CN101660965A

CN101660965A - 磁浮磁动全角度转向自然风风洞

Info

Publication number: CN101660965A
Application number: CN200810118980A
Authority: CN
Inventors: 李岭群
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-08-27
Filing date: 2008-08-27
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2028-08-27
Also published as: CN101660965B

Abstract

一种磁浮磁动全角度转向自然风风洞，底盘通过永磁悬浮机构悬浮在台基之上，由电机驱动的磁动机作为转向的动力装置，风洞通过受力结构体固定在底盘上面，将市售风力测向仪固定在喇叭口上部，再将市售微机与风力测向仪和磁动机相连接。当风向发生变化时，微机依据风力测向仪测出的变化角度，控制磁动机转动相应角度，以使风洞时时有效迎风工作。

Description

磁浮磁动全角度转向自然风风洞

技术领域

本发明属于风洞技术领域，具体地涉及一种磁浮磁动全角度(360°)转向自然风风洞。

背景技术

风洞是航空航天飞行器诞生的摇篮，如今的汽车、列车、建筑、桥梁乃至运动员也要在风洞里进行试验。但目前的风洞皆为固定式的，其风力由电扇提供，该电扇由于需要产生巨大的风力，因此其功率极大，被业内喻为电老虎。这一传统重要技术体系在刘政崇著的《风洞结构设计》一书中做了全面***的论述。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁浮磁动全角度转向自然风风洞，以充分利用自然风力。

为实现上述目的，本发明的技术方案是将传统的风洞建在永磁悬浮平台上，该平台由磁动机驱动转向，以保证进风口始终对着来风方向；将该装置建设在风力资源较丰富的地区，除了做风洞试验外，还可扩展到风力发电领域。

具体地说，本发明的磁浮磁动全角度转向自然风风洞，包括有：

一风洞，其进风口为一喇叭口，稳定段连接在进风口之后，该稳定段内设有由蜂窝器、阻尼网组成的整流装置，以将自然风的湍流整流成顺流；稳定段之后连接一用以提高风速的收缩段，以提高风速；风洞的进风口为圆形或矩形；

该风洞固定在一底盘上，该底盘下方中心可转动地设置有一固定于圆台上的转轴；

底盘下方设置有一环形的上永磁悬浮机构，圆台上方相对应的也设置有一环形的下永磁悬浮机构，上永磁悬浮机构和下永磁悬浮机构轴心相同，半径相等，且永磁体为同极性相对，斥悬浮力使底盘悬浮；或

上永磁悬浮机构为一环形的开口向下的凹形体，该凹形体为铁磁性材料，在凹形体开口的两侧各设有一磁力块；下永磁悬浮机构为一环形的倒T形结构，该倒T形结构为非铁磁性材料，并在该倒T形结构的垂直段上镶嵌有永磁体；该垂直段插设在凹形体的开口内，永磁体和磁力块之间为异极设置；

底盘下方设置有履带式磁动机，其履带绕设在磁动机的两个履带轮上，永磁极异极相间地等间距地通过转子基固定在履带上形成履带转子，履带式磁动机的轮轴连接电机的转动轴；圆台上方对应履带式磁动机的永磁极设置由铁磁性材料等间距排列的直线定子靴；

一风向仪，固定在喇叭口的顶部，该风向仪与电机均连接一微机。

本发明的效果是：

本发明的磁浮磁动全角度(360°)转向自然风风洞的工作原理是，底盘通过永磁悬浮机构悬浮在台基之上，由电机驱动的磁动机作为转向的动力装置，风洞通过受力结构体固定在底盘上面，将市售风力测向仪固定在喇叭口上部，再将市售微机与风力测向仪和磁动机相连接。当风向发生变化时，微机依据风力测向仪测出的变化角度，控制磁动机转动相应角度，以使风洞时时有效迎风工作。

附图说明

图1为本发明俯视示意图。

图2为图1A-A剖面示意图。

图3为图2D-D剖面示意图。

图4为图2C-C剖面示意图。

图5A和图5B为图2B向正面示意图，其中图5A显示的是矩形进风口，图5B显示的是圆形进风口。

图6为上、下永磁悬浮机构工作状况放大示意图。

图7是图6E-E剖面示意图。

图8为履带式磁动机横向工作状况示意图。

图9为履带式磁动机纵向(环向)即C向工作状况示意图。

图10为本发明另一上、下永磁悬浮机构工作状况放大示意图。

具体实施方式

本发明的目的在于提供一个能对全角度(360°)方向自然来风进行工作的转向式风洞装置。该装置可将低速湍流的自然风整流收缩成高速顺流风，以满足试验段或发电装置对风力的需求。本发明由台基、永磁悬浮底盘(平台)、转向磁动机、风洞四部分构成，其中：

