)主軸5、磁懸浮軸承23、傳動(dòng)軸18,和長(zhǎng)軸與地面垂直設(shè)置的橢圓球體1，作為優(yōu)化方案，所述球體的長(zhǎng)軸與短軸之比為O. 618。如圖I，所述球體I以其長(zhǎng)軸為中心軸設(shè)有貫通的球體豎軸圓孔4，所述球體I在其內(nèi)側(cè)的所述球體豎軸圓孔4的孔壁設(shè)有球體內(nèi)膽3，在所述球體I外側(cè)面的球體外殼2上裝有一周所述葉片13 ;所述風(fēng)機(jī)主軸5貫穿所述球體豎軸圓孔4，如圖2，在所述球體豎軸圓孔4中部設(shè)有一對(duì)軸向磁懸浮軸承23，所述磁懸浮軸承23的轉(zhuǎn)子推動(dòng)盤7的外側(cè)與所述球體內(nèi)膽3的中部固定，所述轉(zhuǎn)子推動(dòng)盤7的內(nèi)徑與所述風(fēng)機(jī)主軸5固定，使葉片帶動(dòng)球體轉(zhuǎn)動(dòng)，球體通過(guò)轉(zhuǎn)子推動(dòng)盤帶動(dòng)風(fēng)機(jī)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)；所述磁懸浮軸承23上下兩端的定子6分別有圓柱形的磁懸浮軸承定子徑向保護(hù)裝置8，用于通過(guò)磁懸浮軸承定子徑向保護(hù)裝置8與外部結(jié)構(gòu)的固定來(lái)防止磁懸浮軸承23的徑向振動(dòng)和偏移。如圖2，作為優(yōu)化方案，所述球體I中空，內(nèi)充有比重輕于空氣的球體內(nèi)氣體9，用于減輕轉(zhuǎn)子推動(dòng)盤7的重力負(fù)荷。作為優(yōu)化方案，所述球體外殼2、球體內(nèi)膽3、葉片13分別以輕型材料 PA66、POM 之一制造。PA66 (Monomer casting nylon.比重 I. 15g/cm3,抗拉強(qiáng)度83Mpa，缺口沖擊強(qiáng)度53Mpa，彎曲模量28500kgf/cm2，洛式硬度80/120，M/R)?；騊OM(Polyoxymethylene,比重I. 41,抗拉強(qiáng)度58Mpa,缺口沖擊強(qiáng)度，缺口側(cè)39Mpa,反缺口側(cè)680Mpa，彎曲模量3040Mpa，彎曲強(qiáng)度92Mpa)。如圖5,作為一種實(shí)施例，所述葉片13均布于所述球體外殼，數(shù)量為9 11片。如圖3、4，所述葉片13橫截面為外側(cè)相對(duì)內(nèi)側(cè)曲率較大的翼型，葉片中上部的翼型葉片負(fù)壓區(qū)14在外側(cè)，葉片正壓`區(qū)16在內(nèi)側(cè)，翼弦與球體外殼2垂直或基本垂直。如圖3，所述葉片13為徑向彎曲的弧形，其后緣弧與橢圓球體長(zhǎng)軸中心點(diǎn)的連線與長(zhǎng)軸之間呈12. 5° ±20%的夾角，其前緣弧與橢圓球體長(zhǎng)軸中心點(diǎn)的連線與長(zhǎng)軸之間呈9° ±20%的夾角，以利于向上方的垂直風(fēng)帶動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)并與水平風(fēng)帶動(dòng)的旋轉(zhuǎn)方向一致。作為一種實(shí)施例,所述葉片13的一側(cè)邊完全嵌裝于所述球體外殼2上。如圖3，作為優(yōu)化方案，所述葉片中線向下部逐漸外旋出0°到20°的葉片水平迎風(fēng)攻角12，葉片下端與球體豎軸平行方向逐漸外旋出14° -19°的葉片垂直迎風(fēng)攻角10，使葉片以氣流產(chǎn)生升力和旋轉(zhuǎn)推力。葉片前緣點(diǎn)后掠，前緣弧與弦長(zhǎng)夾角14-19° ,負(fù)壓側(cè)曲率較大，后緣稍薄，略似汽輪機(jī)動(dòng)?xùn)湃~片截面。如圖2，所述磁懸浮軸承定子徑向保護(hù)裝置8與風(fēng)機(jī)主軸5外的主軸外套17固定，所述主軸外套17兩端有徑向保護(hù)軸承固定裝置20，所述外套17及徑向保護(hù)軸承固定裝置20內(nèi)裝有徑向保護(hù)軸承19，所述徑向保護(hù)軸承固定裝置20固定于風(fēng)機(jī)外的構(gòu)造物上，用于增強(qiáng)風(fēng)機(jī)的徑向穩(wěn)定性。