CN202031768U - 磁悬浮轴定位翼型风帆风力发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种磁悬浮轴定位翼型风帆风力发电机，包括：安装有环形磁悬浮轨道的运转槽；通过磁力悬浮在所述运转槽的磁悬浮轨道上的环形运转系统，所述运转系统包括通过磁力悬浮在所述磁悬浮轨道上的环形运转平台以及安装在所述环形运转平台上的多个翼型风帆；将所述的环形运转平台定位于所述磁悬浮轨道上并在预定的范围中转动的轴定位系统；以及将所述的磁悬浮运转系统转动时所产生的能量转换为电能输出的机电一体直线发电机系统。本实用新型借助于大面积的翼型风帆捕风，从而使环形运转平台水平旋转运行产生强大、稳定的动能，磁悬浮翼型风帆风力发电机从而得以实现低成本建造、低风速启动、稳定运行、单机超大功率发电。

Description

磁悬浮轴定位翼型风帆风力发电机

技术领域

本实用新型涉及一种风帆风力发电机，尤其是涉及一种基于磁悬浮运转系统的风帆风力发电机。 

背景技术

目前世界上广泛应用的主流风力发电机仍然运用的是水平轴旋翼风车原理，其仅靠旋翼叶片有限的受风面以及叶轮的扫风面来捕捉风能。为提高风力发电机的发电功率，只得加大风车叶片的有效直径，这样虽然能增加有限的风电功率，但随之也带来了一系列难以解决的矛盾：(1)随着风车叶片直径的增大，其叶片叶尖处的线速和风速比也随之增大，风车叶片长期处于极限工作的状态；(2)从整体结构上看，风力发电机巨大的旋转风轮以及发电机转子的全部重量都集中在高空的一根水平轴上，形成了“头重脚轻”的很不合理的物理结构，给现有风力发电机的设计与制造带来了一系列的难以突破的技术瓶颈，传统风力发电机的单机容量不能做大已成定局；(3)由于传统风力发电机在物理结构上固有的缺陷，在运行过程中难免会产生严重的噪音污染，并且巨大的风机叶片因高速旋转运动极易引发三维空间的各种生态危害，其综合的社会、经济效益因之大打折扣。 

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对上述风力发电机由于其结构缺陷而致使单机容量无法做大、建造及维护成本高、寿命短且风能利用率低的技术瓶颈问题，提供一种磁悬浮轴定位翼形风帆风力发电机。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种磁悬浮轴定位翼型风帆风力发电机，其特征在于，包括： 

安装有环形磁悬浮轨道的运转槽； 

通过磁力悬浮在所述运转槽的磁悬浮轨道上的环形运转系统，所述环形运转系统包括通过磁力悬浮在所述磁悬浮轨道上的环形运转平台以及安装在所述环形运转平台上的多个翼型风帆； 

将所述的环形运转平台定位于所述磁悬浮轨道上并在预定的范围中转动的轴定位系统，所述轴定位系统包括位于运转槽中心的固定轴、套设在固定轴上的轴承以及多根连杆，每一所述连杆的一端固定在所述环形运转平台上、另一端固定在轴承上； 

以及将所述的磁悬浮运转系统转动时所产生的能量转换为电能输出的机电一体直线发电机系统，所述直线发电机系统的转子设于所述环形运转平台、定子设于所述运转槽。 

本实用新型的磁悬浮轴定位翼型风帆风力发电机，凭借其“头轻脚重”的结构优势，借助于大面积的翼型风帆捕风，从而使环形运转平台水平旋转运行产生强大、稳定的动能，磁悬浮翼型风帆风力发电机从而得以实现低成本建造、低风速启动、稳定运行、单机超大功率发电。 

