感应发电机结构在旋转类门结构上的应用

肖 潇，程溥阳，张立伟

武汉科技大学机械自动化学院，湖北武汉 430080

感应发电机是利用定子与转子间气隙旋转磁场与转子绕组中感应电流相互作用的一种交流发电机。本方案通过对感应发电机与当前大中型商场建筑中普遍采用的旋转门经过结构的改进与集成，设计了一种新型节能式旋转门。

1 设计方案

1.1 旋转门内部结构部分设计

1.1.1 旋转门内部结构介绍

本部分采用简单感应发电机的内部结构的设计原理进行改进和集成，设计过程中主要考虑了扇叶内嵌制的切割导体失效无法工作时需要便于维修同时兼顾美观的特点。这里我们主要通过将内置扇叶中空与切割导体分离，如感应电流产生现象图（四）所示即为所选材料根据用户不同需要所制作的不同形状的图案骨架，即切割磁感线的主要材料，5中管柱内每一与扇叶相接面相连后伸出四根外接线孔与电路部分相通，有统一的引线ABCD的伸出端9，以保证感应电流被稳定的送出。

1.地板上底面永磁体、2.旋转门下底座永磁体、3.旋转门上端固定门框的永磁体、4.切割磁感线的细铜丝、5.旋转门门柱、6.旋转门扇叶、7.扇叶的上表层、8.扇叶的内表空层部分（放置薄板材料）、9.管柱上与薄板对应的四个伸出线接孔。

1.1.2 工作原理

本部分设计方案主要采用磁悬浮技术，以下是内部切割结构的简化示意图以及不包含永磁体的旋转结构抽象图：

1.2 外部电路设计

1.2.1 设计滤波、整流、放大以及储能电路

图（六）中虚线框1为旋转门的机械转动切割磁感线部分，线路图中从D1～D4为整流部分将不稳定的磁感电流转化为比较稳定的电流，虚线框2为电路的放大部分，将经过整流和滤波后的频率较为稳定的交流电U1进行放大，虚线框为通过电容器C1进一步将电能储存在充电电池CR2032中，然后再输出到用电设备，使设备得到稳定的电能输出，电路图设计如图所示：

图（六）外部整流、滤波、放大、储能电路设计示意图

1.2.2 导电材料的选择

节能式旋转门的旋转轴部分要具有一下几个特点：

1）安全性；2）低能耗性；3）廉价易得性；4）易维护易更换性。

综合以上部分以及美观性等的综合考虑，我们选择合成直径约为0.4mm的细铜丝为我们的内置切割磁感线材料。

2 理论设计计算

机械部分：假设人推门的过程中，转门转速切割磁感线的切杆的中点处的速度为V，而我们所加磁场的磁感强度为B，而转门中的切割杆的长度为L。那么我们在转门转动的时刻，产生的电势能:

那么产生的电量即是为:

以沃尔玛超市为例，假设每一扇旋转门每年有150天平均每天人流量N=500,则由于进出各一次等效于N1=1000，每人旋转四分之一圈，那么转门旋转N2=250次，四扇门的导线丝总数为N3=500根，永磁体之间的磁场约为B=1200高斯，摆成一定宣传形状的导线匝的综合平均长度为L=0.3m，R=100Ω，商场营业时间一般为,16小时即从早上7:00～晚上11:00，设平均每天门总共转动等效于门以平均有效转速约为V=0.5m/s匀速持续转动为1小时，

每扇门的平均日产电量为：

W1= E*E/R=1200*1200*0.5*0.5*0.09*3600/100=1166400J

那么每天的产电量：

W=N2*N3*W1=250*500*1166400=145800000000J

年产量：

W=145800000000*150=2.187E+13J

度与焦耳的换算：

1度(千瓦时)= 3600000J

W1=607500(度)

一年节省电费，以节能式旋转门所推广主要地方为大中型城市点价约为每度电0.6～1.4元不等，假设当地价格为0.6元进行计算，每年可省电费为：

S=W1*0.6=364500(元)

以电路等损失，只有70%的利用率为例，实际节省电费为：S1=S*70%=255150(元)

则平均一扇旋转门每年可以为商场至少节省约25万元

3 创新点及应用

1）从技术上说，将电磁学、晶体管电子技术综合在产品性能上，容易推广；

2）门板的关键部分，可以根据需要制成适应商家的不同形状的宣传图案；

3）利用磁悬浮技术将不必要损失的能量转换为可以被回收使用的电能，具有十分可观的经济效益。

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