專利名稱：串型風(fēng)輪及磁懸浮串型風(fēng)車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉一種串型風(fēng)輪及磁懸浮串型風(fēng)車的構(gòu)造方法，屬于風(fēng)力動(dòng)能利用的能源 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
截取風(fēng)能，用于帶動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要依靠風(fēng)輪，風(fēng)輪的形式不僅與了風(fēng)能的利用 率密切相關(guān)，也與風(fēng)能利用成本密切相關(guān)。達(dá)里厄式風(fēng)輪即是垂直軸升力型風(fēng)輪，具有無需 對(duì)風(fēng)向、運(yùn)轉(zhuǎn)安靜、制造容易的特點(diǎn)，因此也是目前用于風(fēng)力發(fā)電的主要風(fēng)輪形式之一，并 且針對(duì)它的改進(jìn)不斷，結(jié)構(gòu)多樣，它有很多變形，在風(fēng)輪構(gòu)型上包括Φ型、H型、Δ型、 型 及S型，在葉片造型上有直葉片、C型彎曲葉片和S型葉片等，盡管它們的外形不同、采用葉 片的造型不同，但是它們都屬于利用葉片的升力來驅(qū)使風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，因此在廣義上仍屬于達(dá) 里厄式風(fēng)輪。其中Φ型、H型、Δ型、 型雖然具有葉片制造簡單的優(yōu)點(diǎn)，但是其在葉片僅為 2 3片時(shí)，卻難以自啟動(dòng)，但這種2 3葉片的形式又是氣動(dòng)動(dòng)效率高的形式，因此達(dá)里厄 風(fēng)輪存在效率與啟動(dòng)性的矛盾。長期以來，為解決自啟動(dòng)問題，采用的方法是多葉片，或者 加上啟動(dòng)裝置，或者與阻力型的風(fēng)輪結(jié)合在一起，這又帶來了成本的增加并影響氣動(dòng)效率。使達(dá)里厄式風(fēng)輪能夠良好地自啟動(dòng)，同時(shí)兼顧高的效率，對(duì)于發(fā)展這類風(fēng)輪的應(yīng) 用具有現(xiàn)實(shí)的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人經(jīng)過研究，提出了解決達(dá)里厄式風(fēng)輪既能保持較高的氣動(dòng)效率高，又能 實(shí)現(xiàn)較順利自啟動(dòng)的方案。本發(fā)明的技術(shù)措施本發(fā)明系采用在垂直方向上串聯(lián)安裝兩個(gè)及以上的2 3葉片達(dá)里厄式風(fēng)輪來構(gòu) 造成一個(gè)新的風(fēng)輪，即將原有的達(dá)里厄風(fēng)輪進(jìn)行層疊安裝，且每層葉片在輪轂的圓周上相 互錯(cuò)開，每一層稱為一個(gè)單體風(fēng)輪。由于當(dāng)最簡單的2個(gè)H型風(fēng)輪上下串聯(lián)在一起時(shí)，整個(gè) 風(fēng)輪就像一個(gè)“串”字型，故名“串型風(fēng)輪”，如圖1所示。這種串型風(fēng)輪可以由多個(gè)單體風(fēng) 輪上下串聯(lián)而成，如圖2中加所示，顯然最簡單的串型風(fēng)輪由兩個(gè)單體風(fēng)輪構(gòu)成。這種串 型風(fēng)輪的特點(diǎn)和能夠使其產(chǎn)生自啟動(dòng)能力的關(guān)鍵點(diǎn)是1.在整個(gè)風(fēng)輪垂直方向的投影中，任意相鄰兩個(gè)葉片的橫截面，其弦線中心點(diǎn)與 風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心的連線之間的夾角θ存在以下關(guān)系所有銳角(含直角)θ之和大于120度， 如圖1中It所示；優(yōu)選條件為θ = 360/ Σ y，式中y為風(fēng)輪葉片數(shù)；2.