台基部分：由台基、中心转轴、卧梁三部分构成。台基为正梯形(断面)的圆台，可由钢筋混凝土制造、石块砌筑，也可直接以山头***基。中心转轴设置在台基的中心，与底部基岩或钢筋混凝土结构体连结牢固，由金属比如但不限于碳钢制造。其作用既是上部自然风洞的转向轴，又是上部自然风洞的倾覆拉力的锚固装置。卧梁以转向轴为中心，呈放射状排列在台基面上，后述悬浮机构与直线定子靴锚固在其上面。卧梁由金属比如但不限于碳钢制造。

永磁悬浮底盘：由底盘、转向轴承、永磁斥悬浮机构三部分构成。底盘是承受风洞各种荷载的底座，用金属按照结构力学与工程力学原理设计制造。底盘的中央设有转向轴承，与台基中心转动轴上下对正，并连结牢固。其作用是既能保证底盘自由转动，又能将风吹其上部风洞产生的倾覆力有效传递给锚固在台基中心的转轴上。永磁悬浮机构分为上环形悬浮机构和下环形悬浮机构两部分。上环形悬浮机构固定在底盘的下面，下环形悬浮机构固定在卧梁的上面，上环形悬浮机构与下环形悬浮机构半径相等，圆心相同，上下对正，同性磁极相对应，由永磁体之间产生的斥悬浮力将底盘悬起。或者

上悬浮机构为凹形体结构，由铁磁性材料制成。下悬浮机构为倒T形体结构，由永磁体镶嵌在非铁磁性倒T形体内制成。上悬浮机构开口向下，设置在底盘下面，下永磁悬浮机构设置在卧梁上，其倒T形体的“腿”含在上悬浮机构开口内。两者组成完整的永磁吸悬浮机构。下永磁悬浮机构的永磁体与上永磁悬浮机构磁力块相对应，当两者在垂直方向上产生错开时，就产生了浮力(吸力)，错开值越大，浮力越大，错开值达到永磁体断面尺寸的69-80％时出现悬浮力最大值。以后随着错开的增大，浮力逐渐减小；该吸悬浮力将底盘浮起。

底盘的制造材料与卧梁制造材料的温度模量相同，以便随气温高低变化时同步收缩，保证上、下环形永磁悬浮机构上下对正，即确保悬浮力不被破坏。底盘由金属比如不限于碳钢制造。转向轴承可采用市售标准件，也可按国标向厂家定购。永磁体采用硬磁材料比如但不限于钕铁硼制造。

转向磁动机部分：由环形直线定子靴、履带磁动机、驱动电机三部分组成。环形直线定子靴固定在卧梁上，其转动轴心与永磁悬浮机构的转动轴心相同，由铁磁性材料比如但不限于碳钢制造。履带式磁动机固定在底盘下面。履带式磁动机由支座、履带轮、履带(链条)、永磁极构成。履带轮通过轮轴与支座连结固定，履带环绕在履带轮的***，永磁极固定在履带上，形成履带转子。履带转子与其下部环形直线定子靴上下对正，两者的转动半径相等，转动轴心相同。履带转子由永磁材料制成的转子磁极等间距地固定在履带上形成。转子磁极的间距与直线定子靴的间距相等。电机(市售)与履带轮的轮轴相连，当电机驱动履带转子转动时，将发生永磁极与直线定子靴在转动方向上的错开，在错开发生的同时就产生了驱动底盘转动的扭力(吸力)，随着错开值的增大，扭力(吸力)随之增大，当错开值达到永磁体断面的70％左右时，将出现扭力的最大值，之后随着错开的增加扭力逐渐减小。永磁极由硬磁材料比如但不限于钕铁硼制造。履带采用市售标准产品，也可按照国家有关标准向专业厂家定购。履带轮和支座由金属材料比如但不限于碳钢制造。

风洞部分：由喇叭口、稳定段、收缩段、试验段四部分构成。喇叭口是设在风洞最前端的进风口，其作用是增大进风面积。稳定段在喇叭口之后，与喇叭口相连，该段内设有由蜂窝器、阻尼网组成的整流装置，其作用是将自然风的湍流整流成顺流。收缩段在稳定段之后，与稳定段相连，使进风口连续缩小，以提高风速。试验段在收缩段之后，与收缩段相连，该段的横截面处处相等，以便测试各种装置，或提供顺流而高速的发电风力。整个风洞按照结构力学与工程力学(流体力学)原理进行设计，由金属材料比如但不限于碳钢制成框架，用金属板(比如但不限于铝合金板)、塑料板、玻璃钢做内外蒙皮。蒙皮，尤其内蒙皮要平整光滑，各段之间要连续光滑过渡。此为公知成熟技术，故不详述。