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中： 

图1是本实用新型磁悬浮轴定位翼型风帆风力发电机的平面示意图； 

图2是图1中定位轴与连杆的连接示意图； 

图3是图1中翼型风帆的结构示意图； 

图4是图3中的翼型风帆的射流气道示意图。 

具体实施方式

如图1所示，本实用新型磁悬浮轴定位翼型风帆风力发电机由运转槽、环形运转系统、轴定位系统以及直线发电机系统构成。现结合附图就磁悬浮轴定 位翼型风帆风力发电机上述系统的结构、技术特征、工作原理作详细的说明： 

一、磁悬浮轴定位翼型风帆风力发电机的运转槽 

磁悬浮轴定位翼型风帆风力发电机的运转槽是其基础结构，其可直接建在地面、建筑物顶部等场所，其包括外环、内环及外环和内环之间的水平底部。在本实施例中，运转槽的水平底部设有环形磁悬浮轨道。特别地，环形磁悬浮轨道与运转槽的圆心位于同一点(即为同心圆)。上述磁悬浮轨道中的磁性材料以极性方向相同的方式分布在运转槽的底部(例如S极同时向上)，该磁性材料可以是永磁材料，也可以是电磁材料。当然，在具体实现时，磁悬浮轨道并不限于上述结构。 

二、磁悬浮轴定位翼型风帆风力发电机的轴定位系统 

轴定位系统用于使环形运转平台在限定的空间内运动，以提高环形运转平台系统运行的平稳可靠性。同时，轴定位系统还可大幅度地降低风力发电机的建造成本。如图1-2所示，在本实施例中，轴定位系统包括定位轴16及多根定位轴连杆15，其中定位轴16位于运转槽(磁悬浮轨道)的圆心位置且套接有定位轴轴承17，定位轴连杆15一端固定定位轴轴承17上、另一端固定在环形运转平台11上。在定位轴16上设有定位轴防护盖18。轴定位系统以定位轴16为中心呈放射状地将环形运转系统定位在运转槽的中间正常位置，是一种对磁悬浮轴定位翼型风帆风力发电机定位精度很高的机械硬性定位方式，采用轴定位方式同时也能有效的降低磁悬浮轴定位翼型风帆风力发电机的制造成本。 

上述轴定位系统中，由于定位轴16、定位轴连杆15、定位轴轴承17并不承载环形运转系统的重量，因此稳定性高、材料要求较低、机械磨损极小，建造成本相对较低。 

三、磁悬浮轴定位翼型风帆风力发电机的环形运转系统 

环形运转系统通过磁力悬浮在运转槽的磁悬浮轨道上，该环形运转系统包括通过磁力悬浮在磁悬浮轨道上的环形运转平台11以及安装在环形运转平台11上的多个翼型风帆12。其中定位轴连杆15的一端固定在环形运转平台11上。在轴定位系统的限位作用下，均匀分布于环形运转平台上的翼型风帆12在风力作用下产生动能，带动环形运转平台11以定位轴16为中心作水平方向圆周运动。 

在本实施例中，环形运转平台11的下表面安装有以极性方向相同的磁性材料(例如S极同时向下)，安装于环形运转平台11上的磁性材料与磁悬浮轨道中磁性材料对应铺设且磁性方向相同(即相对的磁极相同)，该磁性材料可以是永磁材料，也可以是电磁材料。环形运转平台11的磁性材料与运转槽的磁悬浮轨道的磁性材料在相斥磁力作用下，使环形运转平台11悬浮于磁悬浮轨道上。 

当然，在具体实现时，运转槽中的磁悬浮轨道及环形运转平台11上的磁性材料可采用其他结构，只要使环形运转平台11悬浮于运转槽中即可。此外，为了避免灰尘等杂物落入运转槽，可在运转槽和环形运转平台之间设置保护结构，例如采用保护盖等。 

在环形运转平台之上设置的多个冲压喷气式翼型风帆12，是磁悬浮轴定位翼型风帆风力发电机捕风获取风能的载体。如图34所示，翼型风帆12与环形运转平台11呈等弧度弯曲(当然翼形风帆的弧度也可适当变化)，并且翼型风帆12沿着环形运转平台11的圆周等距排列。每一冲压喷气式翼型风帆11都包括风帆头部123、风帆尾部124以及两个风帆翼面A、B，其中两个风帆翼面A、B的一端分别与风帆头123相连、另一端直接相连形成风帆尾部124。该翼型风帆的风帆头123的宽度大于风帆尾部124。 

