風力磁浮發電機的製作方法

2023-06-03 05:13:11

專利名稱：風力磁浮發電機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種發電機，特別涉及一種風力磁浮發電機。
背景技術：
我國能源消耗目前已達26億噸標準煤，能源結構以煤為主，燃煤佔67%約17 億噸。我國2007年發電總量達7.13億千瓦，其中火電站裝機容量佔77.7%。 一般 燃煤電站以直接燃燒為主，熱效率僅為48%。世界大量使用燃煤，嚴重汙染空氣， 影響人體健康，燃煤產生的二氧化碳大量排放到空氣中，促使地球變暖，影響生態 平衡。
發展清潔能源是當今世界的趨勢。然而至今還沒有一種清潔能源能滿足人類 的需求，如目前使用的太陽能，地熱能僅能滿足人類一部份能源需求。生物能在人 類尚未溫飽情況下發展有限，是否屬清潔能源觀點尚不一致。我國水力發電所佔比 例較高，但仍受資源影響，也不利生態平衡。核能是一種很有前景的能源，但其發 電成本太高，仍存在環境問題。
為此，本發明人的在先專利申請提出了一種磁浮發電機(申請號為 200810034133.5)，這種磁浮發電機包括基體、定子組件、轉子組件和一組轉子 磁浮旋轉機構或還包括一組定子磁浮旋轉機構。
其中的基體為封閉式結構，包括一個前端板和一個後端板，內有一個圓柱 體形內腔。
定子組件包括至少一個圓筒形定子，其同軸設置在基體的圓柱體形內腔中 並固定在一塊定子連接板上。
轉子組件懸浮在內腔中，包括至少一個圓筒形轉子，多個圓筒形轉子同軸 設置在基體的圓柱體形內腔中並固定在一塊轉子連接板上，各圓筒形轉子與各 圓筒形定子同軸間隔相鄰。
一組轉子磁浮旋轉機構包括轉子驅動機構、轉子磁齧輪傳動機構、轉子軸向磁浮定位機構和轉子徑向磁浮定位機構；轉子驅動機構設置在基體前端板的 外側；轉子磁齧輪傳動機構與轉子驅動機構配套設置在基體的圓柱體形內腔的 前端並通過傳動軸與驅動機構傳動相連；轉子軸向磁浮定位機構設置在轉子的 後端或/和前端對轉子進行軸向定位；轉子徑向磁浮定位機構設置在轉子的側面 或/和端部對轉子進行徑向定位。
一組定子磁浮旋轉機構包括定子驅動機構、定子磁齧輪傳動機構、定子軸 向磁浮定位機構和定子徑向磁浮定位機構；定子驅動機構設置在基體後端板的 外側；定子磁齧輪傳動機構與定子驅動機構配套設置在基體的圓柱體形內腔的 後端並通過傳動軸與驅動機構傳動相連;定子軸向磁浮定位機構設置在定子的 後端或/和定子連接板的後端對定子進行軸向定位；定子徑向磁浮定位機構設置 在定子的側面或/和端部對定子進行徑向定位。
轉子磁齧輪傳動機構和定子磁齧輪傳動機構結構相同，各包括兩個成對對 應設置的磁齧輪，其中一個磁齧輪安裝在轉子組件或定子組件上，另一個磁齧 輪安裝在傳動軸上，兩個成對對應設置的磁齧輪不接觸傳動相連。
轉子軸向磁浮定位機構和定子軸向磁浮定位機構結構相同，各包括兩組成 對對應設置的磁浮組件，其中一組磁浮組件軸向排列安裝在需軸向定位的轉子 的端部或定子的端部或定子連接板上或轉子連接板上，兩組成對對應設置的磁 浮組件不接觸相互插入並按磁平衡原則排列以防止轉子或定子的軸向移位。
轉子徑向磁浮定位機構和定子徑向磁浮定位機構結構相同，各包括兩組成 對對應設置的磁浮組件，其中一組磁浮組件徑向排列安裝在需徑向定位的轉子 或定子的側面或端部，兩組成對對應設置的磁浮組件不接觸相互插入並按磁平 衡原則排列以防止轉子或定子的徑向移位。
