CN101655066B - 以磁浮磁动转扇风车为动力的发电装置 - Google Patents

Abstract

一种以磁浮磁动转扇风车为动力的发电装置，由永磁悬浮托起风车，该风车的转扇在工作侧因自转被限制而增大对风的阻力，推动风车转动。在非工作侧转扇通过自转与风向保持平行，把风阻力减到最小。该风车的扭矩通过若干磁动机传递给对应发电机，由微机控制发电机接入(退出)数量(也控制了风车的转速)，以实现发电机的发电总功率与风车动能的时时动态平衡。磁浮磁动转扇风车及发电技术实现了大转矩、微阻力地将风能转化成动能的技术效果。

Description

以磁浮磁动转扇风车为动力的发电装置

技术领域

本发明属风力发电技术领域。具体涉及由永磁悬浮悬起转扇风车，由转扇风车将风能转化成动能，由磁动机将转扇风车的动能分散传递给若干发电机，由发电机将动能转化成电能的装置。

背景技术

目前，大量使用的风力发电机是三叶式水平轴风力发电机。它由细长的杆件：叶片和塔架以及水平轴构成风力机，该机将风能转化成动能，在水平轴的尾端与发电机相连结进行发电。这一技术的缺点是：

1)一台风力机与一台发电机对应，风速低了不能发电，风速高了必须采用“扭头”、“仰头”、“转动机舱迎风角度”、“变桨距”等方式来减少风力对风车叶片的作用，实质上是浪费了风能；

2)发电能力低，世界领先水平为3MW，正在研发中的为5MW。3MW风力机的风轮直径已达130米，塔架高近80米，安装难度大，维检难度大；

3)风叶对地表湍流风适应能力差，只有高架风力机才能有效工作；

4)轴的转速低，而“尖速比”过大(即风轮叶片的尖部线速度过大)，既产生了很大的噪声，又降低了经济寿命；

5)造价高：0.8万人民币/kW。

公开发表以上技术的论文和专著很多：如《风能技术》[美Tony Burton等著，武鑫等译](2007年9月第一版)。

发明内容

为了克服上述技术的缺点，本发明的目的在于提供一种以磁浮磁动转扇风车为动力的发电装置。

为实现上述目的，本发明提供的以磁浮磁动转扇风车为动力的发电装置，其包括：

该磁浮磁动转扇风车由风车体和转扇组成，该风车体轴设于主轴上，该风车体是以该主轴为中心，两侧均对称地自上部至下部设有若干个轮圆，每一上轮圆和对应的下轮圆之间垂直地设有至少两环结构柱，该两环结构柱分自主轴端起依序为内结构柱和外结构柱；每一个外结构柱上各套设一转扇，该转扇的扇叶长度大于外结构柱与内结构柱之间的距离，且小于与相邻的同一环外结构柱之间的距离；

风车体底部的轮圆对应一与主轴同心的圆台，在风车体底部的轮圆朝向圆台的一面设置有同圆心的呈环形的上永磁悬浮机构，圆台对应风车体底部轮圆的一面设有同圆心的呈环形的下永磁悬浮机构；上永磁悬浮机构和下永磁悬浮机构均由环形导磁槽与槽口内固定的两环永磁体构成，一环永磁体为N极向槽口，另一环永磁体为S极向槽口，两个环形永磁体之间设有非铁磁性嵌体，内环永磁体与相邻的槽壁之间、外环永磁体与相邻的槽壁之间亦设有非铁磁性嵌体；上永磁悬浮机构和下永磁悬浮机构圆心相同、半径相等、同性磁极相对，其斥悬浮力将风车体浮起；

由上述结构的磁浮磁动转扇风车带动发电机。

在本发明中，发电机可以安装在圆台的上方，当转扇风车较小时，也可将发电机直接与主轴相连结。

当发电机安装在圆台上时，磁浮磁动转扇风车其风车体底部的轮圆上设有直线定子靴，该直线定子靴是将块状永磁体按异极相排的方法镶嵌在导磁板上，每个块状永磁体之间用非铁磁性体隔开，块状永磁体朝向下方地固定于风车体底部的轮圆上；在圆台上，对应风车体底部的直线定子靴设有若干对诱导轮，每对诱导轮由两个诱导轮组成，每两个诱导轮上环设一安有导磁极的履带，该履带上的导磁极朝向上方，与风车体底部的轮圆上的直线定子靴的块状永磁体相对应，诱导轮的轮轴连接发电机。

当发电机安装在主轴周围时，磁浮磁动转扇风车的主轴的顶端设有直线定子轮，对应该直线定子轮设有磁动机转子轮，磁动机转子轮的转动轴连接发电机。磁动机转子轮固定在一支架上，该支架可为三角架，该三角脚架的底部为支撑点。