上下層葉片在軸向上交叉的部分不應(yīng)超過上下層風(fēng)輪高度之和的25%，如圖4 所示；3.各層風(fēng)輪的最大直徑處相差不超過1/3 ；4.各層風(fēng)輪的高度相差不超過50%。串型風(fēng)輪的造型隨各層單體風(fēng)輪的造型而變，已知的單體風(fēng)輪造型有H型、Φ型、Δ型、▽型、 型，它們會(huì)因以下因素而變?nèi)~片形狀、支撐葉片的支撐構(gòu)造、葉片橫截面的 形狀。串型風(fēng)輪的葉片形狀可為直葉片、C型葉片，其中C型葉片又可以分為跳繩曲線型和 圓弧型。由各種造型葉片構(gòu)成的每層單體風(fēng)輪分別有H型、Δ型、▽型、 型、Φ型、鼓型，如 圖1、圖2、圖3所示。串型風(fēng)輪可由這些造型的單體風(fēng)輪隨意串聯(lián)組合而成，即可以是H型 與H型相配、H型與Φ型相配、Φ型與Φ型相配、H型與Δ型相配、Δ型與Δ型相配….等 等，但是除非特殊要求，一般以每層單體都相同或互為鏡像為優(yōu)選，這更易于降低制造成 本。單體風(fēng)輪的造型與支撐結(jié)構(gòu)形狀有關(guān)，雖然通過簡單的串聯(lián)復(fù)數(shù)層單體風(fēng)輪就可 以得到一個(gè)串型風(fēng)輪，但是為了降低整個(gè)串型風(fēng)輪的制造成本、簡化結(jié)構(gòu)、降低風(fēng)阻，在本 發(fā)明的串型風(fēng)輪中有時(shí)也會(huì)在各層單體風(fēng)輪上下交叉處的支撐臂做一些變化，最主要的是 上下層單體風(fēng)輪在交叉處的支撐臂，共用一個(gè)水平面。實(shí)現(xiàn)這種共用一個(gè)水平面的方法，是在上下風(fēng)輪的交叉處，葉片的支撐臂采用十 字型或1型，如圖2中2b和圖7所示；Φ型風(fēng)輪由于可以直接將葉片聯(lián)到輪轂上，因此在 有些時(shí)候，以Φ型風(fēng)輪作為單體風(fēng)輪的串型風(fēng)輪，就可以不采用這些支撐結(jié)構(gòu)。在非交叉處，對(duì)葉片的支撐臂可以采用水平懸臂支撐和斜臂三角形支撐，它們均 可以用于直葉片和C型葉片，形成各種構(gòu)型，如圖1、圖2、圖3、圖5、圖6中各型串型風(fēng)輪所
7J\ ο串型風(fēng)輪的水平懸臂支撐如圖1所示。在水平臂太長情況下，可用一條斜向拉繩 連接輪轂與每層單體風(fēng)輪的下臂，以加強(qiáng)下臂的支撐力。串型風(fēng)輪的斜臂三角形支撐如圖5所示。為了加強(qiáng)支撐的強(qiáng)度，在每個(gè)斜臂之間 加用水平梁相連接，這種連接使斜臂與水平梁共同構(gòu)成了一個(gè)三角型，使整個(gè)支撐結(jié)構(gòu)更 加強(qiáng)有力和穩(wěn)固，如圖6、圖7、圖8所示。達(dá)里厄式垂直軸風(fēng)輪都采用橫截面為流線型具有升力的翼型，串型風(fēng)輪也一樣， 風(fēng)輪葉片的截面形狀可以是對(duì)稱翼型、平凸翼型和凹凸翼，如圖9所示。根據(jù)已有的知識(shí)， 制造葉片的材料可以采用鋁及鋁合金、不銹鋼、鐵片、玻纖/碳纖復(fù)合材料、竹木等，以質(zhì) 輕、強(qiáng)度高的為好。根據(jù)一般的規(guī)律，垂直軸風(fēng)車的風(fēng)葉在安裝時(shí)葉片的弦線與輪轂的圓周的切線有 0 10度的夾角，本發(fā)明的串型風(fēng)輪風(fēng)葉的安裝角度也相應(yīng)地采用這種設(shè)置。本發(fā)明不僅解決了達(dá)里厄式風(fēng)輪順利自啟動(dòng)的問題，且保持了 2 3葉片達(dá)里厄 式風(fēng)輪效率高的特點(diǎn)，相較于多葉片的達(dá)里厄式風(fēng)輪而言，同樣長度的葉片獲得了更大的 掃風(fēng)面積，降低了單位裝機(jī)成本，具有更好的效益；對(duì)于大型的達(dá)里厄式風(fēng)輪而言，制造過 長的葉片工藝上有難度，采用本技術(shù)，就可以用較短的葉片來制造出更高更大型的風(fēng)輪。