磁齧輪傳動機構中的磁齧輪包括至少一個齧輪盤，在齧輪盤上設有以同心 環形式非接觸排列的磁體陣列，同一環中的相鄰磁體磁軸方向相反，相鄰環上 的相鄰磁體磁軸方向相反；組成同一磁齧輪傳動機構的兩個磁齧輪的齧輪盤具 有完全相同的磁體陣列，包含多個齧輪盤的兩個磁齧輪不接觸相互插入並且磁 體陣列對齊。
轉子軸向磁浮定位機構和定子軸向磁浮定位機構中的兩組成對對應設置 的磁浮組件結構基本相同，各包括至少一個磁浮筒體，每個磁浮筒體各包含多個等徑磁環，各磁環之間用隔離環隔離，每個磁環由多個弧形磁體銜接而成， 同一磁環中的各磁體按磁軸同向排列，相鄰磁環的磁軸方向相反；多個磁浮筒 體直徑不同，按大小順序同軸間隔排列，各磁浮筒體位於同一平面的磁環的磁 軸方向相同；相互插入的兩組磁浮組件中，每同一平面的磁環的磁軸方向相同， 每相鄰磁環的磁軸方向相反。
轉子徑向磁浮定位機構和定子徑向磁浮定位機構中的兩組成對對應設置 的磁浮組件結構基本相同，各包括至少一個磁圈，每個磁圈包含多個同心磁環， 每個磁環由多個弧形磁體銜接而成，同一磁環中的各磁體按磁軸同向排列，相 鄰磁環的磁軸方向相反；多個磁圈直徑相同並間隔排列，各磁圈位於同一平面 的磁環的磁軸方向相同；相互插入的兩組磁浮組件中，每同一平面的磁環的磁 軸方向相同，每相鄰磁環的磁軸方向相反。
轉子軸向磁浮定位機構、轉子徑向磁浮定位機構、定子軸向磁浮定位機構 和定子徑向磁浮定位機構中的磁體為永磁體、超導體、電磁體中的一種或兩種 的組合。
上述磁浮發電機還可以將基體設計成密封式結構，通過真空泵與基體的內 腔抽真空相連，使轉子或/和定子置於真空環境中。
其中的驅動機構可採用電力驅動機構、水力驅動機構、風力驅動機構、蒸 汽驅動機構、燃油驅動機構或燃氣驅動機構。
上述磁浮發電機由於將轉子或/和定子設計成懸浮狀態，並置於真空環境 中，所以其轉動阻力小，能量消耗小，發電效率高，尤其是可以採用由多個圓 筒形轉子組成的轉子組件和由多個圓筒形定子組成的定子組件相互穿插組成 集成式發電機，大大提高了發電能力和發電效率。
風能有其獨特的優勢，我國風力發電經20多年的發展，已安裝20多萬臺， 技術和生產設備己十分成熟，但裝機容量偏小，僅佔全國裝機容量的0.83%。而且 風力發電目前仍存在下述難題
1、 風力發電目前裝機容量過小，最大使用的裝機容量僅為2兆瓦，無法滿足 人類對清潔能源需求。
2、 風力發機的投資和生產成本遠高於目前廣泛使用的煤電，競爭力較弱。
3、 我國沿海每年的颱風，將嚴重損害風力發電機安全問題，目前尚難從根本上解決。
目前使用的垂直風力發電機存在的主要的問題是
1、 風輪是單邊受力，旋轉軸不斷產生應力變化，將產生疲勞破壞。
2、 垂直風輪機風輪離地面較低風速小，提供的功率低。
如果能將風能有效地加以利用，製作出一種轉換效率高的風力驅動機構，並 作為磁浮發電機的驅動機構，將大大提高風能的利用率和磁浮發電機的發電效率, 為發展清潔能源做出巨大的貢獻。

實用新型內容
本實用新型的目的，就是為了提供一種發電效率高、裝機容量大、發電成本 低、使用範圍廣的風力磁浮發電機。
本實用新型的技術方案是 一種風力磁浮發電機，包括 基座；