磁浮磁动360°转向自然风风洞的工作原理是，底盘通过永磁悬浮机构悬浮在台基之上，由电机驱动的磁动机作为转向的动力装置，风洞通过受力结构体固定在底盘上面，将市售风力测向仪固定在喇叭口上部，再将市售微机与风力测向仪和磁动机相连接。当风向发生变化时，微机依据风力测向仪测出的变化角度，控制磁动机转动相应角度，以使风洞时时有效迎风工作。此控制转向过程为公知技术，故不详述。

以下所述内容是结合附图对本发明做的详细说明，而不应被理解为是对本发明的限定。

请参见图1，是本发明俯视示意图。从图中可以看出，台基1由台面1a，斜面1b构成。底盘(平台)2悬浮在台面1a之上。风洞3设置在底盘2之上，风洞3由喇叭口3a、稳定段3b、收缩段3c、试验段3d构成。台基1由钢筋混凝土制造。底盘2由碳钢制造，风洞3由碳钢制成框架，用玻璃钢做外蒙皮，用铝合金做内蒙皮，内蒙皮必须做到平整光滑连续过渡。

请参见图2，是图1A-A剖面，也是本发明主剖面示意图。从图2可以看出，在台基1的中央，锚固有中心转轴4，该中心转轴4与固定在底盘2中央的转向轴承5连结固定，既保证了底盘2的自由转动，又能将因风吹风洞产生的倾覆力矩传递给锚固转轴4。卧梁6上固定有环形永磁悬浮机构7和环形直线定子靴8。对应于卧梁6上的永磁悬浮机构7，在底盘2下面固定有对应永磁悬浮机构7’，两个永磁悬浮机构半径相等，转动中心相同，同性磁极上下对正，将底盘及其上部的风洞3悬起。对应于直线定子靴8，在底盘2下面固定有履带式磁动机9，该磁动机9与直线定子靴8半径相等，转动中心相同，上下对正，其作用是为风洞转向提供动力。风洞3通过受力结构体10固定在底盘2上。风洞3的喇叭口3a始终与来风方向对应，稳定段3b内的蜂窝器3b’，可将湍流风导直为顺流风。收缩段3c将低速风依据恒定流量(V₁A₁＝V₂A₂)原理，连续提速为高速风。试验段3d的横截面相等，风速一致，为测试各种装置提供风源，或为风力机提供高速顺流风力。

请参见图3，为图2D-D剖面示意图。从图3可以看出，台基1的台面1a的中心为转轴4，转轴4牢牢地锚固在台基1内。以转轴4为圆心放射状地排列有卧梁6。在卧梁6的上面固定有环形下永磁悬浮机构7和环形直线定子靴8。请参见图4，为图2C-C剖面示意图。从图4可以看出，在底盘2的中央设有轴承5，以轴承5的转动中心为圆心，设有环形上永磁悬浮机构7’，其与下部的永磁悬浮机构7上下对正。在底盘2的下面还设有履带式磁动机9，该磁动机9与其下部的环形直线定子靴8相对应，两者转动中心相同。图6为永磁悬浮机构工作状况放大示意图。由图6可知，下永磁悬浮机构7与上永磁悬浮机构7’的结构方式完全相同，均为两条环形永磁体7a镶嵌在铁磁性导磁槽7b内，其中一环为S极，另一环为N极，两条环形永磁体7a之间设有非铁磁性嵌体7c，在两条环形永磁体7a与导磁槽7b的槽壁7b’之间也设有非铁磁性嵌体7d。上永磁悬浮机构7’固定在底盘2的下面，下永磁悬浮机构7’固定在卧梁6上面。上、下永磁体同极相对，形成斥悬浮力将底盘及其上的风洞悬起。图7是图6E-E剖面示意图，从图7可以看出，两条环形永磁体7a，非铁磁性嵌体7c、7d，导磁槽7b是连续(不间断)布置的环，其中导磁槽7b由铁磁性金属比如但不限于碳钢制造，永磁体7a由硬磁材料比如但不限于钕铁硼制造，非铁磁性嵌体7c、7d由非铁磁性金属比如但不限于铝合金制造。