磁懸浮軸承定子6和定子保護(hù)裝置8固定在主軸5外的軸套17上，軸套17固定在構(gòu)造物上，主軸5、磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子推動(dòng)盤7和球體I及葉片13組成旋轉(zhuǎn)主體。風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)可垂直固定于任意支架或構(gòu)造物上，任何方向的風(fēng)力均可推動(dòng)風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，球體I內(nèi)的較輕氣體使風(fēng)機(jī)相當(dāng)輕盈，軸向磁懸浮軸承使風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子推動(dòng)盤7和軸向磁懸浮軸承定子6之間幾乎沒(méi)有摩擦，磁懸浮軸承的徑向保護(hù)裝置8和風(fēng)機(jī)兩端徑向保護(hù)軸承19，使風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)非常平穩(wěn)，磁懸浮軸承不會(huì)出現(xiàn)徑向偏移。用于自然風(fēng)力條件時(shí)，風(fēng)機(jī)垂直固定于任意支架或構(gòu)造物上，任何方向的風(fēng)力均可推動(dòng)風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，真空橢圓球體內(nèi)的氣體、磁懸浮軸承、葉片迎風(fēng)攻角及其構(gòu)造三者結(jié)合，平均風(fēng)速低于2M/S左右的輕微風(fēng)即可帶動(dòng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，風(fēng)機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù)接近O. 5。葉片13的一條邊完全嵌裝于球體I的縱軸方向上，與球體I形成整體，風(fēng)從葉片13前緣11往上向后緣15掃 掠，葉片13的氣動(dòng)彈性非常穩(wěn)定。
權(quán)利要求1.一種升力型橢圓球式真空磁懸浮風(fēng)力機(jī)，包括葉片(13)、風(fēng)機(jī)主軸(5)、磁懸浮軸承(23)、傳動(dòng)軸(18)，其特征是還包括一長(zhǎng)軸與地面垂直設(shè)置的橢圓球體(1)，所述球體(I)以其長(zhǎng)軸為中心軸設(shè)有貫通的球體豎軸圓孔(4)，所述球體(I)在其內(nèi)側(cè)的所述球體豎軸圓孔(4)的孔壁設(shè)有球體內(nèi)膽(3)，在所述球體(I)外側(cè)面的球體外殼(2)上裝有一周所述葉片(13);所述風(fēng)機(jī)主軸(5)貫穿所述球體豎軸圓孔(4)，在所述球體豎軸圓孔(4)中部設(shè)有一對(duì)軸向磁懸浮軸承(23 )，所述磁懸浮軸承(23 )的轉(zhuǎn)子推動(dòng)盤(7 )的外側(cè)與所述球體內(nèi)膽(3)的中部固定，所述轉(zhuǎn)子推動(dòng)盤(7)的內(nèi)側(cè)與所述風(fēng)機(jī)主軸(5)固定，使葉片帶動(dòng)球體轉(zhuǎn)動(dòng)，球體通過(guò)轉(zhuǎn)子推動(dòng)盤帶動(dòng)風(fēng)機(jī)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)；所述磁懸浮軸承(23)上下兩端的軸向磁懸浮軸承定子(6)分別裝有圓柱形的磁懸浮軸承定子徑向保護(hù)裝置(8)，用于通過(guò)磁懸浮軸承定子徑向保護(hù)裝置(8)與外部結(jié)構(gòu)的固定來(lái)防止磁懸浮軸承(23)的徑向振動(dòng)和偏移。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的升力型橢圓球式真空磁懸浮風(fēng)力機(jī)，其特征是所述球體(I)中空，內(nèi)充有比重輕于空氣的球體內(nèi)氣體(9)，用于減輕轉(zhuǎn)子推動(dòng)盤(7)的重力負(fù)荷。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的升力型橢圓球式真空磁懸浮風(fēng)力機(jī)，其特征是所述球體外殼(2 )、球體內(nèi)膽(3 )、葉片(13 )分別以輕型材料PA66或POM之一制造。