磁浮發電機，為垂直軸結構，設置在基座上，包括基體、定子組件、轉子 組件、轉子軸向磁浮定位機構和轉子徑向磁浮定位機構；定子組件包括至少一 個圓筒形定子，其同軸設置在基體的圓柱體形內腔中並固定在基體上；轉子組 件懸浮在基體的圓柱體形內腔中，包括至少一個圓筒形轉子，多個圓筒形轉子 同軸設置在基體的圓柱體形內腔中並固定在一塊轉子連接板上，各圓筒形轉子 與各圓筒形定子同軸間隔相鄰；轉子軸向磁浮定位機構設置在轉子的下端或/ 和上端對轉子進行軸向定位；轉子徑向磁浮定位機構設置在轉子的側面或/和端 部對轉子進行徑向定位；
磁浮風力渦輪機，設置在基座上並包在磁浮發電機的外圍或設置在磁浮發 電機的上方，包括風力渦輪機、渦輪機徑向磁浮定位機構和渦輪機軸向磁浮定 位機構，渦輪機徑向磁浮定位機構和渦輪機軸向磁浮定位機構分別設置在風力 渦輪機與基座之間-，
磁齧輪增速傳動機構，設置在磁浮風力渦輪機與磁浮發電機之間並分別與 二者非接觸傳動相連，將磁浮風力渦輪機的動力傳遞給磁浮發電機的轉子組 件。
所述的風力渦輪機包括渦輪框架和安裝在渦輪框架內的多個渦輪片，渦輪框架設置在基座上並包在磁浮發電機的外圍或設置在磁浮發電機的上方，渦輪 片包括弧形片框、片網、多個片軸和多個片葉，片框安裝在渦輪框架內，片網 安裝在片框上並覆蓋整個片框，多個片軸平行等距離間隔安裝在片框上，多個 片葉分別連接在多個片軸上。
所述的多個片軸以與片框的弧形面平行、垂直或傾斜的方式等距離間隔安 裝在片框內。
所述的片框內設有滑槽，所述的片軸可以在片框內平行移動。 所述的多個片軸以與片框的弧形面垂直的方式等距離間隔定位安裝在片
框內，片框內設有一套旋轉機構可帶動片軸旋轉以對片葉進行巻舒。
所述的片葉為軟質彈性金屬片、塑料片、紡織物塗層片或複合材料片，能
由片軸進行巻舒。
所述的渦輪機徑向磁浮定位機構包括兩組成對對應設置的磁浮組件，其中 一組磁浮組件徑向排列安裝在需徑向定位的渦輪機的側面，另一組對應安裝在 基座上，兩組成對對應的磁浮組件非接觸相互插入，並按磁平衡原則排列，以 防止渦輪機的徑向移位。
所述的渦輪機軸向磁浮定位機構包括兩組成對對應設置的磁浮組件，其中 一組磁浮組件軸向排列安裝在需徑向定位的渦輪機的底面，另一組對應安裝在 基座上，兩組成對對應的磁浮組件非接觸相互插入，並按磁平衡原則排列，以 防止渦輪機的軸向移位。
所述的渦輪機徑向磁浮定位機構中的兩組成對對應設置的磁浮組件結構 基本相同，各包括至少一個磁圈，每個磁圈包含多個同心磁環，每個磁環由多 個弧形磁體銜接而成，同一磁環中的各磁體按磁軸同向排列，相鄰磁環的磁軸 方向相反，多個磁圈直徑相同並間隔排列，各磁圈位於同一平面的磁環的磁軸 方向相同；相互插入的兩組磁浮組件中，每同一平面的磁環的磁軸方向相同， 每相鄰磁環的磁軸方向相反。
所述的渦輪機軸向磁浮定位機構中的兩組成對對應設置的磁浮組件結構 基本相同，各包括至少一個磁浮筒體，每個磁浮筒體各包含多個等徑磁環，各 磁環之間用隔離環隔離，每個磁環由多個弧形磁體銜接而成，同一磁環中的各 磁體按磁軸同向排列，相鄰磁環的磁軸方向相反；多個磁浮筒體直徑不同，按大小順序同軸間隔排列，各磁浮筒體位於同一平面的磁環的磁軸方向相同；非 接觸地相互插入的兩組磁浮組件中，每同一平面的磁環的磁軸方向相同，每相 鄰磁環的磁軸方向相反。
所述的磁齧輪增速傳動機構包括至少一級磁齧輪傳動機構，每級磁齧輪傳 動機構各包括主動磁齧輪和從動磁齧輪，兩個磁齧輪不接觸傳動相連，主動磁 齧輪的直徑大於從動磁齧輪的直徑以實現增速傳動；其中第一級主動磁齧輪安 裝在風力渦輪機上，最後一級從動磁齧輪安裝在一個與轉子連接板傳動相連的 磁齧輪中心軸上，上一級從動磁齧輪和下一級主動磁齧輪安裝在同一根磁齧輪 軸上，該磁齧輪軸通過一組磁浮定位機構與基體非接觸相連。
