在風(fēng)電行業(yè),常見的是大型水平軸類風(fēng)力發(fā)電機(jī),其云集了無數(shù)國(guó)內(nèi)外專利,技術(shù)已經(jīng)很成熟。但是,我國(guó)在上海杭州灣安裝的5千千瓦(5兆瓦)的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)已經(jīng)被稱作超級(jí)工程了(見央視一套《超級(jí)工程4》),這是世界水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝機(jī)最大容量了。而垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)額定輸出功率目前只能達(dá)到1兆瓦左右,但是垂直軸風(fēng)電機(jī)卻是風(fēng)電機(jī)大型化較有潛力的發(fā)展方向,現(xiàn)在日本﹑英國(guó)等國(guó)均有垂直軸風(fēng)電機(jī)專門研究所,其中大型垂直軸風(fēng)電機(jī)有兩大至今未解決的難題:1.低轉(zhuǎn)速發(fā)電問題,如50米直徑垂直軸風(fēng)力機(jī)在每秒5米的風(fēng)速下,轉(zhuǎn)速每分鐘只有兩圈左右,2.風(fēng)葉片振動(dòng)問題,由于力臂長(zhǎng),風(fēng)葉片又裝在風(fēng)葉輪輪邊上,即尖速度大,加上長(zhǎng)力臂對(duì)風(fēng)葉片的振動(dòng)放大作用,振動(dòng)是難免的??梢?,就目前技術(shù)水平,兩者裝機(jī)容量很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)都不會(huì)有較大的突破。
我已經(jīng)獲得發(fā)明專利權(quán)的大型磁懸浮圓軌道風(fēng)力發(fā)電機(jī)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的另類,可以說是大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)﹑超大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的終極版。其主要由上下裝有強(qiáng)磁鐵軌道做成的圓環(huán)形無中軸風(fēng)葉輪,并且在風(fēng)葉輪下兩磁軌道中間裝上強(qiáng)磁鐵作為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子,和上下強(qiáng)磁鐵圓軌道的下磁軌道中間裝上電磁感應(yīng)組成的發(fā)電機(jī)定子,兩者進(jìn)行磁懸浮配合,風(fēng)葉輪和圓軌道的磁懸浮配合相當(dāng)于大型磁懸浮推力軸承,在風(fēng)葉輪上裝上風(fēng)葉片并能在風(fēng)的作用下,風(fēng)葉輪和圓軌道的磁懸浮配合使風(fēng)葉輪在圓軌道上作無機(jī)械磨擦的磁懸浮圓周運(yùn)動(dòng),風(fēng)葉輪上的強(qiáng)磁鐵和圓磁軌道上的電磁感應(yīng)圈的相對(duì)運(yùn)動(dòng),在無機(jī)械磨擦,無機(jī)械能轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上發(fā)電,即風(fēng)能通過風(fēng)葉輪上的轉(zhuǎn)子磁鐵和軌道上的電磁感應(yīng)圈直接轉(zhuǎn)換成電能,顯然本發(fā)明相對(duì)有機(jī)械傳遞能量(軸承、齒輪﹑減速器等)的大型發(fā)電機(jī)能量轉(zhuǎn)換效率高得多,而且本發(fā)明的發(fā)電方式是:利用風(fēng)葉輪尖速度(邊沿線速度)發(fā)電,以直徑50米的風(fēng)葉輪,每秒5米的風(fēng)速為例,由于風(fēng)葉片的不同,尖速度也將有所不同,但是轉(zhuǎn)子和定子之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度最低也可以達(dá)到每秒3米以上,這就徹底解決了垂直軸各類大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)低轉(zhuǎn)速發(fā)電問題。而且,由于風(fēng)葉輪是由各自獨(dú)立的框架(小車狀)串聯(lián)而成的,聯(lián)接處可以小幅擺動(dòng),因?yàn)闆]有中軸和帶動(dòng)風(fēng)葉片的力臂(力臂帶動(dòng)風(fēng)葉片有振動(dòng)擴(kuò)大效應(yīng)),在上下磁軌道的約束下完全可以消除風(fēng)葉片振動(dòng)等不利因素。由于這些特征,本發(fā)明所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)直徑可以做得很大,而且可以重疊安裝使用,顯然這將開創(chuàng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)大型化,超大型化的新途經(jīng)。我們還是以直徑50米的風(fēng)葉輪為例,每層裝機(jī)容量可達(dá)500千瓦,如果安裝20層有效層,這樣發(fā)電量就可以達(dá)到10兆瓦,如果按1500千瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)所占有效空間計(jì)算(直徑80米圓面積乘80米高),裝機(jī)容量可達(dá)16兆瓦,更加重要的是風(fēng)能利用率提高了10倍,即效率提高了10倍以上,在超級(jí)工程4中提到,風(fēng)能如果全部利用,將達(dá)到目前世界所需能耗的三倍以上,如果采用大型磁懸浮圓軌道風(fēng)力發(fā)電機(jī)相信風(fēng)能利用率肯定會(huì)有大幅提高。