所述的发电装置，其中，所述的主轴与风车体的轮圆接触处固定有导向环轨，对应的轮圆处固定有导向轮，该导向轮镶嵌在导向环轨内绕导向轨转动。

所述的发电装置，其中，所述的风车体为碳钢、合金钢或铝合金材质。

所述的发电装置，其中，所述的转扇为碳钢或铝合金制成的格架，表面采用铁板、铝板或玻璃钢做蒙皮。

所述的发电装置，其中，所述的主轴底部为主轴基，该主轴与主轴基为钢筋混凝土一体浇筑而成。

本发明的效果是，采用集小扇为巨扇的集风能技术；将风车巨大的动能分散传递给若干发电机的分散发电技术；风车轴转速低，直线定子线速度适中的低速风车技术等，成功地解决了现有技术缺点。同时应用磁悬浮、磁动机等高新技术，降低了摩擦阻力，提高了风力机的使用寿命，降低了制造成本。

附图说明

图1为本发明实施例1的磁浮磁动转扇风车及发电机总体结构剖面示意图

图2为图1中沿A-A线的俯视结构示意图。

图3为图1中沿B-B线的剖面结构示意图。

图4为图1中沿C-C线的剖面结构示意图。

图5为图1中沿D-D线的剖面结构示意图。

图6为永磁悬浮机构局部放大示意图。

图7为图6中沿E-E线剖面结构示意图。

图8为履带式磁动机纵向工作状况示意图。

图9为履带式磁动机横向工作状况示意图。

图10为图4中环形布置的直线定子靴结构放大示意图。

图11为图10中沿F-F线的剖面结构示意图。

图12为图10中沿G-G线的剖面结构示意图。

图13为图2中沿H-H线的剖面结构示意图。

图14为永磁悬浮机构工作状况示意图。

图15为本发明实施例2的磁浮磁动转扇风车及发电机总体结构剖面示意图，

图16为图15中沿I-I线的俯视结构示意图。

图17为图16的局部放大示意图。

图18为图17中沿J-J线的剖面结构示意图。

图19为图15中沿K-K线的剖面结构示意图。

图20为图15中沿L-L线的剖面结构示意图。

图21为图20的局部放大示意图。

图22为图21中沿M-M线的剖面结构示意图。

图23为图15中沿N-N线的剖面结构示意图。

图24为永磁悬浮机构工作状态示意图。

具体实施方式

本发明提供一种由永磁悬浮托起的风车，该风车的转扇在工作侧因自转被限制而增大对风的阻力，推动风车转动。在非工作侧转扇通过自转与风向保持平行，把风阻力减到最小。该风车的扭矩通过若干磁动机传递给对应发电机，由微机(市售商品)控制发电机接入(退出)数量(也控制了风车的转速)，以实现发电机的发电总功率与风车动能的时时动态平衡。磁浮磁动转扇风车及发电技术实现了大转矩、微阻力地将风能转化成动能的技术效果，及全风速(1-12级风)发电的技术能力。本发明由转扇风车、永磁悬浮机构、磁动机-发电机三部分构成，其中：

转扇风车部分：由风车体、转扇、主轴构成。风车体中央为轴承套。风车体的上部、下部设有轮圆(也可设置多层轮圆)，在上轮圆与下轮圆的中央均设有圆孔，上轴承套镶嵌固定在上轮圆的中央圆孔内，下轴承套镶嵌固定在下轮圆的中央圆孔内。风车体上下轮圆之间为结构柱，该柱的上端与上轮圆连结固定，下端与下轮圆连结固定。结构柱至少设两环，内结构柱兼做阻扇柱，外结构柱兼做转扇轴。内结构柱与外结构柱各自至少3根，主轴心-内结构柱-外结构柱连成一条直线，成放射状排列，各结构柱-主轴心连线的夹角相同(3根柱时为120度)。转扇通过轴承与转扇轴(外柱)连结，转扇可绕转扇轴自由转动，但因受阻扇柱(内柱)的阻挡和风力的作用，其转动角度≤180度。主轴的一端，或者两端固定在受力结构体上，风车体绕主轴旋转，主轴承受风车体对其施加的扭矩、弯曲。风车体、主轴可采用碳钢、合金钢、铝合金等材质制造。转扇采用碳钢、铝合金等制成格架，表面采用铁板、铝板、玻璃钢等材料做蒙皮，均采用成熟的机械制造工艺进行制造安装。

永磁悬浮机构部分：在风车体的底面，设置与风车同转动圆心的呈环形的上永磁悬浮机构，对应上永磁悬浮机构设置有呈环形的下永磁悬浮机构。上、下永磁悬浮机构圆心相同、半径相等、上下对正、同性磁极相对，将风车通过永磁斥力浮起，以消除两者之间的转动摩擦阻力。下永磁悬浮机构固定在卧梁上，卧梁呈放射状排列，每根卧梁的延长线都交汇于轴心。卧梁的材质与风车之轮圆的材质相同，以保证两者随温度变化同步伸缩，使上下永磁悬浮机构对正状态不受破坏。风车转动时会产生离心变形，这一变形量的计算方法是公知的，通过提高轮圆的抗离心刚度的技术方法也是公知的，在此不展开说明。上永磁悬浮机构与下永磁悬浮机构的结构相同：均由环形导磁槽与槽口内固定的两环永磁体构成，一环永磁体为N极向槽口，另一环永磁体为S极向槽口，两个环形永磁体之间设有非铁磁性嵌体，内环永磁体与相邻的槽壁之间、外环永磁体与相邻的槽壁之间亦设有非铁磁性嵌体。上永磁悬浮机构槽口向下，设置在风车体底面，下永磁悬浮机构槽口向上，设置在卧梁上。两者组成完整的永磁悬浮机构。上、下永磁悬浮机构内的环形永磁体同性磁极相对应，其斥悬浮力将风车浮起。