风帆头部123具有头部进气道组121，在两个风帆翼面上分别设有翼面气道阵列组122。其中，头部进气道组121是由分布于风帆头部123的系列头部进气道口127组成；翼面气道阵列组122则是分别由分布于两个风帆翼面A、B的系列翼面多极气道口125、126组成。上述头部进气道口127、翼面多级气道口125、126在冲压喷气式翼型风帆12的内部形成射流气道。射流气道在冲压喷气翼型风帆的不同高度上依次平行排列构成多级射流气道。 

上述翼型风帆通过风帆头部123的头部进气道组121、翼面气道阵列组122，有效地降低了翼型风帆12的迎风阻力，并将其阻力合力导向为向风帆头部123前进的合力，大大增强了翼型风帆的捕风能力。如图4所示，当气流从第一风帆翼面A冲压翼型风帆12时，在第一风帆翼面A面形成高压区，而在对应的第二风帆翼面B面则形成低压区，从而在第一风帆翼面A和第二风帆翼面B两面形成了很大的压差。第一风帆翼面A的高压区的气流，一部分经由第一风帆翼面A导向而分流，另一部分则直接进入翼面多极气道口125；此时，呈低气压区的第二风帆翼面B的翼面多极气道口126就会吸引来自第一风帆翼面A的翼面多极气道口125的高压区的气流，并同时虹吸风帆头部123的进气道口127的气流，一起经呈低压区的第二风帆翼面B的翼面多级气道口126喷出，从而增强了冲压喷气式翼形风帆向风帆头部123方向运动的合力，带动环形运转平台11向风帆头部123的方向作圆周运动。反之，自然风从第二风帆翼面B冲压冲压喷气式翼型风帆的原理亦然。同时，均匀分布在环形运转平台11上的系列冲压喷气式翼型风帆12，在各个不同方向的水平圆周运动中，对风的不同迎角都有良好的向前运动的合力导向。 

此外，在上述翼型风帆中，可在顶部设置导流罩128，以减小翼型风帆12的风阻，提高运转效率。 

当然，在本实施例的磁悬浮轴定位翼型风帆风力发电机的风帆结构的选择上，可以选择上述的冲压喷气式翼型风帆，也可以选择不带冲压喷气射流气口的传统软或硬式翼型风帆。 

在磁悬浮轴定位翼型风帆风力发电机水平旋转方向的设计上，还可遵循地球自转产生的“科里奥利力”效应的原理，在北半球运用时，沿逆时针方向将风帆头部123设置在前，风帆尾部124设置在后，使风力发电机在自然风力的作用下，沿逆时针旋转方向旋转运行；在南半球应用时，则同理反向设置。这样就可使风力发电机的水平旋转运动顺应地球自转的“科里奥利力”效应的影响，实现超低风速旋转运行，进一步提高其水平旋转运动效率，更有效的实现风力发电机超低风速启动和高效率旋转运行。 

四、磁悬浮轴定位翼型风帆风力发电机的直线发电机系统 

磁悬浮轴定位翼型风帆风力发电机的直线发电机系统为机电一体永磁直驱发电系统，直接将风能转换为电能输出。 

如图1所示，直线发电机系统包括安装于环形运转平台的内环边上的发电机专用永磁轨道14、安装于运转槽内环上并与发电机专用永磁轨道14相对应的发电机定子线圈绕组13。发电机专用永磁轨道14由永磁材料以相邻并极性相反的方式排布在环形运转平台11内环边构成。从而在环形运转平台11转动时，在发电机定子线圈绕组14周围产生变化磁场，发电机定子线圈绕组14中即产生感应电流，实现发电。 