在使用本發(fā)明串型風(fēng)輪制作風(fēng)車的時(shí)候，由于本發(fā)明系采用多層單體風(fēng)輪構(gòu)成， 故風(fēng)車的發(fā)電機(jī)可以安裝在本串型風(fēng)輪的底部，也可以安裝在本串型風(fēng)輪的上下單體風(fēng)輪 之間，如圖7所示。進(jìn)一步地，為了使串型風(fēng)輪能夠在更低的風(fēng)速下啟動(dòng)，增加低風(fēng)速下帶動(dòng)發(fā)電機(jī) 發(fā)電的能力，延長風(fēng)車的使用壽命，本發(fā)明人根據(jù)磁懸浮能夠減輕風(fēng)輪啟動(dòng)阻力的原理，進(jìn) 一步提出了建造磁懸浮串型風(fēng)車的方案。本發(fā)明利用磁吸的原理，將風(fēng)輪全部或部分騰空，并使用徑向磁軸承，使風(fēng)輪在軸向上減少對(duì)推力軸承的壓力，在徑向上減少對(duì)徑向軸承的摩擦力，以此制造出磁懸浮串型 風(fēng)車。除了采用目前市場上常用的磁懸浮發(fā)電機(jī)來制造出磁懸浮串型風(fēng)車外，本發(fā)明還 提供了以下制造出磁懸浮串型風(fēng)車的方法本發(fā)明實(shí)現(xiàn)磁懸浮的辦法，是將助浮磁體安放于發(fā)電機(jī)外，并根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是 內(nèi)轉(zhuǎn)子還是外轉(zhuǎn)子來確定吸升磁體的安放位置。對(duì)于內(nèi)轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)，如圖10所示，需要采用雙出軸的發(fā)電機(jī)，吸升的磁體108安置 于發(fā)電機(jī)的底部107下，在發(fā)電機(jī)的下出軸1101上安裝固定的極性相反的受吸磁體109和 磁體盤110，風(fēng)輪則直接安裝在發(fā)電機(jī)的上出軸1105上，依靠磁體的吸力，托起風(fēng)輪和發(fā)電 機(jī)轉(zhuǎn)子106 ；其徑向擺動(dòng)的減少，則依靠徑向的磁軸承1104來實(shí)現(xiàn)，這種徑向的磁軸承安裝 在發(fā)電機(jī)上出軸1105和發(fā)電機(jī)定子殼105之間的套筒內(nèi)。對(duì)于外轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)，如圖11所示，其定子軸119穿出外轉(zhuǎn)子123，風(fēng)輪的輪轂120 套在定子軸119上，定子軸穿出風(fēng)輪的輪轂上端，吸升的磁體113安裝在定子軸頂端磁體盤 112下，在風(fēng)輪輪轂上端安裝極性相反的受吸磁體114及相應(yīng)的磁體盤115，在磁體盤112 和磁體盤115之間安裝有推力軸承111，起到避免磁體113和磁體114完全接觸的作用，風(fēng) 輪的輪轂下端則連在發(fā)電機(jī)的外轉(zhuǎn)子123上，其徑向的磁懸浮由安裝在定子軸和風(fēng)輪輪轂 間的徑向磁軸承117和122承擔(dān)。


圖1為串型風(fēng)輪示意圖。為采用直葉片的兩個(gè)“中”字型單體風(fēng)輪構(gòu)成的串型風(fēng) 輪，其中，11為上層單體風(fēng)輪的風(fēng)葉，12為上層單體風(fēng)輪風(fēng)葉的上水平支撐臂，13為串型風(fēng) 輪輪轂或轉(zhuǎn)軸，14為上層單體風(fēng)輪風(fēng)葉的下水平支撐臂，15為下層單體風(fēng)輪的風(fēng)葉。It為 串型風(fēng)輪的垂直投影，16、17、18為風(fēng)葉投影的弦線中心點(diǎn)，θ為16至風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心點(diǎn)19 連線與17至風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心點(diǎn)19連線之間的夾角。