磁动机-发电机部分，可采用履带式磁动机，也可采用轮式磁动机，两者原理相同，但履带式磁动机传递转矩的能力更强，在此只详述该机。履带式磁动机-发电机由直线定子靴、履带式转子、诱导轮-发电机构成。直线定子靴固定在风车体同一转动半径圆周位置上，由硬磁材料比如但不限于钕铁硼制成。设有导磁极的履带，设置在两个诱导轮上，两个诱导轮通过轮轴固定在受力结构体上。履带上的导磁极与风车体上的直线定子靴相对应，两者在转动方向上的排列间距相等，导磁极采用铁磁性材料比如但不限于炭钢制造，当直线定子靴随风车体做圆周转动时，与履带上的导磁极之间产生吸力，带动履带及诱导轮转动，由此传递扭矩。发电机与诱导轮的轮轴连结，随诱导轮一起转动发电。

转扇风车工作的原理是：主轴竖向固定在受力结构体上，风车体通过轴承套与主轴相连结，转扇以风车体的外环结构柱做转扇轴，内环结构柱做阻扇柱，以限制转扇绕转扇轴做≤180度的旋转。在风车体的工作侧，阻扇柱阻挡转扇的“自转”，使转扇在风力的作用下推着风车体“公转”，与风力的夹角从0度连续变化到180度。扇面对风的阻力也由零连续增大，到90度时出现最大，而后逐渐连续减少到0。当超过180度时，转扇的迎风面变成了背风面，在风力的作用下转扇自转180度，使转扇不受阻扇柱的阻挡，在风力的作用下通过自转使转扇与风力方向保持平行，由此达到了转扇风车在工作侧阻力最大，在非工作侧阻力最小。转扇持续转动180度时，阻扇柱重新开始工作，将周而复始地重复上述过程。由上述原理可知，转扇风车能对360度方向的来风进行工作。为了减少风车体转动时的摩擦阻力，增加其稳定性，在风车体底面与卧梁之间至少设置一环永磁悬浮机构。磁动机的直线定子靴，固定在风车体的同一转动半径的圆周位置上(也可视需要设置多环与多组磁动机-发电机对应)，磁动机的导磁极与直线定子靴对应，并在其带动下转动，发电机与磁动机的转动轴连结发电。发电机的数量要与转扇风车的做功能力相匹配，其关系为

从1级风(0.5米/秒)开始发电，至12级风(37米/秒)为最大发电功率(实际工程中应视当地具体风力情况实施设计)。不同风速作用于转扇风车上产生的动能不同，应对应不同数量的发电机进行工作，由微机(市售商品)控制发电机接入(退出)数量(也控制了风车的转速)，以保持转扇风车的动能与发电机发出电能之间的最佳动态平衡。通过逆变器(市售商品)变成交流电并入电网。当转扇风车较小时，也可将风车体与主轴一体制造，将发电机直接与主轴相连结。此时还可以取消内环结构柱，直接在主轴上设置阻扇挡。此为传统制造工艺，在此不展开说明。

实施例1

以下所描述的内容是结合附图对本发明在大型风力发电设备上应用做出的详细说明，而不应被理解为对本发明的限定。

请参见图1，是本发明磁浮磁动转扇风车及发电装置的剖面结构示意图。从图1可以看出，主轴1位于转扇风车2和圆台3的中央，圆台3是基座，转扇风车2在圆台3之上。主轴1由钢筋混凝土现场浇筑而成，其底部为主轴基1’(即受力结构体)。主轴1在高出圆台3之上的部分设有3个导向环轨4。转扇风车2由风车体5、转扇6构成。风车体5由上、中、下3层轮圆5’和内、中、外3环结构柱5”构成。每个轮圆的内部结构都是按公知的结构力学与工程力学原理设计的结构，由钢材或铝合金制造，外表蒙皮平整光滑，由铁板、铝板、玻璃钢制造。结构柱5”由普通钢管制造，上下端通过螺栓与轮圆5’连结固定，形成风车体5。在风车体5的底部与圆台3之间设有两环永磁斥悬浮机构7和履带式磁动机8，以及与履带式磁动机8连结的发电机28(市售产品)。