上述设于环形运转平台11的内环边上发电机专用永磁轨道14与对应固定在运转槽内环上的发电机定子线圈绕组13也可同时或分别对应设置在环形运转平台11的外环边上和运转槽的外环上。 

此外，上述磁悬浮轴定位翼型风帆风力发电机还可包括制动系统，用于使环形运转系统停止转动，从而以应对极端天气或对该磁悬浮轴定位翼型风帆风力发电机进行维护之需。该制动系统包括磁电减速装置和液压制动装置，其中磁电减速装置用于通过电磁力使环形运转平台降低转速，而液压制动装置则在环形运转平台的转速降低到指定阈值以下时通过机械力使环形运转平台停转。 

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。 

Claims (9)

1.一种磁悬浮轴定位翼型风帆风力发电机，其特征在于，包括：

安装有环形磁悬浮轨道的运转槽；

通过磁力悬浮在所述运转槽的磁悬浮轨道上的环形运转系统，所述环形运转系统包括通过磁力悬浮在所述磁悬浮轨道上的环形运转平台以及安装在所述环形运转平台上的多个翼型风帆；

将所述的环形运转平台定位于所述磁悬浮轨道上并在预定的范围中转动的轴定位系统，所述轴定位系统包括位于运转槽中心的固定轴、套设在固定轴上的轴承以及多根连杆，每一所述连杆的一端固定在所述环形运转平台上、另一端固定在轴承上；

以及将所述的磁悬浮运转系统转动时所产生的能量转换为电能输出的机电一体直线发电机系统，所述直线发电机系统的转子设于所述环形运转平台、定子设于所述运转槽。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮轴定位翼型风帆风力发电机，其特征在于，还包括用于使环形运转平台停止转动的制动系统，所述制动系统包括磁电减速装置和液压制动装置。

3.根据权利要求1所述的磁悬浮轴定位翼型风帆风力发电机，其特征在于，所述翼型风帆包括风帆顶部、风帆头、风帆尾以及两个风帆翼面；所述两个风帆翼面的一端分别与所述风帆头相连，另一端在风帆尾部直接相连形成风帆尾；所述翼型风帆的风帆头的宽度大于风帆尾。

4.根据权利要求3所述的磁悬浮轴定位翼型风帆风力发电机，其特征在于，所述翼型风帆与所述环形运转平台呈等弧度弯曲，并且所述翼形风帆沿着所述环形运转平台的圆周等距排列。

5.根据权利要求3所述的磁悬浮轴定位翼型风帆风力发电机，其特征在于，所述翼型风帆沿所述环形运转平台的运转方向风帆头部在前、风帆尾部在后排列。

6.根据权利要求3所述的磁悬浮轴定位翼型风帆风力发电机，其 特征在于，所述的翼型风帆是冲压喷气式翼型风帆，在风帆头部设有头部进气道口，在两风帆翼面设有翼面多级气道口；所述的头部进气道口沿风帆内部中心线向风帆尾部延伸并分别与两个风帆翼面上的翼面多级气道口贯通为射流气道；所述射流气道在所述冲压喷气翼型风帆的不同高度上依次平行排列构成多级射流气道。

7.根据权利要求3所述的磁悬浮轴定位翼型风帆风力发电机，其特征在于，所述翼型风帆包括位于风帆顶部的风帆顶部导流罩。

8.根据权利要求1所述的磁悬浮轴定位翼型风帆风力发电机，其特征在于，所述发电机系统包括：设于所述环形运转平台的内侧和/或所述环形运转平台的外侧的一组或多组发电机专用永磁轨道、设置在所述运转槽上并与所述发电机专用永磁轨道相对应的一组或多组发电机定子线圈绕组。

9.根据权利要求1所述的磁悬浮轴定位翼型风帆风力发电机，其特征在于，所述运转槽建于地面、建筑物顶部，且该运转槽包括内环、外环以及与内环外环相连的水平底部，所述环形磁悬浮轨道对应铺设于所述运转槽和运转平台的底部。 

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