请参阅图10，为本发明采用的另一种永磁悬浮机构工作状况放大示意图，从图10中可以看出，以轴承5的转动中心为圆心，设有上永磁悬浮机构7’，该上永磁悬浮机构7’为一环形开口向下的凹形体7a，该凹形体7a为铁磁性材料比如但不限于碳钢制造。该上永磁悬浮机构7’通过螺栓固定在底盘2的底部。在凹形体7a开口的两侧设有磁力块7a’，该磁力块7a’由硬磁材料比如但不限于钕铁硼制造，通过螺栓或粘接固定在凹形体7a内。下悬浮机构7为倒T形体7b结构。在倒T形体7b的“腿”部，连续镶嵌有永磁体7b’。倒T形体7b由非磁性材料比如但不限于铝合金制造，永磁体7b’由硬磁材料比如但不限于钕铁硼制造，通过粘接或螺栓固定。倒T形体7b通过螺栓固定在卧梁6上。下永磁悬浮机构7倒T形体7b的“腿”含在上永磁悬浮机构7’-凹形体7a的开口内，永磁体7b’与两侧的磁力块7a’相对应，两者的断面高度相同，其间隙在1-20mm，以5mm为佳。当两者在垂直方向产生错开时，就产生了浮力(吸力)，错开值越大，浮力就越大，当错开值达到永磁体断面尺寸的69-80％时，出现悬浮力最大值，以后随着错开值的加大，悬浮力逐渐减小。

图8为履带式磁动机横向工作状况示意图，图9为履带式磁动机纵向(环向)即C向工作状况示意图。从图8、图9中可以看出，铁磁性直线定子靴8固定在卧梁6上，履带式磁动机，9固定在底盘2下面，两者上下对正。直线定子靴8由铁磁性条钢等间距排列而成。履带式磁动机9由支座9a、履带轮9b、履带(链条)9c、永磁极9d构成。履带轮9b通过轮轴9b’固定在支座9a上。履带9c环绕在履带轮9b的***，永磁极9d等间距地固定在履带9c上，其间距与直线定子靴8的间距相等。为了提高永磁极9d与直线定子靴8之间的吸引力，永磁极9d等间距且N极与S极相间隔排列固定在钢板(碳钢)9d’上，钢板9d’固定在履带9c上。悬浮永磁体7a的大小与间距可依据悬浮力的需求，用公知的公式进行计算，或通过市售商业软件计算得出。磁动机永磁极9d的大小与间距，可依据牵引力需求，用公知的公式进行计算，或通过市售商业软件计算得出。电机10通过转动轴10’与履带式磁动机9的轮轴9b’相连结，当电机10带动履带9c转动时，将发生永磁极9d与直线定子靴8之间的错开，在发生错开的同时就产生了驱动底盘2转动的扭力(吸力)，随着错开值的增大，扭力(吸力)也随之逐步增大，当错开值达到磁体断面的70％左右时，将出现扭力(吸力)最大值，之后随着错开值的增加扭力逐渐减小。

请参见图5，从图5a、图5b可以看出，迎风喇叭口3a可以为方口或圆角(也可为其他多边形口、圆角)。稳定段3b、收缩段3c、试验段3d的断面形状与喇叭口相似。在稳定段3b内设有六角形蜂窝整流器和阻尼网(公知技术)，为了施工方便整流器也可做成方形、圆形，但后两者风阻力损失较大。

应用本发明磁浮磁动360°自转向自然风风洞装置使风洞吸纳自然风进行工作，不仅可以大量节省能源，还可大幅度地提高风力发电机的效率，具有重大科技效果和广阔的市场前景。

Claims

1、一种磁浮磁动全角度转向自然风风洞，包括有：

一风洞，其进风口为一喇叭口，稳定段连接在进风口之后，该稳定段内设有由蜂窝器、阻尼网组成的整流装置，以将自然风的湍流整流成顺流；稳定段之后连接一用以提高风速的收缩段；

2、如权利要求1所述磁浮磁动全角度转向自然风风洞，其中，风洞的进风口为圆形或矩形。

3、如权利要求1所述磁浮磁动全角度转向自然风风洞，其中，底盘下方中心是通过一轴承设置在转轴上。

4、如权利要求1所述磁浮磁动全角度转向自然风风洞，其中，永磁悬浮机构为硬磁材料。

5、如权利要求4所述磁浮磁动全角度转向自然风风洞，其中，硬磁材料为钕铁硼。

6、如权利要求1所述磁浮磁动全角度转向自然风风洞，其中，圆台的上方以转轴为中心，呈放射状地排列有卧梁，下永磁悬浮机构和直线定子靴固定在卧梁上。

7、如权利要求1所述磁浮磁动全角度转向自然风风洞，其中，底盘为碳钢材料制作。