所述的磁齧輪傳動機構中的主動磁齧輪和從動磁齧輪各包括至少一個齧 輪盤，在齧輪盤上設有以同心環形式非接觸排列的磁體陣列，同一環中的相鄰 磁體磁軸方向相反，包含多個齧輪盤的主動磁齧輪和從動磁齧輪不接觸相互插 入並且磁體陣列對齊。
本實用新型磁浮風力發電機是在高真空磁浮狀態下旋轉，發電機轉子在無 重力、無摩擦力、無阻力下運行，所需能耗小；發電機又採用多組轉子和定子 組件相互穿插成集成發電式發電機，發電效率高；加上採用風力驅動，使用潔 淨無價能源，能建成大裝機容量和發電效率高的發電裝置。


圖1為本實用新型磁浮風力發電機第一實施基本結構示意圖2為本實用新型磁浮風力發電機第二實施基本結構示意圖3為本實用新型磁浮風力發電機第三實施基本結構示意圖4為本實用新型中的一種磁浮風力渦輪機的俯視結構示意圖5為本實用新型中的一種渦輪片的結構示意圖6為本實用新型中的另一種磁浮風力渦輪機的俯視結構示意圖7為本實用新型中的另一種渦輪片的結構示意圖8為本實用新型中安裝有移動式水平片軸的渦輪片的結構示意圖;
圖9為本實用新型中安裝有移動式垂直片軸的渦輪片的結構示意圖;
圖10為本實用新型中的磁齧輪增速傳動機構的傳動原理示意圖；圖11為本實用新型中的磁浮風力渦輪機的徑向磁浮定位原理圖。
具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。
參見圖l、圖2、圖3，本實用新型的風力磁浮發電機，包括基座l、磁浮
發電機2、磁浮風力渦輪機3和磁齧輪增速傳動機構4。本實用新型風力磁浮 發電機的其它輸配電機構與常規發電機相同，均省略未予提及，附圖亦未標記。
磁浮發電機2為垂直軸結構，設置在基座l上，其結構與本發明人的在先 專利申請"磁浮發電機"(申請號為200810034133.5)基本相同。它包括基體21、 定子組件22、轉子組件23、轉子軸向磁浮定位機構24和轉子徑向磁浮定位機 構25。定子組件22包括至少一個圓筒形定子，其同軸設置在基體21的圓柱體 形內腔中並固定在基體上；轉子組件23懸浮在基體的圓柱體形內腔中，包括 至少一個圓筒形轉子，多個圓筒形轉子同軸設置在基體的圓柱體形內腔中並固 定在一塊轉子連接板231上，各圓筒形轉子與各圓筒形定子同軸間隔相鄰；轉 子軸向磁浮定位機構24設置在轉子的下端或/和上端對轉子進行軸向定位；轉 子徑向磁浮定位機構25設置在轉子的側面或/和端部對轉子進行徑向定位。
磁浮風力渦輪機3設置在基座1上，可以如圖1、圖2所示包在磁浮發電 機2的外圍，也可以如圖3所示設置在磁浮發電機2的上方。磁浮風力渦輪機 3包括風力渦輪機31、渦輪機徑向磁浮定位機構32和渦輪機軸向磁浮定位機 構33，渦輪機徑向磁浮定位機構和渦輪機軸向磁浮定位機構分別設置在風力渦 輪機與基座之間。
配合參見圖4、圖5、圖6、圖7。本實用新型中的風力渦輪機31包括渦 輪框架3U(可以是和第一級主動磁齧輪連成一體)和安裝在渦輪框架內的多 個渦輪片312，渦輪框架311設置在基座1上並包在磁浮發電機的外圍或設置 在磁浮發電機的上方，渦輪片312包括弧形片框3121、片網3122、多個片軸 3123和多個片葉3124，片框3121安裝在渦輪框架311內，片網3122安裝在 片框上並覆蓋整個片框，多個片軸3123平行等距離間隔安裝在片框上，多個 片葉3124分別連接在多個片軸上。
