高速路全風力電動車暢駛通道設計
——新能源創新應用之七

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 結構及設計思路

1.1 雙轉風力機端面結構設計

全風力高速路電動車暢駛通道的設計是“逆向雙轉風力發電機”的又一種合理運用，結構設計如圖1所示。在高速路隔離帶位置設置高度約1.6 m的自然屏障，確保運行在其兩側的車輛產生的風力作用在可以逆向旋轉的定轉子風力機上。

圖1 位于高速路隔離帶方位的雙轉風力電動機結構圖

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計

軸承組裝如圖2所示。

2 單顆風力機電能估算

發電機材料與內部結構仍沿用參考文獻[1]，即永磁凸極內轉子，釹鐵硼凸極外轉子（極柱上繞線圈）。滑環、電刷及控制器位置如圖3所示。

圖2 軸承組裝示意圖

為確保運行穩定，內軸承2顆，內圈動；外軸承1顆，寬度超過20 cm，外圈連接導磁盤轉動。

圖3 滑環、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]）及電刷都設置在外轉子凸極的間隔部位，不再圖示。

依據變化了的機械參數，內轉子外徑200 mm，外轉子內徑205 mm，磁極縱向寬度150 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，則風葉轉速平均掠過一個磁極

若取N=100，則ε=7.45 V。

雙轉、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。

前面假設風力葉片獲得的速度僅為40 km/h。事實上，隔離帶兩側是快車道，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設置1個風力機，足以保證100 m內雙向4個小型電動車或2個公交類大型電動車運營。電壓的數值最好規范統一或只有兩種規格，比如200 V和400 V，這樣每100 m內（10個）串聯引出200V；每200 m內（20個）串聯引出400 V，便可以是整個系統的一個單元，還可以便于布設半自動車、機連接軌道，繼而實現智能化駕駛。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，不屬于本文詳述內容。需要指明的是，這種設置只需要100 km，足以讓電動車連續行駛400 km，因為在連接行駛時已經進行了充電。