请参见图2，是图1A-A处俯视示意图。由图可知，导向环轨4固定在主轴1的圆周上。结构柱5”在平面上呈正交布置共计12根，图13是图2H-H处剖视示意图。由图13可知导向轮总成9通过螺栓固定在轮圆5’上。其导向轮9’镶嵌在导向环轨4内，可绕环轨4自由转动，并小幅上下移动，以对主轴1与风车体5在竖直方向上随温度变化造成不同步伸缩进行解耦。导向轮总成9与导向环轨4均由钢材制造(如碳钢)。由后叙内容可知，导向轮9’与导向环轨4之间的滚动摩擦，是本发明唯一的实体接触而产生摩擦阻力的地方，而其他地方都是通过永磁场传递力，无摩擦阻力，所以0.5米/秒的风力就可以推动风车转动。

请参看图3，是图1B-B处剖面示意图，由图3可知，转扇6，分为内转扇6’和外转扇6”，内转扇6’上下两层共8个，外转扇6”也是上下两层共8个。箭头10为风力方向，弧箭头11为转扇风车2的转动方向。内转扇6’的轴承(市售标准件，不另附图说明)设置在转扇的一侧，中结构柱5″b兼做内转扇6’的转扇轴，内结构柱5”a兼做内转扇6’的阻扇柱，内转扇6’的宽度小于其上下轮圆5’之间的间距，但在保证自由转动的条件下，两者之间的缝隙越小，越利于增大风的推力。外结构柱5”c与中结构柱5”b的间距大于中结构柱5”b与内结构柱5”a之间的间距。与之对应，内转扇6’的长度大于内结构柱5”a与中结构柱5”b之间的间距；小于中结构柱5”b与外结构柱5”c之间的间距。以保证内转扇6’能在中结构柱5”b与外结构柱5”c之间自由转动，而被内结构柱5”a阻挡。外转扇6”的轴承(市售标准件，不另附图说明)设置在转扇中部，将转扇分大面、小面两个部分。外结构柱5”c兼做外转扇6”的转扇轴，中结构柱5”b兼做外转扇6”的阻扇柱。外转扇6”的大面的长度大于外结构柱5”c与中结构柱5”b之间的距离，外转扇6”的小面长度小于外结构柱5”c与中结构柱5”b之间的距离，以保外转扇6”的小扇面自由转动，大扇面被阻扇柱5”b阻挡。内转扇6’与外转扇6”均可绕各自的转扇轴自由转动，但受阻扇柱的限制只能做＜360度的转动。在实际风场中的工作情况是，在转扇风车2的工作侧，内阻扇柱5”a、外阻扇柱5”b分别阻挡了内转扇6’、外转扇6”的“自转”，使之在风力的推动下与风车体一起“公转”。扇面与风力的夹角从0度连续变化到180度，迎风面积也由零连续增加，到90度时出现最大，而后逐渐减小到零。当超过180度时，转扇6的迎风面变成了背风面。在风力的作用下内、外转扇被打开，绕各自的转扇轴自转180度，使内、外转扇不受各自阻扇柱的阻挡，在转扇风车2的非工作侧，转扇6在风力的作用下，通过反向自转，使转扇面与风力方向保持平行。由此达到了转扇风车在工作侧风阻力最大，非工作侧阻力最小。转扇6反向持续转动180度时，阻扇柱重新开始工作(阻挡自转，与风轮一起公转)，将周而复始地重复上述过程。转扇6通过轴承与转扇轴5”连结，转扇用金属(碳钢、铝合金)按照结构力学与工程力学原理制成格架，外表用薄铁板、薄铝板或玻璃钢做蒙皮。做到平整光滑(属成熟技术，不另附图)。转扇风车与现有水平轴三叶式风车技术相比有五个突出优点：一是轴扇面积大，比现有技术高出数十倍、甚至上百倍，因此增大了发电功率；二是对360度方向来风均能有效工作，不需做任何机械与人工干预；三是工作风速广，1级风(0.5米/秒)至12级风(37米/秒)均可工作，现有技术工作风速在2级风(3米/秒)至8级风(20米/秒)；四是基本不受湍流风影响，而现有技术受湍流风影响严重；五是本发明可采用传统技术工艺制造，简单、实用、成本低。

