技术领域 本发明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； （ 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 ； ( 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。 发明内容 本发明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。

本发明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。

本发明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发明作进一步说 明， 附图中：

图 1是本发明磁悬浮轴定位翼型风帆风力发电机� �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， 本发明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—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� ��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。 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 3-4 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� ��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 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。 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，� ��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， 仅为本发明较佳的具体实施方式， 但本发明的保护范围并 不局限于此。 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所揭 露的技术范围 内， 可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。 因此， 本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围 为准。