圖2為各種形式的串型風(fēng)輪示意圖，2a為三個(gè)“中”字型單體風(fēng)輪構(gòu)成的串型風(fēng) 輪，at為該串型風(fēng)輪在垂直風(fēng)向上的投影；2b為2個(gè)三葉片單體風(fēng)輪構(gòu)成的串型風(fēng)輪，bt 為該串型風(fēng)輪在垂直風(fēng)向上投影；2c為兩個(gè)〇型單體風(fēng)輪構(gòu)成的串型風(fēng)輪，ct為該串型風(fēng) 輪在垂直方向上投影外輪廓。圖3為各種形式串型風(fēng)輪示意圖，圖中3a為兩個(gè)“八”字型單體風(fēng)輪構(gòu)成的串型風(fēng) 輪；3b為兩個(gè) 型單體風(fēng)輪構(gòu)成的串型風(fēng)輪；3c為兩個(gè)Δ型單體風(fēng)輪構(gòu)成的串型風(fēng)輪，3d 為兩個(gè)Δ型單體風(fēng)輪構(gòu)成的串型風(fēng)輪，但是上下層風(fēng)輪互為鏡像；3e為兩個(gè)倒三角型“▽，， 單體風(fēng)輪構(gòu)成的串型風(fēng)輪，3f為兩個(gè)鼓型單體風(fēng)輪構(gòu)成的串型風(fēng)輪，3g為兩個(gè)Φ型單體風(fēng) 輪構(gòu)成的串型風(fēng)輪。圖4為上下層單體風(fēng)輪葉片在軸向上有交叉的示意圖，圖中如為兩個(gè)Φ型單體 風(fēng)輪葉片在軸向上有交叉，4b為兩個(gè)H型單體風(fēng)輪葉片在軸向上有交叉；4b中，hi為下 層單體風(fēng)輪的葉片高度，h2為上層單體風(fēng)輪的葉片高度，h3為hi與h2的交叉高度，其中 h3 ^ (hl+h2)/4。圖5為采用三角形支撐的兩個(gè)單體風(fēng)輪，互相獨(dú)立安裝在中心轉(zhuǎn)軸上構(gòu)成串型風(fēng) 輪的示意圖。
圖6為采用三角形支撐的兩個(gè)單體風(fēng)輪構(gòu)成的串型風(fēng)輪，其斜向支撐臂61用水平 橫梁62連接起來的示意圖。圖7為采用三角形支撐的兩個(gè)2葉片單體風(fēng)輪構(gòu)成的串型風(fēng)輪，其斜向臂72用水 平橫梁74連接，在上層風(fēng)輪與下層風(fēng)輪的交叉處，采用水平臂75、77支撐，75和77構(gòu)成一 個(gè)十字型，圖中71為上層單體風(fēng)輪風(fēng)葉、72為斜向支撐臂，73為風(fēng)輪中心轉(zhuǎn)軸，74為水平 橫梁，75水平支撐臂，76為下層單體風(fēng)輪風(fēng)葉，77為水平支撐臂，78為水平橫梁，79為發(fā)電 機(jī)。圖8為采用斜臂三角形支撐的兩個(gè)3葉片單體風(fēng)輪構(gòu)成的串型風(fēng)輪，81為上層 單體風(fēng)輪風(fēng)葉，82為上層單體風(fēng)輪斜支撐臂，83為上層單體風(fēng)輪斜支撐臂間的水平橫梁， 84為串型風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸，85為上層單體風(fēng)輪的下水平支撐臂，86為下層單體風(fēng)輪的上水平支撐 臂，87為下層單體風(fēng)輪風(fēng)葉，88為下層風(fēng)輪的斜支撐臂，89為下層風(fēng)輪斜支撐臂間的水平 橫梁。其中，85與86構(gòu)成了一個(gè)關(guān)型，它們共處于同一水平面上。圖9為串型風(fēng)輪可采用的葉片構(gòu)型橫截面，9a為對(duì)稱翼，9b為平凸翼，9c為凹凸翼。圖10為采用內(nèi)轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)時(shí)，磁懸浮串型風(fēng)車的結(jié)構(gòu)圖。圖中101.上層單體風(fēng) 輪風(fēng)葉102.上層風(fēng)輪風(fēng)葉斜向支撐臂103.上層單體風(fēng)輪斜向支撐臂之間的水平橫梁104. 下層單體風(fēng)輪斜向支撐臂之間的水平橫梁105.發(fā)電機(jī)定子外殼106.發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子107.發(fā) 電機(jī)底部的磁體盤108.磁吸體109.受吸磁體110.受吸磁體盤1101.發(fā)電機(jī)下出軸1102. 下層單體風(fēng)輪風(fēng)葉1103.