请参见图4，是图1C-C剖面示意图。从该图可以看出，环形布置的直线定子靴12固定在转扇风车2的底面最外环位置。图10是图4环形布置的直线定子靴12放大示意图。从图10可以看出，块状永磁体13镶嵌固定在非铁磁性体14内。既保护了性脆的永磁体13，也使其受力时不易脱落。图11是图10F-F剖面示意图。从图11可以看出同一排直线定子靴由N极块状永磁体13与S极块状永磁体13相间隔排列而成。永磁体13的底部为导磁板15，相邻的两个异极永磁体13在导磁板15中形成磁轭。因碳钢等磁性材料的导磁率趋于无穷大，因此增加了工作面(开放面)的磁场强度。导磁板15、非导磁性体14用螺栓或粘合剂固定在转扇风车2底面。永磁体13由硬磁材料比如但不限于钕铁硼制成，非铁磁性体14由铝合金、塑料、尼龙等等制成。图12是图10G-G剖面示意图，从图12中可以看出，不同排直线定子靴12之间，对应的永磁体13也为异性磁极相间隔排列，这种排列利于增大直线定子靴12与导磁极16(见图8)之间的吸引力。图8是履带式磁动机纵向工作状况示意图，从图8可知，履带式磁动机的导磁极16与直线定子靴12之间发生错开后才产生牵引力(吸引力)，随着错开值的增大，牵引力也随之增大，当错开值达到永磁体13断面的69-80％时将出现牵引力最大值，之后随着错开量的增加牵引力逐渐减小。通过试验确定两排直线定子靴12之间的间距是永磁体13该方向断面尺寸的1.5～3倍，以2倍为佳。同一排直线定子靴12的各永磁体13之间的间距是永磁体13该方向断面尺寸的0.8～1.5倍，以1倍为佳。履带式磁动机由支座17、诱导轮18、履带(链条)19、导磁极16和轮轴20构成。诱导轮18通过轮轴20与支座17(即受力结构体)连结固定，履带19环绕在诱导轮18的外围，导磁极16等间距固定在履带19上形成履带式转子，其间距与等间距排列的直线定子靴12的间距一致。履带式磁动机与直线定子靴上下对应，固定在其下方。两者之间的工作气隙0.5-10mm，以5mm为佳，以利于在传递扭矩时不产生摩擦阻力。但在实际运行过程中，两者可以发生轻微接触，而不会损坏彼此。图9是履带式磁动机横向工作状况示意图，从图9可知，固定在转扇风车2上的直线定子靴12与固定在履带19上的导磁极16之间有很强的抗横向错开而不影响工作的能力。转扇风车2将随温度的升高与降低而伸缩，相对应的履带式磁动机的支座17固定在圆台3上，不会随转扇风车2而变化，但直线定子靴12的长度大于导磁极16的长度(反过来亦然)，其大出的长度值≥转扇风车2的伸缩变形值。从图8和图9还可以看出，当风力推动转扇风车2转动时，磁动机8的履带19带动诱导轮18跟着转动，诱导轮18的轴与发电机28的轴连结在一起，由此带动发电机转动发电。

请再参见图4，在转扇风车2的底部设有内、外两个呈环形的上、下永磁悬浮机构7。图6是永磁悬浮机构7的局部放大示意图。图7是图6 E-E剖面示意图，从图6、图7中可以看出，两环悬浮永磁体21镶嵌固定在铁磁性导磁槽22内，由非铁磁性嵌体23将悬浮永磁体21之间和悬浮永磁体21与槽壁22a之间隔离开。两环悬浮永磁体21，其中一环为N极向槽口，另一环为S极向槽口，通过螺栓或粘接与导磁槽22连结固定。导磁槽22通过螺栓与转扇风车2固定。悬浮永磁体21与导磁槽槽壁22a之间的非铁磁性嵌体23a有两个作用，一是增大工作面(开放面)的悬浮力，二是当上、下永磁悬浮机构对正度发生偏差时，能保证悬浮力不发生大的变化。两个悬浮永磁体21之间的非铁磁性嵌体23b的主要作用是当上下永磁悬浮机构对正度发生偏差时，能保证悬浮力不发生大的变化。这就降低了对装配精度的要求，节省了成本，保证了悬浮质量。图14是永磁悬浮机构7工作状况示意图。从图14可知，上、下永磁悬浮机构的结构完全相同，同极对正。永磁悬浮机构装置的大小可依据转扇风车2需要的悬浮力用公知的公式或市售商业软件进行计算得出，此为公知科技内容，故不详述。

请参见图5，是图1 D-D剖面示意图。从图5可以看出，主轴1位于中心，内、外环永磁悬浮机构7与主轴1的轴心相同，永磁悬浮机构7固定在卧梁24上，卧梁24成放射状排列，铺设在圆台3上，其制造材料的温度模量与风车体5制造材料的温度模量必须相同，以保证两者随温度变化同步伸缩，进而保证悬浮力不被破坏。该永磁悬浮机构7与固定在风车体5底面的永磁悬浮机构7结构相同，圆心相同、上下对正。履带式磁动机8固定在转扇风车2底面的直线定子靴12下方，两者圆心相同、上下对正。发电机28与履带式磁动机8的轴连结。发电机28的数量要与转扇风车2的最大做功能力(12级风时)相匹配，其关系式为：

由微机(市售商品)控制接入(退出)发电机28(市售商品)的数量，随着风速的变化而增加或减少发电机的工作台数，使之与转扇风车的动能达到最佳动态平衡，通过逆变器(市售商品)变成交流电并入电网。此为公知的成熟技术，故不详述。