本實用新型中的多個片軸3121可以是6與片框的弧形面平行的方式等距離間隔安裝在片框內(如圖l、圖4、圖5所示)，也可以是以與片框的弧形 面垂直的方式等距離間隔安裝在片框內(如圖2、圖6所示)，還可以是以與 片框的弧形面傾斜的方式等距離間隔安裝在片框內(如圖7所示)。片框內可 設有滑槽，片軸安裝在滑槽內使其可以在片框內平行移動。當渦輪片312處於 迎風面時時，片葉3124緊貼在片網上承受風力，使渦輪片受力，從而帶動渦 輪機旋轉，當渦輪片312處於背風面時時，風將通過片網3122將片葉3124吹 起，該渦輪片312將不再受力。由於渦輪片312是多塊均勻分布在一個圓環形 的渦輪框架311內，因此，不管風從哪一個方向吹來，總有一側的渦輪片接受 風力帶動渦輪機旋轉，而另一側的渦輪片能將風"濾"過不會形成阻力。
多個片軸在以與片框的弧形面垂直的方式等距離間隔定位安裝在片框內 時，片框內可設有一套旋轉機構以帶動片軸旋轉，以便必要時對片葉進行巻舒， 控制片葉3124的受風面積。特別是我國東南沿海的颱風季節，可通過調節旋 轉片軸使渦輪機不超過額定安全轉速，在颱風時同樣能繼續使用。
本實用新型中的片葉3124可以採用軟質彈性金屬片、塑料片、紡織物塗 層片或複合材料片製作，以便能由片軸進行巻舒用於調節受風面積。
參見圖8、圖9，圖8是一種安裝有移動式水平片軸的渦輪片的結構示意 圖，圖9是一種安裝有移動式垂直片軸的渦輪片的結構示意圖。通過片軸的移 動，來調節渦輪片的受風面積，控制風力渦輪機的轉速，在受颱風時不會超過 安全極限，也能繼續運行發電。圖8、圖9上面部分是渦輪片最大受風狀態， 中間部分已對片軸作了部份位移，使渦輪片的受風面積減少，下面部分是片軸 已全部收縮，渦輪竽基本不受風力。
本實用新型中的渦輪機徑向磁浮定位機構32的結構原理與在先專利申請 "磁浮發電機"中的轉子徑向磁浮定位機構基本相同。它包括兩組成對對應設 置的磁浮組件321、 322，其中一組磁浮組件321徑向排列安裝在需徑向定位的 渦輪機3的側面，另一組磁浮組件322對應安裝在基座1上，兩組成對對應的 磁浮組件非接觸相互插入，並按磁平衡原則排列，以防止渦輪機的徑向移位。 在一颱風力磁浮發電機中，渦輪機徑向磁浮定位機構32可以在多處設置，如 圖1、圖2所示的實施例是設置在風力渦輪機的渦輪框架的下部內外兩側和中 部內側。如圖3所示的實施例是設置在風力渦輪機的渦輪框架的下部外側。本實用新型中的渦輪機軸向磁浮定位機構33的結構原理與在先專利申請 "磁浮發電機"中的轉子軸向磁浮定位機構基本相同。它包括兩組成對對應設
置的磁浮組件331、 332，其中一組磁浮組件331軸向排列安裝在需軸向定位的 渦輪機的底面，另一組磁浮組件332對應安裝在基座1上，兩組成對對應的磁 浮組件非接觸相互插入，並按磁平衡原則排列，以防止渦輪機的軸向移位。
本實用新型中的渦輪機徑向磁浮定位機構中的兩組成對對應設置的磁浮 組件結構基本相同，並且與在先專利申請"磁浮發電機"中的轉子徑向磁浮定 位機構的磁浮組件基本相同。各包括至少一個磁圈，每個磁圈包含多個同心磁 環，每個磁環由多個弧形磁體銜接而成，同一磁環中的各磁體按磁軸同向排列， 相鄰磁環的磁軸方向相反，多個磁圈直徑相同並間隔排列，各磁圈位於同一平 面的磁環的磁軸方向相同；相互插入的兩組磁浮組件中，每同一平面的磁環的 磁軸方向相同，每相鄰磁環的磁軸方向相反(未作具體圖示，可參閱在先專利 申請"磁浮發電機"中的有關圖紙和說明)。