發(fā)電機(jī)定子線圈1104.徑向磁軸承1105.發(fā)電機(jī)上出軸1106.上 層單體風(fēng)輪下水平支撐臂圖11為采用外轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)時(shí)，磁懸浮串型風(fēng)車的結(jié)構(gòu)圖。圖中111.推力軸承112. 磁體盤113.磁體114.受吸異性磁體115.受吸磁體盤116.上層單體風(fēng)輪風(fēng)葉117.徑向 磁軸承118.徑向軸承119.發(fā)電機(jī)定子軸120.風(fēng)輪輪轂121.下層單體風(fēng)輪風(fēng)葉122.徑 向磁軸承123.發(fā)電機(jī)外轉(zhuǎn)子124.磁體125.定子線圈126.定子127.徑向軸承
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施實(shí)例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明并不僅限于這些實(shí)例。實(shí)例1 由2個(gè)H型2葉片風(fēng)輪單體組成的串型風(fēng)輪。如附圖1所示。圖中11為上層單體風(fēng)輪的風(fēng)葉，12為上層單體風(fēng)輪風(fēng)葉的上水 平支撐臂，13為串型風(fēng)輪輪轂或轉(zhuǎn)軸，14為上層單體風(fēng)輪風(fēng)葉的下水平支撐臂，15為下層 單體風(fēng)輪的風(fēng)葉。該串型風(fēng)輪由上下兩個(gè)單體風(fēng)輪組成。每個(gè)單體風(fēng)輪呈“中”字型，各具有2個(gè) 直葉片，葉片支撐臂為水平支撐，上層單體風(fēng)輪的下水平支撐臂與下單體風(fēng)輪的上水平支 撐臂構(gòu)成一個(gè)十字型，它們共處于同一水平面，優(yōu)選的構(gòu)型其垂直投影中的θ角為360/ (2+2) = 90 度。實(shí)例2由2個(gè)三葉片H型風(fēng)輪單體組成的串型風(fēng)輪。如附圖2中2b所示。圖中bl.上層單體風(fēng)輪葉片，b2 上層單體風(fēng)輪上水平支撐臂，b3 風(fēng)輪中心軸，b4 上 層單體風(fēng)輪下水平支撐臂，b5 下層單體風(fēng)輪上水平支撐臂，b6 下層單體風(fēng)輪風(fēng)葉，b7 下層單體風(fēng)輪下水平支撐臂每層單體風(fēng)輪由一個(gè)3葉片H型渦輪組成，葉片支撐臂采用水平支撐，上單元的下水平支撐臂與下單元的上水平支撐臂構(gòu)成了關(guān)型，它們共處于同一水平面，優(yōu)選的構(gòu)型其 垂直投影的θ角為360/(3+3) = 60度。以上實(shí)例分別說明了由2葉片單體風(fēng)輪與3葉片單體風(fēng)輪構(gòu)成串型風(fēng)輪的辦法及 優(yōu)選條件，由于優(yōu)選條件中θ角的計(jì)算都是類似的，因此，下列實(shí)例將不再就優(yōu)選條件進(jìn) 行說明。實(shí)例3采用三角形支撐、由2個(gè)H型2葉片單體風(fēng)輪組成的串型風(fēng)輪。如附圖7所示。圖中71為上層單體風(fēng)輪風(fēng)葉，72為斜向支撐臂，73為風(fēng)輪中心軸，74為水平橫梁，75水 平支撐臂，76為下層單體風(fēng)輪風(fēng)葉，77為水平支撐臂，78為水平橫梁，79為發(fā)電機(jī)。其斜向臂72用水平橫梁74連接，在上層風(fēng)輪與下層風(fēng)輪的交叉處，采用水平臂 75,77支撐，75和77構(gòu)成一個(gè)十字型，它們共處于同一水平面。實(shí)例4采用三角形支撐、由2個(gè)三葉片H型單體風(fēng)輪組成的串型風(fēng)輪如圖8所示。圖中81為上層單體風(fēng)輪風(fēng)葉，82為上層單體風(fēng)輪斜支撐臂，83為上層單體風(fēng)輪斜支撐 臂間的水平橫梁，84為串型風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸，85為上層單體風(fēng)輪的下水平支撐臂，86為下層單體 風(fēng)輪的上水平支撐臂，87為下層單體風(fēng)輪風(fēng)葉，88為下層風(fēng)輪的斜支撐臂，89為下層風(fēng)輪 斜支撐臂間的水平橫梁。