王鵬興，馬 騁，李建紅

（1.太原理工大學(xué) 現(xiàn)代科技學(xué)院，山西 太原030024；2.山西澤清鑫新能源科技有限公司，山西 太原030024）

1 結(jié)構(gòu)及設(shè)計思路

車（交通工具）載風(fēng)力饋電的實現(xiàn)，首先取決于置于交通工具頂部的特殊結(jié)構(gòu)的風(fēng)力機(jī)殼體的構(gòu)形。

1.1 裝置外形圖

裝置外形如圖1 所示。

圖1 裝置外形

圓筒形空間直徑約1.5 m，外高不超過20 cm，內(nèi)置轉(zhuǎn)向相反的風(fēng)力機(jī)葉片，由二圓板與外圓柱組成兩個空腔，矩形為前進(jìn)風(fēng)孔，橢圓形為后出風(fēng)孔。這樣置于其中的風(fēng)力機(jī)才可以在相同的阻力下，確保逆向旋轉(zhuǎn)，達(dá)到預(yù)期的效果。下面的支撐面可以由車頂負(fù)責(zé)實現(xiàn)。

1.2 風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)

風(fēng)力機(jī)核心部分是可逆雙轉(zhuǎn)子風(fēng)力機(jī)[1]，通過交通工具頂部充足的風(fēng)力能源產(chǎn)生電能，再利用風(fēng)扇轉(zhuǎn)動給交通工具帶來一定的升力，同時，裝置出風(fēng)口還會產(chǎn)生部分推力。風(fēng)力機(jī)端面結(jié)構(gòu)如圖2 所示，永磁凸極內(nèi)轉(zhuǎn)子如圖3 所示，凸極外轉(zhuǎn)子如圖4 所示。

圖2 風(fēng)力機(jī)端面結(jié)構(gòu)

圖3 永磁凸極內(nèi)轉(zhuǎn)子

圖4 凸極外轉(zhuǎn)子（極柱上繞線圈）

2 雙轉(zhuǎn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理

2.1 功率估算

一般的風(fēng)力發(fā)電機(jī)為轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子和不動的定子，計算這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)械功率如下。

設(shè)風(fēng)速為v，空氣密度為ρ，風(fēng)力機(jī)葉片半徑為R，扇葉半徑R 在t 時間內(nèi)承受的空氣質(zhì)量m=ρπR2vt。

扇葉獲得的能量為：

所以令這種發(fā)電機(jī)定子逆向轉(zhuǎn)動，當(dāng)內(nèi)外轉(zhuǎn)子異向轉(zhuǎn)動時，相對轉(zhuǎn)動（切割）速度翻倍。速度V 是立方量級，所以發(fā)電功率提升近8 倍。

2.2 逆向雙轉(zhuǎn)風(fēng)力機(jī)的電氣連接

永磁性內(nèi)轉(zhuǎn)子用釹鐵硼磁材B=1.3 T；薄疊硅鋼外轉(zhuǎn)子B=1.5 T，與一般發(fā)電機(jī)一樣用銅漆包線纏繞，設(shè)計產(chǎn)生的是四相交流電，先將交流電輸出為直流電，整流裝置設(shè)置在外轉(zhuǎn)子殼體上。然后將直流電通過電刷導(dǎo)入交通工具內(nèi)。整流電路結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5 整流電路結(jié)構(gòu)[3]

3 輸出電能估算

基本參數(shù)：釹鐵硼磁材的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.3 T，硅鋼片B=1.5 T，取用B=1.3 T。

一個磁極面積ΔS=LH=6 cm×8 cm=0.004 8 m2。

車速：36 km/h=10 m/s，72 km/h=20 m/s，108 km/h=30 m/s。風(fēng)力葉片直徑d=1.5 m，外周長πd=4.71 m。

3.1 車速為36～40 km/h 時

平均掠過一個磁極：

取N=100，則ε=5.288 V。

雙轉(zhuǎn)、等速時切割速度翻倍，ε≈10.6 V。

取N=120，則ε=12.7 V。

3.2 車速為50～60 km/h 時

V=13.89～16.66 m/s，按V=14 m/s 計算，則風(fēng)葉轉(zhuǎn)速為

取N=100，輸出電壓就可達(dá)7.4 V。雙轉(zhuǎn)、等速時切割速度翻倍，ε≈14.8 V。

綜上所述，每個磁凸極上繞N=80 的D0.8 mm 漆包銅線，便可輸出電壓12 V 以上，功率不小于1 200 W。相當(dāng)于一個100 AH 的電瓶。