本實用新型中的渦輪機軸向磁浮定位機構中的兩組成對對應設置的磁浮 組件結構基本相同，並且與在先專利申請"磁浮發電機"中的轉子軸向磁浮定 位機構的磁浮組件基本相同。各包括至少一個磁浮筒體，每個磁浮筒體各包含 多個等徑磁環，各磁環之間用隔離環隔離，每個磁環由多個弧形磁體銜接而成， 同一磁環中的各磁體按磁軸同向排列，相鄰磁環的磁軸方向相反；多個磁浮筒
體直徑不同，按大小順序同軸間隔排列，各磁浮筒體位於同一平面的磁環的磁
軸方向相同；非接觸地相互插入的兩組磁浮組件中，每同一平面的磁環的磁軸 方向相同，每相鄰磁環的磁軸方向相反(未作具體圖示，可參閱在先專利申請 "磁浮發電機"中的有關圖紙和說明)。
磁齧輪增速傳動機構4設置在磁浮風力渦輪機3與磁浮發電機2之間並分 別與二者非接觸傳動相連，將磁浮風力渦輪機的動力傳遞給磁浮發電機的轉子 組件。磁齧輪增速傳動機構4包括至少一級磁齧輪傳動機構，圖l、圖2、圖3 所示的實施例均採用了二級磁齧輪傳動機構。第一級磁齧輪傳動機構包括主動 磁齧輪41、齧輪軸42和從動磁齧輪43，兩個磁齧輪41、 43對應設置並不接 觸傳動相連，主動磁齧輪41的直徑大於從動磁齧輪42的直徑以實現增速傳動； 主動磁齧輪41安裝在風力渦輪機的內壁上，齧輪軸42通過一組磁浮定位機構44與基體1非接觸相連，從動磁齧輪43安裝在齧輪軸42上。第二級磁齧輪傳 動機構包括主動磁齧輪45、中心齧輪軸46和從動磁齧輪47，兩個磁齧輪45、 47對應設置並不接觸傳動相連，主動磁齧輪45的直徑大於從動磁齧輪47的直 徑以實現增速傳動；主動磁齧輪45安裝在齧輪軸42上，從動磁齧輪43安裝 在中心齧輪軸46上，中心齧輪軸46與轉子連接板231固定傳動相連(如圖1、 圖3所示)或通過一組磁齧輪傳動機構與轉子連接板間接傳動相連(如圖2所 示)。
本實用新型中的磁齧輪增速傳動機構的傳動原理如圖IO所示，由圖10可明 顯地看出，第一級主動磁齧輪41的直徑遠大於第一級從動磁齧輪43的直徑， 實現第一次增速。與第一級從動磁齧輪43連在同一根齧輪軸42上的第二級主 動磁齧輪45具有與第一級從動磁齧輪43相同的轉速，但第二級主動磁齧輪45 的直徑又遠大於第二級從動磁齧輪47的直徑，實現第二次增速。這樣一來，與 第二級從動磁齧輪47連在同一根中心齧輪軸46上的轉子連接板231就具有了 與第二級從動磁齧輪47相同的轉速，可帶動轉子組件高速運轉。
本實用新型中的磁齧輪傳動機構中的主動磁齧輪和從動磁齧輪的結構基 本相同，並且與在先專利申請"磁浮發電機"中的磁齧輪基本相同。各包括至 少一個齧輪盤，在齧輪盤上設有以同心環形式非接觸排列的磁體陣列，同一環 中的相鄰磁體磁軸方向相反，包含多個齧輪盤的主動磁齧輪和從動磁齧輪不接 觸相互插入並且磁體陣列對齊。
本實用新型中的各磁浮定位機構中的磁體可以為永磁體、超導體、電磁體 中的一種或兩種的組合。
本實用新型中的徑向磁浮定位機構的磁平衡原理與軸向磁浮定位機構的 磁平衡原理相同。圖11為風力渦輪機的徑向時磁平衡原理示意圖，圖中，G 代表磁浮定位機構中固定在風力渦輪機3上的一個磁體，與固定在基座1上的 上下相鄰的兩個磁體a、 b處於磁極相吸狀態，與對角線相鄰的四個磁體c、 d、 e、 f處於磁極相斥狀態。這時，G處於磁極相吸和相斥的磁平衡狀態，連接在 G磁環上的風力渦輪機及主動磁齧輪處於懸浮的磁平衡狀態，如圖ll上圖所 示。當風力渦輪機受風力作用發生位移、例如向右偏移時，其磁環也右移，如 圖ll下圖所示，G磁體在左邊與e、 f磁體距離接近，磁性相斥力增強，在右邊與C、 d磁體距離接近，磁性相斥力增強，G的整個磁環體與相鄰磁環體的左 右位置或前後位置均產生磁斥力使G磁環體恢復到原始平衡位置。