其中，85與86構(gòu)成了一個(gè)關(guān)型，它們共處于同一水平面上。在該 圖中，上層單體風(fēng)輪與下層單體風(fēng)輪構(gòu)型是相同的，但是支撐結(jié)構(gòu)的朝向相反，互為鏡像。 其斜向支撐臂用水平橫梁互相連接，構(gòu)成四面體支撐結(jié)構(gòu)。實(shí)例5由2個(gè)Φ型單體風(fēng)輪組成的串型風(fēng)輪如圖3中3g所示。圖中g(shù)l 風(fēng)輪中心軸，g2 上層單體風(fēng)輪葉片，g3 下層單體風(fēng)輪葉片該串型風(fēng)輪中，上層單體風(fēng)輪和下層單體風(fēng)輪葉片在軸向上無交叉實(shí)例6由2個(gè)〇型單體風(fēng)輪組成的串型風(fēng)輪如圖2中2c所示。圖中cl 上層單體風(fēng)輪葉片，c2 風(fēng)輪中心軸，c3 下層單體風(fēng)輪葉片該串型風(fēng)輪中，上層單體風(fēng)輪與下層單體風(fēng)輪葉片在軸向上無交叉。實(shí)例7由2個(gè)Φ型單體風(fēng)輪組成的串型風(fēng)輪如圖4中4a所示。圖中41 風(fēng)輪中心轉(zhuǎn)軸，42 上層單體風(fēng)輪風(fēng)葉，43 下層單體風(fēng)輪風(fēng)葉該串型風(fēng)輪中，上層單體風(fēng)輪與下層單體風(fēng)輪葉片在軸向上有交叉。實(shí)例8采用內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)發(fā)電機(jī)的磁懸浮串型風(fēng)車如圖10所示。采用上下雙出軸的發(fā)電機(jī)，采用帶有斜臂三角形支撐并在斜向臂之 間加有水平橫梁的直葉片串型風(fēng)輪，吸升的磁體108安置于發(fā)電機(jī)的底部107下，在發(fā)電機(jī) 的下出軸1101上安裝固定的極性相反的受吸磁體109和磁體盤110，風(fēng)輪則直接安裝在發(fā) 電機(jī)的上出軸1105上，依靠磁體的吸力，托起風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子106 ；其徑向擺動(dòng)的減少， 則依靠徑向的磁軸承1104來實(shí)現(xiàn)，這種徑向的磁軸承安裝在發(fā)電機(jī)上出軸1105和發(fā)電機(jī)定子殼105之間的套筒內(nèi)。實(shí)例9采用外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)發(fā)電機(jī)的磁懸浮串型風(fēng)車如圖11所示。發(fā)電機(jī)采用外轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)，風(fēng)輪采用Φ型的串型風(fēng)輪，發(fā)電機(jī)定子 軸119穿出外轉(zhuǎn)子123之上，風(fēng)輪的輪轂120套在定子軸119上，定子軸穿出風(fēng)輪輪轂120 的上端，吸升的磁體113安裝在定子軸頂端磁體盤112下，在風(fēng)輪輪轂上端安裝極性相反的 受吸磁體114及相應(yīng)的磁體盤115，在磁體盤112和磁體盤115之間安裝有推力軸承111， 起到避免磁體113和磁體114完全接觸的作用，風(fēng)輪的輪轂下端則連在發(fā)電機(jī)的外轉(zhuǎn)子123 上，其徑向的磁懸浮由安裝在定子軸和風(fēng)輪輪轂間的徑向磁軸承117和122承擔(dān)。以上實(shí)例說明了如何構(gòu)建串型風(fēng)輪及磁懸浮串型風(fēng)車的方法，這些實(shí)例僅是用于 說明本發(fā)明舉例之用，由于本發(fā)明的串型風(fēng)輪可以由多層單體風(fēng)輪構(gòu)成，而每層單體風(fēng)輪 又可以有不同形狀和截面的葉片，有不同的支撐結(jié)構(gòu)，因此用本發(fā)明的原理來組合出的風(fēng) 輪形式是非常多的。