高速路全風力電動車暢駛通道設(shè)計
——新能源創(chuàng)新應(yīng)用之七

劉 澤，馬 騁，左江波，張 瑋，王 圓，孫博軒，李曉明

（1.太原理工大學，山西 太原030002；2.青島工學院，山東 青島266399）

1 結(jié)構(gòu)及設(shè)計思路

1.1 雙轉(zhuǎn)風力機端面結(jié)構(gòu)設(shè)計

全風力高速路電動車暢駛通道的設(shè)計是“逆向雙轉(zhuǎn)風力發(fā)電機”的又一種合理運用，結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。在高速路隔離帶位置設(shè)置高度約1.6 m的自然屏障，確保運行在其兩側(cè)的車輛產(chǎn)生的風力作用在可以逆向旋轉(zhuǎn)的定轉(zhuǎn)子風力機上。

圖1 位于高速路隔離帶方位的雙轉(zhuǎn)風力電動機結(jié)構(gòu)圖

隔風板以風力機軸承立柱為基準，中央開槽固定之。風力葉片直徑按2 m設(shè)計，軸承立柱高約2.4 m，軸承處厚度不小于0.4 m。

1.2 風力機軸承部位與引出線設(shè)計

軸承組裝如圖2所示。

2 單顆風力機電能估算

發(fā)電機材料與內(nèi)部結(jié)構(gòu)仍沿用參考文獻[1]，即永磁凸極內(nèi)轉(zhuǎn)子，釹鐵硼凸極外轉(zhuǎn)子（極柱上繞線圈）?；h(huán)、電刷及控制器位置如圖3所示。

圖2 軸承組裝示意圖

為確保運行穩(wěn)定，內(nèi)軸承2顆，內(nèi)圈動；外軸承1顆，寬度超過20 cm，外圈連接導磁盤轉(zhuǎn)動。

圖3 滑環(huán)、電刷及控制器位置示意圖

電樞繞組整流電路（見參考文獻[1]）及電刷都設(shè)置在外轉(zhuǎn)子凸極的間隔部位，不再圖示。

依據(jù)變化了的機械參數(shù)，內(nèi)轉(zhuǎn)子外徑200 mm，外轉(zhuǎn)子內(nèi)徑205 mm，磁極縱向?qū)挾?50 mm，每個磁極有效截面為15 cm×12 cm，風力葉片直徑為4 m。

一個磁極面積：ΔS=LH=12 cm×15 cm=0.018 m2。

風力葉片直徑d=4.0 m，外周長πd=12.56 m。

按100 km/h車速下，風力機外緣獲得風速為40%，即40 km/h，即v=10 m/s，則風葉轉(zhuǎn)速平均掠過一個磁極

若取N=100，則ε=7.45 V。

雙轉(zhuǎn)、等速時切割速度翻倍ε≈15 V。

取N=120，則ε≈18 V。

以上估算是相當保守的，所以8 kW是可以保證的，即每個磁凸極上繞N=120的D4.0 mm扁漆包銅線，便可輸出18 V以上、功率不小于8 kW的電能。

前面假設(shè)風力葉片獲得的速度僅為40 km/h。事實上，隔離帶兩側(cè)是快車道，車速都在100 km/h以上，若車輛密度較大，比如每100 m內(nèi)有2輛高速車駛過，風力機獲得的風速最少也在50km/h以上，若按此估算，ε≈24.7V，P=20kW。

考慮諸多因素的影響，仍按保守估算取用。所以控制器仍按18 V、8 kW設(shè)置。

3 電動車風力機暢駛通道布局

按照上述保守估算，每10 m設(shè)置1個風力機，足以保證100 m內(nèi)雙向4個小型電動車或2個公交類大型電動車運營。電壓的數(shù)值最好規(guī)范統(tǒng)一或只有兩種規(guī)格，比如200 V和400 V，這樣每100 m內(nèi)（10個）串聯(lián)引出200V；每200 m內(nèi)（20個）串聯(lián)引出400 V，便可以是整個系統(tǒng)的一個單元，還可以便于布設(shè)半自動車、機連接軌道，繼而實現(xiàn)智能化駕駛。這種暢駛通道的布局如圖4所示。

圖4 暢駛通道側(cè)視示意圖

圖4中，地面軌道為負極導軌，固定在風機立柱上的是兩條不同電壓的正極軌道。屆時，車輛可以射出兩條軟線，扣接或嵌接到導軌上。這還與車輛相關(guān)，不屬于本文詳述內(nèi)容。需要指明的是，這種設(shè)置只需要100 km，足以讓電動車連續(xù)行駛400 km，因為在連接行駛時已經(jīng)進行了充電。