由以上磁平衡原理的說明可見，本實用新型中的軸向磁浮定位機構和徑向 磁浮定位機構可使風力渦輪機始終處於磁浮狀態。當磁浮組件的磁性增強時， 其磁浮能力也增加，風力渦輪機的軸向振幅和徑向振幅就越小。越能穩定地處 於磁浮狀態。
上述圖1、圖2所示結構的風力磁浮發電機中，風力渦輪機是依附在直徑
可達數拾米，高度百餘米的基座上，能獲得高空的風力，垂直渦輪機產生的巨 大力矩，經磁齧輪的增速傳動，發電機能獲得高轉速，發電機在磁浮條件下， 能組成集成式發電機，由於風力渦輪機，磁齧輪傳動機構和發電機均處於磁浮
狀態，所需動力小，效率高，因此磁浮風力發電機的裝機容量能達到100萬kw， 甚至更高的裝機容量。
上述圖3所示結構的風力磁浮發電機中，風力渦輪機3在一平面轉盤上磁 浮旋轉，第一級主動磁齧輪41安裝在轉盤下方，特別適用於安裝在大樓或園 柱體形建築頂部。
權利要求1.一種風力磁浮發電機，其特徵在於包括基座；磁浮發電機，為垂直軸結構，設置在基座上，包括基體、定子組件、轉子組件、轉子軸向磁浮定位機構和轉子徑向磁浮定位機構；定子組件包括至少一個圓筒形定子，其同軸設置在基體的圓柱體形內腔中並固定在基體上；轉子組件懸浮在基體的圓柱體形內腔中，包括至少一個圓筒形轉子，多個圓筒形轉子同軸設置在基體的圓柱體形內腔中並固定在一塊轉子連接板上，各圓筒形轉子與各圓筒形定子同軸間隔相鄰；轉子軸向磁浮定位機構設置在轉子的下端或/和上端對轉子進行軸向定位；轉子徑向磁浮定位機構設置在轉子的側面或/和端部對轉子進行徑向定位；磁浮風力渦輪機，設置在基座上並包在磁浮發電機的外圍或設置在磁浮發電機的上方，包括風力渦輪機、渦輪機徑向磁浮定位機構和渦輪機軸向磁浮定位機構，渦輪機徑向磁浮定位機構和渦輪機軸向磁浮定位機構分別設置在風力渦輪機與基座之間；磁齧輪增速傳動機構，設置在磁浮風力渦輪機與磁浮發電機之間並分別與二者非接觸傳動相連，將磁浮風力渦輪機的動力傳遞給磁浮發電機的轉子組件。
2. 根據權利要求1所述的風力磁浮發電機，其特徵在於所述的風力渦 輪機包括渦輪框架和安裝在渦輪框架內的多個渦輪片，渦輪框架設置在基座上 並包在磁浮發電機的外圍或設置在磁浮發電機的上方，渦輪片包括弧形片框、 片網、多個片軸和多個片葉，片框安裝在渦輪框架內，片網安裝在片框上並覆 蓋整個片框，多個片軸平行等距離間隔安裝在片框上，多個片葉分別連接在多 個片軸上。
3. 根據權利要求2所述的風力磁浮發電機，其特徵在於所述的多個片 軸以與片框的弧形面平行、垂直或傾斜的方式等距離間隔安裝在片框內。
4. 根據權利要求2或3所述的風力磁浮發電機，其特徵在於所述的片 框內設有滑槽，所述的片軸可以在片框內平行移動。
5. 根據權利要求2所述的風力磁浮發電機，其特徵在於所述的多個片 軸以與片框的弧形面垂直的方式等距離間隔定位安裝在片框內，片框內設有一 套旋轉機構可帶動片軸旋轉以對片葉進行巻舒。
6. 根據權利要求2所述的風力磁浮發電機，其特徵在於所述的片葉為 軟質彈性金屬片、塑料片、紡織物塗層片或複合材料片，能由片軸進行巻舒。