具有本領(lǐng)域內(nèi)專業(yè)知識(shí)的人員，完全可以利用本發(fā)明的技術(shù)原理構(gòu)建 出無限多的串型風(fēng)輪形式，并且在一些構(gòu)型和支撐結(jié)構(gòu)上做出某些改動(dòng)，同樣在磁懸浮串 型風(fēng)車方面也可以做出非常多的造型，但只要不脫離本發(fā)明給定的必要條件和思路，不會(huì) 超出本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。 此外，在磁懸浮串型風(fēng)車方面，用市售的磁懸浮發(fā)電機(jī)配合本發(fā)明的風(fēng)輪，也可以 方便地制造出磁懸浮串型風(fēng)車，在此不再舉例，但是亦不應(yīng)超出本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種串型風(fēng)輪，為垂直軸升力型風(fēng)輪，其特征在于系由復(fù)數(shù)個(gè)2 3葉片的達(dá)里厄 式風(fēng)輪以串聯(lián)的方式層疊安裝而成，且每層葉片在輪轂的圓周上相互錯(cuò)開。它們符合以下 條件a.在整個(gè)風(fēng)輪垂直方向的投影中，任意相鄰兩個(gè)葉片的橫截面，其弦線中心點(diǎn)與風(fēng)輪 轉(zhuǎn)動(dòng)中心的連線之間的夾角θ存在以下關(guān)系所有銳角(含直角)θ之和大于120度，優(yōu) 選條件為θ = 360/ Σ y，式中y為風(fēng)輪葉片數(shù)；b.上下層葉片在軸向上交叉的部分不應(yīng)超過上下層風(fēng)輪高度之和的25%；c.各層風(fēng)輪的最大直徑處相差不超過1/3；d.各層風(fēng)輪的高度相差不超過50%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的串型風(fēng)輪，其特征在于上下相鄰的兩層風(fēng)輪，在軸向上可以 有交叉或無交叉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的串型風(fēng)輪，其特征在于葉片可以采用直葉片、C形葉片，其中 C形葉片包括跳繩曲線型和圓弧型，葉片在安裝時(shí)其弦線與輪轂的圓周的切線有0 10度 的夾角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的串型風(fēng)輪，其特征在于每層風(fēng)輪可以采用Φ型、H型、 型、 Δ型、▽型、 型、鼓型等構(gòu)型；各層風(fēng)輪的構(gòu)型，可以相同也可以不同，但以各層風(fēng)輪的構(gòu) 型相同或互為鏡像為優(yōu)選。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的串型風(fēng)輪，其特征在于風(fēng)輪葉片的橫截面采用流線型橫截 面，具體來說就是具有升力的翼型；葉片的制作材料可以采用不銹鋼、鐵皮、鋁及鋁合金、玻 璃纖維/碳纖維復(fù)合材料等常規(guī)用于制造風(fēng)車葉片的材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的串型風(fēng)輪，其特征在于可由單體風(fēng)輪簡單串聯(lián)而成，但是當(dāng) 風(fēng)輪葉片有支撐臂時(shí)，上下兩層風(fēng)輪在交叉處的支撐臂以采用處于同一水平面的水平支撐 臂為優(yōu)選，具體來說就是用十字型或丨苦型，它們處于同一水平面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的串型風(fēng)輪，其特征在于當(dāng)風(fēng)輪葉片有支撐臂時(shí)，風(fēng)輪的葉片 支撐臂采用水平懸臂支撐，同時(shí)在水平臂太長情況下，允許用一條斜向牽引繩連接輪轂與 每層單體風(fēng)輪的下臂，以加強(qiáng)下臂的支撐力。