磁浮磁动转扇风车及发电技术的工作原理是，主轴与轴基由钢筋混凝土一体制成，锚固在地下。转扇风车通过轴承与主轴连结。转扇风车由风车体和转扇构成。内转扇以中结构柱为转扇轴，以内结构柱为阻扇柱；外转扇以外结构柱为转扇轴，以中结构柱为阻扇柱。在转扇风车的工作侧，转扇在绕扇轴转动的“自转”因阻扇柱的阻挡而停止，使转扇在风力的作用下，推动风车“公转”。转扇与风力的夹角从0度连续变化到180度；风对转扇的推力也从零连续增加，至90度时达到最大，而后逐渐减少到零。当转扇与风力的夹角超过180度时，转扇的迎风面变成背风面，不在受阻扇柱的阻挡，在风力的作用下转扇“自转”180度，进入转扇风车的非工作侧，在转扇风车的非工作侧，转扇在风力的作用下，时时通过绕转扇轴“自转”来保持与风力的方向平行，即0夹角。由此达到了转扇风车在工作侧对风的阻力最大，在非工作侧对风的阻力最小。当转扇连续“自转”180度时，阻扇柱重新开始工作，将周而复始地重复上述过程。由于本实施例设计了相互正交即夹角为90度的四组转扇，所以总有1～2组转扇处于有效工作状态，再加上转扇风车的自重较大，因此风车的转动惯量是较为均匀的。为了减少转扇风车的摩擦阻力，并且增加其转动过程的稳定性，在转扇风车底面与卧梁之间设置了两环永磁悬浮机构，为了减少扭矩传递过程中的摩擦阻力，本发明采用了非接触的履带式磁动机来传递扭矩。将履带式磁动机的直线定子靴固定在转扇风车的底面最外环位置，履带式转子与之对应地固定在其下方，当直线定子靴与转扇风车一体转动时，也带动履带式磁动机转动，发电机的转动轴与履带式磁动机的转动轴相连结，由后者带动发电。本发明采用若干台小功率发电机与转扇风车的最大发电动能相匹配，由微机(市售商品)控制接入(退出)发电机的工作台数，使之时时与转扇风车动能达到最佳动态平衡，通过逆变器(市售商品)变成交流电并入电网。应用本发明有如下优点：1、转扇风车的动能大，单台可达100MW(10万千瓦)以上；2、转扇风车对360度方向来风均能有效工作，不需要任何机械与人工干预；3、转扇风车在工作过程中基本不受湍流风影响；4、工作风速广：1级风(0.5米/秒)～12级风(37米/秒)均可正常工作；5、制造工艺成熟、简捷、成本低(比现有技术低20％)；6、维护检修-方便，使用寿命长。

实施例2

以下所述内容是结合附图对本发明在小型风力发电设备上的应用做出的详细说明，而不应被理解为是对本发明的限定。

请参见附图15，是本发明磁浮磁动转扇风车及发电装置剖面结构示意图。从图15可看出，受力结构体30由底座30a、三角架30b一体构成。底座30a又由中央座台30a’和呈120度分布的3个座脚30a”组成。三脚架30b由架柱30b’和架梁30b”组成。受力结构体30由普通钢材比如但不限于碳钢制造，或铝合金轻金属等制造。通过焊接或螺栓连结固定。在受力结构体30的中央设有转扇风车31。该转扇风车31，由主轴31a，上、下轮圆31b、外结构柱31c、内结构柱31d、转扇31e一体制成。3个外结构柱31c兼做转扇轴，3个内结构柱31d兼做阻扇柱。(当风车很小时，可在主轴31a上设阻扇块，也可起到阻挡转扇31e转动的技术效果。)轮圆31b由轮缘31b’和轮辐31b”组成(见图16)。轮缘31b’和轮辐31b”之间，轮辐31b”与主轴及内结构柱31d之间，通过焊接或螺栓连结固定。轮缘31b’与外结构柱31c之间用螺栓固定，以方便装配与维检。转扇31e用金属制成扇体格架，由金属薄板或玻璃钢等蒙表皮，其金属可为但不限于碳钢或铝合金材料。转扇31e通过轴承(市售标准件)与转扇轴31c连结。转扇轴31c将转扇分成大面、小面，小面可自由转动，大面则受(且仅受)阻扇柱31d的阻挡不能自由转动。转扇风车31的主轴31a的上、下两端通过轴承31a’(市售标准件)与受力结构体30连结固定。转扇风车31可在受力结构体30内自由转动。以上连结方式与制造工艺是公知技术，不另附图说明。在转扇风车31与底座30a之间设有一环永磁悬浮机构35，以减小风车31的转动摩擦阻力，并增加其转动的稳定性。在主轴31a的顶端设有直线定子轮32，对应该直线定子轮32设有磁动机转子轮33，转子轮33的转动轴与发电机34(市售商品)的转动轴连结。当风车31转动时，直线定子轮32跟着转动，带动磁动机转子轮转动，磁动机转子轮带动发电机转动。由微机(市售商品)控制接入(退出)发电机(市售商品)的工作台数，使之时时与转扇风车31动能达到最佳动态平衡，通过逆变器(市售商品)变成交流电并入电网。本发明采用若干台发电机与风车的最大发电能力相匹配。因发电机及其控制系统为成熟技术，故不详述。