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的升力型橢圓球式真空磁懸浮風(fēng)力機(jī)，其特征是所述葉片(13)均布于所述球體外殼的側(cè)面，數(shù)量為9 11片。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的升力型橢圓球式真空磁懸浮風(fēng)力機(jī)，其特征是所述葉片(13)橫截面為外側(cè)相對(duì)內(nèi)側(cè)曲率較大的翼型，葉片中上部的翼型葉片負(fù)壓區(qū)(14)在外偵牝葉片正壓區(qū)(16)在內(nèi)側(cè)，翼弦與 球體外殼(2)垂直或基本垂直。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的升力型橢圓球式真空磁懸浮風(fēng)力機(jī)，其特征是所述葉片(13)為徑向彎曲的弧形，其后緣弧與橢圓球體長(zhǎng)軸中心點(diǎn)的連線與長(zhǎng)軸之間呈.12. 5° ±20%的夾角，其前緣弧與橢圓球體長(zhǎng)軸中心點(diǎn)的連線與長(zhǎng)軸之間呈9° ±20%的夾角，以利于向上方的垂直風(fēng)帶動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)并與水平風(fēng)帶動(dòng)的旋轉(zhuǎn)方向一致。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的升力型橢圓球式真空磁懸浮風(fēng)力機(jī)，其特征是所述葉片(13)的一側(cè)邊完全嵌裝于所述球體外殼(2)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的升力型橢圓球式真空磁懸浮風(fēng)力機(jī)，其特征是所述葉片(13)由中線向下部逐漸外旋出0°到20°的葉片水平迎風(fēng)攻角(12)，葉片下端與球體豎軸平行方向逐漸外旋出14° 19°的葉片垂直迎風(fēng)攻角(10)，使葉片因氣流產(chǎn)生升力和旋轉(zhuǎn)推力。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的升力型橢圓球式真空磁懸浮風(fēng)力機(jī)，其特征是所述磁懸浮軸承定子徑向保護(hù)裝置(8)與風(fēng)機(jī)主軸(5)外的主軸外套(17)固定，所述主軸外套(17)兩端裝有徑向保護(hù)軸承(19)，所述徑向保護(hù)軸承(19)由徑向保護(hù)軸承固定裝置(20)與風(fēng)機(jī)外部構(gòu)造物結(jié)合固定，用于增強(qiáng)風(fēng)機(jī)的徑向穩(wěn)定性。
10.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的升力型橢圓球式真空磁懸浮風(fēng)力機(jī)，其特征是所述球體的長(zhǎng)軸與短軸之比為O. 618。
專利摘要一種升力型橢圓球式真空磁懸浮風(fēng)力機(jī)，包括葉片、風(fēng)機(jī)主軸、磁懸浮軸承、傳動(dòng)軸，還包括與地面垂直設(shè)置的橢圓球體，所述球體以其長(zhǎng)軸為中心軸設(shè)有貫通的球體豎軸圓孔；風(fēng)機(jī)主軸貫穿所述球體豎軸圓孔，在所述球體豎軸圓孔中部設(shè)有一對(duì)軸向磁懸浮軸承，所述磁懸浮軸承的轉(zhuǎn)子推動(dòng)盤的外側(cè)與所述球體內(nèi)膽的中部固定，所述轉(zhuǎn)子推動(dòng)盤的內(nèi)側(cè)與所述風(fēng)機(jī)主軸固定；所述磁懸浮軸承上下兩端定子分別有圓柱形的磁懸浮軸承定子徑向保護(hù)裝置。本實(shí)用新型氣動(dòng)彈性非常穩(wěn)定；整體機(jī)構(gòu)輕盈，啟動(dòng)系數(shù)低；風(fēng)能利用系數(shù)較高；用途較寬泛；成本較為低廉。
文檔編號(hào)F03D1/06GK203130360SQ20132010353
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月7日
發(fā)明者毛楚楚, 毛建華 申請(qǐng)人:毛建華