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的串型風(fēng)輪，其特征在于當(dāng)風(fēng)輪葉片有支撐臂時(shí)，風(fēng)輪的葉片 支撐臂采用斜臂三角形支撐，為了加強(qiáng)支撐的強(qiáng)度，在每個(gè)斜臂之間加用水平梁相連接，使 斜臂與水平梁共同構(gòu)成了一個(gè)三角型，水平梁可以是一根至多根。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的串型風(fēng)輪，其特征在于當(dāng)單體風(fēng)輪為Φ型和〇型時(shí)，風(fēng)輪 葉片可以有支撐臂和無支撐臂。
10.一種磁懸浮串型風(fēng)車，其特征在于，所述風(fēng)車采用權(quán)利要求1所述的串型風(fēng)輪作為 風(fēng)輪。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的磁懸浮串型風(fēng)車，其特征在于，當(dāng)采用內(nèi)轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)時(shí)， 吸升的磁體固定安置于發(fā)電機(jī)的底部，在發(fā)電機(jī)的下出軸上安裝固定的極性相反的受吸磁 體，風(fēng)輪則直接安裝在發(fā)電機(jī)的上出軸上，依靠磁體的吸力，托起風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子；其徑 向擺動(dòng)的懸浮，則依靠徑向的磁軸承來實(shí)現(xiàn)，徑向的磁軸承安裝在發(fā)電機(jī)上出軸上。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的磁懸浮串型風(fēng)車，其特征在于，當(dāng)采用外轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)時(shí)，其 定子軸穿出外轉(zhuǎn)子，風(fēng)輪的輪轂套在定子軸上，定子軸穿出風(fēng)輪的輪轂上端，吸升的磁體固定安裝在定子軸的頂端，在風(fēng)輪輪轂上端安裝極性相反的受吸磁體，風(fēng)輪的輪轂下端則連 在發(fā)電機(jī)的外轉(zhuǎn)子上，其徑向的磁懸浮由安裝在定子軸和風(fēng)輪輪轂間的徑向磁軸承承擔(dān)。
全文摘要
本發(fā)明涉及到構(gòu)建串型風(fēng)輪和相應(yīng)的磁懸浮串型風(fēng)車方法，在垂直方向上串聯(lián)安裝兩個(gè)及以上的2～3葉片達(dá)里厄式風(fēng)輪來構(gòu)造成一個(gè)新的風(fēng)輪，風(fēng)輪的特點(diǎn)和能夠使其產(chǎn)生自啟動(dòng)能力的關(guān)鍵點(diǎn)是1.在整個(gè)風(fēng)輪垂直方向的投影中，任意相鄰兩個(gè)葉片的橫截面，其幾何中心點(diǎn)與風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心的連線之間的夾角θ存在以下關(guān)系所有銳角θ之和大于120度，優(yōu)選條件為θ＝360/∑y，式中y為風(fēng)輪葉片數(shù)；2.上下層葉片在軸向上交叉的部分不應(yīng)超過上下層風(fēng)輪高度之和的25％；3.各層風(fēng)輪的最大直徑處相差不超過1/3；4.各層風(fēng)輪的高度相差不超過50％。根據(jù)這些條件構(gòu)造成了串型風(fēng)輪，并進(jìn)一步采用磁懸浮技術(shù)構(gòu)建磁懸浮串型風(fēng)車，使之更容易啟動(dòng)和高效。
文檔編號(hào)F16C32/04GK102062047SQ20111002006
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2011年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月18日
發(fā)明者李永平 申請(qǐng)人:李永平