请参见图16，为图15中沿I-I线的俯视示意图，从图16可以看出，3根架梁30b”呈120度布置。中央为直线定子轮32，在直线定子轮32的周边设置有若干台磁动机转子轮33。在转子轮33的上方是立式安装的发电机34，两者的转动轴相连结。转子轮33和发电机34通过螺栓固定在机座36上，机座36通过螺栓固定在圈梁37上，圈梁37通过焊接或螺栓连结固定在3根架梁30b”上。图17是图16的局部放大图。从图17可以看出，在直线定子轮32的圆周上镶嵌固定有永磁直线定子靴32a，该直线定子靴32a等间距，且异极相间隔排列。转子轮33设置在直线定子轮32的周围，其圆周上也镶嵌固定有永磁转子磁极33a，该永磁转子磁极33a也为等间距，且异极相间隔排列。直线定子靴32a与永磁转子磁极33a，两者磁极大小相同，间距相等。永磁转子磁极33a的N极与直线定子靴32a的S极对应(异极对应)，当直线定子轮32转动时，转子轮33的永磁极33a与对应的直线定子轮32的永磁直线定子靴32a之间发生错开产生吸力，与相邻后方向的磁极之间产生斥力，由此带动转子轮旋转。图18是图17中沿J-J剖面示意图，从图18中可以看出，直线定子轮32的轮体32b由非铁磁性材料比如但不限于铝合金制成，永磁直线定子靴32a由上下两块永磁体构成，其中一块为S极，另一块为N极。在N极永磁体与S极永磁体之间设有非铁磁性嵌体32d，其作用是增大两磁极的间距，减少磁力流失。两块磁极固定在铁磁性底板32c上，底板32c固定在轮体32b上。可通过粘接或螺栓固定。转子轮33的轮体33b由非铁磁性材料比如但不限于铝合金制成。永磁转子磁极33a由上下两块永磁体构成，其中一块为N极，另一块为S极。在N极永磁体与S极永磁体之间设有非铁磁性嵌体33d，其作用是增大两块磁极的间距，减少磁力流失。两块磁体固定在铁磁性底板33c上，底板33c固定在轮体33b上，可通过粘接或螺栓固定。转子磁极33a的N极和S极分别与永磁直线定子靴32a的S极与N极对应，以实现两者之间的吸力。永磁体由硬磁材料比如但不限于钕铁硼制造。铁磁性底板由普通钢材比如但不限于碳钢制造。

请参看图19，是图15中沿K-K剖面示意图。从图19中可以看出转扇31e的工作状况，在转扇风车31的工作侧，在风力38(箭头所示)的作用下转扇31e的“自转”受阻扇柱31d的阻挡而停止，只能推着风车31“公转”。转扇31e与风力38的夹角从0度连续变化到180度，风对转扇的推力也从0连续增加，至90度时最大，而后逐渐减少至0。当转扇31e与风力38的夹角超过180度时，转扇31e的迎风面变成了背风面，不在受阻扇柱的阻挡，在风力的作用下转扇31e“自转”180度，进入转扇风车31的非工作侧。在转扇风车31的非工作侧，转扇31e在风力的作用下，时时通过绕转扇轴31c“自转”来保持与风力方向的平行，即0夹角。由此达到了转扇风车31在工作侧对风的阻力最大，在非工作侧对风的阻力最小。当转扇连续自转180度时，阻扇柱31d重新开始工作，将周而复始地重复上述过程。由于本实施例设了3个转扇31e，其相互之间的夹角为120度，总有1个转扇31e处于有效工作状态，再加上转扇风车31有一定的自重，其转动惯量是较为均匀的。

请参看图20，是图15中沿L-L剖面示意图，从图20中可知，在转扇风车31底部的外侧设有一环永磁悬浮机构35。图21是图20的局部放大示意图，从该图21可知，永磁悬浮机构35由两条环形永磁体35a构成，其中一条为N极，另一条为S极，由硬磁材料比如但不限于钕铁硼制造。图22是图21中沿M-M剖面示意图，从该图22可知，两条永磁体35a之间以及与铁磁性槽35b的槽壁35b’之间设有非铁磁性嵌体35c。槽壁35b’与永磁体35a之间的非铁磁性嵌体35c有二个作用：一是增大工作面的悬浮力(磁场强度)；二是上下永磁悬浮机构对正度发生偏差时，能保证悬浮力不发生大的变化。永磁体35a之间的非铁磁性嵌体35c的作用是当上下永磁悬浮机构对正度发生偏差时，能保证悬浮力不发生大的变化。永磁悬浮机构装置的大小可以依据转扇风车31需要的永磁悬浮力，用公知的公式或市售商业软件进行计算得出，此为公知科技内容，故不详述。永磁体35a、非铁磁性嵌体35c、铁磁性槽35b之间，以及铁磁性槽35b与转扇风车31之间通过粘接或螺栓固定。非铁磁嵌体35c由但不限于铝合金制造。铁磁性槽35b由但不限于碳钢制造。

请参见图23，是图15中沿N-N剖面示意图。从图23中可以看出，在底座30a的外侧也设有一环永磁悬浮机构35，其与设置在转扇风车31底部的永磁悬浮机构35，两者圆心相同，半径相等，上下对正，形成了完整的永磁悬浮机构。从图24可知，设置在转扇风车31底部的永磁悬浮机构35与设置在底座30a上部的永磁悬浮机构35是一个整体，两者结构完全相同，大小相等，同性磁极上下对正，其斥悬浮力将转扇风车托起。本发明适合安装在楼顶，小村庄和家庭使用。

