專利名稱：升力型橢圓球式真空磁懸浮風力機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風力動力裝置的風力機，具體說是一種升力型橢圓球式真空磁懸浮風力機。
背景技術(shù)：
目前的風力機有很多，例如水平軸風力機、垂直軸風力機；阻力型風力機、升力型風力機；形狀也各異，多翼式、螺旋槳式、薩布紐斯式、達里厄式等。但這些風力機都各有其較大缺陷，且性能都不大穩(wěn)定，作用單一，效率較低，風能利用系數(shù)一般為0.2-0.4。特別的，目前技術(shù)比較成熟且大量推廣使用的水平軸風力機，因其結(jié)構(gòu)特性，必須進行特殊的抗顫振和抗發(fā)散處理，增加了成本，降低了風能利用系數(shù)。目前市場上沒有橢圓球式的磁懸浮風力機。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種升力型橢圓球式真空磁懸浮風力機，不僅可以同時利用水平方向和垂直方向的風力，而且可以減少風機葉片的激振源，較好的解決葉片的經(jīng)典顫振、失速顫振和發(fā)散等問題，提高風機氣動彈性的穩(wěn)定性。所述一種升力型橢圓球式真空磁懸浮風力機，包括葉片、風機主軸、磁懸浮軸承、傳動軸，其特征是:還包括一長軸與地面垂直設(shè)置的橢圓球體，所述球體以其長軸為中心軸設(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；所述風機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)有一對軸向磁懸浮軸承，所述磁懸浮軸承的轉(zhuǎn)子推動盤的外側(cè)與所述球體內(nèi)膽的中部固定，所述轉(zhuǎn)子推動盤的內(nèi)徑與所述風機主軸固定，使葉片帶動球體轉(zhuǎn)動，球體通過轉(zhuǎn)子推動盤帶動風機主軸轉(zhuǎn)動；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裝置，用于通過磁懸浮軸承定子徑向保護裝置與外部結(jié)構(gòu)的固定來防止磁懸浮軸承的徑向振動和偏移。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)子推動盤的重力負荷。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)相對內(nèi)側(cè)曲率較大的翼型，葉片中上部的翼型葉片負壓區(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軸中心點的連線與長軸之間呈12.5° ±20%的夾角，其前緣弧與橢圓球體長軸中心點的連線與長軸之間呈9° ±20%的夾角，以利于向上方的垂直風帶動葉片旋轉(zhuǎn)并與水平風帶動的旋轉(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。
作為一種實施例,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裝置與風機主軸外的主軸外套固定，所述主軸外套兩端裝有徑向保護軸承，所述徑向保護軸承由徑向保護軸承固定裝置與風機外部構(gòu)造物結(jié)合固定，用于增強風機的徑向穩(wěn)定性。
作為優(yōu)化方案，所述球體的長軸與短軸之比為0.618。
升力型橢圓球式真空風力機可以作為自然風力動力源用于發(fā)電、提水、航行等，更可以作為人工風力系統(tǒng)如本人發(fā)明的人工真空風道、普通煙囪、抽風系統(tǒng)、隧道等的風力動力使用，也可用于風信等，其用途較其他風力機寬泛。
本發(fā)明的有益效果是:
1、氣動彈性非常穩(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，風從葉片前緣往上向后緣掃掠，葉片的氣動彈性非常穩(wěn)定。由于磁懸浮軸承定子徑向保護裝置限制了磁懸浮軸承的徑向振動，也有效的保證了風機的徑向穩(wěn)定性。
2、輕盈，啟動系數(shù)低，本發(fā)明使用葉片與垂直軸中心對稱的結(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，同時葉片在風力作用下自身產(chǎn)生升力，抵消了部分重力的作用。且風機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，并通過外部支撐結(jié)構(gòu)支撐，轉(zhuǎn)動部分較為輕盈，與定子之間無摩擦轉(zhuǎn)動，使風力機的啟動系數(shù)很低，真空橢圓球體內(nèi)的氣體、磁懸浮軸承、葉片迎風攻角及其構(gòu)造三者結(jié)合，平均風速低于2m/s左右的輕微風即可帶動風機轉(zhuǎn)動。
3、風能利用系數(shù)較高，本發(fā)明對水平和向上的垂直風都可以起到有效作用，由于啟動系數(shù)低，可以有效提高風能的利用系數(shù)。使風機的風能利用系數(shù)接近0.5。
