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“大型磁悬浮圆轨道风力发电机”获发明专利

在风电行业，常见的是大型水平轴类风力发电机，其云集了无数国内外专利，技术已经很成熟。但是，我国在上海杭州湾安装的5千千瓦（5兆瓦）的水平轴风力发电机已经被称作超级工程了（见央视一套《超级工程4》），这是世界水平轴风力发电机装机最大容量了。而垂直轴风力发电机额定输出功率目前只能达到1兆瓦左右，但是垂直轴风电机却是风电机大型化较有潜力的发展方向，现在日本﹑英国等国均有垂直轴风电机专门研究所，其中大型垂直轴风电机有两大至今未解决的难题：1.低转速发电问题，如50米直径垂直轴风力机在每秒5米的风速下，转速每分钟只有两圈左右，2.风叶片振动问题，由于力臂长，风叶片又装在风叶轮轮边上，即尖速度大，加上长力臂对风叶片的振动放大作用，振动是难免的。可见，就目前技术水平，两者装机容量很长时间内都不会有较大的突破。

我已经获得发明专利权的大型磁悬浮圆轨道风力发电机是风力发电机的另类，可以说是大型风力发电机﹑超大型风力发电机的终极版。其主要由上下装有强磁铁轨道做成的圆环形无中轴风叶轮，并且在风叶轮下两磁轨道中间装上强磁铁作为发电机转子，和上下强磁铁圆轨道的下磁轨道中间装上电磁感应组成的发电机定子，两者进行磁悬浮配合，风叶轮和圆轨道的磁悬浮配合相当于大型磁悬浮推力轴承，在风叶轮上装上风叶片并能在风的作用下，风叶轮和圆轨道的磁悬浮配合使风叶轮在圆轨道上作无机械磨擦的磁悬浮圆周运动，风叶轮上的强磁铁和圆磁轨道上的电磁感应圈的相对运动，在无机械磨擦，无机械能转换的基础上发电，即风能通过风叶轮上的转子磁铁和轨道上的电磁感应圈直接转换成电能，显然本发明相对有机械传递能量（轴承、齿轮﹑减速器等）的大型发电机能量转换效率高得多，而且本发明的发电方式是：利用风叶轮尖速度（边沿线速度）发电，以直径50米的风叶轮，每秒5米的风速为例，由于风叶片的不同，尖速度也将有所不同，但是转子和定子之间的相对运动速度最低也可以达到每秒3米以上，这就彻底解决了垂直轴各类大型风力发电机低转速发电问题。而且，由于风叶轮是由各自独立的框架（小车状）串联而成的，联接处可以小幅摆动，因为没有中轴和带动风叶片的力臂（力臂带动风叶片有振动扩大效应），在上下磁轨道的约束下完全可以消除风叶片振动等不利因素。由于这些特征，本发明所述的风力发电机直径可以做得很大，而且可以重叠安装使用，显然这将开创风力发电机大型化，超大型化的新途经。我们还是以直径50米的风叶轮为例，每层装机容量可达500千瓦，如果安装20层有效层，这样发电量就可以达到10兆瓦，如果按1500千瓦风力发电机所占有效空间计算（直径80米圆面积乘80米高），装机容量可达16兆瓦，更加重要的是风能利用率提高了10倍，即效率提高了10倍以上，在超级工程4中提到，风能如果全部利用，将达到目前世界所需能耗的三倍以上，如果采用大型磁悬浮圆轨道风力发电机相信风能利用率肯定会有大幅提高。

大型磁悬浮圆轨道风力发电机由于没有大型件的制造﹑运输﹑吊装，即所有金属件加工﹑安装﹑运输均为常规手段（定型的组合型的设备），所以每千瓦的制造﹑装机费用等可以大幅降低，而且明白人一看便知，高度的提升空间不大，而在100米直径的基础上再增加几倍甚至十几倍却是完全可行的，如果风电机直径增加十倍，装机容量可达20万千瓦，虽然占地面积上千亩，这不过和同样装机容量的火力发电厂所占土地差不多，更何况无论占用的是农用田土﹑牧场﹑水面均可在不产生任何污染的情况下再使用，而大型水平轴风电机却在一定风速的情况下会产生啸叫声，并且时有鸟类撞击风叶片的事情发生，而本发明是磁悬浮圆轨道风力发电机，运转时没有噪音，由于其尖速比（风速和尖速度比）小于1也不会产生啸叫声，所以本发明还适用于如高层楼顶上使用。同时也适用于大型吊装﹑运输设备去不了的边远山区﹑山顶﹑浅水滩﹑海岛等上面安装﹑使用。这些均源于本发明所用包括发电机在内的原件均为组合式的，而且均为常规的金属加工件，而安装本风力发电机的多层框架，100千瓦左右的可考虑用金属框架，作为本大型风力发电绝大多数均采用钢筋混凝土结构的框架，而本大型磁悬浮圆轨道风力发电机的制造商，事实上也成为永远的建筑工程发包商。综合上述，本发明的重要意义在于可以大幅提高风能利用率（如发电机零机械磨擦、无机械能转换、多层风力发电），降低大型风电机制造、安装、运输的费用和难度，可以有效解决大型垂直轴风力发电风叶片振动问题和低速发电问题，更重要的意义在于：开创了风电机大型化、超大型化的新途径。

专利人的发明，大型磁悬浮圆轨道风力发电机是通过国家专利局公布﹑检索国内外相关资料﹑提出修改意见﹑并且经过对本发明专利的创造性﹑新颖性﹑实用性进行了严格审查，最终经历四个年头，用时两年多，于2013年1月5日授予发明专利权，同年3月6日获得专利证书，而且本发明还有多个发明或实用新型专利支持，其中有两项已获得专利证书，其余还在审查中。

本发明的基本原理是：由上下装有强磁铁轨道做成的圆环形无中轴风叶轮，并且在风叶轮下两磁轨道中间装上强磁铁作为发电机转子，和上下强磁铁圆轨道的下磁轨道中间装上电磁感应组成的发电机定子，两者进行磁悬浮配合，风叶轮和圆轨道的磁悬浮配合相当于大型磁悬浮推力轴承，在风叶轮上装上风叶片并能在风的作用下，风叶轮和圆轨道的磁悬浮配合使风叶轮在圆轨道上作无机械磨擦的圆周运动，即风叶轮上的强磁铁和圆磁轨道上的电磁感应圈的相对运动。为了进一步提高效率，在风叶轮周围加上我已经获得实用新型专利权的，能阻断逆向进风，放大顺向进风的导风板，并且在无机械磨擦，无机械能转换的基础上发电，即风能通过风叶轮上的转子磁铁和轨道上的电磁感应圈直接转换成电能，显然本发明相对有机械（齿轮﹑减速器等）传递能量的大型发电机能量转换效率高得多。

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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