大型磁懸浮圓軌道風(fēng)力發(fā)電機(jī)由于沒有大型件的制造﹑運(yùn)輸﹑吊裝,即所有金屬件加工﹑安裝﹑運(yùn)輸均為常規(guī)手段(定型的組合型的設(shè)備),所以每千瓦的制造﹑裝機(jī)費(fèi)用等可以大幅降低,而且明白人一看便知,高度的提升空間不大,而在100米直徑的基礎(chǔ)上再增加幾倍甚至十幾倍卻是完全可行的,如果風(fēng)電機(jī)直徑增加十倍,裝機(jī)容量可達(dá)20萬千瓦,雖然占地面積上千畝,這不過和同樣裝機(jī)容量的火力發(fā)電廠所占土地差不多,更何況無論占用的是農(nóng)用田土﹑牧場(chǎng)﹑水面均可在不產(chǎn)生任何污染的情況下再使用,而大型水平軸風(fēng)電機(jī)卻在一定風(fēng)速的情況下會(huì)產(chǎn)生嘯叫聲,并且時(shí)有鳥類撞擊風(fēng)葉片的事情發(fā)生,而本發(fā)明是磁懸浮圓軌道風(fēng)力發(fā)電機(jī),運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)沒有噪音,由于其尖速比(風(fēng)速和尖速度比)小于1也不會(huì)產(chǎn)生嘯叫聲,所以本發(fā)明還適用于如高層樓頂上使用。同時(shí)也適用于大型吊裝﹑運(yùn)輸設(shè)備去不了的邊遠(yuǎn)山區(qū)﹑山頂﹑淺水灘﹑海島等上面安裝﹑使用。這些均源于本發(fā)明所用包括發(fā)電機(jī)在內(nèi)的原件均為組合式的,而且均為常規(guī)的金屬加工件,而安裝本風(fēng)力發(fā)電機(jī)的多層框架,100千瓦左右的可考慮用金屬框架,作為本大型風(fēng)力發(fā)電絕大多數(shù)均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的框架,而本大型磁懸浮圓軌道風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制造商,事實(shí)上也成為永遠(yuǎn)的建筑工程發(fā)包商。綜合上述,本發(fā)明的重要意義在于可以大幅提高風(fēng)能利用率(如發(fā)電機(jī)零機(jī)械磨擦、無機(jī)械能轉(zhuǎn)換、多層風(fēng)力發(fā)電),降低大型風(fēng)電機(jī)制造、安裝、運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用和難度,可以有效解決大型垂直軸風(fēng)力發(fā)電風(fēng)葉片振動(dòng)問題和低速發(fā)電問題,更重要的意義在于:開創(chuàng)了風(fēng)電機(jī)大型化、超大型化的新途徑。
專利人的發(fā)明,大型磁懸浮圓軌道風(fēng)力發(fā)電機(jī)是通過國(guó)家專利局公布﹑檢索國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料﹑提出修改意見﹑并且經(jīng)過對(duì)本發(fā)明專利的創(chuàng)造性﹑新穎性﹑實(shí)用性進(jìn)行了嚴(yán)格審查,最終經(jīng)歷四個(gè)年頭,用時(shí)兩年多,于2013年1月5日授予發(fā)明專利權(quán),同年3月6日獲得專利證書,而且本發(fā)明還有多個(gè)發(fā)明或?qū)嵱眯滦蛯@С?,其中有兩?xiàng)已獲得專利證書,其余還在審查中。
本發(fā)明的基本原理是:由上下裝有強(qiáng)磁鐵軌道做成的圓環(huán)形無中軸風(fēng)葉輪,并且在風(fēng)葉輪下兩磁軌道中間裝上強(qiáng)磁鐵作為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子,和上下強(qiáng)磁鐵圓軌道的下磁軌道中間裝上電磁感應(yīng)組成的發(fā)電機(jī)定子,兩者進(jìn)行磁懸浮配合,風(fēng)葉輪和圓軌道的磁懸浮配合相當(dāng)于大型磁懸浮推力軸承,在風(fēng)葉輪上裝上風(fēng)葉片并能在風(fēng)的作用下,風(fēng)葉輪和圓軌道的磁懸浮配合使風(fēng)葉輪在圓軌道上作無機(jī)械磨擦的圓周運(yùn)動(dòng),即風(fēng)葉輪上的強(qiáng)磁鐵和圓磁軌道上的電磁感應(yīng)圈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。為了進(jìn)一步提高效率,在風(fēng)葉輪周圍加上我已經(jīng)獲得實(shí)用新型專利權(quán)的,能阻斷逆向進(jìn)風(fēng),放大順向進(jìn)風(fēng)的導(dǎo)風(fēng)板,并且在無機(jī)械磨擦,無機(jī)械能轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上發(fā)電,即風(fēng)能通過風(fēng)葉輪上的轉(zhuǎn)子磁鐵和軌道上的電磁感應(yīng)圈直接轉(zhuǎn)換成電能,顯然本發(fā)明相對(duì)有機(jī)械(齒輪﹑減速器等)傳遞能量的大型發(fā)電機(jī)能量轉(zhuǎn)換效率高得多。
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