4、用途較寬泛，本發(fā)明的風力機不僅可以用在風力發(fā)電上，還可以由輸出軸帶動作為船體航行的推進裝置或其它裝置，可以作為自然風力動力源用于發(fā)電、提水、航行等，更可以作為人工風力系統(tǒng)如本人發(fā)明的人工真空風道、普通煙囪、抽風系統(tǒng)、隧道等的風力動力使用，也可用于風信等，其用途較其他風力機寬泛。用于人工風場時，風機可垂直安置，也可水平安置。
5、成本較低廉。


圖1是球體及豎軸圓孔示意圖，
圖2是風機內(nèi)部構(gòu)造示意圖，
圖3是風機葉片形狀示意圖，
圖4是風機葉片安裝示意圖，
圖5是風機外形構(gòu)造示意圖，
圖6是風機安裝運行示意圖。
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—風機主軸，6—軸向磁懸浮軸承定子，7—轉(zhuǎn)子推動盤，8—磁懸浮軸承定子徑向保護裝置，9一球體內(nèi)氣體，10—葉片垂直迎風攻角，11 一葉片前緣，12—葉片水平迎風攻角，13 —葉片，14 一葉片負壓區(qū)，15—葉片后緣，16—葉片正壓區(qū)，17—主軸外套，18—傳動軸，19—徑向保護軸承，20—外套及徑向保護軸承固定裝置，21—磁懸浮軸承固定裝置，22風機旋轉(zhuǎn)方向，23—磁懸浮軸承。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明:如圖2、5所示，所述升力型橢圓球式真空磁懸浮風力機，包括葉片13、風機主軸5、磁懸浮軸承23、傳動軸18,和長軸與地面垂直設(shè)置的橢圓球體1，作為優(yōu)化方案，所述球體的長軸與短軸之比為0.618。
如圖1，所述球體I以其長軸為中心軸設(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 ;所述風機主軸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)有一對軸向磁懸浮軸承23，所述磁懸浮軸承23的轉(zhuǎn)子推動盤7的外側(cè)與所述球體內(nèi)膽3的中部固定，所述轉(zhuǎn)子推動盤7的內(nèi)徑與所述風機主軸5固定，使葉片帶動球體轉(zhuǎn)動，球體通過轉(zhuǎn)子推動盤帶動風機主軸轉(zhuǎn)動；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裝置8，用于通過磁懸浮軸承定子徑向保護裝置8與外部結(jié)構(gòu)的固定來防止磁懸浮軸承23的徑向振動和偏移。
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)子推動盤7的重力負荷。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 1.15g/cm3,抗拉強度83Mpa，缺口沖擊強度53Mpa，彎曲模量28500kgf/cm2，洛式硬度80/120，M/R)。或POM(Polyoxymethylene,比重1.41,抗拉強度58Mpa,缺口沖擊強度，缺口側(cè)39Mpa,反缺口側(cè)680Mpa，彎曲模量3040Mpa，彎曲強度92Mpa)。
如圖5,作為一種實施例，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)相對內(nèi)側(cè)曲率較大的翼型，葉片中上部的翼型葉片負壓區(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軸中心點的連線與長軸之間呈12.5° ±20%的夾角，其前緣弧與橢圓球體長軸中心點的連線與長軸之間呈9° ±20%的夾角，以利于向上方的垂直風帶動葉片旋轉(zhuǎn)并與水平風帶動的旋轉(zhuǎn)方向一致。
作為一種實施例,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。葉片前緣點后掠，前緣弧與弦長夾角14-19° ,負壓側(cè)曲率較大，后緣稍薄，略似汽輪機動柵葉片截面。
如圖2，所述磁懸浮軸承定子徑向保護裝置8與風機主軸5外的主軸外套17固定，所述主軸外套17兩端有徑向保護軸承固定裝置20，所述外套17及徑向保護軸承固定裝置20內(nèi)裝有徑向保護軸承19，所述徑向保護軸承固定裝置20固定于風機外的構(gòu)造物上，用于增強風機的徑向穩(wěn)定性。
磁懸浮軸承定子6和定子保護裝置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)子推動盤7和球體I及葉片13組成旋轉(zhuǎn)主體。風機運行時可垂直固定于任意支架或構(gòu)造物上，任何方向的風力均可推動風機旋轉(zhuǎn)，球體I內(nèi)的較輕氣體使風機相當輕盈，軸向磁懸浮軸承使風機旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子推動盤7和軸向磁懸浮軸承定子6之間幾乎沒有摩擦，磁懸浮軸承的徑向保護裝置8和風機兩端徑向保護軸承19，使風機的轉(zhuǎn)動非常平穩(wěn)，磁懸浮軸承不會出現(xiàn)徑向偏移。
用于自然風力條件時，風機垂直固定于任意支架或構(gòu)造物上，任何方向的風力均可推動風機旋轉(zhuǎn)，
