肖 瀟，程溥陽，張立偉

武漢科技大學(xué)機(jī)械自動(dòng)化學(xué)院，湖北武漢 430080

感應(yīng)發(fā)電機(jī)是利用定子與轉(zhuǎn)子間氣隙旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流相互作用的一種交流發(fā)電機(jī)。本方案通過對感應(yīng)發(fā)電機(jī)與當(dāng)前大中型商場建筑中普遍采用的旋轉(zhuǎn)門經(jīng)過結(jié)構(gòu)的改進(jìn)與集成，設(shè)計(jì)了一種新型節(jié)能式旋轉(zhuǎn)門。

1 設(shè)計(jì)方案

1.1 旋轉(zhuǎn)門內(nèi)部結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)

1.1.1 旋轉(zhuǎn)門內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹

本部分采用簡單感應(yīng)發(fā)電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理進(jìn)行改進(jìn)和集成，設(shè)計(jì)過程中主要考慮了扇葉內(nèi)嵌制的切割導(dǎo)體失效無法工作時(shí)需要便于維修同時(shí)兼顧美觀的特點(diǎn)。這里我們主要通過將內(nèi)置扇葉中空與切割導(dǎo)體分離，如感應(yīng)電流產(chǎn)生現(xiàn)象圖（四）所示即為所選材料根據(jù)用戶不同需要所制作的不同形狀的圖案骨架，即切割磁感線的主要材料，5中管柱內(nèi)每一與扇葉相接面相連后伸出四根外接線孔與電路部分相通，有統(tǒng)一的引線ABCD的伸出端9，以保證感應(yīng)電流被穩(wěn)定的送出。

1.地板上底面永磁體、2.旋轉(zhuǎn)門下底座永磁體、3.旋轉(zhuǎn)門上端固定門框的永磁體、4.切割磁感線的細(xì)銅絲、5.旋轉(zhuǎn)門門柱、6.旋轉(zhuǎn)門扇葉、7.扇葉的上表層、8.扇葉的內(nèi)表空層部分（放置薄板材料）、9.管柱上與薄板對應(yīng)的四個(gè)伸出線接孔。

1.1.2 工作原理

本部分設(shè)計(jì)方案主要采用磁懸浮技術(shù)，以下是內(nèi)部切割結(jié)構(gòu)的簡化示意圖以及不包含永磁體的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)抽象圖：

1.2 外部電路設(shè)計(jì)

1.2.1 設(shè)計(jì)濾波、整流、放大以及儲能電路

圖（六）中虛線框1為旋轉(zhuǎn)門的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線部分，線路圖中從D1～D4為整流部分將不穩(wěn)定的磁感電流轉(zhuǎn)化為比較穩(wěn)定的電流，虛線框2為電路的放大部分，將經(jīng)過整流和濾波后的頻率較為穩(wěn)定的交流電U1進(jìn)行放大，虛線框?yàn)橥ㄟ^電容器C1進(jìn)一步將電能儲存在充電電池CR2032中，然后再輸出到用電設(shè)備，使設(shè)備得到穩(wěn)定的電能輸出，電路圖設(shè)計(jì)如圖所示：

圖（六）外部整流、濾波、放大、儲能電路設(shè)計(jì)示意圖

1.2.2 導(dǎo)電材料的選擇

節(jié)能式旋轉(zhuǎn)門的旋轉(zhuǎn)軸部分要具有一下幾個(gè)特點(diǎn)：

1）安全性；2）低能耗性；3）廉價(jià)易得性；4）易維護(hù)易更換性。

綜合以上部分以及美觀性等的綜合考慮，我們選擇合成直徑約為0.4mm的細(xì)銅絲為我們的內(nèi)置切割磁感線材料。

2 理論設(shè)計(jì)計(jì)算

機(jī)械部分：假設(shè)人推門的過程中，轉(zhuǎn)門轉(zhuǎn)速切割磁感線的切桿的中點(diǎn)處的速度為V，而我們所加磁場的磁感強(qiáng)度為B，而轉(zhuǎn)門中的切割桿的長度為L。那么我們在轉(zhuǎn)門轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)刻，產(chǎn)生的電勢能:

那么產(chǎn)生的電量即是為:

以沃爾瑪超市為例，假設(shè)每一扇旋轉(zhuǎn)門每年有150天平均每天人流量N=500,則由于進(jìn)出各一次等效于N1=1000，每人旋轉(zhuǎn)四分之一圈，那么轉(zhuǎn)門旋轉(zhuǎn)N2=250次，四扇門的導(dǎo)線絲總數(shù)為N3=500根，永磁體之間的磁場約為B=1200高斯，擺成一定宣傳形狀的導(dǎo)線匝的綜合平均長度為L=0.3m，R=100Ω，商場營業(yè)時(shí)間一般為,16小時(shí)即從早上7:00～晚上11:00，設(shè)平均每天門總共轉(zhuǎn)動(dòng)等效于門以平均有效轉(zhuǎn)速約為V=0.5m/s勻速持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)為1小時(shí)，

每扇門的平均日產(chǎn)電量為：

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

那么每天的產(chǎn)電量：

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

年產(chǎn)量：

W=145800000000*150=2.187E+13J

度與焦耳的換算：

1度(千瓦時(shí))= 3600000J

W1=607500(度)

一年節(jié)省電費(fèi)，以節(jié)能式旋轉(zhuǎn)門所推廣主要地方為大中型城市點(diǎn)價(jià)約為每度電0.6～1.4元不等，假設(shè)當(dāng)?shù)貎r(jià)格為0.6元進(jìn)行計(jì)算，每年可省電費(fèi)為：

S=W1*0.6=364500(元)

以電路等損失，只有70%的利用率為例，實(shí)際節(jié)省電費(fèi)為：S1=S*70%=255150(元)

則平均一扇旋轉(zhuǎn)門每年可以為商場至少節(jié)省約25萬元

3 創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用

1）從技術(shù)上說，將電磁學(xué)、晶體管電子技術(shù)綜合在產(chǎn)品性能上，容易推廣；

2）門板的關(guān)鍵部分，可以根據(jù)需要制成適應(yīng)商家的不同形狀的宣傳圖案；

3）利用磁懸浮技術(shù)將不必要損失的能量轉(zhuǎn)換為可以被回收使用的電能，具有十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

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