7. 根據權利要求1所述的風力磁浮發電機，其特徵在於所述的渦輪機 徑向磁浮定位機構包括兩組成對對應設置的磁浮組件，其中一組磁浮組件徑向 排列安裝在需徑向定位的渦輪機的側面，另一組對應安裝在基座上，兩組成對 對應的磁浮組件非接觸相互插入，並按磁平衡原則排列，以防止渦輪機的徑向 移位。
8. 根據權利要求l所述的風力磁浮發電機，其特徵在於所述的渦輪機 軸向磁浮定位機構包括兩組成對對應設置的磁浮組件，其中一組磁浮組件軸向 排列安裝在需軸向定位的渦輪機的底面，另一組對應安裝在基座上，兩組成對 對應的磁浮組件非接觸相互插入，並按磁平衡原則排列，以防止渦輪機的軸向 移位。
9. 根據權利要求7所述的風力磁浮發電機，其特徵在於所述的渦輪機 徑向磁浮定位機構中的兩組成對對應設置的磁浮組件結構基本相同，各包括至 少一個磁圈，每個磁圈包含多個同心磁環，每個磁環由多個弧形磁體銜接而成， 同一磁環中的各磁體按磁軸同向排列，相鄰磁環的磁軸方向相反，多個磁圈直 徑相同並間隔排列，各磁圈位於同一平面的磁環的磁軸方向相同；相互插入的 兩組磁浮組件中，每同一平面的磁環的磁軸方向相同，每相鄰磁環的磁軸方向 相反。
10. 根據權利要求8所述的風力磁浮發電機，其特徵在於所述的渦輪機 軸向磁浮定位機構中的兩組成對對應設置的磁浮組件結構基本相同，各包括至 少一個磁浮筒體，每個磁浮筒體各包含多個等徑磁環，各磁環之間用隔離環隔 離，每個磁環由多個弧形磁體銜接而成，同一磁環中的各磁體按磁軸同向排列， 相鄰磁環的磁軸方向相反；多個磁浮筒體直徑不同，按大小順序同軸間隔排列， 各磁浮筒體位於同一平面的磁環的磁軸方向相同；非接觸地相互插入的兩組磁 浮組件中，每同一平面的磁環的磁軸方向相同，每相鄰磁環的磁軸方向相反。
11. 根據權利要求1所述的風力磁浮發電機，其特徵在於所述的磁齧輪 增速傳動機構包括至少一級磁齧輪傳動機構，每級磁齧輪傳動機構各包括主動 磁齧輪和從動磁齧輪，兩個磁齧輪不接觸傳動相連，主動磁齧輪的直徑大於從 動磁齧輪的直徑以實現增速傳動；其中第一級主動磁齧輪安裝在風力渦輪機 上，最後一級從動磁齧輪安裝在一個與轉子連接板傳動相連的磁齧輪中心軸 上，上一級從動磁齧輪和下一級主動磁齧輪安裝在同一根磁齧輪軸上，該磁齧 輪軸通過一組磁浮定位機構與基體非接觸相連。
12. 根據權利要求11所述的風力磁浮發電機，其特徵在於所述的磁齧 輪傳動機構中的主動磁齧輪和從動磁齧輪各包括至少一個齧輪盤，在齧輪盤上 設有以同心環形式非接觸排列的磁體陣列，同一環中的相鄰磁體磁軸方向相 反，包含多個齧輪盤的主動磁齧輪和從動磁齧輪不接觸相互插入並且磁體陣列 對齊。
專利摘要本實用新型提供了一種風力磁浮發電機，它包括基座、磁浮發電機、磁浮風力渦輪機和磁齧輪增速傳動機構。磁浮發電機設置在基座上，磁浮風力渦輪機設置在基座上並包在磁浮發電機的外圍或設置在磁浮發電機的上方，磁齧輪增速傳動機構設置在磁浮風力渦輪機與磁浮發電機之間並分別與二者非接觸傳動相連。本實用新型磁浮風力發電機是在高真空磁浮狀態下旋轉，發電機轉子在無重力、無摩擦力、無阻力下運行，所需能耗小；發電機又採用多組轉子和定子組件相互穿插成集成發電式發電機，發電效率高；加上採用風力驅動，使用潔淨無價能源，能建成大裝機容量和發電效率高的發電裝置。
文檔編號F03D1/06GK201222689SQ20082005870
公開日2009年4月15日 申請日期2008年5月21日 優先權日2008年5月21日
發明者昀 孫, 孫立蓉, 馬中尉 申請人:孫立蓉