真空橢圓球體內(nèi)的氣體、磁懸浮軸承、葉片迎風攻角及其構(gòu)造三者結(jié)合，平均風速低于2M/S左右的輕微風即可帶動風機轉(zhuǎn)動，風機的風能利用系數(shù)接近0.5。
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，風從葉片13前緣11往上向后緣15掃掠，葉片13的氣動彈性非常穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.一種升力型橢圓球式真空磁懸浮風力機，包括葉片(13)、風機主軸(5)、磁懸浮軸承(23)、傳動軸(18)，其特征是:還包括一長軸與地面垂直設(shè)置的橢圓球體(1)，所述球體(I)以其長軸為中心軸設(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);所述風機主軸(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)有一對軸向磁懸浮軸承(23 )，所述磁懸浮軸承(23 )的轉(zhuǎn)子推動盤(7 )的外側(cè)與所述球體內(nèi)膽(3)的中部固定，所述轉(zhuǎn)子推動盤(7)的內(nèi)側(cè)與所述風機主軸(5)固定，使葉片帶動球體轉(zhuǎn)動，球體通過轉(zhuǎn)子推動盤帶動風機主軸轉(zhuǎn)動；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裝置(8)，用于通過磁懸浮軸承定子徑向保護裝置(8)與外部結(jié)構(gòu)的固定來防止磁懸浮軸承(23)的徑向振動和偏移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的升力型橢圓球式真空磁懸浮風力機，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)子推動盤(7)的重力負荷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的升力型橢圓球式真空磁懸浮風力機，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1所述的升力型橢圓球式真空磁懸浮風力機，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1或4所述的升力型橢圓球式真空磁懸浮風力機，其特征是:所述葉片(13)橫截面為外側(cè)相對內(nèi)側(cè)曲率較大的翼型，葉片中上部的翼型葉片負壓區(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1或4所述的升力型橢圓球式真空磁懸浮風力機，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軸中心點的連線與長軸之間呈12.5° ±20%的夾角，其前緣弧與橢圓球體長軸中心點的連線與長軸之間呈9° ±20%的夾角，以利于向上方的垂直風帶動葉片旋轉(zhuǎn)并與水平風帶動的旋轉(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力機，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力機，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1所述的升力型橢圓球式真空磁懸浮風力機，其特征是:所述磁懸浮軸承定子徑向保護裝置(8)與風機主軸(5)外的主軸外套(17)固定，所述主軸外套(17)兩端裝有徑向保護軸承(19)，所述徑向保護軸承(19)由徑向保護軸承固定裝置(20)與風機外部構(gòu)造物結(jié)合固定，用于增強風機的徑向穩(wěn)定性。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的升力型橢圓球式真空磁懸浮風力機，其特征是:所述球體的長軸與短軸之比為0.618。
全文摘要
一種升力型橢圓球式真空磁懸浮風力機，包括葉片、風機主軸、磁懸浮軸承、傳動軸，還包括與地面垂直設(shè)置的橢圓球體，所述球體以其長軸為中心軸設(shè)有貫通的球體豎軸圓孔；風機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)有一對軸向磁懸浮軸承，所述磁懸浮軸承的轉(zhuǎn)子推動盤的外側(cè)與所述球體內(nèi)膽的中部固定，所述轉(zhuǎn)子推動盤的內(nèi)側(cè)與所述風機主軸固定；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裝置。本發(fā)明氣動彈性非常穩(wěn)定；整體機構(gòu)輕盈，啟動系數(shù)低；風能利用系數(shù)較高；用途較寬泛；成本較為低廉。
文檔編號F03D3/06GK103147909SQ20131007222
公開日2013年6月12日 申請日期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 申請人:毛建華