应用本发明除前述优点外，还有造价低、总重量轻、安装速度快等优点。

Claims (8)

1.一种以磁浮磁动转扇风车为动力的发电装置，其包括：

该磁浮磁动转扇风车由风车体和转扇组成，该风车体轴设于主轴上，该风车体是以该主轴为中心，两侧均对称地自上部至下部设有若干个轮圆，每一上轮圆和对应的下轮圆之间垂直地设有至少两环结构柱，该两环结构柱自主轴端起依序为内结构柱和外结构柱；每一个外结构柱上各套设一转扇，该转扇的扇叶长度大于外结构柱与内结构柱之间的距离，该转扇的扇叶长度且小于与相邻的同一环外结构柱之间的距离；

风车体底部的轮圆对应一与主轴同心的圆台，在风车体底部的轮圆朝向圆台的一面设置有同圆心的呈环形的上永磁悬浮机构，圆台对应风车体底部轮圆的一面设有同圆心的呈环形的下永磁悬浮机构；上永磁悬浮机构和下永磁悬浮机构均由环形导磁槽与槽口内固定的两个环形永磁体构成，一环永磁体为N极向槽口，另一环永磁体为S极向槽口，两个环形永磁体之间设有非铁磁性嵌体，内环永磁体与相邻的槽壁之间、外环永磁体与相邻的槽壁之间亦设有非铁磁性嵌体；上永磁悬浮机构和下永磁悬浮机构圆心相同、半径相等、同性磁极相对，其斥悬浮力将风车体浮起；

风车体底部的轮圆上设有直线定子靴，该直线定子靴是将块状永磁体按异极相间地等间距地镶嵌在导磁板上，每个块状永磁体之间用非铁磁性体隔开，块状永磁体朝向下方地固定于风车体底部的轮圆上；在圆台上方，对应风车体底部的直线定子靴设有若干对诱导轮，每对诱导轮由两个诱导轮组成，每两个诱导轮上环设一安有导磁极的履带，该履带上的导磁极朝向外方，与风车体底部的轮圆上的直线定子靴的块状永磁体相对应，诱导轮的至少一个轮轴连接至少一个发电机。

2.一种以磁浮磁动转扇风车为动力的发电装置，其包括：

该磁浮磁动转扇风车由风车体和转扇组成，该风车体轴设于主轴上，该风车体是以该主轴为中心，两侧均对称地自上部至下部设有若干个轮圆，每一上轮圆和对应的下轮圆之间垂直地设有至少两环结构柱，该两环结构柱自主轴端起依序为内结构柱和外结构柱；每一个外结构柱上各套设一转扇，该转扇的扇叶长度大于外结构柱与内结构柱之间的距离，该转扇的扇叶长度且小于与相邻的同一环外结构柱之间的距离；

风车体底部的轮圆对应一与主轴同心的圆台，在风车体底部的轮圆朝向圆台的一面设置有同圆心的呈环形的上永磁悬浮机构，圆台对应风车体底部轮圆的一面设有同圆心的呈环形的下永磁悬浮机构；上永磁悬浮机构和下永磁悬浮机构均由环形导磁槽与槽口内固定的两个环形永磁体构成，一环永磁体为N极向槽口，另一环永磁体为S极向槽口，两个环形永磁体之间设有非铁磁性嵌体，内环永磁体与相邻的槽壁之间、外环永磁体与相邻的槽壁之间亦设有非铁磁性嵌体；上永磁悬浮机构和下永磁悬浮机构圆心相同、半径相等、同性磁极相对，其斥悬浮力将风车体浮起；

磁浮磁动转扇风车的主轴顶端设有直线定子轮，直线定子轮的周边设置有若干台磁动机转子轮；

直线定子轮的圆周上异极相间地等间距地镶嵌有直线定子靴；

磁动机转子轮的圆周上异极相间地等间距地镶嵌有永磁转子磁极；且

直线定子靴的间距与永磁转子磁极的间距相同；

直线定子靴与永磁转子磁极为异极相对；

磁动机转子轮的转动轴连接发电机。

3.如权利要求1或2所述的发电装置，其中，所述的主轴与风车体的轮圆接触处固定有导向环轨，对应的轮圆处固定有导向轮，该导向轮镶嵌在导向环轨内绕导向轨转动。

4.如权利要求1或2所述的发电装置，其中，所述的风车体和主轴为碳钢、合金钢或铝合金材质。

5.如权利要求1或2所述的发电装置，其中，所述的转扇为碳钢或铝合金制成的格架，表面采用铁板、铝板或玻璃钢做蒙皮。

6.如权利要求2所述的发电装置，其中，所述的磁动机转子轮固定在一支架上。

7.如权利要求6所述的发电装置，其中，所述的支架为三角架，该三角架的底部为支撑点。

8.如权利要求1所述的发电装置，其中，所述的主轴为钢筋混凝土构成。

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